噪声分析方法、噪声分析程序以及噪声分析装置

摘要

本发明提供噪声分析方法、噪声分析程序以及噪声分析装置，实现能够应用于噪声自动检查的高精度的噪声分析。噪声分析方法的一个方式包括：频谱取得步骤，取得表示旋转体发出的振动和声音中至少一方的计测值的频谱；差分值计算步骤，针对从2次开始到预先设定的最大次数为止的各关注次数计算差分值，该差分值是能够成为基准的代表值与关注次数的高次谐波的振幅的差分值，该基准是相对于所述频谱的基频的高次谐波中的关注次数的高次谐波、和与该关注次数相邻的相邻次数中的低次侧以及高次侧中至少一方的高次谐波之间的频带中振幅的基准；合计步骤，对所述各差分值进行合计。

说明书

技术领域

本发明涉及噪声分析方法、噪声分析程序以及噪声分析装置。

背景技术

以往，在电动机的生产现场进行的噪声(即噪音)检查，一般是基于听觉的检查。另外，已知有能够应用于利用了分析装置的自动检查的技术。

例如在专利文献1中提出了如下的机械设备的评价方法：为了从机械设备所产生的声音、振动高精度地诊断机械设备中有无异常以及确定异常部位，求出多个机械要素间的理论频率之差为最小的最小频率差，将探测范围系数设为0.5以下，将最小频率差×探测范围系数来作为检测频率范围，判别频谱数据的峰值频率是否在理论频率±检测频率范围的范围内。

另外，例如在专利文献2中，作为使有缺陷的滚动轴承旋转时产生的脉冲信号的定量化的方法，提出了对除去噪声后的波形进行绝对值处理后进行定量化的方法、对除去噪声后的波形进行包络处理(envelope processing)后进行定量化的方法。

【现有技术文献】

【专利文献1】日本专利第6508017号公报

【专利文献2】日本专利第6133112号公报

发明内容

但是，现有技术中的定量化是用于判定损伤等缺陷的定量化，是单纯地使用信号振幅的定量化。因此，在现有技术中，无法灵活使用电动机等旋转体中噪声的特征，无法实现高精度的噪声分析。因此，本发明的目的在于实现能够应用于噪声自动检查的高精度的噪声分析。

本发明的噪声分析方法的一个方式包括：频谱取得步骤，取得表示旋转体发出的振动和声音中至少一方的计测值的频谱；差分值计算步骤，针对从2次开始到预先设定的最大次数为止的各关注次数计算差分值，该差分值是能够成为基准的代表值与关注次数的高次谐波的振幅的差分值，该基准是相对于所述频谱的基频的高次谐波中的关注次数的高次谐波、和与该关注次数相邻的相邻次数中的低次侧以及高次侧中至少一方的高次谐波之间的频带中振幅的基准；合计步骤，对所述各差分值进行合计。

另外，本发明的噪声分析程序的一个方式是，其安装于信息处理装置，并使该信息处理装置执行上述的噪声分析方法。

另外，本发明的噪声分析装置的一个方式具有：光谱取得部，其取得表示旋转体发出的振动和声音中至少一方的计测值的频谱；差分值计算部，其针对从2次开始到预先设定的最大次数为止的各关注次数计算差分值，该差分值是能够成为基准的代表值与关注次数的高次谐波的振幅的差分值，该基准是相对于所述频谱的基频的高次谐波中的关注次数的高次谐波、和与该关注次数相邻的相邻次数中的低次侧以及高次侧中至少一方的高次谐波之间的频带中振幅的基准；合计部，其对所述各差分值进行合计。

根据本发明，可以实现能够应用于噪声自动检查的高精度的噪声分析。

附图说明

图1是表示噪声检查系统的图。

图2是表示噪声检查装置中的处理动作的流程图。

图3是表示由振动量计算部计算出的频谱的一例的图。

图4是表示定量化的处理动作的流程图。

图5是表示设定值的输入画面的图。

图6是示意性地表示步进电动机的结构的图。

图7是示意性地表示齿轮传动电动机的结构的图。

图8是表示定量化的处理概念的图。

图9是表示电动机为良品的情况下的噪声检查的结果的图。

图10是表示电动机为次品的情况下的噪声检查的结果的图。

符号说明

10：电动机

100：噪声检查系统

110：振动传感器

120：噪声检查装置

121：输入部

122：输出部

123：振动量计算部

124：定量化单元

125：判定部

400：步进电动机

500：齿轮传动电动机

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本公开的噪声分析方法以及噪声分析程序的实施方式。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略非必要的详细说明。例如，有时省略已经众所周知的事项的详细说明、对实质上相同的结构的重复说明。另外，关于之前说明的图中记载的要素，有时在后面的图的说明中适当参照。图1是表示噪声检查系统的图。噪声检查系统100是在电动机10的生产现场检查电动机噪声的系统，具备振动传感器110和噪声检查装置120。

振动传感器110贴附于电动机10来检测振动。为了检查噪声，可以检测电动机10的声音，但在此所示的例子中检测振动来进行噪声检查。

噪声检查装置120通过在作为信息处理装置的一例的个人计算机中组装噪声检查程序来实现。噪声检查装置120可以由专用的电路等构成，但在此所示的例子中通过程序来实现。噪声检查装置120具备输入部121、输出部122、振动量计算部123、定量化部124、判定部125。

输入部121接受包含由振动传感器110检测到的振动的数据、由进行噪声检查的用户操作的操作内容等在内的各种输入。输入部121例如受理来自输入端口的数据输入，受理例如来自鼠标、键盘、触摸面板的操作输入。输出部122进行包含画面显示、数据输出等的各种输出。输出部122例如在液晶显示器等省略了图示的显示画面上显示判定结果。

振动量计算部123对由输入部121接收到的振动的数据实施FFT(快速傅里叶变换)等处理，计算每个频率的振动的振幅(即振动量)作为频谱。该振动量表示电动机10发出的声音大小。

定量化部124基于由振动量计算部123计算出的频谱，对电动机10发出的声音中刺耳的噪声的量进行定量化。定量化部124相当于本发明的噪声分析装置的一实施方式，执行本发明的噪声分析方法的一实施方式。另外，实现定量化部124的上述噪声检查程序相当于本发明的噪声分析程序的一个实施方式。噪声的定量化的详细内容将在后面叙述。判定部125基于由定量化部124定量化后的噪声量，进行电动机10的异常判定。图2是表示噪声检查装置120中的处理动作的流程图。

在噪声检查装置120中，当通过用户的操作指示了噪声检查的开始时，由输入部121接受由振动传感器110检测出的电动机10的振动数据的输入，开始图2所示的处理动作。

当开始图2所示的处理动作时，通过振动量计算部123对振动数据进行暗噪声去除(步骤S101)、包络处理(步骤S102)和FFT处理(步骤S103)。在振动量计算部123中，通过这些处理来计算振动量的频谱。振动量的频谱即是噪声振动中每个频率的变动量，振动量可以认为是振动的振幅。

将步骤S101～步骤S103合并的例子相当于本发明所说的取得表示旋转体发出的振动和声音中的至少一方的计测值的频谱的频谱取得步骤的一例。另外，计算振动量的频谱的上述各处理是以往公知的处理，因此省略内容的详细说明。图3是表示由振动量计算部123计算出的频谱的一例的图。图3的纵轴表示振动量，横轴表示频率。

在由振动量计算部123计算出的频谱中，如图3所示，立起多个尖锐的峰值200。这些峰值200相当于相对于基频(基本频率)的高次谐波，存在于基频的整数倍的位置。当存在多个可能成为噪声源的旋转体时，基频也存在多个，但图3所示的例子是基频为1个的例子。

当通过振动量计算部123在图2的步骤S101～步骤S103中计算出频谱时，图2的流程图所示的处理动作进入步骤S104，通过定量化部124进行噪声的定量化。关于定量化的详细情况在后面叙述。

当在步骤S104中对噪声进行定量化时，基于该定量化后的噪声，在步骤S105中，通过判定部125进行作为噪声检查对象的电动机10是否存在异常的判定。例如，如果量化的噪声超过阈值水平，则判定为电动机10有异常。判定结果由输出部122显示于显示画面。接着，对定量化部124的定量化的详细情况进行说明。图4是表示定量化的处理动作的流程图。

当开始定量化的处理动作时，在步骤S201中设定基频，在步骤S202中设定检测次数。进行噪声检查的用户预先向噪声检查装置120输入基频以及检测次数的设定值，并存储于省略图示的存储部中。在步骤S201以及步骤S202中，将该存储的设定值设定给定量化部124。图5是表示设定值的输入画面的图。

图5所示的设定画面300显示于噪声检查装置120所具有的省略了图示的显示画面，具有基频设定栏310、检测次数设定栏320以及判定阈值设定栏330。在基频设定栏310中输入作为噪声检查对象而关注的旋转体中的基频。在检测次数设定栏320中，输入相当于振动光谱中的各峰值200的高次谐波中作为噪声定量化对象的高次谐波的最大次数。

在判定阈值设定栏330中，输入对检查对象判定有无异常的阈值。在此输入的阈值在图2的步骤S105的判定中使用。在此，对基频以及检测次数(最大次数)的具体例进行说明。图6是示意性地表示步进电动机400的结构的图。

步进电动机400具有旋转的转子410和固定的定子420，转子410与输出轴结合。转子410通过永久磁铁而具有磁极(在此所示的例子中为2极)，定子420通过线圈421形成磁场。

在图6所示的步进电动机400中，定子420具有10个线圈421，因此转子410在10个步骤中进行1周。在步进电动机400的情况下，作为基频优选使用输出轴上的旋转频率，作为最大次数优选使用输出轴的1次旋转所需的小于步数的自然数。即，在图6所示的例子中，作为最大次数使用9以下的数。

在步进电动机的情况下，输出轴的1次旋转所需的步数以上的高次数的高次谐波难以说是由步进电动机的旋转导致的噪声，可靠性低，因此通过将该高次数的高次谐波从噪声定量化的对象中排除，能够实现可靠性高的定量化。图7是示意性地表示齿轮传动电动机500的结构的图。

齿轮传动电动机500具有电动机510、固定于电动机510的输出轴的小齿轮520以及多个变速用齿轮530。在齿轮传动电动机500中，电动机510的输出轴的旋转速度由多个变速用齿轮530变速，一般能够得到比电动机510的旋转速度低的低速旋转的输出。

在对齿轮传动电动机500进行噪声检查的情况下，进行着眼于多个变速用齿轮530中的特定变速用齿轮530的检查。而且，作为基频优选使用关注齿轮的旋转频率，作为最大次数优选使用小于该关注齿轮的齿数的自然数。由于关注齿轮的齿数以上的高次数的高次谐波难以说是由该关注齿轮的旋转导致的噪声，所以通过将该高次数的高次谐波从噪声定量化的对象中排除，能够实现准确的定量化。

在图4的步骤S201、步骤S202中，将上述说明的基频以及检测次数的设定值设定给定量化部124，之后，使用该设定值进行噪声的定量化。另外，在上述中，示出了手动设定基频以及检测次数的例子，但基频例如可以通过从频谱的分析等来自动设定，检测次数例如也可以通过从步进电动机的步进信号的分析等来自动设定。图8是表示定量化的处理概念的图，图的横轴表示频率，纵轴表示振动量。以下，一并说明图4和图8。在步骤S203中，从频谱取得特征量。这里所说的特征量是关注的次数(即关注次数)的高次谐波中的振幅，也称为峰值。

在图8所示的例子中，基频被设定为电动机的转速即100Hz。在该情况下，作为特征量的峰值Max

接着，在步骤S204中，计算峰值Max

步骤S203以及步骤S204的处理从2次高次谐波开始，若经过步骤S203和步骤S204，则次数n被递增1。然后，在步骤S205中，如果次数n未达到最大次数n_max(即检测次数的设定值)，则重复步骤S203和步骤S204，依次计算差分值Level

在步骤S205中次数n达到最大次数n_max的情况下，在步骤S206中统计差值Level

在上述步骤S203～步骤S205中，由于从2次谐波取得峰值Max

图9及图10是表示噪声检查的结果的图，图9中示出电动机为合格品的情况下的结果，图10中示出电动机为不合格品的情况下的结果。噪声检查的结果由噪声检查装置120的输出部122在显示画面上作为结果画面700来显示。结果画面700具备波形栏710、量化值栏720以及判定结果栏730。在波形栏710中显示通过图2的步骤S101～步骤S103计算出的频谱。

在定量化值栏720中显示通过图4和图8所示的定量化的处理而得到的噪声的定量化值。作为定量化值的单位，例如使用分贝等。在判定结果栏730中显示图2的步骤S105的判定结果。

在图9所示的例子中，在波形栏710所示的频谱中，在基频和高次的高次谐波中产生了高的峰值，但由于低次的高次谐波下的峰值低，所以在判定结果栏730中显示表示合格品的“OK”。与此相对，在图10所示的例子中，在波形栏710所示的频谱中，在低次的高次谐波中产生了高的峰值，因此在判定结果栏730中显示表示不合格品的“NG”。

另外，这里作为本发明的噪声分析方法及噪声分析程序中的使用方法的一例，可举出电动机制造时的噪声检查，但本发明的噪声分析方法及噪声分析程序并不限定于上述，可使用于车辆、涡轮机、执行器等包含旋转驱动的广泛的装置。

上述实施方式在所有方面都是例示而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式而是由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。例如，在通过硬件实现上述实施方式的情况下，可以通过具有执行取得步骤的取得部、执行差分值计算步骤的计算部、执行合计步骤的合计部的电路装置来实现。