JPH109946A - 回転機器の周期運動分析装置 - Google Patents
回転機器の周期運動分析装置Info
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- JPH109946A JPH109946A JP8161700A JP16170096A JPH109946A JP H109946 A JPH109946 A JP H109946A JP 8161700 A JP8161700 A JP 8161700A JP 16170096 A JP16170096 A JP 16170096A JP H109946 A JPH109946 A JP H109946A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転機器の周期運動分析において、基本周波
数の非整数倍の周波数成分をも分析することが可能な周
期運動分析装置を提供する。 【解決手段】 センサ２１で検出された回転信号Ｐは、
基本周波数算出部２６でその周波数ｆが算出され、さら
にその周波数に係数設定部２５で設定された係数αが乗
ぜられ、複素周波数生成部２７ａへ出力される。複素周
波数生成部２７ａは、指定された周波数αｆの正弦信号
Ｓａ（ｔ）と余弦信号Ｃａ（ｔ）とを生成し、乗算部２
８ａへ出力する。センサ２２で検出された振動波形信号
Ｖは、乗算部２８ａで正弦信号Ｓａ（ｔ）と余弦信号Ｃ
ａ（ｔ）とそれぞれ乗算される。これにより、振動波形
信号Ｖは、周波数αｆだけシフトされる。周波数シフト
された振動波形信号Ｖは、周波数分析部２９で周波数成
分とその振幅分布が分析される。これにより基本周波数
の非整数倍の周波数成分も分析できる。
数の非整数倍の周波数成分をも分析することが可能な周
期運動分析装置を提供する。 【解決手段】 センサ２１で検出された回転信号Ｐは、
基本周波数算出部２６でその周波数ｆが算出され、さら
にその周波数に係数設定部２５で設定された係数αが乗
ぜられ、複素周波数生成部２７ａへ出力される。複素周
波数生成部２７ａは、指定された周波数αｆの正弦信号
Ｓａ（ｔ）と余弦信号Ｃａ（ｔ）とを生成し、乗算部２
８ａへ出力する。センサ２２で検出された振動波形信号
Ｖは、乗算部２８ａで正弦信号Ｓａ（ｔ）と余弦信号Ｃ
ａ（ｔ）とそれぞれ乗算される。これにより、振動波形
信号Ｖは、周波数αｆだけシフトされる。周波数シフト
された振動波形信号Ｖは、周波数分析部２９で周波数成
分とその振幅分布が分析される。これにより基本周波数
の非整数倍の周波数成分も分析できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、歯車装置
等の回転体を有する回転機器を分析対象とし、この回転
機器の周期運動信号を分析し、その信号中に含まれる振
動周波数とその振幅を検出する周期運動分析装置に関す
るものである。
等の回転体を有する回転機器を分析対象とし、この回転
機器の周期運動信号を分析し、その信号中に含まれる振
動周波数とその振幅を検出する周期運動分析装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献：特公平５−２３７０７号公報 図２は、前記文献に記載された従来の歯車装置における
異常診断装置の構成図である。診断対象となる歯車装置
１には、歯車装置１の周期運動を分析して歯車の異常を
検出する異常診断装置１０が取り付けられている。歯車
装置１は、歯車１ａと、それにかみ合う歯車１ｂと、こ
れらの歯車１ａ，１ｂを回転自在に支承するケース１ｃ
とを有している。歯車１ａの軸には、歯車１ａの回転の
基準点を示すための標識１ｄが取り付けられている。
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献：特公平５−２３７０７号公報 図２は、前記文献に記載された従来の歯車装置における
異常診断装置の構成図である。診断対象となる歯車装置
１には、歯車装置１の周期運動を分析して歯車の異常を
検出する異常診断装置１０が取り付けられている。歯車
装置１は、歯車１ａと、それにかみ合う歯車１ｂと、こ
れらの歯車１ａ，１ｂを回転自在に支承するケース１ｃ
とを有している。歯車１ａの軸には、歯車１ａの回転の
基準点を示すための標識１ｄが取り付けられている。
【０００３】異常診断装置１０は、歯車１ａの軸に取り
付けられた標識１ｄを検出して回転パルスＰを出力する
センサ１１と、歯車装置１の振動波形信号Ｖを測定する
ためにケース１ｃに取り付けられたセンサ１２と、回数
設定器１３とを有している。センサ１１及び回数設定器
１３の出力側には、カウンタ１４が接続されている。カ
ウンタ１４は、センサ１１から入力される回転パルスＰ
が回数設定器１３で設定された回数Ｍ（但し、Ｍは任意
の自然数）に達する度にパルスＡを出力するものであ
る。また、取込点設定器１５が設けられ、この取込点設
定器１５、センサ１１、及びカウンタ１４の出力側に、
カウンタ１６が接続されている。カウンタ１６は、カウ
ンタ１４から与えられるパルスＡで起動され、センサ１
１から入力される回転パルスＰのカウントを開始し、そ
のカウント値が取込点設定器１５で設定された回数Ｎ
（但し、０≦Ｎ＜Ｍ）に達したときに、パルスＢを出力
するものであり、このカウンタ１６の出力側に、演算表
示部１７が接続されている。演算表示部１７は、センサ
１２に接続されており、カウンタ１６から与えられるパ
ルスＢに基づいて、該センサ１２から与えられる振動波
形信号Ｖを反復して取込み、各パルスＢ毎に得られる振
動波形信号Ｖを加算平均してその結果を表示する機能を
有している。
付けられた標識１ｄを検出して回転パルスＰを出力する
センサ１１と、歯車装置１の振動波形信号Ｖを測定する
ためにケース１ｃに取り付けられたセンサ１２と、回数
設定器１３とを有している。センサ１１及び回数設定器
１３の出力側には、カウンタ１４が接続されている。カ
ウンタ１４は、センサ１１から入力される回転パルスＰ
が回数設定器１３で設定された回数Ｍ（但し、Ｍは任意
の自然数）に達する度にパルスＡを出力するものであ
る。また、取込点設定器１５が設けられ、この取込点設
定器１５、センサ１１、及びカウンタ１４の出力側に、
カウンタ１６が接続されている。カウンタ１６は、カウ
ンタ１４から与えられるパルスＡで起動され、センサ１
１から入力される回転パルスＰのカウントを開始し、そ
のカウント値が取込点設定器１５で設定された回数Ｎ
（但し、０≦Ｎ＜Ｍ）に達したときに、パルスＢを出力
するものであり、このカウンタ１６の出力側に、演算表
示部１７が接続されている。演算表示部１７は、センサ
１２に接続されており、カウンタ１６から与えられるパ
ルスＢに基づいて、該センサ１２から与えられる振動波
形信号Ｖを反復して取込み、各パルスＢ毎に得られる振
動波形信号Ｖを加算平均してその結果を表示する機能を
有している。
【０００４】この様な構成の異常診断装置１０で歯車装
置１の診断が開始されると、歯車１ａがＭ回転する毎に
カウンタ１４からパルスＡが出力される。このパルスＡ
が出力された後、更に歯車１ａがＮ回転すると、パルス
Ｂが出力される。従って、診断開始後、歯車１ａがＭ×
Ｘ＋Ｎ回転（但し、Ｘ＝１，２，３，…）した時に、パ
ルスＢが出力される。このパルスＢに基づいて、センサ
１２から歯車装置１の振動波形信号Ｖが反復して取り込
まれ、加算平均される。センサ１２で取り込まれる振動
波形信号Ｖには、歯車１ａ，１ｂから発生する振動のほ
かに、その他の箇所で発生する振動（ここでは、これを
雑音という）の波形も重畳されている。しかし、雑音は
パルスＢに同期しておらず、パルスＢ毎に異なる値にな
るので、多数の測定値を加算平均すると、測定回数の増
加に従って、その平均値は０に近付く。一方、歯車１
ａ，１ｂから発生する振動は常にパルスＢに同期してい
るので、各測定値はほぼ等しい。従って、多数の測定値
を加算平均するとその値は測定回数の増加に従って一定
値に近付く。これにより、測定回数が増加するに従い、
雑音に対する測定対象の振動波形の振幅の比率は大きく
なり、雑音を除去して目的の信号だけを取り出すことが
可能になる。この様にして得られた振動波形を、予め正
常時に測定しておいた基準波形と比較することにより、
歯車装置１の異常を診断することができる。
置１の診断が開始されると、歯車１ａがＭ回転する毎に
カウンタ１４からパルスＡが出力される。このパルスＡ
が出力された後、更に歯車１ａがＮ回転すると、パルス
Ｂが出力される。従って、診断開始後、歯車１ａがＭ×
Ｘ＋Ｎ回転（但し、Ｘ＝１，２，３，…）した時に、パ
ルスＢが出力される。このパルスＢに基づいて、センサ
１２から歯車装置１の振動波形信号Ｖが反復して取り込
まれ、加算平均される。センサ１２で取り込まれる振動
波形信号Ｖには、歯車１ａ，１ｂから発生する振動のほ
かに、その他の箇所で発生する振動（ここでは、これを
雑音という）の波形も重畳されている。しかし、雑音は
パルスＢに同期しておらず、パルスＢ毎に異なる値にな
るので、多数の測定値を加算平均すると、測定回数の増
加に従って、その平均値は０に近付く。一方、歯車１
ａ，１ｂから発生する振動は常にパルスＢに同期してい
るので、各測定値はほぼ等しい。従って、多数の測定値
を加算平均するとその値は測定回数の増加に従って一定
値に近付く。これにより、測定回数が増加するに従い、
雑音に対する測定対象の振動波形の振幅の比率は大きく
なり、雑音を除去して目的の信号だけを取り出すことが
可能になる。この様にして得られた振動波形を、予め正
常時に測定しておいた基準波形と比較することにより、
歯車装置１の異常を診断することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
歯車の異常診断装置１０では、次の（１），（２）のよ
うな課題があった。 （１）異常診断装置１０は、歯車１ａの回転パルスＰの
周期を基本周期として、その整数倍（Ｍ倍）の周期に同
期して、センサ１２から振動波形信号Ｖを取り込み、演
算表示部１７で加算平均処理を行う。このため、歯車１
ａと歯車１ｂの特定の歯同士のかみ合いによる異常を検
出するためには、Ｍの値として、歯車１ａの歯数Ｘと歯
車１ｂの歯数Ｙの最小公倍数を設定しなければならな
い。例えば、歯車１ａと歯車１ｂの歯数比が１：２であ
れば、Ｍ＝２となる。また、歯車１ａと歯車１ｂの歯数
比が４０：４３であれば、Ｍ＝１７２０となる。この様
に歯数比が簡単な整数比で表されないような場合、測定
周期は非常に長くなり、正確な測定結果を得ることが困
難になる。
歯車の異常診断装置１０では、次の（１），（２）のよ
うな課題があった。 （１）異常診断装置１０は、歯車１ａの回転パルスＰの
周期を基本周期として、その整数倍（Ｍ倍）の周期に同
期して、センサ１２から振動波形信号Ｖを取り込み、演
算表示部１７で加算平均処理を行う。このため、歯車１
ａと歯車１ｂの特定の歯同士のかみ合いによる異常を検
出するためには、Ｍの値として、歯車１ａの歯数Ｘと歯
車１ｂの歯数Ｙの最小公倍数を設定しなければならな
い。例えば、歯車１ａと歯車１ｂの歯数比が１：２であ
れば、Ｍ＝２となる。また、歯車１ａと歯車１ｂの歯数
比が４０：４３であれば、Ｍ＝１７２０となる。この様
に歯数比が簡単な整数比で表されないような場合、測定
周期は非常に長くなり、正確な測定結果を得ることが困
難になる。
【０００６】（２）センサ１１は、測定対象の歯車１ａ
に取り付けられた標識１ｄを検出して、回転パルスＰを
出力する。しかし、歯車装置１の構造によっては、測定
対象の歯車１ａに標識１ｄを取り付けて回転パルスＰを
検出することが不可能な場合がある。この様な場合、測
定対象以外の歯車の回転を基準にして測定を行わなけれ
ばならない。その場合、基準にする歯車の回転速度と、
測定対象の歯車の回転速度が異なると、測定対象の歯車
の回転に同期した回転パルスを得ることが困難になり、
図２の構成の異常診断装置１０では、測定ができない。
本発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、基
本周波数成分の非整数倍の振動周波数成分をも検出する
ことのできる周期運動分析装置を提供するものである。
に取り付けられた標識１ｄを検出して、回転パルスＰを
出力する。しかし、歯車装置１の構造によっては、測定
対象の歯車１ａに標識１ｄを取り付けて回転パルスＰを
検出することが不可能な場合がある。この様な場合、測
定対象以外の歯車の回転を基準にして測定を行わなけれ
ばならない。その場合、基準にする歯車の回転速度と、
測定対象の歯車の回転速度が異なると、測定対象の歯車
の回転に同期した回転パルスを得ることが困難になり、
図２の構成の異常診断装置１０では、測定ができない。
本発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、基
本周波数成分の非整数倍の振動周波数成分をも検出する
ことのできる周期運動分析装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、第１の回転体と第２の回転体とが、相互
に連動して所定の回転比率に従った回転速度で回転動作
を行う回転機器を分析対象とし、前記回転動作による周
期運動に起因して発生する周期的振動の周期運動分析装
置を次のように構成している。即ち、この回転機器の周
期運動分析装置は、前記第１の回転体の回転速度を検出
する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段で検出
された回転速度に、前記回転比率に応じて設定される複
数の係数を乗じ、前記第２の回転体の回転速度に応じた
複数の基本周波数を算出する基本周波数算出手段と、前
記複数の基本周波数に基づいて、該各基本周波数毎にそ
の周波数の正弦信号及び余弦信号を生成してそれぞれ出
力する複数の複素正弦信号生成手段とを、備えている。
更に、この回転機器の周期運動分析装置には、前記回転
機器の発生する周期的振動を検出して振動波形信号を出
力する振動波形検出手段と、前記振動波形信号に、前記
各基本周波数の正弦信号と余弦信号とをそれぞれ乗算し
て、該振動波形信号の周期的振動における周波数を該基
本周波数だけそれぞれシフトさせる複数の周波数シフト
手段と、前記複数の周波数シフト手段の出力信号に基づ
き、該各出力信号中に含まれる前記回転機器の周期運動
の各周波数成分の分布と、該各周波数における振幅の分
布とを分析する多変量周波数分析手段とが、設けられて
いる。
め、本発明は、第１の回転体と第２の回転体とが、相互
に連動して所定の回転比率に従った回転速度で回転動作
を行う回転機器を分析対象とし、前記回転動作による周
期運動に起因して発生する周期的振動の周期運動分析装
置を次のように構成している。即ち、この回転機器の周
期運動分析装置は、前記第１の回転体の回転速度を検出
する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段で検出
された回転速度に、前記回転比率に応じて設定される複
数の係数を乗じ、前記第２の回転体の回転速度に応じた
複数の基本周波数を算出する基本周波数算出手段と、前
記複数の基本周波数に基づいて、該各基本周波数毎にそ
の周波数の正弦信号及び余弦信号を生成してそれぞれ出
力する複数の複素正弦信号生成手段とを、備えている。
更に、この回転機器の周期運動分析装置には、前記回転
機器の発生する周期的振動を検出して振動波形信号を出
力する振動波形検出手段と、前記振動波形信号に、前記
各基本周波数の正弦信号と余弦信号とをそれぞれ乗算し
て、該振動波形信号の周期的振動における周波数を該基
本周波数だけそれぞれシフトさせる複数の周波数シフト
手段と、前記複数の周波数シフト手段の出力信号に基づ
き、該各出力信号中に含まれる前記回転機器の周期運動
の各周波数成分の分布と、該各周波数における振幅の分
布とを分析する多変量周波数分析手段とが、設けられて
いる。
【０００８】本発明によれば、以上のように回転機器の
周期運動分析装置を構成したので、次のような作用が行
われる。回転速度検出手段によって第１の回転体の回転
速度が検出される。基本周波数算出手段において、第１
の回転体に連動して回転する第２の回転体の回転比率に
基づいて与えられる複数の係数が、それぞれ第１の回転
体の回転速度に乗ぜられ、複数の基本周波数が算出され
る。複素正弦信号生成手段によって、これらの基本周波
数毎に正弦信号と余弦信号とが生成される。一方、回転
機器から発生される周期的振動は、振動波形検出手段に
よって振動波形信号として検出される。この振動波形信
号は、複数の周波数シフト手段に与えられ、各周波数シ
フト手段において、それぞれ基本周波数の正弦信号と余
弦信号が乗ぜられる。これにより、振動波形信号に含ま
れる振動周波数成分は、それぞれの基本周波数だけシフ
トされる。この周波数シフトされた振動波形信号は、多
変量周波数分析手段によって、周波数成分とその振幅の
分布が分析される。
周期運動分析装置を構成したので、次のような作用が行
われる。回転速度検出手段によって第１の回転体の回転
速度が検出される。基本周波数算出手段において、第１
の回転体に連動して回転する第２の回転体の回転比率に
基づいて与えられる複数の係数が、それぞれ第１の回転
体の回転速度に乗ぜられ、複数の基本周波数が算出され
る。複素正弦信号生成手段によって、これらの基本周波
数毎に正弦信号と余弦信号とが生成される。一方、回転
機器から発生される周期的振動は、振動波形検出手段に
よって振動波形信号として検出される。この振動波形信
号は、複数の周波数シフト手段に与えられ、各周波数シ
フト手段において、それぞれ基本周波数の正弦信号と余
弦信号が乗ぜられる。これにより、振動波形信号に含ま
れる振動周波数成分は、それぞれの基本周波数だけシフ
トされる。この周波数シフトされた振動波形信号は、多
変量周波数分析手段によって、周波数成分とその振幅の
分布が分析される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
回転機器の周期運動分析装置の構成図である。この周期
運動分析装置２０は、分析対象となる回転機器（例え
ば、図２に示す歯車装置１）の周期運動を分析して、振
動周波数とその振幅を検出する装置である。周期運動分
析装置２０は、歯車装置１内の歯車１ａの回転の基準点
を示すための標識１ｄを検出して回転信号Ｐを出力する
回転速度検出手段（例えば、センサ）２１と、その歯車
装置１の振動を検出して振動波形信号Ｖ（ｔ）を出力す
るために、ケース１ｃに取り付けられた振動波形検出手
段（例えば、センサ）２２とを、有している。センサ２
１，２２の出力側には、アナログ／ディジタル（以下、
Ａ／Ｄという）変換部２３、２４が接続されている。一
方のＡ／Ｄ変換部２３は、センサ２１から出力される回
転信号Ｐの電圧を、例えば、４０ｋＨｚの周波数でサン
プリングし、ディジタル信号に変換して出力するもので
ある。他方のＡ／Ｄ変換部２４は、センサ２２から出力
される振動波形信号Ｖ（ｔ）の電圧を、例えば、４０ｋ
Ｈｚの周波数でサンプリングし、ディジタル信号に変換
して出力するものである。
回転機器の周期運動分析装置の構成図である。この周期
運動分析装置２０は、分析対象となる回転機器（例え
ば、図２に示す歯車装置１）の周期運動を分析して、振
動周波数とその振幅を検出する装置である。周期運動分
析装置２０は、歯車装置１内の歯車１ａの回転の基準点
を示すための標識１ｄを検出して回転信号Ｐを出力する
回転速度検出手段（例えば、センサ）２１と、その歯車
装置１の振動を検出して振動波形信号Ｖ（ｔ）を出力す
るために、ケース１ｃに取り付けられた振動波形検出手
段（例えば、センサ）２２とを、有している。センサ２
１，２２の出力側には、アナログ／ディジタル（以下、
Ａ／Ｄという）変換部２３、２４が接続されている。一
方のＡ／Ｄ変換部２３は、センサ２１から出力される回
転信号Ｐの電圧を、例えば、４０ｋＨｚの周波数でサン
プリングし、ディジタル信号に変換して出力するもので
ある。他方のＡ／Ｄ変換部２４は、センサ２２から出力
される振動波形信号Ｖ（ｔ）の電圧を、例えば、４０ｋ
Ｈｚの周波数でサンプリングし、ディジタル信号に変換
して出力するものである。
【００１０】Ａ／Ｄ変換部２３の出力側には、基本周波
数算出手段（例えば、基本周波数算出部）２６が接続さ
れ、さらに係数α，β，…を設定するための係数設定部
２５が設けられている。基本周波数算出部２６は、ディ
ジタル化された回転信号Ｐから、歯車１ａの回転周波数
ｆを抽出し、この回転周波数ｆに係数設定部２５で設定
された係数α，β，…を乗算して、複数の基本周波数α
ｆ，βｆ，…を算出するものである。基本周波数算出部
２６の出力側には、複数の複素正弦信号生成手段（例え
ば、複素周波数生成部）２７ａ，２７ｂ，…が接続され
ている。複素周波数生成部２７ａ，２７ｂ，…は、それ
ぞれ、基本周波数αｆ，βｆ，…の正弦信号Ｓａ
（ｔ），Ｓｂ（ｔ），…と、これらの正弦信号Ｓａ
（ｔ），Ｓｂ（ｔ），…から位相が９０゜ずれた余弦信
号Ｃａ（ｔ），Ｃｂ（ｔ），…とを出力する機能を有し
ている。複素周波数生成部２７ａ，２７ｂ，…及びＡ／
Ｄ変換部２４の出力側には、周波数シフト手段（例え
ば、乗算部）２８ａ，２８ｂ，…が接続されている。乗
算部２８ａ，…は、それぞれ図示されていない２つの乗
算器で構成されている。各乗算器は、Ａ／Ｄ変換部２４
から出力される振動波形信号Ｖ（ｔ）に、それぞれ正弦
信号Ｓａ（ｔ），…と余弦信号Ｃａ（ｔ），…を乗算
し、その乗算結果を出力するものである。乗算部２８
ａ，２８ｂの出力側には、多変量周波数分析手段（例え
ば、周波数分析部）２９が接続されている。周波数分析
部１９は、入力される複数の信号の中に含まれる周期信
号を分析し、周波数成分とその振幅を求める機能を有し
ている。
数算出手段（例えば、基本周波数算出部）２６が接続さ
れ、さらに係数α，β，…を設定するための係数設定部
２５が設けられている。基本周波数算出部２６は、ディ
ジタル化された回転信号Ｐから、歯車１ａの回転周波数
ｆを抽出し、この回転周波数ｆに係数設定部２５で設定
された係数α，β，…を乗算して、複数の基本周波数α
ｆ，βｆ，…を算出するものである。基本周波数算出部
２６の出力側には、複数の複素正弦信号生成手段（例え
ば、複素周波数生成部）２７ａ，２７ｂ，…が接続され
ている。複素周波数生成部２７ａ，２７ｂ，…は、それ
ぞれ、基本周波数αｆ，βｆ，…の正弦信号Ｓａ
（ｔ），Ｓｂ（ｔ），…と、これらの正弦信号Ｓａ
（ｔ），Ｓｂ（ｔ），…から位相が９０゜ずれた余弦信
号Ｃａ（ｔ），Ｃｂ（ｔ），…とを出力する機能を有し
ている。複素周波数生成部２７ａ，２７ｂ，…及びＡ／
Ｄ変換部２４の出力側には、周波数シフト手段（例え
ば、乗算部）２８ａ，２８ｂ，…が接続されている。乗
算部２８ａ，…は、それぞれ図示されていない２つの乗
算器で構成されている。各乗算器は、Ａ／Ｄ変換部２４
から出力される振動波形信号Ｖ（ｔ）に、それぞれ正弦
信号Ｓａ（ｔ），…と余弦信号Ｃａ（ｔ），…を乗算
し、その乗算結果を出力するものである。乗算部２８
ａ，２８ｂの出力側には、多変量周波数分析手段（例え
ば、周波数分析部）２９が接続されている。周波数分析
部１９は、入力される複数の信号の中に含まれる周期信
号を分析し、周波数成分とその振幅を求める機能を有し
ている。
【００１１】次に、動作を説明する。ここで、歯車装置
１の歯車１ａ，１ｂの歯数ｘ，ｙは、それぞれｘ＝２
５，ｙ＝１５とし、歯車１ａの回転速度ｒはｒ＝１５
［回転／秒］とする。また、係数設定部２５の係数α，
βは、歯車１ａ，１ｂのかみ合わせによる振動成分を検
出するためにα＝２５に設定され、図示されていない歯
車に起因する振動成分を検出するためにβ＝３０に設定
されているものとする。センサ２１から出力される回転
信号Ｐは、Ａ／Ｄ変換部２３でディジタル信号に変換さ
れて、基本周波数算出部２６へ入力される。基本周波数
算出部２６において回転信号Ｐは、例えば、フーリエ変
換や線形予測分析等の周波数分析方法によって分析さ
れ、回転周波数ｆが検出される。この場合、歯車１ａの
回転速度は１５［回転／秒］であるから、回転周波数ｆ
＝１５［Ｈｚ］となる。更に、基本周波数算出部２６に
おいて、回転周波数ｆと係数設定部２５から与えられる
係数α，βとが乗算され、２つの基本周波数αｆ（＝３
７５）［Ｈｚ］，βｆ（＝４５０）［Ｈｚ］が算出され
る。
１の歯車１ａ，１ｂの歯数ｘ，ｙは、それぞれｘ＝２
５，ｙ＝１５とし、歯車１ａの回転速度ｒはｒ＝１５
［回転／秒］とする。また、係数設定部２５の係数α，
βは、歯車１ａ，１ｂのかみ合わせによる振動成分を検
出するためにα＝２５に設定され、図示されていない歯
車に起因する振動成分を検出するためにβ＝３０に設定
されているものとする。センサ２１から出力される回転
信号Ｐは、Ａ／Ｄ変換部２３でディジタル信号に変換さ
れて、基本周波数算出部２６へ入力される。基本周波数
算出部２６において回転信号Ｐは、例えば、フーリエ変
換や線形予測分析等の周波数分析方法によって分析さ
れ、回転周波数ｆが検出される。この場合、歯車１ａの
回転速度は１５［回転／秒］であるから、回転周波数ｆ
＝１５［Ｈｚ］となる。更に、基本周波数算出部２６に
おいて、回転周波数ｆと係数設定部２５から与えられる
係数α，βとが乗算され、２つの基本周波数αｆ（＝３
７５）［Ｈｚ］，βｆ（＝４５０）［Ｈｚ］が算出され
る。
【００１２】複素周波数生成部２７ａでは、基本周波数
算出部２６から与えられる基本周波数αｆに応じて、次
の（１），（２）式で示される正弦信号Ｓａ（ｔ）と余
弦信号Ｃａ（ｔ）が生成される。 Ｓａ（ｔ）＝sin(２παｆｔ）＝sin(７５０πｔ） ・・・（１） Ｃａ（ｔ）＝cos(２παｆｔ）＝cos(７５０πｔ） ・・・（２） 同様に、複素周波数生成部２７ｂでは、基本周波数算出
部２６から与えられる基本周波数βｆに応じて、次の
（３），（４）式で示される正弦信号Ｓｂ（ｔ）と余弦
信号Ｃｂ（ｔ）が生成される。 Ｓｂ（ｔ）＝sin(２πβｆｔ）＝sin(９００πｔ） ・・・（３） Ｃｂ（ｔ）＝cos(２πβｆｔ）＝cos(９００πｔ） ・・・（４） 一方、センサ２２で検出される振動波形信号Ｖ（ｔ）に
は、回転速度ｒ（＝１５）［回転／秒］で回転する歯車
１ａのｘ（＝２５）個の歯が歯車１ｂにかみ合うことに
よって生ずる周波数ｘ×ｒ（＝３７５）［Ｈｚ］の信号
と、その高調波成分の信号が含まれている。振動波形信
号Ｖ（ｔ）には、更に歯車１ａの回転によるｒ（＝１
５）［Ｈｚ］の振動成分が重畳されて、周波数（３７５
＋１５）［Ｈｚ］，（７５０＋１５）［Ｈｚ］，…等の
周波数の信号が含まれている。
算出部２６から与えられる基本周波数αｆに応じて、次
の（１），（２）式で示される正弦信号Ｓａ（ｔ）と余
弦信号Ｃａ（ｔ）が生成される。 Ｓａ（ｔ）＝sin(２παｆｔ）＝sin(７５０πｔ） ・・・（１） Ｃａ（ｔ）＝cos(２παｆｔ）＝cos(７５０πｔ） ・・・（２） 同様に、複素周波数生成部２７ｂでは、基本周波数算出
部２６から与えられる基本周波数βｆに応じて、次の
（３），（４）式で示される正弦信号Ｓｂ（ｔ）と余弦
信号Ｃｂ（ｔ）が生成される。 Ｓｂ（ｔ）＝sin(２πβｆｔ）＝sin(９００πｔ） ・・・（３） Ｃｂ（ｔ）＝cos(２πβｆｔ）＝cos(９００πｔ） ・・・（４） 一方、センサ２２で検出される振動波形信号Ｖ（ｔ）に
は、回転速度ｒ（＝１５）［回転／秒］で回転する歯車
１ａのｘ（＝２５）個の歯が歯車１ｂにかみ合うことに
よって生ずる周波数ｘ×ｒ（＝３７５）［Ｈｚ］の信号
と、その高調波成分の信号が含まれている。振動波形信
号Ｖ（ｔ）には、更に歯車１ａの回転によるｒ（＝１
５）［Ｈｚ］の振動成分が重畳されて、周波数（３７５
＋１５）［Ｈｚ］，（７５０＋１５）［Ｈｚ］，…等の
周波数の信号が含まれている。
【００１３】ここで説明を単純化するため、高調波成分
等を省略すると、振動波形信号Ｖ（ｔ）は、次の（５）
式のように表される。 Ｖ（ｔ）＝ａ０cos(２πｘｒｔ） ＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ） ・・・（５） 振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算部２８ａにおいて、正弦
信号Ｓａ（ｔ）及び余弦信号Ｃａ（ｔ）と乗算され、次
の（６），（７）式で表される２つの信号ＶＩａ
（ｔ），ＶＱａ（ｔ）に変換される。 ＶＩａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２παｆｔ） ・・・（６） ＶＱａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２παｆｔ） ・・・（７） 同様に、振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算部２８ｂにおい
て、正弦信号Ｓｂ（ｔ）及び余弦信号Ｃｂ（ｔ）と乗算
され、次の（８），（９）式で表される２つの信号ＶＩ
ｂ（ｔ），ＶＱｂ（ｔ）に変換される。 ＶＩｂ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２πβｆｔ） ・・・（８） ＶＱａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２πβｆｔ） ・・・（９） （６）〜（９）式で表される乗算部２８ａ，２８ｂの出
力信号ＶＩａ（ｔ），ＶＱａ（ｔ），ＶＩｂ（ｔ），Ｖ
Ｑｂ（ｔ）は、三角関数の積で表される。これは、乗算
部２８ａによって、（５）式の信号中の各成分が周波数
αｆ［Ｈｚ］だけ、乗算部２８ｂによって、（５）式の
信号中の各成分が周波数βｆ［Ｈｚ］だけ、それぞれシ
フトされたことを意味する。乗算部２８ａ，２８ｂから
出力される（６）〜（９）式の信号は、周波数分析部２
９に与えられる。
等を省略すると、振動波形信号Ｖ（ｔ）は、次の（５）
式のように表される。 Ｖ（ｔ）＝ａ０cos(２πｘｒｔ） ＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ） ・・・（５） 振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算部２８ａにおいて、正弦
信号Ｓａ（ｔ）及び余弦信号Ｃａ（ｔ）と乗算され、次
の（６），（７）式で表される２つの信号ＶＩａ
（ｔ），ＶＱａ（ｔ）に変換される。 ＶＩａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２παｆｔ） ・・・（６） ＶＱａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２παｆｔ） ・・・（７） 同様に、振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算部２８ｂにおい
て、正弦信号Ｓｂ（ｔ）及び余弦信号Ｃｂ（ｔ）と乗算
され、次の（８），（９）式で表される２つの信号ＶＩ
ｂ（ｔ），ＶＱｂ（ｔ）に変換される。 ＶＩｂ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２πβｆｔ） ・・・（８） ＶＱａ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２πβｆｔ） ・・・（９） （６）〜（９）式で表される乗算部２８ａ，２８ｂの出
力信号ＶＩａ（ｔ），ＶＱａ（ｔ），ＶＩｂ（ｔ），Ｖ
Ｑｂ（ｔ）は、三角関数の積で表される。これは、乗算
部２８ａによって、（５）式の信号中の各成分が周波数
αｆ［Ｈｚ］だけ、乗算部２８ｂによって、（５）式の
信号中の各成分が周波数βｆ［Ｈｚ］だけ、それぞれシ
フトされたことを意味する。乗算部２８ａ，２８ｂから
出力される（６）〜（９）式の信号は、周波数分析部２
９に与えられる。
【００１４】周波数分析部２９において、これらの信号
中に含まれる周波数成分とその振幅が、例えば、多変量
予測分析等の多変量周波数分析方法を用いて分析され
る。この場合、信号ＶＩａ（ｔ），ＶＱａ（ｔ）に含ま
れる周波数成分は、ｒｘ−αｆ，ｒｘ−αｆ＋ｒ，ｒｘ
＋αｆ，ｒｘ＋αｆ＋ｒ［Ｈｚ］である。また、信号Ｖ
Ｉｂ（ｔ），ＶＱｂ（ｔ）に含まれる周波数成分は、ｒ
ｘ−βｆ，ｒｘ−βｆ＋ｒ，ｒｘ＋βｆ，ｒｘ＋βｆ＋
ｒ［Ｈｚ］である。ここで、α＝２５，β＝３０，ｆ＝
１５［Ｈｚ］，ｘ＝２５，ｒ＝１５［回転／秒］である
から、具体的な周波数は１５，６０，７５，７５０，７
６５，８２５，８４０［Ｈｚ］となる。また、ここでの
説明では省略したが、この他に各基本周波数αｆ，βｆ
に対する高調波成分が含まれている。この様に、周波数
分析手段２９には、センサ２２で検出された振動波形信
号Ｖ（ｔ）とは異なる周波数成分を有する信号が与えら
れる。周波数分析部２９によって、これらの複数の周波
数成分が分析され、周期性のある周波数成分の振幅が検
出されて分析結果として、出力される。
中に含まれる周波数成分とその振幅が、例えば、多変量
予測分析等の多変量周波数分析方法を用いて分析され
る。この場合、信号ＶＩａ（ｔ），ＶＱａ（ｔ）に含ま
れる周波数成分は、ｒｘ−αｆ，ｒｘ−αｆ＋ｒ，ｒｘ
＋αｆ，ｒｘ＋αｆ＋ｒ［Ｈｚ］である。また、信号Ｖ
Ｉｂ（ｔ），ＶＱｂ（ｔ）に含まれる周波数成分は、ｒ
ｘ−βｆ，ｒｘ−βｆ＋ｒ，ｒｘ＋βｆ，ｒｘ＋βｆ＋
ｒ［Ｈｚ］である。ここで、α＝２５，β＝３０，ｆ＝
１５［Ｈｚ］，ｘ＝２５，ｒ＝１５［回転／秒］である
から、具体的な周波数は１５，６０，７５，７５０，７
６５，８２５，８４０［Ｈｚ］となる。また、ここでの
説明では省略したが、この他に各基本周波数αｆ，βｆ
に対する高調波成分が含まれている。この様に、周波数
分析手段２９には、センサ２２で検出された振動波形信
号Ｖ（ｔ）とは異なる周波数成分を有する信号が与えら
れる。周波数分析部２９によって、これらの複数の周波
数成分が分析され、周期性のある周波数成分の振幅が検
出されて分析結果として、出力される。
【００１５】周波数分析部２９で検出された分析結果の
周波数成分とその振幅を、予め測定しておいた正常状態
の信号分析結果と比較することにより、異常の有無を判
定することができる。更に、異常な周波数成分を抽出す
ることにより、異常箇所の推定をすることができる。以
上の様に、本実施形態の周期運動分析装置は、係数設定
部１５で複数の係数α，β，…を設定することができる
ので、同時に複数の周波数の周期運動成分を分析するこ
とができる。更に、乗算部２８ａ，…を有するので、周
期運動に含まれる周波数をシフトすることができる。こ
れにより、基本周波数に対して整数倍の比率ではない振
動周波数成分の周波数をシフトし、基本周波数の整数倍
になるように変換することができる。このため、任意の
振動周波数成分の分析が可能になるという利点がある。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変
形が可能である。この変形例としては、例えば、次のよ
うなものがある。
周波数成分とその振幅を、予め測定しておいた正常状態
の信号分析結果と比較することにより、異常の有無を判
定することができる。更に、異常な周波数成分を抽出す
ることにより、異常箇所の推定をすることができる。以
上の様に、本実施形態の周期運動分析装置は、係数設定
部１５で複数の係数α，β，…を設定することができる
ので、同時に複数の周波数の周期運動成分を分析するこ
とができる。更に、乗算部２８ａ，…を有するので、周
期運動に含まれる周波数をシフトすることができる。こ
れにより、基本周波数に対して整数倍の比率ではない振
動周波数成分の周波数をシフトし、基本周波数の整数倍
になるように変換することができる。このため、任意の
振動周波数成分の分析が可能になるという利点がある。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変
形が可能である。この変形例としては、例えば、次のよ
うなものがある。
【００１６】（ａ）図１の実施形態は、歯車装置１の診
断に対する応用例を示したが、診断のみでなく、製品開
発時等における試作品の評価にも応用することができ
る。 （ｂ）図１は、回転機器として歯車装置１の周期運動を
分析する場合の実施形態を示したが、歯車装置に限ら
ず、例えば、ベルトやカム等を有する回転機器に対して
も適用することができる。 （ｃ）センサ２１は、歯車１ａの軸に取り付けられた標
識１ｄを非接触で検出しているが、このような方式に限
らず、回転速度を検出することができるものであればよ
い。 （ｄ）基本周波数算出部２６は、ディジタル変換された
回転信号Ｐをもとに回転周波数ｆを求めているが、この
ような方式に限らず、回転速度を検出することができる
ものであればよい。 （ｅ）係数設定部２５、基本周波数算出部２６、複素周
波数生成部２７ａ，…、乗算部２８ａ，…、及び周波数
分析部２９は、個別の機能ブロックとして記述したが、
例えば、マイクロコンピュータ等を用いて、プログラム
制御によりこれらの各機能を実現してもよい。
断に対する応用例を示したが、診断のみでなく、製品開
発時等における試作品の評価にも応用することができ
る。 （ｂ）図１は、回転機器として歯車装置１の周期運動を
分析する場合の実施形態を示したが、歯車装置に限ら
ず、例えば、ベルトやカム等を有する回転機器に対して
も適用することができる。 （ｃ）センサ２１は、歯車１ａの軸に取り付けられた標
識１ｄを非接触で検出しているが、このような方式に限
らず、回転速度を検出することができるものであればよ
い。 （ｄ）基本周波数算出部２６は、ディジタル変換された
回転信号Ｐをもとに回転周波数ｆを求めているが、この
ような方式に限らず、回転速度を検出することができる
ものであればよい。 （ｅ）係数設定部２５、基本周波数算出部２６、複素周
波数生成部２７ａ，…、乗算部２８ａ，…、及び周波数
分析部２９は、個別の機能ブロックとして記述したが、
例えば、マイクロコンピュータ等を用いて、プログラム
制御によりこれらの各機能を実現してもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、周波数シフト手段によって周波数シフトした振動
波形信号に基づいて、多変量周波数分析を行うようにし
たので、第１及び第２の回転体の回転比率に応じて係数
を適宜設定することにより、基本周波数の整数倍ではな
い周波数成分についても分析が可能になる。更に、多変
量周波数分析手段によって複数の基本周波数に対する分
析が同時に行われるので、複雑な回転機器に対しても総
合的な分析結果が得られる。
れば、周波数シフト手段によって周波数シフトした振動
波形信号に基づいて、多変量周波数分析を行うようにし
たので、第１及び第２の回転体の回転比率に応じて係数
を適宜設定することにより、基本周波数の整数倍ではな
い周波数成分についても分析が可能になる。更に、多変
量周波数分析手段によって複数の基本周波数に対する分
析が同時に行われるので、複雑な回転機器に対しても総
合的な分析結果が得られる。
【図１】本発明の実施形態を示す回転機器の周期運動分
析装置の構成図である。
析装置の構成図である。
【図２】従来の歯車装置における異常診断装置の構成図
である。
である。
２０ 周期運動分析装置 ２１，２２ センサ ２３，２４ Ａ／Ｄ変換部 ２５ 係数設定部 ２６ 基本周波数算出部 ２７ａ，２７ｂ 複素周波数生成部 ２８ａ，２８ｂ 乗算部 ２９ 周波数分析部
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の回転体と第２の回転体とが、相互
に連動して所定の回転比率に従った回転速度で回転動作
を行う回転機器を分析対象とし、前記回転動作による周
期運動に起因して発生する周期的振動の周期運動分析装
置であって、 前記第１の回転体の回転速度を検出する回転速度検出手
段と、 前記回転速度検出手段で検出された回転速度に、前記回
転比率に応じて設定される複数の係数を乗じ、前記第２
の回転体の回転速度に応じた複数の基本周波数を算出す
る基本周波数算出手段と、 前記複数の基本周波数に基づいて、該各基本周波数毎に
その周波数の正弦信号及び余弦信号を生成してそれぞれ
出力する複数の複素正弦信号生成手段と、 前記回転機器の発生する周期的振動を検出して振動波形
信号を出力する振動波形検出手段と、 前記振動波形信号に、前記各基本周波数の正弦信号と余
弦信号とをそれぞれ乗算して、該振動波形信号の周期的
振動における周波数を該基本周波数だけそれぞれシフト
させる複数の周波数シフト手段と、 前記複数の周波数シフト手段の出力信号に基づき、該各
出力信号中に含まれる前記回転機器の周期運動の各周波
数成分の分布と、該各周波数における振幅の分布とを分
析する多変量周波数分析手段とを、 備えたことを特徴とする回転機器の周期運動分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161700A JPH109946A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 回転機器の周期運動分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161700A JPH109946A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 回転機器の周期運動分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109946A true JPH109946A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15740213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161700A Withdrawn JPH109946A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 回転機器の周期運動分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH109946A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102996720A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-03-27 | 北京林业大学 | 一种多功能齿轮故障诊断齿轮箱 |
| CN107389356A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-11-24 | 浙江方向实业有限公司 | 一种用于换挡手柄换挡周期试验设备 |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP8161700A patent/JPH109946A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102996720A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-03-27 | 北京林业大学 | 一种多功能齿轮故障诊断齿轮箱 |
| CN107389356A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-11-24 | 浙江方向实业有限公司 | 一种用于换挡手柄换挡周期试验设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030902 |