特許 7530137 振動検出装置、異常検出補助システム、及び振動検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】振動検出装置、異常検出補助システム、及び振動検出方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/52 20060101AFI20240731BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20240731BHJP

   G01M 13/045 20190101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

F16C19/52

G01H17/00 A

G01M13/045

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024520072

(86)(22)【出願日】2022-09-12

(86)【国際出願番号】 JP2022034065

【審査請求日】2024-04-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504011128

【氏名又は名称】中山水熱工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003823

【氏名又は名称】弁理士法人柳野国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 昭司

(72)【発明者】

【氏名】中山 慎司

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－７１３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１９４４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／５２

Ｇ０１Ｈ １７／００

Ｇ０１Ｍ １３／０４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出部と、
前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング部と、
前記デジタル信号に基づく振動波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、
前記包絡線に対して周波数分析を行い、周波数成分毎の分析値を算出する周波数分析部とを備える異常検出補助システムであって、
前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、
前記サンプリング部は、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数で、且つ折り畳みを防止する対策をせずにサンプリングし、折り返し雑音を含んだ前記デジタル信号に変換する異常検出補助システム。

【請求項2】

前記サンプリングの周期は、前記繰り返し周期の１／２よりも短い請求項１記載の異常検出補助システム。

【請求項3】

前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記繰り返し周期の逆数である繰り返し周波数を含む周波数範囲である基準周波数範囲内において予め設定された基準値を超えたとき、異常と判定する異常判定部をさらに備える請求項１又は２記載の異常検出補助システム。

【請求項4】

前記基準周波数範囲は、前記転がり軸受の外輪に対応付けて設定された外輪周波数範囲を含み、
前記異常判定部は、前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記外輪周波数範囲内において前記基準値を超えたとき、前記外輪の異常と判定する請求項３記載の異常検出補助システム。

【請求項5】

前記基準周波数範囲は、前記転がり軸受の内輪に対応付けて設定された内輪周波数範囲を含み、
前記異常判定部は、前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記内輪周波数範囲内において前記基準値を超えたとき、前記内輪の異常と判定する請求項３記載の異常検出補助システム。

【請求項6】

請求項１～５の何れかに記載の異常検出補助システムに用いる振動検出装置であって、
前記振動検出部と、前記サンプリング部とを備える振動検出装置。

【請求項7】

転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出部と、
前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング部とを備え、
前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、
前記サンプリング部は、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数で、且つ折り畳みを防止する対策をせずにサンプリングし、折り返し雑音を含んだ前記デジタル信号に変換する振動検出装置。

【請求項8】

転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出工程と、
前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング工程とを含み、
前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、
前記サンプリング工程では、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数で、且つ折り畳みを防止する対策をせずにサンプリングし、折り返し雑音を含んだ前記デジタル信号に変換する振動検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転がり軸受の異常を検知するための振動検出装置、異常検出補助システム、及び振動検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、鉄道車両の軸受装置に振動検出素子を取り付け、検出した振動信号をサンプリングし、エンベロープ（包絡線）を求め、そのエンベロープに対してＦＦＴによる周波数分析を行うことによって、軸受けの異常を診断する異常診断装置が知られている（例えば、特許文献１、段落００２５、００２６参照。）。

【0003】

特許文献１の段落００２６には、サンプリング時間に応じて、フーリエ変換可能な最大の周波数（ナイキスト周波数）が決まるため、ナイキスト周波数以上の周波数は、振動信号中に含まれていないことが好ましいことが記載されている。ナイキスト周波数とは、サンプリング周波数の１／２の周波数のことであるから、ナイキスト周波数以上の周波数が振動信号中に含まれていないことは、サンプリング周波数を、振動信号に含まれる最も高い周波数の２倍以上にする必要があることを意味する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－２１２２２５号公報

【発明の概要】

【0005】

しかしながら、振動信号に含まれる最も高い周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングしようとすると、サンプリングを行うアナログデジタルコンバータやセンサ等の部材が高価となり、振動を検出する振動検出装置が高価になる。

【0006】

本発明の目的は、転がり軸受の異常を検知するための振動検出装置のコストを低減することが容易な振動検出装置、異常検出補助システム、及び振動検出方法を提供することである。

【0007】

本発明の一局面に従う振動検出装置は、転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出部と、前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング部とを備え、前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、前記サンプリング部は、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数でサンプリングする。

【0008】

また、本発明の一局面に従う異常検出補助システムは、上述の振動検出装置から、前記デジタル信号を取得するデジタル信号取得部と、前記デジタル信号に基づく振動波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記包絡線に対して周波数分析を行い、周波数成分毎の分析値を算出する周波数分析部とを備える。

【0009】

また、本発明の一局面に従う振動検出方法は、転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出工程と、前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング工程とを含み、前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、前記サンプリング工程では、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数でサンプリングする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る振動検出装置を備えた異常検出補助システムの一例を示すブロック図である。

【図2】図１に示す異常検出補助システムの電気的構成の一例を示すブロック図である。

【図3】異常検出補助システムの処理の流れの一例を示す説明図である。

【図4】転がり軸受に傷が生じた場合の振動を示すアナログ信号の、典型的な一例を示す波形図である。

【図5】図４に示す繰り返し単位の拡大図である。

【図6】転がり軸受の構造を説明するための説明図である。

【図7】サンプリング部によるサンプリングを説明するための説明図である。

【図8】サンプリングによる折り畳みを説明するための説明図である。

【図9】包絡線波形の一例を示す波形図である。

【図10】周波数成分毎の分析値をグラフ化して示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動検出装置を備えた異常検出補助システムの一例を示すブロック図である。

【0012】

図１に示す異常検出補助システム１は、振動検出装置２と、異常検出補助装置３とを備えている。振動検出装置２は、例えば、異常検出対象である転がり軸受Ｂを備えたモータＭの筐体に取り付けられている。あるいは、振動検出装置２は、モータＭを備えた機械装置の筐体等に取り付けられていてもよい。振動検出装置２は、転がり軸受Ｂを備えたモータＭ等に取り付けられることによって、転がり軸受Ｂで生じた振動を検出可能とされている。

【0013】

転がり軸受Ｂは、外輪Ｂ１、内輪Ｂ２、及び転動体Ｂ３を備えている。なお、転がり軸受Ｂは、モータＭに用いられる例に限られず、種々の用途に用いられるものでよく、振動検出装置２は、転がり軸受Ｂで生じた振動が伝わる箇所に取り付けられていればよい。

【0014】

図２は、図１に示す異常検出補助システム１の電気的構成の一例を示すブロック図である。図２に示す異常検出補助システム１は、振動検出装置２と、異常検出補助装置３とを備えている。

【0015】

振動検出装置２は、振動検出部２１と、サンプリング部２２と、通信部２３とを備えている。振動検出部２１とサンプリング部２２とは、例えば加速度センサ２０等として一体に構成されていてもよい。

【0016】

振動検出部２１は、振動を検出してアナログ信号Ａに変換し、サンプリング部２２へ出力する。振動検出部２１は、振動を加速度として検出するものであってよく、一軸の振動を検出するものであってよく、あるいは互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の振動を検出し、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の振動を表すアナログ信号Ａｘ，Ａｙ，Ａｚをアナログ信号Ａとしてサンプリング部２２へ出力してもよい。

【0017】

加速度は、振動を表す情報の一例に相当する。なお、振動検出部２１は、振動を検出することができればよく、振動を加速度によって検出するものに限らない。振動検出部２１は、例えば、速度によって振動を検出してもよく、変位によって振動を検出してもよい。

【0018】

サンプリング部２２は、アナログ信号Ａをサンプリングしてデジタル信号Ｄに変換し、通信部２３へ出力する。サンプリング部２２は、例えばアナログデジタルコンバータとして構成されている。サンプリング部２２は、サンプリング周波数Ｆｓでアナログ信号Ａをサンプリングする。

【0019】

通信部２３は、異常検出補助装置３と無線通信可能な通信インターフェイス回路である。通信部２３は、デジタル信号Ｄを無線通信により異常検出補助装置３へ送信する。

【0020】

異常検出補助装置３は、例えばパーソナルコンピュータを用いて構成されている。異常検出補助装置３は、例えば演算部３１、通信部３２（デジタル信号取得部）、ディスプレイ３３、キーボード３４、及びマウス３５を備えている。

【0021】

通信部３２は、振動検出装置２の通信部２３と無線通信可能な通信インターフェイス回路である。通信部３２は、振動検出装置２から送信されたデジタル信号Ｄを取得し、演算部３１へ送信する。通信部２３，３２の通信方式は、例えばＷｉＦｉ（登録商標）やBluetooth（登録商標）等、種々の無線通信方式を用いることができる。

【0022】

なお、通信部２３，３２は、無線通信を行う例に限られず、有線通信を行ってもよい。あるいは、サンプリング部２２から出力されたデジタル信号Ｄを、メモリカード等の記憶媒体に記憶し、その記憶媒体を異常検出補助装置３が読み取ることによって、デジタル信号Ｄを異常検出補助装置３が取得するようにしてもよい。この場合、記憶媒体を読み取る読み取り装置がデジタル信号取得部の一例に相当する。

【0023】

また、振動検出装置２と異常検出補助装置３とが、一体の一つの装置として構成されていてもよい。この場合、通信部２３，３２を備える必要はなく、サンプリング部２２から出力されたデジタル信号Ｄが、直接又は間接に演算部３１へ入力されてもよい。この場合、演算部３１がデジタル信号取得部の一例に相当する。

【0024】

演算部３１は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。演算部３１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)、データを一時的に記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やＳＳＤ(Solid State Drive)等の不揮発性の記憶装置、及びこれらの周辺回路等を用いて構成されている。

【0025】

そして、演算部３１は、例えば上述の記憶装置に予め記憶された異常検出補助プログラムを実行することによって、包絡線検出部３１１、周波数分析部３１２、及び異常判定部３１３として機能する。

【0026】

包絡線検出部３１１は、デジタル信号Ｄに基づく振動波形の包絡線を検出する。

【0027】

周波数分析部３１２は、包絡線検出部３１１によって検出された包絡線に対して周波数分析を行い、周波数成分毎の分析値を算出する。

【0028】

異常判定部３１３は、周波数分析部３１２で算出された周波数成分毎の分析値の大きさが、後述する繰り返し周期Ｔｒの逆数である繰り返し周波数Ｆｒを含む周波数範囲である基準周波数範囲内において予め設定された基準値を超えたとき、異常と判定する。

【0029】

次に、図１に示す異常検出補助システム１の動作について説明する。図３は、異常検出補助システム１の処理の流れの一例を示す説明図である。図３では、通信部２３，３２によるデジタル信号Ｄの送受信は省略している。

【0030】

まず、振動検出部２１が、転がり軸受Ｂで生じた振動を検出してアナログ信号Ａに変換し、サンプリング部２２へ出力する。

【0031】

図４は、転がり軸受Ｂに傷が生じた場合の振動を示すアナログ信号Ａの、典型的な一例を示す波形図である。転がり軸受Ｂに傷が生じた場合、図４に示すように、繰り返し周期Ｔｒ間隔で繰り返し単位Ａ１が繰り返される振動波形となることが知られている。

【0032】

図５は、図４に示す繰り返し単位Ａ１の一例の拡大図である。繰り返し単位Ａ１は、第一周波数Ｆ１で振動する第一区間Ｚ１と、第一区間Ｚ１の後に続く第二区間Ｚ２とを含む。第二区間Ｚ２は、第一区間Ｚ１における振動が収束した区間である。第二区間Ｚ２におけるアナログ信号Ａの振幅は、例えば、第一区間Ｚ１におけるアナログ信号Ａの最大振幅の１／１０以下となっている。

【0033】

第一区間Ｚ１におけるアナログ信号Ａの周波数は、第一周波数Ｆ１となっている。第一区間Ｚ１におけるアナログ信号Ａの周波数がばらつく場合は、ばらつき範囲の最大周波数を第一周波数Ｆ１とすればよい。

【0034】

繰り返し周期Ｔｒの逆数である繰り返し周波数Ｆｒは、転がり軸受Ｂの構造、回転速度、及び傷の位置によって決まることが知られている。図６は、転がり軸受Ｂの構造を説明するための説明図である。転がり軸受Ｂの回転周波数をＦｂ、転がり軸受Ｂのピッチ円直径をＤａ、転動体Ｂ３の直径をＤｂ、転動体Ｂ３の接触角をＲ、転動体数をＮとした場合、外輪Ｂ１及び内輪Ｂ２に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒは、それぞれ下記の式（１）及び式（２）となる。

【0035】

外輪Ｂ１に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒ＝（Ｎ／２）×Ｆｂ×｛１－（Ｄｂ／Ｄａ）ｃｏｓＲ｝ ・・・（１）

【0036】

内輪Ｂ２に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒ＝（Ｎ／２）×Ｆｂ×｛１＋（Ｄｂ／Ｄａ）ｃｏｓＲ｝ ・・・（２）

【0037】

図３を参照して、次に、サンプリング部２２が、サンプリング周波数Ｆｓでアナログ信号Ａをサンプリングしてデジタル信号Ｄに変換する。図７は、サンプリング部２２によるサンプリングを説明するための説明図である。図７では、アナログ信号Ａの波形を破線で、デジタル信号Ｄで表される波形を実線で示している。また、サンプリングポイントをｘマークで示している。

【0038】

サンプリング周波数Ｆｓは、第一区間Ｚ１におけるアナログ信号Ａの周波数である第一周波数Ｆ１の２倍よりも低い。そのため、第一区間Ｚ１におけるアナログ信号Ａに対してアンダーサンプリングとなっている。

【0039】

また、サンプリング周波数Ｆｓの逆数であるサンプリング周期Ｔｓは、繰り返し周期Ｔｒの１／２よりも短い。従って、サンプリング周波数Ｆｓは、繰り返し周波数Ｆｒの２倍よりも高い周波数となっている。なお、サンプリング周波数Ｆｓは、第一周波数Ｆ１の２倍よりも低い範囲内で、なるべく高い周波数が望ましい。例えば、サンプリング周期Ｔｓは、繰り返し周期Ｔｒの１／４よりも短く、サンプリング周波数Ｆｓは、繰り返し周波数Ｆｒの４倍よりも高い周波数とすることがより好ましい。

【0040】

図８は、第一周波数Ｆ１の２倍よりも低いサンプリング周波数Ｆｓでアナログ信号Ａをサンプリングすることにより生じる折り畳みを説明するための説明図である。図８では、アナログ信号Ａを、横軸を周波数、縦軸を信号強度とする周波数スペクトルで表している。０．５Ｆｓは、ナイキスト周波数となる。

【0041】

図８に示すように、振動を表すアナログ信号Ａの、ナイキスト周波数（０．５Ｆｓ）よりも高い周波数の部分は、ナイキスト周波数（０．５Ｆｓ）よりも低い周波数に折り畳まれてサンプリングされる。その結果、折り畳み図Ｅに示すように、異なる周波数の信号が重なり、それらの信号の強度の合計が、サンプリングされたデジタル信号Ｄが示す波形となる。

【0042】

このように、異なる周波数の信号が折り畳まれて重なると、振動信号の周波数や波形などは正しく把握することができず、従来「折り返し雑音」等と呼ばれ、このような折り畳みを防止する対策が必要とされてきた。しかしながら、異常検出補助システム１で検出するのはエンベロープ、すなわち全体の強度変化なので、元々複数の周波数の信号の強度の合計が一つの周波数の信号の強度として捉えられても全く支障ない。

【0043】

次に、包絡線検出部３１１は、サンプリング部２２で生成されたデジタル信号Ｄから、分析対象外の直流成分を除去するオフセット除去処理を実行し、サンプリング波形Ｄ１を生成する（ステップＳ１）。デジタル信号Ｄで表される信号波形にオフセットが有ると、包絡線（エンベローブ）の形状が変わってしまう。そのため、目的とする波形が得られなくなってしまう。その結果、異常検出の検出感度が低下する。そこで、包絡線検出部３１１は、オフセット除去処理（ステップＳ１）を実行することが好ましい。

【0044】

次に、包絡線検出部３１１は、サンプリング波形Ｄ１に対して例えばヒルベルト変換（ステップＳ２）を実行することによって、サンプリング波形Ｄ１で表される信号波形の包絡線（エンベローブ）を取得し、その包絡線を表す包絡線波形Ｄ２を生成する。

【0045】

図９は、包絡線波形Ｄ２の一例を示す波形図である。図９では、包絡線波形Ｄ２を実線で示し、仮にサンプリング周波数Ｆｓを第一周波数Ｆ１の２倍以上としてサンプリングした場合に得られる包絡線波形Ｄｘを破線で示している。

【0046】

包絡線波形Ｄ２は、サンプリング周波数Ｆｓが第一周波数Ｆ１の２倍に満たず、標本化定理を満たしていない。その結果、サンプリング周波数Ｆｓが標本化定理を満たす包絡線波形Ｄｘと、包絡線波形Ｄ２とは、第一区間Ｚ１で異なる波形となっている。しかしながら、包絡線波形Ｄｘとは波形は異なるものの、包絡線波形Ｄ２においても、繰り返し周期Ｔｒ間隔で振動波形が現れる特徴は、包絡線波形Ｄｘと同様維持される。

【0047】

すなわち、標本化定理を満たさない包絡線波形Ｄ２であっても、繰り返し周期Ｔｒの逆数である繰り返し周波数Ｆｒの周波数成分を含むことになる。

【0048】

次に、包絡線検出部３１１は、包絡線波形Ｄ２に対して例えば複素数の絶対値を取る処理を実行し、包絡線波形Ｄ３を生成する（ステップＳ３）。

【0049】

次に、周波数分析部３１２は、包絡線検出部３１１で生成された包絡線波形Ｄ３から、分析対象外の直流成分を除去するオフセット除去処理を実行し、分析対象波形Ｄ４を生成する（ステップＳ４）。包絡線波形Ｄ３に直流成分（オフセット）があると、ステップＳ５の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行った際に、０～２Ｈｚにわたる強いピークが現れる。そのため、もし転がり軸受Ｂの傷による２Ｈｚ以下のピークがあっても、傷によるピークかオフセットによるピークか判別することができず、転がり軸受Ｂの異常を判定することができなくなるおそれがある。

【0050】

そこで、周波数分析部３１２は、ステップＳ４のオフセット除去処理を実行し、包絡線波形Ｄ３から直流成分を除去するオフセット除去処理（ステップＳ４）を実行することが好ましい。

【0051】

次に、周波数分析部３１２は、分析対象波形Ｄ４に基づいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数分析を行い、周波数成分毎の分析値Ｄ５を算出する（ステップＳ５）。

【0052】

図１０は、周波数成分毎の分析値Ｄ５をグラフ化して示す説明図である。図１０には、比較対象としてサンプリング周波数Ｆｓを第一周波数Ｆ１の２倍以上としてサンプリングした場合に得られる包絡線波形Ｄｘに基づく分析値Ｄｙを示している。

【0053】

図１０に示すように、サンプリング周波数Ｆｓが第一周波数Ｆ１の２倍に満たないアンダーサンプリングとなっている分析値Ｄ５であっても、サンプリング周波数Ｆｓが第一周波数Ｆ１の２倍以上で標本化定理を満たす分析値Ｄｙと同様、繰り返し周波数Ｆｒにピークが現れる。

【0054】

周波数分析部３１２は、周波数成分毎の分析値Ｄ５を、例えば図１０に示すように、一方の軸を周波数、他方の軸を分析値とした二次元平面にグラフ化してディスプレイ３３によって表示させてもよい。ユーザは、グラフ化された分析値Ｄ５を見て、繰り返し周波数Ｆｒにおけるピークの有無を確認することによって、転がり軸受Ｂの異常を検知することができる。

【0055】

次に、異常判定部３１３は、周波数成分毎の分析値Ｄ５の大きさが、繰り返し周波数Ｆｒを含む周波数範囲である基準周波数範囲内において予め設定された基準値を超えたとき、転がり軸受Ｂの異常と判定する。基準値は、例えば実験的に求めて適宜設定することができる。異常判定部３１３は、判定結果をディスプレイ３３によって表示させてもよい。

【0056】

基準周波数範囲は、外輪Ｂ１に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒを含む外輪周波数範囲、すなわち外輪Ｂ１に対応付けて設定された外輪周波数範囲と、内輪Ｂ２に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒを含む内輪周波数範囲、すなわち内輪Ｂ２に対応付けて設定された内輪周波数範囲とを含む。

【0057】

外輪周波数範囲としては、例えば式（１）で示す外輪Ｂ１に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒに対して、振動検出装置２の測定誤差や包絡線検出部３１１及び周波数分析部３１２の演算誤差等を含む程度の幅を持たせた値を用いることができる。内輪周波数範囲としては、例えば式（２）で示す内輪Ｂ２に傷が生じた場合の繰り返し周波数Ｆｒに対して、振動検出装置２の測定誤差や包絡線検出部３１１及び周波数分析部３１２の演算誤差等を含む程度の幅を持たせた値を用いることができる。

【0058】

異常判定部３１３は、周波数成分毎の分析値Ｄ５の大きさが外輪周波数範囲内において基準値を超えたとき、転がり軸受Ｂの外輪Ｂ１の異常と判定し、周波数成分毎の分析値Ｄ５の大きさが内輪周波数範囲内において基準値を超えたとき、転がり軸受Ｂの内輪Ｂ２の異常と判定してもよい。

【0059】

以上、振動検出装置２、及び異常検出補助システム１によれば、サンプリング周波数Ｆｓを第一周波数Ｆ１の２倍よりも低いアンダーサンプリングとしつつ、転がり軸受Ｂの異常を検知することが可能となる。その結果、サンプリング周波数Ｆｓが低い、従って安価なアナログデジタルコンバータ等を用いてサンプリング部２２を構成することができる。従って、転がり軸受Ｂの異常を検知するための振動検出装置２、及び振動検出装置２を用いる異常検出補助システム１のコストを低減することが容易となる。

【0060】

なお、異常検出補助システム１は、異常判定部３１３を備えなくてもよい。また、包絡線検出部３１１は、オフセット除去処理（ステップＳ１）を実行せず、デジタル信号Ｄに対してヒルベルト変換（ステップＳ２）を実行してもよい。また、包絡線検出部３１１は、包絡線を取得することができればよく、包絡線の取得方法はヒルベルト変換に限らない。

【0061】

また、包絡線検出部３１１は、複素数の絶対値を取る処理（ステップＳ３）を実行しなくてもよく、周波数分析部３１２は、包絡線波形Ｄ２に対してオフセット除去処理（ステップＳ４）を実行してもよい。また、周波数分析部３１２は、オフセット除去処理（ステップＳ４）を実行せず、包絡線波形Ｄ２又は包絡線波形Ｄ３に対して高速フーリエ変換（ステップＳ５）を実行してもよい。

【0062】

すなわち、本発明の一局面に従う振動検出装置は、転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出部と、前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング部とを備え、前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、前記サンプリング部は、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数でサンプリングする。

【0063】

また、本発明の一局面に従う振動検出方法は、転がり軸受で生じた振動を検出してアナログ信号に変換する振動検出工程と、前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するサンプリング工程とを含み、前記振動は、前記転がり軸受に傷が生じた場合に、所定の第一周波数で振動する第一振動区間と前記第一振動区間の後に続く第二区間とを含む繰り返し単位が、所定の繰り返し周期で繰り返されるものであり、前記サンプリング工程では、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数でサンプリングする。

【0064】

これらの構成によれば、第一周波数の２倍より低い低周波数でサンプリングできればよいので、サンプリングを行う部材として安価な部材を用いることが可能となる。その結果、転がり軸受の異常を検知するための振動検出装置のコストを低減することが容易となる。

【0065】

また、前記サンプリング周波数は、前記第一周波数の２倍より低いことが好ましい。

【0066】

この構成によれば、第一周波数に対して標本化定理を満たさない低周波数でサンプリングされることが明らかである。

【0067】

また、前記サンプリングの周期は、前記繰り返し周期の１／２よりも短いことが好ましい。

【0068】

この構成によれば、サンプリングされたデジタル信号には、繰り返し周期の逆数である繰り返し周波数の周波数成分が含まれる。

【0069】

また、本発明の一局面に従う異常検出補助システムは、上述の振動検出装置から、前記デジタル信号を取得するデジタル信号取得部と、前記デジタル信号に基づく振動波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記包絡線に対して周波数分析を行い、周波数成分毎の分析値を算出する周波数分析部とを備える。

【0070】

この構成によれば、第一周波数の２倍より低い低周波数でサンプリングされたデジタル信号の包絡線に対する周波数成分毎の分析値が得られる。周波数成分毎の分析値を得ることができれば、その分析値から転がり軸受の異常を検知することが容易となる。

【0071】

また、前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記繰り返し周期の逆数である繰り返し周波数を含む周波数範囲である基準周波数範囲内において予め設定された基準値を超えたとき、異常と判定する異常判定部をさらに備えることが好ましい。

【0072】

この構成によれば、転がり軸受の異常を自動的に検知することが可能となる。

【0073】

また、前記基準周波数範囲は、前記転がり軸受の外輪に対応付けて設定された外輪周波数範囲を含み、前記異常判定部は、前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記外輪周波数範囲内において前記基準値を超えたとき、前記外輪の異常と判定することが好ましい。

【0074】

この構成によれば、転がり軸受の外輪の異常を自動的に検知することが可能となる。

【0075】

また、前記基準周波数範囲は、前記転がり軸受の内輪に対応付けて設定された内輪周波数範囲を含み、前記異常判定部は、前記周波数成分毎の分析値の大きさが、前記内輪周波数範囲内において前記基準値を超えたとき、前記内輪の異常と判定することが好ましい。

【0076】

この構成によれば、転がり軸受の内輪の異常を自動的に検知することが可能となる。

【0077】

また、前記振動検出装置をさらに備えることが好ましい。

【0078】

この構成によれば、振動検出装置は、異常検出補助システムに含まれる。

【0079】

なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、本発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではない。

【符号の説明】

【0080】

１ 異常検出補助システム
２ 振動検出装置
３ 異常検出補助装置
２０ 加速度センサ
２１ 振動検出部
２２ サンプリング部
２３ 通信部
３１ 演算部（デジタル信号取得部）
３２ 通信部（デジタル信号取得部）
３３ ディスプレイ
３１１ 包絡線検出部
３１２ 周波数分析部
３１３ 異常判定部
Ａ アナログ信号
Ａ１ 繰り返し単位
Ｂ 転がり軸受
Ｂ１ 外輪
Ｂ２ 内輪
Ｂ３ 転動体
Ｄ デジタル信号
Ｄ１ サンプリング波形
Ｄ２，Ｄ３ 包絡線波形
Ｄ４ 分析対象波形
Ｄ５ 分析値
Ｆ１ 第一周波数
Ｆｒ 繰り返し周波数
Ｆｓ サンプリング周波数
Ｍ モータ
Ｔｒ 繰り返し周期
Ｔｓ サンプリング周期
Ｚ１ 第一区間
Ｚ２ 第二区間

【要約】

振動検出装置２は、転がり軸受Ｂで生じた振動を検出してアナログ信号Ａに変換する振動検出部２１と、アナログ信号Ａをサンプリングしてデジタル信号Ｄに変換するサンプリング部２２とを備え、振動は、転がり軸受Ｂに傷が生じた場合に、所定の第一周波数Ｆ１で振動する第一振動区間Ｚ１と第一振動区間Ｚ１の後に続く第二区間Ｚ２とを含む繰り返し単位Ａ１が、所定の繰り返し周期Ｔｒで繰り返されるものであり、サンプリング部２２は、前記アナログ信号を、前記第一周波数の２倍より低いサンプリング周波数でサンプリングする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】