JP4542918B2 - 軸受の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、アコースティクエミッション（ＡＥ）を利用して、軸受の潤滑切れ、摩耗、はく離等の異常を検出する軸受の異常検出装置、特に、鉄鋼業の連続鋳造設備のピンチロールに使用される軸受のように、０．１〜１０ｒｐｍ程度の低速回転で使用される軸受に好適な軸受の異常検出装置に関するものである。

従来、ＡＥを利用した軸受の異常検出装置では、軸受からのＡＥをＡＥセンサにより検出し、このＡＥセンサが出力したＡＥ信号から、軸受の異常とは関係がないノイズをバンドパスフィルタにより除去する。次いで、ノイズを除去したＡＥ信号を包絡線検波回路で包絡線検波し、包絡線検波したＡＥ信号を比較器で一定の基準値と比較し、ＡＥ信号が基準値を超えたときに、軸受の異常として検出している。また、ＡＥ信号が基準値を超えた回数をカウントし、カウントした値が所定数を超えたときに、軸受の異常として検出するものがある。

上述した従来の軸受の異常検出装置では、包絡線検波する前のＡＥ信号から、バンドパスフィルタでノイズを除去しているものの、さまざまな周波数成分を持つノイズ成分を、ＡＥ信号から十分に取り除くことはできない。その為、そのまま、ある基準値を設定して比較すると、ノイズ成分に起因するＡＥ信号をも軸受の異常を示すものとして検出してしまい、軸受の異常検出が不正確になるという問題がある。
例えば、圧延設備では、メタルイン時等に大きなＡＥ信号が発生するが、軸受の異常に起因するＡＥ信号とは、バンドパスフィルタでは区別することができず、軸受の異常を誤判定することがある。

これに対し、特許文献１には、閾値を超えるＡＥ信号の発生周期を算出し、算出した発生周期毎の発生数を集計し、集計した発生数が所定数を超えたときに、軸受の異常と判別する軸受の異常検出装置が記載されている。
特開昭６３−３０４１２８号公報

特許文献１に記載された軸受の異常検出装置では、圧延設備のような高速回転で用いられる軸受のはく離及びピッチングの異常を検出する場合には有効であるものの、連続鋳造設備のピンチロールのような０．１〜１０ｒｐｍ程度の低速回転で用いられる軸受の潤滑切れから起こる摩耗の異常を検出するには有効な装置とは言えなかった。
本発明は、このような低速回転で用いられる軸受で生じる潤滑切れ起因の摩耗の異常検出についても検出可能な軸受の異常検出装置を提供することを目的とする。

低速回転で用いられる軸受の潤滑切れ起因の摩耗により発生し、ＡＥセンサが検出し出力したＡＥ信号は、図２の波形図に示すように、持続時間が長く、また、立上り時間が長い。よって、本発明は、ＡＥ信号の持続時間及び立上り時間を算出し評価することにより、軸受の異常に起因するＡＥ信号とノイズであるＡＥ信号とを弁別することができるという考察に基づいてなされた。

連続鋳造設備のピンチロールをモデル化し、図３に示す構成により、潤滑状態を変えて実験した。用いた軸受２２，２４は、内輪径５５ｍｍ、外輪径２５０ｍｍのＢＲＧ（２２２１１ＣＤＫ）である。２個の軸受２２，２４により両側を支持され、カップリング２１によりモータ２０に連結されたロール２３を０．８ｒｐｍで回転させながら、油圧にてロール中央部に１．８ｔｏｎの荷重をかけ、軸受２４に取付けたＡＥセンサ１でＡＥ信号を検出した。
実験の結果、ＡＥセンサが検出し出力したＡＥ信号は、図４の波形図に示すようになった。ここで、（ａ）は、軸受の潤滑が正常な場合、（ｂ）は、軸受のグリースの一部を除去して、接触面の油膜を薄くした場合、（ｃ）は、軸受のグリースを完全に除去した場合を示し、潤滑切れに起因してＡＥ信号が変化することが分かる。

第１発明に係る軸受の異常検出装置は、回転軸受から受けたアコースティクエミッション（ＡＥ）を検出してＡＥ信号を出力するＡＥセンサを備え、該ＡＥセンサが出力したＡＥ信号に基づき、前記回転軸受の異常を検出する軸受の異常検出装置において、前記ＡＥ信号の所定範囲の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、該周波数弁別手段が弁別した信号を検波する検波手段と、該検波手段が検波した信号のレベル及び閾値を比較する比較手段と、該比較手段の比較結果が、前記信号のレベルの方が大となってから、前記信号のレベルの方が小となる迄の該信号の持続時間を算出する持続時間算出手段と、前記比較結果が、前記信号のレベルの方が大となってから、該信号のレベルが極大値になる迄の立上り時間を算出する立上り時間算出手段と、前記持続時間算出手段が算出した持続時間が第１時間より長いか否かを判定する第１判定手段と、前記立上り時間算出手段が算出した立上り時間が、前記第１時間より短い第２時間より長いか否かを判定する第２判定手段とを備え、前記第１判定手段及び第２判定手段が共に長いと判定した回数に基づき、前記回転軸受の異常を検出するように構成してあることを特徴とする。

この軸受の異常検出装置では、ＡＥセンサが、回転軸受から受けたアコースティクエミッション（ＡＥ）を検出してＡＥ信号を出力し、ＡＥセンサが出力したＡＥ信号に基づき、回転軸受の異常を検出する。周波数弁別手段が、ＡＥ信号の所定範囲の周波数成分を弁別し、検波手段が、周波数弁別手段が弁別した信号を検波する。比較手段が、検波手段が検波した信号のレベル及び閾値を比較し、持続時間算出手段が、比較手段の比較結果が、信号のレベルの方が大となってから、信号のレベルの方が小となる迄の信号の持続時間を算出する。立上り時間算出手段が、比較手段の比較結果が、信号のレベルの方が大となってから、信号のレベルが極大値になる迄の立上り時間を算出する。第１判定手段が、持続時間算出手段が算出した持続時間が第１時間より長いか否かを判定し、第２判定手段が、立上り時間算出手段が算出した立上り時間が、第１時間より短い第２時間より長いか否かを判定し、第１判定手段及び第２判定手段が共に長いと判定した回数に基づき、回転軸受の異常を検出する。

本発明に係る軸受の異常検出装置によれば、軸受の異常に起因するＡＥ信号とノイズ成分とを弁別し、軸受の異常を正確に検出できる軸受の異常検出装置を実現することができる。特に、連続鋳造設備のピンチロールに使用される軸受のように、０．１〜１０ｒｐｍ程度の低速回転で使用される軸受の異常検出に有効である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る軸受の異常検出装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この軸受の異常検出装置は、図示しない軸受から発生するＡＥ（アコースティクエミッション）を検出するＡＥセンサ１と、ＡＥセンサ１が出力したＡＥ信号を増幅するプリアンプ２と、増幅されたＡＥ信号の内、８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数成分を周波数弁別するバンドパスフィルタ３（周波数弁別手段）とを備えている。

この軸受の異常検出装置は、また、バンドパスフィルタ３が周波数弁別した８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数成分のＡＥ信号を包絡線検波する検波回路４（検波手段）と、検波回路４が包絡線検波したＡＥ信号のレベルと閾値とを比較するレベル比較回路５（比較手段）と、レベル比較回路５の比較結果に基づき、ＡＥ信号の持続時間を算出する持続時間算出回路７（持続時間算出手段）と、持続時間算出回路７が算出したＡＥ信号の持続時間と所定時間（第１時間）とを比較する持続時間比較回路８（第１判定手段）とを備えている。

この軸受の異常検出装置は、また、検波回路４が包絡線検波したＡＥ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６と、レベル比較回路５の比較結果及びＡ／Ｄコンバータ６からのディジタル信号に基づき、ＡＥ信号の立上り時間を算出する立上り時間算出回路９（立上り時間算出手段）と、立上り時間算出回路９が算出したＡＥ信号の立上り時間と所定時間（第２時間）とを比較する立上り時間比較回路１０（第２判定手段）とを備えている。

この軸受の異常検出装置は、また、持続時間比較回路８及び立上り時間比較回路１０の各比較結果の論理積を演算するＡＮＤ回路１１と、ＡＮＤ回路１１の演算結果をカウントするカウンタ１２と、カウンタ１２のカウント値と所定値とを比較するカウント値比較回路１３と、カウント値比較回路１３の比較結果が軸受の異常を示すときに、軸受異常を点灯等により表示する表示回路１４とを備えている。

以下に、このような構成の軸受の異常検出装置の動作を説明する。
ＡＥセンサ１が、軸受から発生するＡＥを検出し出力したＡＥ信号は、プリアンプ２により増幅され、バンドパスフィルタ３に与えられる。バンドパスフィルタ３は、与えられたＡＥ信号の内、８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数成分を周波数弁別し、検波回路４に与える。
尚、軸受鋼又はその他の鋼からなる軸受の、潤滑切れ、摩耗、はく離等の異常時に発生するＡＥの周波数は、８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ（軸受鋼の場合は２００ｋＨｚ前後）の範囲に収まることが、実験により確認されている。

検波回路４は、与えられた８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数成分のＡＥ信号を包絡線検波し、高周波数成分が除去されたＡＥ信号を、レベル比較回路５及びＡ／Ｄコンバータ６へ与える。
レベル比較回路５は、包絡線検波されたＡＥ信号のレベルと閾値とを比較し、その比較結果を持続時間算出回路７及び立上り時間算出回路９へ与える。
持続時間算出回路７は、レベル比較回路５の比較結果が、ＡＥ信号のレベルの方が大となってから、ＡＥ信号のレベルの方が小となる迄の時間を、ＡＥ信号の持続時間として算出し、持続時間比較回路８へ与える。
持続時間比較回路８は、与えられたＡＥ信号の持続時間と、予め実験した結果から定められた所定時間（第１時間、例えば１０ｍｓｅｃ）とを比較し、その比較結果をＡＮＤ回路１１へ与える。

Ａ／Ｄコンバータ６によりディジタル信号に変換されたＡＥ信号は、立上り時間算出回路９へ与えられる。立上り時間算出回路９は、レベル比較回路５の比較結果が、ＡＥ信号のレベルの方が大となってから、ディジタル信号に変換されたＡＥ信号が極大値となる迄の時間を、ＡＥ信号の立上り時間として算出し、立上り時間比較回路１０へ与える。例えば、Ａ／Ｄコンバータ６からのディジタル信号の隣合う前後の値を比較して行き、後の値の方が小となった前の値をＡＥ信号の極大値とする。
立上り時間比較回路１０は、与えられたＡＥ信号の立上り時間と、予め実験した結果から定められた所定時間（第２時間、例えば１ｍｓｅｃ）とを比較し、その比較結果をＡＮＤ回路１１へ与える。

ＡＮＤ回路１１は、持続時間比較回路８の比較結果が、持続時間の方が長いことを示し、また、立上り時間比較回路１０の比較結果が、立上り時間の方が長いことを示したときに、オン信号をカウンタ１２へ与え、カウンタ１２は、このオン信号をカウントし、そのカウント値をカウント値比較回路１３へ与える。
カウント値比較回路１３は、与えられたカウント値が、予め設定された値（１以上）に達したときに、軸受が異常であることを示す信号を表示回路１４に与える。表示回路１４、与えられた信号に基づき、軸受が異常であることを、表示灯の点灯等により表示する。

本発明に係る軸受の異常検出装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。 軸受からのＡＥ信号の波形例を示す波形図である。 連続鋳造設備のピンチロールをモデル化し、潤滑状態を変えて実験した際の構成を示す模式図である。 軸受のグリース量を変えた場合のＡＥ信号の波形例を示す波形図である。

符号の説明

１ ＡＥセンサ
２ プリアンプ
３ バンドパスフィルタ（周波数弁別手段）
４ 検波回路（検波手段）
５ レベル比較回路（比較手段）
６ Ａ／Ｄコンバータ
７ 持続時間算出回路（持続時間算出手段）
８ 持続時間比較回路（第１判定手段）
９ 立上り時間算出回路（立上り時間算出手段）
１０立上り時間比較回路（第２判定手段）
１１ ＡＮＤ回路
１２ カウンタ
１３ カウント値比較回路
１４ 表示回路
２２，２４ 軸受
２３ ロール

Claims (1)

1. 回転軸受から受けたアコースティクエミッション（ＡＥ）を検出してＡＥ信号を出力するＡＥセンサを備え、該ＡＥセンサが出力したＡＥ信号に基づき、前記回転軸受の異常を検出する軸受の異常検出装置において、
   前記ＡＥ信号の所定範囲の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、該周波数弁別手段が弁別した信号を検波する検波手段と、該検波手段が検波した信号のレベル及び閾値を比較する比較手段と、該比較手段の比較結果が、前記信号のレベルの方が大となってから、前記信号のレベルの方が小となる迄の該信号の持続時間を算出する持続時間算出手段と、前記比較結果が、前記信号のレベルの方が大となってから、該信号のレベルが極大値になる迄の立上り時間を算出する立上り時間算出手段と、前記持続時間算出手段が算出した持続時間が第１時間より長いか否かを判定する第１判定手段と、前記立上り時間算出手段が算出した立上り時間が、前記第１時間より短い第２時間より長いか否かを判定する第２判定手段とを備え、前記第１判定手段及び第２判定手段が共に長いと判定した回数に基づき、前記回転軸受の異常を検出するように構成してあることを特徴とする軸受の異常検出装置。

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