JP4617168B2 - Bearing damage evaluation apparatus and bearing damage evaluation method - Google Patents

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Description

本発明は、機械運転に伴い軸受に発生する損傷の評価を行うことのできる軸受損傷評価装置及び軸受損傷評価方法及び軸受損傷評価プログラム及びこのプログラムを記録した記憶媒体に関する。   The present invention relates to a bearing damage evaluation apparatus, a bearing damage evaluation method, a bearing damage evaluation program, and a storage medium on which this program is recorded.

軸受(特に転がり軸受)は、回転する軸を支持する機械要素としてよく知られている。一般的に、機械は運転中に振動や衝撃を伴うことが多く、軸受は使用していくうちに内輪等に損傷を発生する。従って、損傷の発生は軸受の寿命を予測する上では重要なファクターであり、損傷の評価をすることにより軸受の寿命を評価することができる。   Bearings (especially rolling bearings) are well known as mechanical elements that support rotating shafts. In general, machines are often accompanied by vibration and impact during operation, and bearings cause damage to inner rings and the like as they are used. Therefore, the occurrence of damage is an important factor in predicting the life of the bearing, and the life of the bearing can be evaluated by evaluating the damage.

一方、かかる軸受の損傷が発生すると軸受(の転動体)に作用する荷重の値も変動(変化)することから、転動体に作用する荷重を知ることができれば、軸受の寿命(余寿命)を知ることができると考えられ、軸受損傷評価装置あるいは軸受損傷評価方法について提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−257797号公報
On the other hand, if the bearing damage occurs, the value of the load acting on the bearing (rolling element) also fluctuates (changes). Therefore, if the load acting on the rolling element can be known, the life of the bearing (remaining life) can be increased. A bearing damage evaluation apparatus or a bearing damage evaluation method has been proposed (for example, see Patent Document 1).
JP 2002-257797 A

しかしながら、こうした評価方法においては、測定波形が異常か否か(以下「異常性」という。)の判断が重要となる一方、波形の立ち上がりや立ち下がりにおける測定値が常に変化する状態で異常性の判断を行う必要があることから、異常性の判断は非常に困難であった。波形のピーク付近についても、安定領域が非常に少ないことから、同様の条件であるといえる。   However, in such an evaluation method, it is important to determine whether or not the measurement waveform is abnormal (hereinafter referred to as “abnormality”). On the other hand, the measurement value at the rising or falling edge of the waveform constantly changes. Since it is necessary to make a judgment, it is very difficult to judge the abnormality. Since the stable region is very small even near the peak of the waveform, the same conditions can be said.

具体的には、異常性の判断基準となる標準的なエコーのパターン(波形)の確保、あるいは異常性の判断となる演算処理、判断のための閾値の設定方法など、定量的な判断を客観的に行うための手法あるいはシステムは不可欠であった。   Specifically, quantitative judgments such as securing standard echo patterns (waveforms) that serve as criteria for judging abnormalities, calculation processing for judging abnormalities, and methods for setting thresholds for judgment are objective. A method or system to do it was essential.

そこで、この発明の目的は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、異常性の判断基準を確保し、評価装置における検知方法を確立して異常範囲の特定および異常の程度を把握して、軸受損傷の評価を的確に行うことのできる軸受損傷評価技術を提供することである。特に、軸受損傷を定性的だけでなく定量的に評価を行うことのできる軸受損傷評価技術を提供することである。   Therefore, the object of the present invention has been made in view of such circumstances, and its task is to secure a criterion for judging abnormalities, establish a detection method in an evaluation apparatus, specify an abnormal range, and determine the degree of abnormality. It is to provide a bearing damage evaluation technology that can grasp and accurately evaluate a bearing damage. In particular, it is to provide a bearing damage evaluation technique capable of quantitatively evaluating bearing damage not only qualitatively.

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す軸受損傷評価装置、軸受損傷評価方法、軸受損傷評価プログラム、およびこのプログラムを記録した記憶媒体によって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。   As a result of earnest research, the inventor has found that the above object can be achieved by a bearing damage evaluation apparatus, a bearing damage evaluation method, a bearing damage evaluation program, and a storage medium in which the program is recorded. It came to complete.

本発明は、軸受が支持される軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受の外輪あるいは軸受の外輪と転動体との境界からの反射波を測定し、下式によって算出されるエコー高さ比Hにより、軸受に発生した損傷の評価を行う軸受損傷評価装置であって、
H=(1−h/ho)×100
ここで、hは、軸受荷重が作用している時のエコー高さであり、hoは、軸受荷重が作用していない無負荷の時に得られるエコー高さである。
前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出手段と、
求められた前記エコー高さ比から、時間を指標とするエコー高さ比の波形信号を求め、所定の閾値Ho以上のエコー高さ比のみを演算の対象として該波形信号の勾配である1次差分値および1次差分値の差分である2次差分値を求め、さらに該差分値を2乗あるいは4乗して顕著化する差分値算出手段と、
前記エコー高さ比の、1次差分値および2次差分値の移動平均値を求める平均値算出手段と、
前記1次差分値の移動平均値をさらに2次差分した後4乗して顕著化した値の大きさ、または前記1次差分値の移動平均値が、これに閾値を加減あるいは乗ずる範囲を超える場合、さらには各測定点における1次差分値の正負とその1次差分値の移動平均値の正負の符号が変化する場合、のいずれかを指標として損傷部位を特定する波形解析手段と、
備え、前記波形解析手段において、前記特定された損傷部位とその近傍のエコー高さ比について、前記差分値算出手段において乗算された1次差分値によって損傷部位を顕著化し,所定の閾値ΔHo以上の該差分値に対して2値化処理を行い、2値化処理された差分値の移動平均値を求め、所定の閾値Hs以上の該移動平均値の範囲を確定し、該確定範囲に所定の係数を掛けた範囲幅を異常範囲と設定するとともに、該異常範囲内のエコー高さ比データを削除し、該異常範囲前後のエコー高さ比データを用いて最小二乗法に基づき異常のない波形を推定することを特徴とする。
The present invention generates ultrasonic waves from an ultrasonic probe attached to a bearing housing on which a bearing is supported toward the bearing, and from the boundary between the bearing housing and the outer ring of the bearing or the outer ring of the bearing and a rolling element. Is a bearing damage evaluation apparatus that evaluates the damage generated in the bearing by the echo height ratio H calculated by the following equation:
H = (1-h / ho) × 100
Here, h is the echo height when the bearing load is acting, and ho is the echo height obtained when there is no load when the bearing load is not acting.
An echo height ratio calculating means for obtaining an echo height ratio from the reflected wave received by the ultrasonic probe;
From the obtained echo height ratio, a waveform signal having an echo height ratio using time as an index is obtained, and only the echo height ratio equal to or greater than a predetermined threshold value Ho is used as an object of calculation, which is the primary of the slope of the waveform signal. A difference value calculating means for obtaining a secondary difference value that is a difference between the difference value and the primary difference value, and further prominently by squaring the difference value to the second power or the fourth power;
Average value calculating means for obtaining a moving average value of the primary difference value and the secondary difference value of the echo height ratio;
The value of the moving average value of the primary difference value, which has become noticeable by the fourth power after further quadratic difference, or the moving average value of the primary difference value exceeds the range in which the threshold value is added or subtracted or multiplied. The waveform analysis means for identifying the damaged part using as an index, if the sign of the primary difference value at each measurement point and the sign of the moving average value of the primary difference value change,
The provided, in the waveform analysis means, for the echo height ratio of the neighborhood and the identified site of injury, significantly the site of injury by the multiplied 1-order difference value in the difference value calculation unit, or more than a predetermined threshold value ΔHo A binarization process is performed on the difference value of, a moving average value of the binarized difference value is obtained, a range of the moving average value equal to or greater than a predetermined threshold value Hs is determined, and a predetermined range is set in the determined range The range width multiplied by the coefficient is set as the abnormal range, the echo height ratio data in the abnormal range is deleted, and there is no abnormality based on the least square method using the echo height ratio data before and after the abnormal range. A waveform is estimated.

また、本発明は、軸受が支持される軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受の外輪あるいは軸受の外輪と転動体との境界からの反射波を測定し、下式によって算出されるエコー高さ比Hにより、軸受に発生した損傷の評価を行う軸受損傷評価方法であって、
H=(1−h/ho)×100
ここで、hは軸受荷重が作用している時のエコー高さであり、hoは、軸受荷重が作用していない無負荷の時に得られるエコー高さである。
前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出ステップと、
求められた前記エコー高さ比から、時間を指標とするエコー高さ比の波形信号を求め、所定の閾値Ho以上のエコー高さ比のみを演算の対象として該波形信号の勾配である1次差分値および1次差分値の差分である2次差分値を求め、さらに該差分値を2乗あるいは4乗して顕著化する差分値算出ステップと、
前記エコー高さ比の、1次差分値および2次差分値の移動平均値を求める平均値算出ステップと、
前記1次差分値の移動平均値をさらに2次差分した後4乗して顕著化した値の大きさ、または前記1次差分値の移動平均値が、これに閾値を加減あるいは乗ずる範囲を超える場合、さらには各測定点における1次差分値の正負とその1次差分値の移動平均値の正負の符号が変化する場合、のいずれかを指標として損傷部位を特定するステップと、
特定された損傷部位とその近傍のエコー高さ比について、前記乗算された1次差分値によって損傷部位を顕著化し,所定の閾値ΔHo以上の該差分値に対して2値化処理を行い、2値化処理された差分値の移動平均値を求め、所定の閾値Hs以上の該移動平均値の範囲を確定し、該確定範囲に所定の係数を掛けた範囲幅を異常範囲と設定するとともに、該異常範囲内のエコー高さ比データを削除し、該異常範囲前後のエコー高さ比データを用いて最小二乗法に基づき異常のない波形を推定するステップと、を備えたことを特徴とする。
Further, the present invention generates an ultrasonic wave toward the bearing from an ultrasonic probe attached to a bearing housing on which the bearing is supported, and the bearing housing and the outer ring of the bearing or the outer ring of the bearing and the rolling element A bearing damage evaluation method for measuring a reflected wave from a boundary and evaluating damage generated in the bearing by an echo height ratio H calculated by the following equation,
H = (1-h / ho) × 100
Here, h is the echo height when the bearing load is acting, and ho is the echo height obtained when there is no load when the bearing load is not acting.
An echo height ratio calculating step for obtaining an echo height ratio from the reflected wave received by the ultrasonic probe;
From the obtained echo height ratio, a waveform signal having an echo height ratio using time as an index is obtained, and only the echo height ratio equal to or greater than a predetermined threshold value Ho is used as an object of calculation, which is the primary of the slope of the waveform signal. A difference value calculating step of obtaining a secondary difference value which is a difference between the difference value and the primary difference value, and further making the difference value squared or raised to the fourth power;
An average value calculating step for obtaining a moving average value of the primary difference value and the secondary difference value of the echo height ratio;
The value of the moving average value of the primary difference value, which has become noticeable by the fourth power after further quadratic difference, or the moving average value of the primary difference value exceeds the range in which the threshold value is added or subtracted or multiplied. If the sign of the primary difference value at each measurement point and the sign of the moving average value of the primary difference value change further, the step of identifying the damaged site using either as an index,
With respect to the identified damaged part and the echo height ratio in the vicinity thereof, the damaged part is made noticeable by the multiplied primary difference value, and binarization processing is performed on the difference value equal to or larger than a predetermined threshold value ΔHo. A moving average value of the difference value subjected to the valuation process is obtained, a range of the moving average value equal to or greater than a predetermined threshold Hs is determined, a range width obtained by multiplying the determined range by a predetermined coefficient is set as an abnormal range, Deleting the echo height ratio data in the abnormal range, and estimating a waveform having no abnormality based on the least square method using the echo height ratio data before and after the abnormal range. .

軸受損傷評価の精度の向上を図るには、超音波探触子の高感度化に伴う測定波形の精緻性の向上と合せて、超音波探触子の出力を処理したエコー高さ比の波形信号から如何に客観的に変形度合いを認定できるかが重要であり、本発明においては、エコー高さ比を基に、その勾配である1次差分値や1次差分値の差分である2次差分値あるいはこれらの移動平均値を算出することによって、異常位置の特定および損傷の認定を高い精度で行うことを可能としたものである。つまり、従来一般的であった波形信号の微分値の比較など1次的な処理のみでは十分な異常判断ができないことに着目し、軸受において生じる損傷の種類(具体的には、磨耗粉(凸状)や損傷(凹状)などが発生するが、以下、通常「損傷」として括り、前者のみをいう場合には「凸状損傷」といい、後者のみをいう場合には「凹状損傷」という)によって現れる波形の特徴を利用して、その勾配の変化あるいは移動平均値からのズレなど波形信号の2次的な処理信号を求めることによって、客観的な算出基準を基に、異常な測定部位を特定するとともに、損傷状態を明示することが可能となった In order to improve the accuracy of bearing damage evaluation, the echo height ratio waveform that processed the output of the ultrasonic probe is combined with the improvement in the precision of the measurement waveform accompanying the increased sensitivity of the ultrasonic probe It is important how the degree of deformation can be objectively recognized from the signal. In the present invention, based on the echo height ratio, the primary difference value that is the gradient or the secondary difference that is the difference between the primary difference values. By calculating the difference value or the moving average value thereof, it is possible to identify the abnormal position and identify the damage with high accuracy. In other words, focusing on the fact that it is not possible to make a sufficient abnormality judgment only by primary processing such as comparison of the differential value of a waveform signal, which has been common in the past, the type of damage that occurs in the bearing (specifically, wear powder (convex ) Or damage (concave), etc., but in the following, usually referred to as “damage”, referred to as “convex damage” when referring only to the former, and “concave damage” when referring only to the latter) By using the characteristics of the waveform that appears, the secondary processing signal of the waveform signal, such as the change in the slope or the deviation from the moving average value, is obtained, so that an abnormal measurement site can be identified based on the objective calculation criteria. It became possible to identify and clearly indicate the damage state

具体的には、超音波探触子は軸受ハウジングに取り付けられ、軸受に向けて超音波を発生し、軸受ハウジングと軸受の外輪との境界あるいは軸受の外輪と転動体の境界からの反射波を受信する。そして、軸受ハウジングと軸受の外輪あるいは軸受の外輪と転動体との密着度が大きい(固体接触面積が大きい)と発せられた超音波は境界から透過し、この透過率は上記密着度に比例する。ここで、軸受に損傷があればこの密着度は変化し、凹状損傷の程度が大きいときは、密着度が小さくなるので超音波の透過率が小さくなり、反射波の大きさは大きくなる。と同時に、損傷部とその周辺との間における透過率の勾配(本発明においては1次差分値で表現する。)あるいはその勾配の差分値(2次差分値)も大きくなる。逆に、凹状損傷の程度が小さいときは、 反射波の大きさは小さくなることになると同時に、軸受の損傷部とその周辺との間における透過率の勾配あるいはその勾配の差分値も小さくなる。従って、この反射波を測定することにより凹状損傷の程度を推定することができる。また、凹状損傷と逆の状態として軸受への磨耗粉の発生・付着による凸状損傷がある。軸受に凸状損傷の発生があればこの密着度は変化し、凸状損傷の発生の程度が大きいときは、密着度が大きくなるので超音波の透過率が大きくなり反射波の大きさは小さくなる。と同時に、軸受の損傷部とその周辺との間における1次差分値あるいは2次差分値も小さくなる。逆に、凸状損傷の程度が小さいときは、 反射波の大きさは大きくなることになる。従って、この反射波を測定することにより凸状損傷の程度を推定することができる。   Specifically, the ultrasonic probe is attached to the bearing housing, generates ultrasonic waves toward the bearing, and generates reflected waves from the boundary between the bearing housing and the outer ring of the bearing or from the boundary between the outer ring of the bearing and the rolling element. Receive. And if the degree of adhesion between the bearing housing and the outer ring of the bearing or the outer ring of the bearing and the rolling element is large (the solid contact area is large), the emitted ultrasonic wave is transmitted from the boundary, and this transmittance is proportional to the degree of adhesion. . Here, if the bearing is damaged, the degree of adhesion changes, and when the degree of concave damage is large, the degree of adhesion is small, so the transmittance of ultrasonic waves is small, and the magnitude of the reflected wave is large. At the same time, the transmittance gradient between the damaged portion and the periphery thereof (expressed as a primary difference value in the present invention) or the gradient difference value (secondary difference value) also increases. On the other hand, when the degree of the concave damage is small, the magnitude of the reflected wave becomes small, and at the same time, the gradient of transmittance between the damaged portion of the bearing and the periphery thereof, or the difference value of the gradient becomes small. Therefore, the degree of concave damage can be estimated by measuring this reflected wave. Further, as a state opposite to the concave damage, there is a convex damage due to generation and adhesion of wear powder to the bearing. The degree of adhesion changes if there is convex damage on the bearing, and when the degree of convex damage is large, the degree of adhesion increases, so the transmission of ultrasonic waves increases and the magnitude of the reflected wave decreases. Become. At the same time, the primary difference value or the secondary difference value between the damaged portion of the bearing and its periphery also becomes small. Conversely, when the degree of convex damage is small, the magnitude of the reflected wave becomes large. Therefore, the degree of convex damage can be estimated by measuring this reflected wave.

以上のように、本発明は超音波探触子によって測定した結果を利用して、軸受の損傷の発生を評価しようとするものである。つまり、損傷部を含む反射波の情報(超音波探触子の出力波形)の移動平均値は、反射波の変化の外郭を表すことから、仮定的に正常な軸受からの反射波に近い波形と扱うことが可能となり、上記差分値との比較によって損傷部あるいは異常部の推定を行うことができる。 As described above, the present invention is intended to evaluate the occurrence of bearing damage by using the result measured by the ultrasonic probe. In other words, the moving average value of the reflected wave information including the damaged part (the output waveform of the ultrasound probe) represents the outline of the change in the reflected wave, so it is assumed that the waveform is close to the reflected wave from a normal bearing. And a damaged portion or an abnormal portion can be estimated by comparison with the difference value.

また、従来、閾値の値の設定や、変化率を求めるときに用いるデータ点数などによって「異常」の範囲や異常値が変化することがあったが、本発明は、これらに極力依存せずに判断することを目指し、最小限の閾値、具体的には後述する移動平均値に対する重み付けや移動平均値に対する所定幅の設定など、に限定することで、こうした問題点を解消した。 Conventionally, the range of “abnormality” and the abnormal value may change depending on the setting of the threshold value and the number of data points used when obtaining the rate of change. However, the present invention is not dependent on these as much as possible. Aiming at the determination, the problem is solved by limiting to a minimum threshold, specifically, a weighting for a moving average value , which will be described later, and setting a predetermined width for the moving average value .

従って、この反射波を測定し、その1次差分値あるいは移動平均値を算出することにより損傷の有無、損傷箇所、および損傷の程度を、精度よく推定することが可能な軸受損傷評価技術を提供することができる。
特に、本発明においては、こうしたエコー高さ比の波形信号の解析において、特定された損傷部位とその近傍のエコー高さ比について、乗算された1次差分値によって損傷部位を顕著化し,所定の閾値ΔHo以上の該差分値に対して2値化処理を行い、2値化処理された差分値の移動平均値を求め、所定の閾値Hs以上の該移動平均値の範囲を確定し、該確定範囲に所定の係数を掛けた範囲幅を異常範囲と設定するとともに、該異常範囲内のエコー高さ比データを削除し、該異常範囲前後のエコー高さ比データを用いて最小二乗法に基づき異常のない波形を推定し、異常範囲と異常のない波形のエコー高さ比の差を算出することによって、エコー高さ比の波形信号における局部的な凹部あるいは凸部の大きさを推定し、軸受の内輪あるいは転動体に発生した損傷の大きさを推定することが可能となる。
Therefore, by providing a bearing damage evaluation technique that can accurately estimate the presence / absence of damage, damage location, and degree of damage by measuring this reflected wave and calculating its primary difference value or moving average value. can do.
In particular, in the present invention, in the analysis of the waveform signal of such an echo height ratio, the damaged portion is made prominent by the primary difference value multiplied for the identified damaged portion and the echo height ratio in the vicinity thereof, and a predetermined value is obtained. A binarization process is performed on the difference value equal to or greater than the threshold value ΔHo, a moving average value of the binarized difference value is obtained, a range of the moving average value equal to or greater than a predetermined threshold value Hs is determined, and the determination is performed. A range width obtained by multiplying the range by a predetermined coefficient is set as the abnormal range, and the echo height ratio data in the abnormal range is deleted, and the echo height ratio data before and after the abnormal range is used based on the least square method. Estimate the waveform without abnormality, calculate the difference in echo height ratio between the abnormal range and the waveform without abnormality, estimate the size of the local concave or convex in the waveform signal of the echo height ratio, Bearing inner ring or rolling It is possible to estimate the magnitude of the damage caused to the body.

なお、ここでいう「差分値」とは、ある特定のエコー高さやその勾配などについて、その値を含むデータの前後数点の値を平均し、その特定値とその平均した値の差、あるいはその特定値をその平均した値で除した値をいい、以下「5点差分値」(前後の2点と用いた5点平均値で除した値)、「13点差分値」(前後の6点と用いた13点平均値で除した値)などと表現する。   As used herein, the “difference value” means, for a specific echo height, its gradient, etc., the values of several points before and after the data including the value are averaged, and the difference between the specific value and the average value, or The value obtained by dividing the specific value by the averaged value is referred to as “5-point difference value” (value divided by the previous and next 2 points and the 5-point average value used), “13-point difference value” (front and back 6 values). And the value divided by the average value of 13 points used).

本発明は、上記軸受損傷評価装置あるいは軸受損傷評価方法に係るプログラムであって、対象となる軸受固有の閾値を超える前記2次差分値に係る測定部位を、エコー高さ比の波形信号の変形度が高いと判断することを特徴とする。 The present invention is a program related to the bearing damage evaluation apparatus or the bearing damage evaluation method, wherein the measurement part related to the second order differential value exceeding a target bearing specific threshold is transformed into a waveform signal of an echo height ratio. It is characterized by judging that the degree is high.

エコー高さ比の波形信号の解析において、損傷の発生と波形信号の2次差分値とが非常に相関関係があることを見出したもので、損傷部の端部におけるエコー高さ比の波形信号が大きく変化する点を捉え損傷部の特定を行うことができる。具体的には、エコー高さ比の波形信号の2次差分値が所定の範囲を超える測定部位が、波形信号の変形度が高い部位(つまり損傷部の端部)に相当すると推定する。こうした演算ステップおよび波形解析ステップを行うことによって、精度の高い軸受損傷評価プログラムを形成することができる。   In the analysis of the waveform signal of the echo height ratio, it was found that the occurrence of damage and the secondary difference value of the waveform signal are very correlated, and the waveform signal of the echo height ratio at the end of the damaged portion It is possible to identify the damaged part by capturing the point where the change greatly occurs. Specifically, it is estimated that a measurement site where the secondary difference value of the waveform signal of the echo height ratio exceeds a predetermined range corresponds to a site where the degree of deformation of the waveform signal is high (that is, the end of the damaged portion). By performing these calculation steps and waveform analysis steps, a highly accurate bearing damage evaluation program can be formed.

本発明は、上記軸受損傷評価装置あるいは軸受損傷評価方法に係るプログラムであって、対象となる軸受固有の閾値を超える前記1次差分値に係る測定部位であって、かつ、該1次差分値の移動平均値に閾値を加減する範囲を超える測定部位を、エコー高さ比の波形信号の変形度が高いと判断することを特徴とする。 The present invention is a program related to the bearing damage evaluation apparatus or the bearing damage evaluation method, which is a measurement site related to the primary difference value exceeding a threshold specific to the target bearing, and the primary difference value. It is determined that a measurement part exceeding the range in which the threshold value is added to or subtracted from the moving average value is determined to have a high degree of deformation of the waveform signal of the echo height ratio.

エコー高さ比の波形信号の解析において、1次差分値が所定の範囲を超え、かつ、その1次差分値の移動平均値の上下に所定の幅を有する範囲を超える測定部位が、波形信号の変形(つまり損傷の発生)と非常に相関関係があることを見出したもので、こうした測定部位を波形信号の変形度が高い部位に相当すると推定する。こうした演算ステップおよび波形解析ステップを行うことによって、精度の高い軸受損傷評価プログラムを形成することができるとともに、上記「波形信号の2次差分値」による解析結果と合せて評価することによって、さらに高い精度を得ることが可能となる。 In the analysis of the waveform signal of the echo height ratio, a measurement site whose primary difference value exceeds a predetermined range and exceeds a range having a predetermined width above and below the moving average value of the primary difference value is a waveform signal. It has been found that there is a great correlation with the deformation (that is, the occurrence of damage), and it is estimated that such a measurement part corresponds to a part having a high degree of deformation of the waveform signal. By performing such a calculation step and a waveform analysis step, a highly accurate bearing damage evaluation program can be formed, and the evaluation can be further improved by evaluating together with the analysis result by the “secondary difference value of the waveform signal”. Accuracy can be obtained.

本発明は、上記軸受損傷評価プログラムであって、対象となる軸受固有の閾値を超える前記1次差分値に係る測定部位であって、かつ、該1次差分値の移動平均値に閾値を乗ずる範囲を超える測定部位を、エコー高さ比の波形信号の変形度が高いと判断することを特徴とする。 The present invention is the above-described bearing damage evaluation program, which is a measurement site related to the primary difference value exceeding the threshold value unique to the target bearing, and multiplies the moving average value of the primary difference value by the threshold value. It is characterized in that a measurement part exceeding the range is judged as having a high degree of deformation of the waveform signal of the echo height ratio.

上記同様、1次差分値とその移動平均値とを組み合わせることによって、エコー高さ比の波形信号の解析を精度よく行うことができることを見出したもので、1次差分値の移動平均値に閾値を加減する範囲の設定に代えて、1次差分値の移動平均値に閾値を乗ずる範囲の設定することによって、波形信号の変形度が高い部位を推定することができる。従って、こうした演算ステップおよび波形解析ステップを行うことによって、精度の高い軸受損傷評価プログラムを形成することができる。併せて、上記「波形信号の2次差分値」および/または「1次差分値とその移動平均値の加減範囲」による解析結果と合せて評価することによって、より一層高い精度を得ることが可能となる。 As described above, it was found that the waveform signal of the echo height ratio can be analyzed with high accuracy by combining the primary difference value and the moving average value thereof. The threshold value is added to the moving average value of the primary difference value. Instead of setting the range for adding or subtracting, by setting the range in which the moving average value of the primary difference value is multiplied by the threshold value , it is possible to estimate a portion having a high degree of deformation of the waveform signal. Therefore, a bearing damage evaluation program with high accuracy can be formed by performing such calculation step and waveform analysis step. At the same time, it is possible to obtain higher accuracy by evaluating together with the analysis result by the “secondary difference value of the waveform signal” and / or “adjustment range of the primary difference value and its moving average value ”. It becomes.

本発明は、上記軸受損傷評価プログラムであって、前記波形解析手段において、変形度が高いと判断された測定部位について、損傷の大きさを算出することを特徴とする。   The present invention is the above-described bearing damage evaluation program, characterized in that the waveform analysis means calculates the magnitude of damage for a measurement site determined to have a high degree of deformation.

また、本発明は、上記軸受損傷評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に係ることを特徴とする。つまり、上記軸受損傷評価プログラムは、記録媒体(CD−ROM等)に記録させておくことができる。この記録媒体を用いてコンピュータにインストールすることで、コンピュータを軸受損傷評価装置として機能させることができる。   The present invention also relates to a computer-readable storage medium storing the bearing damage evaluation program. That is, the bearing damage evaluation program can be recorded on a recording medium (CD-ROM or the like). By installing the recording medium in a computer, the computer can function as a bearing damage evaluation apparatus.

以上のように、本発明によれば、従来困難であった損傷などによる軸受の異常性の判断基準を確保し、評価装置における検知方法を確立して異常範囲の特定および異常の程度を把握して、軸受損傷の評価を的確に行うことのできる軸受損傷評価技術を提供することができる。また、軸受損傷を定性的だけでなく定量的に評価を行うことのできる軸受損傷評価技術を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to secure a standard for judging the abnormality of a bearing due to damage, which has been difficult in the past, and establish a detection method in an evaluation device to identify an abnormal range and grasp the degree of abnormality. Thus, it is possible to provide a bearing damage evaluation technique capable of accurately evaluating bearing damage. Further, it is possible to provide a bearing damage evaluation technique capable of quantitatively evaluating bearing damage not only qualitatively.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、軸受損傷評価装置の構成を例示する概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a bearing damage evaluation apparatus.

<軸受損傷評価装置の構成>
軸受ハウジング1の中央部に軸受2が支持されている。軸受ハウジング1の周辺部を一部カットし、超音波探触子3が取り付けられている。軸受2は、転がり軸受であり、外輪20と内輪21)との間に挟持される多数の転動体22とを備えている。内輪21の内径部分には回転軸4が圧入等の適宜の方法により固定される。また、軸受外輪20の外径部分も軸受ハウジング1に形成された孔部に密着嵌合される。
<Configuration of bearing damage evaluation device>
A bearing 2 is supported at the center of the bearing housing 1. A peripheral portion of the bearing housing 1 is partially cut, and an ultrasonic probe 3 is attached. The bearing 2 is a rolling bearing and includes a large number of rolling elements 22 sandwiched between an outer ring 20 and an inner ring 21). The rotary shaft 4 is fixed to the inner diameter portion of the inner ring 21 by an appropriate method such as press fitting. The outer diameter portion of the bearing outer ring 20 is also closely fitted in a hole formed in the bearing housing 1.

超音波探触子3は、取り付け面に対して垂直な方向に超音波を発生する。発生した超音波は、軸受外輪20と軸受ハウジング1との境界あるいは外輪20と転動体22との間で反射し、その反射波を受信することができるように構成されている(反射式)。   The ultrasonic probe 3 generates ultrasonic waves in a direction perpendicular to the mounting surface. The generated ultrasonic wave is configured to reflect the boundary between the bearing outer ring 20 and the bearing housing 1 or between the outer ring 20 and the rolling element 22 and receive the reflected wave (reflection type).

超音波探触子3は超音波探傷器5と接続されている。超音波探傷器5には、超音波探触子3を駆動する駆動回路や、反射波を受信するための受信回路等が組み込まれている。また、超音波探傷器5はパソコン6に接続されており、超音波探触子3により受信した信号はAD変換されてパソコン6に送信される。パソコン6には、受信した反射波の信号から軸受損傷を評価するプログラムが組み込まれており、このパソコン6が軸受損傷評価装置として機能するように構成されている。   The ultrasonic probe 3 is connected to the ultrasonic flaw detector 5. The ultrasonic flaw detector 5 incorporates a drive circuit for driving the ultrasonic probe 3, a receiving circuit for receiving reflected waves, and the like. The ultrasonic flaw detector 5 is connected to a personal computer 6, and a signal received by the ultrasonic probe 3 is AD converted and transmitted to the personal computer 6. The personal computer 6 incorporates a program for evaluating bearing damage from the received reflected wave signal, and the personal computer 6 is configured to function as a bearing damage evaluation apparatus.

超音波探触子3を構成する素子としては、ローレンツ力を用いた電磁式の振動子と圧電セラミックのピエゾ効果を用いた振動子を用いることができる。具体的には、直径数mm〜10数mm程度の振動子を用い、数MHz〜数10MHzの超音波を1秒間に数回〜数万回のパルスとして入射する。図1では、センサの取り付けの便利などの観点から発信部と受信部を一体化した部材として例示しているが、これに限定されるものではなく、別体を組み合わせて用いることも可能である。また、転動体22と外輪20の間の接触面からの反射波を対象とする場合には、測定部位が2面の接触している部分(弾性流体潤滑部)となるため、そこに焦点を結ぶように発信部から超音波を照射する方法(焦点式)を採ることが好ましい。   As an element constituting the ultrasonic probe 3, an electromagnetic vibrator using Lorentz force and a vibrator using the piezoelectric effect of piezoelectric ceramic can be used. Specifically, using a vibrator having a diameter of about several millimeters to several tens of millimeters, ultrasonic waves of several MHz to several tens of MHz are incident as pulses several to tens of thousands of times per second. In FIG. 1, the transmission unit and the reception unit are illustrated as an integrated member from the viewpoint of convenience of mounting the sensor, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a combination of separate bodies. . In addition, when the reflected wave from the contact surface between the rolling element 22 and the outer ring 20 is the target, the measurement site becomes a portion where the two surfaces are in contact (elastohydrodynamic lubrication portion). It is preferable to adopt a method (focal type) in which ultrasonic waves are emitted from the transmitter so as to tie.

また、超音波探触子3の取り付け位置は、転動体22に対向するとともに、軸受外輪20と軸受ハウジング1との境界あるいは転動体22と外輪20との接触部から、いわゆる近距音場限界距離D以上とすることが好ましい。超音波の照射領域内での複雑な音圧分布が反射特性に及ぼす影響を避けるためである。近距音場限界距離Dは、
D=d/4λ ・・(式1)
として表される。ここで、dは振動子の直径、λは超音波の波長を表す。
The ultrasonic probe 3 is attached at a position opposite to the rolling element 22 and from a boundary between the bearing outer ring 20 and the bearing housing 1 or a contact portion between the rolling element 22 and the outer ring 20, so-called near field limit. It is preferable to set the distance D or more. This is to avoid the influence of the complicated sound pressure distribution in the ultrasonic irradiation region on the reflection characteristics. The near field limit distance D is
D = d 2 / 4λ (Equation 1)
Represented as: Here, d represents the diameter of the vibrator, and λ represents the wavelength of the ultrasonic wave.

なお、超音波探触子3を複数用い、複数個所の軸受外輪20と軸受ハウジング1との境界あるいは転動体22と外輪20との接触状態を監視することによって、単数の監視ではできない観点での測定が可能となる。例えば、複数の超音波探触子3からの出力の分布状態から、軸心に均等に荷重が掛かっているか否か、あるいは瞬間的に荷重が掛かったときに軸受1全体としてどのような挙動(例えば回転位置のズレなど)をするか、など非定常状態での測定が可能となる点においても優位性が高い。   By using a plurality of ultrasonic probes 3 and monitoring the boundary between the bearing outer ring 20 and the bearing housing 1 at a plurality of locations or the contact state between the rolling elements 22 and the outer ring 20, it is possible from a viewpoint that cannot be achieved by a single monitoring. Measurement is possible. For example, from the distribution state of the outputs from the plurality of ultrasonic probes 3, whether or not a load is evenly applied to the shaft center, or what behavior of the bearing 1 as a whole when an instantaneous load is applied ( For example, it is highly advantageous in that measurement in an unsteady state, such as whether or not the rotational position is shifted, is possible.

<超音波探触子による軸受の動作を観測する方法>
次に、超音波探触子3を用いて軸受の動作を観測する方法の原理を説明する。図1において、超音波探触子3から発せられた超音波は、軸受ハウジング1と軸受外輪20とのあるいは転動体22と外輪20との境界に向かい、一部はその境界から透過し、残りは境界で反射する。この反射波を超音波探触子3により受信する。例えば、軸受ハウジング1と軸受外輪20との密着度が大きい(固体接触面積が大きい)と発せられた超音波は境界から透過しやすくなり、この透過率は上記密着度にほぼ比例する。
<Method of observing the operation of a bearing with an ultrasonic probe>
Next, the principle of a method for observing the operation of the bearing using the ultrasonic probe 3 will be described. In FIG. 1, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic probe 3 is directed to the boundary between the bearing housing 1 and the bearing outer ring 20 or between the rolling element 22 and the outer ring 20, and a part of the ultrasonic wave is transmitted through the boundary. Is reflected at the boundary. This reflected wave is received by the ultrasonic probe 3. For example, if the degree of adhesion between the bearing housing 1 and the bearing outer ring 20 is large (the solid contact area is large), the emitted ultrasonic wave is easily transmitted from the boundary, and this transmittance is substantially proportional to the degree of adhesion.

本発明において、上記反射波の大きさを定量的に表すために、エコー高さ比と呼ばれる物理量を用いる。エコー高さ比(H)とは、
H=(1−h/h)×100 ・・(式2)
により定義される。hは外的な軸受荷重(図1にWで示す。)が作用している時のエコー高さであり、hは外的な軸受荷重が作用していない時(無負荷時)のエコー高さである。なお100倍しているのは%表示するためであり、これに限定されるものではない。軸受荷重が大きいほど軸受2と軸受ハウジング1の密着度は大きくなり、hは小さくなる(反射波の大きさは小さくなる)ため、エコー高さ比Hは大きくなる。
In the present invention, a physical quantity called an echo height ratio is used to quantitatively represent the magnitude of the reflected wave. What is echo height ratio (H)?
H = (1-h / h 0 ) × 100 (Equation 2)
Defined by h is the echo height when an external bearing load (indicated by W in FIG. 1) is acting, and h 0 is the echo when no external bearing load is acting (no load). It is height. Note that the magnification of 100 is to display%, and the present invention is not limited to this. As the bearing load increases, the degree of adhesion between the bearing 2 and the bearing housing 1 increases and h decreases (the magnitude of the reflected wave decreases), so the echo height ratio H increases.

図2は、回転軸4を回転駆動した場合の観測例を示す図である。縦軸はエコー高さ比H(%)を示し、横軸は時間(μs)を示す。エコー高さ比曲線は周期的な繰り返し波形で表されるが、転動体22が超音波探触子3の直下に来たときにエコー高さ比Hは最大値Hを示し、転動体22と転動体22の間が超音波探触子3の直下にあるときにエコー高さ比Hは最小値Hmを示す。 FIG. 2 is a diagram illustrating an observation example when the rotating shaft 4 is rotationally driven. The vertical axis represents the echo height ratio H (%), and the horizontal axis represents time (μs). Although the echo height ratio curve is represented by the periodic repetition waveform, the rolling element 22 is the echo height ratio H when it came directly under the ultrasonic probe 3 shows the maximum value H M, the rolling elements 22 And the rolling element 22 are directly under the ultrasonic probe 3, the echo height ratio H shows the minimum value Hm.

<軸受損傷評価装置の主要部の構成>
次に、軸受損傷評価装置として機能するパソコン6の主要部の構成を図3に示す。パソコン6は、表示装置60と、CPU61と、RAM62を有している。また、軸受損傷評価プログラムが格納されているプログラムファイル63と、データファイル64とを有している。これらはデータバスを介して接続されている。軸受損傷評価プログラムは、パソコン6にエコー高さ比算出手段63a、差分値算出手段63b、平均値算出手段63c、波形解析手段63d等の機能を実現させるためのプログラムが格納されている。このプログラムは、RAM62に読み込まれた状態で実行される。また、このプログラムはCD−ROMやフロッピー(登録商標)ディスク等の記録媒体を用いてパソコン本体内にインストールすることができる。
<Configuration of main parts of bearing damage evaluation device>
Next, the structure of the principal part of the personal computer 6 which functions as a bearing damage evaluation apparatus is shown in FIG. The personal computer 6 includes a display device 60, a CPU 61, and a RAM 62. In addition, a program file 63 storing a bearing damage evaluation program and a data file 64 are provided. These are connected via a data bus. The bearing damage evaluation program stores programs for realizing functions of the echo height ratio calculating means 63a, the difference value calculating means 63b, the average value calculating means 63c, the waveform analyzing means 63d, etc. in the personal computer 6. This program is executed while being read into the RAM 62. The program can be installed in the personal computer main body using a recording medium such as a CD-ROM or a floppy (registered trademark) disk.

エコー高さ比算出手段63aの機能については前述したとおりである。   The function of the echo height ratio calculating means 63a is as described above.

また、差分値算出手段63bは、前述の差分値を演算する手段をいい、具体的には、特定計測時間txの前後n個の単位時間t−n〜t+nを設定し、計測時間txにおけるエコー高さ比Hxと計測時間t−n〜t+nのエコー高さ比の平均値Havとの差、あるいは計測時間txにおけるエコー高さ比Hxを、計測時間t−n〜t+nのエコー高さ比の平均値Havで除した値を算出する(2n+1点差分値という)。絶対値としてのエコー高さ比に影響されずに変化率を算出し、各時間でのエコー高さ比を標準化することができる。また、実際の評価においては、顕著化のために差分結果をさらに4乗(あるいは2乗)した結果を使用することが好ましい。 The difference value calculation means 63b is a means for calculating the above-described difference value. Specifically, n unit times t −n to t + n before and after the specific measurement time tx are set, and the difference value calculation means 63b at the measurement time tx is set. the difference between the average value Hav echo height ratio Hx and measuring the echo height ratio of the time t -n ~t + n or echo height ratio Hx in the measurement time tx,, the measured time t -n ~t + n echo height A value divided by the average value Hav of the thickness ratio is calculated (referred to as 2n + 1 point difference value). The rate of change can be calculated without being influenced by the echo height ratio as an absolute value, and the echo height ratio at each time can be standardized. In actual evaluation, it is preferable to use a result obtained by further raising the difference result to the fourth power (or the second power) for conspicuousness.

平均値算出手段63cでは、所定の時間幅を設定し、その時間経過毎に平均値を算出する方法もあるが、所定の時間幅を設定し、単位時間毎に新たなエコー高さ比を取入れて(最も古いデータは廃棄する)算出する移動平均値を算出する方法が好ましい。スムージングされた瞬時のデータを入手することができるためである。なお、本願においては、平均する母数nに応じて「n点平均値」と表現することがある。ここで、nは、評価する対象の損傷の大きさや精度などによって任意に設定することができる。   In the average value calculation means 63c, there is a method of setting a predetermined time width and calculating the average value every time, but the predetermined time width is set and a new echo height ratio is taken in every unit time. It is preferable to calculate the moving average value to be calculated (discard the oldest data). This is because smoothed instantaneous data can be obtained. In the present application, it may be expressed as “n-point average value” depending on the parameter n to be averaged. Here, n can be arbitrarily set depending on the magnitude and accuracy of damage to be evaluated.

データファイル64には、軸受荷重をゼロに設定したとき、または2つの転動体の中央の位置を測定したときに得られたエコー高さ(h)のデータがエコー高さデータファイル64aとして書き込まれている。また、エコー高さ比Hと軸受荷重Wの関係を表す関係式(または、関係を表すテーブル)として関係式データファイル64bが書き込まれている。 In the data file 64, the echo height (h 0 ) data obtained when the bearing load is set to zero or when the center position of the two rolling elements is measured is written as the echo height data file 64a. It is. Further, a relational expression data file 64b is written as a relational expression (or a table representing the relation) representing the relation between the echo height ratio H and the bearing load W.

<軸受の損傷部位の評価方法>
次に、軸受の損傷部位の評価方法を概略的に説明する。
<Evaluation method of damaged part of bearing>
Next, a method for evaluating a damaged part of a bearing will be schematically described.

(1)軸受の実動中に得られるエコー高さ比の波形信号は、図2のような概略正弦波となる。すなわち、実動中は軸受の転動体も回転移動する。超音波探触子の直下に転動体が位置するときと、そうでないときでは軸受ハウジングと軸受外輪との境界における密着度が異なる。超音波探触子の直下に転動体が位置するときは、エコー高さ比は最大となり、超音波探触子の直下に転動体と転動体の間が位置するときは、エコー高さ比は最小となる。従って、転動体の移動に応じてエコー高さ比の波形信号は、正弦波あるいは正弦波に近い周期的な繰り返し波形である。軸受に異常が発生していない状態では、エコー高さ比波形は滑らかな曲線となる。   (1) The waveform signal of the echo height ratio obtained during actual operation of the bearing is a schematic sine wave as shown in FIG. That is, during actual operation, the rolling elements of the bearing also rotate. The degree of adhesion at the boundary between the bearing housing and the bearing outer ring is different when the rolling element is positioned directly below the ultrasonic probe and when the rolling element is not. When the rolling element is located directly under the ultrasonic probe, the echo height ratio is maximum.When the space between the rolling element and the rolling element is directly under the ultrasonic probe, the echo height ratio is Minimal. Therefore, the waveform signal of the echo height ratio according to the movement of the rolling element is a sine wave or a cyclic repetition waveform close to a sine wave. When there is no abnormality in the bearing, the echo height ratio waveform is a smooth curve.

ここで、軸受に損傷が発生するとエコー高さ比の波形信号が正常な状態から変形する。例えば、図4のように、軸受に異常が発生した状態のエコー高さ比波形に局部的(突発的)な凸部(Aで示す)と、局部的な凹部(Bで示す)が見られる。局部的な凸部は、軸受の転動体が磨耗粉を噛みこんだために転動体の支持荷重が上昇したものと考えられる。また、局部的な凹部は、軸受の内輪に損傷が生じ転動体の支持荷重が下降したために発生したものである。さらに、凸部や凹部の幅、および凸部の高さや凹部の深さについても損傷の大きさと深い関係があり、損傷の程度が大きくなると波形の凸部や凹部の幅、および凸部の高さや凹部の深さも大きくなると考えられる。従って、凸部や凹部の幅、および凸部の高さや凹部の深さから損傷の大きさを推定することが可能である。   Here, when the bearing is damaged, the waveform signal of the echo height ratio is deformed from a normal state. For example, as shown in FIG. 4, local (abrupt) convex portions (indicated by A) and local concave portions (indicated by B) are seen in the echo height ratio waveform in a state where an abnormality has occurred in the bearing. . It is considered that the local convex portion is an increase in the support load of the rolling element because the rolling element of the bearing bites the wear powder. Further, the local concave portion is generated because the inner ring of the bearing is damaged and the support load of the rolling element is lowered. Furthermore, the width of the convex part and the concave part, and the height of the convex part and the depth of the concave part also have a deep relationship with the magnitude of the damage. It is considered that the depth of the sheath and the recess is also increased. Therefore, it is possible to estimate the magnitude of damage from the width of the convex portion or the concave portion, the height of the convex portion, or the depth of the concave portion.

このように、凸部や凹部を解析することにより軸受損傷の評価を行うことができ、凸部や凹部の幅や高さ(深さ)を求めることにより、損傷の大きさを推定することができ、定性的だけでなく定量的な損傷の評価も行うことができる。   Thus, bearing damage can be evaluated by analyzing the protrusions and recesses, and the size of the damage can be estimated by obtaining the width and height (depth) of the protrusions and recesses. In addition to qualitative as well as quantitative damage assessment.

なお、損傷の評価においては、エコー高さ比Hがゼロに近い値の場合、以下の演算において差分値が非常に大きく変動する場合があって正確な処理ができないことから、図4のように、エコー高さ比Hに所定の閾値Hを設定し、それ以下のエコー高さ比Hについては、演算の対象外とする方法が好ましい。閾値の設定は、対象となる軸受や負荷の大きさあるいは負荷の掛け方などによって経験的に決めることが可能である。 In the evaluation of damage, when the echo height ratio H is a value close to zero, the difference value may fluctuate greatly in the following calculation, and accurate processing cannot be performed. A method in which a predetermined threshold value H 0 is set for the echo height ratio H, and an echo height ratio H lower than that is excluded from calculation is preferable. The setting of the threshold value can be determined empirically depending on the target bearing, the size of the load, or how to apply the load.

(2)正弦波状の波形信号が変形して波形の一部に凸部や凹部が発生すると、凸部や凹部の端部に相当する波形信号の勾配(1次差分値)が急激に変化する。具体的には、前後において正方向の勾配が急に負方向の勾配となる場合、あるいは逆に負の勾配が急に正勾配に変化する場合が該当する。従って、1次差分値の大きさを、損傷評価の1つの指標とすることができる。また、1次差分値の急激な変化は波形信号の2次差分値の大きさとして捉えることができる。従って、1次差分値の大きさを、損傷評価の1つの指標とすることができる(指標A)。   (2) When a sine wave waveform signal is deformed and a convex portion or a concave portion is generated in a part of the waveform, the gradient (first-order difference value) of the waveform signal corresponding to the end portion of the convex portion or the concave portion is rapidly changed. . Specifically, this corresponds to the case where the positive gradient suddenly becomes a negative gradient before and after, or the negative gradient suddenly changes to a positive gradient. Therefore, the magnitude of the primary difference value can be used as one index for damage evaluation. A sudden change in the primary difference value can be regarded as the magnitude of the secondary difference value of the waveform signal. Therefore, the magnitude of the primary difference value can be used as one index for damage evaluation (index A).

ここで、勾配の算出において、曲線を多次元の関数に近似してその微分を算出する方法もあるが、発明者の知見として、損傷によって生じる凹部は、その損傷の状態によって種々の曲線となることから、上記の差分値による評価がより正確にその形状にあった勾配(1次差分値)あるいは勾配の変化率(2次差分値)を示していることを見出した。   Here, there is a method for calculating the gradient by approximating the curve to a multidimensional function and calculating the derivative thereof, but as an inventor's knowledge, the concave portion caused by the damage becomes various curves depending on the state of the damage. From the above, it was found that the evaluation based on the above difference value indicates the gradient (primary difference value) or the change rate of the gradient (secondary difference value) more accurately in the shape.

具体的には、図5(A)のようにK部に損傷が生じた場合を例に挙げると、図5(B)では、図5(A)において閾値Hとしてエコー高さの約10%を設定し、1次差分を行った結果を示している(具体的には、13点差分を行った結果を4乗した値を示している)。この場合、1次差分では、K部を含め、多くの測定点(計測時間)において異常の存在を示唆しているが、K点において特異的に大きな値を示すことから、この部分における損傷の可能性を示唆している。 Specifically, taking as an example the case where the K portion is damaged as shown in FIG. 5 (A), in FIG. 5 (B), the echo height is about 10 as the threshold value H 0 in FIG. 5 (A). % Indicates the result of performing the primary difference (specifically, the result of performing the 13-point difference is the fourth power). In this case, the primary difference suggests the presence of an abnormality at many measurement points (measurement time) including the K part. Suggests the possibility.

実際の損傷部位の推定のためには、1次差分の結果を5点平均し、さらに2次差分(具体的には、2点差分後4乗する)している。その結果、図5(C)に示すように、測定点900近傍に異常があることを示唆しており、損傷の範囲をさらに限定することが可能となる。   In order to estimate the actual damaged part, the result of the primary difference is averaged by five points, and further the secondary difference (specifically, the fourth difference is raised to the fourth power). As a result, as shown in FIG. 5C, it is suggested that there is an abnormality in the vicinity of the measurement point 900, and the range of damage can be further limited.

(3)次なる検討結果として、正弦波状の波形信号に変形が生じた場合、凸部や凹部の端部に相当する波形信号の瞬時値だけではなく平均値あるいは差分値の平均値との組合せのよって、損傷評価の1つの指標とし、波形信号の変形を推定することができる(指標B)。   (3) As a next examination result, when a sine wave waveform signal is deformed, not only the instantaneous value of the waveform signal corresponding to the end of the convex portion or the concave portion but also the average value or the combination of the average values of the difference values Therefore, the deformation of the waveform signal can be estimated as one index for damage evaluation (index B).

(3−1)図6(A)のように、測定点460近傍に損傷が生じた場合を例に挙げる。測定された波形信号の勾配を求め、1次差分を行った結果を図6(B)に示している(具体的には、2点差分を行った結果を示している)。また、1次差分の結果を10点平均した結果を、図6(C)に示している。   (3-1) A case where damage occurs near the measurement point 460 as shown in FIG. FIG. 6B shows the result of obtaining the gradient of the measured waveform signal and performing the first order difference (specifically, the result of performing the two-point difference). In addition, FIG. 6C shows the result of averaging the results of the primary difference by 10 points.

この場合、1次差分では、測定点460近傍を含め、多くの測定点において大きな変化が見られ、損傷の特定は困難である。特に、ベース付近のデータの1次差分値は非常に大きな変化をすることがあることから、損傷部位の推定にはこうしたデータを基にしないことが好ましい。以下の評価手順においては、図7に例示するように、図6(A)における勾配ゼロ付近のデータを取り除き、例えば、閾値を波形出力のピーク高さHの20%として評価を行う。 In this case, in the primary difference, a large change is observed at many measurement points including the vicinity of the measurement point 460, and it is difficult to specify damage. In particular, since the first order difference value of the data near the base may change significantly, it is preferable not to use such data for estimation of the damaged site. In the following evaluation procedure, as illustrated in FIG. 7, it removes the data near the slope zero in FIG. 6 (A), the example, the evaluation of the threshold value 20% of peak height H M of the waveform output.

(3−2)次に、図8に例示するように、測定点における1次差分を行い、該1次差分値の平均値に閾値を加減する範囲を超えた場合を、エコー高さ比の波形信号の変形度が高いと判断する方法を挙げることができる(指標B1)。エコー高さ比の波形の頂点では、1次差分値がゼロに近い値であり、その近傍での変化は非常に敏感に1次差分値に影響され、異常の判断が他の部位と大きく異なるものとなる場合があり、本発明のように1次差分値の平均値に幅としての閾値を設定することによって、誤った判断を防止することができる。具体的には、1次差分値(2点差分)を10点平均し、さらに、その結果に±0.35幅の閾値を設定し、それを超えたものを取り出し評価する。   (3-2) Next, as illustrated in FIG. 8, when the primary difference at the measurement point is performed and the range where the threshold value is added to or subtracted from the average value of the primary difference value is exceeded, A method for determining that the degree of deformation of the waveform signal is high can be given (index B1). At the apex of the waveform of the echo height ratio, the primary difference value is close to zero, and the change in the vicinity thereof is very sensitively influenced by the primary difference value, and abnormality determination is greatly different from other parts. By setting a threshold value as a width to the average value of the primary difference values as in the present invention, erroneous determination can be prevented. Specifically, the first-order difference value (two-point difference) is averaged by 10 points, a threshold value of ± 0.35 width is set for the result, and a value exceeding this is taken out and evaluated.

図8の例においては、1次差分では、多くの測定点において大きな変化の存在を示唆しているが、1次差分値の平均値から設定された閾値の範囲を超える変化からは、測定点460および470近傍に異常があることを示唆している。ここで、閾値は±0.35を選択したが、軸受固有で設定可能な場合は予め設定することが好ましく、もし設定不可能な場合には、閾値を仮定し順次変更していくことで、1次差分値における大きな変化を生じた点と合致した点を異常と判断する方法も可能である。   In the example of FIG. 8, the primary difference suggests that there is a large change at many measurement points, but from the change exceeding the threshold range set from the average value of the primary difference values, This suggests that there is an abnormality in the vicinity of 460 and 470. Here, the threshold value is selected as ± 0.35, but it is preferable to set in advance if it can be set unique to the bearing, and if it cannot be set, it is assumed that the threshold value is changed sequentially. A method is also possible in which a point that coincides with a point where a large change in the primary difference value occurs is determined to be abnormal.

(3−3)また、異なる判断方法としては、図9に例示するように、特定の測定点における1次差分値が、対象となる軸受固有の閾値を超えた場合であって、かつ、該1次差分値の平均値に閾値を乗ずる範囲を超えた場合を、エコー高さ比の波形信号の変形度が高いと判断する方法を挙げることができる(指標B2)。具体的には、波形信号の勾配の突発的変化を検出するために、1次差分(2点差分)し、さらにその10点平均を求める。次に1次差分値が、その測定点における10点平均値を上閾値1.8倍した値以上である場合、あるいは下閾値0.1倍した値以下である場合には、その値を取り出し評価する。   (3-3) As a different determination method, as illustrated in FIG. 9, the primary difference value at a specific measurement point exceeds a threshold specific to the target bearing, and the A method of determining that the degree of deformation of the waveform signal of the echo height ratio is high when the range of multiplying the average value of the primary difference values by the threshold value is included (index B2). Specifically, in order to detect an abrupt change in the slope of the waveform signal, a primary difference (two-point difference) is obtained, and an average of the ten points is obtained. Next, if the primary difference value is not less than the value obtained by multiplying the 10-point average value at the measurement point by 1.8 times the upper threshold value, or if it is not more than 0.1 times the lower threshold value, the value is taken out. evaluate.

1次差分値では、多くの測定点において大きな変化の存在を示唆しているが、1次差分値の10点平均値から設定された閾値を0.1〜1.8とする範囲では、測定点365、370、460、470および540近傍に異常があることを示唆している。   The primary difference value suggests the presence of large changes at many measurement points, but in the range where the threshold set from the 10-point average value of the primary difference value is 0.1 to 1.8 This suggests that there is an abnormality in the vicinity of the points 365, 370, 460, 470, and 540.

(3−4)さらに、図9から判るように、1次差分値あるいはその平均値がゼロとクロスする近傍における動きは、勾配の符号が変化するという非常にダイナミックな変化が生じるところであり、特に異常を判断する上で重要な役割を果たすと考えられる。図7においても、測定点460および470近傍に異常があることを示唆している(指標B3)。従って、1次差分値とその平均値を基にした判断基準にゼロクロスの要素を基準として加える方法も異常判断に有効である。   (3-4) Further, as can be seen from FIG. 9, the movement in the vicinity where the primary difference value or its average value crosses zero is a very dynamic change in which the sign of the gradient changes. It is considered to play an important role in judging abnormalities. Also in FIG. 7, it is suggested that there is an abnormality near the measurement points 460 and 470 (index B3). Therefore, a method of adding a zero-cross element as a criterion to a criterion based on the primary difference value and its average value is also effective in determining an abnormality.

(3−5)また、図9から判るように、1次差分値の平均値が負の領域にある測定点における1次差分値が急に正の領域に変化する場合、あるいは逆に1次差分値の平均値が正の領域にある測定点における1次差分値が急に負の領域に変化する場合についても異常を判断する上で重要な役割を果たすと考えられる。図9においても、測定点470近傍に異常があることを示唆している(指標B4)。   (3-5) As can be seen from FIG. 9, when the primary difference value at the measurement point where the average value of the primary difference value is in the negative region suddenly changes to the positive region, or conversely, the primary The case where the primary difference value at the measurement point where the average value of the difference values is in the positive region suddenly changes to the negative region is considered to play an important role in determining the abnormality. 9 also indicates that there is an abnormality in the vicinity of the measurement point 470 (index B4).

(4)上記基準となる指標A、指標B1〜B4は、単独でも十分異常と推定することが可能であるとともに、これらの指標を任意に組み合わせ、複数の指標を満たすことを条件として損傷部位を推定することも可能であり、より精度の高い推定が可能となる。   (4) The index A and the indices B1 to B4 serving as the above criteria can be estimated to be sufficiently abnormal even when used alone, and these sites can be arbitrarily combined, and the damaged site can be determined on condition that a plurality of indices are satisfied. It is also possible to estimate, and more accurate estimation is possible.

(5)なお、上記観測において、軸受の劣化が進むと軸受自体のガタが増加するため精度が低下する。つまり、軸受が正常な場合は、波形がキレイなため、ノイズとの分離が容易でありノイズも少ないが、劣化が進むと軸受のガタが増加するため、ノイズの増加自体が異常と判断される可能性がある。このとき、上記の閾値を変更することで、精度の低下を防止することができる。   (5) In the above observation, if the deterioration of the bearing progresses, the backlash of the bearing itself increases, so the accuracy decreases. In other words, when the bearing is normal, the waveform is clean, so it is easy to separate from the noise and the noise is small, but as the deterioration progresses, the backlash of the bearing increases, so the increase in noise itself is judged to be abnormal. there is a possibility. At this time, it is possible to prevent a decrease in accuracy by changing the threshold value.

以上のように、本発明においては、波形解析手段63dによって、エコー高さ比の波形信号における局部的な凸部あるいは凹部から、軸受の内輪あるいは転動体に発生した損傷部位を推定することができる。また、同時に、損傷の両端部位を特定できる場合には損傷の幅を推定することができる。   As described above, in the present invention, the damaged portion generated in the bearing inner ring or the rolling element can be estimated from the local convex portion or concave portion in the waveform signal of the echo height ratio by the waveform analyzing means 63d. . At the same time, the width of damage can be estimated when both ends of the damage can be specified.

<軸受の損傷の大きさの評価方法>
損傷を評価するにあたり、その評価項目として凹部の大きさの評価が挙げられる。以下、図10(A)に示す観測例において、上記の方法でK部に凹部があることが判った場合について、軸受の損傷大きさの評価、つまり損傷の定量化の方法を概略的に説明する。
<Evaluation method of bearing damage size>
In evaluating damage, evaluation of the size of the concave portion is given as an evaluation item. Hereinafter, in the observation example shown in FIG. 10 (A), the method for evaluating the damage magnitude of the bearing, that is, the method for quantifying the damage is schematically described in the case where it is found that the K portion has a recess by the above method. To do.

(1)凹部の大きさは、図10(B)に示すように、凹部の幅Lfと凹部の深さ−ΔHfにより表すことができる。逆に、凸部の大きさは凸部の幅Lfと凸部の高さΔHfにより表すことができる。以下の説明では、凹部について述べるが、凸部についても同様の処理が可能である。つまり、本発明においては、磨耗粉(凸状)や損傷(凹状)の発生を同レベルで評価することができる。   (1) The size of the recess can be represented by the width Lf of the recess and the depth -ΔHf of the recess as shown in FIG. Conversely, the size of the convex portion can be represented by the width Lf of the convex portion and the height ΔHf of the convex portion. In the following description, the concave portion will be described, but the same processing can be performed for the convex portion. That is, in the present invention, the occurrence of wear powder (convex shape) and damage (concave shape) can be evaluated at the same level.

ここで、波形信号における凹部の開始点をpとし凹部の終了点をpとすると、Lfは点pと点pの横方向(時間軸方向)の幅を示す。また、凹部がないと仮定した場合の点pと点pの中間位置を点pとし、点pと凹部の最深位置の縦方向の距離を−ΔHfとする。Lfや−ΔHfは、波形解析手段63dによって演算する。かかる機能により、軸受の損傷を定量的に評価することができる。 Here, if the start point of the concave portion in the waveform signal is p 1 and the end point of the concave portion is p 2 , Lf indicates the width in the horizontal direction (time axis direction) between the points p 1 and p 2 . Further, the p 1 and the point p 3 an intermediate position of the point p 2 points assuming no recess, the vertical distance of the deepest position of the point p 3 and the recess and -DerutaHf. Lf and -ΔHf are calculated by the waveform analysis means 63d. With this function, it is possible to quantitatively evaluate bearing damage.

(2)上記において異常と判断した範囲について、以下の演算を行う。
(2−1)図10(A)のK部の近傍について、図5における処理と同様、所定の閾値Hを設定し、それ以下のデータを除く。
(2−2)上記閾値H以上のエコー高さ比について1次差分値を算出する。ここでは、例えば9点差分を行い、その後4乗した値を絶対値化処理を行うことによって、図11(A)に示す結果を得ることができる。上記において異常と判断した範囲について限定し、データを拡大表示したものを図11(B)に示す。883近傍に大きなピークを有していることが判る。
(2−3)図11(B)に示す範囲における上記1次差分値に対し、図12(A)に示すように、所定の閾値ΔHを設定し、それ以下のデータを排除する。ここでは、閾値ΔH=0.02とした。
(2−4)次に、図12(B)に示すように、閾値ΔH以上の差分値に対し、「01化」処理を行う。つまり、差分値が正の場合には「1」、ゼロの場合には「0」とする2値化処理を行う。
(2−5)上記の結果に対し、差分値の平均値を算出する(図12(C)参照)。例えば、9点の移動平均を求める。
(2−6)この平均値に所定の閾値Hsを設定し、それ以上の値の範囲幅Lf’を求める。図12(D)のように異常と確定しうる範囲を設定することができる。
(2−7)求めた幅Lf’を基に、図13(A)のように裕度(幅Lf’に所定の係数mを掛ける)を与えた範囲幅Lf”を求める。求めた幅Lf”を構成する波形上の点pと点pを求める。異常のない波形に限定することができる。係数mは損傷の状態や測定精度に応じて任意に設定する。
(2−8)次に、エコー高さ比の波形上の点p〜点pの間のデータを削除し、点pまでの実線部分データKaおよび点pからの実線部分データKbを用いて、最小二乗法に基づき点p〜点pの間の破線部分データを推定する(図13(B)参照)。異常のない波形を確定することができる。本発明者の知見によれば、5次または6次の近似式を用いて最小二乗法を行うことによって精度の高い推定ができることが判った。
(2−9)図13(B)のように、推定されたエコー高さ比の破線部分データと実測データを基に、その差を算出し、異常値を求める。得られた異常値から損傷範囲の大きさを定量的に把握することができる。
(2) The following calculation is performed for the range determined to be abnormal in the above.
(2-1) for the vicinity of the portion K of FIG. 10 (A), the same as the process in FIG. 5, to set the predetermined threshold value H 0, except that the following data.
(2-2) calculating a primary differential value for the threshold value H 0 or more echo height ratio. Here, for example, a result shown in FIG. 11A can be obtained by performing a 9-point difference and then performing an absolute value process on a value obtained by raising the fourth power. FIG. 11B shows an enlarged display of the data limited to the range determined as abnormal in the above. It can be seen that it has a large peak in the vicinity of 883.
(2-3) As shown in FIG. 12A, a predetermined threshold value ΔH 0 is set for the primary difference value in the range shown in FIG. Here, the threshold value ΔH 0 = 0.02.
(2-4) Next, as shown in FIG. 12B, “01” processing is performed on the difference value equal to or greater than the threshold value ΔH 0 . That is, a binarization process is performed with “1” when the difference value is positive and “0” when the difference value is zero.
(2-5) The average value of the difference values is calculated for the above results (see FIG. 12C). For example, a moving average of 9 points is obtained.
(2-6) A predetermined threshold value Hs is set to this average value, and a range width Lf ′ of a value larger than that is obtained. As shown in FIG. 12D, a range that can be determined to be abnormal can be set.
(2-7) Based on the obtained width Lf ′, a range width Lf ″ giving a tolerance (multiplying the width Lf ′ by a predetermined coefficient m) is obtained as shown in FIG. 13A. Request p 4 and the point p 5 points on the waveforms that make up the ". It can be limited to a waveform having no abnormality. The coefficient m is arbitrarily set according to the damage state and measurement accuracy.
(2-8) Next, the data between the points p 4 to p 5 on the waveform of the echo height ratio is deleted, and the solid line partial data Ka up to the point p 4 and the solid line partial data Kb from the point p 5 Is used to estimate the broken line portion data between the points p 4 to p 5 based on the least square method (see FIG. 13B). Waveforms with no abnormalities can be determined. According to the knowledge of the present inventor, it has been found that highly accurate estimation can be performed by performing the least square method using a fifth-order or sixth-order approximation.
(2-9) As shown in FIG. 13B, the difference is calculated based on the broken line portion data of the estimated echo height ratio and the actual measurement data, and the abnormal value is obtained. The magnitude of the damage range can be quantitatively grasped from the obtained abnormal value.

以上のように、本発明においては、波形解析手段63dによって、エコー高さ比の波形信号における局部的な凹部の大きさを推定することによって、軸受の内輪あるいは転動体に発生した損傷の大きさを推定することが可能となる。   As described above, in the present invention, the size of the damage generated in the inner ring or rolling element of the bearing is estimated by estimating the size of the local recess in the waveform signal of the echo height ratio by the waveform analysis means 63d. Can be estimated.

<軸受の劣化の評価方法>
上記の内容は、損傷部分の評価に関するものであるが、エコー高さ比の波形の評価に際しては、全体の波形の乱れから、軸受自体の劣化を判断することができる。つまり、図14に例示するように、正常時の波形に比較して劣化が進むと、微小な揺らぎ成分が波形全体に乗ってくる。つまり、波形の部分的な評価ではなく、波形全体の評価を行うことによって軸受の劣化を判断することができる。
<Evaluation method of bearing deterioration>
The above description relates to the evaluation of the damaged portion. However, when evaluating the waveform of the echo height ratio, it is possible to determine the deterioration of the bearing itself from the disturbance of the entire waveform. That is, as illustrated in FIG. 14 , when the deterioration progresses as compared to the normal waveform, a minute fluctuation component rides on the entire waveform. That is, it is possible to determine the deterioration of the bearing by evaluating the entire waveform, not the partial evaluation of the waveform.

具体的には、エコー高さ比は理論的に面圧に比例することから、エコー高さ比の1次差分は、面圧の変動つまり支持荷重の変動を表すこととなる。また、エコー高さ比の2次差分は、支持荷重がどの程度の率で変化したか、つまり、ある意味では衝撃力に相当する現象(以下「衝撃」という)の発生に結び付いている。従って、図15のように、エコー高さ比の波形について全体の1次差分および2次差分を同一軸受の評価において経時的に追求すれば、軸受自体の劣化すなわち軸受のガタの発生に伴う衝撃の増加を検知することができる。 Specifically, since the echo height ratio is theoretically proportional to the surface pressure, the primary difference in the echo height ratio represents a variation in the surface pressure, that is, a variation in the support load. Further, the secondary difference in the echo height ratio is related to how much the support load has changed, that is, in a sense, a phenomenon corresponding to impact force (hereinafter referred to as “impact”). Therefore, as shown in FIG. 15 , if the overall primary difference and secondary difference of the echo height ratio waveform are pursued over time in the evaluation of the same bearing, the impact due to the deterioration of the bearing itself, that is, the occurrence of the backlash of the bearing. Can be detected.

また、このとき、上記の損傷評価のデータを併せて表記すると図15のように、損傷評価のデータは増減を繰り返しながら全体的に増加する結果が得られた。つまり、こうした評価方法は、軸受の劣化の評価においても非常に有効な方法となることを示している。 Further, at this time, when the damage evaluation data is also described, as shown in FIG. 15 , the damage evaluation data increased as a whole while repeatedly increasing and decreasing. In other words, this evaluation method is very effective in evaluating the deterioration of the bearing.

以上のように、軸受の損傷の評価方法は、軸受の劣化の評価方法にも適用することができとともに、これらを総合的に評価することによって、従来にない優れた精度の軸受評価装置あるいは評価システムおよび評価プログラムを構成することができることとなった。   As described above, the bearing damage evaluation method can be applied to the bearing deterioration evaluation method, and by comprehensively evaluating these, a bearing evaluation apparatus or evaluation with an unprecedented accuracy can be achieved. The system and evaluation program could be configured.

<別実施形態>
(1)本発明が適用される軸受は特定の構造の軸受に限定されるものではない。例えば,通常の玉軸受だけでなくアンギュラ玉軸受にも応用することができる。例えば、ボールは単列ではなく複列の場合にも応用することができる。
<Another embodiment>
(1) The bearing to which the present invention is applied is not limited to a bearing having a specific structure. For example, it can be applied not only to normal ball bearings but also to angular ball bearings. For example, the ball can be applied not only to a single row but also to a double row.

(2)本実施形態では、軸受損傷評価プログラムについてのみ説明しているが、このプログラムが他の目的のプログラムと一体になっていても良い。例えば、既知の軸受荷重を用いて軸受荷重とエコー高さ比の関係式を予め求めておけば、機械運転中に計測されるエコー高さ比から異常に伴う転動体支持荷重の変動量や軸受荷重を推定することができる。したがって、かかる軸受荷重を推定するプログラムと一体になっていてもよい。また、左右の超音波探触子3から得られるデータから偏荷重を得ることができるので、かかる機能を有するプログラムと一体になっていても良い。さらに別の機能を有するプログラムと一体になっていても良い。もちろん、このプログラムが記録される記録媒体についても同様である。   (2) In the present embodiment, only the bearing damage evaluation program is described, but this program may be integrated with a program for other purposes. For example, if a relational expression between the bearing load and the echo height ratio is obtained in advance using a known bearing load, the amount of change in the rolling element support load caused by an abnormality from the echo height ratio measured during machine operation and the bearing The load can be estimated. Therefore, it may be integrated with a program for estimating the bearing load. In addition, since the offset load can be obtained from the data obtained from the left and right ultrasonic probes 3, it may be integrated with a program having such a function. Further, it may be integrated with a program having another function. Of course, the same applies to the recording medium on which this program is recorded.

本発明に係る軸受損傷評価装置の構成を例示する概念図。The conceptual diagram which illustrates the structure of the bearing damage evaluation apparatus which concerns on this invention. エコー高さ比波形の観測結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the observation result of an echo height ratio waveform. 軸受損傷評価装置の主要部の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the principal part of a bearing damage evaluation apparatus. 損傷発生時におけるエコー高さ比波形の観測結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the observation result of the echo height ratio waveform at the time of damage generation | occurrence | production. 本発明に係る損傷部位の評価方法の1つを示す説明図。Explanatory drawing which shows one of the evaluation methods of the damage site | part which concerns on this invention. 本発明に係る損傷部位の評価方法の1つを示す説明図。Explanatory drawing which shows one of the evaluation methods of the damage site | part which concerns on this invention. 本発明に係る損傷部位の他の評価方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other evaluation method of the damage site | part based on this invention. 本発明に係る損傷部位の他の評価方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other evaluation method of the damage site | part based on this invention. 本発明に係る損傷部位の他の評価方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other evaluation method of the damage site | part based on this invention. 本発明に係る他の損傷の大きさの評価方法の最初のステップを示す説明図。Explanatory drawing which shows the first step of the evaluation method of the magnitude | size of the other damage based on this invention. 本発明に係る他の損傷の大きさの評価方法を次なるステップを示す説明図。Explanatory drawing which shows the next step in the evaluation method of the other damage magnitude | size which concerns on this invention. 本発明に係る他の損傷の大きさの評価方法を次なるステップを示す説明図。Explanatory drawing which shows the next step in the evaluation method of the other damage magnitude | size which concerns on this invention. 本発明に係る他の損傷の大きさの評価方法を最終のステップを示す説明図。Explanatory drawing which shows the final step of the evaluation method of the magnitude | size of the other damage which concerns on this invention. 本発明に係る他の軸受の劣化の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of deterioration of the other bearing which concerns on this invention. 本発明に係る他の軸受の劣化の評価方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the evaluation method of deterioration of the other bearing which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 軸受ハウジング
2 軸受
3 超音波探触子
4 回転軸
5 超音波探傷器
20 外輪
21 内輪
22 転動体
H エコー高さ比
63a エコー高さ比算出手段
63b 差分値算出手段
63c 平均値算出手段
63d 波形解析手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bearing housing 2 Bearing 3 Ultrasonic probe 4 Rotating shaft 5 Ultrasonic flaw detector 20 Outer ring 21 Inner ring 22 Rolling element H Echo height ratio 63a Echo height ratio calculation means 63b Difference value calculation means 63c Average value calculation means 63d Waveform Analytical means

Claims (2)

軸受が支持される軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受の外輪あるいは軸受の外輪と転動体との境界からの反射波を測定し、下式によって算出されるエコー高さ比Hにより、軸受に発生した損傷の評価を行う軸受損傷評価装置であって、
H=(1−h/ho)×100
ここで、hは、軸受荷重が作用している時のエコー高さであり、hoは、軸受荷重が作用していない無負荷の時に得られるエコー高さである。
前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出手段と、
求められた前記エコー高さ比から、時間を指標とするエコー高さ比の波形信号を求め、所定の閾値Ho以上のエコー高さ比のみを演算の対象として該波形信号の勾配である1次差分値および1次差分値の差分である2次差分値を求め、さらに該差分値を2乗あるいは4乗して顕著化する差分値算出手段と、
前記エコー高さ比の、1次差分値および2次差分値の移動平均値を求める平均値算出手段と、
前記1次差分値の移動平均値をさらに2次差分した後4乗して顕著化した値の大きさ、または前記1次差分値の移動平均値が、これに閾値を加減あるいは乗ずる範囲を超える場合、さらには各測定点における1次差分値の正負とその1次差分値の移動平均値の正負の符号が変化する場合、のいずれかを指標として損傷部位を特定する波形解析手段と、
備え、前記波形解析手段において、前記特定された損傷部位とその近傍のエコー高さ比について、前記差分値算出手段において乗算された1次差分値によって損傷部位を顕著化し、所定の閾値ΔHo以上の該差分値に対して2値化処理を行い、2値化処理された差分値の移動平均値を求め、所定の閾値Hs以上の該移動平均値の範囲を確定し、該確定範囲に所定の係数を掛けた範囲幅を異常範囲と設定するとともに、該異常範囲内のエコー高さ比データを削除し、該異常範囲前後のエコー高さ比データを用いて最小二乗法に基づき異常のない波形を推定することを特徴とする軸受損傷評価装置。
Ultrasonic waves are generated toward the bearing from an ultrasonic probe attached to a bearing housing on which the bearing is supported, and reflected waves from the boundary between the bearing housing and the outer ring of the bearing or the outer ring of the bearing and the rolling element are generated. A bearing damage evaluation apparatus that measures and evaluates damage caused to a bearing by an echo height ratio H calculated by the following equation:
H = (1-h / ho) × 100
Here, h is the echo height when the bearing load is acting, and ho is the echo height obtained when there is no load when the bearing load is not acting.
An echo height ratio calculating means for obtaining an echo height ratio from the reflected wave received by the ultrasonic probe;
From the obtained echo height ratio, a waveform signal having an echo height ratio using time as an index is obtained, and only the echo height ratio equal to or greater than a predetermined threshold value Ho is used as an object of calculation, which is the primary of the slope of the waveform signal. A difference value calculating means for obtaining a secondary difference value that is a difference between the difference value and the primary difference value, and further prominently by squaring the difference value to the second power or the fourth power;
Average value calculating means for obtaining a moving average value of the primary difference value and the secondary difference value of the echo height ratio;
The value of the moving average value of the primary difference value, which has become noticeable by the fourth power after further quadratic difference, or the moving average value of the primary difference value exceeds the range in which the threshold value is added or subtracted or multiplied. The waveform analysis means for identifying the damaged part using as an index, if the sign of the primary difference value at each measurement point and the sign of the moving average value of the primary difference value change,
In the waveform analysis means, the damaged portion is made remarkable by the primary difference value multiplied in the difference value calculation means with respect to the identified damaged portion and the echo height ratio in the vicinity thereof, and is greater than or equal to a predetermined threshold value ΔHo. A binarization process is performed on the difference value of, a moving average value of the binarized difference value is obtained, a range of the moving average value equal to or greater than a predetermined threshold value Hs is determined, and a predetermined range is set in the determined range The range width multiplied by the coefficient is set as the abnormal range, the echo height ratio data in the abnormal range is deleted, and there is no abnormality based on the least square method using the echo height ratio data before and after the abnormal range. A bearing damage evaluation apparatus characterized by estimating a waveform .
軸受が支持される軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受の外輪あるいは軸受の外輪と転動体との境界からの反射波を測定し、下式によって算出されるエコー高さ比Hにより、軸受に発生した損傷の評価を行う軸受損傷評価方法であって、
H=(1−h/ho)×100
ここで、hは軸受荷重が作用している時のエコー高さであり、hoは、軸受荷重が作用していない無負荷の時に得られるエコー高さである。
前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出ステップと、
求められた前記エコー高さ比から、時間を指標とするエコー高さ比の波形信号を求め、所定の閾値Ho以上のエコー高さ比のみを演算の対象として該波形信号の勾配である1次差分値および1次差分値の差分である2次差分値を求め、さらに該差分値を2乗あるいは4乗して顕著化する差分値算出ステップと、
前記エコー高さ比の、1次差分値および2次差分値の移動平均値を求める平均値算出ステップと、
前記1次差分値の移動平均値をさらに2次差分した後4乗して顕著化した値の大きさ(指標A)、または前記1次差分値の移動平均値が、これに閾値を加減あるいは乗ずる範囲を超える場合、さらには各測定点における1次差分値の正負とその1次差分値の移動平均値の正負の符号が変化する場合、のいずれかを指標として損傷部位を特定するステップと、
特定された損傷部位とその近傍のエコー高さ比について、前記乗算された1次差分値によって損傷部位を顕著化し,所定の閾値ΔHo以上の該差分値に対して2値化処理を行い、2値化処理された差分値の移動平均値を求め、所定の閾値Hs以上の該移動平均値の範囲を確定し、該確定範囲に所定の係数を掛けた範囲幅を異常範囲と設定するとともに、該異常範囲内のエコー高さ比データを削除し、該異常範囲前後のエコー高さ比データを用いて最小二乗法に基づき異常のない波形を推定するステップと、を備えたことを特徴とする軸受損傷評価方法。
Ultrasonic waves are generated toward the bearing from an ultrasonic probe attached to a bearing housing on which the bearing is supported, and reflected waves from the boundary between the bearing housing and the outer ring of the bearing or the outer ring of the bearing and the rolling element are generated. A bearing damage evaluation method for measuring and evaluating the damage generated in the bearing by the echo height ratio H calculated by the following equation,
H = (1-h / ho) × 100
Here, h is the echo height when the bearing load is acting, and ho is the echo height obtained when there is no load when the bearing load is not acting.
An echo height ratio calculating step for obtaining an echo height ratio from the reflected wave received by the ultrasonic probe;
From the obtained echo height ratio, a waveform signal having an echo height ratio using time as an index is obtained, and only the echo height ratio equal to or greater than a predetermined threshold value Ho is used as an object of calculation, which is the primary of the slope of the waveform signal. A difference value calculating step of obtaining a secondary difference value which is a difference between the difference value and the primary difference value, and further making the difference value squared or raised to the fourth power;
An average value calculating step for obtaining a moving average value of the primary difference value and the secondary difference value of the echo height ratio;
The moving average value of the first-order difference value is further subtracted to the fourth power and then the magnitude of the value (index A) that becomes noticeable, or the moving-average value of the first-order difference value increases or decreases the threshold value. A step of specifying a damaged site by using as an index either the sign of the primary difference value at each measurement point or the sign of the moving average value of the primary difference value at each measurement point changes. ,
With respect to the identified damaged part and the echo height ratio in the vicinity thereof, the damaged part is made noticeable by the multiplied primary difference value, and binarization processing is performed on the difference value equal to or larger than a predetermined threshold value ΔHo. A moving average value of the difference value subjected to the valuation process is obtained, a range of the moving average value equal to or greater than a predetermined threshold Hs is determined, a range width obtained by multiplying the determined range by a predetermined coefficient is set as an abnormal range, Deleting the echo height ratio data in the abnormal range, and estimating a waveform having no abnormality based on the least square method using the echo height ratio data before and after the abnormal range. Bearing damage evaluation method.
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