JPH08261995A - 機械摺動部の損傷度診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は機械摺動部の非破壊異常診断の判定
の高精度化に関するもので、機械摺動部の損傷度合を定
量的に精度良く判定する機械摺動部の損傷度診断装置を
提供することを目的としたものである。 【構成】 センサ３と、増幅器４と、波形記録装置５
と、バンドパスフィルタ６と、Ａ／Ｄ変換器７と、波形
処理器８と、表示器９と、記録装置１０とを備えた構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械摺動部の非破壊異常
診断に係わり、特に回転機械や揺動装置のように規則的
に動く摺動部の異常を振動により診断する方法及び、装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械摺動部を有する運動装置として、例
えば冷凍冷蔵装置に用いられる圧縮機がある。この圧縮
機はフロンガスを圧縮するものであり、摺動部が多数存
在しその摺動部は精密に作られている。例えばこの摺動
部にゴミなどの異物が混入した場合、この異物が原因と
なり摺動部に傷が付き圧縮中の冷媒漏れから冷凍能力の
低下や、摺動部の傷同士の接触により騒音の増大をまね
き圧縮機の性能を著しく悪化させる。

【０００３】さらに、この摺動部の傷が原因となり摺動
部が焼損し、その結果、機械部品が異常摩耗したり摺動
部が稼働しなくなる等の異常事故が発生することにな
る。

【０００４】このことからこれらの異常を判定するた
め、圧縮機を解体したり、熟練者が音を聞いて異常を判
定する方法が用いられてきた。しかしながら圧縮機を解
体することは費用と時間がかかり、聴感検査は正確さを
欠くため、解体せずに非破壊で効率良く正確な摺動部の
検査をする方法が望まれていた。

【０００５】これらの要望に答えるため、例えば特開昭
６２−７５０９５号公報、特開平２−２０５７２８号公
報などが提案されている。特開昭６２−７５０９５号公
報は圧縮機から発生する騒音あるいは振動を検出し、波
長方向に分割した区間毎の信号の変動成分の最大値と最
小値との比率から基準値と比較し異常の判定を行う方法
である。

【０００６】また、特開平２ー２０５７２８号公報は圧
縮機から発生するＡＥ信号を検出し、このＡＥ信号を包
絡線検波した信号に対し、１周期あたりに発生するある
しきい値をこえたＡＥ信号の発生数や、回転同調成分の
強度から基準値と比較し異常の判定を行う方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、基準値との比較により良品か不良品かの
判定には非常に有効であるが、実際の摺動部の損傷度合
がどのくらい劣化しているのか、定量的に把握すること
はできない。

【０００８】また、特開昭６２−７５０９５号公報の方
法では圧縮機内に異物が混入する等の聴感でも異常が分
かるものでしか判断できない。

【０００９】さらに、特開平２−２０５７２８号公報の
ＡＥ信号を用いた診断ではその物理的な意味から摺動部
に傷や摩耗が発生する瞬間を検出することには非常に有
効だあるが、摺動部の損傷が存在してもこの損傷が何ら
かのストレスで進行しないと検出できないという問題が
あった。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、機械摺動部の
損傷度合を圧縮機を解体することなく定量的に把握する
機械摺動部の損傷度診断装置を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の機械摺動部の損傷度診断装置は、摺動部から
発生する振動波形を検出するセンサと、この振動波形を
増幅する増幅器と、この増幅器から出力される信号を記
録する波形記録装置と、この波形記録装置または増幅器
から出力される信号のノイズ成分を除去するバンドパス
フィルタと、このバンドパスフィルタから出力される信
号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ
変換器から出力される信号の特徴を波形処理し、この波
形処理値から摺動部の損傷度を判定する波形処理器と、
これらの結果を表示する表示器と、これらの結果を記録
する記録装置とを備えたものである。

【００１２】また、波形処理器おいて、入力された振動
波形信号から実効値を算出する手段と、この振動波形か
ら＋側の最大ピーク値と−側の最大ピーク値とを検出す
る手段と、これらの絶対値の和を求め最大振幅値を算出
する手段と、この最大振幅値と実効値の比率を算出する
手段とで、最大振幅突出値を算出することにより摺動部
の損傷度を判定するものである。

【００１３】さらに、波形処理器おいて、入力された振
動波形信号から振動波形を分割する手段と、各分割区間
毎の実効値を算出する手段と、この実効値波形に対し１
回転毎の最大ピーク値を検出する手段と、この検出した
最大ピーク値の中で最大ピーク値と最小ピーク値を検出
する手段と、この最大ピーク値と最小ピーク値の比率を
算出する手段とで、振幅変動値を算出することにより摺
動部の損傷度を判定するものである。

【００１４】また、波形処理器おいて、入力された振動
波形信号から２乗波形を算出する手段と、この２乗波形
の振幅の平均値を算出する手段とで、平均振動パワーを
算出することにより摺動部の損傷度を判定するものであ
る。

【００１５】さらに、上記波形処理手段において、各機
械部品からの発生する振動成分の分離を行うため、フィ
ルタリング手段を用いるものである。

【００１６】

【作用】本発明は上記した構成によって、機械摺動部か
ら機械摺動部の外観に伝達する超音波領域までの振動波
形をセンサにより検出され、この検出された信号は微少
な信号のため、増幅器で信号を増幅される。次に、この
信号を後でも処理できるように波形記録装置に記録され
る。バンドパスフィルタでは、この波形記録装置または
増幅器から出力される信号の機械の運転により発生する
信号以外を除去するため低域の周波数成分が除去される
と共に、Ａ／Ｄ変換時の折り返しによるノイズを除去す
るために高域の周波数成分が除去される。このフィルタ
リングされた信号は、Ａ／Ｄ変換器によりアナログ信号
がデジタル信号に変換され、ＤＳＰを備えた波形処理器
へ出力される。この波形処理器では入力された信号の特
徴から適切な波形処理により摺動部の損傷度合に対応す
る定量化数値が求められる。

【００１７】さらに、この定量化数値に対応する損傷度
を表すデータベースから各摺動部の損傷度合が判定され
る。これらの結果は表示器により画面上などに出力され
摺動部の損傷度合を定量的に確認することができる。ま
た、この結果をハードディスク等の記録装置に保存され
データの蓄積も行える。

【００１８】また、この波形処理器において、振動波形
から＋側の最大振幅ピーク値と−側の最大振幅ピーク値
との絶対値の和から求められる最大振幅値と、振動波形
の実効値とが算出され、これらの比率から最大振幅突出
値が求められることで、特に機械摺動部の表面粗さを精
度良く判定することができる。

【００１９】さらに、この波形処理器において、振動波
形をある区間毎に平滑化処理された波形に対し、１回転
毎の最大ピークが検出される。次にこの中の最大ピーク
値と最小ピーク値が検出され、これらの最大と最小ピー
ク値の比率から振幅変動値を求められることで、特に回
転部品の真円度を精度良く判定することができる。

【００２０】また、この波形処理器において、振動波形
の２乗波形が求められ、この２乗波形の振幅の平均値か
ら平均振動パワーが求められることで、特に滑り軸受の
回転部品の損傷度合を精度良く判定できる。

【００２１】さらに、これらの波形処理手段において、
各部品から発生する振動成分をデジタルフィルタで分離
されることにより、摺動部の損傷度合による振動波形差
異が明確にあらわれ、各摺動部品毎の損傷度合を精度良
く判定することができる。

【００２２】

【実施例】ここで、機械摺動部を有するものとして冷蔵
庫等に用いられる圧縮機を例にとり詳細に説明する。

【００２３】（実施例１）以下本発明の一実施例の機械
摺動部の損傷度診断装置について図面を参照しながら説
明する。

【００２４】図１において、１はフロンガス等を圧縮す
る圧縮機で、２は圧縮要素を外観である密閉ケースに固
定している４点溶接部である。３は振動波形を検出する
センサで、圧縮機の基本波から１００ＫＨｚぐらいまで
の振動成分を検出できるものである。センサ３は圧縮機
１内部の機械部からの信号を最も強く伝達してくる箇所
である４点溶接部２の１点に設置されている。

【００２５】４はセンサ３が検出した信号を増幅するも
のであり、５はこの信号を記録する波形記録装置であ
る。６は波形記録装置５及び、増幅器４からの信号のノ
イズを除去するためのバンドパスフィルタである。

【００２６】７はバンドパスフィルタ６から出力される
信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器である。８はＡ／Ｄ
変換された信号を摺動部の損傷度合を定量化するための
波形処理と、この定量化数値と対応する損傷度合のデー
タベースから摺動部の損傷度合を判定するＤＳＰ等を備
えた波形処理器である。

【００２７】９はこの結果を画面上またはプリンター等
へ出力表示させる表示器であり、これらの結果はハード
ディスク等の記録装置１０に記録される。

【００２８】ここで、圧縮機の構造と振動波形について
説明する。図２、図３は圧縮機１の構造を示しており、
１１は電動機からの回転を圧縮要素に伝達するクランク
シャフトである。１２、１３はクランクシャフトを支持
する主軸受、副軸受である。

【００２９】１４はシリンダで、１５、１６はローラ及
びベーンである。ローラ１５の内周はクランクシャフト
１１の偏芯部と滑り軸受状態にあり、ローラ１５の外周
とベーン１６の先端とが潤滑油を介し線接触状態にあ
る。

【００３０】また、ローラ１５とベーン１６の端面は主
軸受１２と副軸受１３と潤滑油を介し面接触状態にあ
る。冷媒の圧縮はシリンダ１４内で行われ、クラクシャ
フト１１の回転運動により旋回するローラ１５と、ロー
ラ１５の旋回運動に追従し往復運動するベーン１６の仕
切作用により、シリンダ１４内に導かれた冷媒が容積を
縮小され圧縮する。これらの構造のため、圧縮機の主な
摺動部として以下の箇所が挙げられる。

【００３１】（ａ）ローラ１５の外周部とベーン１６の
先端 （ｂ）ローラ１５及びベーン１６の端面と主軸受１２及
び副軸受１３の端面 （ｃ）クランクシャフト１１の外周と主軸受１２及び副
軸受１３の内周 図４は波形処理器８に入力された圧縮機１が６０Ｈｚで
運転されたときの１０秒間の振動波形を表している。１
７は上記摺動箇所の損傷が大きい重傷品の振動波形を表
しており、１８は摺動部の損傷が小さい軽傷品の振動波
形を示している。

【００３２】この振動波形から摺動部の損傷が大きくな
った場合の特徴として、１回転毎に発生する衝撃波１９
の振幅が大きいことや衝撃波１９の振幅の変動が大きい
ことが挙げられる。これらの特徴が損傷度合を表してい
ると考えられる。

【００３３】以上のように構成された一実施例における
動作を説明する。圧縮機１内部の上記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）の摺動部から発生した振動成分は機械部品内を伝
達し、４点溶接部２に伝達する。４点溶接部の１点に設
置されたセンサ３によりこの伝達された振動は検出さ
れ、電圧信号等に変換される。この信号は増幅器４によ
り増幅され、一端、波形記録装置５に記録され再生して
パンドパスフィルタ６に出力されるか、直接バンドパス
フィルタ６に出力される。

【００３４】バンドパスフィルタ６に入力された信号は
圧縮機１の振動を計測した条件等により外部から主に低
域の周波数のノイズが混入していると共に、高域の周波
数はＡ／Ｄ変換するときの折り返しノイズ心配される。

【００３５】このことからバンドパスフィルタ６ではこ
れらのノイズ成分の除去が行われ、Ａ／Ｄ変換器７に出
力される。例えば今回の場合、下限周波数３００Ｈｚと
上限周波数１００ＫＨｚに設定し、フィルタリングを行
った。Ａ／Ｄ変換器７では入力されたアナログ信号がデ
ジタル信号に変換され波形処理器８に出力される。

【００３６】例えば今回の場合、３００ＫＨｚのサンプ
リング周波数で行った。波形処理器８では上述した振動
波形の摺動部の損傷度合を表す衝撃波１９の振幅の大き
さや変動度合等を定量化する等の波形処理演算がＤＳＰ
等を用いて行われ、次にこれらの算出結果と損傷度合の
対応を表すデータベースから各摺動部の損傷度合が判定
される。判定された結果は表示部９に出力され確認する
ことができる。

【００３７】また、記録装置１０においてこれらの結果
が保存され圧縮機毎のデータベースが構築される。以上
のことから、圧縮機を解体することなし、機械摺動部の
損傷度合を定量的に判定できる。

【００３８】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３９】実施例１に対し、特に機械摺動部の表面粗
さを精度良く判定するため、波形処理器８で行われる実
施例１で記述した振動波形の特徴の一つである衝撃波１
９の振幅の大きさの定量化に関する波形処理手段につい
て規定するものである。

【００４０】図５、６において、２０で振動波形２１
が、例えば今回の場合、３０秒間入力され、２２でこの
振動波形２１の１回転毎に発生する衝撃波１９の振幅の
＋側の最大ピーク値２３と−側の最大ピーク値２４が検
出される。

【００４１】次に、２５で＋側の最大ピーク値２３と−
側の最大ピーク値２４の絶対値の和を算出し、最大振幅
値２６が求められる。

【００４２】一方では２７で振動波形２１の実効値２８
が算出される。最後に２４でこの実効値２８と最大振幅
値２６の比率を算出し、最大振幅突出値が求められる。

【００４３】ここで特に、圧縮機の微妙な運転条件の違
いにより最大振幅値２６が微妙に変化するので２６これ
を補正するため、実効値２８を算出しこれらの比率を算
出し、最大振幅突出値を求めた。

【００４４】このことにより、実施例１で記述した
（ａ）のローラ１５外周部とベーン１６の先端や、
（ｂ）のローラ１５及びベーン１６の端面と主軸受１２
及び副軸受１３の端面の摺動部の表面粗さと特に対応が
強く、これらを精度良く判定することができる。

【００４５】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００４６】実施例１に対し、特に回転摺動部品の真円
度を精度良く判定するため波形処理器８で行われる実施
例１で記述した振動波形の特徴の１つである衝撃波１９
の振幅の変動度合の定量化に関する波形処理手段につい
て規定するものである。

【００４７】図７、８において、３０で振動波形３１
が、例えば今回の場合、３０秒間入力され、３２でこの
振動波形３１の平滑化処理が行われる。今回の場合、
２．５ｍｓｅｃのサンプル幅で１．２５ｍｓｅｃのスラ
イド幅で実効値を算出した。３３は平滑化処理後の波形
である。

【００４８】次に３４で平滑化処理後の波形３３に対
し、１回転毎のピークが検出され、３５でこれらの中で
最大ピーク値３６と最小ピーク値３７が検出される。最
後に３８で最大ピーク値３６と最小ピーク値３７の比率
が算出され振幅変動値が求められる。

【００４９】ここで特に振動波形３１の衝撃波１９の振
幅は実際多くの振幅が混在しているため、平滑化処理３
２によりこれらを統合した波形から振幅変動値を求め
た。このことにより、実施例１で記述した（ａ）のロー
ラ１５の外周の真円度と特に対応が強く、これらを精度
良く判定することができる。

【００５０】（実施例４）以下本発明の第４の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５１】実施例１において振動波形の特徴は衝撃波
１９の振幅の大きさにあることからこれが大きいことは
平均振動パワー値も大きくなっていると考えられる。こ
のことから、特に滑り軸受の回転部品の損傷度を精度良
く判定するため波形処理器８でこの平均振動パワー値の
算出を行った。

【００５２】図９において、３９で振動波形が、例えば
今回の場合、３０秒間入力され、４０でこの振動波形か
ら２乗波形が求められ、４１でこの２乗波形振幅の平均
化が行われ、平均振動パワー値が求められる。このこと
により、実施例１で記述した（ｃ）のクランクシャフト
１１の外周の表面粗さと特に対応が強く、これらを精度
良く判定することができる。

【００５３】（実施例５）以下本発明の第５の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５４】実施例２、３、４の波形処理手段に加え、
各摺動部毎の波形処理値との対応関係を向上させるた
め、デジタルフィルタを用いて各機械部品から発生する
振動成分の分離をするものである。このデジタルフィル
タはＦＩＲフィルタ等の位相や波形の歪がないものを用
いている。

【００５５】図１０は今回の圧縮機の場合の機械部品の
ＦＥＭによる固有振動の解析結果とデジタルフィルタの
設定周波数を示している。４２はベーン１６の固有値と
固有モード及び、設定周波数である。

【００５６】４３はローラ１５の固有値と固有モード及
び、設定周波数であり、４４はクランクシャフト１１の
固有値と固有モード及び、設定周波数である。４２の設
定周波数３１ＫＨｚから７０ＫＨｚのフィルタリングを
行うことによりベーン振動が抽出されベーン１６に係わ
る摺動部の損傷度合がより精度良く判定できる。４３の
設定周波数１３．５ＫＨｚから３０ＫＨｚのフィルタリ
ングを行うことによりローラ振動が抽出されローラ１５
に係わる摺動部の損傷度合がより精度良く判定できる。

【００５７】４４の設定周波数４ＫＨｚから１２．５Ｋ
Ｈｚのフィルタリングを行うことによりクランクシャフ
ト振動が抽出されクランクシャフト１１に係わる摺動部
の損傷度合がより精度良く判定できる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明は、摺動部から発生
する振動波形を検出するセンサと、この振動波形を増幅
する増幅器と、この増幅器から出力される信号を記録す
る波形記録装置と、この波形記録装置または増幅器から
出力される信号のノイズ成分を除去するバンドパスフィ
ルタと、このバンドパスフィルタから出力される信号を
Ａ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換
器から出力される信号の特徴を波形処理し、この波形処
理値から摺動部の損傷度を判定する波形処理器と、これ
らの結果を表示する表示器と、これらの結果を記録する
記録装置とを備えることにより、機械摺動部の損傷度合
を定量的に判定することができる。

【００５９】また、波形処理器おいて、入力された振動
波形信号から実効値を算出する手段と、この振動波形か
ら＋側の最大ピーク値と−側の最大ピーク値とを検出す
る手段と、これらの絶対値の和を求め最大振幅値を算出
する手段と、この最大振幅値と実効値の比率を算出する
手段とで、最大振幅突出値を算出することにより摺動部
の損傷度を判定することにより、機械摺動部の表面粗さ
を精度良く判定することができる。

【００６０】さらに、波形処理器おいて、入力された振
動波形信号から振動波形を分割する手段と、各分割区間
毎の実効値を算出する手段と、この実効値波形に対し１
回転毎の最大ピーク値を検出する手段と、この検出した
最大ピーク値の中で最大ピーク値と最小ピーク値を検出
する手段と、この最大ピーク値と最小ピーク値の比率を
算出する手段とで、振幅変動値を算出することにより摺
動部の損傷度を判定することにより、回転部品の真円度
を精度良く判定することができるまた、波形処理器おい
て、入力された振動波形信号から２乗波形を算出する手
段と、この２乗波形の振幅の平均値を算出する手段と
で、平均振動パワーを算出することにより摺動部の損傷
度を判定することにより、滑り軸受の回転部品の損傷度
を精度良く判定することができる。

【００６１】さらに、上記波形処理手段において、各機
械部品からの発生する振動成分の分離を行うため、フィ
ルタリング手段を用いることにより、各機械部品毎の損
傷度の判定精度を向上させることができる。

【００６２】これにより、各機械部品毎の表面粗さ及
び、真円度等の各損傷度合を振動波形から精度良く判定
することができ、圧縮機を解体することなく正確に摺動
部の損傷度合を判定できる機械摺動部の損傷度診断装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す損傷度診断装置の
ブロック図

【図２】本発明の診断対象となる圧縮機の横断面図

【図３】本発明の診断対象となる圧縮機のＡ−Ａ’断面
図

【図４】本発明の診断対象となる圧縮機の重傷品と軽傷
品から検出される振動波形図

【図５】本発明の第２の実施例を示す波形処理フローチ
ャート

【図６】本発明の第２の実施例を示す振動波形図

【図７】本発明の第３の実施例を示す波形処理フローチ
ャート

【図８】本発明の第３の実施例を示す振動波形と平滑化
処理後の波形図

【図９】本発明の第４の実施例を示す波形処理フローチ
ャート

【図１０】本発明の第５の実施例を示すための各機械部
品のＦＥＭによるこ固有値解析結果とフィルタリング周
波数特性図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ ４点溶接部 ３ センサ ４ 増幅器 ５ 波形記録装置 ６ バンドパスフィルタ ７ Ａ／Ｄ変換器 ８ 波形処理器 ９ 表示器 １０ 記録装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森下 賢一 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺動部から発生する振動波形を検出する
   センサと、この振動波形を増幅する増幅器と、この増幅
   器から出力される信号を記録する波形記録装置と、この
   波形記録装置または増幅器から出力される信号のノイズ
   成分を除去するバンドパスフィルタと、このバンドパス
   フィルタから出力される信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ
   ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器から出力される信号の
   特徴を波形処理し、この波形処理値から摺動部の損傷度
   を判定する波形処理器と、これらの結果を表示する表示
   器と、これらの結果を記録する記録装置とを備えたこと
   を特徴とする機械摺動部の損傷度診断装置。
2. 【請求項２】 波形処理器おいて、入力された振動波形
   信号から実効値を算出する手段と、この振動波形から＋
   側の最大ピーク値と−側の最大ピーク値とを検出する手
   段と、これらの絶対値の和を求め最大振幅値を算出する
   手段と、この最大振幅値と実効値の比率を算出する手段
   とで、最大振幅突出値を算出することにより摺動部の損
   傷度を判定することを特徴とする請求項１記載の機械摺
   動部の損傷度診断装置。
3. 【請求項３】 波形処理器おいて、入力された振動波形
   信号から振動波形を分割する手段と、各分割区間毎の実
   効値を算出する手段と、この実効値波形に対し１回転毎
   の最大ピーク値を検出する手段と、この検出した最大ピ
   ーク値の中で最大ピーク値と最小ピーク値を検出する手
   段と、この最大ピーク値と最小ピーク値の比率を算出す
   る手段とで、振幅変動値を算出することにより摺動部の
   損傷度を判定することを特徴とする請求項１記載の機械
   摺動部の損傷度診断装置。
4. 【請求項４】 波形処理器おいて、入力された振動波形
   信号から２乗波形を算出する手段と、この２乗波形の振
   幅の平均値を算出する手段とで、平均振動パワーを算出
   することにより摺動部の損傷度を判定することを特徴と
   する請求項１記載の機械摺動部の損傷度診断装置。
5. 【請求項５】 波形処理手段において、各機械部品から
   の発生する振動成分の分離を行うため、フィルタリング
   手段を用いることを特徴とする請求項２、請求項３、ま
   たは請求項４記載の機械摺動部の損傷度診断装置。