WO2023286414A1 - 転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法 - Google Patents

転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法 Download PDF

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WO2023286414A1
WO2023286414A1 PCT/JP2022/018707 JP2022018707W WO2023286414A1 WO 2023286414 A1 WO2023286414 A1 WO 2023286414A1 JP 2022018707 W JP2022018707 W JP 2022018707W WO 2023286414 A1 WO2023286414 A1 WO 2023286414A1
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WO
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frequency
peak
rolling bearing
peak frequency
unit
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PCT/JP2022/018707
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French (fr)
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啓太 金井
徹 岡田
和郎 山口
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing abnormality detection device and a rolling bearing abnormality detection method for detecting an abnormality occurring in a rolling bearing.
  • a rolling bearing is a device that supports a load by placing rolling elements such as balls and rollers between two members (a shaft and a bearing ring), and is provided in devices with rotating bodies for various purposes. . Smooth rolling of the rolling bearing is hindered due to wear (wear and scratches), fatigue due to deformation, fusion due to pressure, and the like, which may cause failure of the device. For this reason, for example, as proposed in US Pat.
  • the mechanical equipment evaluation method disclosed in Patent Document 1 is a mechanical equipment evaluation method for identifying the presence or absence of an abnormality and an abnormal location in mechanical equipment in which a rotating body rotates relative to a stationary member, A detection step of detecting sound or vibration generated by mechanical equipment and outputting an electrical signal corresponding to the detected sound or vibration, an arithmetic processing step of performing frequency analysis on the electrical signal to obtain spectral data, a theoretical frequency calculation step of calculating, for each of the plurality of mechanical elements of the mechanical equipment, from the rotation information of the rotating body up to a predetermined order a theoretical frequency that causes a peak value on the frequency spectrum when an abnormality occurs; The minimum frequency difference that minimizes the difference between the theoretical frequencies of is obtained by at least one order, the detection range coefficient is set to 0.5 or less, and the minimum frequency difference of any order x the detection range coefficient is the detection frequency range a determination step of determining whether the peak frequency of the spectrum data is within the range of the theoretical frequency ⁇ the detection frequency range; and based on the result of the determination step,
  • Patent Document 1 the presence or absence of an abnormality is diagnosed from the presence or absence of a peak in spectrum data within a detection frequency range based on a theoretical frequency that produces a peak value on the frequency spectrum when an abnormality occurs.
  • vibrations other than the rolling bearing vibration such as gear meshing, side bands thereof, and multiple components (harmonic components) of shaft rotation.
  • the method disclosed in Patent Document 1 may erroneously detect vibration other than the vibration of the rolling bearing as the vibration of the rolling bearing.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and its object is to provide a rolling bearing abnormality detection device and a rolling bearing abnormality detection method that can appropriately detect vibration of a rolling bearing.
  • a rolling bearing abnormality detection device and a rolling bearing abnormality detection method detect vibration generated in a rolling bearing as vibration data, obtain its frequency spectrum, and from this frequency spectrum, bring a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs.
  • a frequency showing a peak is identified as a peak frequency, and when this peak frequency changes over time, this is set as a monitoring peak frequency to be monitored, and this monitoring peak frequency is corresponded to.
  • the presence or absence of abnormality is determined based on the peak value of the peak.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a rolling bearing abnormality detection device according to an embodiment; FIG. It is a figure for demonstrating the mechanical equipment provided with a rolling bearing.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of specifying a peak frequency;
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method of specifying a peak frequency when using a plurality of vibration detection units;
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a first technique for setting a monitoring peak frequency;
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a second technique for setting a monitoring peak frequency; It is a figure for demonstrating the method of abnormality determination.
  • 4 is a flow chart showing the operation of the rolling bearing abnormality detection device regarding a monitoring peak frequency setting mode;
  • 4 is a flow chart showing the operation of the rolling bearing abnormality detection device regarding an abnormality monitoring mode;
  • a rolling bearing abnormality detection device includes a vibration detection unit that detects vibration generated in a rolling bearing as vibration data, a spectrum processing unit that obtains a frequency spectrum of the vibration data detected by the vibration detection unit, and a spectrum processing unit that: A peak frequency identifying unit that identifies, as a peak frequency, a frequency showing a peak within a predetermined frequency range including a theoretical frequency that causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, from the obtained frequency spectrum, and the peak frequency identifying unit. a monitoring target setting unit for setting the peak frequency as a monitoring peak frequency of a monitoring target when the peak frequency changes over time; and an abnormality determination unit that determines whether or not there is an abnormality in the rolling bearing. More specific description will be given below.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the rolling bearing abnormality detection device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining mechanical equipment including rolling bearings.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of specifying peak frequencies.
  • the upper part of FIG. 3 shows the frequency spectrum in the frequency range of the theoretical frequency ft
  • the upper part of FIG. 3 shows the frequency spectrum in the frequency range ft ⁇ dft to ft+dft with respect to the theoretical frequency ft
  • the middle part of FIG. 3 shows the theoretical frequency ft 3 shows the frequency spectrum in the frequency range 2*ft ⁇ 2*dft to 2*ft+2*dft for twice the theoretical frequency ft
  • FIG. 3 shows the frequency range 3*ft ⁇ 3*dft to 3* The frequency spectrum at ft+3*dft is shown.
  • the horizontal axis of each figure is frequency, and their vertical axis is level (magnitude).
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of specifying a peak frequency when using a plurality of vibration detection units.
  • FIG. 4A shows the first case where the peak frequency can be identified
  • FIG. 4B shows the second case where the peak frequency cannot be identified.
  • 4A and 4B from left to right on the paper, the frequency spectrum obtained from the vibration data of the first vibration detection unit 1-1, the frequency spectrum obtained from the vibration data of the second vibration detection unit 1-2, and the frequency spectrum obtained from the vibration data of the third vibration detection unit 1-3.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the first technique for setting the monitoring peak frequency.
  • 5A shows the frequency spectrum immediately after new installation or overhaul (frequency spectrum when the rolling bearing is healthy)
  • FIG. 5B shows the frequency spectrum one year after the case shown in FIG. 5A (frequency spectrum after aging, frequency spectrum after a predetermined period of time).
  • the upper, middle, and lower stages are the same as in FIG. 3, and the horizontal and vertical axes in each figure are also the same as in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the second method of setting the monitoring peak frequency.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is the elapsed time
  • the vertical axis is the rate of change of the peak frequency.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of abnormality determination.
  • the horizontal axis of FIG. 7 is the elapsed time
  • the vertical axis is the peak value of the peak at the monitoring peak frequency.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD in the embodiment for example, as shown in FIG. , an interface unit (IF unit) 5 and a storage unit 6 .
  • the vibration detection unit 1 is a device that is connected to the control processing unit 2 and detects vibrations generated in the rolling bearing as vibration data under the control of the control processing unit 2 .
  • These first to third vibration detectors 1-1 to 1-3 are arranged in a device such as mechanical equipment having a rolling bearing, which is the target of abnormality detection.
  • the mechanical equipment is an example of a device that has a rolling bearing, and may be any equipment that has a rolling bearing.
  • the mechanical equipment M is a speed reducer M shown in FIG. , the first and second gears GA-1 and GA-2, the first to third rolling bearings BE-1 to BE-3, the first and second rotating shafts AX-1 and AX-2, and the first and a housing (not shown) that accommodates the second gears GA-1 and GA-2.
  • the first rotating shaft AX-1 is fixed to the first gear GA-1, is the rotating shaft of the first gear GA-1, and is supported by the first rolling bearing BE-1.
  • the second rotating shaft AX-2 is fixed to the second gear GA-2, is the rotating shaft of this second gear GA-1, and is supported by the second and third rolling bearings BE-2 and BE-3. .
  • the first gear GA-1 and the second gear GA-2 mesh with each other. is transmitted to the second rotating shaft AX-2, and the second rotating shaft AX-2 rotates.
  • the first to third vibration detectors 1-1 to 1-3 are arranged on the outer peripheries of the first to third rolling bearings BE-1 to BE-3, respectively. be done.
  • the vibration detection unit 1 is not limited to the rolling bearing BE, and may be arranged, for example, in the housing.
  • the vibration detector 1 (1-1 to 1-3) is arranged at the location where the vibration caused by the rolling bearing BE propagates.
  • Such a vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) is, for example, an acceleration sensor, an AE (Acoustic Emission) sensor, or the like, and an appropriate sensor is used according to the frequency of the vibration to be detected.
  • the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) outputs the detection result to the control processing unit 2 as vibration data.
  • the input unit 3 is connected to the control processing unit 2, for example, various commands such as a command to start specifying a peak frequency, a command to start detecting an abnormality (start monitoring), and a detection target (monitoring target) ) is a device that inputs various data necessary for operating the rolling bearing abnormality detection device VD, such as the machine equipment name, etc., to the rolling bearing abnormality detection device VD.
  • the output unit 4 is a device that is connected to the control processing unit 2 and outputs commands and data input from the input unit 3, vibration data, etc., according to the control of the control processing unit 2.
  • a so-called touch panel may be configured from the input unit 3 and the output unit 4.
  • the input unit 3 is a position input device for detecting and inputting an operation position, such as a resistive film method or a capacitive method
  • the output unit 4 is a display device.
  • the position input device is provided on the display surface of the display device, one or a plurality of input content candidates that can be input are displayed on the display device, and the input content that the user wants to input is displayed.
  • the position is detected by the position input device, and the display content displayed at the detected position is input to the rolling bearing abnormality detection device VD as the user's operation input content.
  • the IF unit 5 is a circuit that is connected to the control processing unit 2 and performs data input/output with an external device according to the control of the control processing unit 2.
  • an interface circuit of RS-232C which is a serial communication method.
  • an interface circuit using the Bluetooth (registered trademark) standard an interface circuit for infrared communication such as the IrDA (Infrared Data Association) standard
  • an interface circuit using the USB (Universal Serial Bus) standard Universal Serial Bus
  • the IF section 5 is a circuit for communicating with an external device, and may be, for example, a data communication card or a communication interface circuit conforming to the IEEE802.11 standard.
  • the storage unit 6 is a circuit that is connected to the control processing unit 2 and stores various predetermined programs and various predetermined data according to the control of the control processing unit 2 .
  • the various predetermined programs include, for example, a control processing program, and the control processing program controls each part 1, 3 to 6 of the rolling bearing abnormality detection device VD according to the function of each part.
  • a program for obtaining the frequency spectrum of vibration data detected by the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3), and a frequency spectrum obtained by the spectrum processing program, a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs
  • a peak frequency identification program for identifying a frequency that exhibits a peak within a predetermined frequency range including the theoretical frequency that causes
  • a monitoring target setting program for setting a target monitoring peak frequency
  • an abnormality determination program for determining whether there is an abnormality in the rolling bearing based on a peak value of a peak corresponding to the monitoring peak frequency set by the monitoring target setting program, etc. included.
  • the various predetermined data include, for example, vibration data detected by the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3), theoretical frequency, peak frequency specified by the peak frequency specifying program, and the monitoring object Data necessary for executing each of these programs, such as the monitoring peak frequency set by the setting program, is included.
  • a storage unit 6 includes, for example, a ROM (Read Only Memory) that is a non-volatile storage element and an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) that is a rewritable non-volatile storage element.
  • the storage unit 6 includes a RAM (Random Access Memory) or the like that serves as a so-called working memory of the control processing unit 2 that stores data generated during execution of the predetermined program.
  • the storage unit 6 may include a hard disk device capable of storing a large amount of data in order to store relatively large amount of learning data.
  • the control processing unit 2 controls each unit 1, 3 to 6 of the rolling bearing abnormality detection device VD according to the function of each unit, and detects an abnormality of the rolling bearing (abnormality of the mechanical equipment equipped with the rolling bearing). circuit.
  • the control processing unit 2 is configured with, for example, a CPU (Central Processing Unit) and its peripheral circuits.
  • a control unit 21, a spectrum processing unit 22, a peak frequency specifying unit 23, a monitoring target setting unit 24, and an abnormality determination unit 25 are functionally configured by executing the control processing program. .
  • the control section 21 controls each section 1, 3 to 6 of the rolling bearing abnormality detection device VD according to the function of each section, and controls the entire rolling bearing abnormality detection device VD.
  • the control unit 21 performs control according to the operation mode of the rolling bearing abnormality detection device VD.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD determines the presence or absence of an abnormality in the rolling bearing after setting the monitoring peak frequency. It includes a setting mode and an abnormality monitoring mode, which is a mode for monitoring abnormalities in rolling bearings (abnormalities in mechanical equipment having the rolling bearings).
  • the control unit 21 stores the vibration data detected by the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) in the storage unit 6 in association with the detection time.
  • the control unit 21 acquires the detection result of the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) for a predetermined time (predetermined time length) at a predetermined sampling interval, , each detection result that continues in time series is stored in the storage unit 6 as vibration data in association with the detection time. Since the vibration data depends on the rotation speed of the speed reducer M, in the present embodiment, an unillustrated tachometer (for example, a pulse generator (rotary encoder), etc.) that measures the speed of the speed reducer M The control unit 21 acquires the output of the tachometer in synchronization with the detection result of the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3), associates it with the vibration data, and outputs each of the tachometers The output is also stored in the storage unit 6.
  • an unillustrated tachometer for example, a pulse generator (rotary encoder), etc.
  • the control unit 21 acquires the detection result of the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) and the output of the tachometer for a predetermined time (predetermined time length) at a predetermined sampling interval.
  • a predetermined time predetermined time length
  • Each detection result and each output that are continuous in time series at sampling intervals are stored in the storage unit 6 as vibration data and rotational speed data in association with the detection time. Since the change over time of the peak frequency is observed, the control unit 21 performs the process of acquiring the vibration data and the rotation speed data at least twice with a predetermined interval.
  • the predetermined period (first period, monitoring peak frequency setting period) is appropriately set to, for example, 3 months, 6 months, 12 months, or the like.
  • the vibration component caused by the change in the rotation speed of the speed reducer M may be extracted from the vibration data, and the rotation speed data may be generated from the extracted vibration component.
  • the spectrum processing section 22 obtains the frequency spectrum of the vibration data detected by the vibration detection section 1 (1-1 to 1-3). More specifically, as preprocessing, the spectrum processing unit 22 removes (corrects) the influence of changes in the number of rotations from the vibration data based on the number of rotations data by a known conventional means, so that the speed reducer M is adjusted to a predetermined value. Vibration data when rotating at a constant number of revolutions is obtained, and the frequency spectrum of the vibration data is obtained by, for example, fast Fourier transforming the obtained vibration data. A frequency spectrum is obtained for each vibration data acquired for each monitoring peak frequency setting period.
  • the peak frequency specifying unit 23 specifies, from the frequency spectrum obtained by the spectrum processing unit 22, a frequency showing a peak within a predetermined frequency range including a theoretical frequency that causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, as a peak frequency. be.
  • the peak frequency identifying unit 23 further identifies one or more frequencies showing peaks at integral multiples of the peak frequency as one or more integral multiple peak frequencies. For example, a double peak frequency showing a peak at double frequency and a triple peak frequency showing a peak at triple frequency are identified.
  • the integral multiple frequencies are not limited to these, and for example, 2, 3 and 4 times each frequency, 3 and 4 times each frequency, 2 and 4 times each frequency, and 3 and 4 times each frequency.
  • the peak frequency specifying unit 23 finally determines the frequency that can be set as the peak frequency for at least two of the plurality of vibration data detected by the plurality of vibration detection units 1 as the peak frequency. set to
  • the theoretical frequency ft which causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, is known and varies depending on the location of the rolling bearing damage (bearing damage), for example, as shown in Table 1 below.
  • the bearing damage sites are, for example, the inner ring, the outer ring, the rolling elements and the cage.
  • fti is the theoretical frequency when bearing damage occurs on the inner ring
  • fto is the theoretical frequency when bearing damage occurs on the outer ring
  • ftb is the theoretical frequency when bearing damage occurs on the rolling element.
  • ftm is the theoretical frequency when bearing damage occurs in the cage.
  • d is the diameter of the rolling element
  • D is the pitch circle diameter of the rolling element
  • Z is the number of rolling elements
  • ⁇ is the contact angle.
  • the frequency range for specifying the peak frequency is, for example, ⁇ dft centered on the theoretical frequency ft, and for 1 to n times, It is set as shown in Table 2 below.
  • the operator * is a multiplication operator.
  • the frequency ranges for 1, 2, and 3 theoretical frequencies when bearing damage occurs at the outer ring are fto ⁇ dft to fto+dft, 2*fto ⁇ 2*dft to 2*fto+2*dft, and 3*fto-3*dft to 3*fto+3*dft.
  • the frequency of the peak commonly present in the frequency spectrum in the frequency range for the theoretical frequency and the frequency spectrum in the frequency range for the integral multiple of the theoretical frequency is determined by the peak frequency identifying unit 23 as the peak frequency. identified. For example, in one vibration detection unit 1, when each frequency spectrum shown in FIG.
  • the peak frequency identifying unit 23 identifies the frequency f1 as the peak. Not specified as frequency.
  • the peak frequency specifying unit 23 specifies the frequency f2 as the peak frequency.
  • the peak frequency and Integer multiple peak frequencies can be specified.
  • the vibration generated in the rolling bearing BE propagates through the rotation axis AX, the gear GA, the housing, etc. Since it is detected by the vibration detection unit 1, for at least two of the plurality of vibration data detected by the plurality of vibration detection units 1, the frequency spectrum in the frequency range with respect to the theoretical frequency and the frequency spectrum in the frequency range with respect to integer multiples of the theoretical frequency
  • the frequency of peaks commonly present in the frequency spectrum is specified by the peak frequency specifying unit 23 as the peak frequency. For example, when each frequency spectrum shown in FIGS. 4A and 4B is obtained from each vibration data in the three first to third vibration detection units 1-1 to 1-3, first, in the case of FIG.
  • the peak of the frequency f4 in the frequency spectrum (upper part) in the frequency range ft-dft to ft+dft with respect to the theoretical frequency ft is the frequency range 2*ft-2* for twice the theoretical frequency ft.
  • each frequency spectrum in ⁇ dft to ft+dft (each upper row), each frequency spectrum in each frequency range 2*ft ⁇ 2*dft to 2*ft+2*dft for twice each theoretical frequency ft (each middle row), and each theory Since there is no peak in each frequency spectrum (each lower stage) in each frequency range 3*ft-3*dft to 3*ft+3*dft for three times the frequency ft, the peak frequency specifying unit 23 determines that the frequency f4 is the peak. Not finally identified as a frequency. On the other hand, in the case of FIG.
  • the peak of the frequency f3 in the frequency spectrum (upper part) in the frequency range ft ⁇ dft to ft+dft with respect to the theoretical frequency ft is a frequency corresponding to twice the theoretical frequency ft.
  • Each frequency spectrum in each frequency range ft - dft to ft + dft for frequency ft (each upper row), each frequency spectrum in each frequency range 2 * ft - 2 * dft to 2 * ft + 2 * dft for twice each theoretical frequency ft (each Middle row), and each frequency spectrum (lower row) in each frequency range 3*ft ⁇ 3*dft to 3*ft+3*dft for three times each theoretical frequency ft. 23 finally identifies frequency f3 as the peak frequency.
  • the peak frequency is finally specified, and the peak frequency and the integral multiple peak frequency can be specified.
  • all three first to third vibration detection units -1 to -1-3 have common peaks, but as described above, at least two peaks are sufficient.
  • the monitoring target setting unit 24 sets the peak frequency as a monitoring peak frequency to be monitored when the peak frequency specified by the peak frequency specifying unit 23 changes over time.
  • the monitoring target setting unit 24 further selects the one or more integral multiple peak frequencies specified by the peak frequency specifying unit 23 to change over time in synchronism with the change over time of the peak frequency. At least one of a plurality of integral multiple peak frequencies is set as the monitoring peak frequency and added.
  • the first peak frequency a [Hz] the first integer multiple peak frequencies 2*a and 3*a [Hz]
  • the monitoring target setting unit 24 sets the first peak frequency a [Hz] and the first integral multiple peak frequency 2*a and 3*a [Hz] are set as monitoring peak frequencies.
  • the monitoring peak frequency may be set with a single time-dependent change, but in this embodiment, the monitoring peak frequency is set with a plurality of time-dependent changes. That is, the monitoring target setting unit 24 sets the peak frequency as the monitoring peak frequency of the monitoring target when the peak frequency specified by the peak frequency specifying unit changes with time a plurality of times at different points in time.
  • FIG. 6 shows the result of observing the peak frequency specified by the peak frequency specifying unit 23 a plurality of times during the monitoring peak frequency setting period and for each predetermined period (second period, follow-up period).
  • second period, follow-up period there is As shown in FIG. 6, when observed multiple times (in this example, 12 times in each follow-up observation period of one month) during the monitoring peak frequency setting period (one year in this example), the second The peak frequency b [Hz] ( ⁇ ) remains unchanged each time.
  • the rate of change over time per unit time is substantially constant (one month is assumed to be 30 days).
  • the change in frequency may not only increase but also decrease or discontinuously increase or decrease.
  • the monitoring target setting unit 24 sets the first peak frequency a [Hz], which changes over time a plurality of times and has a tendency to gradually change each time, as the monitoring peak frequency of the monitoring target.
  • the monitoring target setting unit 24 does not set the second peak frequency b [Hz], which does not change substantially over time, as the monitoring peak frequency of the monitoring target. Although only the peak frequencies are shown in FIG. *b [Hz]) is the same.
  • the abnormality determination unit 25 determines whether there is an abnormality in the rolling bearing based on the peak value of the peak at the monitoring peak frequency set by the monitoring target setting unit 24 .
  • the normal determination unit 25 determines whether or not the rolling bearing is abnormal based on a predetermined threshold based on the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy.
  • the rolling bearing is sound, for example, immediately after the rolling bearing (mechanical equipment including the rolling bearing) is newly installed (at the time of new installation) or immediately after overhauling the rolling bearing (mechanical equipment including the rolling bearing) (at the time of overhaul). 2, when it is recognized that there is no abnormality in the rolling bearing (mechanical equipment equipped with the rolling bearing).
  • the threshold value may be appropriately set based on the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy.
  • the value is set to the reference 1, for example, it is set to an integer value such as 3, 4, or 5 (integer multiple of the reference 1).
  • the abnormality determination unit 25 evaluates the ratio of the peak value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency at the time of this abnormality determination to the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy.
  • evaluation value (peak value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency at the time of the current abnormality determination) )/(Peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy)
  • the threshold includes a second threshold Th2 for determining a sign of abnormality in addition to a first threshold Th1 for determining the presence or absence of abnormality (reference 1 ⁇ Th2 ⁇ Th1), and the abnormality determination unit 25 , not only outputs an abnormality warning from the output unit 4 when it is determined that there is an abnormality by determining the presence or absence of an abnormality, but also outputs an abnormality warning when it is determined that there is a symptom by determining the presence or absence of a sign.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD obtains the peak value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency at predetermined time intervals such as one day or one week, and the abnormality determination unit 25 determines the obtained peak value.
  • An evaluation value is obtained, and the obtained evaluation value is compared with the first and second threshold values Th1 and Th2. A judgment is made and an abnormality warning is output from the output unit 4. If the obtained evaluation value is less than the first threshold value Th1 and is equal to or greater than the second threshold value Th2, it is determined to be a sign of abnormality and a warning of the sign is issued. When the obtained evaluation value is less than the second threshold value Th2, it is determined that there is neither anomaly nor sign, and the output unit 4 outputs no anomaly and no sign. Note that the process may be terminated without outputting no abnormality and no sign.
  • the control processing unit 2, the input unit 3, the output unit 4, the IF unit 5, and the storage unit 6 can be configured by, for example, a computer such as a desktop, notebook, or tablet computer.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the operation of the rolling bearing abnormality detection device regarding the monitoring peak frequency setting mode.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the rolling bearing abnormality detection device regarding the abnormality monitoring mode.
  • a control unit 21 When the rolling bearing abnormality detection device VD having such a configuration is powered on, it initializes each necessary part and starts its operation.
  • a control unit 21, a spectrum processing unit 22, a peak frequency specifying unit 23, a monitoring target setting unit 24, and an abnormality determination unit 25 are functionally configured by executing the control processing program.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD in the embodiment determines whether or not there is an abnormality in the rolling bearing after setting the monitoring peak frequency. Therefore, firstly, the operation of the rolling bearing abnormality detection device for setting the monitoring peak frequency will be described, and secondly, the operation of the rolling bearing abnormality detection device for determining whether there is an abnormality in the rolling bearing will be described.
  • each of the processes S1 to S7 shown in FIG. When the setting mode is specified and its start is input to the input unit 3, each of the processes S1 to S8 shown in FIG. 8 is repeatedly executed for each follow-up observation period during the monitoring peak frequency setting period. .
  • the rolling bearing abnormality detection device VD first causes the control unit 21 of the control processing unit 2 to perform detection of the vibration detection unit 1 (1-1 to 1-3) at predetermined sampling intervals for a predetermined time.
  • the results and the output of the tachometer are acquired, and each detection result and each output that are continuous in time series at the sampling interval are stored in the storage unit 6 as vibration data and rotation speed data in association with the detection time (S1).
  • the spectral processing unit 22 of the control processing unit 2 removes (corrects) the influence of the change in the rotation speed from the vibration data based on the rotation speed data, so that the speed reducer M Vibration data in the case of constant rotation at the number of revolutions is obtained and stored in the storage unit 6 (S2).
  • the rolling bearing abnormality detection device VD uses the spectrum processing section 22 to obtain the frequency spectrum of the obtained vibration data, and stores it in the storage section 6 (S3).
  • the rolling bearing abnormality detection device VD uses the peak frequency specifying unit 23 of the control processing unit 2 to obtain the theoretical frequency ft that causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, as shown in Table 1, and stores it in the storage unit 6. (S4).
  • the theoretical frequency ft may be obtained in advance and stored in the storage unit 6, and used.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD uses the peak frequency specifying unit 23 to detect the frequency range including the theoretical frequency ft for detecting the peak frequency and the frequency range for detecting the integral multiple peak frequency, as shown in Table 2.
  • a frequency range including integral multiples of the theoretical frequency ft is obtained and stored in the storage unit 6 (S5). Note that each of these frequency ranges may be obtained in advance and stored in the storage unit 6, and used.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD tentatively identifies the peak frequency and the integral multiple peak frequency by the peak frequency identification unit 23 through the processing described above with reference to FIG. 3, and stores them in the storage unit 6 (S6). .
  • the rolling bearing abnormality detection device VD uses the peak frequency identification unit 23 to identify the final peak frequency through the processing described above with reference to FIG. Store (S7).
  • the rolling bearing abnormality detection device VD sets the monitoring peak frequency by the monitoring target setting unit 24 of the control processing unit 2 through the processing described above with reference to FIG.
  • the monitoring peak frequency set in the processing at the end of the monitoring peak frequency setting period is finally set as the monitoring peak frequency.
  • the monitoring peak frequency is set and customized for the actual mechanical equipment equipped with rolling bearings.
  • first and second thresholds Th1 and Th2 are set and stored by the operator (user).
  • S11 to S14 shown in FIG. 9 are repeatedly executed, for example, at the start-up of 8-hour operation per day, or every half day or 1 day in continuous operation (24-hour operation).
  • the machinery In setting the first and second thresholds Th1 and Th2, when the machinery is healthy, the machinery is rotated at a constant speed, and the peak value of the peak at the monitoring peak frequency is obtained. Each of them is set as the first and second thresholds Th1 and Th2 and stored in the storage unit 6 .
  • the rolling bearing abnormality detection device VD obtains the peak value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency and obtains its evaluation value (S11). More specifically, the control unit 21 obtains each vibration data based on each detection result of the first to third vibration detection units 1-1 to 1-3, and the spectrum processing unit 22 calculates each frequency of each vibration data. Obtaining the spectrum, the abnormality determination unit 25 searches for the peak corresponding to the monitoring peak frequency from each frequency spectrum, obtains the peak value of the searched peak, and obtains the evaluation value of the obtained peak.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD determines whether the evaluation value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency obtained in the process S11 is equal to or greater than the first or second threshold values Th1, Th2 by the abnormality determination unit 25 of the control processing unit 2. determine whether As a result of this determination, if the evaluation value is equal to or greater than the first or second threshold Th1 or Th2 (Yes, if the evaluation value is equal to or greater than the first threshold Th1, or if the evaluation value is equal to or greater than the second threshold Th2 If there is), the rolling bearing abnormality detection device VD next executes the process S13 and terminates the present process.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD next executes processing S14, End this process.
  • the abnormality determination unit 25 of the rolling bearing abnormality detection device VD determines that the evaluation value is equal to or greater than the second threshold value Th2 and is less than the first threshold value Th1 as a sign of abnormality.
  • the evaluation value is greater than or equal to the first threshold value Th1
  • an abnormality warning is output from the output unit 4 and notified.
  • the abnormality determination unit 25 of the rolling bearing abnormality detection device VD outputs from the output unit 4 that there is no abnormality and that there is no sign (within the allowable range).
  • the rolling bearing (mechanical equipment having the rolling bearing) is monitored, the presence or absence of an abnormality sign and the presence or absence of the abnormality are determined, and the determination result is output.
  • the frequency of vibration in rolling bearings changes over time due to wear and other factors. On the other hand, it is considered that the frequency of vibration due to meshing of gears, multiple components (harmonic components) of the rotating shaft, etc. does not change with time.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method implemented in the device VD of the present embodiment when the specified peak frequency changes with time, the peak frequency is set as the monitoring peak frequency to be monitored. can detect rolling bearing vibration. Therefore, the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method can more appropriately determine the presence or absence of abnormality in the rolling bearing.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method at least one of one or a plurality of integral multiple peak frequencies showing peaks at integral multiple frequencies of the peak frequency is set as the monitoring peak frequency. Since it is added, the vibration of the rolling bearing can be detected more appropriately. Therefore, the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method can more appropriately determine the presence or absence of abnormality in the rolling bearing.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method set the frequency of the peak detectable by at least two vibration detection units 1 as the peak frequency, when the peak of the peak frequency is low (the peak value of the peak is small), the peak of the peak frequency can be easily distinguished from noise, and the vibration of the rolling bearing can be detected appropriately.
  • the rolling bearing abnormality detection device VD and the rolling bearing abnormality detection method set the peak frequency as the monitoring peak frequency to be monitored when a plurality of time-dependent changes occur at a plurality of different points in time. Therefore, the monitoring peak frequency of the monitoring target can be set more appropriately.
  • a first threshold value Th1 based on the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy is used to determine whether there is an abnormality in the rolling bearing. is used, even if there is product variation in the rolling bearing, it can be customized for the rolling bearing and whether or not there is an abnormality in the rolling bearing can be determined.
  • a rolling bearing abnormality detection device includes a vibration detection unit that detects vibration generated in a rolling bearing as vibration data, a spectrum processing unit that obtains a frequency spectrum of the vibration data detected by the vibration detection unit, and the spectrum processing unit.
  • a peak frequency identifying unit that identifies, as a peak frequency, a frequency that exhibits a peak within a predetermined frequency range including a theoretical frequency that causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, from the frequency spectrum obtained in 1., and a peak frequency identifying unit that identifies the peak frequency.
  • a monitoring target setting unit for setting the peak frequency as a monitoring peak frequency of a monitoring target when the peak frequency obtained changes over time; and based on the peak value of the peak corresponding to the monitoring peak frequency set by the monitoring target setting unit and an abnormality determination unit configured to determine whether or not there is an abnormality in the rolling bearing.
  • the frequency of vibration in rolling bearings changes over time due to wear and other factors.
  • the above-described rolling bearing abnormality detection device is a device configured with attention paid to this point.
  • the rolling bearing abnormality detection device sets the peak frequency as the monitoring peak frequency to be monitored, so that the vibration of the rolling bearing can be detected appropriately.
  • the peak frequency identification unit further detects one or more frequencies showing peaks at integral multiple frequencies of the peak frequency as one or more integral multiple peak frequencies. and the monitoring target setting unit further determines that, when the one or more integral multiple peak frequencies specified by the peak frequency specifying unit change over time in synchronism with the change over time of the peak frequency, the one or more is set as the monitoring peak frequency and added.
  • At least one of one or a plurality of integral multiple peak frequencies showing peaks at integral multiple frequencies relative to the peak frequency is set and added as the monitoring peak frequency. Vibration of rolling bearings can be properly detected.
  • the peak frequency identification unit detects at least two of the plurality of vibration data detected by the plurality of vibration detection units. A frequency that can be set as the peak frequency is finally set as the peak frequency.
  • the frequency of the peak detectable by at least two vibration detection units is set as the peak frequency, even if the peak frequency is low, the peak of the peak frequency can be distinguished from noise. Vibration of the rolling bearing can be detected appropriately.
  • the monitoring target setting unit may change the peak frequency over time at a plurality of different points in time.
  • the peak frequency is set as a monitoring peak frequency to be monitored.
  • the monitoring target setting unit detects the peak frequency when the rate of change per unit time of the peak frequency identified by the peak frequency identification unit over time is constant. is set as the monitoring peak frequency to be monitored.
  • Such a rolling bearing abnormality detection device sets the peak frequency as the monitoring peak frequency to be monitored when there is a plurality of time-dependent changes at a plurality of different points in time. Therefore, the monitoring peak frequency of the monitoring target can be set more appropriately.
  • the abnormality determination unit determines the above-described abnormality based on a predetermined threshold based on a peak value of a peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy. Determine whether there is an abnormality in the rolling bearing.
  • the predetermined threshold value is a predetermined magnification when the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy is set to 1, and the abnormality determination is performed.
  • Such a rolling bearing abnormality detection device uses a predetermined threshold based on the peak value of the peak at the monitoring peak frequency when the rolling bearing is healthy to determine whether there is an abnormality in the rolling bearing. Even if there is product variation in bearings, the presence or absence of an abnormality in the rolling bearing can be determined by customizing it for the rolling bearing.
  • a rolling bearing abnormality detection method includes a vibration detection step of detecting vibration generated in a rolling bearing as vibration data; a spectrum processing step of obtaining a frequency spectrum of the vibration data detected in the vibration detection step; a peak frequency identifying step of identifying, as a peak frequency, a frequency showing a peak within a predetermined frequency range including a theoretical frequency that causes a peak on the frequency spectrum when an abnormality occurs, from the frequency spectrum obtained in the processing step; and the peak frequency identifying step.
  • the peak frequency is set as the monitoring peak frequency to be monitored, so the vibration of the rolling bearing can be detected appropriately.
  • the present invention it is possible to provide a rolling bearing abnormality detection device and a rolling bearing abnormality detection method for detecting an abnormality occurring in a rolling bearing.

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Abstract

本発明の転がり軸受異常検出装置は、転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出してその周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内で、ピークを示す周波数をピーク周波数として特定し、このピーク周波数が経時変化した場合にこれを監視対象の監視ピーク周波数として設定し、この監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて異常の有無を判定する。

Description

転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法
　本発明は、転がり軸受に生じた異常を検出する転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法に関する。
　転がり軸受は、例えば玉やころ等の転動体を２つの部材（軸および軌道輪）の間に置くことで荷重を支持する装置であり、回転体を備える様々な用途の装置に備えられている。この転がり軸受は、例えば、摩滅（すり減りやきず）、変形による疲労および圧力による融合等の異常によって、スムーズな転がりが阻害され、前記装置の故障等を生じる虞がある。このため、例えば、特許文献１に提案されているように、転がり軸受の異常が監視される。
　この特許文献１に開示された機械設備の評価方法は、回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも１つの次数求め、検知範囲係数を０．５以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、前記スペクトルデータのピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、を備える。
　ところで、前記特許文献１では、異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数に基づく検出周波数範囲内におけるスペクトルデータのピークの有無から異常の有無が診断されている。しかしながら、実際には、転がり軸受の振動の他に、例えば歯車の噛合いやそのサイドバンドや軸回転の倍数成分（高調波成分）等の、様々な複数の振動が存在する。このため、前記特許文献１に開示された方法では、前記転がり軸受の振動ではない他の振動を誤って前記転がり軸受の振動として検出してしまう虞がある。
特開２０１７－１０１９５４号公報
　本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、適切に転がり軸受の振動を検知できる転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法を提供することである。
　本発明にかかる転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法は、転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出してその周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内で、ピークを示す周波数をピーク周波数として特定し、このピーク周波数が経時変化した場合にこれを監視対象の監視ピーク周波数として設定し、この監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて異常の有無を判定する。
　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
実施形態における転がり軸受異常検出装置の構成を示すブロック図である。 転がり軸受を備える機械設備を説明するための図である。 ピーク周波数の特定の手法を説明するための模式図である。 複数の振動検出部を用いる場合における、ピーク周波数の特定の手法を説明するための模式図である。 監視ピーク周波数の設定の第１手法を説明するための模式図である。 監視ピーク周波数の設定の第２手法を説明するための模式図である。 異常判定の手法を説明するための図である。 監視ピーク周波数設定モードに関する前記転がり軸受異常検出装置の動作を示すフローチャートである。 異常監視モードに関する前記転がり軸受異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
　実施形態における転がり軸受異常検出装置は、転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理部と、前記スペクトル処理部で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定部と、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定部と、前記監視対象設定部で設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定部とを備える。以下、より具体的に説明する。
　図１は、実施形態における転がり軸受異常検出装置の構成を示すブロック図である。図２は、転がり軸受を備える機械設備を説明するための図である。図３は、ピーク周波数の特定の手法を説明するための模式図である。図３の上段は、理論周波数ｆｔの周波数範囲における周波数スペクトルを示し、図３の上段は、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトルを示し、図３の中段は、理論周波数ｆｔの２倍に対する周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける周波数スペクトルを示し、図３の下段は、理論周波数ｆｔの３倍に対する周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける周波数スペクトルを示す。各図の横軸は、周波数であり、それらの縦軸は、レベル（大きさ）である。図４は、複数の振動検出部を用いる場合における、ピーク周波数の特定の手法を説明するための模式図である。図４Ａは、ピーク周波数が特定できる第１ケースを示し、図４Ｂは、ピーク周波数が特定できない第２ケースを示す。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、紙面左から右へ順に、第１振動検出部１－１の振動データから求められた周波数スペクトル、第２振動検出部１－２の振動データから求められた周波数スペクトル、および、第３振動検出部１－３の振動データから求められた周波数スペクトルであり、上段、中段および下段は、それぞれ、図３と同様であり、これら各図の横軸および縦軸も図３と同様である。図５は、監視ピーク周波数の設定の第１手法を説明するための模式図である。図５Ａは、新設やオーバーホールの直後における周波数スペクトル（転がり軸受の健全時における周波数スペクトル）を示し、図５Ｂは、図５Ａに示す場合から、１年後における周波数スペクトル（経年変化後の周波数スペクトル、所定の期間経過後の周波数スペクトル）を示す。上段、中段および下段は、それぞれ、図３と同様であり、これら各図の横軸および縦軸も図３と同様である。図６は、監視ピーク周波数の設定の第２手法を説明するための模式図である。図６の横軸は、経過時間であり、その縦軸は、ピーク周波数の変化率である。図７は、異常判定の手法を説明するための図である。図７の横軸は、経過時間であり、その縦軸は、監視ピーク周波数におけるピークのピーク値である。
　実施形態における転がり軸受異常検出装置ＶＤは、例えば、図１に示すように、振動検出部１（１－１～１－３）と、制御処理部２と、入力部３と、出力部４と、インターフェース部（ＩＦ部）５と、記憶部６とを備える。
　振動検出部１は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する装置である。振動検出部１は、１個であってよいが、本実施形態では、複数、一例では、３個の第１ないし第３振動検出部１－１～１－３である。これら第１ないし第３振動検出部１－１～１－３は、異常を検出する対象である、転がり軸受を備える例えば機械設備等の装置に配置される。
　前記機械設備は、転がり軸受を備える装置の一例であり、転がり軸受を備えれば、任意の設備であってよい。例えば、前記機械設備Ｍは、図２に示す減速機Ｍであり、大略、第１ないし第３転がり軸受ＢＥ－１～ＢＥ－３と、第１および第２回転軸ＡＸ－１、ＡＸ－２と、第１および第２ギヤＧＡ－１、ＧＡ－２と、これら第１ないし第３転がり軸受ＢＥ－１～ＢＥ－３、第１および第２回転軸ＡＸ－１、ＡＸ－２ならびに第１および第２ギヤＧＡ－１、ＧＡ－２を収容する図略の筐体（ハウジング）とを備える。第１回転軸ＡＸ－１は、第１ギヤＧＡ－１に固定され、この第１ギヤＧＡ－１の回転軸であり、第１転がり軸受ＢＥ－１によって支持される。第２回転軸ＡＸ－２は、第２ギヤＧＡ－２に固定され、この第２ギヤＧＡ－１の回転軸であり、第２および第３転がり軸受ＢＥ－２、ＢＥ－３によって支持される。第１ギヤＧＡ－１と第２ギヤＧＡ－２とは、歯合し、例えば、第１回転軸ＡＸ－１の回転による回転力が第１および第２ギヤＧＡ－１、ＧＡ－２を介して第２回転軸ＡＸ－２に伝達され、第２回転軸ＡＸ－２が回転する。
　このような構成の減速機Ｍに対し、第１ないし第３振動検出部１－１～１－３は、それぞれ、第１ないし第３転がり軸受ＢＥ－１～ＢＥ－３の各外周上に配置される。なお、振動検出部１は、転がり軸受ＢＥに限らず、例えば、前記筐体に配置されてもよい。要は、転がり軸受ＢＥに起因する振動が伝播する箇所に、振動検出部１（１－１～１－３）が配置される。このような振動検出部１（１－１～１－３）は、例えば、加速度センサやＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ等であり、検出対象の振動の周波数に応じて適宜なセンサが利用される。振動検出部１（１－１～１－３）は、検出結果を振動データとして制御処理部２へ出力する。
　入力部３は、制御処理部２に接続され、例えば、ピーク周波数の特定開始を指示するコマンドや、異常の検出開始（監視開始）を指示するコマンド等の各種コマンド、および、検出対象（監視対象）の機械設備名等の転がり軸受異常検出装置ＶＤを動作させる上で必要な各種データを転がり軸受異常検出装置ＶＤに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチやキーボードやマウス等である。出力部４は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、および、振動データ等を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
　なお、入力部３および出力部４からいわゆるタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部３は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部４は、表示装置である。このタッチパネルでは、前記表示装置の表示面上に前記位置入力装置が設けられ、前記表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、前記位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として転がり軸受異常検出装置ＶＤに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い転がり軸受異常検出装置ＶＤが提供される。
　ＩＦ部５は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｄａｔａ　Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、外部機器との間で通信を行う回路であり、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等であってもよい。
　記憶部６は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、転がり軸受異常検出装置ＶＤの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、振動検出部１（１－１～１－３）で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理プログラムや、前記スペクトル処理プログラムで求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定プログラムや、前記ピーク周波数特定プログラムで特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定プログラムや、前記監視対象設定プログラムで設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定プログラム等が含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば、振動検出部１（１－１～１－３）で検出した振動データや、理論周波数や、前記ピーク周波数特定プログラムで特定したピーク周波数や、前記監視対象設定プログラムで設定した監視ピーク周波数等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。このような記憶部６は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部６は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部２のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。なお、記憶部６は、比較的大容量となる学習データを記憶するために、大容量を記憶可能なハードディスク装置を備えてもよい。
　制御処理部２は、転がり軸受異常検出装置ＶＤの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、転がり軸受の異常（転がり軸受を備える機械設備の異常）を検出するための回路である。制御処理部２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部２には、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部２１、スペクトル処理部２２、ピーク周波数特定部２３、監視対象設定部２４よび異常判定部２５が機能的に構成される。
　制御部２１は、転がり軸受異常検出装置ＶＤの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、転がり軸受異常検出装置ＶＤ全体の制御を司るものである。制御部２１は、転がり軸受異常検出装置ＶＤの動作モードに応じて制御する。本実施形態では、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、監視ピーク周波数を設定してから、転がり軸受けの異常の有無を判定するので、前記動作モードは、監視ピーク周波数を設定するモードである監視ピーク周波数設定モード、および、転がり軸受の異常（前記転がり軸受けを備える機械設備の異常）を監視するモードである異常監視モードを含む。制御部２１は、振動検出部１（１－１～１－３）で検出した振動データを検出時刻と対応付けて記憶部６に記憶する。より具体的には、制御部２１は、所定のサンプリング間隔で、所定時間の間（所定時間長）、振動検出部１（１－１～１－３）の検出結果を取得し、前記サンプリング間隔で時系列に連続する各検出結果を振動データとして検出時刻と対応付けて記憶部６に記憶する。なお、振動データは、減速機Ｍの回転数に依存するので、本実施形態では、減速機Ｍの回転数を計測する図略の回転計（例えばパルスジェネレータ（ロータリエンコーダ）等）が減速機Ｍに配置され、制御部２１は、振動検出部１（１－１～１－３）の検出結果と同期して前記回転計の出力を取得し、前記振動データに対応付けて前記回転計の各出力も記憶部６に記憶する。すなわち、制御部２１は、所定のサンプリング間隔で、所定時間の間（所定時間長）、振動検出部１（１－１～１－３）の検出結果および前記回転計の出力を取得し、前記サンプリング間隔で時系列に連続する各検出結果および各出力を振動データおよび回転数データとして検出時刻と対応付けて記憶部６に記憶する。ピーク周波数の経時変化を観測するので、制御部２１は、振動データおよび回転数データを取得する処理を、所定の期間を空けて、少なくとも２回、実施する。前記所定の期間（第１期間、監視ピーク周波数設定期間）は、例えば、３ヶ月や６ヶ月や１２ヶ月等に適宜に設定される。なお、センサレスの場合（回転計を用いない場合）、振動データから減速機Ｍの回転数変化に起因する振動成分が抽出され、この抽出した振動成分から回転数データが生成されてもよい。
　スペクトル処理部２２は、振動検出部１（１－１～１－３）で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるものである。より具体的には、スペクトル処理部２２は、前処理として、回転数データに基づいて振動データから回転数の変化の影響を公知の常套手段により除去（補正）して、減速機Ｍが所定の回転数で一定に回転している場合の振動データを求め、この求めた振動データを例えば高速フーリエ変換することによって前記振動データの周波数スペクトルを求める。周波数スペクトルは、前記監視ピーク周波数設定期間ごとに取得された各振動データごとに求められる。
　ピーク周波数特定部２３は、スペクトル処理部２２で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するものである。本実施形態では、ピーク周波数特定部２３は、さらに、前記ピーク周波数に対する整数倍の周波数でピークを示す１または複数の周波数を１または複数の整数倍ピーク周波数として特定する。例えば、２倍の周波数でピークを示す２倍ピーク周波数および３倍の周波数でピークを示す３倍ピーク周波数が特定される。なお、整数倍の周波数は、これに限らず、例えば２倍、３倍および４倍の各周波数や、３倍および４倍の各周波数や、２倍および４倍の各周波数や、３倍および５倍の各周波数等で、適宜に設定される。そして、本実施形態では、ピーク周波数特定部２３は、前記複数の振動検出部１で検出した複数の振動データうちの少なくとも２個に対し、前記ピーク周波数として設定できる周波数を前記ピーク周波数として最終的に設定する。
　異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす前記理論周波数ｆｔは、公知であり、転がり軸受の損傷（軸受損傷）が生じる部位に応じて異なり、例えば、次表１の通りである。前記軸受損傷の部位は、例えば、内輪、外輪、転動体および保持器である。ここで、ｆｔｉは、内輪で軸受損傷が生じた場合の理論周波数であり、ｆｔｏは、外輪で軸受損傷が生じた場合の理論周波数であり、ｆｔｂは、転動体で軸受損傷が生じた場合の理論周波数であり、ｆｔｍは、保持器で軸受損傷が生じた場合の理論周波数である。ｄは、転動体の径であり、Ｄは、転動体のピッチサークル径であり、Ｚは、転動体の個数であり、αは、接触角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このような理論周波数ｆｔ（ｆｔｉ、ｆｔｏ、ｆｔｂ、ｆｔｍ）に対する、ピーク周波数を特定するための前記周波数範囲は、例えば、理論周波数ｆｔを中心とした±ｄｆｔであり、１～ｎ倍までについて、次表２のように設定される。なお、演算子＊は、乗算の演算子である。例えば、軸受損傷が外輪で生じる場合の１倍、２倍および３倍の各理論周波数に対する各周波数範囲は、ｆｔｏ－ｄｆｔ～ｆｔｏ＋ｄｆｔ、２＊ｆｔｏ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔｏ＋２＊ｄｆｔ、および、３＊ｆｔｏ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔｏ＋３＊ｄｆｔである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ピーク周波数および整数倍ピーク周波数を特定する場合、理論周波数に対する周波数範囲における周波数スペクトルおよび理論周波数の整数倍に対する周波数範囲における周波数スペクトルに共通に存在するピークの周波数がピーク周波数としてピーク周波数特定部２３によって特定される。例えば、１個の振動検出部１において、その振動データから図３に示す各周波数スペクトルが求められた場合、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトル（上段）に存在するピークの周波数ｆ１に対する、２倍の周波数２＊ｆ１および３倍の周波数３＊ｆ１に、理論周波数ｆｔの２倍に対する周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（中段）、および、理論周波数ｆｔの３倍に対する周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（下段）には、ピークが存在しないので、ピーク周波数特定部２３は、周波数ｆ１をピーク周波数として特定しない。一方、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトル（上段）に存在するピークの周波数ｆ２に対する、２倍の周波数２＊ｆ２および３倍の周波数３＊ｆ２に、理論周波数ｆｔの２倍に対する周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（中段）、および、理論周波数ｆｔの３倍に対する周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（下段）にも、ピークが存在するので、ピーク周波数特定部２３は、周波数ｆ２をピーク周波数として特定する。このような特定処理を、例えば、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトルに存在する各ピーク（例えば所定の閾値以上のレベルを持つピーク）ごとに実行することによって、ピーク周波数および整数倍ピーク周波数が特定できる。
　複数の振動検出部１が用いられる場合に、ピーク周波数および整数倍ピーク周波数を特定する場合、転がり軸受ＢＥで生じた振動は、回転軸ＡＸやギヤＧＡや前記筐体等を伝播し、複数の振動検出部１で検出されるから、前記複数の振動検出部１で検出した複数の振動データうちの少なくとも２個に対し、理論周波数に対する周波数範囲における周波数スペクトルおよび理論周波数の整数倍に対する周波数範囲における周波数スペクトルに共通に存在するピークの周波数がピーク周波数としてピーク周波数特定部２３によって特定される。例えば、３個の第１ないし第３振動検出部１－１～１－３において、その各振動データから図４Ａおよび図４Ｂに示す各周波数スペクトルが求められた場合、まず、図４Ｂの場合では、第１振動検出部１－１において、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトル（上段）における周波数ｆ４のピークは、理論周波数ｆｔの２倍に対する周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（中段）における周波数２＊ｆ４、および、理論周波数ｆｔの３倍に対する周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（下段）における周波数３＊ｆ４にもピークが存在するので、周波数ｆ４は、ピーク周波数の候補となるが、第２および第３振動検出部１－２、１－３において、各理論周波数ｆｔに対する各周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各上段）、各理論周波数ｆｔの２倍に対する各周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各中段）、および、各理論周波数ｆｔの３倍に対する各周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各下段）には、ピークが存在しないので、ピーク周波数特定部２３は、周波数ｆ４をピーク周波数として最終的に特定しない。一方、図４Ａの場合では、第１振動検出部１－１において、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける周波数スペクトル（上段）における周波数ｆ３のピークは、理論周波数ｆｔの２倍に対する周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（中段）における周波数２＊ｆ３、および、理論周波数ｆｔの３倍に対する周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける周波数スペクトル（下段）における周波数３＊ｆ３にもピークが存在するので、周波数ｆ４は、ピーク周波数の候補となり、さらに、第２および第３振動検出部１－２、１－３において、各理論周波数ｆｔに対する各周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各上段）、各理論周波数ｆｔの２倍に対する各周波数範囲２＊ｆｔ－２＊ｄｆｔ～２＊ｆｔ＋２＊ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各中段）、および、各理論周波数ｆｔの３倍に対する各周波数範囲３＊ｆｔ－３＊ｄｆｔ～３＊ｆｔ＋３＊ｄｆｔにおける各周波数スペクトル（各下段）にも、ピークが存在するので、ピーク周波数特定部２３は、周波数ｆ３をピーク周波数として最終的に特定する。このような特定処理を、例えば、第１振動検出部１－１で検出した振動データの周波数スペクトルにおいて、理論周波数ｆｔに対する周波数範囲ｆｔ－ｄｆｔ～ｆｔ＋ｄｆｔに存在する各ピーク（例えば所定の閾値以上のレベルを持つピーク）ごとに実行することによって、ピーク周波数を最終的に特定し、ピーク周波数および整数倍ピーク周波数が特定できる。図４Ａに示す場合では、３個の第１ないし第３振動検出部－１～１－３全てで共通にピークが存在したが、上述のように、少なくとも２個でよい。
　監視対象設定部２４は、ピーク周波数特定部２３で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するものである。本実施形態では、監視対象設定部２４は、さらに、ピーク周波数特定部２３で特定した１または複数の整数倍ピーク周波数が前記ピーク周波数の経時変化と同期して経時変化する場合に、前記１または複数の整数倍ピーク周波数のうちの少なくとも１つを前記監視ピーク周波数に設定して追加する。
　例えば、図５Ａに示すように、減速機Ｍの新設やオーバーホールの直後では、第１ピーク周波数ａ[Ｈｚ]および第１整数倍ピーク周波数２＊ａ、３＊ａ［Ｈｚ］、ならびに、第２ピーク周波数ｂ[Ｈｚ]および第２整数倍ピーク周波数２＊ｂ、３＊ｂ［Ｈｚ］が特定された場合に、その１年後では、図５Ｂに示すように、第２ピーク周波数ｂ[Ｈｚ]および第２整数倍ピーク周波数２＊ｂ、３＊ｂ［Ｈｚ］の各ピークは、経時変化しない一方、第１ピーク周波数ａ[Ｈｚ]および第１整数倍ピーク周波数２＊ａ、３＊ａ［Ｈｚ］は、それぞれ、同期して△ｃ、２＊△ｃ、３＊△ｃだけ経時変化した場合、監視対象設定部２４は、第１ピーク周波数ａ[Ｈｚ]および第１整数倍ピーク周波数２＊ａ、３＊ａ［Ｈｚ］それぞれを、監視ピーク周波数として設定する。
　上述のように１回の経時変化で監視ピーク周波数が設定されてもよいが、本実施形態では、複数回の経時変化で監視ピーク周波数が設定される。すなわち、監視対象設定部２４は、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が互いに異なる複数の時点で、複数回、経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する。
　例えば、ピーク周波数特定部２３で特定したピーク周波数を、監視ピーク周波数設定期間の間、所定の期間（第２期間、経過観察期間）ごとに、複数回、観測した結果が図６に示されている。図６に示すように、監視ピーク周波数設定期間（この例では１年間）において複数回（この例では１ヶ月の経過観察期間ごとに１２回）、観測すると、図５を用いて上述した第２ピーク周波数ｂ[Ｈｚ]（△）は、各回でそのままで変化がない。一方、図５を用いて上述した第１ピーク周波数ａ[Ｈｚ]（●）は、各回で徐々に経時変化し、複数回の経時変化がある。この図６に示す例では、単位時間当たりの経時変化の変化率（＝△ｃ／（１ヶ月））は、略一定となっている（１ヶ月は３０日とする）。なお、前記周波数の変化は、増大だけでなく、減少、または不連続に増減する場合もある。このように複数回、経時変化し、各回で徐々に変化する傾向を観測した第１ピーク周波数ａ[Ｈｚ]を、監視対象設定部２４は、監視対象の監視ピーク周波数として設定する一方、各回で略経時変化しない第２ピーク周波数ｂ[Ｈｚ]を、監視対象設定部２４は、監視対象の監視ピーク周波数として設定しない。なお、図６では、ピーク周波数のみが示されているが、整数倍のピーク周波数（第１整数倍ピーク周波数２＊ａ、３＊ａ［Ｈｚ］、第２整数倍ピーク周波数２＊ｂ、３＊ｂ［Ｈｚ］）も同様となる。
　異常判定部２５は、監視対象設定部２４で設定した監視ピーク周波数でのピークのピーク値に基づいて転がり軸受における異常の有無を判定するものである。本実施形態では、常判定部２５は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準とする所定の閾値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する。前記転がり軸受の健全時とは、例えば転がり軸受（前記転がり軸受を備える機械設備）を新設した直後（新設時）や転がり軸受（前記転がり軸受を備える機械設備）をオーバーホールした直後（オーバーホール時）等の、転がり軸受（前記転がり軸受を備える機械設備）に異常が無いと認められる時である。前記閾値は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値に基づいて適宜に設定されてよいが、例えば、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準１とした場合の、例えば３や４や５等の整数値（基準１に対する整数倍）に設定される。この場合では、異常判定部２５は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値に対する、今回の異常判定時における前記監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値の比率を評価値として求め、前記求めた評価値と前記所定の閾値とに基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する（評価値＝（今回の異常判定時における前記監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値）／（前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値））。
　図７に示す例では、前記閾値は、異常の有無を判定する第１閾値Ｔｈ１に加え、異常の予兆を判定する第２閾値Ｔｈ２も備え（基準１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ１）、異常判定部２５は、異常の有無を判定して異常有りと判定した場合に、異常の警告を出力部４から出力するだけでなく、予兆の有無を判定して予兆有りと判定した場合に、異常の予兆を出力部４から出力する。例えば、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、例えば１日や１週間等の、所定の時間間隔で、監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値を求め、異常判定部２５によって、この求めたピーク値の評価値を求め、この求めた評価値と第１および第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２それぞれとを比較し、この比較の結果、前記求めた評価値が第１閾値Ｔｈ１以上である場合には、異常と判定して異常の警告を出力部４から出力し、前記求めた評価値が第１閾値Ｔｈ１未満であって第２閾値Ｔｈ２以上である場合には、異常の予兆と判定して予兆の警告を出力部４から出力し、前記求めた評価値が第２閾値Ｔｈ２未満である場合には、異常も予兆も無しと判定して異常無しおよび予兆無しを出力部４から出力する。なお、異常無しおよび予兆無しを出力せずに、処理が終了されてもよい。
　これら制御処理部２、入力部３、出力部４、ＩＦ部５および記憶部６は、例えば、デスクトップ型やノート型やタブレット型等のコンピュータによって構成可能である。
　次に、本実施形態の動作について説明する。図８は、監視ピーク周波数設定モードに関する前記転がり軸受異常検出装置の動作を示すフローチャートである。図９は、異常監視モードに関する前記転がり軸受異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
　このような構成の転がり軸受異常検出装置ＶＤは、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理部２には、その制御処理プログラムの実行によって、制御部２１、スペクトル処理部２２、ピーク周波数特定部２３、監視対象設定部２４および異常判定部２５が機能的に構成される。
　実施形態における転がり軸受異常検出装置ＶＤは、上述したように、監視ピーク周波数を設定してから、転がり軸受けの異常の有無を判定する。このため、第１に、監視ピーク周波数の設定に関する転がり軸受異常検出装置の動作について説明し、第２に、転がり軸受けの異常の有無を判定に関する転がり軸受異常検出装置の動作について説明する。
　例えばオーバーホール直後等の健全時に、図８に示す処理Ｓ１ないし処理Ｓ７の各処理が実行され、健全時における監視ピーク周波数がその経時変化の基準として記憶部６に記憶され、例えば、前記監視ピーク周波数設定モードが指定され、その開始が入力部３に入力されると、図８に示す処理Ｓ１ないし処理Ｓ８の各処理が、監視ピーク周波数設定期間の間、経過観察期間ごとに、繰り返し実行される。
　図８において、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、まず、制御処理部２の制御部２１によって、所定のサンプリング間隔で、所定時間の間、振動検出部１（１－１～１－３）の検出結果および前記回転計の出力を取得し、前記サンプリング間隔で時系列に連続する各検出結果および各出力を振動データおよび回転数データとして検出時刻と対応付けて記憶部６に記憶する（Ｓ１）。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、制御処理部２のスペクトル処理部２２によって、回転数データに基づいて振動データから回転数の変化の影響を除去（補正）して、減速機Ｍが所定の回転数で一定に回転している場合の振動データを求め、記憶部６に記憶する（Ｓ２）。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、スペクトル処理部２２によって、この求めた振動データの周波数スペクトルを求め、記憶部６に記憶する（Ｓ３）。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、制御処理部２のピーク周波数特定部２３によって、表１に示す、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数ｆｔを求め、記憶部６に記憶する（Ｓ４）。なお、前記理論周波数ｆｔは、予め求められ記憶部６に記憶され、これが用いられてもよい。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、ピーク周波数特定部２３によって、表２に示すような、ピーク周波数を検出するための前記理論周波数ｆｔを含む周波数範囲および整数倍ピーク周波数を検出するための前記理論周波数ｆｔの整数倍を含む周波数範囲を求め、記憶部６に記憶する（Ｓ５）。なお、これら各周波数範囲は、予め求められ記憶部６に記憶され、これらが用いられてもよい。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、ピーク周波数特定部２３によって、図３を用いて上述した処理によって、ピーク周波数および整数倍のピーク周波数を仮に特定し、記憶部６に記憶する（Ｓ６）。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、ピーク周波数特定部２３によって、図４を用いて上述した処理によって、最終的なピーク周波数を特定し、整数倍のピーク周波数を特定し、記憶部６に記憶する（Ｓ７）。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、制御処理部２の監視対象設定部２４によって、図６を用いて上述した処理によって、監視ピーク周波数を設定し、記憶部６に記憶する（Ｓ８）。ここで、例えば、監視ピーク周波数設定期間の終了時の処理で設定された監視ピーク周波数が最終的に監視ピーク周波数として設定される。
　このような処理によって、転がり軸受を備える機械設備の実機に対し、監視ピーク周波数が設定され、カスタマイズされる。
　監視ピーク周波数の設定後、まず、オペレータ（ユーザ）によって第１および第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２が設定され記憶され、例えば、前記異常監視モードが指定され、その開始が入力部３に入力されると、図９に示す処理Ｓ１１ないし処理Ｓ１４の各処理が、例えば１日８時間の稼動等ではその始動時や連続稼働（２４時間稼動）では半日や１日ごとに、繰り返し実行される。
　第１および第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２の設定では、健全時に、機械設備が一定の速度で回転され、監視ピーク周波数でのピークのピーク値が求められ、例えば、このピーク値を基準に６および３それぞれが第１および第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２それぞれに設定され、記憶部６に記憶される。
　図９において、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値を求め、その評価値を求める（Ｓ１１）。より具体的には、制御部２１は、第１ないし第３振動検出部１－１～１－３の各検出結果に基づき各振動データを求め、スペクトル処理部２２は、各振動データの各周波数スペクトルを求め、異常判定部２５は、各周波数スペクトルから、監視ピーク周波数に対応するピークを探索し、この探索したピークのピーク値を求め、この求めたピークの評価値を求める。
　次に、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、制御処理部２の異常判定部２５によって、処理Ｓ１１で求めた監視ピーク周波数に対応するピークの評価値が第１または第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２以上か否かを判定する。この判定の結果、前記評価値が第１または第２閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２以上である場合（Ｙｅｓ、前記評価値が第１閾値Ｔｈ１以上である場合、または、前記評価値が第２閾値Ｔｈ２以上である場合）には、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、次に、処理Ｓ１３を実行し、今回の本処理を終了する。一方、前記判定の結果、前記評価値が第１閾値Ｔｈ１以上でも第２閾値Ｔｈ２以上でもない場合（Ｎｏ）には、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、次に、処理Ｓ１４を実行し、今回の本処理を終了する。
　この処理Ｓ１３では、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、異常判定部２５によって、前記評価値が第２閾値Ｔｈ２以上であって第１閾値Ｔｈ１未満である場合には、異常の予兆と判定して予兆の警告を出力部４から出力して報知し、前記評価値が第１閾値Ｔｈ１以上である場合には、異常と判定して異常の警告を出力部４から出力して報知する。
　前記処理Ｓ１４では、転がり軸受異常検出装置ＶＤは、異常判定部２５によって、異常無しおよび予兆無し（許容範囲内）を出力部４から出力する。
　このような処理によって、転がり軸受（前記転がり軸受を備える機械設備）が監視され、その異常の予兆の有無および前記異常の有無が判定され、その判定結果が出力される。
　転がり軸受における振動の周波数は、摩滅等により経時変化する。一方、歯車の噛合いや回転軸の倍数成分（高調波成分）等による振動の周波数は、経時変化しないと考えられる。本実施形態における転がり軸受異常検出装置ＶＤおよびこれに実装された転がり軸受異常検出方法は、特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するので、適切に転がり軸受の振動を検知できる。このため、上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、転がり軸受における異常の有無をより適切に判定できる。
　上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、前記ピーク周波数に対する整数倍の周波数でピークを示す１または複数の整数倍ピーク周波数のうちの少なくとも１つを前記監視ピーク周波数に設定して追加するので、より適切に転がり軸受の振動を検知できる。このため、上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、転がり軸受における異常の有無をさらにより適切に判定できる。
　上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、少なくとも２個の振動検出部１で検出できるピークの周波数をピーク周波数に設定するので、ピーク周波数のピークが低い場合（前記ピークのピーク値が小さい場合）でも、前記ピーク周波数のピークとノイズとを区別し易くなり、適切に転がり軸受の振動を検知できる。
　上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、互いに異なる複数の時点で、複数回、経時変化した場合に、ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するので、一時的に経時変化した場合を除くことができるから、より適切に監視対象の監視ピーク周波数を設定できる。
　上記転がり軸受異常検出装置ＶＤおよび転がり軸受異常検出方法は、転がり軸受における異常の有無の判定に、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準とする第１閾値Ｔｈ１を利用するので、転がり軸受に製品バラツキがあっても、当該転がり軸受用にカスタマイズされ、当該転がり軸受における異常の有無を判定できる。
　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　一態様にかかる転がり軸受異常検出装置は、転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理部と、前記スペクトル処理部で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定部と、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定部と、前記監視対象設定部で設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定部とを備える。
　転がり軸受における振動の周波数は、摩滅等により経時変化する。上記転がり軸受異常検出装置は、この点に着目して構成された装置である。上記転がり軸受異常検出装置は、特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するので、適切に転がり軸受の振動を検知できる。
　他の一態様では、上述の転がり軸受異常検出装置において、前記ピーク周波数特定部は、さらに、前記ピーク周波数に対する整数倍の周波数でピークを示す１または複数の周波数を１または複数の整数倍ピーク周波数として特定し、前記監視対象設定部は、さらに、前記ピーク周波数特定部で特定した１または複数の整数倍ピーク周波数が前記ピーク周波数の経時変化と同期して経時変化する場合に、前記１または複数の整数倍ピーク周波数のうちの少なくとも１つを前記監視ピーク周波数に設定して追加する。
　このような転がり軸受異常検出装置は、前記ピーク周波数に対する整数倍の周波数でピークを示す１または複数の整数倍ピーク周波数のうちの少なくとも１つを前記監視ピーク周波数に設定して追加するので、より適切に転がり軸受の振動を検知できる。
　他の一態様では、これら上述の転がり軸受異常検出装置において、前記振動検出部は、複数であり、前記ピーク周波数特定部は、前記複数の振動検出部で検出した複数の振動データうちの少なくとも２個に対し、前記ピーク周波数として設定できる周波数を前記ピーク周波数として最終的に設定する。
　このような転がり軸受異常検出装置は、少なくとも２個の振動検出部で検出できるピークの周波数をピーク周波数に設定するので、ピーク周波数のピークが低い場合でも、前記ピーク周波数のピークとノイズとを区別し易くなり、適切に転がり軸受の振動を検知できる。
　他の一態様では、これら上述の転がり軸受異常検出装置において、前記監視対象設定部は、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が互いに異なる複数の時点で、複数回、経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する。好ましくは、上述の転がり軸受異常検出装置において、前記監視対象設定部は、単位時間当たりの、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数における経時変化の変化率が一定である場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する。
　このような転がり軸受異常検出装置は、互いに異なる複数の時点で、複数回、経時変化した場合に、ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するので、一時的に経時変化した場合を除くことができるから、より適切に監視対象の監視ピーク周波数を設定できる。
　他の一態様では、これら上述の転がり軸受異常検出装置において、前記異常判定部は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準とする所定の閾値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する。好ましくは、上述の転がり軸受異常検出装置において、前記所定の閾値は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を１とした場合の所定の倍率であり、前記異常判定部は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値に対する、今回の異常判定時における前記監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値の比率を評価値として求め、前記求めた評価値と前記所定の閾値とに基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する（評価値＝（今回の異常判定時における前記監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値）／（前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値））。
　このような転がり軸受異常検出装置は、転がり軸受における異常の有無の判定に、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準とする所定の閾値を利用するので、転がり軸受に製品バラツキがあっても、当該転がり軸受用にカスタマイズされ、当該転がり軸受における異常の有無を判定できる。
　他の一態様にかかる転がり軸受異常検出方法は、転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する振動検出工程と、前記振動検出工程で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理工程と、前記スペクトル処理工程で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定工程と、前記ピーク周波数特定工程で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定工程と、前記監視対象設定工程で設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定工程とを備える。
　このような転がり軸受異常検出方法は、特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定するので、適切に転がり軸受の振動を検知できる。
　この出願は、２０２１年７月１４日に出願された日本国特許出願特願２０２１－１１６５９７を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　本発明によれば、転がり軸受に生じた異常を検出する転がり軸受異常検出装置および転がり軸受異常検出方法が提供できる。

Claims (6)

  1. 　転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する振動検出部と、
    　前記振動検出部で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理部と、
    　前記スペクトル処理部で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定部と、
    　前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定部と、
    　前記監視対象設定部で設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定部とを備える、
    　転がり軸受異常検出装置。
  2. 　前記ピーク周波数特定部は、さらに、前記ピーク周波数に対する整数倍の周波数でピークを示す１または複数の周波数を１または複数の整数倍ピーク周波数として特定し、
    　前記監視対象設定部は、さらに、前記ピーク周波数特定部で特定した１または複数の整数倍ピーク周波数が前記ピーク周波数の経時変化と同期して経時変化する場合に、前記１または複数の整数倍ピーク周波数のうちの少なくとも１つを前記監視ピーク周波数に設定して追加する、
    　請求項１に記載の転がり軸受異常検出装置。
  3. 　前記振動検出部は、複数であり、
    　前記ピーク周波数特定部は、前記複数の振動検出部で検出した複数の振動データうちの少なくとも２個に対し、前記ピーク周波数として設定できる周波数を前記ピーク周波数として最終的に設定する、
    　請求項１に記載の転がり軸受異常検出装置。
  4. 　前記監視対象設定部は、前記ピーク周波数特定部で特定したピーク周波数が互いに異なる複数の時点で、複数回、経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する、
    　請求項１に記載の転がり軸受異常検出装置。
  5. 　前記異常判定部は、前記転がり軸受の健全時における前記監視ピーク周波数でのピークのピーク値を基準とする所定の閾値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する、
    　請求項１に記載の転がり軸受異常検出装置。
  6. 　転がり軸受で生じる振動を振動データとして検出する振動検出工程と、
    　前記振動検出工程で検出した振動データの周波数スペクトルを求めるスペクトル処理工程と、
    　前記スペクトル処理工程で求めた周波数スペクトルから、異常発生時に周波数スペクトル上にピークをもたらす理論周波数を含む所定の周波数範囲内でピークを示す周波数をピーク周波数として特定するピーク周波数特定工程と、
    　前記ピーク周波数特定工程で特定したピーク周波数が経時変化した場合に、前記ピーク周波数を監視対象の監視ピーク周波数として設定する監視対象設定工程と、
    　前記監視対象設定工程で設定した監視ピーク周波数に対応するピークのピーク値に基づいて前記転がり軸受における異常の有無を判定する異常判定工程とを備える、
    　転がり軸受異常検出方法。
     
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