JP2017150884A - Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、軸受装置の異常診断装置及び軸受装置の異常診断方法に関する。 The present invention relates to a bearing device abnormality diagnosis device and a bearing device abnormality diagnosis method.
特開２０１３−１８５５０７号公報（特許文献１）は、風力発電装置に設けられる機器の異常について適切に診断できる状態監視システム（ＣＭＳ：Condition Monitoring System）を開示する。この状態監視システムにおいては、主軸軸受に固定された加速度センサにより測定された振動データの実効値を用いて、主軸軸受に損傷が発生しているか否かが診断される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2013-185507 (Patent Document 1) discloses a condition monitoring system (CMS: Condition Monitoring System) that can appropriately diagnose an abnormality of a device provided in a wind turbine generator. In this state monitoring system, whether or not the main shaft bearing is damaged is diagnosed using an effective value of vibration data measured by an acceleration sensor fixed to the main shaft bearing.
振動データの実効値は、振動データの波形の振幅の二乗平均の平方根（ＲＭＳ：Root Mean Square）として規定される。実効値は、振動データの波形にどの程度の大きさの振幅が含まれるかの目安となる指標値といえる。 The effective value of the vibration data is defined as the root mean square (RMS) of the amplitude of the waveform of the vibration data. The effective value can be said to be an index value that is a measure of how much amplitude is included in the waveform of the vibration data.
軸受装置に損傷が生じた場合、損傷に起因した振動が新たに発生したり、正常時には発生していた振動が異常時には発生しなくなったりする場合がある。このように振動データの波形の振幅は、正常時と異常時とで異なる状態となり得る。そのため、振動データの実効値を用いて、振動データから軸受装置の異常を検出することができる。 When the bearing device is damaged, vibration due to the damage may be newly generated, or the vibration that was generated in the normal state may not be generated in the abnormal state. As described above, the amplitude of the waveform of the vibration data can be different between the normal time and the abnormal time. Therefore, the abnormality of the bearing device can be detected from the vibration data using the effective value of the vibration data.
実効値の算出にあたっては、一般的に、加速度の振動データにおける振幅の二乗平均を算出するときに損傷に起因しない振動の振幅も用いられる。損傷に起因しない振動の振幅は、損傷の有無によってはほとんど変化しない。したがって、損傷の有無による実効値の変化は、損傷に起因する振動の振幅の変化にほとんど依存している。 In calculating the effective value, generally, the amplitude of vibration that is not caused by damage is also used when calculating the mean square of amplitude in vibration data of acceleration. The amplitude of vibration that is not caused by damage hardly changes depending on the presence or absence of damage. Therefore, the change in the effective value due to the presence or absence of damage almost depends on the change in the amplitude of vibration caused by the damage.
風力発電装置の主軸軸受のように低速（たとえば１００ｒｐｍ程度）で回転する軸受装置において損傷が生じた場合、損傷に起因した加速度の変化は、高速で回転する軸受装置よりも小さい場合が多く、損傷に起因しない加速度の変化と区別することが困難になる。その結果、損傷の有無によっては実効値がほとんど変化しなくなる。そのため、低速で回転する軸受装置の異常診断を加速度の振動データの実効値を用いて行うと、誤診断が生じる可能性がある。 When damage occurs in a bearing device that rotates at a low speed (for example, about 100 rpm), such as a main shaft bearing of a wind turbine generator, the change in acceleration due to the damage is often smaller than that in a bearing device that rotates at a high speed. It becomes difficult to distinguish from a change in acceleration that is not caused by. As a result, the effective value hardly changes depending on the presence or absence of damage. For this reason, if an abnormality diagnosis of a bearing device rotating at a low speed is performed using the effective value of acceleration vibration data, a misdiagnosis may occur.
この発明の主たる目的は、加速度の振動データを用いて軸受装置の異常診断の精度を向上させることができる異常診断装置および異常診断方法を提供することである。 A main object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis apparatus and an abnormality diagnosis method capable of improving the accuracy of abnormality diagnosis of a bearing device using acceleration vibration data.
この発明に係る異常診断装置は、軸受装置の加速度の振動データに基づき軸受装置の損傷を検出する。異常診断装置は、第１フィルタと、第２フィルタと、診断部とを備える。第１フィルタは、振動データから第１周波数帯に属する第１振動波形を抽出するように構成される。第２フィルタは、振動データから第１周波数帯よりも高い第２周波数帯に属する第２振動波形を抽出するように構成される。診断部は、第１振動波形の振幅であって基準値を超える第１振幅と、第１振幅が生じた時刻における第２振動波形の第２振幅との比から算出した評価値が判定値を超えた場合に、軸受装置に損傷が発生したと診断するように構成される。 The abnormality diagnosis device according to the present invention detects damage to the bearing device based on vibration data of acceleration of the bearing device. The abnormality diagnosis apparatus includes a first filter, a second filter, and a diagnosis unit. The first filter is configured to extract a first vibration waveform belonging to the first frequency band from the vibration data. The second filter is configured to extract a second vibration waveform belonging to a second frequency band higher than the first frequency band from the vibration data. The diagnosis unit determines that the evaluation value calculated from the ratio of the first amplitude that is the amplitude of the first vibration waveform and exceeds the reference value and the second amplitude of the second vibration waveform at the time when the first amplitude occurs is the determination value. If exceeded, it is configured to diagnose that the bearing device has been damaged.
この発明によれば、軸受装置の異常診断において、低周波数帯における基準値以上の第１振幅と、第１振幅が発生した時刻における高周波数帯での第２振幅との比から算出した評価値を用いることにより、正常時と異常時とで振動データに含まれる周波数成分の違いに着目した異常診断が可能となる。その結果、軸受装置の異常診断の精度を向上させることができる。 According to the present invention, in the abnormality diagnosis of the bearing device, the evaluation value calculated from the ratio between the first amplitude equal to or higher than the reference value in the low frequency band and the second amplitude in the high frequency band at the time when the first amplitude occurs. By using, it is possible to perform an abnormality diagnosis focusing on the difference in frequency components included in the vibration data between the normal time and the abnormal time. As a result, the accuracy of the abnormality diagnosis of the bearing device can be improved.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated.
［実施の形態１］
図１は、風力発電装置１の構成を概略的に示した図である。図１に示されるように、風力発電装置１は、主軸１０と、主軸軸受２０と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、加速度センサ７０と、データ処理装置８０とを備える。主軸軸受２０、増速機４０、発電機５０、加速度センサ７０およびデータ処理装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー１００によって支持される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the wind power generator 1. As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 1 includes a main shaft 10, a main shaft bearing 20, a blade 30, a speed increaser 40, a generator 50, an acceleration sensor 70, and a data processing device 80. . The main shaft bearing 20, the speed increaser 40, the generator 50, the acceleration sensor 70, and the data processing device 80 are stored in the nacelle 90, and the nacelle 90 is supported by the tower 100.
主軸１０は、ナセル９０内において増速機４０の入力軸に接続される。主軸１０は、主軸軸受２０によって回転自在に支持される。主軸１０は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸１０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸１０に伝達する。 The main shaft 10 is connected to the input shaft of the speed increaser 40 in the nacelle 90. The main shaft 10 is rotatably supported by a main shaft bearing 20. The main shaft 10 transmits the rotational torque generated by the blade 30 receiving the wind force to the input shaft of the gearbox 40. The blade 30 is provided at the tip of the main shaft 10, converts wind force into rotational torque, and transmits it to the main shaft 10.
主軸軸受２０は、転がり軸受を含んで構成され、たとえば、自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、および玉軸受などを含む。これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。 The main shaft bearing 20 includes a rolling bearing, and includes, for example, a self-aligning roller bearing, a tapered roller bearing, a cylindrical roller bearing, and a ball bearing. These bearings may be single row or double row.
加速度センサ７０は、主軸の主軸軸受２０に配置され、主軸軸受２０に発生する振動を測定する。 The acceleration sensor 70 is disposed on the main spindle bearing 20 of the main spindle, and measures vibration generated in the main spindle bearing 20.
増速機４０は、主軸１０と発電機５０との間に設けられ、主軸１０の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって回転し発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機を含んで構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。 The speed increaser 40 is provided between the main shaft 10 and the power generator 50, and increases the rotational speed of the main shaft 10 to output to the power generator 50. As an example, the speed increaser 40 is configured by a gear speed increasing mechanism including a planetary gear, an intermediate shaft, a high speed shaft, and the like. Although not specifically illustrated, a plurality of bearings that rotatably support a plurality of shafts are also provided in the speed increaser 40. The generator 50 is connected to the output shaft of the speed increaser 40, and rotates to generate power by the rotational torque received from the speed increaser 40. The generator 50 includes, for example, an induction generator. A bearing that rotatably supports the rotor is also provided in the generator 50.
データ処理装置８０は、ナセル９０の内部に設けられ、加速度センサ７０が測定した主軸軸受２０の振動データを受ける。データ処理装置８０は、加速度センサ７０から受けた振動データを用いて、主軸軸受２０に損傷が発生したか否かの異常診断を行なう。図示はしていないが、加速度センサ７０とデータ処理装置８０とは、有線ケーブルで接続されており、データの通信が可能に構成される。加速度センサ７０とデータ処理装置８０との通信は、無線通信で行なわれてもよい。データ処理装置８０は、本発明の異常診断装置に相当する。 The data processing device 80 is provided inside the nacelle 90 and receives vibration data of the spindle bearing 20 measured by the acceleration sensor 70. The data processing device 80 uses the vibration data received from the acceleration sensor 70 to perform an abnormality diagnosis as to whether or not the spindle bearing 20 has been damaged. Although not shown, the acceleration sensor 70 and the data processing device 80 are connected by a wired cable and configured to be able to communicate data. Communication between the acceleration sensor 70 and the data processing device 80 may be performed by wireless communication. The data processing device 80 corresponds to the abnormality diagnosis device of the present invention.
データ処理装置８０は、加速度センサ７０から受けた振動データに基づいて、主軸軸受２０に損傷が発生したか否かを診断する。図２は、データ処理装置８０によって行なわれる異常診断の処理を示すフローチャートである。図２に示されるように、データ処理装置８０は、ステップ（以下ではステップを単にＳと記載する。）Ｓ１において、加速度センサ７０から受けた振動データに基づいて、主軸軸受２０に損傷が発生したか否かを診断するための評価値Ｖを算出し、処理をＳ２に進める。データ処理装置８０は、Ｓ２において、評価値Ｖが異常値か否かを判定する。評価値Ｖが判定値Ｖｄ以下である場合（Ｓ２においてＮＯ）、データ処理装置８０は、評価値Ｖが正常な値であるとして処理を終了する。評価値Ｖが判定値Ｖｄより大きい場合（Ｓ２においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、評価値Ｖが異常な値であるとしてＳ３において主軸軸受２０に異常が発生したことをユーザに報知する。報知の方法としては、たとえば、音声、ランプの点灯、あるいはメッセージの送信のような、聴覚的あるいは視覚的な方法を挙げることができる。判定値Ｖｄは、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができる。 The data processing device 80 diagnoses whether or not the spindle bearing 20 has been damaged based on the vibration data received from the acceleration sensor 70. FIG. 2 is a flowchart showing abnormality diagnosis processing performed by the data processing device 80. As shown in FIG. 2, in the data processing device 80, the spindle bearing 20 is damaged based on the vibration data received from the acceleration sensor 70 in step S <b> 1 (hereinafter, step is simply referred to as S). An evaluation value V for diagnosing whether or not is calculated, and the process proceeds to S2. In S2, the data processing device 80 determines whether or not the evaluation value V is an abnormal value. If the evaluation value V is equal to or less than the determination value V d (NO in S2), the data processing unit 80, evaluation value V has finished processing as a normal value. If the evaluation value V is greater than the determination value V d (YES in S2), the data processing unit 80, abnormality in the spindle bearing 20 in S3 as an evaluation value V is abnormal values is to inform the user of the occurrence. Examples of the notification method include audio or visual methods such as voice, lamp lighting, or message transmission. Determination value V d may be appropriately determined by actual experiment or simulation.
主軸軸受２０に異常が発生した場合、異常に起因した振動の振幅が振動データに現われる場合がある。このような振動データの波形の振幅の大きさの違いに着目して、正常時の振動データと異常時の振動データとを区別するための評価値Ｖとして、実効値を用いることが知られている。実効値は、振動データの波形における振幅の二乗平均の平方根として規定される。実効値は、振動データの波形にどの程度の大きさの振幅が含まれるかの目安となる指標値といえる。 When an abnormality occurs in the main shaft bearing 20, the amplitude of vibration caused by the abnormality may appear in the vibration data. Paying attention to the difference in amplitude of the waveform of vibration data, it is known to use an effective value as the evaluation value V for distinguishing between vibration data at normal time and vibration data at abnormal time. Yes. The effective value is defined as the root mean square of amplitude in the waveform of vibration data. The effective value can be said to be an index value that is a measure of how much amplitude is included in the waveform of the vibration data.
図３は、振動データの実効値の変化の一例を示す図である。図３において、時刻ＴＲ１までは主軸軸受２０に損傷が生じている異常な状態である。時刻ＴＲ１から時刻ＴＲ２までの間に主軸軸受２０が交換され、時刻ＴＲ２以降においては主軸軸受２０は正常な状態である。図３に示されるように、時刻ＴＲ１以前において実効値が分布する範囲と、時刻ＴＲ２以降において実効値が分布する範囲とがほとんど同じである。そのため、正常時と異常時とを明確に区別することが困難である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a change in effective value of vibration data. 3, until the time TR 1 is in an abnormal state damage the main shaft bearing 20 has occurred. Spindle bearing 20 during the period from the time TR 1 to time TR 2 is replaced, at time TR 2 after the spindle bearing 20 is a normal state. As shown in FIG. 3, the range in which effective values are distributed before time TR 1 is almost the same as the range in which effective values are distributed after time TR 2 . For this reason, it is difficult to clearly distinguish between a normal time and an abnormal time.
実効値の算出にあたっては、加速度の振動データにおける振幅の二乗平均を算出するときに、損傷に起因しない振動の振幅も用いられる。損傷に起因しない振動の振幅は、損傷の有無によってはほとんど変化しない。したがって、損傷の有無による実効値の変化は、損傷に起因する振動の振幅の変化にほとんど依存している。 In calculating the effective value, when calculating the mean square of the amplitude in the vibration data of acceleration, the amplitude of vibration not caused by damage is also used. The amplitude of vibration that is not caused by damage hardly changes depending on the presence or absence of damage. Therefore, the change in the effective value due to the presence or absence of damage almost depends on the change in the amplitude of vibration caused by the damage.
風力発電装置１の主軸軸受２０のように低速（たとえば１００ｒｐｍ程度）で回転する軸受装置において損傷が生じた場合、損傷に起因した加速度の変化は、高速で回転する軸受装置よりも小さい場合が多く、損傷に起因しない加速度の変化と区別することが困難になる。その結果、図３に示されるように損傷の有無によっては実効値がほとんど変化しなくなる。そのため、低速で回転する軸受装置の異常診断を加速度の振動データの実効値を用いて行うと、誤診断が生じる可能性がある。 When damage occurs in a bearing device that rotates at a low speed (for example, about 100 rpm), such as the main shaft bearing 20 of the wind turbine generator 1, the change in acceleration due to the damage is often smaller than that in a bearing device that rotates at a high speed. It becomes difficult to distinguish from acceleration changes that do not result from damage. As a result, as shown in FIG. 3, the effective value hardly changes depending on the presence or absence of damage. For this reason, if an abnormality diagnosis of a bearing device rotating at a low speed is performed using the effective value of acceleration vibration data, a misdiagnosis may occur.
そこで、実施の形態１においては、正常時と異常時とで、転動体と、保持器あるいは軌道輪（内輪または外輪）などとの衝突によって生じる振動に含まれる周波数成分が異なることに着目する。 Therefore, in the first embodiment, attention is paid to the fact that the frequency components included in the vibration generated by the collision between the rolling element and the cage or the race ring (inner ring or outer ring) are different between normal and abnormal.
図４および５を用いて、正常時と異常時とで、転動体と、保持器あるいは軌道輪などとの衝突によって生じる振動に含まれる周波数成分が異なる理由について説明する。図４は、正常時の主軸軸受２０の全体の構成を示す図である。図４（ａ）に示されるように、主軸軸受２０は、内輪２２と、外輪２４と、保持器２６と、複数の転動体２８とを含む。 The reason why the frequency components included in the vibration generated by the collision between the rolling element and the cage or the raceway are different between normal and abnormal will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of the main shaft bearing 20 in a normal state. As shown in FIG. 4A, the main shaft bearing 20 includes an inner ring 22, an outer ring 24, a cage 26, and a plurality of rolling elements 28.
図４（ａ）において、主軸１０は矢印Ｄで示される方向に回転する。図４（ａ）に示されるように、主軸１０には主軸１０の回転軸と直交する矢印Ｎの方向にラジアル荷重がかかっている。矢印Ｇは、重力の方向を示す。外輪２４の内周面上の点ＰＡは、主軸１０の回転軸の鉛直真上方向に位置する。外輪２４の内周面上の点ＰＢは、点ＰＡの位置から回転方向Ｄに９０度回転させた箇所に位置する。外輪２４の内周面上の点ＰＣは、主軸１０の回転軸から鉛直真下方向に位置する。 In FIG. 4A, the main shaft 10 rotates in the direction indicated by the arrow D. As shown in FIG. 4A, a radial load is applied to the main shaft 10 in the direction of arrow N perpendicular to the rotation axis of the main shaft 10. Arrow G indicates the direction of gravity. A point PA on the inner peripheral surface of the outer ring 24 is located in a direction directly above the rotation axis of the main shaft 10. A point PB on the inner peripheral surface of the outer ring 24 is located at a position rotated 90 degrees in the rotation direction D from the position of the point PA. A point PC on the inner peripheral surface of the outer ring 24 is positioned vertically downward from the rotation axis of the main shaft 10.
内輪２２は、主軸１０にはめ込まれて固定され、主軸１０と一体となって矢印Ｄの方向に回転する。外輪２４は、内輪２２の外周側に配置されている。 The inner ring 22 is fixed by being fitted to the main shaft 10 and rotates in the direction of the arrow D together with the main shaft 10. The outer ring 24 is disposed on the outer peripheral side of the inner ring 22.
保持器２６には、転動体２８を保持するための複数のポケットＰｋｔが等間隔に設けられている。保持器２６は、ポケットＰｋｔに転動体２８を保持した状態で内輪２２の外周面と外輪２４の内周面との間に配置される。内輪２２の回転に伴って転動体２８が内輪２２の外周面に沿って回転すると、保持器２６は転動体２８とともに内輪２２の外周面と外輪２４の内周面との間を回転する。転動体２８は、保持器２６のポケットＰｋｔに保持されながら、内輪２２と外輪２４との間を回転方向Ｄに回転する。図４（ｂ），（ｃ）に示されるように、転動体２８と当該転動体２８が保持される保持器２６のポケットＰｋｔとの間には、転動体２８がポケットＰｋｔの中で回転することができるように隙間（ポケットＰｋｔ隙間）が設けられている。通常、転動体２８には、保持器２６のポケットＰｋｔ、内輪２２、および外輪２４との間の摩擦を低減するためにグリースが塗布される。 The holder 26 is provided with a plurality of pockets Pkt for holding the rolling elements 28 at equal intervals. The cage 26 is disposed between the outer peripheral surface of the inner ring 22 and the inner peripheral surface of the outer ring 24 with the rolling elements 28 held in the pockets Pkt. When the rolling element 28 rotates along the outer peripheral surface of the inner ring 22 as the inner ring 22 rotates, the retainer 26 rotates between the outer peripheral surface of the inner ring 22 and the inner peripheral surface of the outer ring 24 together with the rolling element 28. The rolling element 28 rotates in the rotation direction D between the inner ring 22 and the outer ring 24 while being held in the pocket Pkt of the cage 26. As shown in FIGS. 4B and 4C, the rolling element 28 rotates in the pocket Pkt between the rolling element 28 and the pocket Pkt of the retainer 26 in which the rolling element 28 is held. A gap (pocket Pkt gap) is provided so as to be able to. Normally, grease is applied to the rolling element 28 in order to reduce friction between the pocket Pkt of the cage 26, the inner ring 22, and the outer ring 24.
転動体２８は、点ＰＣから、点ＰＡまで移動するとき、重力によりポケットＰｋｔ内で回転方向Ｄとは逆方向に寄って保持器２６と接触し、保持器２６によって点ＰＡまで押し上げられる。そのため、転動体２８が点ＰＡを通過するとき、転動体２８はポケットＰｋｔ内で回転方向Ｄとは逆方向に寄っている（図４（ｂ）参照）。 When the rolling element 28 moves from the point PC to the point PA, the rolling element 28 comes into contact with the cage 26 in the direction opposite to the rotation direction D in the pocket Pkt due to gravity, and is pushed up to the point PA by the cage 26. Therefore, when the rolling element 28 passes through the point PA, the rolling element 28 is offset in the direction opposite to the rotation direction D in the pocket Pkt (see FIG. 4B).
図４（ｂ）に示される状態にある転動体２８は、点ＰＡを通過した後、点ＰＢを通過するまでに、重力を受けてポケットＰｋｔ内を移動し、保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などと直接に衝突する（図４（ｃ）参照）。転動体２８と、保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などとが衝突したときに振動が発生する。 The rolling element 28 in the state shown in FIG. 4 (b) receives the gravity and moves in the pocket Pkt after passing through the point PA and before passing through the point PB. It collides directly with the outer ring 24 or the like (see FIG. 4C). Vibration occurs when the rolling element 28 and the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24 collide.
図５は、異常時の主軸軸受２０の全体の構成を示す図である。図５（ａ）においては、点ＰＣの付近が転動体２８によって削られて、損傷Ｉが生じている。主軸１０の回転軸の鉛直真下方向にある点ＰＣは、転動体２８が点ＰＣを通過するときのラジアル荷重が外輪２４の内周面の他の箇所より大きくなり易い。転動体２８が点ＰＣを通過する度に点ＰＣには大きな荷重がかかるため、点ＰＣには損傷が生じ易い。 FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of the spindle bearing 20 at the time of abnormality. In FIG. 5A, the vicinity of the point PC is scraped by the rolling elements 28, and damage I occurs. At the point PC in the direction directly below the rotation axis of the main shaft 10, the radial load when the rolling element 28 passes through the point PC is likely to be larger than other portions of the inner peripheral surface of the outer ring 24. Since a large load is applied to the point PC every time the rolling element 28 passes the point PC, the point PC is easily damaged.
損傷Ｉが生じると、たとえば損傷Ｉが生じるときに転動体２８によって外輪２４の点ＰＣ付近の内周面から削りとられた剥離片、あるいは転動体２８が損傷Ｉを通過するときに生じる摩耗粉のような異物Ｓが内輪２２、外輪２４、保持器２６、および転動体２８に付着する（図５（ｂ）参照）。この状態で転動体２８が点ＰＡを通過して保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４に衝突する場合、転動体２８と、保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４との間に異物Ｓが存在することが多い（図５（ｃ）参照）。転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突するときの衝撃が異物Ｓによって弱められる。そのため、転動体２８がこれらに衝突したときに主軸軸受２０に生じる振動に含まれる周波数成分は、正常時よりも異常時の方が低くなる。 When the damage I occurs, for example, a peeling piece scraped from the inner peripheral surface of the outer ring 24 near the point PC by the rolling element 28 when the damage I occurs, or wear powder generated when the rolling element 28 passes the damage I. Such foreign matter S adheres to the inner ring 22, the outer ring 24, the retainer 26, and the rolling element 28 (see FIG. 5B). In this state, when the rolling element 28 passes through the point PA and collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24, the foreign matter S is present between the rolling element 28 and the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24. It often exists (see FIG. 5C). The impact when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24 is weakened by the foreign matter S. Therefore, the frequency component included in the vibration generated in the main shaft bearing 20 when the rolling element 28 collides with these is lower in the abnormal state than in the normal state.
図６および７を用いて、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突したときに生じる振動に含まれる周波数成分が正常時と異常時とでどのように異なるかを説明する。図６は、正常時の振動データの波形の模式図（ａ）と短時間フーリエ変換の結果の模式図（ｂ）とを併せて示す図である。図７は、異常時の振動データの波形の模式図（ａ）と短時間フーリエ変換の結果の模式図（ｂ）とを併せて示す図である。短時間フーリエ変換は、振動データを所定の時間間隔で区切って高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行なう。 6 and 7, how the frequency components included in the vibration generated when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24 is different between normal and abnormal will be described. To do. FIG. 6 is a diagram showing both a schematic diagram (a) of a waveform of vibration data in a normal state and a schematic diagram (b) of a result of short-time Fourier transform. FIG. 7 is a diagram showing both a schematic diagram (a) of a waveform of vibration data at the time of abnormality and a schematic diagram (b) of a result of short-time Fourier transform. The short-time Fourier transform performs fast Fourier transform (FFT) by dividing vibration data at predetermined time intervals.
図６（ａ）において、時刻ＴＮ１〜ＴＮ３の各々で転動体２８と、保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などとの衝突が起きている。図７（ａ）において、時刻ＴＤ１〜ＴＤ３の各々で転動体２８、保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などとの衝突が起きている。 In FIG. 6A, a collision between the rolling element 28 and the cage 26, the inner ring 22 or the outer ring 24 occurs at each of the times TN 1 to TN 3 . In FIG. 7A, a collision with the rolling element 28, the cage 26, the inner ring 22 or the outer ring 24 occurs at each of the times TD 1 to TD 3 .
図６（ｂ）に示されるように、時刻ＴＮ１〜ＴＮ３の周波数成分は、周波数Ｆｔｈを超えている。一方、図７（ｂ）に示されるように、時刻ＴＤ１〜ＴＤ３の周波数成分は、周波数Ｆｔｈ未満となる。このように、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突したときに生じる振動に含まれる周波数成分は、正常時と異常時とで明確に区別することができる。 As shown in FIG. 6 (b), the frequency components of the time TN 1 to Tn 3 is beyond the frequency F th. On the other hand, as shown in FIG. 7B, the frequency components at times TD 1 to TD 3 are less than the frequency F th . As described above, the frequency component included in the vibration generated when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24 can be clearly distinguished between normal time and abnormal time.
以下では、図８および９を用いて正常時と異常時とで実際に測定された振動データに含まれる周波数成分が実際にどのように異なるかを説明する。図８は、正常時に測定された振動データの波形図（ａ）と、当該振動データに対して短時間フーリエ変換を行なった結果（ｂ）とを併せて示した図である。図９は、異常時に測定された振動データの波形図（ａ）と、当該振動データに対して短時間フーリエ変換を行なった結果（ｂ）とを併せて示した図である。図８（ｂ）および図９（ｂ）の各々は、４０秒の振動データを０．１秒の間隔で区切って高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行なった結果を示す図である。 Hereinafter, how the frequency components actually included in the vibration data actually measured between the normal time and the abnormal time will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing a waveform diagram (a) of vibration data measured in a normal state and a result (b) obtained by performing a short-time Fourier transform on the vibration data. FIG. 9 is a diagram showing both a waveform diagram (a) of vibration data measured at the time of abnormality and a result (b) obtained by performing a short-time Fourier transform on the vibration data. Each of FIG. 8B and FIG. 9B is a diagram illustrating a result of performing Fast Fourier Transform (FFT) by dividing 40-second vibration data at intervals of 0.1 second.
図８（ｂ）および図９（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は周波数成分である。図８（ｂ）および図９（ｂ）においては、異常診断において着目すべき周波数帯を抽出するため、パワースペクトル密度が所定の閾値より大きい周波数成分をプロットしている。パワースペクトル密度は、ＦＦＴの結果であるスペクトルにおいて各周波数成分に対応する信号の強度に相当する。パワースペクトル密度が閾値以下である周波数成分は、転動体２８と、保持器２６、内輪２２、および外輪２４などとの衝突により生じた振動のものとは考え難いため、図８（ｂ）および図９（ｂ）においてはプロットしていない。 8B and 9B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents frequency components. In FIG. 8B and FIG. 9B, frequency components whose power spectral density is larger than a predetermined threshold are plotted in order to extract a frequency band to be noted in abnormality diagnosis. The power spectral density corresponds to the intensity of the signal corresponding to each frequency component in the spectrum resulting from the FFT. The frequency component whose power spectral density is less than or equal to the threshold is unlikely to be a vibration caused by the collision between the rolling element 28, the cage 26, the inner ring 22, the outer ring 24, and the like. In 9 (b), it is not plotted.
図８（ｂ）および図９（ｂ）を比較すると、振動データに含まれる周波数成分が５０００Ｈｚを超えている時刻は、正常時（図８（ｂ））の方が異常時（図９（ｂ））よりも多く、異常時においてはほとんど存在しない。一方、５０００Ｈｚ以下の周波数成分は、正常時および異常時のいずれにおいてもほとんどの時刻において振動データに含まれている。すなわち、異常時において５０００Ｈｚを超える周波数成分の割合の方が５０００Ｈｚ以下の周波数成分の割合よりも顕著に減少する。したがって、異常時における５０００Ｈｚを超える周波数成分の顕著な減少により、振動データにおける５０００Ｈｚ以下の周波数成分の割合と５０００Ｈｚを超える周波数成分の割合との比は、正常時よりも異常時の方が大きくなる。 Comparing FIG. 8B and FIG. 9B, when the frequency component included in the vibration data exceeds 5000 Hz, the normal time (FIG. 8B) is more abnormal (FIG. 9B). )) More than, and rarely exist at the time of abnormalities. On the other hand, the frequency component of 5000 Hz or less is included in the vibration data at most times both in the normal time and in the abnormal time. That is, at the time of abnormality, the ratio of the frequency component exceeding 5000 Hz is significantly reduced than the ratio of the frequency component of 5000 Hz or less. Therefore, due to a significant decrease in frequency components exceeding 5000 Hz at the time of abnormality, the ratio of the frequency components below 5000 Hz to the ratio of frequency components exceeding 5000 Hz in the vibration data becomes larger at the time of abnormality than at the time of normality. .
そこで、実施の形態１においては、振動データから５００〜５０００Ｈｚの第１振動波形、および５０００〜１００００Ｈｚの第２振動波形を抽出し、第１振動波形（５００〜５０００Ｈｚ）において基準値を超える第１振幅と、第１振幅が発生した時刻における、第２振動波形（５０００〜１００００Ｈｚ）の第２振幅との比の平均値を異常診断の評価値として用いる。第１振幅が発生した時刻における第１振幅と第２振幅との比から算出した値を評価値として用いることにより、正常時と異常時とで振動データに含まれる周波数成分の違いに着目した異常診断が可能となる。その結果、主軸軸受２０の異常診断の精度を向上させることができる。 Therefore, in the first embodiment, the first vibration waveform of 500 to 5000 Hz and the second vibration waveform of 5000 to 10000 Hz are extracted from the vibration data, and the first vibration waveform (500 to 5000 Hz) exceeds the reference value. The average value of the ratio between the amplitude and the second amplitude of the second vibration waveform (5000 to 10000 Hz) at the time when the first amplitude occurs is used as the evaluation value for the abnormality diagnosis. By using a value calculated from the ratio between the first amplitude and the second amplitude at the time when the first amplitude occurs as an evaluation value, an abnormality focusing on the difference in frequency components contained in vibration data between normal and abnormal times Diagnosis is possible. As a result, the accuracy of abnormality diagnosis of the main shaft bearing 20 can be improved.
図１０は、異常診断を行なうデータ処理装置８０の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図１０に示されるように、データ処理装置８０は、第１フィルタ８１と、第２フィルタ８２と、診断部８３とを含む。第１フィルタ８１および第２フィルタ８２には、加速度センサ７０によって測定された振動データが入力される。第１フィルタ８１および第２フィルタ８２は、加速度センサ７０からリアルタイムに振動データを受けてもよいし、不図示のメモリに保存された振動データを当該メモリから読み込んでもよい。 FIG. 10 is a functional block diagram for explaining a functional configuration of the data processing device 80 that performs abnormality diagnosis. As shown in FIG. 10, the data processing device 80 includes a first filter 81, a second filter 82, and a diagnosis unit 83. Vibration data measured by the acceleration sensor 70 is input to the first filter 81 and the second filter 82. The first filter 81 and the second filter 82 may receive vibration data in real time from the acceleration sensor 70, or may read vibration data stored in a memory (not shown) from the memory.
第１フィルタ８１は、振動データから５００〜５０００Ｈｚの第１振動波形Ｗｖ１を抽出し、診断部８３へ出力する。第１フィルタ８１は、たとえばバンドパスフィルタを含む。 The first filter 81 extracts the first vibration waveform Wv1 of 500 to 5000 Hz from the vibration data and outputs it to the diagnosis unit 83. The first filter 81 includes, for example, a band pass filter.
第２フィルタ８２は、振動データから５０００〜１００００Ｈｚの第２振動波形Ｗｖ２を抽出し、診断部８３へ出力する。第２フィルタ８２は、たとえばバンドパスフィルタを含む。 The second filter 82 extracts the second vibration waveform Wv2 of 5000 to 10000 Hz from the vibration data and outputs it to the diagnosis unit 83. The second filter 82 includes, for example, a band pass filter.
診断部８３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなコンピュータ、および異常診断に必要なデータを保存する揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む。診断部８３は、第１振動波形Ｗｖ１および第２振動波形Ｗｖ２を受けて、主軸軸受２０に損傷が生じたか否かの異常診断を行なう。診断部８３は、主軸軸受２０に異常が発生したと判定した場合には、報知部８４を制御して主軸軸受２０に異常が発生したことをユーザに報知する。 The diagnosis unit 83 includes a computer such as a CPU (Central Processing Unit), and a volatile memory and a non-volatile memory that store data necessary for abnormality diagnosis. The diagnosis unit 83 receives the first vibration waveform Wv1 and the second vibration waveform Wv2, and performs an abnormality diagnosis as to whether or not the spindle bearing 20 has been damaged. When the diagnosis unit 83 determines that an abnormality has occurred in the main shaft bearing 20, the diagnosis unit 83 controls the notification unit 84 to notify the user that an abnormality has occurred in the main shaft bearing 20.
診断部８３は、異常診断において、第１振動波形Ｗｖ１（５００〜５０００Ｈｚ）において基準値Ｅを超える第１振幅を抽出する。このように第１振動波形Ｗｖ１から基準値Ｅを超える振幅を抽出する理由は、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突した時刻を特定するためである。転動体２８がこれらに衝突するときに生じる加速度の変化は、当該衝突による衝撃のため、振動データの波形においては相対的に大きく現われる。そのため、第１振動波形Ｗｖ１から基準値Ｅを超える振幅を抽出することにより、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突した時刻を特定することができる。 In the abnormality diagnosis, the diagnosis unit 83 extracts a first amplitude that exceeds the reference value E in the first vibration waveform Wv1 (500 to 5000 Hz). The reason why the amplitude exceeding the reference value E is extracted from the first vibration waveform Wv1 is to specify the time when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, the outer ring 24, or the like. The change in acceleration that occurs when the rolling element 28 collides with them appears relatively large in the waveform of the vibration data because of the impact caused by the collision. Therefore, by extracting the amplitude exceeding the reference value E from the first vibration waveform Wv1, it is possible to specify the time when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, the outer ring 24, or the like.
転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突するときに発生する振動に含まれる周波数成分は、転動体２８とこれらとの間に異物Ｓがあるか否かで大きく異なる（図４（ｃ）および図５（ｃ）参照）。そのため、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突した時刻を特定することにより、振動データから異常に起因した振幅を抽出することができる。その結果、転動体２８がこれらに衝突したこととはほとんど無関係な振幅を評価値の算出から除外することができる。 The frequency component included in the vibration generated when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22 or the outer ring 24 is greatly different depending on whether or not there is a foreign substance S between the rolling element 28 and these ( (Refer FIG.4 (c) and FIG.5 (c)). Therefore, by specifying the time when the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24, the amplitude resulting from the abnormality can be extracted from the vibration data. As a result, the amplitude almost unrelated to the fact that the rolling element 28 collides with these can be excluded from the calculation of the evaluation value.
第１振幅を抽出するときの基準値Ｅは、転動体２８が保持器２６、内輪２２、あるいは外輪２４などに衝突したこととは無関係に生じる振幅がほとんど上回ることのない値であることが望ましい。基準値Ｅは、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができ、たとえば第１振動波形Ｗｖ１の実効値の５倍程度とすることができる。 The reference value E when the first amplitude is extracted is desirably a value that hardly exceeds the amplitude generated regardless of whether the rolling element 28 collides with the cage 26, the inner ring 22, or the outer ring 24. . The reference value E can be appropriately determined by actual machine experiments or simulations, and can be, for example, about five times the effective value of the first vibration waveform Wv1.
図１１は、正常時における第１振動波形Ｗｖ１および第２振動波形Ｗｖ２を示す図である。図１１（ａ）に示される第１振動波形Ｗｖ１は、図１０の第１フィルタ８１が図８（ａ）に示される振動データから抽出した波形である。図１１（ｂ）に示される第２振動波形Ｗｖ２は、図１０の第２フィルタ８２が図８（ａ）に示される振動データから抽出した波形である。 FIG. 11 is a diagram illustrating the first vibration waveform Wv1 and the second vibration waveform Wv2 in a normal state. A first vibration waveform Wv1 shown in FIG. 11A is a waveform extracted from the vibration data shown in FIG. 8A by the first filter 81 shown in FIG. A second vibration waveform Wv2 shown in FIG. 11B is a waveform extracted from the vibration data shown in FIG. 8A by the second filter 82 of FIG.
図１１（ａ）に示されるように、正常時において、基準値Ｅを超える第１振幅ＰＡｋは、時刻Ｔｋ（ｋ＝１〜Ｎ）において発生している。図１１（ｂ）に示されるように、第２振動波形Ｗｖ２において時刻Ｔｋに発生した第２振幅ＰＢｋが抽出される。実施の形態１における異常診断においては、第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比の平均値が、異常が発生したか否かの評価値として用いられる。 As shown in FIG. 11A, in the normal state, the first amplitude PA k exceeding the reference value E occurs at time T k (k = 1 to N). As shown in FIG. 11B, the second amplitude PB k generated at time T k in the second vibration waveform Wv2 is extracted. In the abnormality diagnosis in the first embodiment, the average value of the ratio between the first amplitude PA k and the second amplitude PB k is used as an evaluation value as to whether or not an abnormality has occurred.
図１２は、異常時における第１振動波形Ｗｖ１および第２振動波形Ｗｖ２を示す図である。図１２（ａ）に示される第１振動波形Ｗｖ１は、図１０の第１フィルタ８１が図９（ａ）に示される振動データから抽出した波形である。図１２（ｂ）に示される第２振動波形Ｗｖ２は、図１０の第２フィルタ８２が図９（ａ）に示される振動データから抽出した波形である。図１２においても図１１と同様に、第１振幅ＰＡｋおよび第２振幅ＰＢｋが抽出され、第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比の平均値が評価値として算出される。 FIG. 12 is a diagram illustrating the first vibration waveform Wv1 and the second vibration waveform Wv2 at the time of abnormality. The first vibration waveform Wv1 shown in FIG. 12A is a waveform extracted from the vibration data shown in FIG. 9A by the first filter 81 shown in FIG. The second vibration waveform Wv2 shown in FIG. 12B is a waveform extracted from the vibration data shown in FIG. 9A by the second filter 82 of FIG. In FIG. 12, as in FIG. 11, the first amplitude PA k and the second amplitude PB k are extracted, and the average value of the ratio between the first amplitude PA k and the second amplitude PB k is calculated as the evaluation value.
図１３は、第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比の平均値の変化を示す図である。図１３において、時刻ＴＲ１１までは主軸軸受２０に損傷が生じている異常な状態である。時刻ＴＲ１１から時刻ＴＲ１２までの間に主軸軸受２０が交換され、時刻ＴＲ１２以降においては主軸軸受２０は正常な状態である。たとえば値Ｒｄを判定値Ｖｄとして、評価値Ｖが判定値Ｖｄを超える場合を異常と判定し、評価値Ｖが判定値Ｖｄ以下の場合を正常と判定することで、正常時と異常時とを明確に区別することができる。その結果、異常診断の精度を比較例よりも向上させることができる。 FIG. 13 is a diagram illustrating a change in the average value of the ratio between the first amplitude PA k and the second amplitude PB k . 13, until the time TR 11 is an abnormal state damage the main shaft bearing 20 has occurred. Spindle bearing 20 during the period from the time TR 11 to the time TR 12 are exchanged, at time TR 12 after the main shaft bearing 20 is a normal state. For example the value R d as determination value V d, the case where the evaluation value V exceeds the determination value V d is determined to be abnormal, that evaluation value V is determined as normal if less than or equal to the determination value V d, and the normal It is possible to clearly distinguish between abnormal times. As a result, the accuracy of abnormality diagnosis can be improved as compared with the comparative example.
図１４は、実施の形態１において用いられる評価値Ｖを計算するサブルーチンの処理（図２のＳ１）を説明するためのフローチャートである。図１４に示されるように、データ処理装置８０は、Ｓ１１において第１振動波形Ｗｖ１（５００〜５０００Ｈｚ）から基準値Ｅを超える第１振幅ＰＡｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を抽出し、処理をＳ１２に進める。データ処理装置８０は、Ｓ１２において第２振動波形Ｗｖ２（５０００〜１００００Ｈｚ）から第１振幅ＰＡｋが発生した時刻Ｔｋにおける第２振幅ＰＢｋを抽出し、処理をＳ１３に進める。データ処理装置８０は、Ｓ１３において第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比Ｒｋ＝ＰＡｋ／ＰＢｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を算出し、処理をＳ１４に進める。データ処理装置８０は、ステップＳ１４において、比Ｒｋの平均値Ｒａｖｅを評価値Ｖとして算出して、図２に示される異常診断を行なうメインルーチンに処理を返す。データ処理装置８０は、評価値Ｖが判定値Ｖｄより大きい場合には、異常が発生した旨をユーザに報知する。 FIG. 14 is a flowchart for explaining the subroutine processing (S1 in FIG. 2) for calculating the evaluation value V used in the first embodiment. As shown in FIG. 14, the data processing device 80 extracts the first amplitude PA k (k = 1 to N) exceeding the reference value E from the first vibration waveform Wv1 (500 to 5000 Hz) in S11, and performs the processing. Proceed to S12. The data processing device 80 extracts the second amplitude PB k at the time T k when the first amplitude PA k is generated from the second vibration waveform Wv2 (5000 to 10000 Hz) in S12, and advances the processing to S13. In S13, the data processing device 80 calculates the ratio R k = PA k / PB k (k = 1 to N) of the first amplitude PA k and the second amplitude PB k, and advances the processing to S14. In step S14, the data processing device 80 calculates the average value R ave of the ratio R k as the evaluation value V, and returns the process to the main routine that performs the abnormality diagnosis shown in FIG. The data processing unit 80, evaluation value V is larger than the determination value V d informs the user that an abnormality has occurred.
以上、実施の形態１によれば、主軸軸受２０の異常診断において、５００〜５０００Ｈｚにおける基準値Ｅ以上の第１振幅ＰＡｋと、第１振幅ＰＡｋが発生した時刻における５０００〜１００００Ｈｚでの第２振幅ＰＢｋとの比の平均値を評価値Ｖとして用いることにより、振動データにおいて第２振幅ＰＢｋがほとんどなくなる異常時において評価値Ｖが顕著に大きくなる。その結果、主軸軸受２０の異常診断の精度を向上させることができる。 As described above, according to the first embodiment, in the abnormality diagnosis of the spindle bearing 20, the first amplitude PA k equal to or higher than the reference value E at 500 to 5000 Hz and the first amplitude at 5000 to 10000 Hz at the time when the first amplitude PA k is generated. by using the average value of the ratio of the second amplitude PB k as an evaluation value V, the evaluation value V becomes remarkably large at almost no abnormality is second amplitude PB k in the vibration data. As a result, the accuracy of abnormality diagnosis of the main shaft bearing 20 can be improved.
［実施の形態２］
実施の形態１においては、異常が発生したか否かの評価値として、第１振幅と第２振幅との比の平均値を用いる場合について説明した。異常が発生したか否かの評価値は、第１振幅が発生した時刻における第１振幅と第２振幅との比から算出した値であればどのようなものでもよい。実施の形態２においては、第１振幅と第２振幅との比が閾値を超える場合の発生頻度を異常が発生したか否かの評価値として用いる場合について説明する。
[Embodiment 2]
In Embodiment 1, the case where the average value of the ratio between the first amplitude and the second amplitude is used as the evaluation value as to whether or not an abnormality has occurred has been described. The evaluation value as to whether or not an abnormality has occurred may be any value as long as it is a value calculated from the ratio between the first amplitude and the second amplitude at the time when the first amplitude occurs. In the second embodiment, a case will be described in which the occurrence frequency when the ratio between the first amplitude and the second amplitude exceeds a threshold is used as an evaluation value as to whether or not an abnormality has occurred.
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、異常が発生したか否かの評価値として第１振幅と第２振幅との比が閾値を超える場合の発生頻度を用いる点である。実施の形態２においては、実施の形態１の図１３および１４がそれぞれ図１５および１６に置き換わる。それ以外の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the occurrence frequency when the ratio between the first amplitude and the second amplitude exceeds a threshold is used as an evaluation value as to whether or not an abnormality has occurred. In the second embodiment, FIGS. 13 and 14 of the first embodiment are replaced with FIGS. 15 and 16, respectively. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.
図１５は、第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比が閾値を超える場合の発生頻度の変化を示す図である。図１５において、時刻ＴＲ２１までは主軸軸受２０に異常が生じている状態である。時刻ＴＲ２１から時刻ＴＲ２２までの間に主軸軸受２０が交換され、時刻ＴＲ２２以降においては主軸軸受２０は正常な状態である。図１５に示されるように、たとえば値Ｆｄを判定値Ｖｄとして、評価値Ｖが判定値Ｖｄを超える場合を異常と判定し、評価値Ｖが判定値Ｖｄ以下の場合を正常と判定することで、正常時と異常時とを明確に区別することができる。その結果、異常診断の精度を比較例よりも向上させることができる。 FIG. 15 is a diagram illustrating a change in the occurrence frequency when the ratio between the first amplitude PA k and the second amplitude PB k exceeds a threshold value. In FIG. 15, the main shaft bearing 20 is in an abnormal state until time TR 21 . The main shaft bearing 20 is replaced between the time TR 21 and the time TR 22 , and the main shaft bearing 20 is in a normal state after the time TR 22 . As shown in FIG. 15, for example, a value F d as determination value V d, the case where the evaluation value V exceeds the determination value V d is determined to be abnormal, and normal when the evaluation value V is less than or equal to the determination value V d By determining, the normal time and the abnormal time can be clearly distinguished. As a result, the accuracy of abnormality diagnosis can be improved as compared with the comparative example.
図１６は、実施の形態２において用いられる評価値Ｖを計算するサブルーチンの処理（図２のＳ１）を説明するためのフローチャートである。図１６に示されるように、データ処理装置８０は、Ｓ１１において第１振動波形Ｗｖ１（５００〜５０００Ｈｚ）から基準値Ｅを超える第１振幅ＰＡｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を抽出し、処理をＳ１２に進める。データ処理装置８０は、Ｓ１２において第２振動波形Ｗｖ２（５０００〜１００００Ｈｚ）から第１振幅ＰＡｋが発生した時刻Ｔｋにおける第２振幅ＰＢｋを抽出し、処理をＳ１３に進める。データ処理装置８０は、Ｓ１３において第１振幅ＰＡｋと第２振幅ＰＢｋとの比Ｒｋ＝ＰＡｋ／ＰＢｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を算出し、処理をＳ２４に進める。データ処理装置８０は、ステップＳ２４において、比Ｒｋ（ｋ＝１〜Ｎ）が閾値Ｒｔｈを超える回数Ｌを算出し、処理をＳ２５に進める。データ処理装置８０は、Ｓ２５において発生頻度Ｆ＝Ｌ／Ｎを評価値Ｖとして算出して、図２に示される異常診断の処理を行なうメインルーチンに処理を返す。データ処理装置８０は、評価値Ｖが判定値Ｖｄより大きい場合には、異常が発生した旨をユーザに報知する。閾値Ｒｔｈは、シミュレーションあるいは実機実験によって適宜求めることができる。 FIG. 16 is a flowchart for explaining the subroutine processing (S1 in FIG. 2) for calculating the evaluation value V used in the second embodiment. As shown in FIG. 16, the data processing device 80 extracts the first amplitude PA k (k = 1 to N) exceeding the reference value E from the first vibration waveform Wv1 (500 to 5000 Hz) in S11, and performs the processing. Proceed to S12. The data processing device 80 extracts the second amplitude PB k at the time T k when the first amplitude PA k is generated from the second vibration waveform Wv2 (5000 to 10000 Hz) in S12, and advances the processing to S13. In S13, the data processing device 80 calculates the ratio R k = PA k / PB k (k = 1 to N) of the first amplitude PA k and the second amplitude PB k, and advances the processing to S24. In step S24, the data processing device 80 calculates the number L of times that the ratio R k (k = 1 to N) exceeds the threshold value R th and advances the process to S25. The data processing device 80 calculates the occurrence frequency F = L / N as the evaluation value V in S25, and returns the process to the main routine that performs the abnormality diagnosis process shown in FIG. The data processing unit 80, evaluation value V is larger than the determination value V d informs the user that an abnormality has occurred. The threshold value Rth can be appropriately determined by simulation or actual machine experiment.
以上、実施の形態２によれば、主軸軸受２０の異常診断において、５００〜５０００Ｈｚにおける基準値Ｅ以上の第１振幅ＰＡｋと、第１振幅ＰＡｋが発生した時刻における５０００〜１００００Ｈｚでの第２振幅ＰＢｋとの比が閾値Ｒｔｈより大きい場合の発生頻度Ｆを評価値Ｖとして用いることにより、振動データにおいて第２振幅ＰＢｋがほとんどなくなる異常時において評価値Ｖが顕著に大きくなる。その結果、実施の形態２によっても主軸軸受２０の異常診断の精度を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment, in the abnormality diagnosis of the main shaft bearing 20, the first amplitude PA k equal to or higher than the reference value E at 500 to 5000 Hz and the first amplitude at 5000 to 10000 Hz at the time when the first amplitude PA k is generated. By using the occurrence frequency F when the ratio to the two amplitudes PB k is larger than the threshold value R th as the evaluation value V, the evaluation value V is significantly increased at the time of abnormality in which the second amplitude PB k is almost absent in the vibration data. As a result, the accuracy of abnormality diagnosis of the spindle bearing 20 can be improved also in the second embodiment.
図１７は、比較例、実施の形態１、および実施の形態２のそれぞれの評価値についてｔ検定による有意差検定を行なった結果を示す図である。ｔ検定は、或る標本のグループの平均値と他の標本のグループの平均値との間に有意な差があるか否かを判定する検定方法である。図１７においては、主軸軸受２０に損傷が生じている場合の評価値の平均値と、主軸軸受２０に損傷が生じていない場合の評価値の平均値との間に有意な差があるか否かを判定した。標本数は、それぞれ２１である。有意な差が認められるか否かの境界値であるｔ値は２．０２１である。ｔ検定の結果が２．０２１を超える場合には、有意な差が認められる。 FIG. 17 is a diagram illustrating a result of performing a significant difference test by t-test on each evaluation value of the comparative example, the first embodiment, and the second embodiment. The t test is a test method for determining whether or not there is a significant difference between the average value of a group of a certain sample and the average value of a group of another sample. In FIG. 17, whether or not there is a significant difference between the average value of the evaluation values when the main shaft bearing 20 is damaged and the average value of the evaluation values when the main shaft bearing 20 is not damaged. It was judged. The number of samples is 21 each. The t value, which is a boundary value as to whether or not a significant difference is recognized, is 2.021. A significant difference is observed when the t-test result exceeds 2.021.
図１７に示されるように、比較例においては、ｔ検定結果が０．２７４でｔ値より小さいため、有意差が認められない。一方、実施の形態１および２においては、ｔ検定結果がそれぞれ９．８６および１１．３であり、いずれもｔ値を超えているため、有意な差が認められる。 As shown in FIG. 17, in the comparative example, since the t test result is 0.274, which is smaller than the t value, no significant difference is recognized. On the other hand, in Embodiments 1 and 2, the t-test results are 9.86 and 11.3, respectively, and both exceed the t-value, so a significant difference is recognized.
有意差検定の結果から、実効値を評価値として用いる比較例よりも、実施の形態１および２の方が、主軸軸受２０に異常が生じていない場合の評価値と、異常が生じた場合の評価値との間に差が生じ易いといえる。そのため、実施の形態１および２の方が、異常の発生が評価値の変化として現われ易い。したがって、実施の形態１および２によれば、異常診断の精度を比較例よりも向上させることができる。 From the result of the significant difference test, the evaluation values when the abnormality is not generated in the main shaft bearing 20 and the case where the abnormality is generated in the first and second embodiments than in the comparative example using the effective value as the evaluation value. It can be said that a difference is easily generated between the evaluation values. Therefore, in the first and second embodiments, the occurrence of abnormality is likely to appear as a change in the evaluation value. Therefore, according to Embodiments 1 and 2, the accuracy of abnormality diagnosis can be improved as compared with the comparative example.
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are also scheduled to be implemented in appropriate combinations. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 風力発電装置、１０ 主軸、２０ 主軸軸受、２２ 内輪、２４ 外輪、２６ 保持器、２８ 転動体、３０ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、７０ 加速度センサ、８０ データ処理装置、８１ 第１フィルタ、８２ 第２フィルタ、８３ 診断部、９０ ナセル、１００ タワー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator, 10 main shaft, 20 main shaft bearing, 22 inner ring, 24 outer ring, 26 cage, 28 rolling element, 30 blade, 40 speed increaser, 50 generator, 70 acceleration sensor, 80 data processing device, 81 1st Filter, 82 Second filter, 83 Diagnostic unit, 90 nacelle, 100 tower.
Claims (4)
前記振動データから第１周波数帯に属する第１振動波形を抽出するように構成される第１フィルタと、
前記振動データから前記第１周波数帯よりも高い第２周波数帯に属する第２振動波形を抽出するように構成される第２フィルタと、
前記第１振動波形の振幅であって基準値を超える第１振幅と、前記第１振幅が生じた時刻における前記第２振動波形の第２振幅との比から算出した評価値が判定値を超えた場合に、前記軸受装置に損傷が発生したと診断するように構成される診断部とを備える、異常診断装置。 An abnormality diagnosis device for detecting damage to the bearing device based on vibration data of acceleration of the bearing device,
A first filter configured to extract a first vibration waveform belonging to a first frequency band from the vibration data;
A second filter configured to extract a second vibration waveform belonging to a second frequency band higher than the first frequency band from the vibration data;
The evaluation value calculated from the ratio between the first amplitude that is the amplitude of the first vibration waveform and exceeds the reference value and the second amplitude of the second vibration waveform at the time when the first amplitude occurs exceeds the determination value. And a diagnostic unit configured to diagnose that the bearing device is damaged.
前記振動データから第１周波数帯に属する第１振動波形を抽出するステップと、
前記振動データから前記第１周波数帯よりも高い第２周波数帯に属する第２振動波形を抽出するステップと、
前記第１振動波形の振幅であって基準値を超える第１振幅と、前記第１振幅が生じた時刻における前記第２振動波形の第２振幅との比から算出した評価値が判定値を超えた場合に、前記軸受装置に損傷が発生したと診断するステップとを含む、異常診断方法。 An abnormality diagnosis method for detecting damage to the bearing device based on vibration data of acceleration of the bearing device,
Extracting a first vibration waveform belonging to a first frequency band from the vibration data;
Extracting a second vibration waveform belonging to a second frequency band higher than the first frequency band from the vibration data;
The evaluation value calculated from the ratio between the first amplitude that is the amplitude of the first vibration waveform and exceeds the reference value and the second amplitude of the second vibration waveform at the time when the first amplitude occurs exceeds the determination value. And a step of diagnosing that the bearing device has been damaged.
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