JP2004093185A

JP2004093185A - Abnormality diagnostic device and method for rotator

Info

Publication number: JP2004093185A
Application number: JP2002251143A
Authority: JP
Inventors: Takanori Miyasaka; 宮坂　孝範; Yasuyuki Muto; 武藤　泰之
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abnormality diagnostic device of a rotator capable of preventing wrong diagnosis, and performing abnormality diagnosis having higher accuracy. <P>SOLUTION: This abnormality diagnostic device for diagnosing abnormality of the rotator is characterized by being equipped with a wave detection means for detecting a wave generated from the rotator, a rotation detection means for detecting a rotational frequency of the rotator, a frequency analytical means for detecting the intensity of a specific frequency included in the wave based on the rotational frequency, an abnormality diagnostic means for diagnosing abnormality of the rotator based on the intensity of the specific frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の異常診断装置及び方法に係り、特に、減速機、電動機及び鉄道車両用車軸などに用いられる複数の回転部品の異常を診断する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転体の異常診断装置は、減速機、電動機、鉄道車両用の車軸等の回転体から発生する音や振動を解析し、回転体の異常を診断する装置である。異常診断においては、音や振動等の波動情報をマイクロホンや振動センサ等の検出器で検出し、増幅器を用いて検出信号を増幅する。増幅された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換され、診断用ソフトウェアを備えた診断用ＰＣに出力される。診断用ソフトウェアは、診断用ＰＣ上で周波数分析、比較分析等の各種分析を行う。ユーザは、モニタ上に表示された診断結果を基に、異常の有無を判断し、異常が発生した場合には、回転体を停止する等の対処を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記異常診断装置は、回転体に起因する周波数成分を基準に異常判定を行うため、回転情報が不正確である場合、誤診断を行ってしまう恐れがある。
【０００４】
また、回転体の温度を測定し、測定温度の異常上昇時に回転体に焼き付き等の異常が発生したと判断する異常診断装置もある。しかし、温度による異常診断では、回転体の傷や剥離などの異常を検出することは困難であり、異常診断装置としての効果が少ない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、誤診断を防止するとともに、より精度の高い異常診断を行う異常診断装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の回転体の異常を診断する異常診断装置は、前記回転体から発生する波動を検出する波動検出手段と、前記回転体の回転数を検出する回転検出手段と、前記波動が含む周波数の強度を検出する周波数解析手段と、前記回転数及び前記周波数の前記強度を基に、前記回転体の異常診断を行う異常診断手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記異常診断装置によれば、前記回転数及び前記周波数の前記強度を基に、前記回転体の異常診断を行う。従って、回転数に応じた診断を行うことが可能となるため、誤診断を防止し、精度の高い異常診断を行うことが可能となる。
【０００８】
本発明の請求項２記載の異常診断装置によれば、上記異常診断装置は、前記回転体の温度を測定する温度検出手段をさらに備え、前記異常診断手段は、前記温度を基に、前記回転体の異常診断を行う。従って、異常診断の精度をさらに高めることが可能となる。
【０００９】
前記波動は、前記回転体から発生する音、振動又はＡＥであってもよく、また、前記波動検出手段と前記回転手段は、一体形成されていてもよい。
【００１０】
本発明の請求項５記載の回転体の異常を診断する異常診断方法は、前記回転体から発生する波動を検出する波動検出ステップと、前記回転体の回転数を検出する回転検出ステップと、前記波動が含む周波数の強度を検出する周波数解析ステップと、前記回転数及び前記周波数の前記強度を基に、前記回転体の異常診断を行う異常診断ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記異常診断方法によれば、前記回転数及び前記周波数の前記強度を基に、前記回転体の異常診断を行う。従って、回転数に応じた診断を行うことが可能となるため、誤診断を防止し、精度の高い異常診断を行うことが可能となる。
【００１２】
本発明の請求項６記載の異常診断方法によれば、前記回転体の温度を測定する温度検出ステップと、前記温度を基に、前記回転体の異常診断を行うステップと、をさらに備えている。従って、異常診断の精度をさらに高めることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る回転体の異常診断装置を詳細に説明する。本実施形態では、回転体として転がり軸受が組み込まれた機械装置に異常診断装置を適用し、転がり軸受の異常を診断する場合を例に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の異常診断装置１０を示す図である。異常診断装置１０は、転がり軸受１上またはその近傍に配置された検出部１１と、検出部１１の出力を増幅する増幅部１２と、異常診断を行うＰＣ部１３とを有している。
【００１５】
転がり軸受１は、軸に外嵌する内輪２と、ハウジング等に内嵌し、径方向に内輪２と対向する外輪３と、図示せぬ保持器により内輪２及び外輪３間に転動可能に配置された玉４とを有している。転がり軸受１に損傷が発生している場合、ここでは、外輪３に損傷が発生している場合を例に説明する。
【００１６】
図２は、検出部１１を示す図である。検出部１１は、振動センサ１１１と、回転センサ１１２と、温度センサ１１３とを有する。
【００１７】
振動センサ１１１は、転がり軸受１の近傍に配置され、転がり軸受１が組み込まれた機械装置が発する振動を検出する。振動センサ１１１の代わりに、音、ＡＥ（アコースティックエミッション）等の波動を検出する波動センサを設けてもよい。また、複数の波動センサの組み合わせて設置し、複数の出力を得てもよい。振動センサ１１１が検出した振動信号は、電気信号として増幅部１２に送られる。
【００１８】
回転センサ１１２は、軸に取り付けられた内輪２の回転数を検出するものである。回転センサ１１２としては、内輪２又は外輪３に取り付けられた図示せぬ被検出体であるエンコーダ上の磁石配置を検出する磁気センサ、エンコーダの形状を検出する変位センサ等を用いることが可能である。回転センサ１１２が検出した回転速度信号（回転パルス）は、電気信号としてＰＣ部１３に送られる。
【００１９】
温度センサ１１３は、転がり軸受１近傍に配置され、転がり軸受１又はその近傍の温度を検出するセンサである。温度センサ１１３としては、熱電対等の接触式温度センサや、赤外放射温度計等の非接触式温度センサを用いることが可能である。非接触式の温度センサの場合、内輪２等の回転部材の温度検出が可能となる。温度センサ１１３が検出した温度信号は、電気信号としてＰＣ部１３に送られる。
【００２０】
なお、振動センサ１１２、回転センサ１１２、及び、温度センサ１１３は、一つのセンサユニット内に納められ一体化していてもよいし、それぞれ別々に構成されていてもよい。各センサの取り付けに好ましい場所が異なっている場合もあり、それぞれが別ユニットであるほうが精度よい検出を行うことが可能な場合もある。
【００２１】
増幅部１３は、ＯＰアンプ等で構成されており、センサ部１１１からの信号の強度をＰＣ部１３の処理に適したレベルに増幅する。増幅された信号は、ＰＣ部１３に出力される。
なお、センサ部１１１が増幅機能を有している場合、敢えて増幅部１３を設ける必要はない。この場合、センサ部１１１の出力は、直接ＰＣ部１３に送られる。
【００２２】
ＰＣ部１３は、診断部１４及びモニタ１５を有している。具体的に、ＰＣ部１３は、ＯＳ及び周波数解析用ソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から構成される。この場合、診断部１４の処理は、ＰＣ上で動作する周波数解析用ソフトウェアにより行われる。勿論、診断部１４として、ＰＣによるソフトウェア処理ではなく、専用の診断機器を用いてもよい。
ＰＣ部１３は、受け取った信号をそれぞれＡ／Ｄ変換し、ＰＣ部内の診断部１４に送る。なお、ＰＣ部１３の前段に専用のＡ／Ｄ変換器を設け、ＰＣ部１３に入力する前にＡ／Ｄ変換するようにしてもよい。
【００２３】
図３は、診断部１４の詳細を示す図である。診断部１４は、フィルタ部１４１、エンベロープ部１４２、周波数変換部１４３、及び、比較判定部１４４を有している。
【００２４】
フィルタ部１４１は、増幅部１３から出力された振動信号から所望の周波数帯を抽出する周波数フィルタである。この所望の周波数帯は、転がり軸受１の損傷に起因して検出される予想異常ピーク周波数に応じて設定可能である。転がり軸受１の内輪、外輪、転動体、及び、保持器に損傷がある場合、発生すると予想される異常ピーク周波数は、以下の式で表現される。
【００２５】
【式１】

【００２６】
フィルタ部１４１は、上記関係式を満たす周波数を含む周波数帯を切り出す。ここでは、例として、１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするローパスフィルタを用いる。フィルタ部１４１は、フィルタ処理後の信号を、エンベロープ部１４２に送出する。なお、このフィルタ部１４１は、信号の特性によっては、適宜省略することが可能である。
【００２７】
エンベロープ部１４２は、フィルタ部１４１から送出された信号にエンベロープ処理を施す。エンベロープ処理は、入力振動波形の包絡線に比例した出力を得るものである。エンベロープ部１４２は、エンベロープ処理後の信号を周波数解析部１４３に出力する。なお、このエンベロープ部１４２は、信号の特性によっては、適宜省略することが可能である。
【００２８】
周波数解析部１４３は、エンベロープ部１４２から出力された信号をＦＦＴアルゴリズム等を用いて周波数変換し、周波数スペクトルデータを生成する。図４（ａ）及び図５（ａ）は、周波数解析部１４３により生成された周波数スペクトルデータを表すグラフである。外輪に異常が発生している場合、図４（ａ）に示されるように、外輪の損傷に起因する周期的なスペクトルピークが信号成分に含まれていることがわかる。一方、異常が発生していない場合、図５（ａ）に示されるように、どの周波数帯にも特別なピークは見受けられない。生成された周波数スペクトルデータは、比較判定部１４４に出力される。
【００２９】
比較判定部１４４は、周波数スペクトルデータが転がり軸受１の損傷等に起因する特異な周波数でピークを有しているかどうか判断し、損傷等の発生の有無を判定する。
【００３０】
式（１）〜（４）に示されるように、予想されるピーク周波数は、回転数に依存して変化する。まず、比較判定部１４４は、回転センサ１１２から送られた回転速度信号（回転パルス）とエンコーダの形状を基に、現時点の回転数を計算する。そして、比較判定部１４４は、計算された回転数及び式（１）〜（４）を基に、発生すると予想される複数のピーク周波数をリアルタイムに計算する。
【００３１】
なお、比較判定部１４４は、各回転数に対応する異常ピーク周波数の値を有するテーブルを予め有するように構成してもよい。この場合には、計算された回転数を基にテーブルを参照することにより、異常発生周波数を得ることが可能である。
【００３２】
比較判定部１４４は、転がり軸受に１の各部位に傷がない場合の周波数スペクトルのレベルを基に作成された所定のしきい値を有している。比較判定部１４４は、予想されるピーク周波数についてこのしきい値と生成された周波数スペクトルデータとを比較して、各周波数帯のレベルがしきい値以上の場合に異常が発生していると判断する。そして、ピーク周波数の値を基に、異常発生部位を特定する。
【００３３】
また、比較判定部１４４は、温度センサ１１３から送られる温度信号を基に転がり軸受、又は、その近傍の温度を計算する。図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、それぞれ異常がある場合、及び異常がない場合の転がり軸受１の温度の時間変化を表す図である。図４（ｂ）では、温度は、殆ど時間に依存せず、定常値である６０℃近傍で一定となっている。一方、図５（ｂ）では、温度は、時間と共に変化しており、焼き付き危険温度１００℃に達している。
【００３４】
比較判定部１４４は、計算された温度を所定のしきい値と比較し、温度が通常の使用温度領域にあるかどうかを判断する。温度が、所定のしきい値（例えば、１００℃）以上である場合には、転がり軸受１に焼き付き等の以上が発生していると判断する。
【００３５】
以上の処理により、比較判定部１４４は、損傷・異常の有無、及び、損傷部位についての異常診断結果である判定結果を作成する。比較判定部１４４は、判定結果をモニタ１５に出力する。
【００３６】
モニタ１５は、比較判定部から出力された判定結果を基に、モニタ１５の画面上に損傷の有無、及び、損傷がある場合には損傷部位の表示を行う。ユーザによる確認が必要な場合には、図４（ａ）及び図４（ｂ）又は図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される周波数スペクトルデータ及び温度の時間変化を一緒にモニタ１５上に表示するようにする。
【００３７】
ユーザは、モニタ１５をチェックすることにより、音や振動等の波動情報を基に得られた判定結果を確認する。モニタ１５は、振動センサ１１１のみが異常を検出した場合、異常の発生及び損傷部位を示す信号と共に図４（ａ）及び図４（ｂ）が画面上に表示する。一方、モニタ１５は、温度センサ１１２のみが異常を検出した場合、異常の発生及び損傷部位を示す信号と共に図５（ａ）及び図４（ｂ）が画面上に表示される。ユーザは、これらの表示を確認し、異常が発生している場合には、適切な対処をとる。
【００３８】
以上、本発明の第１実施形態に係る異常診断装置１０によれば、回転数を考慮して異常発生周波数ピークの検出している。従って、回転数が一定でない場合やトルク変動などの影響で実際の回転数が不明な場合であっても、適切に異常を検出し、異常発生部位を特定することが可能となる。
【００３９】
また、リアルタイムで回転数を検出しているため、その場その場の状況に応じた適切な判断を行うことが可能となる。従って、異常診断の信頼性が向上する。
【００４０】
また、振動センサ１１１及び温度センサ１１３の一方のセンサにより、異常が検出されない場合であっても、他方のセンサが異常を検出することが可能である。特に、温度センサのみでは、検出されにくい、傷や剥離に起因する損傷についても、周波数センサにより適切に異常検出されるため、多様な異常発生を見逃すことなく検出することが可能となる。従って、異常診断の信頼性が向上する。
【００４１】
なお、モニタ１５上に、現在の回転数または回転数の時間変化を表すグラフを表示させるようにしてもよい。これにより、ユーザは、回転数の異常を確認し、転がり軸受１に異常が発生していると判断することも可能となる。
【００４２】
なお、上記説明では、特定の周波数帯についてのみ、スペクトルのピークレベルをしきい値と比較すると説明したが、全周波数帯についてスペクトルのピークレベルとしきい値を比較した後、回転数に基づいて、異常発生部位を特定するように比較判定部１１４を構成してもよい。
【００４３】
なお、ＰＣ部１３は、モニタ１５に異常を表示すると共に、転がり軸受１を有する機械装置を緊急停止するよう構成してもよい。この場合、ユーザが機械装置近傍にいない場合であっても、これ以上の機械装置の破損を未然に防ぐことが可能である。
【００４４】
なお、上記実施形態では、回転体として転がり軸受を例に説明したが、本発明はこれに限られず、回転体を有する各種機械装置に適用することが可能である。例として、ボールねじ、リニアガイド、各種モータ等に適用することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、本発明の異常診断装置及び方法によれば、波動検出とともに回転状態の検出を行い、異常周波数の発生及び異常発生箇所の特定を行う。さらに、温度検出を行い、温度に依存する異常についてもあわせて検出する。よって、誤診断を防止するとともに、より精度の高い異常診断を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の異常診断装置を示す図である。
【図２】検出部を示す図である。
【図３】診断部の詳細を示す図である。
【図４】（ａ）は、周波数解析部により生成された周波数スペクトルデータを表すグラフであり、（ｂ）は、温度の時間変化を表すグラフである。
【図５】（ａ）は、周波数解析部により生成された周波数スペクトルデータを表すグラフであり、（ｂ）は、温度の時間変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１　　転がり軸受
２　　内輪
３　　外輪
４　　玉
１０　異常診断装置
１１　検出部
１２　増幅部
１３　ＰＣ部
１４　診断部
１５　モニタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing abnormalities of a rotating body, and more particularly to an apparatus and a method for diagnosing abnormalities of a plurality of rotating parts used for a reduction gear, an electric motor, a railway vehicle axle, and the like.
[0002]
[Prior art]
An abnormality diagnosis device for a rotating body is a device that diagnoses an abnormality of the rotating body by analyzing a sound or vibration generated from a rotating body such as a reduction gear, an electric motor, and an axle for a railway vehicle. In the abnormality diagnosis, wave information such as sound or vibration is detected by a detector such as a microphone or a vibration sensor, and the detection signal is amplified using an amplifier. The amplified detection signal is converted into a digital signal by an A / D converter and output to a diagnostic PC equipped with diagnostic software. The diagnostic software performs various analyzes such as frequency analysis and comparative analysis on the diagnostic PC. The user determines the presence or absence of an abnormality based on the diagnosis result displayed on the monitor, and takes measures such as stopping the rotating body when an abnormality occurs.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the abnormality diagnosis device performs the abnormality determination based on the frequency component caused by the rotating body, there is a possibility that an erroneous diagnosis may be performed if the rotation information is incorrect.
[0004]
There is also an abnormality diagnosis device that measures the temperature of a rotating body and determines that an abnormality such as burn-in has occurred in the rotating body when the measured temperature rises abnormally. However, in the abnormality diagnosis based on the temperature, it is difficult to detect an abnormality such as a flaw or peeling of the rotating body, and the effect of the abnormality diagnosis device is small.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis apparatus and method for preventing an erroneous diagnosis and performing a more accurate abnormality diagnosis.
[0006]
In order to achieve the above object, an abnormality diagnosis device for diagnosing abnormality of a rotating body according to claim 1 of the present invention comprises: a wave detecting means for detecting a wave generated from the rotating body; Rotation detecting means, a frequency analyzing means for detecting the intensity of the frequency included in the wave, and an abnormality diagnosing means for performing an abnormality diagnosis of the rotating body based on the rotation speed and the intensity of the frequency. It is characterized by the following.
[0007]
According to the abnormality diagnosis device, abnormality diagnosis of the rotating body is performed based on the rotation speed and the intensity of the frequency. Therefore, it is possible to perform a diagnosis according to the number of rotations, so that erroneous diagnosis can be prevented and a highly accurate abnormality diagnosis can be performed.
[0008]
According to the abnormality diagnosis device according to claim 2 of the present invention, the abnormality diagnosis device further includes a temperature detection unit that measures a temperature of the rotating body, and the abnormality diagnosis unit performs the rotation based on the temperature. Diagnose the body for abnormalities. Therefore, the accuracy of the abnormality diagnosis can be further improved.
[0009]
The wave may be sound, vibration or AE generated from the rotating body, and the wave detecting means and the rotating means may be integrally formed.
[0010]
An abnormality diagnosis method for diagnosing an abnormality of a rotating body according to claim 5 of the present invention, comprising: a wave detecting step of detecting a wave generated from the rotating body; a rotation detecting step of detecting a rotation speed of the rotating body; A frequency analysis step of detecting the intensity of a frequency included in the wave; and an abnormality diagnosis step of performing an abnormality diagnosis of the rotating body based on the rotation speed and the intensity of the frequency.
[0011]
According to the abnormality diagnosis method, an abnormality diagnosis of the rotating body is performed based on the rotation speed and the intensity of the frequency. Therefore, it is possible to perform a diagnosis according to the number of rotations, so that erroneous diagnosis can be prevented and a highly accurate abnormality diagnosis can be performed.
[0012]
According to the abnormality diagnosis method of the sixth aspect of the present invention, the method further includes a temperature detecting step of measuring a temperature of the rotating body, and a step of performing abnormality diagnosis of the rotating body based on the temperature. . Therefore, the accuracy of the abnormality diagnosis can be further improved.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an abnormality diagnosis apparatus for a rotating body according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, an example will be described in which an abnormality diagnosis device is applied to a mechanical device in which a rolling bearing is incorporated as a rotating body, and an abnormality of the rolling bearing is diagnosed.
[0014]
FIG. 1 is a diagram illustrating an abnormality diagnosis device 10 according to the present embodiment. The abnormality diagnosis device 10 includes a detection unit 11 disposed on or near the rolling bearing 1, an amplification unit 12 that amplifies the output of the detection unit 11, and a PC unit 13 that performs abnormality diagnosis.
[0015]
The rolling bearing 1 includes an inner ring 2 fitted externally on a shaft, an outer ring 3 radially opposed to the inner ring 2 in a housing or the like, and a roller (not shown) capable of rolling between the inner ring 2 and the outer ring 3 by a retainer (not shown). And the balls 4 arranged. The case where the rolling bearing 1 is damaged, here, the case where the outer ring 3 is damaged will be described as an example.
[0016]
FIG. 2 is a diagram illustrating the detection unit 11. The detection unit 11 has a vibration sensor 111, a rotation sensor 112, and a temperature sensor 113.
[0017]
The vibration sensor 111 is arranged near the rolling bearing 1 and detects vibration generated by a mechanical device in which the rolling bearing 1 is incorporated. Instead of the vibration sensor 111, a wave sensor for detecting a wave such as sound or AE (acoustic emission) may be provided. Also, a plurality of wave sensors may be installed in combination to obtain a plurality of outputs. The vibration signal detected by the vibration sensor 111 is sent to the amplifier 12 as an electric signal.
[0018]
The rotation sensor 112 detects the number of rotations of the inner ring 2 attached to the shaft. As the rotation sensor 112, it is possible to use a magnetic sensor that detects the arrangement of magnets on an encoder, which is a detection target (not shown) attached to the inner ring 2 or the outer ring 3, and a displacement sensor that detects the shape of the encoder. . The rotation speed signal (rotation pulse) detected by the rotation sensor 112 is sent to the PC unit 13 as an electric signal.
[0019]
The temperature sensor 113 is a sensor that is disposed near the rolling bearing 1 and detects the temperature of the rolling bearing 1 or the vicinity thereof. As the temperature sensor 113, a contact temperature sensor such as a thermocouple or a non-contact temperature sensor such as an infrared radiation thermometer can be used. In the case of a non-contact type temperature sensor, the temperature of a rotating member such as the inner ring 2 can be detected. The temperature signal detected by the temperature sensor 113 is sent to the PC unit 13 as an electric signal.
[0020]
Note that the vibration sensor 112, the rotation sensor 112, and the temperature sensor 113 may be housed and integrated in one sensor unit, or may be separately configured. In some cases, the preferred location for mounting each sensor may be different, and in some cases it may be possible to perform accurate detection if each is a separate unit.
[0021]
The amplifying unit 13 is configured by an OP amplifier or the like, and amplifies the intensity of the signal from the sensor unit 111 to a level suitable for processing of the PC unit 13. The amplified signal is output to the PC unit 13.
When the sensor unit 111 has an amplification function, it is not necessary to provide the amplification unit 13. In this case, the output of the sensor unit 111 is sent directly to the PC unit 13.
[0022]
The PC section 13 has a diagnosis section 14 and a monitor 15. Specifically, the PC unit 13 is configured by a personal computer (PC) in which an OS and frequency analysis software are installed. In this case, the processing of the diagnosis unit 14 is performed by frequency analysis software operating on the PC. Of course, a dedicated diagnostic device may be used as the diagnostic unit 14 instead of the software processing by the PC.
The PC unit 13 A / D converts each of the received signals and sends it to the diagnostic unit 14 in the PC unit. Note that a dedicated A / D converter may be provided in a stage preceding the PC unit 13, and A / D conversion may be performed before input to the PC unit 13.
[0023]
FIG. 3 is a diagram illustrating details of the diagnosis unit 14. The diagnosis unit 14 includes a filter unit 141, an envelope unit 142, a frequency conversion unit 143, and a comparison and determination unit 144.
[0024]
The filter unit 141 is a frequency filter that extracts a desired frequency band from the vibration signal output from the amplification unit 13. This desired frequency band can be set according to the expected abnormal peak frequency detected due to the damage of the rolling bearing 1. When the inner ring, the outer ring, the rolling elements, and the cage of the rolling bearing 1 are damaged, the abnormal peak frequency expected to occur is expressed by the following equation.
[0025]
(Equation 1)

[0026]
The filter unit 141 cuts out a frequency band including a frequency satisfying the above relational expression. Here, as an example, a low-pass filter that cuts a frequency component of 1 kHz or more is used. The filter unit 141 sends the signal after the filter processing to the envelope unit 142. The filter section 141 can be omitted as appropriate depending on the characteristics of the signal.
[0027]
The envelope unit 142 performs an envelope process on the signal transmitted from the filter unit 141. The envelope processing is to obtain an output proportional to the envelope of the input vibration waveform. The envelope unit 142 outputs the signal after the envelope processing to the frequency analysis unit 143. Note that the envelope section 142 can be omitted as appropriate depending on the characteristics of the signal.
[0028]
The frequency analysis unit 143 performs frequency conversion on the signal output from the envelope unit 142 using an FFT algorithm or the like, and generates frequency spectrum data. FIGS. 4A and 5A are graphs showing frequency spectrum data generated by the frequency analysis unit 143. FIG. When an abnormality occurs in the outer ring, as shown in FIG. 4A, it can be seen that a periodic spectrum peak resulting from damage to the outer ring is included in the signal component. On the other hand, when no abnormality has occurred, no special peak is found in any frequency band as shown in FIG. The generated frequency spectrum data is output to the comparison determination unit 144.
[0029]
The comparison determination unit 144 determines whether the frequency spectrum data has a peak at a specific frequency due to damage to the rolling bearing 1 or the like, and determines whether damage or the like has occurred.
[0030]
As shown in equations (1) to (4), the expected peak frequency changes depending on the rotation speed. First, the comparison determination unit 144 calculates the current rotation speed based on the rotation speed signal (rotation pulse) sent from the rotation sensor 112 and the shape of the encoder. Then, the comparison determination unit 144 calculates a plurality of peak frequencies expected to occur in real time based on the calculated rotation speed and the expressions (1) to (4).
[0031]
Note that the comparison determination unit 144 may be configured to have in advance a table having an abnormal peak frequency value corresponding to each rotation speed. In this case, it is possible to obtain the abnormality occurrence frequency by referring to the table based on the calculated rotation speed.
[0032]
The comparison determination unit 144 has a predetermined threshold value created based on the level of the frequency spectrum when each part of the rolling bearing is not damaged. The comparison determination unit 144 compares the threshold with the generated frequency spectrum data for the expected peak frequency, and determines that an abnormality has occurred when the level of each frequency band is equal to or higher than the threshold. I do. Then, based on the value of the peak frequency, the abnormality occurrence site is specified.
[0033]
Further, the comparison determination unit 144 calculates the temperature of the rolling bearing or a temperature in the vicinity thereof based on the temperature signal sent from the temperature sensor 113. FIG. 4B and FIG. 5B are diagrams showing the time change of the temperature of the rolling bearing 1 when there is an abnormality and when there is no abnormality, respectively. In FIG. 4B, the temperature hardly depends on time, and is constant around 60 ° C. which is a steady value. On the other hand, in FIG. 5B, the temperature changes with time, and has reached the seizure risk temperature 100 ° C.
[0034]
The comparison determining unit 144 compares the calculated temperature with a predetermined threshold value, and determines whether the temperature is in a normal use temperature range. If the temperature is equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, 100 ° C.), it is determined that seizure or the like has occurred in the rolling bearing 1.
[0035]
Through the above-described processing, the comparison determination unit 144 creates a determination result that is the presence or absence of damage / abnormality and an abnormality diagnosis result for the damaged part. The comparison / determination unit 144 outputs the determination result to the monitor 15.
[0036]
The monitor 15 displays the presence or absence of damage on the screen of the monitor 15 based on the determination result output from the comparison determination unit and, if there is damage, displays the damaged portion. If the user needs confirmation, the frequency spectrum data and the time change of temperature shown in FIG. 4A and FIG. 4B or FIG. 5A and FIG. To be displayed.
[0037]
The user checks the monitor 15 to confirm the determination result obtained based on the wave information such as sound and vibration. When only the vibration sensor 111 detects an abnormality, the monitor 15 displays on the screen FIGS. 4A and 4B together with signals indicating the occurrence of the abnormality and the damaged portion. On the other hand, when only the temperature sensor 112 detects an abnormality, the monitor 15 displays, on the screen, FIGS. 5A and 4B along with signals indicating the occurrence of the abnormality and the damaged portion. The user checks these displays and takes appropriate measures if an abnormality has occurred.
[0038]
As described above, according to the abnormality diagnosis device 10 according to the first embodiment of the present invention, the abnormality occurrence frequency peak is detected in consideration of the rotation speed. Therefore, even when the rotation speed is not constant or the actual rotation speed is unknown due to the influence of torque fluctuation or the like, it is possible to appropriately detect an abnormality and to specify a portion where the abnormality has occurred.
[0039]
In addition, since the rotation speed is detected in real time, it is possible to make an appropriate determination according to the situation at the place. Therefore, the reliability of the abnormality diagnosis is improved.
[0040]
Further, even if one of the vibration sensor 111 and the temperature sensor 113 does not detect an abnormality, the other sensor can detect the abnormality. In particular, even if the temperature sensor is used alone, even if it is difficult to detect the damage due to scratches or peeling, the frequency sensor appropriately detects the abnormality, so that it is possible to detect various abnormalities without overlooking them. Therefore, the reliability of the abnormality diagnosis is improved.
[0041]
In addition, you may make it display on the monitor 15 the current rotation speed or the graph showing the time change of the rotation speed. Thereby, the user can confirm the abnormality of the rotation speed and determine that the abnormality has occurred in the rolling bearing 1.
[0042]
In the above description, the peak level of the spectrum is compared with the threshold value only for a specific frequency band, but after comparing the peak level of the spectrum with the threshold value for all frequency bands, based on the rotation speed, The comparison / determination unit 114 may be configured to specify the abnormality occurrence site.
[0043]
Note that the PC unit 13 may be configured to display an abnormality on the monitor 15 and stop the mechanical device having the rolling bearing 1 in an emergency. In this case, even if the user is not near the mechanical device, it is possible to prevent further damage to the mechanical device.
[0044]
In the above embodiment, a rolling bearing has been described as an example of a rotating body. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to various mechanical devices having a rotating body. For example, the present invention can be applied to a ball screw, a linear guide, various motors, and the like.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the abnormality diagnosis apparatus and method of the present invention, the rotation state is detected together with the wave detection, and the occurrence of the abnormal frequency and the location of the occurrence of the abnormality are specified. Further, temperature detection is performed, and temperature-dependent abnormalities are also detected. Therefore, erroneous diagnosis can be prevented, and more accurate abnormality diagnosis can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an abnormality diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detection unit.
FIG. 3 is a diagram showing details of a diagnosis unit.
FIG. 4A is a graph showing frequency spectrum data generated by a frequency analysis unit, and FIG. 4B is a graph showing time change of temperature.
FIG. 5A is a graph showing frequency spectrum data generated by a frequency analysis unit, and FIG. 5B is a graph showing time change of temperature.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rolling bearing 2 Inner ring 3 Outer ring 4 Ball 10 Abnormality diagnostic device 11 Detecting unit 12 Amplifying unit 13 PC unit 14 Diagnostic unit 15 Monitor

Claims

An abnormality diagnosis device that diagnoses an abnormality of a rotating body,
Wave detection means for detecting a wave generated from the rotating body,
Rotation detection means for detecting the number of rotations of the rotating body,
Frequency analysis means for detecting the intensity of the frequency included in the wave,
Abnormality diagnosis means for performing abnormality diagnosis of the rotating body based on the strength of the rotation speed and the frequency,
An abnormality diagnosis device comprising:

Further comprising a temperature detecting means for measuring the temperature of the rotating body,
The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the abnormality diagnosis unit performs abnormality diagnosis of the rotating body based on the temperature.

The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the wave is a sound, vibration, or AE generated from the rotating body.

The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the wave detection unit and the rotation unit are integrally formed.

An abnormality diagnosis method for diagnosing an abnormality of a rotating body,
A wave detection step of detecting a wave generated from the rotating body,
A rotation detection step of detecting the number of rotations of the rotating body,
Frequency analysis step of detecting the intensity of the frequency included in the wave,
An abnormality diagnosis step of performing an abnormality diagnosis of the rotating body based on the intensity of the rotation speed and the frequency;
An abnormality diagnosis device comprising:

A temperature detection step of measuring the temperature of the rotating body,
Performing an abnormality diagnosis of the rotating body based on the temperature;
The abnormality diagnosis device according to claim 5, further comprising:

The abnormality diagnosis device according to claim 6, wherein the wave is a sound, vibration, or AE generated from the mechanical equipment.