JP6507297B1 - Method and apparatus for diagnosing abnormality of rolling bearing, abnormality diagnosis program - Google Patents

Method and apparatus for diagnosing abnormality of rolling bearing, abnormality diagnosis program Download PDF

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Abstract

【課題】軸受諸元が把握できない場合であっても、軸受の損傷の種類を推定可能とする。
【解決手段】診断回転周波数と共に測定開始が指令されると、振動加速度を測定して記録し、回転周波数と振動加速度とを対応付けて記録する(S1〜S6)。S7の判別で全測定が完了していれば、S8で、回転同期成分強調波形を算出し、S9では、比基本周波数と比振動源回転周波数を仮定し、回転同期成分強調波形の比基本周波数×自然数±比振動源回転周波数の位置に振動ピークが存在するかを判断し、振動ピークが存在した割合(一致率)を算出する。S10の判別で、既定された探索範囲で探索完了していれば、S11で、一致率が既定のしきい値以上である比基本周波数と比振動源回転周波数について、比振動源回転周波数の値に応じて軸受異常の種類を判断し、S12で診断結果を表示する。
【選択図】図4
An object of the present invention is to make it possible to estimate the type of damage to a bearing even when the bearing specifications can not be grasped.
When a measurement start instruction is issued together with a diagnostic rotational frequency, vibrational acceleration is measured and recorded, and rotational frequency and vibrational acceleration are correlated and recorded (S1 to S6). If all measurements have been completed in S7, the rotation synchronization component enhanced waveform is calculated in S8, and in S9 the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotation frequency are assumed, and the ratio fundamental frequency of the rotation synchronization component enhanced waveform X It is determined whether a vibration peak is present at the position of natural number ± specific vibration source rotational frequency, and the ratio (match rate) at which the vibration peak is present is calculated. If it is determined in S10 that the search has been completed in the predetermined search range, then in S11, values of the relative vibration source rotational frequency for the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency whose coincidence rate is equal to or higher than the predetermined threshold In accordance with, the type of bearing abnormality is determined, and the diagnosis result is displayed in S12.
[Selected figure] Figure 4

Description

本発明は、工作機械等に用いられて主軸等の回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する方法及び装置、プログラムに関するものである。   The present invention relates to a method, apparatus, and program for diagnosing an abnormality in a rolling bearing that is used in a machine tool or the like and supports a rotating body such as a main shaft.

回転体を支持する転がり軸受に内輪の損傷などの異常が生じると振動が発生する。軸受の異常によって発生する力は単純な正弦波状ではないため、高調波の周波数成分の振動が同時に観測される。この際に発生する振動の周波数(特徴周波数)は、回転周波数に比例しており、回転体の回転周波数と軸受諸元から算出することが可能である。
例えば特許文献1では、振動加速度を測定してエンベロープ処理および周波数分析等を行った波形を、所定の関係式に基づいて算出した内輪、外輪、転動体などの特徴周波数とともに表示し、特徴周波数に対応する振動ピークがあるか否かを判断できるようにすることで、転がり軸受の損傷部位(内輪、外輪、転動体など)を特定する手法が示されている。
特許文献2では、振動を測定してエンベロープ処理および周波数分析し、所定の関係式に基づいて算出した内輪、外輪、転動体のそれぞれの特徴周波数の値を抽出して、損傷部位(内輪、外輪、転動体)でそれぞれ異なるしきい値を用いて診断する手法が示されている。
When an abnormality such as damage to the inner ring occurs in the rolling bearing that supports the rotating body, vibration occurs. Since the force generated by the abnormality of the bearing is not a simple sine wave, vibrations of harmonic frequency components are simultaneously observed. The frequency (characteristic frequency) of the vibration generated at this time is proportional to the rotation frequency, and can be calculated from the rotation frequency of the rotating body and bearing specifications.
For example, in patent document 1, the waveform which measured vibration acceleration and performed envelope processing, frequency analysis, etc. is displayed with the characteristic frequency of the inner ring, the outer ring, the rolling element, etc. which were calculated based on a predetermined relational expression. A method of identifying a damaged portion (inner ring, outer ring, rolling element, etc.) of a rolling bearing by indicating whether or not there is a corresponding vibration peak is shown.
In Patent Document 2, vibration is measured, envelope processing and frequency analysis are performed, and the values of the feature frequencies of the inner ring, outer ring, and rolling element calculated based on a predetermined relational expression are extracted to obtain damaged portions (inner ring, outer ring , Rolling elements) using different threshold values.

特開昭63−297813号公報JP-A-63-297813 特許第5146008号公報Patent No. 5146008

しかしながら、損傷部位の特定や損傷部位に応じたしきい値を用いるためには、基本周波数や特徴周波数を算出するための軸受諸元が必要となる。このため、軸受メーカの販売する軸受診断装置においては、その軸受メーカが軸受諸元を把握している自社の軸受については型式を入力することで診断ができるが、他社の軸受については軸受諸元の手入力を要求する実装となっていることが一般的である。この場合、軸受の諸元が入手できない場合には軸受を診断することができないといった課題がある。また、機械の製造者を除くと、その機械で使用されている軸受の型式を把握することさえ困難であるという課題がある。   However, in order to use the threshold value according to the identification of the damaged part and the damaged part, bearing specifications for calculating the fundamental frequency and the characteristic frequency are required. For this reason, in the bearing diagnosis system sold by the bearing manufacturer, diagnosis can be made by inputting the type of its own bearing whose bearing manufacturer has grasped the bearing specifications, but bearing specifications of other companies' bearings In general, the implementation requires manual input. In this case, there is a problem that the bearing can not be diagnosed if the specifications of the bearing can not be obtained. In addition, there is a problem that it is difficult even to grasp the type of bearing used in the machine except the machine manufacturer.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、診断対象の機械で使用されている軸受の軸受諸元が把握できない場合であっても、軸受の損傷の種類を推定することができる転がり軸受の異常診断方法及び異常診断装置、異常診断プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to estimate the type of damage to the bearing even when the bearing specifications of the bearing used in the machine to be diagnosed can not be grasped. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing abnormality diagnosis method, an abnormality diagnosis device, and an abnormality diagnosis program that can be performed.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する方法であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定ステップと、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出ステップと、
前記回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて、前記転がり軸受において力の発生する方向が変化する周波数である振動源回転周波数と前記回転周波数との比である比振動源回転周波数を推定し、前記比振動源回転周波数の値が1の場合には、前記転がり軸受の内輪損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が前記転がり軸受の転動体の公転周波数を前記回転周波数で除算した値のとり得る範囲である場合には、前記転動体の損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が0の場合には、前記転がり軸受の外輪損傷と判断する軸受損傷種類判別ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記比振動源回転周波数の推定は、前記回転同期成分強調波形において、比基本周波数と比振動源回転周波数とを仮定して算出される特定の比周波数に振動ピークが存在する割合である一致率を算出し、一致率が所定のしきい値を超過する場合には、仮定した前記比基本周波数と仮定した前記比振動源回転周波数とにより表現される規則性が前記回転同期成分強調波形にあると判断し、仮定した前記比振動源回転周波数を採用することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記振動測定ステップでは、異なる複数の回転周波数で振動を測定することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項に記載の発明は、回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する方法であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定ステップと、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出ステップと、
前記回転同期成分強調波形を入力とし、内輪傷の有無、転動体傷の有無、外輪傷の有無の少なくともひとつを出力とする教師データを用いて学習した機械学習モデルを用い、前記回転同期成分強調波形を入力して前記転がり軸受の損傷の種類を判別する軸受損傷種類判別ステップと、を実行することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項に記載の発明は、回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する装置であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定手段と、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出手段と、
前記回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて、前記転がり軸受において力の発生する方向が変化する周波数である振動源回転周波数と前記回転周波数との比である比振動源回転周波数を推定し、前記比振動源回転周波数の値が1の場合には、前記転がり軸受の内輪損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が前記転がり軸受の転動体の公転周波数を前記回転周波数で除算した値のとり得る範囲である場合には、前記転動体の損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が0の場合には、前記転がり軸受の外輪損傷と判断する軸受損傷種類判別手段と、を備えることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記軸受損傷種類判別手段は、前記転がり軸受の損傷に対応する比基本周波数と前記比振動源回転周波数と、前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とから算出される特定の比周波数とを用いて前記転がり軸受の損傷の種類毎の前記振動ピーク位置の存在を確認すると共に、前記比振動源回転周波数の値に基づいて前記損傷の種類を判別するものであり、
前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とを合わせて表示する表示手段を備えることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記軸受損傷種類判別手段は、前記転がり軸受の損傷に対応する比基本周波数と前記比振動源回転周波数と、前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とから算出される特定の比周波数とを用いて前記転がり軸受の損傷の種類毎の前記振動ピーク値の存在を確認すると共に、前記比振動源回転周波数の値に基づいて前記損傷の種類を判別するものであり、
前記特定の比周波数の位置と前記回転同期成分強調波形とを合わせて表示する表示手段を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項に記載の発明は、転がり軸受の異常診断プログラムであって、所定の回転周波数で測定された回転体の振動が前記回転周波数と共に入力されたコンピュータに、請求項1乃至の何れかに記載の転がり軸受の異常診断方法における回転同期成分強調波形算出ステップと軸受損傷種類判別ステップとを実行させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method of diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body,
A vibration measurement step of measuring the vibration of the rotating body a plurality of times ;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency A rotation synchronization component emphasis waveform calculation step of calculating an average of the ratio frequencies for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
Based on the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasis waveform , a specific vibration source rotation frequency which is a ratio of a vibration source rotation frequency which is a frequency at which a force generation direction changes in the rolling bearing If the value of the specific vibration source rotational frequency is 1, it is determined that the inner ring of the rolling bearing is damaged, and the value of the specific vibration source rotational frequency is the rotational frequency of the rolling elements of the rolling bearing. In the case of the possible range of the value divided by the frequency, it is judged that the rolling element is damaged, and when the value of the specific vibration source rotational frequency is 0, the bearing damage judged as the outer ring damage of the rolling bearing Performing a type determination step.
The invention according to claim 2 is the configuration according to claim 1 , wherein the estimation of the specific vibration source rotational frequency is calculated on the assumption of a ratio fundamental frequency and a specific vibration source rotational frequency in the rotation synchronization component emphasis waveform. Calculating the match rate, which is the rate at which the vibration peak exists at a specific specific frequency, and if the match rate exceeds a predetermined threshold, the specific vibration source rotational frequency assumed to be the assumed relative fundamental frequency It is determined that the regularity represented by is in the rotation synchronization component emphasis waveform, and the assumed specific vibration source rotation frequency is adopted.
The invention according to claim 3, in the structure according to claim 1 or 2, in the vibration measuring step, and measuring the vibrations at different rotational frequencies.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is a method of diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body,
A vibration measurement step of measuring the vibration of the rotating body a plurality of times;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency A rotation synchronization component emphasis waveform calculation step of calculating an average of the ratio frequencies for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
The rotation synchronization component enhancement is performed using a machine learning model learned using teacher data in which the rotation synchronization component enhancement waveform is input and at least one of inner ring injury, rolling body injury, and outer ring injury is output. And performing a bearing damage type determination step of inputting a waveform to determine the type of damage to the rolling bearing .
In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is an apparatus for diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body,
Vibration measuring means for measuring the vibration of the rotating body a plurality of times ;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency Rotation synchronization component emphasis waveform calculation means for calculating an average of the relative frequency for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
Based on the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasis waveform , a specific vibration source rotation frequency which is a ratio of a vibration source rotation frequency which is a frequency at which a force generation direction changes in the rolling bearing If the value of the specific vibration source rotational frequency is 1, it is determined that the inner ring of the rolling bearing is damaged, and the value of the specific vibration source rotational frequency is the rotational frequency of the rolling elements of the rolling bearing. In the case of the possible range of the value divided by the frequency, it is judged that the rolling element is damaged, and when the value of the specific vibration source rotational frequency is 0, the bearing damage judged as the outer ring damage of the rolling bearing And a type determination unit.
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the configuration according to claim 5 , the bearing damage type discriminating means comprises a relative fundamental frequency corresponding to damage to the rolling bearing , the relative vibration source rotational frequency, and the relative fundamental frequency Based on the value of the specific vibration source rotational frequency, the existence of the vibration peak position for each type of damage of the rolling bearing is confirmed using a specific specific frequency calculated from the specific vibration source rotational frequency To determine the type of the damage ;
It is characterized by including display means for displaying together the relative fundamental frequency and the relative vibration source rotational frequency.
The invention according to claim 7 is characterized in that, in the configuration according to claim 5 , the bearing damage type discriminating means comprises a relative fundamental frequency corresponding to damage of the rolling bearing , the relative vibration source rotational frequency, and the relative fundamental frequency. Based on the value of the specific vibration source rotational frequency, the existence of the vibration peak value for each type of damage of the rolling bearing is confirmed using a specific specific frequency calculated from the specific vibration source rotational frequency To determine the type of the damage ;
It is characterized by comprising display means for displaying together the position of the specific ratio frequency and the rotation synchronization component emphasizing waveform.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is an abnormality diagnosis program for a rolling bearing, to a computer to which vibration of a rotating body measured at a predetermined rotational frequency is input together with the rotational frequency, A rotation synchronous component emphasis waveform calculation step and a bearing damage type determination step in the method of diagnosing abnormality of a rolling bearing according to any one of claims 1 to 4 are performed.

本発明によれば、測定した振動に対し、回転体の回転周波数に比例した周波数の振動成分を強調する回転同期成分強調波形を算出し、回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて転がり軸受における損傷の種類を判別するので、軸受諸元を用いることなく振動ピークの規則性から軸受異常の種類を判断することが可能となる。
特に、請求項の発明によれば、上記効果に加えて、振動測定ステップでは、異なる複数の回転周波数で振動を測定するので、さらに外乱の影響が低減されて、振動ピークの規則性を捉え易くなるため、軸受異常の推定精度が向上する。
特に、請求項の発明によれば、上記効果に加えて、軸受損傷種類判別ステップでは、回転同期成分強調波形を入力とし、内輪傷の有無、転動体傷の有無、外輪傷の有無の少なくともひとつを出力とする教師データを用いて学習した機械学習モデルを用い、回転同期成分強調波形を入力して転がり軸受の損傷の種類を判別するので、人間が考える処理よりも汎用的に振動ピークの規則性から軸受異常の種類を判断することが可能となる。
特に、請求項の発明によれば、上記効果に加えて、比基本周波数と比振動源回転周波数とを合わせて表示する表示手段を備えることで、数字として表示される周波数の値を用いて他の軸受診断処理を行うことが可能となる。
特に、請求項の発明によれば、上記効果に加えて、特定の比周波数の位置と回転同期成分強調波形とを合わせて表示する表示手段を備えることで、振動ピークの規則性を正しく抽出できているか否かを視覚的に把握できるため、診断結果の妥当性を容易に検証できる。また、各損傷の種類において着目すべき比周波数がわかりやすくなる。
According to the present invention, a rotation synchronization component emphasizing waveform for emphasizing a vibration component of a frequency proportional to the rotation frequency of the rotating body is calculated with respect to the measured vibration, and the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasizing waveform is calculated. Since the type of damage in the rolling bearing is determined, the type of bearing abnormality can be determined from the regularity of the vibration peak without using bearing specifications.
In particular, according to the invention of claim 3 , in addition to the above-mentioned effects, in the vibration measurement step, vibrations are measured at a plurality of different rotational frequencies, so the influence of disturbance is further reduced and the regularity of the vibration peak is captured. Since this becomes easy, the estimation accuracy of the bearing abnormality is improved.
In particular, according to the invention of claim 4 , in addition to the above effects, in the bearing damage type determination step, at least the presence or absence of the inner ring flaw, the presence or absence of the rolling element flaw, and the presence or absence of the outer ring flaw is input using the rotation synchronous component emphasis waveform. Using the machine learning model learned using teacher data with one output as the rotation synchronization component emphasis waveform is input to determine the type of damage to the rolling bearing, the vibration peak is more versatile than the process considered by humans. It is possible to determine the type of bearing abnormality from the regularity.
In particular, according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the above effects, by providing display means for displaying together the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency, using the value of the frequency displayed as a numeral Other bearing diagnosis processes can be performed.
In particular, according to the invention of claim 7 , in addition to the above effect, the regularity of the vibration peak is correctly extracted by providing the display means for displaying together the position of the specific ratio frequency and the rotation synchronization component emphasizing waveform. Since it is possible to visually grasp whether or not it has been done, it is possible to easily verify the validity of the diagnostic result. In addition, the specific frequency to be focused on in each type of damage can be easily understood.

転がり軸受の異常診断装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an abnormality diagnosis device for rolling bearings. 外輪および内輪が損傷している場合の回転同期成分強調波形である。It is a rotation synchronous component emphasis waveform when the outer ring and the inner ring are damaged. 転動体が損傷している場合の回転同期成分強調波形である。It is a rotation synchronous component emphasis waveform in case the rolling element is damaged. 異常診断方法のフローチャートである。It is a flowchart of the abnormality diagnosis method. 異常診断方法の他の例のフローチャートである。It is a flowchart of the other example of the abnormality-diagnosis method. 異常診断方法の他の例のフローチャートである。It is a flowchart of the other example of the abnormality-diagnosis method. 診断回転周波数の表示と測定開始の指令を行う画面である。This is a screen for displaying a diagnostic rotational frequency and instructing measurement start. 図4の方法による異常診断結果を表示する画面である。It is a screen on which the abnormality diagnosis result by the method of FIG. 4 is displayed. 図5の方法による異常診断結果を表示する画面である。It is a screen on which the abnormality diagnosis result by the method of FIG. 5 is displayed. 図6の方法による異常診断結果を表示する画面である。It is a screen which displays the abnormality diagnosis result by the method of FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は転がり軸受の異常診断装置を工作機械の主軸に対して取り付けて使用する場合の構成を示した機能ブロック図で、この図に基づいて具体的に説明する。
工作機械100において、主軸1が転がり軸受である軸受7を介して主軸ハウジング2に対して回転可能に取り付けられており、主軸1には加工を行うための工具3が固定されている。モータ4は主軸1を駆動する。モータ4には速度検出器5が設けられて、測定されたモータ4の回転周波数が制御装置6に入力されるようになっている。制御装置6は、速度検出器5で測定されたモータ4の回転周波数を測定者によって制御装置6に入力された指令回転周波数に保つようにモータ4へ供給する電流の制御を行っている。表示部8には、速度検出器5で測定されたモータ4の現在の回転周波数が表示される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration in the case where a rolling bearing abnormality diagnosis device is attached to a spindle of a machine tool and used, and will be specifically described based on this drawing.
In the machine tool 100, the spindle 1 is rotatably attached to the spindle housing 2 via a bearing 7 which is a rolling bearing, and a tool 3 for processing is fixed to the spindle 1. The motor 4 drives the spindle 1. The motor 4 is provided with a speed detector 5 so that the measured rotational frequency of the motor 4 is input to the controller 6. The control device 6 controls the current supplied to the motor 4 so as to maintain the rotational frequency of the motor 4 measured by the speed detector 5 at the command rotational frequency input to the control device 6 by the measurer. The display unit 8 displays the current rotational frequency of the motor 4 measured by the speed detector 5.

コンピュータを含む異常診断装置200において、振動測定手段としての振動センサ9は、工作機械100の軸受7の損傷によって生じる振動を測定可能な位置に磁力により取り付けられている。
表示手段としての表示・操作部13は、測定者が制御装置6へ入力すべき指令回転周波数や診断結果を表示するとともに、表示部8に表示されたモータ4の現在の回転周波数が表示・操作部13に表示された値と一致したか否かを測定者が判断した結果を入力する操作が可能となっている。振動センサ9で測定される振動加速度は、A/D変換部10でデジタル値に変換される。記憶部11は、表示部8に表示されたモータ4の現在の回転周波数が表示・操作部13に表示された値と一致したと測定者が判断したときから既定のデータ長となるときまでの振動加速度のデジタル値を振動測定時の回転周波数とともに記憶する。
In the abnormality diagnosis apparatus 200 including a computer, the vibration sensor 9 as a vibration measurement means is attached by magnetic force to a position where the vibration generated by the damage of the bearing 7 of the machine tool 100 can be measured.
The display / operation unit 13 as display means displays the command rotational frequency and the diagnostic result that the measurer should input to the control device 6, and the current rotational frequency of the motor 4 displayed on the display unit 8 is displayed and operated It is possible to input a result of the determination made by the measurer as to whether or not the value displayed in the section 13 matches. The vibration acceleration measured by the vibration sensor 9 is converted into a digital value by the A / D converter 10. Storage unit 11 is from when the measurer determines that the current rotational frequency of motor 4 displayed on display unit 8 matches the value displayed on display / operation unit 13 to when the predetermined data length is reached. The digital value of vibration acceleration is stored together with the rotational frequency at the time of vibration measurement.

演算部12は、記憶部11に記憶された振動測定時の回転周波数と振動加速度より、予め記憶された異常診断プログラムに基づき、乗算、フーリエ変換、絶対値の算出、内挿処理を行って、比周波数(周波数を回転周波数で割って算出される無次元量)に対する修正振動値を算出し、複数の振動測定時の回転周波数の修正振動値について比周波数毎の平均を算出することで回転同期成分強調波形を算出する。さらに、回転同期成分強調波形のピーク位置の規則性より、後述する比基本周波数と比振動源回転周波数を推定し、比振動源回転周波数の値に応じて、損傷が内輪・転動体・外輪の何れに生じているかを判断する。すなわち、演算部12は、回転同期成分強調波形算出手段と軸受損傷種類判別手段として機能する。   The calculation unit 12 performs multiplication, Fourier transform, calculation of absolute value, and interpolation processing based on the abnormality diagnosis program stored in advance from the rotational frequency and vibration acceleration at the time of vibration measurement stored in the storage unit 11. Rotation synchronization is achieved by calculating a corrected vibration value for a specific frequency (a dimensionless quantity calculated by dividing the frequency by the rotation frequency) and calculating an average for each specific frequency for the corrected vibration value of the rotational frequency at the time of plural vibration measurements. Calculate the component emphasized waveform. Furthermore, the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency to be described later are estimated from the regularity of the peak position of the rotation synchronization component enhanced waveform, and damage is caused in the inner ring / rolling element / outer ring according to the value of the specific vibration source rotational frequency. Determine where it is happening. That is, the calculation unit 12 functions as a rotation synchronization component emphasis waveform calculation unit and a bearing damage type determination unit.

軸受7において、内輪傷が存在する場合、転動体が内輪傷を通過する周波数(基本周波数)とその自然数倍の周波数の力が発生する。内輪傷の方向は主軸1の回転とともに回転するため、力の発生する方向は回転周波数で変化する。
軸受7において、転動体傷が存在する場合、転動体傷が内輪または外輪に接する周波数(基本周波数)とその自然数倍の周波数の力が発生する。傷のある転動体の位置は転動体の保持器が自転する(転動体が公転する)周波数で変化するため、力の発生する方向は転動体の保持器が自転する(転動体が公転する)周波数で変化する。保持器の自転(転動体の公転)は、主軸の回転よりも必ず遅くなるので、力の発生する方向が変化する周波数は0Hzより大きく回転周波数より小さい値となる。
軸受7において、外輪傷が存在する場合、転動体が外輪傷を通過する周波数(基本周波数)とその自然数倍の周波数の力が発生する。外輪傷の方向は主軸1の回転に依らず一定であるため、力の発生する方向は変化しない。
ここでは力の発生する方向が変化する周波数を振動源回転周波数と呼称する。力の発生する方向の変化しない場合は、振動源回転周波数が便宜上0Hzであるとみなしてよい。
In the bearing 7, when there is an inner ring flaw, a force at a frequency (basic frequency) at which the rolling element passes the inner ring flaw and a frequency that is a natural number multiple thereof is generated. Since the direction of the inner ring wound rotates with the rotation of the main shaft 1, the direction in which the force is generated changes with the rotation frequency.
In the bearing 7, when there is a rolling element flaw, a force of a frequency (basic frequency) at which the rolling element flaw contacts the inner ring or the outer ring and a frequency that is a natural number multiple thereof is generated. The position of the damaged rolling element changes at a frequency at which the rolling element cage rotates (the rolling element revolves), so the rolling element cage rotates in the direction in which force is generated (the rolling element revolves) It changes with frequency. The rotation of the cage (revolution of the rolling elements) is always slower than the rotation of the main shaft, so the frequency at which the direction in which force is generated changes is greater than 0 Hz and less than the rotation frequency.
In the bearing 7, when there is an outer ring flaw, a force at a frequency (basic frequency) at which the rolling element passes the outer ring flaw and a frequency that is a natural number multiple thereof is generated. Since the direction of the outer ring flaw is constant regardless of the rotation of the main shaft 1, the direction in which the force is generated does not change.
Here, the frequency at which the direction in which the force is generated changes is referred to as the vibration source rotational frequency. If the direction of force generation does not change, the vibration source rotational frequency may be regarded as 0 Hz for convenience.

ところで、力の発生する方向が振動源回転周波数で変化する場合、固定された座標系でその力を見ると、力の周波数(基本周波数の自然数倍)に対して、振動源回転周波数だけ前後した2つの周波数の力が生じていることになる。線形とみなせるシステムでは、力と同じ周波数の振動加速度が生じるため、固定された座標系で振動加速度を測定し、周波数分析すると、軸受が損傷している場合には、理想的には振動源回転周波数の2倍だけ離れた周波数に振動ピークの対が観測され、その2つの振動ピークの平均の周波数が、基本周波数の自然数倍となるような位置に複数観測される。この規則性を捉え、振動源回転周波数を推定することで異常の種類を判断することが可能となる。ただし、現実的には、振動を測定し周波数分析するだけでは、振動しにくい周波数の振動ピークはノイズに埋もれてしまい、この規則性を確実に捉えることは難しい。   By the way, if the direction in which the force is generated changes at the vibration source rotational frequency, looking at the force in a fixed coordinate system, the vibration source rotational frequency will be around the power frequency (natural number multiple of the fundamental frequency). Power of two different frequencies are generated. In a system that can be regarded as linear, vibrational acceleration occurs at the same frequency as the force, so vibrational acceleration is measured in a fixed coordinate system and frequency analysis indicates that if the bearing is damaged, the vibration source rotation is ideal. A pair of vibration peaks is observed at a frequency which is twice as large as the frequency, and a plurality of vibration peaks are observed at such positions that the average frequency of the two vibration peaks is a natural number multiple of the fundamental frequency. By capturing this regularity and estimating the vibration source rotational frequency, it becomes possible to determine the type of abnormality. However, in reality, only by measuring the frequency and analyzing the frequency, the vibration peak of the frequency that is hard to vibrate is buried in the noise, and it is difficult to capture this regularity with certainty.

回転に同期する軸受損傷に起因する振動は、繰り返し測定したり異なる回転周波数で測定したりしたとしても、振動の生じる周波数は常に回転周波数の定数倍である。振動の周波数の回転周波数に対する比の無次元量を比周波数と呼称することにすると、回転に同期する軸受損傷に起因する振動は、回転周波数に依らず同じ比周波数に振動ピークが観測されることになる。このため、複数回測定して平均を取ることでホワイトノイズを低減したり、複数の回転周波数で測定して比周波数毎の平均を取ることでホワイトノイズや回転に同期しない外乱成分を低減したりすることで、回転に同期した振動を強調した波形(回転同期成分強調波形)を算出することができ、軸受損傷に起因する振動ピークの規則性を捉えることが容易となる。   The vibration caused by bearing damage synchronized with rotation is always a constant multiple of the rotation frequency, even if it is measured repeatedly or measured at different rotation frequencies. When the dimensionless quantity of the ratio of the frequency of vibration to the frequency of rotation is referred to as the ratio frequency, the vibration caused by the bearing damage synchronized with the rotation has a vibration peak observed at the same ratio frequency regardless of the rotation frequency. become. Therefore, white noise can be reduced by measuring a plurality of times and taking an average, or disturbance components that are not synchronized with white noise and rotation can be reduced by taking an average for each specific frequency by measuring at a plurality of rotational frequencies. By doing this, it is possible to calculate a waveform (rotation synchronization component emphasis waveform) emphasizing the vibration synchronized with the rotation, and it becomes easy to grasp the regularity of the vibration peak caused by the bearing damage.

複数の回転周波数で測定する場合、振動の基本周波数と振動源回転周波数とをそれぞれ回転周波数で除算して得られる無次元量の比基本周波数と比振動源回転周波数とを用いた方が議論しやすい。但し、比基本周波数は、軸受の構造によって様々な値をとるため、例えばある軸受の内輪傷の比基本周波数が別の軸受の外輪傷の比基本周波数と同じ大きさとなることもある。このため、比基本周波数の値に着目しても軸受の異常の種類を判別することは不可能である。しかし、前述したように、振動源回転周波数は、軸受損傷の種類によって回転周波数の何倍となるかが異なり、その大小関係に逆転が起こることはない。よって、比振動源回転周波数に換算すると、内輪損傷の場合は1、転動体損傷の場合は、後述する回転周波数に対する転動体公転の比の取りうる範囲の値(工作機械主軸に用いられる軸受の場合には0.45前後の値が多い)、外輪損傷の場合は0となる。   When measuring with multiple rotational frequencies, it is better to use the ratio fundamental frequency of the dimensionless quantity obtained by dividing each of the fundamental frequency of vibration and the vibration source rotational frequency by the rotational frequency and the relative vibration source rotational frequency. Cheap. However, since the ratio fundamental frequency takes various values depending on the structure of the bearing, for example, the ratio fundamental frequency of the inner ring flaw of one bearing may be the same magnitude as the ratio fundamental frequency of the outer ring flaw of another bearing. For this reason, it is impossible to determine the type of bearing abnormality even when focusing on the value of the ratio fundamental frequency. However, as described above, depending on the type of bearing damage, the vibration source rotational frequency differs depending on what the rotational frequency is, and no reversal occurs in the magnitude relationship. Therefore, when converted to the specific vibration source rotational frequency, 1 in the case of inner ring damage, and in the case of rolling element damage, values in the range that can be taken of the ratio of rolling element revolution to rotating frequency described later In the case, there are many values around 0.45), and it becomes 0 in the case of the outer ring damage.

図2に外輪および内輪が損傷している場合の回転同期成分強調波形、図3に転動体が損傷している場合の回転同期成分強調波形を示す。これらの図に基づいて、軸受損傷の種類毎の振動ピーク位置の規則性を説明する。なお、図2において、内輪損傷時の振動ピークに関連する箇所は破線で、外輪損傷時の振動ピークに関連する箇所は実線で、注釈を記した。図3において、転動体損傷時の振動ピークに関連する箇所は実線で注釈を記した。   FIG. 2 shows a rotation synchronization component emphasis waveform when the outer ring and the inner ring are damaged, and FIG. 3 shows a rotation synchronization component emphasis waveform when the rolling element is damaged. The regularity of the vibration peak position for each type of bearing damage will be described based on these figures. In addition, in FIG. 2, the location relevant to the vibration peak at the time of inner ring damage is a broken line, and the location relevant to the vibration peak at the time of outer ring damage is a solid line, and the annotation is described. In FIG. 3, the points related to the vibration peak at the time of rolling element damage are noted with a solid line.

内輪損傷があると、図2に示すように、同一の比振動源回転周波数(=1)の2倍だけ離れた2本の振動ピーク(ピーク対)が複数箇所に存在する。さらに、それぞれのピーク対の平均の比周波数は必ず比基本周波数の自然数倍となるため、比基本周波数が未知であっても、ピーク対の平均の比周波数が自然数比となっていることを確認することで内輪損傷による振動ピークであると確信することができる。
外輪損傷があると、図2に示すように、比周波数の比が自然数比となるような振動ピークが複数箇所に存在する。軸受の比基本周波数は自然数とならないように設計されることが一般的であるため、さらにそれらの振動ピークの比周波数のいくつかが自然数でなければ、比基本周波数が自然数でないと推測できるため、外輪損傷による振動ピークであると確信することができる。
転動体損傷があると、図3に示すように、同一の比振動源回転周波数の2倍だけ離れた2本の振動ピーク(ピーク対)が複数箇所に存在する。さらに、それぞれのピーク対の平均の比周波数は必ず比基本周波数の自然数倍となるため、比基本周波数が未知であっても、ピーク対の平均の比周波数が自然数比となっていることを確認することで転動体損傷による振動ピークであると確信することができる。なお、比振動源回転周波数の値は必ず1より小さい値となるため、内輪損傷との識別が可能である。
When the inner ring is damaged, as shown in FIG. 2, two vibration peaks (peak pairs) separated by twice the same specific vibration source rotational frequency (= 1) exist at a plurality of places. Furthermore, since the specific frequency of the average of each peak pair is always a natural number multiple of the ratio fundamental frequency, even if the ratio fundamental frequency is unknown, the ratio frequency of the average of the peak pair is a natural number ratio It can be convinced that it is the vibration peak by inner ring damage by confirming.
When the outer ring is damaged, as shown in FIG. 2, vibration peaks are present at a plurality of places such that the ratio of the specific frequency becomes a natural number ratio. It is generally designed that the relative fundamental frequency of bearings is not a natural number, and furthermore, if some of the relative frequencies of their vibration peaks are not natural numbers, it can be inferred that the relative fundamental frequency is not a natural number. It can be convinced that it is the vibration peak due to the outer ring damage.
When the rolling element is damaged, as shown in FIG. 3, two vibration peaks (peak pairs) separated by twice the same specific vibration source rotational frequency exist at a plurality of places. Furthermore, since the specific frequency of the average of each peak pair is always a natural number multiple of the ratio fundamental frequency, even if the ratio fundamental frequency is unknown, the ratio frequency of the average of the peak pair is a natural number ratio It can be convinced that it is the vibration peak by rolling element damage by confirming. In addition, since the value of the specific vibration source rotational frequency is always smaller than 1, discrimination from inner ring damage is possible.

図4は、転がり軸受の異常診断を行う方法のフローチャートを示したものであり、このフローチャートに基づいて具体的に説明する。
まず、予め登録されている診断回転周波数の全条件のうちの1つが表示・操作部13に図7のように表示される(S1)。
次に、診断装置の使用者は、表示された診断回転周波数を制御装置6へ指令する(S2)。
次に、診断装置の使用者は、表示部8を確認して、診断対象の軸受に支持された回転体が表示・操作部13に表示された回転周波数で回転しているかを判断し、一致している場合には表示・操作部13より測定開始を指令する(S3)。
すると、異常診断装置200では、振動加速度を測定して記録し(S4)、必要なデータ長となったら測定完了と判断してS6へ移行する(S5)。S6では、振動測定時の回転周波数と振動加速度とを対応付けて記録する。
S7で、予め登録されている診断回転周波数の全条件の測定が完了しているかを判断し、全条件の測定が完了していればS8へ移行する。完了してない場合にはS1に戻り、測定が完了していない別の診断回転周波数を表示する。ここでのS4〜S7までが振動測定ステップとなる。
FIG. 4 shows a flowchart of a method of diagnosing a rolling bearing abnormality, which will be specifically described based on the flowchart.
First, one of all the conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is displayed on the display / operation unit 13 as shown in FIG. 7 (S1).
Next, the user of the diagnostic device commands the displayed diagnostic rotational frequency to the control device 6 (S2).
Next, the user of the diagnostic apparatus checks the display unit 8 to determine whether the rotating body supported by the bearing to be diagnosed is rotating at the rotational frequency displayed on the display / operation unit 13 If it does, the start of measurement is instructed from the display / operation unit 13 (S3).
Then, the abnormality diagnosis apparatus 200 measures and records the vibration acceleration (S4), determines that the measurement is completed when the required data length is reached, and shifts to S6 (S5). In S6, the rotational frequency and vibration acceleration at the time of vibration measurement are correlated and recorded.
In S7, it is determined whether measurement of all conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is completed, and if measurement of all conditions is completed, the process proceeds to S8. If not completed, the process returns to S1 to display another diagnostic rotational frequency whose measurement has not been completed. Steps S4 to S7 here are vibration measurement steps.

S8では、まず振動加速度をフーリエ変換し振幅スペクトル密度を算出する。次に、振幅スペクトル密度の絶対値を測定時の角周波数(測定時の回転周波数に、2と円周率を乗算した値)の2乗で除算して修正振動値を算出する。修正振動値の比周波数が等しい周波数成分を複数の回転周波数でそれぞれ平均を算出することで回転同期成分強調波形を算出する(回転同期成分強調波形算出ステップ)。なお、比周波数分解能が一致しない場合には補間処理を行って比周波数分解能を統一して平均を算出する。
次に、S9では、比基本周波数と比振動源回転周波数とを仮定し、回転同期成分強調波形の比基本周波数×自然数±比振動源回転周波数の位置に振動ピークが存在するかそれぞれ判断する。ある比周波数に振動ピークが存在するか否かの判断は、回転同期成分強調波形と回転同期成分強調波形の移動平均を比較し、回転同期成分強調波形の値の方が大きければ、その比周波数には振動ピークが存在すると判断すればよい。そして、比基本周波数×自然数±比振動源回転周波数の位置に振動ピークが存在した割合(一致率)を算出する。
In S8, first, the vibration acceleration is subjected to Fourier transform to calculate an amplitude spectral density. Next, a corrected vibration value is calculated by dividing the absolute value of the amplitude spectral density by the square of the angular frequency at measurement (the rotational frequency at measurement multiplied by 2 and the ratio of the circle). The rotation synchronization component emphasized waveform is calculated by calculating the average of the frequency components having the same relative frequency of the corrected vibration value at a plurality of rotation frequencies (rotation synchronization component emphasis waveform calculation step). If the relative frequency resolutions do not match, interpolation processing is performed to unify the relative frequency resolutions to calculate an average.
Next, in S9, assuming the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency, it is determined whether or not there is a vibration peak at the position of ratio basic frequency × natural number ± specific vibration source rotational frequency of the rotation synchronization component emphasis waveform. The judgment as to whether or not a vibration peak exists in a specific frequency is made by comparing the moving average of the rotation synchronization component emphasis waveform and the rotation synchronization component emphasis waveform, and if the value of the rotation synchronization component emphasis waveform is larger, the relative frequency It may be determined that a vibration peak exists in Then, a ratio (a coincidence ratio) in which a vibration peak exists at the position of the ratio fundamental frequency × natural number ± specific vibration source rotational frequency is calculated.

次に、S10では、既定された探索範囲の比基本周波数と比振動源回転周波数との組み合わせについて全て探索完了しているか判断し、完了していればS11へ移行する。
S11では、一致率が既定のしきい値以上である比基本周波数と比振動源回転周波数について、比振動源回転周波数の値に応じて軸受異常の種類(内輪損傷、転動体損傷、外輪損傷)を判断する。ここでのS9〜S11までが軸受損傷種類判別ステップとなる。
そして、S12では、図8に示すような診断結果を表示・操作部13に表示する。ここでは比振動源回転周波数が外輪に対応する0、内輪に対応する1の場合に一致率が高く算出されたため、外輪と内輪とが損傷している可能性ありと表示される。
Next, in S10, it is determined whether the search of all combinations of the ratio fundamental frequency of the predetermined search range and the specific vibration source rotational frequency is completed, and if completed, the process proceeds to S11.
In S11, types of bearing abnormalities (inner ring damage, rolling element damage, outer ring damage) according to the value of the specific vibration source rotational frequency for the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency whose coincidence rate is equal to or higher than the predetermined threshold To judge. S9 to S11 here are bearing damage type determination steps.
Then, in S12, the diagnostic result as shown in FIG. Here, since the coincidence rate is calculated to be high when the specific vibration source rotational frequency is 0 corresponding to the outer ring and 1 corresponding to the inner ring, it is displayed that the outer ring and the inner ring may be damaged.

図5は、転がり軸受の異常診断を行う他の方法のフローチャートを示したものであり、このフローチャートに基づいて具体的に説明する。
S1〜S8までは図4の方法と同じである。まず、予め登録されている診断回転周波数の全条件のうちの1つが表示・操作部13に図7のように表示される(S1)。診断装置の使用者は、表示された診断回転周波数を制御装置6へ指令する(S2)。診断装置の使用者は、表示部8を確認して、診断対象の軸受に支持された回転体が表示・操作部13に表示された回転周波数で回転しているかを判断し、一致している場合には表示・操作部13より測定開始を指令する(S3)。振動加速度を測定して記録し(S4)、必要なデータ長となったら測定完了と判断してS6へ移行する(S5)。振動測定時の回転周波数と振動加速度を対応付けて記録する(S6)。予め登録されている診断回転周波数の全条件の測定が完了しているかを判断し、全条件の測定が完了していればS8へ移行する。完了してない場合にはS1に戻り、測定が完了していない別の診断回転周波数を表示する。
S8では、まず振動加速度をフーリエ変換し振幅スペクトル密度を算出する。振幅スペクトル密度の絶対値を測定時の角周波数(測定時の回転周波数に、2と円周率を乗算した値)の2乗で除算して修正振動値を算出する。修正振動値の比周波数が等しい周波数成分を複数の回転周波数で平均を算出することで回転同期成分強調波形を算出する。なお、比周波数分解能が一致しない場合には補間処理を行って比周波数分解能を統一して平均を算出する。
FIG. 5 shows a flowchart of another method for diagnosing a rolling bearing abnormality, which will be specifically described based on this flowchart.
Steps S1 to S8 are the same as the method of FIG. First, one of all the conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is displayed on the display / operation unit 13 as shown in FIG. 7 (S1). The user of the diagnostic device commands the displayed diagnostic rotational frequency to the control device 6 (S2). The user of the diagnostic apparatus checks the display unit 8 to determine whether the rotating body supported by the bearing to be diagnosed is rotating at the rotational frequency displayed on the display / operation unit 13 and agrees. In the case, the start of measurement is instructed from the display / operation unit 13 (S3). The vibration acceleration is measured and recorded (S4), and when the required data length is reached, it is determined that the measurement is completed, and the process proceeds to S6 (S5). The rotational frequency at the time of vibration measurement and vibration acceleration are correlated and recorded (S6). It is determined whether measurement of all conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is completed, and if measurement of all conditions is completed, the process proceeds to S8. If not completed, the process returns to S1 to display another diagnostic rotational frequency whose measurement has not been completed.
In S8, first, the vibration acceleration is subjected to Fourier transform to calculate an amplitude spectral density. The corrected vibration value is calculated by dividing the absolute value of the amplitude spectral density by the square of the angular frequency at the time of measurement (the value obtained by multiplying the rotational frequency at the time of measurement by 2 and the circle ratio). The rotation synchronization component emphasized waveform is calculated by calculating the average of the frequency components with the same relative frequency of the corrected vibration value at a plurality of rotation frequencies. If the relative frequency resolutions do not match, interpolation processing is performed to unify the relative frequency resolutions to calculate an average.

そして、S109では、まず振動ピークが存在すると判断された比周波数を4つ選択する。ある比周波数に振動ピークが存在するか否かの判断は、回転同期成分強調波形と回転同期成分強調波形の移動平均とを比較し、回転同期成分強調波形の値の方が大きければ、その比周波数には振動ピークが存在すると判断すればよい。
次に、S110では、選択された4つの振動ピークの比周波数F、F、F、Fと、公約数を持たない異なる自然数N、Nとの組み合わせが以下の数1および数2の関係式を満たすか否かを判断する。なお、F、F、F、Fには同一の比周波数が選ばれても良い(FとF、FとFがそれぞれ同一の比周波数のときに外輪損傷の振動ピークを検出できる)。
Then, in S109, first, four relative frequencies determined to have vibration peaks are selected. The judgment as to whether or not a vibration peak exists at a specific frequency is made by comparing the rotation synchronization component emphasis waveform with the moving average of the rotation synchronization component emphasis waveform, and if the value of the rotation synchronization component emphasis waveform is larger, the ratio It may be determined that a vibration peak exists in the frequency.
Next, in S110, combinations of the specific frequencies F 1 , F 2 , F 3 , and F 4 of the four selected vibration peaks and different natural numbers N 1 and N 2 having no common divisor are the following It is determined whether the relational expression of Equation 2 is satisfied. Incidentally, the vibration of the F 1, F 2, F 3 , the outer ring damaged when may be chosen the same ratio frequency (F 1 and F 2, F 3 and F 4 are identical ratio frequency Each of the F 4 Peak can be detected).

Figure 0006507297
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Figure 0006507297
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S110の判別で、4つの振動ピークの比周波数F、F、F、Fと、公約数を持たない異なる自然数N、Nの組み合わせが数1および数2の関係式を満たす場合、S111へ移行し、関係式を満たさない場合、S109に戻って異なる比周波数を4つ選択してS110の判別を再度行う。
S111では、まず数1および数2の関係式を満たす振動ピークの比周波数の組み合わせについて、以下の数3、数4より比基本周波数R、比振動源回転周波数Rを算出する。
In the discrimination of S110, the combination of the specific frequencies F 1 , F 2 , F 3 and F 4 of four vibration peaks and different natural numbers N 1 and N 2 having no common divisor satisfies the relational expressions of the numbers 1 and 2 In the case, the process proceeds to step S111, and if the relational expression is not satisfied, the process returns to step S109, four different specific frequencies are selected, and the determination in step S110 is performed again.
In S111, first, the ratio fundamental frequency R 0 and the relative vibration source rotational frequency R 1 are calculated from the following Equation 3 and Equation 4 for the combination of the specific frequencies of the vibration peaks that satisfy the relational expressions of Equations 1 and 2.

Figure 0006507297
Figure 0006507297
Figure 0006507297
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そして、算出した比振動源回転周波数Rの値に応じて軸受異常の種類(内輪損傷、転動体損傷、外輪損傷)を判断し、S112で、図9に示すような診断結果を表示・操作部13に表示する。ここでは比振動源回転周波数が転動体に対応する0.45と算出されたため、転動体が損傷している可能性ありと表示される。ここでのS109〜S111が軸受損傷種類判別ステップとなる。 Then, the type of bearing abnormality (inner ring damage, rolling element damage, outer ring damage) is determined according to the calculated value of the specific vibration source rotational frequency R 1 , and the diagnosis result as shown in FIG. Display on section 13. Here, since the specific vibration source rotational frequency is calculated to be 0.45 corresponding to the rolling element, it is displayed that the rolling element may be damaged. S109 to S111 here are bearing damage type determination steps.

図6は、機械学習を用いて転がり軸受の異常診断を行う他の方法のフローチャートを示したものであり、このフローチャートに基づいて具体的に説明する。
ここでは軸受異常が既知の軸受について後述する方法で算出される回転同期成分強調波形を入力とし、内輪損傷がある(1)か否か(0)、転動体損傷がある(1)か否か(0)、外輪損傷がある(1)か否か(0)、を出力とする教師データを用いて外部の学習器(図1に図示しない)において、予め機械学習させておき、学習済み数理モデルを図1の演算部12に備えている。数理モデルの形態としては、例えば、多層ニューラルネットワークなどを用いることができる。軸受異常が既知の軸受について評価用データ(回転同期成分強調波形)の値を入力した場合の出力の分布より、内輪、転動体、外輪が異常か否かを判断するしきい値を予め決定しておき、演算部12に備えている。
FIG. 6 shows a flowchart of another method for diagnosing abnormality of a rolling bearing using machine learning, which will be specifically described based on this flowchart.
Here, a rotation synchronization component emphasis waveform calculated by a method described later for a bearing whose bearing abnormality is known is input, and inner ring damage (1) or not (0), rolling element damage (1) or not (0), whether there is outer ring damage (1) or not (0), machine learning is performed in advance in an external learning device (not shown in FIG. 1) using teacher data as an output. The model is provided in the calculation unit 12 of FIG. For example, a multi-layered neural network can be used as the form of the mathematical model. Based on the distribution of output when the value of evaluation data (rotation synchronization component emphasis waveform) is input for a bearing whose bearing abnormality is known, the threshold value used to determine whether the inner ring, rolling elements, and outer ring are abnormal is determined in advance. It is provided in the calculation unit 12.

S1〜S8までは図4の方法と同じである。予め登録されている診断回転周波数の全条件のうちの1つが表示・操作部13に図7のように表示される(S1)。診断装置の使用者は、表示された診断回転周波数を制御装置6へ指令する(S2)。診断装置の使用者は、表示部8を確認して、診断対象の軸受に支持された回転体が表示・操作部13に表示された回転周波数で回転しているかを判断し、一致している場合には表示・操作部13より測定開始を指令する(S3)。振動加速度を測定して記録し(S4)、必要なデータ長となったら測定完了と判断してS6へ移行する(S5)。振動測定時の回転周波数と振動加速度を対応付けて記録する(S6)。予め登録されている診断回転周波数の全条件の測定が完了しているかを判断し、全条件の測定が完了していればS8へ移行する。完了してない場合にはS1に戻り、測定が完了していない別の診断回転周波数を表示する。
S8では、まず振動加速度をフーリエ変換し振幅スペクトル密度を算出する。振幅スペクトル密度の絶対値を測定時の角周波数(測定時の回転周波数に、2と円周率を乗算した値)の2乗で除算して修正振動値を算出する。修正振動値の比周波数が等しい周波数成分を複数の回転周波数で平均を算出することで回転同期成分強調波形を算出する。回転同期成分強調波形と回転同期成分強調波形の移動平均を比較し、回転同期成分強調波形の値の方が大きければ、その比周波数には振動ピークが存在すると判断する。なお、比周波数分解能が一致しない場合には補間処理を行って比周波数分解能を統一して平均を算出する。
Steps S1 to S8 are the same as the method of FIG. One of all conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is displayed on the display / operation unit 13 as shown in FIG. 7 (S1). The user of the diagnostic device commands the displayed diagnostic rotational frequency to the control device 6 (S2). The user of the diagnostic apparatus checks the display unit 8 to determine whether the rotating body supported by the bearing to be diagnosed is rotating at the rotational frequency displayed on the display / operation unit 13 and agrees. In the case, the start of measurement is instructed from the display / operation unit 13 (S3). The vibration acceleration is measured and recorded (S4), and when the required data length is reached, it is determined that the measurement is completed, and the process proceeds to S6 (S5). The rotational frequency at the time of vibration measurement and vibration acceleration are correlated and recorded (S6). It is determined whether measurement of all conditions of the diagnostic rotational frequency registered in advance is completed, and if measurement of all conditions is completed, the process proceeds to S8. If not completed, the process returns to S1 to display another diagnostic rotational frequency whose measurement has not been completed.
In S8, first, the vibration acceleration is subjected to Fourier transform to calculate an amplitude spectral density. The corrected vibration value is calculated by dividing the absolute value of the amplitude spectral density by the square of the angular frequency at the time of measurement (the value obtained by multiplying the rotational frequency at the time of measurement by 2 and the circle ratio). The rotation synchronization component emphasized waveform is calculated by calculating the average of the frequency components with the same relative frequency of the corrected vibration value at a plurality of rotation frequencies. The moving averages of the rotation synchronization component emphasized waveform and the rotation synchronization component emphasized waveform are compared, and if the value of the rotation synchronization component emphasized waveform is larger, it is determined that a vibration peak is present in the relative frequency. If the relative frequency resolutions do not match, interpolation processing is performed to unify the relative frequency resolutions to calculate an average.

そして、S209では、回転同期成分強調波形を学習済み数理モデルに入力し、内輪損傷があるか否か、転動体損傷があるか否か、外輪損傷があるか否か、の出力値をそれぞれ算出する(軸受損傷種類判別ステップ)。
S209で、それぞれの出力値の値が予め設定されたしきい値を超過していれば異常と判断し、S210で、図10に示すような診断結果を表示・操作部13に表示する。図10には、学習済み数理モデルに入力する回転同期成分強調波形がグラフとして、学習済み数理モデルからの出力値、異常か否かを判断するしきい値、異常か否かを判断した判定結果が表示されている。
Then, in S209, the rotation synchronization component emphasis waveform is input to the learned mathematical model, and the output values of whether or not the inner ring is damaged, whether the rolling element is damaged, and whether the outer ring is damaged are calculated. Yes (bearing damage type identification step).
If the value of each output value exceeds the preset threshold value in S209, it is judged as abnormal, and the diagnostic result as shown in FIG. 10 is displayed on the display / operation unit 13 in S210. In FIG. 10, the output value from the learned mathematical model, the threshold value for judging whether it is abnormal, and the judgment result whether it is abnormal or not are judged as graphs as the rotation synchronization component emphasis waveform input to the learned mathematical model. Is displayed.

このように、上記各形態の異常診断方法及び異常診断装置200、異常診断プログラムによれば、測定した振動に対し、主軸1の回転周波数に比例した周波数の振動成分を強調する回転同期成分強調波形を算出し、回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて軸受7における損傷の種類を判別するので、軸受諸元を用いることなく振動ピークの規則性から軸受異常の種類を判断することが可能となる。
また、本発明では、比基本周波数と比振動源回転周波数が推定されているので基本周波数や特徴周波数の算出が行える。このため、基本周波数や特徴周波数を算出するために軸受諸元を利用する必要があった従来の診断技術の診断を行うことも可能となる。ある回転周波数における基本周波数が必要な場合は、比基本周波数の値に回転周波数を乗算することで算出することが可能である。ある回転周波数における、転動体の保持器が自転する(転動体が公転する)周波数が必要な場合には、転動体損傷と判断された比基本周波数と比振動源回転周波数の組み合わせの比振動源回転周波数の値に回転周波数を乗算することで算出することが可能である。
As described above, according to the abnormality diagnosis method and the abnormality diagnosis apparatus 200 of the above-described embodiments and the abnormality diagnosis program, a rotation synchronization component emphasis waveform emphasizing a vibration component of a frequency proportional to the rotation frequency of the spindle 1 with respect to the measured vibration. Since the type of damage in the bearing 7 is determined based on the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasis waveform, the type of bearing abnormality is determined from the regularity of the vibration peak without using bearing specifications. It becomes possible.
Further, in the present invention, since the ratio fundamental frequency and the specific vibration source rotational frequency are estimated, the fundamental frequency and the characteristic frequency can be calculated. For this reason, it is also possible to diagnose the conventional diagnostic technology in which it is necessary to use bearing specifications to calculate the fundamental frequency and the characteristic frequency. If the fundamental frequency at a certain rotational frequency is required, it can be calculated by multiplying the value of the ratio fundamental frequency by the rotational frequency. A specific vibration source of a combination of a ratio fundamental frequency determined as rolling element damage and a specific vibration source rotational frequency when a frequency at which a rolling element cage rotates (a rolling element revolves) at a certain rotation frequency is required It is possible to calculate by multiplying the value of the rotational frequency by the rotational frequency.

特にここでは、振動測定ステップでは、異なる複数の回転周波数で振動を測定し、回転同期成分強調波形算出ステップでは、振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ算出し、回転周波数に対する振動の周波数の倍率(比周波数)が同じ成分について振動の大きさの平均をとるようにしている(S8)ので、さらに外乱の影響が低減されて、振動ピークの規則性を捉え易くなるため、軸受異常の推定精度が向上する。   Particularly in this case, in the vibration measurement step, the vibration is measured at a plurality of different rotational frequencies, and in the rotation synchronization component emphasized waveform calculation step, the vibration is frequency analyzed to calculate the magnitude of the vibration for each frequency. Since the magnification of vibration frequency (specific frequency) is equal to the average of vibration magnitude for the same component (S8), the influence of disturbance is further reduced and it becomes easy to capture the regularity of the vibration peak. The estimation accuracy of the bearing abnormality is improved.

また、図6に示す異常診断方法では、回転同期成分強調波形を入力とし、内輪傷の有無、転動体傷の有無、外輪傷の有無の少なくともひとつを出力とする教師データを用いて学習した機械学習モデルを用い、回転同期成分強調波形を入力して軸受損傷の種類を判別するので、人間が考える処理よりも汎用的に振動ピークの規則性から軸受異常の種類を判断することが可能となる。
そして、異常診断装置200では、軸受損傷に対応する比基本周波数と比振動源回転周波数とを合わせて表示・操作部13に表示するので、数字として表示される周波数の値を用いて他の軸受診断処理を行うことが可能となる。
さらにここでは、特定の比周波数の位置と回転同期成分強調波形とを合わせて表示・操作部13に表示するので、振動ピークの規則性を正しく抽出できているか否かを視覚的に把握できるため、診断結果の妥当性を容易に検証できる。また、各損傷の種類において着目すべき比周波数がわかりやすくなる。
Further, in the abnormality diagnosis method shown in FIG. 6, a machine learned using teacher data having as input the rotation synchronization component emphasis waveform, and outputting at least one of the presence or absence of the inner ring flaw, the presence or absence of the rolling body flaw, and the presence or absence of the outer ring flaw. Since the type of bearing damage is determined by inputting the rotation synchronization component emphasis waveform using a learning model, it is possible to determine the type of bearing abnormality from the regularity of vibration peak more generally than the process considered by humans. .
Then, in the abnormality diagnosis apparatus 200, since the ratio fundamental frequency corresponding to the bearing damage and the specific vibration source rotational frequency are displayed on the display / operation unit 13, the other bearing is used using the value of the frequency displayed as a numeral. It is possible to perform diagnostic processing.
Furthermore, here, since the position of the specific ratio frequency and the rotation synchronization component emphasizing waveform are combined and displayed on the display / operation unit 13, it is possible to visually grasp whether or not the regularity of the vibration peak can be correctly extracted. The validity of the diagnostic results can be easily verified. In addition, the specific frequency to be focused on in each type of damage can be easily understood.

なお、上記各例では、診断対象の軸受に支持された回転体の回転周波数を直接指令可能な例を示したが、ベルトを介して工作機械主軸を回転させるモータの支持軸受を診断する場合は、減速比を考慮して、モータの支持軸受の回転周波数が診断周波数となるように指定してやればよい。
また、表示・操作部13に表示された診断回転周波数に診断対象の軸受の回転周波数を合わせることで、振動加速度と回転周波数を対応付けて記憶する方法を示したが、診断対象の軸受の回転周波数を表示・操作部13より診断装置の使用者が入力する方法や、異常診断装置200が速度検出器5の情報を直接取り込めるようにする方法でもよい。
さらに、回転周波数(単位はHzを用いることが多い)と回転速度(工作機械主軸では、単位min−1が用いられることが多い)は、1Hz=60min−1の関係がある同一の量であり、どちらを用いてもよい。
In each of the above examples, an example is shown in which the rotational frequency of the rotating body supported by the bearing to be diagnosed can be directly instructed. However, when diagnosing a support bearing of a motor that rotates a machine tool spindle via a belt The rotational frequency of the support bearing of the motor may be designated to be the diagnostic frequency in consideration of the reduction ratio.
In addition, by matching the rotational frequency of the bearing to be diagnosed with the diagnostic rotational frequency displayed on the display / operation unit 13, the method of storing the vibration acceleration and the rotational frequency in association with each other has been shown. The frequency may be input by the user of the diagnostic device from the display / operation unit 13 or may be a method by which the abnormality diagnostic device 200 can directly capture the information of the speed detector 5.
Furthermore, the rotational frequency (often the unit is Hz) and the rotational speed (in the machine tool spindle, the unit min -1 is often used) are the same quantities in the relationship of 1 Hz = 60 min -1 . You may use either.

一方、すべりのない場合の回転周波数に対する転動体公転周波数の比(転動体異常の場合の比振動源回転周波数R)は、転動体直径d、ピッチ円直径D、接触角αを用いて、以下の数5で表現される。 On the other hand, using the rolling element diameter d, the pitch circle diameter D, and the contact angle α, the ratio of the rolling element revolution frequency to the rotational frequency in the absence of slip (specific vibration source rotational frequency R 1 in the case of rolling element abnormality) It is expressed by the following equation 5.

Figure 0006507297
Figure 0006507297

数5より、転動体異常の場合の比振動源回転周波数はピッチ円直径に対する転動体直径の比が大きいほど小さくなることがわかる。転がり軸受を構成する上で最低3個の転動体が必要となるので、3個の転動体を密に並べた構造の軸受においてピッチ円直径に対する転動体直径の比が最大となるため、幾何学的な比振動源回転周波数の下限値は、(1−√3÷2)÷2≒0.0669である。数5より、転動体直径を無限小にした場合が、転動体異常の場合の比振動源回転周波数が最大となることがわかる。このため、幾何学的には、比振動源回転周波数の上限値は0.5である。転動体異常の場合の比振動源回転周波数がとり得る範囲は、最も広く見積もっても(1−√3÷2)÷2以上から0.5以下である。
工作機械主軸に用いられる軸受の場合、転動体異常の場合の比振動源回転周波数は0.45前後であるため、仮定する比振動源回転周波数は0、0.4以上0.5以下、1とするなどさらに限定して探索を行ってもよい。
From equation 5, it can be seen that the specific vibration source rotational frequency in the case of rolling element abnormality decreases as the ratio of the rolling element diameter to the pitch circle diameter increases. Since at least three rolling elements are required to form a rolling bearing, the ratio of the rolling element diameter to the pitch circle diameter is maximized in a bearing having a structure in which three rolling elements are closely arranged. The lower limit value of the specific vibration source rotational frequency is (1−√3 ÷ 2) ÷ 2 ÷ 0.0669. From equation 5, it can be seen that when the rolling element diameter is made infinitesimal, the specific vibration source rotational frequency in the case of rolling element abnormality becomes maximum. Therefore, geometrically, the upper limit value of the relative vibration source rotational frequency is 0.5. The range which can be taken by the specific vibration source rotational frequency in the case of the rolling element abnormality is (1− ÷ 3 ÷ 2) / 2 or more and 0.5 or less at the widest estimate.
In the case of a bearing used for a machine tool spindle, the specific vibration source rotational frequency in the case of rolling element abnormality is around 0.45, so the assumed specific vibration source rotational frequency is 0, 0.4 or more and 0.5 or less, 1 The search may be further limited, for example.

また、複数の回転周波数で測定した振動加速度から回転同期成分強調波形を算出する際に、測定時の角周波数(測定時の回転周波数に、2と円周率を乗算した値)の2乗で除算する処理を入れる例を示しているが、回転体の回転周波数に比例した周波数の振動成分を強調し、振動ピークの抽出を容易に行えるようにする目的が達せられるのであれば省略してもよいし、別の処理を追加しても良い。
さらに、比周波数、比基本周波数、比振動源回転周波数、これらの値と比較される値、の全てに同一の値を乗算しても、全く同じ議論が成立する。つまり、例えば比振動源回転周波数が1と一致するか否かを判断することは、比振動源回転周波数×30Hzが1×30Hzと一致するか否かを判断することと同義である。
Also, when calculating a rotation synchronization component emphasis waveform from vibration acceleration measured at a plurality of rotation frequencies, the square frequency of the angular frequency at measurement (the value obtained by multiplying the rotation frequency at measurement by 2 and the circle ratio) Although an example of dividing processing is shown, it is possible to emphasize the vibration component of the frequency proportional to the rotation frequency of the rotating body and omit it if the purpose of enabling easy extraction of the vibration peak can be achieved. You may add another process.
Furthermore, the same argument holds true even if all of the relative frequency, relative fundamental frequency, relative vibration source rotational frequency, and values to be compared with these values are multiplied by the same value. That is, for example, determining whether or not the specific vibration source rotational frequency matches 1 is equivalent to determining whether or not the specific vibration source rotational frequency × 30 Hz matches 1 × 30 Hz.

その他、本実施例では、工作機械と異常診断装置とを別体で示しているが、異常診断装置を制御装置に内蔵しても良い。
また、異常診断装置を複数の工作機械と有線或いは無線で通信可能とし、工作機械側で振動を測定してデータを取得しつつ、異常診断プログラムに基づいて異常診断方法を各工作機械毎に実行するようにしてもよい。さらに、振動の測定から異常診断までを連続して行う場合に限らず、振動の測定データを記憶部に保存しておき、所定のタイミングで異常診断プログラムによる異常診断を行うようにしても差し支えない。
Besides, in the present embodiment, the machine tool and the abnormality diagnosis device are shown separately, but the abnormality diagnosis device may be incorporated in the control device.
Also, the abnormality diagnosis device can communicate with multiple machine tools by wire or wireless, measure vibration on the machine tool side and acquire data, and execute the abnormality diagnosis method for each machine tool based on the abnormality diagnosis program. You may do it. Furthermore, the measurement data of the vibration may be stored in the storage unit and the abnormality diagnosis may be performed by the abnormality diagnosis program at a predetermined timing without being limited to the case of continuously performing the measurement of the vibration to the abnormality diagnosis. .

1・・主軸、2・・主軸ハウジング、3・・工具、4・・モータ、5・・速度検出器、6・・制御装置、7・・軸受、8・・表示部、9・・振動センサ、10・・A/D変換器、11・・記憶部、12・・演算部、13・・表示・操作部、100・・工作機械、200・・異常診断装置。   1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · speed control device · · · · control unit · · · · · · · · · display unit, 9 · · · vibration sensor 10... A / D converter, 11 .. storage unit, 12 .. arithmetic unit, 13 .. display and operation unit, 100 .. machine tool, 200 .. abnormality diagnosis device.

Claims (8)

回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する方法であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定ステップと、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出ステップと、
前記回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて、前記転がり軸受において力の発生する方向が変化する周波数である振動源回転周波数と前記回転周波数との比である比振動源回転周波数を推定し、前記比振動源回転周波数の値が1の場合には、前記転がり軸受の内輪損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が前記転がり軸受の転動体の公転周波数を前記回転周波数で除算した値のとり得る範囲である場合には、前記転動体の損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が0の場合には、前記転がり軸受の外輪損傷と判断する軸受損傷種類判別ステップと、
を実行することを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
A method of diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body, the method comprising:
A vibration measurement step of measuring the vibration of the rotating body a plurality of times ;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency A rotation synchronization component emphasis waveform calculation step of calculating an average of the ratio frequencies for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
Based on the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasis waveform , a specific vibration source rotation frequency which is a ratio of a vibration source rotation frequency which is a frequency at which a force generation direction changes in the rolling bearing If the value of the specific vibration source rotational frequency is 1, it is determined that the inner ring of the rolling bearing is damaged, and the value of the specific vibration source rotational frequency is the rotational frequency of the rolling elements of the rolling bearing. In the case of the possible range of the value divided by the frequency, it is judged that the rolling element is damaged, and when the value of the specific vibration source rotational frequency is 0, the bearing damage judged as the outer ring damage of the rolling bearing Type determination step;
A method for diagnosing abnormality of a rolling bearing, characterized in that:
前記比振動源回転周波数の推定は、前記回転同期成分強調波形において、比基本周波数と比振動源回転周波数とを仮定して算出される特定の比周波数に振動ピークが存在する割合である一致率を算出し、一致率が所定のしきい値を超過する場合には、仮定した前記比基本周波数と仮定した前記比振動源回転周波数とにより表現される規則性が前記回転同期成分強調波形にあると判断し、仮定した前記比振動源回転周波数を採用することを特徴とする請求項に記載の転がり軸受の異常診断方法。 The matching rate is the ratio of the presence of a vibration peak at a specific ratio frequency calculated assuming the ratio fundamental frequency and the ratio vibration source rotation frequency in the rotation synchronization component emphasis waveform in the estimation of the ratio vibration source rotation frequency. Is calculated, and if the coincidence rate exceeds a predetermined threshold value, the rotation synchronization component emphasis waveform has regularity represented by the assumed ratio fundamental frequency and the assumed relative vibration source rotational frequency The method for diagnosing abnormality of a rolling bearing according to claim 1 , wherein it is determined that the specific vibration source rotational frequency is assumed. 前記振動測定ステップでは、異なる複数の回転周波数で振動を測定することを特徴とする請求項1又は2に記載の転がり軸受の異常診断方法。 Wherein the vibration measuring step, the abnormality diagnostic method of a rolling bearing according to claim 1 or 2, characterized in that to measure the vibration at different rotational frequencies. 回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する方法であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定ステップと、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出ステップと、
前記回転同期成分強調波形を入力とし、内輪傷の有無、転動体傷の有無、外輪傷の有無の少なくともひとつを出力とする教師データを用いて学習した機械学習モデルを用い、前記回転同期成分強調波形を入力して前記転がり軸受の損傷の種類を判別する軸受損傷種類判別ステップと、
を実行することを特徴とする転がり軸受の異常診断方法。
A method of diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body, the method comprising:
A vibration measurement step of measuring the vibration of the rotating body a plurality of times;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency A rotation synchronization component emphasis waveform calculation step of calculating an average of the ratio frequencies for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
The rotation synchronization component enhancement is performed using a machine learning model learned using teacher data in which the rotation synchronization component enhancement waveform is input and at least one of inner ring injury, rolling body injury, and outer ring injury is output. A bearing damage type determination step of inputting a waveform to determine the type of damage to the rolling bearing;
A method for diagnosing abnormality of a rolling bearing, characterized in that:
回転体を支持する転がり軸受の異常を診断する装置であって、
前記回転体の振動を複数回測定する振動測定手段と、
前記振動を周波数分析して周波数毎の振動の大きさをそれぞれ求め、前記振動の周波数を回転周波数で除算して得られる無次元量を比周波数として、各回の測定で得られた前記振動の大きさの前記比周波数ごとの平均を回転同期成分強調波形として算出する回転同期成分強調波形算出手段と、
前記回転同期成分強調波形の振動ピーク位置の規則性に基づいて、前記転がり軸受において力の発生する方向が変化する周波数である振動源回転周波数と前記回転周波数との比である比振動源回転周波数を推定し、前記比振動源回転周波数の値が1の場合には、前記転がり軸受の内輪損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が前記転がり軸受の転動体の公転周波数を前記回転周波数で除算した値のとり得る範囲である場合には、前記転動体の損傷と判断し、前記比振動源回転周波数の値が0の場合には、前記転がり軸受の外輪損傷と判断する軸受損傷種類判別手段と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の異常診断装置。
An apparatus for diagnosing an abnormality in a rolling bearing supporting a rotating body, the apparatus comprising:
Vibration measuring means for measuring the vibration of the rotating body a plurality of times ;
The vibration is subjected to frequency analysis to obtain the magnitude of the vibration for each frequency, and the dimension of the vibration obtained by each measurement using the dimensionless amount obtained by dividing the frequency of the vibration by the rotational frequency as a relative frequency Rotation synchronization component emphasis waveform calculation means for calculating an average of the relative frequency for each of the ratio frequencies as a rotation synchronization component emphasis waveform;
Based on the regularity of the vibration peak position of the rotation synchronization component emphasis waveform , a specific vibration source rotation frequency which is a ratio of a vibration source rotation frequency which is a frequency at which a force generation direction changes in the rolling bearing If the value of the specific vibration source rotational frequency is 1, it is determined that the inner ring of the rolling bearing is damaged, and the value of the specific vibration source rotational frequency is the rotational frequency of the rolling elements of the rolling bearing. In the case of the possible range of the value divided by the frequency, it is judged that the rolling element is damaged, and when the value of the specific vibration source rotational frequency is 0, the bearing damage judged as the outer ring damage of the rolling bearing Type determination means;
An abnormality diagnosis device for a rolling bearing comprising:
前記軸受損傷種類判別手段は、前記転がり軸受の損傷に対応する比基本周波数と前記比振動源回転周波数と、前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とから算出される特定の比周波数とを用いて前記転がり軸受の損傷の種類毎の前記振動ピーク位置の存在を確認すると共に、前記比振動源回転周波数の値に基づいて前記損傷の種類を判別するものであり、
前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とを合わせて表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項に記載の転がり軸受の異常診断装置。
Said bearing damage type determination means, the ratio fundamental frequency corresponding to the damage of the rolling bearing, and the ratio vibration source rotational frequency, and the specific ratios frequencies calculated from said ratio vibration source rotation frequency as the ratio fundamental frequency While confirming the existence of the vibration peak position for each type of damage of the rolling bearing, and determining the type of damage based on the value of the specific vibration source rotational frequency ,
6. The abnormality diagnosis device for a rolling bearing according to claim 5 , further comprising display means for displaying the relative fundamental frequency and the relative vibration source rotational frequency together.
前記軸受損傷種類判別手段は、前記転がり軸受の損傷に対応する比基本周波数と前記比振動源回転周波数と、前記比基本周波数と前記比振動源回転周波数とから算出される特定の比周波数とを用いて前記転がり軸受の損傷の種類毎の前記振動ピーク値の存在を確認すると共に、前記比振動源回転周波数の値に基づいて前記損傷の種類を判別するものであり、
前記特定の比周波数の位置と前記回転同期成分強調波形とを合わせて表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項に記載の転がり軸受の異常診断装置。
Said bearing damage type determination means, the ratio fundamental frequency corresponding to the damage of the rolling bearing, and the ratio vibration source rotational frequency, and the specific ratios frequencies calculated from said ratio vibration source rotation frequency as the ratio fundamental frequency The presence of the vibration peak value for each type of damage to the rolling bearing is confirmed using the above , and the type of damage is determined based on the value of the specific vibration source rotational frequency ,
6. The apparatus according to claim 5 , further comprising display means for displaying the position of the specific ratio frequency and the rotation synchronization component emphasizing waveform together.
所定の回転周波数で測定された回転体の振動が前記回転周波数と共に入力されたコンピュータに、請求項1乃至の何れかに記載の転がり軸受の異常診断方法における回転同期成分強調波形算出ステップと軸受損傷種類判別ステップとを実行させることを特徴とする転がり軸受の異常診断プログラム。 The rotation synchronous component emphasis waveform calculation step and bearing according to any one of claims 1 to 4 , wherein the vibration of the rotating body measured at a predetermined rotational frequency is input together with the rotational frequency. An abnormality diagnosis program for a rolling bearing, characterized in that the damage type determination step is executed.
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