JP3261804B2 - 振動解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転中の軸受の振動解
析を行う振動解析装置に関し、特にピークカウント方式
を採用した振動解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来の振動解析装置の構成を示
す。同図において、入力端子Ａには、回転中の軸受より
発生する振動を振動ピックアップ等のトランスジューサ
で検出した振動信号ｅａ（ｔ）（図７（ａ）参照）が入
力される。この振動信号ｅａ（ｔ）はローパスフィルタ
１及び交流増幅器２を介して全波整流回路３に入力され
る。全波整流回路３により振動信号ｅａ（ｔ）が全波整
流され、全波整流信号ｅｂ（ｔ）（図７（ｂ）参照）が
出力され、実効値変換回路４及びコンパレータ６に入力
される。

【０００３】実効値変換回路４は、全波整流信号ｅｂ
（ｔ）をその実効値を示す信号（図７（ｃ）の破線参
照）に変換し、その信号は直流増幅器５により増幅され
て実効値信号ｅｃ（ｔ）（図７（ｃ）の実線参照）とし
てコンパレータ６に入力される。コンパレータ６は、全
波整流信号ｅｂ（ｔ）が、実効値信号ｅｃ（ｔ）を超え
るときパルスを出力し、その出力パルス数がカウンタ７
により計数される。カウンタ７の計数値はＣＰＵ（中央
処理装置）８に供給される。ＣＰＵ８は、所定の比較デ
ータと計数値とを比較し、振動状態の判定を行う。即
ち、カウンタ７の計数値が小さいほど、振動状態（軸受
の品質）が良好であると判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、振動信号ｅａ（ｔ）に図７（ａ）に示す
ように異物の存在に起因する信号（以下「異物信号」と
いう）ｅｄ（ｔ）が含まれていると、カウンタ７の計測
値が著しく増大して品質不良と判定されるが、軸受自体
にきず等がある欠陥との区別がつかないため、不良原因
を特定することができなかった。

【０００５】また、コンパレータ６による全波整流信号
ｅｂ（ｔ）のレベルの判定は、単一の比較信号（ｅｃ
（ｔ））のみを用いて行うため、軸受の品質（振動状
態）をきめ細かく判定することができなかった。

【０００６】本発明は上述した点に鑑みなされたもので
あり、軸受の振動状態の解析をきめ細かく行い、不良原
因の解析や品質レベルの判定を行うことができる振動解
析装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、回転中の被検査物の振動を検出し、振動信号
として出力する振動検出手段と、前記振動信号をその実
効値に対応した実効値信号に変換する変換手段とを備
え、前記振動信号と実効値信号とを比較することにより
振動解析を行う振動解析装置において、前記実効値信号
に所定値を乗算することにより複数の異なるレベルの比
較信号を生成する比較信号生成手段と、前記複数の比較
信号のそれぞれと前記振動信号とを比較し、前記振動信
号が前記比較信号を越えるときパルスを出力する複数の
比較手段と、該比較手段のそれぞれの出力パルスを計数
する複数の計数手段と、該複数の計数手段による計数結
果に基づいて振動解析を行う解析手段とを設けるように
したものである。

【０００８】前記複数の比較信号のうち最大のものは、
異物が混入していることを検出するのに適したレベルを
することが望ましい。

【０００９】また、前記解析手段は、前記計数を行うべ
き期間を複数の計数区間に分割し、前記振動信号が最大
の比較信号を超えた計数区間においては、他の比較信号
と前記振動信号との比較結果を無視することが望まし
い。

【００１０】

【作用】検出した振動信号の実効値を示す実効値信号か
ら複数の異なるレベルの比較信号が生成され、振動信号
と複数の比較信号のそれぞれとが比較手段により比較さ
れる。振動信号が比較信号を超えるとき比較手段からパ
ルスが出力され、このパルスが比較手段に対応して設け
られた計数手段により計数される。その計数結果に基づ
いて被検査物の振動状態が判定される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】図１は本発明の一実施例に係る振動解析装
置要部の構成を示す図であり、図６に示した従来の装置
と共通する構成要素には同一の符号を付してある。

【００１３】図１において直流増幅器５の出力には、抵
抗Ｒ０，ｒ０の直列回路、抵抗Ｒ１，ｒ１の直列回路及
び抵抗Ｒ２，ｒ２の直列回路がアースとの間に並列に接
続されている。抵抗Ｒ０とｒ０の接続点、抵抗Ｒ１とｒ
１の接続点及び抵抗Ｒ２とｒ２の接続点はそれぞれコン
パレータ６０，６１及び６２（比較手段）の一方の入力
に接続されている。これらのコンパレータ６０，６１及
び６２の他方の入力には全波整流回路３の出力が接続さ
れている。コンパレータ６０，６１，６２の出力はそれ
ぞれカウンタ７０，７１，７２（計数手段）に接続さ
れ、これらのカウンタ７０，７１，７２の出力はＣＰＵ
８（解析手段）に接続されている。

【００１４】ここで、各抵抗Ｒ０〜Ｒ２，ｒ０〜ｒ２の
値は以下の関係を満たすように設定されている。

【００１５】

【数１】 従って、コンパレータ６０〜６２の一方の入力信号（比
較信号）ｅ０（ｔ）〜ｅ２（ｔ）は図３に示すようにな
る。なお、ｅ０（ｔ）は異物信号ｅｄ（ｔ）を検出する
ための比較信号であり、ｅ１（ｔ）又はｅ２（ｔ）に対
して数倍高いレベルとなるように上記各抵抗値を設定す
る。

【００１６】図２は、ＣＰＵ８で実行される振動状態の
判定処理のフローチャートである。

【００１７】ステップＳ１では各パラメータの初期化を
行う。即ち、本処理では振動状態判定のためにカウンタ
７０〜７２の出力を読込む期間Ｔを１０の計数区間ｔ１
〜ｔ１０に分割し、各区間における計数値を合計するの
で、その合計値ＴＬ０，ＴＬ１，ＴＬ２を値０に設定す
る。なおＴＬ０〜ＴＬ２はそれぞれカウンタ７０〜７２
に対応する。またＣＰ０〜ＣＰ２は、各合計値ＴＬ０〜
ＴＬ２に基づいて振動状態を判定するための判定値であ
り、これらも値０に設定する。また、ＰＲ１，ＰＲ２
は、それぞれカウンタ７１，７２に対応する期間Ｔにお
ける基準値であり、ＰＲ１／１０，ＰＲ２／１０を計数
区間ｔ１〜ｔ１０における基準値Ｃ１Ｎ，Ｃ２Ｎとす
る。さらに区間番号を示すパラメータｎを値１とする。

【００１８】ステップＳ２では、区間ｔｎ（ｎ＝１〜１
０）における、カウンタ７０〜７２の計数値Ｄ０ｎ，Ｄ
１ｎ，Ｄ２ｎを読み込み、次いでカウンタ７０の計数値
Ｄ０ｎが値０か否かを判別する（ステップＳ３）。

【００１９】Ｄ０ｎ＝０であれば、下記式によりカウン
タ７１，７２に対応する合計値ＴＬ１，ＴＬ２及び判定
値ＣＰ１，ＣＰ２を算出する（ステップＳ４）。

【００２０】ＴＬ１＝ＴＬ１＋Ｄ１ｎ ＴＬ２＝ＴＬ２＋Ｄ２ｎ ＣＰ１＝ＣＰ１＋Ｃ１Ｎ ＣＰ２＝ＣＰ２＋Ｃ２Ｎ ここで、右辺のＴＬ１，ＴＬ２，ＣＰ１，ＣＰ２は、本
ステップの前回実行時に算出された値を意味する。

【００２１】一方、Ｄ０ｎ＞０のときには、次式により
カウンタ７０に対応する合計値ＴＬ０を算出する（ステ
ップＳ５）。

【００２２】ＴＬ０＝ＴＬ０＋Ｄ０ｎ 続くステップＳ６では、パラメータｎを値１だけインク
リメントし、ｔｎ＝ｔ１０でなければ（ステップＳ７）
ステップＳ２にもどる。

【００２３】上述したステップＳ２〜Ｓ７によれば、期
間Ｔにおける合計値ＴＬ０〜ＴＬ２が算出されるが、カ
ウンタ７０の計数値Ｄ０ｎが１以上のときは（図３の区
間ｔ４が該当する）その区間のＤ１ｎ値及びＤ２ｎ値は
ＴＬ１値及びＴＬ２値に算入されない。そして判定値Ｃ
Ｐ１，ＣＰ２は、ＴＬ１，ＴＬ２に算入された区間の数
に応じた値となる（図３の例ではＣＰ１＝９・Ｃ１Ｎ，
ＣＰ２＝９・Ｃ２Ｎとなる）。

【００２４】これにより、合計値ＴＬ１，ＴＬ２は、異
物信号ｅｄ（ｔ）の影響が排除された値となり、異物の
要因を排除した振動状態の判定が可能となる。

【００２５】ステップＳ７でｔｎ＝ｔ１０となるとステ
ップＳ８に進み、カウンタ７０に対応する合計値ＴＬ０
が値０か否かを判別する。その結果、ＴＬ０＝０のとき
には、カウンタ７１に対応する合計値ＴＬ１が判定値Ｃ
Ｐ１より小さいか否かを判別する（ステップＳ９）。Ｔ
Ｌ１≧ＣＰ１が成立するときには、品質１と判定し（ス
テップＳ１０）、ＴＬ１＜ＣＰ１が成立するときには、
さらにカウンタ７２に対応する合計値ＴＬ２が判定値Ｃ
Ｐ２より小さいか否かを判別する（ステップＳ１１）。
ＴＬ２≧ＣＰ２が成立するときには、品質２と判定し
（ステップＳ１２）、ＴＬ２＜ＣＰ２が成立するときに
は品質３と判定する（ステップＳ１３）。

【００２６】ここで、品質１〜３は品質（振動状態）の
レベルを示しており、品質３が最も良好であり、次いで
品質２、品質１の順となる。

【００２７】一方ステップＳ８でＴＬ０＞０成立すると
きは、異物信号ｅｄ（ｔ）が検出されたことを意味する
ので、ＴＬ０値に応じて異物の程度を判定する（ステッ
プＳ１４）。次いで、ステップＳ１５，Ｓ１７において
ステップＳ９，Ｓ１１と同様の判定を行い、ＴＬ１≧Ｃ
Ｐ１が成立するとき品質４と判定し、ＴＬ１＜ＣＰ１で
あってＴＬ２≧ＣＰ２が成立するとき品質５、ＴＬ２＜
ＣＰ２が成立するとき品質６と判定する。

【００２８】ここで、品質４〜６はそれぞれ品質１〜３
の振動状態の軸受に異物が混入した状態を意味する。

【００２９】以上のように本実施例によれば、全波整流
信号ｅｂ（ｔ）が複数の比較信号ｅ０（ｔ），ｅ１
（ｔ），ｅ２（ｔ）と比較され、その比較結果に基づい
て振動状態が判定されるので、従来に比べてよりきめ細
かい解析が可能となる。また最大の比較信号であるｅ０
（ｔ）を用いることにより、異物信号ｅｄ（ｔ）の有無
及び異物付着の程度を判定することができる。さらに、
判定を行う期間Ｔを１０の計数区間に分割し、比較信号
ｅ０（ｔ）により異物信号ｅｄ（ｔ）が検出された計数
区間では、他の比較信号ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ）と全波
整流信号ｅｂ（ｔ）との比較結果（カウント値Ｄ１ｎ，
Ｄ２ｎ）を無視するようにしたので、異物の影響を排除
して軸受自体の微小のきずの有無等を正確に判定するこ
とができる。

【００３０】なお、本実施例の手法で異物信号ｅｄ
（ｔ）の影響を排除できるのは、異物信号ｅｄ（ｔ）が
周期性がない、振幅が非常に大きい、比較的短期
間のうちに発生し消滅するという特徴を有するからであ
る。

【００３１】上述した実施例では、３つの比較信号を用
いるようにしたが、これに限るものではなく図４に示す
ように一般にｍ個の比較信号を用いて、同様に振動状態
の判定を行うことができる。この場合、ｍの値を大きく
するほどよりきめ細かい判定が可能となる。図５は、図
４に対応する比較信号ｅ０（ｔ）〜ｅｍ（ｔ）を示す。

【００３２】また、期間Ｔの分割数も上述した１０区間
に限るものではなく、必要に応じて増減可能である。

【００３３】また、図１の構成において全波整流回路３
は、必ずしも使用する必要はなく、全波整流回路３を除
去し、交流増幅器２の出力を直接実効値変換回路４及び
コンパレータ６０〜６２に入力するようにしてもよい。

【００３４】また、直流増幅器５の入力電圧は振動信号
の実効値ではなく、予め設定したしきい値としての固定
電圧としてもよい。この場合には、実効値変換回路４に
代えて、外部から電圧を設定する電圧設定回路を設けれ
ばよい。

【００３５】また、上述した実施例の手法は、軸受の振
動解析だけでなく、ランダム雑音を含む被検査物の表面
粗さのチェック等にも適用できるものである。

【００３６】

【発明の効果】検出した振動信号の実効値を示す実効値
信号から複数の異なるレベルの比較信号が生成され、振
動信号と複数の比較信号のそれぞれとが比較され、その
比較結果に基づいて被検査物の振動状態が判定されるの
で、振動状態の判定をきめ細かく行い、不良原因の解析
や品質レベルの判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る振動解析装置の要部の
構成を示す図である。

【図２】振動状態（品質）の解析を行う処理のフローチ
ャートである。

【図３】図１の示した各部の信号の波形の一例を示す図
である。

【図４】本発明の他の実施例に係る振動解析装置の要部
の構成を示す図である。

【図５】図４に示した各部の信号の波形の一例を示す図
である。

【図６】従来の振動解析装置の構成を示す図である。

【図７】図６に示した各部の信号の波形の一例を示す図
である。

【符号の説明】

３ 全波整流回路 ４ 実効値変換回路 ８ ＣＰＵ（中央処理装置） ６０〜６２ コンパレータ ７０〜７２ カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01H 17/00 G01M 19/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転中の被検査物の振動を検出し、振動
   信号として出力する振動検出手段と、前記振動信号をそ
   の実効値に対応した実効値信号に変換する変換手段とを
   備え、前記振動信号と実効値信号とを比較することによ
   り振動解析を行う振動解析装置において、前記実効値信
   号に所定値を乗算することにより複数の異なるレベルの
   比較信号を生成する比較信号生成手段と、前記複数の比
   較信号のそれぞれと前記振動信号とを比較し、前記振動
   信号が前記比較信号を越えるときパルスを出力する複数
   の比較手段と、該比較手段のそれぞれの出力パルスを計
   数する複数の計数手段と、該複数の計数手段による計数
   結果に基づいて振動解析を行う解析手段とを設けたこと
   を特徴とする振動解析装置。