JPH109947A - 周期運動分析装置 - Google Patents
周期運動分析装置Info
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- JPH109947A JPH109947A JP8161701A JP16170196A JPH109947A JP H109947 A JPH109947 A JP H109947A JP 8161701 A JP8161701 A JP 8161701A JP 16170196 A JP16170196 A JP 16170196A JP H109947 A JPH109947 A JP H109947A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周期運動をする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、
回転周波数抽出部２５で回転周波数ｆが算出される。複
素周波数生成部２７において、回転周波数ｆに係数設定
部６で設定された係数αが乗ぜられ、基本周波数αｆの
正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）とが生成される。
乗算部２８において、センサ２４で検出された振動波形
信号Ｖと、正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）とがそ
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、同期加算部２９において回転周波数ｆで反
復して取り込まれ、加算平均される。これにより基本周
波数αｆの非整数倍の周波数成分も分析できる。
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、
回転周波数抽出部２５で回転周波数ｆが算出される。複
素周波数生成部２７において、回転周波数ｆに係数設定
部６で設定された係数αが乗ぜられ、基本周波数αｆの
正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）とが生成される。
乗算部２８において、センサ２４で検出された振動波形
信号Ｖと、正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）とがそ
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、同期加算部２９において回転周波数ｆで反
復して取り込まれ、加算平均される。これにより基本周
波数αｆ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、回転する
歯車装置や往復運動機器等の周期運動機器を分析対象と
し、この周期運動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。
歯車装置や往復運動機器等の周期運動機器を分析対象と
し、この周期運動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、特定周期で運動する第１の運動体と、該
特定周期に対して一定比率の周期で運動する第２の運動
体とが相互に連動して周期運動を行う周期運動機器を分
析対象とし、前記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、この周期運動分析装置は、前記第１の運動体の特定
周期を検出する運動周期検出手段と、前記特定周期に、
前記一定比率に応じて設定される係数を乗じて前記周期
運動機器の周期的振動に応じた基本周波数を算出し、該
基本周波数の正弦信号及び余弦信号を生成して出力する
複素正弦信号生成手段と、前記周期運動機器の発生する
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、前記正弦信号と前記
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シフトさせる
周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段の出力信号
を、前記運動周期検出手段で検出した特定周期で反復し
て取り込み、これを加算平均して得られた信号を分析結
果信号として出力する同期加算手段とを、備えている。
め、本発明は、特定周期で運動する第１の運動体と、該
特定周期に対して一定比率の周期で運動する第２の運動
体とが相互に連動して周期運動を行う周期運動機器を分
析対象とし、前記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、この周期運動分析装置は、前記第１の運動体の特定
周期を検出する運動周期検出手段と、前記特定周期に、
前記一定比率に応じて設定される係数を乗じて前記周期
運動機器の周期的振動に応じた基本周波数を算出し、該
基本周波数の正弦信号及び余弦信号を生成して出力する
複素正弦信号生成手段と、前記周期運動機器の発生する
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、前記正弦信号と前記
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シフトさせる
周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段の出力信号
を、前記運動周期検出手段で検出した特定周期で反復し
て取り込み、これを加算平均して得られた信号を分析結
果信号として出力する同期加算手段とを、備えている。
【０００８】本発明によれば、以上のように周期運動分
析装置を構成したので、次のような作用が行われる。運
動周期検出手段で、第１の運動体の特定周期が検出され
る。複素正弦信号生成手段において、その特定周期に対
して一定比率に応じて設定された係数が乗じられて、基
本周波数が算出される。更に、複素正弦信号生成手段に
よって、基本周波数の正弦信号と余弦信号とが生成され
る。一方、振動波形検出手段で検出された分析対象の周
期運動機器の振動波形信号は、周波数シフト手段におい
て基本周波数の正弦信号及び余弦信号と乗算され、基本
周波数分だけ周波数シフトされる。この周波数シフトさ
れた振動波形信号は、同期加算手段によって、第１の運
動体の周期で反復して取り込まれて加算平均される。こ
の同期加算手段の加算平均結果が、分析結果信号として
出力される。
析装置を構成したので、次のような作用が行われる。運
動周期検出手段で、第１の運動体の特定周期が検出され
る。複素正弦信号生成手段において、その特定周期に対
して一定比率に応じて設定された係数が乗じられて、基
本周波数が算出される。更に、複素正弦信号生成手段に
よって、基本周波数の正弦信号と余弦信号とが生成され
る。一方、振動波形検出手段で検出された分析対象の周
期運動機器の振動波形信号は、周波数シフト手段におい
て基本周波数の正弦信号及び余弦信号と乗算され、基本
周波数分だけ周波数シフトされる。この周波数シフトさ
れた振動波形信号は、同期加算手段によって、第１の運
動体の周期で反復して取り込まれて加算平均される。こ
の同期加算手段の加算平均結果が、分析結果信号として
出力される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
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、分析対象となる周期運動機器（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２
０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を出力する運動周期
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２１，２
２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、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。
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、分析対象となる周期運動機器（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２
０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を出力する運動周期
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２１，２
２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、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。
【００１０】Ａ／Ｄ変換部２３の出力側には、運動周期
検出手段（例えば、回転周波数抽出部）２５が接続さ
れ、さらに係数αを設定するための係数設定部２６が設
けられている。回転周波数抽出部２５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を算出
するものである。回転周波数抽出部２５及び係数設定部
２６の出力側には、複素正弦信号生成手段（例えば、複
素周波数生成部）２７が接続されている。複素周波数生
成部２７は、回転周波数抽出部２５から与えられる回転
周波数ｆに、係数設定部２６から与えられる係数αを乗
算し、基本周波数αｆの正弦信号Ｓ（ｔ）と、この正弦
信号Ｓ（ｔ）から位相が９０゜ずれた余弦信号Ｃ（ｔ）
とを出力する機能を有している。複素周波数生成部２７
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）２８が接続されている。乗算部２８
は、２つの乗算器２８ａ，２８ｂで構成されている。各
乗算器２８ａ，２８ｂ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Ｓ
（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）を乗算し、その乗算結果を出
力するものである。乗算器２８ａ，２８ｂ及び回転周波
数抽出部２５の出力側には、同期加算手段（例えば、同
期加算部）２９が接続されている。同期加算部２９は、
回転周波数ｆに基づいて算出される回転信号Ｐの周期Ｔ
（＝１／ｆ）［秒］に従って、乗算部２８の出力信号を
加算平均するものである。
検出手段（例えば、回転周波数抽出部）２５が接続さ
れ、さらに係数αを設定するための係数設定部２６が設
けられている。回転周波数抽出部２５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を算出
するものである。回転周波数抽出部２５及び係数設定部
２６の出力側には、複素正弦信号生成手段（例えば、複
素周波数生成部）２７が接続されている。複素周波数生
成部２７は、回転周波数抽出部２５から与えられる回転
周波数ｆに、係数設定部２６から与えられる係数αを乗
算し、基本周波数αｆの正弦信号Ｓ（ｔ）と、この正弦
信号Ｓ（ｔ）から位相が９０゜ずれた余弦信号Ｃ（ｔ）
とを出力する機能を有している。複素周波数生成部２７
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）２８が接続されている。乗算部２８
は、２つの乗算器２８ａ，２８ｂで構成されている。各
乗算器２８ａ，２８ｂ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Ｓ
（ｔ）と余弦信号Ｃ（ｔ）を乗算し、その乗算結果を出
力するものである。乗算器２８ａ，２８ｂ及び回転周波
数抽出部２５の出力側には、同期加算手段（例えば、同
期加算部）２９が接続されている。同期加算部２９は、
回転周波数ｆに基づいて算出される回転信号Ｐの周期Ｔ
（＝１／ｆ）［秒］に従って、乗算部２８の出力信号を
加算平均するものである。
【００１１】次に、動作を説明する。ここでは、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２６では、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に設定されているものとする。センサ１１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、回転周波数抽出部２５へ入力さ
れる。回転周波数抽出部２５において、入力信号は、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、回転信号Ｐの回転周波数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。複素
周波数生成部２７において、回転周波数ｆに係数設定部
２６から与えられる係数αが乗算され、基本周波数αｆ
（＝３７５）［Ｈｚ］が算出される。複素周波数生成部
２７では、求めた基本周波数αｆに従って、次の
（１），（２）式で示される正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信
号Ｃ（ｔ）が生成される。 Ｓ（ｔ）＝sin(２παｆｔ）＝sin(７５０πｔ） ・・・（１） Ｃ（ｔ）＝cos(２παｆｔ）＝cos(７５０πｔ） ・・・（２） 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。
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２６では、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に設定されているものとする。センサ１１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、回転周波数抽出部２５へ入力さ
れる。回転周波数抽出部２５において、入力信号は、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、回転信号Ｐの回転周波数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。複素
周波数生成部２７において、回転周波数ｆに係数設定部
２６から与えられる係数αが乗算され、基本周波数αｆ
（＝３７５）［Ｈｚ］が算出される。複素周波数生成部
２７では、求めた基本周波数αｆに従って、次の
（１），（２）式で示される正弦信号Ｓ（ｔ）と余弦信
号Ｃ（ｔ）が生成される。 Ｓ（ｔ）＝sin(２παｆｔ）＝sin(７５０πｔ） ・・・（１） Ｃ（ｔ）＝cos(２παｆｔ）＝cos(７５０πｔ） ・・・（２） 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。
【００１２】ここで説明を単純化するため、高調波成分
等を省略し、振動波形信号Ｖ（ｔ）を、次の（３）式の
ように表す。 Ｖ（ｔ）＝ａ０cos(２πｘｒｔ） ＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ） ・・・（３） 振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算器２８ａにおいて正弦信
号Ｓ（ｔ）と乗算され、乗算器２８ｂにおいて余弦信号
Ｃ（ｔ）と乗算され、それぞれ次の（４），（５）式で
表される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ（ｔ）に変換される。 ＶＩ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２παｆｔ） ・・・（４） ＶＱ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２παｆｔ） ・・・（５） （４），（５）式で表される乗算部２８の出力信号ＶＩ
（ｔ），ＶＱ（ｔ）は、三角関数の積で表される。これ
は、乗算部２８によって、（３）式の信号中の各成分が
基本周波数αｆ［Ｈｚ］だけシフトされたことを意味す
る。乗算部２８から出力される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ
（ｔ）は、同期加算部２９に与えられる。同期加算部２
９において、これらの信号は、回転周波数抽出部２５で
抽出された回転周波数ｆの周期で加算平均される。同期
加算部２９へ入力される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ（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。ここで、
α＝２５，ｆ＝１５［Ｈｚ］，ｘ＝２５，ｒ＝１５［回
転／秒］であるから、具体的には、１５，７５０，７６
５［Ｈｚ］の周波数になる。同期加算部１９は、これら
の周波数成分を持つ信号を、基本周波数ｆ＝１５［Ｈ
ｚ］で反復して取り込み、加算平均する。このため、７
５０及び７６５［Ｈｚ］の信号成分は、平均化されて０
に近付き、１５［Ｈｚ］の信号成分が抽出される。
等を省略し、振動波形信号Ｖ（ｔ）を、次の（３）式の
ように表す。 Ｖ（ｔ）＝ａ０cos(２πｘｒｔ） ＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ） ・・・（３） 振動波形信号Ｖ（ｔ）は、乗算器２８ａにおいて正弦信
号Ｓ（ｔ）と乗算され、乗算器２８ｂにおいて余弦信号
Ｃ（ｔ）と乗算され、それぞれ次の（４），（５）式で
表される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ（ｔ）に変換される。 ＶＩ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×sin(２παｆｔ） ・・・（４） ＶＱ（ｔ） ＝｛ａ０cos(２πｘｒｔ）＋ａ１cos(２πｘｒｔ＋２πｒｔ）｝ ×cos(２παｆｔ） ・・・（５） （４），（５）式で表される乗算部２８の出力信号ＶＩ
（ｔ），ＶＱ（ｔ）は、三角関数の積で表される。これ
は、乗算部２８によって、（３）式の信号中の各成分が
基本周波数αｆ［Ｈｚ］だけシフトされたことを意味す
る。乗算部２８から出力される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ
（ｔ）は、同期加算部２９に与えられる。同期加算部２
９において、これらの信号は、回転周波数抽出部２５で
抽出された回転周波数ｆの周期で加算平均される。同期
加算部２９へ入力される信号ＶＩ（ｔ），ＶＱ（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。ここで、
α＝２５，ｆ＝１５［Ｈｚ］，ｘ＝２５，ｒ＝１５［回
転／秒］であるから、具体的には、１５，７５０，７６
５［Ｈｚ］の周波数になる。同期加算部１９は、これら
の周波数成分を持つ信号を、基本周波数ｆ＝１５［Ｈ
ｚ］で反復して取り込み、加算平均する。このため、７
５０及び７６５［Ｈｚ］の信号成分は、平均化されて０
に近付き、１５［Ｈｚ］の信号成分が抽出される。
【００１３】この様にして求めた同期加算部２９の分析
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、歯車装置
１の異常の有無を判定することができる。更に、異常な
周波数成分を分析することにより、異常箇所を推定する
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２０では、係数設定部２６で任意の係数αを設定す
ることができるので、分析対象の振動周波数を任意に選
択することができる。更に、乗算部１７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、回転周波数ｆに対して整数倍の比率になっ
ていない振動周波数成分をシフトし、回転周波数ｆの整
数倍になるように変換し、任意の振動周波数成分を選択
して分析できるという利点を有する。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。
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、歯車装置
１の異常の有無を判定することができる。更に、異常な
周波数成分を分析することにより、異常箇所を推定する
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２０では、係数設定部２６で任意の係数αを設定す
ることができるので、分析対象の振動周波数を任意に選
択することができる。更に、乗算部１７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、回転周波数ｆに対して整数倍の比率になっ
ていない振動周波数成分をシフトし、回転周波数ｆの整
数倍になるように変換し、任意の振動周波数成分を選択
して分析できるという利点を有する。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。
【００１４】（ａ）図１の実施形態では、歯車装置１の
診断に対する応用例を説明したが、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、周期運動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１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。また、ピストンのような
往復運動に対しても適用可能である。 （ｃ）センサ１１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、運動周期を検出することができるものであればよ
い。 （ｄ）回転周波数抽出部１４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、運動周期を検出することができる
ものであればよい。 （ｅ）回転周波数抽出部１４、複素周波数生成部１５、
係数設定部１６、乗算部１７、及び同期加算部１９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。
診断に対する応用例を説明したが、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、周期運動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１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。また、ピストンのような
往復運動に対しても適用可能である。 （ｃ）センサ１１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、運動周期を検出することができるものであればよ
い。 （ｄ）回転周波数抽出部１４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、運動周期を検出することができる
ものであればよい。 （ｅ）回転周波数抽出部１４、複素周波数生成部１５、
係数設定部１６、乗算部１７、及び同期加算部１９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。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、複素正弦信号生成手段によって、基本周波数の正
弦信号と余弦信号とを生成し、これらを振動波形信号に
乗ずることにより、振動波形信号の周波数をシフトして
いる。このため、基本周波数の整数倍でない周波数成分
を基本周波数に対して整数倍の周波数に変換することが
できる。しかも、周波数シフトした振動波形信号を同期
加算手段によって加算平均するので、任意の振動周波数
成分を選択して分析することが可能になる。
れば、複素正弦信号生成手段によって、基本周波数の正
弦信号と余弦信号とを生成し、これらを振動波形信号に
乗ずることにより、振動波形信号の周波数をシフトして
いる。このため、基本周波数の整数倍でない周波数成分
を基本周波数に対して整数倍の周波数に変換することが
できる。しかも、周波数シフトした振動波形信号を同期
加算手段によって加算平均するので、任意の振動周波数
成分を選択して分析することが可能になる。
【図１】本発明の実施形態を示す周期運動分析装置の構
成図である。
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 回転周波数抽出部 ２６ 係数設定部 ２７ 複素周波数生成部 ２８ 乗算部 ２９ 同期加算部
Claims (1)
- 【請求項１】 特定周期で運動する第１の運動体と、該
特定周期に対して一定比率の周期で運動する第２の運動
体とが相互に連動して周期運動を行う周期運動機器を分
析対象とし、前記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の運動体の特定周期を検出する運動周期検出手
段と、 前記特定周期に、前記一定比率に応じて設定される係数
を乗じて前記周期運動機器の周期的振動に応じた基本周
波数を算出し、該基本周波数の正弦信号及び余弦信号を
生成して出力する複素正弦信号生成手段と、 前記周期運動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、前記正弦信号と前記余弦信号とを
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シフトさせる周波数シフト
手段と、 前記周波数シフト手段の出力信号を、前記運動周期検出
手段で検出した特定周期で反復して取り込み、これを加
算平均して得られた信号を分析結果信号として出力する
同期加算手段とを、 備えたことを特徴とする周期運動分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161701A JPH109947A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 周期運動分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161701A JPH109947A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 周期運動分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109947A true JPH109947A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15740234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161701A Withdrawn JPH109947A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 周期運動分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH109947A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004239911A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Bentley Nevada Llc | 機械の振動から機械の運転速度を判定するシステム、装置及び方法 |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP8161701A patent/JPH109947A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004239911A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Bentley Nevada Llc | 機械の振動から機械の運転速度を判定するシステム、装置及び方法 |
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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 |