JP4613755B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents
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Description
この発明は、異常(不良品)と判定された検査対象物が、その具体的な異常の種類まで特定することができる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
また、本発明では、前記各階層判定部で行なう判定処理に使用する特徴量と判定ルールとを、それぞれ、各階層と関連づけて記憶する記憶手段を備えることができる。
アンバランスは、回転軸に対して質量が均一でない状態のことをいう。アンバランスを生じる原因は、ロータの偏心、材質の不均質、たわみなど多くある。また、経年変化による腐食や摩耗、付着物などにより、アンバランスが発生することがある。研削盤などでは、ドレッサや研削によってアンバランスが生じる。係るアンバランスの状態では、遠心力によって力が加わり、回転軸に垂直な振動(振幅変動)が起こることがあり、ベアリング・ロータ・保持構造物等の破損原因となる。例えば、エンジンの場合における想定原因としては、カムシャフトの曲がり,シャフトの曲がり,シャフトの強度不足,クランクのバランス,ピストン同士のバランス,ピストンの汚れ,コンロッドの汚れ,材質不均一,加工精度異常などが考えられる。
2軸間シャフトラインの中心が直接で結ばれていることをアライメントといい、ミスアライメントは、複数の回転体の回転軸の中心がずれている状態のことを言う。想定原因としては、設備設置の地盤変化,カップリングのゆるみ,軸受の傾き,軸受の磨耗,ギアの軸ずれなどが考えられる。アキシャル方向に振動が生じやすいという特徴があるため、アキシャル方向の振動がラジアル方向の振動の50%以上を生じていれば、ミスアライメントと推定できる。また、ミスアライメントを生じている場合の振動波形として発生する周波数は、通常の継手形式では、回転数成分(fr)が主体であるが、激しくなると高調波(2fr、3fr)が発生するという性質を有する。但し、位相は、常に一定角度(同期)であり、変化は見られない。振動形態としては、回転の低下とは無関係に、変位量は一定であったり増加したりするが、0に漸近することはない。従って、注目すべき波形の特徴(注目すべき観点)としては、低周波(数Hz〜1kHz)成分(少ない),振幅確率密度関数,回転周波数の高調波のパワー増大等がある。また、アンバランスでは、回転数の2乗に比例して振幅が増加するが、ミスアライメントでは回転数にあまり関係なく、振幅がほぼ一定という特徴があるため、係る特徴に着目することで、両者を識別できる。
ゆるみ・ガタとは、設置時のボルトのゆるみや締め付け力の不足、あるいは長時間の運転によるボルトのゆるみで生じる振動である。たとえば、図6に示すように、検査対象である回転機50を検査台51の上に、配置するとともに、ボルト・ナット52で固定する。ボルト・ナット52にゆるみ・ガタが存在する(aのボルト・ナット52)と、その部分で回転機50が移動(左右上下)して、固有振動数が無周期に変化を起こす。また、回転数の増減により、振動の変位が突然、増加/減少する躍動現象がみられる。これにより固有振動が変化し、基本周波数の高調波(2、3)および分数調和振動(1/2、1/3)の振動が発生する。従って、注目すべき波形の特徴(注目すべき観点)としては、低周波〜高周波(共に存在する),振幅確率密度関数,全体的な振動レベル増大等がある。
共振系異常の局所欠陥は、異物の混入,疲労破損,過負荷などの局所的に異常を生じることで、回転体が1回転する都度、当該異常を生じている局所部分にきたときに衝撃振動が生じる(定常振動に定期的な衝撃波形が重畳される)。想定原因としては、ギアの破損,カムの破損,バルブの破損,バルブとヘッドの当たり,軸受の破損(傷)などがある。例えば、歯車の歯の一部が破損している場合、破損した歯が接触する都度衝撃が出る。このように、局所欠陥の場合には、軸受・歯車の損傷による振動で、衝撃振動として捉えることができる。従って、注目すべき波形の特徴(注目すべき観点)としては、中〜高周波(1kHz〜),極値密度関数,包絡線波形の周期,ベアリング特徴周波数,かみ合い周波数のサイドバンド等がある。
摩耗系異常の一例である金属接触による振動は、金属同士の摩擦(歯車、シリンダとピストン……)により生じる。金属接触が生じると、きしみ音や衝撃が発生し、回転数に応じた金属同士の擦れによる振動が発生する。係る金属接触がおこると、シリンダ、ピストン、歯車の磨耗や破損につながる。金属接触の原因は、部品の精度、部品の組合せ、磨耗、潤滑油の不足などであり、エンジンにおける想定原因は、ピストンとシリンダの擦れ,カムの傷,ギアのかみ合わせ,オイル切れなどがある。従って、注目すべき波形の特徴(注目すべき観点)としては、高周波(10kHz〜),衝撃成分等がある。図9は、金属接触を生じている検査対象物から取得した振動波形の一例を示している。図から明らかなように、回転数に応じた金属同士の擦れによる振動が発生している。
If 振動の実効値=大 AND 振動のパワー=大 Then 異常
振幅変動が大きい場合(S14の分岐判断でYes)、第2階層判定部11で検出するベアリング異常・ギア異常ではないと判定し、第3階層判定部12の判定に移行する。
If ピーク値総和=大 AND ピーク数=大
Then ベアリング異常等のおそれあり
衝撃成分が小さい場合、少なくとも第2階層判定部11で検出するベアリング異常・ギア異常でないことがわかる。つまり、第3階層判定部12で異常原因を特定すべきグループに属するものか、本来は良品(正常)であるが第1階層判定部10では異常と判定されたグループに属するもののいずれかである。
また、下記式に基づき振動波形の尖り度や歪み度を算出し、その算出結果が大きいものほど振動波形の変動が大きいと言える。
衝撃成分が大きい場合、第2階層判定部11で検出するベアリング異常・ギア異常の可能性があることは言えるが、その条件のみで当該異常と特定することができない。そこで、第2の特徴量セットの一つとしての中心偏りを用い、第2階層判定部11で検出するベアリング異常・ギア異常であるのか、第3階層判定部12で異常原因を特定すべきグループに属するものかを特定する。
なお、図17は、基本周波数と、その基本周波数のサイドバンド,分周波,高調波をそれぞれ示しており、それら各特徴量は、下記式に基づいて、算出することができる。
さらにまた、各階層における判定処理で用いられる特徴量は、一例であり、他の特徴量を用いてももちろん良いし、例示した特徴量を使用しなくても良い。
2 A/D変換器
3 前処理部
4 異常検出部
5 階層的特徴量データベース
6 診断ルール記憶データベース
7 情報出力装置
9 パソコン(検査装置)
10 第1階層判定部
11 第2階層判定部
12 第3階層判定部
Claims (9)
- 検査対象物から取得した波形信号に対して特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて状態を判定する検査装置であって、
前記検査対象物が、正常か異常かの判定を行なう第1階層判定部と、
その第1階層判定部で異常と判定された場合に、その異常原因を特定する第2階層判定部と、
前記各判定部で判定した判定結果を出力する出力手段と、
を備え、
前記第1階層判定部は、前記波形信号の振動レベルを求め、その振動レベルが設定された基準より大きい場合に異常と判定し、
前記第2階層判定部は、衝撃成分についての波形信号の関連するパラメータが設定された基準より大きいか否かを判断し、大きい場合にはさらに中心偏りについての波形信号の関連するパラメータが設定された基準より大きいか否かを判断し、その判断結果が小さい場合には異常原因が共振系異常であると判定し、前記判断結果が大きい場合には異常原因の特定できない異常と判定する
ことを特徴とする検査装置。 - 前記第2階層判定部は、前記衝撃成分についての波形信号の関連するパラメータが設定された基準より大きいか否かを判断した結果が小さい場合に振幅変動を求め、振幅変動が設定された基準より大きいか否かを判断し、その判断結果が大きい場合には異常原因の特定できない異常であり、小さい場合には正常を正しい判定結果とする機能を備えたことを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 前記第2階層判定部にて異常原因の特定できない異常と判定された場合に、周波数成分に基づいて異常原因を特定する第3階層判定部を、備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の検査装置。
- 前記第3階層判定部は、前記周波数成分から求められる前記波形信号の基本周波数のサイドバンドが、設定された基準より大きい場合、異常原因が金属接触であると判定する機能を備えたことを特徴とする請求項3に記載の検査装置。
- 前記第3階層判定部は、前記周波数成分から求められる前記波形信号の分周波に関連するパラメータが設定された閾値以上で、かつ、前記波形信号の高調波に関連するパラメータが設定された閾値以上の場合、異常原因がゆるみ・ガタであると判定する機能を備えたことを特徴とする請求項3または4に記載の検査装置。
- 前記第3階層判定部は、前記周波数成分から求められる前記波形信号の分周波に関連するパラメータが設定された閾値以上で、かつ、前記波形信号の高調波に関連するパラメータが設定された閾値を超えない場合、異常原因がアンバランスであると判定する機能を備えたことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記第3階層判定部は、前記周波数成分から求められる前記波形信号の分周波に関連するパラメータが設定された閾値を超えず、かつ、前記波形信号の高調波に関連するパラメータが設定された閾値以上の場合、異常原因がミスアライメントであると判定する機能を備えたことを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の検査装置。
- 検査対象物から取得した波形信号に対して特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて状態を判定する検査装置を用いた検査方法であって、
前記検査装置は、
前記検査対象物が、正常か異常かの判定を行なう第1階層判定処理を実行し、
その実行結果が正常な場合には、その旨を出力装置に出力し、
前記第1階層判定処理を実行して異常と判定された場合に、衝撃成分についての波形信号の関連するパラメータが設定された基準より大きいか否かを判断し、大きい場合にはさらに中心偏りについての波形信号の関連するパラメータが設定された基準より大きいか否かを判断し、その判断結果が小さい場合には異常原因が共振系異常であると判定し、前記判断結果が大きい場合には異常原因の特定できない異常と判定する第2階層判定処理を実行し、
少なくとも異常原因が特定された場合にその異常原因を出力装置に出力するものであり、
前記第1階層判定処理は、前記波形信号の振動レベルを求め、その振動レベルが設定された基準より大きい場合に異常と判定することを特徴とする検査方法。 - 前記検査装置は、
前記第2階層判定処理で異常原因が特定できない場合に、周波数成分に基づいて異常原因を特定する第3階層判定処理を実行し、
その第3階層判定処理により求めた異常原因を出力装置に出力することを特徴とする請求項8に記載の検査方法。
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