JP2006234785A - Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for mechanical equipment - Google Patents
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Abstract
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或いは摺動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 relates to an abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method for rotating or sliding parts used in mechanical equipment such as a reduction gear, an electric motor, a windmill, a railway vehicle, etc. The present invention relates to an abnormality diagnosis apparatus and an abnormality diagnosis method for a mechanical facility that identifies the abnormal 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1〜3参照。)。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 in which the rotating parts are incorporated have been proposed (see, for example,
また、鉄道車両の車輪の転動面において、ブレーキの誤動作などによる車輪のロックや滑走によるレールとの摩擦・摩耗によって生じるフラットと呼ぶ平坦部の検出方法としても種々提案されている(例えば、特許文献4〜6参照。)。特許文献4では、振動センサや回転測定装置等により鉄道車両車輪、及び列車が通過する線路の欠陥状態を検出する装置について提案している。
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、装置から回転体や摺動部材を取り外す分解作業や、検査済みの回転体や摺動部材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 by the person in charge, the disassembling work for removing the rotating body and the sliding member from the apparatus, and the inspected rotating body and the sliding member being incorporated into the apparatus again. There has been a problem that a large amount of labor is required for the assembly work and 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や摺動部材につけてしまう等、検査自体が回転体や摺動部材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, when reassembling, the inspection itself may cause a defect in the rotating body or the sliding member, such as attaching a dent to the rotating body or the sliding member that was not present before the inspection. 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.
一方、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。
On the other hand, in the abnormality diagnosis method described in
更に、特許文献4に記載の欠陥状態の検出装置では、鉄道車両で異常振動を示す欠陥状態が車輪のフラットによるものか、車軸軸受によるのか、あるいは線路又は他の異常によるものなのかを識別できないという問題がある。 Further, the defect state detection apparatus described in Patent Document 4 cannot identify whether the defect state that shows abnormal vibration in a railway vehicle is due to a flat wheel, an axle bearing, or due to a track or other abnormality. There is a problem.
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、鉄道車両における車輪のフラット等の部品の異常が発生している状態を正確に検出して、その車輪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。
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 a machine equipment abnormality diagnosis device and abnormality that can accurately detect a state in which an abnormality of a part such as a wheel flat in a railway vehicle has occurred and identify the wheel. It is to provide a diagnostic method.
本発明の目的は、下記の構成により達成される。
(1) 回転或いは摺動する少なくとも一つの部品を備えた、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スペクトルに基づき算出した基準値より大きい該スペクトルのピークを抽出し、該ピーク間の周波数と回転速度信号或いは移動速度信号に基づき算出した前記部品の損傷に起因する周波数成分とを比較照合し、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信号処理部と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断装置。
(2) 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)に記載の機械設備の異常診断装置。
(3) 回転或いは摺動する少なくとも一つの部品を備えた、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、
前記電気信号の単位時間当たりの波形が閾値を越えた衝撃波の頻度と、回転速度信号或いは移動速度信号に基づき、前記部品の異常の有無及び異常部位を判定する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断装置。
(4) 前記信号処理部は、前記電気信号の波形をフィルタ処理し、全波整流波形に変換した波形に対して、前記閾値を越えるたびに、前記回転速度信号に応じた所定の時間、前記閾値を越える値に保持するように変換した波形を構成し、該波形が所定の回転数あたりに前記閾値を越える回数によって前記部品に異常を生じた可能性を知らせることを特徴とする請求項3に記載の機械設備の異常診断装置。
(5) 前記信号処理部は、前記閾値を保持するように変換した波形が所定の回転数あたりに前記閾値を越える回数によって前記部品に異常を生じた可能性の真偽を、複数回の統計的判断で判断することを特徴とする請求項4に記載の機械設備の異常診断装置。
(6) 前記信号処理部は、前記部品の回転速度が略一定の場合に実行され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と、前記機械設備の温度を検出するセンサ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)〜(6)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(8) 前記機械設備は、軸受及び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(7)に記載の機械設備の異常診断装置。
(9) 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)〜(8)のいずれかに記載の異常診断装置。
(10) 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)〜(9)のいずれかに記載の異常診断装置。
(11) 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)〜(10)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(12) 前記機械設備は風車用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(10)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(13) 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)〜(10)のいずれかに記載の機械設備の異常診断装置。
(14) 回転或いは摺動する少なくとも一つの部品を備えた、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、
該分析工程で得られたスペクトルに基づき算出した基準値より大きい該スペクトルのピークを抽出し、該ピーク間の周波数と回転速度信号或いは移動速度信号に基づき算出した前記部品の損傷に起因する周波数成分とを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。
(15) 回転或いは摺動する少なくとも一つの部品を備えた、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信号を検出して電気信号として出力する工程と、
前記電気信号の単位時間当たりの波形が閾値を越えた衝撃波の頻度と、回転速度信号或いは移動速度信号に基づき、前記部品の異常の有無を検出する工程と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断方法。
The object of the present invention is achieved by the following constitution.
(1) A machine facility abnormality diagnosis device comprising at least one component that rotates or slides,
At least one detector that outputs a signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
Perform frequency analysis of the waveform of the electrical signal, extract a peak of the spectrum that is larger than a reference value calculated based on the spectrum obtained by the frequency analysis, and based on the frequency between the peaks and the rotational speed signal or the moving speed signal A signal processing unit that compares and compares the calculated frequency component resulting from the damage of the component, and determines the presence / absence and abnormal part of the component based on the comparison result;
An apparatus for diagnosing abnormalities in mechanical equipment, comprising:
(2) The signal processing unit performs at least one of amplification processing and filtering processing on the detected signal, and performs envelope processing on the processed waveform. Abnormality diagnosis device.
(3) An abnormality diagnosis apparatus for mechanical equipment, comprising at least one component that rotates or slides,
At least one detector that outputs a signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
A signal processing unit for determining the presence / absence and abnormality of the component based on the frequency of the shock wave in which the waveform per unit time of the electrical signal exceeds a threshold, and the rotation speed signal or the movement speed signal;
An apparatus for diagnosing abnormalities in mechanical equipment, comprising:
(4) The signal processing unit filters the waveform of the electrical signal and converts the waveform into a full-wave rectified waveform every time the threshold is exceeded, a predetermined time corresponding to the rotation speed signal, 4. A waveform converted to be held at a value exceeding a threshold value is formed, and the possibility that an abnormality has occurred in the component is notified by the number of times that the waveform exceeds the threshold value per predetermined number of revolutions. An abnormality diagnosis device for mechanical equipment as described in 1.
(5) The signal processing unit may determine whether the waveform has been converted to hold the threshold value by exceeding the threshold value per predetermined number of rotations, and whether or not the component has malfunctioned by performing a plurality of statistics. 5. The abnormality diagnosis apparatus for machine equipment according to claim 4, wherein the judgment is performed by manual judgment.
(6) The machine equipment abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the signal processing unit is executed when a rotational speed of the component is substantially constant.
(7) The detection unit includes an integrated sensor in which a sensor for detecting vibration generated from the mechanical equipment and a sensor for detecting the temperature of the mechanical equipment are accommodated in a single casing. The machine equipment abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (6),
(8) The mechanical equipment includes a bearing and a bearing box that fixes the bearing.
The apparatus for diagnosing abnormality of mechanical equipment according to (7), wherein the integrated sensor is fixed to a flat portion of the bearing box.
(9) The abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to (8), further including data transmission means for transmitting a determination result by the signal processing unit.
(10) The abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to (9), further including a microcomputer that performs processing by the signal processing unit and processing for outputting the determination result to a control system.
(11) The machine equipment abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (10), wherein the mechanical equipment is a railway vehicle bearing device.
(12) The machine equipment abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (10), wherein the machine equipment is a wind turbine bearing device.
(13) The machine equipment abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (10), wherein the machine equipment is a machine tool spindle bearing device.
(14) A machine facility abnormality diagnosis method comprising at least one component that rotates or slides,
Detecting a signal generated from the mechanical equipment and outputting it as an electrical signal;
Analyzing the frequency of the waveform of the detected signal;
The peak of the spectrum that is larger than the reference value calculated based on the spectrum obtained in the analysis step is extracted, and the frequency component resulting from the damage of the component calculated based on the frequency between the peaks and the rotation speed signal or the movement speed signal A process of comparing and comparing
Determining the presence / absence and abnormality of the part based on the comparison result in the comparison step;
An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
(15) A machine equipment abnormality diagnosis method comprising at least one component that rotates or slides.
Detecting a signal generated from the mechanical equipment and outputting it as an electrical signal;
Detecting the presence / absence of an abnormality of the component based on the frequency of the shock wave in which the waveform per unit time of the electrical signal exceeds a threshold, and the rotation speed signal or the movement speed signal;
An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
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スペクトルに基づき算出した基準値より大きいスペクトルのピークを抽出し、ピーク間の周波数と回転速度信号に基づき算出した回転或いは摺動する部品の損傷に起因する周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき該部品の異常の有無及び異常部位を判定するので、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 apparatus and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present invention, a peak of a spectrum that is larger than a reference value calculated based on a spectrum obtained by frequency analysis is extracted and calculated based on a frequency between the peaks and a rotation speed signal. When the actual rotation speed cannot be directly captured because the frequency components resulting from damage of the rotating or sliding parts are compared and checked, and the presence / absence and abnormal part of the parts are determined based on the comparison result. In addition, even if the rotational speed data used for the calculation is different from the actual rotational speed, 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、簡単な構成で回転或いは摺動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。 In addition, according to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a mechanical device of the present invention, the presence or absence of abnormality and the part of the abnormality can be determined without disassembling a mechanical device incorporating a rotating or sliding part with a simple configuration. Thus, 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.
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、機械設備から発生する信号から出力された電気信号の単位時間当たりの波形が閾値を越えた衝撃波の頻度と、回転速度信号に基づき、部品の異常の有無及び異常部位を判定するので、鉄道車両における車輪のフラット等の部品の異常が発生している状態を正確に検出して、その車輪を特定することができる。 Further, according to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method of the mechanical device of the present invention, the frequency of the shock wave in which the waveform per unit time of the electrical signal output from the signal generated from the mechanical equipment exceeds the threshold, and the rotation speed signal Therefore, the presence / absence of the abnormality of the part and the abnormal part are determined. Therefore, it is possible to accurately detect the state in which the abnormality of the part such as the flat of the wheel in the railway vehicle is generated and to identify the wheel.
以下、本発明の第1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 a first 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、1例として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。
As an example, 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7参照。)。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AD変換器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、振動分析部56による振動の周波数スペクトルと、この周波数スペクトルから算出される異常診断に用いられる基準値とを比較し、周波数スペクトルから基準値より大きいピーク成分を抽出して、ピーク間の周波数値を算出する。一方で、図4及び図5に示す関係式から、各回転部品の異常時に起因して発生する回転部品の振動発生周波数成分、即ち、軸受の傷成分Sx(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)、歯車の噛み合いに対応する傷成分Sg、車輪等の回転体の摩耗やアンバランス成分Srを求め、この振動発生周波数成分とピーク間の周波数値を比較する。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 the frequency spectrum of vibration by the vibration analysis unit 56 with a reference value used for abnormality diagnosis calculated from the frequency spectrum, and extracts a peak component larger than the reference value from the frequency spectrum, Calculate the frequency value between peaks. On the other hand, from the relational expressions shown in FIG. 4 and FIG. , The rolling element scratch component Sb and the cage component Sc), the scratch component Sg corresponding to the meshing of the gears, the wear or unbalance component Sr of the rotating body such as the wheel, and the frequency value between the vibration generating frequency component and the peak is obtained. Compare. Furthermore, the comparison / determination unit 58 specifies the presence / absence of an abnormality and an abnormal part based on the determination result.
なお、振動発生周波数成分の演算は、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。
In addition, the calculation of the vibration generation frequency component may be performed before this, and when the same diagnosis has been performed before, the data may be stored in the internal
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周波数成分(軸受の傷成分Sx(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)、歯車の噛み合いに対応する傷成分Sg、車輪等の回転体の摩耗やアンバランス成分Sr)を求める(ステップS107)。 Next, from the relational expressions shown in FIG. 4 and FIG. 5, the frequency components (bearing flaw component Sx (inner ring flaw component Si, outer ring flaw component So, The moving body scratch component Sb and the cage component Sc), the scratch component Sg corresponding to the meshing of the gears, the wear and unbalance component Sr) of the rotating body such as the wheel are obtained (step S107).
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S108)。なお、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 S108). The reference value may be an effective value or 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S106で得られた周波数スペクトルから、ステップS108で計算された基準値より大きいピーク成分を抽出し、ピーク間の周波数値を算出する(ステップS109)。そして、ピーク間の周波数値と、ステップS107における回転部品の振動発生周波数成分とを比較し(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, a peak component larger than the reference value calculated in step S108 is extracted from the frequency spectrum obtained in step S106, and a frequency value between peaks is calculated (step S109). Then, the frequency value between the peaks and the vibration component frequency component of the rotating component in step S107 are compared (step S110). If 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 result of the comparison 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スペクトルに基づき算出した基準値より大きいスペクトルのピークを抽出し、ピーク間の周波数と回転速度信号に基づき算出した回転部品の損傷に起因する周波数成分とを比較照合し、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特定するので、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, a peak of a spectrum that is larger than the reference value calculated based on the spectrum obtained by frequency analysis is extracted, and the frequency caused by damage to the rotating component calculated based on the frequency between the peaks and the rotation speed signal. Compared with the component, and the presence or absence and abnormal part of the rotating parts are identified based on the result of the comparison, so when the actual rotational speed cannot be directly captured, the rotational speed data used for the calculation is the actual rotational speed. Even if there is a deviation from the speed, the presence / absence of an abnormality and the identification of an 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 disassembly 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.
(第2実施形態)
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。
(Second Embodiment)
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実施形態のものと同様である。
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 embodiment.
(第3実施形態)
次に、図8〜図10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。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIGS. 8-10, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of a mechanical installation which concern on 3rd Embodiment of this invention are demonstrated in detail.
図8に示すように、一両の鉄道車両100は前後2つの車台によって支持され、各車台には4個の車輪104が取り付けられている。各車輪104の軸受箱には、圧電式加速度センサ等からなる検出部としての振動センサ101が取り付けられ、地面に垂直方向の振動加速度を出力する。
As shown in FIG. 8, one
振動センサ101の出力は車両100の制御盤に設置された信号処理部である異常診断モジュール102により処理される。図9に示すように、異常診断モジュール102は、デジタル処理モジュール105を備えてデジタル処理により異常診断を行うものである。振動センサ101により検出される振動波形は、ローパスフィルタ(LPF)107を介して、AD変換器(ADC)108により離散値に変換され、CPU111に入力される。ここで、車輪104の異常であるフラットより発生する振動の周波数は、1kHzよりも低い周波数帯域にパワーが集中するとともに1kHzよりも高い範囲にも広がる。ローパスフィルタ107は、ノイズ成分が大きい1kHz以上の周波数を減衰させ、S/N比を向上させている。
The output of the
また、エンコーダ等の回転速度センサ106により検出されたパルス信号は、波形整形回路109によってパルス整形され、タイマ・カウンタ(TCNT)110によりパルスカウントを行うことで、回転速度信号がCPU111へ入力され、CPU111は、振動波形と回転速度信号をもとに異常診断を実行する。
Further, the pulse signal detected by the
また、CPU111により診断された診断結果は、伝送手段を構成する通信プロトコルIP112に基づき、例えば、USB等のシリアルインターフェース(SIO)113より、ラインドライバ114を介して通信回線103へ伝送される。従って、本実施形態では、AD変換器108、タイマ・カウンタ110、CPU111、通信プロトコルIP112、シリアルインターフェース113、ラインドライバ114がデジタル処理モジュール105を構成する。
The diagnosis result diagnosed by the
CPU111は、回転速度センサ106により検出された回転速度信号が略一定の所定速度(本実施形態では、185〜370min−1)であるときに、サンプリング周波数fsと、サンプリング数Nsを一定にした波形ブロックデータを処理して、車輪104のフラットの検出を行う。具体的には、fs=2kHz、Ns=2000、とすると、ブロックデータの区間長=1secである。この1秒間にフラットによる振動波形パルスをカウントした回数と、回転速度センサ106で検出した車速から1秒間に車輪104が回転する回数とを比較することでフラットの検出を行っている。
The
車輪104でフラットが発生している状態での振動加速度は大きく、通常の車両の振動で起きる振動加速度の値は、それよりも小さいことが多い。また、レール継ぎ目の振動は、フラットと同等、若しくは、それよりも大きい振動加速度のレベルとなる。さらに、レールのカーブにおけるレールと車輪104の摩擦からくる振動加速度のレベルも、フラットやレール継ぎ目によるものと同等である。
The vibration acceleration in the state where the flatness is generated in the
一方、フラットは1回転で1回の衝撃が起るのに対して、レールの継ぎ目による衝撃の場合は、より長い周期で発生し、レール摩擦による衝撃の場合は、不規則に発生する。そこで、本実施形態では、フラット特有の振動加速度の閾値を越える衝撃(パルス)発生の規則性に着目して、ほぼ一定速度における単位時間あたりの衝撃波回数をカウントし、そのカウント数がほぼ車輪の回転数に一致していれば、フラットが発生している可能性が高い、として異常診断を行う。 On the other hand, a flat impact occurs once per rotation, whereas an impact caused by a rail joint occurs at a longer cycle, and an impact caused by rail friction occurs irregularly. Therefore, in this embodiment, paying attention to the regularity of shock (pulse) generation exceeding the threshold of vibration acceleration peculiar to flat, the number of shock waves per unit time at a substantially constant speed is counted, and the counted number is almost equal to that of the wheel. If it matches the rotational speed, an abnormality diagnosis is performed assuming that there is a high possibility that a flat has occurred.
更に、本実施形態では、車両100に搭載されたセンサ101、106と異常診断モジュール102を用いて、同じ車輪104について繰り返し診断処理を行うアルゴリズムを設計し、パルス数のカウント数のバラツキやノイズの影響等を考慮した、統計的判断手法により異常診断の信頼性を向上させる。
Further, in the present embodiment, an algorithm for repeatedly performing diagnosis processing on the
このような処理を行う機械装置の異常診断方法について、図10のフローチャートを参照して詳細に説明する。 A machine apparatus abnormality diagnosis method that performs such processing will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
まず、振動センサ101によって検出された信号は、AD変換器108によってデジタル信号に変換されるとともに(ステップS200)、回転速度センサ106から回転速度信号が入力される。本実施形態の異常診断は、回転速度が185〜370min−1の間における略一定速度で走行中の区間に実行されるため、データの区間長における回転速度が急な加減速により15%以上変化しているかどうか判断する(ステップS201)。そして、15%以上変化する場合には、内部出力“N”を出力して異常診断は行わない(ステップS202)。
First, a signal detected by the
一方、略一定速度で走行していると判断される場合は、AD変換器108によって変換されたデジタル信号を絶対値化して全波整流波形とし(ステップS203)、閾値を超えたデータをピークホールド処理により一定時間(τ)だけ閾値を超えた値に保持する(ステップS204)。この保持時間(τ)は、車輪の回転速度によって決まり、車輪1回転分よりも短い値にする。この絶対値化して一定時間保持するピークホールド処理は、安定なピーク計測を可能とする。
On the other hand, if it is determined that the vehicle is traveling at a substantially constant speed, the digital signal converted by the
そして、パルスが閾値を越えた回数をイベントカウント処理としてカウントして(ステップS205)、カウント数が車輪の回転数と一致するかどうか判断する(ステップS206)。カウント数が、車輪の回転数と一致していると認められる場合、フラット有りと判定して内部出力“F”(Flat)を出力し(ステップS207)、一致しない場合は、フラット無しと判定して“G”(Good)を外部出力する(ステップS208)。なお、本実施形態では、レール継目の影響を受けることもあるので、(車輪回転数+1)のカウント数も車輪回転数に一致したものとみなす。 Then, the number of times that the pulse has exceeded the threshold is counted as an event count process (step S205), and it is determined whether or not the count number matches the rotation speed of the wheel (step S206). If it is recognized that the count number matches the rotation speed of the wheel, it is determined that there is a flat and the internal output “F” (Flat) is output (step S207). If it does not match, it is determined that there is no flat. "G" (Good) is output to the outside (step S208). In this embodiment, since the rail joint may be affected, it is assumed that the count number of (wheel rotation speed + 1) also matches the wheel rotation speed.
例えば、車輪の回転速度は略一定の185min−1、即ち、毎秒約3回転であって、図11(a)は1秒間の波形で3回の衝撃波が発生している様子を示している。この異常診断では、ピーク保持時間τを30msとし、衝撃波の絶対値が一旦、閾値を越えたら30msの間は、元のデータに係らず、閾値を越える値に保持している。最初に閾値を越えた時点から30msを過ぎたら同じ処理を繰り返し、データが1秒分に達したら変換された波形(閾値保持波形)から閾値を越えた回数をカウントする。図11(a)の波形に対して、絶対値処理とピークホールド処理を行ったものが図11(b)の波形である。 For example, the rotational speed of the wheel is substantially constant 185 min −1 , that is, about 3 revolutions per second, and FIG. 11A shows a state where three shock waves are generated with a waveform of 1 second. In this abnormality diagnosis, the peak holding time τ is set to 30 ms, and once the absolute value of the shock wave exceeds the threshold value, the value exceeding the threshold value is held for 30 ms regardless of the original data. The same processing is repeated when 30 ms have passed since the time when the threshold value was first exceeded, and when the data reaches one second, the number of times the threshold value was exceeded is counted from the converted waveform (threshold holding waveform). The waveform in FIG. 11B is obtained by performing absolute value processing and peak hold processing on the waveform in FIG.
さらに、本実施形態では、信頼性の高い診断結果が得られるように、1秒に1回得られる上記出力を用いて、例えば、次のいずれかの条件に基づく簡単な統計的判断を行う(ステップS209)。
(1)、連続3回の“F”を出力した。
(2)、過去10回の有効データの内、6回以上“F”を出力した。
この(1)、(2)に該当する場合は、確実にフラットを発生している車輪と判断して、最終的に外部出力として“F”を出力し(ステップS210)、(1)、(2)以外の場合は外部出力として“G”を出力する(ステップS211)。
Furthermore, in the present embodiment, in order to obtain a highly reliable diagnosis result, for example, simple statistical determination based on one of the following conditions is performed using the output obtained once per second ( Step S209).
(1) “F” was output three times in succession.
(2) Out of the past 10 valid data, “F” was output 6 times or more.
In the case of corresponding to (1) and (2), it is determined that the wheel is surely flat, and finally "F" is output as an external output (step S210), (1), ( In cases other than 2), "G" is output as an external output (step S211).
なお、フラットを起こしていないのに“F”を出力する場合があるのは、車輪のレール摩擦音などの雑音の影響や、フラットを起こしている車輪から車軸、又はレールを通して正常な車輪に伝播する影響による場合等である。この場合は、フラットを起こしている車輪に比べて“F”を出力する頻度は少ないので、上記(1)、(2)のような複数回の統計処理によって正確な判別が可能である。 Note that “F” may be output even if the flat is not raised, but it is propagated to the normal wheel through the influence of noise such as the rail friction noise of the wheel, or from the flat wheel to the axle or rail. This is the case due to influence. In this case, since the frequency of outputting “F” is less than that of a flat wheel, accurate determination is possible by a plurality of statistical processes such as (1) and (2) above.
また、ステップS210で、外部出力として“F”が出力された場合には、シリアルインターフェース113、ラインドライバ114から通信回線103を通じて異常信号が出力され、警報機等の出力装置から車輪のフラット等の異常発生の警報を行う。
In addition, when “F” is output as an external output in step S210, an abnormality signal is output from the
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、車輪104の軸受箱に取り付けられた振動センサ101による振動加速度の波形と回転速度センサ106による車輪104の回転速度信号から、車輪104がN回転する時間に、低域通過フィルタリングされた単位時間当たりの振動加速度の波形において、あらかじめ設定された閾値を越えたら、回転速度に応じてある時間だけ閾値を越えた状態を保持した波形において、閾値を越えた回数をカウントし、そのカウント回数が車輪の回転数に一致したと認識することによって車輪のフラット発生等の異常発生の警報を行うので、比較的簡単な回路やソフトで、回転部品の異常を正確に特定することができる。
Therefore, according to the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the present embodiment, the
また、本実施形態では、フラットの波形を包絡線検波波形に変換せずに、絶対値化した全波整流波形に基づいて、異常診断が行われるので、演算量が少なく簡単に診断することができる。 Further, in this embodiment, the abnormality diagnosis is performed based on the absolute wave full-wave rectified waveform without converting the flat waveform into the envelope detection waveform. it can.
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ(LPF)107を振動センサ101とAD変換器108との間に挿入したが、センサ内にLPFを内蔵しているタイプでは、このLPF107はLCフィルタ等で簡単に構成することができ、更に、フラット以外の周波数成分を抑える場合には、デジタル処理モジュール105内にディシタルフィルタを設けることもできる。その場合、デジタルフィルタはCPUのソフトとして実現することも可能である。
In this embodiment, the low-pass filter (LPF) 107 is inserted between the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の異常診断装置と異常診断方法について図12を参照して詳細に説明する。第3実施形態では、A/D変換処理後のデシタル信号にビット処理によるピークホールドを行ったのに対して、本実施形態ではA/D変換処理前のアナログ信号段階でピークホールド処理が行われる。なお、第3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。
(Fourth embodiment)
Next, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the third embodiment, peak hold processing by bit processing is performed on the digital signal after A / D conversion processing, whereas in this embodiment, peak hold processing is performed at the analog signal stage before A / D conversion processing. . In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part equivalent to 3rd Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified.
第4実施形態の診断モジュール120は、図12の診断モジュールのブロック図に示すように、振動センサ101とADC108の間に、アナログ処理のエンベロープ回路115を入れた構成である。エンベロープ回路115は、ローパスフィルタ、絶対値回路としての全波整流器117と、アナログ用のピークホールド回路118等により構成されている。
The
従って、本実施形態では、ステップS203及びステップS204の絶対値処理及びピークホールド処理は、A/D変換(ステップS200)前に行われ、デジタル処理部119は、第3実施形態のステップS201、S202、S205〜S211と同様の処理を行い、一定時間内の閾値を越えた回数をカウントして、車輪の回転速度に応じた値であれば、フラットとして警告信号を出力する。
Therefore, in this embodiment, the absolute value processing and peak hold processing in step S203 and step S204 are performed before A / D conversion (step S200), and the
本実施形態では、第3実施形態に比較して、アナログ回路が別途必要になるが、デジタル化した後の処理が簡単になり、ピークホールド回路を入れたAD変換器108におけるA/D変換のサンプリングレートも低く済ませることができる。
In this embodiment, an analog circuit is separately required as compared with the third embodiment, but the processing after digitization is simplified, and the A / D conversion in the
車輪フラットでは、1kHz程度までの帯域を有する衝撃波形であるから、第3実施形態のようにローパスフィルタ107を通過させただけの波形であると、2kHz位のサンプリングレートを取らないと、衝撃加速度のピークが下がってしまうことが懸念されるが、本実施形態のようにAD変換器108の前段のアナログ回路でピークホールド回路118を入れておけば、200Hz程度のサンプリングでも車輪フラットの検出には、十分な速度とすることができる。
The wheel flat has an impact waveform having a band up to about 1 kHz. Therefore, if the waveform is only passed through the low-
この場合のピークホールド回路118の時定数(τ)も、数ms〜数十msの間の車速範囲に合わせて適切に選択される。なお、全波整流回路117によりエンペロープ検波される波形に対しても、AD変換器108の前段にローパスフィルタ107を入れてノイズをカットするのが望ましい。
The time constant (τ) of the
また、本実施形態では、エンベロープ回路115の前段にハイパスフィルタ(HPF)116が設けられている。ハイパスフィルタ116を入れるのは、DC成分とそれにごく近い低周波成分を取り除くためであって、単なるACカップリング・コンデンサでも構わない。このハイパスフィルタ116によってエンベロープ波形のDC成分によるリップルを抑えることができる。
In the present embodiment, a high-pass filter (HPF) 116 is provided before the
また、図13の点線で示すような波形では、リップルの影響により閾値を越える回数のカウントに誤動作を生ずる場合があるが、これを避けるために閾値を立上がりVHと、立ち下がりVLのように閾値の高さを変えておくことが望ましい。本実施形態では、図13のように、立上がり時にVHを横切り、次にVHよりも低く設定したVLを立下がり時に横切ったら、初めて1回のカウントとすれば、点線のような波形においても正確にカウントすることができる。勿論、このような処理はハードでカウントしても等価である。
なお、その他の構成及び作用については第3実施形態のものと同様である。
Further, in the waveform shown by the dotted line in FIG. 13, malfunction may occur in counting the number of times exceeding the threshold due to the influence of ripples. To avoid this, the threshold is increased to V H and falling V L. It is desirable to change the threshold height. In the present embodiment, as shown in FIG. 13, across the V H at the rising edge, then Once across the V L which is set lower than the V H at the fall, if the first one count, dotted waveform as Can be counted accurately. Of course, such processing is equivalent even if counted by hardware.
Other configurations and operations are the same as those of the third embodiment.
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態の異常診断装置と異常診断方法について、図14を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第4実施形態におけるエンベロープ回路をデジタル処理にて置き換えたものである。なお、第4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。
(Fifth embodiment)
Next, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the present embodiment, the envelope circuit in the fourth embodiment is replaced by digital processing. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about a part equivalent to 4th Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified.
第5実施形態の診断モジュール130は、図14に示すように、AD変換器108の後段のデジタル処理部131はDSP等の高速プロセッサで構成され、デジタル・ハイパスフィルタ(HPF)135により低周波成分を除去して、エンベロープ処理回路132のヒルベルト変換フィルタ133による実数部、虚数部の複素信号から、2乗和の平方根の演算を行う振幅復調134により振幅を復調して包絡線波形を得て、更に、デジタルLPF136により残存するノイズをカットして、閾値カウント137により回数カウントを行い、診断部138でフラットの有無の判定を行う。
As shown in FIG. 14, in the
以上のように構成された本実施形態のデジタル処理部131は、DSP等の高速プロセッサを使用して包絡線波形を得るソフトウェアを、診断時間に支障を与えずにリアルタイムに実行することが可能である。前段のハイパスフィルタ135により低周波成分を除去した図15(a)に示す入力波形に対して、エンベロープ処理132により包絡線波形を発生させ、ローパスフィルタ136によりノイズ除去を行った波形が、図15(b)の波形である。このように処理された波形に対して閾値カウント137と診断部138により、第4実施形態と同様にフラット等の判定処理を行う。具体的に、図15(b)に示す波形により、1秒間に3回の衝撃波が発生しているのがわかる。
なお、その他の構成及び作用については第4実施形態のものと同様である。
The
Other configurations and operations are the same as those in the fourth 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或いは摺動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.
The mechanical equipment of the present invention may be anything provided with rotating or sliding parts that are objects of abnormality diagnosis, and includes a railway vehicle bearing device, a windmill bearing device, a machine tool main shaft bearing device, and the like.
例えば、鉄道車両用軸受装置90は、図7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. 7, the railway
また、回転或いは摺動する部品としては、転がり軸受、歯車、車軸、ボールねじ等の回転部品や、リニアガイド、リニアボールベアリング等の摺動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。また、回転部品の損傷に起因する周波数成分を算出するための速度信号としては、回転速度信号が用いられたが、摺動部品の場合の速度信号としては、移動速度信号が用いられる。 The rotating or sliding parts may be rotating parts such as rolling bearings, gears, axles and ball screws, and sliding parts such as linear guides and linear ball bearings. Any part may be used. In addition, a rotational speed signal is used as a speed signal for calculating a frequency component resulting from damage to the rotating part, but a moving speed signal is used as a speed signal in the case of a sliding part.
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、歪み等を含み、これらの信号では、回転或いは摺動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。 Furthermore, the signals detected by the detection unit include sound, vibration, ultrasonic waves (AE), stress, distortion, etc., and these signals are used when there is a defect or abnormality in mechanical equipment including rotating or sliding parts. , 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.
(実施例1)
図16は、外輪軌道面に欠陥をつけた単列深溝軸受を1500min-1で回転させた時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。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。
Example 1
FIG. 16 shows the results 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 is rotated at 1500 min −1 . 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.
図16の結果から、周波数スペクトルには基準値を越えているピーク成分が存在し、そのピーク間の周波数値は、外輪損傷に起因した周波数成分(64.4Hz)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。 From the result of FIG. 16, there is a peak component exceeding the reference value in the frequency spectrum, and the frequency value between the peaks coincides with the frequency component (64.4 Hz) caused by the outer ring damage. It can be diagnosed that the outer ring of the bearing is damaged.
(実施例2)
図17は、正常の単列深溝軸受を1500min-1で回転させた時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。この結果、周波数スペクトルには基準値を越えるピーク成分は存在せず、軸受に異常がないことがわかる。
(Example 2)
FIG. 17 shows the result of frequency analysis after housing the vibration of the housing when a normal single row deep groove bearing is rotated at 1500 min −1 . As a result, it can be seen that there is no peak component exceeding the reference value in the frequency spectrum, and there is no abnormality in the bearing.
(実施例3)
図18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おり、一点鎖線は、回転速度2400min-1に基づく外輪損傷に起因した周波数成分を示している。
(Example 3)
FIG. 18 shows a 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, which is different from the actual rotational speed, and the alternate long and short dash line indicates the frequency component due to the outer ring damage based on the rotational speed 2400 min −1 .
図18に見られるように、実回転速度と診断に用いた回転速度との差異が大きいと発生周波数の高長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わかる。しかしながら、本発明の診断装置及び方法を適用すれば、ピーク間の周波数値を用いて、異常の有無及び部位の特定を行うので、実回転速度とのズレの影響を小さくし、精度の良い診断が行われることがわかる。 As can be seen from FIG. 18, if the difference between the actual rotational speed and the rotational speed used for diagnosis is large, a large shift occurs in the high and long wave components of the generated frequency, which affects the diagnostic accuracy. However, if the diagnostic apparatus and method of the present invention are applied, the presence / absence of abnormality and the location are identified using the frequency value between the peaks, so the influence of deviation from the actual rotational speed is reduced and the diagnosis is accurate. Can be seen.
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
90 鉄道車両用軸受
92 軸受箱
100 鉄道車両
101 振動センサ
102、120、130 異常診断モジュール
103 通信回線
104 車輪
105 デジタル処理モジュール
106 回転速度センサ
107、136 LPF
108 ADC
109 波形整形回路
110 TCNT
111 CPU
112 通信プロトコルIP
113 SIO
114 ラインドライバ
115 エンベロープ回路
116、135 HPF
117 全波整流回路
118 ピークホールド
119、131 デジタル処理部
132 エンベロープ処理
133 ヒルベルト変換
134 振幅復調
137 閾値カウント
138 診断部
10,70
20
108 ADC
109
111 CPU
112 Communication protocol IP
113 SIO
114
117 Full-
Claims (15)
前記機械設備から発生する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スペクトルに基づき算出した基準値より大きい該スペクトルのピークを抽出し、該ピーク間の周波数と回転速度信号或いは移動速度信号に基づき算出した前記部品の損傷に起因する周波数成分とを比較照合し、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信号処理部と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断装置。 An apparatus for diagnosing abnormality of mechanical equipment, comprising at least one component that rotates or slides,
At least one detector that outputs a signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
Perform frequency analysis of the waveform of the electrical signal, extract a peak of the spectrum that is larger than a reference value calculated based on the spectrum obtained by the frequency analysis, and based on the frequency between the peaks and the rotational speed signal or the moving speed signal A signal processing unit that compares and compares the calculated frequency component resulting from the damage of the component, and determines the presence / absence and abnormal part of the component based on the comparison result;
An apparatus for diagnosing abnormalities in mechanical equipment, comprising:
前記機械設備から発生する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、
前記電気信号の単位時間当たりの波形が閾値を越えた衝撃波の頻度と、回転速度信号或いは移動速度信号に基づき、前記部品の異常の有無及び異常部位を判定する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断装置。 An apparatus for diagnosing abnormality of mechanical equipment, comprising at least one component that rotates or slides,
At least one detector that outputs a signal generated from the mechanical equipment as an electrical signal;
A signal processing unit for determining the presence / absence and abnormality of the component based on the frequency of the shock wave in which the waveform per unit time of the electrical signal exceeds a threshold, and the rotation speed signal or the movement speed signal;
An apparatus for diagnosing abnormalities in mechanical equipment, comprising:
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7に記載の機械設備の異常診断装置。 The mechanical equipment includes a bearing and a bearing box that fixes the bearing.
8. The abnormality diagnosis apparatus for machine equipment according to claim 7, 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、
該分析工程で得られたスペクトルに基づき算出した基準値より大きい該スペクトルのピークを抽出し、該ピーク間の周波数と回転速度信号或いは移動速度信号に基づき算出した前記部品の損傷に起因する周波数成分とを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。 A machine equipment abnormality diagnosis method comprising at least one component that rotates or slides,
Detecting a signal generated from the mechanical equipment and outputting it as an electrical signal;
Analyzing the frequency of the waveform of the detected signal;
The peak of the spectrum that is larger than the reference value calculated based on the spectrum obtained in the analysis step is extracted, and the frequency component resulting from damage of the component calculated based on the frequency between the peaks and the rotational speed signal or the moving speed signal A process of comparing and comparing
Determining the presence / absence and abnormality of the part based on the comparison result in the comparison step;
An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
前記機械設備から発生する信号を検出して電気信号として出力する工程と、
前記電気信号の単位時間当たりの波形が閾値を越えた衝撃波の頻度と、回転速度信号或いは移動速度信号に基づき、前記部品の異常の有無を検出する工程と、
を備えたことを特徴とする機械設備の異常診断方法。 A machine equipment abnormality diagnosis method comprising at least one component that rotates or slides,
Detecting a signal generated from the mechanical equipment and outputting it as an electrical signal;
Detecting the presence / absence of abnormality of the component based on the frequency of the shock wave in which the waveform per unit time of the electrical signal exceeds a threshold, and the rotation speed signal or the movement speed signal;
An abnormality diagnosis method for mechanical equipment, comprising:
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