JP3325448B2

JP3325448B2 - アコースティック・エミッションを用いた回転機軸受診断装置

Info

Publication number: JP3325448B2
Application number: JP01914096A
Authority: JP
Inventors: 照展大石; 政輝中野; 修二中島; 健二土田; 文生鬼沢
Original assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH09210859A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機の軸受の損
傷の有無を当該軸受を分解することなく診断するアコー
スティック・エミッションを用いた回転機軸受診断装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転機の軸受に損傷が生じると回転機の
円滑な回転が阻害され、遂には回転不可能となり、当該
回転機を用いている設備全体を停止しなければならない
事態を生じる。このため、回転機軸受の損傷の有無の診
断は極めて重要であり、多くの設備では当該診断が定期
的に又は任意に行なわれる。この診断には、軸受を分解
してこれを構成する転動体、内輪、外輪等を１つ１つ検
査する手段と軸受を分解しないで診断する手段とがあ
る。後者の手段として、例えば特開昭６４−４９７０８
号公報等により良く知られているアコースティック・エ
ミッション（以下、ＡＥと称する。）を用いる手段があ
る。この手段は、回転機の駆動中に軸受から発生する応
力波を検出し、これを解析することにより軸受の損傷の
有無を診断する手段である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ＡＥを用いた診断
装置においては、検出されたＡＥデータを予め設定され
た設定値と比較し、設定値を超えたＡＥデータをチェッ
クする手法が用いられている。ところで、ＡＥデータの
レベルは軸受により異なり、荷重の大きい軸受で発生す
るＡＥのレベルは大きく、逆に、荷重の小さい軸受で発
生するＡＥのレベルは小さい。したがって、ＡＥを用い
た軸受の診断においては、診断対象の軸受の荷重を勘案
して上記設定値を設定しておく必要があり、設備内に複
数の軸受がある場合には、各軸受毎に設定値を定めてお
かなければならず、かつ、軸受の検査員は診断対象の軸
受毎にその軸受の上記設定値を確認して設定値を設定し
直さなければならず、いずれも面倒であるばかりでな
く、設定値を誤って設定するおそれもあり、診断対象軸
受の数が多ければ多いほど誤設定のおそれも多い。

【０００４】さらに、回転機には、例えばエスカレータ
の回転機のように長時間一定速度で連続運転されるもの
や、例えばエレベータの巻上機のように断続回転するも
のもあるが、従来のＡＥを用いた軸受診断装置では、連
続運転される回転機の軸受の診断は可能であるが、断続
運転される回転機の軸受の診断はできないという問題が
あった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、荷重の大小や回転機の回転態様の如何にか
かわらず、どのような軸受に対してもその診断を行なう
ことができるＡＥを用いた回転機軸受診断装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、請求項１の発明は、回転機の回転によりその軸
受から発生するアコースティック・エミッションを検出
する検出器の検出値に基づいて前記軸受の良否を診断す
る回転機軸受診断装置において、前記検出器の検出値の
実効値を求める実効値算出手段と、この実効値算出手段
で得られた実効値に応じて前記検出器の検出値に対する
しきい値を求めるしきい値算出手段と、前記実効値に基
づき前記回転機の定速運転期間における所定期間を演算
しこの期間中にゲート信号を発するコンパレータと、こ
のゲート信号の発信時のみ前記検出値を採取するゲート
回路と、この採取された検出値と前記しきい値とを比較
して当該検出値が前記しきい値を超えたときパルスを出
力する別のコンパレータと、このパルスの数を記憶する
記憶手段と、前記所定期間の合計時間が予め定められた
所定時間に達したとき前記記憶手段に記憶されたパルス
数に基づいて前記軸受の良否を判断する判断手段とを設
けたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
ＡＥを用いたエレベータの巻上機軸受診断装置のブロッ
ク図、図２はエレベータの巻上機の側面図である。これ
らの図のように、本実施の形態では、断続運転の典型例
であるエレベータの巻上機軸受診断装置を例示して説明
する。最初に、図２を用いてエレベータの巻上機の概略
構成を説明する。図２で２０はエレベータの巻上機を示
す。２１、２２はエレベータの巻上機の軸受、２３は巻
上機により駆動されるシーブ、２４はシーブ２３に巻取
られるロープ、２５はロープ２４の一端に吊り下げられ
たエレベータの乗りかごである。ロープ２４の他端には
カウンタエイトが吊り下げられているが図示されていな
い。なお、１はＡＥセンサであり、各軸受２１、２２の
診断時にそれらに図示のように取り付けられ、又は当接
されることになる。

【０００８】巻上機２０が一方向に回転駆動されると乗
りかご２５はロープ２４に巻き上げられて上昇し、他方
向に回転駆動されると乗りかご２５は下降する。巻上機
２０は、エレベータの運行中、乗客の指示に応じて指示
された階床に到達するまで一方向又は他方向に回転し、
指示された階床に到達すると停止するという断続運転を
繰り返す。

【０００９】ここで、本実施の形態のＡＥを用いたエレ
ベータの巻上機軸受診断装置の構成を図１により説明す
る。図１で、１は図２に示すものと同じＡＥセンサ、２
はＡＥセンサ１の検出信号を増幅する増幅器、３は増幅
された検出信号を検波する検波回路、４は検出信号の実
効値（１／√２）を演算する実効値回路、５は実効値回
路４で得られた実効値と所定の設定値とを比較するコン
パレータ、６は前記設定値を設定する設定部である。こ
の設定部６に設定する設定値については後述する。

【００１０】７は増幅器２で増幅された検出信号のうち
の特定の周波数信号（例えば60〜350 Ｈｚ）のみを通す
バイパスフィルタ、８は検波回路、９はコンパレータ５
から出力される高レベル信号の時間だけ開くゲート回
路、１０はゲート回路９を通った検出信号と設定値（後
述する）とを比較するコンパレータ、１１は当該設定値
を出力するＤ／Ａ変換器、１２はコンパレータ１０から
出力される信号を所定のパルス信号に変換する波形整形
回路である。１３は検波回路８の出力信号の実効値を演
算する実効値回路、１４、１５はＡ／Ｄ変換器である。

【００１１】１６はマイクロコンピュータで構成される
制御部、１７は制御部１６からの信号をアナログ値に変
換するＤ／Ａ変換器、１８は所要の表示を行なう表示部
である。制御部１６は、入出力部１６１、所要の演算制
御を行なう中央処理ユニット（ＣＰＵ）１６２、ＣＰＵ
１６２の処理手順が格納されたリードオンリメモリ（Ｒ
ＯＭ）、演算制御の結果等を格納するランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）１６４、検波回路８の出力信号を格納
する波形メモリ１６５、および計時を行なうクロック１
６６等により構成されている。

【００１２】次に、本実施の形態の動作を、図３、図
４、図５および図６を参照して説明する。図３はエレベ
ータにおいて、ある階床から目的階床への運行を説明す
る図である。この図で、横軸には時間、縦軸にはエレベ
ータの速度（巻上機２０の回転速度に比例する）がとっ
てある。時刻ｔ₁ である階床を出発したエレベータは図
示の線Ｖ_A で示すように加速され、時刻ｔ₂ で一定速度
Ｖ_C となり、目的階床に近付いた時刻ｔ₃ で線Ｖ_D で示
すように減速され、時刻ｔ₄ に至って停止する。時刻ｔ
₁ 〜ｔ₄ はほとんどのエレベータの場合１分以内であ
る。このような運転が各階床間の移動毎に繰り返され
る。このエレベータの運転中、巻上機２０の各軸受２
１、２２で発生するＡＥは、エレベータの速度の増大に
伴って増加し、減少に伴って減少する。

【００１３】図２に示す軸受２１の診断を行なう場合、
検査員は当該軸受２１にＡＥセンサ１を当接する。ＡＥ
センサ１は軸受２１が発する応力波を検出し、これに比
例した電気信号を検出信号として出力する。この検出信
号は増幅器２で増幅され、検波回路３で検波される。こ
の検波されて出力される信号が図４に曲線Ａ_E として示
されている。当該図４では、横軸に時間、縦軸に電圧が
とってある。前述のように、検波されたＡＥ信号はエレ
ベータの速度の増減に応じてその電圧レベルを増減す
る。検波回路３から出力された信号は実効値回路４によ
りその実効値が演算され出力される。当該実効値回路４
の出力信号（実効値）が図４に符号Ｅ_V で示されてい
る。実効値Ｅ_V はコンパレータ５で、設定部６に設定さ
れた設定値と比較される。

【００１４】ここで、設定部６に設定される設定値を図
５を用いて説明する。図５の（ａ）は図４に示す実効値
Ｅ_V の波形を判り易く直線で示した図、図５の（ｂ）は
コンパレータ５の出力信号の波形図、図５の（ｃ）は診
断対象となるＡＥの検出信号の取り込み期間（後述す
る）を示す図である。本実施の形態では、エレベータの
加速期間および減速期間、即ち巻上機２０の回転速度が
小さい期間はＡＥの検出信号が小さくノイズが大きく影
響するので、これらの期間の信号は用いず、エレベータ
の定速期間におけるＡＥの検出信号を用いる。このた
め、設定部６には図５の（ａ）に示す２つの電圧ｖ₁ 、
ｖ₂ が設定値として設定される。電圧ｖ₁ は例えば300
ｍＶに、電圧ｖ₂ は例えば200 ｍＶに選定される。

【００１５】コンパレータ５は実効値回路４から出力さ
れる実効値信号を最初に設定値ｖ₁と比較し、実効値信
号Ｅ_V が設定値ｖ₁ 以上になったとき高レベル信号を出
力し、次いで、実効値信号を設定値ｖ₂ と比較し、実効
値信号Ｅ_V が設定値ｖ₂ 以下となったとき低レベル信号
を出力する。このコンパレータ５の出力信号（ゲート信
号）Ｇ₁ が図５の（ｂ）に示されている。このゲート信
号Ｇ₁ は、ゲート回路９および制御部１６へ出力され
る。このゲート信号Ｇ₁ を用いてエレベータの定速期間
の把握の準備がなされる。なお、設定値ｖ₁ と設定値ｖ
₂ を異なる値としたのは、実際の実効値信号Ｅ_Vは図４
又は図５に示すように連続して増加、減少するものでは
なく、絶えず細かに増減しながら増加、減少してゆくの
で、両者を同一値とすると設定値付近でゲート信号のＯ
Ｎ、ＯＦＦが繰り返されて定速期間を把握することがで
きなくなるからである。

【００１６】一方、増幅器２から出力される検出信号は
バイパスフィルタ７を通過することにより、ノイズ成分
が除去され、次いで検波回路８により検波される。検波
された検出信号はゲート回路９に入力されるが、上述の
ように、ゲート回路９はゲート信号Ｇ₁ が高レベルの期
間だけゲートを開いているので、当該期間の検出信号の
み通過してコンパレータ１０に入力される。コンパレー
タ１０は入力された検出信号とＤ／Ａ変換器１１から出
力されるしきい値信号とを比較して、検出信号が当該し
きい値信号以上のとき信号を出力する。当該しきい値信
号が図４に符号Ｓ_H で示されている。このしきい値信号
Ｓ_H は、制御部１６で実効値信号に所定の数を乗算し又
は所定の数を加算することにより算出され、上記Ｄ／Ａ
変換器１１を介して出力される。一例として、しきい値
信号Ｓ_H は実効値信号の２倍の値とされる。制御部１６
におけるしきい値Ｓ_H の作成については後述する。波形
整形回路１２はコンパレータ１０から１つの信号が出力
される都度、予め定められた大きさおよび幅の１つのパ
ルスを出力し、このパルスは制御部１６に入力される。

【００１７】さらに、検波回路８で検波された検出信号
は実効値回路１３に入力され、この実効値回路１３で得
られた実効値がＡ／Ｄ変換器１４を経て制御部１６に入
力される。一方、検波回路８で検波された検出信号はＡ
／Ｄ変換器１５を経て直接制御部１６に入力される。

【００１８】次に、制御部１６の動作を図６に示すフロ
ーチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１６２は入出力
部１６１を介してコンパレータ５の信号を取り込み、ゲ
ート信号Ｇ₁ が高レベル（ゲート開信号）になったか否
か判断する（図６に示す手順Ｓ₁ ）。ゲート信号Ｇ₁ が
高レベルになるとＣＰＵ１６２はクロック１６６を作動
させて計時を開始する（手順Ｓ₂ ）。

【００１９】ここで、クロック１６６による計時につい
て説明する。このクロック１６６により計時される時間
ｔ₁₁、ｔ₁₂（秒）が図５の（ｃ）に示されている。さき
に述べたように、図５の（ｂ）に示すゲート信号Ｇ₁
は、設定値ｖ₁ 、ｖ₂ により作成されるが、実際の実効
値信号Ｅ_V からエレベータが定速期間に入った時点又は
定速期間が終了した時点を把握するのは困難である。そ
れ故、図５の（ａ）に示すように、設定値ｖ₁ 、ｖ₂
は、定速期間に入る直前の実効値又は定速期間が終了し
た直後の実効値と考えられる値に選定されている。した
がって、ゲート信号Ｇ₁ の高レベル期間の検出信号をそ
のまま取り込むと定速期間以外の期間の検出信号も取り
込むこととなり、ノイズの影響を受けるおそれがある。

【００２０】そこで、本実施の形態では図５の（ｃ）に
示すように、ゲート信号Ｇ₁ の立上りから、確実に定速
期間に入ったとみなされる所定時間ｔ₁₁を計時すること
により定速期間を捉え、所定時間ｔ₁₁から、確実に定速
期間にあると考えられる所定時間ｔ₁₂経過までのゲート
Ｇ₂ を設けることにより、確実にエレベータの定速期間
を捕捉するものである。さらに、ゲートＧ₂ を設けるこ
とにより、定速期間に達する前に又は定速期間に入って
短時間でエレベータの減速がなされる場合の検出信号の
取り込みを排除し、正確な判断に寄与するものである。

【００２１】ＣＰＵ１６２は所定の時間ｔ₁₁秒が経過し
たか否かを判断し（手順Ｓ₃ ）、経過すると実効値回路
１３から出力される実効値をＡ／Ｄ変換器１４、入出力
部１６１を介して取り込み（手順Ｓ₄ ）、取り込んだ実
効値に基づいてしきい値を演算（例えば実効値の２倍）
し（手順Ｓ₅ ）、これを入出力部１６１およびＤ／Ａ変
換器１１を介してコンパレータ１０へ出力する（手順Ｓ
₆ ）。次いでＣＰＵ１６２は波形整形回路１２からのパ
ルスが入力されたか否かを判断し（手順Ｓ₇ ）、入力さ
れた場合は、ＲＡＭ１６４に格納されている既に入力さ
れているパルス数に「１」を加算し（手順Ｓ₈ ）、（ｔ
₁₁＋ｔ₁₂）秒が経過したか否かを（ゲートＧ₂ 期間が経
過したか否かを）判断する（手順Ｓ₉ ）。手順Ｓ₇ の処
理でパルスが入力されないと判断した場合は処理を手順
Ｓ₉ へ移行させる。ＣＰＵ１６２は手順Ｓ₉ の処理でゲ
ートＧ₁ 期間が経過していないと判断すると処理を手順
Ｓ₄ へ戻して再び手順Ｓ₄ 〜Ｓ₉ の処理を繰り返す。

【００２２】ＣＰＵ１６２は手順Ｓ₉ でゲートＧ₁ 期間
が経過したと判断すると、クロック１６６をリセットし
（手順Ｓ₁₀）、次いでコンパレータ５からの低レベル信
号の出力（ゲートＧ₁ 閉）を待つ（手順Ｓ₁₁）。低レベ
ル信号の出力があったとき、ＣＰＵ１６２は当該データ
採取が所定回数に達したか否か、即ち、ゲートＧ₂ にお
ける検出信号採取の処理が所定回数に達したか否かを判
断する（手順Ｓ₁₂）。この判断は、ゲートＧ₂ の延べ時
間が所定時間（エスカレータ等連続運転の回転機軸受の
診断における検出信号の採取時間と同一時間）に達した
か否かを判断することと等しい。検出信号採取処理が所
定回数に達していない場合には、処理を手順Ｓ₁ へ移行
させて次の巻上機２０の駆動を待つ。又、所定回数に達
している場合、ＣＰＵ１６２はＲＡＭ１６４に格納され
ているパルス数に基づいて軸受２１における損傷の有無
を従来と同様の手法で診断する処理を行なうとともに、
ＲＡＭ１６４に格納されているパルス数をリセットする
（手順Ｓ₁₃）。なお、上記診断は、ＲＡＭ１６４に格納
されているパルス数と予め設定されたパルス数とを比較
し、前者が後者以上のとき損傷のおそれ有りと診断す
る。

【００２３】図５に示す波形メモリ１６５は、検波回路
８で検波された検出信号を取り込んで格納するメモリで
あり、図６に示す処理は波形メモリ１６５への検出信号
の取り込み処理に適宜割り込んで実行される。波形メモ
リ１６５に格納された波形データは、ＣＰＵ１６２によ
り取り出され、入出力部１６１およびＤ／Ａ変換器１７
を介して表示部１８に表示される。この場合、波形メモ
リ１６５に格納される波形データの数は、表示部１８の
表示領域に表示し得るデータの数に比較してはるかに多
いので、波形メモリ１６５から取り出される波形データ
は、上記表示領域に適合するように適宜の間隔で間引き
されて取り出され、表示されることとなる。

【００２４】なお、上記実施の形態の説明では、固定さ
れた時間間隔ｔ₁₂のゲートＧ₂ を用いる例について説明
したが、これに限ることはなく、ゲートＧ₂ の時間間隔
を固定しない手段を用いることができる。そのために
は、図６に示すフローチャートにおける手順Ｓ₇ 〜Ｓ₁₁
の処理を次のような処理とする。即ち、ゲート閉信号の
入力があるまでパルス信号が入力する毎にその時間をＲ
ＡＭ１６４に記憶し、ゲート閉信号の入力があったと
き、その時点から所定時間遡った時間以前に入力された
パルス数を採用する。そして、時間ｔ₁₁から当該遡った
時間までの時間間隔を演算してＲＡＭ１６４に記憶して
おき、手順Ｓ₁₂の処理では、記憶された時間の総計が所
定時間に達したか否かを判断すればよい。この手段によ
り定速期間を充分に活用することができ、診断をより一
層迅速に行なうことができる。

【００２５】このように、本実施の形態では、ＡＥセン
サの検出信号から実効値を求め、この実効値に基づいて
検出信号に対するしきい値を作成するようにしたので、
診断対象の軸受の荷重が異なってもそれに伴って設定値
を変更する必要はなく、かつ、ゲートを設けて定速運転
時に検出信号を採取するようにしたので、断続運転され
るエレベータの巻上機の軸受の診断も行なうことができ
る。

【００２６】なお、上記実施の形態の説明では、エレベ
ータの巻上機の軸受の診断について説明したが、回転機
の軸受であればどのような軸受にも適用することがで
き、例えばエスカレータのような連続運転する回転機の
軸受の診断にも適用することができる。この場合、図６
に示す手順Ｓ₁₁の「ゲート閉信号の入力あり」の判断処
理が除かれるのは明らかである。又、増幅回路、検波回
路、およびバイパスフィルタ以外の機能はマイクロコン
ピュータで遂行することができる。

【００２７】さらに、近年、建造物内の各種設備（エレ
ベータ、エスカレータ、屋上水槽等）の保守は保守専門
の会社に委託することが多く、この場合、保守専門の会
社は当該設備について専門知識を有する保守員を、保守
契約をした各建造物に派遣して保守を行なわせることに
なる。そして、保守専門の会社では、保守作業について
の種々の処理を簡素化するため、各保守員に携帯型のコ
ンピュータを携行するシステムが採用されつつある。そ
こで、保守員が保守対象の回転機の軸受を診断する場
合、本実施の形態のうち、マイクロコンピュータで処理
できる構成を上記携帯型のコンピュータに収納すれば、
保守員が軸受診断のために携行するＡＥセンサ以外のマ
イクロコンピュータを使用しない構成を著しく簡素化す
ることができ、これらを収納するケースの重量と容量を
小型化して保守員の負担を軽減することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、ＡＥセ
ンサの検出信号から実効値を求め、この実効値に基づい
て検出信号に対するしきい値を作成するようにしたの
で、診断対象の軸受の荷重が異なっても、それに伴って
設定値を変更する必要はなく、診断を誤りなく容易に行
なうことができ、かつ、ゲートを設けて回転機の定速運
転時に検出信号を採取するようにしたので、断続運転さ
れる回転機の軸受の診断も正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＡＥを用いたエレベ
ータの巻上機軸受診断装置のブロック図である。

【図２】エレベータの巻上機の側面図である。

【図３】エレベータの速度を示す図である。

【図４】検出信号、実効値信号およびしきい値信号を示
す図である。

【図５】図１に示す回路に用いられるゲートを説明する
図である。

【図６】図１に示す制御部の動作を説明するフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ＡＥセンサ２増幅器３、８検波回路４、１３実効値回路５、１０コンパレータ７バイパスフィルタ９ゲート回路１２波形整形回路１６制御部１８表示部

フロントページの続き (72)発明者中島修二茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者土田健二茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者鬼沢文生茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (56)参考文献特開昭64−49708（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−304128（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−6324（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−24528（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−71928（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 13/04 G01H 17/00 G01N 29/14 B66B 5/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転機の回転によりその軸受から発生す
るアコースティック・エミッションを検出する検出器の
検出値に基づいて前記軸受の良否を診断する回転機軸受
診断装置において、前記検出器の検出値の実効値を求める実効値算出手段
と、この実効値算出手段で得られた実効値に応じて前記
検出器の検出値に対するしきい値を求めるしきい値算出
手段と、前記実効値に基づき前記回転機の定速運転期間
における所定期間を演算しこの期間中にゲート信号を発
するコンパレータと、このゲート信号の発信時のみ前記
検出値を採取するゲート回路と、この採取された検出値
と前記しきい値とを比較して当該検出値が前記しきい値
を超えたときパルスを出力する別のコンパレータと、こ
のパルスの数を記憶する記憶手段と、前記所定期間の合
計時間が予め定められた所定時間に達したとき前記記憶
手段に記憶されたパルス数に基づいて前記軸受の良否を
判断する判断手段とを設けたことを特徴とするアコース
ティック・エミッションを用いた回転機軸受診断装置。
【請求項２】請求項１において、前記コンパレータ
は、前記実効値が前記定速運転期間に入る直前の値に設
定された第１の設定値と、前記実効値が前記定速運転期
間が終了した直後の値に設定された第２の設定値との範
囲内の値であるときに、前記回転機の定速運転期間であ
るとしてゲート信号を発信することを特徴とするアコー
スティック・エミッションを用いた回転機軸受診断装
置。
【請求項３】請求項２において、前記コンパレータ
は、前記実効値が、前記第１の設定値以上となった時点
から確実に定速期間に入ったとみなされる所定時間後か
ら、前記第２の設定値以下となった時点から確実に定速
期間にあると考えられる所定時間だけ溯った時点までの
期間内であるときに、前記回転機の定速運転期間である
としてゲート信号を発信することを特徴とするアコース
ティック・エミッションを用いた回転機軸受診断装置。