JP2001324417A - 軸受の損傷評価方法及び損傷評価装置 - Google Patents
軸受の損傷評価方法及び損傷評価装置Info
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- JP2001324417A JP2001324417A JP2000142194A JP2000142194A JP2001324417A JP 2001324417 A JP2001324417 A JP 2001324417A JP 2000142194 A JP2000142194 A JP 2000142194A JP 2000142194 A JP2000142194 A JP 2000142194A JP 2001324417 A JP2001324417 A JP 2001324417A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新規な手法により、軸受の損傷を簡易に評価
することの可能な軸受の損傷評価方法及び評価装置を提
供すること。 【解決手段】軸受から発生する音響信号の計測結果から
１計測時間内の最大振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振
幅Ｖａとを求める。この最大振幅Ｖｍに対する平均振幅
Ｖａの割合が高くなった場合に軸受の損傷が進行してい
ると判断する。例えば、最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａと
が次式の関係を満たす場合に軸受が損傷していると判断
する。 Ｖａ＝Ｖｍ/Ｃ−(Ｖｍ・ｅｘｐ(−Ｃ))／(１−ｅｘｐ
(−Ｃ))＋ＢＧＮ 但し、Ｃは定数、ＢＧＮはバックグラウンドノイズレベ
ルである。
することの可能な軸受の損傷評価方法及び評価装置を提
供すること。 【解決手段】軸受から発生する音響信号の計測結果から
１計測時間内の最大振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振
幅Ｖａとを求める。この最大振幅Ｖｍに対する平均振幅
Ｖａの割合が高くなった場合に軸受の損傷が進行してい
ると判断する。例えば、最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａと
が次式の関係を満たす場合に軸受が損傷していると判断
する。 Ｖａ＝Ｖｍ/Ｃ−(Ｖｍ・ｅｘｐ(−Ｃ))／(１−ｅｘｐ
(−Ｃ))＋ＢＧＮ 但し、Ｃは定数、ＢＧＮはバックグラウンドノイズレベ
ルである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸受の損傷評価方法
及び評価装置に関する。
及び評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、機械装置等の回転部には軸受が使
用されており、この軸受が損傷し装置の計画外停止を招
くような事態を未然に防ぐことが望まれる。そのため、
軸受の異常発生を予知・診断すべく、アコースティック
・エミッション（以下ＡＥという）法が使用されてい
る。
用されており、この軸受が損傷し装置の計画外停止を招
くような事態を未然に防ぐことが望まれる。そのため、
軸受の異常発生を予知・診断すべく、アコースティック
・エミッション（以下ＡＥという）法が使用されてい
る。
【０００３】ＡＥ計測の特徴として、連続監視が可能で
あること、振動計測と比較しすると異常の兆候が早期に
見られることがあげられる。そして、軸受の損傷評価を
行うために、様々なＡＥ計測方法が提唱されている。
あること、振動計測と比較しすると異常の兆候が早期に
見られることがあげられる。そして、軸受の損傷評価を
行うために、様々なＡＥ計測方法が提唱されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
な手法により、軸受の損傷を簡易に評価することの可能
な軸受の損傷評価方法及び評価装置を提供することにあ
る。
な手法により、軸受の損傷を簡易に評価することの可能
な軸受の損傷評価方法及び評価装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る軸受の損傷評価方法の特徴は、軸受か
ら発生する音響信号の計測結果から１計測時間内の最大
振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振幅Ｖａとを求め、こ
の最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの割合が高くなっ
た場合に軸受の損傷が進行していると判断することにあ
る。
め、本発明に係る軸受の損傷評価方法の特徴は、軸受か
ら発生する音響信号の計測結果から１計測時間内の最大
振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振幅Ｖａとを求め、こ
の最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの割合が高くなっ
た場合に軸受の損傷が進行していると判断することにあ
る。
【０００６】さらに詳しくは、最大振幅Ｖｍと平均振幅
Ｖａとが次式の関係を満たす場合に軸受が損傷している
と判断するとよい。
Ｖａとが次式の関係を満たす場合に軸受が損傷している
と判断するとよい。
【０００７】Ｖａ＝Ｖｍ/Ｃ−(Ｖｍ・ｅｘｐ(−Ｃ))／
(１−ｅｘｐ(−Ｃ))＋ＢＧＮ
(１−ｅｘｐ(−Ｃ))＋ＢＧＮ
【０００８】但し、Ｃは定数、ＢＧＮはバックグラウン
ドノイズレベルである。
ドノイズレベルである。
【０００９】一方、本発明に係る軸受の損傷評価装置の
特徴構成は、軸受から発生する音響信号を受信する音響
センサと、音響信号から計測を行い振幅分布を算出する
振幅分布算出手段と、この振幅分布算出手段の結果から
１計測時間内の最大振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振
幅Ｖａとをそれぞれ求める手段と、この最大振幅Ｖｍに
対する平均振幅Ｖａの相関が一定の最大振幅Ｖｍと平均
振幅Ｖａとの一定の関数を平均振幅のプラス側に超えた
場合に損傷が発生したとする損傷判定手段とを備えたこ
とにある。
特徴構成は、軸受から発生する音響信号を受信する音響
センサと、音響信号から計測を行い振幅分布を算出する
振幅分布算出手段と、この振幅分布算出手段の結果から
１計測時間内の最大振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振
幅Ｖａとをそれぞれ求める手段と、この最大振幅Ｖｍに
対する平均振幅Ｖａの相関が一定の最大振幅Ｖｍと平均
振幅Ｖａとの一定の関数を平均振幅のプラス側に超えた
場合に損傷が発生したとする損傷判定手段とを備えたこ
とにある。
【００１０】
【発明の効果】上記本発明に係る損傷評価方法及び評価
装置の特徴によれば、最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖ
ａの割合という簡易で明確なパラメーターを観察すれば
よい。その結果、軸受の損傷程度を簡易且つ明確に評価
することが可能となった。
装置の特徴によれば、最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖ
ａの割合という簡易で明確なパラメーターを観察すれば
よい。その結果、軸受の損傷程度を簡易且つ明確に評価
することが可能となった。
【００１１】本発明の他の目的、構成及び効果について
は以下に示す発明の実施の形態の項で明らかになるであ
ろう。
は以下に示す発明の実施の形態の項で明らかになるであ
ろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施形態についてさらに詳細に説明する。図４に示
す試験装置１により、試験対象となる軸受７にラジアル
荷重を負荷した。試験軸受は円筒ころ軸受とし、潤滑材
にはグリスを規定量の約１０％添加した。一対の回転支
持部２ａ，２ａで支持された一方の軸３に図示しないモ
ーターよりベルト２ｂで回転駆動力が加えられる。この
軸３はカップリング４を介して軸受７に支持される。軸
受７はケース６に支持されており、軸３とケース６との
間にスプリング５によりせん断力が加えられ、これによ
り軸受７にラジアル加重が負荷される。
明の実施形態についてさらに詳細に説明する。図４に示
す試験装置１により、試験対象となる軸受７にラジアル
荷重を負荷した。試験軸受は円筒ころ軸受とし、潤滑材
にはグリスを規定量の約１０％添加した。一対の回転支
持部２ａ，２ａで支持された一方の軸３に図示しないモ
ーターよりベルト２ｂで回転駆動力が加えられる。この
軸３はカップリング４を介して軸受７に支持される。軸
受７はケース６に支持されており、軸３とケース６との
間にスプリング５によりせん断力が加えられ、これによ
り軸受７にラジアル加重が負荷される。
【００１３】ケース６には一対の音響センサ１１がマグ
ネットホルダーにより取り付けられている。図示省略す
るが、ベルト２ｂに近い第二音響センサ１１ｂには動力
側のノイズがより含まれるので、この第二音響センサ１
１ｂから受信された音響信号を第一音響センサ１１ａ側
から受信された音響信号より相殺することで、軸受７か
らのＡＥを効率的に受信している。
ネットホルダーにより取り付けられている。図示省略す
るが、ベルト２ｂに近い第二音響センサ１１ｂには動力
側のノイズがより含まれるので、この第二音響センサ１
１ｂから受信された音響信号を第一音響センサ１１ａ側
から受信された音響信号より相殺することで、軸受７か
らのＡＥを効率的に受信している。
【００１４】音響センサ１１からの音響信号はアンプ１
２により増幅され、フィルター１３により低周波及び高
周波ノイズが除去された後、検波回路１４により検波さ
れ、Ａ／Ｄコンバーター１５でＡ／Ｄ変換されてパーソ
ナルコンピューター１６での信号処理がなされる。パー
ソナルコンピューター１６のメモリー１７は一定周期で
計測を行い、振幅分布算出部１８において図２，３に示
す如く各振幅における発生頻度が算出される。
２により増幅され、フィルター１３により低周波及び高
周波ノイズが除去された後、検波回路１４により検波さ
れ、Ａ／Ｄコンバーター１５でＡ／Ｄ変換されてパーソ
ナルコンピューター１６での信号処理がなされる。パー
ソナルコンピューター１６のメモリー１７は一定周期で
計測を行い、振幅分布算出部１８において図２，３に示
す如く各振幅における発生頻度が算出される。
【００１５】平均振幅算出部１９では平均振幅Ｖａが振
幅分布算出部１８の結果を用いて算出され、最大振幅算
出部２０では最大振幅Ｖｍが振幅分布算出部１８の結果
を用いて算出される。
幅分布算出部１８の結果を用いて算出され、最大振幅算
出部２０では最大振幅Ｖｍが振幅分布算出部１８の結果
を用いて算出される。
【００１６】
【実施例】ここで、上述の試験装置１を用いた本発明の
一実施例について説明する。音響センサ１１としては、
広帯域型のものを用い、アンプ１２の増幅率は４０ｄＢ
とした。また、フィルタ１３の特性はＬＰＦの閾値を１
ＭＨｚ、ＨＰＦの閾値を１００ｋＨｚとした。試験荷重
は５．６ｋＮとし、軸３の回転数１８００ｒｐｍとし
た。音響センサ１１ではＡＥ検波波形を定期的に計測し
た。試験は潤滑油を規定量の１０％まで削減し、軸受の
破損が短期間で起るようにした。回転数および負荷荷重
は、試験器が共振を起こして振動が発生する事が無い最
大値に設定した。そして、インバータートリップにより
試験機が停止するまで試験を実施した。
一実施例について説明する。音響センサ１１としては、
広帯域型のものを用い、アンプ１２の増幅率は４０ｄＢ
とした。また、フィルタ１３の特性はＬＰＦの閾値を１
ＭＨｚ、ＨＰＦの閾値を１００ｋＨｚとした。試験荷重
は５．６ｋＮとし、軸３の回転数１８００ｒｐｍとし
た。音響センサ１１ではＡＥ検波波形を定期的に計測し
た。試験は潤滑油を規定量の１０％まで削減し、軸受の
破損が短期間で起るようにした。回転数および負荷荷重
は、試験器が共振を起こして振動が発生する事が無い最
大値に設定した。そして、インバータートリップにより
試験機が停止するまで試験を実施した。
【００１７】上述の破損に至るまで、１計測あたりサン
プリングレート４０ｋＨｚで８０００点の計測を行っ
た。図１は計測結果を示すグラフであり、その横軸は１
計測における最大値（以下Ｖｍで表示する。）、縦軸は
１計測あたりの平均値（以下Ｖａで表示する）である。
同図では、試験初期段階に相当する符号Ａ１の領域か
ら、中間の領域を経て、軸受７に異常が生じた符号Ａ２
の領域に至り、さらに最終的に破損に至るまで、順次Ａ
Ｅが観察された。なお、１計測あたりのサンプリング点
数やサンプリングレートは適宜変更が可能である。
プリングレート４０ｋＨｚで８０００点の計測を行っ
た。図１は計測結果を示すグラフであり、その横軸は１
計測における最大値（以下Ｖｍで表示する。）、縦軸は
１計測あたりの平均値（以下Ｖａで表示する）である。
同図では、試験初期段階に相当する符号Ａ１の領域か
ら、中間の領域を経て、軸受７に異常が生じた符号Ａ２
の領域に至り、さらに最終的に破損に至るまで、順次Ａ
Ｅが観察された。なお、１計測あたりのサンプリング点
数やサンプリングレートは適宜変更が可能である。
【００１８】図２は試験初期段階である領域Ａ１におい
て、１計測につき計測サンプリング点数Ｎ＝８０００回
の計測を行った結果に基づく各振幅値での発生頻度を示
すグラフである。横軸は振幅の電圧、縦軸は発生頻度で
あり、発生回数を１計測サンプリング点数Ｎで除した値
である。一方、図３は試験開始後半において軸受７に異
常を生じ始めた領域Ａ２における１計測についての振幅
発生頻度を示す。これら発生頻度の波形が高周波側ほど
高頻度になるに従って軸受の損傷程度が進行しているこ
とが明らかとなった。図１についてこの関係を換言すれ
ば、最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの割合が高くな
った場合に軸受の損傷が進行していると判断することが
可能であることが判明した。
て、１計測につき計測サンプリング点数Ｎ＝８０００回
の計測を行った結果に基づく各振幅値での発生頻度を示
すグラフである。横軸は振幅の電圧、縦軸は発生頻度で
あり、発生回数を１計測サンプリング点数Ｎで除した値
である。一方、図３は試験開始後半において軸受７に異
常を生じ始めた領域Ａ２における１計測についての振幅
発生頻度を示す。これら発生頻度の波形が高周波側ほど
高頻度になるに従って軸受の損傷程度が進行しているこ
とが明らかとなった。図１についてこの関係を換言すれ
ば、最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの割合が高くな
った場合に軸受の損傷が進行していると判断することが
可能であることが判明した。
【００１９】図中、関数Ｆ０はＶａ＝Ｖｍを表す。平均
振幅Ｖａは、必ず最大振幅Ｖｍよりも小さいことから、
上述の関係をさらに換言すれば、測定点が関数Ｖａ＝Ｖ
ｍに近づくにしたがって、軸受損傷の程度が進行してい
るといえる。
振幅Ｖａは、必ず最大振幅Ｖｍよりも小さいことから、
上述の関係をさらに換言すれば、測定点が関数Ｖａ＝Ｖ
ｍに近づくにしたがって、軸受損傷の程度が進行してい
るといえる。
【００２０】ここで、図２をさらに解析することで、図
１から軸受損傷の数値的基準を算定することを試みる。
図２中、最大頻度の振幅はバックグランドノイズレベル
（以下、ＢＧＮ）であり、ＢＧＮ以上の頻度と振幅の関
係は点線で示すように減少傾向の指数関数近似が可能で
ある。従って、平均振幅は近似的にはＢＧＮに指数関数
近似領域の平均値を加算したものとなる。指数関数の指
数は最大振幅によって変化するが、ＢＧＮの頻度と最大
振幅の頻度の比が一定と仮定すると、指数関数の指数と
最大振幅の積が定数となる。
１から軸受損傷の数値的基準を算定することを試みる。
図２中、最大頻度の振幅はバックグランドノイズレベル
（以下、ＢＧＮ）であり、ＢＧＮ以上の頻度と振幅の関
係は点線で示すように減少傾向の指数関数近似が可能で
ある。従って、平均振幅は近似的にはＢＧＮに指数関数
近似領域の平均値を加算したものとなる。指数関数の指
数は最大振幅によって変化するが、ＢＧＮの頻度と最大
振幅の頻度の比が一定と仮定すると、指数関数の指数と
最大振幅の積が定数となる。
【００２１】この仮定に基づき平均振幅Ｖａを最大振幅
Ｖｍの関数として求め、次式を得た。
Ｖｍの関数として求め、次式を得た。
【００２２】Ｖａ＝Ｖｍ/Ｃ−(Ｖｍ・ｅｘｐ(−Ｃ))／
(１−ｅｘｐ(−Ｃ))＋ＢＧＮ
(１−ｅｘｐ(−Ｃ))＋ＢＧＮ
【００２３】ここでＣは定数である。図２よりバックグ
ラウンドノイズＢＧＮ＝０．０４９（Ｖ）とし、定数Ｃ
を適当に選択し、得られた関係が図１中の曲線Ｆ１であ
る。この曲線Ｆ１が軸受に損傷を生じていない健全な領
域の上限を精度良く記述できることが確認できた。
ラウンドノイズＢＧＮ＝０．０４９（Ｖ）とし、定数Ｃ
を適当に選択し、得られた関係が図１中の曲線Ｆ１であ
る。この曲線Ｆ１が軸受に損傷を生じていない健全な領
域の上限を精度良く記述できることが確認できた。
【００２４】一方、下側の健全領域の後に生じる異常発
生領域Ａ２の信号は案数Ｆ１より上にある。図３に示す
その領域での振幅分布は、図２と異なり最大振幅手前ま
であまり頻度が変化せず、最大振幅付近で急激に頻度が
低下している。これは潤滑不良により振幅の大きなＡＥ
が連続的に発生しているからであり、このような振幅分
布の違いが、平均振幅対最大振幅の信号群が遷移する形
で現れることがわかった。
生領域Ａ２の信号は案数Ｆ１より上にある。図３に示す
その領域での振幅分布は、図２と異なり最大振幅手前ま
であまり頻度が変化せず、最大振幅付近で急激に頻度が
低下している。これは潤滑不良により振幅の大きなＡＥ
が連続的に発生しているからであり、このような振幅分
布の違いが、平均振幅対最大振幅の信号群が遷移する形
で現れることがわかった。
【００２５】先のパーソナルコンピュータ１６における
損傷判定手段である判定部２１は、最大振幅Ｖｍに対す
る平均振幅Ｖａの相関が最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａと
の一定の関数、例えば上記関数Ｆ１を平均振幅のプラス
側に超えた場合に損傷が発生したとする。
損傷判定手段である判定部２１は、最大振幅Ｖｍに対す
る平均振幅Ｖａの相関が最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａと
の一定の関数、例えば上記関数Ｆ１を平均振幅のプラス
側に超えた場合に損傷が発生したとする。
【００２６】なお、上記実施形態では、本発明をころ軸
受について実施したが、本発明は、ボール軸受について
も実施でき、転動体を用いない軸受についても実施しう
る。
受について実施したが、本発明は、ボール軸受について
も実施でき、転動体を用いない軸受についても実施しう
る。
【００２７】また、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、この記入により本発明は添付図面の構成に限定
されるものではない。
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、この記入により本発明は添付図面の構成に限定
されるものではない。
【図１】最大振幅と平均振幅との相関を示すグラフであ
り、横軸は１計測あたりの最大値、縦軸は１計測におけ
る平均値である。
り、横軸は１計測あたりの最大値、縦軸は１計測におけ
る平均値である。
【図２】試験開始直後の各振幅値での発生頻度を示すグ
ラフであり、横軸は振幅、縦軸は発生頻度である。
ラフであり、横軸は振幅、縦軸は発生頻度である。
【図３】損傷発生時の各振幅での発生頻度を示す図２と
同様のグラフである。
同様のグラフである。
【図４】本発明を実施するための試験装置の概要を示す
図である。
図である。
１ 試験装置 ２ａ 回転支持部 ２ｂ ベルト ３ 軸 ４ カップリング ５ スプリング ６ ケース ７ 軸受 １１ 音響センサ １１ａ 第一音響センサ １１ｂ 第二音響センサ １２ アンプ １３ フィルター １４ 検波回路 １５ Ａ／Ｄコンバーター １６ パーソナルコンピューター １７ メモリ １８ 振幅分布算出部 １９ 平均振幅算出部 ２０ 最大振幅算出部 ２１ 判定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山邉 正太 大阪市西区北堀江１丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内 (72)発明者 江淵 高弘 大阪市西区北堀江１丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内 (72)発明者 吉荒 俊克 大阪市西区北堀江１丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内 (72)発明者 今中 拓一 千葉県市原市五井9138 非破壊検査株式会 社内 Ｆターム(参考） 2G024 AC01 BA15 BA21 BA27 CA13 FA02 FA06 2G064 AA17 AB02 AB16 AB22 CC06 CC28 CC29 3J101 AA01 AA13 AA52 AA62 FA24 FA26 FA48
Claims (3)
- 【請求項１】 軸受の損傷評価方法であって、軸受
（７）から発生する音響信号の計測結果から１計測時間
内の最大振幅Ｖｍと同１計測時間内の平均振幅Ｖａとを
求め、この最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの割合が
高くなった場合に軸受の損傷が進行していると判断する
軸受の損傷評価方法。 - 【請求項２】 最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａとが次式の
関係を満たす場合に軸受が損傷していると判断すること
を特徴とする請求項１に記載の軸受の損傷評価方法。 Ｖａ＝Ｖｍ/Ｃ−(Ｖｍ・ｅｘｐ(−Ｃ))／(１−ｅｘｐ
(−Ｃ))＋ＢＧＮ 但し、Ｃは定数、ＢＧＮはバックグラウンドノイズレベ
ルである。 - 【請求項３】 軸受の損傷評価装置であって、軸受
（７）から発生する音響信号を受信する音響センサ（１
１）と、音響信号から計測を行い振幅分布を算出する振
幅分布算出手段（１８）と、この振幅分布算出手段（１
８）の結果から１計測時間内の最大振幅Ｖｍと同１計測
時間内の平均振幅Ｖａとをそれぞれ求める手段（１９，
２０）と、この最大振幅Ｖｍに対する平均振幅Ｖａの相
関が一定の最大振幅Ｖｍと平均振幅Ｖａとの一定の関数
を平均振幅のプラス側に超えた場合に損傷が発生したと
する損傷判定手段（２１）とを備えた軸受の損傷評価装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142194A JP2001324417A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 軸受の損傷評価方法及び損傷評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142194A JP2001324417A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 軸受の損傷評価方法及び損傷評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001324417A true JP2001324417A (ja) | 2001-11-22 |
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ID=18649212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000142194A Pending JP2001324417A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 軸受の損傷評価方法及び損傷評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001324417A (ja) |
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-
2000
- 2000-05-15 JP JP2000142194A patent/JP2001324417A/ja active Pending
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