JP3243032B2

JP3243032B2 - 回転体の異常診断装置

Info

Publication number: JP3243032B2
Application number: JP02660193A
Authority: JP
Inventors: 秀起東頭; 宏亮賀治
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JPH06241952A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転体が発生するＡ
Ｅ（アコースティックエミッション）を検出して、回転
体の異常を診断する回転体の異常診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の回転体の異常診断装置と
しては、例えば、回転体としての軸受が発生するＡＥを
ＡＥセンサで検出し、このＡＥセンサが出力するＡＥ信
号を、包絡線検波回路で包絡線検波し、さらに、この包
絡線検波したＡＥ包絡線検波波形をＦＦＴ(高速フーリ
エ変換)して、周波数解析するようにしたものがある。

【０００３】そして、上記異常診断装置は、さらに、上
記周波数解析を複数回実行し、複数回の周波数解析結果
(ＡＥ包絡線検波波形の振幅)を加え合わせて平均した平
均値を各特性周波数のパワー値とすることによって、ノ
イズを相殺して、ノイズによる誤診断を回避するように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記複数回
の周波数解析の間に、軸受の回転数が変動した場合に
は、ＡＥ信号の周期が変動し、上記ＡＥ信号の周波数
が、図１０(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、上記各周波数解析
毎に変動する。つまり、上記ＡＥ信号の振幅のピークが
存在する周波数がずれる。この場合、上記複数回の周波
数解析結果を加え合わせて平均化すると、図１０(Ｄ)に
示すように、ピークがつぶれてしまい、異常検出精度が
低下するという問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、ノイズによる
誤診断を回避でき、しかも、回転体の回転数の変動によ
る検出精度の低下を防止できる回転体の異常診断装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この請求項１の発明の軸受の異常診断装置は、回転
体からのＡＥを検出して、ＡＥ信号を出力するＡＥセン
サと、上記回転体の回転数を検出して、回転数信号を出
力する回転数検出器と、上記回転数検出器から受けた回
転数信号が表す回転体の回転数の増減に応じて、上記Ａ
Ｅセンサから受けたＡＥ信号の周期を増減させて、周期
補正ＡＥ信号を作成し、この周期補正ＡＥ信号を出力す
るＡＥ信号補正手段と、上記ＡＥ信号補正手段から、複
数の周期補正ＡＥ信号を受けて、周期が等しい複数の周
期補正ＡＥ信号の振幅を累積して、振幅累積信号を作成
し、この振幅累積信号と、所定の基準値とを比較し、上
記振幅累積信号が、上記基準値を越えたときに、上記回
転体が異常であると判断する異常判断手段とを備えたこ
とを特徴としている。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の回転体の異常診断装置において、上記回転体は軸受を
有し、上記異常判断手段は、さらに、上記振幅累積信号
と、所定の基準値とを比較し、上記振幅累積信号が、上
記基準値を越えたときに、その基準値を越えた振幅累積
信号に対応する周期が、上記軸受の特性周期と一致する
か否かを判断し、一致したと判断したとき、この特性周
期に対応する軸受の部品が異常であると判断することを
特徴としている。

【０００８】

【作用】上記請求項１の発明の回転体の異常診断装置
は、上記ＡＥセンサが上記回転体からのＡＥを検出し
て、ＡＥ信号を出力する。一方、上記回転数検出器は、
上記回転体の回転数を検出して、回転数信号を出力す
る。すると、上記ＡＥ信号補正手段は、上記回転数検出
器から受けた回転数信号が表す回転体の回転数の増減に
応じて、上記ＡＥセンサから受けたＡＥ信号の周期を増
減させて、周期補正ＡＥ信号を作成し、この周期補正Ａ
Ｅ信号を出力する。すると、上記異常判断手段は、上記
周期補正ＡＥ信号を受けて、周期が等しい複数の周期補
正ＡＥ信号の振幅を累積して、振幅累積信号を作成し、
この振幅累積信号と、所定の基準値とを比較し、上記振
幅累積信号が、上記基準値を越えたときに、上記回転体
が異常であると判断する。

【０００９】このように、本発明は、ＡＥ信号補正手段
によって、回転数検出器から受けた回転数信号が表す回
転体の回転数の増減に応じて、周期を補正した周期補正
ＡＥ信号を作成し、周期が等しい複数の周期補正ＡＥ信
号の振幅を累積した振幅累積信号に基づいて、異常判断
手段が回転体の異常を判断する。従って、本発明によれ
ば、回転体回転数の変動に基づいて周期を補正した周期
補正ＡＥ信号の振幅を累積するので、この累積によって
ノイズが相殺され、上記補正によって回転数変動による
検出精度の低下が防止される。

【００１０】また、回転体から発生するＡＥ信号は、正
常回転時には振幅の大きな信号の発生は少ないことか
ら、ＡＥ信号の振幅の大きさを累積した振幅累積信号に
基づいて、異常を判断することによって、振幅が大き
く、かつ、周期が同一のＡＥ信号をより確実に検出で
き、より正確な異常診断を行うことができる。

【００１１】また、請求項２の発明では、異常判断手段
が、基準値を越えた振幅累積信号に対応する周期が、軸
受の特性周期と一致したとき、この特性周期に対応する
軸受の部品が異常であると判断することにより、軸受の
どの部品が異常であるのかを判定できる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。

【００１３】図１に、この発明の実施例の軸受の異常診
断装置のブロック図を示す。図１に示すように、この実
施例は、複数のＡＥセンサ１，１…と、上記複数のＡＥ
センサ１，１…からのＡＥ信号が入力されるマルチプレ
クサ２と、上記マルチプレクサ２を介して、上記ＡＥセ
ンサ１が出力するＡＥ信号が入力されるＡＥ信号処理装
置３とを備えている。また、上記実施例は、上記中央処
理装置４と、ＡＤ変換器５と、入出力装置６と、ＤＡ変
換器７とを備えている。そして、上記ＡＥ信号処理装置
３が出力するアナログ信号をＡＤ変換器５でデジタル信
号に変換して中央処理装置４に入力する。一方、中央処
理装置４が出力するデジタル信号をＤＡ変換器７でアナ
ログ信号に変換してＡＥ信号処理装置３に入力するよう
にしている。

【００１４】また、上記中央処理装置４には、ＣＲＴデ
ィスプレイ１０と、ハードディスクドライブ装置８と、
計数カウンタ９が接続されている。

【００１５】上記ＡＥ信号処理装置３は、図２に示すよ
うに、ハイパスフィルタ２１と、ローパスフィルタ２２
と、増幅器２３と、包絡線検波回路２４とを有してい
る。

【００１６】また、上記実施例は、図８に示すように、
上記軸受８１に嵌合したシャフト８２を回転させるモー
タ８３に取り付けられており、上記モータ８３の回転数
を検出する回転数読取機８４を備えている。そして、上
記中央処理装置４には、軸受８１に取り付けたＡＥセン
サ１が検出したＡＥ信号だけでなく、上記回転数読取機
８４が検出した回転数信号が入力されるようになってい
る。

【００１７】上記構成の軸受の異常診断装置は、上記Ａ
Ｅセンサ１によって、上記軸受８１が発生するＡＥが検
出されて、このＡＥセンサ１からＡＥ信号が出力され
る。上記ＡＥ信号は、上記ＡＥ信号処理装置３に入力さ
れる。

【００１８】上記ＡＥ信号処理装置３に入力されたＡＥ
信号は、上記ハイパスフィルタ２１とローパスフィルタ
２２を介して増幅器２３に入力され、増幅されてから、
包絡線検波回路２４に入力されて包絡線検波される。こ
の包絡線検波されたＡＥ信号は、ＡＤ変換器５でデジタ
ル信号に変換されてから、上記中央処理装置４に入力さ
れる。

【００１９】また、上記回転数読取機８４によって検出
された上記軸受８１の回転数信号は、上記ＡＤ変換器５
を介して、上記中央処理装置４に入力される。

【００２０】ここで、上記中央処理装置４の信号処理動
作を説明する。中央処理装置４は、上記ハードディスク
ドライブ装置８が格納しているプログラムを読み出し、
このプログラムにしたがって信号処理を行う。この信号
処理動作は、まず、図３に示すように、まず、ステップ
Ｓ１で、ハードウェア設定を行う。すなわち、上記マル
チプレクサ２のチャンネル数(マルチプレクサ２に接続
されたＡＥセンサ１の個数)を設定し、ハイパスフィル
タ２１およびローパスフィルタ２２の通過周波数帯域を
設定して例えば、１００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの信号
が増幅器２３に入力されるようにする。また、上記ＡＥ
信号処理装置３から入力されたＡＥ信号をディスクリー
トなＡＥイベント信号に変換するための閾値を設定す
る。

【００２１】次に、ステップＳ２に進み、ＡＥ信号の計
測を開始したか否かを判断し、計測を開始したと判断し
たときには、ステップＳ３に進み、計測を開始していな
いと判断したときには、ステップＳ２に戻る。

【００２２】ステップＳ３では、ＡＥ信号からＡＥイベ
ント信号を作成し、上記回転数信号に基づいて、ＡＥイ
ベント信号の周期補正を行う。このＡＥイベント信号の
周期補正を、図４に示すフローチャートを参照しながら
説明する。まず、ステップＳ１０１で、カウンタの計時
をスタートさせる。次に、ステップＳ１０２に進み、Ａ
Ｅが発生したか否かを判断し、ＡＥが発生したと判断し
たときには、ステップＳ１０３に進み、ＡＥが発生して
いないと判断したときには、ステップＳ１０２に戻る。
ステップＳ１０３では、上記カウンタが計時したカウン
タ値ｔ(Ｉ)をメモリに書き込む。

【００２３】次に、ステップＳ１０４に進み、ＡＥ信号
の計測を終了したか否かを判断し、計測が終了したと判
断したときには、ステップＳ１０５に進み、計測が終了
していないと判断したときには、ステップＳ１０２に戻
る。

【００２４】ステップＳ１０５では、引数Ｉを１に設定
する。次に、ステップＳ１０６に進み、周期補正値Ｔ
(Ｉ)を０に設定する。次に、ステップＳ１０７に進み、
引数Ｊを１に設定する。次に、ステップＳ１０８に進
み、上記引数Ｉに対応する周期補正値Ｔ(Ｉ)を、次の数
１にしたがって、計算する。この周期補正値Ｔ(Ｉ)は、
上記カウンタが計時したカウンタ値ｔ(Ｉ)を、上記モー
タ８３の回転数に応じて補正した補正値になる。

【００２５】

【数１】Ｔ(Ｉ)＝Ｔ(Ｉ)＋Ｖ(Ｉ)×Ｔ_Ｓ上記数１において、Ｔ_Ｓは、軸受の回転数のサンプリン
グの時間間隔であり、Ｖ(Ｉ)は、回転数信号であり、上
記サンプリング時間間隔Ｔ_Ｓでサンプリングしたモータ
の回転数Ｎｍを、所定の基準回転数Ｎｍ_０で除した値
（回転数比）である。つまり、Ｖ(Ｉ)＝（回転数Ｎｍ)
／(基準回転数Ｎｍ_０）である。上記Ｖ(Ｉ)は、図４に
示すタイマー割り込みフローに示すようにして求められ
る。

【００２６】次に、ステップＳ１０９に進み、上記カウ
ンタが計時したカウンタ値ｔ(Ｉ）が、(サンプリング時
間間隔Ｔ_Ｓ)×(引数Ｊ)よりも小さいか否かを判断し、
ｔ（Ｉ)がＴ_Ｓ×Ｊよりも小さいと判断したときには、
ステップＳ１１０に進み、ｔ(Ｉ)がＴ_Ｓ×Ｊよりも小さ
くないと判断したときには、ステップＳ１１１に進み、
Ｊ＝Ｊ＋１として、ステップＳ１０８に戻る。

【００２７】ステップＳ１１０では、上記カウンタが計
時したすべてのカウンタ値ｔ(１),ｔ(２),…ｔ(ｎ)が、
補正値Ｔ(１),Ｔ(２）,…Ｔ(ｎ）補正されたか否かを判
断し、すべてのカウンタ値ｔ(Ｉ)が補正されたと判断し
たときには、終了し、すべてのカウンタ値ｔの補正が完
了していないと判断したときには、ステップＳ１１２に
進み、Ｉ＝Ｉ＋１として、ステップＳ１０６に戻る。

【００２８】上記ステップＳ３つまり図４に示したフロ
ーチャートの全ステップが、ＡＥ信号補正手段を構成し
ている。

【００２９】上記回転数信号としての回転数比Ｖ（Ｉ)
に基づくＡＥイベント信号の周期補正の様子を図５に示
す。図５の右側に示すモータのフラットな基準回転数に
比べて、モータの回転数が低いときに計測したＡＥイベ
ント信号の周期は、補正されて短くなっている。このよ
うにして、ＡＥ信号の周期補正が完了すると、図３に示
すステップＳ４に進み、上記周期を補正したＡＥイベン
ト信号について、各周期毎のＡＥイベント信号の個数を
集計する。具体的には、たとえば、１スキャン当たりの
ＡＥイベント信号が、図６に示すように、信号ａから信
号ｄまであったとすると、まず、信号ｄを基準として、
周期１ＰのＡＥイベント信号と、周期２ＰのＡＥイベン
ト信号と、周期３ＰのＡＥイベント信号を、１つずつ計
数する。次に、信号ｃを基準として、周期１ＰのＡＥイ
ベント信号と、周期２ＰのＡＥイベント信号とを１つず
つ計数する。さらに、信号ｂを基準として、周期１Ｐの
ＡＥイベント信号を１つ計数する。したがって、この計
数の集計結果は、周期１ＰのＡＥイベント信号が３個、
周期２ＰのＡＥイベント信号が２個、周期３ＰのＡＥイ
ベント信号が１個になる。そして、このような各周期毎
のＡＥイベント信号の個数集計を、期間１日の間だけ繰
り返して、集計カウンタ９に累積する。このＡＥイベン
ト信号の個数集計の累積結果の一例を、図７に示す。図
７に実線で示すように、上記ＡＥイベント信号の最小周
期１Ｐ(たとえば、１ミリ秒)毎に、集計し累積したＡＥ
イベント信号の発生数を、さらに、周期４Ｐ単位に集計
して、図７に破線で示すような周波数特性として、ＡＥ
イベント信号の発生個数のピークを強調するようにして
いる。

【００３０】次に、ステップＳ５に進み、上記ＡＥイベ
ント信号の個数集計を累積した集計累積値が、所定の注
意レベル以上になったか否かを判断し、上記ＡＥイベン
ト信号の集計累積値が所定の注意レベル以上になったと
判断した場合には、ステップＳ６に進み、上記ＡＥイベ
ント信号の集計累積値が所定の注意レベル以上になって
いないと判断した場合には、信号処理動作を終了する。

【００３１】ステップＳ６では、上記集計累積値が注意
レベル以上になったＡＥイベント信号の周期と、上記軸
受の特性周期とを比較する。この軸受の特性周期として
は、内輪転動体通過周期，外輪転動体通過周期，内輪回
転周期，転動体自転周期，転動体公転周期等がある。次
に、ステップＳ７に進み、上記注意レベル以上になった
ＡＥイベント信号の周期が上記軸受の特性周期のいずれ
かと一致したか否かを判断し、一致した判断したときに
は、ステップＳ８に進み、一致していないと判断したと
きには、ステップＳ９に進む。

【００３２】ステップＳ８では、上記一致した特性周期
に該当する軸受の部品が異常であることを、ＣＲＴディ
スプレイ１０に表示させる。上記ステップＳ４からステ
ップＳ８が異常判断手段を構成している。

【００３３】また、ステップＳ９では、上記ＡＥイベン
ト信号の集計累積値が、軸受以外の電気機械部品が異常
であることを示す所定の異常レベルを越えたか否かを判
断し、上記所定の異常レベルを越えたと判断したときに
は、ステップＳ１０に進み、上記所定の異常レベルを越
えていないと判断したときには、信号処理動作を終了す
る。ステップＳ１０では、軸受以外の電気機械部品が異
常であることを、ＣＲＴディスプレイ１０に表示させ
て、信号処理動作を終了する。

【００３４】このように、この実施例は、モータ８３の
回転数が変動して、軸受８１の所定の箇所から発生する
ＡＥに基づくＡＥイベント信号の周期が変動しても、こ
の変動を補正した周期補正ＡＥイベント信号に基づい
て、軸受８１の異常を診断するようにしている。したが
って、上記実施例によれば、図３のフローチャートのス
テップＳ４および図７に示すＡＥイベント信号の発生周
期毎の発生個数の集計，累積を、正確化できる。したが
って、この実施例によれば、ノイズの影響を確実に除外
でき、軸受８１が発生するＡＥのＡＥイベント信号によ
る異常検出の精度を向上させることができる。

【００３５】尚、上記実施例では、集計カウンタ９でＡ
Ｅイベント信号の個数を集計，累積したが、カウンタ９
に替えて高速フーリエ変換装置を備え、この高速フーリ
エ変換装置によって、包絡線検波したＡＥ信号を周波数
解析して、図９(１),(２),(３)に示すようなＡＥ信号の
振幅の周波数スペクトルを演算し、中央処理装置４が、
この周波数スペクトルを、モータ８３の回転数の増減に
応じて周波数シフトするようにしてもよい。すなわち、
上記中央処理装置４は、図９(１)に示すように、モータ
８３の回転数が基準回転数であるときに行った周波数解
析による周波数スペクトルは、周波数シフトを０とし
て、周波数シフトさせない。また、図９(２)に示すよう
に、モータ８３の回転数が基準回転数よりも増加したと
きに周波数解析を行った場合には、上記回転数が増加し
たことによって、上記ＡＥ信号の周波数が増加した分だ
け、周波数スペクトルを周波数減少方向にシフトさせ
る。また、図９(３)に示すように、モータ８３の回転数
が基準回転数よりの減少したときに周波数解析を行った
場合には、上記回転数が減少したことによって、上記Ａ
Ｅ信号の周波数が減少した分だけ、周波数スペクトルを
周波数増加方向にシフトさせる。そして、上記中央処理
装置４が、上記周波数補正した複数の周波数スペクトル
を加えて平均した周波数スペクトルを演算し、この平均
した周波数スペクトルのパワー値が所定の基準値を越え
たか否かを判断することによって、軸受の異常の有無を
判断するようにする。

【００３６】この場合には、軸受の所定の箇所が発生す
るＡＥに対応する周波数スペクトルが、上記モータ８３
の回転数の変動に影響されなくなり、複数の周波数スペ
クトルのピーク同士を正確に加え合わせることができ
る。したがって、周波数スペクトルのノイズを減少させ
ることができて、ノイズによる誤診断を回避でき、しか
も、軸受の回転数の変動による検出精度の低下を防止で
きる。

【００３７】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の回
転体の異常診断装置は、ＡＥ信号補正手段が、回転数検
出器から受けた回転数信号が表す回転体の回転数の増減
に応じて、周期を補正した周期補正ＡＥ信号を作成し、
異常判断手段が、周期が等しい複数の周期補正ＡＥ信号
の振幅を累積した振幅累積信号に基づいて回転体の異常
を判断する。

【００３８】したがって、本発明によれば、回転体の回
転数の変動による周期変動を補正したＡＥ信号の振幅を
累積して、ノイズの影響を確実に除外でき、回転体が発
生するＡＥのＡＥ信号による異常検出の精度を向上させ
ることができる。

【００３９】また、回転体から発生するＡＥ信号は、正
常回転時には振幅の大きな信号の発生は少ないことか
ら、ＡＥ信号の振幅の大きさを累積した振幅累積信号に
基づいて、異常を判断することによって、振幅が大き
く、かつ、周期が同一のＡＥ信号をより確実に検出で
き、より正確な異常診断を行うことができる。

【００４０】また、請求項２の発明では、異常判断手段
が、基準値を越えた振幅累積信号に対応する周期が、軸
受の特性周期と一致したとき、この特性周期に対応する
軸受の部品が異常であると判断することにより、軸受の
どの部品が異常であるのかを判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の回転体の異常診断装置の実施例の
ブロック図である。

【図２】上記実施例のＡＥ信号処理装置のブロック図
である。

【図３】上記実施例の中央処理装置の信号処理動作を
説明するフローチャートである。

【図４】上記実施例の中央処理装置の信号周期補正動
作を説明するフローチャートである。

【図５】上記実施例における信号の周期補正動作を説
明する波形図である。

【図６】上記実施例における発生周期毎の信号個数計
数動作を説明する図である。

【図７】上記実施例における発生周期毎の信号個数計
数結果を示す図である。

【図８】上記実施例のＡＥセンサと回転数読取機の取
り付け状態を示す図である。

【図９】上記実施例の変形例においてＡＥ信号の周波
数スペクトルをシフトさせて重ね合わせる処理を説明す
る図である。

【図１０】従来例においてＡＥ信号の周波数スペクト
ルを重ね合わせる処理を説明する図である。

【符号の説明】

１…ＡＥセンサ、２…マルチプレクサ、３…ＡＥ信号処
理装置、４…中央処理装置、５…ＡＤ変換器、６…入出
力装置、７…ＤＡ変換器、８…ハードディスクドライブ
装置、９…計数カウンタ、１０…ディスプレイ、８１…
軸受、８２…シャフト、８４…回転数読取機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−304132（ＪＰ，Ａ) 特開平４−232426（ＪＰ，Ａ) 特開平１−127934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 19/00 G01H 17/00 G01N 29/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体からのＡＥを検出して、ＡＥ信号
を出力するＡＥセンサと、上記回転体の回転数を検出して、回転数信号を出力する
回転数検出器と、上記回転数検出器から受けた回転数信号が表す回転体の
回転数の増減に応じて、上記ＡＥセンサから受けたＡＥ
信号の周期を増減させて、周期補正ＡＥ信号を作成し、
この周期補正ＡＥ信号を出力するＡＥ信号補正手段と、上記ＡＥ信号補正手段から、複数の周期補正ＡＥ信号を
受けて、周期が等しい複数の周期補正ＡＥ信号の振幅を
累積して、振幅累積信号を作成し、この振幅累積信号
と、所定の基準値とを比較し、上記振幅累積信号が、上
記基準値を越えたときに、上記回転体が異常であると判
断する異常判断手段とを備えたことを特徴とする回転体
の異常診断装置。
【請求項２】請求項１に記載の回転体の異常診断装置
において、上記回転体は軸受を有し、上記異常判断手段は、さらに、上記振幅累積信号と、所定の基準値とを比較し、上記振
幅累積信号が、上記基準値を越えたときに、その基準値を越えた振幅累積信号に対応する周期が、上
記軸受の特性周期と一致するか否かを判断し、一致した
と判断したとき、この特性周期に対応する軸受の部品が
異常であると判断することを特徴とする回転体の異常診
断装置。