(57)【要約】【課題】転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することで、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能な転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置、センサユニット、並びに転がり軸受の異常診断システムを提供する。【解決手段】転がり軸受１１から発生する振動又は音を検出する検出部２１と、検出されたアナログ信号に対して振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路２８と、周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタ２９と、ローパスフィルタ処理後の低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３０と、Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部４８と、周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と転がり軸受１１の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して転がり軸受１１の異常を診断する比較判定部４９と、診断結果を出力する出力装置５１と、を備える。【選択図】図１
2020056686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受から発生する振動又は音を検出する工程と、
前記検出工程で検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う工程と、
周波数変換された信号に対してローパスフィルタ処理することにより、低周波帯域信号を得る工程と、
前記低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る工程と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数と、を比較して前記転がり軸受の異常を診断する工程と、
前記診断の結果を出力する工程と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
【請求項２】
前記周波数変換工程は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる請求項１に記載の転がり軸受の異常診断方法。
【請求項３】
前記周波数変換工程より前に、前記検出されたアナログ信号に対して、ハイパスフィルタ処理する工程をさらに備える請求項１又は２に記載の転がり軸受の異常診断方法。
【請求項４】
転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
【請求項５】
前記周波数変換回路は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる請求項４に記載の転がり軸受の異常診断装置。
【請求項６】
前記周波数変換回路より上流側に設けられ、前記検出されたアナログ信号を濾波するハイパスフィルタ、をさらに備える請求項４又は５に記載の転がり軸受の異常診断装置。
【請求項７】
転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
【請求項８】
前記周波数変換回路は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記周波数変換回路より上流側に設けられ、前記検出されたアナログ信号を濾波するハイパスフィルタ、をさらに備える請求項７又は８に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載のセンサユニットと、該センサユニットと信号を送受信可能な情報端末器と、を備える転がり軸受の異常診断システムであって、
前記情報端末器は、前記センサユニットから送信された前記信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受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、転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置、センサユニット、並びに転がり軸受の異常診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械設備で使用される転がり軸受では、長期間の連続使用や外部からの衝撃によって、内外輪軌道面や転動体にはく離等の損傷が発生する場合がある。損傷が発生すると、損傷部位が転動面と接触する度に、通常よりも大きな衝撃振動が発生する。この状態で運転を継続すると、軸受の大規模な故障や、回転機械設備の停止につながる虞がある。そのため、回転機械設備では、一定期間使用した後、軸受やその他の回転部品について異常の有無が定期的に検査される。しかし、このような回転部品の異常の有無の検査には、相当な時間とコストが必要となる。そのため、回転部品が組み込まれた機械設備を分解することなく、実稼動状態で回転部品の異常診断を可能とする方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の異常診断装置は、センサにより軸受の振動又は音をセンシングし、そのアナログ信号をＡ／Ｄ変換したデータに対してバンドパスフィルタ処理を行い、さらにエンベロープ処理して時間波形を算出して、ＦＦＴ分析を行う。そして、出力した周波数スペクトルにおけるピーク発生周波数と、軸受諸元及び回転速度から算出される軸受損傷成分の理論損傷周波数とを比較して、軸受の損傷の有無と損傷部位を診断している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の亀裂診断装置は、所定のセンサ手段により検知した検知信号を演算して回転軸系の捩り固有振動数を逐次取り込むとともに、該固有振動数の経時的変化を監視し、該経時的変化によって回転軸系の亀裂の有無、若しくは程度を診断している。特に、被検知対象がモータの駆動軸若しくはこれに連接する伝動軸系である場合には、モータの電流信号出力より既知の電源周波数成分を除去して、捩り振動によるトルク変動によって変調されている周波数応答を検出して、該周波数応答から捩り固有振動数を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１１７５００号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の異常診断装置では、十分な診断精度を得るため、Ａ／Ｄ変換によって離散化されるデータに、高周波成分で構成される、転がり軸受の損傷に起因する衝撃パルス情報を残さなければならず、測定される周波数の２倍以上の周波数、例えば、４０ｋＨｚ以上でのＡ／Ｄ変換時のサンプリング周波数が必要になる。これを実施するためには、高周波サンプリングが可能な高速なＡ／Ｄ変換器が必要になると共に、計測された大容量データを保存するための高価なデータ記録装置を要する。また、この場合、大容量のデータ送信が必要になると共に、大容量データの分析に要する時間及びコストが増大する問題があった。
特許文献２は、回転軸系の亀裂の有無や、亀裂の程度を診断するものであり、転がり軸受の異常診断を対象とするものでなく、また、上記課題を認識するものでもない。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することで、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能な転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置、センサユニット、並びに転がり軸受の異常診断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する工程と、
前記検出工程で検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う工程と、
周波数変換された信号に対してローパスフィルタ処理することにより、低周波帯域信号を得る工程と、
前記低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る工程と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数と、を比較して前記転がり軸受の異常を診断する工程と、
前記診断の結果を出力する工程と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
（２）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
（３）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
（４）  （３）に記載のセンサユニットと、該センサユニットと信号を送受信可能な情報端末器と、を備える転がり軸受の異常診断システムであって、
前記情報端末器は、前記センサユニットから送信された前記信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置によれば、検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換し、周波数変換された信号をローパスフィルタ処理して低周波帯域信号を得ることで、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができる。これにより、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能となる。
【００１０】
また、本発明のセンサユニットによれば、検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換し、周波数変換された信号をローパスフィルタで濾波して低周波帯域信号を得た後、Ａ／Ｄ変換することで、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができ、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能であると共に、センサユニット内のデータ記録装置の容量を小さくでき、安価に構成できる。
【００１１】
また、本発明の転がり軸受の異常診断システムによれば、上記センサユニットにおいて、削減されたＡ／Ｄ変換後のデータ量を情報端末器に送信し、情報端末器において、デジタル信号に基づいて周波数分析して転がり軸受の異常を診断するようにしたので、転がり軸受の異常診断で必要となるデータの転送時間や異常診断する際の計算量を抑制することができ、高速での異常診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の異常診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す転がり軸受の異常診断装置による異常診断の手順を示すフローチャートである。
【図３】高周波数のセンサ出力信号とローパスフィルタ通過後の低周波帯域信号を示すグラフである。縦軸のＶは加速度を表している。
【図４】転がり軸受の部位と、該部位に対応する理論損傷周波数を示す表である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る転がり軸受の異常診断システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置、センサユニット、並びに転がり軸受の異常診断システムを、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（第1実施形態）
図１は第1実施形態に係る転がり軸受の異常診断装置の構成図である。図１に示すように、転がり軸受の異常診断装置１０は、転がり軸受１１の振動又は音を検出する検出部２１と、検出された振動又は音の信号を増幅する増幅器２４と、転がり軸受１１の回転速度を検出する回転速度センサ５０と、解析診断部２５と、出力装置５１と、を備える。
【００１５】
転がり軸受１１は、不図示のハウジングに内嵌される外輪１２と、機械設備の不図示の回転軸に外嵌される内輪１３と、外輪１２と内輪１３との間で転動可能に配置された複数の転動体１４と、転動体１４を転動自在に保持する保持器１５と、を有する。
【００１６】
検出部２１としては、転がり軸受１１の外輪１２又はハウジングに取り付けられ、振動又は音を検出して電気信号に変換することができるものが適宜使用される。検出部２１は、例えば、加速度センサ、速度センサ、変位センサ、マイク、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ等が使用可能である。検出部２１の固定方法には、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着の併用、及び樹脂材による埋め込み等がある。
【００１７】
増幅器２４は、検出部２１で検出された振動又は音の検出信号を増幅して、解析診断部２５に出力する。なお、増幅器２４は、検出部２１に内蔵されてもよい。
【００１８】
回転速度センサ５０は、光電式回転計、磁電式回転計など、任意の回転計が使用可能であり、転がり軸受１１の回転速度を検出して解析診断部２５に出力する。
【００１９】
解析診断部２５は、所定の周波数より低い周波数の信号を遮断するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２７と、ハイパスフィルタ２７でフィルタ処理された信号に対して振幅変調により周波数変換する周波数変換回路２８と、他の所定の周波数より高い周波数の信号を遮断するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２９と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０と、Ａ／Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を処理するコンピュータ或いは専用マイクロチップ等などによって構成される演算処理部４３と、を備える。なお、演算処理部４３は、デジタル信号を図示しないデータ記録装置に一旦格納し、この格納されたデジタル信号を呼び出して演算処理するようにしてもよい。
【００２０】
演算処理部４３は、デジタル信号に対してエンベロープ処理するエンベロープ処理部４７と、ＦＦＴ解析して周波数スペクトルを生成する周波数分析部４８と、周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数を、転がり軸受１１の損傷に起因する理論損傷周波数と比較することで、転がり軸受１１の異常診断、即ち、転がり軸受１１の損傷の有無、及び損傷部位を診断する比較判定部４９と、を備える。
【００２１】
比較判定部４９には、理論損傷周波数を算出するため、回転速度センサ５０で測定された転がり軸受１１の回転速度が入力される。また、比較判定部４９による判定結果は、出力装置５１に出力される。
【００２２】
次に、異常診断装置１０による転がり軸受１１の異常診断手順について図２及び図３を参照して説明する。
【００２３】
図２に示すように、まず、検出部２１により転がり軸受１１の振動又は音を電気信号として検出する（ステップＳ１）。検出された振動又は音の信号は増幅器２４で増幅され、その後、ハイパスフィルタ２７でフィルタ処理されて、所定の周波数より低周波数の低周波ノイズや直流信号が除去される（ステップＳ２）。
【００２４】
次いで、周波数変換回路２８によって振幅変調を利用して周波数変換を行う（ステップＳ３）。即ち、ハイパスフィルタ２７でノイズが除去されたアナログの電気信号に対して、入力信号の中から所定の周波数の参照信号をかけ合わせることで周波数変換を行う。
【００２５】
この振幅変調を利用した周波数変換は、ヘテロダイン法を利用するものである。すなわち、所定の周波数ｆrefの参照信号により、検出された幅広い周波数成分ｆ０、１、…、ｎで構成されるセンサ出力信号に対して振幅変調を行う。参照信号としては、扱いやすい周波数に変調するため、センサ出力信号より僅かに低い周波数かつ変調後の信号の主成分となる周波数が軸受損傷成分の理論損傷周波数より高くなる信号を用いることが好ましい。すると、式（１）のように、信号成分ｆiは、ｆi−ｆrefの周波数成分と、ｆi＋ｆrefの周波数成分との信号に変換される。
【００２６】
この信号をローパスフィルタ２９に入力することにより、ローパスフィルタ２９によって高周波成分ｆi＋ｆrefが除去され、ｆi−ｆrefの周波数成分を有する低周波帯域信号が得られる（ステップＳ４）
【００２７】
【数１】
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【００２８】
図３は、検出部２１で検出された高周波数のセンサ出力信号と、ハイパスフィルタを通過後に周波数変換され、さらにローパスフィルタを通過した低周波帯域信号と、を比較して示すグラフである。図３に示す例では、周波数が略２７００Ｈｚのセンサ出力信号に対して、略１９００Ｈｚの周波数の参照信号を用いて振幅変調を行うことにより、２７００Ｈｚ−１９００Ｈｚの信号と、２７００Ｈｚ＋１９００Ｈｚの信号とに周波数変換を行っている。そして、周波数変換された信号に対して、ローパスフィルタ２９により、所定の周波数より高い周波数の信号を遮断するローパスフィルタ処理する。これにより、２７００Ｈｚ＋１９００Ｈｚの信号に相当する高周波帯域が除去され、２７００Ｈｚ−１９００Ｈｚの信号に相当する略８００Ｈｚの低周波帯域が抽出される。なお、図３では、分かり易いように、ローパスフィルタ通過後の低周波帯域信号を上方にシフトして表示している。
【００２９】
ここで、低周波帯域の抽出について、より詳しく説明する。図３の出力信号には３ｍｓ付近と１０ｍｓ付近に＋２Ｖのピークが発生している。これが軸受のはくり（など）に由来するピークである。ピークの間隔が約７ｍｓなのでピーク発生周波数は約１４２Ｈｚである。また、センサ出力信号には周期が０．５ｍｓ以下（前記略２７００Ｈｚ）の細かい振動成分が見て取れる。これは、軸受を備える機械装置の特に剛性に由来する固有値である。本願の周波数変換とローパスフィルタを用いることで、３ｍｓと１０ｍｓ位置の＋２Ｖのピークを維持したまま、周期０．５ｍｓ以下（前記略２７００Ｈｚ）の細かい振動成分を周期１〜２ｍｓ（前記略８００Ｈｚ）に変換できていることが分かる。図３は、電源ノイズ等の影響を受け易い１００Ｈｚ以下の帯域よりも高い８００Ｈｚに変調しているため、後工程で行なうエンベロープ処理でピークを失うことがない。また、本願では記載していないが、後処理でハイパスフィルタを行う場合であってもでピークを失うことがない。
【００３０】
これにより、ローパスフィルタ処理後の信号は、低周波帯域信号となっているので、センサ出力信号に比べて高周波成分が含まれていない。従って、例えば、５ｋＨｚ程度の低周波サンプリングであっても、離散化されたデータには、元のアナログ信号（センサ出力信号）に含まれる転がり軸受の損傷に起因する衝撃パルス情報を含んでいる。また、低周波サンプリングで計測したデータは、低容量であるので、以後の演算時間も短縮される。
【００３１】
次いで、ローパスフィルタ処理後のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換してデジタル信号に変換する（ステップＳ５）。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、さらにエンベロープ処理部４７によりエンベロープ処理して時間波形を算出した後（ステップＳ６）、周波数分析部４８によりＦＦＴ解析して周波数スペクトルを生成する（ステップＳ７）。
【００３３】
比較判定部４９は、回転速度センサ５０から入力された転がり軸受１１の回転速度と、転がり軸受１１の諸元とに基づいて、図４に示す、転がり軸受１１の部位ごとの損傷に起因する理論損傷周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）を算出する。そして、周波数分析部４８で算出された周波数スペクトルのピーク発生周波数と理論損傷周波数とを比較する（ステップＳ８）。
【００３４】
周波数スペクトルのピーク発生周波数と理論損傷周波数とが一致しない場合は、転がり軸受１１には損傷がないと判断する（ステップＳ９）。また、周波数スペクトルのピーク発生周波数と理論損傷周波数とが一致する場合は、転がり軸受１１に損傷が発生したと判断すると共に、損傷部位を特定する（ステップＳ１０）。
【００３５】
つまり、転がり軸受１１の軸受損傷成分には、図４に示すように、内輪傷成分Ｓｉ、外輪傷成分Ｓｏ、転動体傷成分Ｓｂ及び保持器成分Ｓｃがあり、周波数スペクトルのピーク周波数を部位毎の理論損傷周波数と比較することで、損傷部位が、外輪１２、内輪１３、転動体１４、保持器１５のいずれかであるかを特定する。そして、その結果を出力装置５１に出力して警告する（ステップＳ１１）。
【００３６】
したがって、本実施形態の異常診断方法及び異常診断装置１０によれば、検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換し、得られた信号をローパスフィルタ処理して低周波帯域信号を得ることで、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができる。これにより、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能となる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、転がり軸受の異常診断システム１００について、図５に基づいて説明する。
転がり軸受の異常診断システム１００は、図５に示すように、センサユニット２０と、情報端末器４０と、を備え、転がり軸受１１の診断を行う。なお、本実施形態の転がり軸受の異常診断システム１００は、第１実施形態の転がり軸受の異常診断装置１０の機能をセンサユニット２０と情報端末器４０とで行うように構成されており、多くの共通部分を有するので、主に異なる部分について説明する。
【００３８】
センサユニット２０は、検出部２１、増幅器２４、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２７、周波数変換回路２８、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２９、Ａ／Ｄ変換器３０、データ記録装置２３、送受信部２６、及び電源３１を主に備える。
【００３９】
検出部２１は、例えば、圧電式加速度センサなどで構成され、この場合、センサユニット２０を外輪１２が内嵌されたハウジング１６に取り付けて、電源３１からの電力を供給することで、転がり軸受１１の振動又は音を検出する。
【００４０】
電源３１は、リチウム電池などから構成されており、ＵＳＢケーブルなどを介して外部から充電可能である。また、センサユニット２０の側面には、電源３１をＯＮ／ＯＦＦする不図示のスイッチが設けられている。
【００４１】
検出部２１により検出された検出信号は、増幅器２４、ハイパスフィルタ２７、周波数変換回路２８、ローパスフィルタ２９、及びＡ／Ｄ変換器３０の順に通過する。このため、検出部２１で検出されて増幅器２４で増幅された信号は、第１実施形態と同様に、ハイパスフィルタ２７、周波数変換回路２８及びローパスフィルタ２９によって、低周波帯域信号が得られる。
【００４２】
さらに、Ａ／Ｄ変換器３０によって変換されたデジタル信号は、データ記録装置２３に送られて記憶される。
【００４３】
送受信部２６は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などで構成され、情報端末器４０からの動作指令を受信すると共に、データ記録装置２３に記憶された低周波帯域信号（デジタル信号）を情報端末器４０へ送信する。なお、センサユニット２０と情報端末器４０との間の通信は、有線で行われてもよい。
【００４４】
情報端末器４０は、例えば、タブレット等の携帯情報端末器であり、インターネット等の通信回線網を介してセンサユニット２０と接続可能である。また、インターネット等を介して本部４１のホストコンピュータとも接続可能であり、該ホストコンピュータからアプリケーションプログラムをダウンロードして更新することもできる。
【００４５】
情報端末器４０は、送受信部４２、演算処理部４３、内部メモリ４４、表示操作部４５、及びスピーカ４６を主に備える。
【００４６】
送受信部４２は、センサユニット２０との間で各種データの送受信を行う。
【００４７】
演算処理部４３は、送受信部４２で受信したデジタル信号に対して、内蔵する分析機能によりエンベロープ処理した後、ＦＦＴ解析して周波数スペクトルを生成する。また、内部メモリ４４には、図４に示す関係式が格納されており、演算処理部４３は、転がり軸受１１の実際の回転速度を用いて、転がり軸受１１の損傷に起因する理論損傷周波数を計算する。そして、演算処理部４３は、周波数スペクトルのピーク発生周波数と理論損傷周波数とを比較して、転がり軸受１１の損傷の有無、及び損傷部位を診断する。そして、その結果を表示操作部４５に出力する。
【００４８】
表示操作部４５は、液晶パネルからなり、情報端末器４０に内蔵する制御ソフトにより画面表示が切り替え可能である。表示操作部４５は、診断結果などの処理結果を表示すると共に、転がり軸受１１の名番、診断する内外輪、回転輪の回転速度などを選択して入力することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の転がり軸受の異常診断システム１００による転がり軸受の異常診断手順について説明する。
【００５０】
まず、操作者は、センサユニット２０の電源３１のスイッチをＯＮにすると共に、情報端末器４０の表示操作部４５の入力画面から転がり軸受１１の異常診断開始を指示する。
【００５１】
センサユニット２０は、検出部２１が取得した転がり軸受１１の振動又は音の時間波形（アナログの電気信号）を増幅器２４で増幅し、ハイパスフィルタ２７によりフィルタ処理して所定の周波数より周波数が低いノイズを除去する。
【００５２】
そして、第１実施形態と同様に、ノイズが除去されたアナログ信号に対して、式（１）に示すように、所定の単一周波数の参照信号ｆrefにより振幅変調を利用して周波数変換を行う。周波数変換された信号は、ローパスフィルタ２９によりフィルタ処理されて低周波帯域信号が抽出され、さらに、Ａ／Ｄ変換器３０によってデジタル信号に変換されて、データ記録装置２３に記憶すると共に、センサユニット２０の送受信部２６から情報端末器４０に送信する。
【００５３】
このため、周波数変換されてローパスフィルタ処理された低周波帯域信号は、Ａ／Ｄ変換時に低周波サンプリングが可能となるため、低速で安価なＡ／Ｄ変換器３０が利用可能となる。また、デジタル信号に変換された信号のデータ量も、検出された電気信号に比べて大幅に削減されているため、データ容量が小さく安価なデータ記録装置２３の使用が可能となる。さらに、センサユニット２０の送受信部２６から情報端末器４０への該データの転送時間が短くなり、通信時間が短縮される。
【００５４】
情報端末器４０の送受信部４２で受信されたデジタル信号は、演算処理部４３によって、エンベロープ処理が行なわれた後に、ＦＦＴ解析され、周波数スペクトルを算出する。また、演算処理部４３は、内部メモリ４４に記録されている軸受情報を参照して転がり軸受１１の損傷の有無、及び損傷部位を診断する。
【００５５】
即ち、第１実施形態と同様に、演算処理部４３により算出された周波数スペクトルのピーク発生周波数と転がり軸受１１の部位ごとの損傷に起因する理論損傷周波数とが一致するか否かを、理論損傷周波数ごとに照合し（「ピーク発生周波数＝理論損傷周波数」の成否）、転がり軸受１１の損傷の有無、及び損傷部位を特定する。そして、その結果を表示操作部４５に出力して表示する。
【００５６】
したがって、本実施形態のセンサユニット２０によれば、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができ、低速で安価なＡ／Ｄ変換器３０を利用可能であると共に、センサユニット２０内のデータ記録装置２３の容量を小さくでき、安価に構成できる。
また、異常診断システム１００においても、削減されたＡ／Ｄ変換後のデータ量を情報端末器に送信し、情報端末器４０において、デジタル信号に基づいて周波数分析して転がり軸受の異常を診断するようにしたので、転がり軸受の異常診断で必要となるデータの転送時間や異常診断する際の計算量を抑制することができ、高速での異常診断が可能となる。
【００５７】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、転がり軸受は、軸受形式に限定されず、図１、及び図５に示す玉軸受を含む全ての形式の転がり軸受に適用することができる。また、転がり軸受が搭載される全ての回転機械装置を対象とすることができ、同様の効果を奏する。
【００５８】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する工程と、
前記検出工程で検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う工程と、
周波数変換された信号に対してローパスフィルタ処理することにより、低周波帯域信号を得る工程と、
前記低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る工程と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数と、を比較して前記転がり軸受の異常を診断する工程と、
前記診断の結果を出力する工程と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
この構成によれば、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することで、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能となる。
【００５９】
（２）  前記周波数変換工程は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる（１）に記載の転がり軸受の異常診断方法。
この構成によれば、ヘテロダイン法により転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができる。
【００６０】
（３）  前記周波数変換工程より前に、前記検出されたアナログ信号に対して、ハイパスフィルタ処理する工程をさらに備える（１）又は（２）に記載の転がり軸受の異常診断方法。
この構成によれば、検出信号から低周波数のノイズを除去することができ、異常診断精度が向上する。
【００６１】
（４）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換された信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
この構成によれば、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することで、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能とし、計算量を抑制しつつも異常診断が可能となる。
【００６２】
（５）  前記周波数変換回路は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる（４）に記載の転がり軸受の異常診断装置。
この構成によれば、ヘテロダイン法により転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができる。
【００６３】
（６）  前記周波数変換回路より上流側に設けられ、前記検出されたアナログ信号を濾波するハイパスフィルタ、をさらに備える（４）又は（５）に記載の転がり軸受の異常診断装置。
この構成によれば、検出信号から低周波数のノイズと変調後に負の周波数となる成分を除去することができ、異常診断精度が向上する。
【００６４】
（７）  転がり軸受から発生する振動又は音を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたアナログ信号に対して、振幅変調を利用して周波数変換を行う周波数変換回路と、
前記周波数変換回路により周波数変換された信号を濾波するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで得られた低周波帯域信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
この構成によれば、衝撃パルス情報を維持しつつ、転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量を削減することができ、低速で安価なＡ／Ｄ変換器を利用可能であると共に、センサユニット内のデータ記録装置の容量を小さくでき、安価に構成できる。
【００６５】
（８）  前記周波数変換回路は、前記検出されたアナログ信号に対して、所定の単一周波数の参照信号を掛け合せるヘテロダイン法を用いる（７）に記載のセンサユニット。
この構成によれば、ヘテロダイン法により周波数変換されて転がり軸受の異常診断で必要となるデータ量が削減されたデータが得られる。
【００６６】
（９）  前記周波数変換回路より上流側に設けられ、前記検出されたアナログ信号を濾波するハイパスフィルタ、をさらに備える（７）又は（８）に記載のセンサユニット。
この構成によれば、検出信号から低周波数のノイズを除去することができ、異常診断精度が向上する。
【００６７】
（１０）  （７）〜（９）のいずれかに記載のセンサユニットと、該センサユニットと信号を送受信可能な情報端末器と、を備える転がり軸受の異常診断システムであって、
前記情報端末器は、前記センサユニットから送信された前記信号の波形を周波数分析して周波数スペクトルを得る周波数分析部と、
前記周波数スペクトルに含まれるピーク発生周波数と、前記転がり軸受の損傷に起因する理論損傷周波数とを比較して、前記転がり軸受の異常を診断する診断部と、
該診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断システム。
この構成によれば、上記センサユニットにおいて、削減されたＡ／Ｄ変換後のデータ量を情報端末器に送信し、情報端末器において、デジタル信号に基づいて周波数分析して転がり軸受の異常を診断するようにしたので、転がり軸受の異常診断で必要となるデータの転送時間や異常診断する際の計算量を抑制することができ、高速での異常診断が可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１０    転がり軸受の異常診断装置
１１    転がり軸受
２０    センサユニット
２１    検出部
２７    ハイパスフィルタ
２８    周波数変換回路
２９    ローパスフィルタ
３０    Ａ／Ｄ変換器
４０    情報端末器
４３    演算処理部
４５    表示操作部（出力部）
４８    周波数分析部
４９    比較判定部（診断部）
５１    出力装置（出力部）
１００  転がり軸受の異常診断システム
ｆi     センサ出力周波数
ｆref   参照信号周波数
【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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