JP7264318B2 - 振動診断装置 - Google Patents

Description

本発明は振動診断装置に関する。

振動診断装置としては、例えば、特開２０１２－９８１４９号（特許文献１）に開示されたものがある。特開２０１２－９８１４９号の振動診断装置は、複数の振動センサと、振動センサから送信される無線信号を受信して機械設備の状態診断を行う振動診断部とを備えている。この振動診断装置には、振動センサの出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換後の信号を無線方式で伝送する無線送信部と、振動センサ及び無線送信部の駆動用電源と、が設けられている。また、振動センサの設置箇所に基づき測定対象が記憶されている。振動診断部は、振動波形データを解析する際に、周波数解析、リサージュ解析、実稼動解析、コヒーレンス関数解析を用い、振動センサの設置箇所に基づき測定対象を選択することにより機械設備の振動状態を判断する。

また、特開２０１５－１１４２１４号（特許文献２）には、情報端末器を利用した機械部品検査システムが開示されている。特開２０１５－１１４２１４号では、情報端末器に接続した振動センサが検出したデータを情報端末器からサーバへ無線送信する。そして、サーバでデータ処理した結果を情報端末器に無線送信して表示させている。特開２０１５－１１４２１４号では、機械部品を検査する際に、数値データに基づく閾値判定を行っている。また、回転数と軸受型番情報などから異常部品を表示している。

特開２０１２－９８１４９号公報 特開２０１５－１１４２１４号公報

しかしながら、特開２０１２－９８１４９号及び特開２０１５－１１４２１４号の技術では、振動を検出した後に当該検出結果を外部の解析装置（解析部）に無線送信しなければ、解析対象（機械部品、機械設備）の不具合を判定することができない。また、例えば、軸受が損傷している場合、軸受呼び番号や回転数、あるいは欠陥起因のパルス周波数、解析条件を変更して再解析を行うことや再診断を行うことはできない。さらに、軸受損傷解析の判定レベルは変更できないので、誤判定が生じやすい。
そこで、本発明は、より簡単にかつ効率的に正確な振動解析を行うことができる振動診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様による振動診断装置は、外部からの入力信号に基づいて診断対象の振動を診断する振動診断装置であって、前記診断対象の振動を検出する振動センサと、前記振動センサにより検出された信号の波形から所定の周波数帯域を抽出するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部で得られたフィルタ処理後の波形を周波数分析し、スペクトルデータを生成する演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、前記入力信号に基づいて、前記スペクトルデータを生成しない場合、前記振動センサにより検出された信号の波形から得られる少なくとも一つの振動の基本統計量を算出し、前記診断対象の異常の有無を診断する。

前記振動診断装置は無線通信部を有し、前記外部からの入力信号は無線通信機能を有する情報端末装置から送信されてくる信号であってよい。前記診断対象は例えば、機械部品である。

本発明の他の態様による診断システムは、上記した振動診断装置と情報端末装置とを備える診断システムであって、前記情報端末装置は、前記振動診断装置との間で信号を送受信する通信部と、前記振動診断装置から送信された前記スペクトルデータに含まれる周波数成分と、前記診断対象の損傷に起因する損傷周波数とを比較し、診断対象の異常を診断する診断部と、前記診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、を備える。

前記情報端末装置は、前記診断部が前記診断対象の異常を診断する場合、前記振動診断装置の前記演算処理部に対して、前記診断対象の異常の有無を診断させない設定を行うための入力信号を送信してもよい。
前記情報端末装置は、前記診断対象の損傷に起因するパルス周波数を、前記診断対象の所定の回転速度を元に換算した損傷周波数として保存するデータベースを備え、前記損傷周波数は、前記データベースのパルス周波数を、前記診断対象の実際の回転速度を用いて計算することで与えられてもよい。

前記診断対象は、軸受であり、前記データベースは、前記軸受の内輪、外輪、転動体、の損傷に起因する振動パルス周波数を、前記軸受の所定の回転速度を元に換算した軸受損傷周波数として保存し、前記パルス周波数は、前記データベースの損傷周波数を、前記診断対象の実際の回転速度を用いて計算することで与えられてもよい。
前記診断部は、前記振動診断装置の演算処理部によるエンベロープ処理により得られたＦＦＴスペクトルに基づき、軸受呼び番号、回転輪の回転数、軸受損傷を診断する判定レベルを変更して再診断してもよい。

前記情報端末装置は記憶部を有し、前記振動診断装置の演算処理部によるエンベロープ処理により得られたＦＦＴスペクトルは、前記記憶部に保存されてもよい。
また、前記振動診断装置の内部メモリに保存した、振動センサで取得した振動信号をＡＤ変換したデータを呼び出して、フィルタ処理や解析処理を変更して算出したエンベロープ処理後のＦＦＴスペクトルを適用してもよい。
前記出力部は、画像表示部と音声出力部の少なくとも一方を含むことができる。

前記診断システムは複数の設備にそれぞれ設けられた前記診断対象（軸受）を診断するシステムであってよい。また、前記診断システムは管理ソフトウェアをインストールした外部端末器をさらに有してよい。前記外部端末器は、通信部、表示部及び印刷部を備えてよい。前記外部端末器は、前記情報端末装置から前記波形の信号、前記スペクトルデータ、前記演算処理部の診断結果及び前記診断部の診断結果を取得して、前記複数の設備ごとに前記振動の時間経過の傾向を管理してよい。また、前記外部端末器は、前記スペクトルデータ及び前記波形の信号を表示してよい。また、前記外部端末器は、前記診断部の診断結果を表示してよい。また、前記外部端末器は、前記演算処理部の診断による異常の有無を表示してよい。また、前記外部端末器は、前記軸受の軸受呼び番号や及び回転輪の回転数を変更すると共に、前記診断部の軸受損傷診断レベルを変更して、前記診断部に再診断をさせてよい。また、前記外部端末器は、前記複数の設備を診断する際の巡回ルートの設定を行ってよい。また、前記外部端末器は、前記傾向の管理、前記波形の信号の表示、前記診断結果の表示、前記異常の有無の表示、前記軸受呼び番号、回転輪の回転数、異常診断レベル及び巡回ルートの報告を自動作成してよい。

本発明の１つの態様によれば、より簡単に振動解析を行うことができる。また、本発明の他の態様によれば、効率的で正確な振動解析を行うことができる。

図１は第１実施形態に係る機械部品診断システムのブロック図である。 図２は軸受の部品と周波数の対応表である。 図３は機械部品診断システムにおいて、軸受損傷診断が選択された場合の診断処理のフローを示す図である。 図４は振動値測定／簡易診断が選択された場合の診断処理のフローを示す図である。 図５は周波数分析が選択された場合の診断処理のフローを示す図である。 図６は第２実施形態に係る機械部品診断システムのブロック図である。 図７は第２実施形態の診断処理のフローを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更及び修正等をすることが可能である。

＜第１実施形態＞
図１～図５を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は第１実施形態に係る機械部品診断システム１００のブロック図である。機械部品診断システム１００は、サーバ１０と振動診断装置２０と情報端末装置４０を有する。機械部品診断システム１００は機械部品の診断を行うシステムである。本実施形態では、診断対象（機械部品）の例として転がり軸受１１を説明する。振動診断装置２０は、複数のモード（軸受損傷診断、振動値測定、簡易診断、周波数分析など）のいずれかで動作できるとする。

転がり軸受１１は、ハウジング１５に内嵌される外輪１２と、機械設備（図示せず）の回転軸に外嵌される内輪１３と、外輪１２と内輪１３の間で転動可能に配置された複数の転動体１４と、転動体１４を転動可能に保持する保持器（図示せず）とを有する。

振動診断装置２０は、振動センサ２１、フィルタ処理部２２、演算処理部２３、内部メモリ２４、送受信部２６、増幅器２８、Ａ／Ｄ変換部３０、及び電源３１を主に備える。フィルタ処理部２２は、ハイパスフィルタ（ＨＰフィルタ）２７及びアンチエイリアスフィルタ（ＡＡフィルタ）２９を含む。送受信部２６は無線通信部と称してもよい。内部メモリ２４は記憶部と称してもよい。

振動センサ２１は、例えば、圧電式加速度センサなどで構成される。振動診断装置２０をハウジング１５に取り付け、振動センサ２１に電源３１から電力を供給することで、振動センサ２１は転がり軸受１１の振動を検出する。
例えば、振動センサ２１が取り付けられる振動診断装置２０の先端部には、不図示の雌ねじ部が形成されており、雌ねじ部に螺合する部材に磁石を取り付けることで、振動診断装置２０をハウジング１５に固定してもよい。

電源３１は、リチウム電池などから構成されており、ＵＳＢ端子（ＵＳＢケーブル）などを介して外部から充電可能である。また、振動診断装置２０の側面には、電源３１をＯＮ／ＯＦＦする不図示のスイッチが設けられている。

振動センサ２１により検出された振動信号は、ＨＰフィルタ２７、増幅器２８、ＡＡフィルタ２９、及びＡ／Ｄ変換部３０の順に通過する。フィルタ処理部２２を構成するＨＰフィルタ２７及びＡＡフィルタ２９はバンドパスフィルタとして機能する。フィルタ処理部２２がバンドパスフィルタとして機能することにより、振動センサ２１により検出された振動信号からは、特定の周波数帯域が抽出される。振動信号は、増幅器２８によって増幅され、さらにＡ／Ｄ変換部３０によってデジタル信号に変換されて、演算処理部２３に送られる。

演算処理部２３は、フィルタ処理機能を備え、ＨＰフィルタ２７及びＡＡフィルタ２９によって抽出された特定の周波数帯域に対してフィルタ処理を行う。したがって、本実施形態では、演算処理部２３のフィルタ処理機能が、フィルタ処理部２２の一部として機能する。また、演算処理部２３は、ＡＤ変換後の信号に基づき振動値計算を行う。演算処理部２３は、周波数領域と時間領域波形の表示用のデータを生成し、さらには絶対値検波後に周波数分析をして診断スペクトルデータを生成する。例えば、演算処理部２３は、フィルタ処理後の信号を、必要に応じて、絶対値化処理やエンベロープ処理を行った後、ＦＦＴ解析してスペクトルデータを生成する。ＡＤ変換後のデータや算出されたスペクトルデータなどは、内部メモリ２４に一時的に記憶される。

送受信部２６は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線規格に準拠するように構成される。送受信部２６は、情報端末装置４０からの動作指令信号を受信すると共に、演算処理部２３の分析機能により得られたスペクトルデータの信号を情報端末装置４０へ送信する。つまり、送受信部２６は、演算処理後の各種データをタブレットやパソコンなどの情報端末装置４０へＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信で送信する。なお、振動診断装置２０と情報端末装置４０との間の通信は、有線で行われてもよい。符号２６ａはアンテナである。

情報端末装置４０はスマートホン、タブレット、パソコンなどであり、送受信部４２、演算処理部４３、第１内部メモリ４４、表示操作部４５、スピーカ４６及び第２内部メモリ４７を備えている。第１内部メモリ４４は損傷周波数データベース（ＤＢ）４４ａを有する。演算処理部４３は軸受損傷診断部４３ａを有する。表示操作部４５は表示部あるいは出力部と称してもよい。送受信部４２は、振動診断装置２０との間で信号を送受信する通信部である。第１内部メモリ４４及び第２内部メモリ４７は記憶部と称してもよい。
情報端末装置４０は、インターネットを介してアプリケーションプログラムをインストールしたり、アプリケーションプログラムをアップデートすることができる。符号４２ａはアンテナである。情報端末装置４０は、当該アプリケーションプログラムを利用することにより、振動診断装置２０から受信した各種データに基づき、振動値表示、波形表示、軸受損傷解析、判定結果表示、判定結果の保存、振動データから音への変換、当該音の再生をすることができる。

情報端末装置４０は、送受信部４２が振動診断装置２０の送受信部２６から受信したスペクトルデータに基づいて、第１内部メモリ４４に記憶された転がり軸受１１の呼び番号と部品の損傷に起因したパルス周波数などの損傷周波数データベース４４ａを参照しながら所定の手順に従って演算処理部４３で演算処理し、その結果を表示操作部４５に出力させ（画像表示させ）、第２内部メモリ４７に保存する。
送受信部４２は、振動診断装置２０との間で各種データの送受信を行う。例えば、送受信部４２は、振動診断装置２０へ動作指令を送信する。また、送受信部４２は、スペクトルデータや振動測定結果を振動診断装置２０から受信する。

表示操作部４５は振動値、軸受損傷診断結果、各種波形などを表示する。また、表示操作部４５は、診断する転がり軸受１１の呼び番号、回転輪の回転速度、損傷の判定レベルなどを選択して入力できる。表示操作部４５は、例えば、タッチパネル機能を有する液晶表示部である。
演算処理部４３は、振動診断装置２０の送受信部２６から受信したスペクトルデータに基づいて、第１内部メモリ４４に記憶された損傷に起因したパルス周波数などのデータベース４４ａを参照しながら、転がり軸受１１の損傷の有無、及び損傷部位を診断する。

なお、第１内部メモリ４４に記憶されている転がり軸受１１の損傷に起因するパルス周波数は所定の回転速度を元に換算した転がり軸受１１の換算周波数であり、損傷診断に使用されるパルス周波数は換算周波数を転がり軸受１１の実際の回転速度を用いて計算することで得られる。
転がり軸受１１の呼び番号入力は情報端末装置４０の表示操作部４５の画面に表示される一覧表から選択してもよく、個別に手動入力することもできる。なお、呼び番号が登録されていない転がり軸受１１については、所定の回転速度における部品ごとの換算周波数を入力することで、演算処理部４３によって図２の表５０に示された所定の関係式を用いて、転がり軸受１１の部品ごとの損傷に起因するパルス周波数が計算される。

損傷の判定レベルは、情報端末装置４０の表示操作部４５の画面に表示される複数候補から選択してもよく、個別に手動入力することもできる。
尚、情報処理装置４０の第１内部メモリ４４及び第２内部メモリ４７に保存されるデータは、サーバ１０またはその他の装置（例えば、ホストコンピュータ）などに保存してもよい。

次に、本実施形態の機械部品診断システム１００による測定、診断などの手順について説明する。図３は、機械部品診断システム１００が実行する測定、診断などの処理を説明するフローチャートである。
操作者は振動診断装置２０の電源３１のスイッチをＯＮにすると共に、情報端末装置４０の表示操作部４５の入力画面から、測定メニューを選択する（ステップＳ１）。測定メニューとして、軸受損傷診断機能、振動値測定機能、簡易診断機能、周波数分析機能、時間波形分析機能、データ保存と表示機能の各機能が入力画面に表示されるとする。

軸受損傷診断機能は、転がり軸受１１の外輪１２、内輪１３、転動体１４の軌道・転動面の傷、フレーキング、圧こんなどの損傷の有無、及びその損傷部品を診断する。
振動値測定機能は、振動の変位、速度、加速度などの実効値、ピーク値、波高率を測定する。
簡易診断機能は、検出された振動の変位、速度、加速度などの実効値、ピーク値を、予め設定した判定値と比較して、回転部の異常の有無を簡易的に診断する。
周波数分析機能は、振動信号を周波数分析したＦＦＴスペクトルを表示する。
時間波形分析機能は、振動信号の時間領域波形を表示する。
データ保存と表示機能は、軸受損傷診断、振動値測定、周波数分析、時間波形分析の一連の測定結果の保存と表示を行う。

＜軸受損傷診断＞
機械部品診断システム１００において軸受損傷診断機能（軸受損傷診断モード）が選択されると、図３に示すようにステップＳ１において診断すべき軸受の呼び番号、回転輪の回転数、損傷の判定レベルなどを選択して入力し、第１内部メモリ４４から記憶されている軸受の呼び番号に対応する損傷に起因したパルス周波数などの各種情報を呼び出して設定し診断開始を指示する（ステップＳ２）。

振動診断装置２０は、情報端末装置４０の送受信部４２から送信された指令信号（モード指定信号）に基づいて作動し、振動センサ２１が転がり軸受１１の振動の時間波形（振動信号）を取得する（ステップＳ３）。取得した振動信号は、フィルタ処理部２２によりフィルタ処理され（ステップＳ４）、特定の周波数帯域が抽出される。情報端末装置４０から振動診断装置２０へ送信された指令信号（モード指定信号）は、外部から振動診断装置２０への入力信号であると言える。
そして、演算処理部２３がフィルタ処理部２２で抽出された周波数帯域に対して周波数分析を行い、ＦＦＴスペクトル波形を生成する（ステップＳ５）か、あるいは、絶対値検波処理やエンベロープ処理を行った後に周波数分析を行い、エンベロープＦＦＴスペクトルを生成する（ステップＳ６）。

なお、ＦＦＴスペクトルは、指数平均を用いて平均化処理が行われている。演算処理部２３は振動信号の周波数スペクトルを生成するＦＦＴ演算部であり、ＦＦＴアルゴリズム及びエンベロープ分析に基づいて振動信号の周波数スペクトルを生成する。
周波数スペクトルは、スペクトルデータとして振動診断装置２０の送受信部２６から情報端末装置４０に送信される。情報端末装置４０に送信されるデータは、振動センサ２１で検出された時間波形信号をＦＦＴ処理したスペクトルデータであるので、時間波形を情報端末装置４０に送信する場合に比べて送信するデータ量が大幅に削減されている。このため、データの転送時間が短くなり通信時間が短縮される。

情報端末装置４０の送受信部４２で受信されたスペクトルデータは、演算処理部４３の軸受損傷診断部４３ａが第１内部メモリ４４に記録されている軸受情報を参照して転がり軸受１１の損傷の有無などを診断する（ステップＳ７）。

具体的には、転がり軸受１１の部品ごとの損傷に起因するパルス周波数を転がり軸受１１に対応する換算周波数と転がり軸受１１の実際の回転速度とを用いて予め計算する。そして、振動診断装置２０から受信した診断スペクトルデータを対象に各部品のパルス周波数と照合（「診断スペクトルにおけるピーク周波数＝パルス周波数」の成否）により、転がり軸受１１の損傷の発生有無とその部品を特定する。つまり、転がり軸受１１の損傷に起因したパルス周波数には、内輪きず成分Ｓｉ、外輪きず成分Ｓｏ、転動体きず成分Ｓｂがあり、この周波数成分それぞれのレベルを抽出することになる。

そして、損傷部品が外輪１２、内輪１３、転動体１４のいずれかであるかを特定し、その結果を表示操作部４５にして表示し保存する（ステップＳ８）。つまり、表示操作部４５は、診断結果を出力（表示）する。

軸受損傷診断後において、軸受呼び番号、回転輪の回転数、損傷の判定レベルを変更したい場合は、それらを選択して入力し、第１内部メモリ４４から記憶されている軸受の呼び番号に対応する損傷に起因したパルス周波数などの各種情報を呼び出すことにより、ステップＳ２～ステップＳ６を実行することなく、変更した条件で転がり軸受１１の損傷の有無などを再診断し（ステップＳ７）、その結果を表示操作部４５に出力して表示し保存することができる（ステップＳ８）。

また、第２内部メモリ４７に保存した軸受損傷診断結果を表示操作部４５に呼び出して表示し（ステップＳ９）、軸受呼び番号、回転輪の回転数、損傷の判定レベルを変更して再診断をし（ステップＳ７）、その結果を表示し保存することもできる（ステップＳ８）。
さらに、内部メモリ２４に保存した振動センサ２１で取得した振動信号を呼び出して（ステップＳ３‘）、ステップＳ４以降の処理を実行することもできる。

＜振動値測定／簡易診断＞
ステップＳ１において、振動診断装置２０による振動値測定／簡易診断機能（振動値測定／簡易診断モード）が選択されると、図４に示すように、振動値測定／簡易診断の動作指令が、情報端末装置４０の送受信部４２を介して診断装置２０に送信されて、振動センサ２１が転がり軸受１１の振動の時間波形を取得する（ステップＳ３）。
次いで、演算処理部２３が、簡易診断機能で判定に使用される判定パラメータである振動値を算出する（ステップＳ１０）。判定パラメータとして、振動の加速度や速度の実効値（ＲＭＳ）、ピーク値（ＰＥＡＫ）、波高率（ＣＦ）、及び変位のＰ－Ｐ値の少なくとも一つの振動値が算出される。Ｐ－ＰはＰｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋの略であり、Ｐ－Ｐ値は振動の時間波形における両振幅値を示している。

ステップＳ１０で算出された加速度、速度、及び変位の判定パラメータから、簡易診断機能によるＩＳＯ基準の絶対値判定及び予め設定した判定値による判定が可能となる。即ち、算出された判定パラメータである加速度や速度の実効値（ＲＭＳ）、ピーク値（ＰＥＡＫ）、波高率（ＣＦ）、及び変位のＰ－Ｐ値を、それぞれの判定値と比較して簡易診断を行う（ステップＳ１１）。

実効値（ＲＭＳ）、ピーク値（ＰＥＡＫ）、波高率（ＣＦ）は各判定値との大小比較により判定される。この各判定値（判定結果）は内部メモリ２４に保存されている。
振動値の判定結果は、振動診断装置２０の送受信部２６を介して情報端末装置４０に送信され、表示操作部４５が判定結果をカラー表示する（ステップＳ１２）。
このように、振動値測定／簡易診断モードでは、演算処理部２３は、振動センサ２１により検出された信号の波形から得られる少なくとも一つの振動の基本統計量を算出し、診断対象（転がり軸受１１）の異常の有無を診断する。

尚、振動値測定／簡易診断モード（図４）と軸受損傷診断モード（図３）を比較した場合、軸受損傷診断モードを次のように表現することもできる。すなわち、情報端末装置４０は、軸受損傷診断部４３ａが診断対象（転がり軸受１１）の異常を診断する場合、振動診断装置２０の演算処理部２３に対して、診断対象の異常の有無を診断させない設定を行うための入力信号を送信する。

＜周波数分析＞
ステップＳ１において、機械部品診断システム１００による周波数分析機能（周波数分析モード）が選択されると、図５に示すように、周波数分析の動作指令が、情報端末装置４０の送受信部４２を介して振動診断装置２０に送信される。振動診断装置２０は、情報端末装置４０から受信した指令信号に基づいて作動して、振動センサ２１が振動の時間波形を取得する（ステップＳ３）。
取得された振動の時間波形は、フィルタ処理部２２によりフィルタ処理され（ステップＳ４）、特定の周波数帯域が抽出される。そして、演算処理部２３が、フィルタ処理部２２で算出された特定の周波数帯域における、振動信号の周波数分析を行う（ステップＳ５）。演算処理部２３は、振動信号の周波数スペクトルを算出するＦＦＴ演算部であり、ＦＦＴアルゴリズムに基づいてＦＦＴスペクトルを算出する。なお、ＦＦＴ波形には、指数平均を用いて、平均化処理が行われている。また、エンベロープ処理を選択的に実行可能である。

算出されたＦＦＴ波形は、振動診断装置２０の送受信部２６から情報端末装置４０の送受信部４２に送信される。情報端末装置４０は、受信したＦＴＴ波形を表示操作部４５に表示する（ステップＳ１３）。
以上説明したように、本実施形態の無線型振動診断装置２０によれば、振動センサ２１が転がり軸受１１（機械部品）の振動を検出し、フィルタ処理部２２が振動信号の波形から所定の周波数帯域を抽出し、演算処理部２３がフィルタ処理後の波形を周波数分析してスペクトルデータを取得し、送受信部２６がスペクトルデータを情報端末装置４０に送信し、情報端末装置４０が転がり軸受１１の振動を診断するので、振動診断装置２０から情報端末装置４０に送信するデータ量を削減して、データの転送時間を短縮することができる。また、データの転送時間を短縮できることで、振動診断装置２０の消費電力も低減することができる。

また、振動診断装置２０の演算処理部２３は、振動センサ２１により検出された信号の波形から得られる少なくとも一つの振動値を算出し、ISO 10816に基づく振動評価基準、あるいは予め設定した振動判定値と比較することにより簡易的な診断を行うことができる。つまり、振動診断装置２０は、振動データを情報端末装置４０に送信することなく、転がり軸受１１の診断を行うことができる。

また、本実施形態の機械部品診断システム１００によれば、情報端末装置４０の演算処理部４３（軸受損傷診断部４３ａ）が、無線型振動診断装置２０から送信されたスペクトルデータに含まれる周波数成分と、転がり軸受１１の損傷に起因する損傷周波数とを比較して、転がり軸受１１の異常を診断し、表示操作部４５が当該診断結果を出力（表示）するので、無線型振動診断装置２０から情報端末装置４０に送信されるデータ量を削減して、精度よく転がり軸受１１を診断することができる。

また、情報端末装置４０は、転がり軸受１１の損傷に起因するパルス周波数を、転がり軸受１１の所定の回転速度を元に換算した損傷周波数として保存するデータベース４４ａ（第１内部メモリ４４）を備え、パルス周波数は、データベース４４ａの換算損傷周波数を、転がり軸受１１の実際の回転速度を用いて計算することで与えられる。このため、情報端末装置４０に個々の転がり軸受１１の諸元寸法を保存する必要が無く、転がり軸受１１の諸元寸法を秘匿化することができる。

さらに、本実施形態によれば、軸受損傷診断後において、軸受呼び番号、回転輪の回転数、損傷の判定レベルを変更したい場合は、それらを選択して入力し、第１内部メモリ４４から記憶されている軸受の呼び番号に対応する損傷に起因したパルス周波数などの各種情報を呼び出すことにより、ステップＳ２～ステップＳ６を実行することなく、変更した条件で転がり軸受１１の損傷の有無などを再診断することができる。また、再診断結果は表示操作部４５に出力して表示し、第２メモリ４７に保存することができる。

さらに、第２内部メモリ４７に保存した軸受損傷診断結果を表示操作部４５に呼び出して表示し、軸受呼び番号、回転輪の回転数、損傷の判定レベルを変更して再診断をすることもできる。また、その結果を表示操作部４５に表示し、第２メモリ４７に保存することもできる。
さらに、内部メモリ２４に保存した振動センサ２１で取得した振動信号を呼び出して、ステップＳ４以降の処理を実行することもできる。
従って、本実施形態によれば、より簡単にかつ効率的に正確な振動診断及び振動解析を行うことができる。

なお、上記した実施形態では、振動診断装置２０は情報端末装置４０からのモード指定信号（機能決定信号）を受信して、当該信号の機能指定に従って動作したが、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、振動診断装置２０は入力部を備えてよく、モード選択（モード決定）は、当該入力部を介して行われてもよい。
上記した実施形態では、情報端末装置４０の第１内部メモリ４４と第２内部メモリ４７は別々のメモリ（記憶部）として示されているが、第１内部メモリ４４と第２内部メモリ４７を統合して１つのメモリとしてもよい。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）軸受損傷解析の判定レベルを変更できる。
（２）振動センサで検出した振動データを内部メモリから呼び出し、上記(１)の他に解析条件を変更して再診断できる。
本実施形態による解析診断装置では、振動を1回測定すれば、その振動データに基づき各種条件を変更して再解析や損傷診断をすることができるので、確実でかつ効率的な回転設備の保全検査を提供できる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る機械部品診断システム１００Ａの構成を示すブロック図である。第１実施形態と同様な構成には同じ参照符号を付けて、説明を省略する。
図６に示すように、機械部品診断システム１００Ａは、無線型振動診断装置２０と、情報端末装置４０Ａと、を備える。本実施形態では、第１実施形態で説明した転がり軸受１１の診断に加え、転がり軸受１１の運転音をスピーカ４６によって再生する。転がり軸受１１の運転音をスピーカ４６によって再生する機能を聴音機能と称する。このため、第２実施形態では、診断メニューに聴音機能が追加される。スピーカ４６は運転音を出力するので、出力部と称してもよい。

転がり軸受１１の運転音の聴音には、振動センサ２１が取得した振動の時間波形が用いられるため、振動診断装置２０から情報端末装置４０Ａに振動の時間波形が送信される。このため、本実施形態の機械部品診断システム１００Ａは、情報端末装置４０Ａにフィルタ処理部４９を設けている。フィルタ処理部４９は、振動の時間波形から特定の周波数帯域を抽出して演算処理部４３に受け渡す。また、情報端末装置４０Ａの演算処理部４３は、特定の周波数帯域の時間波形に対して、エンベロープ処理やＦＦＴ解析する機能を有する（軸受損傷診断部４３ｂ）。

＜聴音＞
次に、本実施形態の機械部品診断システム１００Ａによる処理手順について説明する。振動診断装置２０Ａは、複数のモード（軸受損傷診断、振動値測定、簡易診断、周波数分析、聴音など）のいずれかで動作できるとする。軸受損傷診断、振動値測定、簡易診断、周波数分析については、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
図７は、選択メニューで聴音が選択された場合の機械部品診断システム１００Ａが実行する処理を示すフローチャートである。
図７に示すように、第２実施形態では、ステップＳ１において、機械部品診断システム１００Ａによる聴音機能が選択されると、聴音の動作指令が情報端末装置４０Ａの送受信部４２を介して振動診断装置２０に送信される。

振動診断装置２０は、情報端末装置４０Ａから受信した指令信号に基づいて作動して、振動センサ２１が振動の時間波形を取得する（ステップＳ３）。
取得された振動の時間波形（データ）は、振動診断装置２０の送受信部２６を介して情報端末装置４０Ａに送信される。受信された振動の時間波形（データ）は、当該時間波形データの繰り返し使用を可能とするため、第１内部メモリ４４に保存される（ステップＳ２０）。

次いで、フィルタ処理部４９で、聴音を希望する特定の周波数帯域を抽出するフィルタ処理を行い（ステップＳ２１）、演算処理部４３でＦＦＴアルゴリズムに基づいて振動信号のＦＦＴ波形を算出する（ステップＳ２２）。算出されたＦＦＴ波形は、スピーカ４６に出力されて運転音が再生・出力される（ステップＳ２３）。また、別の周波数帯域の運転音を聞きたい場合には（ステップＳ２４）、ステップＳ２１に戻り、第１内部メモリ４４に保存されている振動の時間波形を再取得して同様の操作を行う。

このように、本実施形態の機械部品診断システム１００Ａによれば、第１実施形態の機械部品診断システム１００に聴音機能を付加することができる。
特に、情報端末装置４０Ａにフィルタ処理部４９を設け、演算処理部４３でＦＦＴ解析を行うようにすることで、複数の周波数帯域での運転音を再生・出力することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態の機械部品診断システム１００と同様である。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、診断の対象となる機械部品は、転がり軸受１１に限定されず、本発明は、運転により振動が発生する機械部品、例えば、ギアなどの機械部品にも、同様に適用できる。

また、上記実施形態の機械部品診断システム１００（１００Ａ）では、振動診断装置２０及び情報端末装置４０（４０Ａ）を１対１で対応づけして、特定の振動診断装置２０及び特定の情報端末装置４０（４０Ａ）でデータの送受信を行うようにしている。しかしながら、機械部品診断システム１００（１００Ａ）による各種の診断は、１台の情報端末装置４０（４０Ａ）に複数の振動診断装置２０を対応付け、多数の機械部品を巡回監視するように構成してもよい。巡回監視の場合、振動診断装置２０を多数の機械部品にそれぞれ設置しておき、タブレットなどの携帯可能などの携帯可能な情報端末装置４０（４０Ａ）で多数の機械部品を監視、診断するようにしてもよい。

また、巡回のために情報端末装置４０（４０Ａ）が振動診断装置２０に接近したとき、即ち、機械部品診断の際に振動診断装置２０の電源３１が自動的にＯＮとなるようにして、情報端末装置４０（４０Ａ）からの指示に従って、検出・解析・送信を自動的に行うようにしてもよい。
また、無線型振動診断装置２０に設置されたＵＳＢ端子は、上述したように、外部から電源３１を充電する機能に加え、時間波形やスペクトルデータを有線で情報端末装置４０（４０Ａ）へ送信するようにしてもよい。

さらに、情報端末装置４０（４０Ａ）が保存する各種データをサーバ１０やホストコンピュータなどの外部機器（外部端末器）に取り込んで、振動レベルの時間経過傾向の管理、周波数スペクトルや時間波形の表示、軸受精密診断スペクトルの表示、軸受精密診断スペクトルに対しては軸受呼び番号や回転輪の回転数及び損傷の有無を診断する判定レベルを変更した再診断、巡回ルートの管理、簡易報告書の作成など、さらに詳細な管理が可能となる。より詳しくは、機械部品診断システム１００は複数の設備にそれぞれ設けられた診断対象（軸受１３）を診断するシステムとして用いられ、機械部品診断システム１００は管理ソフトウェアをインストールした外部端末器をさらに有してよい。当該外部端末器は、通信機能、表示機能及び印刷機能を備えてよい。当該外部端末器は、情報端末装置４０から振動波形の信号、スペクトルデータ、演算処理部２３の診断結果及び診断部４３ａの診断結果を取得して、以下の事項を実行するようにしてもよい。即ち、外部端末器は、
前記複数の設備ごとに前記振動の時間経過の傾向を管理すること、
前記スペクトルデータ及び前記波形の信号を表示すること、
診断部４３ａの診断結果を表示すること、
演算処理部２３の診断による異常の有無を表示すること、
軸受１３の軸受呼び番号及び回転輪の回転数を変更すると共に、診断部４３ａの軸受損傷診断レベルを変更して、診断部４３ａに再診断をさせること、
前記複数の設備を診断する際の巡回ルートの設定を行うこと、
前記傾向の管理、前記波形の信号の表示、前記診断結果の表示、前記異常の有無の表示、前記軸受呼び番号、回転輪の回転数、異常診断レベル及び巡回ルートの報告を自動作成すること、を実行してよい。

また、上記実施形態の情報端末装置４０（４０Ａ）の第１内部メモリ４４に保存された、パルス周波数のデータベース４４ａは機械部品（転がり軸受１１）の諸元寸法を秘匿化できる上で有効であり、情報端末装置４０（４０Ａ）の使用は、無線型振動診断装置２０を用いて異常を診断する場合に限定されない。即ち、本発明の技術範囲には、振動センサ２１により検出された機械部品の信号の波形から所定の周波数帯域を抽出し、周波数分析された周波数成分と、機械部品の損傷に起因するパルス周波数とを、比較し、機械部品の異常を診断する情報端末装置４０（４０Ａ）であって、前記機械部品の損傷に起因するパルス周波数を、前記機械部品の所定の回転速度を元に換算した損傷周波数として保存するデータベースを備え、前記損傷周波数は、前記データベースの損傷周波数を、前記機械部品の実際の回転速度を用いて計算することで与えられるものも含まれる。

本発明の振動解析診断装置（システム）は、機械設備の振動を検出するための振動検出部と、検出した振動信号の増幅部と、増幅した振動信号を演算処理してタブレットやパソコンなどの情報端末装置へデータを無線送信する演算送信部と、演算データを受信する受信部と、受信したデータに基づく振動値計算及び周波数領域と時間領域波形の表示部、軸受部品の欠陥起因の周波数を蓄積した軸受周波数データベース部と、軸受周波数データベースと回転数情報から軸受部品表面の欠陥発生の有無や部品を自動判定するための判定レベル設定部及び解析判定部と、解析した周波数スペクトルに基づき軸受呼び番号や回転数情報、解析条件を変更して解析判定する再診断部とを備えた装置としてもよい。

尚、本発明の機械部品診断システム、振動診断装置及び情報端末装置は、エレベータ巻上機とそれに付帯する回転設備及びエスカレータ駆動装置、工作機械用スピンドル、モータ等の回転機械設備に用いられる複数の回転部品（特に転がり軸受）の振動測定及び軸受の異常の有無とその部位を判定する場合に適用できる。
なお、上記において特定の実施形態が説明されているが、当該実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定する意図はない。本明細書に記載された装置及び方法は上記した以外の形態において具現化することができる。また、本発明の範囲から離れることなく、上記した実施形態に対して適宜、省略、置換及び変更をなすこともできる。かかる省略、置換及び変更をなした形態は、請求の範囲に記載されたもの及びこれらの均等物の範疇に含まれ、本発明の技術的範囲に属する。

１１…転がり軸受、２０…振動診断装置、２１…振動センサ、２２…フィルタ処理部、２３…演算処理部、２４…内部メモリ、２７…ＨＰフィルタ、２８…ＡＡフィルタ、３１…電源、４０…情報端末装置、４０Ａ…情報端末装置、４３…演算処理部、４３ａ…軸受損傷診断部、４４…第１内部メモリ、４４ａ…損傷周波数データベース、４５…表示操作部、４６…スピーカ、４７…第２内部メモリ、４９…フィルタ処理部、１００…機械部品診断システム、１００Ａ…機械部品診断システム

Claims (5)

1. 情報端末装置と、
   前記情報端末装置からの入力信号に基づいて診断対象の振動を診断する振動診断装置と、
   を備える診断システムであって、
   前記振動診断装置は、
   前記診断対象の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサにより検出された信号の波形から所定の周波数帯域を抽出するフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理部で得られたフィルタ処理後の波形を周波数分析し、スペクトルデータを生成する演算処理部と、
   を有し、
   前記演算処理部は、前記入力信号に基づいて、前記スペクトルデータを生成しない場合、前記振動センサにより検出された信号の波形から得られる少なくとも一つの振動の基本統計量を算出し、前記診断対象の異常の有無を診断し、
   前記情報端末装置は、
   前記振動診断装置との間で信号を送受信する通信部と、
   前記振動診断装置から送信された前記スペクトルデータに含まれる周波数成分と、前記診断対象の損傷に起因する損傷周波数とを比較し、前記診断対象の異常を診断する診断部と、
   前記診断部が診断した診断結果を出力する出力部と、
   前記診断対象の損傷に起因する損傷周波数を保存するデータベースと、
   前記振動診断装置の演算処理部により生成されたスペクトルデータを保存する記憶部と、
   を備え、
   前記診断対象は軸受であり、前記データベースは、前記軸受の内輪、外輪、転動体、の損傷に起因する振動パルス周波数を、前記軸受の所定の回転速度を元に換算した軸受損傷周波数として保存し、
   前記診断部は、軸受呼び番号、回転輪の回転数、軸受損傷を診断する判定レベルをそれぞれ変更して再診断を行う場合、前記記憶部に保存されたスペクトルデータを用いることを特徴とする診断システム。
2. 前記情報端末装置は、前記診断部が前記診断対象の異常を診断する場合、前記振動診断装置の前記演算処理部に対して、前記診断対象の異常の有無を診断させない設定を行うための入力信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の診断システム。
3. 前記振動診断装置の内部メモリに保存した振動センサで取得した振動信号をＡＤ変換したデータを呼び出して、フィルタ処理、もしくは解析処理、又はその両方を変更して算出したエンベロープ処理後のＦＦＴスペクトルに適用できる請求項１に記載の診断システム。
4. 前記出力部は、画像表示部と音声出力部の少なくとも一方を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の診断システム。
5. 前記診断システムは複数の設備にそれぞれ設けられた前記診断対象を診断するシステムであって、
   前記診断システムは管理ソフトウェアをインストールした外部端末器をさらに有し、
   前記外部端末器は、前記情報端末装置から前記波形の信号、前記スペクトルデータ、前記演算処理部の診断結果及び前記診断部の診断結果を取得して、
   前記複数の設備ごとに前記振動の時間経過の傾向を管理すること、
   前記スペクトルデータ及び前記波形の信号を表示すること、
   前記診断部の診断結果を表示すること、
   前記演算処理部の診断による異常の有無を表示すること、
   前記軸受の軸受呼び番号及び回転輪の回転数を変更すると共に、前記診断部の軸受損傷診断レベルを変更して、前記診断部に再診断をさせること、
   前記複数の設備を診断する際の巡回ルートの設定を行うこと、
   前記傾向の管理、前記波形の信号の表示、前記診断結果の表示、前記異常の有無の表示、前記軸受呼び番号、回転輪の回転数、異常診断レベル及び巡回ルートの報告を自動作成することができることを特徴とする請求項４に記載の診断システム。

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