JP7843810B2 - 振動解析装置およびそれを備える異常部位特定システム - Google Patents

Description

本開示は、振動解析装置およびそれを備える異常部位特定システムに関し、より特定的には、回転体において異常がある部位を特定する精度を向上させる技術に関する。

回転部品が使用されることにより、その軸受やその他の部品について、損傷や摩耗等の異常が生じる場合がある。そのため、回転部品については定期的に異常診断が実施される。回転部品の異常診断を行う方法として、回転部品の振動を解析する方法が知られている。たとえば、軸受部に設置された加速度センサから取得された信号に対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、振動発生周波数成分の信号を抽出し、回転部品において異常がある部位を特定する方法が知られている。このような振動測定に用いられる振動解析装置は、一般的に、加速度センサからの信号を周波数分析して周波数毎の加速度をグラフ化した分析結果を表示し、ユーザに示す。

特許第７３６０８８７号公報（特許文献１）は、振動解析を実行し、損傷がある可能性のある部位を提示する振動解析装置を開示する。また、特開２００６－２３４７８６号公報（特許文献２）は、機械設備の異常診断装置を開示する。これらの装置は、測定対象である軸受の振動を測定し、周波数分析により得られる周波数スペクトルの周波数成分と、軸受の特徴周波数とに基づいて異常がある部位の候補を提示する。

特許第７３６０８８７号公報 特開２００６－２３４７８６号公報

特許文献１および特許文献２に記載の装置は、周波数スペクトルのピークに基づいて、異常がある部位の候補を提示する。そのため、提示された内容に基づいて、ユーザの習熟度に関わらず、ユーザは異常がある部位の候補を認識することができる。しかしながら、装置が特定した異常がある部位の候補の妥当性について、特許文献１および特許文献２では検討されていない。そのため、ユーザは提示された候補の中から、異常がある部位を特定する必要があり、ユーザの習熟度によっては、異常がある部位を特定することは難しい場合がある。

本開示の目的は、測定対象である回転体の振動を測定する測定器から測定データを受信し、当該回転体において異常がありうる部位である異常部位を提示する振動解析装置において、異常部位を特定する精度を向上させることである。

本開示のある局面に従う振動解析装置は、回転体の振動を測定する測定器から測定データを受信して回転体において異常がある可能性のある部位である異常部位を特定する振動解析装置であって、制御装置と、表示装置とを備える。制御装置は、回転体に関する情報を受け付け、測定データの周波数分析を実行する。制御装置は、情報に基づいて、回転体の各々の部位の異常に起因して生じる特徴周波数の各々を算出し、特徴周波数の各々に基づいて、周波数分析により得られる周波数スペクトルのピークの各々に対応する候補部位を決定する。制御装置は、特定部位の特徴周波数に対応する第１のピークが周波数スペクトルにあった場合であって、かつ、特定部位の特徴周波数に対応し第１のピークより次数が低い第２のピークが周波数スペクトルにない場合に、特定部位を候補部位から除外して残った候補部位を異常部位として決定する。制御装置は、周波数スペクトルのピークの各々について、表示装置に決定した異常部位を表示させる。

本開示の他の局面に従う振動解析装置は、回転体の振動を測定する測定器から測定データを受信して回転体において異常がある部位の候補である異常部位を特定する振動解析装置である。振動解析装置は、制御装置と、表示装置とを備える。制御装置は、回転体に関する情報、および情報に基づいて算出される回転体の各々の部位の異常に起因して生じる特徴周波数の各々に対する許容幅を受け付ける。制御装置は、測定データの周波数分析を実行し、特徴周波数の各々を算出し、周波数分析により得られる周波数スペクトルのピークの各々の周波数が、許容幅に含まれるか否かにより、異常部位を決定する。制御装置は、周波数スペクトルに含まれる第４のピークに対し１以上の部位が異常部位として決定された場合に、１以上の部位の特徴周波数の各々と、第４のピークの周波数との差分を算出する、制御装置は、表示装置に、第４のピークについて、差分に基づいた態様で１以上の部位を異常部位として表示させる。

本開示に係る振動解析装置によれば、測定対象である回転体の異常部位の特定精度を向上させることができる。

異常部位特定システムの構成を示す図である。 測定器の構成を示す図である。 携帯情報端末の構成を示す図である。 第１処理の内容を説明するための図である。 第２処理の内容を説明するための図である。 表示装置による表示例を示す図である。 第３処理の内容を説明するための図である。 表示装置による別の表示例を示す図である。 入力装置により入力される設定情報の一例を示す図である。 測定器における処理の手順の一例を示すフローチャートである。 携帯情報端末における処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［異常部位特定システムの構成］
図１は、本実施の形態に従う異常部位特定システムを示す図である。図１を参照して、異常部位特定システム１０は、測定器２０と、携帯情報端末３０とを備える。

測定器２０は、測定対象である転がり軸受１５に生じる振動を測定するための機器であり、振動を検出するための加速度センサ（図示せず）を含んで構成される。測定器２０は、携帯情報端末３０と無線通信可能に構成されており、携帯情報端末３０から測定開始信号を受信すると、転がり軸受１５に生じる振動を加速度センサによって検出する。そして、測定器２０は、加速度センサにより検出された加速度データを携帯情報端末３０へ送信する。なお、測定器２０は、携帯情報端末３０と有線で接続され、通信可能に構成されてもよい。

携帯情報端末３０は、本開示における「振動解析装置」であり、測定器２０から測定データ（振動の加速度データ）を受信して、転がり軸受１５に生じている振動の解析を行なう。携帯情報端末３０は、異常部位特定システム１０を利用するユーザが利用可能な端末であり、たとえばスマートフォンやタブレット等である。携帯情報端末３０上で動作するアプリケーションソフトによって、携帯情報端末３０を「振動解析装置」として用いることができる。

図２は、測定器２０の構成を示す図である。図２を参照して、測定器２０は、加速度センサ１０２と、アンチエイリアシングフィルタ１０４と、Ａ／Ｄ変換器１０６と、マイクロコンピュータ１０８と、メモリ１１０と、通信モジュール１１２とを含む。

加速度センサ１０２は、測定対象である転がり軸受１５（図１）に取り付けられ、転がり軸受１５に生じる振動の加速度を検出して出力する。アンチエイリアシングフィルタ１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０６におけるＡ／Ｄ変換時に発生するエイリアシング誤差を抑制するためのローパスフィルタである。Ａ／Ｄ変換器１０６は、アンチエイリアシングフィルタ１０４を通過した測定信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。

マイクロコンピュータ１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０６によりデジタル信号に変換された加速度データを受け、メモリ１１０へ出力する。そして、所定量のデータがメモリ１１０に蓄積されると、マイクロコンピュータ１０８は、蓄積されたデータをメモリ１１０から読み出して、測定器２０による測定データとして通信モジュール１１２により携帯情報端末３０へ送信する。

メモリ１１０は、Ａ／Ｄ変換器１０６によりデジタル信号に変換された加速度データをマイクロコンピュータ１０８から受けて一時的に記憶する。通信モジュール１１２は、測定器２０が携帯情報端末３０と通信を行なうための無線モジュールである。

図３は、携帯情報端末３０の構成を示す図である。携帯情報端末３０は、制御装置３１と、表示装置３４と、入力装置３５と、通信装置３６とを備える。

制御装置３１は、プロセッサ３２とメモリ３３とを備える。プロセッサ３２は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）であって、プログラムに記述された所定の演算処理を実行する処理回路（processing circuitry）である。プロセッサ３２は、メモリ３３に記憶されたプログラムおよびデータを読み出して、測定器２０の測定対象である転がり軸受１５において異常がある蓋然性が高い部位を特定する。

メモリ３３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）などの不揮発性メモリあるいは揮発性メモリ、および／または、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などの大容量記憶装置を含む。メモリ３３には、たとえば、プロセッサ３２が実行する各種処理を実行するためのプログラム、入力装置３５から受け付けた情報、および測定器２０によって生成された加速度データが格納される。

制御装置３１には、表示装置３４と、入力装置３５と、通信装置３６とが接続される。
表示装置３４は、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）あるいは有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイである。制御装置３１は、測定器２０の測定結果およびプロセッサ３２により特定された候補部位および／または異常部位を表示装置３４に表示させる。

入力装置３５は、たとえば、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、タッチパネルなどであり、ユーザの操作を受け付ける。

通信装置３６は、携帯情報端末３０が測定器２０と無線通信を行なうための装置である。通信装置３６は、制御装置３１の指示に従って、異常部位特定システム１０による振動測定の開始時に測定開始信号を測定器２０へ送信する。また、通信装置３６は、測定器２０から送信される測定データを受信する。

制御装置３１は、入力装置３５を介して、測定対象である転がり軸受１５に関する情報を受け付ける。本実施の形態では、設定される情報は、携帯情報端末３０の画面からユーザにより入力されるものとするが、予めメモリ３３に記憶しておいて、異常部位特定システム１０による振動測定の開始時に制御装置３１がメモリ３３から読み出してもよい。転がり軸受１５に関する情報は、たとえば、転がり軸受１５の軸受型番、測定器２０による測定時の転がり軸受１５の回転速度または回転周波数である。

なお、本実施の形態では、異常部位特定システム１０により振動測定可能な各種軸受の諸元データが軸受型番に対応付けられてメモリ３３に予め格納されている。そして、制御装置３１は、入力装置３５より受け付けた軸受型番を指標として、軸受の諸元データがメモリ３３から読み出されるものとする。なお、転がり軸受１５に関する情報として、転がり軸受１５の諸元データが入力装置３５から入力されてもよい。

また、制御装置３１は、測定対象である転がり軸受１５の振動状態を判定するための判定基準値を受け付ける。この判定基準値についても、本実施の形態では、携帯情報端末３０の画面からユーザにより入力されるものとするが、予めメモリ３３に記憶しておいて、異常部位特定システム１０による振動測定の開始時にメモリ３３から読み出してもよい。

制御装置３１は、通信装置３６から受信した測定データの周波数分析を実行する。一例として、制御装置３１は、通信装置３６から受信した時系列の加速度データに対してＦＦＴ処理を行ない、測定データの周波数スペクトルを生成する。

メモリ３３は、異常部位特定システム１０により振動測定可能な各種軸受の諸元データを軸受型番に対応付けて記憶している。本実施の形態では、諸元データは、回転体の各部位に異常が生じた場合に観測される周波数を算出可能なデータを含む。具体的には、諸元データは、以下の式（１）～（３）に示す内輪通過周波数（Ball Pass Frequency of Inner ring：ＢＰＦＩ）、外輪通過周波数（Ball Pass Frequency of Outer ring：ＢＰＦＯ）、転動体回転周波数（Ball Spin Frequency：ＢＳＦ）を算出可能なデータを少なくとも含む。

ここで、Ｄは軸受のピッチ円直径、ｄは転動体の直径、αは転動体の接触角、Ｚは転動体の数を示す。なお、ｆ０は軸の回転周波数を示し、制御装置３１は、入力装置３５を介して受け付けるか、制御装置３１により回転速度が設定される場合には、その回転速度から算出される。

メモリ３３は、少なくとも、上記のピッチ円直径Ｄ、転動体の直径ｄ、転動体の接触角α、転動体の数Ｚの諸元データを軸受型番に対応付けて記憶している。なお、これらの諸元データに代えて、ＢＰＦＩ、ＢＰＦＯ、ＢＳＦをそれぞれ算出するための、回転周波数ｆ０の係数Ｃｉｎ，Ｃｏｕｔ，Ｃｒｏｌがメモリ３３に記憶されていてもよい。係数Ｃｉｎ，Ｃｏｕｔ，Ｃｒｏｌは、以下の式（４）～（６）によって示される。

制御装置３１は、受け付けた転がり軸受１５に関する情報に基づいて、測定時における転がり軸受１５のＢＰＦＩ、ＢＰＦＯ、ＢＳＦを算出する。具体的には、制御装置３１は、入力装置３５を介して受け付けた軸受型番に対応する軸受の諸元データをメモリ３３から読み出し、読み出された諸元データと、設定された回転速度（又は回転周波数）とから、上記の式（１）～（３）を用いてＢＰＦＩ、ＢＰＦＯ、ＢＳＦを算出する。

制御装置３１は、測定器２０から受け付けた測定データの周波数スペクトルにおけるピークについて、ピーク毎に対応する異常がある可能性がある部位である候補部位を特定する。その際に、入力装置３５から受け付けた情報に含まれる許容幅が用いられる。具体的には、周波数スペクトルのピークの周波数（以下「ピーク周波数」と称する。）がＢＰＦＩ及びその高次成分の各々の許容幅に基づいて設定される許容範囲に含まれるピークについては、内輪に欠陥が生じているものとして、内輪が候補部位として特定される。また、ピーク周波数がＢＰＦＯ及びその高次成分の各々の許容範囲に含まれるピークについては、外輪が候補部位として特定され、ピーク周波数がＢＳＦ及びその高次成分の各々の許容範囲に含まれるピークについては、転動体が候補部位として特定される。

また、軸の回転周波数及びその高次成分の各々の許容範囲にピーク周波数が含まれる場合は、軸のアンバランスが生じているものと推定される。回転周波数の２倍の周波数及びその高次成分の各々の許容範囲にピーク周波数が含まれる場合は、ミスアライメントが生じているものと推定される。そこで、軸の回転周波数及びその高次成分の各々の許容範囲にピーク周波数が含まれる場合は、プロセッサ３２は、回転軸に不具合があると判断して、回転軸を候補部位として特定する。このように、本実施の形態では、ピークに対応する候補部位について、ＢＰＦＩ、ＢＰＦＯ、ＢＳＦに対応する軸受の部位（内輪、外輪、転動体）だけでなく、軸のアンバランスおよびミスアライメントに起因して生じる回転軸の不具合も特定される。

本明細書においては、内輪、外輪、および転動体の損傷により生じる周波数、ならびに軸のアンバランスおよびミスアライメントにより生じる周波数を特徴周波数と称する。特徴周波数と許容幅に基づいて設定される許容範囲にピーク周波数が含まれるピークの有無により、候補部位は特定される。

制御装置３１は、周波数スペクトルのピークの加速度であるピーク値、および判定基準値に基づいて、ピーク毎に振動状態を判定する。たとえば、制御装置３１は、ピーク値が判定基準値を超えるピークについては「危険」と判定する。また、制御装置３１は、たとえば、ピーク値が判定基準値よりも低いけれども判定基準値の８割を超えるピークについては「注意」と判定し、ピーク値が判定基準値の８割よりも低いピークについては「良好」と判定する。

［比較例］
回転部品が使用されることにより、その軸受やその他の部品について、損傷や摩耗等の異常が生じる場合がある。そのため、回転部品については定期的に異常診断が実施される。回転部品の異常診断を行う方法として、回転部品の振動を解析する方法が知られている。振動測定に用いられる振動解析装置は、一般的に、加速度センサからの信号を周波数分析して周波数毎の加速度をグラフ化した分析結果を表示し、ユーザに示す。

特許文献１および特許文献２に開示されているような従来の振動解析装置は、測定対象である軸受の振動を測定し、周波数分析により得られる周波数スペクトルにおいてピーク値が大きい方から所定数のピークを抽出し、軸受の特徴周波数に基づいて損傷がある部位の候補を提示する。しかしながら、測定対象である軸受諸元が想定と異なる場合や、回転速度が変動して周波数が変化する場合には、実際には異常が生じていない部位が異常がある部位として選択される場合がある。習熟したユーザであれば、振動解析装置の表示を参照し、その表示内容の妥当性を判断し得るが、習熟していないユーザにとっては、振動解析装置の表示内容の妥当性を判断することは難しい場合がある。そのため、振動解析装置において異常がある部位を特定する精度を向上させることが望まれる。

［実施の形態における振動解析装置］
そこで、本実施の形態にかかる振動解析装置である携帯情報端末３０は、周波数分析により得られる周波数スペクトルのピークの各々の周波数と、各部位に由来する特徴周波数との比較によって異常部位の候補を特定するとともに、その候補の中から異常部位である蓋然性が低い部位を異常部位の候補から除外し残った異常部位の候補を異常部位として特定する。そして、携帯情報端末３０は、異常がある蓋然性が低い部位が除かれた異常部位をユーザに提示する。携帯情報端末３０による表示によれば、ユーザの習熟度によらず、ユーザは異常がある蓋然性が高い部位を認識することができる。

また、本実施の形態にかかる振動解析装置である携帯情報端末３０は、周波数スペクトルの１つのピークが、異なる２以上の部位の異常に由来して生じたピークであると特定した場合に、当該２以上の部位において優先順位を定める。そして、携帯情報端末３０は、ユーザに当該２以上の部位を、ユーザが当該優先順位を認識できるように提示する。携帯情報端末３０による表示によれば、ユーザは、周波数スペクトルの１つのピークが、２以上の部位の異常により生じたと特定された場合に、より異常が生じている蓋然性が高い部位がいずれの部位であるか認識することができる。

以下に、本開示にかかる携帯情報端末３０により実施される３つの処理、および当該３つの処理の後に表示装置３４に表示される内容について説明する。

＜第１処理＞
制御装置３１は、測定器２０から受け付けた測定データの周波数スペクトルにおける各々のピークのピーク周波数および特徴周波数に基づいて、各々のピークに対して候補部位を特定する。制御装置３１は、特定された候補部位のうち異常が生じている蓋然性の高い異常部位を選抜する。具体的には、ピーク周波数が、所定の部位の特徴周波数の高次成分であると特定された場合に、制御装置３１は、周波数スペクトルのピークの中に、当該所定の部位の特徴周波数の低次成分であると特定されるピークが含まれるか否かを判断する。周波数スペクトルのピークに、当該所定の部位の特徴周波数の低次成分に対応するピークが含まれていない場合には、制御装置３１は、当該所定の部位を、候補部位から除外し、異常部位として選抜しない。

図４は、制御装置３１において実行される第１処理について説明するための図である。図４には、測定器２０により測定された時系列の加速度データに対してＦＦＴ処理が行なうことによって生成された周波数スペクトルの一例が示されている。

図４において、外輪の２次成分の許容範囲に、ピークＰ１の周波数が含まれる場合を想定する。このとき、プロセッサ３２は、周波数スペクトルに、外輪の２次成分より低次の外輪の１次成分の許容範囲に含まれるピークがあるか否か確認する。制御装置３１は、外輪１次の許容範囲にピークＰ２が検出されていることが確認できた場合には、ピークＰ１は、外輪２次に対応すると判断する。一方で、制御装置３１は、外輪１次の許容範囲にピークＰ２が確認できなかった場合には、ピークＰ１は、外輪２次に対応しないと判断する。そのため、外輪１次の許容範囲にピークＰ２が確認できなかった場合には、外輪２次の許容範囲内にピークＰ１が確認されても、「外輪」は候補部位から除外され、異常部位に選ばれない。

＜第２処理＞
制御装置３１は、所定の部位の高次成分のピーク、および当該所定の部位の低次成分のピークが周波数スペクトルに含まれると判断した場合に、高次成分のピーク値が低次成分のピーク値以下であるか否かを判断する。ここで、高次成分のピーク値が低次成分のピーク値以下でない場合には、制御装置３１は、当該所定の部位を、候補部位から除外する。

図５は、制御装置３１において実行される第２処理について説明するための図である。図５には、制御装置３１が、測定器２０により測定された時系列の加速度データに対してＦＦＴ処理が行なうことによって生成する周波数スペクトルの一例が示されている。

図５において、外輪２次成分の許容範囲に、ピークＰ３の周波数が含まれ、外輪１次成分の許容範囲に、ピークＰ４の周波数が含まれている。このとき、制御装置３１は、ピークＰ３のピーク値であるαと、ピークＰ４のピーク値であるβとを比較する。図５において、低次のピークＰ４のピーク値であるβは、高次のピークＰ３のピーク値であるαより小さい。そのため、外輪１次の許容範囲にピークＰ４が確認され、外輪２次の許容範囲にピークＰ３が確認された場合であっても、「外輪」は候補部位から除外され、異常部位に選ばれない。

図６は、制御装置３１が表示装置３４に表示させる表示画面の一例を示す図である。図６には、表示情報が表示された表示装置３４の画面が示されている。

図６を参照して、この例では、上位１０位のピーク値を有するピークについて、ピーク値（加速度）、ピーク周波数、判定結果、および異常部位について、ピーク値の大きい順（ａ１＞ａ２＞・・・＞ａ１０）に表示される。

図６において、ピーク値が５番目に大きいピークの周波数は、内輪２次の許容範囲に含まれる。しかしながら、当該ピークよりもピーク値が大きい４つのピークの中に、内輪１次の許容範囲に含まれるピークはない。そのため、第２処理により、内輪は候補部位から除外される。その結果、制御装置３１がユーザに異常部位を提示する際に、「内輪」は異常部位として表示されない。

第１処理および第２処理は、回転体の所定の部位に異常が生じた場合に、当該部位の特徴周波数のうち１次成分が最も大きな加速度を有していること、および特徴周波数の次数が高くなるにつれてピークの加速度が小さくなることに基づいて行われる。なお、第１処理および第２処理はユーザの指示に基づいて、実行するか否かが決定されてもよい。

第１処理および第２処理が実行されることにより、異常部位特定システム１０は、異常が生じている蓋然性が高い部位をユーザに提示することができる。これにより、ユーザは、検出されたピークと次数の異なるピークを表示結果から探したり、周波数スペクトルのグラフから値を読み取ったりする必要はなく、測定対象において損傷している蓋然性が高い部位を容易に把握することができる。

ミスアライメントが生じている場合には、ピーク周波数として、回転周波数の２倍の周波数および／またはその高次成分が検出される。そのため、ミスアライメントが生じた場合には、周波数スペクトルのピークに、回転周波数の２倍の周波数のピークがあるものの、回転周波数に対応する周波数のピークが存在しない場合がある。そのような場合に、第１処理および／または第２処理を実行すると、ミスアライメントに対応する「回転軸」が異常部位として特定されない場合がある。そこで、回転軸が候補部位として特定された場合には、第１処理および第２処理の適用対象としなくてもよい。なお、ミスアライメントが生じていないと判断される場合においては、アンバランスの判別精度を向上させるために、軸の回転周波数及びその高次成分の各々の許容範囲に含まれるピークについても第１処理および第２処理の適用対象としてもよい。

＜第３処理＞
制御装置３１は、周波数スペクトルにおける所定のピークが、複数の部位の異常に由来すると特定された場合に、所定のピークのピーク周波数と、当該複数の部位の各々の特徴周波数との差分を算出し、当該差分に基づいて、複数の部位における優先順位を決定する。

図７は、制御装置３１により実行される第３処理について説明するための図である。図７には、測定器２０により測定された時系列の加速度データに対してＦＦＴ処理が行なわれ、生成された周波数スペクトルの一例が示されている。

図７において、ピークＰ５は、内輪１次の許容範囲および外輪２次の許容範囲の双方に含まれる。ここで、制御装置３１は、ピークＰ５の周波数ｃと内輪１次の特徴周波数ａの差分Ｘと、ピークＰ５の周波数ｃと外輪２次の特徴周波数ｂの差分Ｙとを算出する。差分Ｙは差分Ｘより小さいので、制御装置３１は、ピークＰ５の異常部位として外輪２次の方が、内輪１次よりも優先順位が高いと判断する。

図８は、表示装置３４に表示される表示画面の一例を示す図である。図８には、表示装置３４の画面が示されている。

図８を参照して、ピーク値が５番目に大きいピークの周波数は、内輪１次の許容範囲および外輪２次の許容範囲に含まれる。制御装置３１は、ピーク値が５番目に大きいピークのピーク周波数と内輪１次の特徴周波数の差分Ｘと、ピーク値が５番目に大きいピークのピーク周波数と外輪２次の特徴周波数の差分Ｙとを算出する。差分Ｙは差分Ｘより小さい場合、制御装置３１は、ピークＰ５の異常部位として、外輪２次の方が、内輪１次よりも優先順位が高いと判断する。上記の場合には、制御装置３１は、ピーク値が５番目に大きいピークの候補部位として、優先順位が高い「外輪２次」を「内輪１次」よりも上に表示装置３４に表示させる。

処理３が実行されることで、１つのピークに対応する異常部位が複数あるときに、優先順位に基づいて振動解析結果が表示されることで、ユーザはいずれの部位が損傷している蓋然性が高いかを容易に判断することができる。

なお、図８においては、優先順位が高い順に異常部位が表示されたが、このような表示態様には限定されず、たとえば、制御装置３１は、優先順位が高い順に文字の大きさを変えたり、優先順位に従って部位の色を変えたりしてもよい。

［設定される情報］
図９は、入力装置３５を介して制御装置３１が受け付ける情報の一例を示す図である。制御装置３１が受け付ける情報は、入力装置３５を介してユーザが入力可能であり、この図９には、ユーザが当該情報を入力するために表示装置３４に表示される画面が示されている。

図９を参照して、入力部４１０から、ユーザは、測定対象である転がり軸受１５（図１）の軸受型番を入力することができる。図９においては、入力部４１０は、軸受型番として「６２０６ＬＬＢ」が入力されていることを示す。

入力部４２０から、ユーザは、測定時の軸の回転速度（ｒｐｍ）を入力することができる。なお、この異常部位特定システム１０では、測定器２０による測定時の軸の回転速度を検出するセンサは設けられていないため、測定に際し回転速度の情報を入手して入力部４２０から入力する必要があるが、回転速度センサが付属している場合には、入力部４２０は不要である。また、入力部４２０において、測定時の軸の回転速度に代えて、測定時の軸の回転周波数をユーザが入力するようにしてもよい。

入力部４３０から、ユーザは、判定基準値（加速度）を入力することができる。なお、本実施の形態では、判定基準値は、ピーク周波数に拘わらず一律の値としている。

入力部４４０および入力部４４５から、ユーザは特徴周波数の許容幅を入力することができる。ユーザは、入力部４４０に許容幅の下限を入力することができ、入力部４４５に許容幅の上限を入力することができる。たとえば、図９に示すように、入力部４４０に「１０」が入力され、入力部４４５に「５」が入力されている場合において、所定の部位の特徴周波数が「３００」であるとき、プロセッサ３２は、２７０～３１５を当該所定の部位の許容範囲と設定し、当該許容範囲に含まれるピークを、当該所定の部位に対応するピークであると決定する。

入力部４５０から、ユーザは表示装置３４に表示されるピーク値上位の表示点数を入力することができる。この入力値に従って、表示されるピークの数が設定される。なお、入力部４４０からの入力がない場合は、デフォルト値（たとえば１０）が設定される。

入力部４６０からは、ユーザは、第１処理が実行されるか否かを入力することができる。入力部４６０において「ＯＮ」が選択された場合には第１処理が実行され、「ＯＦＦ」が選択された場合には第１処理は実行されない。

入力部４７０からは、ユーザは第２処理が実行されるか否かを入力することができる。入力部４７０において「ＯＮ」が選択された場合には第２処理が実行され、「ＯＦＦ」が選択された場合には第２処理は実行されない。

入力部４８０からは、ユーザは第３処理が実行されるか否かを入力することができる。入力部４８０において「ＯＮ」が選択された場合には第３処理が実行され、「ＯＦＦ」が選択された場合には第３処理は実行されない。

なお、ユーザは、第２処理を実行するか否かを、第１処理の実行とは独立して設定できる。第１処理を実行せずに、第２処理が実行された場合に、たとえば、周波数スペクトルに外輪２次に対応するピークがあるが、外輪１次に対応するピークがないときは、制御装置３１は、外輪２次の低次に対応するピークのピーク値を取得することができないため、第２処理を実行することはできず、外輪２次は候補部位から除外されない。

［測定器における処理の流れ］
図１０は、測定器２０における処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１０とともに図２を参照して、測定器２０の電源がオンされると、マイクロコンピュータ１０８は、所定の初期化処理を実行する（ステップＳ１０）。初期化処理では、たとえば、通信モジュール１１２と携帯情報端末３０との間の通信確立や、メモリ１１０のデータクリア等が行われる。

次いで、マイクロコンピュータ１０８は、携帯情報端末３０から測定開始信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、測定開始信号が受信されると（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１０８は、アンチエイリアシングフィルタ１０４を通過し、かつ、Ａ／Ｄ変換器１０６によりデジタル変換された加速度センサ１０２の出力をＡ／Ｄ変換器１０６から読み込む（ステップＳ１４）。

マイクロコンピュータ１０８は、取得したデータを通信モジュール１１２により携帯情報端末３０へデータを送信する（ステップＳ１６）。

次いで、マイクロコンピュータ１０８は、測定を終了する終了操作がユーザにより行なわれたか否かを判定する（ステップＳ１８）。なお、終了操作は、携帯情報端末３０において行なわれ、たとえば、携帯情報端末３０から測定終了信号を受信すると、終了操作が行なわれたものと判定される。

終了操作が行なわれていないと判定されたときは（ステップＳ１８においてＮＯ）、ステップＳ１０へ処理が戻される。一方、終了操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、エンドへ処理が移行して、測定器２０における一連の処理が終了する。

［携帯端末装置における処理の流れ］
図１１は、携帯情報端末３０における処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１１とともに図３を参照して、測定器２０を用いた振動測定を行なうためのアプリケーションソフトが携帯情報端末３０上で起動され、当該アプリケーションソフトにおいて測定の開始が指示されると、プロセッサ３２は、所定の初期化処理を実行する（ステップＳ３０）。初期化処理では、たとえば、測定器２０との間の通信確立や、所定のリセット処理等が行なわれる。

次いで、入力装置３５を介して受け付けた情報に基づいて、プロセッサ３２は、測定対象である転がり軸受１５の軸受型番、測定時の回転速度（又は回転周波数）、測定データに基づいて振動状態を判定するための判定基準値、許容幅、取得するピーク数、第１処理～第３処理を実行するか否かを設定する（ステップＳ３２）。

次いで、プロセッサ３２は、設定された軸受型番に対応する軸受の諸元データをメモリ３３から読み出し、その諸元データと、設定された回転速度から算出される回転周波数とから、上記の式（１）～（３）を用いて、測定対象の転がり軸受１５の特徴周波数を算出する（ステップＳ３４）。プロセッサ３２は、ステップＳ３４にて算出された値と、ステップＳ３２にてユーザから入力された許容幅に基づいて、各部位の許容範囲を算出する（ステップＳ３６）。その後、プロセッサ３２は、通信装置３６に測定器２０へ測定開始信号を送信させる（ステップＳ３８）。

測定開始信号が測定器２０へ送信されると、プロセッサ３２は、測定器２０から測定データを受け付けたか否かを判定する（ステップＳ４０）。そして、測定器２０から測定データが受信されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、プロセッサ３２は、受信された測定データをメモリ３３に保存する（ステップＳ４２）。測定器２０から測定データを受信できない場合には（ステップＳ４０においてＮＯ）、プロセッサ３２は、ステップＳ３８の処理を繰り返す。

プロセッサ３２は、メモリ３３からデータを読み出して、測定器２０により測定されたデータの周波数分析を実行する（ステップＳ４４）。具体的には、測定器２０により測定された時系列の加速度データに対してＦＦＴ処理が行なわれ、測定された加速度データの周波数スペクトルを取得する。プロセッサ３２は、取得した周波数スペクトルに含まれるピークのうち、加速度が大きい順にピークを抽出し、抽出したピークのピーク加速度およびピーク周波数を取得する（ステップＳ４６）。プロセッサ３２は、ピーク加速度およびピーク周波数を取得したピーク数が、設定したピーク数に達したか否かを判定し（ステップＳ４８）、ピーク加速度および周波数を取得したピーク数が、設定したピーク数に達していなければ（ステップＳ４８においてＮＯ）、ステップＳ４６の処理を繰り返す。

ステップＳ５０において、プロセッサ３２は、ピーク加速度およびピーク周波数を取得したピーク数が、設定したピーク数に達した場合は（ステップＳ４８にてＹＥＳ）、ステップＳ３２にて設定された判定基準値、およびステップＳ４６にて取得したピークのピーク加速度に基づいて、各々のピークの振動状態を判定する。

次いで、プロセッサ３２は、ステップＳ４６にて抽出したピークについて、各々のピークのピーク周波数に対応する候補部位を特定する。具体的には、プロセッサ３２は、抽出されたピークの各々について、ピーク周波数が各部位の許容範囲に含まれるか否かによって、当該ピークの候補部位を特定する（ステップＳ５２）。候補部位は、たとえば、転がり軸受１５の部位（内輪、外輪、および転動体）、ならびに軸のアンバランスおよびミスアライメントに起因した異常を示す回転軸である。

プロセッサ３２は、ステップＳ４６にて抽出したピークについて、候補部位を特定した場合には（ステップＳ５２においてＹＥＳ）、候補部位を表示装置３４に表示させる（ステップＳ５４）。候補部位が特定されなかった場合には（ステップＳ５２においてＮＯ）、プロセッサ３２は、ステップＳ６８へ処理を進める。

次いで、プロセッサ３２は、ステップＳ３２にて、第１処理を実行すると設定されたか否かを判定する（ステップＳ５６）。第１処理を実行すると設定された場合は（ステップＳ５６においてＹＥＳ）、プロセッサ３２は、第１処理を実行する（ステップＳ５８）。具体的には、プロセッサ３２は、ステップＳ５２で特定した候補部位のうち、高次成分のピークが検出されたものの、それよりも低次成分のピークが検出されなかった部位を候補部位から除外する。第１処理を実行すると設定されていない場合は（ステップＳ５６にてＮＯ）、プロセッサ３２は、第１処理を実行せずにステップＳ６０に処理を進める。

プロセッサ３２は、ステップＳ３２にて、第２処理を実行すると設定されたか否かを判定する（ステップＳ６０）。第２処理を実行すると設定された場合は（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、プロセッサ３２は、第２処理を実行する（ステップＳ６２）。具体的には、プロセッサ３２は、ステップＳ５２で特定した候補部位のうち、高次成分のピークに対応する低次成分のピークが検出された部位について、低次成分のピークのピーク値が高次成分のピークのピーク値以下である場合に、当該部位を候補部位から除外する。第２処理を実行すると設定されていない場合は（ステップＳ６０にてＮＯ）、プロセッサ３２は、第２処理を実行せずにステップＳ６４に処理を進める。

プロセッサ３２は、ステップＳ３２にて、第３処理を実行すると設定されたか否かを判定する（ステップＳ６４）。第３処理を実行すると設定された場合は（ステップＳ６４においてＹＥＳ）、プロセッサ３２は、第３処理を実行する（ステップＳ６６）。具体的には、プロセッサ３２は、ステップＳ４６にて抽出したピークにおいて、複数の部位に由来すると特定されたピークがあった場合に、当該ピークのピーク周波数と、当該複数の部位の各々の特徴周波数との差分を算出し、差分が小さい順に、当該複数の部位に優先順位を定める。第３処理を実行すると設定されていない場合は（ステップＳ６４にてＮＯ）、プロセッサ３２は、第３処理を実行せずにステップＳ６８に処理を進める。プロセッサ３２は、この時点において候補部位として選択されている部位を異常部位とする。

そして、プロセッサ３２は、表示装置３４にピーク値の上位１０位の各ピークについて、振動状態の判定結果、および異常部位を表示させる（ステップＳ６８）。また、プロセッサ３２は、第３処理を実行した結果、複数の異常部位について優先順位が定められているピークがある場合には、当該優先順位に基づいて、当該複数の部位を表示装置３４に表示させる。

次いで、プロセッサ３２は、測定を終了する終了操作がユーザにより行なわれたか否かを判定する（ステップＳ７２）。終了操作が行なわれていない場合は（ステップＳ７２においてＮＯ）、ステップＳ３２へ処理が戻される。一方、終了操作が行なわれた場合は（ステップＳ７２においてＹＥＳ）、プロセッサ３２は、エンドへ処理を移行し、携帯情報端末３０における一連の処理は終了する。

以上のように、本実施の形態では、測定データの周波数スペクトルにおけるピークについて特定された損傷の可能性がある部位について、周波数スペクトルの他のピークとの関連性からその妥当性が検証される。そして、特定された損傷の可能性がある部位のうち、損傷の蓋然性が高い部位のみが表示装置３４に表示される。これにより、ユーザは、異常が生じている蓋然性が高い部位を容易に把握することができる。

また、本実施の形態によれば、１つのピークから複数の異常部位が特定された場合に、当該１つのピークの周波数と、当該複数の異常部位の各々の特徴周波数に基づいて、当該複数の異常部位の優先順位が決定される。そして、その優先順位に従って、表示装置３４に当該複数の異常部位が表示される。これにより、ユーザは、異常が生じている蓋然性が高い部位を容易に把握することができる。

なお、本実施の形態においては、許容幅が設定されたが、第３処理を実行せずに、第１処理および第２処理を実行する場合においては、許容幅は設定されなくてもよい。この場合、特徴周波数と一致する周波数のピークが、当該特徴周波数に対応する部位の異常に由来するピークであると判定される。

また、表示されるピークの数はユーザが設定可能であるので、ユーザの希望に沿った表示を実現することができる。また、測定器２０と携帯情報端末３０とは、無線により通信が行なわれるので、ユーザは、測定器２０を測定対象に設置しさえすれば、無線通信が可能な範囲で場所を選ばずに振動解析結果を確認することができる。

なお、本実施の形態では、制御装置３１は、ピーク値の上位１０位のピークについて部位を特定し、表示装置３４にそれらのピークに対応する異常部位を表示させるが、制御装置３１は、特定される全てのピークについて部位を特定してもよく、表示装置３４に特定される全てのピークに対応する部位を表示させてもよい。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 異常部位特定システム、１５ 測定対象（転がり軸受）、２０ 測定器、３０ 携帯情報端末、３１ 制御装置、３２ プロセッサ、３３ メモリ、３４ 表示装置、３５ 入力装置、３６ 通信装置、１０２ 加速度センサ、１０４ アンチエイリアシングフィルタ、１０６ Ａ／Ｄ変換器、１０８ マイクロコンピュータ、１１０ メモリ、１１２ 通信モジュール。

Claims (14)

1. 回転体の振動を測定する測定器から測定データを受信して前記回転体において異常がある可能性のある部位である異常部位を特定する振動解析装置であって、
   制御装置と、表示装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記回転体に関する情報を受け付け、
   前記測定データの周波数分析を実行し、
   前記情報に基づいて、前記回転体の各々の部位の異常に起因して生じる特徴周波数の各々を算出し、
   前記特徴周波数の各々に基づいて、前記周波数分析により得られる周波数スペクトルのピークの各々に対応する候補部位を決定し、
   特定部位の特徴周波数に対応する第１のピークが前記周波数スペクトルにあった場合に、前記特定部位の特徴周波数に対応し前記第１のピークより次数が低い第２のピークが前記周波数スペクトルにない場合、前記特定部位を前記候補部位から除外し残った前記候補部位を前記異常部位として決定し、
   前記表示装置に、前記周波数スペクトルのピークの各々について、前記異常部位を表示させる、振動解析装置。
2. 前記制御装置は、さらに、
   前記回転体の振動状態を判断するための判定基準値を受け付け、
   前記周波数スペクトルのピークの各々のピーク値および前記判定基準値に基づいて、前記周波数スペクトルのピークの各々について振動状態を判定した判定結果を産生し、
   前記表示装置に、前記周波数スペクトルのピークの各々のピーク値および前記判定結果を表示させる、請求項１に記載の振動解析装置。
3. 前記第２のピークの次数は、１次である、請求項１または請求項２に記載の振動解析装置。
4. 前記制御装置は、さらに、前記第２のピークが前記周波数スペクトルにあった場合に、前記第２のピークのピーク値が前記第１のピークのピーク値以下であるとき、前記特定部位を前記候補部位から除外する、請求項１または請求項２に記載の振動解析装置。
5. 前記制御装置は、さらに、
   前記特徴周波数の各々に対する許容幅を受け付け、
   前記周波数スペクトルのピークの各々の周波数が、前記許容幅に含まれるか否かにより、前記候補部位を決定する、請求項１または請求項２に記載の振動解析装置。
6. 前記許容幅は、前記振動解析装置を利用するユーザにより設定される、請求項５に記載の振動解析装置。
7. 前記制御装置は、さらに、
   前記周波数スペクトルに含まれる第３のピークに対し２以上の部位が前記候補部位として決定された場合に、前記２以上の部位の特徴周波数の各々と、前記第３のピークの周波数との差分を算出し、
   前記表示装置に、前記第３のピークについて、前記差分に基づいた態様で前記２以上の部位を表示させる、請求項６に記載の振動解析装置。
8. 前記制御装置は、前記表示装置に、前記差分が小さい順に、前記２以上の部位を表示させる、請求項７に記載の振動解析装置。
9. 回転体の振動を測定する測定器から測定データを受信して前記回転体において異常がある部位の候補である異常部位を特定する振動解析装置であって、
   制御装置と、表示装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記回転体に関する情報、および前記情報に基づいて算出される前記回転体の各々の部位の異常に起因して生じる特徴周波数の各々に対する許容幅を受け付け、
   前記測定データの周波数分析を実行し、
   前記特徴周波数の各々を算出し、
   前記周波数分析により得られる周波数スペクトルのピークの各々の周波数が、前記許容幅に含まれるか否かにより、前記異常部位を決定し、
   前記周波数スペクトルに含まれる第４のピークに対し２以上の部位が前記異常部位として決定された場合に、前記２以上の部位の特徴周波数の各々と、前記第４のピークの周波数との差分を算出し、
   前記表示装置に、前記第４のピークについて、前記差分に基づいた態様で前記２以上の部位を前記異常部位として表示させる、振動解析装置。
10. 前記制御装置は、前記表示装置に、前記差分が小さい順に、前記２以上の部位を表示させる、請求項９に記載の振動解析装置。
11. 前記回転体は、軸受である、請求項１または請求項９に記載の振動解析装置。
12. 前記回転体に関する情報は、
    前記軸受の回転速度又は回転周波数と、
    前記軸受の諸元、又は前記軸受の内輪通過周波数（Ｂａｌｌ Ｐａｓｓ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ Ｉｎｎｅｒ ｒｉｎｇ：ＢＰＦＩ）、外輪通過周波数（Ｂａｌｌ Ｐａｓｓ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ Ｏｕｔｅｒ ｒｉｎｇ：ＢＰＦＯ）、および転動体回転周波数（Ｂａｌｌ Ｓｐｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＢＳＦ）の算出に用いられる前記回転周波数の係数とを含む、請求項１１に記載の振動解析装置。
13. 前記測定器と無線通信を行なう通信装置をさらに備える、請求項１または請求項９に記載の振動解析装置。
14. 測定対象である回転体の振動を測定する測定器と、
    前記測定器から測定データを受信して振動解析を行なう、請求項１または請求項９に記載の振動解析装置とを備える異常部位特定システム。