JP2004093255A - 機械設備の異常診断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常診断の信頼性を高め、且つ、ユーザのデータ管理負荷を軽減する。
【解決手段】機械設備の異常を診断する異常診断装置であって、前記機械設備から発生する波動を検出する波動検出手段と、前記機械設備を映像として記録する記録手段と、前記波動が含む特定周波数の強度を検出する周波数解析手段と、前記特定周波数の前記強度を基に、前記機械設備を異常診断する異常診断手段と、前記異常診断手段の診断結果及び前記機械設備の前記映像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする異常診断装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械設備の異常診断装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械設備の異常診断装置は、機械設備から発生する音や振動を解析し、機械設備の異常を診断する装置である。異常診断においては、音や振動等の波動情報をマイクロホンや振動センサ等の検出器で検出し、増幅器を用いて検出信号を増幅する。増幅された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換され、診断用ソフトウェアを備えた診断用ＰＣに出力される。診断用ソフトウェアは、診断用ＰＣ上で周波数分析、比較分析等の各種分析を行う。ユーザは、モニタ上に表示された診断結果を基に、異常の有無を判断し、異常が発生した場合には、機械設備を停止する等の対処を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記異常診断装置は、音や振動のみに基づいて診断を行っているため、音や振動の情報収集方法や条件が適切でない場合には、誤診断を行ってしまう恐れがある。
【０００４】
また、その他の付随情報が得られる場合であっても、付随情報は、異常診断装置の出力とは別々に提供される。従って、処理後に、複数の情報をそれぞれ収集しなければならず、それらの情報から診断結果を再検討する等の手間が増大し、管理が複雑化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、誤診断を防止することにより異常診断の信頼性を高め、且つ、ユーザのデータ管理負荷を軽減する異常診断装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の機械設備の異常を診断する異常診断装置は、前記機械設備から発生する波動を検出する波動検出手段と、前記機械設備を映像として記録する記録手段と、前記波動が含む特定周波数の強度を検出する周波数解析手段と、前記特定周波数の前記強度を基に、前記機械設備を異常診断する異常診断手段と、前記異常診断手段の診断結果及び前記機械設備の前記映像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記異常診断装置によれば、表示手段は、異常診断の診断結果とともに、機械設備の映像を画面に表示する。従って、ユーザは、同一の画面を見るだけで異常診断結果と機械設備の様子を知ることができる。従って、誤診断を回避し異常診断の信頼性を高め、且つ、ユーザのデータ管理負荷を軽減することが可能となる。
【０００８】
上記異常診断装置は、前記機械設備の前記映像を前記機械設備の正常時の映像と比較し、前記機械設備を異常診断する第２異常診断手段をさらに備えていてもよい。
【０００９】
なお、前記波動は、前記機械設備から発生する音、又は、振動である。なお、前記波動検出手段と前記記録手段は、一体に形成されていてもよい。
【００１０】
また、本発明の請求項５記載の機械設備の異常を診断する異常診断方法は、前記機械設備から発生する波動を検出するステップと、前記機械設備を映像として記録するステップと、前記波動が含む特定周波数の強度を検出するステップと、前記特定周波数の前記強度を基に、前記機械設備を異常診断するステップと、前記異常診断手段の診断結果及び前記機械設備の前記映像を表示するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記異常診断方法によれば、異常診断の診断結果とともに、機械設備の映像が画面に表示される。従って、ユーザは、同一の画面を見るだけで異常診断結果と機械設備の様子を知ることができる。従って、誤診断を回避し異常診断の信頼性を高め、且つ、ユーザのデータ管理負荷を軽減することが可能となる。
【００１２】
上記異常診断方法は、前記機械設備の前記映像を前記機械設備の正常時の映像と比較し、前記機械設備を異常診断するステップをさらに備えていてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の第１〜３実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
以下、図１〜４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る機械設備の異常診断装置を詳細に説明する。本実施形態では、機械設備の内部で軸受部材として用いられる転がり軸受に異常診断装置を適用し、転がり軸受の異常を診断する場合を例に説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の異常診断装置１０を示す図である。異常診断装置１０は、転がり軸受１上またはその近傍に配置された検出部１１と、検出部１１の出力を増幅する増幅部１２と、異常診断を行うＰＣ部１３とを有している。
【００１６】
転がり軸受１は、軸に外嵌する内輪２と、ハウジング等に内嵌し、径方向に内輪２と対向する外輪３と、図示せぬ保持器により内輪２及び外輪３間に転動可能に配置された玉４とを有している。ここでは、外輪３に損傷が発生しているとして説明する。
【００１７】
図２は、検出部１１を示す図である。検出部１１は、音センサ、振動センサ、等の波動センサから構成されるセンサ部１１１と、撮像用のカメラから構成されるカメラ部１１２とを有する。
【００１８】
センサ部１１１は、外輪上、又は、その周辺部材上に設置されている。センサ部１１１は、転がり軸受１から発生する音や振動等の波動を電気信号に変換して検出する。検出された信号は、増幅部１２へ出力される。
【００１９】
カメラ部１１２は、デジタルビデオカメラで構成され、転がり軸受１の状態をデジタルビデオ画像として撮像し、画像信号をＰＣ部１３に出力する。
【００２０】
なお、センサ部１１１とカメラ部１１２は、一体に構成されていてもよい。一般のデジタルビデオカメラ等を用いた場合には、音及び画像を同時に一つのデジタルビデオカメラで収集することが可能である。
【００２１】
一方、センサ部１１１とカメラ部１１２は、別々に構成されていてもよい。振動センサを用いる場合には、センサ部１１１の取付に好ましい場所と、カメラ部１１２の取付に好ましい場所は、異なっている場合もあり、それぞれが別ユニットであるほうが精度よい検出を行うことが可能である。また、両者が別体の場合、カメラ部１１２は、センサ部１１１を撮像するような位置に配置されていてもよい。また、異なる種類の複数のセンサを転がり軸受の周囲に設置するようにしてもよい。この場合、音は、デジタルビデオカメラで映像と共に収集し、その他の情報（振動、ＡＥ等）は、別体とされたセンサユニットで収集することが可能である。
【００２２】
増幅部１３は、ＯＰアンプ等で構成されており、センサ部１１１からの信号の強度をＰＣ部１３の処理に適したレベルに増幅する。増幅された信号は、ＰＣ部１３に出力される。
なお、センサ部１１１が増幅機能を有している場合、敢えて増幅部１３を設ける必要はない。この場合、センサ部１１１の出力は、直接ＰＣ部１３に送られる。
【００２３】
ＰＣ部１３は、診断部１４及びモニタ１５を有している。具体的に、ＰＣ部１３は、ＯＳ及び周波数解析用ソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から構成される。この場合、診断部１４の処理は、ＰＣ上で動作する周波数解析用ソフトウェアにより行われる。勿論、診断部１４として、ＰＣによるソフトウェア処理ではなく、専用の診断機器を用いてもよい。
【００２４】
図３は、診断部１４の詳細を示す図である。診断部１４は、フィルタ部１４１、エンベロープ部１４２、周波数変換部１４３、及び、比較判定部１４４を有している。
【００２５】
フィルタ部１４１は、増幅部１３から出力された信号から所望の周波数帯を抽出する周波数フィルタである。この所望の周波数帯は、転がり軸受１の損傷に起因して検出される予想異常ピーク周波数に応じて設定可能である。ここでは、例として、１ｋＨｚ以上の周波数成分をカットするローパスフィルタを用いる。フィルタ部１４１は、フィルタ処理後の信号を、エンベロープ部１４２に送出する。なお、このフィルタ部１４１は、信号の特性によっては、適宜省略することが可能である。
【００２６】
エンベロープ部１４２は、フィルタ部１４１から送出された信号にエンベロープ処理を施す。エンベロープ処理は、入力振動波形の包絡線に比例した出力を得るものである。エンベロープ部１４２は、エンベロープ処理後の信号を周波数解析部１４３に出力する。なお、このエンベロープ部１４２は、信号の特性によっては、適宜省略することが可能である。
【００２７】
周波数解析部１４３は、エンベロープ部１４２から出力された信号をＦＦＴアルゴリズム等を用いて周波数変換し、周波数スペクトルデータを生成する。図４は、周波数解析部１４３により生成された周波数スペクトルデータを表すグラフである。図からは、外輪の損傷に起因する周期的なスペクトルピークが信号成分に含まれていることがわかる。生成された周波数スペクトルデータは、比較判定部１４４に出力される。
【００２８】
比較判定部１４４は、周波数スペクトルデータが転がり軸受１の損傷等に起因する特異な周波数でピークを有しているかどうか判断し、損傷等の発生の有無を判定する。比較判定部１４４は、転がり軸受に１の各部位に傷がない場合の周波数スペクトルのレベルを基に作成された所定のしきい値を有している。比較判定部１４４は、このしきい値と生成された周波数スペクトルデータとを比較して、特定の周波数帯のレベルがしきい値以上の場合に異常が発生していると判断する。
【００２９】
次に、比較判定部１４４は、予め各部位の損傷に起因する特異周波数ピークの予想発生周波数帯をデータとして記憶している。比較判定部１４４は、ピークが検出された周波数帯を基に、転がり軸受のどの部位が破損しているのかにつき判断を行う。
【００３０】
以上の処理により、比較判定部１４４は、損傷の有無、及び、損傷部位についての異常診断結果である判定結果を作成する。比較判定部１４４は、判定結果をモニタ１５に出力する。
【００３１】
モニタ１５は、比較判定部から出力された判定結果を基に、モニタ１５の画面上に損傷の有無、及び、損傷がある場合には損傷部位の表示を行う。ユーザによる確認が必要な場合には、図４の周波数スペクトルデータを一緒に表示するようにしてもよい。さらに、モニタ１５は、カメラ部１１２から出力された画像信号を基に、撮像された転がり軸受の映像を上記表示と一緒に表示する。
【００３２】
ユーザは、モニタ１５をチェックすることにより、音や振動等の波動情報を基に得られた判定結果に加え、転がり軸受１の状態を映像で確認する。これにより、判定結果とともに、転がり軸受１の様子や、がたつき、傾き等に起因する振動発生の有無を目視で確認することが可能である。
【００３３】
また、モニタ１５上の映像内に、振動センサや音センサが映し出されている場合には、ユーザは、どのような箇所にどのような状態で、センサが取り付けられているのかを予め目視で確認することが可能である。これにより、ユーザは、診断を行う前に、センサの取り付け不具合がないかどうか確認し、不具合が生じている場合には、予め改善を行うことが可能となる。よって、センサ等の取り付けミスが減少し、診断精度が向上する。
【００３４】
以上、本発明の第１実施形態に係る異常診断装置１０によれば、波動センサにより得られた波動情報から得られる異常診断結果を確認しながら、目視により転がり軸受１の状態を確認することが可能である。さらに、目視によりセンサ取り付け具合を確認し、不備がある場合には、センサの取り付け不具合を早期に改善することが可能となる。
【００３５】
さらに、本実施形態によれば、モニタ上に異常診断結果とともに転がり軸受１の画像情報が同時に表示されるので、ユーザのデータ管理負荷が軽減する。
【００３６】
なお、モニタ１５が、周波数解析により判明した異常の発生部位の画像を拡大表示するように構成してもよい。これにより、異常発生箇所がどのように破損しているのかどうかをモニタ上で予め詳細に確認することができ、異常に対する迅速な対応が可能となる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る機械設備の異常診断装置を詳細に説明する。本実施形態では、第１実施形態同様に、軸受部材として用いられる転がり軸受に異常診断装置を適用し、転がり軸受の異常を診断する場合を例に説明する。なお、第１実施形態と同様の部材については、その説明を割愛する。
【００３８】
図５は、本実施形態の異常診断装置２０を示す図である。異常診断装置２０は、転がり軸受１上またはその近傍に配置された検出部１１と、検出部１１の出力を増幅する増幅部１２と、異常診断を行うＰＣ部２３とを有している。
【００３９】
本実施形態では、検出部１１のカメラ部１１２の出力は、ＰＣ部２３の診断部２４に送られている。
【００４０】
ＰＣ部２３は、診断部２４及びモニタ１５を有している。具体的に、ＰＣ部２３は、第１実施形態のＰＣ部１３同様に、ＯＳ及び周波数解析用ソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から構成される。この場合、診断部２４の処理は、ＰＣ上で動作する周波数解析用ソフトウェアにより行われる。勿論、診断部２４として、ＰＣによるソフトウェア処理ではなく、専用の診断機器を用いてもよい。
【００４１】
図６は、診断部２４の詳細を示す図である。診断部２４は、フィルタ部２４１、エンベロープ部２４２、周波数変換部２４３、及び、比較判定部２４４を有している。ここで、フィルタ部２４１、エンベロープ部２４２、周波数変換部２４３は、第１実施形態のフィルタ部１４１、エンベロープ部１４２、周波数変換部１４３と同一である。
【００４２】
比較判定部２４４は、周波数変換部２４３から周波数スペクトルデータを受け取り、そしてカメラ部１１２から画像信号を受け取る。
【００４３】
比較判定部２４４は、周波数スペクトルデータが転がり軸受１の損傷等に起因する特異な周波数でピークを有しているかどうか判断し、損傷等の発生の有無を判定する。比較判定部２４４は、転がり軸受に１の各部位に傷がない場合の周波数スペクトルのレベルを基に作成された所定のしきい値を有している。比較判定部２４４は、このしきい値と生成された周波数スペクトルデータとを比較して、特定の周波数帯のレベルがしきい値以上の場合に異常が発生していると判断する。
【００４４】
次に、比較判定部２４４は、予め各部位の損傷に起因する特異周波数ピークの予想発生周波数帯をデータとして記憶している。比較判定部２４４は、ピークが検出された周波数帯を基に、転がり軸受のどの部位が破損しているのかにつき判断を行う。
【００４５】
さらに、比較判定部２４４は、受け取った画像信号を予め記憶している正常時の画像データ、又は、正常時の各部位の位置を表す位置データと比較し、転がり軸受１の各部位の位置のズレ、各部材の変化等を所定の画像処理方法に基づき確認する。ここで、比較判定部２４４は、ある部位のズレ量が所定値よりも大きい場合、その部位にズレが発生していると判断する。
【００４６】
以上の処理により、比較判定部１４４は、損傷の有無、損傷部位、及びズレの有無等についての異常診断結果である判定結果を作成する。比較判定部１４４は、判定結果及び画像信号をモニタ１５に出力する。
【００４７】
モニタ１５は、比較判定部から出力された判定結果を基に、モニタ１５の画面上に損傷の有無、損傷がある場合には損傷部位、及び、ズレの有無等の表示を行う。ユーザによる確認が必要な場合には、図４の周波数スペクトルデータを一緒に表示するようにしてもよい。さらに、モニタ１５は、カメラ部１１２から出力された画像信号を基に、撮像された転がり軸受の映像を上記表示と一緒に表示する。
【００４８】
ユーザは、モニタ１５をチェックすることにより、音や振動等の波動情報を基に得られた判定結果に加え、転がり軸受１の状態を映像で確認する。これにより、判定結果とともに、転がり軸受１の様子や、がたつき、傾き等に起因する振動発生の有無を目視で確認することが可能である。
【００４９】
また、モニタ１５上の映像内に、振動センサや音センサが映し出されている場合には、ユーザは、どのような箇所にどのような状態で、センサが取り付けられているのかを予め目視で確認することが可能である。これにより、ユーザは、診断を行う前に、センサの取り付け不具合がないかどうか確認し、不具合が生じている場合には、予め改善を行うことが可能となる。よって、センサ等の取り付けミスが減少し、診断精度が向上する。
【００５０】
また、比較判定部２２４は、カメラ部１１２から受け取った画像信号と予め記憶している正常時の画像データ、又は、正常時の各部位の位置を表す位置データとを比較し、ズレ等の有無を判断する。そして、ズレ等の有無は、周波数解析結果及び受け取った画像と共に画面上に表示される。従って、より詳細な結果を画面に表示することが可能となるため、さらに診断精度を向上させることが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の第２実施形態に係る異常診断装置２０によれば、波動センサ及びカメラにより得られた波動情報及び画像情報を基に得られる異常診断結果を確認しながら、目視により転がり軸受１の状態を確認することが可能である。さらに、目視により、センサの取り付け不具合を確認し、不備がある場合には、センサの取り付け不具合を早期に改善することが可能となる。
【００５２】
なお、比較判定部２２４は、周波数解析結果と画像の比較結果とを相互参照して、判定結果を出力するようにしてもよい。例えば、ズレの度合いに応じて、周波数データと比較されるしきい値の値を変更する等の改良が考えられる。
【００５３】
（第３実施形態）
以下、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る機械設備の異常診断装置を詳細に説明する。本実施形態では、第１及び第２実施形態と同様に、軸受部材として用いられる転がり軸受に異常診断装置を適用し、転がり軸受の異常を診断する場合を例に説明する。
【００５４】
図７は、本実施形態の異常診断装置３０を示す図である。異常診断装置３０は、検出部３１と、ユーザ側ＰＣ３６と、診断側ユニット３０ａの３つのユニットから構成されている。ここで、ユーザ側ＰＣ３６と診断側ユニット３０ａは、それぞれ遠隔に配置され、無線又は有線ＬＡＮ、インターネット等のネットワークを介して通信可能に接続されている。本実施形態では、ユーザが診断用装置（ソフトウェア）を持たず、遠隔地にあるサーバ上で、診断が行われる場合を例として説明する。
【００５５】
検出部３１は、第１実施形態の検出部１１と同様に構成されている。検出部３１は、得られた波動情報及び画像信号を送受信ユニット３６に出力する。
【００５６】
ユーザ側ＰＣ３６は、データ送受信部３７とモニタ３８を有している。ユーザ側ＰＣ３６は、例えば、ユーザが所有しているＰＣである。データ送受信部３７は、ネットワークに接続するための、ネットワークインターフェースカードであり、得られた波動情報及び画像信号をインターネット等のネットワークを介して、遠隔地にある診断側ユニット３０ａに送信する。
【００５７】
診断側ユニット３０ａは、増幅部３２、診断部３４及びモニタ３５を有している。それぞれのユニットの機能は、第１実施形態の増幅部１２、診断部１４及びモニタ１５とそれぞれ同一である。本実施形態の診断側ユニット３０ａは、判定結果をモニタ１５に送ると共に、インターネット等のネットワークを介して、ユーザ側ＰＣ３６に送信する。
【００５８】
ユーザ側ＰＣ３６は、データ送受信部３７で、診断側ユニット３０ａから判定結果を受信する。そして、判定結果をモニタ３８上に表示する。
【００５９】
これにより、ユーザは、音や振動等の波動情報を基に得られた判定結果に加え、転がり軸受１の状態をモニタ３８上で映像で確認する。これにより、ユーザが診断用装置（ソフトウェア）を有していない場合であっても、遠隔地にある診断用装置との間でデータの送受信を行うことにより、リアルタイムに転がり軸受１の異常診断を行うことが可能である。
【００６０】
以上、本発明の第３実施形態に係る異常診断装置３０によれば、波動センサ及びカメラにより得られた波動情報及び画像情報を基に得られる異常診断結果を確認しながら、目視により転がり軸受１の状態を確認することが可能である。さらに、目視により、センサの取り付け不具合を確認し、不備がある場合には、センサの取り付け不具合を早期に改善することが可能となる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、ユーザ側ＰＣ３６と診断側ユニット３０ａがそれぞれ遠隔地に配置されている場合であっても、インターネットを介して、データの送受信を行うことにより、適切な異常診断を行うことが可能である。従って、ユーザが、高価な異常診断装置（ソフトウェア）を有していない場合、又は、ユーザ側ＰＣ３６のマシンパワーが、異常診断の実行において不足している場合であっても、迅速かつ適切な異常診断を行うことが可能である。
【００６２】
なお、上記第３実施形態では、ユーザ側ＰＣ３６は、ＬＡＮ、インターネット等のネットワークを介して診断側ユニット３０ａと通信するように構成したが、これに限られず、その他のプロトコルを用いた各種無線通信、有線通信等を適用してもよい。
【００６３】
また、ユーザ側ＰＣ３６と診断側ユニット３０ａの通信に、ｅ−ｍａｉｌ等の電子メールを用いてもよい。
【００６４】
なお、上記第１〜３実施形態では、機械設備として転がり軸受を例に説明したが、本発明はこれに限られず、摺動箇所や可動箇所を有する各種機械装置に適用することが可能である。例として、ボールねじ、リニアガイド、各種モータ等に適用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上、本発明の異常診断装置及び方法によれば、各種解析による異常診断結果とともに機械設備の映像情報が同時にモニタ上に表示される。従って、誤診断を回避し異常診断の信頼性を高め、且つ、ユーザのデータ管理負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の異常診断装置を示す図である。
【図２】検出部を示す図である。
【図３】診断部の詳細を示す図である。
【図４】周波数解析部により生成された周波数スペクトルデータを表すグラフである。
【図５】第２実施形態の異常診断装置を示す図である。
【図６】診断部の詳細を示す図である。
【図７】本実施形態の異常診断装置を示す図である。
【符号の説明】
１　　転がり軸受
２　　内輪
３　　外輪
４　　玉
１０　２０　３０　異常診断装置
１１　３１　検出部
１２　３２　増幅部
１３　２３　３３　ＰＣ部
１４　２４　３４　診断部
１５　モニタ

Claims (7)

1. 機械設備の異常を診断する異常診断装置であって、
   前記機械設備から発生する波動を検出する波動検出手段と、
   前記機械設備を映像として記録する記録手段と、
   前記波動が含む特定周波数の強度を検出する周波数解析手段と、
   前記特定周波数の前記強度を基に、前記機械設備を異常診断する異常診断手段と、
   前記異常診断手段の診断結果及び前記機械設備の前記映像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする異常診断装置。
2. 前記機械設備の前記映像を前記機械設備の正常時の映像と比較し、前記機械設備を異常診断する第２異常診断手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の異常診断装置。
3. 前記波動は、前記機械設備から発生する音、又は、振動であることを特徴とする請求項１又は２記載の異常診断装置。
4. 前記波動検出手段と前記記録手段は、一体形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の異常診断装置。
5. 機械設備の異常を診断する異常診断方法であって、
   前記機械設備から発生する波動を検出するステップと、
   前記機械設備を映像として記録するステップと、
   前記波動が含む特定周波数の強度を検出するステップと、
   前記特定周波数の前記強度を基に、前記機械設備を異常診断するステップと、
   前記異常診断手段の診断結果及び前記機械設備の前記映像を表示するステップと、を備えたことを特徴とする異常診断方法。
6. 前記機械設備の前記映像を前記機械設備の正常時の映像と比較し、前記機械設備を異常診断するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の異常診断方法。
7. 前記波動は、前記機械設備から発生する音、又は、振動であることを特徴とする請求項５記載の異常診断方法。

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