WO2022168918A1 - 振動分析装置および振動分析システム - Google Patents

振動分析装置および振動分析システム Download PDF

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WO2022168918A1
WO2022168918A1 PCT/JP2022/004280 JP2022004280W WO2022168918A1 WO 2022168918 A1 WO2022168918 A1 WO 2022168918A1 JP 2022004280 W JP2022004280 W JP 2022004280W WO 2022168918 A1 WO2022168918 A1 WO 2022168918A1
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WO
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vibration
frequency
damage
diagnosis
bearing
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PCT/JP2022/004280
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English (en)
French (fr)
Inventor
宗 山口
Original Assignee
Ntn株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Definitions

  • the present disclosure relates to a vibration analysis device and a vibration analysis system.
  • Vibration analyzers that measure the vibration generated in a rotating body and diagnose failures are known.
  • Patent Document 1 discloses a diagnostic device that performs vibration analysis by appropriately setting the bandwidth of a frequency filter according to the installation status of a rotating body to be diagnosed. ing.
  • Patent Document 2 discloses that a rolling bearing is targeted for diagnosis, and whether or not there is an abnormality in an inner ring, outer ring, rolling element, cage, etc. A technique for displaying the results is introduced. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • Patent Document 3 discloses a condition monitoring device that determines the presence or absence of an abnormality based on whether or not the bearing damage frequency and the peak of the envelope spectrum are equal. This condition monitoring device divides the vibration waveform with a plurality of frequency filters, and diagnoses the degree of damage to the diagnosis target part from the effective values obtained for each frequency band.
  • a simple vibration analyzer that measures the vibration of rotating bodies such as bearings or shafts and determines whether there are any abnormalities is convenient for workers.
  • Such a simplified vibration analyzer has a simple configuration and is easy to introduce. Therefore, since the threshold for introduction of vibration analysis is low, users of simple vibration analysis devices often have no experience of vibration analysis.
  • vibration measurement it is common to display a frequency analysis result graph (frequency spectrum) in which a signal from an acceleration sensor is subjected to frequency analysis and acceleration for each frequency is graphed.
  • frequency analysis result graph frequency spectrum
  • vibration data obtained under appropriate measurement conditions must be subjected to appropriate signal processing before being subjected to frequency analysis.
  • beginners of vibration analysis cannot set such appropriate measurement conditions and signal processing. For this reason, a beginner in vibration analysis may make inappropriate settings for machine abnormality determination and miss signs that can be detected as abnormalities if the settings are appropriate. In addition, even though it shows signs of abnormality, it may be misjudged as being normal.
  • the measurement time, sampling frequency, or frequency filter bandwidth is fixed, or the user can freely select it, regardless of the number of rotations to be diagnosed and the installation situation. .
  • the degree of freedom increases, the optimum setting must be considered, and the user must have knowledge of vibration analysis.
  • An object of the present disclosure is to provide a vibration analysis device and a vibration analysis system that can perform vibration analysis while maintaining a certain degree of accuracy regardless of the skill level of the user.
  • the present disclosure relates to a vibration analyzer that diagnoses machine conditions based on detected vibrations.
  • the vibration analyzer includes a setting unit for setting a diagnostic target, a rotation speed, and a determination reference value, a condition determination unit for determining diagnostic conditions from information on the diagnostic target, an analysis unit for performing frequency analysis on input data, and a determination unit. and an abnormality determination unit that determines an abnormality of the diagnosis target based on the reference value.
  • the present disclosure is a vibration analysis system that includes a measuring instrument that measures vibrations to be diagnosed and the vibration analysis device described above.
  • a vibration analysis device is realized by application software that operates on a mobile information terminal.
  • vibration measuring device of the present disclosure appropriate measurement conditions and signal processing are semi-automatically set according to the part to be diagnosed and the number of revolutions. It also clearly shows the health of the rotating body as can be seen from the results obtained from the vibration measurements. Therefore, even beginners of vibration analysis can perform vibration analysis while maintaining a certain level of accuracy.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a measuring instrument 2;
  • FIG. 2 is a functional block diagram of functions realized by application software in the portable information terminal 1;
  • FIG. 4 is a flow chart for explaining measurement processing in the measuring device 2.
  • FIG. 4 is a flow chart for explaining the operation of the vibration analysis device realized by vibration analysis application software executed inside the portable information terminal 1.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the details of a measurement condition setting process in step S14. It is a figure which shows the diagnostic conditions corresponding to low speed, medium speed, and high speed.
  • 10 is a flowchart of a subroutine (condition determination A) for determining diagnostic conditions when damage to a bearing or gear is to be diagnosed.
  • FIG. 10 is a flowchart of a subroutine (condition determination B) for determining diagnostic conditions when mechanical vibration such as assembly failure is to be diagnosed.
  • FIG. 10 is a flowchart of a subroutine (condition determination B) for determining diagnostic conditions in the modified example of FIG. 9 in consideration of damage to bearings and gears;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a screen for setting measurement conditions and the like displayed on the display unit 14.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing formulas for calculating bearing characteristic frequencies (BPFO, BPFI, BSF); 4 is a diagram showing a display example of a frequency spectrum displayed on the display unit 14;
  • FIG. 4 is a diagram showing a display example of an envelope spectrum displayed on the display unit 14;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an analysis report output from mobile information terminal 1.
  • FIG. It is a figure which shows the modification of a vibration analysis system.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the vibration analysis system of this embodiment.
  • a vibration analysis system 100 shown in FIG. 1 includes a measuring instrument 2 for measuring vibrations to be diagnosed, and a vibration analysis device. This vibration analysis device is implemented by application software that operates on the mobile information terminal 1 .
  • the mobile information terminal 1 and the measuring instrument 2 are configured to communicate wirelessly.
  • the mobile information terminal 1A and the measuring device 2A may be configured so that the mobile information terminal 1A and the measuring device 2A communicate by wire as shown in FIG. 16 later.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the measuring device 2. As shown in FIG. 2 includes a microcomputer 21, a memory 22, a communication module 23, an A/D converter 24, an anti-aliasing filter 25, and an acceleration sensor 26.
  • the measuring device 2 is installed in the rotating equipment and measures vibration caused by at least one of the bearings, gears, and rotating shafts included in the rotating equipment, which are diagnostic targets.
  • the acceleration sensor 26 detects vibration as an acceleration signal.
  • the A/D converter 24 converts the acceleration signal detected by the acceleration sensor 26 into a digital signal.
  • Antialiasing filter 25 limits the acceleration signal to a band corresponding to the sampling frequency of A/D converter 24 .
  • Microcomputer 21 causes memory 22 to store a digital signal representing a vibration waveform for a certain period of time, and when communication with mobile information terminal 1 is possible, reads the vibration waveform from memory 22 and sends it to mobile information terminal 1 through communication module 23 . Send.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of functions realized by application software in the portable information terminal 1.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of functions realized by application software in the portable information terminal 1.
  • the mobile information terminal 1 shown in FIG. 3 functions as a vibration analysis device by installing application software.
  • the mobile information terminal 1 will also be referred to as a vibration analysis device 1 .
  • the vibration analysis apparatus 1 includes an abnormality determination section 11 , a setting section 12 , a communication section 13 , a display section 14 , a database section 15 , a condition determination section 16 and an analysis section 17 .
  • the vibration analyzer 1 diagnoses the state of the machine based on the vibration detected by the measuring instrument 2.
  • the setting unit 12 sets a diagnosis target, a rotation speed, and a determination reference value.
  • the communication unit 13 communicates with the measuring device 2 , transmits a trigger for starting vibration measurement to the measuring device 2 , and receives vibration waveform data from the measuring device 2 .
  • the condition determination unit 16 determines diagnostic conditions from the diagnostic target information.
  • the analysis unit 17 frequency-analyzes the data input from the measuring device 2 .
  • the abnormality determination unit 11 performs abnormality determination of a diagnosis target based on the determination reference value.
  • Abnormality determination unit 11 is, for example, a central processing unit (CPU) that executes application software.
  • the database unit 15 stores parameters for the abnormality determination unit 11 to identify the damaged site to be diagnosed.
  • this parameter includes the rotational speed of the bearing. Based on the bearing specifications or the rotational speed, this parameter can also be used to determine the bearing inner ring flaw induced vibration frequency (BPFI), the bearing outer ring flaw induced vibration frequency (BPFO), and the bearing rotational speed.
  • BPFI bearing inner ring flaw induced vibration frequency
  • BPFO bearing outer ring flaw induced vibration frequency
  • BSF vibration frequency
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the measurement processing in the measuring device 2.
  • FIG. The measurement process will be described with reference to FIGS. 2 and 4.
  • step S1 initialization processing is performed.
  • step S2 the microcomputer 21 determines whether or not the measurement start signal has been received, and if not, returns the process to step S1.
  • the microcomputer 21 reads the output signal of the acceleration sensor 26 through the A/D converter 24 and stores the data converted into a digital signal in the memory 22 in step S3. Save.
  • step S5 the microcomputer 21 determines whether or not a predetermined number of data have been acquired. If the acquired data has not reached the predetermined number (NO in S5), the microcomputer 21 returns to step S3 to continue acquiring data.
  • the microcomputer 21 If the number of acquired data has reached the predetermined number (YES in S5), the microcomputer 21 reads the acquired data from the memory 22 and transmits it to the mobile information terminal 1 in step S6. Then, in step S7, the microcomputer 21 determines whether or not an operation to end the measurement has been performed.
  • microcomputer 21 executes the process from step S1 again. If the measurement termination operation has been performed (YES in S7), microcomputer 21 terminates the measurement process by measuring instrument 2. FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the vibration analysis device realized by the vibration analysis application software executed inside the mobile information terminal 1 .
  • step S11 an initialization process is executed.
  • step S12 the setting unit 12 sets the bearing model number, rotational speed, judgment value, etc. based on the user's operation.
  • the user inputs the rotational speed to be diagnosed, the internal specifications of the bearing, and the judgment value (threshold value) on the application software.
  • step S13 the abnormality determination unit 11 reads the specifications of the selected bearing model number from the database unit 15, and calculates the damage frequency for each part of the target device based on the read specifications. Then, in step S14, the abnormality determination unit 11 executes measurement condition setting processing.
  • the simplified vibration analyzer 1 described in this embodiment performs storage and calculation processing of measured vibration data on a portable information terminal.
  • the data capacity is proportional to the data length obtained from the product of the sampling frequency and the measurement time. If the sampling frequency and measurement time can be freely set, set the values of the sampling frequency and measurement time based on the rotation speed of the rotating body to be diagnosed and the required frequency band. However, as long as it is a mobile information terminal, it is essential to make settings in consideration of data processing speed and storage capacity limits, and this setting is difficult for beginners in vibration analysis.
  • the data length of the measurement data is fixed to a number that takes into consideration the data processing speed and storage capacity limits.
  • a plurality of diagnostic conditions with the sampling frequency and measurement time adjusted so that the number of data are equal are stored in advance in the application software.
  • three types of low speed, medium speed, and high speed are stored.
  • step S14 By automatically changing the sampling frequency and measuring time according to the rotational speed to be diagnosed and the values obtained from the specifications of the bearing, the user can set the sampling frequency and measuring time without being aware of the limitations of the device. . Details of the processing in step S14 will be described later with reference to FIG.
  • the mobile information terminal 1 transmits a measurement start signal to the measuring instrument 2 in step S15. Then, measurement is started in the measuring device 2, and measured data is transmitted from the measuring device 2 after the completion of the measurement.
  • step S16 the abnormality determination unit 11 determines whether the communication unit 13 has received the data from the measuring device 2. If the data is received (YES in S16), the abnormality determination unit 11 saves the data in the memory. . Then, in step S18, the abnormality determination unit 11 determines whether or not a predetermined number of data have been obtained.
  • step S18 the processing from step S16 onwards is executed again to continue reception. If the predetermined number of data has been acquired (YES in S18), in step S19, the abnormality determination unit 11 reads the data from the memory and calculates the frequency spectrum and the envelope spectrum.
  • step S20 the abnormality determination unit 11 determines whether or not there is a sign indicating an abnormality such as a damaged portion of the bearing, misalignment, or unbalance of the shaft. do.
  • step S22 the abnormality determination unit 11 determines whether or not an operation to end the measurement has been performed.
  • the abnormality determination unit 11 executes the processing from step S12 again. If the operation to end the measurement has been performed (YES in S22), the abnormality determination unit 11 ends the vibration analysis process.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the details of the measurement condition setting process in step S14.
  • the rotational speed of the object to be diagnosed and the specifications of the bearing are required to automatically set the diagnostic conditions.
  • the user is prompted to input the rotational speed R and the specifications of the bearing (S12).
  • the specifications may be stored in advance before executing the processing for automatically setting diagnostic conditions.
  • the damage frequency for each part of the bearing is calculated from the input rotational speed R and the specifications of the bearing (S13).
  • the rotation frequency R and the inner ring damage frequency BPFI which is one of the damage frequencies obtained in step S13, are read out (S31).
  • the abnormality determination unit 11 allows the user to select (A) damage vibration of bearings or gears or (B) mechanical vibration such as assembly failure on the application software. .
  • condition determination A S33
  • condition determination B S34
  • step S33 the abnormality determination unit 11 determines the rotational speed to be diagnosed and the bearing inner ring damage frequency obtained from the internal specifications of the bearing. Select one diagnostic condition from the two values.
  • the abnormality determination unit 11 selects one diagnostic condition from the rotational speed to be diagnosed in step S34.
  • diagnosis target is A: bearing or gear damage
  • envelope spectrum which is the FFT result of the envelope waveform obtained by enveloping the time waveform.
  • diagnosis target is B: mechanical vibration such as assembly failure (eg, misalignment, miscoupling, looseness, vibration)
  • frequency spectrum which is the FFT result of the time waveform. Therefore, processing is performed in separate subroutines such as condition determination A in the former case and condition determination B in the latter case.
  • step S35 it is determined whether the diagnosis condition determined in the subroutine corresponds to low speed, medium speed, or high speed. If the diagnostic condition is low speed, a setting corresponding to low speed is determined as a recommended setting in step S36. If the diagnostic condition is the medium speed, the setting corresponding to the medium speed is determined as the recommended setting in step S37. If the diagnostic condition is high speed, a setting corresponding to high speed is determined as a recommended setting in step S38.
  • FIG. 7 is a diagram showing diagnostic conditions corresponding to low speed, medium speed, and high speed.
  • the abnormality determination unit 11 displays the diagnostic conditions determined in any one of steps S36 to S38 on the display unit 14 in order to propose them as recommended diagnostic conditions to the user (S39). be selected. Based on this, the user determines diagnostic conditions (S40). It is preferable that the user can freely change the selected diagnostic condition later.
  • step S15 of FIG. 5 the vibration of the diagnostic target is measured under the selected diagnostic conditions (S36-S38), and in steps S19-S21, the spectrum is calculated and the results are displayed.
  • steps S32 to S38 the reason for changing the condition determination process and the recommended settings depending on the diagnostic target will be explained.
  • the elements to be confirmed by vibration analysis differ depending on whether the machine abnormality to be diagnosed is damage to the bearings or gears, or an assembly failure.
  • the magnitude and generation period of the impact vibration are the factors to be confirmed in the vibration analysis.
  • These two elements can be confirmed from the FFT result (envelope spectrum) of the envelope waveform obtained by enveloping the time waveform. Specifically, on the envelope spectrum, a peak appears that coincides with the frequency (characteristic frequency) obtained from the rotational speed and the internal specifications of the bearing or gear. If the frequency component of the impact vibration is extracted by a frequency filter (BPF in this embodiment) before the envelope processing is performed, peaks other than the characteristic frequency appearing in the envelope spectrum are reduced, so that the characteristic frequency peak is reduced. relatively easy to confirm.
  • the envelope spectrum has an upper limit to the frequency that can appear as a peak, it is necessary to ensure that the inner ring damage frequency with the largest characteristic frequency does not exceed the upper limit (in S51, S52, and S53 in FIG. 8). later).
  • the bandwidth of the BPF contains high frequency components as much as possible so that damage to the bearings and gears can be detected early (shown later in S55 of FIG. 8).
  • the conditional branch A subroutine (explained later in FIG. 8) that sets the diagnostic conditions when the diagnostic target is damage to a bearing or gear, a reliable peak frequency upper limit and a branch flow considering early damage detection , the optimal diagnostic condition is selected.
  • the forced vibration caused by the rotation will be larger than in normal conditions, so the magnitude and frequency of the forced vibration component are the factors to be confirmed by vibration analysis.
  • These two elements can be confirmed from the FFT result (frequency spectrum) of the time waveform. Specifically, a peak appears on the frequency spectrum that matches the frequency (rotational frequency) obtained from the rotational speed.
  • the frequency spectrum has an upper limit for the frequency components of the time waveform according to the sampling theorem, it is necessary that the rotation frequency does not exceed the upper limit.
  • the frequency resolution of the frequency spectrum improves in proportion to the measurement time (the numerical value is inversely proportional), the longer the measurement time, the better.
  • conditional branch B subroutine for setting the diagnostic condition double the mechanical vibration when the diagnostic target is an assembly failure, etc.
  • the frequency spectrum has a peak up to the sixth component of the rotation frequency.
  • the optimal diagnostic conditions are set by the branching flows that are considered to occur.
  • FIG. 8 is a flowchart of a subroutine (condition determination A) for determining diagnostic conditions when bearing or gear damage is targeted for diagnosis.
  • condition determination A When diagnosing damage to bearings and gears (condition determination A), the peak appearing in the envelope spectrum is confirmed. Rotating the object to be diagnosed as many times as possible during measurement makes the peak indicating the damage sharper and easier to diagnose.
  • the process proceeds to the process of determining whether the medium speed condition or the high speed condition (S52, S53). The process proceeds to the process (S56) for determining whether the medium speed condition exists.
  • the envelope spectrum is a graph that expresses the occurrence interval of impact vibration in the frequency domain. If the intervals between impact vibration occurrences are extremely short, the separation between the impact waveforms becomes unclear, and the peaks indicating the impact waveforms do not appear in the envelope spectrum.
  • the maximum value of the frequency of the peaks appearing in the envelope spectrum is obtained from the reciprocal of the limit value (period) of the vibration occurrence interval.
  • the limit value of the occurrence interval is generally a value obtained by dividing a value (the number of data) of around 10 by the sampling frequency.
  • the characteristic frequency that indicates damage to the bearing and gear exceeds the above maximum frequency
  • the characteristic frequency peak does not appear in the envelope spectrum, making diagnosis impossible. Therefore, whether or not the inner ring damage frequency (BPFI), which is the highest frequency among the characteristic frequencies, exceeds the maximum frequency at medium and high speeds (S52; BPFI > 1500 Hz, S53; BPFI > 3000 Hz) determines whether the diagnosis condition is medium. It is divided into fast and fast.
  • BPFI inner ring damage frequency
  • diagnosis can be made under both medium and high speed conditions.
  • the frequency band of vibration generated by bearing damage is generally several kHz.
  • the initial damage tends to appear in the frequency band on the high frequency side. Diagnosis under the condition (S59) is preferable.
  • the maximum frequency is 5 kHz and the BPF band is 1 kHz to 5 kHz. is from 2 kHz to 10 kHz. Therefore, under the high speed condition (S59), diagnosis can be made in a frequency band with a margin in the frequency band of several kHz, which is the frequency band for bearing damage, so there is a higher possibility that bearing damage can be detected than under the medium speed condition (S58). .
  • the frequency band of the bearing damage shifts to a lower frequency band.
  • the low speed condition is at a maximum frequency and BPF bandwidth outside the frequency band of bearing damage to facilitate detection of end-of-life bearings.
  • the rotation speed of the object to be diagnosed is slow, the speed at which the damage progresses will also be slow. Therefore, even if the bearing is nearing the end of its condition in daily diagnosis, there is some time to replace the bearing.
  • the rotation speed (greater than 150 min -1 ) that can be diagnosed at the medium speed condition (S58) is the minimum. If so, the medium speed condition (S58) is selected.
  • step S35 is executed.
  • FIG. 9 is a flowchart of a subroutine (condition determination B) for determining diagnostic conditions when mechanical vibration such as assembly failure is to be diagnosed.
  • the diagnostic condition is determined by the rotational speed in steps S71, S72, and S73 so that at least the peaks up to the sixth component of the rotational frequency appear in the frequency spectrum. .
  • a warning display to that effect is displayed (S74). ).
  • step S35 is executed.
  • FIG. 10 is a flowchart of a subroutine (condition determination B) for determining diagnostic conditions in the modified example of FIG. 9 that takes into account damage to bearings and gears.
  • the selection process of diagnostic conditions A and B is divided between damage vibration of bearings or gears and mechanical vibration.
  • mechanical vibration such that impact vibration occurs at each rotation
  • a peak appears at the rotation frequency in the envelope spectrum. If it is an envelope spectrum, peaks indicating damage to bearings and gears can also be confirmed.
  • the diagnostic conditions are determined based on the rotational speed so that at least the peaks up to the sixth component of the rotational frequency appear in the frequency spectrum. Rotational speed may also be taken into consideration. Examples are given below.
  • condition determination B is inferior to condition determination A in terms of early detection of damage because the optimum setting for detecting damage to the bearing or gear as in condition determination A is not performed.
  • the flowchart in FIG. 10 may be substituted for the flowchart in FIG.
  • the process of FIG. Condition C may be added, and the branch of step S32 may be three branches of condition determinations A to C.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a setting screen such as measurement conditions displayed on the display unit 14.
  • FIG. The values set in the left half of this screen are used for the bearing type, rotation speed, and sensitivity required in step S12 of FIG.
  • the vibration analyzer 1 automatically selects the optimum diagnostic conditions and displays them on the right half of the screen.
  • the selected diagnostic condition is not limited, but is preferably not fixed and can be freely changed by the user after automatic selection.
  • Fig. 12 is a diagram showing a calculation formula for bearing characteristic frequencies (BPFO, BPFI, BSF).
  • the database unit 15 of FIG. 1 stores parameters for the abnormality determination unit 11 to identify the damaged site to be diagnosed.
  • the abnormality determination unit 11 uses the formula shown in FIG. From the contact angle ⁇ of the rolling elements, the number of rolling elements Z) and the rotation frequency f0 of the inner ring shaft, the vibration frequency caused by the inner ring flaw of the bearing (BPFI), the vibration frequency caused by the outer ring flaw of the bearing (BPFO), Then, the vibration frequency (BSF) caused by the damage to the rolling elements of the bearing is calculated.
  • this parameter may be a coefficient of a formula calculated in advance corresponding to the bearing model number.
  • the coefficient in the case of (Equation 1) in FIG. 12 is Z/2*(1+d/D*cos ⁇ ), and BPFI can be obtained by multiplying this coefficient by the rotation frequency f0 .
  • the coefficient in the case of (formula 2) in FIG. 12 is Z/2*(1-d/D*cos ⁇ ), and the BPFO can be obtained by multiplying this coefficient by the rotational frequency f0 .
  • the coefficient in the case of (Equation 3) in FIG. 12 is Z/(2d)*(1 ⁇ (d/D) 2 *cos 2 ⁇ ), and the BSF can be obtained by multiplying this coefficient by the rotation frequency f 0 .
  • FIG. 13 is a diagram showing a display example of the frequency spectrum displayed on the display unit 14.
  • the abnormality determination unit 11 displays the frequency spectrum and envelope spectrum of the measured vibration on the display unit 14 .
  • priority is given as shown in step S60 of FIG. 8, step S78 of FIG. 9, and step S98 of FIG. switch the displayed spectrum.
  • the spectrum that is automatically displayed preferentially can be freely switched to another spectrum later by the user.
  • the range (-10% to 5% of the characteristic frequency) in which the peak of the characteristic frequency including harmonics is assumed to appear is displayed with a colored band.
  • the threshold value W2 is displayed for the FFT spectrum W1.
  • a band corresponding to is shown.
  • FIG. 14 is a diagram showing a display example of an envelope spectrum displayed on the display unit 14.
  • the threshold value W2 is displayed for the FFT spectrum W1.
  • the outer ring damage frequency, the inner ring damage frequency, and the rolling element damage frequency are selected as characteristic frequencies.
  • the bands corresponding to each of the first-order fundamental waves are shown with different hatching.
  • bands are displayed in different colors in the spectrum, indicating ranges in which peaks indicating damage to a part such as rotation frequency or bearing characteristic frequency are assumed to appear.
  • step S14 of FIG. 5 the diagnostic conditions determined in step S14 of FIG. 5 are applied to perform vibration measurement with the measuring instrument 2, and in step S32 of FIG.
  • step S21 an envelope spectrum as shown in FIG. 13 is displayed on the display section 14.
  • step S32 of FIG. 6 an envelope spectrum as shown in FIG. 13 is displayed on the display section 14.
  • step S21 an envelope spectrum as shown in FIG. 13 is displayed on the display section 14.
  • step S32 of FIG. 6 a frequency spectrum as shown in FIG. 14 is displayed on the display unit 14 in step S21.
  • the user can freely switch between only the envelope spectrum and the frequency spectrum, which are preferentially displayed.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of an analysis report output from the mobile information terminal 1.
  • the measurement result is displayed on the portable information terminal 1.
  • the abnormality determination unit 11 is configured to output a report in an image data format (PDF, PNG, etc.) through the communication unit 13 so that the diagnosis result and the history of the data measured so far can be confirmed. configured to The output report can be displayed on a large screen by a personal computer or printed by a printer.
  • PDF image data format
  • the envelope spectrum is displayed in the upper part, and the trend graph of the primary peak of the characteristic frequency is displayed in the lower part.
  • the upper spectrum may be the frequency spectrum, or the lower trend graph may be used as a list of physical quantities (rms value, maximum absolute value, crest factor, etc.) obtained from the measured vibration data. good.
  • the frequency spectrum may be displayed on the upper stage and the envelope spectrum may be displayed on the lower stage, or both the upper and lower stages may be trend graphs.
  • the application software running on the portable information terminal can perform vibration measurement settings, control of the measuring device, data analysis, and result display.
  • FIG. 16 is a diagram showing a modification of the vibration analysis system. As shown in FIG. 16, mobile information terminal 1A and measuring device 2A may be configured such that wired communication is established between mobile information terminal 1A and measuring device 2A.
  • the measurement time extension function if the measurement time is set beyond the length of time sufficient for analysis, unnecessary data will be included in processing and data storage. For example, if the measurement time is 5.12 s for the previous rotation speed of 150 min-1, the minimum time length of data that can be analyzed is 1.28 s, and the remaining 3.84 s of data is unnecessary. .
  • vibration is measured and diagnosed under three conditions of low speed, medium speed, and high speed.
  • this equipment can be set to three patterns (low speed, medium speed, high speed) according to the diagnosis target and driving conditions. to choose from.
  • abnormal vibration may occur for a very short period of time. If the timing at which abnormal vibration occurs is within a few seconds after pressing the operation button of the machine including the diagnosis target, or if using this instrument with a short measurement time, press the operation button of the machine and the measurement start button of this instrument almost. must be pressed at the same time. For safety reasons, it is often prohibited to work with both hands at the same time in the factory, and two workers are required to press the buttons at the same time. In order to solve this problem, the user can set the time from when the measurement start button of this device is pressed to when the measurement starts, like a camera's self-timer. can be measured.
  • damage characteristics do not appear under the diagnostic conditions selected from the rotational speed and bearing specifications, and damage characteristics appear under different diagnostic conditions than the selected diagnostic conditions.
  • This case occurs when the frequency band of vibration due to damage is not included in the bandwidth of the BPF set for each condition. For example, if the frequency band of vibration due to damage is around 1 kHz, it deviates from the bandwidth of the BPF under high speed conditions of 2 kHz to 10 kHz. Therefore, in this case, the envelope spectrum measured under high-speed conditions does not easily show damage peaks.
  • medium speed conditions BPF between 1 kHz and 5 kHz
  • which can contain information around 1 kHz are likely to produce peaks indicative of damage.
  • the characteristics of damage are determined from the determination value (threshold value) set by the user.
  • the user inputs a judgment value in advance before the measurement, and if a peak exceeding the value appears, it is judged that the characteristic of damage is observed.
  • the judgment value may simply be applied to the maximum value of the spectrum, or may be applied to the largest value among the peaks indicating damage (rotational frequency, bearing characteristic frequency, etc.).
  • the area of the peak may be considered.
  • the peak indicating damage is obtained from the rotation speed, but the actual rotation speed often differs from the input value. For example, in the case of a motor, slip occurs and the rotational speed decreases slightly. If the rotation speed differs from the input value, the theoretical value and the actual peak frequency will deviate, making it impossible to make a correct determination. Therefore, the area of the spectrum included in the frequency range (for example, -10% to 5% of the characteristic frequency) in which the peak is assumed to appear in consideration of the increase and decrease in the rotational speed is regarded as the area of the damage. You may judge whether the characteristic was seen.
  • the largest peak was picked up to determine whether damage characteristics were observed.
  • damage may be determined when the number of peaks designated in advance among the peaks indicating damage exceeds the determination value. Further, it is also possible to judge only by a specific peak, such as judging damage when the "outer ring damage frequency" exceeds the judgment value. It should be noted that the method of specifying at this time may be specified in advance on the source code, or may be a method freely selected by the user on the application software.
  • this type of product can be easily attached and detached from the measurement target, but there is also a need to devise ways to prevent it from falling. Therefore, when the measuring device is elongated in the direction perpendicular to the installation surface, it is desirable to have a constricted shape in which the central portion of the housing is recessed. This makes it easier for fingers to get caught when attaching and detaching, reducing the risk of falling.
  • the vibration analyzer 1 shown in FIG. 3 includes a setting unit 12 for setting a diagnostic target, a rotational speed, and a determination reference value, a condition determination unit 16 for determining diagnostic conditions from information on the diagnostic target, and a frequency
  • An analysis unit 17 for analysis and an abnormality determination unit (central processing unit) 11 for determining an abnormality of a diagnosis target based on a determination reference value are provided.
  • the diagnosis target includes at least one of bearings, gears, and rotating shafts.
  • the vibration analysis apparatus 1 further includes a database section 15 that stores parameters for the abnormality determination section 11 to specify the damaged site to be diagnosed.
  • the database unit 15 stores (1) the rotation speed of the bearing and (2) the coefficient of the formula as parameters. This formula calculates the vibration frequency caused by inner ring scratches, outer ring scratches, and rolling element scratches of the bearing, based on the bearing specifications or rotational speed. It is a formula to calculate.
  • the information is the rotational speed to be diagnosed and the inner ring damage frequency of the bearing, and the condition determination unit 16 selects the condition corresponding to the information as the diagnosis condition.
  • condition determination unit 16 selects diagnostic conditions from a plurality of conditions in which sampling frequencies and measurement times are adjusted so that the number of data becomes equal.
  • the vibration analyzer 1 further includes a display section 14. Theoretically, in the combination of the rotational speed to be diagnosed, the inner ring frequency of the bearing, and the diagnostic conditions, if a peak indicating damage to be diagnosed does not appear in the frequency spectrum or envelope spectrum, the abnormality determination unit 11 The display section 14 is caused to display a display inquiring whether the diagnosis is possible or not.
  • the abnormality determination unit 11 extends the measurement time set for each diagnostic condition based on the rotational speed of the diagnostic object.
  • the diagnostic condition specifies a filter that limits the frequency band of the vibration detection signal.
  • the abnormality determination unit 11 obtains an envelope spectrum of vibration data subjected to filtering in a frequency band different from the diagnostic conditions.
  • the abnormality determining unit 11 determines that no characteristic of damage is observed after diagnosis under the diagnostic conditions, the abnormality determining unit 11 proposes remeasurement and diagnosis to the user under conditions different from the diagnostic conditions. do.
  • the abnormality determination unit 11 uses the condition determined to exhibit the characteristics of the damage that the user particularly wants to monitor from the results of the measurement and diagnosis performed under a plurality of conditions in the initial diagnosis in the future. set as a diagnostic condition.
  • the judgment reference value includes a judgment value for judging that no characteristic of damage is found in the subject to be diagnosed.
  • the determination value is determined with respect to the area of the spectrum included in the range of frequencies in which peaks are assumed to appear, taking into consideration the increase or decrease in rotational speed.
  • the vibration analyzer 1 further includes a display section 14.
  • the abnormality determination unit 11 causes the display unit 14 to display on a graph a range in which a first-order frequency peak indicating damage to the bearing, gear, or rotating shaft is assumed to appear in the frequency spectrum or envelope spectrum.
  • the abnormality determination unit 11 displays the range in which frequency peaks indicating damage to bearings, gears, or rotating shafts are assumed to appear on the display unit 14 up to second or higher orders on the graph. to display.
  • the abnormality determination unit 11 outputs a report in the form of image data that enables confirmation of the history of diagnosis results and past measurement results.
  • a vibration analysis system includes a measuring instrument 2 for measuring vibrations to be diagnosed, and the vibration analysis device 1 according to any one of the above.
  • the vibration analysis device 1 is implemented by application software that operates on a mobile information terminal.
  • wireless communication is performed between the mobile information terminal 1 and the measuring device 2 as shown in FIG.
  • Wire communication may be used as shown in FIG.
  • the shape of the measuring device 2 when the shape of the measuring device 2 is vertically long, it has a constricted shape in which the central part of the housing is recessed.
  • the settings related to analysis are automatically selected from the diagnostic target information (bearing type, rotation speed) input by the user. Vibration analysis can be performed while maintaining the accuracy of
  • envelope spectrum can be recalculated by changing the bandwidth of the frequency filter for the data once measured, detailed analysis can be performed.

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Abstract

振動分析装置（１）は、測定器（２）によって検出された振動に基づいて機械状態の診断を行なう。設定部（１２）は、診断対象と回転速度と判定基準値とを設定する。通信部（１３）は、測定器（２）と通信を行ない、振動測定開始のトリガを測定器（２）に送信したり、振動波形のデータを測定器（２）から受信したりする。条件判定部（１６）は、診断対象の情報から診断条件を判定する。分析部（１７）は、測定器（２）から入力されたデータを周波数分析する。異常判定部（１１）は、判定基準値に基づいて診断対象の異常判定を行なう。このようにして、使用者の熟練度に関わらず一定の精度を保った振動分析が行なえる振動分析装置および振動分析システムを提供することができる。

Description

振動分析装置および振動分析システム
　本開示は、振動分析装置および振動分析システムに関する。
　回転体に発生する振動を測定し、故障などの診断を行なう振動分析装置が知られている。たとえば、特開２０１６－６１７５２号公報（特許文献１）には、診断対象となる回転体の設置状況に応じて、周波数フィルタの帯域幅を適宜設定して、振動分析を行なう診断装置が開示されている。また、特開２０１６－２４００７号公報（特許文献２）には、転がり軸受を診断対象とし、内輪、外輪、転動体、保持器等の異常有無を判断し、携帯情報端末に文字または記号で判断結果を表示する技術が紹介されている。また、特開２０１７－２１９４６９号公報（特許文献３）には、軸受損傷周波数とエンベロープスペクトルのピークとが等しくなるか否かで異常の有無を判定する状態監視装置が開示されている。この状態監視装置は、振動波形を複数の周波数フィルタで分割し、周波数帯域別に求めた実効値などから診断対象部位の損傷の程度を診断している。
特開２０１６－６１７５２号公報 特開２０１６－２４００７号公報 特開２０１７－２１９４６９号公報
　各種装置のメンテナンスのために、軸受または軸などの回転体の振動を測定し、異常の有無を判定する簡易型振動分析装置が作業者にとって便利である。
　このような簡易型振動分析装置は、構成が単純で導入し易い。そのため、振動分析導入の敷居が低いので、簡易型振動分析装置の使用者は振動分析の経験が無いことが多い。振動測定においては、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周波数分析結果グラフ（周波数スペクトル）を表示することが一般的である。しかし、振動分析の経験が無ければ、その結果から回転体の健康状態を把握することは難しい。また、軸受および軸の異常を精度よく判定するには、適切な測定条件で得られた振動データに対して、適切な信号処理を行ってから周波数分析する必要がある。しかし、振動分析の初心者は、そのような適切な測定条件や信号処理を設定できない。そのため、振動分析の初心者は、機械の異常判定に不適切な設定を行ない、適切な設定であれば異常として検知できる兆候を見逃すことがある。また、異常の兆候を示しているにも関わらず、正常であると判断を誤ることもある。
　従来の振動分析装置においては、診断対象の回転数および設置状況に関わらず、測定時間、サンプリング周波数または周波数フィルタの帯域幅が固定されているか、もしくは使用者が自由に選択できるようになっている。しかし、自由度が高くなる分、最適な設定を考慮しなければならず、使用者には振動分析の知識が必要となる。
　振動で軸受の健康状態を診断するには、一般的にエンベロープスペクトルに現れるピークが軸受から発生した振動によるものか否かを確認する。単に判定結果を数値化または記号化して表示する方法もあるが、スペクトルのどのピークを見て判定されたのか分かりにくいため、スペクトルと判定結果の整合性を評価することが難しい。
　本開示の目的は、使用者の熟練度に関わらず一定の精度を保った振動分析が行なえる振動分析装置および振動分析システムを提供することである。
　本開示は、検出された振動に基づいて機械状態の診断を行なう振動分析装置に関する。振動分析装置は、診断対象と回転速度と判定基準値とを設定する設定部と、診断対象の情報から診断条件を判定する条件判定部と、入力されたデータを周波数分析する分析部と、判定基準値に基づいて診断対象の異常判定を行なう異常判定部とを備える。
　本開示は、他の局面では、診断対象の振動を測定する測定器と、上記の振動分析装置とを備える振動分析システムである。振動分析装置は、携帯情報端末上で動作するアプリケーションソフトウエアによって実現される。
　本開示の振動測定装置によれば、診断対象の部位と回転数によって半自動的に適切な測定条件と信号処理が設定される。また、振動測定から得られた結果から分かる回転体の健康状態が明確に示される。したがって、振動分析の初心者においても一定の精度を保った振動分析が行なえる。
本実施の形態の振動分析システムの構成を示す図である。 測定器２の構成を示すブロック図である。 携帯情報端末１においてアプリケーションソフトウエアによって実現される機能の機能ブロック図である。 測定器２における測定処理について説明するためのフローチャートである。 携帯情報端末１の内部で実行される振動分析のアプリケーションソフトウエアで実現される振動分析装置の動作を説明するためのフローチャートである。 ステップＳ１４における測定条件の設定処理の詳細を示すフローチャートである。 低速、中速、高速に対応する診断条件を示す図である。 軸受または歯車の損傷を診断対象とした場合の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ａ）のフローチャートである。 組付不良などの機械振動を診断対象とした場合の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ｂ）のフローチャートである。 軸受や歯車の損傷も考慮した図９の変形例の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ｂ）のフローチャートである。 表示部１４に表示される測定条件などの設定画面の一例を示す図である。 軸受特徴周波数（ＢＰＦＯ、ＢＰＦＩ、ＢＳＦ）の計算式を示す図である。 表示部１４に表示される周波数スペクトルの表示例を示す図である。 表示部１４に表示されるエンベロープスペクトルの表示例を示す図である。 携帯情報端末１から出力される分析レポートの一例を示す図である。 振動分析システムの変形例を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
　図１は、本実施の形態の振動分析システムの構成を示す図である。図１に示す振動分析システム１００は、診断対象の振動を測定する測定器２と、振動分析装置とを備える。この振動分析装置は、携帯情報端末１上で動作するアプリケーションソフトウエアによって実現される。
　携帯情報端末１と測定器２との間は、無線によって通信するように、携帯情報端末１と測定器２が構成されている。
　なお、後に図１６に示すように携帯情報端末１Ａと測定器２Ａとの間が有線によって通信するように、携帯情報端末１Ａと測定器２Ａが構成されていても良い。
　図２は、測定器２の構成を示すブロック図である。図２の測定器２は、マイクロコンピュータ２１と、メモリ２２と、通信モジュール２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、アンチエイリアシングフィルタ２５と、加速度センサ２６とを含む。
　測定器２は、回転機器に設置され、回転機器に含まれている診断対象である軸受、歯車、および回転軸のうち、少なくとも１つに起因する振動を測定する。加速度センサ２６は、振動を加速度信号として検出する。Ａ／Ｄ変換器２４は、加速度センサ２６で検出された加速度信号をデジタル信号に変換する。アンチエイリアシングフィルタ２５は、Ａ／Ｄ変換器２４のサンプリング周波数に対応した帯域に加速度信号を制限する。マイクロコンピュータ２１は、一定時間分の振動波形を示すデジタル信号をメモリ２２に記憶させ、携帯情報端末１と通信可能な場合に、メモリ２２から振動波形を読み出して通信モジュール２３によって携帯情報端末１に送信する。
　図３は、携帯情報端末１においてアプリケーションソフトウエアによって実現される機能の機能ブロック図である。
　図３に示す携帯情報端末１は、アプリケーションソフトウエアがインストールされることによって、振動分析装置として機能する。以下、携帯情報端末１を振動分析装置１とも表記する。振動分析装置１は、異常判定部１１と、設定部１２と、通信部１３と、表示部１４と、データベース部１５と、条件判定部１６と、分析部１７とを含む。
　振動分析装置１は、測定器２によって検出された振動に基づいて機械状態の診断を行なう。設定部１２は、診断対象と回転速度と判定基準値とを設定する。通信部１３は、測定器２と通信を行ない、振動測定開始のトリガを測定器２に送信したり、振動波形のデータを測定器２から受信したりする。条件判定部１６は、診断対象の情報から診断条件を判定する。分析部１７は、測定器２から入力されたデータを周波数分析する。異常判定部１１は、判定基準値に基づいて診断対象の異常判定を行なう。異常判定部１１は、たとえば、アプリケーションソフトウエアを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）である。
　データベース部１５は、異常判定部１１が診断対象の損傷部位を特定するためのパラメータを記憶する。たとえばこのパラメータは、軸受の回転速度を含む。このパラメータは、さらに、軸受の諸元、または、回転速度に基づいて、軸受の内輪傷に起因する振動周波数（ＢＰＦＩ）、軸受の外輪傷に起因する振動周波数（ＢＰＦＯ）、および、軸受の転動体傷に起因する振動周波数（ＢＳＦ）を算出する数式（後に図１２に示す）の係数を記憶する。
　図４は、測定器２における測定処理について説明するためのフローチャートである。図２、図４を参照して測定処理について説明する。
　ステップＳ１において、初期化処理が行なわれる。
　ステップＳ２において、マイクロコンピュータ２１は、測定開始信号を受信したか否かを判断し、受信しなければ処理をステップＳ１に戻す。測定開始信号を受信した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１は、ステップＳ３において、加速度センサ２６の出力信号をＡ／Ｄ変換器２４を介して読み込み、デジタル信号となったデータをメモリ２２に保存させる。
　ステップＳ５においてマイクロコンピュータ２１は、データを所定数取得したか否かを判断する。取得したデータが所定数に達していなければ（Ｓ５でＮＯ）、マイクロコンピュータ２１は、ステップＳ３に処理を戻してデータの取得を継続する。
　取得したデータが所定数に達していた場合（Ｓ５でＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１は、ステップＳ６において、取得データをメモリ２２から読み出して、携帯情報端末１へ送信する。そして、ステップＳ７において、マイクロコンピュータ２１は、測定の終了操作が行なわれたか否かを判断する。
　測定の終了操作が行なわれていない場合（Ｓ７でＮＯ）、マイクロコンピュータ２１は、ステップＳ１からの処理を再び実行する。測定の終了操作が行なわれている場合（Ｓ７でＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１は、測定器２による測定処理を終了させる。
　図５は、携帯情報端末１の内部で実行される振動分析のアプリケーションソフトウエアで実現される振動分析装置の動作を説明するためのフローチャートである。
　図３、図５を参照して振動分析装置の動作を説明する。まず、ステップＳ１１において、初期化処理が実行される。そして、ステップＳ１２において、使用者の操作に基づいて設定部１２が軸受型番、回転速度、判定値等を設定する。このとき使用者は、アプリケーションソフトウエア上で、診断対象の回転速度と、軸受の内部緒元と、判定値（しきい値）を入力する。
　そしてステップＳ１３において、異常判定部１１が、選択された軸受型番の諸元をデータベース部１５内から読み出し、読み出した諸元に基づいて、対象装置の部位ごとの損傷周波数を算出する。そしてステップＳ１４において、異常判定部１１は、測定条件の設定処理を実行する。
　本実施の形態で説明する簡易型の振動分析装置１は、測定した振動データの保管および計算処理を携帯情報端末上で行なう。
　このとき、データの容量はサンプリング周波数と測定時間の積から求まるデータ長に比例する。サンプリング周波数と測定時間が自由に設定できる場合、診断する回転体の回転速度および必要な周波数帯域からサンプリング周波数と測定時間の値を設定する。しかし、携帯情報端末である以上、データの処理速度および保存容量の制限を踏まえて設定することが必要不可欠であり、振動分析の初心者にとってはこの設定が難しい。
　本実施の形態では、予めデータの処理速度および保存容量の制限が考慮された数に、測定データのデータ長が固定されている。
　そして、データ数が等しくなるようにサンプリング周波数と測定時間が調整された複数の診断条件を予めアプリケーションソフトウエア内に保存しておく。本実施の形態では低速、中速、高速の３種類が保存されている。
　そして、診断対象の回転速度と軸受の緒元から求まる値によってサンプリング周波数と測定時間とを自動的に変えることによって、装置の制限を意識することなく、使用者がサンプリング周波数と測定時間を設定できる。ステップＳ１４の処理の詳細は、後に図６を用いて説明する。
　ステップＳ１４において測定条件が設定されると、ステップＳ１５において携帯情報端末１は、測定開始信号を測定器２に送信する。すると、測定器２において測定が開始され、測定完了後に測定されたデータが測定器２から送信されてくる。
　ステップＳ１６では、通信部１３において測定器２からのデータを受信したか否かを異常判定部１１が判断し、受信した場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、異常判定部１１は、データをメモリに保存する。そしてステップＳ１８において、異常判定部１１は、データを所定数取得したか否かを判断する。
　データを所定数取得していない場合（Ｓ１８でＮＯ）、再びステップＳ１６以降の処理が実行され受信が継続される。データを所定数取得した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１９において、異常判定部１１は、データをメモリから読み出して、周波数スペクトルとエンベロープスペクトルとを算出する。
　ステップＳ２０において、異常判定部１１は、軸受の損傷部位、ミスアライメント、軸のアンバランスの異常を示す兆候が見られるか否かを判定し、ステップＳ２１において判定結果と波形を表示部１４に表示する。
　そして、ステップＳ２２において、異常判定部１１は、測定の終了操作が行なわれたか否かを判断する。
　測定の終了操作が行なわれていない場合（Ｓ２２でＮＯ）、異常判定部１１は、ステップＳ１２からの処理を再び実行する。測定の終了操作が行なわれている場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、異常判定部１１は、振動分析の処理を終了させる。
　図６は、ステップＳ１４における測定条件の設定処理の詳細を示すフローチャートである。
　本実施の形態において、診断条件を自動的に設定するにあたり、診断対象の回転速度と軸受の諸元が必要になる。初期化処理（Ｓ１１）を行ったあと、回転速度Ｒと軸受の諸元とを使用者に入力させる（Ｓ１２）。諸元は、診断条件を自動設定する処理の実行前に予め記憶させておく方法でも良い。そして、入力した回転速度Ｒと軸受の諸元から軸受の部位ごとの損傷周波数が算出される（Ｓ１３）。回転周波数ＲとステップＳ１３で求めた損傷周波数のひとつである内輪損傷周波数ＢＰＦＩを読み出す（Ｓ３１）。次に、ステップＳ３２では、異常判定部１１は、使用者にアプリケーションソフトウエア上で、診断対象が（Ａ）軸受や歯車の損傷振動か、（Ｂ）組付け不良などの機械振動かを選択させる。ステップＳ３１で読み出した回転速度Ｒと、算出した内輪損傷周波数ＢＰＦＩの値を保持したまま、使用者が選択（Ｓ３２）した診断対象によって、サブルーチン「条件判定Ａ（Ｓ３３）」または「条件判定Ｂ（Ｓ３４）」のどちらかへ処理が移る。ステップＳ３２において使用者が選択する診断対象は、Ａ：軸受または歯車の損傷と、Ｂ：組付不良などの機械振動、のいずれかである。
　使用者が診断対象として（Ａ）軸受または歯車の損傷振動を選択した場合、異常判定部１１は、ステップＳ３３において、診断対象の回転速度と、軸受の内部緒元から求められる軸受内輪損傷周波数の２つの値から、診断条件を１つ選択する。
　一方、使用者が診断対象として（Ｂ）組付け不良などの機械振動を選択した場合、異常判定部１１は、ステップＳ３４において、診断対象の回転速度から、診断条件を１つ選択する。
　診断対象がＡ：軸受または歯車の損傷である場合は、時間波形をエンベロープ（包絡線）処理したエンベロープ波形のＦＦＴ結果であるエンベロープスペクトルを確認する方が好ましい。また、診断対象がＢ：組付不良など（例えばミスアライメント、ミスカップリング、緩み、振れ）の機械振動の場合は、時間波形のＦＦＴ結果である周波数スペクトルを確認した方が好ましい。このため、診断対象が前者の場合は条件判定Ａ、後者の場合は条件判定Ｂというように、別々のサブルーチンで処理が行なわれる。
　ステップＳ３３，Ｓ３４のサブルーチンの処理の詳細は、後に図８～図１０を用いて説明する。ステップＳ３５では、サブルーチンで決定された診断条件が低速、中速、高速のいずれに該当するかを判断する。診断条件が低速の場合、ステップＳ３６において低速に対応する設定が推奨設定として決定される。診断条件が中速の場合、ステップＳ３７において中速に対応する設定を推奨設定が推奨設定として決定される。診断条件が高速の場合、ステップＳ３８において高速に対応する設定が推奨設定として決定される。
　図７は、低速、中速、高速に対応する診断条件を示す図である。低速に対応する診断条件は、サンプリング周波数ｆｓ＝２．５６ｋＨｚ、計測時間ｔ＝６．４ｓであり、このときデータ長Ｎ（＝ｆｓ×ｔ）＝１６３８４、ＢＰＦ帯域幅ｆｌ～ｆｈ＝４００～８００Ｈｚであり、周波数分解能Δｆ（＝１／ｔ）＝０．１５６２５Ｈｚ、周波数成分の上限ｆｍａｘ（＝ｆｓ／２．５６）＝１ｋＨｚとなる。
　中速に対応する診断条件は、サンプリング周波数ｆｓ＝１２．８ｋＨｚ、計測時間ｔ＝１．２８ｓであり、このときデータ長Ｎ＝１６３８４、ＢＰＦ帯域幅ｆｌ～ｆｈ＝１ｋ～５ｋＨｚであり、周波数分解能Δｆ＝０．７８１２５Ｈｚ、周波数成分の上限ｆｍａｘ＝５ｋＨｚとなる。
　高速に対応する診断条件は、サンプリング周波数ｆｓ＝２５．６ｋＨｚ、計測時間ｔ＝０．６４ｓであり、このときデータ長Ｎ＝１６３８４、ＢＰＦ帯域幅ｆｌ～ｆｈ＝２ｋ～１０ｋＨｚであり、周波数分解能Δｆ＝１．５６２５Ｈｚ、周波数成分の上限ｆｍａｘ＝１０ｋＨｚとなる。
　続いて、異常判定部１１は、ステップＳ３６～Ｓ３８のいずれかで決定された診断条件を使用者に推奨する診断条件として提案するために表示部１４に表示し（Ｓ３９）、使用者に診断条件を選択させる。使用者はそれに基づき、診断条件を決定する（Ｓ４０）。なお、選択された診断条件は、後に使用者が自由に変更できるようにすることが好ましい。
　その後図５のステップＳ１５において、選択した診断条件（Ｓ３６～Ｓ３８）で診断対象の振動が測定され、ステップＳ１９～Ｓ２１において、スペクトルの計算と結果の表示が行なわれる。
　ここで、ステップＳ３２～Ｓ３８において、診断対象によって、条件判定処理と推奨設定とを変更する理由について説明する。
　診断したい機械の異常が、軸受や歯車の損傷の場合と、組付け不良などの場合によって、振動分析で確認すべき要素が異なる。
　軸受または歯車の損傷の場合（Ｓ３３）は、損傷部で衝撃振動が発生するので、その衝撃振動の大きさと発生周期が振動分析で確認すべき要素である。この２つの要素は、時間波形をエンベロープ（包絡線）処理したエンベロープ波形のＦＦＴ結果（エンベロープスペクトル）から確認できる。具体的には、エンベロープスペクトル上に、回転速度と軸受または歯車の内部緒元から求まる周波数（特徴周波数）と一致するピークが現れる。エンベロープ処理を行なう前に衝撃振動が有する周波数成分を周波数フィルタ（本実施の形態ではＢＰＦ）で抽出するように処理すれば、エンベロープスペクトルに現れる特徴周波数以外のピークが減るため、特徴周波数のピークが相対的に確認し易くなる。ただし、エンベロープスペクトルには、ピークとして現れることができる周波数に上限があるため、特徴周波数が最も大きい内輪損傷周波数がその上限を超えないようにする必要がある（図８のＳ５１、Ｓ５２，Ｓ５３で後に示す）。また、軸受や歯車の損傷が早期に検知できるように、ＢＰＦの帯域幅はなるべく高周波数成分を含んでいる方が好ましい（図８のＳ５５で後に示す）。診断対象が軸受や歯車の損傷の場合の診断条件を設定する条件分岐Ａのサブルーチン内（後に図８で説明する）では、信頼できるピークの周波数上限と、損傷の早期検知を考慮した分岐フローにより、最適な診断条件が選択される。
　一方、組付け不良などの場合は、回転に起因する強制振動が正常時よりも大きくなるので、強制振動成分の大きさと周波数が振動分析で確認すべき要素である。この２つの要素は時間波形のＦＦＴ結果（周波数スペクトル）から確認できる。具体的には、回転速度から求まる周波数（回転周波数）と一致するピークが周波数スペクトル上に現れる。ただし、周波数スペクトルには、サンプリング定理により時間波形が有する周波数成分の上限があるため、回転周波数がその上限を超えないようにする必要がある。また、周波数スペクトルの周波数分解能は測定時間に比例して良くなる（数値は反比例する）ため、測定時間が長くなる方が好ましい。診断対象が組付け不良などの場合の、機械振動の倍の診断条件を設定する条件分岐Ｂのサブルーチン内（後に図９で説明する）では、周波数スペクトルに回転周波数の６次成分までのピークが現れるよう考慮した分岐フローにより、最適な診断条件が設定される。
　図８は、軸受または歯車の損傷を診断対象とした場合の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ａ）のフローチャートである。
　軸受や歯車の損傷を診断する場合（条件判定Ａ）には、エンベロープスペクトルに現れるピークを確認する。測定中になるべく数多く診断対象を回転させた方が、損傷を示すピークが鋭くなって診断しやすくなる。診断に最低限必要な回転回数を測定中に含める（エンベロープスペクトルのピークの鋭さを最低限保証する）ため、本実施の形態の３種類の診断条件（低速、中速、高速）のどれにおいても測定中に３回転以上測定時間に入るように、Ｓ５１の回転速度の分岐の値を３００ｍｉｎ－１とした。たとえば、高速条件の０．６４秒で３回転するとすれば、３ｒｅｖ／０．６４ｓ＝２８１．２５ｒｅｖ／ｍｉｎとなり、３００ｍｉｎ－１より小さくなる。回転速度が３００ｍｉｎ－１を超える場合は（Ｓ５１でＹＥＳ）、中速条件か高速条件かを判定する処理（Ｓ５２，Ｓ５３）へ進み、３００ｍｉｎ－１以下の場合は（Ｓ５１でＮＯ）低速条件か中速条件か判定する処理（Ｓ５６）へ進む。
　エンベロープスペクトルは衝撃振動の発生間隔を周波数領域で表したグラフである。衝撃振動の発生間隔が極端に短い場合、衝撃波形同士の区切りが不明瞭になり、エンベロープスペクトルに衝撃波形を示すピークが現れなくなる。エンベロープスペクトルに現れるピークの周波数の最大値は、振動の発生間隔の限界値（周期）の逆数から求められる。発生間隔の限界値は、一般的に１０前後の値（データ数）をサンプリング周波数で割った値である。本実施の形態ではデータ数８をサンプリング周波数で割った値の逆数（１２８００Ｈｚ／８＝１６００Ｈｚ、２５６００Ｈｚ／８＝３２００Ｈｚ）と、モータ制御などに関連する回転速度の誤差を考慮して、中速、高速における、エンベロープスペクトルの最大周波数をそれぞれ、１５００Ｈｚ、３０００Ｈｚと決定した。
　軸受と歯車の損傷を示す周波数（特徴周波数）が上述の最大周波数を超えると、エンベロープスペクトルに特徴周波数のピークが現れず、診断できない。そのため、特徴周波数の中で最も高い周波数になる内輪損傷周波数（ＢＰＦＩ）が中速、高速における最大周波数を超えたか否か（Ｓ５２；ＢＰＦＩ＞１５００Ｈｚ、Ｓ５３；ＢＰＦＩ＞３０００Ｈｚ）で、診断条件を中速か高速かに振り分けている。
　ＢＰＦＩ＞１５００Ｈｚを満たさない回転速度では（Ｓ５２でＮＯ）、中速、高速条件のどちらでも診断できる。軸受の損傷によって発生する振動の周波数帯域は一般的に数ｋＨｚ帯となる。特に初期損傷は高い周波数側の周波数帯域に現れやすいので、使用者が感度よく軸受の損傷を検知したいとするのであれば（Ｓ５５でＹＥＳ）、中速条件で測定できる回転速度であっても高速条件（Ｓ５９）で診断した方が好ましい。
　図７に示すように、中速条件（Ｓ５８）における周波数スペクトルでは、最大周波数５ｋＨｚ、ＢＰＦの帯域が１ｋＨｚ～５ｋＨｚであるのに対し、高速条件（Ｓ５９）の周波数スペクトルでは、最大周波数１０ｋＨｚ、ＢＰＦの帯域が２ｋＨｚ～１０ｋＨｚとなる。したがって、高速条件（Ｓ５９）の方が軸受損傷の周波数帯域である数ｋＨｚ帯に余裕を持たせた周波数帯域で診断できるので、中速条件（Ｓ５８）よりも軸受損傷を検知できる可能性が高い。
　軸受の損傷が進み末期状態になると、軸受損傷の周波数帯域は低い周波数帯域へ移動する。図７において、低速条件が軸受損傷の周波数帯域から外れた最大周波数およびＢＰＦ帯域幅になっているのは、末期状態の軸受を検知し易くするためである。また、診断対象の回転速度が遅いと損傷の進展速度も遅くなるため、日々の診断で軸受が末期状態に近づいているとしても、軸受交換にある程度の時間的猶予がある。
　振動診断においては早期の異常検出が好まれるため、条件が低速か中速かを判断する処理（Ｓ５６）では、中速条件（Ｓ５８）で最低限診断できる回転速度（１５０ｍｉｎ－１より大）であれば、中速条件（Ｓ５８）を選択するようにしている。
　また、ＢＰＦＩ＞３０００Ｈｚを満たすような回転速度（Ｓ５３でＹＥＳ）では、エンベロープスペクトルに内輪損傷を示すピークが現れない。そのため、この条件を満たした場合には使用者に目的の診断が可能か否かを伝える警告表示を行なう（Ｓ５４）。回転速度、軸受、歯車によっては内輪損傷以外の損傷を示すピークがエンベロープスペクトルに現れる場合もあり、診断が全くできないとは言えないため、警告表示（Ｓ５４）では何の損傷を示すピークが現れないか明示して診断の精度が落ちることを使用者へ伝える。
　ステップＳ５７，Ｓ５８，Ｓ５９のいずれかで診断条件が決定されると、ステップＳ６０においてエンベロープスペクトルを優先表示するように設定が記憶され、条件判定Ａのサブルーチンの処理が終了し、その後、図６のステップＳ３５の処理が実行される。
　図９は、組付不良などの機械振動を診断対象とした場合の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ｂ）のフローチャートである。
　組付不良などの機械振動を診断する場合には、周波数スペクトルに現れるピークを確認する。機械振動は、回転に起因する振動なので、その振動の大きさと周波数（回転周波数＝回転速度ｍｉｎ－１／６０）がピークとして現れる。また、回転周波数のピークから組付け不良の判別を行なう場合は、回転周波数の高調波成分の現れ方を確認する。例えば、ミスアライメントの場合は、周波数スペクトルでは１次成分よりも２次成分のピークが大きくなることが多い。周波数スペクトルは、測定時間の長さに比例して周波数分解能は良くなる（周波数スペクトルのライン間隔が細かくなる）ので、測定時間は長い方が好ましい。ただし、サンプリング定理より、サンプリング周波数の半分以下の周波数成分を表示することはできないため、その点を考慮する必要がある。一般的には、サンプリング周波数を２．５６で割った値が上限として利用されている。本実施の形態では、周波数上限を考慮した上で、周波数スペクトルに少なくとも回転周波数の６次成分までのピークが現れるように診断条件を、ステップＳ７１，Ｓ７２，Ｓ７３において、回転速度で判断している。図８に示したフローチャートと同様に、回転周波数の６次成分までのピークが現れないような回転速度を使用者が入力した場合（Ｓ７３でＹＥＳ）、その旨を明示する警告表示を行なう（Ｓ７４）。
　ステップＳ７５，Ｓ７６，Ｓ７７のいずれかで診断条件が決定されると、ステップＳ７８において周波数スペクトルを優先表示するように設定が記憶され、条件判定Ｂのサブルーチンの処理が終了し、その後、図６のステップＳ３５の処理が実行される。
　図１０は、軸受や歯車の損傷も考慮した図９の変形例の診断条件を判定するサブルーチン（条件判定Ｂ）のフローチャートである。
　図９の条件判定では、エンベロープスペクトルから軸受や歯車の損傷を確認することはできるが、エンベロープスペクトルに衝撃波形を示すピークが現れなくなる周波数の制限により、診断対象の回転速度、軸受／歯車の種類によっては損傷を示すピークが現れない。そのため、軸受または歯車の損傷振動と、機械振動とで、診断条件Ａ，Ｂの選択処理が分かれている。しかし、１回転するごとに衝撃振動が入るような機械振動である場合は、エンベロープスペクトルにおいて回転周波数にピークが現れる。エンベロープスペクトルであれば、軸受や歯車の損傷を示すピークも確認できる。上述したように周波数スペクトルに少なくとも回転周波数の６次成分までのピークが現れるように診断条件を回転速度で判断しているが、この診断条件に軸受や歯車の損傷を示すピークがある程度入るような回転速度も考慮に含めても良い。その例を以下に記す。
　携帯情報端末（アプリケーション）が保持している軸受緒元の中で回転周波数と内輪損傷周波数の比を取り、最大で内輪損傷周波数が回転周波数の２０倍になるとする。診断条件が低速の場合のエンベロープスペクトルの最大周波数（２５６０Ｈｚ／８＝３２０Ｈｚ）が内輪損傷周波数と一致すると、回転周波数は先の比から３２０／２０＝１６Ｈｚなので、回転速度の上限は９６０ｍｉｎ－１になる。制御されていたとしても実際には回転速度は増減するため、それも考慮して仮に５％増減するとすれば、おおよその上限は９００ｍｉｎ－１（Ｓ９１）になる。同様に、中速、高速の判定値を求めると、４５００ｍｉｎ－１（Ｓ９２）、９０００ｍｉｎ－１（Ｓ９３）となる。
　このような判定を用いれば、条件判定Ｂにおいても、エンベロープスペクトルで軸受および歯車の損傷を確認することができるようになる。ただし、条件判定Ｂは、条件判定Ａのような軸受または歯車の損傷検知を行なうのに最適な設定がされていないため、早期に損傷を検知するという点では条件判定Ａよりも劣る。図１０のフローチャートは、図９のフローチャートの代用としても良い。また、機械振動を主に診断したいが軸受も最低限診断したい場合の選択肢として、図８に示した条件判定Ａ、図９に示した条件判定Ｂの２分岐に加えて、図１０の処理を条件Ｃとして追加し、ステップＳ３２の分岐を、条件判定Ａ～Ｃの３分岐としても良い。
　図１１は、表示部１４に表示される測定条件などの設定画面の一例を示す図である。図４のステップＳ１２で必要な軸受型式、回転速度、感度は、この画面の左半分で設定した値が用いられる。軸受型式、回転速度、感度の値を入力すると、振動分析装置１は、最適な診断条件が自動で選択され、画面右半分に表示される。選択された診断条件は、限定されないが、固定でなく、自動選択後に使用者が自由に変更できることが好ましい。
　図１２は、軸受特徴周波数（ＢＰＦＯ、ＢＰＦＩ、ＢＳＦ）の計算式を示す図である。図１のデータベース部１５は、異常判定部１１が診断対象の損傷部位を特定するためのパラメータを記憶する。
　このパラメータが、軸受の諸元である場合には、異常判定部１１が、図１２に示されるような式を用いて、軸受の諸元（軸受のピッチ円直径Ｄ、転動体の直径ｄ、転動体の接触角α、転動体の数Ｚ）と内輪軸の回転周波数ｆ０とから、軸受の内輪傷に起因する振動周波数（ＢＰＦＩ）、軸受の外輪傷に起因する振動周波数（ＢＰＦＯ）、および、軸受の転動体傷に起因する振動周波数（ＢＳＦ）を算出する。
　また、このパラメータは、軸受型番に対応して予め計算されている式の係数であってもよい。図１２の（式１）の場合の係数は、Ｚ／２＊（１＋ｄ／Ｄ＊ｃｏｓα）であり、この係数に回転周波数ｆ０を掛ければＢＰＦＩが得られる。図１２の（式２）の場合の係数は、Ｚ／２＊（１－ｄ／Ｄ＊ｃｏｓα）であり、この係数に回転周波数ｆ０を掛ければＢＰＦＯが得られる。図１２の（式３）の場合の係数は、Ｚ／（２ｄ）＊（１－（ｄ／Ｄ）２＊ｃｏｓ２α）であり、この係数に回転周波数ｆ０を掛ければＢＳＦが得られる。
　図１３は、表示部１４に表示される周波数スペクトルの表示例を示す図である。異常判定部１１は、測定した振動の周波数スペクトル、エンベロープスペクトルを表示部１４に表示する。図６のステップＳ３２で選択した診断対象（軸受や歯車の損傷振動か、機械の振動か）によって、図８のステップＳ６０、図９のステップＳ７８、図１０のステップＳ９８に示されるように、優先的に表示するスペクトルを切り替える。また、限定されないが、自動的に優先表示されたスペクトルは、使用者が後で自由に他のスペクトルに切り替えることができることが好ましい。
　単にスペクトルを表示しただけでは、特徴周波数のピークが現れているか分かりにくい。そこで、図１３に示すスペクトルの表示画面では、高調波を含む特徴周波数のピークが現れると想定される範囲（特徴周波数の－１０％～５％）を色のついた帯で表示する。図１３の例では、ＦＦＴスペクトルＷ１に対して、しきい値Ｗ２が表示されているが、これに加えて、特徴周波数として、軸回転周波数が選択され、この特徴周波数の３次までの高調波に対応する帯が示されている。この帯中に、ＦＦＴスペクトルＷ１のピークの有無をチェックすることによって、初心者でも損傷の特徴がＦＦＴスペクトルＷ１にあるか否かを視覚的に判断できる。すなわち、図１３のような画面によって、損傷範囲に含まれるスペクトルＷ１の値が設定した判定値であるしきい値Ｗ２を超えたか否かをわかりやすく表示することができる。
　図１４は、表示部１４に表示されるエンベロープスペクトルの表示例を示す図である。図１４の例では、ＦＦＴスペクトルＷ１に対して、しきい値Ｗ２が表示されているが、これに加えて、特徴周波数として、外輪損傷周波数と、内輪損傷周波数と、転動体損傷周波数とが選択され、これらの各々の１次の基本波に対応する帯が、互いに異なるハッチングで示されている。実際の画面では、スペクトルには、回転周波数または軸受特徴周波数などの部位の損傷を示すピークが現れると推測される範囲を示す帯が、色別で表示される。この帯中に、ＦＦＴスペクトルＷ１のピークの有無をチェックすることによって、初心者でも損傷の特徴がＦＦＴスペクトルＷ１にあるか否かを視覚的に判断できる。
　本実施の形態では、図５のステップＳ１４で決定した診断条件を適用して測定器２で振動測定を行ない、図６のステップＳ３２で（Ａ）軸受または歯車の損傷振動を選択した場合は、ステップＳ２１において、図１３に示すようなエンベロープスペクトルを表示部１４に表示する。一方、図６のステップＳ３２で、（Ｂ）組付け不良などの機械振動を選択した場合は、ステップＳ２１において、図１４に示すような周波数スペクトルを表示部１４に表示する。ここでの表示は、エンベロープスペクトルと周波数スペクトルのどちらかを優先的に表示するだけであって、使用者が自由に切り替えできることが好ましい。
　図１５は、携帯情報端末１から出力される分析レポートの一例を示す図である。本実施の形態では、測定結果を携帯情報端末１に表示する。携帯情報端末１のサイズが小さい場合、診断結果を画面で確認することは使用者に負担がかかる。また、結果を再確認するときに毎回端末を操作する手間もかかり、結果を表示できたとしても画面を見せて情報共有することは難しい。この課題を解消するため、異常判定部１１は、通信部１３を介して診断結果とこれまでに測定したデータの履歴が確認できるようなレポートを画像データ形式（ＰＤＦ，ＰＮＧなど）で出力するように構成される。出力されたレポートは、パーソナルコンピュータによって大きな画面に表示したり、プリンターで印刷したりすることができる。図１５では、上段にエンベロープスペクトルを表示し、下段に特徴周波数の１次のピークのトレンドグラフを表示している。これに限らず、上段のスペクトルを周波数スペクトルにしても良いし、下段のトレンドグラフを測定した振動データから得られる物理量（実効値や絶対値の最大値、クレストファクタなど）の一覧表にしても良い。また、上段に周波数スペクトル、下段にエンベロープスペクトルを表示しても良く、上段下段ともにトレンドグラフでも良い。
　以上示したように、本実施の形態によれば、携帯情報端末上で動作するアプリケーションソフトウエアによって、振動測定用の設定、測定器のコントロール、データの解析、結果表示が行なえる。
　図１６は、振動分析システムの変形例を示す図である。図１６に示すように携帯情報端末１Ａと測定器２Ａとの間が有線によって通信するように、携帯情報端末１Ａと測定器２Ａが構成されていても良い。
　図示しないが、以下のような種々の変形例を組み入れても良い。
　［測定時間の延長］
　図８の説明でも述べたが、診断対象は測定中になるべく数多く回転させた方が損傷を示すピークが鋭くなって診断しやすくなる。診断条件が高速の場合、約２８０ｍｉｎ－１以上の回転速度でないと、診断が難しくなる。回転速度が遅い大型軸受は、軸受の納期や交換の準備に時間がかかるため、軸受の損傷を早期に検知したいことが多い。本実施の形態においては、損傷を早期に検出するには診断条件を中速や高速条件にした方が好ましいが、前述の回転速度の影響で診断は難しい。このように診断対象によっては００３２や００３３で述べたデータ長の制限によって、使用者が望む振動測定と分析ができないケースがある。そこで、中速または高速条件における計測を繰り返し実行させて測定時間を２．５６秒、５．１２秒と増やせば診断に十分な測定時間を確保できる。ただし、測定時間が長くなる分、データ処理の負荷やデータ容量が大きくなるため、注意が必要になる。そのため、本手法の測定時間の延長は、図８、図９、図１０で示した振動分析の初心者向けである半自動的に診断条件を設定する手法よりも経験者向けの機能になる。
　使用者が入力した回転速度から、診断に必要な測定時間が求められる。たとえば、診断対象の回転速度が１５０ｍｉｎ－１で、分析に最低限必要な回転数の目安を３回転とすると、３ｒｅｖ＊（６０ｓ／１５０ｒｐｍ）＝１．２≒１．２８ｓとなる。測定時間の延長機能を使用する場合、分析に十分な時間長を超えて測定時間を設定すると、不要なデータ部分も処理やデータ保存に含まれてしまう。たとえば、先の回転速度１５０ｍｉｎ－１に対して測定時間を５．１２ｓとすると、最低限の分析が可能なデータの時間長は１．２８ｓで、残りの３．８４ｓ分のデータは不要になる。データ処理の負荷およびデータ容量を考慮してデータ長（測定時間とサンプリング周波数の積）の上限を設けておけば、低速回転する軸受・歯車を中速・高速条件で測定、診断できるようになる。データ長が回転速度から自動的に設定される機能を設ければ、振動分析の初心者であっても本特許のシステム・機器の機能が健全に機能する範囲で測定時間を延長することができる。本機能は図８、図９、図１０で示した診断条件の自動選択とは別の機能であって、それぞれ独立した機能で、使用者が自由に選択できる方が好ましい。
　［詳細分析（ＢＰＦ範囲の変更、エンベロープスペクトル再計算）］
　本実施の形態では低速、中速、高速の３つの条件で振動を測定して診断する。本機器は使用者の熟練度に関わらず一定の精度を保った振動分析が行なえるように、診断対象と運転状況から振動分析に必要な設定を、３つのパターン（低速、中速、高速）から選ぶようになっている。振動分析を詳細に行なう場合は、この３つの条件から診断するだけでなく、条件以外の周波数帯域に損傷の特徴が見られないか確認した方が好ましい。そこで、選択した条件で測定したデータ（加工していない、生の振動波形）を保管しておき、周波数フィルタの帯域幅を変更してエンベロープスペクトルを表示する機能を設けてもよい。
　［タイマー測定］
　診断対象によっては、ごく短時間だけ異常振動が起きる場合がある。異常振動が発生するタイミングが診断対象を含む機械の操作ボタンを押下して直ぐの数秒間の場合、測定時間が短い本機器を使用する場合、機械の操作ボタンと本機器の測定開始ボタンをほぼ同時に押す必要がある。工場内では安全上、両手同時別作業を禁止していることが多く、同時にボタンを押すには作業者が２名必要になる。この課題を解消するため、カメラのセルフタイマーのように、本機器の測定開始ボタンの押下から測定開始するまでの時間を使用者が設定できるようにして、作業者１名でも異常振動を狙って測定することができる。
　［再測定の提案］
　場合によっては、回転速度と軸受緒元から選択された診断条件では損傷の特徴が現れず、選択された診断条件とは異なる診断条件で損傷の特徴が現れるケースもある。条件それぞれに設定されたＢＰＦの帯域幅に、損傷による振動の周波数帯域が含まれていないと、このケースに陥る。たとえば、損傷による振動の周波数帯域が１ｋＨｚ周辺だった場合は、高速条件のＢＰＦの帯域幅２ｋＨｚ～１０ｋＨｚから外れる。したがって、この場合には高速条件で測定したエンベロープスペクトルでは損傷を示すピークは現れにくい。一方で、１ｋＨｚ周辺の情報を含めることができる中速条件（ＢＰＦは１ｋＨｚ～５ｋＨｚ）では損傷を示すピークが出る可能性が高い。したがって、損傷の未検出を回避するため、回転速度と軸受緒元から選択された診断条件で測定した振動を分析した結果、損傷の特徴が見られなかった場合は、測定した条件と異なる条件で計測することを使用者に提案する。この提案は、たとえば表示部１４の表示で行なう。
　［データ比較による診断条件の選択］
　上記の再測定の提案の変形例で記載したように、回転速度と軸受緒元から選択された診断条件では損傷の特徴が現れないケースがある。このようなケースは、診断対象の損傷具合が全くわかっていない機械であって、かつ、ある程度運転した機械で起こる可能性が高い。そこで、回転速度と軸受緒元から選択するのではなく、低速、中速、高速の３条件のすべてにおいて診断対象の振動を測定し、損傷を示す特徴が最も強く現れている条件を今後の監視に使用する診断条件として選択する。
　［損傷の特徴の判定］
　再測定の提案を行なう変形例、およびデータ比較による診断条件の選択の変形例では、損傷の特徴が見られたか否かで、再測定の提案をしたり診断条件を選択したりする方法を記載した。ここでは、損傷の特徴が見られたか否かの判定方法について以下に記す。
　本実施の形態では使用者が設定した判定値（しきい値）から損傷の特徴を判定する。使用者が測定前に予め判定値を入力しておき、その値を超えるようなピークが現れたら損傷の特徴が見られたと判定する。判定値は、単にスペクトルの最大値に適用しても良いし、損傷を示すピーク（回転周波数や軸受特徴周波数など）の中で最も大きい値に適用しても良い。
　損傷を示すピークから判定する場合は、ピークの面積を考慮しても良い。損傷を示すピークは回転速度から求められるが、実際の回転速度は入力値と異なることが多い。たとえば、モータであればすべりが発生して回転速度はわずかに低下する。回転速度が入力値と異なると、理論値と実際のピークの周波数にズレが生じ、正しく判定できない。そのため、回転速度の増減を予め考慮してピークが現れると想定される周波数の範囲（例えば、特徴周波数の－１０％～５％）に含まれるスペクトルの面積をピークの面積とみなして、損傷の特徴が見られたか否かの判定をしても良い。
　上記の説明では、最も大きいピークをピックアップして損傷の特徴が見られたか否かを判定した。しかし、損傷を示すピークは回転周波数および軸受特徴周波数など複数種あるため、それを考慮しても良い。損傷を示すピークの中で予め指定したピークの数が判定値を超えたら損傷と判定としても良い。また、「外輪損傷周波数」が判定値を超えたら損傷と判定するといったように、特定のピークのみで判定しても良い。なお、このときの指定する方法は予めソースコード上で指定しておいても良いし、アプリケーションソフトウエア上で使用者が自由に選択する方法でも良い。
　なお、この手の商品は、測定対象から取り付け取り外しが簡便にできることが望まれるが、その際に落下させない工夫も求められる。そのため測定器が設置面に対して垂直方向に縦長の形状である場合は筐体中心部分が凹んでいるクビレ形状が望ましい。それにより、取り付け取り外しの際に指が引っ掛かりやすくなり、落下のリスクを減らすことができる。
　（まとめ）
　本実施の形態について、最後に再び図面を参照しながら総括する。
　本実施の形態は、検出された振動に基づいて機械状態の診断を行なう振動分析装置に関する。図３に示す振動分析装置１は、診断対象と回転速度と判定基準値とを設定する設定部１２と、診断対象の情報から診断条件を判定する条件判定部１６と、入力されたデータを周波数分析する分析部１７と、判定基準値に基づいて診断対象の異常判定を行なう異常判定部（中央処理装置）１１とを備える。
　好ましくは、診断対象は、軸受、歯車、および回転軸のうち少なくとも１つを含む。
　より好ましくは、振動分析装置１は、異常判定部１１が診断対象の損傷部位を特定するためのパラメータを記憶するデータベース部１５をさらに備える。データベース部１５は、パラメータとして、（１）軸受の回転速度と、（２）数式の係数、とを記憶する。この数式は、軸受の諸元、または、回転速度に基づいて、軸受の内輪傷に起因する振動周波数、軸受の外輪傷に起因する振動周波数、および、軸受の転動体傷に起因する振動周波数を算出する数式である。
　より好ましくは、情報は、診断対象の回転速度と、軸受の内輪損傷周波数であり、条件判定部１６は、情報に対応する条件を、診断条件として選択する。
　より好ましくは、条件判定部１６は、データ数が互いに等しくなるようにサンプリング周波数と測定時間とが調整された複数の条件から、診断条件を選択する。
　好ましくは、振動分析装置１は、表示部１４をさらに備える。診断対象の回転速度と、軸受の内輪周波数と、診断条件との組み合わせでは、理論上、周波数スペクトルまたはエンベロープスペクトルに診断対象の損傷を示すピークが現れない場合には、異常判定部１１は、使用者に診断の可否を問い合わせる表示を表示部１４に表示させる。
　より好ましくは、異常判定部１１は、診断対象の回転速度に基づいて、診断条件それぞれで設定された測定時間を延長する。
　より好ましくは、診断条件は、振動の検出信号の周波数帯域を制限するフィルタを特定する。異常判定部１１は、診断条件で診断後、診断条件とは異なる周波数帯域のフィルタ処理を行った振動データのエンベロープスペクトルを求める。
　より好ましくは、診断条件で診断後、異常判定部１１が損傷の特徴が見られないと判定した場合において、異常判定部１１は、使用者に診断条件とは異なる条件で再計測および診断を提案する。
　より好ましくは、異常判定部１１は、初回の診断において、複数の条件で計測と診断を行なった結果から、使用者が特に監視したい損傷の特徴が現れていると判定した条件を今後使用するために診断条件として設定する。
　より好ましくは、判定基準値は、診断対象に損傷の特徴が見られないと判定する判定値を含む。判定値は、回転速度の増減を予め考慮してピークが現れると想定される周波数の範囲に含まれるスペクトルの面積に対して定められる。
　好ましくは、振動分析装置１は、表示部１４をさらに備える。異常判定部１１は、周波数スペクトルまたはエンベロープスペクトルにおいて、軸受、歯車または回転軸の損傷を示す１次の周波数ピークが現れると想定される範囲を、表示部１４にグラフ上で表示させる。
　より好ましくは、異常判定部１１は、図１３に示すように、軸受、歯車または回転軸の損傷を示す周波数ピークが現れると想定される範囲を、２次以上の次数まで表示部１４にグラフ上で表示させる。
　異常判定部１１は、図１５に示すように、診断結果と過去の測定結果の履歴を確認できるレポートを画像のデータ形式で出力する。
　本実施の形態は、他の局面では、振動分析システムに関する。振動分析システムは、診断対象の振動を測定する測定器２と、上記いずれかに記載の振動分析装置１とを備える。振動分析装置１は、携帯情報端末上で動作するアプリケーションソフトウエアによって実現される。
　より好ましくは、図１に示すように携帯情報端末１と測定器２との間は、無線によって通信する。図１６に示すように有線で通信しても良い。
　より好ましくは、測定器２の形状が縦長である場合は筐体中心部が凹んだクビレ形状である。
　本実施の形態の振動分析装置によれば、使用者が入力した診断対象の情報（軸受型式、回転速度）から、分析に関わる設定を自動で選択するので、使用者の熟練度に関わらず一定の精度を保った振動分析が行なえる。
　また、選択した診断条件で繰り返し測定する機能を備えることで、設定された測定時間以上の時間でも測定できる。これにより、高いサンプリング周波数で長時間の測定が実現できるため、回転速度が遅い診断対象でも早期の損傷検出が可能になる。また、測定時間の延長のデメリットであるデータ処理の負荷やデータ容量を考慮して、回転速度から自動的にデータ長が設定されるのであれば、これらのデメリットを最小限に抑えることができる。
　さらに、一度測定したデータに対して、周波数フィルタの帯域幅を変更してエンベロープスペクトルを再計算できるため、詳細な分析を行なうことができる。
　また、振動分析装置の測定開始ボタンを押下げてから測定開始するまでの時間を設定できるようにしたので、振動分析装置のボタンと診断対象の機器の始動ボタンとを同時に押す必要がなくなり、作業者１名でも異常振動を狙って測定することができる。
　今回開示された実施の形態は、すべ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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，１Ａ　携帯情報端末、２，２Ａ　測定器、１１　異常判定部、１２　設定部、１３　通信部、１４　表示部、１５　データベース部、１６　条件判定部、１７　分析部、２１　マイクロコンピュータ、２２　メモリ、２３　通信モジュール、２４　変換器、２５　アンチエイリアシングフィルタ、２６　加速度センサ、１００　振動分析システム。

Claims (16)

  1. 　検出された振動に基づいて機械状態の診断を行なう振動分析装置であって、
    　診断対象と回転速度と判定基準値とを設定する設定部と、
    　前記診断対象の情報から診断条件を判定する条件判定部と、
    　入力されたデータを周波数分析する分析部と、
    　前記判定基準値に基づいて前記診断対象の異常判定を行なう異常判定部とを備える、振動分析装置。
  2. 　前記診断対象は、軸受、歯車、および回転軸のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の振動分析装置。
  3. 　前記異常判定部が前記診断対象の損傷部位を特定するためのパラメータを記憶するデータベース部をさらに備え、
    　前記データベース部は、前記パラメータとして、
    　軸受の回転速度と、
    　軸受の諸元、または、数式の係数とを記憶し、
    　前記数式は、前記回転速度に基づいて、軸受の内輪傷に起因する振動周波数、軸受の外輪傷に起因する振動周波数、および、軸受の転動体傷に起因する振動周波数を算出する、請求項２に記載の振動分析装置。
  4. 　前記情報は、前記診断対象の回転速度、および軸受の内輪損傷周波数であり、
    　前記条件判定部は、前記情報に対応する条件を、前記診断条件として選択する、請求項３に記載の振動分析装置。
  5. 　前記条件判定部は、データ数が互いに等しくなるようにサンプリング周波数と測定時間とが調整された複数の条件から、前記診断条件を選択する、請求項４に記載の振動分析装置。
  6. 　表示部をさらに備え、
    　前記診断対象の回転速度と、軸受の内輪周波数と、前記診断条件との組み合わせでは、理論上、周波数スペクトルまたはエンベロープスペクトルに診断対象の損傷を示すピークが現れない場合には、前記異常判定部は、使用者に診断の可否を問い合わせる表示を前記表示部に表示させる、請求項５に記載の振動分析装置。
  7. 　前記異常判定部は、前記診断対象の回転速度に基づいて、前記診断条件それぞれで設定された測定時間を延長する、請求項５に記載の振動分析装置。
  8. 　前記診断条件は、振動の検出信号の周波数帯域を制限するフィルタを特定し、
    　前記異常判定部は、前記診断条件で診断後、前記診断条件とは異なる周波数帯域のフィルタ処理を行った振動データのエンベロープスペクトルを求める、請求項５に記載の振動分析装置。
  9. 　前記診断条件で診断後、前記異常判定部が損傷の特徴が見られないと判定した場合において、前記異常判定部は、使用者に前記診断条件とは異なる条件で再計測および診断を提案する、請求項５に記載の振動分析装置。
  10. 　前記異常判定部は、初回の診断において、複数の条件で計測と診断を行なった結果から、使用者が特に監視したい損傷の特徴が現れていると判定した条件を、今後使用するために前記診断条件として設定する、請求項５に記載の振動分析装置。
  11. 　前記判定基準値は、前記診断対象に損傷の特徴が見られないと判定する判定値を含み、前記判定値は、回転速度の増減を予め考慮してピークが現れると想定される周波数の範囲に含まれるスペクトルの面積に対して定められる、請求項９または１０に記載の振動分析装置。
  12. 　表示部をさらに備え、
    　前記異常判定部は、周波数スペクトルまたはエンベロープスペクトルにおいて、軸受、歯車または回転軸の損傷を示す１次の周波数ピークが現れると想定される範囲を、前記表示部にグラフ上で表示させる、請求項３に記載の振動分析装置。
  13. 　前記異常判定部は、軸受、歯車または回転軸の損傷を示す周波数ピークが現れると想定される範囲を、２次以上の次数まで前記表示部にグラフ上で表示させる、請求項１２に記載の振動分析装置。
  14. 　前記異常判定部は、診断結果と過去の測定結果の履歴を確認できるレポートを画像のデータ形式で出力する、請求項１に記載の振動分析装置。
  15. 　前記診断対象の振動を測定する測定器と、
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載の振動分析装置とを備え、
    　前記振動分析装置は、携帯情報端末上で動作するアプリケーションソフトウエアによって実現される、振動分析システム。
  16. 　前記携帯情報端末と前記測定器との間は、無線または有線によって通信する、請求項１５に記載の振動分析システム。
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