JP2021189054A - Bearing inspection device and method for inspecting bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受検査装置及び軸受検査方法に関する。 The present invention relates to a bearing inspection device and a bearing inspection method.
従来、音による軸受の検査について、例えば特開平3−35140号公報(特許文献1)に開示の技術がある。この公報には、「ベアリングの変位量と振動音とを検出し、それに関するデータを出力するデータ出力手段と、前記変位量と振動音とを前件部の変数、ベアリングの状態を後件部の変数とするファジィルールの複数と、各変数それぞれのメンバーシップ関数とを記憶していて、前記データ出力手段からの変位量と振動音とに関するデータを用いて当該ファジィルールとメンバーシップ関数とに従ってベアリングの状態をファジィ推論するファジィ推論部と、を備えたことを特徴とする」という記載がある。 Conventionally, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-35140 (Patent Document 1) for inspection of bearings by sound. In this publication, "a data output means that detects the displacement amount and vibration sound of the bearing and outputs the data related thereto, the displacement amount and the vibration sound are the variables of the front part, and the state of the bearing is the rear part. A plurality of fuzzy rules as variables and a membership function for each variable are stored, and according to the fuzzy rule and the membership function using the data related to the displacement amount and the vibration sound from the data output means. It is characterized by having a fuzzy inference unit that fuzzy infers the state of the bearing. "
上記特許文献1のように、音を取得して軸受の状態を判定する構成は、軸受の振動を取得して判定を行う構成に比べ、センサの設置に必要なスペースが少なく、非接触での判定も可能であるという利点がある。 As in Patent Document 1, the configuration that acquires the sound and determines the state of the bearing requires less space for installing the sensor than the configuration that acquires the vibration of the bearing and makes the determination, and is non-contact. There is an advantage that judgment is also possible.
一方で、音を取得して軸受の状態を判定する構成では、周辺の環境音による影響を受けて精度が低下するという問題がある。特に、低速で回転する軸受では、異常音の発生頻度が低下することから、検査が困難となっていた。 On the other hand, in the configuration in which the sound is acquired to determine the state of the bearing, there is a problem that the accuracy is lowered due to the influence of the surrounding environmental sound. In particular, bearings that rotate at low speeds are difficult to inspect because the frequency of abnormal noise is reduced.
そこで、本発明では、高精度で利用範囲の広い軸受検査装置及び軸受検査方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a bearing inspection device and a bearing inspection method with high accuracy and a wide range of use.
上記目的を達成するために、代表的な本発明の軸受検査装置の一つは、検査対象の軸受から生じる音を検知する音センサと、前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気センサと、前記磁気センサの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部と、前記周波数解析の結果を用い、前記音センサの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出部とを備える。
また、代表的な本発明の軸受検査方法の一つは、検査対象の軸受から生じる音を検知する音検知ステップと、前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気検知ステップと、前記磁気検知ステップの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析ステップと、前記周波数解析の結果を用い、前記音検知ステップの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出ステップとを含む。
In order to achieve the above object, one of the representative bearing inspection devices of the present invention includes a sound sensor that detects sound generated from the bearing to be inspected, a magnetic sensor that detects magnetism generated by the bearing, and the magnetometer. An analysis unit that frequency-analyzes the magnetic signal that is the detection result of the sensor, and an extraction unit that extracts the sound signal of the rotation cycle of the bearing from the sound signal that is the detection result of the sound sensor using the result of the frequency analysis. Be prepared.
Further, one of the typical bearing inspection methods of the present invention is a sound detection step for detecting sound generated from a bearing to be inspected, a magnetic detection step for detecting magnetism generated by the bearing, and detection of the magnetic detection step. It includes an analysis step of frequency-analyzing the resulting magnetic signal and an extraction step of extracting the sound signal of the rotation cycle of the bearing from the sound signal which is the detection result of the sound detection step using the result of the frequency analysis.
本発明によれば、高精度で利用範囲の広い軸受検査を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a bearing inspection with high accuracy and a wide range of use.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments for carrying out the invention.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The examples are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for the sake of clarification of the description. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The positions, sizes, shapes, ranges, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual positions, sizes, shapes, ranges, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range and the like disclosed in the drawings.
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of components having the same or similar functions, they may be described by adding different subscripts to the same reference numerals. Further, when it is not necessary to distinguish between these a plurality of components, the subscripts may be omitted in the description.
図1は、実施例に係る軸受検査装置の説明図である。図1に示した軸受検査装置30は、エスカレータ10の軸受の検査に用いられている。エスカレータ10は、循環する踏板に乗った乗客を搬送する乗客コンベアの一種である。エスカレータ10は、その両端の床面の下に、踏板を循環させるための軸を備えている。この軸は、転動体を内蔵した転がり軸受(ベアリング)である軸受20によって保持されている。一例として、2本の軸のそれぞれは、2つの軸受によって保持される。図1では、エスカレータ10の下側の軸を支える軸受の1つを軸受20a、エスカレータ10の上側の軸を支える軸受の1つを軸受20bとしている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a bearing inspection device according to an embodiment. The
軸受検査装置30は、磁気センサ31、音センサ32、解析部33、抽出部34及び判定部35を有する。磁気センサ31は、検査対象の軸受20aによって生じる磁気を検知し、磁気信号として出力する。音センサ32は、軸受20aから生じる音を検知し、音信号として出力する。
The
解析部33は、磁気センサ31の検知結果である磁気信号を周波数解析する。抽出部34は、周波数解析の結果を用い、音センサ32の検知結果である音信号から軸受の回転周期の音信号を抽出する。一例として、抽出部34は、軸受20aの構造から推定される周期の近傍で磁気信号の周期のピークを探索し、転動体の回転周期と内輪の回転周期を求め、軸受20aの回転周期とする。この場合、抽出部34は、転動体の回転周期と内輪の回転周期で発生した音信号を選択的に抽出することになる。
The
判定部35は、抽出部34による抽出結果から、軸受20aの状態を判定する。具体的には、判定部35は、抽出部34による抽出結果のうち、音圧が所定の閾値を超える音信号を異常音と判定する。また、判定部35は、異常音に対応する磁気信号の周期から、転動体の異常音であるか内輪の異常音であるかを識別する。判定部35は、判定結果を外部に出力する。判定結果による出力は、判定結果のみであってもよいし、他の情報を併せて出力してもよい。他の情報とは、磁気センサ31により検知された磁気信号、音センサ32により検知された音信号、解析部33による解析結果、抽出部34により抽出された音信号などである。
The
図2は、軸受検査装置30の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順を開始する準備として、磁気センサ31及び音センサ32を検査対象の軸受20に設置し、エスカレータ10を駆動させる。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the
処理手順を開始すると、まず、音センサ32による音の検知(ステップS101)と、磁気センサ31による磁気の検知(ステップS102)が行われる。その後、解析部33が磁気センサ31の出力である磁気信号を周波数解析する(ステップS103)。抽出部34は、周波数解析の結果を用い、音センサ32の検知結果である音信号から軸受の回転周期の音信号を抽出する(ステップS104)。判定部35は、抽出部34による抽出結果から、軸受20aの状態を判定し、判定結果を出力して(ステップS305)、処理を終了する。
When the processing procedure is started, first, sound detection by the sound sensor 32 (step S101) and magnetism detection by the magnetic sensor 31 (step S102) are performed. After that, the
図3は、音信号と磁気信号の具体例である。図3に示した音信号には、軸受20に由来する音の他、環境音も含まれる。このため、音信号のみから異常を示す音を抽出することは難しい。一方、磁気信号は、軸受20の内輪の回転と転動体の回転などを含む周期性を示している。そして、音信号にも、軸受20の回転に由来する周期成分が含まれていると考えられる。そこで、軸受検査装置30は、磁気信号を周波数変換して軸受20の回転周期を特定している。
FIG. 3 is a specific example of a sound signal and a magnetic signal. The sound signal shown in FIG. 3 includes not only the sound derived from the
図4は、磁気信号の周波数変換結果の具体例である。抽出部34は、周波数解析の結果を用い、軸受20aの構造から推定される周期の近傍で磁気信号の周期のピークを探索する。図4では、軸受20aの構造とエスカレータ10の稼働速度から求めた内輪、転動体、保持器の周期の理論値は、それぞれ0.25Hz、0.90Hz、0Hzである。この周囲でピーク値を探索し、実ピーク値とすると、内輪の実ピーク値は0.24Hz、転動体の実ピーク値は0.89Hz、保持器の実ピーク値は0.1Hzとなる。
FIG. 4 is a specific example of the frequency conversion result of the magnetic signal. The
これらの実ピーク値に対応する周期で発生する音信号を抽出し、それ以外をノイズ成分(環境音)として除去すれば、軸受20に由来する音を選択的に抽出することができる。そして、軸受に由来する音のうち、音圧が閾値以上である音を異常音として判定すれば、軸受20の異常を高い精度で判定することができる。
If the sound signals generated in the cycle corresponding to these actual peak values are extracted and the other sounds are removed as noise components (environmental sounds), the sound derived from the bearing 20 can be selectively extracted. Then, among the sounds derived from the bearing, if the sound whose sound pressure is equal to or higher than the threshold value is determined as an abnormal sound, the abnormality of the
図5は、磁気信号の周期を利用した異常音の判定結果を示す図である。図5では、磁気信号のピークに対応して音信号の異常が示されている。 FIG. 5 is a diagram showing a determination result of an abnormal sound using a period of a magnetic signal. In FIG. 5, an abnormality of the sound signal is shown corresponding to the peak of the magnetic signal.
次に、センサの設置について説明する。図6〜図8は、センサの設置の説明図である。図6〜図8に共通する構成として、保持器21に軸受20が保持されている。また、保持器21と内輪22の間には、転動体23が内蔵されている。内輪22の内側は、軸である。
Next, the installation of the sensor will be described. 6 to 8 are explanatory views of the installation of the sensor. As a configuration common to FIGS. 6 to 8, the
図6に示した構成では、保持器21にセンサユニット37が例えばグリスなどを介して設置されている。センサユニット37は内部には基板36を有し、基板36の軸受20側に磁気センサ31と音センサ32が設けられている。
In the configuration shown in FIG. 6, the
図7に示した構成では、図6に示した構成に加え、キャンセリング用音センサ41をさらに設けている。キャンセリング用音センサ41は、基板36に設けられるが、その設置面は音センサ32の反対側である。キャンセリング用音センサ41は環境音の検知を目的としており、その音信号は、音センサ32の音信号から差し引かれる。これにより、環境音の影響を低減することができる。
In the configuration shown in FIG. 7, in addition to the configuration shown in FIG. 6, a canceling sound sensor 41 is further provided. The canceling sound sensor 41 is provided on the
さらに、キャンセリング用音センサ41をセンサユニット37に接着させ、接着した位置のセンサユニット37に穴を開け、キャンセリング用音センサ41をセンサユニット37から外部に出す構成が考えられる。例えば、センサユニット37の上面にキャンセリング用音センサ41のみが通る穴を開けて、そこからキャンセリング用音センサ41のみを外部に覗かせる。これにより、キャンセリング用音センサ41がセンサユニット37の外部で発生する環境音を検知し易くすることができる。
Further, it is conceivable that the canceling sound sensor 41 is adhered to the
図8に示した構成では、保持器21にセンサユニット37aとセンサユニット37bが設置されている。センサユニット37aは内部には基板36aを有し、基板36aの軸受20側に音センサ32が設けられている。センサユニット37bは内部には基板36bを有し、基板36bの軸受20側に磁気センサ31が設けられている。なお、磁気センサ31を有するセンサユニット37bは、グリスなどを介して保持器21に設置し、音センサ32を有するセンサユニット37aは、磁石などで保持器21に設置すればよい。
In the configuration shown in FIG. 8, the
これまでの説明では、1の軸受を検査する場合を例に説明を行ったが、同一周期で回転する複数の軸受を同時に検査することも可能である。図9は、複数の軸受を同時に検査する場合の説明図である。 In the above description, the case of inspecting one bearing has been described as an example, but it is also possible to inspect a plurality of bearings rotating in the same cycle at the same time. FIG. 9 is an explanatory diagram when a plurality of bearings are inspected at the same time.
既に説明したように、エスカレータ10は、両端の床面の下に軸を備えており、この2本の軸は、踏板を循環させるため同一周期で回転する。そして、それぞれの軸は片側の1つ、あるいは両側の2つの軸受20により保持されるので、2つから4つの軸受20が同一周期で回転することになる。さらに多数の軸受けが設置され、同一周期で回転することも考えられる。
As described above, the
図9では、説明を簡明にするため、2つの軸受20a、20bを検査対象とする場合を示すが、3つ、あるいは4つ、あるいは多数の軸受20を同時に検査することも可能である。
FIG. 9 shows a case where two
図9に示した軸受検査装置30aは、磁気センサ31、音センサ32a、音センサ32b、解析部33、抽出部34a、判定部35aを備える。この構成では、軸受20aに磁気センサ31と音センサ32aが設置される。その一方、軸受20bには磁気センサ31を設置せず、音センサ32bを設置している。
The
解析部33は、図1と同様に、磁気センサ31の検知結果である磁気信号を周波数解析する。抽出部34aは、周波数解析の結果を用い、複数の音センサ32aと音センサ32bの検知結果である複数の音信号から軸受20aと軸受20bの回転周期の音信号をそれぞれ抽出する。すなわち、軸受20aで取得した磁気信号の周期は、軸受20bの音信号の抽出にも用いられる。
Similar to FIG. 1, the
判定部35は、複数の音信号から、軸受20aと軸受20bの状態をそれぞれ判定する。この判定は、図1の構成と同様に、音圧が閾値を超えるか否かを基準として行うことができる。また、複数の音信号からの抽出結果を比較して、異常の有無を判定することも可能である。例えば、複数の軸受20から抽出した同一時点の音信号の1つが他の音信号よりも大きい場合には、その軸受20に異常が生じている可能性がある。特に、軸の両側に設置された軸受は同じ軸から影響を受けるため、比較によって異常の有無を判定し易い。
The
上述してきたように、本実施例に係る軸受検査装置30は、検査対象の軸受20から生じる音を検知する音センサ32と、軸受20によって生じる磁気を検知する磁気センサ31と、前記磁気センサ31の検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部33と、前記周波数解析の結果を用い、前記音センサ32の検知結果である音信号から前記軸受20の回転周期の音信号を抽出する抽出部34とを備える。このため、周辺の環境音による影響を低減し、低速回転する軸受にも適用可能な、高精度で利用範囲の広い軸受検査が実現できる。
As described above, the
検査対象の軸受20は、転動体を内蔵した転がり軸受であることが好適であり、抽出部34は、前記軸受20の構造から推定される周期の近傍で前記磁気信号の周期のピークを探索し、前記転動体の回転周期と内輪の回転周期を求め、前記軸受の回転周期とすることができる。なお、転動体は、玉、円筒コロなど、形状を問わず適用可能である。
The bearing 20 to be inspected is preferably a rolling bearing having a built-in rolling element, and the
また、軸受検査装置30aは、同一周期で回転する複数の軸受20に対応して前記音センサ32を複数備え、前記複数の軸受20のいずれかで生じる磁気を前記磁気センサ31で検知し、前記抽出部34は、前記周波数解析の結果を共用して、複数の音センサ32の検知結果である複数の音信号から各軸受20の回転周期の音信号をそれぞれ抽出する。複数の軸受は、例えば同一の軸に設けられた軸受である。そして、判定部35aは、複数の音信号からの抽出結果を比較し、前記複数の軸受20の状態を判定する。かかる構成によれば、複数の軸受20の状態を簡易に判定することができる。
Further, the
また、抽出部34による抽出結果のうち、音圧が所定の閾値を超える音信号を異常音と判定すれば、軸受20の異常を簡易且つ確実に判定できる。また、転動体の異常と内輪の異常を識別可能に判定することも可能である。
Further, if the sound signal whose sound pressure exceeds a predetermined threshold value is determined to be an abnormal sound among the extraction results by the
なお、上記実施例では、乗客コンベアの一種であるエスカレータにおいて、軸受の検査を高精度に行うことができる旨の説明を行った。この他、本発明は、乗客を水平方向に搬送する乗客コンベア、建機の無限軌道(キャタピラ)など、任意の装置の軸受に適用可能であり、特に低速で運用される軸受に適する。 In the above embodiment, it was explained that the bearing can be inspected with high accuracy in the escalator which is a kind of passenger conveyor. In addition, the present invention can be applied to bearings of arbitrary devices such as passenger conveyors for horizontally transporting passengers and endless tracks (caterpillars) of construction machinery, and is particularly suitable for bearings operated at low speeds.
また、上記実施例では、音センサと磁気センサを有するセンサユニットを例示して説明を行ったが、センサユニットに振動センサや熱センサなどを設け、これらのセンサの出力をさらに利用して、総合的に異常の有無を判定する構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, a sensor unit having a sound sensor and a magnetic sensor has been described as an example, but a vibration sensor, a heat sensor, or the like is provided in the sensor unit, and the output of these sensors is further utilized to comprehensively utilize the sensor unit. It may be configured to determine the presence or absence of an abnormality.
また、上記実施例では、磁気センサや音センサを有するセンサユニットを保持器21に接触させて設置する場合を例に説明を行ったが、磁気センサや音センサは必ずしも保持器21に接触させる必要はない。磁気センサや音センサは、非接触で使用することも可能である。また、作業スペースが確保された軸受と作業スペースに余裕のない軸受が混在する場合には、作業スペースが確保された軸受に磁気センサを設置し、他の軸受には音センサのみを設置して本発明を実施することも可能である。
Further, in the above embodiment, the case where the sensor unit having the magnetic sensor or the sound sensor is brought into contact with the
10…エスカレータ、20…軸受、30…軸受検査装置、31…磁気センサ、32…音センサ、33…解析部、34…抽出部、35…判定部、36…基板、37…センサユニット
10 ... Escalator, 20 ... Bearing, 30 ... Bearing inspection device, 31 ... Magnetic sensor, 32 ... Sound sensor, 33 ... Analysis unit, 34 ... Extraction unit, 35 ... Judgment unit, 36 ... Board, 37 ... Sensor unit
Claims (10)
前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気センサと、
前記磁気センサの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部と、
前記周波数解析の結果を用い、前記音センサの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出部と
を備えることを特徴とする軸受検査装置。 A sound sensor that detects the sound generated from the bearing to be inspected, and
A magnetic sensor that detects the magnetism generated by the bearing, and
An analysis unit that frequency-analyzes the magnetic signal that is the detection result of the magnetic sensor,
A bearing inspection device comprising an extraction unit that extracts a sound signal of the rotation cycle of the bearing from a sound signal that is a detection result of the sound sensor using the result of the frequency analysis.
前記複数の軸受のいずれかで生じる磁気を前記磁気センサで検知し、
前記抽出部は、前記周波数解析の結果を共用して、複数の音センサの検知結果である複数の音信号から各軸受の回転周期の音信号をそれぞれ抽出する
ことを特徴とする請求項1に記載の軸受検査装置。 It is equipped with multiple sound sensors for multiple bearings that rotate in the same cycle.
The magnetism generated by any of the plurality of bearings is detected by the magnetic sensor, and the magnetism is detected.
The extraction unit shares the result of the frequency analysis, and extracts sound signals of each bearing rotation cycle from a plurality of sound signals which are detection results of a plurality of sound sensors, according to claim 1. The described bearing inspection device.
前記抽出部による抽出結果から、前記軸受における異常の有無を判定する判定部をさらに備え、
前記判定部は、前記転動体の異常と内輪の異常を識別可能に判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の軸受検査装置。 The bearing is a rolling bearing with a built-in rolling element.
Further, a determination unit for determining the presence or absence of an abnormality in the bearing from the extraction result by the extraction unit is provided.
The bearing inspection device according to claim 1, wherein the determination unit can distinguish between the abnormality of the rolling element and the abnormality of the inner ring.
前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気検知ステップと、
前記磁気検知ステップの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析ステップと、
前記周波数解析の結果を用い、前記音検知ステップの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出ステップと
を含むことを特徴とする軸受検査方法。
A sound detection step that detects the sound generated from the bearing to be inspected,
A magnetic detection step that detects the magnetism generated by the bearing,
An analysis step for frequency analysis of the magnetic signal, which is the detection result of the magnetic detection step, and
A bearing inspection method comprising an extraction step of extracting a sound signal of a rotation cycle of the bearing from a sound signal which is a detection result of the sound detection step using the result of the frequency analysis.
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