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JP2011237459A - Abnormality diagnosis device, rotary device and abnormality diagnosis method - Google Patents

Abnormality diagnosis device, rotary device and abnormality diagnosis method Download PDF

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JP2011237459A JP2011189535A JP2011189535A JP2011237459A JP 2011237459 A JP2011237459 A JP 2011237459A JP 2011189535 A JP2011189535 A JP 2011189535A JP 2011189535 A JP2011189535 A JP 2011189535A JP 2011237459 A JP2011237459 A JP 2011237459A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately diagnose an abnormality of a rotary device by an accurately detected rotational speed by eliminating an influence of noise superimposed on an output signal of a rotational speed sensor.SOLUTION: An abnormality diagnosis device diagnoses an abnormality of a rotary device based on a detected vibration and rotational speed. The abnormality diagnosis device includes a rotation analysis unit 26 for calculating a rotational speed in such a way that a rotational signal from a rotational speed sensor 15 is A/D converted, and a frequency analysis by Fourier transformation is performed on the converted digital signal.

Description

本発明は、鉄道車両や自動車、或いは機械設備等に用いられる回転装置において、異常の有無を診断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 diagnosing device and an abnormality diagnosing method for diagnosing the presence or absence of abnormality in a rotating device used in a railway vehicle, an automobile, a machine facility, or the like.

従来、鉄道車両や自動車等の回転部分に使用される転がり軸受等の回転装置では、例えば、図１１に示す構成の異常診断装置を用いて異常の有無を診断している（例えば、特許文献１参照）。この回転装置は、車軸等の回転軸３１とハウジング３２との間に配置される円錐ころ軸受３３を備えている。   Conventionally, in a rotating device such as a rolling bearing used in a rotating part of a railway vehicle or an automobile, for example, the presence or absence of an abnormality is diagnosed using an abnormality diagnosis device having a configuration shown in FIG. 11 (for example, Patent Document 1). reference). This rotating device includes a tapered roller bearing 33 disposed between a rotating shaft 31 such as an axle and a housing 32.

ハウジング３２の外表面には、内部に連通する取付孔を介して、センサモジュール３４が固定されている。このセンサモジュール３４は、回転軸３１の回転速度を検出する回転速度センサと、円錐ころ軸受３３の振動及び温度を検出する振動センサと温度センサとから構成されている。   A sensor module 34 is fixed to the outer surface of the housing 32 through a mounting hole communicating with the inside. The sensor module 34 includes a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the rotating shaft 31, a vibration sensor that detects vibration and temperature of the tapered roller bearing 33, and a temperature sensor.

センサモジュール３４は、回転軸３１に取り付けられた歯車３５と対向しており、回転速度センサは、回転軸３１の回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力して、パルス信号の周期を測定することにより回転軸３１の回転速度を検出する。そして、各センサは、検出された速度、温度、振動ごとに複数の円錐ころ軸受３３の運転状態を監視している。   The sensor module 34 faces the gear 35 attached to the rotating shaft 31, and the rotating speed sensor outputs a pulse signal having a frequency proportional to the rotating speed of the rotating shaft 31, and measures the period of the pulse signal. Thus, the rotational speed of the rotating shaft 31 is detected. Each sensor monitors the operating state of the plurality of tapered roller bearings 33 for each detected speed, temperature, and vibration.

一方、振動センサから得られた振動信号と、回転速度センサから得られた回転速度に基づいて、軸受の傷や剥離等の異常の有無を診断することが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の異常診断装置では、軸受の傷や剥離等の振動の特定の周波数成分を分析して異常を判定するため、特許文献１に記載のものに比べて早期に異常検出を行うことが可能である。   On the other hand, it is known to diagnose the presence / absence of an abnormality such as a scratch or peeling of the bearing based on the vibration signal obtained from the vibration sensor and the rotation speed obtained from the rotation speed sensor (for example, Patent Document 2). reference). In the abnormality diagnosis device described in Patent Document 2, an abnormality is detected earlier than that described in Patent Document 1 because an abnormality is determined by analyzing a specific frequency component of vibration such as a scratch or peeling of the bearing. It is possible.

特表２００１−５００５９７号公報Special table 2001-500707 gazette 特開２００２−２９５４６４号公報JP 2002-295464 A

しかしながら、回転装置が劣悪な環境で使用されるような場合には、回転速度センサの出力信号にノイズが重畳してしまう。このため回転速度を正確に検出することができないことがあり、異常診断の精度が低いという問題点があった。   However, when the rotating device is used in a poor environment, noise is superimposed on the output signal of the rotation speed sensor. For this reason, the rotational speed cannot be detected accurately, and there is a problem that the accuracy of abnormality diagnosis is low.

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転速度センサの出力信号にノイズが重畳した場合であっても、ノイズの影響を排除して正確に回転速度を検出することを可能とし、回転装置の異常を高い精度で診断することの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 circumstances, and its purpose is to accurately detect the rotational speed by eliminating the influence of noise even when the noise is superimposed on the output signal of the rotational speed sensor. It is possible to provide an abnormality diagnosing device and an abnormality diagnosing method capable of diagnosing a rotating device abnormality with high accuracy.

前述した目的を達成するために、本発明に係る異常診断装置及び異常診断方法は、下記の構成を有する。   In order to achieve the above-described object, an abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method according to the present invention have the following configuration.

（１） 検出した振動及び回転速度に基づいて、回転装置の異常を診断する異常診断装置であって、
回転速度センサからの回転信号をＡ／Ｄ変換し、前記変換したディジタル信号についてフーリエ変換による周波数分析を行うことで前記回転速度を算出する回転分析部
を有することを特徴とする異常診断装置。 (1) An abnormality diagnosing device for diagnosing an abnormality of the rotating device based on the detected vibration and rotational speed,
An abnormality diagnosis apparatus comprising: a rotation analysis unit that performs A / D conversion on a rotation signal from a rotation speed sensor and calculates the rotation speed by performing frequency analysis on the converted digital signal by Fourier transform.

（２） 前記回転装置は、鉄道車両用、又は自動車用の回転装置である（１）に記載の異常診断装置。 (2) The abnormality diagnosis device according to (1), wherein the rotation device is a rotation device for a railway vehicle or an automobile.

（３） 検出した振動及び回転速度に基づいて、回転装置の異常を診断する異常診断方法であって、
回転速度センサからの回転信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
前記変換したディジタル信号についてフーリエ変換による周波数分析を行うことで前記回転速度を算出する工程と、
を有することを特徴とする異常診断方法。 (3) An abnormality diagnosis method for diagnosing an abnormality of the rotating device based on the detected vibration and rotation speed,
A / D conversion of the rotation signal from the rotation speed sensor;
Calculating the rotational speed by performing frequency analysis by Fourier transform on the converted digital signal;
An abnormality diagnosis method characterized by comprising:

（４） 前記回転装置は、鉄道車両用、又は自動車用の回転装置である（３）記載の異常診断方法。 (4) The abnormality diagnosis method according to (3), wherein the rotating device is a rotating device for a railway vehicle or an automobile.

（５） （１）又は（２）に記載の異常診断装置を備えることを特徴とする回転装置。 (5) A rotating device comprising the abnormality diagnosis device according to (1) or (2).

本発明によれば、回転速度センサの出力信号にノイズが重畳した場合であっても、ノイズの影響を排除して正確に回転速度を検出することを可能とし、回転装置の異常を高い精度で診断することのできる異常診断装置及び異常診断方法を提供できる。   According to the present invention, even when noise is superimposed on the output signal of the rotational speed sensor, it is possible to accurately detect the rotational speed by eliminating the influence of the noise, and to accurately detect the abnormality of the rotating device. An abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method that can be diagnosed can be provided.

本発明の第１及び第２実施形態に係る異常診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the abnormality diagnosis apparatus which concerns on 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の回転分析部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the rotation analysis part of the abnormality diagnosis apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. （ａ）は、第１実施形態の異常診断装置における回転速度センサの回転信号の波形を示す図であり、（ｂ）は、回転速度センサの回転信号を整形した後の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the rotation signal of the rotation speed sensor in the abnormality diagnosis apparatus of 1st Embodiment, (b) is a figure which shows the waveform after shaping the rotation signal of a rotation speed sensor. . （ａ）は、第１実施形態の異常診断装置における回転速度センサにノイズが重畳した回転信号の波形を示す図であり、（ｂ）は、回転速度センサのノイズが重畳した回転信号を整形した後の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the rotation signal which noise superimposed on the rotation speed sensor in the abnormality diagnosis apparatus of 1st Embodiment, (b) shaped the rotation signal which superimposed the noise of the rotation speed sensor. It is a figure which shows a later waveform. 本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の回転分析部の処理手順を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the process sequence of the rotation analysis part of the abnormality diagnosis apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図５の回転分析部の処理手順をより一般化して説明したタイムチャートである。6 is a time chart illustrating the processing procedure of the rotation analysis unit in FIG. 5 in a more general manner. 本発明の第２実施形態に係る異常診断装置の回転分析部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the rotation analysis part of the abnormality diagnosis apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る異常診断装置の回転分析部の処理手順を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the process sequence of the rotation analysis part of the abnormality diagnosis apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態の異常診断装置における回転速度センサの回転パルス信号の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of the rotation pulse signal of the rotation speed sensor in the abnormality diagnosis apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の異常診断装置における回転速度センサの正弦波からなる回転信号を示す図である。It is a figure which shows the rotation signal which consists of a sine wave of the rotation speed sensor in the abnormality diagnosis apparatus of 2nd Embodiment. 従来の異常診断装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional abnormality diagnostic apparatus.

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 apparatus and an abnormality diagnosis method according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の全体的な構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る異常診断装置の概略構成を示すブロック図である。 (First embodiment)
First, the overall configuration of the abnormality diagnosis apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the abnormality diagnosis apparatus according to the first embodiment.

図１に示すように、本実施形態の異常診断装置は、振動センサ１１、フィルタ部１２、振動分析部１３、異常判定部１４、回転速度センサ１５及び回転分析部１６を備える構成である。   As shown in FIG. 1, the abnormality diagnosis device according to the present embodiment includes a vibration sensor 11, a filter unit 12, a vibration analysis unit 13, an abnormality determination unit 14, a rotation speed sensor 15, and a rotation analysis unit 16.

振動センサ１１は、圧電素子や加速度センサ等の振動測定用素子からなり、軸受の傷や剥離、歯車の欠損、車輪のフラット磨耗等、回転装置の損傷により発生した振動を検出して振動信号を出力する。なお、振動センサ１１は、加速度、速度或いは変位型等、振動を電気信号化できるものであればよく、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ないので好ましい。また、振動センサ１１は、後述する回転速度センサ１５や温度センサ等と共に単一の筐体に収納される構成であってもよい。   The vibration sensor 11 is composed of a vibration measuring element such as a piezoelectric element or an acceleration sensor. The vibration sensor 11 detects vibration generated by damage to the rotating device such as a scratch or peeling of a bearing, a gear loss, or flat wear of a wheel, and outputs a vibration signal. Output. The vibration sensor 11 may be an acceleration, speed, displacement type, or the like that can convert vibration into an electrical signal. When the vibration sensor 11 is attached to a mechanical device having a lot of noise, the use of an insulation type is more affected by noise. It is preferable because it does not receive. Further, the vibration sensor 11 may be configured to be housed in a single casing together with a rotation speed sensor 15 and a temperature sensor which will be described later.

フィルタ部１２は、振動センサ１１から出力される振動信号に含まれるノイズ等の不要な高周波成分を除去する。   The filter unit 12 removes unnecessary high-frequency components such as noise included in the vibration signal output from the vibration sensor 11.

振動分析部１３は、フィルタ部１２から出力される振動信号を基に、回転装置に発生する振動の周波数分析を行う。具体的には、フィルタ部１２から出力される振動信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：高速フーリエ変換）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。なお、Ａ／Ｄ変換は、フィルタ部１２による処理を行う前に行われてもよい。   The vibration analysis unit 13 performs frequency analysis of vibration generated in the rotating device based on the vibration signal output from the filter unit 12. Specifically, the vibration signal output from the filter unit 12 is converted into a digital signal by an A / D converter, and a frequency spectrum of vibration is calculated based on an FFT (Fast Fourier Transform) algorithm. The A / D conversion may be performed before the processing by the filter unit 12 is performed.

異常判定部１４は、振動分析部１３による振動の周波数スペクトルと、後述する回転分析部１６によって算出された回転速度情報に基づいて算出される基準値とを比較して、回転装置の異常の有無を判定する。具体的には、周波数スペクトルから所定の基準値より大きいスペクトル強度のピークを抽出し、ピーク間の周波数と、算出した回転速度における部材の損傷に起因する周波数成分とを比較照合することにより、異常の有無及び異常部位を判定する。   The abnormality determination unit 14 compares the frequency spectrum of vibration by the vibration analysis unit 13 with a reference value calculated based on rotation speed information calculated by the rotation analysis unit 16 to be described later, and determines whether there is an abnormality in the rotating device. Determine. Specifically, a peak having a spectral intensity greater than a predetermined reference value is extracted from the frequency spectrum, and the frequency between the peaks and the frequency component resulting from damage to the member at the calculated rotational speed are compared and collated. Presence and absence and abnormal site are determined.

回転速度センサ１５は、例えば、図１１に示したように、回転装置の回転軸に取り付けられた被検出体である歯車や多極磁石等のエンコーダに近接して配置され、回転軸の回転に伴って発生する電圧信号、例えば図３（ａ）に示すような、正弦波からなる回転信号を出力する。   For example, as shown in FIG. 11, the rotation speed sensor 15 is arranged in the vicinity of an encoder such as a gear or a multipolar magnet that is a detection target attached to the rotation shaft of the rotation device, and rotates the rotation shaft. A voltage signal generated therewith, for example, a rotation signal composed of a sine wave as shown in FIG.

回転分析部１６は、回転速度センサ１５から出力される回転信号から回転装置の回転速度を算出する。図２に示すように、回転分析部１６は、波形整形部１６１、パルス周期測定部１６２、パルス周期判定部１６３及び回転速度算出部１６４を備える構成である。   The rotation analysis unit 16 calculates the rotation speed of the rotation device from the rotation signal output from the rotation speed sensor 15. As shown in FIG. 2, the rotation analysis unit 16 includes a waveform shaping unit 161, a pulse period measurement unit 162, a pulse period determination unit 163, and a rotation speed calculation unit 164.

波形整形部１６１は、コンパレータ等を用いて回転速度センサ１５から出力される正弦波からなる回転信号をパルス信号に整形する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した回転速度センサ１５の出力を波形整形部１６１で整形した後のパルス信号の波形を示すものである。   The waveform shaping unit 161 shapes a rotation signal composed of a sine wave output from the rotation speed sensor 15 into a pulse signal using a comparator or the like. FIG. 3B shows the waveform of the pulse signal after the output of the rotational speed sensor 15 shown in FIG.

パルス周期測定部１６２は、波形整形部１６１によって整形された回転信号のパルス列について、任意のＮ個の周期データであるパルス周期を測定する。なお、Ｎは、３以上の任意の整数である。図３（ｂ）は、一つおきに３個のパルス周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を測定した例を示している。パルス周期の測定は、マイクロコンピュータに内蔵されたタイマ・カウンタ等によって容易に測定することができる。   The pulse period measurement unit 162 measures a pulse period that is arbitrary N pieces of period data for the pulse train of the rotation signal shaped by the waveform shaping unit 161. N is an arbitrary integer of 3 or more. FIG. 3B shows an example in which every other three pulse periods T1, T2, and T3 are measured. The pulse period can be easily measured by a timer / counter incorporated in the microcomputer.

ところで、回転速度センサ１５の出力信号には、回転装置の使用環境が劣悪な場合等において、ノイズが重畳することがある。図４（ａ）は、回転速度センサ１５から出力された正弦波からなる回転信号の一部にノイズが重畳した例を示すものである。このように、ノイズが重畳した回転信号を波形整形部１６１によって波形整形すると、ノイズも併せてパルスに整形されてしまい、このため誤ったパルス周期が測定される。図４（ｂ）は、測定した３個のパルス周期Ｔ１〜Ｔ３の中に、ノイズの影響を受けて極端に短いパルス周期Ｔ２を含んだ場合の例を示すものである。   By the way, noise may be superimposed on the output signal of the rotation speed sensor 15 when the use environment of the rotating device is poor. FIG. 4A shows an example in which noise is superimposed on a part of a rotation signal composed of a sine wave output from the rotation speed sensor 15. As described above, when the waveform shaping unit 161 shapes the rotation signal on which the noise is superimposed, the noise is also shaped into a pulse together, and thus an incorrect pulse period is measured. FIG. 4B shows an example in which the extremely short pulse period T2 is included in the measured three pulse periods T1 to T3 due to the influence of noise.

パルス周期判定部１６３は、パルス周期測定部１６２によって測定したＮ個のパルス周期のうち、任意のＭ個のパルス周期（周期データ）が所定の範囲にある場合に、これを正しいパルス周期と判定し、Ｍ個のパルス周期に基づいて所定の演算を行って正しいパルス周期Ｔを算出する。   The pulse period determination unit 163 determines that an arbitrary M number of pulse periods (period data) out of N pulse periods measured by the pulse period measurement unit 162 is within a predetermined range as a correct pulse period. Then, a predetermined calculation is performed based on the M pulse periods to calculate a correct pulse period T.

回転速度算出部１６４は、パルス周期判定部１６３によって算出したパルス周期Ｔから、マイクロコンピュータの演算により回転速度を算出する。このようにして算出された回転速度情報は、図１における異常判定部１４に送られ、前述したように回転装置の異常判定に供される。   The rotation speed calculation unit 164 calculates the rotation speed from the pulse period T calculated by the pulse period determination unit 163 by calculation of a microcomputer. The rotational speed information calculated in this way is sent to the abnormality determination unit 14 in FIG. 1 and used for abnormality determination of the rotating device as described above.

次に、このように構成される回転分析部１６の動作について図３及び図４に示す回転信号を基に説明する。図５は、回転分析部１６の処理手順を説明するためのタイムチャートである。   Next, the operation of the rotation analysis unit 16 configured as described above will be described based on the rotation signals shown in FIGS. FIG. 5 is a time chart for explaining the processing procedure of the rotation analysis unit 16.

まず、回転装置における回転軸の回転に伴って回転速度センサ１５から出力された、例えば、図３（ａ）に示すような正弦波からなる回転信号を入力し（ステップＳ１０１）、波形整形部１６１で増幅、整形して、図３（ｂ）に示すようなパルス列を得る（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１及びＳ１０２は、電子回路によるハードウェア処理により行われる。   First, a rotation signal composed of, for example, a sine wave as shown in FIG. 3A output from the rotation speed sensor 15 along with the rotation of the rotation shaft in the rotation device is input (step S101), and the waveform shaping unit 161 is input. Is amplified and shaped to obtain a pulse train as shown in FIG. 3B (step S102). Note that steps S101 and S102 are performed by hardware processing by an electronic circuit.

次いで、パルス周期測定部１６２により、パルス列から任意のパルス周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を測定し（ステップＳ１０３）、小さい順にソートする（ステップＳ１０４）。ここで、測定したパルス周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３をパルス周期の小さい順にＴｉ，Ｔｊ，Ｔｋとする。   Next, the pulse period measurement unit 162 measures arbitrary pulse periods T1, T2, and T3 from the pulse train (step S103) and sorts them in ascending order (step S104). Here, the measured pulse periods T1, T2, and T3 are Ti, Tj, and Tk in ascending order of the pulse period.

パルス周期判定部１６３により、Ｔｉに対するＴｊとＴｉの差が所定の基準値、例えば５％以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。なお、この基準値は、回転装置が適用される鉄道車両や自動車等における回転部分の違いや、回転速度センサ１５の稼働環境及び稼働条件によって適宜設定するものであり、通常は１〜１０％の範囲で設定する。   The pulse period determining unit 163 determines whether or not the difference between Tj and Ti with respect to Ti is a predetermined reference value, for example, 5% or less (step S105). In addition, this reference value is appropriately set according to a difference in rotating parts in a railway vehicle, an automobile, or the like to which the rotating device is applied, an operating environment and operating conditions of the rotation speed sensor 15, and is usually 1 to 10%. Set the range.

ステップＳ１０５の処理手順で、Ｔｉに対するＴｊとＴｉの差が所定の基準値以下であると判定された場合は、周期ＴｉとＴｊの平均値をとることによって正しい周期Ｔを算出する（ステップＳ１０６）。   When it is determined in the processing procedure of step S105 that the difference between Tj and Ti with respect to Ti is equal to or smaller than a predetermined reference value, the correct period T is calculated by taking the average value of the periods Ti and Tj (step S106). .

ステップＳ１０７では、正しい周期Ｔからマイクロコンピュータの演算により回転速度を算出して処理を終了する。このようにして算出した回転速度情報は、図１の異常判定部１４に送られて異常判定のための判定条件として使用される。   In step S107, the rotation speed is calculated from the correct cycle T by a microcomputer, and the process is terminated. The rotational speed information calculated in this way is sent to the abnormality determination unit 14 of FIG. 1 and used as a determination condition for abnormality determination.

一方、ステップＳ１０５の処理手順で、Ｔｉに対するＴｊとＴｉの差が所定の基準値を超えると判定された場合は、ステップＳ１０８の手順に進み、パルス周期判定部１６３により、Ｔｊに対するＴｋとＴｊの差が所定の基準値以下であるか否かを判定する。   On the other hand, if it is determined in the processing procedure of step S105 that the difference between Tj and Ti with respect to Ti exceeds a predetermined reference value, the process proceeds to the procedure of step S108, and the pulse period determination unit 163 determines the difference between Tk and Tj for Tj. It is determined whether or not the difference is equal to or less than a predetermined reference value.

ステップＳ１０８の処理手順で、Ｔｊに対するＴｋとＴｊの差が所定の基準値以下であると判定された場合は、周期ＴｊとＴｋの平均値をとることによって正しい周期Ｔを算出し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０７にて回転速度を算出する。   If it is determined in the processing procedure of step S108 that the difference between Tk and Tj with respect to Tj is equal to or smaller than a predetermined reference value, the correct period T is calculated by taking the average value of the periods Tj and Tk (step S109). In step S107, the rotation speed is calculated.

一方、ステップＳ１０８の処理手順で、Ｔｊに対するＴｋとＴｊの差が所定の基準値を超えると判定された場合は、所定のばらつき範囲にあるパルス周期が測定されなかったことを意味するので、ステップＳ１０３の手順に戻って、波形整形部１６１から出力されるパルス列に対して新たなＮ個のパルス周期を測定する。   On the other hand, if it is determined in the processing procedure of step S108 that the difference between Tk and Tj with respect to Tj exceeds a predetermined reference value, it means that the pulse period within the predetermined variation range has not been measured. Returning to the procedure of S103, N new pulse periods are measured for the pulse train output from the waveform shaping unit 161.

このため、図３に示すような３個のパルス周期を測定する場合には、Ｔ１とＴ２の２つのパルス周期の平均値から正常な周期Ｔが求められ、正しい回転速度を得ることができ、図４に示すような３個のパルス周期を測定する場合には、Ｔ１とＴ３の２つのパルス周期の平均値から正常な周期Ｔが求められ、正しい回転速度を得ることができる。また、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の内の２つのパルス周期にノイズが重畳した場合には、再度３個のパルス周期を測定するので、正しい回転速度を得ることができる。   For this reason, when measuring three pulse periods as shown in FIG. 3, the normal period T is obtained from the average value of the two pulse periods T1 and T2, and the correct rotational speed can be obtained. In the case of measuring three pulse periods as shown in FIG. 4, a normal period T is obtained from the average value of the two pulse periods T1 and T3, and a correct rotational speed can be obtained. Further, when noise is superimposed on two pulse periods of T1, T2, and T3, three pulse periods are measured again, so that a correct rotation speed can be obtained.

以上説明したように、本発明に係る第１実施形態の異常診断装置によれば、振動及び回転速度に基づいて回転装置の異常を診断する際に、回転速度センサ１５により検出した回転信号の波形を整形したパルス列からＮ個（３個）のパルス周期を測定し、２つのパルス周期の差が所定の基準値以下であるパルス周期がＭ個（２個）ある場合に、それらの算術平均値から正しいパルス周期を求めて回転速度を算出する。   As described above, according to the abnormality diagnosis apparatus of the first embodiment of the present invention, the waveform of the rotation signal detected by the rotation speed sensor 15 when diagnosing the abnormality of the rotation apparatus based on the vibration and the rotation speed. When N (3) pulse periods are measured from a pulse train that is shaped, and there are M (2) pulse periods whose difference between the two pulse periods is equal to or less than a predetermined reference value, the arithmetic average value thereof From this, the correct pulse period is obtained and the rotation speed is calculated.

これにより、回転速度センサ１５から出力される回転信号にノイズが重畳した場合であっても、その影響を効果的に排除して正確に回転速度を検出することが可能となり、回転装置の異常を高い精度で診断することができる。このような異常診断装置は、回転速度が急激に変化する軸受装置等の場合には適用が困難であるが、鉄道車両の車軸や自動車の車軸の回転速度等のように急激に変化することがない車軸用の軸受装置には非常に有効である。   As a result, even when noise is superimposed on the rotation signal output from the rotation speed sensor 15, it is possible to accurately eliminate the influence and accurately detect the rotation speed, and to prevent abnormalities in the rotation device. Diagnosis can be made with high accuracy. Such an abnormality diagnosing device is difficult to apply in the case of a bearing device or the like in which the rotational speed changes abruptly, but it may change abruptly such as the rotational speed of the axle of a railway vehicle or the axle of an automobile. It is very effective for bearing devices for axles that do not.

なお、Ｎ個のパルス周期は、図３，４のように１周期おきに測定されてもよく、回転速度センサの測定対象や使用目的等により、連続した周期を使用することも可能であるし、離散した周期を使用することも可能である。   The N pulse periods may be measured every other period as shown in FIGS. 3 and 4, and a continuous period may be used depending on the measurement object or purpose of use of the rotational speed sensor. It is also possible to use discrete periods.

また、上記実施形態では、ステップＳ１０６，Ｓ１０９において２つのパルス周期の平均値を正しい周期として回転速度を算出しているが、２つのパルス周期のいずれかを正しい周期として算出してもよい。   In the above embodiment, the rotation speed is calculated with the average value of the two pulse periods as the correct period in steps S106 and S109, but either of the two pulse periods may be calculated as the correct period.

なお、本実施形態では、説明を分かりやすくするため、３個のパルス周期で説明したが、それ以上であってもよく、Ｎ個の周期を測定する場合にも、Ｍ個の平均値から回転速度を算出してもよい。即ち、図６に示すように、ステップＳ１０３にて、Ｎ個のパルス周期Ｔｌ（ｌ＝１，・・・，Ｎ）を測定した後、Ｍ個のパルス周期Ｔｌが所定の範囲にあるかどうかを判断し（ステップＳ１１０）、Ｍ個のパルス周期が所定の範囲にある場合に、正しい周期Ｔを計算し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０７にて、この周期Ｔから回転速度を算出するものであればよい。従って、ステップＳ１１１における計算手法として、２つのパルス周期の差が所定の基準値以下であるＭ個のパルス周期について平均値を求め、正しいパルス周期としたが、これに限るものではなく、例えばＭ個のパルス周期分布の中央値や、出現頻度の最も多いものを用いてもよく、さらには他の演算方法により算出してもよい。また、ステップＳ１１０における判断手法も、上記実施形態のものに限定されるものでない。   In the present embodiment, the description has been made with three pulse periods in order to make the explanation easy to understand. However, the number of periods may be longer than that, and even when N periods are measured, rotation is performed from M average values. The speed may be calculated. That is, as shown in FIG. 6, after measuring N pulse periods Tl (l = 1,..., N) in step S103, whether the M pulse periods Tl are within a predetermined range. (Step S110), and if the M pulse periods are within a predetermined range, the correct period T is calculated (Step S111), and the rotation speed is calculated from the period T in Step S107. That's fine. Therefore, as a calculation method in step S111, an average value is obtained for the M pulse periods in which the difference between the two pulse periods is equal to or less than a predetermined reference value to obtain a correct pulse period. However, the present invention is not limited to this. The median value of the individual pulse period distributions or the one with the highest appearance frequency may be used, or may be calculated by another calculation method. Further, the determination method in step S110 is not limited to that in the above embodiment.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る異常診断装置の全体的な構成は、図１に示した第１実施形態の異常診断装置と同じであり、回転分析部１６の内部構成のみが異なる。このため、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或いは簡略化する。 (Second Embodiment)
The overall configuration of the abnormality diagnosis apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the abnormality diagnosis apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, and only the internal configuration of the rotation analysis unit 16 is different. For this reason, about the equivalent part to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.

図１に示す本実施形態の回転分析部２６は、第１実施形態における回転分析部１６と同様に、回転速度センサ１５から出力される回転信号から回転軸の回転速度を算出する。以下、回転分析部２６の構成及び動作について、図面を用いて詳細に説明する。図７は、回転分析部２６の概略構成を示すブロック図である。   The rotation analysis unit 26 of the present embodiment shown in FIG. 1 calculates the rotation speed of the rotation shaft from the rotation signal output from the rotation speed sensor 15, similarly to the rotation analysis unit 16 of the first embodiment. Hereinafter, the configuration and operation of the rotation analysis unit 26 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the rotation analysis unit 26.

図７に示すように、回転分析部２６は、Ａ／Ｄ変換器２６２、周波数分析部２６３、回転速度算出部２６４を有する構成である。   As illustrated in FIG. 7, the rotation analysis unit 26 includes an A / D converter 262, a frequency analysis unit 263, and a rotation speed calculation unit 264.

Ａ／Ｄ変換器２６２は、アナログの回転信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号に変換する。   The A / D converter 262 performs A / D conversion on the analog rotation signal and converts it into a digital signal.

周波数分析部２６３は、ディジタル化された回転信号をＦＦＴアルゴリズムに基づいて演算して周波数スペクトルを算出し、周波数スペクトル強度の最大ピークを示す周波数成分から回転信号の基本周波数を求める。   The frequency analysis unit 263 calculates the frequency spectrum by calculating the digitized rotation signal based on the FFT algorithm, and obtains the fundamental frequency of the rotation signal from the frequency component indicating the maximum peak of the frequency spectrum intensity.

回転速度算出部２６４は、周波数分析部２６３によって求められたパルス列の基本周波数に基づいて、マイクロコンピュータの演算により回転装置の回転速度を算出する。   The rotation speed calculation unit 264 calculates the rotation speed of the rotation device by calculation of a microcomputer based on the basic frequency of the pulse train obtained by the frequency analysis unit 263.

次に、このように構成された本実施形態の回転分析部２６の動作について、図８〜図１０を用いて説明する。図８は、回転分析部２６の処理手順を説明するためのタイムチャートである。   Next, operation | movement of the rotation analysis part 26 of this embodiment comprised in this way is demonstrated using FIGS. 8-10. FIG. 8 is a time chart for explaining the processing procedure of the rotation analysis unit 26.

まず、回転装置における回転軸の回転に伴って回転速度センサ１５から出力されたアナログ信号である回転信号を入力し（ステップＳ２０１）、Ａ／Ｄ変換器２６２によりディジタル信号に変換する（ステップＳ２０２）。   First, a rotation signal that is an analog signal output from the rotation speed sensor 15 along with the rotation of the rotation shaft in the rotating device is input (step S201), and converted into a digital signal by the A / D converter 262 (step S202). .

次いで、周波数分析部２６３でＦＦＴアルゴリズムに基づく周波数分析を行い（ステップＳ２０３）、図９に示すような周波数スペクトルを算出する。この周波数スペクトルにはいくつかのピークが現れるが、その中の最大のピーク強度を示す基本周波数が回転パルス信号の周波数に相当する。従って、これを抽出して回転信号の正しい周期Ｔを算出する（ステップＳ２０４）。   Next, the frequency analysis unit 263 performs frequency analysis based on the FFT algorithm (step S203), and calculates a frequency spectrum as shown in FIG. Several peaks appear in this frequency spectrum, and the fundamental frequency showing the maximum peak intensity among them corresponds to the frequency of the rotation pulse signal. Accordingly, this is extracted to calculate the correct period T of the rotation signal (step S204).

ステップＳ２０５では、算出された周期からマイクロコンピュータの演算により回転速度を算出する。このようにして求められた回転速度信号は、図１に示す異常判定部１４に送られ、回転装置の異常判定に供される。   In step S205, the rotational speed is calculated by the operation of the microcomputer from the calculated period. The rotation speed signal obtained in this way is sent to the abnormality determination unit 14 shown in FIG. 1 and used for abnormality determination of the rotating device.

このように、本実施形態の回転分析部２６は、回転速度センサ１５から出力される回転信号をＡ／Ｄ変換してＦＦＴ処理し、周波数スペクトルを算出する。そして、周波数スペクトルの最大ピーク強度を示す周波数成分から回転信号の周期を算出するので、回転速度センサ１５から出力される回転信号に重畳したチャタリング等のノイズは、ＦＦＴを行うことで高い周波数域に遷移させることができ、回転信号の周期算出に際して影響を与えることがない。   As described above, the rotation analysis unit 26 of the present embodiment performs A / D conversion on the rotation signal output from the rotation speed sensor 15 and performs FFT processing to calculate a frequency spectrum. Since the period of the rotation signal is calculated from the frequency component indicating the maximum peak intensity of the frequency spectrum, noise such as chattering superimposed on the rotation signal output from the rotation speed sensor 15 is increased to a high frequency range by performing FFT. The transition can be made, and there is no influence when calculating the period of the rotation signal.

なお、Ａ／Ｄ変換器２６２に入力する回転信号は必ずしも正弦波だけでなく、矩形波などの回転速度に比例した周波数成分を持つ波形であればよい。正弦波を直接Ａ／Ｄ変換することによって、第１実施形態と比べ、波形整形部１６１が不要となるので、回路構成を簡略化することができる。   The rotation signal input to the A / D converter 262 is not necessarily a sine wave but may be a waveform having a frequency component proportional to the rotation speed, such as a rectangular wave. Direct A / D conversion of the sine wave eliminates the need for the waveform shaping unit 161 as compared with the first embodiment, so that the circuit configuration can be simplified.

また、回転分析部２６におけるＦＦＴアルゴリズムの実行は、ＣＰＵによるソフトウェア処理によって行われる。また、Ａ／Ｄ変換は、マイコンの空いているＡＤ入力ポートを利用することにより実現できる。   Further, the execution of the FFT algorithm in the rotation analysis unit 26 is performed by software processing by the CPU. Further, A / D conversion can be realized by using a vacant AD input port of the microcomputer.

以上説明したように、このような本発明の第２実施形態に係る異常診断装置によれば、振動及び回転速度に基づいて回転装置の異常を診断する際に、回転速度センサ１５により検出した回転信号をＡ／Ｄ変換してＦＦＴ処理し、算出した周波数スペクトルの最大ピーク強度を示す周波数から回転信号の周期を求め、回転速度を算出する。これにより、回転速度センサ１５の回転信号に含まれるノイズの影響を排除して、回転装置の回転速度を正確に検出することが可能となり、回転装置の異常を高い精度で診断することができる。   As described above, according to the abnormality diagnosis apparatus according to the second embodiment of the present invention, the rotation detected by the rotation speed sensor 15 when diagnosing the abnormality of the rotation apparatus based on the vibration and the rotation speed. The signal is A / D converted and FFT processed, the period of the rotation signal is obtained from the frequency indicating the maximum peak intensity of the calculated frequency spectrum, and the rotation speed is calculated. As a result, the influence of noise included in the rotation signal of the rotation speed sensor 15 can be eliminated, and the rotation speed of the rotation device can be accurately detected, and abnormality of the rotation device can be diagnosed with high accuracy.

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。   In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.

１１ 振動センサ
１２ フィルタ部
１３ 振動分析部
１４ 異常判定部
１５ 回転速度センサ
１６、２６ 回転分析部
１６１ 波形整形部
１６２ パルス周期測定部
１６３ パルス周期判定部
１６４、２６４ 回転速度算出部
２６２ Ａ／Ｄ変換器
２６３ 周波数分析部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vibration sensor 12 Filter part 13 Vibration analysis part 14 Abnormality determination part 15 Rotation speed sensor 16, 26 Rotation analysis part 161 Waveform shaping part 162 Pulse period measurement part 163 Pulse period determination part 164, 264 Rotation speed calculation part 262 A / D conversion 263 Frequency Analyzer

Claims (5)

検出した振動及び回転速度に基づいて、回転装置の異常を診断する異常診断装置であって、
回転速度センサからの回転信号をＡ／Ｄ変換し、前記変換したディジタル信号についてフーリエ変換による周波数分析を行うことで前記回転速度を算出する回転分析部
を有することを特徴とする異常診断装置。 An abnormality diagnosing device for diagnosing an abnormality of the rotating device based on the detected vibration and rotational speed,
An abnormality diagnosis apparatus comprising: a rotation analysis unit that performs A / D conversion on a rotation signal from a rotation speed sensor and calculates the rotation speed by performing frequency analysis on the converted digital signal by Fourier transform. 前記回転装置は、鉄道車両用、又は自動車用の回転装置である請求項１に記載の異常診断装置。   The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the rotation device is a rotation device for a railway vehicle or an automobile. 検出した振動及び回転速度に基づいて、回転装置の異常を診断する異常診断方法であって、
回転速度センサからの回転信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
前記変換したディジタル信号についてフーリエ変換による周波数分析を行うことで前記回転速度を算出する工程と、
を有することを特徴とする異常診断方法。 An abnormality diagnosis method for diagnosing an abnormality of the rotating device based on the detected vibration and rotation speed,
A / D conversion of the rotation signal from the rotation speed sensor;
Calculating the rotational speed by performing frequency analysis by Fourier transform on the converted digital signal;
An abnormality diagnosis method characterized by comprising: 前記回転装置は、鉄道車両用、又は自動車用の回転装置である請求項３記載の異常診断方法。   The abnormality diagnosis method according to claim 3, wherein the rotating device is a rotating device for a railway vehicle or an automobile. 請求項１又は２に記載の異常診断装置を備えることを特徴とする回転装置。   A rotating device comprising the abnormality diagnosis device according to claim 1.
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