JP2749006B2 - 歯車のクラック診断装置 - Google Patents
歯車のクラック診断装置Info
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は増速機，減速機などの歯
車装置内の歯車に発生するクラックを早期に検知する歯
車のクラック診断装置に関するものである。
車装置内の歯車に発生するクラックを早期に検知する歯
車のクラック診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】歯車のクラックを知るには，従来，歯車
装置を休止して分解点検し内部の歯車を目視するかある
いは非破壊検査によりクラック状態を観測する方法（以
下，休止点検法と呼ぶ）や，運転中の歯車装置から発生
する振動を計測分析する方法（以下，振動法と呼ぶ）
や，運転中の歯車から発生するＡＥ（アコースティック
・エミッション：音響的弾性波）を計測分析するＡＥ法
などがある。
装置を休止して分解点検し内部の歯車を目視するかある
いは非破壊検査によりクラック状態を観測する方法（以
下，休止点検法と呼ぶ）や，運転中の歯車装置から発生
する振動を計測分析する方法（以下，振動法と呼ぶ）
や，運転中の歯車から発生するＡＥ（アコースティック
・エミッション：音響的弾性波）を計測分析するＡＥ法
などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来技術においては，次に示す問題点がある。休止点検法
では，歯車装置を一旦休止して歯車を目視ないしは非破
壊検査を行ないクラックの大きさを計測する方法である
ため，休止損失が必然的に発生する点，点検作業に多大
な労力を要する点，クラック検出限界長が大きい点，ク
ラックが進行性のものか停滞性のものかの区別が不明で
ある点などの問題点がある。振動法では，歯車装置を休
止させる必要がなく運転中でクラックの発生を検出する
ことができる利点があるが，クラックが大きく進展した
時点や歯欠けを起こした時点でしか検出されないため，
振動法によって歯車のクラックを検出した時点で既にク
ラックは相当危険な状態に達しており，直ちに歯車を取
替えるか負荷を軽減させる等の処置を必要とする場合が
多い。したがって，予備歯車を保有するためのコスト上
昇や，歯車装置を緊急停止させ応急措置を実施すること
による操業損失が発生する等の問題点がある。
来技術においては，次に示す問題点がある。休止点検法
では，歯車装置を一旦休止して歯車を目視ないしは非破
壊検査を行ないクラックの大きさを計測する方法である
ため，休止損失が必然的に発生する点，点検作業に多大
な労力を要する点，クラック検出限界長が大きい点，ク
ラックが進行性のものか停滞性のものかの区別が不明で
ある点などの問題点がある。振動法では，歯車装置を休
止させる必要がなく運転中でクラックの発生を検出する
ことができる利点があるが，クラックが大きく進展した
時点や歯欠けを起こした時点でしか検出されないため，
振動法によって歯車のクラックを検出した時点で既にク
ラックは相当危険な状態に達しており，直ちに歯車を取
替えるか負荷を軽減させる等の処置を必要とする場合が
多い。したがって，予備歯車を保有するためのコスト上
昇や，歯車装置を緊急停止させ応急措置を実施すること
による操業損失が発生する等の問題点がある。
【０００４】ＡＥ法では，歯車にクラック等の異常があ
る時に発生するＡＥ波を歯車装置の軸受部に設置した２
個のＡＥセンサで検出し，増幅後包絡線検波を行なった
後，歯車の回転周波数成分を通過させるためのバンドパ
スフィルタを通過させた信号に対し，ＡＥの発生源が歯
車である条件ならびに異常の存在によって生ずるＡＥで
ある条件という２つの条件を同時に満足するか否かを判
定することにより，歯車の異常を診断する方法がある。
この方法は，歯車装置を停止させず運転中に適用可能で
ある利点があるが，バンドパスフィルタを使用し歯車の
回転周波数成分以外を除去しているので歯車の噛み合う
際に発生する高周波成分が欠落するため，バンドパスフ
ィルタを通過した包絡線検波後のＡＥ波形と実際に歯車
装置内で生起している歯車のクラックの進展状況との対
応関係が不明確となり，歯車のクラックの進展を明確に
検知できないことがあるという問題点があった。また，
この問題をクリアするためにバンドパスフィルタの通過
帯域巾を拡大させると，歯車クラックに起因しないＡＥ
も検知してしまうため診断の精度が悪化するという問題
点があった。
る時に発生するＡＥ波を歯車装置の軸受部に設置した２
個のＡＥセンサで検出し，増幅後包絡線検波を行なった
後，歯車の回転周波数成分を通過させるためのバンドパ
スフィルタを通過させた信号に対し，ＡＥの発生源が歯
車である条件ならびに異常の存在によって生ずるＡＥで
ある条件という２つの条件を同時に満足するか否かを判
定することにより，歯車の異常を診断する方法がある。
この方法は，歯車装置を停止させず運転中に適用可能で
ある利点があるが，バンドパスフィルタを使用し歯車の
回転周波数成分以外を除去しているので歯車の噛み合う
際に発生する高周波成分が欠落するため，バンドパスフ
ィルタを通過した包絡線検波後のＡＥ波形と実際に歯車
装置内で生起している歯車のクラックの進展状況との対
応関係が不明確となり，歯車のクラックの進展を明確に
検知できないことがあるという問題点があった。また，
この問題をクリアするためにバンドパスフィルタの通過
帯域巾を拡大させると，歯車クラックに起因しないＡＥ
も検知してしまうため診断の精度が悪化するという問題
点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに，本発明においては，歯車のクラックから発生する
ＡＥを検出する複数個のＡＥ検出部と，歯車の回転位相
を検出する歯車回転位相検出部と，前記ＡＥ検出部から
発信されるＡＥ信号を包絡線検波する包絡線検波部と，
包絡線検波後のＡＥ信号のうち歯車の回転周波数から歯
車の噛み合い周波数成分を包含する一定範囲の周波数成
分を通過させるフィルタリング部と，該フィルタリング
部を通過したＡＥ信号と前記歯車回転位相検出部より発
信される歯車回転位相信号とをディジタルサンプリング
してＡ／Ｄ変換を行なうディジタルサンプリング部と，
ディジタルサンプリングされたＡＥ信号ならびに歯車回
転位相信号から各々のＡＥ事象の特徴を表わすＡＥ事象
パラメータを演算するＡＥ事象パラメータ演算部と，該
ＡＥ事象パラメータ演算部で演算されたＡＥ事象パラメ
ータからＡＥ発生位置に関する数値を演算し，予め設定
された範囲内に収まる演算値のみを分別するＡＥ発生位
置分別部と，該ＡＥ発生位置分別部で分別された各々の
ＡＥ事象のうちでＡＥ事象間の発生時間間隔が歯車回転
周期に一致するＡＥ事象のみを分別するＡＥ発生時間間
隔分別部と，該ＡＥ発生時間間隔分別部で分別されたＡ
Ｅ事象の各々のＡＥ到達時間に対応した歯車回転位相を
変数としＡＥ事象発生率を頻度とする分布を演算する歯
車位相分布演算部と，該歯車位相演算部で演算された歯
車回転位相区分別ＡＥ事象発生率が予め設定された基準
値以上のＡＥ発生率を示す歯車回転位相区分内の個数か
ら進展したクラック個所数を判定し，前記発生時間間隔
分別部で採用された歯車回転周期に基づいてクラックが
進展中の歯車を同定する機能を備えたクラック進展判定
部と，から構成された歯車のクラック診断装置とした。
めに，本発明においては，歯車のクラックから発生する
ＡＥを検出する複数個のＡＥ検出部と，歯車の回転位相
を検出する歯車回転位相検出部と，前記ＡＥ検出部から
発信されるＡＥ信号を包絡線検波する包絡線検波部と，
包絡線検波後のＡＥ信号のうち歯車の回転周波数から歯
車の噛み合い周波数成分を包含する一定範囲の周波数成
分を通過させるフィルタリング部と，該フィルタリング
部を通過したＡＥ信号と前記歯車回転位相検出部より発
信される歯車回転位相信号とをディジタルサンプリング
してＡ／Ｄ変換を行なうディジタルサンプリング部と，
ディジタルサンプリングされたＡＥ信号ならびに歯車回
転位相信号から各々のＡＥ事象の特徴を表わすＡＥ事象
パラメータを演算するＡＥ事象パラメータ演算部と，該
ＡＥ事象パラメータ演算部で演算されたＡＥ事象パラメ
ータからＡＥ発生位置に関する数値を演算し，予め設定
された範囲内に収まる演算値のみを分別するＡＥ発生位
置分別部と，該ＡＥ発生位置分別部で分別された各々の
ＡＥ事象のうちでＡＥ事象間の発生時間間隔が歯車回転
周期に一致するＡＥ事象のみを分別するＡＥ発生時間間
隔分別部と，該ＡＥ発生時間間隔分別部で分別されたＡ
Ｅ事象の各々のＡＥ到達時間に対応した歯車回転位相を
変数としＡＥ事象発生率を頻度とする分布を演算する歯
車位相分布演算部と，該歯車位相演算部で演算された歯
車回転位相区分別ＡＥ事象発生率が予め設定された基準
値以上のＡＥ発生率を示す歯車回転位相区分内の個数か
ら進展したクラック個所数を判定し，前記発生時間間隔
分別部で採用された歯車回転周期に基づいてクラックが
進展中の歯車を同定する機能を備えたクラック進展判定
部と，から構成された歯車のクラック診断装置とした。
【０００６】
【作用】歯車にクラックが発生し進展するとき，クラッ
クの近傍における応力が一定でなく増減する場合にはＡ
Ｅが発生する。この現象はクラックが進展している歯車
の歯と相手歯車との噛み合い時間のオーダのタイミング
で生起する。したがって，ＡＥ検出部で検出されたＡＥ
信号は増幅され，包絡線検波されてから，歯車の回転周
波数から歯車の噛み合い周波数成分を包含する一定範囲
の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタを通過さ
せて歯車のクラック進展に係るＡＥ現象に忠実に対応し
たＡＥ信号が得られる。一方，歯車回転位相検出部で
は，歯車の回転位相を，たとえば，歯車軸回転パルス発
生機構などにより歯車の回転位相を検出して増幅し，フ
ィルタリングされたＡＥ信号とともにＡＤ変換され，デ
ィジタル化される。ＡＥ事象パラメータ演算部では，デ
ィジタル化されたＡＥ検出信号が所定の基準値と比較さ
れ，一定の基準値以上のＡＥ信号がＡＥ事象データ単位
として識別された後に，ＡＥ到達時間，歯車回転位相等
のＡＥ事象パラメータが演算される。さらに，ＡＥ発生
位置分別部において，複数個のＡＥ事象パラメータ演算
部で得られたＡＥ検出部に対応する各々の到達時間時系
列およびその差異を求め，ＡＥの伝達速度と各々のＡＥ
検出部間の距離によって定まるＡＥ発生位置係数が演算
され，得られたＡＥ発生位置係数が予め定められた値の
範囲内にあるＡＥ事象のみを歯車から発生したＡＥ事象
として分別する。次に，ＡＥ発生時間間隔分別部におい
て，ＡＥ発生位置分別部で分別されたＡＥ事象のうちか
ら各々のＡＥ事象の到達時間の差異が歯車軸回転周期に
等しいＡＥ事象のみを歯車のクラック進展に係るＡＥ事
象として分別する。歯車位相分布演算部において，ＡＥ
発生時間間隔分別部で分別されたＡＥ事象を対象としこ
れら各ＡＥ事象に対応する歯車回転位相により位相分布
を演算する。次に，クラック進展判定部において，歯車
位相分布演算部で演算した位相分布が予め定められた値
を越えた場合に歯車のクラックが進展中と判定する。一
方，歯車位相分布において，位相分布が予め定められた
値より大きい歯車位相を探索して，クラックが進展して
いる歯車の位相，すなわち，クラックの発生個所を判定
することができる。
クの近傍における応力が一定でなく増減する場合にはＡ
Ｅが発生する。この現象はクラックが進展している歯車
の歯と相手歯車との噛み合い時間のオーダのタイミング
で生起する。したがって，ＡＥ検出部で検出されたＡＥ
信号は増幅され，包絡線検波されてから，歯車の回転周
波数から歯車の噛み合い周波数成分を包含する一定範囲
の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタを通過さ
せて歯車のクラック進展に係るＡＥ現象に忠実に対応し
たＡＥ信号が得られる。一方，歯車回転位相検出部で
は，歯車の回転位相を，たとえば，歯車軸回転パルス発
生機構などにより歯車の回転位相を検出して増幅し，フ
ィルタリングされたＡＥ信号とともにＡＤ変換され，デ
ィジタル化される。ＡＥ事象パラメータ演算部では，デ
ィジタル化されたＡＥ検出信号が所定の基準値と比較さ
れ，一定の基準値以上のＡＥ信号がＡＥ事象データ単位
として識別された後に，ＡＥ到達時間，歯車回転位相等
のＡＥ事象パラメータが演算される。さらに，ＡＥ発生
位置分別部において，複数個のＡＥ事象パラメータ演算
部で得られたＡＥ検出部に対応する各々の到達時間時系
列およびその差異を求め，ＡＥの伝達速度と各々のＡＥ
検出部間の距離によって定まるＡＥ発生位置係数が演算
され，得られたＡＥ発生位置係数が予め定められた値の
範囲内にあるＡＥ事象のみを歯車から発生したＡＥ事象
として分別する。次に，ＡＥ発生時間間隔分別部におい
て，ＡＥ発生位置分別部で分別されたＡＥ事象のうちか
ら各々のＡＥ事象の到達時間の差異が歯車軸回転周期に
等しいＡＥ事象のみを歯車のクラック進展に係るＡＥ事
象として分別する。歯車位相分布演算部において，ＡＥ
発生時間間隔分別部で分別されたＡＥ事象を対象としこ
れら各ＡＥ事象に対応する歯車回転位相により位相分布
を演算する。次に，クラック進展判定部において，歯車
位相分布演算部で演算した位相分布が予め定められた値
を越えた場合に歯車のクラックが進展中と判定する。一
方，歯車位相分布において，位相分布が予め定められた
値より大きい歯車位相を探索して，クラックが進展して
いる歯車の位相，すなわち，クラックの発生個所を判定
することができる。
【０００７】このようにして，複数個のＡＥ検出部と歯
車位相検出部より検出される信号に基づいて，このＡＥ
が歯車部から発生している条件と歯車のクラックに起因
する条件をともに満足したＡＥ事象に対して歯車回転位
相分布を演算・判定することにより歯車にクラックが進
展しているか否かの判定を行なうと同時に，どの歯車で
クラックが進行しているかをも判定するので，歯車の維
持管理に多大な効果が得られる。
車位相検出部より検出される信号に基づいて，このＡＥ
が歯車部から発生している条件と歯車のクラックに起因
する条件をともに満足したＡＥ事象に対して歯車回転位
相分布を演算・判定することにより歯車にクラックが進
展しているか否かの判定を行なうと同時に，どの歯車で
クラックが進行しているかをも判定するので，歯車の維
持管理に多大な効果が得られる。
【０００８】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。図１〜図６は本発明に係る実施例を示
し，図１は歯車のクラック診断装置のブロック線図，図
２は歯車装置の概略平面図，図３はＡＥ到達時間および
歯車回転位相に関する説明図，図４はＡＥ発生時間間隔
分別部に関する説明図，図５は歯車回転位相分布に関す
る説明図，図６は歯車クラック診断結果を示すＡＥ事象
頻度図である。
ついて説明する。図１〜図６は本発明に係る実施例を示
し，図１は歯車のクラック診断装置のブロック線図，図
２は歯車装置の概略平面図，図３はＡＥ到達時間および
歯車回転位相に関する説明図，図４はＡＥ発生時間間隔
分別部に関する説明図，図５は歯車回転位相分布に関す
る説明図，図６は歯車クラック診断結果を示すＡＥ事象
頻度図である。
【０００９】図１において，１はＡＥ検出部であり２は
ＡＥ検出部でそれぞれＡＥセンサである。ＡＥ検出部１
およびＡＥ検出部２は，図２に示すように，歯車３３に
クラックが進展している状態を診断するために，歯車３
３を所定の位置に支持する軸３４を支持する軸受３５，
３６または軸受３５，３６と剛に結合された軸受箱部３
７にそれぞれ取付けられている。歯車回転位相検出部３
は，図２において，歯車の軸３４が１回転する間の歯車
回転角を直接的ないしは間接的に算出可能とするような
信号を検出するもので，例えば歯車が１回転するたびに
回転パルスを発生させる方式などが適用され，歯車の軸
３４の近傍に設置されている。ＡＥ検出部１およびＡＥ
検出部２は上記歯車３３でクラックが発生し歯車材の種
類で定まる一定のクラック長さ以上にクラックが進展し
た場合では，相手歯車と噛み合う際，歯車の噛み合い時
間に相当する時間巾でＡＥが発生するため，クラックの
進展に起因するＡＥを検出する。上記ＡＥ検出部１およ
びＡＥ検出部２が検出したＡＥ信号ａ（ｔ），ｂ（ｔ）
は増幅部４により増幅された後包絡線検波部６により包
絡線検波され，さらにフィルタリング部７において歯車
軸回転周波数をｆr，歯車の噛み合い周波数をｆm ，ｄ1
，ｄ2 を正の定数とした場合，（ｆr −ｄ 1 ）から
（ｆm ＋ｄ2 ）の範囲の周波数成分のみが通過させられ
る。フィルタリングを行なう際，通過周波数帯域を歯車
軸回転周波数に狭めると歯車が噛み合う際にクラックが
進展する現象に係る周波数成分が欠落し，有効な信号成
分が失われる問題を防止するために上記（ｆr −ｄ1 ）
から（ｆm ＋ｄ2 ）の周波数成分のＡＥ信号を活用する
方式が有効である。一方，歯車回転位相検出部３で検出
された歯車回転位相信号は増幅部５で増幅された後，フ
ィルタリング部７でフィルタリングされたＡＥ検出部１
およびＡＥ検出部２に係る信号Ｆａ（ｔ），Ｆｂ（ｔ）
とともにディジタルサンプリング部８でＡ／Ｄ変換され
る。ディジタルサンプリング部８において，上記ＡＥ信
号Ｆａ（ｔ），Ｆｂ（ｔ）および歯車回転位相信号ｐ
（ｔ）は，適切なディジタルサンプリング周期でディジ
タルサンプリングされ，ディジタルデータ列｛ａn ｝
｛ｂn ｝｛ｐn ｝が得られる。
ＡＥ検出部でそれぞれＡＥセンサである。ＡＥ検出部１
およびＡＥ検出部２は，図２に示すように，歯車３３に
クラックが進展している状態を診断するために，歯車３
３を所定の位置に支持する軸３４を支持する軸受３５，
３６または軸受３５，３６と剛に結合された軸受箱部３
７にそれぞれ取付けられている。歯車回転位相検出部３
は，図２において，歯車の軸３４が１回転する間の歯車
回転角を直接的ないしは間接的に算出可能とするような
信号を検出するもので，例えば歯車が１回転するたびに
回転パルスを発生させる方式などが適用され，歯車の軸
３４の近傍に設置されている。ＡＥ検出部１およびＡＥ
検出部２は上記歯車３３でクラックが発生し歯車材の種
類で定まる一定のクラック長さ以上にクラックが進展し
た場合では，相手歯車と噛み合う際，歯車の噛み合い時
間に相当する時間巾でＡＥが発生するため，クラックの
進展に起因するＡＥを検出する。上記ＡＥ検出部１およ
びＡＥ検出部２が検出したＡＥ信号ａ（ｔ），ｂ（ｔ）
は増幅部４により増幅された後包絡線検波部６により包
絡線検波され，さらにフィルタリング部７において歯車
軸回転周波数をｆr，歯車の噛み合い周波数をｆm ，ｄ1
，ｄ2 を正の定数とした場合，（ｆr −ｄ 1 ）から
（ｆm ＋ｄ2 ）の範囲の周波数成分のみが通過させられ
る。フィルタリングを行なう際，通過周波数帯域を歯車
軸回転周波数に狭めると歯車が噛み合う際にクラックが
進展する現象に係る周波数成分が欠落し，有効な信号成
分が失われる問題を防止するために上記（ｆr −ｄ1 ）
から（ｆm ＋ｄ2 ）の周波数成分のＡＥ信号を活用する
方式が有効である。一方，歯車回転位相検出部３で検出
された歯車回転位相信号は増幅部５で増幅された後，フ
ィルタリング部７でフィルタリングされたＡＥ検出部１
およびＡＥ検出部２に係る信号Ｆａ（ｔ），Ｆｂ（ｔ）
とともにディジタルサンプリング部８でＡ／Ｄ変換され
る。ディジタルサンプリング部８において，上記ＡＥ信
号Ｆａ（ｔ），Ｆｂ（ｔ）および歯車回転位相信号ｐ
（ｔ）は，適切なディジタルサンプリング周期でディジ
タルサンプリングされ，ディジタルデータ列｛ａn ｝
｛ｂn ｝｛ｐn ｝が得られる。
【００１０】ＡＥ事象パラメータ演算部９においては，
図３に示すように，上記ＡＥ検出部１およびＡＥ検出部
２に係るＡＥ信号データ列｛ａn ｝，｛ｂn ｝を対象と
して，適切に選定された基準値Ａth，Ｂthによりａn ≧
Ａthなる連続したデータ列〈ａn 〉をＡＥ検出部１に係
るＡＥ事象ｉに対応したデータ集団としＡｉとする。同
様にｂn ≧Ｂthなる連続したデータ列〈ｂn 〉をＡＥ検
出部２に係るＡＥ事象ｊに対応したデータ集団としＢｊ
とする。ディジタルサンプリング部８で得られた歯車回
転位相信号に係るデータ列｛ｐn ｝と，上記ＡＥ検出部
１に係るＡＥ事象ｉに属するＡＥデータ集団Ａｉを用い
て図３に示す如くＡＥ到達時間Ｔaiおよび到達時間Ｔai
に対応する歯車回転位相Ｐｉが計算される。同様にし
て，ＡＥ検出部２に係るＡＥ事象ｊに属するＡＥデータ
集団Ｂｊに対応するＡＥ到達時間ＴbiおよびＡＥ到達時
間Ｔbiに対応する歯車回転位相Ｐｉが計算される。ＡＥ
発生位置分別部１０において，ＡＥ事象パラメータ演算
部９で計算されたＡＥ検出部１に係るＡＥ到達時間Ｔai
およびＡＥ検出部２に係るＡＥ到達時間Ｔbjを用いてＡ
Ｅ検出部１に係るＡＥ事象ｉとＡＥ検出部２に係る事象
ｊとの到達時間差Ｔai−Ｔbjを求め，ＡＥの伝播速度ｖ
およびＡＥ検出部１とＡＥ検出部２との距離Ｈおよび係
数αによりＡＥ発生位置係数Ｌ（ｉ，ｊ）を例えば下式
により演算する。
図３に示すように，上記ＡＥ検出部１およびＡＥ検出部
２に係るＡＥ信号データ列｛ａn ｝，｛ｂn ｝を対象と
して，適切に選定された基準値Ａth，Ｂthによりａn ≧
Ａthなる連続したデータ列〈ａn 〉をＡＥ検出部１に係
るＡＥ事象ｉに対応したデータ集団としＡｉとする。同
様にｂn ≧Ｂthなる連続したデータ列〈ｂn 〉をＡＥ検
出部２に係るＡＥ事象ｊに対応したデータ集団としＢｊ
とする。ディジタルサンプリング部８で得られた歯車回
転位相信号に係るデータ列｛ｐn ｝と，上記ＡＥ検出部
１に係るＡＥ事象ｉに属するＡＥデータ集団Ａｉを用い
て図３に示す如くＡＥ到達時間Ｔaiおよび到達時間Ｔai
に対応する歯車回転位相Ｐｉが計算される。同様にし
て，ＡＥ検出部２に係るＡＥ事象ｊに属するＡＥデータ
集団Ｂｊに対応するＡＥ到達時間ＴbiおよびＡＥ到達時
間Ｔbiに対応する歯車回転位相Ｐｉが計算される。ＡＥ
発生位置分別部１０において，ＡＥ事象パラメータ演算
部９で計算されたＡＥ検出部１に係るＡＥ到達時間Ｔai
およびＡＥ検出部２に係るＡＥ到達時間Ｔbjを用いてＡ
Ｅ検出部１に係るＡＥ事象ｉとＡＥ検出部２に係る事象
ｊとの到達時間差Ｔai−Ｔbjを求め，ＡＥの伝播速度ｖ
およびＡＥ検出部１とＡＥ検出部２との距離Ｈおよび係
数αによりＡＥ発生位置係数Ｌ（ｉ，ｊ）を例えば下式
により演算する。
【００１１】
【数１】 Ｌ(i,j) ＝（αｖ／２）・〔（Ｔai−Ｔbj）＋（Ｈ／ｖ）〕 （１）
【００１２】このＡＥ発生位置係数Ｌ（ｉ，ｊ）は１対
の観測されたＡＥ事象ｉおよびＡＥ事象ｊに関しＡＥの
発生位置に対応した数値を示すため，ＡＥ発生位置係数
Ｌ（ｉ，ｊ）が所与のＡＥ検出条件および歯車軸上での
歯車部位置とで定まる一定の値Ｌｃ±ΔＬの範囲内にあ
る場合はＡＥ事象ｉとＡＥ事象ｊはその発生位置が歯車
近傍である可能性が大であると見做すことができるの
で，この条件を満足したＡＥ事象ｉおよびＡＥ事象Ｂｊ
のみを歯車部以外の位置から発生したＡＥ事象と区別
し，それぞれＡ'i，Ａ'jとして区別する。
の観測されたＡＥ事象ｉおよびＡＥ事象ｊに関しＡＥの
発生位置に対応した数値を示すため，ＡＥ発生位置係数
Ｌ（ｉ，ｊ）が所与のＡＥ検出条件および歯車軸上での
歯車部位置とで定まる一定の値Ｌｃ±ΔＬの範囲内にあ
る場合はＡＥ事象ｉとＡＥ事象ｊはその発生位置が歯車
近傍である可能性が大であると見做すことができるの
で，この条件を満足したＡＥ事象ｉおよびＡＥ事象Ｂｊ
のみを歯車部以外の位置から発生したＡＥ事象と区別
し，それぞれＡ'i，Ａ'jとして区別する。
【００１３】次に，ＡＥ発生時間間隔分別部１１におい
ては，ＡＷ発生位置分別部１０において分別された歯車
部近傍で発生したＡＥ事象Ａ'iおよびＢ'j対象として，
図４に示すように，例えば，ＡＥ事象Ａ'iに関する時系
列Ａ'1，Ａ'2，Ａ'3，Ａ'4，…において，対応するＡＥ
到達時間差ＴＡ（１，２），ＴＡ（１，３），ＴＡ
（１，４）およびＴＡ（２，３），ＴＡ（２，４），…
等ＴＡ（ｋ，ｌ）を演算し，このＴＡ（ｋ，ｌ）が歯車
の回転周期ＴR に等しいＡＥ事象のみを歯車のクラック
進展によるＡＥ事象として他と区別しＡ''i とする。ま
た，ＡＥ事象Ｂｊについても同様な処理が実施可能であ
る。
ては，ＡＷ発生位置分別部１０において分別された歯車
部近傍で発生したＡＥ事象Ａ'iおよびＢ'j対象として，
図４に示すように，例えば，ＡＥ事象Ａ'iに関する時系
列Ａ'1，Ａ'2，Ａ'3，Ａ'4，…において，対応するＡＥ
到達時間差ＴＡ（１，２），ＴＡ（１，３），ＴＡ
（１，４）およびＴＡ（２，３），ＴＡ（２，４），…
等ＴＡ（ｋ，ｌ）を演算し，このＴＡ（ｋ，ｌ）が歯車
の回転周期ＴR に等しいＡＥ事象のみを歯車のクラック
進展によるＡＥ事象として他と区別しＡ''i とする。ま
た，ＡＥ事象Ｂｊについても同様な処理が実施可能であ
る。
【００１４】歯車位相分布計測部１２においては，上記
ＡＥ発生時間間隔分別部１１で分別された歯車のクラッ
ク進展によるＡＥ事象Ａ''i またはＢ''j を対象とし
て，図５に示すように，例えば，ＡＥ事象Ａ''i に関す
る時系列Ａ''1 ，Ａ''2 ，Ａ'' 3 ，Ａ''4 ，…におい
て，各ＡＥ事象到達時間に対応する歯車回転位相Ｐ''
1 ，Ｐ''2 ，Ｐ''3 ，Ｐ''4 ，…を分布変数とし，ＡＥ
事象数を頻度にとり歯車回転位相分布を作成する。ま
た，ＡＥ事象Ｂ''j に関しても同様にして歯車回転位相
分布を作成する。クラック進展判定部１３では，歯車位
相分布計測部１２で得られた歯車回転位相分布におい
て，一定の頻度Ｆｃ以上に達した歯車回転位相において
歯車クラックが発生したと判定する。
ＡＥ発生時間間隔分別部１１で分別された歯車のクラッ
ク進展によるＡＥ事象Ａ''i またはＢ''j を対象とし
て，図５に示すように，例えば，ＡＥ事象Ａ''i に関す
る時系列Ａ''1 ，Ａ''2 ，Ａ'' 3 ，Ａ''4 ，…におい
て，各ＡＥ事象到達時間に対応する歯車回転位相Ｐ''
1 ，Ｐ''2 ，Ｐ''3 ，Ｐ''4 ，…を分布変数とし，ＡＥ
事象数を頻度にとり歯車回転位相分布を作成する。ま
た，ＡＥ事象Ｂ''j に関しても同様にして歯車回転位相
分布を作成する。クラック進展判定部１３では，歯車位
相分布計測部１２で得られた歯車回転位相分布におい
て，一定の頻度Ｆｃ以上に達した歯車回転位相において
歯車クラックが発生したと判定する。
【００１５】表示部１４は，クラック進展判定部１３で
得られたクラック個数，クラック発生位相および診断経
過データ等を表示する。図６は本実施例による歯車クラ
ック進展診断結果の一例であり，０．８ｍｍのクラック
を診断できた例である。
得られたクラック個数，クラック発生位相および診断経
過データ等を表示する。図６は本実施例による歯車クラ
ック進展診断結果の一例であり，０．８ｍｍのクラック
を診断できた例である。
【００１６】上記実施例では，１個の歯車についてのも
のであるが，相手側歯車についても同様に適用可能であ
り，また多段の歯車装置に対しても本発明が容易に適用
可能なことは明白である。すなわち，本発明によれば複
数段からなる歯車装置を構成する全ての歯車に対し，ク
ラックが進展している歯車の同定，クラック進展中の個
所数および位置を精密に診断することができる。
のであるが，相手側歯車についても同様に適用可能であ
り，また多段の歯車装置に対しても本発明が容易に適用
可能なことは明白である。すなわち，本発明によれば複
数段からなる歯車装置を構成する全ての歯車に対し，ク
ラックが進展している歯車の同定，クラック進展中の個
所数および位置を精密に診断することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
歯車装置の歯車に発生したクラックを診断する場合，従
来の振動法による方式ではクラックが大きく進展して初
めて診断可能となるのに比して，相当小さいクラックの
進展が診断可能になった。また，従来のＡＥによる歯車
の異常診断技術では歯車のキズやクラックの異常の有無
を診断するものに比較して，本発明ではクラックが進展
している歯車の同定（例えば段数およびピニオンかギア
なのか）が可能になった点が異なり，進展中のクラック
の個所数および位置の診断が可能となり，歯車装置の歯
車クラックによる故障休止損失の低減，整備コストの低
減，歯車予備品保有によるロスの低減などにおいてその
効果は極めて大きい。
歯車装置の歯車に発生したクラックを診断する場合，従
来の振動法による方式ではクラックが大きく進展して初
めて診断可能となるのに比して，相当小さいクラックの
進展が診断可能になった。また，従来のＡＥによる歯車
の異常診断技術では歯車のキズやクラックの異常の有無
を診断するものに比較して，本発明ではクラックが進展
している歯車の同定（例えば段数およびピニオンかギア
なのか）が可能になった点が異なり，進展中のクラック
の個所数および位置の診断が可能となり，歯車装置の歯
車クラックによる故障休止損失の低減，整備コストの低
減，歯車予備品保有によるロスの低減などにおいてその
効果は極めて大きい。
【図１】本発明の実施例に係る歯車のクラック診断装置
のブロック線図である。
のブロック線図である。
【図２】本発明の実施例に係る歯車のクラック診断装置
の概略平面図である。
の概略平面図である。
【図３】本発明の実施例に係るＡＥ到達時間および歯車
回転位相に関する説明図である。
回転位相に関する説明図である。
【図４】本発明の実施例に係るＡＥ発生時間間隔分別部
に関する説明図である。
に関する説明図である。
【図５】本発明の実施例に係る歯車回転位相分布に関す
る説明図である。
る説明図である。
【図６】本発明の実施例に係る歯車クラック診断結果を
示すＡＥ事象頻度図である。
示すＡＥ事象頻度図である。
１ ＡＥ検出部 ２ ＡＥ検出部 ３ 歯車回転位相検出部 ４ ＡＥ信号増幅部 ５ 歯車回転位相信号増幅部 ６ 包絡線検波部 ７ フィルタリング部 ８ ディジタルサンプリング部 ９ ＡＥ事象パラメータ演算部 １０ ＡＥ発生位置分別部 １１ ＡＥ発生時間間隔分別部 １２ 歯車回転位相分布演算部 １３ クラック進展判定部 １４ 表示部 ３３ 歯車 ３４ 軸 ３５ 軸受 ３６ 軸受 ３７ 軸受箱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/20 102 G01M 13/02
Claims (1)
- 【請求項１】 歯車のクラックから発生するＡＥを検出
する複数個のＡＥ検出部と，歯車の回転位相を検出する
歯車回転位相検出部と，前記ＡＥ検出部から発信される
ＡＥ信号を包絡線検波する包絡線検波部と，包絡線検波
後のＡＥ信号のうち歯車の回転周波数から歯車の噛み合
い周波数成分を包含する一定範囲の周波数成分を通過さ
せるフィルタリング部と，該フィルタリング部を通過し
たＡＥ信号と前記歯車回転位相検出部より発信される歯
車回転位相信号とをディジタルサンプリングしてＡ／Ｄ
変換を行なうディジタルサンプリング部と，ディジタル
サンプリングされたＡＥ信号ならびに歯車回転位相信号
から各々のＡＥ事象の特徴を表わすＡＥ事象パラメータ
を演算するＡＥ事象パラメータ演算部と，該ＡＥ事象パ
ラメータ演算部で演算されたＡＥ事象パラメータからＡ
Ｅ発生位置に関する数値を演算し，予め設定された範囲
内に収まる演算値のみを分別するＡＥ発生位置分別部
と，該ＡＥ発生位置分別部で分別された各々のＡＥ事象
のうちでＡＥ事象間の発生時間間隔が歯車回転周期に一
致するＡＥ事象のみを分別するＡＥ発生時間間隔分別部
と，該ＡＥ発生時間間隔分別部で分別されたＡＥ事象の
各々のＡＥ到達時間に対応した歯車回転位相を変数とし
ＡＥ事象発生率を頻度とする分布を演算する歯車位相分
布演算部と，該歯車位相演算部で演算された歯車回転位
相区分別ＡＥ事象発生率が予め設定された基準値以上の
ＡＥ発生率を示す歯車回転位相区分内の個数から進展し
たクラック個所数を判定し，前記発生時間間隔分別部で
採用された歯車回転周期に基づいてクラックが進展中の
歯車を同定する機能を備えたクラック進展判定部と，か
ら構成された歯車のクラック診断装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143757A JP2749006B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歯車のクラック診断装置 |
| KR1019940013156A KR950001273A (ko) | 1993-06-15 | 1994-06-11 | 기어크랙 진단장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143757A JP2749006B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歯車のクラック診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074951A JPH074951A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2749006B2 true JP2749006B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=15346318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143757A Expired - Fee Related JP2749006B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歯車のクラック診断装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749006B2 (ja) |
| KR (1) | KR950001273A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113155651B (zh) * | 2021-03-30 | 2022-05-10 | 东北大学 | 基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5143757A patent/JP2749006B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-06-11 KR KR1019940013156A patent/KR950001273A/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950001273A (ko) | 1995-01-03 |
| JPH074951A (ja) | 1995-01-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |