JP6330472B2 - 欠陥検出方法及び欠陥検出システム - Google Patents

Description

本発明は、欠陥検出方法及び欠陥検出システムに関し、例えば転がり軸受の欠陥を検出する技術に関する。

例えば機械部品や材料の傷や亀裂等の損傷による欠陥を検出する手段として、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）法や超音波探傷法等が知られている。
ＡＥ法は、例えば材料に変形や亀裂が生じる際に発生する弾性波を、材料の表面に接触させたＡＥセンサによって検出する方法である。ＡＥ法を用いて転がり軸受の診断を行う技術として、例えば、特許文献１に示すものがある。
また、超音波探傷法は、材料の表面に接触させた探触子から超音波を発信し、欠陥部分で発生した反射波を接触子が受信することにより欠陥を検出する方法である。

特開２０１２−７８２８８号公報

ＡＥ法及び超音波探傷法では、欠陥検出を行う対象物の表面にセンサや探触子を接触させる必要がある。このため、対象物に対する接触子の接触が検出結果に影響を与えたり、長期使用によりセンサや接触子が劣化（摩耗）して検出精度に経時変化を起こしたりする等、信頼性の高い検出結果を得ることができなくなる場合がある。

そこで、本発明の目的は、対象物の欠陥を非接触で検出し、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる欠陥検出方法及び欠陥検出システムを提供することにある。

本発明は、対象物の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、外力が付与された前記対象物を赤外線カメラにより撮像する撮像工程と、前記赤外線カメラにより得られた前記対象物の温度の時間変化を示す時系列データをフーリエ変換して周波数毎の信号強度を示す周波数データを生成する変換工程と、前記対象物に欠陥が生じている場合に当該欠陥に起因して当該対象物に生じる振動の周波数を異常周波数として幾何計算により求める計算工程と、前記周波数データ中の前記異常周波数又は当該異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する判定工程とを備えている。

本発明によれば、対象物に欠陥が生じている場合に、これに起因して対象物に生じる振動の周波数（異常周波数）が幾何計算により求められる。
また、対象物に外力が作用して例えば運動することで歪（応力）が生じると、熱弾性効果により温度変化が発生する。これを赤外線カメラが捉えて温度の時間変化を示す時系列データが得られ、これをフーリエ変換することで周波数データが生成される。対象物に欠陥が在る場合、当該対象物が前記運動を行うと、その欠陥に起因する振動が生じ、前記周波数データには、その振動の周波数成分が含まれることとなる。
そこで、周波数データ中の前記異常周波数又は当該異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する。この判定の結果、異常周波数又は高次異常周波数で信号強度のピーク値が発生している場合、対象物に欠陥が生じていると検出することができる。このように、対象物を赤外線カメラで撮像することで、対象物の欠陥を非接触で検出することができ、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる。

また、本発明は、対象物の欠陥を検出する欠陥検出システムであって、前記対象物を撮像する赤外線カメラと、前記赤外線カメラにより得られた前記対象物の温度の時間変化を示す時系列データを取得する情報取得部と、前記時系列データに対してフーリエ変換して周波数毎の信号強度を示す周波数データを生成するフーリエ変換部と、前記対象物に欠陥が生じている場合に当該欠陥に起因して当該対象物に生じる振動の周波数を異常周波数として幾何計算により求める演算部と、前記周波数データ及び前記異常周波数を出力するデータ出力部とを備えている。

本発明によれば、対象物に欠陥が生じている場合に、これに起因して対象物に生じる振動の周波数（異常周波数）が幾何計算により求められる。
また、対象物に外力が作用して例えば運動することで歪（応力）が生じると、熱弾性効果により温度変化が発生する。これを赤外線カメラが捉えて温度の時間変化を示す時系列データが得られ、これをフーリエ変換することで周波数データが生成される。対象物に欠陥が在る場合、当該対象物が前記運動を行うと、その欠陥に起因する振動が生じ、前記周波数データには、その振動の周波数成分が含まれることとなる。
そこで、前記周波数データと前記異常周波数とが出力されることで、周波数データ中の異常周波数又は異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定することが可能となる。この判定の結果、異常周波数又は高次異常周波数で信号強度のピーク値が発生している場合、対象物に欠陥が生じていると検出することができる。このように、対象物を赤外線カメラで撮像することで、対象物の欠陥を非接触で検出することができ、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる。

また、前記欠陥検出システムが、前記周波数データ中の前記異常周波数又は当該異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する判定部を更に備えていてもよい。この場合、前記データ出力部から、前記周波数データと前記異常周波数とがそれぞれ出力されることで、周波数データ中の異常周波数又は異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する機能を、欠陥検出システムが有する構成となる。

また、前記対象物を、外輪、内輪及び転動体を備えている転がり軸受とすることができる。この場合、例えば転動体の表面に在る傷等の損傷による欠陥の検出が可能となる。

本発明の欠陥検出方法及び欠陥検出システムによれば、対象物を赤外線カメラで撮像することで、対象物の欠陥を非接触で検出することができ、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる。

欠陥検出の対象となる転がり軸受の縦断面図である。 欠陥検出システムの全体構成を説明する模式図である。 処理装置を説明するためのブロック図である。 時系列データの一例を示す説明図である。 周波数データの一例を示す説明図である。 欠陥検出方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下に説明する欠陥検出システム１０（図２参照）は、転がり軸受５０を対象物として、転がり軸受５０の欠陥を、赤外線カメラ（赤外線サーモグラフィ）２１による画像を用いて検出することができる。

〔対象物について〕
まず、欠陥検出の対象となる転がり軸受５０について、図１により説明する。転がり軸受５０は、外輪５１と、内輪５２と、これら外輪５１と内輪５２との間に介在する複数の転動体（玉）５３と、これら複数の転動体５３を周方向に沿って等間隔で保持する環状の保持器５４とを備えている。外輪５１の内周面には外輪軌道面（外輪軌道溝）５５が形成されており、内輪５２の外周面には内輪軌道面（内輪軌道溝）５６が形成されている。外輪５１、内輪５２及び転動体５３は、例えば軸受鋼等の金属製である。保持器５４は、金属製又は樹脂製である。

外輪５１に対して内輪５２がシャフト１８と共に回転すると、外輪５１と内輪５２との間に介在する複数の転動体５３は外輪軌道面５５及び内輪軌道面５６を転動する。この時、各転動体５３は、外輪軌道面５５及び内輪軌道面５６に沿って自転しながら公転する。

複数の転動体５３は保持器５４によって等間隔に保持されており、各転動体５３は外輪軌道面５５及び内輪軌道面５６それぞれの代表する一部（任意の一部）を周期的に通過する。このため、外輪５１及び内輪５２それぞれの各部には、複数の転動体５３によって周期的な負荷が作用し周期的な応力が発生する。
なお、この周期的に発生する応力には、各転動体５３が軌道面５５，５６を転動する際に相互が接触することで外輪５１及び内輪５２に発生する周期的な応力（以下、通常応力という。）の他に、転動体５３の表面や軌道面５５，５６に傷等の損傷が存在する場合に、その損傷に起因して転がり軸受５０に微細な振動が生じ、この振動により発生する周期的な応力（以下、異常応力という。）が含まれる。

このような転がり軸受５０に周期的に発生する正常応力及び異常応力に起因して、各部には熱弾性効果に因る発熱（温度上昇）又は吸熱（温度降下）が生じる。そこで、本実施形態の欠陥検出システム１０（図２参照）では、この発熱及び吸熱に起因する軌道輪（本実施形態では外輪５１）の温度変化を赤外線カメラ２１が画像として捉え、この画像を処理装置３０が処理することで転がり軸受５０の構成部材における傷等の損傷による欠陥を検出することができる。

なお、この欠陥検出システム１０により検出可能となる欠陥は、転がり軸受５０の転動体（玉）５３の表面、内輪軌道面５６、外輪軌道面５５に在る傷等の損傷による欠陥であるが、以下に説明する欠陥検出システム１０では、転動体（玉）５３の表面の傷の検出と、内輪軌道面５６の傷の検出とを行う場合について説明する。

〔欠陥検出システム１０について〕
欠陥検出システム１０の構成について説明する。図２に示すように、本実施形態の欠陥検出システム１０は、赤外線カメラ２１及びこの赤外線カメラ２１の取得画像を処理する処理装置３０の他に、モニタからなる表示部１３、支台１５及び動力機構１６を備えている。

赤外線カメラ２１は、欠陥検出の対象物である転がり軸受５０に向けて設置される。なお、赤外線カメラ２１による撮像及び取得画像の処理の対象は、転がり軸受５０の一部であればよいが、固定状態にある部材とされる。本実施形態では、転がり軸受５０の内輪５２がシャフト１８と共に回転し、外輪５１が固定されることから、赤外線カメラ２１は外輪５１を撮像する。なお、損傷の検出対象となる部位は、転動体（玉）５３の表面と内輪軌道面５６とであるが、本実施形態の欠陥検出システム１０によれば、赤外線カメラ２１による撮像対象を、外輪５１とすることができる。

また、転がり軸受５０の少なくとも外輪５１の表面（外周面）には、合成樹脂等からなる艶消し黒色の塗料が塗布されている。この塗料の厚さは、２０〜２５μｍである。この塗料により、外輪５１の表面（測定対象表面）の熱放射率は、黒体を１．０とした場合、約０．９４となる。このように、外輪５１の表面の熱放射率を高くすることにより、熱放射により放出される熱量が多くなる。したがって、外輪５１の表面の温度変化をより確実に検出することが可能となる。

本実施形態の支台１５は、チャックにより外輪５１を回転不能に固定している。
動力機構１６は、転がり軸受５０に対して外力を付与して回転させることのできる構成である。つまり、動力機構１８は、変速機付きモータ１７を備えている。そして、このモータ１７の出力軸にはシャフト１８が連結されており、このシャフト１８に転がり軸受５０の内輪５２が外嵌して固定されている。これにより、固定状態にある外輪５１に対して、モータ１７の回転により内輪５２を所定回転速度で回転させることができる。

赤外線カメラ２１は、レンズ及び赤外線センサ（図示略）を有している。赤外線センサは多数のセンサ素子を備えており、これらセンサ素子は例えば格子状に配列されている。赤外線センサは、物体の表面から放出される赤外線を受光すると、その赤外線の強度に応じた電気信号を出力する。赤外線カメラ２１は、赤外線センサの電気信号を画像信号に変換して処理装置３０に出力する。このように、赤外線カメラ２１によれば、外力が付与されて内輪５２が回転する転がり軸受５０の外輪５１を撮像し、外輪５１の温度の時間変化を示す時系列画像を取得することができる。

前記時系列画像は、例えば８２００フレームの画像データから構成される。この場合、時系列画像を取得するための赤外線カメラ２１による撮像時間は、フレーム間隔（サンプリング間隔）を０．００５［ｓｅｃ］とすれば、４１［ｓｅｃ］となる。

処理装置３０は、赤外線カメラ２１により得られた外輪５１の温度の時間変化を示す時系列画像を構成するデータ（後述の時系列データ）の処理を行う。図３は、処理装置３０を説明するためのブロック図である。処理装置３０は、コンピュータにより構成されており、メモリ等から構成されている記憶部３１と、処理部（プロセッサ）とを備えている。処理装置３０は、機能部として、情報取得部３２と、フーリエ変換部（ＦＦＴ部）３３と、データ出力部３４と、判定部３５とを備えている。これら機能部は、前記処理部（プロセッサ）が記憶部３１に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

また、欠陥検出システム１０は、対象物（本実施形態では転がり軸受５０）についての幾何計算を実行する演算部４０を備えている。本実施形態では、処理装置３０が機能部として演算部４０を備えている。つまり、演算部４０の機能は、前記処理部（プロセッサ）が記憶部３１に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、演算部４０は、コンピュータからなる処理装置３０とは別のコンピュータ（演算器）から構成されていてもよく、この場合、双方のコンピュータはデータの受け渡しが可能であり、演算部４０の計算結果の情報を処理装置３０が取得し処理できる。

そして、処理装置３０は、赤外線カメラ２１の画像信号及び演算部４０による計算結果の情報に基づいて、転がり軸受５０における損傷による欠陥を検出するように構成されている。
表示部１３は、処理装置３０により情報処理された結果を表示する。

処理装置３０の各機能部について説明する。なお、各機能部が行う処理の具体例については、後に説明する欠陥検出方法と共に示す。
情報取得部３２は、赤外線カメラ２１から前記時系列画像ＧＡ１を取得して記憶部３１に格納する。具体的に説明すると、情報取得部３２は、赤外線カメラ２１から入力される時系列画像ＧＡ１の画像信号をデジタルデータに変換して記憶部３１に格納する。特に、情報取得部３２は、時系列画像ＧＡ１を構成する各フレームに含まれる画素毎に画像信号をデジタルデータに変換して記憶部３１に格納する。このように画像信号がデジタルデータに変換されて生成された画素毎のデータを、時系列データと呼ぶ。この時系列データの一例を図４に示す。図４に示すように、時系列データＰ１は、一つの画素に関する温度の時間変化を示すデータである。このように、情報取得部３２によれば、赤外線カメラ２１により得られた転がり軸受５０の外輪５１の温度の時間変化を示す時系列データＰ１を取得することができる。

フーリエ変換部３３は、前記時系列データＰ１に対してフーリエ変換処理して周波数毎の信号強度（振幅値）を示す周波数データを生成する。この周波数データの一例を図５に示す。図５に示すように、周波数データＳ１は、一つの画素に関する周波数毎の信号強度（振幅値）を示すデータである。生成された周波数データＳ１は、記憶部３１に格納される。

演算部４０について説明する。記憶部３１には、演算部４０が幾何計算を実行するためのプログラム７が記憶されている。なお、本実施形態の前記プログラム７は演算式のプログラムである。
前記のとおり、各転動体５３が軌道面５５，５６を転動する際に相互が接触することで、転動体５３の表面や軌道面５６に傷等の損傷が存在する場合、その損傷に起因して外輪５１及び内輪５２に振動が生じ、この振動により周期的な異常応力が外輪５１に生じる。
そこで、演算部４０は、記憶部３１のプログラム７に基づいて、内輪軌道面５６や転動体（玉）５３の表面に傷等の損傷による欠陥が生じている場合に、その欠陥に起因して転がり軸受５０に生じる振動の周波数を「異常周波数」として幾何計算により求める。本実施形態では、内輪軌道面５６の損傷による振動の周波数を「（第１の）異常周波数Ｆａ０」として求め、転動体（玉）５３の表面の損傷による振動の周波数を「（第２の）異常周波数Ｆｂ０」として求める。また、演算部４０は、異常周波数Ｆａ０の整数倍の高次異常周波数Ｆａ１、Ｆａ２・・・を求めることができ、更に、異常周波数Ｆｂ０の整数倍の高次異常周波数Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・を求めることができる。そして、演算部４０が求めた周波数Ｆａ０、Ｆａ１、Ｆａ２・・・、Ｆｂ０、Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・は、記憶部３１に格納される。

更に、演算部４０は、他の演算を行うこともできる。すなわち、前記のとおり、各転動体５３が軌道面５５，５６を転動する際に相互が接触することで、外輪５１及び内輪５２それぞれに周期的な通常応力が発生する。この通常応力は、前記のような損傷が無い場合でも発生する応力である。そこで、演算部４０は、記憶部３１のプログラム７に基づいて、転がり軸受５０の外輪５１に生じる前記通常応力の発生頻度を示す基本周波数Ｆ０、及び、この基本周波数Ｆ０の整数倍の高次周波数Ｆ１、Ｆ２・・・を算出することができる。演算部４０が求めた周波数Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２・・・は、記憶部３１に格納される。

データ出力部３４は、フーリエ変換部３３によって生成された前記周波数データＳ１と、演算部４０によって求められた前記異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０等を出力する。本実施形態では、前記周波数データＳ１及び前記異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０等のデータが記憶部３１に格納されていることから、データ出力部３４は、記憶部３１から判定部３５へとこれら周波数データＳ１及び異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０等のデータを出力することができる。また、データ出力部３４は、周波数データＳ１を画像として、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０等を数値（又は画像）として、表示部１３も出力することも可能である。

判定部３５は、データ出力部３４によって出力された周波数データＳ１、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０及びその高次異常周波数等のデータを用いて判定処理を実行する。すなわち、判定部３５は、内輪軌道面５６における損傷の検出判定のために、周波数データＳ１中の異常周波数Ｆａ０又はこの異常周波数Ｆａ０の整数倍の高次異常周波数Ｆａ１、Ｆａ２・・・において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する処理を行う。
また、判定部３５は、転動体５３の表面における損傷の検出判定のために、周波数データＳ１中の異常周波数Ｆｂ０又はこの異常周波数Ｆｂ０の整数倍の高次異常周波数Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する処理を行う。これら判定処理の具体例については、以下の欠陥検出方法で説明する。

〔欠陥検出方法について〕
以上の構成を備えている欠陥検出システム１０が行う応力計測方法について説明する。
図６は、欠陥検出方法を示すフローチャートである。この欠陥検出方法は、計算工程（ステップＳｔ２１）、撮像工程（ステップＳｔ１１）、変換工程（ステップＳｔ１２）及び判定工程（ステップＳｔ１３）を備えている。

計算工程（ステップＳｔ２１）では、転がり軸受５０の運動条件及び転がり軸受５０の機構（構成）を示す仕様に基づいて、演算部４０が、欠陥に起因して転がり軸受５０に生じる振動の周波数を演算により求める。この求められる周波数が「異常周波数」であり、本実施形態では、内輪軌道面５６の損傷による振動の周波数が「（第１の）異常周波数Ｆａ０」であり、転動体５３の表面の損傷による振動の周波数が「（第２の）異常周波数Ｆｂ０」である。

この演算のために、記憶部３１には、前記プログラム７として、内輪軌道面５６に損傷が在る場合に当該損傷により発生する可能性のある周波数（異常周波数Ｆａ０）を算出するための幾何計算に関する関係式（幾何計算式）が記憶されている。異常周波数Ｆａ０［Ｈｚ］を算出するための第１の幾何計算式は、次の式（１）で表される。

また、この式（１）中の「保持器に対する内輪の回転速度ｆｉ［Ｈｚ］」を、幾何計算により求めるための第２の幾何計算式は、次の式（２）で表される。

また、この式（２）中の「転動体の公転速度ｆｃ［Ｈｚ］」を、幾何計算により求めるための第３の幾何計算式は、次の式（３）で表される。

さらに、記憶部３１には、前記プログラム７として、転動体５３の表面に損傷が在る場合に当該損傷により発生する可能性のある周波数（異常周波数Ｆｂ０）を算出するための幾何計算に関する関係式（幾何計算式）が記憶されている。異常周波数Ｆｂ０［Ｈｚ］を算出するための第１の幾何計算式は、次の式（４）で表される。

また、この式（４）中の「転動体の自転速度ｆｂ［Ｈｚ］」を、幾何計算により求めるための第２の幾何計算式は、次の式（５）で表される。

なお、記憶部３１には、転がり軸受（深溝玉軸受）の外輪に発生する前記通常応力の変動の周波数、つまり、転がり軸受の回転による応力発生頻度を示す基本周波数Ｆ０を算出するためのプログラム７として、幾何計算に関する関係式（幾何計算式）が記憶されている。基本周波数Ｆ０［Ｈｚ］を算出するための幾何計算式は、次の式（６）で表される。この式（６）中の転動体の公転速度ｆｃ［Ｈｚ］は、前記式（３）に基づく。

また、前記各幾何計算を実行するために演算部４０には、転がり軸受５０の前記仕様を示す仕様情報８が入力される。この仕様情報８の入力は、コンピュータからなる処理装置３０が備えている入力部（入力インタフェース）３８（図３参照）を通じて、計測作業者により行われる。入力された仕様情報８は記憶部３１に記憶される。
そして、演算部４０は、仕様情報８が示す値を前記各関係式（幾何計算式）に代入して演算することにより、転動体の公転速度ｆｃ［Ｈｚ］、保持器に対する内輪の回転速度ｆｉ［Ｈｚ］、異常周波数Ｆａ０、転動体の自転速度ｆｂ［Ｈｚ］、異常周波数Ｆｂ０［Ｈｚ］等を算出する。

なお、前記式（１）及び前記式（４）中の「ｎ」は、正の整数（ｎ＝１，２，３・・・）であり、ｎ＝１が異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０であり、ｎ＝２，３・・・が高次異常周波数Ｆａ１、Ｆａ２・・・、Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・となる。

本実施形態の場合、仕様情報８が示す各値は次のとおりであり、前記式（１）により、
異常周波数Ｆａ０＝７．４９２［Ｈｚ］×ｎ（ただし、ｎ＝１，２，３・・・）
となり、前記式（４）により、
異常周波数Ｆｂ０＝６．５１５［Ｈｚ］×ｎ（ただし、ｎ＝１，２，３・・・）
となる。
また、前記式（６）により、
通常応力の基本周波数Ｆ０＝４．９５８［Ｈｚ］
基本周波数Ｆ０の整数倍（２倍）の高次周波数Ｆ１＝９．９１６［Ｈｚ］
となる。

＜仕様情報８が示す各値＞
内輪５２の回転速度 ： ｆｒ＝１．３８３［Ｈｚ］
外輪５１の回転速度 ： ｆｄ＝０［Ｈｚ］
転動体（玉）５３の平均直径 ： ＤＷ＝７．９３８（ｍｍ）
転動体（玉）５３のピッチ円直径 ： ｄｍ＝３９（ｍｍ）
転動体（玉）５３の接触角 ： α＝０（度）
転動体（玉）５３の数 ： Ｑ＝９（個）

そして、幾何計算により求められた、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０、高次異常周波数Ｆａ１、Ｆｂ１、基本周波数Ｆ０及びその高次周波数Ｆ１は、記憶部３１に記憶される。
なお、この計算工程（ステップＳｔ２１）を、撮像工程（ステップＳｔ１１）等と、同じタイミングで行うことができるが、別のタイミングで行ってもよい。すなわち、撮像工程開始前に計算工程を行ってもよい。

図６に示す撮像工程（ステップＳｔ１１）では、先ず、転がり軸受５０を回転させる。つまり、固定状態にある外輪５１に対して内輪５２を動力機構１６によって回転させる。そして、内輪５２が回転している状態で、赤外線カメラ２１が外輪５１を撮影する。これにより、外輪５１の温度の推移、つまり外輪５１の温度の時間変化を示す時系列画像ＧＡ１が赤外線カメラ２１から処理装置３０に入力される。

そして、情報取得部３２は、この時系列画像ＧＡ１を記憶部３１に格納する。この際、情報取得部３２は、画素毎に処理を行う。つまり、画素毎の温度の時間変化を示す時系列データＰ１（図４参照）が記憶部３１に格納される。なお、図４に示す時系列データＰ１は、外輪５１の外周面に含まれる画素のデータである。

転がり軸受５０に損傷による欠陥が生じている場合、この時系列データＰ１には、外輪５１に生じる通常応力に基づく温度（温度変化）の他に、欠陥に起因する振動により外輪に生じる異常応力に基づく温度（温度変化）が含まれる。また、ノイズ成分も含まれているため、図４に示す時系列データＰ１は複雑な形状となっている。

変換工程（ステップＳｔ１２）では、フーリエ変換部３３が、記憶部３１に記憶されている画素毎の前記時系列データＰ１を取得して、この時系列データＰ１に対して高速フーリエ変換処理を実行する。この処理の結果、時系列データＰ１が周波数毎の信号強度（振幅値）に分解されて、図５に示す周波数と信号強度（振幅値）との関係を示す周波数データＳ１が生成される。生成された周波数データＳ１は、記憶部３１に記憶される。

判定工程（ステップＳｔ１３）では、データ出力部３４によって記憶部３１から周波数データＳ１と前記異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０（高次異常周波数を含む）とが出力される。判定部３５は、出力されたこれらデータを用いて転がり軸受５０において損傷による欠陥の有無を検出するための処理を行う。すなわち、判定部３５は、周波数データＳ１中の異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０、又は、この異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０の整数倍の高次異常周波数Ｆａ１、Ｆａ２・・・Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する。

本実施形態では、図５に示すように、周波数データＳ１では、３つの周波数ｐ１、ｐ２、ｐ３において、信号強度のピーク値が発生している。
周波数ｐ１は、約５［Ｈｚ］であり、これは基本周波数Ｆ０（＝４．９５８［Ｈｚ］）を示している。
周波数ｐ２は、約１０［Ｈｚ］であり、これは基本周波数Ｆ０の整数倍（２倍）である高次周波数Ｆ１（＝９．９１６［Ｈｚ］）を示している。
周波数ｐ３は、約１３［Ｈｚ］であり、これは基本周波数Ｆ０及びその整数倍ではなく、異常周波数Ｆｂ（＝６．５１５［Ｈｚ］）の整数倍（２倍）である。

すなわち、赤外線カメラ２１により取得したデータに基づく周波数データＳ１には、転動体５３の表面の損傷に起因している異常周波数Ｆｂ０の整数倍（２倍）の周波数成分（異常周波数Ｆｂ０の高次成分）が含まれている。
この結果、転がり軸受５０の転動体５３の表面に損傷による欠陥が在ると判定することができる。

これに対して、周波数データＳ１には基本周波数Ｆ０とその整数倍の高次周波数のみにおいて、信号強度のピーク値が発生している場合、転動体５３の表面及び内輪軌道面５６には損傷による欠陥が存在していないと判定することができる。

なお、この判定を、コンピュータからなる処理装置３０の機能部である判定部３５が実行するために、様々な方法があるが、例えば、次のような方法がある。
すなわち、判定部３５は、データ出力部３４が出力した周波数データＳ１から信号強度にピーク値を有している特定周波数を求める。本実施形態では、周波数ｐ１＝５［Ｈｚ］、ｐ２＝１０［Ｈｚ］、ｐ３＝１３［Ｈｚ］が特定周波数として求められる。
そして、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０の整数倍の高次異常周波数Ｆａ１、Ｆａ２・・・、Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・を比較異常周波数と定義すると、判定部３５は、前記特定周波数（ｐ１、ｐ２、ｐ３）それぞれと、前記比較異常周波数（Ｆａ０、Ｆａ１、Ｆａ２・・・、Ｆｂ０、Ｆｂ１、Ｆｂ２・・・）それぞれとの差を求める。その結果、特定周波数（例えばｐ３）と比較異常周波数（例えばＦｂ１）との差が、規定の閾値以内である場合、その特定周波数（ｐ３）は比較異常周波数（Ｆｂ１）と同期する周波数であり、転がり軸受５０に損傷による欠陥が生じていると判定する。なお、前記「規定の閾値」としては、−１［Ｈｚ］〜＋１［Ｈｚ］とすることができる。

そして、判定部３５によって判定が行われると、その判定結果が、画像として表示部１３に表示される。これにより、作業者が表示部１３を視認することで、転がり軸受５０における欠陥の有無を把握することができる。

〔本実施形態の応力計測システム及び応力計測方法に関して〕
以上のように、本実施形態に係る欠陥検出システム１０によって実行される欠陥検出方法では、撮像工程（ステップＳｔ１１）において、外力が付与されて回転する転がり軸受５０の外輪５１を赤外線カメラ２１により撮像する。変換工程（ステップＳｔ１２）では、赤外線カメラ２１により得られた転がり軸受５０の外輪５１の温度の時間変化を示す時系列データＰ１がフーリエ変換されて周波数毎の信号強度を示す周波数データＳ１が生成される。
また、計算工程（ステップＳｔ２１）では、転がり軸受５０に欠陥が生じている場合にその欠陥に起因して転がり軸受５０に生じる振動の周波数が、異常周波数（Ｆａ０、Ｆｂ０）として幾何計算により求められる。
そして、判定工程（ステップＳｔ１３）では、周波数データＳ１中の異常周波数（Ｆａ０、Ｆｂ０）又はこの異常周波数（Ｆａ０、Ｆｂ０）の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かが判定される。

この欠陥検出方法によれば、転がり軸受５０に欠陥が生じている場合に、これに起因して転がり軸受５０に生じる振動の周波数（異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０）が幾何計算により求められる。
また、転がり軸受５０に外力が作用して回転することで歪（応力）が生じ熱弾性効果により温度変化が発生する。これを赤外線カメラ２１が捉えて温度の時間変化を示す時系列データＰ１が得られ、これをフーリエ変換することで周波数データＳ１が生成される。この周波数データＳ１には、前記外力による歪に起因して信号強度にピーク値を有する周波数が含まれる他に、転がり軸受５０に欠陥が在る場合では、その転がり軸受５０が回転すると、その欠陥に起因する振動が生じ、その振動の周波数成分も周波数データＳ１に含まれることとなる。つまり、前記異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０及びその整数倍の成分も、周波数データＳ１に含まれる。
そこで、この周波数データＳ１中の異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０又はこの異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０の整数倍の高次異常周波数Ｆａ１，Ｆｂ１において、信号強度のピーク値が発生しているか否かが判定される。この判定の結果、異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０又は高次異常周波数Ｆａ１，Ｆｂ１で信号強度のピーク値が発生している場合、転がり軸受５０に欠陥が生じていると検出される。
以上より、転がり軸受５０を赤外線カメラ２１で撮像することで、転がり軸受５０の欠陥を非接触で検出することができ、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる。

なお、本発明の欠陥検出システム及び欠陥検出方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、判定工程（図６のステップＳｔ３）において、判定処理を処理装置３０（判定部３５）が実行する場合について説明したが、周波数データＳ１及び異常周波数Ｆａ０、Ｆｂ０等が、データ出力部３４によって表示部１３に画像として出力され、作業者がこの出力結果を見て、判定処理を行ってもよい。
また、本発明の欠陥検出システム及び欠陥検出方法は、転がり軸受以外に、等速ジョイント、ハブユニット、ステアリングシャフト、ボールねじ等の転送面を転動する転動体を介して回転する機構の欠陥検出にも適用可能であり、これらを対象物とすることができる。

また、フーリエ変換部３３は、ＦＦＴとは異なる他の離散型フーリエ変換アルゴリズムを用いた処理を行う構成であってもよい。
データ出力部３４は、周波数データ及び異常周波数をそれぞれ出力する構成を説明したが、周波数データを出力するための第１のデータ出力部と、この第１のデータ出力部とは別の構成であって異常周波数を出力するための第２のデータ出力部とにより、データ出力部３４が構成されていてもよい。
また、処理装置３０を構成する前記各機能部は、それぞれ専用の集積回路から構成されていてもよい。また、これら機能部の一部を纏めて１つの集積回路から構成してもよい。

１０：欠陥検出システム ２１：赤外線カメラ ３０：処理装置
３１：記憶部 ３２：情報取得部 ３３：フーリエ変換部
３４：データ出力部 ３５：判定部 ５０：転がり軸受（対象物）
５１：外輪 ５２：内輪 ５３：転動体
Ｐ１：時系列データ Ｓ１：周波数データ

Claims (4)

1. 対象物の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
   外力が付与された前記対象物を赤外線カメラにより撮像する撮像工程と、
   前記赤外線カメラにより得られた前記対象物の温度の時間変化を示す時系列データをフーリエ変換して周波数毎の信号強度を示す周波数データを生成する変換工程と、
   前記対象物に欠陥が生じている場合に当該欠陥に起因して当該対象物に生じる振動の周波数を異常周波数として幾何計算により求める計算工程と、
   前記周波数データ中の前記異常周波数又は当該異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する判定工程と、
   を備えていることを特徴とする欠陥検出方法。
2. 対象物の欠陥を検出する欠陥検出システムであって、
   前記対象物を撮像する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラにより得られた前記対象物の温度の時間変化を示す時系列データを取得する情報取得部と、
   前記時系列データに対してフーリエ変換して周波数毎の信号強度を示す周波数データを生成するフーリエ変換部と、
   前記対象物に欠陥が生じている場合に当該欠陥に起因して当該対象物に生じる振動の周波数を異常周波数として幾何計算により求める演算部と、
   前記周波数データ及び前記異常周波数を出力するデータ出力部と、
   を備えていることを特徴とする欠陥検出システム。
3. 前記周波数データ中の前記異常周波数又は当該異常周波数の整数倍の高次異常周波数において、信号強度のピーク値が発生しているか否かを判定する判定部を更に備えている請求項２に記載の欠陥検出システム。
4. 前記対象物は、外輪、内輪及び転動体を備えている転がり軸受である請求項２又は３に記載の欠陥検出システム。