KR20100032327A - 이상 진단 장치 및 이상 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 변속시라도 적절하게 이상을 진단하는 것이 가능한 이상 진단 장치 등을 제공하는 것이다.
회전축(21a)을 회전시켰을 때에 회전축(21a)을 구비한 장치(20)에 발생하는 진동을 해석함으로써, 회전축(21a)의 주변 부재(22a)에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 장치(10)이며, 장치(20)의 진동을 검출하는 진동 검출 수단(11)과, 회전축(21a)의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단(12a)과, 진동 검출 수단(11)에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 회전 속도 검출 수단(12a)에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 수단(32)과, 분석 수단(32)에 의해 구해진 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 주변 부재(22a)에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 수단(33)을 구비한다.
이상 진단 장치, 진단 수단, 회전 속도 검출 수단, 분석부, 진동 검출부

Description

이상 진단 장치 및 이상 진단 방법 {ABNORMALITY DIAGNOSTIC DEVICE AND ABNORMALITY DIAGNOSTIC METHOD}
본 발명은, 자동차 등의 차량의 차축이나 변속기 등에 이용되는 베어링, 기어 등의 회전 내지 가동 부재의 이상을 진단하는 이상 진단 장치 및 이상 진단 방법에 관한 것이다.
자동차 등의 차량의 차축이나 변속기 등에 이용되는 베어링, 기어 등의 부재의 회전에 수반되는 이상을 진단하는 각종 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에는, 이들 부재를 구비한 기계 설비로부터 발생하는 진동 신호를 기초로 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출된 주파수 스펙트럼을 이용하여 상기 부재의 이상을 진단하는 기술이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2007-108189호 공보
상기 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 이상을 진단하기 위해 주파수 스펙트럼이 이용되어 있다. 여기서 이용되는 주파수 스펙트럼은, 차축의 회전 속도가 변화되는 등의 변속시에 있어서는 이 회전 속도의 변화의 영향을 받아 상이한 파형이 된다. 구체적으로는, 진동의 강도의 피크를 나타내는 주파수값이 어긋난 파형이 된다.
그러나 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는 이러한 점에 대해서는 고려되어 있지 않고, 상이한 파형이 될 수 있는 주파수 스펙트럼을 이용하여 이상을 진단하고 있었다. 그로 인해, 변속시에는 적절하게 이상을 진단할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 기술적 과제에 비추어 이루어진 것으로, 변속시라도 적절하게 이상을 진단하는 것이 가능한 이상 진단 장치 및 이상 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 회전축을 회전시켰을 때에 상기 회전축을 구비한 장치에 발생하는 진동을 해석함으로써, 상기 회전축에 장착된 또는 상기 회전축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 장치이며, 상기 장치의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 상기 회전축의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과, 상기 진동 검출 수단에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 수단과, 상기 분석 수단에 의해 구해진 상기 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여 이상의 유무가 진단된다. 여기서 이용되는 진동 차수는 변속시에 있어서도 변화되지 않는 파라미터이므로, 변속시라도 적절하게 이상을 진단할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
(장치 구성예)
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이상 진단 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 이상 진단 장치(10)는 진동 검출부(11), 제1 회전 속도 검출부(12a), 제2 회전 속도 검출부(12b), PC(Personal Computer)부(30)를 구비한 구성이다. 이상 진단 장치(10)는 진단 대상 장치(20)의 회전 내지 가동 부재의 이상의 유무를 진단하는 장치이다.
진단 대상 장치(20)는 제1 회전축(입력축)(21a), 제2 회전축(출력축)(21b), 가변형 풀리(23, 24), 벨트(25)를 적어도 구비한 무단 변속기[CVT(Continuously Variable Transmission)]이다.
이상 진단 장치(10)가 구비하는 각 구성 요소에 대해 설명한다.
진동 검출부(진동 검출 수단)(11)는 진단 대상 장치(20)의 진동을 검출한다. 예를 들어, 진단 대상 장치(20)의 유닛 중앙의 바로 위에 배치된 변위 센서, 속도 센서 또는 가속도 센서에 의해, 진단 대상 장치(20)의 변위, 속도 또는 가속도의 물리량의 주기적인 변화, 즉 진동을 나타내는 신호를 검출한다.
제1 회전 속도 검출부(회전 속도 검출 수단 또는 제1 회전 속도 검출 수단)(12a)는, 제1 회전축(21a)의 회전 속도를 검출한다. 예를 들어, 제1 회전축(21a)의 근방에 또는 일체로 장착된 회전 센서에 의해, 제1 회전축(21a)의 회전 속도를 나타내는 신호를 검출한다.
제2 회전 속도 검출부(제2 회전 속도 검출 수단)(12b)는, 제2 회전축(21b)의 회전 속도를 나타내는 신호를 검출한다. 예를 들어, 제2 회전축(21b)의 근방에 또는 일체로 장착된 회전 센서에 의해, 제2 회전축(21b)의 회전 속도를 나타내는 신호를 검출한다.
PC부(30)는 CPU(Central Processing Unit) 및 그 주변 장치로 이루어지는 마이크로 컴퓨터에 의해 구성된 컨트롤 유닛이다. PC부(30)는 분석 진단부(31)와 기준값 유지부(34)를 구비한 구성이다.
분석 진단부(31)는 상기한 각 검출부(11 내지 12b)에 의해 검출된 신호에 기초하여, 분석부(분석 수단)(32) 및 진단부(진단 수단)(33)를 이용하여 진단 대상 장치(20)의 이상의 유무를 진단한다. 분석 진단부(31)는 PC부(30)의 OS(Operating System) 상에서 동작하는 소프트웨어에 의해 실현된다. 분석부(32) 및 진단부(33)에 대해서는 후술한다.
기준값 유지부(기준값 유지 수단)(34)는, 분석 진단부(31)에 구비되는 진단부(33)가 진단시에 이용하는 기준값 데이터를 유지한다. 예를 들어, 하드디스크, RAM(Random Access Memory) 등의 기록 장치이다.
이상에 나타내어지는 장치 구성에 의해, 이상 진단 장치(10)는 진동 검출부(11)에 의해 검출되는 진동을 해석함으로써 진단 대상 장치(20)의 회전 내지 가동 부재의 이상의 유무를 진단한다. 엄밀하게는, 진단 대상 장치(20)에 있어서의 제1 회전축(21a)의 주변 부재(입력축 주변 부재)(22a), 제2 회전축(21b)의 주변 부재(출력축 주변 부재)(22b)의 이상의 유무를 진단한다.
주변 부재(22a)라 함은, 제1 회전축(21a)에 장착된 또는 제1 회전축(21a)을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 부재이며, 주변 부재(22a)에 이상이 발생함으로써 진동 검출부(11)에 의해 검출되는 신호의 파형에 변화를 발생시키는 부재를 나타낸다. 예를 들어, 제1 회전축(21a)을 회전 가능하게 지지하는 도시하지 않은 축받이(베어링), 제1 회전축(21a)에 일체적으로 장착된 도시하지 않은 기어나 오일 펌프, 혹은 상기 기어에 맞물림 가능하게 배치된 도시하지 않은 기어 등이다. 주변 부재(22b)에 대해서도 동일하다.
(분석부에 대해)
도 2는 분석부(32)의 기능 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 분석부(32)는, 도 1의 분석부(32)에 대응하고 있다.
분석부(32)는, 포락선(envelope) 처리부(32a), 주파수 분석부(32b), 차수 분석부(32c)를 이용하여, 각 검출부(11 내지 12b)에 의해 검출한 신호를 분석한다. 분석 결과는 진단부(33)로 송신된다.
포락선 처리부(32a)는 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동을 나타내는 신호에 대해 포락선 처리를 실시한다. 포락선 처리라 함은, 진동 신호의 진동 파형과 힐버트 변환(Hilbert transform) 후 파형의 직교 좌표값으로부터 복소수를 산출하고, 산출한 복소수의 절대값 파형을 포락선화함으로써 진동 파형의 포락선에 비례한 출력을 얻는 처리이다.
주파수 분석부(32b)는, 포락선 처리부(32a)에 의해 포락선 처리가 실시된 신호에 대해 FFT 알고리즘 등을 이용하여 주파수 변환 처리를 실시하여 주파수 스펙트럼을 산출한다.
차수 분석부(32c)는, 주파수 분석부(32b)에 의해 산출된 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을, 제1 회전 속도 검출부(12a) 또는 제2 회전 속도 검출부(12b)에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨(실제로 측정된 진동 레벨)을 구한다.
이상 설명해 온 바와 같이, 분석부(32)는 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동을 나타내는 신호 및 제1 회전 속도 검출부(12a) 또는 제2 회전 속도 검출부(12b)에 의해 검출한 회전 속도를 기초로, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구한다. 이후, 이러한 분석부(32)의 일련의 분석 처리를「실시간 특수 함수 차수 해석」이라 한다.
(분석부의 분석 동작의 구체예)
분석부(32)의 분석 동작에 대해 구체예를 들어 설명한다. 또한, 이후 설명 하는 구체예에서는, 설명의 편의상, 진단 대상 장치(20)의 주변 부재(22a)에 이상이 발생한 경우를 설명한다[주변 부재(22b)는 고려하지 않음]. 이 경우, 분석부(32)는 진동 검출부(11) 및 제1 회전 속도 검출부(12a)에 의한 검출 결과를 분석한다[제2 회전 속도 검출부(12b)는 고려하지 않음].
도 3은 도 2의 각 기능부의 전후에 있어서의 데이터의 변화를 설명하는 도면이다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)는, 각각 도 2 상의 (a) 내지 (d)에 대응하고 있다. 도 3의 (a)는 주변 부재(22a)에 이상이 발생한 경우에 진동 검출부(11)에 의해 검출되는 진동을 나타내는 신호의 일례를 나타낸다.
포락선 처리부(32a)는, 도 3의 (a)와 같은 신호에 포락선 처리를 실시함으로써, 도 3의 (b)의 실선과 같은 충격 전체를 1개의 주기 진동과 같이 변환한 신호를 얻는다.
주파수 분석부(32b)는, 도 3의 (b)의 실선과 같은 신호에 주파수 변환 처리를 실시하여, 도 3의 (c)의 실선과 같은 주파수 스펙트럼을 산출한다. 도 3의 (c)의 실선의 주파수 스펙트럼에서는, 주변 부재(22a)의 고유 진동수값(α)에 있어서 진동 레벨의 피크가 발생되어 있다. 그러나 제1 회전축(21a)의 회전 속도가 변화되었을 때, 도 3의 (c)의 점선과 같이 진동 레벨의 피크를 나타내는 주파수값은 다른 주파수값(β)으로 어긋나 버린다. 즉, 진동 레벨의 피크를 나타내는 주파수값은 제1 회전축(21a)의 회전 속도의 변화에 따라서 바뀌어 버린다. 그로 인해, 이러한 상이한 파형이 될 수 있는 주파수 스펙트럼을 이용해도, 제1 회전축(21a)의 회전 속도가 변화되는 변속시에는 주변 부재(22a)를 특정할 수는 없다.
차수 분석부(32c)는, 도 3의 (c)의 실선 또는 점선과 같은 주파수 스펙트럼의 주파수 성분의 각각을, 제1 회전축(21a)의 회전 속도가 변화되기 전의 회전 속도 또는 회전 속도가 변화된 후의 회전 속도로 제산함으로써, 어떠한 경우도, 도 3의 (d)와 같이 제1 회전축(21a)의 진동 차수와 실측 진동 레벨이 대응된 데이터로 변환한다.
도 3의 (d)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에서는, 주변 부재(22a)의 고유 진동 차수값(γ)에 있어서 진동 레벨의 피크가 발생되어 있다. 여기서 구해지는 진동 차수는, 제1 회전축(21a)의 회전 속도가 변화되는 변속시에 있어서도 변화되지 않는 파라미터이다. 그로 인해, 이러한 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 이용함으로써, 제1 회전축(21a)의 회전 속도가 변화되는 변속시라도 주변 부재(22a)를 특정할 수 있다.
이상 설명해 온 바와 같이, 분석부(32)에서는 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동을 나타내는 신호[도 3의 (a)]를 기초로, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨[도 3의 (d)]을 구한다.
즉, 분석부(32)는 주변 부재(22a)의 이상의 유무의 검출을 위해, 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 제1 회전 속도 검출부(12a)에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 제1 회전축(21a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구한다.
또한, 다른 주변 부재(22b)의 이상의 유무의 검출을 위해서는, 분석부(32)는 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 주파 수 스펙트럼의 주파수 성분을 제2 회전 속도 검출부(12b)에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 제2 회전축(21b)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구한다.
(진단부에 대해)
진단부(33)는 분석부(32)에 의해 구해진 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 진단 대상 장치(20)의 이상의 유무를 진단한다. 또한, 진단시에 기준값 유지부(34)에 의해 유지된 기준값 데이터를 이용한다.
또한, 진단부(33)는, 이상이 있다고 진단한 경우, 모니터에 이상이 있는 취지를 표시하거나 경고음을 발하여 이상을 사용자에게 통지한다. 또한, 특히 진단 대상 장치(20)가 내구 시험 등의 시험하에 있는 경우에는, 이 시험을 정지한다.
(진단부의 진단 동작의 구체예)
진단부(33)의 진단 동작에 대해 구체예를 들어 설명한다. 또한, 이후 설명하는 구체예에서는, 도 4의 (a)에 나타내는 진동 차수마다의 실측 진동 레벨의 데이터가 분석부(32)에 의해 구해져 있고, 도 4의 (b)에 나타내는 기준값 데이터가 기준값 유지부(34)에 유지되어 있는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 4의 (b)의 기준값 데이터에 대해 설명한다. 기준값 유지부(34)에는, 도 4의 (b)와 같이 각각의 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값(전술한「고유 진동 차수값」과 같은 의미) 및 기준 진동 레벨로 이루어지는 기준값 데이터가 유지되어 있다. 여기서는, 주변 부재(22a)인 베어링 A, B, C, 기어 A, 오일 펌프의 각각의 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값 및 기준 진동 레벨(예를 들어, 베어링 A는 각각 4.1, -39.6dB)이 나타내어져 있다. 도 4의 (b)의 기준 차수값은, 미리 PC 부(30)에 있어서 사용자 입력에 의해 설정되는 값이다. 또한, 도 4의 (b)의 기준 진동 레벨은, 진단 대상 장치(20)를 정상 운전하였을 때에 측정되는 각각의 기준 차수값에 대응하는 진동 레벨의 값에 소정값의 버퍼량을 더하는 등을 하여 설정된다.
진단부(33)는, 도 4의 (a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨 중 도 4의 (b)의 각각의 주변 부재의 기준 차수값에 대응하는 실측 진동 레벨과, 도 4의 (b)의 각각의 주변 부재의 기준 진동 레벨을 비교하여, 실측 진동 레벨이 기준 진동 레벨보다 큰 경우에, 이 조건을 만족하는 주변 부재에 이상이 있다고 진단한다.
즉, 도 4의 (a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨 중, 예를 들어 베어링 A의 기준 차수값 4.1에 대응하는 실측 진동 레벨 -37.6dB과, 베어링 A의 기준 진동 레벨 -39.6dB을 비교한다. 이 경우는, 실측 진동 레벨(-37.6dB)은 기준 진동 레벨(-39.6dB)보다도 작기 때문에, 베어링 A에는 이상이 없다고 진단한다. 동일한 처리를 다른 주변 부재에 대해서도 행하면, 베어링 B의 실측 진동 레벨(-52.5dB)은 기준 진동 레벨(-46.1dB)보다도 크기 때문에, 베어링 B에 이상이 있다고 진단한다.
이상 설명해 온 바와 같이, 진단부(33)에서는 도 4의 (a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨과 도 4의 (b)의 기준값 데이터를 이용하여, 진단 대상 장치(20)의 이상의 유무를 진단한다.
(이상 진단 장치의 이상 진단 로직)
다음에, 도 5를 이용하여 본 실시 형태에 있어서의 이상 진단 장치(10)의 이상 진단 로직에 대해 설명한다. 도 5는 본 실시 형태에 있어서의 이상 진단 장 치(10)의 이상 진단 로직을 나타내는 흐름도이다. 여기서는, 진단 대상 장치(20)가 내구 시험을 개시한 후의 이상 진단 장치(10)의 이상 진단 로직을 설명한다.
우선, 회전을 개시한다(S1). 여기서는, 진단 대상 장치(20)가 구비하는 제1 회전축(21a) 및 제2 회전축(21b)의 회전을 개시한다. 또한, 제1 회전축(21a) 및 제2 회전축(21b)은 양자의 변속비가 연속적으로 가변이 되도록 회전한다.
단계 S1에 의해 회전을 개시하면, 이상 진단 장치(10)는 단계 S2 내지 S6의 처리, 단계 S7 내지 S11의 처리 및 단계 S12 내지 S16의 처리를 병행하여 행한다. 우선, 단계 S2 내지 S6의 처리를 설명한다.
단계 S2로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 실시간 특수 함수 차수 해석을 행한다(S2). 단계 S2의 처리를 보다 상세하게 도 6에 나타낸다. 도 6은 실시간 특수 함수 차수 해석의 처리예를 나타내는 흐름도이다.
도 6의 단계 S21로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 진동을 검출한다(S21). 여기서는, 진동 검출부(11)가 진단 대상 장치(20)의 진동을 나타내는 신호를 검출한다.
계속해서 단계 S22로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 회전 속도를 검출한다(S22). 여기서는, 제1 회전 속도 검출부(12a)가 제1 회전축(21a)의 회전 속도를 검출한다.
계속해서 단계 S23으로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 포락선 처리를 실시한다(S23). 여기서는, 포락선 처리부(32a)가 단계 S21에 의해 검출된 신호에 포락선 처리를 실시한다.
계속해서 단계 S24로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 주파수 분석을 행한다(S24). 여기서는, 주파수 분석부(32b)가 단계 S23에 의해 포락선 처리가 실시된 신호에 대해 FFT 알고리즘 등을 이용하여 주파수 변환 처리를 실시하여 주파수 스펙트럼을 산출한다.
계속해서 단계 S25로 이행하여, 이상 진단 장치(10)는 차수 분석을 행한다(S25). 여기서는, 차수 분석부(32c)가 단계 S24에 의해 산출된 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 단계 S22에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 제1 회전축(21a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구한다.
도 5로 되돌아와 단계 S3으로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 시험 시간 내 또는 패턴 횟수는 목표 횟수 이내인지 여부를 판정한다(S3). 여기서는, 진단부(33)가 진단 대상 장치(20)의 시험을 위해 미리 설정된 시험 시간(예를 들어, 10시간) 또는 시험 패턴 횟수(예를 들어, 10·15 모드의 주행 패턴)를 행하였는지 여부를 판정한다. 이것은, 진단 대상 장치(20)가 내구 시험 중인지 여부를 판정하기 위한 처리이다.
단계 S3에 있어서 "예"인 경우(S3, "예"), 단계 S4로 진행한다. 또한, 단계 S3에 있어서 "아니오"인 경우(S3, "아니오"), 단계 S18로 진행하여 정지 신호를 발령하여(S18), 진단 대상 장치(20)의 시험을 정지시킨다.
단계 S4로 진행한 경우, 이상 진단 장치(10)는 실측 진동 레벨이 기준 진동 레벨(임계값)보다도 큰 주변 부재(22a)가 있는지 여부를 판정한다(S4). 여기서는, 진단부(33)가 단계 S25에서 구해진 제1 회전축(21a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨의 데이터와 기준값 유지부(34)에 의해 유지된 기준값 데이터에 기초하여, 실측 진동 레벨이 기준 진동 레벨보다도 큰 주변 부재(22b)가 있는지 여부를 판정한다.
단계 S4에 있어서 "예"인 경우(S4, "예"), 단계 S5로 진행한다. 또한, 단계 S4에 있어서 "아니오"인 경우(S4, "아니오"), 단계 S2로 복귀하여 처리를 반복한다.
단계 S5로 진행한 경우, 이상 진단 장치(10)는 주변 부재(22a)의 카운트값을 1 증가시킨다(S5). 여기서는, 진단부(33)가 단계 S4에서 "예"라고 판정된 주변 부재(22a)의 카운트값을 1 증가시킨다. 카운트값은 주변 부재(22a)마다 PC부(30)에 의해 관리된다.
계속해서 단계 S6으로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 카운트값이 목표 횟수(임계값)보다도 큰 주변 부재(22a)가 있는지 여부를 판정한다(S6). 단계 S6에 있어서 "예"인 경우(S6, "예"), 단계 S17로 이행한다. 또한, 단계 S6에 있어서 "아니오"인 경우(S6, "아니오"), 단계 S2로 복귀하여 다시 처리를 반복한다.
이상의 단계 S2 내지 S6의 처리에 의해, 이상 진단 장치(10)는 제1 회전축(21a)의 주변 부재(22a)의 이상의 유무를 진단한다.
단계 S7 내지 S11의 처리는, 이상 진단 장치(10)는 제2 회전축(21b)의 주변 부재(22b)의 이상의 유무를 진단하는 점을 제외하고, 단계 S2 내지 S6과 동일하기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
단계 S12로 진행하면, 이상 진단 장치(10)는 전체 진동 레벨 해석을 행한 다(S12). 여기서는, 진동 검출부(11)가 진단 대상 장치(20)의 진동을 나타내는 신호를 검출하고, 분석부(32)가 이 신호를 기초로 진단 대상 장치(20) 전체의 진동 레벨(이하,「실측 전체 진동 레벨」이라 함)을 산출한다. 실측 전체 진동 레벨의 산출 방법은 이미 알려진 기술인 것으로서, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
단계 S13으로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 시험 시간 내 또는 패턴 횟수는 목표 횟수 이내인지 여부를 판정한다(S13). 단계 S13은 단계 S3과 동일한 처리이다.
단계 S13에 있어서 "예"인 경우(S13, "예"), 단계 S14로 진행한다. 또한, 단계 S13에 있어서 "아니오"인 경우(S13, "아니오"), 단계 S18로 진행하여 정지 신호를 발령하여(S18), 진단 대상 장치(20)의 시험을 정지시킨다.
단계 S14로 진행한 경우, 이상 진단 장치(10)는 실측 전체 진동 레벨이 기준 전체 진동 레벨(임계값)보다도 큰지 여부를 판정한다(S14). 여기서는, 진단부(33)가 단계 S12에 의해 산출한 실측 전체 진동 레벨이 미리 설정된 기준 전체 진동 레벨보다도 큰지 여부를 판정한다. 이 처리는, 진단 대상 장치(20) 전체가 일정 이상의 크기로 진동하고 있는지 여부를 판정하기 위한 처리이다.
단계 S14에 있어서 "예"인 경우(S14, "예"), 단계 S15로 진행한다. 또한, 단계 S14에 있어서 "아니오"인 경우(S14, "아니오"), 단계 S12로 복귀하여 다시 처리를 반복한다.
단계 S15로 진행한 경우, 이상 진단 장치(10)는 카운트값을 1 증가시킨다(S15). 여기서는, 진단부(33)가 카운트값[진단 대상 장치(20) 전체가 일정 이상 의 크기로 진동하였다고 판정된 횟수]을 1 증가시킨다. 이 카운트값은 PC부(30)에 있어서 관리된다.
계속해서 단계 S16으로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 카운트값이 목표 횟수(임계값)보다도 큰지 여부를 판정한다(S16). 단계 S16에 있어서 "예"인 경우(S16, "예"), 단계 S17로 이행한다. 또한, 단계 S16에 있어서 "아니오"인 경우(S16, "아니오"), 단계 S12로 복귀하여 다시 처리를 반복한다.
이상의 단계 S12 내지 S16의 처리에 의해, 이상 진단 장치(10)는 진단 대상 장치(20) 전체의 이상의 유무를 진단한다.
단계 S17로 진행한 경우, 이상 진단 장치(10)는 주변 부재에 이상 있음이라고 진단한다(S17). 단계 S17에서는, 단계 S6 또는 S11에 있어서 "예"라고 판정된 주변 부재에 이상이 있다고 진단한다. 이에 의해, 이상이 있는 주변 부재를 특정할 수 있다. 계속해서 단계 S18로 진행하여, 이상 진단 장치(10)는 정지 신호를 발령하여(S18), 진단 대상 장치(20)의 시험을 정지시킨다.
이상에 나타내어지는 이상 진단 로직에 의해, 이상 진단 장치(10)는 진단 대상 장치(20)가 내구 시험을 개시한 후의 진단 대상 장치(20)의 이상의 유무를 진단한다. 이하, 이상 진단 장치(10)의 이상 진단 로직을 보충한다.
본 이상 진단 로직에서는, 이상 진단 장치(10)는 단계 S2 내지 S6의 처리와 단계 S7 내지 S11의 처리를 병행하여 행함으로써, 제1 회전축(21a)의 주변 부재(22a)의 이상의 유무의 진단(S2 내지 S6)과 제2 회전축(21b)의 주변 부재(22b)의 이상의 유무의 진단(S7 내지 S11)을 각각 독립하여 행하고 있다.
이와 같이 양 처리를 각각 독립하여 행하는 이유를, 도 7을 이용하여 구체예를 들어 설명한다. 도 7의 (a)에는, 단계 S2와 S7이 공통되는 처리인 단계 S24(도 6 참조)에 있어서 산출되는 주파수 스펙트럼에 있어서, 제1 회전축(21a)과 제2 회전축(21b)의 변속비를 변화시킨 경우에 산출되는 주파수 스펙트럼(A, B)이 나타내어져 있다.
여기서는, 설명의 편의상, 진단 대상 장치(20)의 주변 부재(22a)와 주변 부재(22b)의 양쪽에 이상이 발생되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 도 7의 (a)의 주파수 스펙트럼(A) 상의 주파수값(x1, y1)에 있어서 발생되어 있는 진동 레벨의 피크는, 각각 주변 부재(22a), 주변 부재(22b)의 이상에 기인하고 있다. 마찬가지로, 도 7의 (a)의 주파수 스펙트럼(B) 상의 주파수값(x2, y2)에 있어서 발생되어 있는 진동 레벨의 피크는, 각각 주변 부재(22a), 주변 부재(22b)의 이상에 기인하고 있다. 또한, 주파수값(x1)과 주파수값(y1)의 비(x1:y1)가 주파수값(x2)과 주파수값(y2)의 비(x2:y2)와 상이한 것은, 제1 회전축(21a)과 제2 회전축(21b)의 변속비가 연속적으로 가변하기 때문이다.
도 7의 (b)는, 도 7의 (a)의 주파수 스펙트럼(A, B)의 주파수 성분을, 각각의 주파수 스펙트럼이 산출되었을 때의 제1 회전축(21a)의 회전 속도로 제산함으로써 구해지는 진동 차수마다의 진동 레벨, 즉 단계 S2 중의 단계 S25(도 6 참조)에서 구해지는 진동 차수마다의 진동 레벨이다. 도 7의 (a) 상의 주파수 스펙트럼(A)의 주파수값(x1)과 주파수 스펙트럼(B)의 주파수값(x2)은 모두 도 7의 (b) 상의 진동 차수값(X)이 된다. 한편, 도 7의 (a) 상의 주파수 스펙트럼(A)의 주파수 값(y1)과 주파수 스펙트럼(B)의 주파수값(y2)은, 도 7의 (b) 상의 진동 차수값(Y1 또는 Y2)이 되어 일정하지 않다. 이것은, 주파수 스펙트럼(A)이 산출되었을 때의 제2 회전축(21b)의 회전 속도와 주파수 스펙트럼(B)이 산출되었을 때의 제2 회전축(21b)의 회전 속도의 회전 속도비가, 제1 회전축(21a)의 회전 속도비와 상이하기 때문이다. 그로 인해, 도 7의 (b)의 진동 차수마다의 진동 레벨로부터는 주변 부재(22a)만을 특정할 수 있다.
도 7의 (c)는, 도 7의 (a)의 주파수 스펙트럼(A, B)의 주파수 성분을, 제2 회전축(21b)의 회전 속도로 제산함으로써 구해지는 진동 차수마다의 진동 레벨, 즉 단계 S7에서 구해지는 진동 차수마다의 진동 레벨이다. 도 7의 (b)와 마찬가지로 생각하면, 도 7의 (c)의 진동 차수마다의 진동 레벨로부터는 주변 부재(22b)만을 특정할 수 있다.
따라서, 제1 회전축(21a)과 제2 회전축(21b)의 변속비가 연속적으로 가변하는 경우, 즉 변속시의 경우에는, 양 처리를 각각 독립함으로써 적절하게 주변 부재(22a) 및 주변 부재(22b), 즉 진단 대상 장치(20) 전체의 이상의 유무를 진단할 수 있다.
또한, 본 이상 진단 로직에서는, 이상 진단 장치(10)는 단계 S2 내지 S6의 처리와 단계 S7 내지 S11의 처리에 부가하여 단계 S12 내지 S16의 처리도 병행하여 행하고 있다. 이 경우, 단계 S17의 처리에서는, 단계 S6 또는 S11에 있어서 "예"라고 판정되고, 또한 단계 S16에 있어서 "예"인 경우에 한하여 주변 부재에 이상이 있다고 진단하는 것이 바람직하다. 이와 같이 진단 대상 장치(20) 전체의 이상의 유무도 고려함으로써, 이상의 유무의 진단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 이상 진단 로직에서는, 이상 진단 장치(10)는 단계 S5 및 S6(S10 및 S11, S15 및 S16)의 처리에 의해 실측 진동 레벨과 기준 진동 레벨을 비교하는 처리를 반복하여 행하고, 실측 진동 레벨이 기준 진동 레벨보다 크다고 판정된 횟수[S15 및 S16의 경우는 진단 대상 장치(20) 전체가 일정 이상의 크기로 진동하였다고 판정된 횟수]가 소정 횟수를 초과한 경우에 주변 부재에 이상이 있다고 진단하는 카운트 기능을 실현하고 있다.
이것은, 예를 들어 진단 대상 장치(20)가 돌발적인 진동 등에 의해 시험 정지로 되지 않도록 하기 위한 처리이다. 그로 인해, 돌발적인 진동 등이 상정되지 않는 경우에는, 이들 단계 S5 및 S6의 처리를 생략하는 동시에, 단계 S4의 처리에 있어서 진동 레벨이 기준 진동 레벨보다도 큰 주변 부재가 있는 경우에, 해당되는 주변 부재에 이상이 있다고 진단해도 좋다.
(정리)
본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)(또는 이상 진단 방법)는, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 이용하여 이상을 진단한다. 여기서 이용되는 진동 차수는 변속시에 있어서도 변화되지 않는 파라미터이므로, 변속시에 있어서도 적절하게 이상을 진단할 수 있다(청구항 1 또는 7에 기재된 발명의 효과).
또한, 본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)는 진동 검출부(11)에 의해 검출한 진동에 대해 포락선 처리를 실시한 후에 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고 있다. 이에 의해, 진동 검출부(11)에 의해 검출되는 진동이 주변 부재의 이 상에 의해 발생되는 충격 진동을 포함하는 경우에, 이 충격 진동의 주기를 추출할 수 있다. 그로 인해, 적절하게 주변 부재의 이상을 진단할 수 있다(청구항 2에 기재된 발명의 효과).
또한, 본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)는 진동 차수마다의 실측 진동 레벨과 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값 및 기준 진동 레벨과의 비교에 기초하여 이상을 진단하고 있다. 그로 인해, 이상이 있는 주변 부재를 특정할 수 있다(청구항 3에 기재된 발명의 효과).
또한, 본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)는 진동 차수마다의 실측 진동 레벨과 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값 및 기준 진동 레벨과의 비교를 반복함으로써 이상을 진단하고 있다. 그로 인해, 이상이 있는 주변 부재를 특정하는 정밀도를 향상시킬 수 있다(청구항 4에 기재된 발명의 효과).
또한, 본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)는 무단 또는 후술하는 유단의 변속 기구가 구비하는 입력축 또는 출력축의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단할 수 있다(청구항 5에 기재된 발명의 효과).
또한, 본 실시 형태에 따르면, 이상 진단 장치(10)(이상 진단 방법)는, 제1 회전축(21a)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 이용하여 제1 회전축(21a)의 주변 부재(22a)의 이상의 유무를 진단하는 동시에, 제2 회전축(21b)의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 이용하여 제2 회전축(21b)의 주변 부재(22b)의 이상의 유무를 진단한다. 그로 인해, 제1 회전축(21a)과 제2 회전축(21b)의 변속비가 연속적으로 가변인 변속시라도 적절하게 이상을 진단할 수 있다(청구항 6 또는 8에 기재된 발 명의 효과).
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예 중 하나를 나타낸 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 상기 설명에 있어서는, 진단 대상 장치(20)가 무단 변속기인 경우를 예시하여 설명하였지만, 진단 대상 장치(20)는 유단의 변속 기구를 구비하는 유단 변속기라도 좋다.
또한, 진단 대상 장치(20)는 회전 속도가 변화되는 하나의 회전축[예를 들어, 제1 회전축(21a)]만을 구비하는 장치라도 좋다. 이 경우에는, 이상 진단 장치(10)는 진동 검출부(11) 및 제1 회전 속도 검출부(12a)의 검출 결과에 기초하여, 제1 회전축(21a)의 주변 부재(22a)의 이상의 유무를 진단할 수 있다.
또한, 상기 설명에 있어서는, 기준값 유지부(34)에 유지되는 기준값 데이터는 각각의 주변 부재에 대해 설정된다고 서술하였지만, 각각의 주변 부재의 부위마다 설정되어도 좋다. 예를 들어, 주변 부재가 베어링인 경우에는, 베어링의 내륜, 외륜 등의 각 부위마다 설정되어도 좋다. 이 경우에는, 이상 진단 장치(10)는 이상이 있는 주변 부재의 부위까지 특정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이상 진단 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 분석부(32)의 기능 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 도 2의 각 기능부의 전후에 있어서의 데이터의 변화를 설명하는 도면.
도 4는 진단부(33)의 구체예를 설명하는 도면.
도 5는 본 실시 형태에 있어서의 이상 진단 장치(10)의 이상 진단 로직을 나타내는 흐름도.
도 6은 실시간 특수 함수 차수 해석의 처리예를 나타내는 흐름도.
도 7은 도 5의 흐름도를 보충 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이상 진단 장치
11 : 진동 검출부(진동 검출 수단)
12a : 제1 회전 속도 검출부(회전 속도 검출 수단 또는 제1 회전 속도 검출 수단)
12b : 제2 회전 속도 검출부(제2 회전 속도 검출 수단)
20 : 진단 대상 장치
21a : 제1 회전축
21b : 제2 회전축
22a, 22b : 주변 부재
23, 24 : 가변형 풀리
25 : 벨트
30 : PC부
31 : 분석 진단부
32 : 분석부(분석 수단)
32a : 포락선 처리부
32b : 주파수 분석부
32c : 차수 분석부
33 : 진단부(진단 수단)
34 : 기준값 유지부(기준값 유지 수단)

Claims (8)

  1. 회전축을 회전시켰을 때에 상기 회전축을 구비한 장치에 발생하는 진동을 해석함으로써, 상기 회전축에 장착된 또는 상기 회전축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 장치이며,
    상기 장치의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과,
    상기 회전축의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과,
    상기 진동 검출 수단에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 수단과,
    상기 분석 수단에 의해 구해진 상기 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 진동 검출 수단에 의해 검출한 진동에 대해 포락선 처리를 실시한 후에 상기 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하는 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정의 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값과 기준 진동 레벨을 유지하는 기준값 유지 수단을 더 구비하고,
    상기 진단 수단은, 상기 진동 차수마다의 실측 진동 레벨 중 상기 기준 차수값에 대응하는 실측 진동 레벨과 상기 기준 진동 레벨을 비교하여, 상기 실측 진동 레벨이 상기 기준 진동 레벨보다 큰 경우에, 상기 소정의 주변 부재에 이상이 있다고 진단하는 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정의 주변 부재에 대해 설정된 기준 차수값과 기준 진동 레벨을 유지하는 기준값 유지 수단을 더 구비하고,
    상기 진단 수단은, 상기 진동 차수마다의 실측 진동 레벨 중 상기 기준 차수값에 대응하는 실측 진동 레벨과 상기 기준 진동 레벨을 비교하는 처리를 반복하여 행하고, 상기 실측 진동 레벨이 상기 기준 진동 레벨보다 크다고 판정된 횟수가 소정 횟수를 초과한 경우에, 상기 소정의 주변 부재에 이상이 있다고 진단하는 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축은 무단 또는 유단의 변속 기구가 구비하는 입력축 또는 출력축인 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  6. 무단 또는 유단의 변속 기구가 구비하는 입력축 및 출력축을 회전시켰을 때에 상기 입력축 및 출력축을 구비한 장치에 발생하는 진동을 해석함으로써, 상기 입력축에 장착된 또는 상기 입력축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 입력축 주변 부재, 또는 상기 출력축에 장착된 또는 상기 출력축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 출력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 장치이며,
    상기 장치의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과,
    상기 입력축의 회전 속도를 검출하는 제1 회전 속도 검출 수단과,
    상기 출력축의 회전 속도를 검출하는 제2 회전 속도 검출 수단과,
    상기 진동 신호 검출 수단에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 제1 회전 속도 검출 수단에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 상기 입력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 동시에, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 제2 회전 속도 검출 수단에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 상기 출력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 수단과,
    상기 분석 수단에 의해 구해진 상기 입력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 입력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 동시에, 상기 분석 수단에 의해 구해진 상기 출력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 출력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 이상 진단 장치.
  7. 회전축을 회전시켰을 때에 상기 회전축을 구비한 장치에 발생하는 진동을 해 석함으로써, 상기 회전축에 장착된 또는 상기 회전축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 방법이며,
    상기 장치의 진동을 검출하는 진동 검출 공정과,
    상기 회전축의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 공정과,
    상기 진동 검출 공정에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 회전 속도 검출 공정에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 공정과,
    상기 분석 공정에 의해 구해진 상기 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 이상 진단 방법.
  8. 무단 또는 유단의 변속 기구가 구비하는 입력축 및 출력축을 회전시켰을 때에 상기 입력축 및 출력축을 구비한 장치에 발생하는 진동을 해석함으로써, 상기 입력축에 장착된 또는 상기 입력축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 입력축 주변 부재, 또는 상기 출력축에 장착된 또는 상기 출력축을 지나는 동력 전달 경로 상에 배치된 소정의 출력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 이상 진단 장치에 있어서의 이상 진단 방법이며,
    상기 장치의 진동을 검출하는 진동 검출 공정과,
    상기 입력축의 회전 속도를 검출하는 제1 회전 속도 검출 공정과,
    상기 출력축의 회전 속도를 검출하는 제2 회전 속도 검출 공정과,
    상기 진동 검출 공정에 의해 검출한 진동의 주파수 스펙트럼을 산출하고, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 제1 회전 속도 검출 공정에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 상기 입력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 동시에, 산출한 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 성분을 상기 제2 회전 속도 검출 공정에 의해 검출한 회전 속도로 제산함으로써, 상기 출력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨을 구하는 분석 공정과,
    상기 분석 공정에 의해 구해진 상기 입력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 입력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 동시에, 상기 분석 공정에 의해 구해진 상기 출력축의 진동 차수마다의 실측 진동 레벨에 기초하여, 상기 소정의 출력축 주변 부재에 있어서의 이상의 유무를 진단하는 진단 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 이상 진단 방법.
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