(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転装置に組み込まれる回転体の発生する音又は振動を当該回転装置に組み込んだ状態で検出して電気信号として出力する検出手段と、
電気信号をエンベロープ分析によって周波数スペクトルデータに変換する波形処理手段と、
前記回転体の回転数を検出して出力する回転数検出手段と、
当該回転数検出手段の出力結果と前記回転体の諸元とによって予め決定される、前記回転体の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶し、前記周波数スペクトルデータ上の前記基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで前記回転体の異常の有無の診断を行う比較判定手段と、を備える評価装置において、
前記回転装置は、共振帯域が１ｋＨｚより大きい、鉄鋼用の圧延機または鉄道車両であり、且つ、
前記検出手段の出力する電気信号に対して１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、前記波形処理手段に入力される電気信号を１ｋＨｚ以下の周波数成分のみに制限して出力するフィルタ処理手段を、前記波形処理手段の前段に設けたことを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記回転体は転がり軸受であり、
前記特定の周波数成分値は、前記転がり軸受の内輪、外輪、転動体または保持器のいずれかに対応する周波数成分値であることを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
回転装置に組み込まれる回転体の発生する音又は振動を当該回転装置に組み込んだ状態で電気信号として検出する検出過程と、
電気信号をエンベロープ分析によって周波数スペクトルデータに変換する波形処理過程と、
前記回転体の回転数を検出する回転数検出過程と、
当該回転数検出過程での検出結果と前記回転体の諸元とによって予め決定される、前記回転体の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶し、前記周波数スペクトルデータ上の前記基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで前記回転体の異常の有無の診断を行う比較判定過程と、を備える評価方法において、
前記回転装置は、共振帯域が１ｋＨｚより大きい、鉄鋼用の圧延機または鉄道車両であり、且つ、
前記検出過程で検出された電気信号に対して１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、前記波形処理過程で変換される電気信号を１ｋＨｚ以下の周波数成分のみに制限するフィルタ処理過程を、前記波形処理過程の前に実施することを特徴とする評価方法。
【請求項４】
前記回転体は転がり軸受であり、
前記特定の周波数成分値は、前記転がり軸受の内輪、外輪、転動体または保持器のいずれかに対応する周波数成分値であることを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の発生する音又は振動に基づいた電気信号を所定の波形処理によって周波数スペクトルデータに変換し、予め回転体の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶しておいて、前記した周波数スペクトルデータ上での基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで回転体の特定部位に対する異常の有無の診断を行う評価装置および評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、例えば、鉄鋼用の圧延機や鉄道車両の主電動機等の大型の回転装置（以下、単に装置とも記す。）に用いられる軸受では、軸受部品の摩耗や破損による不都合の発生を防止するために、定期的に分解目視検査を実施するようにしている。この分解目視検査は、装置の一定期間の使用後に、軸受を装置から取り外して分解し、各軸受構成部品に対して、熟練した専門の検査担当者が、目視によって、摩耗の度合いや傷の有無を確認し、新品の軸受にはない凹凸や摩耗などの異常が検出されれば、新品に交換した後に、再度、組み立てを実施する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した分解検査は、装置から軸受を取り外す分解作業や、検査済みの軸受を再度装置に組み込み直す組込作業に多大な労力がかかり、装置の維持コストの大幅な増大を招くという問題があった。
また、検査時の分解作業や組み込み作業時に、誤って軸受部品等に打痕をつけて、検査自体が部品交換を増やす原因となる虞もあった。
更には、検査担当者の熟練度によっては、欠陥の見落としや、不要な部品交換の実施等の不備が発生する虞もあった。
【０００４】
そこで、最近では、このような大型装置に用いられる軸受の摩耗や破損による異常の有無を、前述した分解目視検査によらずに、小型軸受の異常診断等で普及している評価装置を応用することが検討された。
この評価装置は、軸受から発生する音又は振動を検出して出力される電気信号を所定の波形処理によって周波数スペクトルデータに変換し、予めその軸受の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶しておいて、前記した周波数スペクトルデータ上での基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで回転体の特定部位に対する異常の有無の診断を行うものである。
【０００５】
従来のこの種の評価装置では、診断する周波数スペクトルデータは、軸受の実際の常用回転数等に関係なく、その軸受を使用する装置に組み込んだ状態での共振帯域に着眼し、軸受の発生する振動信号から共振帯域のみの振動信号を抽出して、その抽出した信号をエンベロープ分析等で周波数スペクトルデータに仕上げる。
【０００６】
このような評価装置によって大型の軸受の異常診断が可能ならば、軸受の分解作業や組み込み作業が不要になり、更に、検査作業の操作で誤って軸受を破損させるような不都合も回避することができ、更に検査担当者の熟練度によって検査の信頼性が左右されるといったことも無くなり、無駄な部品交換を無くして、装置の維持コストの低減を図ることが可能になる。
【０００７】
しかし、前述した鉄鋼用の圧延機や鉄道車両の主電動機等の大型の装置に用いられる軸受に対して、前述した従来の評価装置で摩耗や破損による異常の有無の診断を実施すると、図４に示すように、軸受の損傷に起因した周波数成分が顕著に現れず、実際に摩耗や破損等の欠陥による異常があっても、異常と見なされずに、見落とされてしまう虞があり、信頼性が薄く実用性に乏しい。
【０００８】
また、鉄道車両の車軸用軸受の場合は、例えば、輪軸試験などで、定期的に、低速回転域で駆動した状態で検査することがある。しかし、鉄道車両の車軸用軸受の場合、軸受が組み込まれるハウジングの剛性が高いため、例えば、軸受の軌道面に交換を必要とする損傷が生じていても、その損傷の上を転動体が通過した際に大きな振動がでず、装置の共振帯域には損傷に起因する振動が伝達されないため、前述した共振帯域の周波数スペクトルデータで異常の有無を診断する評価装置では、軸受の損傷を見逃してしまう虞があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体の摩耗や破損等の異常の有無を、装置の分解等が必要なく、しかも高い信頼性で診断することのできる評価装置および評価方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の目的は、下記の構成により達成される。
（１）  回転装置に組み込まれる回転体の発生する音又は振動を当該回転装置に組み込んだ状態で検出して電気信号として出力する検出手段と、
電気信号をエンベロープ分析によって周波数スペクトルデータに変換する波形処理手段と、前記回転体の回転数を検出して出力する回転数検出手段と、
当該回転数検出手段の出力結果と前記回転体の諸元とによって予め決定される、前記回転体の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶し、前記周波数スペクトルデータ上の前記基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで前記回転体の異常の有無の診断を行う比較判定手段とを備える評価装置において、
前記回転装置は、共振帯域が１ｋＨｚより大きい、鉄鋼用の圧延機または鉄道車両であり、且つ、
前記検出手段の出力する電気信号に対して１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、前記波形処理手段に入力される電気信号を１ｋＨｚ以下の周波数成分のみに制限するフィルタ処理手段を、前記波形処理手段の前段に設けたことを特徴とする評価装置。
（２）  前記回転体は転がり軸受であり、
前記特定の周波数成分値は、前記転がり軸受の内輪、外輪、転動体または保持器のいずれかに対応する周波数成分値であることを特徴とする（１）に記載の評価装置。
（３）  回転装置に組み込まれる回転体の発生する音又は振動を当該回転装置に組み込んだ状態で電気信号として検出する検出過程と、
電気信号をエンベロープ分析によって周波数スペクトルデータに変換する波形処理過程と、
前記回転体の回転数を検出する回転数検出過程と、
当該回転数検出過程での検出結果と前記回転体の諸元とによって予め決定される、前記回転体の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶し、前記周波数スペクトルデータ上の前記基準値の対応箇所にピークが表出するか否かで前記回転体の異常の有無の診断を行う比較判定過程と、を備える評価方法において、
前記回転装置は、共振帯域が１ｋＨｚより大きい、鉄鋼用の圧延機または鉄道車両であり、且つ、
前記検出過程で検出された電気信号に対して１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、前記波形処理過程で変換される電気信号を１ｋＨｚ以下の周波数成分のみに制限するフィルタ処理過程を、前記波形処理過程の前に実施することを特徴とする評価方法。
（４）  前記回転体は転がり軸受であり、
前記特定の周波数成分値は、前記転がり軸受の内輪、外輪、転動体または保持器のいずれかに対応する周波数成分値であることを特徴とする（３）に記載の評価方法。
【００１１】
そして、上記構成によれば、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体の異常検出に使用すると、例えば、波形処理手段が作成するエンベロープ分析による周波数スペクトルデータは、回転体の常用回転域に合致したデータで、回転体の特定部位に摩耗や破損等の異常があれば、その異常に起因する特定の周波数成分が良好なピーク値を取るように、波形処理手段が出力する周波数スペクトルデータ上に表出する。従って、比較判定手段が診断した際に、異常の有無の判断基準として予め記憶していた周波数成分値に、波形処理手段が抽出した実測の周波数スペクトルデータのピーク箇所が重なるか否かで、特定部位での異常の有無を確実に診断することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る評価装置の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図３は本発明に係る評価装置の一実施の形態を示したもので、図１は本発明の一実施の形態の評価装置の概略構成を示すブロック図、図２は回転体の発生する振動信号の周波数スペクトルを示す波形図、図３は回転体の発生する振動信号から１ｋＨｚ以下の周波数成分のみを抽出して、その抽出した信号をエンベロープ分析した周波数スペクトルを示す波形図である。
【００１３】
この一実施の形態の評価装置１は、回転体３の発生する音又は振動を検知して検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出手段５と、検出手段５の出力する電気信号を増幅する増幅手段７と、増幅手段７で増幅された電気信号に対して１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、１ｋＨｚ以下の周波数成分のみの電気信号を出力するフィルタ処理手段９と、フィルタ処理手段９の出力する電気信号を所定の波形処理（エンベロープ分析）によって周波数スペクトルデータに変換する波形処理手段１１と、回転体３の実際の回転数を検出して出力する回転数検出手段１３と、予め回転体３の異常に起因した特定の周波数成分値を基準値として記憶し、前記した周波数スペクトルデータ上での基準値の対応箇所にピークが表出するか否かの比較照合処理によって回転体３の特定部位に対する異常の有無の診断を行う比較判定手段１５と、検出データ及び処理状況及び診断結果や予め格納したデータ等を表示するためのＣＲＴ等の表示手段１７と、処理内容やデータや診断結果をハードコピーとして出力するプリンタ１９とを備えた構成である。
【００１４】
回転体３は、本実施の形態の場合、鉄鋼用の圧延機や鉄道車両の主電動機等の大型の装置に用いられる低速回転用の転がり軸受である。
この回転体３の回転時に発生する音又は振動の検出は、回転体３を通常の使用状態で装置に組み込んだ状態で回転駆動することによって行う。
この回転体３は、実際の使用時と同様に、例えば、毎分１５０回転の回転速度で回転させた状態で、発生する音又は振動の検出が行われる。
【００１５】
検出手段５としては、振動を電気信号に変換する公知の接触式及び非接触式の各種検出器を使用することができる。振動の検出形式も、加速度式、速度式、変位式等の適宜形式のものの採用が可能である。また、検出手段５は、回転体３自体に直接取り付けたり、あるいは軸受が装着されるハウジング等に取り付けることもできるが、電気的なノイズが多い環境で使用する場合には絶縁型を使用した方が、ノイズの影響を防止する点で、好ましい。
フィルタ処理手段９，波形処理手段１１，比較判定手段１５等における信号処理は、入力データの演算処理で、コンピュータに所定の演算処理用の適宜プログラムを組み込むことでも構成することができる。
【００１６】
増幅手段７から出力された増幅後の信号は、フィルタ処理手段９によるフィルタ処理を受ける前の状態で、波形処理手段１１による波形処理（周波数分析）を行うと、図２に示すような周波数スペクトルを示す。図２において、領域Ａが１ｋＨｚ以下の周波数成分域であり、領域Ｂが共振帯域である。
【００１７】
フィルタ処理手段９は、増幅手段７が出力する増幅された電気信号に対して、図２の領域Ａの周波数成分のみ抽出して、波形処理手段１１に渡す。
波形処理手段１１は、受けた信号に対して、エンベロープ分析などの所定の波形処理を施すことで、回転体３の振動状態を示す図３に示す周波数スペクトルデータを得る。
なお、図４は、比較のために示した周波数スペクトルデータで、図２に示した共振帯域Ｂの信号について、同様にエンベロープ分析などの所定の波形処理を施して得た周波数スペクトルデータである。
【００１８】
比較判定手段１５には、図示はしていないが、回転体３の設計諸元や、異常の有無の診断に使用する各種のデータ（例えば、回転数情報）等を入力する回路や、入力されたデータを記憶する回路が接続されている。
回転体である軸受は、図５に示すように、設計諸元や使用条件に応じて、特定部位の異常時に発生する周波数成分値が決定される。
比較判定手段１５は、図５に示す特定部位の異常時に発生する周波数成分値を基準値として記憶していて、波形処理手段１１が求めた周波数スペクトルデータ上の前記基準値の対応箇所にピークが表出するか否かの比較照合処理によって回転体３の特定部位に対する異常の有無の診断を行う。
図３及び図４において、破線で示す位置の周波数成分値（周波数値）は、回転体３としての転がり軸受において、外輪固定で、毎分１５０回転で内輪を回転させた時に、特定部位である外輪の損傷に起因して発生する周波数成分値である。
【００１９】
図３に示すように、フィルタ処理手段９によって処理したデータの周波数スペクトルデータは、外輪の損傷に起因して発生する周波数成分値上に波形のピークが良好に重なって、外輪の損傷による異常を明確に示唆する。
従って、容易に、外輪の異常を診断することができる。
しかし、共振帯域の信号を抽出して求めた周波数スペクトルデータでは、図４に示すように、外輪の損傷に起因して発生する周波数成分のピークが顕著ではない。このため、この場合、外輪に異常があっても、異常なしと診断されてしまう。
波形のピークは、他の特定部位の異常によるものとみなされてしまうのである。
【００２０】
以上に説明したように、本実施の形態の評価装置１では、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体３の異常検出に使用すると、例えば、波形処理手段１１が作成するエンベロープ分析による周波数スペクトルデータは、回転体３の常用回転域に合致したデータで、回転体３に摩耗や破損等の異常があれば、その異常に起因した特定の周波数成分がピーク値を取るように、波形処理手段１１が出力する周波数スペクトルデータ上に表出する。
【００２１】
従って、比較判定手段１５が診断した際に、異常の有無の判断基準として予め記憶していた周波数成分値に、波形処理手段１１が抽出した実測の周波数スペクトルデータのピーク箇所が重なるか否かで、特定部位に対する異常の有無を確実に診断することができ、診断結果について高い信頼性を保証することができる。そして、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体３の摩耗や破損等の異常の有無を、回転体３の発生する音を含む振動から周波数分析によって診断できるため、手間のかかる装置の分解等が必要なく、異常診断に要する労力及びコストを削減することが可能になる。
【００２２】
なお、本発明の装置で診断する回転体は、低速回転で使用する転がり軸受に限らない。転がり軸受以外でも、低速回転で使用する各種の回転体の異常診断に使用可能なことは、言うまでもない。
また、上記した実施の形態では、回転体の回転により得られる電気信号に対しエンベロープ分析による波形処理を施して、軸受損傷の有無の診断を行うとしたが、このような波形処理に、絶対値検波などの手段を用いて行う絶対値検波処理を適用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の評価装置によれば、回転体が回転装置に組み込まれた状態で、例えばハウジングの剛性が高いなどして、共振帯域に回転体の損傷に起因する振動が伝達されにくい状況に対し、前記回転体の発生する音又は振動を前記回転装置に組み込んだ状態で検出して電気信号として出力し、当該電気信号を１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするフィルタ処理を実施して、波形処理手段に入力される電気信号を１ｋＨｚ以下の周波数成分のみに制限するので、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体の異常検出に使用すると、例えば、波形処理手段が作成するエンベロープ分析による周波数スペクトルデータは、回転体の常用回転域に合致したデータで、回転体の特定部位に摩耗や破損等の異常があれば、その異常に起因する特定の周波数成分が良好なピーク値を取るように、波形処理手段が出力する周波数スペクトルデータ上に表出する。
【００２４】
従って、比較判定手段が診断した際に、異常の有無の判断基準として予め記憶していた周波数成分値に、波形処理手段が抽出した実測の周波数スペクトルデータのピーク箇所が重なるか否かで、特定部位での異常の有無を確実に診断することができ、診断結果について高い信頼性を保証することができる。
そして、低速回転で使用される大型の軸受等の回転体の摩耗や破損等の異常の有無を、回転体の発生する音を含む振動から周波数分析によって診断できるため、例えば鉄鋼用の圧延機や鉄道車両の主電動機等の大型の装置に用いられる軸受の異常診断や定期検査において、手間のかかる装置の分解等が必要なく、異常診断に要する労力及びコストを削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る評価装置の一実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】回転体の発生する振動信号の周波数スペクトルを示す波形図である。
【図３】回転体の発生する振動信号から１ｋＨｚ以下の周波数成分のみを抽出して、その抽出した信号をエンベロープ分析した周波数スペクトルを示す波形図である。
【図４】回転体の発生する振動信号から共振帯域のみの振動信号を抽出して、その抽出した信号をエンベロープ分析した周波数スペクトルを示す波形図である。
【図５】転がり軸受における傷の箇所と、その傷に起因して周波数スペクトル上にピーク値をもたらすエンベロープ処理後の周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  評価装置
３  回転体
５  検出手段
７  増幅手段
９  フィルタ処理手段
１１  波形処理手段
１３  回転数検出手段
１５  比較判定手段
【図１】
0003876976.tif 000002
【図２】
0003876976.tif 000003
【図３】
0003876976.tif 000004
【図４】
0003876976.tif 000005
【図５】
0003876976.tif 000006