JPH044534B2

JPH044534B2 -

Info

Publication number: JPH044534B2
Application number: JP56206859A
Authority: JP
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS58108419A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は機械的振動又は音に基づいて各種装置
の異常を検出する異常検査装置に関する。

発明の技術的背景従来、回転機器の製造工程において、その機械
的総合評価を振動解析により自動的に行う方式が
開発されている。その代表的なものとして、第１
に被検査物において発生した機械的振動又は音を
検出し、それらの検出信号をパワースペクトラム
又は1/3オクダーブ周波数分析して、正常品と異
常品とのパターンを比較判定する方法、第２に上
記検出信号からハイパスフイルタにより約1KHz
以上の高周波成分を取出し、その実効値やピーク
値又は両者の比率から正常品と異常品とを比較判
定する方法、第３に同様にして得られた高周波領
域の信号を包絡線検波回路により包絡線信号を抽
出して、その正常品と異常品とを比較判定する方
法がある。

背景技術の問題点上記第１の方法では測定中の平均パワーを求め
るものであるため、被測定物の軸受部のボール
疵、ゴミの介在による回転異常、各構成部品の共
振異常等に起因する衝撃的でたまにしか発生しな
いパルス状の信号の検出は困難である。これに対
して上記第２及び第３の方法では、上記第１の方
法で検出できない異常信号の検出は可能である
が、その反面実際の検査時において被検査物以外
の振動源において発生する各種の音や機械的振動
などの外乱の影響により正常品を異常品と誤判定
してしまう欠点をもつている。その他、微妙なベ
アリング不良の検出は困難である。

発明の目的本発明は被検査物以外の振動源からの振動又は
音等の外乱を除去して、統計的演算処理により正
確かつ迅速に被検査物の異常を検出することので
きる汎用性の高い異常検査装置を提供するにある発明の概要本発明の異常検査装置は、例えば振動ピツクア
ツプなどの振動検出器によつて得られた検出信号
をそれぞれ異なる周波数帯域の周波数成分のみを
通過させる複数の周波数分析部に入力させ各周波
数成分について複数個のサンプリング期間からな
る検査時間にわたつて各サンプリング期間ごとに
１回づつ最大ピーク値を検出し、得られた最大ピ
ーク値をアナログ−デイジタル変換したのち演算
制御部にて記憶させ、さらに記憶された最大ピー
ク値の中から外乱データを除去した最大ピーク値
をあらかじめ設定された設定値と比較することに
より被検査体の異常を判定するようにしたもので
ある。

発明の実施例第１図は本実施例の異常検査装置の電気回路系
統図を示している。例えば振動ピツクアツプなど
の振動検出器１の出力側は増幅器２を介して、異
なる周波数帯域の周波数成分に分析する周波数分
析部３０１…３０ｎに接続されている。ただし、
本実施例においてはｎ＝28である（以下同じ）。
これら周波数分析部３０１…３０ｎは、増幅器２
に直接に電気的接続された例えば中心周波数が20
Hzから10000Hzまでの1/3オクターブごとの28チヤ
ンネルの周波数帯域の周波数成分を得るためのバ
ンドパスフイルタ４０１…４０ｎ及びこれらバン
ドパスフイルタ４０１…４０ｎの出力側に各別に
接続されたピーク値検出回路５０１…５０ｎから
なつている。上記ピーク値検出回路５０１…５０
ｎは、バンドパスフイルタ４０１…４０ｎの出力
側に各別に接続されたサンプルアンドホールド回
路６０１…６０ｎ同じくバンドパスフイルタ４０
１…４０ｎの出力側及びサンプルアンドホールド
回路６０１…６０ｎの出力側に各別に接続された
比較器７０１…７０ｎ並びに出力側が正半波ピー
ク値をホールドするサンプルアンドホールド回路
６０１…６０ｎのコントロール入力側に、入力側
が比較器７０１…７０ｎの出力側に各別に接続さ
れたアンド回路８０１…８０ｎからなつている。
上記アンド回路８０１…８０ｎの他方の入力側は
後述するデコーダ９の出力側に接続されている。
さらに、周波数分析部３０１…３０ｎはマルチプ
レクサ１０の入力側に接続されている。このマル
チプレクサ１０の出力側はアナログ−デイジタル
変換器１１の入力側に接続されている。アナログ
−デイジタル変換器１１はシステムバス１２によ
りマイクロコンピユータ１３に接続されている。
このマイクロコンピユータ１３は、中央処理装置
（以下CPUと記す。）１４並びにこのCPU１４に
システムバス１５を介して接続された入出力イン
ターフエイス１６及びデータの書き込み・読み出
し可能なランダム・アクセス・メモリ（以下
RAMと記す。）１７及び制御プログラムが格納
されたリード・オンリー・メモリ（以下ROMと
記す。）１８及びCRTインターフエイス１９から
構成されている。また、CPU１４は、後述する
ように、１回の検査時間内に各サンプリング期間
ごとに１個ずつ得られた最大ピーク値を大きさの
順に並べ換える第１の演算手段１４ａと、この第
１の演算手段１４ａにて大きさの順に並び換えら
れた最大ピーク値について外乱内容に対応してあ
らかじめ定められ特定番目の最大ピーク値を有効
最大ピーク値として各周波数成分ごとに抽出する
第２の演算手段１４ｂと、この第２の演算手段１
４ｂにて得られた有効最大ピーク値とあらかじめ
設けられている設定値との比較により異常判定を
行う第３の演算手段１４ｃとからなつている。上
記RAM１７の一部は、設定値及び正常パターン
を記憶させるための不揮発性RAMからなつてい
る。また、図示せぬがマイクロコンピユータ１３
にはRAM１７及びROM１８に上記制御プログ
ラムや設定値等を外部から格納させるための入力
部が設けられている。上記入出力インターフエイ
ス１６はシステムバス１２を介してアナログ−デ
イジタル変換器１１に接続されている。さらに、
入出力インターフエイス１６は、システムバス２
０を介してデコーダ９及びマルチプレクサ１０に
接続されている。また、入出力インターフエイス
１６は回線２１を介して微分回路２２の入力側に
接続されている。この微分回路２２の出力側はス
トローブ線２３を介してアナログ−デイジタル変
換器１１及び単安定マルチバイブレータ２４の入
力側に接続されている。上記単安定マルチバイブ
レータ２４の出力側はストローブ線２５を介して
デコーダ９に接続されている。上記デコーダ９、
微分回路２２及び単安定マルチバイブレータ２４
はタイミング回路２６を構成している。さらに、
タイミング回路２６及びマイクロコンピユータ１
３は演算制御部２７を構成している。また、前記
CRTインターフエイス１９には検査結果を表示
するためのCRT（Cathode Ray Tube）２８が接
続されている。

つぎに、本実施例の異常検査装置の作動につい
て詳述する。

まず、ROM１８に後述する計算プログラムを
格納するとともに、RAM１７に前記入力部を介
して検査時間（本実施例においては３秒）、サン
プリング期間△ｔ（本実施例においては0.1秒）及
びピーク値を除外するための無効ピーク値数N_IP
（本実施例においては２個）を格納する（第２図
ステツプ29）。なお、サンプリング期間△ｔの長
さは外乱（例えば、コンベア停止時の衝撃振動）
による影響時間とほぼ等しくなるように設定する
のが好ましい。検査時間の長さは検出すべき被検
査物の異常内容（本実施例においては回転機器の
回転異常）によつて決定する。また、無効ピーク
値数N_IPの数は上記検査時間内において発生する
外乱の回数を経験的に求めて、この経験的に求め
られた外乱の回数に基づいて決定する。しかし
て、被検査物である図示せぬ回転機器に振動検出
器１を接触させ、この回転機器を起動する。上記
回転機器からの機械的振動又は音は振動検出器１
にて振動波形に対応した波形を有する電気信号
SAに変換される。この信号SAは、増幅器２にて
増幅されたのち、各バンドパスフイルタ４０１…
４０ｎに入力し、各バンドパスフイルタ４０１…
４０ｎにて所定の異なる周波数帯域の周波数成分
の信号SC１…SCnに変換される。以下、主とし
てｎ＝28すなわち28チヤンネルの場合（中心周波
数が10000Hz）の信号SCnの信号処理方式につい
て、第１図及び第３図に基づいて例示的に詳述す
る。信号SCnは第３図に示すように正弦波状波形
となつている（他の信号SC１…SC（ｎ−１）に
ついても波長は異なるが波形はほぼ正弦波状をな
している。この信号SCnはサンプルアンドホール
ド回路６０ｎ及び比較器７０ｎに入力する。サン
プルアンドホールド回路６０ｎからはピーク値を
示す信号SDn（第３図参照）が比較器７０ｎに出
力される。比較器７０ｎにては、逐次入力する信
号SDnが設定値となるようになつていて、信号
SCnより信号SDnが小さい場合は「０」を示す信
号SEnが、信号SCnより信号SDnが大きい場合は
「１」を示す記号SEnがアンド回路８０ｎに出力
されるようになつている。第３図に示す信号SCn
は区間３０においては単調増加しているので
「０」を示す信号SEnがアンド回路８０ｎに出力
される（第３図参照）。一方、アンド回路８０ｎ
の他方の入力端には後述するリセツト時を除いて
常に「１」を示す信号SFnが出力されているの
で、アンド回路８０ｎからは「０」を示す信号
SGn（第３図参照）がサンプルアンドホールド回
路６０ｎに出力される。このサンプルアンドホー
ルド回路６０ｎにおいてはアンド回路８０ｎから
の信号SFnが「０」のときピーク値をサンプリン
グし、信号SFn「１」のときピーク値をホールド
するようになつている。したがつて、区間３０に
おいてはサンプルアンドホールド回路６０ｎはピ
ーク値のサンプリング状態にあるので信号SDnも
第３図に示すように増加する。ところが、信号
SCnの変曲点３１をさかいにして信号SEnは
「１」となるのでアンド回路８０ｎからは「１」
を示す信号SGnがサンプルアンドホールド回路６
０ｎに出力され、変曲点３１におけるピーク値
Pn₁がホールドされ、このピーク値Pn₁を示す信
号SDnがマルチプレクサ１０に出力される。第３
図には示さないが、他の周波数分析部３０１…３
０（ｎ−１）からも同様にしてピーク値P₁₁…
P_(o-1)1を示す信号SD１…SD（ｎ−１）が同時に
マルチプレクサ１０に出力される。一方、CPU
１４からは入出力インターフエイス１６を介して
所要の周波数分析部３０ｎを指定する信号がシス
テムバス２０を経由してデコーダ９及びマルチプ
レクサ１０に出力される。この信号SHによりバ
ンドパスフイルタ４０ｎを通過した周波数成分の
ピーク値Pn₁を示す信号SDnのみが信号SInとし
てアナログ−デイジタル変換器１１に出力される
（第３図参照）。信号SInのアナログ−デイジタル
変換器１１への入力時点より時間△t₁（数10μs）
経過後にCPU１４から入出力インターフエイス
１６を介してパルス状の信号SJが時間△t₂（約30
ｍｓ以下）ごとに微分回路２２に出力される（第
３図参照）。微分回路２２からは信号SJが微分さ
れた信号SKが単安定マルチバイブレータ２４及
びアナログ−デイジタル変換器１１に出力され
る。この信号SKを入力した時点での信号SInはア
ナログ−デイジタル変換器１１によりデイジタル
値のデータ信号SLnに変換され、このデータ信号
SLnは入出力インターフエイス１６CPU１４を
経てRAM１７に伝送されRAM１７の所定の番
地にピーク値Pn₁として格納される（第２図ステ
ツプ32）。なお、第３図において、信号SKの
「１」を示す部分の前縁と信号SF１の「０」を示
す部分の後縁との時間△t₃においては、異常検査
は一時中断されるが、リアルタイムで正確にデー
タを収集するために、Shannonのサンプリング定
理により△t₃＜１／2F_nax（ただしF_naxは最高周波数）を満足するように設定されている。一方、信
号SKを入力した単安定マルチバイブレータ２４
からは信号SKの後縁をトリガとして信号SMが
ストローブ信号としてデコーダ９に出力される。
この信号SMを入力したデコーダ９からは信号
SHが指定するアンド回路８０ｎへリセツトのた
めの「０」を示す信号SFnが出力される。第３図
に示すようにこの「０」を示す信号SFnを入力し
たアンド回路８０ｎからは「０」を示す信号がサ
ンプルアンドホールド回路６０ｎに出力されピー
ク値は第３図の信号SCの点３３まで急減し、再
び前述したようにして、第４図に示すように次の
サンプリング期間△ｔ（ただし、△ｔ＞△t₂×ｎ
となるように設定されている。ここで、ｎは周波
数分析部の数である。）内における最大のピーク
値Pn₂がホールドされマルチプレクサ１０に出力
される。一方、RAM１７にピーク値Pn₁が格納
されると、｛△ｔ−（△t₂×ｎ）｝時間後に周波数
分析部３０１を指定する信号SHがデコーダ９及
びマルチプレクサ１０に、信号SJが微分回路２
２に出力され、周波数分析部３０ｎと同様にし
て、ピーク値P₁₁を示す信号SI１がアナログ−デ
イジタル変換器１１にてデイジタル値のデータ信
号SL１に変換され、このデータ信号SL１は
RAM１７に伝送され、RAM１７の所定の番地
にピーク値P₁₁として格納される。そののち、リ
セツトのための「０」を示す信号SF１がアンド
回路８０１に出力されサンプルアンドホールド回
路６０１は再びサンプリング状態に復帰する。こ
のようにして、サンプリング期間△ｔ内に他の各
周波数分析部３０２…３０（ｎ−１）においてホ
ールドされた最大のピーク値P₂₁…P_(o-1)1を順次
RAM１７の所定の番地に格納する。なお、マイ
クロコンピユータ１３から出力される信号SJの
パルス間隔は、第４図の信号SL１…SLnに対応
してSL１…SLnをサンプリングする期間中は△t₂
であり、信号SLnから次のサンプリング期間△ｔ
における信号SL１をサンプリングするまでのパ
ルス間隔は、前記したように｛△ｔ−（△t₂×
ｎ）｝である。なお、このような信号SJのパルス
間隔を得るためのプログラムはあらかじめROM
１８中に格納されている。さらに、△t₂×ｎがサ
ンプリング期間△ｔに等しくなるように時間△t₂
を設定してもよい。上記各サンプリング期間△ｔ
内において、各周波数分析部３０１…３０ｎごと
に順次行われるRAM１７へのピーク値の格納は
第４図に示すようにｍ回繰り返して行われる。
RAM１７においてはピーク値は各周波数分析部
３０１…３０ｎごとに格納する。したがつて、各
周波数分析部３０１…３０ｎごとにｍ個のデータ
が格納される。しかして、RAM１７へ格納され
たデータ数がｍ×ｎ（ただし、ｍはサンプリング
回数、ｎは周波数分析部の数である。）に達する
と（第２図ステツプ34）、CPU１４の第１の演算
手段１４ａにては各周波数分析部３０１…３０ｎ
ごとにピーク値を大きい順に並び換える演算を行
い（第２図ステツプ35）、演算結果を第５図に示
すようにRAM１７に格納する。しかして、CPU
１４の第２の演算手段１４ｂにては、コンベア停
止時の衝撃振動、エアシリンダ動作時の衝撃振動
などの被検査物以外の振動源からの外乱の影響を
除外するために、各周波数成分ごとにRAM１７
に格納されている上記大きい順に並べられたピー
ク値の大きい側からN_IP個（例えば２個）のデー
タを除外し、N_IP＋１番目のデータを有効最大ピ
ーク値P_EM1…P_EMoとして抽出しRAM１７に格納
する（第２図ステツプ36）。しかして、CPU１４
の第３の演算手段１４ｃにては、各周波数成分ご
とに、あらかじめRAM１７に設定されている設
定値P_T1…P_Toと、これら各設定値P_T1…P_Toに対応
する有効最大ピーク値P_EM1…P_EMoを比較し、有効
最大ピーク値P_EM1…P_EMoのうち一つでも設定値を
越えていれば「被検査物に異常あり」と判定する
（第２図ステツプ37）。上記設定値は、実際の検査
前に例えばＮ＝100（個）程度の正常な被検査物に
対して、前述したと同様にしてピーク値をRAM
１７に格納し、全部の被検査物について各周波数
成分ごとに、ROM１８に格納されている下式
、により有効最大ピーク値P_EMkiの平均値
ｉ及び標準偏差σ_iをCPU１４にて演算しRAM１
７に格納する。

ここで、ｉは周波数成分を示すもので、ｉ＝１
…ｎである。また、ｋは被検査物の数でｋ＝…
1Nであり、P_EMkiはｋ番目の被検査物の周波数成
分ｉについてのピーク値である。上式、によ
つて求められた平均値ｉ及び標準偏差σ_iに基づ
いて各周波数成分ごとにROM１８に格納されて
いる次式により設定値P_T1…P_Toを求める。

P_Ti＝ｉ＋Zσ_i …… （ただしｉ＝１…ｎ）ここで、Ｚは検査環境、検査基準に応じて任意
に設定できる変数である。上記設定値P_T1…P_To、
有効最大ピーク値P_EM1…P_EMo及び異常の有無につ
いての判定結果は第６図及び第７図に示すように
各周波数成分ごとにCRT２８にて表示される
（第２図ステツプ38）。これらの図において周波数
成分の数ｎは28となつている。なお、CRT２８
における表示のためのプログラムはROM１８に
あらかじめ格納されている。

第６図は、波形が第８図に示すような被検査物
の回転部分が固定部分に接触したときのいわゆる
「当り異常」に基因するときの検査結果のCRT表
示を示している。第６図中において、棒グラフの
影線部分は異常部分を示していて、有効最大ピー
ク値が設定値より大きいときに「異常」と判定し
ている。異常を表わしている帯域は異常を示す棒
グラフの直上部に矩形３９…により表示されてい
る。同様に、第７図は、波形が第９図に示すよう
な例えばボール疵等の軸受部の異常に基因すると
きの検査結果のCRT表示を示していて、有効最
大ピーク値が設定値より大きいときに「異常」と
判定している。

なお、上記実施例においては、ピーク値検出回
路５０１…５０ｎは正半波ピーク値回路である
が、第１０図に示すように、各バンドパスフイル
タ４０１…４０ｎとピーク値検出回路５０１…５
０ｎとの間に絶対値回路４００１…４００ｎを介
在させてもよい。こうすることにより負半波ピー
ク値も検出できるようになるので検出精度が向上
する。また、第１１図に示すように各バンドパス
フイルタ４０１…４０ｎに対して正半波ピーク値
回路であるピーク値検出回路５０１…５０ｎと並
列に負半波ピーク値を検出するためのサンプルア
ンドホールド回路６０１′…６０n′、比較器７０
１′…７０n′、アンド回路８０１′…８０n′からな
るピーク値検出回路５０１′…５０n′を接続し両
者の出力差を減算回路４１０１…４１０ｎに入力
させてピーク・ピーク値（正負ピーク値）を求め
るようにしてもよい。こうすることにより、検出
精度が向上する。また、上記実施例においては
RAM１７に記憶されたピーク値は、いつた大き
い順に並べ換え、しかるのち、N_IP＋１番目の有
効最大ピーク値を抽出するようにしているが、ソ
ウトウエアのプログラム変更により並べ換えを経
由せずしてただちに与えられたピーク値の中から
有効最大ピーク値を抽出するようにしてもよい。
また、本発明の異常検査装置は被検査物として回
転機器に限ることなく、例えば原子炉、製造設備
等の異常検出にも用いることができる。このと
き、外乱の影響時間の長短に応じて、サンプリン
グ期間△ｔ及び無効ピーク値数N_IPを適宜変更す
る必要がある。また、検出内容が切削工具の工具
破損などのような異常発生時点である場合は、前
記検査時間は例えば10秒にして、10秒ごとに異常
の有無の判定を行うようにすればよい。また、上
記実施例においては設定値P_T1…P_To（正常パター
ン）は検査前にあらかじめ設定しているが、被検
査物の数が一定数累積するたびに前式、を計
算してP_T1…P_Toを更新するようにしてもよい。こ
のようにすることにより、製造上の経時変化によ
る補正も自動的に行うことができる。さらに、上
記実施例においては表示部としてCRTを用いて
いるが、印字装置のようなものでもよい。

発明の効果本発明の異常検査装置は、複数のサンプリング
期間からなる検査時間内に各サンプリング期間ご
とに最大ピーク値を検出し検出したピーク値を逐
次演算制御部にて記憶するようにしたので、連続
的に発生する異常信号のみならず間歇的に発生す
るパルス状の異常信号も確実に把捉することがで
きるようになり、さらに演算制御部にて外乱に基
因する最大ピーク値を除外するようにしたので異
常判定の精度が飛躍的に向上する。したがつて、
軸受部のボール疵、ゴミの介在による回転異常、
共振異常、工具破損、装置の故障等をはじめとし
てあらゆる種類の異常判定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の異常検査装置の電気回路系統
図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明の異常検
査装置の作動を説明するためのフローチヤート及
びタイミングチヤート、第４図は本発明の異常検
査装置の演算制御部に逐次入力する最大ピーク値
を示す図、第５図は演算制御部のRAMにて大き
い順に並べ換えられた最大ピーク値を模式的に示
す図、第６図及び第７図は検査結果を表示する本
発明の異常検査装置のCRTを示す図、第８図及
び第９図はそれぞれ当り異常及び軸受部異常のと
きの信号波形を示す図、第１０図及び第１１図は
本発明の他の実施例における周波数分析部の電気
回路図である。１：振動検出器、４０１…４０ｎ：バンドパス
フイルタ、５０１…５０ｎ：ピーク検出回路、１
４ａ：第１の演算手段、１４ｂ：第２の演算手
段、１４ｃ：第３の演算手段。

Claims

【特許請求の範囲】１下記構成を具備することを特徴とする異常検
査装置。 (イ) 被検査物から発生した振動を検出して電気信
号に変換する振動検出器。 (ロ) 上記振動検出器から出力された電気信号を入
力し、この電気信号を複数の周波数帯域の周波
数成分に分解する複数のフイルタ。 (ハ) 上記フイルタの出力側に各別に接続され、上
記各周波数成分の電気信号を入力し複数のサン
プリング期間からなる検査時間内に上記各サン
プリング期間内における最大ピーク値を検出す
る複数のピーク値検出回路。 (ニ) 上記複数のピーク値検出回路から出力された
最大ピーク値を示す電気信号を各別に入力して
上記検査時間内において上記各サンプリング期
間ごとに１個ずつ検出された最大ピーク値を上
記各周波数成分ごとに大きさの順に並べ換える
第１の演算手段。 (ホ) 上記第１の演算手段において大きさの順に並
び換えられた最大ピーク値について外乱内容に
対応してあらかじめ定められた特定番目の最大
ピーク値を異常検出用の有効最大ピーク値とし
て上記各周波数成分ごとに抽出する第２の演算
手段。 (ヘ) 上記第２の演算手段にて求められた上記各周
波数成分ごとの有効最大ピーク値をあらかじめ
設けられている設定値と比較し比較結果に基づ
いて上記被検査物の異常判定を行う第３の演算
手段。