(57)【要約】【課題】データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、回転体の異常の有無を従来よりも高精度に判定することができる異常判定装置を提供する。【解決手段】異常判定装置１は、センサ２から出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデシメーション処理回路６でデシメーション処理することにより当該デジタル信号のピーク感度を保持しつつ当該デジタル信号を圧縮し、その圧縮したデジタル信号に基づいて判定処理装置７により回転体の異常の有無を判定する。Ａ／Ｄ変換器５でアナログ信号をデジタル信号に変換する際、デシメーション処理後においても処理前のピーク感度が保持される程の高いサンプリング周波数でサンプリングを行うことにより、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、回転体の異常の有無を高精度に判定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に起因して生じる振動をセンサで検出し当該センサの出力信号に基づいて当該回転体の異常の有無を判定する異常判定装置であって、
前記センサから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から出力されたデジタル信号をデシメーション処理することにより当該デジタル信号のピーク感度を保持しつつ当該デジタル信号を圧縮するデシメーション処理部と、
前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号に基づいて前記回転体の異常の有無を判定する判定処理部と、
を備えた異常判定装置。
【請求項２】
前記判定処理部は、前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号のピーク数を求め、そのピーク数に基づいて判定を行う請求項１記載の異常判定装置。
【請求項３】
前記判定処理部は、前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号を周波数分析することにより得られるスペクトル成分の振幅値に基づいて判定を行う請求項１または２記載の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受や車輪など回転体の回転に起因して生じる振動を解析することにより当該回転体の異常の有無を判定する異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸受など回転体の異常の有無を判定する異常判定装置は、回転体の振動（音など）をセンサで検出し、その検出された信号に基づいて判定を行う（特許文献１、特許文献２等参照）。この種の異常判定装置は、センサの出力信号をアナログ信号のまま処理する方式のものとデジタル信号に変換して処理する方式のものとに大別される。
【０００３】
図２はアナログ方式の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。このタイプの異常判定装置では、センサから出力される時間波形（アナログ波形）信号を増幅器２１で増幅した後、複数の帯域制限フィルタ２２ａ、２２ｂ、・・・を通すことによって複数の周波数帯域に分ける。そして、それぞれの帯域の信号を包絡線信号処理回路２３ａ、２３ｂ、・・・で両波整流処理した後に、コンパレータ２４ａ、２４ｂ、・・・で参照電圧と比較して信号のピークを検出し、そのピーク数をカウンタ２５ａ、２５ｂ、・・・でカウントし、それぞれの帯域における信号のピーク数に基づいて判定処理装置２６ａ、２６ｂ、・・・により異常の有無の判定を行う。
【０００４】
図３はアナログ方式の異常判定装置の別の構成例を示すブロック図である。このタイプの異常判定装置では、センサから出力される時間波形（アナログ波形）信号を増幅器３１で増幅した後、複数の帯域制限フィルタ３２ａ、２３ｂ、・・・を通すことによって複数の周波数帯域に分ける。そして、それぞれの帯域の信号を包絡線信号処理回路３３ａ、３３ｂ、・・・で両波整流処理した後に、コンパレータ３４ａ、３４ｂ、・・・で参照電圧と比較し、それぞれの比較結果に基づいて判定処理装置３５ａ、３５ｂ、・・・により異常の有無の判定を行う。
【０００５】
図４はデジタル方式の従来の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。この異常判定装置では、センサから出力される時間波形（アナログ波形）信号を増幅器４１で増幅し、帯域制限フィルタ４２でアンチエリアシング（エリアシングを低減する処理）を施した後、Ａ／Ｄ変換器４３にて所望のサンプリング周波数でデジタル信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換器４３の出力信号をデジタル演算回路４４で演算処理することにより検出波形のピーク数を求め、そのピーク数に基づいて判定処理部４５にて異常の有無の判定を行う。
【０００６】
また、デジタル回路方式の異常判定装置では、Ａ／Ｄ変換器４３の出力信号をデジタル演算回路４４で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することも可能である。この場合、判定処理部４５は、周波数分析により得られた検出信号のスペクトル成分の振幅値に基づいて、軸受の軌道形状、軌道面粗さなどの影響を考慮しつつ異常の有無を判定する。
【特許文献１】特開平０２−２０８５５３号公報
【特許文献２】特開平２００３−１３０７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸受から検出される振動は、内輪、外輪、ボールによって周波数が異なる。このため、アナログ方式の異常判定装置では、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現するために種々のフィルタを用いる必要がある。すなわち、良好なＳＮＲで判定を行うためには、それぞれのフィルタの帯域を狭くすればよいが、内輪、外輪、ボールそれぞれの信号成分用に個別にフィルタが必要になる。
【０００８】
また、アナログ信号用のフィルタは、軸受の製品型番などによって異なる様々な軸受内部諸元に対応できるよう周波数を可変にする必要があるため、比較的高価なものを使用せざるを得ない。したがって、アナログ方式の異常判定装置は、デジタル方式のものと比較してハードウエアのコストが高くなる。また、ピークをカウントする方法にも、信号の絶対値をしきい値とする方法や実行値との相対値をしきい値とする方法など種々の方法があるが、一つのハードウエア構成で複数の方式に対応することができないという欠点がある。
【０００９】
一方、デジタル方式の異常判定装置では、サンプリング周波数が高いほどピーク感度のよい信号が得られ、より高精度にピークをカウントすることができる。しかし、サンプリング周波数が高くなるほどデータ点数が多くなるため、データ処理に要する時間が増大する。すなわちピーク検出能力とデータ処理時間がトレードオフの関係にある。このため短時間で高精度のピークカウントを行うには高性能な高価な演算装置が必要になるという問題があった。さらに、軸受の軌道形状および軌道面粗さの検出を目的にしているＦＦＴ方式の装置では、サンプリング周波数が高くなるとＦＦＴ点数が増大し、それに伴って処理時間も増大するという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するべく創案されたものであり、その目的は、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、回転体の異常の有無を高精度に判定することができるデジタル方式の異常判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の異常判定装置は、回転体の回転に起因して生じる振動を検出するセンサから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から出力されたデジタル信号をデシメーション処理することにより当該デジタル信号のピーク感度を保持しつつ当該デジタル信号を圧縮するデシメーション処理部と、前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号に基づいて前記回転体の異常の有無を判定する判定処理部と、を備えたものである。
【００１２】
上記のように構成された本発明の異常判定装置は、センサから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデシメーション処理することにより当該デジタル信号のピーク感度を保持しつつ当該デジタル信号を圧縮し、その圧縮したデジタル信号に基づいて回転体の異常の有無を判定する。このようにデシメーション処理によりピーク感度を保持しつつ圧縮したデジタル信号に基づいて回転体の異常の有無を判定する方式によれば、アナログ信号をデジタル信号に変換する際、デシメーション処理後においても処理前のピーク感度が保持される程の高いサンプリング周波数でサンプリングを行うことにより、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、回転体の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００１３】
本発明の異常判定装置において、前記判定処理部は、前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号のピーク数を求め、そのピーク数に基づいて判定を行うことが望ましい。この異常判定装置によれば、アナログ信号をデジタル信号に変換する際、デシメーション処理後においても処理前のピーク感度が保持される程の高いサンプリング周波数でサンプリングを行うことにより、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、ピークのカウントを高精度に実施し、そのピーク数に基づいて高精度に判定を行うことができる。
【００１４】
本発明の異常判定装置において、前記判定処理部は、前記デシメーション処理部から出力されたデジタル信号を周波数分析することにより得られるスペクトル成分の振幅値に基づいて判定を行うことが望ましい。この異常判定装置によれば、アナログ信号をデジタル信号に変換する際、デシメーション処理後の信号を用いて所望の周波数分解能で周波数分析ができる程の高いサンプリング周波数でサンプリングを行うことにより、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、所望の周波数分解能で周波数分析を実施し、その分析結果にもとづいて高精度に判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の異常判定装置によれば、センサから出力されたアナログ信号を高いサンプリング周波数でサンプリングすることによって高感度のデジタル信号に変換し、その高感度のデジタル信号をデシメーション処理することにより高感度を維持したまま圧縮すなわちデータ点数の削減を実施するので、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、回転体の異常の有無を従来よりも高精度に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。
【００１７】
この異常判定装置１は、軸受の回転に起因する振動を検知しその振動に応じたアナログ信号を出力するセンサ２と、センサ２から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器３と、増幅器３の出力信号にアンチエリアシング処理を施すための帯域制限フィルタ４と、帯域制限フィルタ４を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル信号をデシメーション処理することにより当該デジタル信号のピーク感度を保持しつつ当該デジタル信号を圧縮するデシメーション処理回路６と、デシメーション処理回路６から出力されたデジタル信号に基づいて軸受の異常の有無を判定する判定処理装置７と、を備えている。
【００１８】
判定処理装置７は、ピークカウント処理部８と、周波数分析処理部９と、第１の判定処理部１０と、第２の判定処理部１１とを備えており、ピークカウント処理部８および周波数分析処理部９にデシメーション処理回路６の出力信号が入力されるようになっている。そして、ピークカウント処理部８の出力信号が第１の判定処理部１０に入力され、周波数分析処理部９の出力信号が第２の判定処理部１１に入力されるようになっている。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器５は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する際、デシメーション処理後においても処理前のピーク感度が保持され、且つ、デシメーション処理後の信号を用いて所望の周波数分解能が得られるＦＦＴ点数で周波数分析ができる高いサンプリング周波数でサンプリングを行う。具体的には、Ａ／Ｄ変換器５のサンプリング周波数は、従来のこの種の異常判定装置が備えるＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の数倍以上の高いサンプリング周波数（たとえば、検出周波数帯域の１０倍）に設定されている。
【００２０】
上記のように構成された異常判定装置１は、軸受の振動を検出するセンサ２の出力信号を、増幅器３で増幅し、帯域制限フィルタ４でアンチエリアシング処理した後、Ａ／Ｄ変換器５により高いサンプリング周波数でサンプリングを行ってデジタル信号に変換する。そしてＡ／Ｄ変換器５の出力信号をデシメーション処理回路６でデシメーション処理することにより圧縮した後、判定処理装置７内のピークカウント処理部８および周波数分析処理部９に入力する。ピークカウント処理部８は、デシメーション処理回路６から出力されたデジタル信号のピーク数をカウントし、その値を第１の判定処理部１０に入力する。
【００２１】
周波数分析処理部９は、デシメーション処理回路６から出力されたデジタル信号を周波数分析（ＦＦＴ）することにより周波数スペクトルに変換し、その振幅値を第２の判定処理部１１に入力する。第１の判定処理部１０は、ピークカウント処理部８から与えられたピーク数に基づいて、軸受の異常の有無を判定する。第２の判定処理部１１は、周波数分析処理部９から与えられたスペクトル成分の振幅値に基づいて、軸受の軌道形状、軌道面粗さなどの影響を考慮しつつ異常の有無を判定する。
【００２２】
この異常判定装置１は、センサ２から出力されたアナログ信号を従来のこの種の異常判定装置が備えるＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の数倍以上の高いサンプリング周波数でサンプリングすることによって高感度のデジタル信号に変換し、その高感度のデジタル信号をデシメーション処理することにより高感度を維持したまま圧縮すなわちデータ点数の削減を実施するようにしたので、データ処理時間の大幅な増大や装置の高価格化を招くことなく、ピークのカウントを高精度に実施するとともに所望の周波数分解能で周波数分析を実施して、軸受の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００２３】
なお、上記の実施形態では、軸受の異常の有無を判定する異常判定装置を例にとり説明したが、本発明の異常判定装置は車輪その他の回転体の異常の有無を判定する異常判定装置にも適用可能である。
【００２４】
また、上記の実施形態では、異常判定装置の構成要素にセンサが含まれているが、センサは本発明の異常判定装置の必須の構成要素ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】アナログ方式の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】アナログ方式の異常判定装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図４】デジタル方式の従来の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  異常判定装置
２  センサ
３  増幅器
４  帯域制限フィルタ
５  Ａ／Ｄ変換器
６  デシメーション処理回路
７  判定処理装置（判定処理部）
８  ピークカウント処理部
９  周波数分析処理部
１０  第１の判定処理部
１１  第２の判定処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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