(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断装置であって、
前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集部と、
前記データ収集部が収集した音をデジタル変換する変換部と、この変換部によってデジタル変換された音情報を記録する記録部と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、
（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が小さければびびりが発生しており、
（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が高ければきずが発生しており、
（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が高ければごみ侵入による異常が発生しており、
（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が低ければ正常である、
として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別部を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断部と、を備えた電子機器と
を備えたことを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
【請求項２】
外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断装置であって、
前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集部と、
前記データ収集部が収集した音をデジタル変換する変換部と、この変換部によってデジタル変換された音情報を記録する記録部と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理とクルトシス計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、
（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが小さければびびりが発生しており、
（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが高ければきずが発生しており、
（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが高ければごみ侵入による異常が発生しており、
（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが低ければ正常である、
として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別部を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断部と、を備えた電子機器と
を備えたことを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
【請求項３】
前記変換部は、前記データ収集部が収集した音を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報にデジタル変換し、
前記異常診断部は、フィルタ処理部を具備し、
前記フィルタ処理部は、前記異常判別部が転がり軸受の異常の原因を特定する前に、前記音情報を周波数解析して、前記音情報を周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報に変換し、この周波数解析の結果に基いて比較的強度の強い周波数帯域の音情報を通過させるフィルタ処理を施し、このフィルタ処理後の音情報を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報に再現することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記電子機器は、アナログ変換出力部を具備し、
前記アナログ変換出力部は、フィルタ処理後に前記フィルタ処理部によって再現された音情報をアナログ変換して出力することを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受の異常診断装置。
【請求項５】
外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断方法であって、
前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集工程と、
前記データ収集工程が収集した音をデジタル変換する変換工程と、
前記変換工程によってデジタル変換された音情報を記録する記録工程と、
前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、
（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が小さければびびりが発生しており、
（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が高ければきずが発生しており、
（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が高ければごみ侵入による異常が発生しており、
（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が低ければ正常である、
として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別工程を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断工程と
を備えたことを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
【請求項６】
外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断方法であって、
前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集工程と、
前記データ収集工程が収集した音をデジタル変換する変換工程と、
前記変換工程によってデジタル変換された音情報を記録する記録工程と、
前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理とクルトシス計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、
（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが小さければびびりが発生しており、
（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが高ければきずが発生しており、
（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが高ければごみ侵入による異常が発生しており、
（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが低ければ正常である、
として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別工程を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断工程と
を備えたことを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
【請求項７】
前記変換工程は、前記データ収集工程が収集した音を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報にデジタル変換し、
前記異常診断工程は、フィルタ処理工程を具備し、
前記フィルタ処理工程は、前記異常判別工程が転がり軸受の異常の原因を特定する前に、前記音情報を周波数解析して、前記音情報を周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報に変換し、この周波数解析の結果に基いて比較的強度の強い周波数帯域の音情報を通過させるフィルタ処理を施し、このフィルタ処理後の音情報を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報に再現することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の異常診断方法。
【請求項８】
請求項７の記載において、
アナログ変換出力工程を具備し、
前記アナログ変換出力工程は、フィルタ処理後に前記フィルタ処理工程によって再現された音情報をアナログ変換して出力することを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受が回転する際の音を計測することによって、この転がり軸受の異常を診断する転がり軸受の異常診断装置と、転がり軸受の異常診断方法とに関する
【０００２】
【従来の技術】
外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受の異常を診断する装置として、特開平５−２０９７８２号に示された軸受の異常予知装置などが知られている。
【０００３】
異常予知装置は、複数個の軸受の各々に対し所定の距離だけ離れた位置に設けられかつ超音波領域の音を計測するマイクロフォンと、このマイクロフォンで計測される各軸受からの音を収録・解析して各軸受の異常予知信号を出力する監視ステーションと、を備えている。監視ステーションは、騒音計と包絡線処理装置と周波数解析器と管理用パソコンとモニタとプリンタとを備えている。
【０００４】
特開平５−２０９７８２号に示された軸受の異常診断装置は、監視ステーションにおいて、マイクロフォンから入力される各軸受に対応する測定音を包絡線処理装置で包絡線処理を施した後、周波数解析器で周波数の成分強度を分析する、そして、管理用パソコンにおいて当該軸受の正常時の登録された監視周波数の成分強度に対する計測された監視周波数の成分強度の倍率を計算し、この倍率から当該軸受の異常を判定するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特開平５−２０９７８２号に示された軸受の異常診断装置は、マイクロフォンで計測した音を包絡線処理及び周波数解析したのち、正常状態における監視周波数の成分強度と計測した音の監視周波数の成分強度との倍率によって、軸受の異常の有無を判定している。このため、外輪と内輪または軸体と転動体などの形状が不完全な場合に生じるびびり音と、外輪と内輪または軸体と転動体などに傷がある場合に生じる傷音などの音の種類の判別を行っていなく、軸受の異常の原因を特定することは困難であった。
【０００６】
また、前述した従来の軸受の異常診断装置は、監視ステーションが包絡線処理装置や周波数解析器などを備えているため、大型化する傾向となって設置に要するスペースが拡大する傾向にあった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、転がり軸受の異常の原因を特定できるとともに、設置に要するスペースを抑制することができる転がり軸受の異常診断装置と、転がり軸受の異常診断方法とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の転がり軸受の異常診断装置は、外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断装置であって、前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集部と、前記データ収集部が収集した音をデジタル変換する変換部と、この変換部によってデジタル変換された音情報を記録する記録部と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が小さければびびりが発生しており、（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が高ければきずが発生しており、（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が高ければごみ侵入による異常が発生しており、（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が低ければ正常である、として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別部を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断部と、を備えた電子機器と、を備えたことを特徴している。
【０００９】
本発明の軸受の異常診断装置は、データ収集部が収集し変換部によってデジタル変換された音情報に、異常診断部が周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算を施して、これらの処理の結果に基いて転がり軸受の異常を判断する。このため、異常の有無だけでなく異常の原因も特定することが可能となる。
【００１０】
一般に、転がり軸受に異常が生じた場合、この異常の原因別による異常音の特性周波数は、内輪回転の場合、以下の表１に示される周波数であることが知られている。
【００１１】
【表１】
0003959873.tif 000002
表１において、特性周波数とは各種の異常が生じた際に生じる異常音の周波数である。原波形とは、収集した音情報であり、時間の経過に対する音の強度の変化を示すものである。エンベロープ処理とは、図４中の点線Ｍで示すように原波形Ｏの負の部分を反転し、さらに高周波成分を除いて一点鎖線Ｎのような波形を得ることである。波高率とは、単位時間当たり波形情報から、最大振幅の値を振幅の二乗平均平方根（ｒｍｓ：root-mean-square）の値で除算して得られる値である。
【００１２】
また、表１において、符号ｆｒ：内輪の回転速度または回転周波数（Ｈｚ）、Ｚ：転動体の数、ｆｃ：保持器の回転速度または回転周波数（Ｈｚ）、ｆｉ：ｆｒ−ｆｃ（Ｈｚ）、ｆｂ：転動体の自転速度または自転周波数（Ｈｚ）、ｎ：整数である。さらに、異常の原因において、びびりとは外輪、内輪または軸体、転動体などの形状が不完全である場合を示し、傷とは外輪、内輪または軸体、転動体などにきずがある場合を示している。
【００１３】
このように、転がり軸受の音情報に異常診断部が周波数解析とエンベロープ処理とを施し、前述した音情報に基いて波高率計算を行い、かつ転がり軸受の異常の原因別による異常音の特性周波数の違いを用いることによって、転がり軸受の異常の有無だけでなく異常の原因も特定することができる。
【００１４】
また、前記転がり軸受の異常診断装置は、電子機器が、音をデジタル変換する変換部と、この音情報に周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算を施して異常を診断する異常診断部を備えているので、大型化が抑制されて設置に要するスペースを抑制することができる。
【００１５】
また、前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の転がり軸受の異常診断装置は、外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断装置であって、前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集部と、前記データ収集部が収集した音をデジタル変換する変換部と、この変換部によってデジタル変換された音情報を記録する記録部と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理とクルトシス計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが小さければびびりが発生しており、（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが高ければきずが発生しており、（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが高ければごみ侵入による異常が発生しており、（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが低ければ正常である、として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別部を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断部と、を備えた電子機器とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
クルトシス計算とは、以下の式１で示される値である。
【００１７】
【数１】
0003959873.tif 000003
式１において、ｘｉとはデジタル変換後の音情報Ｗ６（図５に示す）において任意の時間における振幅を示している。
【００１８】
異常診断部の異常判別部が、周波数解析した結果と特性周波数とを照合した結果と、エンベロープ処理した後周波数解析した結果を前記特性周波数と照合した結果と、波高率計算またはクルトシス計算の結果とに基いて、転がり軸受の異常の原因を特定するので、表１に示す転がり軸受の異常の原因別による特性周波数の違いから、より確実に、転がり軸受の異常の有無と、傷、びびり、保持器、シール及びごみの侵入などの異常の原因を特定することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の好ましい形態では、前記変換部は、前記データ収集部が収集した音を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報にデジタル変換する。前記異常診断部は、フィルタ処理部を具備する。前記フィルタ処理部は、前記異常判別部が転がり軸受の異常の原因を特定する前に、前記音情報を周波数解析して、前記音情報を周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報に変換し、この周波数解析の結果に基いて比較的強度の強い周波数帯域の音情報を通過させるフィルタ処理を施し、このフィルタ処理後の音情報を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報に再現する。
【００２０】
この場合、音情報において、異常音と思われる比較的強度の強い周波数帯域の音情報のみを用いて、転がり軸受の異常の診断を行うので、異常音の信号対雑音比（ＳＮ比）が向上する。したがって、より確実に異常の診断を行うことが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明の好ましい形態では、前記電子機器は、アナログ変換出力部を備える。前記アナログ変換出力部は、フィルタ処理後に前記フィルタ処理部によって再現された音情報をアナログ変換して出力する。
【００２２】
この場合、異常音と思われる比較的強度の強い周波数帯域の音情報を音として再現できるので、フィルタ処理前の音との聴覚による比較が可能となって、フィルタ処理が適切に行われたか否かを確認することができる。また、前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の転がり軸受の異常診断方法は、外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断方法であって、前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集工程と、前記データ収集工程が収集した音をデジタル変換する変換工程と、前記変換工程によってデジタル変換された音情報を記録する記録工程と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が小さければびびりが発生しており、（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつ波高率が高ければきずが発生しており、（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が高ければごみ侵入による異常が発生しており、（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつ波高率が低ければ正常である、として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別工程を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断工程とを備えたことを特徴としている。または、前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の転がり軸受の異常診断方法は、外輪と、内輪または軸体と、これら外輪と内輪または軸体とに転接自在に設けられた転動体と、を備えた転がり軸受を、前記外輪と、内輪または軸体と、のうち少くとも一方を回転させながら、転がり軸受の異常を診断する診断方法であって、前記転がり軸受が発生する音を収集するデータ収集工程と、前記データ収集工程が収集した音をデジタル変換する変換工程と、前記変換工程によってデジタル変換された音情報を記録する記録工程と、前記デジタル変換された音情報に、周波数解析とエンベロープ処理とクルトシス計算とを施し、これらの処理の結果に基いて、（１）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが小さければびびりが発生しており、（２）エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがあり、かつクルトシスが高ければきずが発生しており、（３）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが高ければごみ侵入による異常が発生しており、（４）周波数解析を施して得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じる原波形の特性周波数と一致するピークがなく、エンベロープ処理を施した後に周波数解析をして得られた音情報が、転がり軸受に異常が生じた際に生じるエンベロープ処理後の特定周波数と一致するピークがなく、かつクルトシスが低ければ正常である、として転がり軸受の異常の原因を特定する異常判別工程を有して転がり軸受の異常を診断する異常診断工程とを備えたことを特徴としている。本発明の好ましい形態では、前記変換工程は、前記データ収集工程が収集した音を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報にデジタル変換し、前記異常診断工程は、フィルタ処理工程を具備し、前記フィルタ処理工程は、前記異常判別工程が転がり軸受の異常の原因を特定する前に、前記音情報を周波数解析して、前記音情報を周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報に変換し、この周波数解析の結果に基いて比較的強度の強い周波数帯域の音情報を通過させるフィルタ処理を施し、このフィルタ処理後の音情報を時間の経過に対する強度の変化を示す音情報に再現することを特徴としている。また、本発明の好ましい形態では、アナログ変換出力工程を具備し、前記アナログ変換出力工程は、フィルタ処理後に前記フィルタ処理部によって再現された音情報をアナログ変換して出力することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
【００２４】
図１などに示す異常診断装置１は、転がり軸受２の外輪３または内輪４などが図示しない駆動装置により回転する際の音を分析して、この転がり軸受２の異常を診断する装置である。転がり軸受２は、円環状の外輪３と、円環状の内輪４と、これら外輪３と内輪４とに転接自在に設けられた複数の転動体５と、転動体５を保持する保持器６と、を備えている。また、転がり軸受２は、シールを備えたものも知られている。
【００２５】
なお、図示例においては、転がり軸受２として、転動体５として玉を備えた玉軸受を示しており、この玉軸受は、内輪４を備えている。また、本発明の異常診断装置１を用いて異常を診断する対象の転がり軸受２は、この内輪４の代わりに軸状の軸体を備えていても良く、転動体５としてころを備えていても良い。異常診断装置１を用いて、転がり軸受２の異常を診断する際には、外輪３と、内輪４とのうち少くとも一方を所定の回転速度で回転させながら、転がり軸受２が発生する音を分析する。
【００２６】
異常診断装置１は、データ収集部としてのマイクロホン１０と、増幅器１１と、電子機器１２と、スピーカ１３と、モニタ１４などを備えている。マイクロホン１０は、増幅器１１を介して電子機器１２と接続している。マイクロホン１０は、転がり軸受２が発生する音を収集して、増幅器１１を介して電子機器１２に向って出力する。
【００２７】
電子機器１２は、ポータブルコンピュータなどのＲＡＭ、ＲＯＭ及びＣＰＵなどを備えた演算処理装置であって、変換部としてのトランスジューサ（transducer）２１と、記録部としてのＨＤＤ（Hard Disk Drive ）２２と、演算処理部としての異常診断部２３と、アナログ変換出力部２４などを備えている。
【００２８】
トランスジューサ２１は、増幅器１１を介してマイクロホン１０に接続しているとともに、ＨＤＤ２２及び異常診断部２３とそれぞれ接続している。トランスジューサ２１は、増幅器１１を介してマイクロホン１０から入力された転がり軸受２が発生した音をデジタル変換して、このデジタル変換された音情報Ｗ１（図３（Ａ）に示す）を、ＨＤＤ２２と異常診断部２３とに向って出力するようになっている。
【００２９】
ＨＤＤ２２は、トランスジューサ２１から入力されたデジタル変換後の音情報Ｗ１を記録するようになっている。なお、トランスジューサ２１によってデジタル変換された音情報Ｗ１は、図３（Ａ）に示すように、時間の経過に対する音の強度の変化となっている。
【００３０】
異常診断部２３は、フィルタ処理部２５と、異常判別部２６などを備えており、それぞれが所定のプログラムに沿って演算処理を行う。フィルタ処理部２５は、トランスジューサ２１から入力されたデジタル変換後の図３（Ａ）に示す時間の経過に対する強度の変化を示す音情報Ｗ１に、ＦＦＴ（fast Fourier transformation ：高速フーリエ変換）などの周波数解析を施して、図３（Ｂ）に示す周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報Ｗ２に変換する。
【００３１】
そして、フィルタ処理部２５は、周波数解析された図３（Ｂ）に示す音情報Ｗ２において、図中の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４などで示す比較的強度の大きな周波数の近傍の音情報のみを通過させ、通過させた後の音情報を、再び時間の経過に対する強度の変化に再現して、異常判別部２６とアナログ変換出力部２４とに向って出力する。
【００３２】
このように、フィルタ処理部２５は、デジタル変換された後の音情報Ｗ１を周波数解析し、この周波数解析の結果に基いて比較的強度の強い周波数帯域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の音情報のみを通過させるフィルタ処理を施す。フィルタ処理部２５は、フィルタ処理後に再び時間の経過に対する強度の変化を示す音情報Ｗ３（図３（Ａ）に示す）に再現して、異常判別部２６とアナログ変換出力部２４とのそれぞれに向って出力する。
【００３３】
異常判別部２６は、フィルタ処理部２５によって前述したフィルタ処理を施された音情報Ｗ３に、再びＦＦＴなどの周波数解析を施し、かつエンベロープ処理を施した後にＦＦＴなどの周波数解析を施すとともに、この音情報Ｗ３に基いて波高率計算またはクルトシス計算を行う。
【００３４】
異常判別部２６は、音情報Ｗ３に周波数解析を施して得られる図３（Ｂ）に示すような周波数の変化に対する音の強度の変化を示す音情報Ｗ４において、図中に符号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示す比較的強度の強い音の周波数と、表１に示す異常の原因別による特性周波数と、を照合する。
【００３５】
エンベロープ処理とは、図４中の実線Ｏで示す原形波の負の部分を図中の点線Ｍで示すように反転し、さらに高周波成分を除いて一点鎖線Ｎのような波形を得ることである。
【００３６】
異常判別部２６は、フィルタ処理部２５によって前述したフィルタ処理を施された音情報Ｗ３に、前述したエンベロープ処理を施し、更にこのエンベロープ処理を施した後にＦＦＴなどの周波数解析を施し周波数の変化に対する強度の変化を示す音情報Ｗ５（図３（Ｂ）に示す）を得る。
【００３７】
そして、異常判別部２６は、図３（Ｂ）中に符号Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３，Ｐａ４などで示す比較的強度の強い音の周波数と、表１に示す異常の原因別による特性周波数と、を照合する。
【００３８】
波高率とは、図５に示すような単位時間当たりの音情報の波形情報から、最大振幅の値Ａmax を、振幅の二乗平均平方根（ｒｍｓ：root-mean-square）の値Ａrms で、除算して得られる値である。
【００３９】
クルトシス計算とは、前述した式１で示されている計算である。式１において、ｘｉとは図５に示すような単位時間当たりの音情報の波形情報において、任意の時間における振幅を示している。異常判別部２６は、フィルタ処理部２５によって前述したフィルタ処理を施された音情報Ｗ３に基いて、波高率計算またはクルトシス計算を行う。
【００４０】
このように、異常判別部２６は、フィルタ処理部２５によってフィルタ処理を施された音情報Ｗ３を周波数解析して得られた比較的強く強度を有する音の周波数と表１に示す異常の原因別による特性周波数とを照合し、かつフィルタ処理を施された音情報Ｗ３にエンベロープ処理を施した後に周波数解析して得られた比較的強く強度を有する音の周波数と表１に示す異常の原因別による特性周波数とを照合するとともに、フィルタ処理を施された音情報Ｗ３に基いて波高率計算またはクルトシス計算を行って、表１に示された異常音の特性周波数に基いて、転がり軸受２の異常の有無の判定及び異常がある場合には異常の原因を特定する。
【００４１】
なお、異常判別部２６が、周波数解析と、エンベロープ処理後に行う周波数解析と、波高率またはクルトシス計算を行って表１に示された異常音の特性周波数に基いて、転がり軸受２の異常の有無の判定及び異常がある場合には異常の原因を特定する作業は、モニタ１４などを用いて作業員が目視によって確認しながら行っても良く、自動化してもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、マイクロホンなどを用いて収集した音を、トランスジューサ２１によってデジタル変換した音情報を用いて波高率計算またはクルトシス計算を行っている。波高率計算またはクルトシス計算に用いる音情報は、連続したアナログ波形に比較して離散的なデジタル波形であるため、最大振幅の値が低くなる場合がある。このため、音情報の最大振幅の値を強調し、この最大振幅の値の低下の影響を抑える必要が生じる場合には、クルトシス計算を用いるのが望ましい。
【００４３】
ただし、マイクロホン１０を用いて音を収集した音をデジタル変換する際のサンプリング周波数を適切に選ぶことによって、波高率を用いても良い。なお、図示例では、収集した音をデジタル変換する際のサンプリング周波数を２２ｋＨｚとすることによって、波高率計算を用いても十分な最大振幅の値を確保している。
【００４４】
アナログ変換出力部２４は、フィルタ処理部２５によってフィルタ処理が施された音情報Ｗ３が入力するようになっており、この音情報Ｗ３にアナログ変換を施し、スピーカ１３に向って出力するようになっている。
【００４５】
スピーカ１３は、アナログ変換出力部２４と接続しており、アナログ変換された音情報を、外部に向って音として再現するようになっている。これらのアナログ変換出力部２４とスピーカ１３とを用いることによって、フィルタ処理を通過した異常音と思われる音と、フィルタ処理前の音と、を聴覚によって比較することが可能となる。このため、フィルタ処理部２５によるフィルタ処理が適切に行われたか否かを作業員が確認することができる。
【００４６】
モニタ１４は、電子機器１２と接続しており、異常診断部２３の前述した周波数解析と、エンベロープ処理と、波高率またはクルトシス計算と、の経過を表示して作業員が確認できるようになっているとともに、異常診断部２３の診断結果を表示するようになっている。
【００４７】
前述した構成によれば、転がり軸受２の異常を診断する際には、外輪３と内輪４とのうち少くとも一方を所定の回転速度（回転数、周速度または回転周波数）で回転させながら、図２中のステップＳ１において、マイクロホン１０を用いて転がり軸受２が発生する音を収集して、ステップＳ２に進む。
【００４８】
ステップＳ２では、収集した音をトランスジューサ２１によってデジタル変換し、このデジタル変換された音情報Ｗ１をＨＤＤ２２に記録するとともに、フィルタ処理部２５に向って出力して、ステップＳ３に進む。なお、このデジタル変換は、サンプリング周波数２２ｋＨｚで行われている。
【００４９】
ステップＳ３では、フィルタ処理部２５によって、デジタル変換された音情報Ｗ１にＦＦＴなどの周波数解析が行われかつ前述したフィルタ処理を施して、ステップＳ４と、ステップＳ５と、ステップＳ６に進む。
【００５０】
ステップＳ４では、異常判別部２６が、フィルタ処理が施された音情報Ｗ３にＦＦＴなどの周波数解析を行って、表１に示された異常音の特性周波数のうち、「原波形の特性周波数」の欄に示す各特性周波数と照合する。ステップＳ５では、異常判別部２６が、フィルタ処理が施された音情報Ｗ３にエンベロープ処理を施し、その後にＦＦＴなどの周波数解析を行って、表１に示された異常音の特性周波数のうち、「エンベロープ処理後の特定周波数」の欄の各特性周波数と照合する。ステップＳ６では、異常判別部２６が、フィルタ処理が施された音情報Ｗ３に基いて波高率を計算する。図示例において、波高率の計算結果が７以上の場合「大」とし、７を下回る場合「小」とした。
【００５１】
ステップＳ７では、ステップＳ４、ステップＳ５及びステップＳ６に結果に基いて、異常判別部２６が、転がり軸受２の異常の有無の判定及び異常がある場合には、その原因を特定し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、モニタ１４が、異常判別部２６が判定及び特定した結果を表示する。
【００５２】
このように、本実施形態の異常診断装置１は、転がり軸受２の異常の原因別による異常音の周波数の違いや波高率の大小を用いて、転がり軸受２が発した音情報に周波数解析とエンベロープ処理などを施しかつ音情報の波高率を計算することによって、転がり軸受２の異常の有無だけでなく異常の原因も特定する。
【００５３】
例えば、ステップＳ４における周波数解析において、図６（Ｂ）に示す音情報Ｗ７のように、音の強度においてｎＺｆｃに一致するピークがありかつ波高率が小さければ、外輪３が図６（Ａ）中の一点鎖線Ｃでしめす理想的な形状に対して実線Ｂで示すような周方向に沿って連続する不完全な形状に形成されている所謂外輪３のびびりがあることが分かる。
【００５４】
同様に、ステップＳ５におけるエンベロープ処理を施した後に周波数解析が施された図７に示す音情報Ｗ８のように、音の強度においてＺｆｉに一致するピークがありかつ波高率が大きければ、内輪４に傷があることが分かる。また、ｎＺｆｃに一致するピークとＺｆｉに一致するピークとが両方存在する場合には、外輪３のびびりと内輪４の傷とが両方存在することが分る。
【００５５】
また、ステップＳ４における周波数解析とステップＳ５におけるエンベロープ処理を施した後の周波数解析において、音の強度のピークがない場合においては、波高率が大であれば、転がり軸受２内にごみが侵入して異常が生じていることが分かり、波高率が小であれば、転がり軸受２が正常であることが分かる。なお、音の強度のピークの有無は、周波数の一致度及びピークの強度に基いて行うのが望ましい。
【００５６】
さらに、異常診断装置１は、電子機器１２が、音をデジタル変換するトランスジューサ２１と、このトランスジューサ２１によってデジタル変換された音情報Ｗ３に周波数解析とエンベロープ処理と波高率計算を施して異常を診断する異常診断部２３を備えているので、装置１の大型化が抑制されて装置１の設置に要するスペースを抑制することができる。
【００５７】
また、図３に記載した原波形の音情報Ｗ１及び音情報Ｗ２と、フィルタ処理後の音情報Ｗ３、音情報Ｗ４及び音情報Ｗ５とは、厳密には波形が異なるが、本発明の主旨においては、実質的に差異が生じないため、同一図を参照して説明している。
【００５８】
なお、表１に示した各特性周波数は、内輪４が回転する場合を示しているが、外輪３が回転する場合には、この外輪３が回転する際に応じた特性周波数を用いるのが望ましい。また、外輪３が回転する場合には、特性周波数の違いを除いては、前述した内輪４が回転する場合と同一の手順及び異常診断装置１を用いて、転がり軸受２の異常を診断することができる。
【００５９】
なお、前述した実施形態においては、転がり軸受２が発生する音を収集するデータ収集部として、マイクロホン１０を用いているが、振動センサなどを用いてもよい。また、本実施形態では、増幅器１１は、マイクロホン１０から直接信号を取込んでいるが、転がり軸受２が発する音を一旦テープレコーダの収録装置などに記録し、この収録装置に記録された音を取込むようにしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、データ収集部が収集し変換部によってデジタル変換された音情報に、異常診断部が周波数解析とエンベロープ処理とを施すとともに音情報に基いて波高率計算を行って、これらの結果に基いて転がり軸受の異常を判断するので、異常の有無だけでなく異常の原因も特定することが可能となる。
【００６１】
また、電子機器が、音をデジタル変換する変換部と、この音情報に周波数解析とエンベロープ処理とを施すとともに音情報に基いて波高率計算を行って異常を診断する異常診断部を備えているので、装置の大型化が抑制されて装置の設置に要するスペースを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受の異常診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の異常診断装置の処理の流れを示すフローチャート。
【図３】同実施形態の異常診断部が扱う音情報の一例を示す図。
【図４】同実施形態の異常判別部が行うエンベロープ処理を示す図。
【図５】同実施形態の異常判別部が行う波高率計算を示す図。
【図６】外輪にびびりがある場合を示す図。
【図７】内輪に傷がある場合を示す図。
【符号の説明】
１…転がり軸受の異常診断装置
２…転がり軸受
３…外輪
４…内輪
５…転動体
１０…マイクロホン（データ収集部）
１２…電子機器
２１…トランスジューサ（変換部）
２２…ＨＤＤ（記録部）
２３…異常診断部
２４…アナログ変換出力部
２５…フィルタ処理部
２６…異常判別部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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