JPH1026580A

JPH1026580A - 変速型回転機械設備の診断方法および装置

Info

Publication number: JPH1026580A
Application number: JP26609896A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakajima; 智中嶋; Kenji Maekawa; 健二前川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間に加速およびまたは減速を行う変速型
回転機械設備に発生する異常程度の判定および異常部位
の判定を、振動を利用して精度良く診断する方法および
装置を提供する。【解決手段】測定した時系列振動データに短時間フー
リエ変換を施して、時々刻々の振動スペクトルを求め、
各時刻毎の振動スペクトルのオーバーオール値を算出
し、その時刻と同時刻の回転数に応じて予め定めた判定
基準値と比較して、オーバーオール値が大きい場合に、
回転機械設備に異常が発生したと判定する。異常と判定
された設備については、各時刻毎の振動スペクトルのピ
ーク周波数が、同一周波数である時間あるいは同一時刻
における回転周波数の常に一定数倍で表される時間の、
判定対象時間に対する割合が、予め定めた判定基準と比
較して大きい場合に、回転機械設備の異常の原因はそれ
ぞれ共振あるいは回転系異常であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱延粗圧延機ある
いは厚板や形鋼圧延機、その関連設備などのように、短
時間に加速およびまたは減速を行う変速型回転機械設備
に発生する異常を、振動を利用して診断する方法および
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】設備故障を未然に防ぐ方法として、以前
は一定時間経過毎に部品を交換するという、時間基準保
全の概念に基づいたいわゆる定期交換が行われていた。
しかし、昭和５０年代初頭以降、状態基準保全の概念を
導入した設備診断、中でも振動を利用した回転機械設備
の診断がその事故防止に有効であることが確認され、現
在では振動による設備診断法は保全のための重要な武器
と考えられている。

【０００３】振動診断法導入の当初は、その診断対象は
一定の回転数で回転している設備に限られていた。安定
した振動いわゆる定常振動が計測できるためであり、逆
に言えば非定常振動を解析する手段がなかったためであ
る。製鉄設備においてもこれらの設備に対しては大きな
効果をもたらしたものの、熱延粗圧延機あるいは厚板や
形鋼圧延機、その関連設備などのように、短時間に加速
およびまたは減速を行う変速型回転機械設備を診断する
ことはできなかった。

【０００４】近年ようやく稼動中に回転数が変化する設
備に対する診断方法が提案されつつあり、振動を用いた
可変速回転機械の診断方法として、例えば特開平４−８
９５３４号公報に開示されている。この方法では、機械
の振動と回転数を測定し、測定時の回転数において回転
機械異常時に振動の発生が想定される間隔でパルス信号
を発生させる。そして、振動信号とパルス信号につい
て、数回転分ずつの相互相関を求め、その値により異常
部位の有無を判定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来の方法
においては、数回転分ずつではあるが、相互相関という
時間平均化処理を行っているため、この方法では時々刻
々の時間変化に伴う振動の変化を平均化してしか捉えら
れない。したがって、短時間に回転数が変化する回転機
械設備に対して診断の精度が低下するばかりでなく、誤
診による設備の突発故障を招いてしまう可能性もあっ
た。

【０００６】本発明の目的は、短時間に加速およびまた
は減速を行う変速型回転機械設備に発生する異常程度の
判定および異常部位の判定を、振動を利用して精度良く
診断する方法および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定した振動
および回転信号を利用して変速型回転機械設備の診断を
行う方法において、測定した時系列振動データに短時間
フーリエ変換を施して時々刻々の振動スペクトルを求
め、さらに各時刻毎の振動スペクトルのオーバーオール
値を算出すると共に、振動測定と同一タイミングで測定
した該回転機械設備の回転を表す回転信号から回転機械
設備の回転数を求めて、振動スペクトルの時刻との対応
づけをし、予め定めた１つまたは複数の回転数における
判定基準値と比較して、振動スペクトルのオーバーオー
ル値のうち、各々対応するいくつかの時刻における値が
大きい場合に、回転機械設備に異常が発生したと判定す
ることを特徴とする。

【０００８】また本発明は、異常と判定された回転機械
設備について、各時刻毎の振動スペクトルに関するピー
クを１個ないし複数個求め、それらのピークの周波数の
時系列データに関して、各時刻におけるピークの周波数
が同一周波数である時間の、判定対象時間に対する割合
が、予め定めた判定基準と比較して大きい場合に、該回
転機械設備の異常の原因は共振と判定することを特徴と
する。

【０００９】また本発明は、異常と判定された回転機械
設備について、各時刻毎の振動スペクトルに関するピー
クを１個ないし複数個求め、それらのピークの周波数の
時系列データに関して、各時刻におけるピークの周波数
が同一時刻における該回転機械設備の回転周波数の常に
一定数倍で表される時間の、判定対象時間に対する割合
が、予め定めた判定基準と比較して大きい場合に、回転
機械設備の異常の原因は回転系異常と判定することを特
徴とする。

【００１０】さらに本発明は、判定の対象となる振動ス
ペクトルのピーク周波数が該回転機械設備の回転周波数
の何倍になっているかによって、異常の原因が回転系異
常の中のどの異常であるかを判定することを特徴とす
る。

【００１１】一方、本発明は、測定した振動および回転
信号を利用して変速型回転機械設備の診断を行う装置に
おいて、測定した振動信号の前処理を行うアナログ信号
処理アンプと、アナログの振動信号をデジタルに変換す
るＡ／Ｄ変換器と、デジタルの振動データに短時間フー
リエ変換を施して時々刻々の振動スペクトルを求めるス
ペクトル解析部と、各時刻毎の振動スペクトルのオーバ
ーオール値を算出するオーバーオールパラメータ算出部
と、振動測定と同一タイミングで測定した該回転機械設
備の回転パルス信号を回転数信号に変換する周波数／電
圧変換アンプと、アナログの回転数信号をデジタルに変
換するＡ／Ｄ変換器と、予め定めた１つまたは複数の回
転数における判定基準値と比較して振動スペクトルのオ
ーバーオール値が大きい場合に異常が発生したと判定す
る正常／異常判定部とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の装置は、各時刻毎の振動ス
ペクトルに関するピークを１個ないし複数個求めるスペ
クトルパラメータ算出部と、各時刻におけるピークの周
波数により該回転機械設備の異常原因を判定する異常原
因判定部とを付加したことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の装置は、異常原因判定部
が、各時刻における振動スペクトルピークの周波数が同
一周波数である時間の、判定対象時間に対する割合が、
予め定めた判定基準と比較して大きい場合に、該回転機
械設備の異常の原因は共振と判定する異常原因判定部で
あることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の装置は、異常原因判定部
が、各時刻における振動スペクトルピークの周波数が同
一時刻における該回転機械設備の回転周波数の常に一定
数倍で表される時間の、判定対象時間に対する割合が、
予め定めた判定基準と比較して大きい場合に、回転機械
設備の異常の原因は回転系異常と判定する異常原因判定
部であることを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の装置は、判定の対象とな
る振動スペクトルのピーク周波数が該回転機械設備の回
転周波数の何倍になっているかによって、異常の原因が
回転系異常の中のどの異常であるかを判定する手段を備
えたことを特徴とする。

【００１６】ここで、診断の対象となる異常原因の例と
して、回転体の偏心（アンバランスも同様の異常であ
る）およびころがり軸受（以下、「軸受」と略記）の損
傷を取りあげ、これらの異常を判定するための特徴周波
数について説明する。

【００１７】ｆｒ＝Ｎ／６０（１）ロールや回転羽など回転機械設備の回転部分に偏心が生
じると、測定した振動、特に振動速度の振動スペクトル
には、式（１）に示すような周波数位置にスペクトルの
ピークが観察される。式（１）において、ｆｒは回転周
波数と呼ばれる偏心の特徴周波数［Hz］、Ｎは回転軸の
回転数［rpm]である。回転周波数位置のスペクトルピー
クが増大した場合には、偏心が発生した可能性が大き
い。

【００１８】ｆｏ＝（ｚＮ／１２０）（１−（ｄ／Ｄ） cosα）（２）また、軸受の外輪転走面に例えばフレーキング等の損傷
が発生すると、その軸受が回転しているときに測定した
振動、特に振動加速度からその軸受の固有振動数帯域の
成分をフィルタリングし、包絡線処理したエンベロープ
波形の振動スペクトルには、式（２）に示すような周波
数位置にスペクトルのピークが観察される。式（２）に
おいて、ｆｏは外輪傷（軸受損傷）の特徴周波数［H
z］、ｚは転動体数、Ｎは軸受の回転数［rpm]、ｄは転
動体の直径、Ｄは軸受のピッチ円直径、αは接触角であ
る。また、通常はｆｏの整数倍の周波数位置にもスペク
トルのピークが現れる。内輪転走面や転動体に損傷があ
る場合もそれぞれ異なる特徴周波数が観察されるので、
特徴周波数の値が分かれば軸受の損傷している部位が特
定できる。

【００１９】しかし、回転数が一定であれば定まった周
波数位置に現れるスペクトルのピークは、回転数が時間
と共に変化するとそれに伴って周波数軸上を移動する。
したがって、回転数が時々刻々変化する熱延粗圧延機、
厚板や形鋼圧延機あるいはその関連設備のような変速型
回転機械設備の診断を精度良く行うには、その時その時
の回転数における振動スペクトルの様子を知る必要があ
る。

【００２０】本発明においては、具体的には以下のよう
な方法により診断を行う。測定した振動（通常は振動加
速度として検出する）を、アナログ信号処理によって、
振動加速度波形を積分して振動速度波形を作成するか、
診断の対象となる軸受等の固有振動数帯域（一般の軸受
では数kHz ないし数十kHz ）の成分のみをフィルタリン
グした波形に包絡線をかけてエンベロープ波形を作成す
る。そして、作成した振動波形をＡ／Ｄ変換によりデジ
タル信号に変換する。

【００２１】

【数１】デジタル化した時系列振動データに関して、式（３）に
示す短時間フーリエ変換を行い振動スペクトルの時間−
周波数分布を求める。式（３）において、Ｓ（ｔ、ω）
は時刻ｔにおける短時間フーリエにより求められた振動
スペクトル、ωは角周波数（＝２πｆ；ｆは周波数）、
ｘ（τ）は振動データ、τは時間遅れを意味する積分変
数、ｅは指数関数、ｊは虚数単位、ｗ（τ−ｔ）はスペ
クトルの漏れを防止するための時間窓関数であり、窓関
数の種類としてはハニング窓や矩形窓などが用いられ
る。なお、振動スペクトルの時間−周波数分布を求める
方法としては、式（３）に示した短時間フーリエ変換の
他、ウィグナ分布やウェーブレット変換による方法もあ
る。

【００２２】一方、回転機械の回転を表す回転パルス
（近接スイッチなどにより検出する）を、周波数／電圧
変換処理によりパルス列を回転数に対応した電圧信号に
変換した後、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換す
る。

【００２３】各時刻毎の振動スペクトルについて、例え
ばスペクトルの２乗平均値などで表されるオーバーオー
ル値を求める。求められたオーバーオール値の時系列デ
ータに対し、スムージング処理を施すことも許される。
予め定めた１つまたは複数の回転数における判定基準値
と比較してオーバーオール値が基準値より大きい場合に
異常と判定する。

【００２４】異常と判定された設備に対しては、各時刻
毎の振動スペクトルについて、１個ないし複数個のスペ
クトルピークを求める。そして、各時刻におけるスペク
トルピークが同一周波数位置に存在する時間の、判定対
象時間に対する割合が予め定めた判定基準と比較して大
きい場合には、異常の原因は共振と判定する。また、各
時刻におけるスペクトルピーク周波数が同一時刻におけ
る回転周波数の常に一定数倍で表される時間の、判定対
象時間に対する割合が予め定めた判定基準と比較して大
きい場合には、異常の原因は回転系異常と判定する。こ
こで、回転系異常とは偏心、アンバランス、歯車欠陥、
軸受欠陥などの回転機械要素に生ずる異常のことであ
る。そして、対象となるピークスペクトルの周波数が回
転周波数の何倍になっているかによって、前記回転系異
常の中のどの異常であるかを判定することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例の概略を示すブ
ロック図である。図１において、１は振動信号、２はア
ナログ信号処理アンプ、３はＡ／Ｄ変換器、４はスペク
トル解析部、５は回転パルス信号、６は周波数／電圧変
換アンプ、７はＡ／Ｄ変換器、８はオーバーオールパラ
メータ算出部、９は正常／異常判定部、１０はスペクト
ルパラメータ算出部、１１は異常原因判定部である。

【００２６】本実施例では、図示しない診断対象設備の
振動をやはり図示しない振動センサにより検出する。以
下、振動センサは加速度検出型であるとして記述する。
検出した振動信号１をアナログ信号処理アンプ２により
電圧信号に変換する。併せてこのとき、診断したい異常
項目が偏心やアンバランスのように低周波振動に異常の
兆候が現れる場合には、振動加速度信号を積分して振動
速度信号に変換することも妨げない。また、診断したい
異常項目がころがり軸受やすべり軸受のように高周波振
動に異常の兆候が現れる場合には、振動加速度信号に含
まれる数kHz ないし数十kHz の範囲に分布する軸受の固
有振動数帯域の成分のみをハイパスフィルタあるいはバ
ンドパスフィルタにより通過させた後、エンベロープユ
ニットを通過させることによりフィルタリングした振動
加速度信号のエンベロープ波形を抽出する。

【００２７】Ａ／Ｄ変換器３によりそれまでアナログだ
った信号をデジタル信号に変換する。したがってこれ以
降の処理はデジタル信号処理となる。なおＡ／Ｄ変換す
なわちサンプリングは異常の特徴周波数の中の最高周波
数（例えば式（２）のｆｏ）の５倍ないし２０倍程度の
サンプリング周波数により行う。また、積分やフィルタ
リングなどの信号処理は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号
で行うことも許される。

【００２８】スペクトル解析部４においてデジタル化さ
れた振動データについて、式（３）に示した短時間フー
リエ変換を施し、振動スペクトルの時間−周波数分布を
求める。振動スペクトル分布はｘ軸に時間、ｙ軸に振動
周波数をとり、スペクトルの強度を３次元のｚ軸方向の
値や等高線、色分布等により表示する。

【００２９】一方、振動信号１の検出と同一タイミング
で、図示しない回転軸の回転速度に応じた基本周波数を
有するパルス波形や正弦波波形で出力される回転パルス
信号５に関して、パルス発生周波数すなわち回転数の高
低を電圧の高低に変換する周波数／電圧変換アンプ６を
通過させ、さらにＡ／Ｄ変換器７によりデジタル信号に
変換する。ここで、サンプリング周波数は振動信号の場
合と同じであることが望ましい。また、回転数は発電機
の原理を利用して最初から電圧の高低として検出しても
よいし、回転に同期したパルスをＡ／Ｄ変換後に周波数
／電圧変換して回転数を表す信号としても構わない。

【００３０】スペクトル解析部４で求めた振動スペクト
ル分布について、オーバーオールパラメータ算出部８に
おいて、例えば２乗平均値などで表される各時刻毎の振
動スペクトルのオーバーオール値を求める。オーバーオ
ール値を求める周波数範囲は、解析した全周波数範囲で
も、ある限られた周波数範囲でも構わない。このとき、
変速型回転機械設備の急激な回転数変化に起因する時々
刻々のオーバーオール値のばらつきを押える目的で、オ
ーバーオール値の時系列データにスムージング処理を施
すことも妨げない。スムージング処理の方法としては移
動平均法などがある。

【００３１】正常／異常判定部９において、各オーバー
オール値を算出した時刻と同時刻の回転数に応じて予め
定めた判定基準値と比較して、オーバーオール値が基準
値より大きい場合に、その設備を異常と判定する。判定
基準値を設定する回転数は１点（１つの回転数）であっ
ても複数点であってもよい。そして、異常の判定はオー
バーオール値が１点でも対応する基準値を上回っている
場合に行ってもよいし、全点数を含む複数点で上回って
いる場合に行ってもよい。また、判定の段階は、例えば
正常と異常の２段階でもよいし、正常と注意と異常の３
段階などとしても構わない。

【００３２】異常あるいは注意と判定された設備に対し
ては、スペクトルパラメータ算出部１０において、各時
刻の振動スペクトル毎に１個ないし複数個のスペクトル
ピークを抽出し、それらのピーク位置の周波数を求め
る。ピークを抽出する前に、ピーク位置の抽出精度向上
のために、スペクトルデータにスムージング処理を施す
こともある。また、抽出したピークの中でスペクトルの
大きさがある程度小さいピークについては、そのピーク
は以後の処理においてはピークとはみなさないという処
理も許される。

【００３３】そして、異常原因判定部１１において以下
の処理を行う。すなわち、各時刻におけるスペクトルピ
ークが同一周波数位置に存在する時間の、判定対象時間
に対する割合が予め定めた判定基準と比較して大きい場
合には、異常の原因は共振と判定する。また、各時刻に
おけるスペクトルピーク周波数が同一時刻における回転
周波数の常に一定数倍で表される時間の、判定対象時間
に対する割合が予め定めた判定基準と比較して大きい場
合には、異常の原因は回転系異常と判定する。判定対象
時間は、振動および回転パルスを測定した全時間であっ
ても、ある限られた時間範囲であっても構わない。さら
に、対象となっているピークスペクトルの周波数が回転
周波数の何倍になっているかによって、回転系異常の中
のどの異常、例えば偏心であるとか軸受異常であるとか
を判定する。

【００３４】異常原因判定部１１での判定処理において
は、判定基準をある一定の値とすることにより、例えば
ピークが存在する時間割合が判定基準値未満であれば正
常、以上であれば異常と判定してもよいし、異常の程度
あるいは判定結果に対する自信の程度などを表す指標、
例えば「異常度」と名付けたパラメータを導入して、図
２に示すようなピーク存在時間割合と異常度の関係を設
定することにより、判定結果にある種の重みをつけて表
現しても構わない。この場合、例えば異常度が１とは
「完全に異常である」、逆に異常度が０とは「絶対に異
常ではない」などと考えることができる。

【００３５】

【実施例】以上のことを実測データを用いてさらに詳し
く説明する。（実施例１）［実施例１−１］（軸受異常の場合）図３に、圧延機の前後に設置されているローラーテーブ
ルのロールを支持している軸受の振動加速度を軸受ブロ
ックで測定したときの振動波形を示す。このデータはロ
ールの回転数が２秒間に０rpm から約６００rpm まで変
化し、さらに次の２秒間にまた０rpm まで変化したとき
の振動加速度を４秒間にわたって測定し、振動信号を１
kHz から４０kHz までバンドパスフィルタリングしてさ
らにエンベロープ処理をした後、２００Hzのサンプリン
グ周波数でサンプリングしたものである。

【００３６】この４秒間、８００点の振動時系列データ
に関し、１２８点のハニング窓を掛けた短時間フーリエ
変換を時間軸方向に１点ずつシフトさせながら逐次算出
した結果の振動スペクトル分布図を図４に示す。図４に
おいてスペクトルの強弱はハッチングの方向、間隔やク
ロス線で示している。ピークスペクトルは時間軸方向に
はフーリエ変換に用いたデータ点数に相当する、また周
波数軸方向には掛けたハニング窓の窓長に相当するそれ
ぞれ若干の広がりを持っている。

【００３７】また図５には、図３に示した振動と同一タ
イミングで測定したロール回転数の変化の様子を示す。
５ミリ秒毎に求めた振動スペクトルのオーバーオール値
の時系列データを、平滑化点数４０１点でスムージング
した結果を図６に示す。図６において、６００rpm 時に
おけるオーバーオール値は０．３３［Ｇ］で、予め定め
た判定基準値である０．２［Ｇ］を上回っており、この
ロール軸受は異常と判定できる。

【００３８】次に、図４のスペクトル分布図から、スペ
クトルピークを各時刻毎に５個抽出し、ピーク値が全測
定時間中の最大ピーク値の１／１０以下のピークは無視
すると、回転周波数の約４倍と約８倍に相当するピーク
が全測定時間のそれぞれ７０．９％および４３．１％だ
け存在することが求められた。これらはいずれも予め定
めた判定基準値である４０％を上回っており、回転周波
数との比から、このロール軸受には外輪傷が生じている
と判定できる。解放点検の結果、外輪転走面にフレーキ
ングという損傷が発生していることが確認されたことか
ら、本発明の方法および装置により、変速回転機械設備
であるロール軸受の診断ができることが分かる。

【００３９】（比較例）比較例として、従来の方法によ
り図３の振動データの全８００点を用いて求めた、相互
相関と同等の情報を有するパワースペクトルの様子を図
７に示す。図７では振動スペクトルが周波数軸上でなだ
らかに広がっており、この解析結果からはロール軸受の
特徴周波数を抽出することは難しい。以上のことから、
本発明の方法および装置を用いることにより、従来の方
法では診断が難しい変速回転機械設備であるロール軸受
の診断が可能であることが分かる。

【００４０】［実施例１−２］（正常軸受の場合）図８は、実施例１−１のものと同一仕様のロール軸受に
ついて、実施例１−１のときと同一方法で測定およびサ
ンプリングした振動波形である。

【００４１】この振動データに関して、実施例１−１と
同一手法で解析して得られた振動スペクトル分布図を図
９に示す。また、振動スペクトルのオーバーオール値の
時系列データをスムージングした結果を図１０に示す。

【００４２】図１０において、６００rpm 時におけるオ
ーバーオール値は０．１５［Ｇ］で、予め定めた判定基
準値である０．２［Ｇ］よりも小さく、このロール軸受
は正常と判定できる。以上のことから、本発明の方法お
よび装置では変速回転機械設備であるロール軸受の正常
と異常を明確に判別できることが分かる。

【００４３】（実施例２）図１１に、実施例１の場合と
同一仕様のロールについて、軸受の振動加速度を軸受ブ
ロックで測定したときの振動波形を示す。このデータは
ロールの回転数が２．５秒間に０rpm から約１２００rp
m まで変化し、さらに次の２．５秒間にまた０rpm まで
変化したときの振動加速度を５秒間にわたって測定し、
振動信号を積分して振動速度に変換した後、１００Hzの
サンプリング周波数でサンプリングしたものである。

【００４４】この５秒間、５００点の振動時系列データ
に関し、６４点の矩形窓を掛けた短時間フーリエ変換を
時間軸方向に１点ずつシフトさせながら逐次算出した結
果の振動スペクトル分布図を図１２に示す。図１２にお
いてスペクトルの強弱はハッチングの方向、間隔やクロ
ス線で示している。ピークスペクトルは図４の場合と同
様、時間軸方向にはフーリエ変換に用いたデータ点数に
相当する、また周波数軸方向には掛けた矩形窓の窓長に
相当するそれぞれ若干の広がりを持っている。

【００４５】また図１３には、図１１に示した振動と同
一タイミングで測定したロール回転数の変化の様子を示
す。１０ミリ秒毎に求めた振動スペクトルのオーバーオ
ール値の時系列データを、平滑化点数２５１点でスムー
ジングした結果を図１４に示す。図１４において、６０
０rpm 時および１２００rpm 時におけるオーバーオール
値はそれぞれ０．００１２［m/s]および０．００１７
［m/s]で、いずれも各々予め定めた２段階の判定基準値
である６００rpm 時の０．０００２５［m/s]（注意）、
０．０００５［m/s]（異常）および１２００rpm 時の
０．０００５［m/s]（注意）、０．００１０［m/s]（異
常）を上回っており、このロールは異常と判定できる。

【００４６】次に、図１２のスペクトル分布図から、ス
ペクトルピークを各時刻毎に３個抽出し、ピーク値が全
測定時間中の最大ピーク値の１／５以下のピークは無視
すると、回転周波数のちょうど１倍、すなわち回転周波
数のピークが全測定時間の５８．８％だけ存在すること
が求められた。判定基準として図２を利用すると、異常
度が０．９８となり、ピーク周波数の位置からほぼまち
がいなくこのロールには偏心（あるいはアンバランス）
が生じていると判定できる。停止時にロールの振れ回り
を測定したところ、約０．５mmの曲りが生じていること
が確認されたことから、本発明の方法および装置によ
り、変速回転機械設備であるロールの曲り（偏心）の診
断ができることが分かる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
方法および装置を用いれば、短時間しか稼動しない変速
型回転機械設備においても、振動と回転を同時に測定し
解析することにより、異常発生の有無および異常原因を
精度良く診断することができる。また従来の診断方法に
比べて、誤診すなわち見逃しを冒す危険も大幅に少なく
なり、突発故障を防ぐことにより設備の信頼性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概要を示すブロック図であ
る。

【図２】時間割合と異常度の関係の一例を示す図であ
る。

【図３】異常ロール軸受から検出される振動時系列デー
タを示す図である。

【図４】本発明の方法による振動スペクトルデータ（異
常軸受の場合）を示す図である。

【図５】本発明の方法による回転数データを示す図であ
る。

【図６】本発明の方法による振動スペクトルのオーバー
オール値時系列データ（異常軸受の場合）を示す図であ
る。

【図７】従来の方法による振動スペクトルデータを示す
図である。

【図８】正常ロール軸受から検出される振動時系列デー
タを示す図である。

【図９】本発明の方法による振動スペクトルデータ（正
常軸受の場合）を示す図である。

【図１０】本発明の方法による振動スペクトルのオーバ
ーオール値時系列データ（正常軸受の場合）を示す図で
ある。

【図１１】偏心ロールから検出される振動時系列データ
を示す図である。

【図１２】本発明の方法による振動スペクトルデータ
（偏心ロールの場合）を示す図である。

【図１３】本発明の方法による回転数データを示す図で
ある。

【図１４】本発明の方法による振動スペクトルのオーバ
ーオール値時系列データ（偏心ロールの場合）を示す図
である。

【符号の説明】

１振動信号２アナログ信号処理アンプ３Ａ／Ｄ変換器４スペクトル解析部５回転パルス信号６周波数／電圧変換アンプ７Ａ／Ｄ変換器８オーバーオールパラメータ算出部９正常／異常判定部１０スペクトルパラメータ算出部１１異常原因判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定した振動および回転信号を利用して
変速型回転機械設備の診断を行う方法において、測定し
た時系列振動データに短時間フーリエ変換を施して時々
刻々の振動スペクトルを求め、さらに各時刻毎の振動ス
ペクトルのオーバーオール値を算出すると共に、振動測
定と同一タイミングで測定した該回転機械設備の回転を
表す回転信号から回転機械設備の回転数を求めて、振動
スペクトルの時刻との対応づけをし、予め定めた１つま
たは複数の回転数における判定基準値と比較して、振動
スペクトルのオーバーオール値のうち、各々対応するい
くつかの時刻における値が大きい場合に、回転機械設備
に異常が発生したと判定することを特徴とする変速型回
転機械設備の診断方法。
【請求項２】請求項１記載の変速型回転機械設備の診
断方法によって、異常と判定された回転機械設備につい
て、各時刻毎の振動スペクトルに関するピークを１個な
いし複数個求め、それらのピークの周波数の時系列デー
タに関して、各時刻におけるピークの周波数が同一周波
数である時間の、判定対象時間に対する割合が、予め定
めた判定基準と比較して大きい場合に、該回転機械設備
の異常の原因は共振と判定することを特徴とする変速型
回転機械設備の診断方法。
【請求項３】請求項１記載の変速型回転機械設備の診
断方法によって、異常と判定された回転機械設備につい
て、各時刻毎の振動スペクトルに関するピークを１個な
いし複数個求め、それらのピークの周波数の時系列デー
タに関して、各時刻におけるピークの周波数が同一時刻
における該回転機械設備の回転周波数の常に一定数倍で
表される時間の、判定対象時間に対する割合が、予め定
めた判定基準と比較して大きい場合に、回転機械設備の
異常の原因は回転系異常と判定することを特徴とする変
速型回転機械設備の診断方法。
【請求項４】判定の対象となる振動スペクトルのピー
ク周波数が該回転機械設備の回転周波数の何倍になって
いるかによって、異常の原因が回転系異常の中のどの異
常であるかを判定することを特徴とする請求項３記載の
変速型回転機械設備の診断方法。
【請求項５】測定した振動および回転信号を利用して
変速型回転機械設備の診断を行う装置において、測定し
た振動信号の前処理を行うアナログ信号処理アンプと、
アナログの振動信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器
と、デジタルの振動データに短時間フーリエ変換を施し
て時々刻々の振動スペクトルを求めるスペクトル解析部
と、各時刻毎の振動スペクトルのオーバーオール値を算
出するオーバーオールパラメータ算出部と、振動測定と
同一タイミングで測定した該回転機械設備の回転パルス
信号を回転数信号に変換する周波数／電圧変換アンプ
と、アナログの回転数信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ
変換器と、予め定めた１つまたは複数の回転数における
判定基準値と比較して振動スペクトルのオーバーオール
値が大きい場合に異常が発生したと判定する正常／異常
判定部とを備えたことを特徴とする変速型回転機械設備
の診断装置。
【請求項６】各時刻毎の振動スペクトルに関するピー
クを１個ないし複数個求めるスペクトルパラメータ算出
部と、各時刻におけるピークの周波数により該回転機械
設備の異常原因を判定する異常原因判定部とを付加した
ことを特徴とする請求項５記載の変速型回転機械設備の
診断装置。
【請求項７】異常原因判定部が、各時刻における振動
スペクトルピークの周波数が同一周波数である時間の、
判定対象時間に対する割合が、予め定めた判定基準と比
較して大きい場合に、該回転機械設備の異常の原因は共
振と判定する異常原因判定部であることを特徴とする請
求項６記載の変速型回転機械設備の診断装置。
【請求項８】異常原因判定部が、各時刻における振動
スペクトルピークの周波数が同一時刻における該回転機
械設備の回転周波数の常に一定数倍で表される時間の、
判定対象時間に対する割合が、予め定めた判定基準と比
較して大きい場合に、回転機械設備の異常の原因は回転
系異常と判定する異常原因判定部であることを特徴とす
る請求項６記載の変速型回転機械設備の診断装置。
【請求項９】判定の対象となる振動スペクトルのピー
ク周波数が該回転機械設備の回転周波数の何倍になって
いるかによって、異常の原因が回転系異常の中のどの異
常であるかを判定する手段を備えたことを特徴とする請
求項８記載の変速型回転機械設備の診断装置。