(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体から発生する音又は振動を検出し、検出した振動信号を解析して前記回転体に起因する異常の有無を診断する評価装置であって、
前記回転体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振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号からノイズの影響が大きい領域を除外するための基準値を設定するサンプリング基準設定手段と、
前記サンプリング基準設定手段に設定された基準値に基づいて前記振動検出手段の出力信号からノイズの影響の大きい領域を除外した有効実測データを抽出するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段が抽出した有効実測データに対して、エンベロープ分析等の適宜解析処理を行って実測周波数スペクトルデータを生成すると共に、前記回転体の特定部位での異常時に発生する周波数成分に対する前記実測周波数スペクトルデータ上のピークの有無により、前記回転体の特定部位における異常の有無の診断を行う演算処理手段とを備えたことを特徴とする評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体から発生する音又は振動を検出し、検出した振動信号を解析して、回転体に起因する異常の有無を診断する評価装置に関するもので、詳しくは、診断処理の迅速化及び信頼性の向上を実現するための改良にかかるものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、例えば軸受等の回転体の構成部品の摩耗や破損等の異常の有無を自動診断する評価装置として、回転体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振動検出手段と、この振動検出手段によって検出した信号を解析する演算処理手段を備えたものがある。
演算処理手段は、振動検出手段によって得た実測データに対して、周波数分析及びエンベロープ分析等の適宜解析処理を行って実測周波数スペクトルデータを生成し、更に、回転体の特定部位での異常時に発生する周波数成分と前記した実測周波数スペクトルデータとを比較照合し、実測周波数スペクトルデータが回転体の特定部位での異常時に発生する周波数成分値で一定以上のピークを持つか否かによって、回転体の特定部位における異常の有無の診断を行う。
【０００３】
回転体の異常時に発生する周波数成分は、回転体の構成部品の設計諸元及び運用状況によって決まるもので、従って、これらの設計諸元や運用状況等の条件から、演算処理によって予め求めることができる。
そこで、回転体の異常の有無を自動診断する評価装置では、コンピュータ等の演算処理手段を用い、予め、診断対象の回転体の特定部位での異常時に発生する周波数成分の算出処理を実施して、算出結果を適宜記憶手段に記憶・保存しておく。
【０００４】
ところで、振動検出手段によって得た実測データには、回転体周囲の器物の発生する音や振動がノイズとして含まれることが少なくない。
このノイズは、回転体の発生した音や振動の波形を歪めていて、振動検出手段によって得た実測データをそのまま周波数スペクトルデータに変換すると、ノイズの影響によって発生した過大なピーク値や、ピーク値を持つ周波数の変遷によって、診断の信頼性が低下する。
そこで、従来では、評価装置を管理する評価担当者が、振動検出手段によって得た実測データをその都度チェックし、実測データからノイズ成分が少ないと思われる領域を診断対象領域として抽出して、抽出した領域の有効実測データ分について周波数スペクトルデータへの変換処理や、その後の照合処理を実施することで、診断の信頼性低下を防止している。
【０００５】
評価担当者におけるノイズ成分の有無のチェックは、例えば、振動検出手段の検出した振動波形上に、一定以上のピーク値が表出するか否かを視認することによって行う。
ノイズは、回転体の発生した音や振動に加算された状態で振動検出手段に検出されていて、波形のピークレベルを過大にすることが多いからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した評価担当者によるノイズ成分の除去は、評価装置における処理を中断させるため、診断処理の大幅な遅延を招くという問題があった。
また、振動検出手段が検出した実測データを評価担当者がチェック可能な形態で表示するための出力装置が必要で、その出力装置の装備のために評価装置のコストが高額化するという問題もあった。
更に、ノイズ成分の除去率に、評価担当者の熟練度が影響し、診断の信頼性にばらつきが生じ易いという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回転体から検出した実測データからのノイズ成分の除去を、評価装置自体が自動実行することができ、従って、回転体から検出した実測データからのノイズ成分の除去のために評価装置の処理の中断が不要で、診断処理の迅速化を図ることができ、更には、ノイズ成分の除去率に評価担当者の熟練度が影響しないため、ノイズ成分の除去率を一定にして、診断の信頼性を安定させることができ、また、振動検出手段が検出した実測データを評価担当者がチェック可能な形態で表示するための出力装置の省略等によって装置の構成を簡易にして、装置コストを低減させることもできる評価装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る評価装置は、請求項１に記載したように、回転体から発生する音又は振動を検出し、検出した振動信号を解析して前記回転体に起因する異常の有無を診断する評価装置であって、
前記回転体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振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号からノイズの影響が大きい領域を除外するための基準値を設定するサンプリング基準設定手段と、
前記サンプリング基準設定手段に設定された基準値に基づいて前記振動検出手段の出力信号からノイズの影響が大きい領域を除外した有効実測データを抽出するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段が抽出した有効実測データに対して、エンベロープ分析等の適宜解析処理を行って実測周波数スペクトルデータを生成すると共に、前記回転体の特定部位での異常時に発生する周波数成分に対する前記実測周波数スペクトルデータ上のピークの有無により、前記回転体における異常の有無の診断を行う演算処理手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項１に記載した構成の評価装置によれば、回転体より検出された実測データからのノイズ成分の除去は、サンプリング基準設定手段に設定された基準値に基づいて、サンプリング手段が自動実行する。
従って、評価装置を管理する評価担当者が、その都度、ノイズ成分の除去のために実測データをチェックする必要がなく、実測データのチェックのために、評価装置の処理の中断が生じない。
また、ノイズ成分の除去は、基準値に基づく機械処理で一律に行われるため、ノイズ成分の除去率に評価担当者の熟練度が影響しない。
更に、ノイズ成分の除去のために評価担当者が実測データをチェックする必要がないため、振動検出手段が検出した実測データを評価担当者がチェック可能な形態で表示するための出力装置を省略することもできる。
【００１０】
なお、好ましくは、本発明に係る上記の評価装置において、サンプリング基準設定手段は、ノイズの影響による過大値を含まない領域を選択するための基準値を、振動検出手段の検出した電気信号の平均レベルや振動検出手段の作動タイミング等と、予め定めた定数等から自動的に算出する構成とするとよい。
このようにサンプリング基準設定手段が自動的に基準値を設定する構成とすると、基準値の設定のために評価担当者が評価装置に対して行うデータ入力操作が低減し、評価担当者への負担が軽減すると同時に、データ入力操作の所要時間が省略できる。
なお、本発明での前記回転体は、軸受、ボールねじ、リニアガイド、モータ等を含むものである。
【００１１】
【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は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、図２は図１に示した評価装置の診断処理の手順を示すフローチャートである。
【００１２】
本実施の形態の評価装置１は、診断対象となる回転体３の発生する音又は振動に応じたアナログ信号を出力する振動検出手段５と、振動検出手段５の出力するアナログ信号を増幅する増幅手段７と、増幅手段７によって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換して実測デジタルデータを生成するＡＤ変換手段９と、振動検出手段５が出力したアナログ信号からノイズの影響が大きい領域を除外するための基準値を設定するサンプリング基準設定手段１１と、このサンプリング基準設定手段１１が基準値を設定するために必要な情報を入力する入力手段１３と、サンプリング基準設定手段１１に設定された基準値に基づいて振動検出手段５が出力したアナログ信号からノイズの影響の大きい領域を除外した有効実測データを抽出するサンプリング手段１５と、サンプリング手段１５が抽出した有効実測データに基づいて回転体３の特定部位における異常の有無を診断する演算処理手段１７とを備えた構成である。
【００１３】
本実施の形態の場合、診断対象となる回転体３としては転がり軸受を想定している。そして、転がり軸受を構成している内外輪、転動体、保持器等の摩耗や損傷を、転がり軸受の駆動時の音又は振動から診断する。
なお、本実施の形態において、回転体３の音又は振動とは、回転体の駆動時に現れる超音波振動、所謂ＡＥ（Acoustic Emission ）を含む意味である。
【００１４】
振動検出手段５の出力するアナログ信号は、増幅手段７及びＡＤ変換手段９を経て、図３に示すように、電圧ｖが変化する波形となる。図３において、横軸は経過時間であり、縦軸は回転体３の音又は振動の大きさに比例する大きさの電圧値となっている。
なお、図３において、Ａ点及びＢ点は、ノイズによって電圧値が過大になった箇所を示している。つまり、図３は、外的なノイズが周期的に現れる時間波形を示している。
【００１５】
サンプリング基準設定手段１１は、予め、入力手段１３より入力された情報に基づいて、振動検出手段５が出力したアナログ信号からノイズの影響が大きい領域を除外するための基準値を設定する。
基準値は、図３の検出波形から、ノイズによって電圧値が過大となっているＡ点及びＢ点を検出するための電圧値で、本実施の形態の場合は１．５Ｖである。この基準電圧は、一般に回転体の異常により発生する波形のピーク電圧値よりも大きな値で、入力手段１３を用いた基準電圧値指定（数値入力）により設定される。
【００１６】
サンプリング手段１５は、図３に示した検出データから、ノイズの影響で前記したサンプリング基準設定手段１１に設定された基準値を超える過大値を含む領域を除外した有効実測データを抽出する。
図３では、Ａ点からＢ点までの区間（時間領域）のデータを、有効実測データとして抽出する。
但し、Ａ点ではピーク波形の立ち下がりでサンプリングを開始することで、ノイズの影響を排除する。また、Ｂ点ではピーク波形の立ち上がりでサンプリングを終了することで、ノイズの影響を排除する。
【００１７】
演算処理手段１７は、予め記憶させた処理用の諸データや、サンプリング手段１５から受ける有効実測データを、診断用プログラムに基づいて演算処理する診断用コンピュータである。
この演算処理手段１７は、サンプリング手段１５が出力する有効実測データに対して周波数分析及びエンベロープ分析等の適宜解析処理を行って、実測周波数スペクトルデータを生成すると共に、回転体３の異常時に発生する周波数成分に対する実測周波数スペクトルデータ上のピークの有無により、回転体３の特定部位における異常の有無の診断を行う。
【００１８】
なお、図４は、演算処理手段１７が、算出した実測周波数スペクトルデータの波形図である。
【００１９】
以上の評価装置１は、図２に示す手順で処理を行う。
先ず、振動検出手段５により回転体３の発生する音又は振動の検出を行い（ステップＳ１０１）、次いで、増幅手段７を経た信号をＡＤ変換手段９によるＡＤ変換によってデジタル信号化して（ステップＳ１０２）、サンプリング手段１５に渡す。
サンプリング手段１５は、サンプリング基準設定手段１１に設定された基準値に基づいて、ＡＤ変換手段９から受けた信号からノイズの影響による過大値を含む領域を除外した有効実測データを抽出して、抽出した有効実測データを演算処理手段１７に渡す（ステップＳ１０３）。
【００２０】
演算処理手段１７は、サンプリング手段１５から入力される有効実測データに対して、エンベロープ処理及びＦＦＴ分析等の解析処理を行って（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、回転体３から検出した音又は振動を具現した実測周波数スペクトルデータとしてのエンベロープＦＦＴスペクトルデータを得る（ステップＳ１０６）。
ここで得たエンベロープＦＦＴスペクトルデータは、図４に示したスペクトル波形ｗ１で、回転体３としての転がり軸受において、外輪に損傷を有する場合のものである。
【００２１】
更に、演算処理手段１７は、回転体３の特定部位の異常時に発生する周波数成分に対するスペクトル波形ｗ１上のピークの有無により、回転体３の特定部位における異常の有無の診断を行う（ステップＳ１０７）。
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。
演算処理手段１７は、回転体３について、図５に示す特定部位の異常時に発生する周波数成分を予め診断用基準値として記憶していて、これらの診断用基準値に基づいて、ステップＳ１０７を行う。
【００２２】
ステップＳ１０７では、具体的には、回転体３の特定部位毎に、その特定部位の異常時に発生する周波数成分に対するスペクトル波形ｗ１上のピークの有無をチェックする照合処理を実施し、異常時に発生する周波数成分にピークを持ち、且つ、ピークが一定レベル以上の場合には、その特定部位について異常有りの診断を下す。
一方、異常時に発生する周波数成分にピークを持っていても、ピークが一定レベル以下の場合には、その特定部位について異常無しの診断を下す。
【００２３】
なお、図４に示したスペクトル波形ｗ１は、転がり軸受の外輪損傷に起因した基本周波数成分（Ｚｆｃ）に大きなピークを有するため、外輪に損傷があると診断される。
【００２４】
図６は、同じ外輪損傷の転がり軸受に対して、ＡＤ変換手段９で生成した実測デジタルデータを、サンプリング手段１５によるノイズの除去を行わずに、直接、演算処理手段１７に入力して、エンベロープ処理及びＦＦＴ分析等の解析処理を行って生成したエンベロープＦＦＴスペクトルデータのスペクトル波形ｗ２を示している。
このように、ノイズ除去を行わない場合のスペクトル波形ｗ２では、外輪損傷があっても、外輪損傷に起因する基本周波数成分（Ｚｆｃ）に顕著なピークが表れず、従って、異常の発生を見落とす虞がある。
【００２５】
以上述べたように、本実施の形態の評価装置１では、回転体３から検出された実測データからのノイズ成分の除去は、サンプリング基準設定手段１１において設定された基準値に基づいて、サンプリング手段１５が自動実行する。
従って、評価装置１を管理する評価担当者が、その都度、ノイズ成分の除去のために実測データをチェックする必要がなく、実測データのチェックのために、評価装置１の処理を中断させる必要も生じない。
即ち、回転体３から検出した実測データからノイズ成分を除去するための評価装置１の処理の中断が不要で、診断処理の迅速化を図ることができる。
【００２６】
更に、ノイズ成分の除去は、基準値に基づく機械処理で一律に行われるため、ノイズ成分の除去率に評価担当者の熟練度が影響しない。従って、ノイズ成分の除去率を一定にして、診断の信頼性を安定させることができる。
また、ノイズ成分の除去のために評価担当者が実測データをチェックする必要がないため、振動検出手段５が検出した実測データを評価担当者がチェック可能な形態で表示するための出力装置を省略することができる。そして、この出力装置の省略によって装置の構成を簡易にして、装置コストを低減させることもできる。
【００２７】
なお、本発明の評価装置において、ノイズの影響が大きな領域を除外するためにサンプリング基準設定手段に設定する基準値は、上記の実施の形態で示した電圧値に限らない。例えば、ノイズが周期的に現れることが判明している場合には、ノイズが現れるタイミングに合わせて、サンプリングするタイミングを遅延回路等で調整することで、ノイズの影響を除外するようにしてもよい。
【００２８】
また、サンプリング基準設定手段における基準値の設定方法は、上記の実施の形態のように、入力手段１３から直接指定する方法に限らない。
例えば、サンプリング基準設定手段１１が振動検出手段５の検出した電気信号の平均レベルや実効値を算出する演算処理機能を備え、そして、これら算出結果や振動検出手段５の作動タイミング等と、予め定めた定数等から、サンプリング基準設定手段１１が自動的に基準値を設定するように構成してもよい。
このようにサンプリング基準設定手段１１が自動的に基準値を設定する構成とすると、基準値の設定のために評価担当者が評価装置１に対して行うデータ入力操作が低減し、評価担当者への更なる負担軽減になると同時に、データ入力操作の所要時間が省略されることで、処理の迅速化を徹底することができる。
【００２９】
また、本発明の評価装置による診断対象となる回転体は、上記の実施の形態で示した転がり軸受に限らない。軸受以外の各種の回転体を診断対象とすることができる。また、回転体は機器や設備に組み込んだ状態のままでも、回転体の回転駆動時に発生する音や振動が所定の振動検出手段によって検出できる状況であれば、機器や設備から特に取り外すことなく、診断可能である。
【００３０】
また、上記の実施の形態では、振動検出手段によって検出した振動信号に対して、ＡＤ変換手段による処理後に、ノイズの影響が大きな領域を除外する処理を実施することとしたが、ＡＤ変換前に、ノイズの影響が大きな領域を除外する処理を実施することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の評価装置によれば、振動検出手段が回転体から検出した実測データからのノイズ成分の除去は、サンプリング基準設定手段に設定された基準値に基づいて、サンプリング手段が自動実行する。
従って、評価装置を管理する評価担当者が、その都度、ノイズ成分の除去のために実測データをチェックする必要がなく、実測データのチェックのために、評価装置の処理を中断させる必要も生じない。
即ち、回転体から検出した実測データからのノイズ成分の除去のために評価装置の処理の中断が不要で、診断処理の迅速化を図ることができる。
【００３２】
更には、ノイズ成分の除去は、基準値に基づく機械処理で一律に行われるため、ノイズ成分の除去率に評価担当者の熟練度が影響しない。従って、ノイズ成分の除去率を一定にして、診断の信頼性を安定させることができる。
また、ノイズ成分の除去のために評価担当者が実測データをチェックする必要がないため、振動検出手段が検出した実測データを評価担当者がチェック可能な形態で表示するための出力装置を省略することができる。そして、この出力装置の省略によって装置の構成を簡易にして、装置コストを低減させることもできる。
【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図である。
【図２】図１に示した評価装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した評価装置の振動検出手段で検出した信号から、ノイズの影響の大きな領域を除外する基準値の設定例の説明図である。
【図４】図１に示した評価装置において、演算処理手段が生成する実測周波数スペクトルの波形図である。
【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。
【図６】図１に示した評価装置において、ＡＤ変換手段で生成した信号を、サンプリング手段によるノイズの除去処理をせずに、そのままエンベロープ分析等の処理を実施して生成した実測周波数スペクトルデータの波形図である。
【符号の説明】
１  評価装置
３  回転体
５  振動検出手段
７  増幅手段
９  ＡＤ変換手段
１１  サンプリング基準設定手段
１３  入力手段
１５  サンプリング手段
１７  演算処理手段
【図１】
0003829924.tif 000002
【図２】
0003829924.tif 000003
【図３】
0003829924.tif 000004
【図４】
0003829924.tif 000005
【図５】
0003829924.tif 000006
【図６】
0003829924.tif 000007