特開 2023-147565 計測システム及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147565

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】計測システム及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/00 20220101AFI20231005BHJP

   G01J 5/70 20220101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01J5/00 101E

G01J5/70 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022055135

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(74)【代理人】

【識別番号】230117802

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100174137

【弁理士】

【氏名又は名称】酒谷 誠一

(74)【代理人】

【識別番号】100184181

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 裕史

(72)【発明者】

【氏名】石渡 隆行

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】中塩 雄二

【テーマコード（参考）】

2G066

【Ｆターム（参考）】

2G066AB08

2G066AC16

2G066BC15

2G066CA16

(57)【要約】      （修正有）

【課題】機能試験において軸受の異常温度上昇に伴って軸受が影響を受ける事象の発生を抑える。
【解決手段】ポンプの主軸の周囲に設けられ当該主軸の表面の温度を非接触で計測する放射温度計と、前記主軸の周囲に設けられた軸受の中心軸と前記放射温度計の位置とを通る直線上に設けられ且つ前記主軸の前記直線上における変位を検出する第１の変位センサと、前記放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応した温度補正値が記憶されている記憶装置と、前記記憶装置を参照して、前記第１の変位センサによって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じた温度補正値で、前記放射温度計で計測された温度を補正するプロセッサと、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプの主軸の周囲に設けられ当該主軸の表面の温度を非接触で計測する放射温度計と、
前記主軸の周囲に設けられた軸受の中心軸と前記放射温度計の位置とを通る直線上に設けられ且つ前記主軸の前記直線上における変位を検出する第１の変位センサと、
前記放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応付けられて温度補正値が記憶されている記憶装置と、
前記記憶装置を参照して、前記第１の変位センサによって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じた温度補正値で、前記放射温度計で計測された温度を補正するプロセッサと、
を備える計測システム。

【請求項2】

前記軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられ前記主軸の変位を検出する第２の変位センサを備え、
前記放射温度計は、予め決められた周期で温度を計測しており、
前記プロセッサは、前記主軸の回転数を用いて前記予め決められた周期で温度計測された計測対象点それぞれの主軸の外周周りの位置を表す回転角度を決定し、前記第２の変位センサによって検出された変位に応じて当該決定した回転角度を補正し、
前記プロセッサは、補正後の回転角度と計測された温度の組を用いて、前記主軸の周方向における温度分布を表す情報を出力する
請求項１に記載の計測システム。

【請求項3】

前記プロセッサは、前記主軸の周方向における温度分布を表す情報として、第１の軸を前記主軸の回転角度であり第２の軸を前記放射温度計の計測温度とするグラフを表す情報を出力する
請求項２に記載の計測システム。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記放射温度計の前記主軸における計測対象点の温度、前記主軸の材料の熱伝導率、前記主軸の形状パラメータ、及び前記放射温度計の前記主軸における計測対象点の位置と前記主軸と前記軸受の接触部との間の距離を用いて、前記主軸と前記軸受の接触部における温度を推定する
請求項１から３のいずれか一項に記載の計測システム。

【請求項5】

前記プロセッサは、前記主軸と前記軸受の接触部の温度が許容温度を超えたら、報知する
請求項４に記載の計測システム。

【請求項6】

前記プロセッサは、前記主軸と前記軸受の接触部の温度を用いて、当該軸受の損傷を判定する
請求項４または５に記載の計測システム。

【請求項7】

ポンプの主軸が回転中において当該主軸の変位を検出する第１の変位センサと、
軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられており前記主軸が回転中において前記主軸の変位を検出する第２の変位センサと、
前記主軸が回転中において前記第１の変位センサによって検出された変位の時系列情報と前記第２の変位センサによって検出された変位の時系列情報とを用いて、前記主軸と前記軸受が異常発熱する原因もしくは前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の横断面形状において主軸の重心が回転中心からずれていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれていることかを判定するプロセッサと、
を備える計測システム。

【請求項8】

前記プロセッサは、前記判定する際に、第１の軸を前記第１の変位センサによって検出された変位とし第２の軸を前記第２の変位センサによって検出された変位とするリサージュの形に応じて、前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の重心が回転中心からずれていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれている状態であることを判定する
請求項７に記載の計測システム。

【請求項9】

放射温度計が、ポンプの主軸の周囲に設けられ当該主軸の表面の温度を非接触で計測する手順と、
第１の変位センサが、前記主軸の周囲に設けられた軸受の中心軸と前記放射温度計の位置とを通る直線上に設けられ且つ前記主軸の前記直線上における変位を検出する手順と、
プロセッサが、前記放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応した温度補正値が記憶されている記憶装置を参照して、前記第１の変位センサによって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じた温度補正値で、前記放射温度計で計測された温度を補正する手順と、
を有する計測方法。

【請求項10】

第１の変位センサがポンプの主軸が回転中において当該主軸の変位を検出する手順と、
軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられた第２の変位センサが、前記主軸が回転中において前記主軸の変位を検出する手順と、
プロセッサが、前記主軸が回転中において前記第１の変位センサによって検出された変位の時系列情報と前記第２の変位センサによって検出された変位の時系列情報とを用いて、前記主軸と前記軸受が異常発熱する原因もしくは前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の重心が回転中心からずれていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれていることかを判定する手順と、
を有する計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測システム及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

河川水や排水などの液体を揚水する立軸ポンプは、ポンプ井の水を揚水するために、羽根車の位置が水中に位置するような軸が長い構造となっている。ポンプの全長が長くなることから、輸送上、工場で組立てた一体物で運ぶことが出来ないため、分解して出荷して現場で組み立てることになる。一般に工場からの出荷においては工場内で排水を伴った機能試験（排水試験）を行い、その健全性を確認する。しかしながら上記の如く、輸送上の問題で機能確認を行ったポンプを一度分解し、現場で再組立することになる。組立するため、再度現地での機能試験（排水試験）をすることは、組立不良を確認する上でも欠かすことはできない。

【0003】

現地での機能試験（排水試験）を行う際には、一般に軸受カバー表面に「熱電対」や「棒温度計」を接着させ、運転時間に対する温度上昇を確認する。立軸ポンプでは主軸の軸方向が重力方向に位置するため、主軸が理想的に廻るならば極論では軸受は不要であるが、現実的にはアンバランスの影響により、振れ廻るため軸受が必要になる。主軸が振れ廻ると、主軸と軸受との接触点で発熱を起こし、軸受の温度が上がっていくが、正常時では発熱量と軸受カバー表面からの放熱により、ある温度で平衡となる。

【0004】

一方で、仮に、組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれている状態または主軸の横断面形状において主軸の軸対称性が崩れている状態（以下、アンバランスな状態ともいう）が生じていた場合は軸受への当たりが強くなり、接触点がより高い発熱を起こすため軸受カバーの表面温度は平衡にならないまま上がり続け、場合によっては軸受が焼付く恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭５９―４９０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

これまでは、上記組立不良またはアンバランス等を確認するため、機能試験で軸受カバーの温度を測るが、立軸ポンプが大型になるほど軸受と軸受カバーとの距離は遠くなり、構造も複雑になるため軸受カバーへ伝熱するまでに時間がかかることになる。よって温度を測っている軸受カバーの温度値と接触点のある軸受との温度値との間で温度上昇の時間差が生じ、異常の判断が遅くなることで軸受に影響を及ぼす可能性がある。また大型になるほど軸受は一般の汎用品ではなっていくため、一度壊れると納期がかかり、復旧が長期間となる。

【0007】

また、これまで主軸と軸受が異常発熱する場合において、組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれている状態であるのか、主軸の重心が回転中心からずれている状態（以下、アンバランスな状態ともいう）であるのかが不明であり、主軸と軸受が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）が不明であった。アンバランスな状態では、横断面形状において軸受の中心軸を中心として主軸の中心軸が回転するが、この現象のことを主軸の振れ廻りという。

【0008】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、機能試験において軸受の異常温度上昇に伴って軸受が影響を受ける事象の発生を抑えることを可能とする、または主軸と軸受が異常発熱する原因を把握可能にする計測システム及び計測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様に係る計測システムは、ポンプの主軸の周囲に設けられ当該主軸の表面の温度を非接触で計測する放射温度計と、前記主軸の周囲に設けられた軸受の中心軸と前記放射温度計の位置とを通る直線上に設けられ且つ前記主軸の前記直線上における変位を検出する第１の変位センサと、前記放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応付けられて温度補正値が記憶されている記憶装置と、前記記憶装置を参照して、前記第１の変位センサによって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じた温度補正値で、前記放射温度計で計測された温度を補正するプロセッサと、を備える。

【0010】

本発明の第２の態様に係る計測システムは、第１の態様に係る計測システムであって、前記軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられ前記主軸の変位を検出する第２の変位センサを備え、前記放射温度計は、予め決められた周期で温度を計測しており、前記プロセッサは、前記主軸の回転数を用いて前記予め決められた周期で温度計測された計測対象点それぞれの主軸の外周周りの位置を表す回転角度を決定し、前記第２の変位センサによって検出された変位に応じて当該決定した回転角度を補正し、前記プロセッサは、補正後の回転角度と計測された温度の組を用いて、前記主軸の周方向における温度分布を表す情報を出力してもよい。

【0011】

本発明の第３の態様に係る計測システムは、第２の態様に係る計測システムであって、前記プロセッサは、前記主軸の周方向における温度分布を表す情報として、第１の軸を前記主軸の回転角度であり第２の軸を前記放射温度計の計測温度とするグラフを表す情報を出力してもよい。

【0012】

本発明の第４の態様に係る計測システムは、第１から３のいずれかの態様に係る計測システムであって、前記プロセッサは、前記放射温度計の前記主軸における計測対象点の温度、前記主軸の材料の熱伝導率、前記主軸の形状パラメータ、及び前記放射温度計の前記主軸における計測対象点の位置と前記主軸と前記軸受の接触部との間の距離を用いて、前記主軸と前記軸受の接触部における温度を推定してもよい。

【0013】

本発明の第５の態様に係る計測システムは、第４の態様に係る計測システムであって、前記プロセッサは、前記主軸と前記軸受の接触部の温度が許容温度を超えたら、報知してもよい。

【0014】

本発明の第６の態様に係る計測システムは、第４または５の態様に係る計測システムであって、前記プロセッサは、前記主軸と前記軸受の接触部の温度を用いて、当該軸受の損傷を判定してもよい。

【0015】

本発明の第７の態様に係る計測システムは、ポンプの主軸が回転中において当該主軸の変位を検出する第１の変位センサと、軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられており前記主軸が回転中において前記主軸の変位を検出する第２の変位センサと、前記主軸が回転中において前記第１の変位センサによって検出された変位の時系列情報と前記第２の変位センサによって検出された変位の時系列情報とを用いて、前記主軸と前記軸受が異常発熱する原因もしくは前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の横断面形状において主軸の軸対称性が崩れていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれていることかを判定するプロセッサと、を備える。

【0016】

本発明の第８の態様に係る計測システムは、第７の態様に係る計測システムであって、前記プロセッサは、前記判定する際に、第１の軸を前記第１の変位センサによって検出された変位とし第２の軸を前記第２の変位センサによって検出された変位とするリサージュの形に応じて、前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の重心が回転中心からずれていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれている状態であることを判定してもよい。

【0017】

本発明の第９の態様に係る計測方法は、放射温度計が、ポンプの主軸の周囲に設けられ当該主軸の表面の温度を非接触で計測する手順と、第１の変位センサが、前記主軸の周囲に設けられた軸受の中心軸と前記放射温度計の位置とを通る直線上に設けられ且つ前記主軸の前記直線上における変位を検出する手順と、プロセッサが、前記放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応した温度補正値が記憶されている記憶装置を参照して、前記第１の変位センサによって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じた温度補正値で、前記放射温度計で計測された温度を補正する手順と、を有する。

【0018】

本発明の第１０の態様に係る計測方法は、第１の変位センサがポンプの主軸が回転中において当該主軸の変位を検出する手順と、軸受の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられた第２の変位センサが、前記主軸が回転中において前記主軸の変位を検出する手順と、プロセッサが、前記主軸が回転中において前記第１の変位センサによって検出された変位の時系列情報と前記第２の変位センサによって検出された変位の時系列情報とを用いて、前記主軸と前記軸受が異常発熱する原因もしくは前記主軸が前記軸受に接触しながら回転する原因が、前記主軸の重心が回転中心からずれていることか、または前記主軸の中心軸が前記軸受の中心軸からずれていることかを判定する手順と、を有する。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一態様によれば、主軸に垂直な断面で主軸の軸対称性が崩れている状態にあるのに起因して、主軸が回転する際に主軸と放射温度計の測定対象点との距離が変動する場合であっても、放射温度計で計測された主軸の温度を正しい温度に補正することができる。これにより、機能試験中において主軸の正しい温度が分かるので、機能試験における軸受の異常温度上昇の判断を早めることができるので、軸受の温度異常上昇に伴って軸受が影響を受ける事象の発生を抑えることができる。
本発明の別態様によれば、主軸と軸受が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）が、主軸の重心が回転中心からずれていること（アンバランス）か、または主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれているかが判明するので、主軸と軸受が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】立軸ポンプの回転時における主軸と軸受との理想的な位置関係を示す横断面模式図である。

【図2】主軸が軸に垂直な断面で軸対称性が崩れている状態における主軸と軸受との位置関係を示す横断面模式図である。

【図3A】主軸の外周の接触部が軸受に接触しながら回転した場合の主軸横断面の温度分布を示す模式図である。

【図3B】図３Ａに場合において、放射温度計にて軸受近傍の軸の表面を測った場合の温度と時間との関係を示すプロット図である。

【図4】主軸に垂直な断面で主軸の軸対称性が崩れている状態で、主軸が回転する場合の主軸の位置の変遷を示す横断面模式図である。

【図5】第１の実施形態における計測システムの概略構成図である。

【図6】記憶装置に記憶されているデータベースのテーブルの一例である。

【図7】本実施形態に係る放射温度計の位置の一例を示す模式図である。

【図8A】第１の変位センサ２１と放射温度計２３の相対位置を固定するための固定部材を上から見た図である。

【図8B】固定部材を横から見た図である。

【図8C】図８Ｂにおいて矢印Ａ２１の向きで見た場合の図である。

【図9】第１の軸を主軸の回転角度であり第２の軸を温度とするグラフの一例である。

【図10】第１の変位センサ２１と放射温度計２３の配置の一例を示す縦断面図である。

【図11】第１の実施形態における処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図12A】主軸の重心が回転中心からずれている状態を示す模式的な横断面図である。

【図12B】組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれている状態を示す模式的な横断面図である。

【図13】第２の実施形態における処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図14】第１の実施形態及び第２の実施形態共通の変形例において、放射温度計と第１の変位センサのペアを上下２ヶ所に配置した模式的な縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。各実施形態ではポンプの一例として立軸ポンプについて説明する。

【0022】

＜第１の実施形態＞
上述したように、従来方法では軸受カバーの表面温度を測っているため、実際の接触している箇所（軸と軸受の接触点）との温度上昇の時間差が生じてしまう。一方、軸受近くの軸の温度を測れば同一金属であることも有り、軸受カバーよりも伝熱しやすいため大きな時間差がなく測ることができる。しかしながら軸は回転するため一般に用いられている「熱電対」や「棒温度計」を接着させることはできない。そこで、本願の発明者らは、非接触で温度を計測可能な放射温度計を利用することに着想した。

【0023】

近年、応答性が高速（例えば０．１ｍｓ）の放射温度計が販売されるようになっている。仮に直径２００ｍｍ、回転速度１０００ｍｉｎ^-1の主軸周りの温度を測った場合周長は約６８０ｍｍで１回廻る時間は０．０６秒（６０ｍｓ）なので０．１ｍｓの放射温度
計を利用すると１周あたり６０ｍｓ／０．１ｍｓ＝６００回測定ができるので、主軸の外周に対して、１．１（＝６８０ｍｍ／６００）ｍｍ毎の温度分布を測ることができる。すなわち、主軸の周方向の温度分布を細かく計測することができる。

【0024】

図１は、立軸ポンプの回転時における主軸と軸受との理想的な位置関係を示す横断面模式図である。図１に示すように、主軸１１が矢印Ａ１の向きに回転時に、主軸１１の外周はどこも軸受と接触せずに離れている。このように立軸ポンプにおける主軸において回転時には軸受との位置が図１の様に接触しないで回るのが理想的である。

【0025】

図２は、主軸が軸に垂直な断面で軸対称性が崩れている状態における主軸と軸受との位置関係を示す横断面模式図である。図２に示すように、主軸１１が矢印Ａ２の向きに回転時に、主軸１１の外周の点Ｐ１ａが軸受１２に常に接触しながら回転する場合がある。
図３Ａは、主軸の外周の接触部が軸受に接触しながら回転した場合の主軸横断面の温度分布を示す模式図である。図３Ａでは主軸１１の外周の位置を示す破線１１ｖと、軸受１２の内周の位置を示す破線１２ｖが示されており、黒色が濃くなるほど温度が高いことを示している。図３Ａに示すように、主軸の外周の接触部の異常加熱を起こして温度が上昇する場合がある。図３Ｂは、図３Ａに場合において、放射温度計にて軸受近傍の軸の表面を測った場合の温度と時間との関係を示すプロット図である。図３Ｂに示すように、主軸１１の１回転あたりの時間でみると、特定の時間で温度が上昇していることを確認できる。放射温度計が高応答になるほど温度分布の偏り（偏熱具合）が鮮明に見ることが可能になる。

【0026】

主軸の周方向の温度分布が分かれば、組立不良などによる片当たりの兆候や箇所を特定することができ、早期の判断と対策を施すことが可能になる。例えば機能試験で、軸受に対し悪影響を及ぼさない時点で合否判断ができ、軸受に影響を及ぼさない内に（例えば軸受が損傷しない内に）、主軸の回転を停止できるメリットがある。

【0027】

図４は、主軸に垂直な断面で主軸の軸対称性が崩れている状態で、主軸が回転する場合の主軸の位置の変遷を示す横断面模式図である。図４では、矢印Ａ１０に示すように時計方向に回っている主軸の振れ周りを示しているものであり、片当たりしている箇所が矢印Ａ１１～Ａ１５で示されており、片当たりしている箇所が４５度ずつ回転している。点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５は、応答速度から算出した等しい間隔で、主軸の回転角度に相当する位置を示している。

【0028】

主軸１１と軸受１２の隙間分、主軸１１の回転軸が動くため、図４に示す様に、点Ｐ１１が軸受１２に接触している場合を基準として接触点の位置を示す角度θを０度とし、放射温度計をこの角度θが０度の方向に配置した場合を想定する。この場合、接触点の位置を示す角度θが９０度までは、放射温度計で本来測りたいポイントは左方向にずれていく。また角度θが１８０度になると軸受１２の隙間分だけ測定ポイントが奥に移動してしまう。つまり１台の放射温度計で軸周りの温度分布を測る場合、下記２点の課題が生じる。
（１）放射温度計は一態様として予め決められた周期で温度を計測している場合、主軸の周方向の計測間隔が変わる（等間隔ではない）。
（２）測定対象との距離が変わる（奥行方向のずれが生じる）。

【0029】

一方、一態様に係る放射温度計は測定対象との測定距離が決まっており、この測定距離からずれると温度が低めに出てしまい正確な温度値を測定することができない。ここで、この決まっている測定距離を「基準距離」と定義する。

【0030】

図５は、第１の実施形態における計測システムの概略構成図である。図５に示すように、計測システム５は、入力インタフェース３１、記憶装置３２、表示装置３３、これらのデバイスに接続されたプロセッサ３４、プロセッサ３４に接続される第１の変位センサ２１、プロセッサ３４に接続される第２の変位センサ２２、プロセッサ３４に接続される放射温度計２３を備える。

【0031】

入力インタフェース３１は例えば、放射温度計２３の主軸１１における計測対象点の位置と、主軸１１の軸受１２と接触する部分との間の距離（軸受と測定位置との距離ともいう）を受け付ける。この情報を受け付けるのは、計測対象点の位置の温度から、主軸１１の軸受１２と接触する部分の温度を推定するためである。

【0032】

また入力インタフェース３１は例えば、主軸１１の材料の熱伝導率及び放射率を受け付ける。ここでこの主軸１１の材料の熱伝導率を受け付けるのは、放射温度計２３の主軸１１における計測対象点の位置から、主軸１１の軸受１２と接触する部分への熱伝導を推定するのに用いるためである。ここでこの主軸１１の材料の放射率を受け付けるのは、放射温度計における温度計測の精度を担保するために放射温度計の放射率を設定するためである。なお、放射温度計に予め主軸１１の材料の放射率が設定されていれば、放射率は受付なくてもよく、主軸１１の材料の熱伝導率が受付られればよい。

【0033】

なお、入力インタフェース３１は主軸１１の材料の熱伝導率及び放射率を受け付ける代わりに、主軸１１の材料の名称など主軸１１を識別する情報を受け付けてもよい。この場合、記憶装置３２には、主軸１１を識別する情報に関連付けて主軸１１の材料の熱伝導率及び放射率が記憶されており、プロセッサ３４は、記憶装置３２を参照して入力された主軸１１を識別する情報に対応する主軸１１の材料の熱伝導率及び放射率を取得してもよい。

【0034】

計測システム５は、一例として主軸１１の回転数を計測する回転計２５を備える。回転計２５は、プロセッサ３４に接続され、計測した回転数をプロセッサ３４に出力する。
なお、回転数が予め決まっていれば、計測システム５は回転計２５を備えていなくてもよく、入力インタフェース３１が設定された回転数を受け付けてもよい。

【0035】

図６は、記憶装置に記憶されているデータベースのテーブルの一例である。図６に示すように、一例として放射率毎にテーブルＴ１－１、Ｔ１－２、…、Ｔ１－Ｎ（Ｎは自然数）が記憶されている。各テーブルには、放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応付けられて温度補正値が記憶されている。
なお、主軸１１の材料が予め決まっていれば、テーブルは複数記憶されていなくてもよく、その材料の放射率に対応するテーブルが一つ記憶されていてもよい。

【0036】

図７は、本実施形態に係る放射温度計の位置の一例を示す模式図である。図７において、主軸１１の横断面が示されており、軸受１２の内周面の輪郭が破線１２ｉで示されている。上記（２）で説明したように主軸は回転により振れ回るっているため、図７に示すように計測上固定された放射温度計２３と主軸１１との相対距離は変動することになるが、上述したように、放射温度計は測定対象との測定距離が基準距離からずれると正確の温度を測定することができず、主軸１１の周方向に対する正確な温度分布を測ることができないという課題がある。

【0037】

本実施形態では、測定対象との距離が変わり正確な温度値を測定することができないという課題を解決するために、図７に示すように、主軸１１の周囲に設けられた軸受１２の中心軸Ｐ０と放射温度計２３の位置とを通る直線Ｌ１上に設けられ且つ主軸１１の当該直線Ｌ１上における変位を検出する第１の変位センサ２１が設けられている。第１の変位センサ２１は例えば渦電流式変位センサなどである。また放射温度計２３は、ポンプの主軸１１の周囲に設けられ当該主軸１１の表面の温度を非接触で計測する。

【0038】

図８Ａは、第１の変位センサ２１と放射温度計２３の相対位置を固定するための固定部材を上から見た図である。図８Ｂは、固定部材を横から見た図である。図８Ｃは、図８Ｂにおいて矢印Ａ２１の向きで見た場合の図である。図８Ａ～図８Ｃに示すように、第１の変位センサ２１と放射温度計２３の相対位置を固定するための固定部材２４は、放射温度計２３が固定されたベース部材２４１と、ベース部材２４１の一端部に連結され且つ第１の変位センサ２１が固定された連結部材２４２を有する。

【0039】

図６で上述したように、記憶装置３２には、放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応付けられて放射温度計２３の温度補正量が記憶されている。
プロセッサ３４は、記憶装置３２を参照して、第１の変位センサ２１によって計測された主軸の当該直線Ｌ１上における変位に対応する温度補正量を取得し、放射温度計２３で計測された温度を温度補正量で補正する。

【0040】

上述した（１）の「放射温度計は一態様として予め決められた周期で温度を計測している場合に主軸の周方向の計測間隔が変わる」という問題に対しては、軸受１２の中心軸Ｐ０を基準に第１の変位センサ２１に対して略９０度の位置に設けられ主軸１１の変位を検出する第２の変位センサ２２が設けられる。後述するようにリサージュを生成する場合には、第２の変位センサ２２の設置位置は軸受１２の中心軸Ｐ０を基準に第１の変位センサ２１に対して９０度が好ましいが、その場合でも、例えば８０～８９度または９１～１００度など若干の設置誤差が生じることはおこり得る。略９０度とは、９０度だけに限らず、例えば８０～８９度、例えば９１～１００度も該当する。第２の変位センサ２２は例えば渦電流式変位センサなどである。ここで放射温度計は一態様として予め決められた周期で温度を計測しているものとする。また一例として第１の変位センサ２１と第２の変位センサ２２は同じ高さに配置されている。

【0041】

プロセッサ３４は、当該周期毎に、第１の変位センサ２１によって検出された変位と第２の変位センサ２２によって検出された変位を用いて主軸１１の中心軸位置Ｃ０を決定し当該決定した主軸１１の中心軸位置Ｃ０に応じて、前記放射温度計の計測周期それぞれにおける前記主軸上の計測対象点の回転角度を決定する。
より詳細には、例えば、１つ前の計測周期から対象の計測周期の間における中心軸位置Ｃ０の位置の変化によって、回転角度が進んだり遅れたりするので、プロセッサ３４は、１つ前の計測周期から対象の計測周期の間における中心軸位置Ｃ０の位置の変化に応じて、主軸上の計測対象点の回転角度を早めたり遅らせたりする。
具体的には例えば、図４の場合、角度θが０度から９０度の場合には、計測周期に応じた回転角度よりも回転角度が進むため、プロセッサ３４は、１つ前の計測周期から対象の計測周期の間に中心軸位置Ｃ０の位置がずれた分だけ、回転角度を進める。一方、角度θが９０度から１８０度の場合には、計測周期に応じた回転角度よりも回転角度が遅れるため、プロセッサ３４は、１つ前の計測周期から対象の計測周期の間に中心軸位置Ｃ０の位置がずれた分だけ、回転角度を遅らせる。

【0042】

そして一態様に係るプロセッサ３４は、主軸の周方向における温度分布を表す情報を出力してもよい。具体的には例えば、プロセッサは、前記主軸の周方向における温度分布を表す情報として、第１の軸を前記主軸の回転角度であり第２の軸を温度とするグラフ（例えば図９参照）を表す情報を出力してもよい。ここで、図９は、第１の軸を主軸の回転角度であり第２の軸を温度とするグラフの一例である。

【0043】

なお、主軸１１が円筒形状であるので、第１の変位センサ２１と第２の変位センサ２２の高さは異なっていても、第１の変位センサ２１が主軸１１との距離を計測し、第２の変位センサ２２が主軸１１との距離を計測できていれば、主軸１１の中心軸位置Ｃ０は推定することができるので、第１の変位センサ２１と第２の変位センサ２２の高さは異なっていてもよい。

【0044】

図１０は、第１の変位センサ２１と放射温度計２３の配置の一例を示す縦断面図である。図１０に示すように、一例として放射温度計２３で、軸受１２の上側の主軸１１を計測対象点として温度を計測するように、第１の変位センサ２１と放射温度計２３が軸受１２の上方に設けられている。なお、これに限らず、第１の変位センサ２１と放射温度計２３が軸受１２の下方に設けられていてもよい。
図１０において、破線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４は、主軸１１と軸受１２との接触部で発生した熱が、同心円状に広がっていく様子を表している。

【0045】

続いて第１の実施形態における処理の流れを図１１を用いて説明する。図１１は、第１の実施形態における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０）まずプロセッサ３４は、主軸材料の熱伝導率、放射率を取得する。

【0046】

（ステップＳ２０）次にプロセッサ３４は、第１の変位センサ２１、第２の変位センサ２２、放射温度計２３、回転計２５から入力された計測信号を用いて、当該計測値を記憶装置３２に記録する。

【0047】

（ステップＳ３０）次にプロセッサ３４は、例えば図７に示す位置に主軸１１が位置する場合（角度θが０度）において変位センサ２１によって計測された放射温度計２３と測定対象点との距離と基準距離との差を取得する。一例として、この基準距離で計測した放射温度計が計測した場合、温度の誤差はないものとする。具体的には例えばプロセッサ３４は、所定のサンプリングレートで、第１の変位センサ２１からの信号を用いて、放射温度計２３の設置位置と主軸の計測対象点との距離の基準距離からの差を取得する。このサンプリングレートは例えば、放射温度計２３のサンプリングレートと同じである。

【0048】

（ステップＳ４０）次にプロセッサ３４は、記憶装置３２のデータベースを参照して、取得した差に対応する温度補正値を取得し、取得した温度補正値を用いて放射温度計２３の温度測定値を補正する。

【0049】

なお、これに限らず、記憶装置３２のデータベースには、放射温度計２３の設置位置と主軸１１の計測対象点との距離と温度補正値が関連付けられていてもよく、プロセッサ３４は、第１の変位センサ２１によって計測された距離に対応する温度補正値を用いて放射温度計２３の温度測定値を補正してもよい。

【0050】

（ステップＳ５０）次にプロセッサ３４は、例えば回転計２５で取得された主軸１１の回転数（なお、予め回転数が設定されている場合にはその回転数）を用いて予め決められた周期（サンプリングレートともいう）で温度計測された計測対象点それぞれの主軸１１の外周周りの位置を表す回転角度を決定し、第２の変位センサの計測値に応じて当該決定した回転角度を補正する。この補正は、グラフ（例えば図９のグラフ）でプロットする際の回転角度を補正することを意味する。

【0051】

（ステップＳ６０）次にプロセッサ３４は例えば、主軸の１周あたりの温度分布を表示する。このように一態様におけるプロセッサ３４は、補正後の回転角度と計測された温度の組を用いて、主軸１１の周方向における温度分布を表す情報を出力する。その具体的な例としてプロセッサ３４は、主軸の周方向における温度分布を表す情報として、第１の軸を主軸１１の回転角度であり第２の軸を放射温度計２３の計測温度とするグラフを表す情報を出力する。

【0052】

（ステップＳ７０）次にプロセッサ３４は、主軸１１における測定対象点の温度、主軸１１の熱伝導率、主軸１１の形状パラメータ（例えば、直径）、放射温度計２３の主軸における計測対象点の位置と主軸１１と軸受１２の接触部との間の距離を用いて、主軸１１と軸受１２の接触部における温度を推定する。この推定は、主軸１１と軸受１２との接触部で発生した熱が、主軸１１の熱伝導によって伝わっていくことによって、主軸１１における測定対象点の温度が上昇しているので、それを利用して、主軸１１の熱伝導率から主軸１１と軸受１２との接触部を推定するものである。この推定方法は例えば公知の温度シミュレーション技術が利用可能である。

【0053】

（ステップＳ８０）次にプロセッサ３４は例えば、ステップＳ７０で推定された接触部の温度が軸受の許容温度以上であるか否か判定する。

【0054】

（ステップＳ９０）ステップＳ８０で軸受の許容温度以上である場合、プロセッサ３４は報知の一例として警報するための情報を表示装置３３に表示する。
このように一態様におけるプロセッサ３４は、主軸１１と軸受１２の接触部の温度が許容温度を超えたら、報知する。

【0055】

（ステップＳ１００）ステップＳ８０で軸受の許容温度未満の場合、プロセッサ３４は通常通りの情報（例えば、放射温度計２３の計測温度及び／または接触部の推定温度）を表示装置３３に表示する。

【0056】

更に、プロセッサ３４は、主軸１１と軸受１２の接触部の温度を用いて、当該軸受１２の損傷を判定してもよい。

【0057】

以上、第１の実施形態に係る計測システムは、ポンプの主軸１１の周囲に設けられ当該主軸１１の表面の温度を非接触で計測する放射温度計２３と、主軸１１の周囲に設けられた軸受１２の中心軸と放射温度計２３の位置とを通る直線上に設けられ且つ主軸１１の前記直線上における変位を検出する第１の変位センサ２１と、放射温度計と測定対象点との距離と当該放射温度計について予め決められた基準距離との差に対応付けられて温度補正値が記憶されている記憶装置３２と、記憶装置３２を参照して、第１の変位センサ２１によって計測された前記放射温度計と測定対象点との距離と基準距離との差に応じて温度補正値を取得し、放射温度計２３で計測された温度を温度補正値で補正するプロセッサと、を備える。

【0058】

この構成により、主軸の重心が回転中心からずれている状態にあるのに起因して、主軸１１が回転する際に主軸１１と放射温度計の測定対象点との距離が変動する場合であっても、放射温度計２３で計測された主軸の温度を正しい温度に補正することができる。これにより、機能試験中において主軸１１の正しい温度が分かるので、機能試験における軸受の異常温度上昇の判断を早めることができるので、軸受の温度異常上昇に伴って軸受が影響を受ける事象の発生を抑えることができる。

【0059】

＜第２の実施形態＞
続いて第２の実施形態について説明する。主軸と軸受が異常発熱する主な原因としては次の２種類が考えられ、主軸の重心が回転中心からずれていることが原因の場合と、組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれていることが原因の場合がある。本実施形態では、第１の実施形態の処理に加えてまたは替えて、この原因を２つの原因のうちの一つを特定する。

【0060】

図１２Ａは、主軸の重心が回転中心からずれている状態を示す模式的な横断面図である。図１２Ａにおいて、２つの時刻ｔ１、ｔ２における主軸１１ａ、１１ｂの位置を表しており、矢印Ａ２１の方向に回転するため、主軸と軸受の接触部は常に特定の一箇所であるが、時刻ｔ１の主軸１１ａにおける接触部の位置Ｐ２１ａが、時刻ｔ２では位置Ｐ２１ｂとなっている。このように主軸の重心が回転中心からずれているために、例えば特定の一箇所だけが軸受１２に接触しながら回転する。そのため、当該接触する特定の一か所が異常に発熱し、主軸１１の周方向にみると当該接触する特定の一か所付近に偏って熱が発生する。一方で、軸受１２は全周に渡って擦れるため内周方向に渡ってほぼ一様に発熱し偏熱は発生しない。

【0061】

図１２Ｂは、組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれている状態を示す模式的な横断面図である。主軸１１が軸受１２の特定の一部分Ｐ２２に接触しながら矢印Ａ２２の方向に回転する。主軸１１の中心位置は変わらず回転し全周で当たるので、主軸１１の周方向に偏熱は発生しない。一方で、軸受１２は、内周方向において一部だけ当たっているので偏熱が発生する。

【0062】

続いて図１３を用いて第２の実施形態における処理の流れを説明する。図１３は、第２の実施形態における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３のステップＳ２１０～Ｓ３００は、図１１のステップＳ１０～Ｓ１００と同様であるのでその説明を省略する。

【0063】

９０度異なる２つの変位センサを用いていることから、第１の変位センサが検出した距離の変位を第１の軸に第２の変位センサが検出した距離の変位を第２の軸にしたリサージュを取得可能である。主軸１１の重心が回転中心からずれている状態で主軸１１が振れ周ると、リサージュの形が円状になる。一方、組立不良などにより主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれている状態で主軸１１が回転した場合、主軸１１の位置が一定であるので、第１の変位センサが検出した距離の変位も第２の変位センサが検出した距離の変位もなく、リサージュの形は点である。よって、温度異常した際に、このリサージュの形を確認することで発生原因の推定が可能である。

【0064】

（ステップＳ３１０）例えばプロセッサ３４は、第１の変位センサが検出した距離の変位を第１の軸に第２の変位センサが検出した距離の変位を第２の軸にしたリサージュを出力する。

【0065】

（ステップＳ３２０）例えばプロセッサ３４は、リサージュの形を判定する。

【0066】

（ステップＳ３３０）リサージュの形が円状である場合、主軸と軸受が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）を、例えば主軸の重心が回転中心からずれていること（アンバランス）であると判定する。

【0067】

（ステップＳ３４０）リサージュの形が点である場合、主軸と軸受が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）を、例えば組立不良と判定する。なお、これに限らず、当該原因を、主軸の中心軸が軸受の中心軸からずれていることと判定してもよい。

【0068】

このように一態様におけるプロセッサ３４は、第１の軸を第１の変位センサ２１によって検出された変位とし第２の軸を第２の変位センサ２２によって検出された変位とするリサージュの形に応じて、主軸１１と軸受１２が異常発熱する原因（もしくは主軸が軸受に接触しながら回転する原因）が、主軸１１の重心が回転中心からずれていること（アンバランス）か、及び／または主軸１１の中心軸が軸受１２の中心軸からずれていることかを判定する。

【0069】

以上、第２の実施形態における計測システムは、ポンプの主軸が回転中において当該主軸の変位を検出する第１の変位センサ２１と、軸受１２の中心軸を基準に前記第１の変位センサに対して略９０度の位置に設けられており前記主軸が回転中において前記主軸の変位を検出する第２の変位センサ２２と、主軸１１が回転中において前記第１の変位センサによって検出された変位の時系列情報と第２の変位センサ２２によって検出された変位の時系列情報とを用いて、主軸１１と軸受１２が異常発熱する原因（もしくは主軸１１が軸受１２に接触しながら回転する原因）が、主軸１１の重心が回転中心からずれていること（アンバランス）か、または主軸１１の中心軸が軸受１２の中心軸からずれていることかを判定するプロセッサ３４と、を備える。
を備える。

【0070】

この構成により、主軸１１と軸受１２が異常発熱する原因（もしくは主軸１１が軸受１２に接触しながら回転する原因）が、主軸１１の重心が回転中心からずれていること（アンバランス）か、または主軸１１の中心軸が軸受１２の中心軸からずれているかが判明するので、主軸１１と軸受１２が異常発熱する原因（もしくは主軸１１が軸受１２に接触しながら回転する原因）を把握することができる。

【0071】

＜第１の実施形態及び第２の実施形態共通の変形例＞
なお、周方向の温度勾配から熱膨張によって軸に曲りが生じる。その際の変形量についても基本構成を複数点設けることで推定が可能である。図１４は、第１の実施形態及び第２の実施形態共通の変形例において、放射温度計と第１の変位センサのペアを上下２ヶ所に配置した模式的な縦断面図である。図１４において、放射温度計２３と第１の変位センサ２１のペアが軸受１２の上側に設けられ、放射温度計２３ｂと第１の変位センサ２１ｂのペアが軸受１２の下側に設けられている。図１４に示すように、上下２ヶ所の温度分布から軸受周辺の温度分布を推定することで、熱膨張による曲りを推定することができる。外形が破線８１で表された領域は、主軸１１の熱膨張による曲りの方向を表している。また図１４において、破線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４は、主軸１１と軸受１２との接触部で発生した熱が、同心円状に広がっていく様子を表している。

【0072】

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0073】

５ 計測システム
１１ 主軸
１２ 軸受
２１ 第１の変位センサ
２２ 第２の変位センサ
２３ 放射温度計
２４ 固定部材
２４１ ベース部材
２４２ 連結部材
２５ 回転計
３１ 入力インタフェース
３２ 記憶装置
３３ 表示装置
３４ プロセッサ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】