JP2007310611A - System for monitoring and diagnosing equipment using bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、機械,設備に組み込まれた状態にある軸受の寿命状況を、遠隔地で軸受の製造メーカが監視して診断する軸受使用設備機器の監視・診断システムに関する。 The present invention relates to a monitoring / diagnosis system for equipment using bearings, in which a bearing manufacturer monitors and diagnoses the life status of a bearing in a state of being incorporated in a machine or facility at a remote location.
軸受が使用される設備が大型であったり、遠隔地であったり、停止できない機械の場合、大掛かりなメンテナンス作業を定期的に実施することが必要であり、早期の軸受交換もも必要となる。また、急な障害が発生した場合には、大きな損害が発生してしまうため、できるだけ正確に運転状況を把握しておくことが望まれている。 In the case of a machine in which a bearing is used in a large size, a remote place, or a machine that cannot be stopped, it is necessary to regularly perform a large-scale maintenance work, and early replacement of the bearing is also necessary. Further, when a sudden failure occurs, a large damage occurs, so it is desired to grasp the driving situation as accurately as possible.
例えば、製鉄所や製紙工場等では、多数のロールが使用され、これらの支持にロール支持軸受が使用されている。この種のロール支持軸受は、比較的大型の軸受であるため、製鉄所や製紙工場等では、設備管理として軸受の寿命状況の診断を、振動センサ等を用いて工場独自に監視している。監視の結果として得られた寿命状況から、部品交換計画を立て、軸受の製造販売企業に見積もりを依頼をし、在庫や価格、納期を確認して発注を行っている。
他の各種の製造ラインや、運送業における自動車,鉄道の整備工場、各種プラント等でも、上記と同様な監視,診断を行っている。また、自社で診断が行えない場合は、軸受製造販売企業の技術者を現場に呼んで、診断を行わせる場合もある。
For example, many rolls are used in steel mills, paper mills, and the like, and roll support bearings are used to support them. Since this type of roll support bearing is a relatively large bearing, steel mills, paper mills, and the like monitor the life of the bearings as equipment management by using a vibration sensor or the like. Based on the life status obtained as a result of monitoring, a parts replacement plan is made, a request is made to a bearing manufacturer for an estimate, and the order is confirmed after checking the inventory, price, and delivery date.
Monitoring and diagnosis similar to those described above are carried out in other various production lines, automobiles in the transportation industry, railway maintenance factories, various plants, and the like. In addition, when the diagnosis cannot be performed in-house, the engineer of the bearing manufacturing and sales company may be called on site to make the diagnosis.
一方、軸受内部の潤滑剤が劣化すると、転動体の潤滑不良が発生して軸受寿命が短くなることが知られているが、軸受の振動状態などから判断する方法では、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになり、より早い段階での判断基準が望まれている。
しかし、潤滑剤の劣化の進行は、軸受の使用されている負荷状態,回転速度,使用時間など、様々な要因によって左右されるため、潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測するセンサや、その他のセンサを取付けても、その信号だけを見て単独で軸受の状況を判断するのは難しい。
また、軸受の使用されている環境によっては、錆などの劣化が発生しやすい条件の場合もあり、これらの環境条件を検出するセンサも望まれる。
On the other hand, it is known that if the lubricant inside the bearing deteriorates, the rolling element will be lubricated poorly and the life of the bearing will be shortened. Therefore, a criterion for judgment at an earlier stage is desired.
However, since the deterioration of the lubricant depends on various factors such as the load state, rotational speed, and usage time of the bearing, sensors that monitor the lubricant state regularly or in real time, Even if other sensors are installed, it is difficult to judge the bearing status by looking at only the signal.
In addition, depending on the environment in which the bearing is used, there are cases where conditions such as rust are likely to occur, and a sensor that detects these environmental conditions is also desired.
このような要請に応える技術として、以下のような機械部品の監視・診断・販売システム(特許文献1)が提案されている。
この機械部品の監視・診断・販売システムでは、顧客の機械に組み込まれた軸受を中心とする機械部品にセンサを設け、そのセンサ情報を回線で送信する。生産販売企業では、そのセンサ情報を診断手段で診断する。その診断結果に応じて、交換用機械部品の価格,納期情報等の商品情報を含めた診断結果情報を回線に送信する。顧客企業は、その商品情報付きの診断結果情報に対して、合意情報を送信する。
これにより、機械部品の使用企業は、機械部品の正確な診断結果と同時に機械部品の商品情報を入手できて、迅速な発注,納品の確保が図れる。また、機械部品の生産販売企業では、事前受注による在庫削減、適正な生産計画による効率化が図れる。
In this machine part monitoring / diagnosis / sales system, a sensor is provided on a machine part centering on a bearing incorporated in a customer's machine, and the sensor information is transmitted via a line. In the production and sales company, the sensor information is diagnosed by a diagnostic means. In accordance with the diagnosis result, diagnosis result information including product information such as the price of the replacement machine part and delivery date information is transmitted to the line. The customer company transmits the agreement information to the diagnosis result information with the product information.
As a result, companies using machine parts can obtain product information of machine parts at the same time as accurate diagnosis results of machine parts, thereby ensuring quick ordering and delivery. In addition, companies that produce and sell machine parts can reduce inventories through advance orders and improve efficiency through appropriate production planning.
上記特許文献1に開示のシステムでは、センサの検出対象が温度、振動、画像である場合を例示しているが、特に軸受を使用する設備や機械によっては別の現象を検出したい場合がある。しかし、上記特許文献1では、温度、振動、画像以外の現象を検出対象とするセンサを使用して軸受等の機械部品の異常状態を予測・検知する構成については言及されていない。
In the system disclosed in
この発明の目的は、軸受の状態を検出するセンサの一つとして、軸受の潤滑剤の劣化を検出するセンサを用いることにより、軸受の生産販売企業が、遠隔地で顧客企業の軸受の潤滑剤劣化状況を含む寿命状況の監視,診断を行えて、顧客企業には正確な診断、適正な在庫,交換,予算の実現が図れ、生産販売企業が、受注予想を行えて在庫の削減が図れる軸受使用設備機器の監視・診断システムを提供することである。 An object of the present invention is to use a sensor for detecting deterioration of a bearing lubricant as one of the sensors for detecting the state of the bearing, so that a bearing production lubricant can be used by a bearing production and sales company in a remote place. Bearings that can monitor and diagnose the life status including deterioration status, enable accurate diagnosis, appropriate inventory, replacement, and budget for client companies, and allow production and sales companies to forecast orders and reduce inventory It is to provide a monitoring / diagnosis system for equipment used.
この発明の軸受使用設備機器の監視・診断システムは、軸受(4)を使用した設備機器の監視・診断システムであって、顧客企業の設備機器(3)に組み込まれた軸受(4)の状態を検出する一または複数のセンサ(5)と、このセンサ(5)の検出情報をそのまま、または加工して回線(9)に送信するセンサ情報送信手段(10)と、上記軸受(4)を生産販売する企業の事業所(1)に設けられ上記回線(9)で送信されたセンサ情報(s1)を受信するセンサ情報受信手段(13)と、この手段(13)で受信したセンサ情報(s1)を蓄積・分析し、軸受(4)の劣化状態の診断および寿命予測を行う診断手段(14)と、この診断手段(14)の診断結果情報を回線(9)に送信する診断結果情報送信手段(16)と、上記顧客企業の事業所(2)設けられ上記回線(9)に送信された診断結果情報(s5)を受信する診断結果情報受信手段(31)とを備え、上記センサ(5)として、軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサを含むことを特徴とする。
この構成によると、顧客企業の機械(3)に組み込まれた軸受(4)の寿命関係要因がセンサ(5)で検出され、そのセンサ情報(s1)が、回線(9)を介して生産販売企業の診断手段(14)に送られる。この明細書で言う「寿命」とは、適正な使用による自然な寿命による他に、器物衝突等の異常による寿命を含む。診断手段(14)は、受信したセンサ情報(s1)から軸受(4)の寿命状況を診断する。その診断結果情報は、回線(9)を介して顧客企業に送られる。このため、顧客企業の軸受(4)が、遠隔地の製造販売企業の事業所(1)にある診断手段(14)で診断できる。製造販売企業は、その軸受(4)の専門メーカであり、取扱量も多いため、診断機器に高精度のものを用いても無駄がなく、情報量も豊富で、正確な診断が行える。このため、軸受(4)の使用企業には正確な診断、適正な在庫,交換,予算の実現が図れる。また、軸受(4)の生産販売企業は、受注予測が行えて在庫の削減が図れる。
特に、軸受(4)の寿命関係要因を検出するセンサとして、軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサを含むので、温度上昇や振動などの症状が発生する前に、軸受(4)の内部状態劣化を検出することができる。また、そのセンサ情報(s1)を蓄積することによって、潤滑剤の劣化状態と温度上昇や振動などの発生状況を総合分析することができ、より精度の高い寿命予測や劣化検出が可能となる。
また、多数の事例をデータベース化し蓄積するシステムであるので、単独の顧客や事例だけでは予測できない複雑な状況判断を行なうことも可能になる。周囲環境などの付加情報をあわせてデータベースを構築することにより、より詳細に使用条件を分類した上で性能劣化との対応分析を行なうことができ、信頼性をより高めることができる。
The monitoring / diagnosis system for equipment using bearings according to the present invention is a monitoring / diagnosis system for equipment using bearings (4), and the state of the bearing (4) incorporated in the equipment (3) of the customer company. One or a plurality of sensors (5) for detecting the sensor, sensor information transmitting means (10) for transmitting the detection information of the sensor (5) as it is or processing to the line (9), and the bearing (4) Sensor information receiving means (13) for receiving the sensor information (s1) transmitted in the line (9) provided in the business office (1) of the production and sales, and sensor information (13) received by this means (13) s1) is accumulated / analyzed, diagnosis means (14) for diagnosing the deterioration state of the bearing (4) and life prediction, and diagnosis result information for transmitting the diagnosis result information of the diagnosis means (14) to the line (9) Transmission means (16) and the customer A diagnosis result information receiving means (31) for receiving the diagnosis result information (s5) provided in the business establishment (2) and transmitted to the line (9), and the bearing (4) as the sensor (5) It includes a sensor for detecting deterioration of the lubricant.
According to this configuration, the life factor of the bearing (4) incorporated in the machine (3) of the customer company is detected by the sensor (5), and the sensor information (s1) is produced and sold via the line (9). Sent to the company diagnostic means (14). The term “life” as used in this specification includes not only the natural life due to proper use but also the life due to abnormalities such as object collision. The diagnosis means (14) diagnoses the life status of the bearing (4) from the received sensor information (s1). The diagnosis result information is sent to the customer company via the line (9). For this reason, the bearing (4) of the customer company can be diagnosed by the diagnostic means (14) in the office (1) of the remote manufacturing and sales company. The manufacturing and sales company is a specialized manufacturer of the bearing (4) and has a large amount of handling, so even if a high-accuracy diagnostic device is used, there is no waste, the amount of information is abundant, and accurate diagnosis can be performed. For this reason, the company using the bearing (4) can achieve accurate diagnosis, proper inventory, replacement, and budget. In addition, the production and sales company of the bearing (4) can predict orders and reduce inventory.
In particular, the sensor for detecting the life-related factor of the bearing (4) includes a sensor for detecting deterioration of the lubricant in the bearing (4). Can be detected. Also, by accumulating the sensor information (s1), it is possible to comprehensively analyze the deterioration state of the lubricant and the occurrence state of temperature rise, vibration, etc., and more accurate life prediction and deterioration detection are possible.
In addition, since the system stores a large number of cases as a database, it is possible to make a complicated situation judgment that cannot be predicted by a single customer or case alone. By constructing a database together with additional information such as the surrounding environment, it is possible to analyze the correspondence with performance degradation after classifying the usage conditions in more detail, and to further improve the reliability.
この発明において、上記軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサ(5)は、潤滑剤に含まれている摩耗粉の量を光学特性、電気伝導率、誘電率、および透磁率のいずれかの測定によって検出するものであっても良い。 In the present invention, the sensor (5) for detecting the deterioration of the lubricant in the bearing (4) determines the amount of wear powder contained in the lubricant from any of optical characteristics, electrical conductivity, dielectric constant, and magnetic permeability. It may be detected by such measurement.
この発明において、上記軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサ(5)は、潤滑剤に浸入した水分の量を、光学特性、電気伝導率、および誘電率のいずれかの測定によって検出するものであっても良い。また、上記軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサ(5)は、潤滑剤の酸化度合いを誘電率の測定によって検出するものであっても良い。 In the present invention, the sensor (5) for detecting the deterioration of the lubricant of the bearing (4) detects the amount of moisture that has entered the lubricant by measuring any one of optical characteristics, electrical conductivity, and dielectric constant. It may be what you do. Further, the sensor (5) for detecting the deterioration of the lubricant of the bearing (4) may detect the degree of oxidation of the lubricant by measuring the dielectric constant.
この発明において、上記センサ(5)として、上記軸受(4)の潤滑剤の劣化を検出するセンサの他に、塩分・水分などの環境を検出する環境センサと、軸受の振動状態および温度をそれぞれ検出するセンサを設け、上記センサ情報送信手段(10)は、これら各センサの検出信号を送信するものであっても良い。この構成の場合、軸受(4)の使用条件をより詳細に分類した上で、軸受(4)の性能劣化との対応分析を行うことができ、検出結果の信頼性をより高めることができる。 In this invention, as the sensor (5), in addition to the sensor for detecting the deterioration of the lubricant in the bearing (4), an environmental sensor for detecting the environment such as salinity and moisture, and the vibration state and temperature of the bearing, respectively. Sensors for detection may be provided, and the sensor information transmitting means (10) may transmit detection signals of these sensors. In the case of this configuration, the usage conditions of the bearing (4) can be classified in more detail, and then a correspondence analysis with the performance deterioration of the bearing (4) can be performed, and the reliability of the detection result can be further increased.
この発明の軸受使用設備機器の監視・診断システムは、軸受を使用した設備機器の監視・診断システムであって、顧客企業の設備機器に組み込まれた軸受の状態を検出する一または複数のセンサと、このセンサの検出情報をそのまま、または加工して回線に送信するセンサ情報送信手段と、上記軸受を生産販売する企業の事業所に設けられ上記回線で送信されたセンサ情報を受信するセンサ情報受信手段と、この手段で受信したセンサ情報を蓄積・分析し、軸受の劣化状態の診断および寿命予測を行う診断手段と、この診断手段の診断結果情報を回線に送信する診断結果情報送信手段と、上記顧客企業の事業所および生産販売する企業の事業所にそれぞれ設けられ上記回線に送信された診断結果情報を受信する診断結果情報受信手段とを備え、上記センサとして、軸受の潤滑剤の劣化を検出するセンサを含むこととしたため、軸受の生産販売企業が、遠隔地で顧客企業の軸受の潤滑剤劣化状況を含む寿命状況の監視,診断を行えて、顧客企業には正確な診断、適正な在庫,交換,予算の実現が図れ、生産販売企業が、受注予想を行えて在庫の削減が図れる。 A monitoring / diagnosis system for equipment using bearings according to the present invention is a monitoring / diagnosis system for equipment using bearings, and includes one or a plurality of sensors for detecting the state of a bearing incorporated in the equipment of a customer company. Sensor information transmitting means for transmitting the sensor detection information as it is or processing to the line, and sensor information reception for receiving the sensor information transmitted in the line provided in the business office of the company that produces and sells the bearing Means, storing and analyzing sensor information received by the means, diagnosing means for diagnosing the deterioration state of the bearing and predicting the life, and diagnosing result information transmitting means for transmitting the diagnosing result information of the diagnosing means to the line, Diagnostic result information receiving means for receiving the diagnostic result information transmitted to the line, provided at each of the customer company's office and the production / sales company's office; Since the sensor includes a sensor that detects the deterioration of the bearing lubricant, the bearing production and sales company can monitor and diagnose the life status of the customer company including the bearing lubricant deterioration condition at a remote location. The client company can achieve accurate diagnosis, proper inventory, exchange, and budget, and the production and sales company can forecast orders and reduce inventory.
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図1〜図3は、この軸受使用設備機器の監視・診断システムを示す。このうち、図1は大概念を示し、図2は事業部門間の情報流れを主に示す中概念の説明図である。図3はこの発明のより詳しい概念構成を示すブロック図である。
図3に示すように、この監視・診断システムは、軸受の生産販売企業の事業所1において、その顧客企業の事業所2にある機械3の軸受4について、監視・診断を行い、診断結果情報に商品情報を付けて顧客企業の事業所2に送るシステムである。監視,診断の対象となる各軸受4に対しては、1つまたは複数種類のセンサ5を設ける。センサ5は、軸受4の寿命関係要因を検出するセンサであり、例えば潤滑剤劣化検出センサや、塩分・水分などの環境を検出する環境センサ(水分センサあるは塩分センサ)、振動センサ、温度センサ等が挙げられる。この場合、複数種類のセンサ5の中には、必ず潤滑剤劣化検出センサを含めるものとする。軸受4の設置された環境が湿気や塩分の多い状態である場合には、軸受4が腐食されやすく劣化の進行速度が速くなるため、潤滑剤劣化検出センサ以外のセンサ5として、水分センサ,塩分センサなどの環境センサを設けるのが望ましい。これにより、軸受4の置かれた周囲環境をモニタできる。
潤滑剤劣化検出センサ以外のセンサ5としては、この他に、軸受4を撮像する撮像素子であっても良く、また回転センサ、速度センサ、予圧検出センサ等であっても良い。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show this monitoring / diagnosis system for equipment using bearings. Among these, FIG. 1 shows a large concept, and FIG. 2 is an explanatory view of a medium concept mainly showing information flow between business divisions. FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed conceptual configuration of the present invention.
As shown in FIG. 3, this monitoring / diagnosis system monitors and diagnoses the bearing 4 of the
In addition to this, the
監視,診断対象となる軸受4は、例えば転がり軸受である。機械3は、上記軸受4を用いたもの、特に複数の軸受4を用いたものであり、例えば鉄鋼設備や製紙機械、その他に航空機,鉄道,自動車や、その生産ライン、整備ラインであっても良く、また発電プラント等の各種プラントであっても良い。ここで言う機械3は、単独の機械であっても、複数の機械が集まった生産,整備設備の全体であっても良い。機械3がロール軸等の複数の軸6を用いたものであって、軸受4が各軸6を支持するものであってもよい。
The
具体例を挙げると、機械3が製紙機械である場合、図9に示すように各工程の機械に多数のロール7が用いられており、これらのロール7のロール軸6(図10)の両端を支持する軸受4が、監視,診断対象となる。この軸受4は、内外輪4a,4bの間に転動体4cを有する軸受である。センサ5は、図10の例では、軸受4を設置したハウジング8に設置されている。
As a specific example, when the
図11は監視対象となる軸受4が、鉄道車両用軸受ユニットに用いられたセンサ付き軸受である場合の断面図を示す。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、センサ付き軸受4とその内輪64の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り62および後ろ蓋63とで構成される。軸受4は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ66,66に対して設けた分割型の内輪64,64と、一体型の外輪65と、前記ころ66,66と、保持器67とを備える。
後ろ蓋63は、車軸70に軸受4よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール68を摺接させたものである。油切り62は、車軸70に取付けられて外周にオイルシール69を摺接させたものである。これら軸受4の両端部に配置される両オイルシール68,69により軸受4の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
FIG. 11 shows a cross-sectional view when the
The
センサ5は潤滑剤劣化検出センサであって、オイルシール69の内側面に取付けられて保持器67の端面付近に配置される。センサ5の配線ケーブル54は、オイルシール69のシールケース56に設けられた挿通孔を挿通して軸受外に引き出される。この配線ケーブル54を通じて、軸受外からセンサ5への電源供給と軸受外への検出信号の取り出しが行われる。センサ87は軸受4の内部温度あるいは振動状態を検出する温度センサあるいは振動センサであって、軸受4の外輪65の中央部の内径面に取付けられる。センサ5Aの配線ケーブル55は、外輪65に設けられた挿通孔を挿通して軸受外に引き出される。この配線ケーブル55を通じて、軸受外からセンサ5Aへの電源供給と軸受外への検出信号の取り出しが行われる。前記各回線ケーブル54,55の挿通部には防水・防油処理が施され、これによりセンサ5,87の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が浸入するのを防止している。
The
図3において、顧客企業の事業所2には、センサ5で検出した情報(生データ)またはこの情報を加工した情報であるセンサ情報s1を回線9に送信するセンサ情報送信手段10が設けられてる。回線9は、電話回線網等の公衆回線であっても、専用回線であっても良い。
センサ情報送信手段10は、複数の軸受4に対して設けられた各センサ5の検出情報を収集する情報収集部11と、この情報収集部11で収集した情報を上記センサ情報s1として回線9に送信する情報送信部12とを有する。
センサ情報送信手段10は、センサ5の検出情報を回線9に送れる手段であれば良く、所定の機能に限定された電子機器であっても、パーソナルコンピュータ等のコンピュータやその他の汎用の情報処理機器であっても良い。また、センサ情報送信手段10は、単独の機器に限らず、複数の機器が接続されたものであっても良い。センサ情報送信手段10が情報収集部11と情報送信部12とを有するものである場合、例えば情報収集部11に電子機器であるデータ収集器を用い、情報送信部12に別の電子機器であるコントローラを用いても良い。センサ情報送信手段10は、センサ5から得たセンサ情報s1を記憶する記憶手段を有するものとすることが好ましい。この記憶手段は、情報収集部11と情報送信部12のいずれに設けても良く、またこれらと別個に設けても良い。
センサ5からセンサ情報送信手段10に送る情報、およびセンサ情報送信手段10から回線9に送信するセンサ情報s1は、定められた規格、例えば生産販売企業1で定めた規格に沿った形式とすることが好ましい。
In FIG. 3, the customer company's
The sensor information transmission means 10 includes an information collection unit 11 that collects detection information of each
The sensor information transmitting means 10 may be any means as long as it can send the detection information of the
The information sent from the
生産販売企業の事業所1には、回線9に送信されたセンサ情報s1を受信するセンサ情報受信手段13と、この手段13で受信したセンサ情報s1から軸受4の寿命状況を診断する診断手段14とを設ける。また、その診断結果情報s2に応じて商品情報を診断結果情報s2に付加する商品情報付加手段15と、その商品情報の付加された診断結果情報s5を回線9に送信する診断結果情報送信手段16を設ける。
生産販売企業の事業所1は、まとめて一つの事業所と称しているが、複数の事業所の集まりであっても良い。ここでは、技術・研究部門の事業所1Aと、営業・生産部門の事業所1Bに分けて説明する。なお、営業・生産部門の事業所1Bは、具体的には、営業部門の事業所と生産部門の事業所である工場とに分かれており、また営業部門の事業所は複数設けられる。
センサ情報受信手段13および診断手段14は、生産販売企業の事業所1における技術・研究部門の事業所1Aに設けられ、商品情報付加手段15と診断結果情報送信手段16は営業・生産部門の事業所1Bに設けられる。営業・生産部門の事業所1Bには、さらに受注処理手段24、決裁手段27、および診断結果利用生産計画支援手段28が設けられる。
The
The
The sensor information receiving means 13 and the diagnosis means 14 are provided in the technical /
センサ情報受信手段13は、顧客企業の事業所2におけるセンサ情報送信手段10から回線9を介してセンサ情報s1を受信できる手段であり、回線9から受信される情報を、どの顧客企業の事業所2から送信された情報であるかを区別して受信できる手段である。つまり、センサ情報受信手段13は、情報管理インターフェースとして機能する。センサ情報受信手段13は、コンピュータ等の通信機能を備えた汎用の情報処理機器であっても、また専用の電子機器であっても良い。また、センサ情報受信手段13は、受信したセンサ情報s1を記憶するセンサ情報記憶手段(図示せず)を有するものが好ましい。
The sensor information receiving means 13 is means for receiving the sensor information s1 from the sensor information transmitting means 10 in the
センサ情報送信手段10とセンサ情報受信手段13との情報送受は、各種の形態が採用できる。例えば図6(A)〜(C)にそれぞれ示す形態が採用できる。同図(A)の例は、センサ情報s1を常時送信する形態である。常時送信は、1日24時間の全ての時間中に送信する形態であっても、顧客企業の事業所2または生産販売企業の事業所1の稼働時間中のみ常時送信する形態であっても良い。常時送信の場合、常にリアルタイムで診断手段14による診断が可能である。
同図(B)は定期送信する形態を示す。この場合、センサ情報送信手段10に設けられた送信時設定手段17で設定された時刻にセンサ情報s1を送信する。定期送信の間隔は、例えば、1日の所定時に1回というように、時刻や機械稼働時期に合わせて設定しても、また1時間置き等のように送信間隔時間を定めておいても良い。定期送信の場合、設定された送信時の他に、所定の機械異常時にもセンサ情報s1を送信するようにすることが好ましい。所定の機械異常時は、例えば、軸受4の用いられた機械3が緊急停止したような場合であり、機械3の制御機器の発生する異常信号により機械異常時がセンサ情報送信手段10で認識できる。
同図(C)は、送信要求に応答してセンサ情報s1を送信する形態を示す。センサ情報送信手段10およびセンサ情報受信手段13は、双方向通信が可能なものとする。この例では、センサ情報受信手段13から送信要求を送って回線9を接続状態とし、センサ情報送信手段10からセンサ情報s1を送信させる。この場合、センサ情報送信手段10には、センサ5から得られる情報を圧縮データに加工する圧縮データ生成手段18を設け、圧縮データとしてセンサ情報s1を送信する。
Various forms of information transmission / reception between the sensor
FIG. 5B shows a form for periodic transmission. In this case, the sensor information s1 is transmitted at the time set by the transmission
FIG. 3C shows a form in which sensor information s1 is transmitted in response to a transmission request. The sensor
図3において、診断手段14は、センサ情報受信手段13で受信したセンサ情報s1から軸受4の寿命状況を診断する手段である。診断手段14は、診断結果情報として、軸受4が正常に使用可能か否かの判定結果と、使用可能である場合の使用可能期間の判定結果とを含むものであることが好ましい。
診断手段14は、データベース19に登録された軸受4の機種別仕様の情報を診断に利用するものとしてある。診断手段14は、さらにデータベース19に登録された診断事例の情報を診断に利用するものとしてある。データベース19において、診断事例は軸受4の機種別に登録されている。このように、常時、例えば定期的にデータベース19に多数の診断事例の情報をベース化して登録することにより、さらには軸受状況のフィードバックも継続する構成とすることで、データベース19が徐々に進化し、診断結果の信頼性が次第に高められ、単独の顧客企業や事例だけの情報では予測できない複雑な状況判断を正確に行うことができる。機種別の軸受の仕様情報と診断事例とは、同じデータベース19に登録するものとして図示してあるが、別個に設けたデータベースに登録しても良い。
診断手段14は、さらにデータベース20に登録された軸受4の使用環境情報を診断に用いるものとしても、顧客情報を診断に用いるものとしても良い。使用環境情報は、例えば軸受4がどのような回転速度,負荷,使用頻度等の運転条件で用いられるか、またどのような塵埃等の周辺環境で用いられか等の情報である。顧客情報は、顧客企業に特有の情報であり、例えば診断に際する基準値の要望等がある場合に、その要望の情報である。
In FIG. 3, the diagnostic means 14 is a means for diagnosing the life status of the
The diagnosis means 14 uses information on the model-specific specifications of the
The
診断手段14は、センサ情報s1が入力されることで、少なくとも軸受4が正常に使用可能か否かの判定を自動的に行う判定器21と、この判定器21による判定結果に対して、人による診断結果を付加し、または人による診断結果で修正を行う人為診断部22とを備えている。判定器21は、正常に使用可能か否かの判定結果に加えて、使用可能である場合の使用可能期間の判定結果を出力するものであることが好ましい。
判定器21は、判定専用の電子機器であっても良く、また汎用のコンピュータであっても良い。人為診断部22は、人為診断が可能なように、センサ情報s1に応じた振動波形等の情報を、人の目や耳で認識可能なように表示する手段と、人が診断結果の追加または修正の入力を施すことを可能とした手段であり、コンピュータ等で構成される。追加の診断結果は、例えば、判定器21では判定結果として現れないが、作業者によっては診断できる内容であり、コメント等として診断結果に追加しても良い。
The diagnosis means 14 receives the sensor information s1 and automatically determines whether or not at least the
The
判定器21は、例えばセンサ情報s1が振動情報である場合、波形分析器や周波数分析器が用いられる。センサ情報s1が温度情報である場合、設定値と比較する手段等とされる。判定器21は、振動情報と温度情報等の複数種類のセンサ情報s1の分析した結果を総合的に判定する手段としても良い。
判定器21で用いる判定基準には、判定器21に設定された基準値であっても良く、またデータベース19に登録された判定基準であっても良い。
For example, when the sensor information s1 is vibration information, a waveform analyzer or a frequency analyzer is used as the
The criterion used in the
図32は、判定器21による波形分析例の説明図である。同図(A)に示す欠陥信号を含むセンサ情報s1は、同図(B)に示す主信号と、同図(C)に示す欠陥信号とに分けられる。この欠陥信号から、寿命判定が行われる。
FIG. 32 is an explanatory diagram of an example of waveform analysis by the
診断手段14によって、現在、どの軸受4の診断を行っているかは、例えば次のいずれかの方法が採用できる。
・センサ情報s1に付随して送信される軸受4の機種情報を用いる。
この場合に、どの顧客企業の事業所2のどの機械3のどの位置の機械部品4であるかを識別する情報を付加しておくことで、診断手段14によって、個々の軸受4の認識が行える。
・診断手段14またはセンサ情報受信手段13に、いまから診断し、または今から受信するセンサ情報s1がどの機種であるかの管理機能を与えておき、診断手段14に入力されるセンサ情報s1を選択する。この場合に、診断手段14またはセンサ情報受信手段13に設ける管理機能は、どの顧客企業の事業所2のどの機械3のどの位置の軸受4であるかまでを管理するものとしても良い。
For example, one of the following methods can be adopted as to which
The model information of the
In this case, it is possible to recognize the
A management function as to which model the sensor information s1 to be diagnosed or received from now on is given to the diagnostic means 14 or the sensor information receiving means 13, and the sensor information s1 input to the diagnostic means 14 is given select. In this case, the management function provided in the
商品情報付加手段15は、診断手段14の診断結果情報に応じて診断対象の軸受4に関する商品情報を生成し、かつこの商品情報を診断結果情報に付加する手段である。付加する商品情報は価格情報および納期情報を含むものとする。商品情報付加手段15は、データベース23に登録された機種別の在庫情報(在庫の個数、在庫場所を含む)、価格情報、および納期情報が登録されたものである。データベース23は、生産計画情報を含むものであることが好ましく、商品情報付加手段15は、在庫がない場合は、生産計画情報に含まれる納期情報から、商品情報として付加する納期情報を設定する。
商品情報付加手段15は、付加する商品情報を、発注意思の伺い情報を含む見積もり情報としても良い。
なお、軸受4が交換でなくて補修で済むような場合に、補修で済むという診断結果情報が診断手段14から商品情報付加手段15に与えられたときは、商品情報付加手段15は、データベース23に登録された補修情報を商品情報として付加する。
The merchandise
The merchandise information adding means 15 may use the merchandise information to be added as estimation information including ordering inquiry information.
When the diagnosis result information indicating that the
商品情報付加手段15で生成された商品情報付加の診断結果情報は、診断結果情報送信手段16から回線9に送られる。
営業・生産部門の事業所1Bに設けられた診断結果情報送信手段16は、商品情報の付加された診断結果情報を送信するものであるが、これとは別に、技術・研究部門の事業所1Aに診断結果情報送信手段(図示せず)を設けておき、診断手段14の診断結果情報を、そのまま回線9で顧客企業に送信するようにしても良い。
The diagnosis result information for adding product information generated by the product
The diagnosis result information transmitting means 16 provided in the business /
顧客企業の事業所2には、施設管理部30等に診断結果情報受信手段31が設けられ、生産販売企業の診断結果情報送信手段24から回線9に送られた商品情報付加・診断結果情報を受信する。この診断結果情報受信手段31は、発注処理部32を有していて、受信した診断結果情報s5の商品情報に含まれる見積もり情報に対して、合意情報s6を回線9に出力可能とされる。合意情報s6は、受注処理手段24で受信される。受注処理手段24は、合意情報s6の発注内容に応じて、商品保管部25に納品の手配情報を送信する。商品保管部25は、工場や、流通経路の倉庫、代理店の倉庫等である。商品保管部25は、受信した手配情報に応じて、商品である軸受4を顧客企業の事業所2にトラック等で納品する。
納品の後、顧客企業と生産販売企業の決裁手段27の間で決裁が行われる。この決裁は、電子情報による決裁であっても良い。また、銀行等の外部決裁機関29を介して決裁を行っても良い。
The
After delivery, a decision is made between the decision-making means 27 of the customer company and the production / sales company. This decision may be a decision based on electronic information. In addition, approval may be made through an
診断結果利用生産計画支援手段28は、生産部門(生産管理部門)に設けられて、診断手段14の診断結果情報を統計的に加工した機種別の需要予測情報を生成する手段である。 The diagnosis result utilization production plan support means 28 is a means that is provided in the production department (production management department) and generates demand forecast information for each model obtained by statistically processing the diagnosis result information of the diagnosis means 14.
図4は、顧客企業の事業所2が複数ある場合の生産販売企業の事業所1との関係を示す。顧客企業の事業所2と生産販売企業の事業所1とは、一般的には同図のように多対1とされ、または多対多となる。
FIG. 4 shows the relationship with the production /
図5は、この軸受使用設備機器の監視・診断システムのハードウェア構成例を示す。生産販売企業の技術・研究部門の事業所1Aは、判定器21と、複数のコンピュータ52,53と、データベース19,20とがローカルエリアネットワークを構成しており、回線9に対して、ターミナルアダプタ33,ルータ34およびハブ35を介して接続され、ウェブサーバ36で管理される。データベース19,20は、コンピュータ37と大容量記憶手段38とで構成される。上記ルータ34,ハブ35,ウェブサーバ36等で図3のセンサ情報受信手段13が構成される。また、診断手段14は、コンピュータ52等で構成される。
生産販売企業の営業・生産部門の事業所1Bにおける主となる営業部門は、複数のコンピュータ39,40とデータベース23等でローカルエリアネットワークを構成し、回線9に対して、ターミナルアダプタ41,ルータ42およびハブ43を介して接続され、ウェブサーバ44で管理される。上記コンピュータ39,40で、図3の商品情報付加手段15、診断結果情報送信手段16、受注処理手段24、および決裁手段27が構成される。
FIG. 5 shows a hardware configuration example of the monitoring / diagnosis system for the equipment using bearings. In the
The main sales department in the
顧客企業の事業所2の一つは、複数のコンピュータ46とセンサ情報送信手段10となるコントローラ等でローカルエリアネットワークを構成し、回線9に対して、ターミナルアダプタ47,ルータ48およびハブ49を介して接続され、ウェブサーバ50で管理される。コンピュータ46で診断結果情報受信手段31が構成される。
顧客企業の事業所2の他の一つは、センサ情報送信手段10となるコントローラが直接に回線9に接続され、また回線9に直接に接続されたコンピュータ51で診断結果情報受信手段31が構成される。
One of the
The other one of the
この実施形態における処理の流れを、図3,図7と共に説明する。顧客企業の軸受4を監視するセンサ5の検出情報は、センサ情報送信手段10によって、センサ情報s1として回線9に送信される(図7(A))。このセンサ情報s1には、部品機種および部品使用箇所等の部品特定データが含まれている。
このセンサ情報s1は、生産販売企業1のセンサ情報受信手段13で受信されて、診断手段14で診断される。診断には、データベース19,20の登録情報が利用される。その診断結果情報s2(図7(B)は、部品特定情報と共に、使用可または使用不可の区別と共に、使用可である場合の使用可能期間とが含まれ、必要な場合には、人為診断情報が付加される。
この診断結果情報s2に対して、商品情報付加手段15によって、データベース23を参照して、商品情報s3が付加され、かつ発注伺い情報s4が付加される。商品情報s3は、価格情報および納期情報を含む。発注伺い情報s4は、発注か保留かの意思確認の入力を促す情報と、希望納期を伺う情報とを含む。
この診断結果情報s2,商品情報s3,および発注伺い情報s4が付加された情報である商品情報付加・診断結果情報s5は、診断結果情報送信手段16で回線9に送信される。
The processing flow in this embodiment will be described with reference to FIGS. Detection information of the
This sensor information s1 is received by the sensor information receiving means 13 of the production and
The product
The product information addition / diagnosis result information s5, to which the diagnosis result information s2, the product information s3, and the order inquiry information s4 are added, is transmitted to the
顧客企業では、診断結果情報受信手段31で商品情報付加・診断結果情報s5を受信し、この情報s5を検討して、発注処理部32で合意情報s6を回線9に送信する。合意情報s6は、発注情報であり、発注の意思を伝える情報と、希望納期の情報とを含む。
この合意情報s6は、受注処理手段24で受信されて受注処理され、上記のように納品および決裁が行われる。
At the customer company, the product information addition / diagnosis result information s5 is received by the diagnosis result information receiving means 31, the information s5 is examined, and the agreement processing unit 32 transmits the agreement information s6 to the
The agreement information s6 is received and processed by the order receiving
上記の説明は、軸受4の1個についての商品情報付加・診断結果情報s5として説明したが、一般には商品情報付加・診断結果情報s5は、図8に例示するように、複数の軸受についてのテーブルまたはリストからなる商品情報付加・診断結果情報群として、診断結果情報送信手段16から送信される。また、合意情報s6は、1群の商品情報付加・診断結果情報群に対して、発注意思情報および希望納期情報を付加して返信するようにしても良く、また複数の商品情報付加・診断結果情報群に対して、顧客企業で編集し直して返信しても良い。
さらに、この発明において、常時は診断結果情報送信手段は商品情報を付加せずに診断結果情報を回線に送信し、商品情報を含む見積もり情報を、何日分か纏めて送信するものとしても良い。
Although the above description has been described as product information addition / diagnosis result information s5 for one of the
Further, in the present invention, the diagnosis result information transmitting means may always transmit the diagnosis result information to the line without adding the product information, and transmit the estimated information including the product information for several days. .
この発明の軸受使用設備機器の監視・診断システムによると、このように顧客企業が、軸受4の正確な診断結果と同時に軸受4の商品情報を現地で入手できて、迅速な発注,納品の確保が図れ、また軸受4の監視,診断の費用が軽減できる。軸受4の生産販売企業は、事前受注による在庫削減、適正な生産計画による効率化が図れる。
軸受4の寿命関係要因を検出するセンサ5として、軸受4の潤滑剤の劣化を検出するセンサを含むので、温度上昇や振動などの症状が発生する前に、軸受4の内部状態劣化を検出することができる。また、そのセンサ情報s1を蓄積することによって、潤滑剤の劣化状態と温度上昇や振動などの発生状況を総合分析することができ、より精度の高い寿命予測や劣化検出が可能となる。
ここで、判断の基準となるのはメーカ側、つまり生産販売企業側に蓄積されているデータベース19,20である。課題に述べたように、寿命診断には様々な要因が作用するため、多数のセンサ信号と、その時間経過を蓄積し、それらを総合的に利用した判断が必要になる。この判断は、様々な顧客で使用されている機械3からのデータに基づいて実施されるものであり、メーカのデータベース19,20と判定基準が必要である。
常時、定期的にデータが収集されるとともに、状況のフィードバックも継続する構成にすることでデータベース19,20が徐々に進化し、診断結果の信頼性が次第に高められて、顧客の設備に要求される正確な判断が可能になる。
集められたデータベース19,20、判断基準を、個々の顧客の設備に落とし込み、その設備に固有の監視方法・診断基準にしていくこともできる。また、各種センサ信号の最もよい組合せ方法などを、顧客の使用状況に応じて提案することも可能になり、製品の信頼性を高めることができる。
According to the monitoring / diagnosis system for equipment using bearings of the present invention, the customer company can obtain the product information of the
Since the
Here, the judgment criteria are the
The collected
図12は、前記潤滑剤劣化検出センサ5の一例の原理構成図を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、検出対象となる潤滑剤102にそれぞれ一端103a,104aを対向させる発光側および受光側の光ファイバー103,104と、これら発光側および受光側の光ファイバー103,104の他端103b,104bにそれぞれ接続された発光部105および受光部106と、この受光部106の検出出力により前記潤滑剤102の劣化を検出する判定手段107とを備える。検出対象となる潤滑剤102は、前記軸受4の内部に封入された潤滑剤である。発光側および受光側の光ファイバー103,104の潤滑剤102に対向させる一端103a,104aは、潤滑剤102を挟んで互いに対向するように配置される。
FIG. 12 shows a principle configuration diagram of an example of the lubricant
図13は、上記潤滑剤劣化検出センサ5の一構成例を示す。発光部105はLEDなどの発光素子からなり、この発光素子の発光面に発光側の光ファイバー103の他端103bが対向配置される。受光部106はフォトダイオードなどの受光素子からなり、この受光素子の受光面に受光側の光ファイバー104の他端104bが対向配置される。さらに、発光側および受光側の光ファイバー103,104の各端部103a,103b,104a,104bには集光用のレンズ111A〜111Dが配置される。なお、レンズは、例えば両光ファイバー103,104のうち一方の光ファイバーの一端だけに設けても良い。発光部105、受光部106、および判定手段107となる回路は、同一の回路基板108に搭載される。判定手段107の検出信号は配線ケーブル109から出力される。
FIG. 13 shows a configuration example of the lubricant
この潤滑剤劣化検出センサ5では、潤滑剤102にそれぞれ対向配置される発光側および受光側の光ファイバー103,104の各一端103a,104aと、集光用レンズ111B,111Cとが検出部100となり、この検出部100を除く部分、つまり両光ファイバー103,104の他端103b,104b、集光用レンズ111A,111D、発光部105、受光部106、および判定手段107等は軸受4の外部に設置される。
In this lubricant
前記発光部105となる発光素子としては、LEDのほか、白熱電球、半導体レーザダイオード、EL、有機EL、蛍光管などを用いることができる。また、前記受光部106となる受光素子としては、フォトダイオードのほか、フォトトランジスタ、CDS、太陽電池、光電子増倍管などを用いることができる。
In addition to LEDs, incandescent bulbs, semiconductor laser diodes, ELs, organic ELs, fluorescent tubes, and the like can be used as the light emitting elements that serve as the
このように構成された潤滑剤劣化検出センサ5では、発光部105から出射された光が発光側の集光用レンズ111A、光ファイバー103、集光用レンズ111Bを経由して軸受4内の潤滑剤102を透過し、さらに受光側の集光用レンズ111C、光ファイバー104、集光用レンズ111Dを経由して受光部106で検出される。このように潤滑剤102を透過した透過光量は、潤滑剤102に含まれる鉄粉(摩耗粉)などの異物の含有量が多いほど減少するので、受光部106で検出される透過光量から判定手段107は潤滑剤102における異物の含有量を推定することができる。
潤滑剤102が封入される軸受4では、潤滑剤102の劣化の主要な要因として、軸受4の使用に伴って発生する鉄粉(摩耗粉)が潤滑剤102に混入することが挙げられるので、潤滑剤102に混入する異物の含有量を前記判定手段107で推定することにより、潤滑剤102の劣化状態を検出することができる。
In the lubricant
In the
とくに、この潤滑剤劣化検出センサ5では、発光側および受光側の光ファイバー103,104の一端103a,104aを検出対象となる潤滑剤102に対向させ、これら光ファイバー103,104の他端103b,104bに発光部105および受光部106を接続させているので、発光部105、受光部106、集光用レンズ111A,111Dおよび判定手段107を、光ファイバー103,104の一端103a,104aや集光用レンズ111B,111Cからなる検出部100から離して配置することができ、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤102の劣化状態を安定して検出できる。 また、検出部100をコンパクトに構成できるので、例えば軸受4の内部に封止される潤滑剤102の劣化検出に使用する場合、軸受4の内部へ簡単かつコンパクトな構成により設置できる。さらに、検出部100が潤滑剤102の動きを妨げる要因にならないし、検出部100に潤滑剤102を安定供給でき、軸受4の内部への検出部100の配置の自由度も高まることになる。
また、発光側および受光側の光ファイバー103,104の一端103a,104aが潤滑剤102の検出部100となることから、潤滑剤102の測定部位の断面積を小さくでき、粘度の高い潤滑剤102でも検出部100へ入り込み易く、それだけ検出が安定する。
In particular, in the lubricant
Further, since the
図14は、潤滑剤劣化検出センサ5の他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、図13に示す構成例において、発光側および受光側の光ファイバー103,104における潤滑剤102との対向側の端部103a,104aを、鏡112A,112Bを介して潤滑剤102に対向させたものである。具体的には、発光側の光ファイバー103の一端103aには、その一端から出射される光を、直角に曲げて潤滑剤102に入射させるように鏡112Aが設けられる。また、受光側の光ファイバー104の一端104aには、前記鏡112Aを経て潤滑剤102を透過した光を、直角に曲げて光ファイバー104の一端104aに入射させるように鏡112Bが設けられる。これらの各鏡112A,112Bは、対応する各光ファイバー103,104の一端103a,104aと共に透明カバー113A,113Bで被覆され、鏡112A,112Bが汚れるのを防止している。この場合、各光ファイバー103,104の一端103a,104a、鏡112A,112B、および透明カバー113A,113Bで検出部100が構成されることになる。
FIG. 14 shows another configuration example of the lubricant
このように、光ファイバー103,104における潤滑剤102との対向側の端部103a,104aを、鏡112A,112Bを介して潤滑剤102に対向させた場合、これら光ファイバー103,104の端部113a,104aを直接に潤滑剤102に対向配置しなくても良いので、検出部100を軸受4の内部に取付けるときに、光ファイバー103,104の端部103a,104aの向きの自由度が上がり、例えば軸受4のシール部に検出部100を取付けたり、潤滑剤102に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
As described above, when the
図15は、潤滑剤劣化検出センサ5の他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、例えば図14に示す構成例において、発光部105、受光部106、判定手段107を、検出部100と共に例えばハウジング114などに設置して一体化したものである。その他の構成は図14の構成例の場合と同様である。
FIG. 15 shows another configuration example of the lubricant
このように、発光部105、受光部106、判定手段107を、検出部100と共に一体化した場合、軸受4の内部に封止された潤滑剤102の劣化検出において、光ファイバー103,104を軸受4の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出センサ5の設置を容易に行うことができる。
As described above, when the
図16は、潤滑剤劣化検出センサ5のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、図13に示す構成例において、発光側の光ファイバー103の潤滑剤102に対向する一端から出た光が反射部材115で反射して、受光側の光ファイバー104の潤滑剤剤102に対向する一端に入射するように、両光ファイバー103,104の各一端および前記反射部材115を配置したものである。発光部105、受光部106、判定手段107は、検出部100と共に例えばハウジング114などに設置して一体化している。
FIG. 16 shows still another configuration example of the lubricant
このように、発光側の光ファイバー103の一端から出た光が反射部材115を介して受光側の光ファイバー104の一端に入射するようにした場合、両光ファイバー103,104の各一端を対向配置しなくて良いので、これら各一端の向きの自由度が上がり、例えば軸受4のシール部に検出部100を取付けたり、潤滑剤102に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
また、発光部105、受光部106、判定手段107を、検出部100と共に一体化しているので、軸受4の内部に封止された潤滑剤102の劣化検出において、光ファイバー103,104を軸受4の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出センサ5の設置を容易に行うことができる。
As described above, when light emitted from one end of the light-emitting side
Further, since the
図17は、潤滑剤劣化検出センサ5のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、光ファイバーを用いないで、対向配置した発光部105と受光部106の間に検出対象となる潤滑剤102を介在させ、発光部105から出て潤滑剤102を透過する光を受光部106で検出するようにしたものである。発光部105、受光部106、および受光部106の検出出力により潤滑剤102の劣化を検出する判定手段107となる回路は、同一の回路基板108に搭載される。発光部105、受光部106、判定手段107は、ハウジング114に設置して一体化され、そのハウジング114に潤滑剤102を収容する凹部114aが設けられている。
FIG. 17 shows still another configuration example of the lubricant
図18は、潤滑剤劣化検出センサ5のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、発光部105と受光部106とが角度をもって配置され、発光部105から出た光が潤滑剤102の表面で散乱反射して受光部106に入射する光学系116と判定手段107とを備える。発光部105、受光部106、および判定手段107となる回路は同一の回路基板108に搭載される。判定手段107は、受光部106に入る光量の変化による受光部106の出力の変化から、潤滑剤102に含まれる異物を推定するものである。
FIG. 18 shows still another configuration example of the lubricant
この潤滑剤劣化検出センサ5では、発光部155から出た光が潤滑剤102の表面で散乱反射して、その散乱反射した光の一部が受光部106で検出される。潤滑剤102に含まれる鉄粉等の異物の含有量が増加すると、潤滑剤102の表面での散乱反射光量が減少するので、受光部106で検出される散乱反射光量から判定手段107は潤滑剤102に含まれる異物の量を推定することができる。
軸受内部に封入された潤滑剤102の場合、その劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する鉄粉等の摩耗粉が混入することが挙げられるので、潤滑剤102に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記判定手段107で推定することにより、潤滑剤102の劣化状態を判定することができる。
In the lubricant
In the case of the
図19は、さらに他の潤滑剤劣化検出センサ5の原理構成を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5は、一部にギャップ118aを有する環状のコア118と永久磁石119とで構成される磁気回路117と、この磁気回路117内に配置される磁気センサ120とを備える。コア118は、前記ギャップ118aを一部に形成した矩形の環状コア基材を、その途中部分で分断して2つのコア分割体118A,118Bとしたものであり、これら2つのコア分割体118A,118Bの分断側端部で前記永久磁石119を挟むことにより、前記磁気回路117が構成される。コア118のギャップ118aは、検出対象となる試料102が進入可能な隙間とされる。この場合の試料102は、軸受4の内部に封入された潤滑剤である。永久磁石119は、2つのコア分割体118A,118Bで挟まれることにより、コア118に磁界を与える。磁気センサ120は、前記ギャップ118a内に入った試料(潤滑剤)102の透磁率を測定するものであり、例えばホール素子が用いられる。磁気センサ120としては、このほかMRセンサ、GMRセンサ、MIセンサなどを用いても良い。磁気センサ120の検出信号はケーブル121を経て外部に出力される。この磁気センサ120は、図19の磁気回路117ではギャップ118aに配置されている。
FIG. 19 shows the basic configuration of still another lubricant
図20は、図19における磁気回路117と等価な磁気回路を示す。この場合の磁気回路117Aは、一部にギャップ118aを有するトロイダルコア118と、このトロイダルコア118にコイル122を巻回して構成される。この磁気回路117Aでは、コイル122に直流電流が流されることで、トロイダルコア118に磁界が与えられる。すなわち、コイル122は図19における磁気回路117での永久磁石119と等価な電磁石を構成している。この磁気回路117Aにおいても、図19の場合のように磁気センサ120と試料102を配置することで、試料102の透磁率を磁気センサ120によって測定することができる。
FIG. 20 shows a magnetic circuit equivalent to the
次に、図19の潤滑剤劣化検出センサ5による潤滑剤の劣化検出の動作原理を、図20の磁気回路117Aを参照して説明する。
図20の磁気回路117Aにおいて、ギャップ118aの長さをd、ギャップ118a内の空気の比透磁率をμe、トロイダルコア118の磁路の平均長さをL、比透磁率をμとすると、ギャップ118aの磁束密度Bとコイル122の起磁力NIとの間には、
NI=(B/μe)d+(B/μ)L ……(1)
の関係が成り立つ。ただし、磁束の漏れはなく、均一とする。
次に、上記ギャップ118aに比透磁率μu の試料102を均一に詰めて配置した場合、このときの磁束密度Bu とコイル122の起磁力N1との間には、
NI=(Bu/μu)d+(Bu/μ)L ……(2)
の関係が成り立つ。
ここで、μは1000以上の値であり、μe,μuは1に近い値であるため、
μe≪μ ……(3)
μu≪μ ……(4)
の関係が成り立つ。
したがって、上記式(1),(2)は、それぞれ次の式(5),(6)のように簡略化できる。
NI=(B/μe)d ……(5)
NI=(Bu/μu)d ……(6)
これら式(5),(6)から、
μu=(Bu/B)μe ……(7)
の関係が導かれる。さらに、μeは略1に近い値であるから、式(7)は、
μu=(Bu/B) ……(8)
と、近似される。
Next, the operation principle of lubricant deterioration detection by the lubricant
In the
NI = (B / μe) d + (B / μ) L (1)
The relationship holds. However, there will be no leakage of magnetic flux and it shall be uniform.
Next, when the
NI = (Bu / μu) d + (Bu / μ) L (2)
The relationship holds.
Here, μ is a value of 1000 or more, and μe and μu are values close to 1, so
μe << μ (3)
μu << μ (4)
The relationship holds.
Therefore, the above formulas (1) and (2) can be simplified as the following formulas (5) and (6), respectively.
NI = (B / μe) d (5)
NI = (Bu / μu) d (6)
From these equations (5) and (6),
μu = (Bu / B) μe (7)
The relationship is guided. Furthermore, since μe is a value close to approximately 1, Equation (7) is
μu = (Bu / B) (8)
Is approximated.
したがって、ギャップ118aに試料102を入れない場合の磁束密度Bを磁気センサ120で予め測定しておき、試料102を入れたときの磁束密度Buを測定すれば、式(8)の関係から試料102の透磁率を推定できる。また、より正確な透磁率μuを求めたい場合は、式(5)〜(8)のように簡略化せずに、式(1),(2)の関係から直接に透磁率μuを求めれば良い。
Therefore, if the magnetic flux density B when the
以上の透磁率検出動作原理は、図20の磁気回路117Aに基づくものであるが、その磁気回路117Aは図19の潤滑剤劣化検出センサ5における磁気回路117と等価なものであるため、図19の潤滑剤劣化検出センサ5にそのまま適用できる。すなわち、図19の潤滑剤劣化検出センサ5においても、磁気回路117のギャップ118aに試料102である潤滑剤が進入しない場合(例えば軸受4に組み込む前)での磁束密度Bを磁気センサ120で予め測定しておき、潤滑剤劣化検出センサ5を軸受4に組み込む場合には、ギャップ118aに軸受内部の潤滑剤が進入するように設置する。これにより、予め測定された磁束密度Bと、軸受4に組み込んだ状態で磁気センサ120が測定する磁束密度Bu とを前記式(8)に当て嵌めることにより、試料102である潤滑剤の透磁率μuを推定することができる。また、潤滑剤の透磁率μuは、潤滑剤に含まれる鉄粉の含有率と所定の相関関係があるので、潤滑剤の透磁率μuから潤滑剤の鉄粉の含有率を推定することができ、これから潤滑剤の劣化を推定することができる。その推定処理は、磁気センサ120の出力を図示しない判定回路に送信することにより行われる。
The magnetic permeability detection operation principle described above is based on the
なお、図19の潤滑剤劣化検出センサ5では、矩形の環状コア基材を分断した2つのコア分割体118A,118Bで永久磁石119を挟むことにより磁気回路117を構成したが、図20のようにトロイダルコア118に永久磁石119と等価な電磁石となるコイル122を巻回して構成した磁気回路117Aを用いても良い。
また、図21のようにトロイダルコア118を2つのコア分割体118A,118Bに分断し、これら両コア分割体118A,118Bで永久磁石119を挟むことにより磁気回路117を構成しても良い。また、この場合、磁気センサ120を、一方のコア分割体118Aの分断端部と永久磁石119との間に介在させても良い。このように磁気センサ120を配置すれば、ギャップ118aに磁気センサ120が介在しないので、潤滑剤をギャップ118aに容易に進入させることができる。
In the lubricant
Further, as shown in FIG. 21, the
このように、この潤滑剤劣化検出センサ5は、一部にギャップ118aを有しこのギャップ118aに軸受内の潤滑剤が進入可能なコア118と、このコア118に磁界を与える永久磁石119(またはコア118に巻回して電磁石を構成するコイル121)と、前記コア118により構成される磁気回路117(117A)内に配置されて前記ギャップ118a内に入った潤滑剤の透磁率を測定する磁気センサ120とを有するものとしているので、単純な構造となり、小型化が可能で安価な構成により、軸受内部の潤滑剤の劣化状態をリアルタイムに検出できる。
As described above, the lubricant
なお、前記潤滑剤劣化検出センサ5の構成部品である永久磁石119や磁気センサ120は、温度の変化によって特性に変化が生じることが知られている。すなわち、温度の変化によって永久磁石119の磁力が変化し、磁気センサ120の感度が変化する。そこで、このような温度変化分を補正するために、図19のように軸受4に温度センサ123を設け、前記磁気センサ120の測定値を温度センサ123の検出値によって補正する温度補正手段124を設けても良い。温度センサ123は、コア118、永久磁石119、および磁気センサ120を組み込んだ検出装置ハウジングに設けても良く、またこの検出装置ハウジングとは離れて軸受4の外輪などに設けても良い。このように温度補正手段124を設けた場合、潤滑剤劣化検出センサ5やその近傍の温度変化による検出誤差を補正でき、検出精度を向上させることができる。
It is known that the
図22は、さらに他の潤滑剤劣化検出センサ5の原理構成を示す回路図である。この潤滑剤劣化検出センサ5は、潤滑剤の劣化を直接検出するセンサヘッド125と、このセンサヘッド125の検出信号を処理して潤滑剤の劣化を推定する処理手段126とを備える。センサヘッド125は、図23に示すように磁気コア129に1つの1次コイル130と2つの2次コイル131,132を巻回してなる差動トランス127と、この差動トランス127の2つの2次コイル131,132に図22のように抵抗133,134を個別に直列接続してなるブリッジ回路128とを備える。1次コイル130には交流電流を流す発振器135が接続される。発振器135の発振周波数は、この差動トランス127の自己共振周波数に近い値とすることが、効率の点で好ましい。
FIG. 22 is a circuit diagram showing the principle configuration of still another lubricant
差動トランス127の磁気コア129は、図23のように3つのコア脚部129a〜129cを有する概形がE字状に形成され、その1次コイル130が巻回されるコア脚部129aの先端と検出用2次コイルとなる一方の2次コイル131が巻回されるコア脚部129bの先端との間には検出用ギャップ136が設けられる。また、1次コイル130が巻回されるコア脚部129aの先端と比較用2次コイルとなる他方の2次コイル132が巻回されるコア脚部129cの先端との間には比較用ギャップ137が設けられる。
前記検出用ギャップ136は、潤滑剤劣化検出センサ5を軸受内部に取付けた状態で、軸受内部の潤滑剤が介在するように位置させる。比較用ギャップ137には比較用の試料を介在させ、潤滑剤劣化検出センサ5を軸受内部に取付けた状態で、軸受内部の潤滑剤が介在しないように位置させるか、または軸受内部の潤滑剤が介在しないようにカバー(図示せず)等で覆う。比較用試料としては、新品の潤滑剤、または空気や樹脂等が用いられ、これにより比較用ギャップ137の透磁率が変化しないようにされる。
The
The
このように構成されたセンサヘッド125では、発振器135により1次コイル130に交流電流が流されると、電磁誘導によって2つの2次コイル131,132に交流電圧が誘導される。その際、2次コイル131に対応する検出用ギャップ136に介在する潤滑剤の透磁率と、2次コイル132に対応する比較用ギャップ137に介在する比較用試料の透磁率との違いにより、検出用の2次コイル131のインピーダンスが変化し、検出用2次コイル131に誘導される交流電圧と、比較用2次コイル132に誘導される交流電圧とに違いが生じる。結果として、その差を前記ブリッジ回路128から交流の検出信号として取り出すことにより、検査対象となる潤滑剤の劣化、つまり鉄粉からなる摩耗粉の含有量の増大による透磁率の変化が、高精度で検出される。
In the
潤滑剤劣化検出センサ5の処理手段126は、センサヘッド125の微小な検出信号を増幅する増幅器138と、増幅された交流検出信号を直流信号に変換する検波回路139と、その直流信号を一定の電圧に平滑化させるローパスフィルタ140と、その出力を所定の基準値と比較するコンパレータ141とで構成される。
The processing means 126 of the lubricant
次に、上記潤滑剤劣化検出センサ5を搭載した軸受4での潤滑剤の劣化検出動作を説明する。潤滑剤劣化検出センサ5のセンサヘッド125において、差動トランス127の1次コイル130に発振器135から交流電流が流されると、電磁誘導によって2つの2次コイル131,132に交流電圧が誘導される。軸受内部の潤滑剤の劣化が進むと、潤滑剤の含有鉄粉が増大するので、検出用ギャップ136の透磁率が変化する。これにより、前記センサヘッド125における検出用2次コイル131のインピーダンスが変化し、この検出用2次コイル131に誘導される交流電圧と比較用2次コイル132に誘導される交流電圧とに違いが生じる。この交流電圧の差が、センサヘッド125の検出信号として処理手段126の増幅器138に入力される。その交流検出信号は増幅器138で増幅され、増幅された交流検出信号が検波回路139で直流信号に変換され、さらにその直流信号がローパスフィルタ140により一定の電圧に平滑化される。さらにその検出出力はコンパレータ141で所定の基準値(しきい値)と比較され、基準値を超えるときコンパレータ141から劣化が所定基準値を超えたことを示す判定信号が出力される。この場合の基準値(しきい値)は、固定に設定しても良いが、可変抵抗等で変更可能としても良く、さらには外部から可変設定できるようにしても良い。なお、前記コンパレータ141を省略して、ローパスフィルタ140の出力を検出信号として利用しても良い。
このようにして、潤滑剤の劣化(潤滑剤中の含有鉄粉の増大)を、リアルタイムに高精度で検出することができる。
Next, the operation of detecting the deterioration of the lubricant in the
In this way, deterioration of the lubricant (increase in iron powder contained in the lubricant) can be detected in real time with high accuracy.
なお、前記センサヘッド125におけるブリッジ回路128を構成する両抵抗133,134は固定抵抗でも良いが、いずれか一方を可変抵抗として、ブリッジ回路128のバランスをとるようにすれば、より高感度に潤滑剤の劣化を検出することができる。
また、2つの2次コイル131,132のいずれか一方に調整用のコイル(図示せず)を巻回し、このコイルに流す電流を調整することにより、ブリッジ回路128のバランスをとるようにしても良い。この場合に、若干調整をずらすことで、感度を上げるようにしても良い。
The
Further, an adjustment coil (not shown) is wound around one of the two
また、前記センサヘッド125におけるブリッジ回路128の比較用2次コイル132には、図24のように、調整用のコンデンサ142を付加しても良い。この場合、コンデンサ142の容量を調整することにより、さらに感度を向上させることができる。なお、調整用コンデンサ142は、検出用2次コイル131に付加した方がよい場合もある。さらには、この潤滑剤劣化検出センサ5またはこの潤滑剤劣化検出センサ5の近傍の温度を検出する温度センサ(図示せず)と、この温度センサの検出値を用いてブリッジ回路125の出力を補正する温度補正手段とを別に設けても良い。この場合は、潤滑剤劣化検出センサ5の温度変化による検出誤差を補正でき、検出精度を向上させることができる。
Further, an
図25は、潤滑剤劣化検出センサ5のさらに他の構成例を示す断面図である。この潤滑剤劣化検出センサ5は、封止手段で封止された基準潤滑剤102Aの特性を測定する第1の検出部143と、劣化検出対象となる潤滑剤102の特性を測定する第2の検出部144と、これら第1および第2の検出部143,144の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段148とを備える。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the lubricant
同図において、第1の検出部143は回路基板145の片面に配置され、第2の検出部144は前記回路基板145の他の片面に配置される。第1の検出部143が検出する基準潤滑剤102Aは、第1の検出部143が配置される回路基板145の片面側に封止手段である劣化保護ケース146によって収められ、外部からの異物浸入や、酸化、成分の蒸発を防ぐようにされている。第2の検出部144は検出対象となる潤滑剤102に晒される。また、前記回路基板145には、各検出部143,144の駆動回路147や、比較手段148を構成する電気回路構成部品も搭載され、これらの電気回路構成部品が保護手段149で覆われている。保護手段149は、耐油性を有する金属あるいは樹脂のケース部または樹脂モールドによる樹脂部と、電気シールド処理部(図示せず)とでなる。電気シールド処理部は、上記樹脂部に設けたものであっても、これらケース部等とは別に設けたものであっても良い。比較手段148からの判定信号は、配線ケーブル150から外部に出力される。また、配線ケーブル150を経て外部から潤滑剤劣化検出センサ5に電源が供給される。
In the figure, the
図26は、誘電率、抵抗率等を検出するようにした第2の検出部144の一例を示す。この例では、くし型の一対の電極151A,151Bを回路基板145上に対向配置して第2の検出部144が構成され、両電極151A,151B間の静電容量、電気抵抗等を測定するようにされている。これにより、図26(B)のように電極151A,152B上に劣化検出対象となる潤滑剤102が存在すると、潤滑剤102の誘電率、体積抵抗率、静電容量などの電気的特性を検出することができる。この場合、第1の検出部143については図示しないが、図26に示す第2の検出部144と同様の構成とされ、その表面に図25の劣化保護ケース146で基準潤滑剤102Aが封止される。
FIG. 26 shows an example of the
図27は、誘電率、透磁率等を検出するようにした第2の検出部144の例を示す。この例では、回路基板145上にコイル152を配置して第2の検出部144が構成され、誘電率あるいは透磁率を測定するようにされている。これにより、コイル152上に劣化検出対象となる潤滑剤が存在すると、潤滑剤の透磁率を検出することができる。コイルの一部を切断した形状の電極パターンとすることにより誘電率の変化を検出することも可能である。この場合、第1の検出部144については図示しないが、図26に示す第2の検出部144と同様の構成とされ、その表面に図25の劣化保護ケース146で基準潤滑剤102Aが封止される。
なお、透磁率を検出する構成では、回路基板145の表裏のコイル152を同軸に置くと干渉が大きくなるため、互いの位置をずらして配置する必要がある。
FIG. 27 shows an example of the
In the configuration for detecting the magnetic permeability, if the
このように構成された潤滑剤劣化検出センサ5では、第1の検出部143による劣化していない基準潤滑剤102A(図25)の測定値と、第2の検出部144による劣化検出対象の潤滑剤102の測定値とを比較するため、初期状態では比較手段148を構成する差動増幅回路の出力信号がゼロとなるように校正されている。劣化検出対象の潤滑剤102が劣化してくると、基準潤滑剤102Aの測定値とのずれが発生して、その差分の信号が比較手段148の差動増幅回路から出力される。この場合、劣化検出対象の潤滑剤剤102の特性を、酸化などの劣化を受けない基準潤滑剤剤102Aの特性と比較するので、温度変化等の測定環境変化の影響を受けずに、常に基準潤滑剤剤102Aからのずれを検出することができる。また、基準潤滑剤102Aはほとんど劣化しないような状態に確保されるので、酸化や成分漏れ、蒸発などによる潤滑剤102の変化を、長期間にわたって検出することができる。これにより、劣化検出対象の潤滑剤剤102の劣化状態を正確に検出することができる。
なお、この場合に、基準潤滑剤102Aと劣化検出対象の潤滑剤剤102とは、できるだけ近接して配置することが望ましい。このように近接配置すると、温度変化や電源環境の変化があった場合に、両潤滑剤剤102A,102が同じ影響を受けるので、出力信号に温度変化や電源環境の変化が影響せず、安定した潤滑剤劣化検出が可能となる。
In the lubricant
In this case, it is desirable that the
前記第1および第2の検出部143,144は、それぞれ別々の回路基板に配置しても良いが、この場合のように、同一の回路基板145の表裏両面に、第1の検出部143と第2の検出部144を分けて配置した場合には、潤滑剤劣化検出センサ5をコンパクトに構成でき、軸受への組み込みも容易になる。
The first and
潤滑剤劣化検出センサ5のさらに他の構成例を図28ないし図31と共に説明する。図28は、この潤滑剤劣化検出センサ5を搭載した軸受4の概略構成を示す。このセンサ付き軸受4は、転動体4cを介して互いに相対回転自在な内輪4aおよび外輪4bと、これら内外輪4a,4b間の環状空間の両端を密封する一対のシール153,154を備えた転がり軸受であって、一方のシール153の軸受空間側の面となる内側面の全面に設けた一対の検出用の電極パターン155,156と、この電極パターン155,156に接続されて軸受内の状況を検出する検出回路157とで構成される潤滑剤劣化検出センサ5を備えたものである。このセンサ付き軸受4は深溝玉軸受からなり、転動体4cは保持器4dで保持されている。
図29(A),(B)には、リング状のシール153の内側面の全面に、このシール153と同心に環状の電極パターン155,156を設けた例の平面図および断面図を示す。
Still another configuration example of the lubricant
29A and 29B are a plan view and a cross-sectional view of an example in which
図30は、前記潤滑剤劣化検出センサ5の原理構成を示す。この潤滑剤劣化検出センサ5では、両電極パターン155,156間に挟まれた軸受4内の潤滑剤102の静電容量を検出回路157で測定し、測定された静電容量から、潤滑剤102に浸入あるいは混入した水分量を検出する。すなわち、両電極パターン155,156に挟まれた潤滑剤102に例えば水分が混入すると、水の誘電率が高いため、図31のように水分の混入量に比例して静電容量が増加する。そこで、測定される静電容量から、潤滑剤102に混入した水分量を検出することができる。なお、この潤滑剤劣化検出センサ5によると、軸受4の外部から軸受内に浸入した水分に限らず、軸受内に封入された潤滑剤102の含水率を検出することもできる。
FIG. 30 shows the principle configuration of the lubricant
また、以上の説明では、検出回路157により、両電極パターン155,156間に挟まれた潤滑剤102の静電容量を測定するものとしたが、静電容量の代わりに電気抵抗を測定しても良い。この場合、潤滑剤102に混入する水分量が増加すると電気抵抗が減少するので、測定される電気抵抗値から潤滑剤102に混入した水分量を検出することができる。
In the above description, the capacitance of the
1…生産販売企業の事業所
2…顧客企業の事業所
3…機械
4…軸受
5…センサ
9…回線
10…センサ情報送信手段
11…情報収集部
12…情報送信部
13…センサ情報受信手段
14…診断手段
16…診断結果情報送信手段
31…診断結果情報受信手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
5. The sensor according to claim 1, wherein the sensor is not only a sensor that detects deterioration of the lubricant in the bearing, but also an environmental sensor that detects an environment such as salt and moisture, and a vibration state of the bearing. And a sensor for detecting temperature, and the sensor information transmitting means transmits a detection signal of each sensor.
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