CN117043573A - 机械装置的状态监视装置、风力发电装置、状态监视方法以及程序 - Google Patents
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Abstract
一种具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，具有：第一获取单元，其获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；第二获取单元，其获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；导出单元，其根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及生成单元，其基于由所述导出单元导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械装置的状态监视装置、风力发电装置、状态监视方法以及程序。
背景技术
以往，风力发电装置等机械装置具备滚动轴承。通过监视滚动轴承的状态并根据该状态进行相应的控制，从而防止机械装置的不良情况等，更适当地进行动作。作为滚动轴承的状态监视中使用的信息，使用了振动、声音或旋转速度等。
在专利文献1中，示出了“旋转-跟踪分析”，即：在轴承劣化诊断装置中，分析伴随着旋转速度的上升或下降变化，关注的次数成分的振动噪音的大小如何变化。另外，在专利文献1中记载了如下内容：预先规定将转数与振动值相关联的数据库，将该信息与测定出的振动值进行比较来判断轴承的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/145222号
发明内容
发明欲解决的技术问题
例如，在风力发电装置中，由于来自外部的风的影响，可能产生旋转速度的断续变化。特别是，在风力发电装置中，由于通过比较低速的旋转进行动作，因此在滚动轴承旋转一圈的期间也可能产生旋转速度、即角速度的变化。在旋转速度发生了变动的情况下，滚动轴承的每个部位的振动频率发生变动，因此在一律使用使滚动轴承旋转一圈的期间的数据来进行状态监视的情况下，会因该变动而导致精度降低。另外，在风力发电装置等旋转速度比较低的情况下，需要进行低频成分的解析。此时，为了获取一定数量的数据，需要将数据的采样时间设定得较长。采样时间越长，旋转速度产生变动的可能性越高，越容易受到其影响。其结果是，难以对滚动轴承进行适当的状态监视。
鉴于上述课题，本发明的目的在于，在机械装置的旋转动作的旋转速度会断续地变化的环境下，即使旋转速度产生了变化，也能够高精度地监视机械装置的状态。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述课题，本发明具有以下的结构。即，一种滚动轴承的状态监视装置，具有：
第一获取单元，所述第一获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取单元，所述第二获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出单元，所述导出单元根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成单元，所述生成单元基于由所述导出单元导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，具有：
获取单元，所述获取单元以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换单元，所述转换单元将由所述获取单元获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断单元，所述诊断单元使用由所述转换单元转换后的振动信息或声音信息，诊断所述机械装置的状态。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种风力发电装置，具备状态监视装置和滚动轴承，所述状态监视装置具有：第一获取单元，其获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；第二获取单元，其获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；导出单元，其根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样时刻；以及生成单元，其基于由所述导出单元导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样而生成监视用数据。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种具备滚动轴承的机械装置的状态监视方法，具有：
第一获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数成为规定值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于由所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种具备滚动轴承的机械装置的状态监视方法，具有：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断所述机械装置的状态。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种程序，用于使计算机执行以下工序：
第一获取工序，获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于在所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样而生成监视用数据。
另外，本发明的其他方式具有以下的结构。即，一种程序，用于使计算机执行以下工序：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断具备所述滚动轴承的机械装置的状态。
发明效果
根据本发明，在机械装置的旋转动作的旋转速度会断续地变化的环境下，即使旋转速度产生了变化，也能够高精度地监视机械装置的状态。
附图说明
图1是示出第一实施例所涉及的装置结构的例子的示意图。
图2是示出第一实施例所涉及的功能构成的例子的示意图。
图3是用于说明本发明所涉及的采样的概略图。
图4是第一实施方式所涉及的状态监视处理的流程图。
图5是示出第一实施方式所涉及的滚动轴承的每个部位的频率的计算式的例子。
图6A是用于说明第二实施方式所涉及的振动数据的转换的图。
图6B是用于说明第二实施方式所涉及的振动数据的转换的图。
图6C是用于说明第二实施方式所涉及的振动数据的转换的图。
图6D是用于说明第二实施方式所涉及的振动数据的转换的图。
图7A是用于说明本发明所涉及的波形检测的例子的图。
图7B是用于说明本发明所涉及的波形检测的例子的图。
图8是第二实施方式所涉及的状态监视处理的流程图。
附图标记说明
10 风力发电装置
11 塔架
12 机舱
13 转子
14 转动机构
21 传动部
22 主轴
23 增速机
24 发电机
25 滚动轴承
27 振动传感器
28 发电量测定装置
29 旋转速度传感器
31 轮毂
32 叶片
40 内圈
41 滚动体
42 外圈
43 保持架
44 放大器
50 监视装置
51 A/D转换部
52 采样处理部
53 振动信号处理部
54 监视处理部
具体实施方式
以下，参照附图等对用于实施本发明的方式进行说明。此外，以下说明的实施方式是用于说明本发明的一个实施方式，并非想要限定解释本发明，另外，在各实施方式中说明的全部结构并不限于为了解决本发明的课题而必须的结构。另外，在各附图中，对相同的构成要素标注相同的附图标记来表示对应关系。
<第一实施方式＞
以下，对本发明的第一实施方式进行说明。
[装置结构]
以下，对能够应用本发明所涉及的状态监视方法的装置的一实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，作为应用例，以包含滚动轴承的风力发电装置为例进行说明，但并不限于风力发电装置，即使是除此以外的机械装置也能够同样地应用。作为能够应用本发明的装置，具备滚动轴承且其旋转速度较慢的装置、转数变动较大的装置等是符合的。
图1是应用了本实施方式所涉及的载荷推算方法的风力发电装置的概略结构图。如图1所示，风力发电装置10具备竖立设置于地上的塔架11、支承于塔架11上端的机舱12、以及设置于机舱12端部的转子13。另外，在塔架11与机舱12之间具备用于调整(偏航控制)机舱12朝向的转动机构14。
在机舱12中容纳有传动部21。传动部21具备主轴22、增速机23、发电机24以及滚动轴承25。主轴22经由增速器23与发电机24连接。主轴22被滚动轴承25可旋转地支承于机舱12内。对支承该主轴22的滚动轴承25、增速器23设置振动传感器27，以测定由滚动轴承25产生的振动。另外，配设有检测主轴22的旋转速度的旋转速度传感器29。对发电机24配设测定发电量的发电量测定装置28。
转子13具有轮毂31和多个叶片32。多个叶片32分别从轮毂31呈放射状延伸。转子13设置于传动部21的主轴22的端部。轮毂31对多个叶片32各自的朝向进行调整(俯仰控制)。
另外，风力发电装置10的增速器23、发电机24的旋转轴也被与滚动轴承25分开设置的滚动轴承(未图示)支承。另外，在传动部21设置有用于根据需要使主轴22的旋转停止或减速的制动装置(未图示)。
上述结构的风力发电装置10中，通过使转子13的叶片32受风从而使主轴22旋转。于是，该主轴22的旋转被增速器23增速并向发电机24传递，由发电机24发电。另外，由于转子13的叶片32受风，从而经由主轴22对滚动轴承25施加载荷(径向载荷以及轴向载荷)。此外，在图1中，为了简化说明，示出了对一个风力发电装置10设置有一个滚动轴承25的结构，但并不限于该结构，在一个风力发电装置10中，也可以为了支承主轴22而设置多个滚动轴承25。
[功能构成]
图2是表示本实施方式所涉及的功能构成的一例的概略结构图。在图2中示出本实施方式所涉及的监视对象的滚动轴承25和进行监视动作的监视装置50的构成。滚动轴承25将主轴22支承为旋转自如。另外，在本实施方式中，作为滚动轴承25，例如能够应用于圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等，但并不限于此。
监视装置50可以设置在图1所示的风力发电装置10内，也可以设置在风力发电装置10的外部。另外，在图2中，为了简化说明，示出了利用1个监视装置50对1个滚动轴承25进行监视的结构。但是，并不限于该结构，也可以是一个监视装置50对多个滚动轴承25的状态进行监视的结构。
滚动轴承25具备外嵌于主轴22的作为旋转圈的内圈40、内嵌于壳体(未图示)的作为固定圈的外圈42、配置于内圈40与外圈42之间的作为多个滚动体41的多个滚珠(滚子)、以及滚动自如地保持滚动体41的保持架43。另外，在滚动轴承25中，利用规定的润滑方式，能够减轻内圈40与滚动体41之间以及外圈42与滚动体41之间的摩擦。润滑方式没有特别限定，例如使用润滑脂润滑、油润滑等。另外，对于润滑剂的种类也没有特别限定。
设置有检测在主轴22的旋转中由滚动轴承25产生的振动的振动传感器27。振动传感器27通过螺栓固定、粘接、螺栓固定和粘接、或者基于模制材料的埋入等而固定于壳体的外圈附近。另外，在螺栓固定的情况下，也可以具备止转功能。此外，振动传感器27并不限于设置为固定于检测位置的结构，只要在状态监视时设置于用于检测由滚动轴承25引起的振动的位置即可。因此，振动传感器27也可以是能够拆装或者能够移动的结构。
另外，振动传感器27只要能够检测振动即可，只要能够将加速度传感器、AE(Acoustic Emission：声发射)传感器、超声波传感器以及冲击脉冲传感器等检测出的加速度、速度、应变、应力、位移型等振动进行电信号化即可。另外，在安装于位于噪声多的环境的风力发电装置10时，使用绝缘型传感器由于更少受到噪声的影响，因此更优选。并且，在振动传感器27使用压电元件等振动检测元件的情况下，也可以将该元件模塑于塑料等而构成。
另外，在滚动轴承25设置有旋转速度传感器29，该旋转速度传感器29检测外嵌于主轴22的内圈40的旋转速度。在本实施方式中，作为旋转轮的内圈40与主轴22的旋转速度及转数一致。主轴22的旋转速度可能因风力发电装置10受到的风的方向、风量、风压而变动。而且，能够通过制动装置(未图示)来调整旋转速度。旋转速度传感器29例如可以通过检测设置于滚动轴承25的内圈40上的编码器(未图示)来检测其旋转速度。本实施方式所涉及的风力发电装置10等以较低速的旋转速度进行旋转。因此，旋转速度传感器29构成为还能够检测滚动轴承25旋转一圈的期间的旋转速度的变化。此外，振动传感器27、旋转速度传感器29可以构成为仅在指定的时刻(例如，监视时段)进行检测动作，也可以构成为始终进行检测动作。
放大器44将由振动传感器27检测出的电信号放大并向监视装置50输入。此处的放大程度没有特别限定，但被预先规定。另外，振动传感器27和旋转速度传感器29的检测时刻对应，其检测信息对应起来进行处理。
监视装置50例如可以通过被构成为包括未图示的控制装置、存储装置以及输入输出装置的信息处理装置来实现。控制装置可以由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、MPU(Micro Processing Unit，微处理器)、DSP(Digital Single Processor，数字单处理器)或专用电路等构成。存储装置由HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等易失性和非易失性的存储介质构成，能够根据来自控制装置的指示进行各种信息的输入输出。输入输出装置根据来自控制装置的指示，进行向外部装置、作业者的通知。输入输出装置的输出方法没有特别限定，例如可以是基于声音的听觉上的通知，也可以是基于画面输出的视觉上的通知。另外，输入输出装置可以是具备通信功能的网络接口，也可以通过经由网络(未图示)与外部装置(未图示)收发数据来进行各种输入输出动作。
监视装置50被构成为包括：A/D转换部51、采样处理部52、振动信号处理部53以及监视处理部54。各部位也可以通过使上述控制装置从存储装置读出对应的程序并执行来实现。而且，控制装置可以通过控制输入输出装置来实现各种功能。
A/D转换部51经由放大器44而获取由振动传感器27检测出的电信号作为振动信息，根据该电信号的内容进行A/D(Analog/Digital，模数)转换。
采样处理部52根据由旋转速度传感器29检测出的旋转速度，从由A/D转换部51处理后的振动信号中，采集在后级的振动信号处理部53以及监视处理部54的处理中使用的数据。这里的采样方法将在后面描述。采样后的数据被输出到振动信号处理部53。
振动信号处理部53使用由采样处理部52采样到的数据来执行信号解析处理。在信号解析处理中，在FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)解析后，进行次数比分析。也可以进行使用了包络处理、或者低通滤波器、带通滤波器等的滤波处理，进行信号解析处理。监视处理部54使用由振动信号处理部53处理后的数据来诊断滚动轴承25的状态，并输出其诊断结果。例如，可以提取由振动信号处理部53处理后的数据的一部分，并使用该数据进行状态的诊断。由监视处理部54进行的状态监视的诊断项目没有特别限定，例如，构成滚动轴承25的各部位的异常接触、润滑不良、部位的损伤、劣化等任意的诊断项目可以成为对象。
此外，监视处理部54的监视结果可以经由网络(未图示)向外部通知，也可以控制风力发电装置10的动作。作为此处的风力发电装置10的动作的控制，例如可以控制转动机构14来调整(偏航控制)机舱12的朝向，也可以控制轮毂31来对多个叶片32各自的朝向进行调整(俯仰控制)。另外，也可以通过制动机构(未图示)进行控制以使主轴22的旋转速度成为规定的速度。
[采样处理]
在本实施方式中，由于风等外因，滚动轴承25的旋转速度会断续地变动。在旋转速度变动的情况下，滚动轴承25的每个部位的振动频率发生变动，由于作为判定基准的频率不确定，因此会对之后的监视动作、诊断动作的精度造成影响。另外，在风力发电装置等中，由于旋转速度比较慢，因此即使在旋转一圈的期间，旋转速度变动的可能性也高。
图3是用于说明本实施方式所涉及的数据采样的概略图。在图3中，将纵轴设为振动，将横轴设为时间。振动与经A/D转换部51转换后的电信号的值对应。
在图3中，以两个区间为例。第一区间表示滚动轴承25的旋转速度相对地比第二区间慢的例子。即，滚动轴承25的旋转速度变动。如图3所示，在第一区间和第二区间中，采样的时刻不同。其根据旋转速度变更采样周期，使得每旋转一次的采样次数(数据数)相同。图3的图表中所示的〇表示被采样的数据的位置。
另外，在图3的例子中，示出了在第一区间中的一次旋转之后，旋转速度变化、并进行第二区间中的一次旋转的例子。实际上，由于旋转速度可能在一次旋转的中途变动，因此即使在一次旋转的中途，采样的时刻也可能变动。
[处理流程]
图4是本实施方式的采样处理的流程图。本处理可以通过监视装置50来执行，例如通过监视装置50所具备的控制装置(未图示)从存储装置读取用于实现图1所示的各部位的程序并执行来实现。
在S401中，监视装置50获取由振动传感器27检测出的振动信息。将这样获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息(或者声音信息)的单元作为第一获取单元。另外，将获取旋转中的滚动轴承25的振动信息(或者声音信息)的工序作为第一获取工序。
在S402中，监视装置50获取由旋转速度传感器29检测出的旋转速度。将这样获取旋转中的滚动轴承25的旋转速度的单元作为第二获取单元。另外，将获取旋转中的滚动轴承25的旋转速度的工序作为第二获取工序。在S401中获取的振动信息和在S402中获取的旋转速度与检测时刻相对应。
在S403中，监视装置50基于在图4的S402的处理中使用旋转速度传感器29而获取的旋转速度，来导出采样的时刻。如上所述，规定了滚动轴承25每旋转一次的采样次数，根据旋转速度，进行数据采样的时刻发生变动。在此，导出该采样的时刻。更具体而言，使用与旋转速度同步的采样时钟，以每旋转一次的采样数成为固定的方式导出采样时刻。导出方法可以使用预先规定的计算式来导出，也可以使用旋转速度与采样的时刻(时间间隔等)建立了对应的表等来导出。这样，将根据旋转速度从振动信息或声音信息导出进行数据采样的时刻以使滚动轴承25的每旋转一次的采样数为规定的值的单元作为导出单元。另外，将根据旋转速度从振动信息或声音信息导出进行数据采样的时刻以使滚动轴承25的每旋转一次的采样数成为规定值的工序作为导出工序。
在S404中，监视装置50根据在S403中导出的时刻，从通过将在S401中由振动传感器27检测到的电信号用放大器44放大并向监视装置50输入从而获取到的振动信息中进行数据采样。这样，将基于由导出单元导出的时刻从振动信息(或声音信息)进行数据采样而生成监视用数据的单元作为生成单元。另外，将基于在导出工序中导出的时刻从振动信息(或声音信息)中进行数据采样而生成监视用数据的工序作为生成工序。
在S405中，监视装置50对在S404中采样到的数据进行信号解析处理。这里的解析处理例如可以在对振动信息进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)解析后进行次数比分析。可以对采样数据实施包络分析处理、滤波处理，也可以根据后级的监视处理来变更其内容。
在S406中，监视装置50使用S405中的解析处理的结果，进行滚动轴承25的状态监视。此处的监视项目没有特别限定，例如，构成滚动轴承25的各部位的异常接触、润滑不良、部位的损伤、劣化等任意诊断项目可以成为对象。另外，关于监视项目，例如可以使用图5所示的关系式来计算滚动轴承25的每个部位的频率，在该频率下的数据超过了预先确定的阈值的情况下判定为产生了异常，也可以在为预先确定的阈值以下的情况下判定为没有异常。
在S407中，监视装置50基于S406的状态监视处理的结果，进行通知处理。此处的结构可以是在判定为发生了异常的情况下进行通知，也可以是在判定为没有异常的情况下进行通知。另外，通知方法没有特别限定，也可以根据异常的有无来切换通知方法。然后，结束本处理流程。
以上，根据本实施方式，在机械装置的旋转动作的旋转速度会断续地变化的环境下，即使产生了旋转速度的变化，也能够高精度地监视机械装置的状态。另外，由于滚动轴承的旋转速度比较慢，因此即使数据的获取时间变长，也能够抑制其间的旋转速度变动的影响而适当地提取监视用数据。
<第二实施方式＞
对本发明的第二实施方式进行说明。另外，省略对与第一实施方式重复的结构的说明，着眼于区别进行说明。装置、功能构成等与在第一实施方式中使用图1、图2说明的结构相同。
[振动数据的转换]
首先，对本实施方式所涉及的振动数据的转换进行说明。图6A～图6D是用于说明本实施方式所涉及的振动数据的转换的图。图6A表示从测量对象经由振动传感器等得到的振动数据A的例子。在图6A中，横轴表示时间[s]，纵轴表示振幅。实际的轴承的振动数据成为重叠了多个不同频率的不同振动而得的数据，但这里的振动数据A使用仅包括两个振动数据B、C的例子进行说明。在图6A所示的例子中，随着时间的经过，滚动轴承的角速度上升，转数及与其成比例地变高。其结果是，两个振动数据B、C中的振动数据C的频率随着时间的经过而逐渐变高，图6A所示的振动数据A整体的波形也发生变化。在图6A中，在振动数据的上侧示出的包络线相当于表示包络处理的结果的波形。另外，转数并不限定于图6A所示的变动，既有随着时间的经过而变低的情况，也有在一定期间内增减的情况。
图6B示出对图6A所示的波形应用包络处理并应用FFT(Fast Fourier Transform)处理的结果。在图6B中，横轴表示频率[Hz]，纵轴表示强度。此时，由于在振动数据C中转数发生变动，因此如图6B的区域601所示，无法检测频率的峰。因此，无法确定振动数据C具有怎样的频率特性，基于频率特性的分析变得困难。
如上所述，例如，风力发电装置用的滚动轴承在状态监视等时使用频率解析。滚动轴承的振动的固有频率与旋转时的角速度成比例，在频率解析中需要使用滚动轴承以固定速度旋转的状态下的数据。因此，在以往的方法中，在检测用于诊断时的数据时，以转数稳定为前提，在时间上以固定间隔进行采样。然而，在滚动轴承旋转一圈的期间角速度存在变动、振动的振动频率发生变化的情况下，上述那样的方法的状态监视的精度降低。
因此，在本实施方式中，在存在角速度变动的状态下，将在时间上等间隔地采样的振动数据转换为相当于角速度固定的振动数据即等速旋转的状态下的振动数据。
图6C表示对图6A所示的振动数据A应用本实施方式所涉及的去除转数变动影响的处理而得到的振动数据D的例子。在图6C中，横轴表示时间[s]，纵轴表示振幅。在图6C中，将图6A的振动数据A转换为相当于角速度固定即等速旋转的状态。
在本实施方式所涉及的转换方法中，首先，使用原来的振动数据和规定角速度，求出满足以下的式(1)的tb。即，通过以下的式(1)，求出与以ω0旋转的情况下的时间ta的旋转角相等的以ω(t)旋转的情况下的时间tb。这里的规定角速度作为振动数据中的初始角速度ω0进行说明，但并不限定于此。例如，可以是振动数据的规定范围内的角速度的平均值，也可以是最大值。另外，也可以是振动数据的规定时刻的角速度。t0可以为0。在t0＝0的情况下，位于下式(1)左边的t0的情况等同于省略。
[式1]
ω0：初始角速度
ω(t)：时间t时的角速度
t0：时间(处理对象的振动数据的最初时间)
ta、tb：时间(t0＜ta＜tb)
并且，通过以下的式(2)对转换前的振动数据A和转换后的振动数据D进行转换。
D(ta)＝A(tb) (2)
A(t)：时间t时的转换前的振动数据
D(t)：时间t时的转换后的振动数据
通过使用上述的式(1)以及式(2)的转换，得到图6C所示的振动数据D。即，振动数据D相当于成为固定角速度(在此为初始角速度ω0)的状态下的波形数据。在图6C中，在振动数据D的上侧示出的包络线相当于表示包络处理结果的波形。
图6D表示对图6C所示的波形应用包络处理并应用FFT处理的结果。在图6D中，横轴表示频率[Hz]，纵轴表示强度。此时，由于是转数固定的波形，因此如图6D的区域602所示，能够检测频率的峰值，能够进行基于该频率特性的分析。
另外，在上述流程中，示出了按照数据转换处理、包络处理、FFT处理的顺序对振动数据进行处理的例子，但并不限定于此。例如，也可以按照包络处理、数据转换处理、FFT处理的顺序进行。或者，也可能存在不进行包络处理而是仅进行数据转换处理、FFT处理的情况。
此外，由于获取振动数据A时的采样数有限，因此存在通过上述式(1)确定的与时间tb对应的振动数据A(tb)不存在于由振动传感器等得到的振动数据A中的情况。在这样的情况下，也可以预先设定规定的范围a，如以下的式(3)那样，使用以tb为基准与包含在规定范围内的tb’对应的振动数据A(tb’)，求出振动数据D。
D(ta)＝A(tb’) (tb-a<tb’<tb+a) (3)
或者，也可以规定以下的式(4)那样的基于与tb前后的t(为了方便，设为tb-1、tb+1)对应的振动数据A(t)的插值式，求出振动数据D。
D(ta)＝{A(tb-1)+A(tb+1)}/2 (4)
数据转换时的数据的插值方法可以使用上述以外的方法，也可以根据目的切换所应用的插值方法。
在本实施方式中，监视装置50的采样处理部52根据由旋转速度传感器29检测出的旋转速度，从由A/D转换部51处理后的振动信号中，对后级的振动信号处理部53以及监视处理部54的处理中使用的数据进行转换处理。这里的转换处理使用图6A～图6D说明的方法。进行了转换的数据被输出到振动信号处理部53。
[数据转换处理]
以下，以能够应用本实施方式的状态监视方法的风力发电装置10为例进行说明。
图7A、图7B表示由旋转速度传感器29得到的风力发电装置10所具备的滚动轴承25的旋转速度信息的例子。在图7A中，横轴表示时间[s]，纵轴表示旋转速度传感器29的输出值。例如，在旋转速度传感器29检测到在滚动轴承25设置的规定的标记(未图示)时，输出表示图7A所示的峰的值。标记的结构没有特别限定，例如可以设置为每当滚动轴承25旋转一周时检测出一次。
图7B表示通过对图7A所示的信号进行FFT处理来导出频率的例子。在图7B中，横轴表示频率[Hz]，纵轴表示强度。能够基于图7B所示的信号所示的峰值的检测时刻来导出角速度。
另外，在上述流程中，示出了对振动数据按照转数转换处理、包络处理、FFT处理的顺序进行的例子，但并不限定于此。例如，也可以按照包络处理、转数转换处理、FFT处理的顺序进行。
[处理流程]
图8是本实施方式所涉及的采样处理的流程图。本处理由监视装置50执行，例如，监视装置50所具备的控制装置(未图示)可以通过从存储装置(未图示)读取用于实现图3所示的各部位的程序并执行来实现。
在S801中，监视装置50获取由振动传感器27检测出的振动数据以及由旋转速度传感器29检测出的旋转速度。这里获取的振动数据和旋转速度与检测时刻相关联。
在S802中，监视装置50基于在S801中获取的旋转速度，对在S801中获取的振动数据进行转换。在此，假定滚动轴承25的角速度变动，假设以固定角速度进行旋转，使用上述的式(1)、式(2)来转换振动数据。此外，监视装置50如使用图7A以及图7B说明的那样，能够根据旋转速度导出滚动轴承25的角速度，能够将该角速度用于数据转换处理。
在S803中，监视装置50对在S802中转换后的数据进行信号解析处理。这里的解析处理例如可以在对振动信息进行FFT分析之后进行次数比分析。如上所述，可以对采样数据实施包络分析处理、滤波处理，也可以根据后级的监视处理来变更其内容。
在S804中，监视装置50使用S803的解析处理的结果，进行滚动轴承25的状态监视。此处的监视项目没有特别限定，例如，滚动轴承25的自转滑动、公转滑动、或者构成滚动轴承25的各部位的异常接触、润滑不良、部位的损伤、劣化等任意的诊断项目可以成为对象。另外，关于监视项目，例如也可以使用图5所示的关系式来计算滚动轴承25的每个部位的频率，根据该频率和该部位所产生的被认为的峰频率差异来判断有无发生自转滑动、公转滑动，或者通过比较解析结果的峰值与预先确定的阈值来判断有无发生异常。
在S805中，监视装置50基于S804的状态监视处理的结果，进行通知处理。在此，可以在判定为发生了异常的情况下进行通知，也可以在即使判定为没有异常的情况下也进行通知。另外，通知方法没有特别限定，也可以根据异常的有无来切换通知方法。然后，结束本处理流程。
以上，根据本实施方式，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
<其他实施方式>
另外，在上述的实施方式中，示出了使用振动传感器27来检测滚动轴承25振动的结构，但并不限定于此。也可以使用包括麦克风的声音传感器代替振动传感器27来检测声音信息。在该情况下，以声音信息为对象进行上述数据的采样处理。
另外，在本发明中，也能够通过使用网络或存储介质等向系统或装置供给用于实现上述的一个以上实施方式的功能的程序、应用程序，并使该系统或装置的计算机中的一个以上处理器读取并执行程序的处理来实现。
另外，也可以通过实现一个以上功能的电路(例如ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列))来实现。
这样，本发明并不限定于上述的实施方式，本发明也考虑到了本领域技术人员基于将实施方式的各结构相互组合、说明书的记载以及公知的技术进行变更、应用，这些内容包括在要求保护的范围内。
如上所述，在本说明书中公开了以下事项。
(1)一种状态监视装置，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，并且具有：
第一获取单元，所述第一获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取单元，所述第二获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出单元，所述导出单元根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成单元，所述生成单元基于由所述导出单元导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。例如，能够准确地进行以构成滚动轴承25的各部位的异常接触、润滑不良、部位的损伤、劣化等任意的诊断项目为对象的滚动轴承的异常诊断。
(2)根据(1)所述的状态监视装置，其特征在于，
所述生成单元通过对从所述振动信息或声音信息中采样到的数据进行次数比分析，从而生成所述监视用数据。
根据该结构，通过使用根据旋转速度而采样到的数据进行实际右飞行分析，能够生成用于进行更高精度监视的监视用数据。
(3)根据(2)所述的状态监视装置，其特征在于，
所述生成单元还对所述监视用数据进行包络分析处理或滤波处理。
根据该结构，作为监视用数据，能够生成应用了包络分析处理、滤波处理后的数据。
(4)根据(2)或(3)所述的状态监视装置，其特征在于，
还具有诊断单元，所述诊断单元使用由所述生成单元生成的监视用数据来诊断所述滚动轴承的状态。
根据该结构，能够使用根据旋转速度采样到的数据进行更高精度的状态诊断。
(5)一种状态监视装置，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，并且具有：
获取单元，所述获取单元以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换单元，所述转换单元将由所述获取单元获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断单元，所述诊断单元使用由所述转换单元转换后的振动信息或声音信息来诊断所述机械装置的状态。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
(6)根据(5)所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元将由所述获取单元获取振动信息或声音信息时的规定的时刻的角速度转换为所述恒定角速度。
根据该结构，例如，能够以振动数据的初始角速度等为基准将振动数据转换为固定角速度的波形，能够高精度地进行状态监视。
(7)根据(5)或(6)所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元使用下述[数学式2]进行转换，
[数学式2]
D(ta)＝A(tb)
ω0：初始角速度
ω(t)：时间t时的角速度
t0：时间(处理对象的振动数据的最初时间)
ta、tb：时间(t0＜ta＜tb)
A(t)：时间t时的转换前的振动数据
D(t)：时间t时的转换后的振动数据。
(8)根据(5)～(7)中任一项所述的状态监视装置，其特征在于，
还具有导出单元，所述导出单元基于所述滚动轴承的旋转中的转数，导出所述旋转中的角速度，
所述转换单元基于由所述导出单元导出的角速度，对由所述获取单元获取到的振动信息或声音信息进行转换。
根据该结构，能够适当地导出机械装置的旋转动作中的角速度，并用于数据转换。
(9)根据(5)～(8)中任一项所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元使用对由所述获取单元获取到的信息或由所述获取单元获取到的信息应用包络处理而得到的信息进行转换。
根据该结构，作为成为数据转换处理的对象的振动数据，对原始数据或进行了包络处理的数据均能够应用数据转换处理，能够根据目的区分使用进行数据转换时的振动数据。
(10)一种风力发电装置，具备：
(1)～(9)中任一项所述的状态监视装置；以及
滚动轴承。
根据该结构，在风力发电装置中，在旋转速度断续地变化的情况下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
(11)一种滚动轴承的状态监视方法，其特征在于，
是滚动轴承的状态监视方法，并且具有：
第一获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数成为规定值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于由所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
(12)一种状态监视方法，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视方法，并且具有：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断所述机械装置的状态。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
(13)一种程序，用于使计算机执行以下的工序：
第一获取工序，获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于在所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样而生成监视用数据。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
(14)一种程序，用于使计算机执行以下的工序：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断具备所述滚动轴承的机械装置的状态。
根据该结构，在机械装置的旋转动作中的旋转速度会断续地变化的环境下，即使在旋转速度产生了变化的情况下，也能够高精度地监视机械装置的状态。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于该例。本领域技术人员应当理解，在权利要求书所记载的范围内，能够想到各种变更例或修正例，对于它们当然也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。
此外，本申请基于2021年7月7日申请的日本专利申请(日本特愿2021-112988)、2021年11月19日申请的日本专利申请(日本特愿2021-188740)，其内容作为参照引用于本申请中。
Claims (14)
1.一种状态监视装置，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，并且具有：
第一获取单元，所述第一获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取单元，所述第二获取单元获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出单元，所述导出单元根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成单元，所述生成单元基于由所述导出单元导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
2.根据权利要求1所述的状态监视装置，其特征在于，
所述生成单元通过对从所述振动信息或声音信息中采样到的数据进行次数比分析，从而生成所述监视用数据。
3.根据权利要求2所述的状态监视装置，其特征在于，
所述生成单元还对所述监视用数据进行包络分析处理或滤波处理。
4.根据权利要求2所述的状态监视装置，其特征在于，
所述状态监视装置还具有诊断单元，所述诊断单元使用由所述生成单元生成的监视用数据来诊断所述滚动轴承的状态。
5.一种状态监视装置，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视装置，并且具有：
获取单元，所述获取单元以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换单元，所述转换单元将由所述获取单元获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断单元，所述诊断单元使用由所述转换单元转换后的振动信息或声音信息来诊断所述机械装置的状态。
6.根据权利要求5所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元将由所述获取单元获取振动信息或声音信息时的规定的时刻的角速度转换为所述恒定角速度。
7.根据权利要求5所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元使用下述[数学式1]进行转换，
[数学式1]
D(ta)＝A(tb)
ω0：初始角速度
ω(t)：时间t时的角速度
t0：时间(处理对象的振动数据的最初时间)
ta、tb：时间(t0＜ta＜tb)
A(t)：时间t时的转换前的振动数据
D(t)：时间t时的转换后的振动数据。
8.根据权利要求5所述的状态监视装置，其特征在于，
所述状态监视装置还具有导出单元，所述导出单元基于所述滚动轴承的旋转中的转数，导出所述旋转中的角速度，
所述转换单元基于由所述导出单元导出的角速度，对由所述获取单元获取到的振动信息或声音信息进行转换。
9.根据权利要求5所述的状态监视装置，其特征在于，
所述转换单元使用对由所述获取单元获取到的信息或由所述获取单元获取到的信息应用包络处理而得到的信息进行转换。
10.一种风力发电装置，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的状态监视装置；以及
滚动轴承。
11.一种状态监视方法，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视方法，并且具有：
第一获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数成为规定值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于由所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样，生成监视用数据。
12.一种状态监视方法，其特征在于，
是具备滚动轴承的机械装置的状态监视方法，并且具有：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的所述滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断所述机械装置的状态。
13.一种程序，其特征在于，
用于使计算机执行以下的工序：
第一获取工序，获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
第二获取工序，获取旋转中的所述滚动轴承的旋转速度；
导出工序，根据所述旋转速度从所述振动信息或声音信息中以使得所述滚动轴承的每旋转一次时的采样数为规定的值的方式导出进行数据采样的时刻；以及
生成工序，基于在所述导出工序中导出的时刻，从所述振动信息或声音信息进行数据采样而生成监视用数据。
14.一种程序，其特征在于，用于使计算机执行以下工序：
获取工序，以恒定时间间隔获取旋转中的滚动轴承的振动信息或声音信息；
转换工序，将在所述获取工序中获取到的振动信息或声音信息转换成使旋转动作为恒定角速度的状态的波形；以及
诊断工序，使用通过所述转换工序被转换后的振动信息或声音信息，诊断具备所述滚动轴承的机械装置的状态。
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