JP4581860B2 - Machine equipment abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、機械設備、例えば、減速機や電動機あるいは風車や鉄道車両等に用いられる回転する部品の異常診断装置及び異常診断方法に関し、特に、該部品の異常の有無や前兆、或いはその異常部位を特定する機械設備の異常診断装置及び異常診断方法に関する。 The present invention, mechanical equipment, for example, relates to an abnormality diagnosis apparatus and an abnormality diagnosis method of the component you rotate used in the reduction gear and the electric motor or wind turbine and railway vehicles and the like, in particular, of the component abnormality presence or aura, or the abnormal The present invention relates to an abnormality diagnosis apparatus and an abnormality diagnosis method for mechanical equipment that specifies a part.
従来、鉄道車両や発電用風車等の回転部品は、一定期間使用した後に、軸受やその他の回転部品について、損傷や摩耗等の異常の有無が定期的に検査される。この定期的な検査は、回転部品が組み込まれた機械装置を分解することにより行われ、回転部品に発生した損傷や摩耗は、担当者が目視による検査により発見するようにしている。そして、検査で発見される主な欠陥としては、軸受の場合、異物の噛み込み等によって生ずる圧痕、転がり疲れによる剥離、その他の摩耗等、歯車の場合には、歯部の欠損や摩耗等、車輪の場合には、フラット等の摩耗があり、いずれの場合も新品にはない凹凸や摩耗等が発見されれば、新品に交換される。 Conventionally, after rotating parts such as railway vehicles and wind turbines for power generation are used for a certain period, bearings and other rotating parts are regularly inspected for abnormalities such as damage and wear. This periodic inspection is carried out by disassembling the mechanical device in which the rotating parts are incorporated, and the person in charge finds damage and wear generated in the rotating parts by visual inspection. And the main defects found in the inspection are in the case of bearings, indentations caused by the biting of foreign matter, peeling due to rolling fatigue, other wear, etc., in the case of gears, missing teeth and wear, etc. In the case of a wheel, there is wear such as a flat, and in any case, if irregularities or wear that is not found in a new article is found, it is replaced with a new one.
また、回転部品が組み込まれた機械装置を分解することなく、実稼動状態で回転部品の異常診断を行う様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1〜5参照。)。最も一般的なものとしては、特許文献1に記載されるように、軸受部に加速度計を設置し、軸受部の振動加速度を計測し、更に、この信号にFFT(高速フーリエ変換)処理を行って振動発生周波数成分の信号を抽出して診断を行う方法が知られている。
Various methods for diagnosing abnormalities of rotating parts in an actual operating state without disassembling a mechanical device incorporating the rotating parts have been proposed (see, for example,
特許文献4に記載の装置では、鉄道車両において軸受箱に温度センサを装着し、検出温度が基準値以上に上昇した時に異常信号を運転台に発するか、又は地上側から温度を計測して軸受の異常監視を行っている。また、特許文献5に記載の装置では、一般の機械装置において、軸受の状態を振動または温度センサで常時監視し、各値が基準値以上に上昇した場合に、異常警報を出力したり、装置の稼動を停止させたりする。
しかしながら、上記機械設備全体を分解して、担当者が目視で検査する方法では、装置から回転体を取り外す分解作業や、検査済みの回転体を再度装置に組込み直す組込み作業に多大な労力がかかり、装置の保守コストに大幅な増大を招くという問題があった。 However, in the method of disassembling the entire mechanical equipment and visually inspecting the person in charge, a great deal of labor is required for the disassembling work for removing the rotating body from the apparatus and the assembling work for reassembling the inspected rotating body into the apparatus again. There is a problem that the maintenance cost of the apparatus is greatly increased.
また、組立て直す際に検査前にはなかった打痕を回転体につけてしまう等、検査自体が回転体の欠陥を生む原因となる可能性があった。また、限られた時間内で多数の軸受を目視で検査するため、欠陥を見落とす可能性が残るという問題もあった。さらに、この欠陥の程度の判断も個人差があり実質的には欠陥がなくても部品交換が行われるため、無駄なコストがかかることにもなる。 Further, there is a possibility such that would put never been dent before the test when reassemble the rotating body, the inspection itself causes produce a defect of the rotating body. Further, since a large number of bearings are visually inspected within a limited time, there is a problem that a possibility of overlooking a defect remains. Furthermore, the determination of the degree of the defect also varies depending on the individual, and parts are exchanged even if there is substantially no defect, resulting in a wasteful cost.
また、特許文献1に記載の異常診断方法では、回転速度に基づき振動発生周波数成分を算出しているが、実際の回転速度を直接取り込むことができない場合に、算出に用いた回転速度データが実際の回転速度とずれを生じていると、診断精度が悪くなるという問題がある。
Further, in the abnormality diagnosis method described in
さらに、特許文献4に記載の装置では、軸受の温度が基準値以上に上昇したか否かで異常の有無を判定しているため、異常が検知された場合には既に損傷の程度が酷く、継続して使用することが不可能なことが多く、機械装置を緊急に停止させなければならないという問題がある。 Furthermore, in the apparatus described in Patent Document 4, since the presence or absence of an abnormality is determined based on whether or not the temperature of the bearing has increased to a reference value or higher, the degree of damage is already severe when an abnormality is detected. In many cases, it cannot be used continuously, and there is a problem that the machine must be stopped urgently.
また、特許文献5に記載の装置では、異常警報が発せられて機械装置の稼動が停止しても、異常の部位の特定をすることができないという問題があり、また、ノイズ等の影響で誤動作が生じて異常警報を発したりするなど、安定稼動が妨げられる問題がある。 In addition, the apparatus described in Patent Document 5 has a problem that even if an abnormality alarm is issued and the operation of the mechanical device stops, there is a problem that the abnormal part cannot be specified, and malfunction due to the influence of noise or the like. There is a problem that stable operation is hindered, such as generating an abnormal alarm.
さらに、回転部品として多数の軸受を使用している機械設備では、軸受の内外径、幅寸法が同じであれば、内部の設計寸法諸元が異なっていても使用することがある。この場合、軸受の設計寸法諸元が異なると軸受の異常診断に使用される設定値も異なり、診断が複雑になる。このため、特定の部位に同じ設計寸法諸元の部品を組み込むようにすることもあり、組み立て時の作業効率が悪くなるという問題がある。 Furthermore, in machinery and equipment using a large number of bearings as rotating parts, if the inner and outer diameters and width dimensions of the bearings are the same, they may be used even if the internal design dimension specifications are different. In this case, if the design dimensions of the bearing are different, the set values used for the abnormality diagnosis of the bearing are also different, and the diagnosis becomes complicated. For this reason, there is a problem that parts having the same design dimensions may be incorporated in a specific part, resulting in poor work efficiency during assembly.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際の回転速度を直接取り込むことができない場合でも、診断精度を確保しつつ、異常の有無や異常の部位を特定することができる機械設備の異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、設計寸法諸元が互いに異なる複数の回転部品が任意の部位に組み込まれても異常の有無や異常の部位を特定することができる機械設備の異常診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its purpose is to identify the presence or absence of an abnormality and an abnormal portion while ensuring diagnostic accuracy even when the actual rotational speed cannot be directly captured. An object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method for mechanical equipment. Another object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis apparatus for mechanical equipment that can identify the presence / absence of an abnormality and an abnormal part even if a plurality of rotating parts having different design dimension specifications are incorporated in an arbitrary part. It is to provide.
本発明の目的は、下記の構成により達成される。
(1)回転部品を備えた、機械設備の異常診断装置であって、
前記機械設備から発生する振動信号を電気信号として出力する少なくとも一つの検出部と、
前記電気信号の波形の周波数分析を行い、該周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを許容幅を持って比較照合し、その照合結果に基づき前記回転部品の異常の有無及び異常部位を判定する信号処理部と、
を備え、
前記許容幅は、前記回転部品の回転速度と前記回転部品の互いに異なる内部設計寸法諸元を有する複数の回転部品の内部設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、該中心値に対して与えられる任意の大きさの少なくとも一つの許容幅であり、
前記信号処理部は、前記実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを、前記少なくとも一つの許容幅毎に比較照合することを特徴とする機械設備の異常診断装置。
(2) 前記許容幅は、前記周波数成分が高調波成分となるにつれて大きくなることを特徴とする(1)に記載の機械設備の異常診断装置。
(3) 前記許容幅は、前記周波数成分の周波数帯域に応じて増減することを特徴とする(1)又は(2)に記載の機械設備の異常診断装置。
(4) 前記許容幅は、回転速度に応じて増減することを特徴とする(1)に記載の機械設備の異常診断装置。
(5) 前記信号処理部は、前記検出された信号に増幅処理とフィルタ処理の少なくとも一方を施し、その処理された波形にエンベロープ処理を行うことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(6) 前記検出部は、前記機械設備から発生する振動を検出するセンサに加えて、前記機械設備の温度を検出するセンサと前記回転部品の回転速度を検出する回転速度センサとの少なくとも一方が単一の筐体内に収容される一体型センサを有していることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(7) 前記機械設備は、前記回転部品である軸受と該軸受を固定する軸受箱を備え、
前記一体型センサは、前記軸受箱の平坦部に固定されることを特徴とする(6)に記載の機械設備の異常診断装置。
(8) 前記信号処理部による判定結果を伝送するデータ伝送手段を有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の異常診断装置。
(9) 前記信号処理部による処理、及び前記判定結果を制御系に出力する処理を行なうマイクロコンピュータを具備したことを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の異常診断装置。
(10) 前記機械設備は鉄道車両用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(11) 前記機械設備は風車用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(12) 前記機械設備は工作機械主軸用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(13) 回転部品を備えた、機械設備の異常診断方法であって、
前記機械設備から発生する振動信号を検出して電気信号として出力する工程と、
該検出された信号の波形の周波数を分析する工程と、
前記回転部品に起因した周波数成分に対して、前記回転部品の回転速度と互いに異なる内部設計寸法諸元を有する複数の回転部品の内部設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、該中心値に対して与えられる任意の大きさを持った少なくとも一つの許容幅を設定する工程と、
該周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを前記少なくとも一つの許容幅毎に比較照合する工程と、
該比較工程での照合結果に基づき前記回転部品の異常の有無及び異常部位を判定する工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の異常診断方法。
なお、前記回転部品の回転速度と前記回転部品の設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割するとは、分割しない場合を含むことを意味する。
The object of the present invention is achieved by the following constitution.
(1) once equipped with rolling parts, an abnormality diagnosis device for machinery and equipment,
At least one detector that outputs a vibration signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
The frequency analysis of the waveform of the electrical signal is performed, the frequency component of the measured spectrum data obtained by the frequency analysis and the frequency component caused by the rotating component are compared and verified with an allowable width, and based on the verification result, A signal processing unit for determining the presence / absence and abnormality of the rotating part; and
Equipped with a,
The permissible width includes at least a region having an upper limit value and a lower limit value calculated from a rotational speed of the rotating component and internal design dimension specifications of a plurality of rotating parts having different internal design dimension specifications of the rotating component. Dividing into one region, obtaining a center value of each of the divided regions, and at least one allowable width of an arbitrary size given to the center value;
The apparatus according to
(2) the allowable width, the abnormality diagnosis apparatus for machinery according to (1) said frequency components increases as the harmonic component.
( 3 ) The apparatus for diagnosing machine equipment abnormality according to (1) or (2), wherein the allowable width is increased or decreased according to a frequency band of the frequency component.
( 4 ) The abnormality diagnosis device for mechanical equipment according to (1) , wherein the allowable width is increased or decreased according to a rotation speed.
(5) The signal processing unit performs at least one of the amplification processing and filter processing on the detected signals, any and performs envelope processing to the processed waveform (1) to (4) An apparatus for diagnosing abnormalities in mechanical equipment according to
( 6 ) In addition to the sensor that detects vibration generated from the mechanical equipment, the detection unit includes at least one of a sensor that detects the temperature of the mechanical equipment and a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the rotating component. The apparatus for diagnosing abnormality of mechanical equipment according to any one of (1) to ( 5 ), comprising an integrated sensor housed in a single casing.
( 7 ) The mechanical equipment includes a bearing that is the rotating component and a bearing box that fixes the bearing.
The apparatus for diagnosing abnormality of mechanical equipment according to ( 6 ), wherein the integrated sensor is fixed to a flat portion of the bearing box.
( 8 ) The abnormality diagnosis device according to any one of (1) to ( 7 ), further including data transmission means for transmitting a determination result by the signal processing unit.
( 9 ) The abnormality diagnosis device according to any one of (1) to ( 8 ), further including a microcomputer that performs processing by the signal processing unit and processing for outputting the determination result to a control system.
( 10 ) The mechanical equipment abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to ( 9 ), wherein the mechanical equipment is a railway vehicle bearing device.
( 11 ) The machine equipment abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to ( 9 ), wherein the machine equipment is a wind turbine bearing device.
( 12 ) The machine equipment abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to ( 9 ), wherein the machine equipment is a machine tool spindle bearing device.
(13 ) A method for diagnosing abnormalities in mechanical equipment, including rotating parts,
Detecting vibration signals generated from the mechanical equipment and outputting them as electrical signals;
Analyzing the frequency of the waveform of the detected signal;
An upper limit value and a lower limit value calculated from internal design dimension specifications of a plurality of rotary parts having internal design dimension specifications different from the rotational speed of the rotary part with respect to the frequency component caused by the rotary parts. Dividing the region into at least one region, obtaining a center value of each of the divided regions, and setting at least one allowable width having an arbitrary size given to the center value;
Comparing the frequency component of the measured spectrum data obtained by the frequency analysis and the frequency component caused by the rotating component for each at least one allowable width; and
Determining the presence / absence and abnormality of the rotating part based on the comparison result in the comparison step;
An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
Note that dividing the region having the upper limit value and the lower limit value calculated from the rotation speed of the rotating component and the design dimension specifications of the rotating component into at least one region means that the region is not divided.
本発明の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と前記部品に起因した周波数成分とを可変な許容幅を持って比較照合し、その照合結果に基づき前記部品の異常の有無及び異常部位を判定するようにしたので、実際の回転速度を直接取り込むことができない場合に、算出に用いた回転速度データが実際の回転速度とずれを生じているとしても、異常の有無や異常部位の特定を精度良く行うことができる。 According to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present invention, the frequency component of the measured spectrum data obtained by frequency analysis and the frequency component caused by the component are compared and collated with a variable tolerance, Since the presence / absence of an abnormality of the part and the abnormal part are determined based on the collation result, when the actual rotational speed cannot be directly captured, the rotational speed data used for the calculation deviates from the actual rotational speed. Even if it occurs, the presence / absence of an abnormality and the specification of the abnormal part can be accurately performed.
また、本発明の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、簡単な構成で回転する部品が組み込まれている機械装置を分解することなく、異常の有無と異常の部位を特定することができ、装置の分解や組立にかかる手間を軽減できると共に、分解や組立に伴う該部品への損傷を防止することができる。 Further, according to the abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method of the machinery of the present invention, without disassembling the machinery it rotates a simple components are incorporated to identify the abnormal presence or absence and the abnormal site It is possible to reduce the time and effort required for disassembling and assembling the apparatus, and it is possible to prevent damage to the parts due to disassembly and assembling.
また、本発明の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、回転部品の回転速度と回転部品の設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、中心値に対して与えられる任意の大きさの少なくとも一つの許容幅を持って比較照合するので、設計寸法諸元が互いに異なる複数の回転部品が任意の部位に組み込まれる場合や回転部品の回転速度が変動した場合でも異常の有無や異常の部位を特定することができる。 Further, according to the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present invention, at least one region having an upper limit value and a lower limit value calculated from the rotation speed of the rotating component and the design dimension specifications of the rotating component is provided. The center value of each of the divided regions is obtained and compared and collated with at least one allowable width of an arbitrary size given to the center value. Can be specified in the presence or absence of an abnormality or an abnormal part even when the is incorporated in an arbitrary part or when the rotational speed of the rotating component fluctuates.
以下、本発明の各実施形態に係る機械設備の異常診断装置について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an abnormality diagnosis apparatus for machine equipment according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、図1〜4を参照して、第1実施形態の機械設備の異常診断装置について説明する。図1に示されるように、異常診断装置は、機械設備10から発生する信号を検出する検出部20と、検出部20の出力した電気信号から機械設備10の異常等の状態を判定するための信号処理部32及び機械設備10を駆動制御する制御部34とを備えた制御器30と、モニタや警報機等の出力装置40とを備える。
(First embodiment)
First, with reference to FIGS. 1-4, the abnormality diagnosis apparatus of the mechanical installation of 1st Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the abnormality diagnosis apparatus detects a signal generated from the
機械設備10には、回転部品である転がり軸受12が設けられており、転がり軸受12は、回転軸(図示せず)に外嵌される回転輪である内輪14と、ハウジング(図示せず)に内嵌される固定輪である外輪16と、内輪14及び外輪16との間に配置された複数の転動体である玉18と、玉18を転動自在に保持する保持器(図示せず)とを備える。
The
検出部20は、運転中に機械設備10から発生する振動を検出するセンサ22を備える。センサ22は、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着、或いはモールド材による埋め込み等によってハウジングの外輪近傍に固定されている。なお、ボルト固定の場合には、回り止め機能を備えるようにしてもよい。また、センサ22をモールドする場合には、防水性が図られると共に、外部からの加振に対する防振性が向上するため、センサ22自体の信頼性を飛躍的に向上することができる。
The
また、センサ22は、振動を検出可能なものであればよく、振動センサ、AE(acoustic emission)センサ、超音波センサ、及びショックパルスセンサ等や、加速度、速度、歪み、応力、変位型等、振動を電気信号化できるものであればよい。また、ノイズが多いような機械装置に取り付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることが少ないので好ましい。さらに、センサ22が、圧電素子等の振動検出素子を使用する場合には、この素子をプラスチック等にモールドして構成してもよい。加えて、本実施形態の機械設備10は、転がり軸受12の他に、歯車や車輪(共に図示せず)等の振動をセンサ22によって検出することができる。
The
また、検出部20は、機械設備から発生する振動を検出するセンサ22と、機械設備の温度を検出する温度センサや回転速度センサが単一の筐体内に収容される一体型センサであってもよい。この場合、一体型センサは、転がり軸受12を固定する軸受箱の平坦部に固定されることが好ましい(図8参照。)。温度センサは、温度がある規定値になると、バイメタルの接点が離れるか、接点が溶断することで導通しなくなる方式の温度ヒューズであってもよい。これにより、ある規定値以上の温度が検出されると、温度ヒューズが導通しなくなるので、異常を検出することができる。
Further, the
信号処理部32及び制御部34とを備える制御器30は、マイクロコンピュータ(ICチップ,CPU,MPU,DSP等)によって構成されており、データ伝送手段24を介してセンサ22からの電気信号を受け取る。
The
信号処理部32は、図2に示されるように、データ蓄積分配部50、回転分析部52、フィルタ処理部54、振動分析部56、比較判定部58、内部データ保存部60を備える。データ蓄積分配部50は、センサ22からの電気信号及び回転速度に関する電気信号を受け取り一時的に蓄積すると共に、信号の種類に応じて各分析部52,56の何れかに信号を振り分ける収集および分配機能を有している。各種信号は、データ蓄積分配部50に送られる以前に、図示しないA/Dコンバータによりデジタル信号にA/D変換され、図示しない増幅器によって増幅された後にデータ蓄積分配部50に送られる。なお、A/D変換と増幅は、順序が逆であっても構わない。
As shown in FIG. 2, the
回転分析部52は、回転速度を検出するセンサ(図示せず)からの出力信号を基に、内輪14、即ち回転軸の回転速度を算出し、算出した回転速度を比較判定部58に送信する。なお、上記検出素子が、内輪14に取り付けられたエンコーダと外輪16に取り付けられた磁石及び磁気検出素子で構成されている場合には、検出素子が出力する信号は、エンコーダの形状と回転速度に応じたパルス信号となる。回転分析部52は、エンコーダの形状に応じた所定の変換関数又は変換テーブルを有しており、関数またはテーブルに従って、パルス信号から内輪14及び回転軸の回転速度を算出する。
The
フィルタ処理部54は、回転部品である転がり軸受12や歯車や車輪等の固有振動数に基づいて、振動信号からその固有振動数に対応する所定の周波数帯域のみを抽出し、不要な周波数帯域を除去する。この固有振動数は、回転部品を被測定物として、打撃法により加振し、被測定物に取付けた振動検出器又は打撃により発生した音響を周波数分析することにより容易に求めることができる。なお、被測定物が転がり軸受の場合には、内輪、外輪、転動体、保持器等のいずれかに起因する固有振動数が与えられる。一般的に、機械部品の固有振動数は複数存在し、また固有振動数での振幅レベルは高くなるため測定の感度がよい。
The filter processing unit 54 extracts only a predetermined frequency band corresponding to the natural frequency from the vibration signal based on the natural frequency of the rolling
振動分析部56は、センサ22からの出力信号を基に、軸受12、歯車、車輪に発生している振動の周波数分析を行う。具体的には、振動分析部56は、振動信号の周波数スペクトルを算出するFFT計算部であり、FFTのアルゴリズムに基づいて、振動の周波数スペクトルを算出する。算出された周波数スペクトルは、比較判定部58に送信される。また、振動分析部56は、FFTを行う前処理として、絶対値処理やエンベロープ処理を行い、診断に必要な周波数成分のみに変換してもよい。振動分析部56は、必要に応じて、エンベロープ処理後のエンベロープデータも併せて比較判定部58に出力する。
The vibration analysis unit 56 performs frequency analysis of vibration generated in the
比較判定部58は、転がり軸受12、歯車、車輪に起因した周波数成分と振動分析部56による振動の実測スペクトルデータの周波数成分とを可変な許容幅を持って比較照合する。本実施形態では、比較判定部58は、実測スペクトルデータから基準値(例えば、音圧レベル或いは電圧レベル)を算出する一方、図4及び図5に示す関係式を用いて転がり軸受や歯車の傷に起因する周波数(振動発生周波数)を計算し、実測スペクトルデータからこれら振動発生周波数に可変な許容幅を与えた範囲での音圧レベル(又は電圧レベル)を抽出して、基準値と比較している。さらに、比較判定部58は、判定結果に基づき、異常の有無及び異常部位の特定を行う。
The comparison / determination unit 58 compares and collates the frequency component caused by the rolling
なお、振動発生周波数の演算は、これより前に行ってもよく、以前に同様の診断を行っている場合には、内部データ保存部60に記憶し、そのデータを用いてもよい。また、算出に用いる各回転部品の設計諸元データは事前に入力記憶させておく。
The calculation of the vibration generation frequency may be performed before this, and when the same diagnosis has been performed before, the data may be stored in the internal
また、比較照合における可変な許容幅は、周波数成分が高調波であるほど大きくなるように設定してもよく、対象とする周波数帯域や回転速度に連動させれば、実回転速度の変化(鉄道車両における車輪の摩耗の影響による変化等)に対応することが可能となる。 In addition, the variable tolerance in the comparison and verification may be set so as to increase as the frequency component becomes higher. If the frequency component is linked to the target frequency band or rotation speed, the change in the actual rotation speed (railway It is possible to cope with changes due to the effects of wheel wear on the vehicle.
そして、比較判定部58での判定結果は、メモリやHDD等の内部データ保存部60に保存されても良いし、データ伝送手段42を介して出力装置40へ伝送されてもよい。また、この判定結果を、機械設備10の駆動機構の動作を制御する制御部34へ出力し、この判定結果に応じた制御信号をフィードバックするようにしてもよい。
Then, the determination result in the comparison / determination unit 58 may be stored in the internal
また、出力装置40は、判定結果をモニタ等にリアルタイムに表示してもよいし、異常が検出された場合にはライトやブザー等の警報機を使って異常の通知を行なってもよい。なお、データ伝送手段24,42は、的確に信号を送受信可能であれば良く、有線でも良いし、ネットワークを考慮した無線を利用しても良い。
Further, the
次に、図3を参照して、振動信号を基にした異常診断の処理フローの具体例について説明する。 Next, a specific example of the abnormality diagnosis processing flow based on the vibration signal will be described with reference to FIG.
まず、センサ31は各回転部品の振動を検出する(ステップS101)。検出された振動信号は、A/D変換器によりデジタル信号に変換され(ステップS102)、所定の増幅率で増幅された後(ステップS103)、フィルタ処理部54により回転部品の固有振動数に対応した所定の周波数帯域のみを抽出するフィルタ処理が行われる(ステップS104)。その後、振動分析部56では、フィルタ処理後のデジタル信号に対してエンベロープ処理を施し(ステップS105)、エンベロープ処理後のデジタル信号の周波数スペクトルを求める(ステップS106)。 First, the sensor 31 detects the vibration of each rotating component (step S101). The detected vibration signal is converted into a digital signal by the A / D converter (step S102), amplified by a predetermined amplification factor (step S103), and then corresponding to the natural frequency of the rotating component by the filter processing unit 54. Filter processing for extracting only the predetermined frequency band is performed (step S104). Thereafter, the vibration analysis unit 56 performs envelope processing on the digital signal after the filter processing (step S105), and obtains the frequency spectrum of the digital signal after the envelope processing (step S106).
次に、図4及び図5に示す関係式から、回転速度信号に基づき各回転部品の異常に起因して発生する振動発生周波数を求め(ステップS107)、求めた周波数に対して可変な許容幅を持った各回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(転がり軸受12の場合には、軸受傷成分Sx、即ち、内輪傷成分Si、外輪傷成分So、転動体傷成分Sb及び保持器成分Sc、歯車の場合には、噛み合いに対応する歯車傷成分Sg、及び車輪等の回転体の場合には、回転体の摩耗やアンバランス成分Sr)を求める(ステップS108)。
Next, from the relational expressions shown in FIG. 4 and FIG. 5, the vibration generation frequency generated due to the abnormality of each rotating component is obtained based on the rotation speed signal (step S107), and the allowable width variable with respect to the obtained frequency. The sound pressure level in the abnormal frequency band of each rotating part having a bearing (in the case of the rolling
一方、振動分析部56で得られた周波数スペクトルから異常診断に用いられる基準値(例えば、音圧レベル或いは電圧レベル)を算出する(ステップS109)。ここで、この基準値は、任意の時間における実測スペクトルデータのデジタル信号の実効値やピーク値であってもよく、またこれらの値を基に算出したものであってもよい。 On the other hand, a reference value (for example, sound pressure level or voltage level) used for abnormality diagnosis is calculated from the frequency spectrum obtained by the vibration analysis unit 56 (step S109). Here, the reference value may be an effective value or a peak value of a digital signal of actually measured spectrum data at an arbitrary time, or may be calculated based on these values.
次いで、ステップS108で算出された各回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(又は電圧レベル)とステップS109で計算された基準値との比較を設計諸元の異なる各回転部品毎に分けて順番に行う(ステップS110)。全ての成分が一致しない時は回転部品に異常なしとして判断する(ステップS111)。一方、いずれかの成分が一致する場合には、異常有りと判断してその異常部位を特定する(ステップS112)と共に、その照合結果を制御部34や、モニタや警報機等の出力装置40に出力する(ステップS113)。
Next, the comparison between the sound pressure level (or voltage level) of the abnormal frequency band of each rotating component calculated in step S108 and the reference value calculated in step S109 is divided for each rotating component having a different design specification. (Step S110). When all the components do not match, it is determined that there is no abnormality in the rotating component (step S111). On the other hand, if any of the components match, it is determined that there is an abnormality and the abnormal part is specified (step S112), and the comparison result is sent to the
このように本実施形態では、周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と回転部品に起因した周波数成分とを可変な許容幅を持って比較照合し、その照合結果に基づき回転部品の異常の有無及び異常部位を判定するようにしたので、実際の回転速度を直接取り込むことができない場合に、算出に用いた回転速度データが実際の回転速度とずれを生じているとしても、異常の有無や異常部位の特定を精度良く行うことができる。 As described above, in this embodiment, the frequency component of the measured spectrum data obtained by frequency analysis and the frequency component caused by the rotating component are compared and collated with a variable tolerance, and the abnormality of the rotating component is determined based on the collation result. If the actual rotational speed cannot be directly captured and the rotational speed data used for the calculation is different from the actual rotational speed, the presence / absence of the abnormality is determined. And an abnormal part can be identified with high accuracy.
また、本発明の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、簡単な構成で回転部品が組み込まれている機械装置を分解することなく、異常の有無と異常の部位を特定することができ、装置の分解や組立にかかる手間を軽減できると共に、分解や組立に伴う該部品への損傷を防止することができる。 In addition, according to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present invention, it is possible to specify the presence or absence of abnormality and the location of the abnormality without disassembling a mechanical device incorporating a rotating component with a simple configuration. It is possible to reduce the time and effort required for disassembling and assembling the apparatus, and it is possible to prevent damage to the parts due to disassembling and assembling.
さらに、本実施形態の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、信号処理部をマイクロコンピュータで構成するようにしたので、信号処理部がユニット化され、異常診断装置の小型化やモジュール化を図ることができる。 Furthermore, according to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present embodiment, the signal processing unit is configured by a microcomputer, so that the signal processing unit is unitized, and the abnormality diagnosis device can be downsized and modules Can be achieved.
次に、図6を参照して、本発明の第2実施形態に係る機械設備の異常診断装置及び異常診断方法について詳細に説明する。なお、第1実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。 Next, with reference to FIG. 6, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method for mechanical equipment according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, about the part equivalent to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.
本実施形態では、信号処理部32の比較判定部58における処理において第1実施形態のものと異なる。図6の本実施形態の処理フローに示されるように、ステップS201〜ステップS206は、第1実施形態のステップS101〜ステップS106と同様に行われる。
In the present embodiment, the processing in the comparison / determination unit 58 of the
次に、図4及び図5に示す関係式から、回転速度信号に基づき各回転部品の異常に起因して発生する振動発生周波数を求める(ステップS207)。そして、回転部品の回転速度と回転部品の設計寸法諸元とから算出される各諸元での回転部品の損傷成分の上限周波数と下限周波数を有する領域である許容幅と、その幅の中心周波数を計算する(ステップS208)。また、ステップS208では、必要に応じて、許容幅を一つ以上の幅に分割し、該各幅に対する中心周波数を求め、該中心周波数に対して任意の大きさの幅を持った許容幅を与える。なお、この許容幅は、周波数帯域に対応して大きくなるように設定してもよい。 Next, from the relational expressions shown in FIGS. 4 and 5, the vibration generation frequency generated due to the abnormality of each rotating component is obtained based on the rotation speed signal (step S207). Then, an allowable width that is an area having an upper limit frequency and a lower limit frequency of a damage component of the rotating component in each specification calculated from the rotational speed of the rotating component and the design dimension specification of the rotating component, and the center frequency of the width Is calculated (step S208). In step S208, if necessary, the allowable width is divided into one or more widths, a center frequency for each width is obtained, and an allowable width having an arbitrary width with respect to the center frequency is obtained. give. Note that the allowable width may be set so as to increase corresponding to the frequency band.
その後、ステップS207で求めた周波数に対して許容幅を持った回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(転がり軸受12の場合には、軸受傷成分Sx、即ち、内輪傷成分Si、外輪傷成分So、転動体傷成分Sb及び保持器成分Sc、歯車の場合には、噛み合いに対応する歯車傷成分Sg、及び車輪等の回転体の場合には、回転体の摩耗やアンバランス成分Sr)を求める(ステップS209)。
Thereafter, the sound pressure level in the abnormal frequency band of the rotating part having an allowable range with respect to the frequency obtained in step S207 (in the case of the rolling
一方、第1実施形態と同様に、振動分析部56で得られた周波数スペクトルから異常診断に用いられる基準値(例えば、音圧レベル或いは電圧レベル)を算出し(ステップS210)、ステップS209で算出された各回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(又は電圧レベル)とステップS210で計算された基準値との比較を設計諸元の異なる各回転部品毎に分けて順番に行う(ステップS211)。そして、このステップS211では、周波数の許容幅を分割した回数分繰り返す。 On the other hand, as in the first embodiment, a reference value (for example, sound pressure level or voltage level) used for abnormality diagnosis is calculated from the frequency spectrum obtained by the vibration analysis unit 56 (step S210), and calculated in step S209. The comparison of the sound pressure level (or voltage level) in the abnormal frequency band of each rotating component and the reference value calculated in step S210 is performed in order for each rotating component having a different design specification (step S211). . In step S211, the process is repeated as many times as the frequency tolerance is divided.
そして、全ての成分が一致しない時は回転部品に異常なしとして判断する(ステップS212)。一方、いずれかの成分が一致する場合には、異常有りと判断してその異常部位を特定する(ステップS213)と共に、その照合結果を制御部34や、モニタや警報機等の出力装置40に出力する(ステップS214)。
When all the components do not match, it is determined that there is no abnormality in the rotating component (step S212). On the other hand, if any of the components match, it is determined that there is an abnormality and the abnormal part is specified (step S213), and the comparison result is sent to the
なお、回転部品に異常がある場合、ステップS208にて許容幅を分割した際には、分割された許容幅のいずれかにおいて、異常有りと判定されることがある。このため、例えば、2つの許容幅数分の診断を行う場合、ステップS211では、第1の幅での診断の結果、異常有りと判定した時点で、第2の幅での診断を行わないことも可能であり、第1の幅で正常と診断した後に、第2の幅での診断を行っている。 When there is an abnormality in the rotating component, when the allowable width is divided in step S208, it may be determined that there is an abnormality in any of the divided allowable widths. For this reason, for example, when performing diagnosis for two allowable widths, in step S211, the diagnosis with the second width is not performed when it is determined that there is an abnormality as a result of the diagnosis with the first width. It is also possible to perform diagnosis in the second width after diagnosing normality in the first width.
ステップS209における各回転部品の異常に起因して発生する振動発生周波数は、図4や図5の関係式に示すように、回転速度や設計寸法諸元によって与えられるため、回転変動や設計寸法諸元の違いは高精度な診断の妨げとなる。このため、ステップS208のように許容幅を設定することは、回転部品が互いに異なる設計寸法諸元を有する複数の回転部品を備える場合や、実際の回転速度信号が直接取り込めず、回転部品の回転速度が変動する場合において有効である。 As shown in the relational expressions in FIG. 4 and FIG. 5, the vibration generation frequency generated due to the abnormality of each rotating part in step S209 is given by the rotational speed and design dimension specifications. The original difference hinders accurate diagnosis. For this reason, setting the permissible width as in step S208 means that the rotating component includes a plurality of rotating components having different design dimension specifications, or the actual rotation speed signal cannot be directly captured, and the rotating component rotates. This is effective when the speed fluctuates.
例えば、実際の回転速度信号が直接取り込めない場合でも、一定の回転速度で回転している際の回転速度の変動幅がわかっている場合がある。この場合、下限回転速度と上限回転速度をもとに、回転部品の損傷に起因した特徴周波数成分を算出して許容幅を求めるが、許容幅が大きいと該回転部品の損傷成分以外の周波数成分を多く含み、診断精度が悪くなる。このため、許容幅は必要に応じて分割され、各分割された幅に対する中心周波数を求め、該中心周波数に対して任意の大きさの幅を持った許容幅を設け、この分割された許容幅数分の比較照合を行って、回転速度変動の影響を受けることなく、高精度な診断を可能とする。 For example, even when the actual rotational speed signal cannot be directly captured, the fluctuation range of the rotational speed when rotating at a constant rotational speed may be known. In this case, based on the lower limit rotational speed and the upper limit rotational speed, the characteristic frequency component resulting from the damage of the rotating component is calculated to obtain the allowable range. If the allowable range is large, the frequency component other than the damaged component of the rotating component is obtained. , And the diagnostic accuracy deteriorates. Therefore, the permissible width is divided as necessary, the center frequency for each divided width is obtained, and a permissible width having an arbitrary size is provided for the center frequency, and the permissible width is divided. By comparing and collating several minutes, highly accurate diagnosis is possible without being affected by fluctuations in the rotational speed.
従って、本実施形態の異常診断装置及び異常診断方法によれば、回転部品の回転速度と回転部品の設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、中心値に対して与えられる任意の大きさの少なくとも一つの許容幅を持って比較照合するので、設計寸法諸元が互いに異なる複数の回転部品が任意の部位に組み込まれる場合や回転部品の回転速度が変動した場合でも異常の有無や異常の部位を確実に特定することができ、高精度な診断が可能となる。また、これにより、従来のように同じ諸元の部品を組み込まなければならないという手間が省け、異なる諸元の部品を組み込んだ場合でも、診断が可能であるため作業効率が向上し、効果的なメンテナンスが可能となる。 Therefore, according to the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the present embodiment, the region having the upper limit value and the lower limit value calculated from the rotational speed of the rotating component and the design dimension specifications of the rotating component is divided into at least one region. Since the center value of each of the divided areas is obtained and compared and collated with at least one allowable width of an arbitrary size given to the center value, a plurality of rotating parts having different design dimensions can be arbitrarily selected. Even if it is incorporated into this part or the rotational speed of the rotating component fluctuates, the presence or absence of an abnormality or the part of the abnormality can be reliably identified, and a highly accurate diagnosis is possible. In addition, this saves the trouble of having to incorporate parts with the same specifications as before, and even when parts with different specifications are incorporated, the diagnosis is possible, improving work efficiency and effective. Maintenance is possible.
なお、本実施形態の異常診断は、回転部品が互いに異なる設計寸法諸元を有する複数の回転部品を備え、且つ、回転部品の回転速度が変動する機械装置の場合においても有効である。
また、軸受の異常診断において、図4に示す各周波数成分は回転周波数の逓倍であるため、予め軸受諸元が既知の場合には、回転速度変動に伴う下限と上限周波数を計算せずに中心周波数を求めることも可能である。
さらに、本実施形態の異常診断は、エンベロープ処理が行われた周波数スペクトルに対してのみ適用されるものでなく、回転速度情報から回転部品の損傷に起因した周波数成分の有無を診断するいずれの手法にも適用可能である。
The abnormality diagnosis of the present embodiment is also effective in the case of a mechanical device that includes a plurality of rotating parts having different design dimension specifications and the rotational speed of the rotating parts varies.
Further, in the bearing abnormality diagnosis, each frequency component shown in FIG. 4 is a multiplication of the rotation frequency. Therefore, if the bearing specifications are known in advance, the center is not calculated without calculating the lower limit and the upper limit frequency due to the rotation speed fluctuation. It is also possible to determine the frequency.
Furthermore, the abnormality diagnosis of the present embodiment is not applied only to the frequency spectrum on which the envelope processing is performed, and any method for diagnosing the presence / absence of a frequency component resulting from damage to the rotating component from the rotational speed information. It is also applicable to.
次に、図7を参照して、本発明の第3実施形態に係る機械設備の異常診断装置及び異常診断方法について詳細に説明する。なお、第1実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。 Next, with reference to FIG. 7, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method for mechanical equipment according to the third embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, about the part equivalent to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.
本実施形態は、複数の転がり軸受12,12を備えた機械設備70の異常診断装置において、センサ22を含んだ検出部とマイクロコンピュータ50からなる信号処理部とを組み合わせた、単一の処理ユニット80を転がり軸受12の軸受装置内に組み込んでいる。これにより、異常診断装置は管理を集中して行えるため、効率的な監視が可能である。また、単一の処理ユニットを軸受装置内に組み込むことで、装置全体がコンパクトになるといったメリットがあり好ましい。なお、この単一の処理ユニットは、機械設備内に組み込んでコンパクト化を図っても良く、また、複数の転がり軸受に対して単一の処理ユニットを構成するようにしても良い。
その他の構成および作用については、第1,2実施形態のものと同様であり、信号処理部の処理フローは第1,2実施形態のいずれであってもよい。
This embodiment is a single processing unit that combines a detection unit including a
Other configurations and operations are the same as those in the first and second embodiments, and the processing flow of the signal processing unit may be either in the first or second embodiment.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明の機械設備は、異常診断対象である回転する部品を備えたものであればよく、鉄道車両用軸受装置、風車用軸受装置、工作機械主軸用軸受装置等を含む。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
Machinery of the present invention include long as having a you rotating component is abnormal diagnosed, bearing system for a railway vehicle, the wind turbine support bearing assembly, a machine tool spindle bearing device.
例えば、鉄道車両用軸受装置90は、図8に示されるように、複列円錐ころ軸受12を介して車軸90を鉄道車両用台車の一部を構成する軸受箱92に対して回転自在に支持しており、検出部20,20を軸受箱92のラジアル荷重の負荷圏領域に固定して、軸受箱92の振動を検出することで異常診断を行っている。なお、軸受軌道面に損傷が発生した場合、その損傷部を転動体が通過する際に生じる衝突力は無負荷圏よりも負荷圏の方が大きいことから、検出部20を負荷圏側に固定することで、感度の良い振動検出を可能とする。
For example, as shown in FIG. 8, the railway
また、回転する部品としては、転がり軸受、歯車、車軸、ボールねじ等の回転部品であってもよく、損傷によって周期的な振動を発生する部品であれば良い。 As the component you rotate, rolling bearings, gears, axles, may be a rotating component such as a ball screw, may be a component that generates a periodic vibration by injury.
さらに、検出部によって検出される信号は、音、振動、超音波(AE)、応力、変位、歪み等を含み、これらの信号では、回転部品を含む機械設備に欠陥または異常がある場合に、その欠陥または異常を示す信号成分を含む。 Further, the signal detected by the detection unit, sound, vibration, ultrasound (AE), stress, displacement, include distortion, etc., in these signals, when there is a defect or abnormality in mechanical equipment that includes a rotating unit products , Including a signal component indicating the defect or abnormality.
以下、本発明の機械設備の異常診断装置及び方法を用いた回転部品の異常診断について具体例を示す。 Specific examples of abnormality diagnosis of rotating parts using the machine equipment abnormality diagnosis apparatus and method of the present invention will be described below.
(試験1)
図9は、外輪軌道面に欠陥をつけた単列深溝軸受が2430min-1で実際に回転する場合のハウジングの振動をエンベロープ処理後に周波数分析を行った結果を示す。ただし、算出に用いる回転速度データが2400min-1で、実際の回転速度とズレを生じている。図において、実線は、実測した振動データに基づくエンベロープ周波数スペクトルを示し、点線は基準値を示している。さらに、各網掛範囲は回転速度2400min-1に基づく外輪損傷に起因した周波数成分とその高調波を示しており、周波数帯域に対応して比較照合の許容幅を大きくしている。この結果、基準値を越えるピークが可変な許容幅を持った外輪損傷に起因した周波数成分と一致していることから、軸受の外輪が損傷していると診断することができる。
(Test 1)
FIG. 9 shows the result of frequency analysis after envelope processing of housing vibration when a single row deep groove bearing with a defect on the outer ring raceway surface actually rotates at 2430 min −1 . However, the rotational speed data used for the calculation is 2400 min −1 , and there is a deviation from the actual rotational speed. In the figure, the solid line indicates the envelope frequency spectrum based on the actually measured vibration data, and the dotted line indicates the reference value. Further, each shaded range shows a frequency component and its harmonics resulting from the outer ring damage based on the rotational speed of 2400 min −1, and the allowable range of comparison and collation is increased corresponding to the frequency band. As a result, since the peak exceeding the reference value matches the frequency component resulting from damage to the outer ring having a variable tolerance, it can be diagnosed that the outer ring of the bearing is damaged.
一方、図10は、図9の場合と同条件で比較照合の許容幅を固定(1Hz)にした場合を示している。この結果、基準値を越えるピークが外輪損傷に起因した周波数成分と一致していないため、異常なしと判断してしまう虞がある。つまり、実際の回転速度と診断に用いた回転速度の差異が大きいと発生周波数の高調波成分に大きなズレが生じ、診断精度に影響を与えることが分かる。
これらの結果より、第1実施形態に基づく異常診断を行うことで、回転部品の異常の有無や異常部位の特定を精度良く行うことができることがわかる。
On the other hand, FIG. 10 shows a case where the tolerance for comparison and collation is fixed (1 Hz) under the same conditions as in FIG. As a result, since the peak exceeding the reference value does not coincide with the frequency component due to the outer ring damage, it may be determined that there is no abnormality. That is, it can be seen that if the difference between the actual rotational speed and the rotational speed used for diagnosis is large, a large deviation occurs in the harmonic component of the generated frequency, which affects the diagnostic accuracy.
From these results, it can be seen that by performing abnormality diagnosis based on the first embodiment, the presence / absence of abnormality of the rotating component and the specification of the abnormal part can be performed with high accuracy.
(試験2)
次に、回転部品として、内外径寸法が同一(軸受外径:220mm、軸受内径:120mm、軸受幅:150mm)であるが内部設計諸元が異なる3種類(A,B,C)の円すいころ軸受を用意し、これらの軸受の各外輪軌道面に欠陥をつけ、個々の軸受をハウジングに組み込んだ。そして、200min−1で内輪を回転させた時に発生する振動をハウジングに取り付けた圧電式絶縁型加速度センサにより検出し、増幅後の信号を周波数分析(エンベロープ分析)し、第2実施形態における処理フローをもとに比較した。
(Test 2)
Next, three types (A, B, C) tapered rollers with the same inner and outer diameter dimensions (bearing outer diameter: 220 mm, bearing inner diameter: 120 mm, bearing width: 150 mm) but different internal design specifications as rotating parts Bearings were prepared, each outer ring raceway surface of these bearings was made defective, and individual bearings were incorporated into the housing. Then, vibration generated when the inner ring is rotated at 200 min −1 is detected by a piezoelectric insulation type acceleration sensor attached to the housing, the amplified signal is subjected to frequency analysis (envelope analysis), and the processing flow in the second embodiment Based on the comparison.
図11は、3種類の軸受を回転させた時のハウジングの振動についてエンベロープ処理後周波数分析を行った結果である。ここで、実線は測定した振動データに基づくエンベロープ周波数スペクトルであり、点線は基準値を示している。 FIG. 11 shows the result of frequency analysis after envelope processing for the vibration of the housing when the three types of bearings are rotated. Here, the solid line is an envelope frequency spectrum based on the measured vibration data, and the dotted line indicates a reference value.
さらに、各網掛範囲は回転速度200min−1と3種類(A,B,C)の軸受の内部諸元に基づく外輪損傷に起因した周波数成分の下限周波数と上限周波数との中心周波数に対する許容幅とその高調波幅を示しており、周波数帯域に対応して比較照合の許容幅を大きくしている。
Further, each shaded range includes an allowable width with respect to the center frequency of the lower limit frequency and the upper limit frequency of the frequency component due to the outer ring damage based on the
この試験では、軸受諸元に基づく外輪損傷に起因した周波数成分を図4より算出し、この下限周波数と上限周波数との中心周波数fCL1を求め、さらに、中心周波数fCL1に対する許容幅Δfを設ける。また、許容幅Δfを2Hzとし、この許容幅を周波数帯域に対応して大きく設定している。 In this test, the frequency component resulting from damage to the outer ring based on the bearing specifications is calculated from FIG. 4, the center frequency f CL1 between the lower limit frequency and the upper limit frequency is obtained, and an allowable width Δf with respect to the center frequency f CL1 is provided. . Further, the allowable width Δf is set to 2 Hz, and this allowable width is set to be large corresponding to the frequency band.
これらの結果より、いずれの軸受においても周波数は異なるが基準値を越えるピークが複数出現しており、また、それらのピークは網掛範囲で示した外輪損傷に起因した周波数に含まれていることから、諸元が異なるいずれの軸受も外輪が損傷していると診断することができる。 From these results, there are multiple peaks that differ in frequency but exceed the reference value in any bearing, and those peaks are included in the frequency attributed to the outer ring damage shown in the shaded area. Any bearing with different specifications can diagnose that the outer ring is damaged.
一方、図12は、損傷がない正常な軸受に第2実施形態の異常診断を適用した場合を示している。なお、この軸受の諸元は、軸受Aと同様である。
この図12に示す結果から、正常な軸受においては、基準値を越える顕著なピークが網掛範囲で示した外輪損傷に起因した周波数に含まれていないため、外輪には損傷がないと診断することができる。
On the other hand, FIG. 12 shows a case where the abnormality diagnosis of the second embodiment is applied to a normal bearing that is not damaged. The specifications of this bearing are the same as those of the bearing A.
From the results shown in FIG. 12, in a normal bearing, a remarkable peak exceeding the reference value is not included in the frequency caused by the outer ring damage indicated by the shaded area, so that the outer ring is diagnosed as not damaged. Can do.
(試験3)
次に、内部設計諸元が同一であるが回転速度が僅かに変動する場合に、第2実施形態の処理フローを用いて試験を行う。
(Test 3)
Next, when the internal design specifications are the same but the rotation speed slightly varies, a test is performed using the processing flow of the second embodiment.
図13は、円すいころ軸受の外輪軌道面に欠陥をつけ、内輪を200min−1と170min−1で回転させた時に発生する振動をハウジングに取り付けた圧電式絶縁型加速度センサにより検出し、増幅後の信号を周波数分析(エンベロープ分析)し比較した結果である。また、図13において、各網掛範囲は回転速度変動の下限回転速度と上限回転速度に対応した軸受内部諸元に基づく外輪損傷に起因した周波数成分の中心周波数に対する許容幅とその高調波幅を示しており、周波数帯域に対応して比較照合の許容差を大きくしている。また、この網掛範囲は回転速度の変動幅に依存しており、回転変動幅が大きいと網掛範囲が広くなるように設定されている。
13, with a defect in the outer ring raceway surface of the tapered roller bearing, detected by piezoelectric Isolated acceleration sensor attached to the housing the vibration generated when rotating the
この状態で網掛範囲に含まれる成分の有無により異常診断を行ってもよいが、網掛範囲が広くなると、軸受損傷成分以外の周波数成分も多く含まれるため、診断精度が悪くなる可能性がある。このため、本試験では、この対応した網掛範囲を2つの領域(A,B)に分割し、その領域幅に対応する中心周波数(fCLA,fCLB)を算出し、さらにその中心周波数に対する許容幅△fを設ける。 In this state, the abnormality diagnosis may be performed based on the presence or absence of components included in the shaded range. However, if the shaded range is widened, a frequency component other than the bearing damage component is also included, and thus the diagnosis accuracy may be deteriorated. For this reason, in this test, the corresponding shaded area is divided into two areas (A, B), the center frequency (f CLA , f CLB ) corresponding to the area width is calculated, and the tolerance for the center frequency is calculated. A width Δf is provided.
具体的に、本試験では、170〜200min−1の回転速度の変動幅に基づいて、下限及び上限周波数とその中心周波数を求めており、許容幅△fは2Hzとし、この許容幅を周波数帯域に対応して大きく設定している。 Specifically, in this test, the lower limit and the upper limit frequency and the center frequency thereof are obtained based on the fluctuation range of the rotation speed of 170 to 200 min −1 , the allowable width Δf is 2 Hz, and this allowable width is the frequency band. It is set large corresponding to.
この結果、回転速度が200min−1の場合には、領域Aには損傷に起因したピークは出現していないが、領域Bにピークが出現しているため外輪損傷と判定することができる。一方、回転速度が170min−1の場合には、領域Aに損傷に起因したピークが出現しているため、領域Bにピークが出現していなくても外輪損傷と判定することができる。 As a result, when the rotation speed is 200 min −1, no peak due to damage appears in region A, but since a peak appears in region B, it can be determined that the outer ring is damaged. On the other hand, when the rotation speed is 170 min −1 , since a peak due to damage appears in the region A, it can be determined that the outer ring is damaged even if no peak appears in the region B.
10,70 機械設備
12 転がり軸受(回転部品)
20 検出部
22 センサ
30 制御器
32 信号処理部
34 制御部
40 出力装置
50 データ蓄積分配部
52 回転分析部
54 フィルタ処理部
56 振動分析部
58 比較判定部
60 内部データ保存部
10,70
20
Claims (13)
前記機械設備から発生する振動信号を電気信号として出力する少なくとも一つの検出部と、 At least one detector that outputs a vibration signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
前記電気信号の波形の周波数分析を行い、該周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを許容幅を持って比較照合し、その照合結果に基づき前記回転部品の異常の有無及び異常部位を判定する信号処理部と、 The frequency analysis of the waveform of the electrical signal is performed, the frequency component of the measured spectrum data obtained by the frequency analysis and the frequency component caused by the rotating component are compared and verified with an allowable width, and based on the verification result, A signal processing unit for determining the presence / absence and abnormality of the rotating part; and
を備え、With
前記許容幅は、前記回転部品の回転速度と前記回転部品の互いに異なる内部設計寸法諸元を有する複数の回転部品の内部設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、該中心値に対して与えられる任意の大きさの少なくとも一つの許容幅であり、 The permissible width includes at least a region having an upper limit value and a lower limit value calculated from a rotational speed of the rotating component and internal design dimension specifications of a plurality of rotating components having different internal design dimension specifications of the rotating component. Dividing into one region, obtaining a center value of each of the divided regions, and at least one allowable width of an arbitrary size given to the center value;
前記信号処理部は、前記実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを、前記少なくとも一つの許容幅毎に比較照合することを特徴とする機械設備の異常診断装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit compares and collates the frequency component of the measured spectrum data with the frequency component caused by the rotating component for each of the at least one allowable width.
前記一体型センサは、前記軸受箱の平坦部に固定されることを特徴とする請求項6に記載の機械設備の異常診断装置。 The abnormality diagnosis device for a mechanical facility according to claim 6, wherein the integrated sensor is fixed to a flat portion of the bearing box.
前記機械設備から発生する振動信号を検出して電気信号として出力する工程と、 Detecting vibration signals generated from the mechanical equipment and outputting them as electrical signals;
該検出された信号の波形の周波数を分析する工程と、 Analyzing the frequency of the waveform of the detected signal;
前記回転部品に起因した周波数成分に対して、前記回転部品の回転速度と互いに異なる内部設計寸法諸元を有する複数の回転部品の内部設計寸法諸元とから算出される上限値と下限値を有する領域を少なくとも一つの領域に分割し、該各分割領域の中心値を求め、該中心値に対して与えられる任意の大きさを持った少なくとも一つの許容幅を設定する工程と、 An upper limit value and a lower limit value calculated from internal design dimension specifications of a plurality of rotary parts having internal design dimension specifications different from the rotational speed of the rotary part with respect to the frequency component caused by the rotary parts. Dividing the region into at least one region, obtaining a center value of each of the divided regions, and setting at least one allowable width having an arbitrary size given to the center value;
該周波数分析で得られた実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを前記少なくとも一つの許容幅毎に比較照合する工程と、 Comparing the frequency component of the measured spectrum data obtained by the frequency analysis and the frequency component caused by the rotating component for each at least one allowable width; and
該比較工程での照合結果に基づき前記回転部品の異常の有無及び異常部位を判定する工程と、 Determining whether or not there is an abnormality in the rotating part based on the comparison result in the comparison step, and an abnormal part;
を備えることを特徴とする機械設備の異常診断方法。An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
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