(57)【要約】【課題】転がり軸受を監視する状態監視システムを、低コストで提供する。【解決手段】回転軸３を支持する転がり軸受２の状態監視システム１は、転がり軸受２の振動を計測する振動計測部７と、計測された転がり軸受２の振動に基づく振動波形の振幅の包絡線を検波する包絡線検波部１４と、検波された包絡線から、転がり軸受２が損傷している場合に発生する振動波形の理論周波数に基づく所定周期と一致する周期のパルス波を探索するパルス波探索部５と、探索で得られた所定周期と一致する周期のパルス波から、最大振幅値のパルス波を抽出する最大パルス波抽出部１６とを有する。状態監視システム１は、最大パルス波抽出部１６によって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて、転がり軸受の状態監視を行う。【選択図】図２
2020144072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する転がり軸受の状態監視システムにおいて、
前記転がり軸受の振動を計測する振動計測部と、
前記振動計測部によって計測された前記転がり軸受の振動に基づく振動波形の振幅の包絡線を検波する包絡線検波部と、
前記包絡線検波部によって検波された包絡線から、前記転がり軸受が損傷している場合に発生する振動波形の理論周波数に基づく所定周期と一致する周期のパルス波を探索するパルス波探索部と、
前記パルス波探索部による探索で得られた前記所定周期と一致する周期のパルス波から、最大振幅値のパルス波を抽出するパルス波抽出部と、を有し、
前記パルス波抽出部によって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて、前記転がり軸受の状態監視を行う
ことを特徴とする状態監視システム。
【請求項２】
前記所定周期は、前記理論周波数の逆数である
ことを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項３】
前記包絡線検波部によって検波された包絡線を周波数分析する周波数分析部をさらに有し、
前記所定周期は、前記周波数分析部によって周波数分析された前記包絡線における、前記理論周波数の所定近傍内でのピーク周波数の逆数である
ことを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項４】
前記振動計測部は、サンプリング速度が所定速度よりも小さい低速サンプリングで前記転がり軸受の振動を計測する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項５】
前記理論周波数は、前記転がり軸受において内輪に生じた傷を転動体が通過する場合に発生するパルス波の第１の周波数、前記転がり軸受において外輪に生じた傷を転動体が通過する場合に発生するパルス波の第２の周波数、および前記転がり軸受の転動体の自転周波数の２倍の第３の周波数である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項６】
前記パルス波探索部による探索で得られたパルス波の周期が、前記第１の周波数に基づく第１の周期、前記第２の周波数に基づく第２の周期、および前記第３の周波数に基づく第３の周期の何れと一致するかに基づいて、前記転がり軸受における内輪、外輪、および転動体の何れに損傷が生じているかを判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の状態監視システム。
【請求項７】
前記パルス波抽出部によって抽出されたパルス波の最大振幅値の時間変化を表示部に表示する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項８】
前記パルス波抽出部によって抽出されたパルス波の最大振幅値が所定閾値を超えた場合に、前記転がり軸受に損傷が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項９】
前記転がり軸受に損傷が生じていると判定した旨の情報を出力する
ことを特徴とする請求項８に記載の状態監視システム。
【請求項１０】
前記パルス波抽出部によって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて前記転がり軸受の損傷レベルを診断する
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項１１】
前記振動計測部は、前記転がり軸受を備える装置が所定の運転状態になったタイミング、もしくは、前記装置が前記所定の運転状態となってからの所定時間間隔で前記転がり軸受の振動を計測する
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の状態監視システム。
【請求項１２】
回転軸を支持する転がり軸受の状態監視システムが実行する転がり軸受の状態監視方法であって、
前記転がり軸受の振動を計測する振動計測ステップと、
前記振動計測ステップによって計測された前記転がり軸受の振動に基づく振動波形の振幅の包絡線を検波する包絡線検波ステップと、
前記包絡線検波ステップによって検波された包絡線から、前記転がり軸受が損傷している場合に発生する振動波形の理論周波数に基づく所定周期と一致する周期のパルス波を探索するパルス波探索ステップと、
前記パルス波探索ステップによる探索で得られた前記所定周期と一致する周期のパルス波から、最大振幅値のパルス波を抽出するパルス波抽出ステップと、
前記パルス波抽出ステップによって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて、前記転がり軸受の状態監視を行う状態監視ステップと
を含んだことを特徴とする状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の状態監視システムおよび状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の状態監視には、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に開示されているように、振動加速度センサがよく用いられる。振動加速度計測による軸受の一般的な状態監視方法に関して、図９を用いて説明する。
【０００３】
転がり軸受の内輪軌道面、外輪軌道面に傷が存在すると、その傷を転動体が通過する度にパルス波が生じる。また、転動体に傷が存在する場合は、転動体の自転により傷が内輪軌道面、外輪軌道面に衝突する度にパルス波が生じる。
【０００４】
例えば、図９（ａ）において、左方の図に転がり軸受の断面を示すように、外輪軌道面に傷が存在すると、右方の図に示すように、転動体が外輪軌道面の傷を通過するタイミングｔ１およびタイミングｔ２で、周期的な衝撃パルス波が生じる。これらの周期的な衝撃パルス波は、図９（ｂ）に示すような波形であり、軸受外輪の円環振動を励起する。この振動数は高周波であり、１０ｋＨｚ以上となる場合もある。
【０００５】
そこで、まず、転がり軸受周辺に振動加速度センサを設置し、この円環振動を捉えられるサンプリング速度で計測する。そして、得られた振動波形に対して、図９（ｃ）に示すように包絡線検波し、軸受内部に生じた傷起因のパルス波を抽出する。その後、図９（ｄ）に示すように、ＦＦＴ演算処理により、転動体が傷を通過する周波数、および、転動体の自転周波数の２倍の振幅値を評価する。この振幅値の時間変化を図９（ｅ）に示すように監視することで、軸受の異常を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２５９７６号公報
【特許文献２】特開２０１２−４２３３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】松下修己著ほか「続  回転機械の振動−実機の振動問題と振動診断」、コロナ社、２０１２年１１月１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、鉄道、建設機械、風力発電システム等には、多数の転がり軸受が存在する。このような機械やシステムにおいて、多数の軸受の内の一つでも損傷が生じた場合、回転軸がロックし事故につながる可能性がある。多数の軸受の損傷を網羅する監視システムを導入するには、多くの振動センサを設置する必要がある。また、軸受に生じた傷を検知するには、軸受外輪の円環振動を捉えるために、高速サンプリングで、十分なデータ長の振動波形を得る必要がある。また、大容量のアナログ振動波形を、高速にデジタル化する高価なＡ／Ｄ変換器を多数用意しなければならない。また、データ蓄積容量を増やす必要がある。これらの結果、監視システムを導入するコストが高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決するため、転がり軸受を監視する状態監視システムを、低コストで提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明においては、回転軸を支持する転がり軸受の状態監視システムにおいて、前記転がり軸受の振動を計測する振動計測部と、前記振動計測部によって計測された前記転がり軸受の振動に基づく振動波形の振幅の包絡線を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部によって検波された包絡線から、前記転がり軸受が損傷している場合に発生する振動波形の理論周波数に基づく所定周期と一致する周期のパルス波を探索するパルス波探索部と、前記パルス波探索部による探索で得られた前記所定周期と一致する周期のパルス波から、最大振幅値のパルス波を抽出するパルス波抽出部と、を有し、前記パルス波抽出部によって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて、前記転がり軸受の状態監視を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明においては、回転軸を支持する転がり軸受の状態監視システムが実行する転がり軸受の状態監視方法であって、前記転がり軸受の振動を計測する振動計測ステップと、前記振動計測ステップによって計測された前記転がり軸受の振動に基づく振動波形の振幅の包絡線を検波する包絡線検波ステップと、前記包絡線検波ステップによって検波された包絡線から、前記転がり軸受が損傷している場合に発生する振動波形の理論周波数に基づく所定周期と一致する周期のパルス波を探索するパルス波探索ステップと、前記パルス波探索ステップによる探索で得られた前記所定周期と一致する周期のパルス波から、最大振幅値のパルス波を抽出するパルス波抽出ステップと、前記パルス波抽出ステップによって抽出されたパルス波の最大振幅値に基づいて、前記転がり軸受の状態監視を行う状態監視ステップとを含んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低速かつ少ないデータ長でのサンプリングにより、高速サンプリングの時と同じ精度で軸受の異常を検知可能であり、状態監視システムの導入コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの全体概略構成図である。
【図２】実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの機能ブロック図である。
【図３】実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理フロー図である。
【図４】実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの表示部の画面表示の一例を示す図である。
【図５】実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの診断結果の一例を示す図である。
【図６】実施例２に係る転がり軸受状態監視システムの機能ブロック図である。
【図７】実施例２に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理フロー図である。
【図８】転がり軸受状態監視システムを実現するコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【図９】一般的な転がり軸受状態監視システムの診断手法を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面に基づき、本発明の実施例を詳述する。以下の説明において、同一参照番号で同一あるいは類似の構成もしくは機能を備えた構成を示し、後出の説明を省略する。また、各実施例および各変形例は、本発明の技術思想の範囲内および整合する範囲内で、一部または全部を組合せることができる。
【００１５】
本明細書において、「転がり軸受」とは、回転軸の外周面を覆うよう配される円筒状の内輪、円筒状の内輪の外周面を覆い且つ内輪の外周面より径方向外側に所定の間隔にて離間し同心円状に配される円筒状の外輪、および、外輪の外周面を覆うよう配される軸受ハウジングを備え、内輪の外周面と外輪の内周面との間に、転動体として球状の玉が周方向に複数配される転がり玉軸受、および内輪の外周面と外輪の内周面との間に、転動体として円柱状のころが周方向に複数配される転がりころ軸受を含む。また、「転がり軸受」は、円筒状の内輪の外周面に、周方向に所定の間隔にて円弧状の深溝が複数形成され、円筒状の外輪の内周面に、内輪の外周面に形成された深溝と対向する位置に円弧状の深溝が形成される深溝軸受等を含む。
【００１６】
以下の実施例は、風力発電システム、建設機械、鉄道、昇降機等に適用可能である。
【実施例１】
【００１７】
＜実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの構成＞
先ず、図１および図２を参照して、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの構成を説明する。図１は、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの全体概略構成図である。図２は、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの機能ブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、転がり軸受状態監視システム１は、少なくとも、表示部１０と、転がり軸受２の振動を計測するためのセンサ等である振動計測部７と、計測されたアナログ振動波形をデジタル振動波形へ変換するＡ／Ｄ変換部８と、計測信号に対して演算処理を行ない、その結果のグラフ化や、転がり軸受の状態の監視を行う制御部９とを有する。
【００１９】
転がり軸受２は、図１に示すように、回転軸３の外周面を覆うように配され、回転軸３に嵌合する円筒状の内輪４と、円筒状の内輪４の外周面を覆い且つ内輪４の外周面より径方向外側に所定の間隔にて離間し同心円状に配される円筒状の外輪５と、内輪４の外周面と外輪５の内周面との間に周方向に相互に所定の間隔にて離間するように配される複数の転動体６と有する。なお、図１では、転がり軸受２の内輪４、外輪５、および転動体６の縦断面を示し、転がり軸受２と嵌合する回転軸３の部分を示している。また、図１では、外輪５の外周面を覆う軸受ハウジングを省略している。
【００２０】
図１では、説明の便宜上、１組の転がり軸受２および振動計測部７を図示するが、転がり軸受状態監視システム１は、複数組の転がり軸受２および振動計測部７を含んでもよい。この場合、転がり軸受状態監視システム１は、それぞれの転がり軸受２を識別できるようになっている。
【００２１】
図２に示すように、本実施例の転がり軸受状態監視システム１は、振動計測部７と、Ａ／Ｄ変換部８と、制御部９と、ＬＥＤ（Liquid  Crystal  Display）やＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）もしくは有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等の表示部１０を有する。
【００２２】
制御部９は、入力Ｉ／Ｆ１２と、計測値取得部１３と、包絡線検波部１４と、パルス波探索部１５と、最大パルス波抽出部１６と、記憶部１７と、出力Ｉ／Ｆ１８とを有する。これらは内部バス１９を介して相互に接続されている。
【００２３】
入力Ｉ／Ｆ１２は、振動計測部７で計測後、Ａ／Ｄ変換部８でデジタル化された振動波形等の計測値や運転データ（例えば転がり軸受２の回転周波数Ω等）等の入力値の入力を受付ける。
【００２４】
計測値取得部１３は、入力Ｉ／Ｆ１２を介して、振動計測部７で計測された後、Ａ／Ｄ変換部８でデジタル化された振動波形が含まれる計測値を取得する。この取得値は、内部バス１９を介して、包絡線検波部１４へ転送されるとともに、記憶部１７の所定の記憶領域に格納される。また、計測値取得部１３は、例えばエンコーダ等（図示せず）から、計測された転がり軸受２の回転速度を回転速度データに変換し、変換後の回転速度データを、内部バス１９を介してパルス波探索部１５へ転送するとともに、記憶部１７の所定の記憶領域に格納している。
【００２５】
包絡線検波部１４は、計測値取得部１３によって取得されたデジタル振動波形を絶対値整流化する。
【００２６】
パルス波探索部１５は、記憶部１７に格納されている理論的に求められたパルス波の発生周期Ｔで生じるパルス波を、包絡線検波部１４で絶対値整流化したデジタル振動波形から探索する。パルス波の発生周期Ｔについては、後述する。
【００２７】
最大パルス波抽出部１６は、パルス波探索部１５によって探索されたパルス波から、振幅が最大となるパルス波を抽出する。最大パルス波抽出部１６は、抽出した各パルス波の振幅値を求め、内部バス１９を介して最大パルス波抽出部１６へ転送する。
【００２８】
最大パルス波抽出部１６は、パルス波探索部１５から内部バス１９を介して転送されたパルス波のうちの振幅の最大値を求め、内部バス１９を介して記憶部１７の所定の記憶領域に格納する。最大パルス波抽出部１６により求められた振幅の最大値は、出力Ｉ／Ｆ１８を介して表示部１０の画面上に表示される。
【００２９】
記憶部１７は、転がり軸受２の諸元から理論的に求められた、転がり軸受２に傷が生じた際の振動のパルス波の発生周期Ｔを記憶している。記憶部１７は、同一諸元の転がり軸受２ごとにパルス波の発生周期Ｔを記憶している。
【００３０】
ここで、記憶部１７に記憶されている振動のパルス波の発生周期Ｔには、内輪４に傷が生じた場合のパルス波の発生周期Ｔ１、外輪５に傷が生じた場合のパルス波の発生周期Ｔ２、転動体６に傷が生じた場合のパルス波の発生周期Ｔ３がある。
【００３１】
パルス波の発生周期Ｔ１は、下記の式（１）により計算される、内輪４に傷が生じた場合に転動体６が傷を通過する際に発生するパルス波の周波数ｆ１の逆数である。パルス波の周波数ｆ１は、内輪転動体通過周波数ともいう。
【００３２】
パルス波の発生周期Ｔ２は、下記の式（２）により計算される、外輪５に傷が生じた場合に転動体６が傷を通過する際に発生するパルス波の周波数ｆ２の逆数である。パルス波の周波数ｆ２は、外輪転動体通過周波数ともいう。
【００３３】
パルス波の発生周期Ｔ３は、下記の式（３）により計算される、転動体６に傷が発生し、転動体６の自転により、傷が内輪４および外輪５の２箇所に衝突する際に発生するパルス波の周波数ｆ３の逆数である。パルス波の周波数ｆ３は、転動体６の自転周波数の２倍の周波数である。
【００３４】
ｆ１＝Ｎ／２（１＋Ｂ／Ｐｃｏｓα）・Ω        ・・・（１）
ｆ２＝Ｎ／２（１−Ｂ／Ｐｃｏｓα）・Ω        ・・・（２）
ｆ３＝Ｂ／Ｐ｛１−（Ｂ／Ｐ）２ｃｏｓ２α｝・Ω  ・・・（３）
【００３５】
ここで、上記の式（１）〜式（３）中の各パラメータは、Ｐ：軸受のピッチ円直径［ｍ］、Ｂ：転動体の直径［ｍ］、α：接触角［ｄｅｇ］（ころ軸受の場合はα＝０）、Ｎ：転動体の個数、Ω：転がり軸受２の回転周波数［Ｈｚ］である。
【００３６】
なお、包絡線検波部１４、パルス波探索部１５、および最大パルス波抽出部１６は、例えば、各種プログラムを格納するＲＯＭ、および演算過程またはプログラムの実行過程において一時的にデータを格納するＲＡＭ等の記憶装置、ＲＯＭに格納される各種プログラムを実行するＣＰＵ等のプロセッサにより実現される。
【００３７】
＜実施例１に係る転がり軸受状態監視システムにおける処理＞
次に、図３を参照して、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムにおける処理を説明する。図３は、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理フロー図である。実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理は、所定の実行契機で実行される。
【００３８】
転がり軸受状態監視システムの全体処理の実行契機の例としては、次を挙げることができる。例えば、実行契機は、転がり軸受状態の監視対象が鉄道であれば、列車が所定のルートを通過したこと、あるいは、列車が所定の運転速度（定常速度等）になったことでもよい。また、実行契機は、転がり軸受状態の監視対象が風車であれば、風車が定常運転（定常出力や定常回転数等）になったことでもよい。あるいは、転がり軸受状態監視システムの全体処理は、定常運転になってからの所定の時間間隔で実行されてもよい。所定の実行契機で転がり軸受状態監視システムの全体処理を実行することにより、転がり軸受状態監視条件を一定にして監視精度を確保する。
【００３９】
図３では、本実施例による振動計測結果を実線で示し、比較例の振動計測結果を破線で示している。本実施例では、所定速度よりも低いサンプリング速度で振動をサンプリングし、比較例では、所定速度よりも高いサンプリング速度で振動をサンプリングしている。
【００４０】
先ず、ステップＳ１では、転がり軸受状態監視システム１において、振動計測部７は、転がり軸受２周辺部の振動を、振動加速度センサにより、所定速度よりも低いサンプリング速度で計測する。Ａ／Ｄ変換部８は、計測したアナログの振動波形データをデジタル化する。
【００４１】
続いてステップＳ２では、転がり軸受状態監視システム１において、包絡線検波部１４は、計測値取得部１３によって取得された、Ａ／Ｄ変換部８でデジタル化された振動波形データに対して絶対値整流化を行う。絶対値整流化とは、振動波形の振幅の波形を生成することを言う。
【００４２】
続いてステップＳ３では、パルス波探索部１５は、ステップＳ２で絶対値整流化された波形から、記憶部１７に格納している理論的に求めたパルス波の発生周期Ｔで生じているパルス波を探索する。具体的には、パルス波探索部１５は、パルス波の発生周期Ｔｊ（ｊ＝１，２，３）で時系列のデジタル振動波形を区切り、各区間における振幅値の最大値と、その発生時間間隔を求める。パルス波探索部１５は、求めたパルス波の発生時間間隔と、記憶部１７に格納したパルス波の発生周期Ｔｊ（ｊ＝１，２，３）とを比較し、それらが一致すれば、該当の箇所に傷が発生したと判断する。
【００４３】
例えば、パルス波の発生周期Ｔ１で時系列のデジタル振動波形を区切り、各区間における振幅値の最大値と、それらの発生時間間隔とを求め、求めた発生時間間隔Ｄと発生周期Ｔ１とが一致する場合に、転がり軸受２の内輪に傷が発生したと判断できる。同様にして、パルス波の発生周期Ｔ２の場合には、転がり軸受２の外輪に傷が発生したと判断でき、パルス波の発生周期Ｔ３の場合には、転がり軸受２の転動体に傷が発生したと判断できる。
【００４４】
続いてステップＳ４では、最大パルス波抽出部１６は、パルス波探索部１５で同定した傷発生箇所の損傷具合を評価するため、探索したパルス波の内、振幅が最大となるパルス波を抽出し、その振幅値を求める。ステップＳ４の実行が終了すると、転がり軸受状態監視システム１の処理が終了する。
【００４５】
制御部９は、上述のステップＳ１〜ステップＳ４までの処理により得られた傷の発生箇所、パルス波の振幅の最大値、および回転速度データを、例えば、情報が取得された時刻ｔ毎に紐付けて記憶部１７の所定の記憶領域に格納する。
【００４６】
制御部９は、上述の転がり軸受状態監視システム１の全体処理フローにより得られる時刻ｔ毎のパルス波の振幅の最大値を数値またはグラフ化して、出力Ｉ／Ｆ１８を介して表示部１０の表示画面５０ａ上に出力する。図４は、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの表示部の画面表示の一例を示す図である。
【００４７】
図４に示すように、ＧＵＩ等である表示画面５０ａにおいて、横軸には時刻ｔ、縦軸にはパルス波の振幅の最大値（振幅値）、そして凡例には傷が発生した転がり軸受２の識別情報と傷の発生箇所を示す。図４は、転がり軸受２におけるパルス波の振幅値の時間変化を示すものとなる。表示画面５０ａにおいて、振幅値の大きさに応じて、各時刻における振幅値のプロット表示を異なる表示属性で表示して、複数の段階で損傷の進み具合を表すこともできる。
【００４８】
また、制御部９は、転がり軸受２におけるパルス波の振幅値に基づいて、該当の転がり軸受２に傷が生じていると判断し、アラーム発報や、レポートを出力してもよい。制御部９は、例えば、パルス波の振幅値が所定閾値を超えると、該当の転がり軸受２の該当箇所に傷が生じていると自動的に判断する診断を行い、この診断結果を、例えば表示部１０の表示画面上に表示する。
【００４９】
また、図５は、実施例１に係る転がり軸受状態監視システムの診断結果の一例を示す図である。制御部９は、図５に例示するように、転がり軸受状態監視システム１による診断結果を、日時、損傷軸受、損傷個所、および損傷レベルの各列の情報を含む診断結果テーブルＴＡ１に記録し、記憶部１７に格納する。「損傷レベル」は、振幅値を複数の閾値で判定することにより、例えば“高”、“中”、“低”等の複数の段階で、損傷の進み具合を示すものである。なお、診断結果の保存形式は、テーブルに限られるものではない。
【００５０】
例えば、図５の１行目のレコードは、“2018/12/1  13:00”に、“Ａ軸受”の“外輪”で、振幅値“ａ１”である損傷レベル“低”の傷が発生したと、制御部９により診断されたことを示す。また、例えば、図５の４行目および５行目のレコードは、“2018/12/1  13:30”に、“Ａ軸受”の“外輪”で、振幅値“ａ４”である損傷レベル“低”の傷が発生し、“Ｂ軸受”の“内輪”で、振幅値“ｂ４”である損傷レベル“中”の傷が発生したと、制御部９により診断されたことを示す。制御部９は、診断結果テーブルＴＡ１に記録された損傷レベルを、転がり軸受２の損傷個所（内輪４、外輪５、および転動体６）ごとに、日時の時系列で、表示部１０の表示画面上に表示してもよい。
【００５１】
このように、監視対象の転がり軸受２を有する装置等において、転がり軸受２に生じた傷を、直ちに事故発生につながるようなレベルではない初期段階から、徐々に傷が重大になっていくことを認識できる。よって、監視対象の転がり軸受２を有する装置等において、転がり軸受２に生じた傷が、直ちに事故発生につながるレベル未満の所定レベルに至った段階で保守を行うことができる。また、監視対象の転がり軸受２を有する装置等において、転がり軸受２に生じた傷が近々に事故発生につながるレベルに至った場合、直ちにこの装置等を停止することができる。よって、稼働中の転がり軸受２に起因する事故発生を防止できる。
【００５２】
＜実施例１の効果＞
本実施例では、転がり軸受２周辺部の振動を、低速サンプリング速度かつ傷起因のパルス波を含むデータ長で計測し、理論的な発生周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいて、計測された振動波形から傷起因のパルス波を探索し、探索したパルス波中の最大振幅を評価する。これにより、低速サンプリング速度であっても、高い確率で円環振動の振幅値を得ることができるとともに、高周波・高振幅の軸受外輪の円環振動をも捉えることができる。つまり、低速サンプリング速度であっても、高速サンプリングで計測した時と同等の精度で、転がり軸受２内部に生じた傷を検知可能である。
【００５３】
よって、高速サンプリングに対応した高価なＡ／Ｄ変換器を必要とせず、傷起因のパルス波を含むデータ長を高速サンプリングよりも抑制でき、複数の転がり軸受２を対象として状態監視を行う場合であっても記憶部１７の容量を小さくできるので、転がり軸受状態監視システム１の導入コストを小さくできる。
【００５４】
また、表示部１０上にグラフ化された振幅値の変化や、自動的に発せられるアラームやレポート出力等により、どの転がり軸受２にどの程度の傷が生じているかを容易に認識させることができる。例えば、表示部１０上にグラフ化された振幅値が、発生当初から何倍の大きさになったか、あるいは、発生当初からどれだけの時間が経過したかに応じて、転がり軸受２に発生した傷の程度を認識できる。
【００５５】
よって、傷の程度から近々の重大事故の発生が予見される場合には、監視対象の転がり軸受２を有する装置等を直ちに停止させて、事故発生を未然に防ぐことができる。また、転がり軸受２の状態に応じて保守することにより、不要な保守作業を削減することができる。
【実施例２】
【００５６】
図６は、実施例２に係る転がり軸受状態監視システムの機能ブロック図である。図７は、実施例２に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理フロー図である。実施例２に係る転がり軸受状態監視システム１Ｂは、実施例１の転がり軸受状態監視システム１と比較して、周波数分析部１１をさらに有する。また、実施例２に係る転がり軸受状態監視システムの全体処理では、図３に示した実施例１のフロー中のステップＳ２とステップＳ３との間に、周波数分析を行うステップＳ２ａが追加されている。
【００５７】
図６のステップＳ１およびステップＳ２は、図３に示した実施例１の処理と同様である。
【００５８】
図６のステップＳ２に続くステップＳ２ａでは、転がり軸受状態監視システム１Ｂにおいて、周波数分析部１１は、包絡線検波部１４によって絶対値整流化された時間軸上のデジタル振動波形に対してＦＦＴ等の周波数分析を実施する。そして、周波数分析部１１は、上述の式（１）〜（３）で理論的に求めた周波数ｆｊ（ｊ＝１，２，３）（＝１／Ｔ）の何れかの所定近傍内の周波数で、振幅がピークとなっているピーク周波数を検出する。所定近傍内のピーク周波数ｆ’は、例えばｆ’＝ｆｊ±Δｆ＝１／Ｔ±Δｆを満たす。ただし、Δｆは、所定値である。そして、周波数分析部１１は、検出したピーク周波数ｆ’の逆数１／ｆ’である周期Ｔ’を求める。
【００５９】
ステップＳ２ａに続くステップＳ３では、転がり軸受状態監視システム１Ｂにおいて、パルス波探索部１５は、周波数分析部１１によって求められた周期Ｔ’を用いて、実施例１同様にパルス波探索を実施する。ステップＳ３が終了した以降は、転がり軸受状態監視システム１Ｂは、実施例１と同様に処理を行う。
【００６０】
＜実施例２の効果＞
実施例１では、あらかじめ理論的に求めたパルス波の発生周期Ｔを用いてパルス波を探索する。しかし、実際は回転速度の計測誤差や、また転動体の微小のすべりにより、傷起因のパルス波の発生周期が、記憶部１７に格納しているパルス波の発生周期Ｔと異なる場合がある。そこで、実施例２では、パルス波探索の際、記憶部１７に格納しているパルス波の発生周期Ｔに代えて、その逆数であるパルス波の周波数１／Ｔの所定近傍内で検出したピーク周波数（１／Ｔ±Δｆ）に基づく周期Ｔ’を用いる。これより、回転速度の計測誤差や、転動体の微小のすべりによるパルス波の発生周期の変動があった場合においても、パルス波探索精度を維持できる。
【００６１】
＜転がり軸受状態監視システムを実現するコンピュータ＞
図８は、転がり軸受状態監視システムを実現するコンピュータのハードウェア構成を示す図である。実施例１および２の転がり軸受状態監視システム１，１Ｂを実現するコンピュータ５０００では、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５３００、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリ５４００、入力装置５６００（例えばキーボード、マウス、タッチパネル等）、および出力装置５７００（例えば外部ディスプレイモニタに接続されたビデオグラフィックカード）が、メモリコントローラ５５００を通して相互接続されている。
【００６２】
コンピュータ５０００において、所定のプログラムがＩ／Ｏ（Input／Output）コントローラ５２００を介してＳＳＤ（Solid  State  Drive）やＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）等の外部記憶装置５８００から読み出されて、ＣＰＵ５３００およびメモリ５４００の協働により実行されることにより、転がり軸受状態監視システム１，１Ｂが実現される。あるいは、所定のプログラムは、ネットワークインターフェース５１００を介した通信により外部のコンピュータから取得されてもよい。
【００６３】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換・統合・分散をすることが可能である。また実施例で示した各処理は、処理効率もしくは実装効率に基づいて適宜分散または統合してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ｂ：転がり軸受状態監視システム、２：転がり軸受、３：回転軸、４：内輪、５：外輪、６：転動体、７：振動計測部、８：Ａ／Ｄ変換部、９：制御部、１０：表示部、１１：周波数分析部、１２：入力Ｉ／Ｆ、１３：計測値取得部、１４：包絡線検波部、１５：パルス波探索部、１６：最大パルス波抽出部、１７：記憶部、１８：出力Ｉ／Ｆ、１９：内部バス、５０ａ：表示画面、５０００：コンピュータ、５１００：ネットワークインターフェース、５２００：コントローラ、５４００：メモリ、５５００：メモリコントローラ、５６００：入力装置、５７００：出力装置、５８００：外部記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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