JP2007285874A - Anomaly diagnosis apparatus and anomaly diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械設備、例えば、減速機や電動機あるいは風車や鉄道車両等に用いられる回転部品の異常診断装置及び異常診断方法に関し、特に、該部品の異常の有無や前兆、或いはその異常部位を特定する異常診断装置及び異常診断方法に関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for rotating parts used in mechanical equipment such as a reduction gear, an electric motor, a windmill, a railway vehicle, etc. The present invention relates to an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method to be identified.
モータ等の回転装置の軸受部に対する異常診断方法としては、既に様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。最も一般的なものとしては、特許文献1に記載されるように、軸受部に加速度計を設置し、該軸受部の振動加速度を計測し、更に、この信号にFFT(高速フーリエ変換)処理を行って振動発生周波数成分の信号を抽出して診断を行う方法が知られている。
しかしながら、上述の異常診断方法では、微小な異常による振動ピークを分析するにあたりウェーブレット分析などの複雑な処理を必要としている。 However, the above-described abnormality diagnosis method requires complicated processing such as wavelet analysis in order to analyze a vibration peak due to a minute abnormality.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な処理で診断精度をできるだけ確保しつつ、微小な異常の有無や異常の部位を特定することができる異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an abnormality that can identify the presence or absence of a minute abnormality or an abnormal part while ensuring diagnosis accuracy as much as possible with relatively simple processing. An object of the present invention is to provide a diagnostic device and an abnormality diagnostic method.
本発明の目的は、下記の構成により達成される。
(1) 機械設備の回転部品の振動に起因して発生する物理量を検出する検出部と、物理量に基づく信号を処理して回転部品の異常の有無を判定する信号処理部と、を備える異常診断装置であって、
物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
信号処理部は、スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行い、予め設定された基準値と比較することにより異常判定することを特徴とする異常診断装置。
The object of the present invention is achieved by the following constitution.
(1) An abnormality diagnosis comprising: a detection unit that detects a physical quantity generated due to vibration of a rotating component of a mechanical facility; and a signal processing unit that processes a signal based on the physical quantity and determines whether there is an abnormality in the rotating component. A device,
Signals based on physical quantities are given random spike noise,
An abnormality diagnosis apparatus, wherein the signal processing unit performs an abnormality averaging by performing a synchronous addition average on a signal to which spike noise is added and comparing it with a preset reference value.
(2) 機械設備の回転部品の振動に起因して発生する物理量を検出する検出部と、物理量に基づく信号を処理して回転部品の異常の有無を判定する信号処理部と、を備える異常診断装置であって、
物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
信号処理部は、スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均、フィルタ処理、エンベロープ分析、周波数分析を行い、周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき部品の異常の有無及び異常部位を判定することを特徴とする異常診断装置。
(2) An abnormality diagnosis comprising: a detection unit that detects a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of mechanical equipment; and a signal processing unit that processes a signal based on the physical quantity and determines whether there is an abnormality in the rotating part. A device,
Signals based on physical quantities are given random spike noise,
The signal processing unit performs synchronous addition averaging, filter processing, envelope analysis, and frequency analysis on the signal to which spike noise is added, and calculates the frequency component of the measured spectrum data after frequency analysis and the frequency component due to the rotating component. An abnormality diagnosis device characterized by comparing and collating and determining the presence or absence and abnormality part of a part based on the collation result.
(3) スパイクノイズは、検出部にて検出される物理量にインパルス加振によって機械的に付与されることを特徴とする(1)または(2)に記載の異常診断装置。
(4) スパイクノイズは、検出部にて検出される物理量に基づく信号に電気的に付与されることを特徴とする(1)または(2)に記載の異常診断装置。
(5) 信号処理部による処理、及び判定結果を制御部に出力する処理を行なうマイクロコンピュータを具備したことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の異常診断装置。
(3) The abnormality diagnosis device according to (1) or (2), wherein the spike noise is mechanically applied to the physical quantity detected by the detection unit by impulse excitation.
(4) The abnormality diagnosis device according to (1) or (2), wherein the spike noise is electrically added to a signal based on a physical quantity detected by the detection unit.
(5) The abnormality diagnosis apparatus according to any one of (1) to (4), further including a microcomputer that performs processing by the signal processing unit and processing for outputting a determination result to the control unit.
(6) 機械設備は鉄道車両用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の異常診断装置。
(7) 機械設備は風車用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の異常診断装置。
(8) 機械設備は工作機械主軸用軸受装置であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の異常診断装置。
(6) The abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (5), wherein the mechanical facility is a railway vehicle bearing device.
(7) The abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (5), wherein the mechanical equipment is a windmill bearing device.
(8) The abnormality diagnosis device according to any one of (1) to (5), wherein the machine facility is a bearing device for a machine tool main shaft.
(9) 機械設備の回転部品の振動に起因して発生する物理量を検出し、物理量に基づく信号を処理して回転部品の異常の有無を判定する異常診断方法であって、
物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行い、予め設定された基準値と比較することにより異常判定することを特徴とする異常診断方法。
(9) An abnormality diagnosis method for detecting a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of mechanical equipment and processing the signal based on the physical quantity to determine whether there is an abnormality in the rotating part,
Signals based on physical quantities are given random spike noise,
An abnormality diagnosing method, wherein abnormality is determined by performing synchronous addition averaging on a signal to which spike noise is added and comparing with a preset reference value.
(10) 機械設備の回転部品の振動に起因して発生する物理量を検出し、物理量に基づく信号を処理して回転部品の異常の有無を判定する異常診断方法であって、
物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均、フィルタ処理、エンベロープ分析、周波数分析を行い、周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき部品の異常の有無及び異常部位を判定することを特徴とする異常診断方法。
(10) An abnormality diagnosis method for detecting a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of mechanical equipment and processing the signal based on the physical quantity to determine whether or not the rotating part is abnormal.
Signals based on physical quantities are given random spike noise,
Synchronous averaging, filtering, envelope analysis, and frequency analysis are performed on signals with spike noise added, and the frequency components of the measured spectrum data after frequency analysis are compared with the frequency components caused by rotating parts. An abnormality diagnosis method characterized by determining the presence / absence of an abnormality of a part and an abnormal part based on a collation result.
本発明の異常診断装置及び異常診断方法によれば、物理量に基づく信号には、時間的にランダムなスパイクノイズが付与されるので、このスパイクノイズをこの物理量に基づく信号に合成させることができる。このため、微小な異常で発生する小さな信号であっても、簡易的に信号を増幅することができる。これにより、ノイズレベルも増幅されるが、スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行うことで、ノイズレベルの増幅を低減することができる。従って、このノイズレベルの増幅が低減された信号について、予め設定された基準値と比較することで、簡単な構成で、診断精度をできるだけ確保した異常判定を行うことができる。 According to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method of the present invention, spike noise that is temporally random is added to a signal based on a physical quantity, and thus the spike noise can be combined with a signal based on the physical quantity. For this reason, even a small signal generated by a minute abnormality can be easily amplified. Thereby, although the noise level is also amplified, amplification of the noise level can be reduced by performing synchronous addition averaging on the signal to which spike noise is added. Therefore, by comparing the signal with reduced noise level amplification with a reference value set in advance, it is possible to perform an abnormality determination with a simple configuration and ensuring diagnostic accuracy as much as possible.
また、本発明の異常診断装置及び異常診断方法によれば、上記と同様、同期加算平均を行うことでノイズレベルの増幅が低減された信号に対して、適切なフィルタ処理を施し、エンベロープ分析、周波数分析を行い、周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき部品の異常の有無及び異常部位を判定するので、簡単な構成で、診断精度をできるだけ確保しつつ、異常の有無や異常の部位を特定することができる。 Further, according to the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the present invention, as described above, an appropriate filter process is performed on the signal in which the amplification of the noise level is reduced by performing synchronous addition averaging, envelope analysis, Performs frequency analysis, compares the frequency component of the measured spectrum data after frequency analysis with the frequency component caused by the rotating component, and determines the presence or absence of an abnormality of the part and the abnormal part based on the result of the comparison. Thus, it is possible to specify the presence / absence of abnormality and the site of abnormality while ensuring the diagnostic accuracy as much as possible.
さらに、インパルス加振して発生させたスパイクノイズは広い範囲の周波数域を有するため、全体的に周波数レベルが大きくなるが、特に固有振度数近辺での共振域ではその傾向が大きくなるので、上記フィルタ処理により回転部品の固有振動数近辺での周波数帯域を抽出することで、より高精度な診断が可能となる。 Furthermore, since the spike noise generated by impulse excitation has a wide frequency range, the overall frequency level increases, but the tendency increases especially in the resonance range near the natural frequency. By extracting a frequency band in the vicinity of the natural frequency of the rotating part by filtering, a more accurate diagnosis is possible.
以下、本発明の各実施形態に係る異常診断装置及び異常診断方法について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1に示されるように、第1実施形態の異常診断装置は、機械設備10から発生する信号を検出する検出部20と、機械設備10に時間的にランダムなスパイクノイズを付与するインパルス加振部26と、検出部20の出力した電気信号から機械設備10の異常等の状態を判定するための信号処理部32及び機械設備10を駆動制御する制御部34とを備えた制御器30と、モニタや警報機等の出力装置40とを備える。
First, as shown in FIG. 1, the abnormality diagnosis apparatus according to the first embodiment includes a
機械設備10には、回転部品である転がり軸受12が設けられており、転がり軸受12は、回転軸(図示せず)に外嵌される回転輪である内輪14と、ハウジング(図示せず)に内嵌される固定輪である外輪16と、内輪14及び外輪16との間に配置された複数の転動体である玉18と、玉18を転動自在に保持する保持器(図示せず)とを備える。
The
検出部20は、運転中に転がり軸受12から発生する振動を検出するための加速度センサ22を備える。加速度センサ22は、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着、或いはモールド材による埋め込み等によってハウジングの外輪近傍に固定されている。なお、ボルト固定の場合には、回り止め機能を備えるようにしてもよい。また、センサ22をモールドする場合には、防水性が図られると共に、外部からの加振に対する防振性が向上するため、センサ22自体の信頼性を飛躍的に向上することができる。
The
加えて、振動を検出するセンサとして、加速度センサ22を示したが、ほかにも、AE(acoustic emission)センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ、マイクロホン等や、或いは、速度、加速度、歪み、応力、変位型等、転がり軸受12の振動に起因して発生する物理量を電気信号化できるものであればよい。また、ノイズが多いような機械装置に取り付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることが少ないので好ましい。さらに、圧電素子等の振動検出素子を使用する場合には、この素子をプラスチック等にモールドして構成してもよい。
In addition, although the
また、インパルス加振部26は、上記物理量にインパルス加振によってスパイクノイズを機械的に付与しており、検出部20によって検出される信号は、運転中に転がり軸受12から発生する振動を簡易的に増幅させたものとなる。なお、本実施形態のように直接機械設備10を加振することができればよいが、信号増幅を考慮すれば検出部20から信号処理部32への伝達過程において、瞬間的にゲインを上げる等、電気的にスパイクノイズを与えるようにしてもよい。
Further, the impulse excitation unit 26 mechanically applies spike noise to the physical quantity by impulse excitation, and the signal detected by the
信号処理部32及び制御部34を備える制御器30は、マイクロコンピュータ(ICチップ,専用マイクロチップ,CPU,MPU,DSP等)によって構成されており、データ伝送手段24を介してセンサ22からの電気信号を受け取る。
The
信号処理部32は、図2に示されるように、データ蓄積分配部50、回転分析部52、同期加算平均処理部54、フィルタ処理部56、振動分析部58、比較判定部60、及び内部メモリ62を備える。データ蓄積分配部50は、センサ22からの電気信号及び回転速度に関する電気信号を受け取り一時的に蓄積すると共に、信号の種類に応じて各分析部52,58の何れかに信号を振り分ける収集および分配機能を有している。各種信号は、データ蓄積分配部50に送られる以前に、図示しないA/Dコンバータによりデジタル信号にA/D変換され、データ蓄積分配部50に送られる。
As shown in FIG. 2, the
回転分析部52は、回転速度を検出するセンサ(図示せず)からの出力信号を基に、内輪14、即ち回転軸の回転速度を算出し、算出した回転速度を比較判定部60に送信する。なお、上記検出素子が、内輪14に取り付けられたエンコーダと外輪16に取り付けられた磁石及び磁気検出素子で構成されている場合には、検出素子が出力する信号は、エンコーダの形状と回転速度に応じたパルス信号となる。回転分析部52は、エンコーダの形状に応じた所定の変換関数又は変換テーブルを有しており、関数またはテーブルに従って、パルス信号から内輪14及び回転軸の回転速度を算出する。
The rotation analysis unit 52 calculates the rotation speed of the
同期加算平均処理部54は、複数の振動時間データの加算平均を算出する同期加算平均を行い、欠陥または異常を示す信号と共に増幅されたノイズレベルを低減させる。 The synchronous addition average processing unit 54 performs a synchronous addition average for calculating an addition average of a plurality of vibration time data, and reduces the amplified noise level together with a signal indicating a defect or abnormality.
フィルタ処理部56は、回転部品である転がり軸受12の固有振動数に基づいて、同期加算平均された信号からその固有振動数近辺での所定の周波数帯域のみを抽出し、不要な周波数帯域を除去する。この固有振動数は、回転部品を被測定物として、打撃法により加振し、被測定物に取り付けた振動検出器又は打撃により発生した音響を周波数分析することにより容易に求めることができる。なお、被測定物が軸受の場合には、内輪、外輪、転動体、保持器等のいずれかに起因する固有振動数が与えられる。一般的に、機械部品の固有振動数は複数存在し、また固有振動数での振幅レベルは高くなるため測定の感度がよい。
Based on the natural frequency of the rolling
インパルス加振して発生させたスパイクノイズは広い範囲の周波数域を有するため、全体的に周波数レベルが大きくなるが、特に固有振度数近辺での共振域ではその傾向が大きくなるので、フィルタ処理部56により回転部品の固有振動数近辺での周波数帯域を抽出することで、より高精度な診断が可能となる。 Since spike noise generated by impulse excitation has a wide frequency range, the overall frequency level increases, but the tendency increases especially in the resonance range near the natural frequency. By extracting the frequency band in the vicinity of the natural frequency of the rotating component by 56, more accurate diagnosis is possible.
振動分析部58は、センサ22からの出力信号を基に、絶対値処理やエンベロープ処理を行った後、軸受12に発生している振動の周波数分析を行う。具体的に、振動分析部58は、振動信号の周波数スペクトルを算出するFFT計算部を備え、FFTのアルゴリズムに基づいて、振動の周波数スペクトルを算出する。算出された周波数スペクトルは、比較判定部60に送信される。
The vibration analysis unit 58 performs frequency analysis of vibration generated in the
比較判定部60は、転がり軸受12に起因した周波数成分と振動分析部58による実測スペクトルデータの周波数成分とを比較照合する。本実施形態では、比較判定部60は、実測スペクトルデータから基準値(例えば、音圧レベル或いは電圧レベル)を算出する一方、図4に示す関係式を用いて転がり軸受の傷に起因する周波数(振動発生周波数)を計算し、診断用スペクトルデータから振動発生周波数での音圧レベル(又は電圧レベル)を抽出して、基準値と比較している。さらに、比較判定部60は、判定結果に基づき、異常の有無及び異常部位の特定を行う。
The comparison /
なお、振動発生周波数の演算は、これより前に行ってもよく、以前に同様の診断を行っている場合には、内部メモリ62に記憶し、そのデータを用いてもよい。また、算出に用いる各回転部品の設計諸元データは事前に入力記憶させておく。
The calculation of the vibration generation frequency may be performed before this, and when the same diagnosis has been performed before, the data may be stored in the
そして、比較判定部60での判定結果は、メモリやHDD等の内部メモリ62に保存されても良いし、データ伝送手段42を介して出力装置40へ伝送されてもよい。また、この判定結果を、機械設備10の駆動機構の動作を制御する制御部34へ出力し、この判定結果に応じた制御信号をフィードバックするようにしてもよい。
Then, the determination result in the comparison /
また、出力装置40は、判定結果をモニタ等にリアルタイムに表示してもよいし、異常が検出された場合にはライトやブザー等の警報機を使って異常の通知を行なってもよい。なお、データ伝送手段24,42は、的確に信号を送受信可能であれば良く、有線でも良いし、ネットワークを考慮した無線を利用しても良い。
Further, the
なお、同期加算平均処理部54とフィルタ処理部56は順序が逆であってもよく、同期加算平均処理は、時間データではなく、周波数データについて行われてもよい。
Note that the order of the synchronous addition average processing unit 54 and the
次に、図3を参照して、振動信号を基にした異常診断の処理フローの具体例について説明する。 Next, a specific example of the abnormality diagnosis processing flow based on the vibration signal will be described with reference to FIG.
まず、センサ22は各回転部品の振動をインパルス加振部26にてランダムなスパイクノイズが付与された状態で検出する(ステップS101)。検出された振動信号は、A/D変換器によりデジタル信号に変換され(ステップS102)、蓄積された複数の振動信号の時間データに対して同期加算平均処理後(ステップS103)、フィルタ処理部54により所定の周波数帯域のみを抽出するフィルタ処理が行われる(ステップS104)。
First, the
その後、振動分析部56では、フィルタ処理後のデジタル信号に対してエンベロープ処理を施し(ステップS105)、エンベロープ処理後のデジタル信号の周波数スペクトルを求める(ステップS106)。
Thereafter, the
次に、図4に示す関係式から、回転速度信号に基づき各回転部品の異常に起因して発生する振動発生周波数を求め(ステップS107)、求めた周波数に対して各回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(転がり軸受12の場合には、軸受傷成分Sx、即ち、内輪傷成分Si、外輪傷成分So、転動体傷成分Sb及び保持器成分Sc)を求める(ステップS108)。
Next, from the relational expression shown in FIG. 4, the vibration generation frequency generated due to the abnormality of each rotating component is obtained based on the rotation speed signal (step S107), and the abnormal frequency band of each rotating component is obtained with respect to the obtained frequency. Sound pressure levels (in the case of the rolling
一方、診断用スペクトル算出部で得られた診断用スペクトルデータから異常診断に用いられる基準値(例えば、音圧レベル或いは電圧レベル)を算出する(ステップS109)。ここで、この基準値は、任意の時間におけるスペクトル曲線のデジタル信号の実効値、クレストファクタ(ピーク値/実効値)、クルトシス、ピーク値、またこれらの値を基に算出したものであってもよい。 On the other hand, a reference value (for example, sound pressure level or voltage level) used for abnormality diagnosis is calculated from the diagnostic spectrum data obtained by the diagnostic spectrum calculation unit (step S109). Here, this reference value may be calculated based on the effective value, crest factor (peak value / effective value), kurtosis, peak value, or these values of the digital signal of the spectrum curve at an arbitrary time. Good.
次いで、ステップS108で算出された各回転部品の異常周波数帯域の音圧レベル(又は電圧レベル)とステップS109で計算された基準値との比較を設計諸元の異なる回転部品毎に分けて順番に行う(ステップS110)。全ての成分が一致しない時は回転部品に異常なしとして判断する(ステップS111)。一方、いずれかの成分が一致する場合には、異常有りと判断してその異常部位を特定する(ステップS112)と共に、その照合結果を制御部34や、モニタや警報機等の出力装置40に出力する(ステップS113)。
Next, the comparison between the sound pressure level (or voltage level) of the abnormal frequency band of each rotating component calculated in step S108 and the reference value calculated in step S109 is divided in order for each rotating component having a different design specification. Perform (step S110). When all the components do not match, it is determined that there is no abnormality in the rotating component (step S111). On the other hand, if any of the components match, it is determined that there is an abnormality and the abnormal part is specified (step S112), and the result of the comparison is sent to the
このように本実施形態の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法では、物理量に基づく信号には、時間的にランダムなスパイクノイズが付与されるので、このスパイクノイズをこの物理量に基づく信号に合成させることができる。このため、微小な異常で発生する小さな信号であっても、簡易的に信号を増幅することができる。これにより、ノイズレベルも増幅されるが、スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行うことで、ノイズレベルの増幅を低減することができる。 As described above, in the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a mechanical device according to the present embodiment, a spike noise that is temporally random is added to a signal based on a physical quantity, and thus the spike noise is combined with a signal based on the physical quantity. Can be made. For this reason, even a small signal generated by a minute abnormality can be easily amplified. Thereby, although the noise level is also amplified, amplification of the noise level can be reduced by performing synchronous addition averaging on the signal to which spike noise is added.
従って、このノイズレベルの増幅が低減された信号に対して、適切なフィルタ処理を施し、エンベロープ分析、周波数分析を行い、周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき部品の異常の有無及び異常部位を判定するので、簡単な構成で、診断精度をできるだけ確保しつつ、異常の有無や異常の部位を特定することができる。 Therefore, the signal with reduced noise level amplification is subjected to appropriate filter processing, envelope analysis and frequency analysis are performed, and the frequency component of the measured spectrum data after frequency analysis and the frequency component due to the rotating component Are compared, and the presence / absence and abnormal part of the part are determined based on the result of the collation. Therefore, the presence / absence of the abnormality and the abnormal part can be specified with a simple configuration while ensuring the diagnostic accuracy as much as possible.
さらに、インパルス加振して発生させたスパイクノイズは広い範囲の周波数域を有するため、全体的に周波数レベルが大きくなるが、特に固有振度数近辺での共振域ではその傾向が大きくなるので、上記フィルタ処理により回転部品の固有振動数近辺での周波数帯域を抽出することで、より高精度な診断が可能となる。 Furthermore, since the spike noise generated by impulse excitation has a wide frequency range, the overall frequency level increases, but the tendency increases especially in the resonance range near the natural frequency. By extracting a frequency band in the vicinity of the natural frequency of the rotating part by filtering, a more accurate diagnosis is possible.
また、本実施形態の機械装置の異常診断装置及び異常診断方法によれば、信号処理部をマイクロコンピュータで構成するようにしたので、信号処理部がユニット化され、異常診断装置の小型化やモジュール化を図ることができる。 Further, according to the abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for the mechanical device of the present embodiment, since the signal processing unit is configured by a microcomputer, the signal processing unit is unitized, and the abnormality diagnosis device can be reduced in size and modules. Can be achieved.
次に、図5を参照して、本発明の第2実施形態に係る異常診断装置及び異常診断方法について詳細に説明する。なお、第1実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。 Next, with reference to FIG. 5, the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, about the part equivalent to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.
本実施形態は、複数の転がり軸受12,12を備えた機械設備70の異常診断装置において、センサ22を含んだ検出部とマイクロコンピュータ50からなる信号処理部とを組み合わせた、単一の処理ユニット80を転がり軸受12の軸受装置内に組み込んでいる。これにより、異常診断装置は管理を集中して行えるため、効率的な監視が可能である。また、単一の処理ユニットを軸受装置内に組み込むことで、装置全体がコンパクトになるといったメリットがあり好ましい。なお、この単一の処理ユニットは、機械設備内に組み込んでコンパクト化を図っても良く、また、複数の転がり軸受に対して単一の処理ユニットを構成するようにしても良い。
その他の構成および作用については、第1実施形態のものと同様である。
This embodiment is a single processing unit that combines a detection unit including a
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本実施形態では、同期加算平均を行ってノイズレベルの増幅が低減された信号に対して、フィルタ処理、エンベロープ分析、周波数分析、比較照合を行って、回転部品の異常の有無及び異常部位を判定しているが、後述の図6に示す実施例のように、上記ノイズレベルの増幅が低減された信号(例えば、時間データ)に対して、予め設定された基準値と比較することで、回転部品の異常判定を行うようにしてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
In the present embodiment, filtering processing, envelope analysis, frequency analysis, and comparison and collation are performed on a signal whose noise level amplification has been reduced by performing synchronous addition averaging to determine the presence / absence and abnormal part of rotating parts. However, as in the embodiment shown in FIG. 6 to be described later, the rotation of the signal with reduced noise level amplification (for example, time data) is compared with a preset reference value. An abnormality determination for a part may be performed.
本発明の機械設備は、異常診断対象である回転部品を備えたものであればよく、鉄道車両用軸受装置、風車用軸受装置、工作機械主軸用軸受装置等を含む。特に、本発明の異常診断装置を鉄道車両用軸受装置に適用することで、速度が変化したり、カーブ走行等で正常時でも振動加速度が変化する条件で使用される場合にも正確な異常診断を行うことができる。また、本発明の異常診断装置を風車用軸受装置に適用することで、風向きや風の強さ、さらには外部温度が変化する条件下で長期に亘り使用される場合でも信頼性を確保した異常診断を提供でき、加えて、本発明の異常診断装置を工作機械主軸用軸受装置に適用することで、高速、高精度での回転条件下での正確な異常診断を提供できる。 The mechanical equipment of the present invention may be anything provided with a rotating part that is an abnormality diagnosis target, and includes a railway vehicle bearing device, a windmill bearing device, a machine tool main shaft bearing device, and the like. In particular, by applying the abnormality diagnosis device of the present invention to a railway vehicle bearing device, accurate abnormality diagnosis can be performed even when the speed changes or the vibration acceleration changes even when operating normally, such as on a curve. It can be performed. In addition, by applying the abnormality diagnosis device of the present invention to a wind turbine bearing device, an abnormality that ensures reliability even when used for a long period of time under conditions in which the wind direction, the strength of the wind, and the external temperature change. Diagnosis can be provided, and in addition, by applying the abnormality diagnosis device of the present invention to a machine tool spindle bearing device, accurate abnormality diagnosis can be provided under high-speed and high-precision rotation conditions.
また、回転部品としては、転がり軸受、歯車、車輪、ボールねじ等であってもよく、損傷によって周期的な振動を発生する部品であれば良い。 The rotating component may be a rolling bearing, a gear, a wheel, a ball screw, or the like, as long as it is a component that generates periodic vibrations due to damage.
以下、本発明の異常診断装置及び異常診断方法を用いた具体例について示す。 Hereinafter, specific examples using the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method of the present invention will be described.
図6は、外輪軌道面に欠陥をつけた複列円すいころ軸受(内径120mm,外径220mm、幅155mm)の内輪が180min-1で回転中の振動データに時間的にランダムなスパイクノイズを付加した時間波形であり、図7は、スパイクノイズを付加していない時間波形である。ともに、同期加算平均しているため、ランダムなスパイクノイズによるノイズの影響よりも振動ピークの増幅効果の方が大きいことがわかり、予め設定した基準値(フルスケールの±60%)を上回るピークを確認できる。この時間間隔(周期)は、外輪傷成分と一致していることも確認できる。 Fig. 6 shows random spike noise added to the vibration data when the inner ring of a double-row tapered roller bearing (inner diameter 120mm, outer diameter 220mm, width 155mm) with a defect on the outer ring raceway surface is rotating at 180min- 1. FIG. 7 shows a time waveform with no spike noise added. In both cases, since the synchronous addition is averaged, it can be seen that the vibration peak amplification effect is greater than the noise effect due to random spike noise, and the peak exceeds the preset reference value (± 60% of full scale). I can confirm. It can also be confirmed that this time interval (cycle) matches the outer ring wound component.
図8及び図9は、これらの振動時間データをエンベロープ処理後に周波数分析したスペクトル波形を表示したものであり、図8は本発明を適用した図6の時間データを利用したもの、図9は本手法を適用しない図7の時間データを利用したものである。ここで、実線は実測した振動データに基づくエンベロープ周波数スペクトル、点線は基準値(実効値の2倍)、一点鎖線は回転速度180min-1に基づく外輪損傷に起因した周波数成分を示している。 8 and 9 show spectrum waveforms obtained by frequency analysis of these vibration time data after envelope processing. FIG. 8 uses the time data of FIG. 6 to which the present invention is applied, and FIG. The time data of FIG. 7 to which the method is not applied is used. Here, the solid line indicates the envelope frequency spectrum based on the actually measured vibration data, the dotted line indicates the reference value (twice the effective value), and the alternate long and short dash line indicates the frequency component resulting from the outer ring damage based on the rotational speed of 180 min −1 .
これらにより、本手法を適用した場合では、基準値を越えるピークが外輪損傷に起因した周波数成分と高調波成分まで一致していることがはっきりとわかり、軸受の外輪が損傷していると精度よく診断することができる。 As a result, when this method is applied, it can be clearly seen that the peak exceeding the reference value matches the frequency component and the harmonic component caused by damage to the outer ring. Can be diagnosed.
10 機械設備
12 転がり軸受(回転部品)
20 検出部
22 センサ
26 インパルス加振部
30 制御器
32 信号処理部
34 制御部
40 出力装置
50 データ蓄積分配部
52 回転分析部
54 同期加算平均処理部
56 フィルタ処理部
58 振動分析部
60 比較判定部
62 内部メモリ
10
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
前記信号処理部は、前記スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行い、予め設定された基準値と比較することにより異常判定することを特徴とする異常診断装置。 An abnormality diagnosing apparatus comprising: a detection unit that detects a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of a mechanical facility; and a signal processing unit that processes a signal based on the physical quantity and determines whether or not the rotating part is abnormal. Because
Random spike noise is given to the signal based on the physical quantity,
The abnormality diagnosing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit performs a synchronous addition average on the signal to which the spike noise is added and compares the signal with a reference value set in advance.
前記物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
前記信号処理部は、前記スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均、フィルタ処理、エンベロープ分析、周波数分析を行い、前記周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき前記部品の異常の有無及び異常部位を判定することを特徴とする異常診断装置。 An abnormality diagnosing apparatus comprising: a detection unit that detects a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of a mechanical facility; and a signal processing unit that processes a signal based on the physical quantity and determines whether or not the rotating part is abnormal. Because
Random spike noise is given to the signal based on the physical quantity,
The signal processing unit performs synchronous addition averaging, filter processing, envelope analysis, and frequency analysis on the signal to which the spike noise is added, and is caused by the frequency component of the measured spectrum data after the frequency analysis and the rotating component. An abnormality diagnosis apparatus characterized by comparing and collating with frequency components, and determining the presence / absence and abnormality of the component based on the comparison result.
前記物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
前記スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均を行い、予め設定された基準値と比較することにより異常判定することを特徴とする異常診断方法。 An abnormality diagnosis method for detecting a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of a mechanical facility and determining a presence or absence of an abnormality of the rotating part by processing a signal based on the physical quantity,
Random spike noise is given to the signal based on the physical quantity,
An abnormality diagnosing method, wherein abnormality is determined by performing synchronous addition averaging on a signal to which the spike noise is added and comparing with a preset reference value.
前記物理量に基づく信号には、ランダムなスパイクノイズが付与されており、
前記スパイクノイズが付与された信号に対して同期加算平均、フィルタ処理、エンベロープ分析、周波数分析を行い、前記周波数分析後の実測スペクトルデータの周波数成分と前記回転部品に起因した周波数成分とを比較照合し、その照合結果に基づき前記部品の異常の有無及び異常部位を判定することを特徴とする異常診断方法。 An abnormality diagnosis method for detecting a physical quantity generated due to vibration of a rotating part of a mechanical facility and determining a presence or absence of an abnormality of the rotating part by processing a signal based on the physical quantity,
Random spike noise is given to the signal based on the physical quantity,
Synchronous averaging, filtering, envelope analysis, and frequency analysis are performed on the spiked noise signal, and the frequency components of the measured spectrum data after the frequency analysis are compared with the frequency components caused by the rotating parts. An abnormality diagnosis method characterized by determining the presence / absence of an abnormality of the component and an abnormal part based on the collation result.
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