特許 7444556 ミスアライメント判定装置、ミスアライメント判定方法および回転機械システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】ミスアライメント判定装置、ミスアライメント判定方法および回転機械システム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019135150

(22)【出願日】2019-07-23

(65)【公開番号】P2021018197

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2021-10-26

【審判番号】

【審判請求日】2023-02-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100111453

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 智

(72)【発明者】

【氏名】上村 祥平

(72)【発明者】

【氏名】荒木 要

【合議体】

【審判長】樋口 宗彦

【審判官】▲高▼見 重雄

【審判官】渡戸 正義

(56)【参考文献】

【文献】特開平５－２０９７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０８６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－３２２６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２９４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１６２５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01M13/00-13/04

G01M99/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成部と、
前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理部と、
前記処理部で前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、ミスアラインメントの状態において、アラインメントが一致している状態に比べて、スペクトル強度が高い周波数領域において、前記周波数範囲の最大値から、前記最大値の半分の値までの範囲を所定範囲に設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出部と、
前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記指標値は、前記所定範囲における前記スペクトル強度の平均値を、前記処理部で前記処理がされる前の前記周波数スペクトルにおける前記スペクトル強度の最大値で割った値であり、
前記周波数範囲は、０～５００ｋＨｚである、
ミスアライメント判定装置。

【請求項2】

回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成部と、
前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理部と、
前記処理部で前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、所定範囲を設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出部と、
前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記所定範囲は、前記周波数範囲の、ミスアラインメントの状態において、アラインメントが一致している状態に比べて、スペクトル強度が高い周波数領域において、周波数が小さい側から前記スペクトル強度を加算した値が、前記周波数範囲の全体における前記スペクトル強度を合計した合計値の７０％に到達する周波数から、前記周波数範囲の最大値までの範囲であり、
前記指標値は、前記所定範囲における前記スペクトル強度の平均値を、前記処理部で前記処理がされる前の前記周波数スペクトルにおける前記スペクトル強度の最大値で割った値であり、
前記周波数範囲は、０～５００ｋＨｚである、
ミスアライメント判定装置。

【請求項3】

回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成ステップと、
前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理ステップと、
前記処理ステップで前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、ミスアラインメントの状態において、アラインメントが一致している状態に比べて、スペクトル強度が高い周波数領域において、前記周波数範囲の最大値から、前記最大値の半分の値までの範囲を所定範囲に設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出ステップと、
前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定ステップと、を備え、
前記指標値は、前記所定範囲における前記スペクトル強度の平均値を、前記処理部で前記処理がされる前の前記周波数スペクトルにおける前記スペクトル強度の最大値で割った値であり、
前記周波数範囲は、０～５００ｋＨｚである、
ミスアライメント判定方法。

【請求項4】

回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成ステップと、
前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理ステップと、
前記処理ステップで前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、所定範囲を設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出ステップと、
前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定ステップと、を備え、
前記所定範囲は、前記周波数範囲の、ミスアラインメントの状態において、アラインメントが一致している状態に比べて、スペクトル強度が高い周波数領域において、周波数が小さい側から前記スペクトル強度を加算した値が、前記周波数範囲の全体における前記スペクトル強度を合計した合計値の７０％に到達する周波数から、前記周波数範囲の最大値までの範囲であり、
前記指標値は、前記所定範囲における前記スペクトル強度の平均値を、前記処理部で前記処理がされる前の前記周波数スペクトルにおける前記スペクトル強度の最大値で割った値であり、
前記周波数範囲は、０～５００ｋＨｚである、
ミスアライメント判定方法。

【請求項5】

請求項１または２に記載のミスアライメント判定装置と、前記回転機械と、
前記回転機械から生じる弾性波を検出し、前記検出信号を出力するセンサと、を備える、
回転機械システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械のミスアライメント（芯ずれ）を判定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

回転機械（例えば、モータの回転軸とポンプの回転軸）にミスアライメントが発生すると、回転機械が故障する原因となる。そこで、回転機械のミスアライメントを判定する技術が提案されている。例えば、特許文献１は、電動機で駆動される回転機械系の異常診断方法において、前記電動機の稼働時の電流信号をサンプリングし、高速フーリエ変換した後、前記電動機の電源周波数のスペクトルピークのレベルと、該電源周波数を中心周波数として対称に、前記電動機の回転子の軸の回転周波数分だけ離れた周波数の位置に現れるスペクトルピークのレベルとの差が、予め設定した値以下となったことを条件として、前記回転機械系において伝動継手で連結されている前記電動機の前記回転子の軸と、負荷側の回転軸との間に、アライメントの異常が発生したと判断することを特徴とする回転機械系の異常診断方法を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２２７８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、スペクトルピークの差を指標値とし、これを予め設定した値（しきい値）と比較して、アライメントが一致している状態か、ミスアライメントの状態かを判定（言い換えれば、ミスアライメントが発生しているか否かを判定）する。この場合、誤判定を防止するためには、アライメントが一致している状態での指標値とミスアライメントの状態での指標値との差ができるだけ大きいことが望ましい。

【0005】

本発明の目的は、アライメントが一致している状態とミスアライメントの状態とで差が大きくなる指標値を基にして、ミスアライメントが発生しているか否かを判定するミスアライメント判定装置、ミスアライメント判定方法および回転機械システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置は、回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成部と、前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理部と、前記処理部で前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、周波数が相対的に高い範囲を示す所定範囲を設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出部と、前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定部と、を備える。

【0007】

スペクトル強度は、例えば、電圧（振幅）、エネルギーである。周波数スペクトルで示される周波数範囲のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数については、スペクトル強度が、回転機械の回転軸の回転数に依存しており、ミスアライメントと相関性を有しない。そこで、処理部は、これらを周波数スペクトルから除く処理をする。

【0008】

本発明者らは、処理部で処理がされた周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、周波数が相対的に高い範囲を示す所定範囲におけるスペクトル強度について、ミスアライメントの状態は、アライメントが一致している状態と比べて、スペクトル強度が高い傾向にあることを見出した。よって、所定範囲におけるスペクトル強度を基にした指標値（例えば、スペクトル強度の平均値）は、アライメントが一致している状態とミスアライメントの状態とで差を大きくすることができる。

【0009】

以上のように、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置によれば、アライメントが一致している状態とミスアライメントの状態とで差が大きくなる指標値を基にして、アライメントが一致している状態か、ミスアライメントの状態かを判定、言い換えれば、ミスアライメントが発生しているか否かを判定することができる。

【0010】

上記構成において、前記算出部は、前記周波数範囲の最大値から、前記最大値の半分の値までの範囲を前記所定範囲とする。

【0011】

この構成は、所定範囲の決め方の一例である。

【0012】

上記構成において、前記算出部は、前記周波数範囲の全体における前記スペクトル強度を合計した合計値を算出し、前記周波数範囲において、周波数が小さい側から前記スペクトル強度を加算した値が、前記合計値の７０％に到達する前記周波数を特定し、特定された前記周波数から、前記周波数範囲の最大値までの範囲を前記所定範囲とする。

【0013】

この構成は、所定範囲の決め方の他の例である。

【0014】

上記構成において、前記指標値は、前記所定範囲における前記スペクトル強度の平均値を、前記処理部で前記処理がされる前の前記周波数スペクトルにおける前記スペクトル強度の最大値で割った値である。

【0015】

本発明者らは、処理部で処理がされる前の周波数スペクトルにおけるスペクトル強度の最大値（スペクトルピーク）について、ミスアライメントの状態とアライメントが一致している状態とを比較したとき、前者の方が後者よりも小さくなることを見出した。従って、この構成によれば、ミスアライメントの状態での指標値とアライメントが一致している状態での指標値の差をさらに大きくすることができる。

【0016】

本発明の第２局面に係るミスアライメント判定方法は、回転機械から生じる弾性波の検出信号をスペクトル分析することにより、前記検出信号の周波数スペクトルを生成する生成ステップと、前記周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および前記基本周波数の整数倍の周波数における前記スペクトル強度を除く処理をする処理ステップと、前記処理ステップで前記処理がされた前記周波数スペクトルが示す前記周波数範囲内に、周波数が相対的に高い範囲を示す所定範囲を設定し、前記所定範囲における前記スペクトル強度を基にした指標値を算出する算出ステップと、前記指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する判定ステップと、を備える。

【0017】

本発明の第２局面に係るミスアライメント判定方法は、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置を方法の観点から規定しており、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置と同様の作用効果を有する。

【0018】

本発明の第３局面に係る回転機械システムは、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置と、前記回転機械と、前記回転機械から生じる弾性波を検出し、前記検出信号を出力するセンサと、を備える。

【0019】

本発明の第３局面に係る回転機械システムは、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置を回転機械システムの観点から規定しており、本発明の第１局面に係るミスアライメント判定装置と同様の作用効果を有する。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、アライメントが一致している状態とミスアライメントの状態とで差が大きくなる指標値を基にして、ミスアライメントか否かを判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態に係るミスアライメント判定装置のブロック図である。

【図2】実験用回転機械の模式図である。

【図3A】回転軸の回転数が５００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図3B】回転軸の回転数が５００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図4A】図３Ａに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図4B】図３Ｂに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図5A】図４Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図5B】図４Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図6A】回転軸の回転数が１００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図6B】回転軸の回転数が１００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図7A】図６Ａに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図7B】図６Ｂに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図8A】図７Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図8B】図７Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図9A】回転軸の回転数が１０００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図9B】回転軸の回転数が１０００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号の例を示すグラフである。

【図10A】図９Ａに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図10B】図９Ｂに示す検出信号をスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。

【図11A】図１０Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図11B】図１０Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。

【図12】回転軸の回転数と、周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度の平均値との関係を示す棒グラフである。

【図13】回転軸の回転数と、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値との関係を示す棒グラフである。

【図14】ミスアライメントが発生しているか否かの判定対象となる回転機械を備える回転機械システムの模式図である。

【図15】実施形態に係るミスアライメント判定装置の動作を説明するフローチャートである。

【図16】回転軸の回転数と、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値との関係を示す棒グラフである。

【図17】芯出し時のデータを用いて生成された、回転数と、スペクトルピークと、スペクトル強度の平均値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。

【0023】

図１は、実施形態に係るミスアライメント判定装置１のブロック図である。ミスアライメント判定装置１は、制御処理部１０と、ＩＦ部１１と、入力部１３と、出力部１４と、を備える。

【0024】

制御処理部１０は、ミスアライメント判定装置１の全体を統括し、ミスアライメント判定装置１の動作に必要な制御および処理をする。制御処理部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、制御処理部１０の機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。

【0025】

ＩＦ部１１は、制御処理部１０に接続され、制御処理部１０の制御に従って、外部の機器との間で信号等を入出力する。例えば、ＩＦ部１１は、ＡＥセンサ１２が出力した検出信号Ｓを受信し、これを制御処理部１０へ送る。ＩＦ部１１は、入出力インターフェース回路によって実現される。

【0026】

ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ１２は、回転機械から生じる弾性波を検出し、検出信号Ｓを出力する。検出信号Ｓは、時系列信号である。ＡＥセンサ１２の換わりに、振動センサを用いてもよい。

【0027】

入力部１３は、制御処理部１０に接続され、オペレータが、各種の情報、データ、命令等を入力するための装置である。入力部１３は、マウス、キーボード、タッチパネル等により実現される。出力部１４は、制御処理部１０に接続され、制御処理部１０の制御に従って、入力部１３から入力されたコマンド、データ、および、ミスアライメントの発生報知等を出力する装置である。出力部１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ）等により実現される。

【0028】

制御処理部１０は、機能ブロックとして、記憶部１０１と、生成部１０２と、処理部１０３と、算出部１０４と、判定部１０５と、を備える。制御処理部１０は、ＩＦ部１１から送られてきた検出信号ＳをＡＤ変換（アナログ‐デジタル変換）し、記憶部１０１に記憶させる。

【0029】

記憶部１０１は、ＡＤ変換された検出信号Ｓ等を記憶する。

【0030】

生成部１０２は、記憶部１０１から検出信号Ｓを読み出し、検出信号Ｓをスペクトル分析（解析）することにより、検出信号Ｓの周波数スペクトルを生成する。スペクトル分析は、例えば、高速フーリエ変換である。周波数スペクトルは、周波数とスペクトル強度との関係を示す。スペクトル強度は、例えば、電圧（振幅）、エネルギーである。

【0031】

周波数スペクトルが示す周波数範囲は、検出信号Ｓが含む周波数成分のうち、どの範囲の周波数成分をスペクトル分析の対象とするかによって決まる。例えば、０～５００ｋＨｚをスペクトル分析の対象にするとき、周波数スペクトルが示す周波数範囲は、０～５００ｋＨｚに設定される。

【0032】

処理部１０３は、周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理をする。基本周波数は、回転機械を基にして算出される値であり、例えば、本実施形態における基本周波数は、回転数によらず１０ｋＨｚである。

【0033】

周波数スペクトルで示される周波数範囲（例えば、０～５００ｋＨｚ）のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数については、スペクトル強度が、回転機械の回転数に依存しており、ミスアライメントと相関性を有しない。そこで、処理部１０３は、これらを周波数スペクトルから除く処理をする。

【0034】

算出部１０４は、処理部１０３で処理がされた周波数スペクトルが示す周波数範囲内に、周波数が相対的に高い範囲を示す所定範囲を設定し、所定範囲におけるスペクトル強度を基にした指標値を算出する。

【0035】

本発明者らは、処理部１０３で処理がされた周波数スペクトルが示す周波数範囲（例えば、０～５００ｋＨｚ）におけるスペクトル強度のうち、周波数が相対的に高い範囲を示す所定範囲におけるスペクトル強度について、ミスアライメントの状態は、アライメントが一致している状態と比べて、スペクトル強度が大きい傾向にあることを見出した。よって、所定範囲におけるスペクトル強度を基にした指標値（例えば、スペクトル強度の平均値、中央値、最頻値）は、ミスアライメントの状態とアライメントが一致している状態とで差を大きくすることができる。

【0036】

所定範囲は、例えば、周波数範囲の最大値から、最大値の半分の値までの範囲である。この場合、周波数範囲が０～５００ｋＨｚのとき、所定範囲は２５０～５００ｋＨｚとなる。

【0037】

判定部１０５は、指標値を予め定められたしきい値と比較し、回転機械にミスアライメントが発生しているか否かを判定する。

【0038】

図２は、実験用回転機械３の模式図である。実験用回転機械３は、サーボモータ３２と、シャフト３３と、ハウジング３５ａ，３５ｂと、カップリング３４と、を備える。

【0039】

サーボモータ３２は、ボルトによってベース３１の上に固定されている。サーボモータ３２の回転軸３２１の中心軸ＡＸに沿って、シャフト３３がベース３１の上方に配置されている。シャフト３３の一方端部側は、ハウジング３５ａに内蔵された軸受け（不図示）によって回転可能に支持され、他方端部側は、ハウジング３５ｂに内蔵された軸受け（不図示）によって回転可能に支持されている。ハウジング３５ａは、シム３６を介して、ボルトによってベース３１の上に固定されている。ハウジング３５ｂは、ボルトによってベース３１の上に固定されている。

【0040】

回転軸３２１とシャフト３３とは、カップリング３４によって連結されている。シム３６によって、回転軸３２１の中心軸ＡＸと、シャフト３３の中心軸（不図示）とが強制的にずらされている。これにより、ミスアライメント状態にしている。

【0041】

ハウジング３５ａは、ハウジング３５ｂよりも、カップリング３４の近くにあり、ハウジング３５ａにＡＥセンサ１２が設置されている。

【0042】

実験条件は、以下の通りである。シャフト３３の外径は、直径４０ｍｍであり、シム３６の厚みは、０．６ｍｍであり、ＡＥセンサ１２のサンプリング周波数は、１ＭＨｚであった。

【0043】

図３Ａは、回転軸３２１の回転数が５００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号Ｓの例を示すグラフである。芯出しは、アライメントを一致させることである。よって、芯出し時はアライメントが一致している状態である。図３Ｂは、回転軸３２１の回転数が５００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号Ｓの例を示すグラフである。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、縦軸は検出信号Ｓの電圧を示し、横軸は時間を示す。

【0044】

図４Ａは、図３Ａに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。図４Ｂは、図３Ｂに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフである。スペクトル分析は、いずれも高速フーリエ変換である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、縦軸はスペクトル強度（電圧）を示し、横軸は周波数を示す。

【0045】

図５Ａは、図４Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。図５Ｂは、図４Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフである。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、縦軸はスペクトル強度（電圧）を示し、横軸は周波数を示す。

【0046】

基本周波数は、ここでは１０ｋＨｚである。スペクトル強度を除く処理は、各周波数を中心にして、例えば、±１ｋＨｚの範囲である。すなわち、９～１１ｋＨｚ、１９～２１ｋＨｚ、２９～３１ｋＨｚ、・・・について、スペクトル強度を除く処理がされている。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、横軸に沿って一定間隔で隙間がある。これらの隙間は、スペクトル強度を除く処理がされた箇所を示す。

【0047】

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および、図５Ｂにおいて、周波数範囲（０～５００ｋＨｚ）のスペクトルピーク（電圧の最大値）は、０．１ｍＶよりかなり大きい値であった。スペクトルピークを示すことができるようにグラフの縦軸の上限を大きくすると、グラフが分かりにくくなるので、縦軸の上限を０．１ｍＶにしている。

【0048】

図４Ａ、図４Ｂには示されていないが、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされる前（処理部１０３での処理前）において、周波数スペクトルにおけるスペクトルピークは、ミスアライメントの状態（図４Ｂ）の方が、芯出し時（図４Ａ）に比べて、小さくなることが分かった（第１事象）。これは、芯出し時（図３Ａ）と比べてミスアライメント状態（図３Ｂ）の方が、電圧の振幅が小さいことが原因と考えられる。なお、芯出し時は、アライメントが一致している状態である。

【0049】

図５Ａおよび図５Ｂを参照して、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた後（処理部１０３での処理後）において、周波数スペクトルが示す周波数範囲（０～５００ｋＨｚ）のうち、２５０～５００ｋＨｚ（所定範囲）に着目すると、ミスアライメント状態（図５Ｂ）の方が、芯出し時（図５Ａ）よりも、スペクトル強度が大きいことが分かった（第２事象）。これは、ミスアライメント状態（図３Ｂ）の方が、芯出し時（図３Ａ）よりも、検出信号Ｓが細かく変動しているからと考えられる。

【0050】

第１事象および第２事象は、回転軸３２１の回転数が１００ｒｐｍの下でも生じた。詳しい説明は省略するが、以下、グラフを示す。図６Ａは、回転軸３２１の回転数が１００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号Ｓの例を示すグラフであり、図３Ａと対応する。図６Ｂは、回転軸３２１の回転数が１００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号Ｓの例を示すグラフであり、図３Ｂと対応する。

【0051】

図７Ａは、図６Ａに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフであり、図４Ａと対応する。図７Ｂは、図６Ｂに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフであり、図４Ｂと対応する。

【0052】

図８Ａは、図７Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフであり、図５Ａと対応する。図８Ｂは、図７Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフであり、図５Ｂと対応する。

【0053】

第１事象および第２事象は、回転軸３２１の回転数が１０００ｒｐｍの下でも生じた。詳しい説明は省略するが、以下、グラフを示す。図９Ａは、回転軸３２１の回転数が１０００ｒｐｍの下で、芯出し時に検出された検出信号Ｓの例を示すグラフであり、図３Ａと対応する。図９Ｂは、回転軸３２１の回転数が１０００ｒｐｍの下で、ミスアライメントの状態で検出された検出信号Ｓの例を示すグラフであり、図３Ｂと対応する。

【0054】

図１０Ａは、図９Ａに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフであり、図４Ａと対応する。図１０Ｂは、図９Ｂに示す検出信号Ｓをスペクトル分析することによって生成された周波数スペクトルを示すグラフであり、図４Ｂと対応する。

【0055】

図１１Ａは、図１０Ａに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフであり、図５Ａと対応する。図１１Ｂは、図１０Ｂに示す周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理がされた周波数スペクトルを示すグラフであり、図５Ｂと対応する。

【0056】

図１２は、回転軸３２１の回転数と、周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度の平均値との関係を示す棒グラフである。周波数スペクトルが示す周波数範囲は、０～５００ｋＨｚである。ここでの平均値は、０～５００ｋＨｚのスペクトル強度を合計し、この値を５００（分母）で割った値ではない。スペクトル強度を除く処理がされた周波数帯（９～１１ｋＨｚ、１９～２１ｋＨｚ、２９～３１ｋＨｚ、・・・）は、分母に含まれない。

【0057】

（８Ａ）は、図８Ａ（芯出し時）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（８Ｂ）は、図８Ｂ（ミスアライメントの状態）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。

【0058】

（５Ａ）は、図５Ａ（芯出し時）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（５Ｂ）は、図５Ｂ（ミスアライメントの状態）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（１１Ａ）は、図１１Ａ（芯出し時）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（１１Ｂ）は、図１１Ｂ（ミスアライメントの状態）において、０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。

【0059】

いずれの回転数においても、ミスアライメント状態の方が、芯出し時よりも、スペクトル強度の平均値が大きい。しかし、回転数が１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍのとき、ミスアライメント状態でのスペクトル強度の平均値と芯出し時でのスペクトル強度の平均値との差が小さい。よって、しきい値を用いて、ミスアライメントが発生しているか否かを判定することは困難である。

【0060】

図１３は、回転軸３２１の回転数と、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値との関係を示す棒グラフである。所定範囲は、２５０～５００ｋＨｚであり、周波数が相対的に高い範囲を示す。ここでの平均値は、２５０～５００ｋＨｚのスペクトル強度を合計し、この値を２５０（分母）で割った値ではない。スペクトル強度を除く処理がされた周波数帯（２４９～２５１ｋＨｚ、２５９～２６１ｋＨｚ、２６９～２７１ｋＨｚ、・・・）は、分母に含まれない。

【0061】

（８Ａ）は、図８Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（８Ｂ）は、図８Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。

【0062】

（５Ａ）は、図５Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（５Ｂ）は、図５Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（１１Ａ）は、図１１Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。（１１Ｂ）は、図１１Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値を示している。

【0063】

いずれの回転数においても、ミスアライメントの状態の方が、芯出し時よりも、スペクトル強度の平均値が大きい。しかも、いずれの回転数においても、ミスアライメントの状態でのスペクトル強度の平均値と芯出し時でのスペクトル強度の平均値との差が大きい（ミスアライメントの状態でのスペクトル強度の平均値は、芯出し時でのスペクトル強度の平均値の約１．３～１．８倍である）。よって、しきい値を用いて、ミスアライメントが発生しているか否かを判定することできる。

【0064】

実施形態では、２５０～５００ｋＨｚ（所定範囲）におけるスペクトル強度の平均値を指標値とする。判定部１０５は、各回転数において、芯出し時の指標値を、例えば１．３倍した値をしきい値として、ミスアライメントが発生しているか否かを判定することができる。以上のように、実施形態によれば、芯出し時（アライメントが一致している状態）とミスアライメントの状態とで差が大きくなる指標値を基にして、ミスアライメントが発生しているか否かを判定することができる。

【0065】

実施形態に係るミスアライメント判定装置１の動作を説明する。図１４は、ミスアライメントが発生しているか否かの判定対象となる回転機械５を備える回転機械システム５０００の模式図である。回転機械システム５０００は、回転機械５と、ミスアライメント判定装置１と、ＡＥセンサ１２と、を備える。

【0066】

回転機械５は、ベース５１と、モータ５２と、ポンプ５３と、カップリング５４と、を備える。モータ５２およびポンプ５３は、モータ５２の回転軸５２１とポンプ５３の回転軸５３１とを対向させて、ベース５１に固定されている。回転軸５２１と回転軸５３１とは、カップリング５４によって連結されている。

【0067】

ＡＥセンサ１２は、回転軸５２１と回転軸５３１とにミスアライメントが発生しているか否かの判定に用いる検出信号Ｓを出力する。ＡＥセンサ１２は、この目的を達成するために好適な箇所に設置される。例えば、ＡＥセンサ１２は、ポンプ５３の筐体のうち、回転軸５３１に近い部分に配置される。

【0068】

ＡＥセンサ１２が出力した検出信号Ｓは、ミスアライメント判定装置１へ送られる。

【0069】

記憶部１０１（図１）は、モータ５２の回転軸５２１の回転数に応じて決められたしきい値を予め記憶している。例えば、回転数がｎ１のとき、しきい値がｔｈ１であり、回転数がｎ２のとき、しきい値がｔｈ２である。

【0070】

図１５は、実施形態に係るミスアライメント判定装置１の動作を説明するフローチャートである。図１および図１５を参照して、オペレータが入力部１３を操作して、モータ５２の回転軸５２１（図１４）の回転数を入力し、そして、ミスアライメントの監視命令を入力する（Ｓ１）。判定部１０５は、入力された回転数に割り当てられたしきい値を、記憶部１０１から読み出す。例えば、入力された回転数がｎ１のとき、判定部１０５は、回転数ｎ１に割り当てられたしきい値ｔｈ１を記憶部１０１から読み出す。

【0071】

制御処理部１０は、ミスアライメントの監視命令の入力に応じて、ＡＥセンサ１２を作動させる信号を、ＩＦ部１１を介して、ＡＥセンサ１２に送信する。これにより、ＡＥセンサ１２は作動を開始し、回転機械５（図１４）から生じる弾性波の検出信号Ｓを出力する。ＩＦ部１１は、ＡＥセンサ１２が出力した検出信号Ｓを受信し（Ｓ２）、制御処理部１０に送る。

【0072】

制御処理部１０は、検出信号ＳをＡＤ変換し、記憶部１０１に記憶させる。生成部１０２は、記憶部１０１に記憶されている検出信号Ｓを読み出し、この検出信号Ｓの周波数スペクトルを生成する（Ｓ３）。

【0073】

処理部１０３は、処理Ｓ３で生成された周波数スペクトルが示す周波数範囲におけるスペクトル強度のうち、基本周波数および基本周波数の整数倍の周波数におけるスペクトル強度を除く処理をする（Ｓ４）。

【0074】

周波数スペクトルで示される周波数範囲は、予め記憶部１０１に記憶されている。例えば、０～５００ｋＨｚである。算出部１０４は、記憶部１０１から周波数範囲を読み出し、この周波数範囲を基にして所定範囲を算出する（例えば、２５０～５００ｋＨｚ）。算出部１０４は、処理Ｓ４で処理された周波数スペクトルが示す周波数範囲内に所定範囲を設定し、所定範囲におけるスペクトル強度を基にした指標値を算出する（Ｓ５）。指標値は、例えば、スペクトル強度の平均値である。

【0075】

判定部１０５は、指標値がしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ６）。判定部１０５は、指標値がしきい値を超えていないと判定したとき（Ｓ６でＮｏ）、回転軸５２１と回転軸５３１（図１４）とにミスアライメントが発生していないと判定する（Ｓ７）。そして、制御処理部１０は、ミスアライメントの監視の停止命令が入力されたか否かを判断する（Ｓ８）。停止命令は、オペレータが入力部１３を操作することにより入力される。

【0076】

制御処理部１０が、ミスアライメントの監視の停止命令が入力されたと判断したとき（Ｓ８でＹｅｓ）、ミスアライメント判定装置１は、ミスアライメントの監視を終了する。制御処理部１０が、ミスアライメントの監視の停止命令が入力されていないと判断したとき（Ｓ８でＮｏ）、ミスアライメント判定装置１は、処理Ｓ２に戻る。

【0077】

判定部１０５は、指標値がしきい値を超えていると判定したとき（Ｓ６でＹｅｓ）、回転軸５２１と回転軸５３１（図１４）とにミスアライメントが発生していると判定する（Ｓ９）。判定部１０５は、出力部１４を用いて、オペレータにミスアライメントが発生していることを報知する（Ｓ１０）。そして、制御処理部１０は、処理Ｓ８をする。

【0078】

所定範囲の決め方の他の例を説明する。例えば、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、周波数が２５０ｋＨｚより小さくても、ミスアライメントの状態の方が、芯出し時よりも、スペクトル強度が高い範囲（２４０～２５０ｋＨｚ）がある。他の例では、この範囲も含むことが可能となる所定範囲を決める。算出部１０４は、周波数スペクトルが示す周波数範囲（０～５００ｋＨｚ）の全体におけるスペクトル強度を合計した合計値を算出し、この周波数範囲において、周波数が小さい側（周波数０側）からスペクトル強度を加算した値が、合計値の７０％に到達する周波数を特定し、特定された周波数から、周波数範囲の最大値（５００ｋＨｚ）までの範囲を所定範囲とする。

【0079】

実施形態には、第１変形例と第２変形例がある。これらについて、実施形態と相違する点を中心に説明する。第１変形例から説明する。第１変形例は、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を指標値とする。スペクトルピークは、処理部１０３で処理前の周波数スペクトル（図４Ａ、図４Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ）におけるスペクトル強度の最大値である。なお、上述したように、作図上の理由で、それらの図には、スペクトルピークは示されていない。

【0080】

本発明者らは、スペクトルピークは、ミスアライメント状態の方が、芯出し時よりも小さくなることを見出した。従って、第１変形例によれば、ミスアライメントの状態での指標値と芯出し時での指標値との差をさらに大きくすることができる。詳しく説明する。

【0081】

図１６は、回転軸の回転数と、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値との関係を示す棒グラフである。所定範囲は、２５０～５００ｋＨｚであり、周波数が相対的に高い範囲を示す。（８Ａ）は、図８Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。（８Ｂ）は、図８Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。

【0082】

（５Ａ）は、図５Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。（５Ｂ）は、図５Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。（１１Ａ）は、図１１Ａ（芯出し時）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。（１１Ｂ）は、図１１Ｂ（ミスアライメントの状態）において、２５０～５００ｋＨｚにおけるスペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を示している。

【0083】

以下、スペクトル強度の平均値をスペクトルピークで割った値を、「平均値／ピーク」と記載する。いずれの回転数においても、ミスアライメント状態での「平均値／ピーク」と芯出し時での「平均値／ピーク」との差が大きい（ミスアライメント状態での「平均値／ピーク」は、芯出し時での「平均値／ピーク」の約１．８～２．７倍である）。

【0084】

図１３および図１６を参照して、「平均値／ピーク」の場合の方が、スペクトル強度の平均値の場合よりも、芯出し時での値とミスアライメントの状態での値との差が大きい。従って、「平均値／ピーク」を指標値にすれば、ミスアライメントが発生しているか否かの判定精度をより向上させることができる。

【0085】

第２変形例を説明する。指標値と比較されるしきい値は、回転軸５２１（図１４）の回転数に応じて決まり、記憶部１０１（図１）に予め記憶されている。回転軸５２１の回転数の種類が多い場合（例えば、・・・、８０ｒｐｍ、９０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１１０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、・・・）、全ての回転数について、しきい値を予め用意するのは手間がかかる。第２変形例は、記憶部１０１にしきい値が記憶されていない回転数について、内挿や外挿により、しきい値を算出する。

【0086】

図１７は、芯出し時のデータを用いて生成された、回転数と、スペクトルピークと、スペクトル強度の平均値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、回転軸３２１（図２）の回転数を示す。グラフの一方側の縦軸は、スペクトルピークを示す。グラフの他方側の縦軸は、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を示す。図２に示す回転機械３を用いた実験結果から、芯出し時において、回転数が１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍのそれぞれについて、スペクトルピーク、および、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値が求められる。図１７には、これらがプロットされ、スペクトルピークを示す線Ｌ１、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を示す線Ｌ２が示されている。

【0087】

スペクトルピークを示す線Ｌ１、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を示す線Ｌ２から分かるように、回転軸３２１（図２）の回転数が大きくなると、スペクトルピーク、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値のいずれも線形的に増加している。従って、１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ以外の回転数でも、内挿処理や外挿処理により、芯出し時について、スペクトルピーク、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値が求まる。

【0088】

記憶部１０１は、芯出し時について、複数の種類の回転数別に（例えば、１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ）、スペクトルピーク、および、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を示すデータ予め記憶している。

【0089】

算出部１０４は、回転軸５２１の回転数が、複数の種類以外の回転数のとき、記憶部１０１からそのデータを読み出し、内挿処理や外挿処理により、スペクトルピーク、および、所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を求め、これを基にして、しきい値を算出する。

【符号の説明】

【0090】

１ ミスアライメント判定装置
３ 実験用回転機械
３１ ベース
３２ サーボモータ
３２１ 回転軸
３３ シャフト
３４ カップリング
３５ａ，３５ｂ ハウジング
３６ シム
５ 回転機械
５１ ベース
５２ モータ
５２１ 回転軸
５３ ポンプ
５３１ 回転軸
５４ カップリング
５０００ 回転機械システム
ＡＸ 中心軸
Ｌ１ スペクトルピークを示す線
Ｌ２ 所定範囲におけるスペクトル強度の平均値を示す線
Ｓ 検出信号

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】