(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】
(24)【登録日】2023-05-11
(45)【発行日】2023-05-19
(54)【発明の名称】振動解析装置および異常診断システム
(51)【国際特許分類】
G01M 13/045 20190101AFI20230512BHJP
F16C 41/00 20060101ALI20230512BHJP
G01H 17/00 20060101ALI20230512BHJP
【ＦＩ】
G01M13/045
F16C41/00
G01H17/00 A
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019041665
(22)【出願日】2019-03-07
(65)【公開番号】P2020144043
(43)【公開日】2020-09-10
【審査請求日】2021-09-14
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 宗
(72)【発明者】
【氏名】高橋 亨
【審査官】森口 正治
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－１０３７８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２２７４９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｈ １／００－１７／００
Ｇ０１Ｍ １３／００－９９／００
Ｆ１６Ｃ ４１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定時刻と振幅との複数の組合せを含む第１振動データが保存される記憶部と、前記第１振動データから生成された第２振動データを解析する第１制御部とを備え、
前記第１制御部は、
前記第１振動データの振幅の標準偏差を含む統計値から第１しきい値を算出するとともに、前記第１振動データの振幅の中央絶対偏差を含む統計値から前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値を算出し、
前記第１振動データの測定時間帯において、前記第１振動データの振幅が継続して前記第２しきい値以上であり、かつ前記第１振動データの振幅が前記第１しきい値以上となる時刻を含む少なくとも１つの特定時間帯を特定し、
前記第１振動データにおいて、前記少なくとも１つの特定時間帯における振幅が当該振幅よりも小さい特定振幅に置き換えられた前記第２振動データを生成する、振動解析装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つの特定時間帯の各々について、前記第１振動データの振幅は、当該特定時間帯の開始時刻および終了時刻において前記第２しきい値に達しており、前記開始時刻と前記終了時刻との間の時刻において前記第２しきい値よりも大きい、請求項１に記載の振動解析装置。
【請求項3】
前記特定振幅は、０である、請求項１または２に記載の振動解析装置。
【請求項4】
測定時刻と振幅との複数の組合せを含む第１振動データが保存される記憶部と、前記第１振動データから生成された第２振動データを解析する第１制御部とを備え、
前記第１制御部は、
前記第１振動データの統計値から、第１しきい値および前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値を算出し、
前記第１振動データの測定時間帯において、前記第１振動データの振幅が継続して前記第２しきい値以上であり、かつ前記第１振動データの振幅が前記第１しきい値以上となる時刻を含む少なくとも１つの特定時間帯を特定し、
前記第１振動データにおいて、前記少なくとも１つの特定時間帯における振幅が当該振幅よりも小さい特定振幅に置き換えられた前記第２振動データを生成し、
前記特定振幅は、前記少なくとも１つの特定時間帯の各々に含まれる測定時刻に対応する正規化された振幅に、前記第１振動データの振幅の絶対値の平均値が乗じられた振幅である、振動解析装置。
【請求項5】
測定時刻と振幅との複数の組合せを含む第１振動データが保存される記憶部と、前記第１振動データから生成された第２振動データを解析する第１制御部とを備え、
前記第１制御部は、
前記第１振動データの統計値から、第１しきい値および前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値を算出し、
前記第１振動データの測定時間帯において、前記第１振動データの振幅が継続して前記第２しきい値以上であり、かつ前記第１振動データの振幅が前記第１しきい値以上となる時刻を含む少なくとも１つの特定時間帯を特定し、
前記第１振動データにおいて、前記少なくとも１つの特定時間帯における振幅が当該振幅よりも小さい特定振幅に置き換えられた前記第２振動データを生成し、
前記第１しきい値は、前記第１振動データの標準偏差の定数倍であり、
前記第２しきい値は、前記第１振動データの中央絶対偏差の定数倍である、振動解析装置。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載の振動解析装置と、軌道に沿って移動する対象物に固定される振動測定装置と、
前記軌道に向かってトリガ信号を送信する送信装置とを備え、
前記振動測定装置は、
前記対象物の振動データを測定する振動センサと、
前記トリガ信号を受ける受信部と、
前記受信部が前記トリガ信号を受けた測定開始時刻以降に測定された前記対象物の振動データを保存する第２制御部とを含む、異常診断システム。
【請求項7】
前記トリガ信号は、赤外光である、請求項６に記載の異常診断システム。
【請求項8】
前記トリガ信号は、電波である、請求項６に記載の異常診断システム。
【請求項9】
前記記憶部は、前記振動測定装置および前記振動解析装置に対して着脱可能に構成されている、請求項６～８のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【請求項10】
前記振動測定装置は、前記測定開始時刻以降に測定された前記対象物の振動データを前記振動解析装置に無線送信する通信部をさらに含む、請求項６～８のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【請求項11】
前記対象物は、鉄道車両の車軸を回転可能に支持する車軸軸受であり、前記車軸軸受は、前記車軸の外周面に沿って回転するように構成された複数の転動体を含み、
前記振動解析装置は、前記鉄道車両の移動速度および前記鉄道車両の車輪の直径を用いて前記車軸の回転周波数を算出し、前記第２振動データの周波数分析を行ない、前記回転周波数および前記車軸軸受の諸元を用いて算出された前記複数の転動体の通過周波数および前記複数の転動体の自転周波数を用いて、前記車軸軸受の損傷の有無、および損傷部位の判定を行なう、請求項６～１０のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動解析装置および異常診断システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、振動データの解析を行う振動解析装置および異常診断システムが知られている。たとえば、特開２０１７－１８１２５５号公報（特許文献１）には、レールに沿って移動する鉄道車両の車軸軸受の振動データを解析する振動測定システムが開示されている。当該振動測定システムにおいては、車軸軸受の異常とは無関係の振動（外乱振動）が発生しにくい場所において振動データが測定されるように、鉄道車両に固定された振動測定ユニットに赤外光のトリガ信号が送信される。当該振動測定システムによれば、外乱振動が発生し易いレールの継ぎ目および分岐点（ポイント）を避けて振動データが測定されるため、車軸軸受の異常診断の精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１８１２５５号公報
【発明の概要】
【0004】
特許文献１に開示された振動測定システムにおいては、振動データの測定前にレールの継ぎ目および分岐点の位置を特定する必要があるため、振動データの測定作業の効率が低下し得る。
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、異常診断の精度の低下を抑制しながら、振動データの測定作業を効率化することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る振動解析装置は、記憶部と、第１制御部とを備える。記憶部には、測定時刻と振幅との複数の組合せを含む第１振動データが保存される。第１制御部は、第１振動データから生成された第２振動データを解析する。第１制御部は、第１振動データの統計値から、第１しきい値および第１しきい値よりも小さい第２しきい値を算出する。第１制御部は、第１振動データの測定時間帯において、第１振動データの振幅が継続して第２しきい値以上であり、かつ第１振動データの振幅が第１しきい値以上となる時刻を含む少なくとも１つの特定時間帯を特定する。第１制御部は、第１振動データにおいて、少なくとも１つの特定時間帯における振幅が当該振幅よりも小さい特定振幅に置き換えられた第２振動データを生成する。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係る振動解析装置によれば、第１振動データにおいて、少なくとも１つの特定時間帯における振幅が当該振幅よりも小さい特定振幅に置き換えられるため、異常診断の精度の低下を抑制しながら、振動データの測定作業を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る振動測定装置が鉄道車両に固定されている様子を示す図である。
【図3】実施の形態１に係る異常診断システムにおいて、送信装置がレールに向かってトリガ信号を送信している様子を示す図である。
【図4】実施の形態１に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図5】振動データを用いた一般的な異常診断方法の流れを示すフローチャートである。
【図9】車軸軸受の損傷に関連する振動成分を含むとともに外乱振動を含まない振動データのタイムチャートである。
【図15】実施の形態１に係る異常診断方法の流れを示すフローチャートである。
【図19】記憶部に保存されている振動データのタイムチャートと、当該振動データから外乱振動が抑制された振動データのタイムチャートとを併せて示す図である。
【図22】実施の形態１の変形例に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図23】実施の形態２に係る振動解析装置の記憶部に保存されている振動データのタイムチャートと、当該振動データにおいて外乱振動が抑制された振動データのタイムチャートとを併せて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0010】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る振動測定装置２０が鉄道車両１０に固定されている様子を示す図である。台車１５は、２つの車軸１３を含む。軸箱１１は、車軸１３に取り付けられる車軸軸受（対象物）を支持する。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１２がそれぞれ取り付けられている。車輪１２が車軸軸受により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設された２本のレール４０（軌道）に沿って移動することができる。
図１は、実施の形態１に係る振動測定装置２０が鉄道車両１０に固定されている様子を示す図である。台車１５は、２つの車軸１３を含む。軸箱１１は、車軸１３に取り付けられる車軸軸受（対象物）を支持する。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１２がそれぞれ取り付けられている。車輪１２が車軸軸受により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設された２本のレール４０（軌道）に沿って移動することができる。
【0011】
振動測定装置２０は、軸箱１１にボルト１４によって締結されている。ボルト１４としては、たとえば六角ボルトを用いることができる。振動測定装置２０は、軸箱１１に固定されていることにより、軸箱１１が支持する車軸軸受の振動を測定することができるとともに、振動測定装置２０と軸箱１１との接触面において車軸軸受１１０の異常とは無関係に発生する接触共振を軽減することができる。振動測定装置２０は、トリガ信号を受信することにより振動測定を開始する。
【0012】
図２は、図１の車軸軸受１１０の断面図を示す図である。図２に示されるように、車軸軸受１１０は、内輪１１２と、外輪１１４と、保持器１１６と、複数の転動体１１８とを含む。車軸軸受１１０は、たとえば、自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、および玉軸受などを含む。車軸軸受１１０は、単列のものでも複列のものでもよい。
【0013】
内輪１１２は、車軸１３にはめ込まれて固定され、車軸１３と一体となって矢印Ｄｒの方向に回転する回転輪である。外輪１１４は、内輪１１２の外周側に配置されている静止輪である。
【0014】
保持器１１６には、複数の転動体１１８を保持するための複数のポケットが等間隔に設けられている。保持器１１６は、複数の転動体１１８を保持した状態で内輪１１２の外周面と外輪１１４の内周面との間に配置される。内輪１１２の回転に伴って複数の転動体１１８が外輪１１４の内周面（軌道面）に沿って回転すると、保持器１１６は複数の転動体１１８とともに内輪１１２の外周面と外輪１１４の内周面との間を回転する。
【0015】
車軸軸受１１０の内部には、金属である構成要素（たとえば内輪１１２、外輪１１４、保持器１１６、および転動体１１８）の周囲に油膜を形成して、金属同士の接触を抑制するために、グリースＧｒｃが封入されている。
【0016】
実施の形態１および後に説明する実施の形態２においては、上記で説明した振動測定装置２０に加えて、振動測定装置２０にトリガ信号を出射する送信装置、および振動測定装置２０によって測定された振動データを解析する振動解析装置を含む異常診断システムによって、車軸軸受１１０の異常診断を行う。
【0017】
図３は、実施の形態１に係る異常診断システム１００において、送信装置３０がレール４０に向かってトリガ信号Ｔｒｇを送信している様子を示す図である。図４は、実施の形態１に係る異常診断システム１００の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図４に示されるように、異常診断システム１００は、振動測定装置２０と、トリガ信号Ｔｒｇを送信する送信装置３０と、振動解析装置４００とを備える。振動解析装置４００は、たとえば振動解析ソフトウェアがインストールされたＰＣ（Personal Computer）を含む。
【0018】
送信装置３０は、トリガ信号Ｔｒｇを送信する。振動測定装置２０は、送信装置３０から送信されたトリガ信号Ｔｒｇを受信する。トリガ信号Ｔｒｇとしては、たとえば赤外光あるいは電波（３００万メガヘルツ（３テラヘルツ）以下の周波数の電磁波）を用いることができる。
【0019】
トリガ信号Ｔｒｇとして赤外光を用いる場合、送信装置３０から振動測定装置２０への通信は、赤外線通信を用いて行うことができる。送信装置３０が出射する赤外光の波長は、たとえば８７０ｎｍ～１０００ｎｍである。赤外線通信のフォーマットは、たとえばＮＥＣ（登録商標）フォーマット、家製協（一般財団法人家電製品協会、ＡＥＨＡ（Association for Electric Home Appliances））フォーマット、あるいはＳＯＮＹ（登録商標）フォーマットを挙げることができる。送信装置３０においては、所定の周波数（たとえば３０ｋＨｚから５０ｋＨｚ）のキャリア周波数で赤外光の強度をＯＮ・ＯＦＦしながら赤外光を出射する。このように出射する赤外光をキャリア周波数で変調することにより、赤外光の出射に必要な電力を抑制しながらノイズのレベルよりも大きい強度の赤外光を出射することができる。
【0020】
振動測定装置２０は、制御部２１０（第２制御部）と、受信部２２０と、振動センサ２３０と、記憶部２４０と、電源部２５０とを備える。トリガ信号Ｔｒｇが赤外光である場合、受信部２２０は、赤外線センサを含む。
【0021】
制御部２１０は、受信部２２０がトリガ信号Ｔｒｇを受信した場合、振動センサ２３０からの振動データを記憶部２４０に保存する。制御部２１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなコンピュータおよび揮発性メモリを含む。振動センサ２３０は、たとえば加速度センサを含む。振動センサ２３０は、サンプリングタイム（測定時刻）と振幅（たとえば加速度）との複数の組合せとして振動データを測定する。
【0022】
記憶部２４０は、たとえばＳＤカードあるいはＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリのような、振動測定装置２０および振動解析装置４００に対して着脱可能な不揮発性メモリ３００を含む。記憶部２４０に保存されたデータは、不揮発性メモリ３００によって取り出すことができる。記憶部２４０には、制御部２１０に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば赤外光をトリガ信号Ｔｒｇとする振動測定制御プログラム）、および当該プログラムによって使用される各種データが保存される。記憶部２４０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。記憶部２４０に保存されたデータは、有線接続によって振動解析装置４００に転送されてもよい。
【0023】
電源部２５０は、不図示の電池の電力を制御部２１０、受信部２２０、振動センサ２３０、および記憶部２４０のような負荷に供給する。
【0024】
振動解析装置４００は、制御部４１０（第１制御部）と、記憶部４２０と、入力部４３０と、表示部４４０とを含む。制御部４１０は、記憶部４２０に保存されている振動データ（第１振動データ）を用いて車軸軸受１１０の異常診断を行う。制御部４１０は、入力部４３０に対するユーザに入力に応じて、振動解析装置４００の各部を制御する。入力部４３０は、たとえばキーボード、マウス、あるいはタッチパネルを含む。制御部４１０は、表示部４４０に各種アプリケーションのウィンドウおよび実行結果を表示する。
【0025】
記憶部４２０には、振動測定装置２０によって測定された振動データが保存された不揮発性メモリ３００が装着される。記憶部４２０には、制御部４１０に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば振動解析プログラム）、および当該プログラムによって使用される各種データが保存される。記憶部４２０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。
【0026】
図５は、振動データを用いた一般的な異常診断方法の流れを示すフローチャートである。以下ではステップを単にＳと記載する。図５に示されるように、Ｓ１において振動データが測定される。続いてＳ２において、振動データの周波数解析が行われる。最後にＳ３において周波数解析のピーク値が所定のしきい値を超えているか否かを判定することにより車軸軸受１１０の異常診断が行われる。
【0027】
図６は、図４の振動測定装置２０の制御部２１０によって行われる処理を説明するためのフローチャートである。図６に示されるように、制御部２１０は、Ｓ１０１において初期化処理を行い、処理をＳ１０２に進める。初期化処理においては、たとえば制御部２１０に含まれるＣＰＵおよび揮発性メモリなどの初期化が行われる。制御部２１０は、Ｓ１０２においてトリガ信号Ｔｒｇを受信したか否かを判定する。トリガ信号Ｔｒｇを受信した場合（Ｓ１０２においてＹＥＳ）、Ｓ１０３において振動センサ２３０によって測定された振動データを記憶部２４０に保存し、処理をＳ１０２に戻す。
【0028】
トリガ信号Ｔｒｇを受信していない場合（Ｓ１０２においてＮＯ）、処理をＳ１０４に進める。制御部２１０は、Ｓ１０４においてユーザによって測定終了操作が行われたか否かを判定する。測定終了操作としては、たとえばスイッチ操作である。測定終了操作が行われていない場合（Ｓ１０４においてＮＯ）、制御部２１０は処理をＳ１０２に戻す。測定終了操作が行われた場合（Ｓ１０４においてＹＥＳ）、制御部２１０は処理を終了する。
【0029】
図７は、図４の送信装置３０の制御部において行われる処理の流れを示すためのフローチャートである。図７に示されるように、送信装置３０の制御部はＳ１１１において初期化処理を行い、処理をＳ１１２に進める。送信装置３０の制御部はＳ１１２においてトリガ信号Ｔｒｇを送信し、処理をＳ１１３に進める。送信装置３０の制御部はＳ１１３においてユーザによって送信終了操作が行われたか否かを判定する。送信終了操作は、たとえばスイッチ操作である。ユーザによって送信終了操作が行われていない場合（Ｓ１１３においてＮＯ）、処理をＳ１１２に戻す。ユーザによって送信終了操作が行われた場合（Ｓ１１３においてＹＥＳ）、送信装置３０の制御部は処理を終了する。
【0030】
【0031】
図８に示されるように、レール４０は、継ぎ目Ｇ１、および継ぎ目Ｇ２を有する。送信装置３０は、レール４０に沿って継ぎ目Ｇ１から進行方向Ｍ１の反対方向に離間して配置されている。送信装置３０は、レール４０上の特定点Ｐ１に向かってトリガ信号Ｔｒｇを送信する。継ぎ目Ｇ２は、レール４０に沿って継ぎ目Ｇ１から進行方向Ｍ１に離間して形成されている。
【0032】
図８（ａ）に示される鉄道車両１０は、進行方向Ｍ１の方向に進む。図８（ｂ）において、先頭の振動測定装置２０がトリガ信号Ｔｒｇを受信し、振動測定を開始する。鉄道車両１０の移動に伴い、後続する振動測定装置２０が、順次トリガ信号Ｔｒｇを受信して振動測定を開始する。
【0033】
図８に示されるように、レール４０は、継ぎ目あるいは分岐点を有するのが通常である。鉄道車両１０がレール４０の継ぎ目あるいは分岐点を通過する場合、レール４０の継ぎ目あるいは分岐点には段差があるため、レール４０の平坦な部分を通過している場合よりも、振幅の大きい振動波形（衝撃波形）が発生することが多い。当該衝撃波形は、車軸軸受１１０の異常とは無関係の外乱振動である。
【0034】
図９は、車軸軸受１１０の損傷に関連する振動成分を含むとともに外乱振動を含まない振動データのタイムチャートである。図１０は、図９の振動データに対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を行うことによって得られたＦＦＴスペクトルである。図１１は、図９の振動データに対してエンベロープ処理を行った後、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を行うことによって得られたエンベロープスペクトルである。
【0035】
図９に示される振動データは、７Ｈｚの変調を受けた４００Ｈｚの正弦波に、車軸軸受１１０の損傷から発生した振動としてシミュレートされた２５Ｈｚの衝撃波形が重ね合わされた振動データである。図９に示されるように、０．０４（＝１／２５）秒の周期で、加速度Ａ１を超える衝撃波形が発生している。図１１に示されるように、振動データに外乱振動が含まれない場合、変調成分である７Ｈｚ、車軸軸受１１０の損傷周波数の成分である２５Ｈｚ、および損傷周波数の高調波成分である５０Ｈｚ，７５Ｈｚに生じているピークを検出可能である。
【0036】
【0037】
図１２に示されるように、時間帯ｔ１～ｔ２、時間帯ｔ３～ｔ４、および時間帯ｔ５～ｔ６に外乱振動が発生している。図１２および図９を比較すると、外乱振動の最大振幅（１３０ｍ／ｓ２程度）との比較において、軸受損傷から発生した振動の最大振幅（３ｍ／ｓ２程度）は無視できる程度に小さい。図１３および図１０を比較すると、外乱振動の影響により、両者に示される周波数帯のほぼ全域において、図１３に示されるピークの方が、図１０に示されるピークよりも大きい。外乱振動に起因するピークに軸受損傷に起因するピークが埋もれてしまうため、図１４においては図１１に現れていたような各ピークを確認することが困難である。
【0038】
そのため、車軸軸受１１０の振動データを測定する場合、外乱振動が発生し易いレールの継ぎ目および分岐点を避けて振動データが測定されるように、振動測定装置２０にトリガ信号Ｔｒｇが送信されることが望ましい。しかし、継ぎ目および分岐点を避けて振動データを測定するためには、振動データの測定前にレール４０の継ぎ目および分岐点の位置を特定する必要がある。その結果、振動データの測定作業の効率が低下し得る。
【0039】
そこで、異常診断システム１００においては、図１５に示されるように、測定された振動データに含まれる外乱振動を低減する処理（Ｓ２０）を行う。異常診断システム１００によれば、振動データの測定前にレール４０の継ぎ目および分岐点の位置を特定する必要がないため、異常診断の精度の低下を抑制しながら、振動データの測定作業を効率化することができる。
【0040】
図１６は、図１５の外乱振動の低減処理（Ｓ２０）の具体的な処理を説明するためのフローチャートである。図１６に示される処理は、図４の振動解析装置４００の制御部４１０によって行われる。図１６に示される処理は、振動解析ソフトウェアのメインルーチン（不図示）から呼び出される。図１５の外乱振動の低減処理（Ｓ２０）の説明においては、図１６を主に参照しながら、適宜、図１７～図２１を参照する。
【0041】
図１６に示されるように、制御部４１０は、Ｓ２０１において、記憶部４２０に保存されている振動データに対してエンベロープ処理を行って、図１７（ａ）に示されるような振動データを生成し、処理をＳ２０２に進める。制御部４１０は、Ｓ２０２において、Ｓ２０１で生成された振動データに対して平滑化処理を行って当該振動データから高周波成分を除き、図１７（ｂ）に示されるようなデータを生成して、処理をＳ２０３に進める。
【0042】
制御部４１０は、Ｓ２０３において、外乱振動が発生している時間帯を検出するための２つのしきい値Ｔｈ１（第１しきい値）およびしきい値Ｔｈ２（第２しきい値）を、Ｓ２０２において生成された振動データの統計値から算出し、処理をＳ２０４に進める。しきい値Ｔｈ２は、しきい値Ｔｈ１よりも小さい。しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２は、０より大きい。たとえば、しきい値Ｔｈ１は、当該振動データの振幅の標準偏差の３倍である。たとえば、しきい値Ｔｈ２は、当該振動データの振幅の中央絶対偏差（各振幅から全振幅の中央値を引いた値の絶対値の中央値）の３倍である。
【0043】
制御部４１０は、Ｓ２０４において、外乱振動を含む時間帯を特定し、処理をＳ２０５に進める。図１８を用いて、Ｓ２０４において行われる処理を具体的に説明する。図１８は、図１６の平滑化処理（Ｓ２０２）によって生成された振動データを示すタイムチャートである。図１８（ｂ）は、振幅が０～３までの図１８（ａ）の部分を拡大した図である。
【0044】
図１８（ａ）に示されるように、制御部４１０は、振動データの振幅がしきい値Ｔｈ１以上となる時間帯ｔ１１～ｔ１２、時間帯ｔ１３～ｔ１４、および時間帯ｔ１５～ｔ１６を特定する。時刻ｔ１１～ｔ１６の各々における振幅は、しきい値Ｔｈ１に達している。
【0045】
図１８（ｂ）に示されるように、制御部４１０は、振動データの振幅が継続してしきい値Ｔｈ２以上であり、かつ振動データの振幅がしきい値Ｔｈ１以上となる時刻を含む時間帯ｔ２１～ｔ２２（特定時間帯）、時間帯ｔ２３～ｔ２４（特定時間帯）、および時間帯ｔ２５～ｔ２６（特定時間帯）の各々を、外乱振動を含む時間帯として特定する。時刻ｔ２１～ｔ２６の各々における振幅は、しきい値Ｔｈ２に達している。時間帯ｔ２１～ｔ２２は、時間帯ｔ１１～ｔ１２を含む。時間帯ｔ２３～ｔ２４は、時間帯ｔ１３～ｔ１４を含む。時間帯ｔ２５～ｔ２６は、時間帯ｔ１５～ｔ１６を含む。
【0046】
制御部４１０は、Ｓ２０５において、記憶部４２０に保存されている振動データにおいて、時間帯ｔ２１～ｔ２２、ｔ２３～ｔ２４、およびｔ２５～ｔ２６における振幅が０（特定振幅）に置き換えられた振動データ（第２振動データ）を生成し、処理をメインルーチンに返す。すなわち、制御部４１０は、時間帯ｔ２１～ｔ２２、ｔ２３～ｔ２４、およびｔ２５～ｔ２６の各々における振動データに対してマスク処理を行う。なお、特定振幅の絶対値は、しきい値Ｔｈ２より小さければ０でなくてもよい。
【0047】
図１９は、記憶部４２０に保存されている振動データのタイムチャートと、当該振動データから外乱振動が抑制された振動データのタイムチャートとを併せて示す図である。図１９（ａ）は、外乱振動を含む振動データのタイムチャートである。図１９（ａ）の振動データは、図１２に示される振動データとほぼ同様の振動データである。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の振動データから外乱振動が除かれた振動データのタイムチャートである。図１９（ｃ）は、加速度が－５～５（ｍ／ｓ２）の図１９（ｂ）の部分が拡大された図である。
【0048】
図２０は、図１９（ｃ）に示される振動データのＦＦＴスペクトルである。図２０と図１３とを比較すると、両者に示される周波数帯のほぼ全域において、図２０に示されるピークの方が、図１３に示されるピークよりも低減されている。特に、１０００～６０００Ｈｚの周波数帯におけるピークの低減が顕著である。
【0049】
図２１は、図１９（ｃ）に示される振動データのエンベロープスペクトルである。図２１に示されるように、外乱振動が除かれた振動データにおいては、外乱振動が含まれていない振動データ（図１１参照）と同様に、変調成分である７Ｈｚ、車軸軸受１１０の損傷周波数の成分である２５Ｈｚ、および損傷周波数の高調波成分である５０Ｈｚ，７５Ｈｚの各々に生じているピークを検出可能である。
【0050】
振動解析装置４００は、鉄道車両１０の移動速度および車輪１２の直径を用いて車軸１３の回転周波数Ｆｒ（Ｈｚ）を算出する。振動解析装置４００は、以下の式（１）～（３）に基づいて、内輪１１２に対する転動体１１８の通過周波数Ｆｉ、外輪１１４に対する転動体１１８の通過周波数Ｆｏ、および転動体１１８の自転周波数Ｆｂを算出する。
【0051】
Ｆｉ＝（Ｆｒ／２）×（１＋（ｄ／Ｄ）×ｃｏｓα）×ｚ …（１）
Ｆｏ＝（Ｆｒ／２）×（１－（ｄ／Ｄ）×ｃｏｓα）×ｚ …（２）
Ｆｂ＝（Ｆｒ／２）×（Ｄ／ｄ）（１－（ｄ／Ｄ）２×ｃｏｓ２α） …（３）
式（１）～（３）においては、車軸軸受１１０の諸元として、転動体１１８の直径ｄ（ｍｍ）、ピッチ円直径Ｄ（ｍｍ）、接触角度α、および転動体数ｚが用いられる。また、第ｎ次（ｎは自然数）の各周波数は、それぞれｎ×Ｆｉ，ｎ×Ｆｏ，ｎ×Ｆｂと表すことができる。
Ｆｏ＝（Ｆｒ／２）×（１－（ｄ／Ｄ）×ｃｏｓα）×ｚ …（２）
Ｆｂ＝（Ｆｒ／２）×（Ｄ／ｄ）（１－（ｄ／Ｄ）２×ｃｏｓ２α） …（３）
式（１）～（３）においては、車軸軸受１１０の諸元として、転動体１１８の直径ｄ（ｍｍ）、ピッチ円直径Ｄ（ｍｍ）、接触角度α、および転動体数ｚが用いられる。また、第ｎ次（ｎは自然数）の各周波数は、それぞれｎ×Ｆｉ，ｎ×Ｆｏ，ｎ×Ｆｂと表すことができる。
【0052】
振動解析装置４００は、外乱振動が抑制された振動データを用いて車軸軸受１１０の異常診断を行う。具体的には、振動解析装置４００は、回転周波数Ｆｒ、通過周波数Ｆｉ、通過周波数Ｆｏ、および自転周波数Ｆｂを用いて、車軸軸受１１０の損傷の有無、および損傷部位の判定を行う。
【0053】
異常診断システム１００においては、振動測定装置２０および振動解析装置４００に対して着脱可能な不揮発性メモリ３００を介して、振動測定装置２０に測定された振動データを振動解析装置４００に移動させる場合について説明した。振動測定装置２０に測定された振動データは、無線通信を介して振動解析装置４００に送信してもよい。
【0054】
図２２は、実施の形態１の変形例に係る異常診断システム１００Ａの機能構成を説明するための機能ブロック図である。異常診断システム１００Ａの構成は、図４の振動解析装置４００および振動測定装置２０が、振動解析装置４００Ａおよび振動測定装置２０Ａにそれぞれ置き換えられた構成である。振動解析装置４００Ａは、図４の振動解析装置４００の構成に通信部４５０が加えられているとともに、制御部４１０が制御部４１１（第１制御部）に置き換えられた構成である。振動測定装置２０Ａは、図４の振動測定装置２０の構成に通信部２６０が加えられているとともに、制御部２１０が制御部２１１（第２制御部）に置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
【0055】
図２２に示されるように、制御部２１１は、通信部２６０を制御して記憶部２４０に保存された振動データを無線通信によって振動解析装置４００Ａに送信する。制御部４１１は、通信部４５０によって受信された振動データを記憶部４２０に保存する。
【0056】
以上、実施の形態１および変形例に係る振動測定装置および異常診断システムによれば、異常診断の精度の低下を抑制しながら、振動データの測定作業を効率化することができる。
【0057】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、外乱振動を含む時間帯の振動データの振幅を抑制する処理として、当該時間帯の振幅が０に置き換えられる場合について説明した。実施の形態２においては、当該時間帯の振幅を振動データの振幅の平均値程度に低減する場合について説明する。
実施の形態１においては、外乱振動を含む時間帯の振動データの振幅を抑制する処理として、当該時間帯の振幅が０に置き換えられる場合について説明した。実施の形態２においては、当該時間帯の振幅を振動データの振幅の平均値程度に低減する場合について説明する。
【0058】
実施の形態１においては、外乱振動が生じている時間帯の振幅が全て０とされる。そのため、外乱振動の低減処理により、周波数解析に必要な、当該時間帯に含まれる振幅の情報まで失われる可能性がある。一方、実施の形態２においては、当該振幅の情報が外乱振動の低減処理によっても完全には失われない。実施の形態２によれば、外乱振動の低減処理における周波数解析に必要な情報の喪失を低減することができるため、異常診断の精度を実施の形態１よりも向上させることができる。
【0059】
実施の形態２における特定振幅は、正規化された外乱振動の振幅に、外乱振動を含む振動データの振幅の絶対値の平均値が乗じられた振幅である。特定振幅以外は実施の形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。
【0060】
図２３は、記憶部４２０に保存されている振動データのタイムチャートと、当該振動データにおいて外乱振動が抑制された振動データのタイムチャートとを併せて示す図である。図２３（ａ）は、図１９（ａ）と同様である。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の振動データにおいて外乱振動が低減された振動データのタイムチャートである。図２３（ｂ）における加速度Ａｖは、図２３（ａ）の振動データの振幅（加速度）の平均値である。
【0061】
実施の形態２に係る振動解析装置の制御部は、図１６のＳ２０５において、図２３（ａ）の時間帯ｔ２１～ｔ２２、ｔ２３～ｔ２４、およびｔ２５～ｔ２６の各々に含まれる測定時刻に対応する振幅を正規化する。制御部は、正規化された外乱振動の各振幅に平均値Ａｖを乗じて、図２３（ｂ）に示される振動データを生成する。
【0062】
【0063】
図２５は、図２３（ｂ）に示される振動データのエンベロープスペクトルである。図２５と図２１とを比較すると、変調成分である７Ｈｚに生じているピークに関して、図２５のピークの方が図２１のピークよりも明確である。車軸軸受１１０の損傷周波数の成分である２５Ｈｚ、および損傷周波数の高調波成分である５０Ｈｚ，７５Ｈｚの各々に生じているピークに関しては、両者はほぼ同等である。
【0064】
以上、実施の形態２に係る振動測定装置および異常診断システムによれば、異常診断の精度の低下を抑制しながら、振動データの測定作業を効率化することができる。また、実施の形態２に係る振動測定装置および異常診断システムによれば、実施の形態１に係る振動測定装置および異常診断システムよりも、異常診断の精度を向上させることができる。
【0065】
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わされて実施されることも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0066】
１０ 鉄道車両、１１ 軸箱、１２ 車輪、１３ 車軸、１４ ボルト、１５ 台車、２０，２０Ａ 振動測定装置、３０ 送信装置、１００，１００Ａ 異常診断システム
１１０ 車軸軸受、１１２ 内輪、１１４ 外輪、１１６ 保持器、１１８ 転動体、２１０，２１１，４１０，４１１ 制御部、２２０ 受信部、２３０ 振動センサ、２４０，４２０ 記憶部、２５０ 電源部、２６０，４５０ 通信部、３００ 不揮発性メモリ、４００，４００Ａ 振動解析装置、４３０ 入力部、４４０ 表示部。
１１０ 車軸軸受、１１２ 内輪、１１４ 外輪、１１６ 保持器、１１８ 転動体、２１０，２１１，４１０，４１１ 制御部、２２０ 受信部、２３０ 振動センサ、２４０，４２０ 記憶部、２５０ 電源部、２６０，４５０ 通信部、３００ 不揮発性メモリ、４００，４００Ａ 振動解析装置、４３０ 入力部、４４０ 表示部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
