特許 6797853 検知システム、ホイール及び検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6797853

(24)【登録日】2020年11月20日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】検知システム、ホイール及び検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/14

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-46873(P2018-46873)

(22)【出願日】2018年3月14日

(65)【公開番号】特開2019-158658(P2019-158658A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2019年8月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣川 潤子

(72)【発明者】

【氏名】石井 恵奈

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 安孝

(72)【発明者】

【氏名】上田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】碓井 隆

(72)【発明者】

【氏名】大森 隆広

(72)【発明者】

【氏名】渡部 一雄

【審査官】 村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１８０６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４５１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／０２５４４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１６７４８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１０６９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４９８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３７９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７８４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００４７７１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外縁の内壁に設置面を有するホイールと、
前記設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する複数のセンサと、
前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する生成部と、
前記複数のセンサにより検知された前記弾性波の前記時刻情報の差と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断する診断部と、
を備える検知システム。

【請求項2】

外縁の内壁に設置面を有するホイールと、
前記設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する２つのセンサと、
前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する生成部と、
前記時刻情報と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断する診断部と、を備え、
前記２つのセンサは、一方の前記センサが設置された位置を示す回転角度と、他方の前記センサが設置された位置を示す回転角度との位相差が、π＋α（０＜α＜π／４）となるように設置される、
検知システム。

【請求項3】

外縁の内壁に設置面を有するホイールと、
前記設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する少なくとも１つのセンサと、
前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する生成部と、
前記時刻情報と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断する診断部と、を備え、
前記設置面は、前記ホイールの回転により生じる遠心力の向きと垂直に形成された平坦な面である、
検知システム。

【請求項4】

前記ホイールに設置され、前記時刻情報と前記特徴量情報とを無線通信により送信する通信部と、
前記ホイールに設置され、前記センサと前記生成部と前記通信部とに給電する給電部と、を更に備え、
前記診断部は、前記通信部から受信された前記時刻情報の差と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断し、
前記ホイールには、前記通信部による無線通信を妨げない電波透過性を有する部材で作られた落下防止カバーが設置されている、
請求項１に記載の検知システム。

【請求項5】

前記設置面は、前記ホイールの外縁の内壁に形成された平坦な面である、
請求項１に記載の検知システム。

【請求項6】

ホイール外縁の内壁の設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する２つのセンサと、
前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する生成部と、
前記時刻情報と前記特徴量情報とを無線通信により送信する通信部と、
前記センサと前記生成部と前記通信部とに給電する給電部と、を備え、
前記２つのセンサは、一方の前記センサが設置された位置を示す回転角度と、他方の前記センサが設置された位置を示す回転角度との位相差が、π＋α（０＜α＜π／４）となるように設置される、
ホイール。

【請求項7】

ホイール外縁の内壁の設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する少なくとも１つのセンサと、
前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する生成部と、
前記時刻情報と前記特徴量情報とを無線通信により送信する通信部と、
前記センサと前記生成部と前記通信部とに給電する給電部と、を備え、
前記設置面は、前記ホイールの回転により生じる遠心力の向きと垂直に形成された平坦な面である、
ホイール。

【請求項8】

前記ホイールには、前記通信部による無線通信を妨げない電波透過性を有する部材で作られた落下防止カバーが設置されている、
請求項６に記載のホイール。

【請求項9】

ホイール外縁の内壁の設置面に設置された複数のセンサが、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知するステップと、
生成部が、前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成するステップと、
診断部が、前記複数のセンサにより検知された前記弾性波の前記時刻情報の差と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断するステップと、
を含む検知方法。

【請求項10】

ホイール外縁の内壁の設置面に設置された２つのセンサが、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知するステップと、
生成部が、前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成するステップと、
診断部が、前記時刻情報と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断するステップと、を含み、
前記２つのセンサは、一方の前記センサが設置された位置を示す回転角度と、他方の前記センサが設置された位置を示す回転角度との位相差が、π＋α（０＜α＜π／４）となるように設置される、
検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は検知システム、ホイール及び検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ホイールによる回転機構を持つ機械、及び、当該機械が使用される構造物が、広く使用されている。例えば、レール上を移動する鉄道、ケーブルに吊り下げられるケーブルカー、ケーブルを吊り下げるクレーン及びホイスト等が広く使用されている。機械及び構造物を健全に使用するためには点検（検査）が欠かせないが、点検には多大な労力を要する。例えば大規模な回転機構ほど、重量が増すとともにレール及びケーブル等の長さが長くなり検査に多大な労力を要する。また例えば、機械の点検に時間がかかりすぎれば、当該機械を稼働できずに損失が発生してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２−３１０４６４号公報

【特許文献2】特開２００３−１７７０８０号公報

【特許文献3】特開平３−２４５０５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、回転機構を持つ機械が使用されている状態では、回転機構のホイール、及び、ホイールに接する構造物の状態を検査することが困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の検知システムは、ホイールと、複数のセンサと、生成部と、診断部とを備える。ホイールは、外縁の内壁に設置面を有する。少なくとも１つのセンサは、前記設置面に設置され、前記ホイール、及び、前記ホイールに接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する。生成部は、前記弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、前記弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する。診断部は、前記複数のセンサにより検知された前記弾性波の前記時刻情報の差と前記特徴量情報とから、前記ホイール及び前記構造物の少なくとも一方の損傷箇所の位置と、前記損傷箇所の損傷度合いとを診断する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態のホイールとホイールに接する構造物の例を示す概略図。

【図2】図１のホイールの縦断面を示す概略図。

【図3A-1】第１実施形態のＡＥセンサの設置例１を説明するための断面の拡大概略図。

【図3A-2】第１実施形態のＡＥセンサの設置例２を説明するための断面の拡大概略図。

【図3B】第１実施形態のＡＥセンサの設置例３を説明するための断面の拡大概略図。

【図3C】第１実施形態のＡＥセンサの設置例４を説明するための断面の拡大概略図。

【図4】第１実施形態の検知システムの機能構成の例を示す図。

【図5】第１実施形態の弾性波の発生源の位置を特定する方法の例を説明するための図。

【図6】第１実施形態の変形例のＡＥセンサの配置例を示す図。

【図7A】第２実施形態のホイールの正面の例を示す概略図。

【図7B】第２実施形態のホイールの縦断面の例を示す概略図。

【図7C】第２実施形態のホイールの縦断面の例を示す概略図。

【図8】第３実施形態のホイールの断面の例を示す概略図。

【図9】第１乃至第３実施形態のセンサモジュールのハードウェア構成の例を示す図。

【図10】第１乃至第３実施形態のサーバ装置のハードウェア構成の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に添付図面を参照して、検知システム、ホイール及び検知方法の実施形態を詳細に説明する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は第１実施形態のホイール１とホイール１に接する構造物の例を示す概略図である。図２は図１のホイール１の縦断面を示す概略図である。図１の例は、ホイール１が、レール４上を走る車両の車輪として使用される場合を示す。図１では、ホイール１に接する構造物の例として、車両の車体枠６、及び、レール４が示されている。なお、図１では、ホイール１の回転軸２の軸受は省略されている。

【0009】

図１では、４つのＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが、ホイール１の外縁の内壁に、そのセンサ面をホイール１外周向きに接地するように配置されている。図１の例では、ＡＥセンサ３は、例えば一定間隔で配置される。

【0010】

以下、ＡＥセンサ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄを区別しない場合は、単にＡＥセンサ３という。ＡＥセンサ３は、弾性波（ＡＥ波）を検知し、当該弾性波を電圧信号等の検知信号に変換する。なお、ＡＥセンサ３の数は任意でよい。ＡＥセンサ３は、少なくとも１つあればよいが、ＡＥセンサ３の数が多いほど、損傷箇所５の位置の診断精度を向上させることができる。

【0011】

弾性波は、材料内部の劣化の進展に伴い発生し、破壊に至る以前から破壊の予兆として検知される。また、弾性波は、部材同士が密に接していれば、接している部品に大きく減衰することなく伝わる。そのため、ＡＥセンサ３は、ホイール１と接する回転軸２及びレール４等からホイール１を介して伝わる弾性波も検知することができる。

【0012】

ＡＥセンサ３は、ホイール１の内部に格納されたセンサモジュール（センサユニット）１１に接続されている。センサモジュール１１は、ホイール１の内部に設置された給電部１５により電力が供給される。給電部１５には、例えばバッテリのほか、エナジーハーベストを用いることができる。エナジーハーベストは、例えば振動発電及び太陽光発電等である。センサモジュール１１をホイール１内部に格納することで、外部配線やスリップリング等を設けることなく、ホイール１を回転駆動しながらの検査モニタリングが可能となる。

【0013】

ホイール１が回転してレール４上を移動するとき、レール４上にある損傷箇所５がＡＥ源となって発生する弾性波がホイール１に伝わる。この弾性波は、ホイール１の内壁面に設置されたＡＥセンサ３により検出される。損傷箇所５は、例えばレール４上のクラック等である。

【0014】

落下防止カバー１４は、ホイール１の側面を覆うように、ホイール１の回転面に平行に取り付けられている。落下防止カバー１４は、ホイール１に内蔵されたＡＥセンサ３及びセンサモジュール１１等の落下を防ぐ。落下防止カバー１４は、モジュール１１の無線通信を妨げないアルミ、樹脂材料及びパンチメタルシート等の電波透過性を有する部材により作成される。

【0015】

ホイール１側面落下防止カバー１４上、本体枠６と干渉しない位置に、回転検出センサ１２が設置されている。回転検出センサ１２は、ホイール１の回転量を検出する。回転検出センサ１２は、例えば光電センサである。回転検出センサ１２は、センサモジュール１１に電気的に接続される。回転検出センサ１２は、車体枠６内部に固定した遮光板１３を介して、ホイール１の回転量を検出する。回転量は、１回転を１カウントとして検出される。なお、回転検出センサ１２として、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ及びレゾルバ等を使用してもよい。

【0016】

次に、図２を参照して、ＡＥセンサ３の設置位置、及び、ＡＥセンサ３によって検出される損傷箇所５の位置の例について説明する。ＡＥセンサ３は、ホイール１の外縁の内壁に、設置面がホイール外周方向を向くように設置される。これにより、ホイール１が回転するときに、ＡＥセンサ３の検出面には、ＡＥセンサ３が固定される力の他に、ホイール１の外周方向に押し付けられる遠心力が加わる。なお、ホイール１の回転面に垂直にＡＥセンサ３を設置した場合、遠心力により外周方向にかかる力が、ＡＥセンサ３本体をせん断する力としてＡＥセンサ３本体にかかるので、ＡＥセンサ３の寿命を縮める恐れがある。

【0017】

ＡＥセンサ３は、ホイール１が接するレール４上の損傷箇所５ａ、ホイール１を保持する車体枠６上の損傷箇所５ｂ、軸受け７ａ上の損傷箇所５ｃ、及び、回転軸２上の損傷箇所５ｄを検出する。

【0018】

［設置例］
図３Ａ−１は第１実施形態のＡＥセンサ３の設置例１を説明するための断面の拡大概略図である。図３Ａ−１は、ＡＥセンサ３が、ホイール１の外縁１０１の内壁面１０２に形成された設置面１０３に設置される例を示す。ＡＥセンサ３の設置面１０３は、平坦で凹凸が無いことが望ましい。しかしながら、ホイール１の外縁１０１に沿った内壁面１０２は、曲率があるので平面度が出ない。そのため、ホイール１の内部には、ＡＥセンサ３の検出面がホイール１の外周方向を向くように、平坦な設置面１０３が設けられている。図３Ａ−１の例では、設置面１０３は、ホイール１の回転により生じる遠心力の向きと垂直に形成された平坦な面である。平面度が確保された設置面１０３は、例えばフライス等で切削加工することにより、ホイール１の外縁１０１の内壁に形成される。

【0019】

ケーシング４０は、内部にＡＥセンサ３を収める。ケーシング４０は、マグネット部４３を備えており、材料に鉄を含むホイール１に磁力により固着される。ＡＥセンサ３は、ケーシング４０内部のバネ４１により、設置面１０３に固定される。このとき、バネ４１により、Ｆ１＝ｋｘ（ｋ：バネ４１の定数、ｘ：バネ４１の縮み）、及び、ホイール１の回転による遠心力により、Ｆ２＝ｍ（ｖ^２／ｒ）（ｍ：ホイール１の重さ、ｖ：ホイール１の回転速度、ｒ：設置面１０３のホイール１中心からの距離）の力が、設置面１０３にかかる。すなわち、回転運動による遠心力Ｆ２を、ＡＥセンサ３の固定に利用することができる。ＡＥセンサ３の検知面は圧電素子であり、シリコングリス４２等で保護される。シリコングリス４２は、音響カップラントとして働くので、ＡＥセンサ３は、効率的に弾性波を検知することができる。なお、図３Ａ−２に示す設置例２のように、ＡＥセンサ３の断面サイズ（図中左右方向の断面幅サイズ）がホイール１の曲率半径に対して十分小さく、シリコングリス４２等により略均一にホイール１とＡＥセンサ３を媒介できる場合には、平面度が確保された設置面１０３を切削加工で形成する必要はない。この場合は、ホイール１の内壁面１０２が設置面１０３となる。その場合、マグネット部４３のホイール１との接触面の形状をホイール１内壁に沿うように形成することが望ましい。

【0020】

図３Ｂは第１実施形態のＡＥセンサ３の設置例３を説明するための断面の拡大概略図である。図３Ｂの例は、ＡＥセンサ３をホイール１の内壁面１０２に形成された設置面１０３に、ネジによって固定する場合を示す。ケーシング４０は、ボルト４４を貫通可能な取り付け穴を備えている。ケーシング４０は、ホイール１の外縁１０１に設けられたネジ穴にボルト４４により固定される。

【0021】

図３Ｃは第１実施形態のＡＥセンサ３の設置例４を説明するための断面の拡大概略図である。図３Ｃの例では、ケーシング４０自身がネジ部４５を備え、ホイール１の外縁１０１の内壁１０２にタップ加工されたネジ穴に固定される。ＡＥセンサ３の検出面は、ケーシング４０内部のバネ４１により設置面１０３に押し付けられる。設置面１０３が外周方向を向いていることで、ホイール１が回転するときに、ＡＥセンサ３が押し付けられる方向に回転による遠心力が働く。これにより、より少ない力でＡＥセンサ３を設置面１０３に固定することができる。

【0022】

［機能構成の例］
図４は第１実施形態の検知システム１００の機能構成の例を示す図である。第１実施形態の検知システム１００は、ＡＥセンサ３、センサモジュール１１、回転検出センサ１２、給電部１５及びサーバ装置２０を備える。センサモジュール１１は、アンプ３１、特定部３２、生成部３３、記憶部３４及び通信部３５を備える。サーバ装置２０は、通信部２１、記憶部２２及び診断部２３を備える。

【0023】

ＡＥセンサ３は、ホイール１を介して弾性波を検知すると、当該弾性波を電圧信号等の検知信号に変換する。ＡＥセンサ３は、検知信号をセンサモジュール１１に入力する。

【0024】

センサモジュール１１のアンプ３１は、ＡＥセンサ３から検知信号を受け付けると、当該検知信号を増幅する。なお、ＡＥセンサ３に増幅器が内蔵されている場合は、アンプ３１の処理は省略されてもよい。

【0025】

回転検出センサ１２は、ホイール１の回転量を検出すると、当該回転量を示す回転量情報をセンサモジュール１１に入力する。

【0026】

センサモジュール１１の特定部３２は、回転検出センサ１２から回転量情報を受け付けると、当該回転量情報から、ホイール１の回転角度と、ホイール１が当該回転角度の位置にあった時刻とを特定する。特定部３２は、回転角度を示す回転角度情報と、ホイール１が当該回転角度の位置にあった時刻を示す時刻情報とを生成部３３に入力する。

【0027】

生成部３３は、アンプ３１から増幅された検知信号を受け付けると、当該検知信号のデータ形式をアナログ形式からデジタル形式に変換する。生成部３３は、デジタル形式に変換された検知信号が検知閾値以上である場合、当該検知信号が検知された時刻を示す時刻情報と、当該検知信号の特徴を示す特徴量情報とを生成する。生成部３３は、特徴量情報と時刻情報とを記憶部３４に記憶する。

【0028】

特徴量情報は、例えば検知信号の波形の振幅［ｍＶ］、検知信号の波形の持続時間［ｕｓｅｃ］、検知信号のゼロクロスカウント数［ｔｉｍｅｓ］、検知信号の波形のエネルギー［ａｒｂ．］、及び、検知信号の周波数［Ｈｚ］等である。

【0029】

また、生成部３３は、特定部３２から回転角度情報と時刻情報とを受け付けると、当該時刻情報を検知信号が検知された時刻を示す時刻情報と同じ時間軸上で記憶部３４に記憶することにより、記憶部３４に記憶された特徴量情報と回転角度情報とを紐付ける。そして、生成部３３は、特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とを通信部３５に入力する。

【0030】

通信部３５は、生成部３３から特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とを受け付けると、特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とをサーバ装置２０に送信する。

【0031】

サーバ装置２０の通信部２１は、センサモジュール１１から特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とを受け付けると、当該特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とを記憶部２２に記憶する。

【0032】

診断部２３は、記憶部２２から特徴量情報と回転角度情報と時刻情報とを読み出し、当該特徴量情報と回転角度情報と時刻情報を使用して、ホイール１、及び、ホイール１に接する構造物の少なくとも一方の損傷箇所５の位置と、損傷箇所５の損傷度合いとを診断する。損傷箇所５の損傷度合いは、例えば上述の特徴量情報から診断することができる。

【0033】

ＡＥセンサ３は、ホイール１に少なくとも１つ配置されていればよいが、ＡＥセンサ３がホイール１に２個以上配置されている場合は、特徴量情報の差、及び、回転角度情報に基づいて、損傷箇所５の位置をより高い精度で特定することができる。損傷箇所５の特定精度は、ＡＥセンサ３の数が多いほど上げることができる。

【0034】

なお図４に示す検知システム１００の構成は一例であり、適宜変更してもよい。例えば診断部２３は、センサモジュール１１内に備えられていてもよい。

【0035】

［特定方法の例］
図５は第１実施形態の弾性波の発生源の位置を特定する方法の例を説明するための図である。図５は、損傷箇所５があるレール４上を走行するホイール１の正面の例を示す概略図である。図５の例では、ＡＥセンサ３ａ〜３ｄは、位相差π／２でホイール１内に均等配置される。これにより、ホイール１が回転しても、ＡＥセンサ３ａ〜３ｄのうち、少なくとも２つはレール４の近傍の位置にあるようにすることができる。

【0036】

ホイール１が損傷箇所５の上を通過するとき、ホイール１が回転角度θの位置にあるとする。このとき、ＡＥセンサ３ａ〜３ｄの位置を示す回転角度φａ〜φｄは、下記式（１）〜（４）により表される。

【0037】

φａ＝（θ＋π／４） ・・・（１）
φｂ＝（θ＋３π／４） ・・・（２）
φｃ＝（θ＋５π／４）＝（３π／４−θ） ・・・（３）
φｄ＝（θ＋７π／４）＝（π／４−θ） ・・・（４）

【0038】

損傷箇所５から発生する弾性波は、ホイール１の外周を通じて、ＡＥセンサ３ａ〜３ｄに伝わる。ホイール１の半径がｒのとき、損傷箇所５からＡＥセンサ３ａ〜３ｄまでの距離Ｓａ〜Ｓｄは下記式（５）〜（８）により表される。

【0039】

Ｓａ＝ｒ×φａ＝ｒ（θ＋π／４） ・・・（５）
Ｓｂ＝ｒ×φｂ＝ｒ（θ＋３π／４） ・・・（６）
Ｓｃ＝ｒ×φｃ＝ｒ（３π／４−θ） ・・・（７）
Ｓｄ＝ｒ×φｄ＝ｒ（π／４−θ） ・・・（８）

【0040】

また、図５の例では、損傷箇所５から最も近いＡＥセンサ３ｄで弾性波を検出した時刻をｔとし、弾性波の伝達速度をｖ［ｍ／ｓ］とすると、上記距離Ｓａ〜Ｓｄは下記式（９）〜（１２）により表される。

【0041】

Ｓａ＝ｖ（ｔ＋Δｔ１） ・・・（９）
Ｓｂ＝ｖ（ｔ＋Δｔ３） ・・・（１０）
Ｓｃ＝ｖ（ｔ＋Δｔ２） ・・・（１１）
Ｓｄ＝ｖｔ ・・・（１２）

【0042】

ここで、Δｔ１〜Δｔ３（Δｔ１＜Δｔ２＜Δｔ３）は、弾性波の到達時刻差を示す。ＡＥセンサ３ａ〜３ｄの位置は、ホイール１の回転角度に応じて変わる。ＡＥセンサ３ａ〜３ｄは、ホイール１の外縁１０１の内壁１０２の異なる場所に設置されているので、ＡＥセンサ３ａ〜３ｄが、ホイール１の外周部分から弾性波を検出した場合は、各ＡＥセンサ３ａ〜３ｄに当該弾性波が到達する時刻に差が生じる。一方、弾性波の発生源が、ホイール１の回転中心に近いほど、ホイール１の回転角度によらず、各ＡＥセンサ３ａ〜３ｄに当該弾性波の到達時刻差Δｔは小さくなる。このように、診断部２３は、到達時刻差Δｔの有無によって、弾性波の発生源（損傷箇所５の位置）を診断することができる。

【0043】

なお、回転検出センサ１２が故障又は設置されていない等の理由で、回転角度情報が得られない場合は、ホイール１の回転角度により変わるＡＥセンサ３の位置が特定できない。この場合は、ホイール１の外縁１０１を介して到達する弾性波の発生源（損傷箇所５の位置）の特定精度は、ＡＥセンサ３の位置を特定できる場合に比べて低くなる。なお、診断部２３は、回転角度情報が得られない場合でも、弾性波の到達時刻差Δｔが小さい場合（例えば位置判定閾値よりも小さい場合）、弾性波の発生源が、ホイール１の内部（例えば回転中心付近等）にあることを診断できる。

【0044】

以上説明したように、第１実施形態の検知システム１００では、ホイール１は、外縁１０１の内壁１０２に設置面１０３を有する。少なくとも１つのセンサ（ＡＥセンサ３）が、設置面１０３に設置され、ホイール１、及び、ホイール１に接触する構造物の少なくとも一方からの弾性波を検知する。生成部３３が、弾性波が検出された時刻を示す時刻情報と、弾性波の特徴を示す特徴量情報とを生成する。そして、診断部２３が、時刻情報と特徴量情報とから、ホイール１、及び、ホイール１に接触する構造物の少なくとも一方の損傷箇所５の位置と、当該損傷箇所５の損傷度合いとを診断する。

【0045】

これにより第１実施形態の検知システム１００によれば、回転機構を持つ機械が使用されている状態でも、回転機構のホイール１、及び、ホイール１に接する構造物の状態を検査することができる。

【0046】

（第１実施形態の変形例）
次に第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態の変形例の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0047】

図６は第１実施形態の変形例のＡＥセンサ３の配置例を示す図である。図６の例では、２つのＡＥセンサ３ａ及び３ｂがホイール１に配置されている場合を示す。２つのＡＥセンサ３ａ及び３ｂは、ＡＥセンサ３ａが設置された位置を示す回転角度と、ＡＥセンサ３ｂが設置された位置を示す回転角度との位相差が、π＋α（０＜α＜π／４）となるように設置される。これにより、例えば損傷箇所５ｅ及び５ｆの位置が弾性波の発生源になる場合でも、どちらか一方のＡＥセンサ３が発生源により近い状態となる。そのため、診断部２３は、上述の図５で説明した特定方法により、損傷箇所５ｅ及び５ｆの位置を特定することができる。

【0048】

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0049】

図７Ａは第２実施形態のホイール１−２の正面の例を示す概略図である。図７Ａの例は、ロープに動力を伝達することで動作する滑車のホイール１−２についての実施形態を示す。ホイール１−２は、外周に溝があり、軸受を内蔵する。ホイール１−２は、固定された回転軸２をもち、先端に荷重を持つロープ８が１本または複数本、かけられている。

【0050】

ＡＥセンサ３ａ〜３ｄは、ホイール１−２の内壁に、その設置面を外周方向に向けて設置されている。ＡＥセンサ３ａ〜３ｄは、ホイール１−２、ホイール１−２に接触するロープ８、及び、回転軸２等から発生する弾性波を、それぞれの部品の故障の予兆として検知する。ＡＥセンサ３ａ〜３ｄは、ホイール１−２の内部に固定されたセンサモジュール１１に接続されている。

【0051】

センサモジュール１１は、ホイール１−２に内蔵された給電部１５により電源が供給されている。給電部１５には、バッテリのほか、太陽光発電モジュール及び振動発電モジュール等のエナジーハーベスタを用いることができる。

【0052】

図７Ｂは第２実施形態のホイール１−２とＡＥセンサ３ａ−３ｃの中心を通る縦断面の例を示す概略図である。図７Ｂのように、ＡＥセンサ３を、ホイール１−２の幅の中心に配置することで、ホイール１−２を通じて伝わる弾性波を効率よく検知できるほか、運用時に重心の偏りを減らしてホイール１−２を回すことができる。

【0053】

図７Ｃは第２実施形態のホイール１−２の縦断面の例を示す概略図である。図７Ｃは、センサモジュール１１及び給電部１５の設置の例を示す。図７Ｃのように、ホイール１−２の内部にセンサモジュール１１及び給電部１５を収めることにより、当該センサモジュール１１及び給電部１５をホイール１外部と干渉することなく運用することができる。

【0054】

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第２実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0055】

図８は第３実施形態のホイール１−３の断面の例を示す概略図である。図８の例は、ロープ８が複数本、滑車のホイール１−３にかけられている場合のＡＥセンサ３の設置例を示す。ＡＥセンサ３は、ホイール１−３の内壁の傾斜面に、その設置面を外周方向に向けて設置されている。傾斜面の角度は、遠心力を重力で相殺しない４５°以内であることが望ましい。ホイール１−３の片側側面であっても、弾性波の振幅の違いにより損傷箇所５の位置を標定（診断）することが可能である。また、このホイール１−３には、ＡＥセンサ３が、回転面の両側面に設置されているので、ロープ８ａ〜８ｆからの弾性波の発生源（ＡＥ源）を特定することができる。具体的には、例えば、側面内のＡＥセンサ３ａ及び３ｃの組により検知された弾性波により、ＡＥ源の位相が特定され、さらに、対面するＡＥセンサ３ａ及び３ｂの組により検知された弾性波により、故障箇所５のあるロープ８を特定される。

【0056】

最後に実施形態及び変形例のサーバ装置２０のハードウェア構成の例について説明する。

【0057】

［ハードウェア構成の例］
図９は第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１のハードウェア構成の例を示す図である。第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１は、制御装置２０１、主記憶装置２０２、補助記憶装置２０３及び通信装置２０４を備える。制御装置２０１、主記憶装置２０２、補助記憶装置２０３及び通信装置２０４は、バス２１０を介して接続されている。

【0058】

制御装置２０１は、補助記憶装置２０３から主記憶装置２０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置２０２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリである。補助記憶装置２０３はメモリカード等である。図４の記憶部３４は、主記憶装置２０２及び補助記憶装置２０３に対応する。

【0059】

通信装置２０４は、サーバ装置２０等と通信するためのインタフェースである。

【0060】

第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ−Ｒ及びＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。

【0061】

また第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１で実行されるプログラムをダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。

【0062】

また第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0063】

第１乃至第３実施形態のセンサモジュール１１で実行されるプログラムは、上述した図４のセンサモジュール１１の機能ブロックのうち、プログラムによっても実現可能な機能ブロックを含むモジュール構成となっている。当該各機能ブロックは、実際のハードウェアとしては、制御装置２０１が記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、上記各機能ブロックが主記憶装置２０２上にロードされる。すなわち上記各機能ブロックは主記憶装置２０２上に生成される。

【0064】

なお上述した図４の各機能ブロックの一部又は全部をソフトウェアにより実現せずに、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよい。

【0065】

また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２以上を実現してもよい。

【0066】

図１０は第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０のハードウェア構成の例を示す図である。第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６を備える。制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６は、バス３１０を介して接続されている。

【0067】

制御装置３０１は、補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置３０２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリである。補助記憶装置３０３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及びメモリカード等である。図４の記憶部２２は、主記憶装置３０２及び補助記憶装置３０３に対応する。

【0068】

表示装置３０４は、サーバ装置２０の状態等を表示する。表示装置３０４は、例えば液晶ディスプレイ等である。入力装置３０５は、サーバ装置２０を操作するためのインタフェースである。入力装置３０５は、例えばキーボードやマウス等である。サーバ装置２０がスマートフォン及びタブレット型端末等のスマートデバイスの場合、表示装置３０４及び入力装置３０５は、例えばタッチパネルである。通信装置３０６は、センサモジュール１１等と通信するためのインタフェースである。

【0069】

第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ−Ｒ及びＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。

【0070】

また第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０で実行されるプログラムをダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。

【0071】

また第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0072】

第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０で実行されるプログラムは、上述した図４のサーバ装置２０の機能ブロックのうち、プログラムによっても実現可能な機能ブロックを含むモジュール構成となっている。当該各機能ブロックは、実際のハードウェアとしては、制御装置３０１が記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、上記各機能ブロックが主記憶装置３０２上にロードされる。すなわち上記各機能ブロックは主記憶装置３０２上に生成される。

【0073】

なお上述した図４の各機能ブロックの一部又は全部をソフトウェアにより実現せずに、ＩＣ等のハードウェアにより実現してもよい。

【0074】

また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２以上を実現してもよい。

【0075】

また第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０の動作形態は任意でよい。第１乃至第３実施形態のサーバ装置２０を、例えばネットワーク上のクラウドシステムとして動作させてもよい。

【0076】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0077】

例えば上述の実施形態の検知システム１００を、エレベータに使用されるホイール及びワイヤロープの劣化の検知に適用してもよい。

【符号の説明】

【0078】

１ ホイール
２ 回転軸
３ ＡＥセンサ
４ レール
５ 損傷箇所
６ 車体枠
７ 軸受
８ ロープ
１１ センサモジュール
１２ 回転検出センサ
１３ 遮光板
１４ 落下防止カバー
１５ 給電部
２０ サーバ装置
２１ 通信部
２２ 記憶部
２３ 診断部
３１ アンプ
３２ 特定部
３３ 生成部
３４ 記憶部
３５ 通信部
４０ ケーシング
４１ ばね
４２ シリコングリス
４３ マグネット
４４ ボルト
４５ ネジ部
１０１ 外縁
１０２ 内壁
１０３ 設置面

【図1】

【図2】

【図3A-1】

【図3A-2】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】