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公開番号2025140097
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039272
出願日2024-03-13
発明の名称状態診断装置および状態診断システム
出願人NTN株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01M 99/00 20110101AFI20250919BHJP(測定;試験)
要約【課題】精度良く異常診断が可能で、かつコストを抑制した状態診断装置を提供する
【解決手段】推定モデルを含んで、前記対象物における仮想位置に仮想で存在する仮想センサの信号情報を推定する推定部と、前記推定した信号情報に基づいて前記対象物の異常の有無等を診断する状態診断部とを有し、前記推定部は、前記対象物に取り付けた測定対象を測定する1つ以上の外付けセンサの出力を含む信号情報から、前記推定モデルにより、対象部位の前記測定対象の信号情報であって、前記仮想センサにより前記仮想位置において測定されたと想定する信号情報を推定し、前記推定モデルは、前記対象物に取り付けた前記外付けセンサの出力を含む信号情報と、前記対象物の前記対象部位の、前記仮想位置に対応する位置に設置した実際のセンサから取得した前記測定対象の信号情報とにより、両センサの信号情報間の関係性を含むモデルである、状態診断装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
対象物の異常の有無等を診断する状態診断装置であって、
推定モデルを含んで、前記対象物における仮想位置に仮想で存在する仮想センサの信号情報を推定する推定部と、
前記推定した信号情報に基づいて前記対象物の異常の有無等を診断する状態診断部とを有し、
前記推定部は、前記対象物に取り付けた少なくとも振動および温度のいずれか一方である測定対象を測定する１つ以上の外付けセンサの出力を含む信号情報から、前記推定モデルにより、前記対象物の動作部もしくはその近傍である対象部位の前記測定対象の信号情報であって、前記仮想センサにより前記仮想位置において測定されたと想定する信号情報を推定し、
前記推定モデルは、前記対象物に取り付けた前記外付けセンサの出力を含む信号情報と、前記対象物の前記対象部位の、前記仮想位置に対応する位置に設置した実際のセンサから取得した前記測定対象の信号情報とにより、前記外付けセンサと前記実際のセンサとの信号情報間の関係性を含むモデルである、
状態診断装置。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
請求項１に記載の状態診断装置であって、
前記推定モデルは、前記対象物の前記対象部位の、前記仮想位置に対応する位置に設置した実際のセンサから取得した前記測定対象の信号情報を教師データとした機械学習により学習させたニューラルネットワークである、
状態診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の状態診断装置であって、
前記推定モデルは、前記教師データを取得した一の前記対象物に対応する他の前記対象物の異常診断に適用される、
状態診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の状態診断装置であって、
前記対象物における前記仮想位置に仮想で存在する仮想センサの信号情報を推定するブロックと、前記推定した信号情報に基づいて前記対象物の異常の有無等を診断するブロックとは、別々に分かれている、
状態診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の状態診断装置であって、
前記推定部の入力は、前記外付けセンサからの信号情報以外の前記対象物の稼働条件を示す信号情報が含まれる、
状態診断装置。
【請求項６】
請求項１に記載の状態診断装置であって、
前記推定部は、前記対象物に取り付けた前記外付けセンサの出力を含む信号情報から、前記対象物の前記動作部である軸受が設けられた回転部の、その近傍の、もしくは該軸受の前記測定対象の信号情報を推定する、
状態診断装置。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の状態診断装置と、前記対象物とを具備した、
状態診断システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械設備や、装置および車を含む販売品などの対象物の状態を診断する状態診断装置および状態診断システムに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から機械設備や、装置および車を含む販売品などの対象物における異常の有無等を診断する状態診断装置や状態診断システムが提案されている。特許文献１は、機械設備のモータに代表されるような回転部等の動作部から発生する振動信号をセンサで検出し、検出結果をエンベロープ処置と周波数解析を行って周波数成分を抽出し、所定の回転周波数の周波数成分と閾値を比較することで異常の有無等を診断する異常診断装置を開示している。閾値を部位ごとの打撃試験によって予め測定した振動応答のレベル差に応じて周波数ごとに設定することで、回転部の軸受とセンサの間の振動信号の伝達距離や伝達経路が反映されるように設定されている。また、上記の軸受とセンサの間の振動信号の伝達距離や伝達経路の影響を抑える方法として、軸受の近傍または内部にセンサを設置する方法が提案されている。
【０００３】
特許文献２は、自己発電型センサを軸受本体に外付けする構造であって、軸受の内輪と外輪にねじ部を各々設けてセンサや発電部等を備えたセンサユニットやカバーを軸受に各々螺合する取付構造を開示している。特許文献３は、ワイヤレスセンサ付き軸受において、軸受の外輪または内輪に設けた（内蔵の）センサ等の検出信号をシール部に設けた無線処理回路等で処理する構造を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５１４６００８号公報
特許第６６７６９０１号公報
特許第６７４３３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、上述のように、軸受とセンサとの伝達距離や伝達経路の影響を抑えるため、部位ごとの打撃試験により予め測定した振動応答のレベル差に応じて周波数ごとに閾値を設定するが、センサが検出する振動には、上記回転部から発生する振動だけでなく機械設備外部からの振動や機械設備内の他の稼働部やモータ等駆動源の振動も含まれるため、軸受の異常に起因する振動を精度よく抽出することは難しい。
【０００６】
軸受とセンサとの伝達距離や伝達経路に関して、特許文献２の構造では、軸受にセンサユニットを螺合することで該伝達距離や伝達経路の影響を抑えているが、軸受周辺にセンサユニットを設置する（外付けする）空間が必要である。また限られた空間に設置するためには小型のセンサや発電機等の電気部品が必要であるが、そうした部品は高価なため使用するセンサユニットの数に応じてコストが高くなる。一方、特許文献３の構造では、軸受にセンサ等を内蔵するため、特許文献２のようなセンサユニットを設置するための空間は軸受周辺に不要であるが、特許文献２と同様にやはり高価な小型のセンサや発電機等の電気部品を使用する必要があるため使用するセンサ等の数に応じてコストが高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、上記の従来技術の課題を解決すべく、精度良く異常診断が可能で、かつコストを抑制した状態診断装置および状態診断システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概して、本発明の状態診断装置では、例えば、軸受を有する機械設備等の対象物に外付けで設置した第１のセンサの信号情報を入力して、軸受に内蔵したもしくは軸受の近傍に設置した第２のセンサの信号情報の推定結果を推定して出力する推定モデルにニューラルネットワークを適用し、機械学習で両センサの信号の関係性を学習させる。教師データは例えば、第１のセンサの信号情報と第２のセンサの信号情報のペアである。本発明の状態診断装置は、この学習させた推定モデルを用いて、機械設備等に設置した第１のセンサの信号情報から、軸受に内蔵したもしくは軸受の近傍に設置した上記第２のセンサを使用することなく、該第２のセンサの信号情報を推定し（すなわち実在しない仮想で仮想位置に存在する第２のセンサを想定してその信号情報を推定し）、この推定したセンサの信号情報を用いて設備の状態を診断する。よって、精度良い異常診断が可能となる上、上記第２のセンサを不要とでき、コストを抑制できる。
【０００９】
本発明に係る状態診断装置は、
対象物の異常の有無等を診断する状態診断装置であって、
推定モデルを含んで、前記対象物における仮想位置に仮想で存在する仮想センサの信号情報を推定する推定部と、
前記推定した信号情報に基づいて前記対象物の異常の有無等を診断する状態診断部とを有し、
前記推定部は、前記対象物に取り付けた少なくとも振動および温度のいずれか一方である測定対象を測定する１つ以上の外付けセンサの出力を含む信号情報から、前記推定モデルにより、前記対象物の動作部もしくはその近傍である対象部位の前記測定対象の信号情報であって、前記仮想センサにより前記仮想位置において測定されたと想定する信号情報を推定し、
前記推定モデルは、前記対象物に取り付けた前記外付けセンサの出力を含む信号情報と、前記対象物の前記対象部位の、前記仮想位置に対応する位置に設置した実際のセンサから取得した前記測定対象の信号情報とにより、前記外付けセンサと前記実際のセンサとの信号情報間の関係性を含むモデルである。
本発明に係る状態診断システムは、上記状態診断装置と、前記対象物とを具備する。
本発明でいう“異常の有無等の診断”とは単に異常のありなしを診断することを含め、具体的な例示はしていないが、異常の度合いや今後の見通しを含む状態変化の状況、異常の発生原因や発生個所を推定した診断情報を含む場合もある。また、更に、推奨する対策(修理、運転条件の見直し)を含む場合もある。
【００１０】
本発明に係る状態診断装置および状態診断システムは、推定モデルを含んで、前記仮想位置に仮想で存在する仮想センサの信号情報を推定する推定部、詳しくは前記測定対象を測定する前記外付けセンサの出力を含む信号情報から、前記推定モデルにより、前記対象部位の前記測定対象の信号情報であって、前記仮想センサにより前記仮想位置において測定されたと想定する信号情報を推定する前記推定部を有し、かつ、前記対象物に取り付けた前記外付けセンサの出力を含む信号情報と、前記対象物の前記対象部位の、前記仮想位置に対応する位置に設置した実際のセンサから取得した前記測定対象の信号情報とにより、両センサの信号情報間の関係性を含む推定モデルを有する。この構成により、本発明に係る状態診断装置および状態診断システムは、前記推定モデルを用いて機械設備等の対象物に設置した前記外付けセンサの信号情報から、例えば前記動作部の軸受に内蔵もしくは軸受の近傍に設置したセンサ（センサユニット）に対応する前記仮想位置の前記仮想センサの信号情報を推定し診断に用いることができる。これにより、高価な上記センサユニットが不要となりコストを抑制できる上、前記動作部の軸受等と前記外付けセンサとの伝達距離や伝達経路の影響により生じる振動応答のレベル差を無くすもしくは小さくすることができるため、該センサユニットが無くても前記外付けセンサにより、機械設備等の対象物の異常を精度良く診断できる。また、装置外部から加わる振動等の外乱の影響も抑えることができるため、精度良く異常の有無等を診断することが可能になる。これとともに、従来技術のように伝達距離や伝達経路の影響に応じて周波数ごとに閾値を設定する必要が無くなるため、工数が削減でき、コストを抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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