JP3864146B2 - 回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、携帯端末及び機能拡張用カード - Google Patents
回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、携帯端末及び機能拡張用カード Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機の軸受の振動を検出して軸受の異常を診断する回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、又はそのシステムに使用される携帯端末、及び前記軸受診断装置又は前記携帯端末に使用される機能拡張用カードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動機などの回転機器については、振動や騒音を測定して解析することにより、機器に機械的な異常が発生している否かを診断することが行なわれている。そして、電動機等を用いて構成される生産設備において、生産性の向上を図るためには、予防保全が非常に重要となる。特に、電動機等を構成する軸受けに機械的損傷が発生すると、機器に大きなダメージを与えることになり、設備稼働率を大幅に低下させる場合がある。そこで、軸受については、定期的に上記の診断を行なうことが好ましい。
【０００３】
上記の診断は、例えば、振動ピックアップや集音マイクなどを用いて機器に発生する振動を音響的な電気信号に変換して増幅した後、Ａ／Ｄ変換してコンピュータに取り込み、その信号波形を解析することで行なっている。
【０００４】
図１４には、診断装置の一構成例を示す。即ち、電動機１の軸受２（ハウジングに内蔵されている）部分に振動ピックアップ３を取付け、その振動ピックアップ３からの出力信号を駆動アンプ（振動ピックアップ３のタイプに応じて、チャージアンプ又はセンサアンプ）４で増幅し、ＦＦＴアナライザ５で解析処理する。その解析処理結果は、パソコン６に与えられるようになっている。例えば、非特許文献１には、上記装置に使用される駆動アンプ４の構成が開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】
東陽テクニカ ２００３総合カタログ 加速度計
ＡＣ電源式シグナルコンディショナ
型式：PCB-3581-00-0301000-269-4.0-T7G-CA
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置構成では携帯性が非常に悪く、電動機１の近傍にこれらを設置して振動測定を行なうことは極めて煩わしかった。特に、複数の電動機１が近接して配置されているような環境では、各電動機１について夫々診断を行なうことが困難であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動測定をより容易に行うことが可能となる回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、又はそのシステムに使用される携帯端末、又は前記携帯端末に使用される機能拡張用カードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の回転機の軸受診断装置は、機能拡張用カードが接続可能に構成される携帯端末を利用してなるものであって、
前記機能拡張用カードは、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、前記機能拡張用カード側より転送されたデータに基づいて軸受の異常を診断する診断手段とを備える。
【０００９】
即ち、従来は、主に駆動アンプ４及びＦＦＴアナライザ５が何れも体積が大きい装置であったため、全体の小型化が困難であった。これに対して、本発明によれば、駆動アンプ４に相当する電源回路を携帯端末に接続される機能拡張用カードの内部に配置し、振動センサもその機能拡張用カードに接続するようにした。そして、ＦＦＴアナライザ５並びにパソコン６に対応する診断手段を携帯端末が備えている。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定する。即ち、従来の駆動アンプ４は、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり、或いは電池を用いる構成であったため、何れも大型にならざるを得なかった。そこで、本発明では、昇圧チョッパ電源回路を用いることで機能拡張用カードに内蔵可能なサイズで構成する。
しかし、昇圧チョッパ電源回路がスイッチング動作を行なうと、それに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に印加されるおそれがある。従って、スイッチング周波数を軸受に発生する振動の周波数帯よりも高く設定することで、スイッチングノイズが振動信号に及ぼす影響を低減することができる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載したように、機能拡張用カードを、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えて構成すると良い。斯様に構成すれば、例え、振動信号にスイッチングノイズが印加された場合でも、そのノイズは、フィルタによって除去されるようになる。
【００１３】
また、請求項３に記載したように、診断手段を、機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断するように構成すると良い。斯様に構成すれば、回転機の回転軸の実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を算出し、この特徴周波数と周波数分析処理された音声信号の周波数成分とを比較して軸受の異常を正確に診断することができる。
【００１４】
また、以上の場合において、請求項４に記載したように、携帯端末に、記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段を備えても良い。斯様に構成すれば、携帯端末によって測定されたデータを外部において解析することも可能となるので、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
【００１５】
また、この場合、請求項５に記載したように、通信手段を、コンピュータ通信ネットワークに接続可能な構成とするのが好ましい。斯様に構成すれば、そのコンピュータ通信ネットワークに接続されるパーソナルコンピュータ等は、携帯端末の測定データを取得して解析することが可能となるので、データ解析をより多様な形態で行なうことができるようになる。
【００１６】
更に、以上の場合において、請求項６に記載したように、携帯端末に、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成するのが好ましい。斯様に構成すれば、携帯端末を所持する作業者は測定した振動データをその場で音声として聞くことが可能となるので、それによって回転機に異常が発生しているか否かの凡その判断を行なうこともできる。
【００１７】
また、この場合、請求項７に記載したように、携帯端末を、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成すると良い。斯様に構成すれば、携帯端末がオペレーティングシステムとしてWINDOWS（登録商標）を使用している場合に、そのオペレーティングシステムに準拠した音声データとして取り扱うことができる。従って、その音声データの処理をより容易に行なうことができる。
【００１８】
請求項８記載の回転機の軸受診断システムは、機能拡張用カードが接続可能であると共に、回転機の軸受の振動を検出可能に構成される携帯端末と、この携帯端末と通信を行うことで前記検出の結果に基づき診断を行なう外部診断装置とで構成されるものであって、
前記機能拡張用カードは、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、前記機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段とを備え、
前記外部診断装置は、前記携帯端末より送信されたデータに基づいて軸受の異常を診断する診断手段を備える。
【００１９】
斯様に構成すれば、請求項１と同様に、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定することが可能となる。そして、携帯端末によって測定されたデータは外部診断装置の診断手段によって解析されるので、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して効率を向上させることができる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数は、前記回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
この場合、請求項９に記載したように、機能拡張用カードを、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えるとよく、斯様に構成すれば、請求項８の構成について、請求項２と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
また、請求項１０に記載したように、診断手段を、機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断するように構成すると良い。斯様に構成すれば、請求項８の構成について、請求項３と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
更に、請求項１１に記載したように、携帯端末を、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成しても良く、斯様に構成すれば、請求項８乃至１０の何れかの構成について、請求項６と同様の作用効果が得られる。
【００２４】
加えて、請求項１２に記載したように、外部診断装置を、コンピュータ通信ネットワークに接続可能に構成しても良く、斯様に構成すれば、請求項８乃至１１の何れかの構成について、請求項５と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
また、請求項１３に記載したように、携帯端末を、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成すると良く、斯様に構成すれば、請求項１１又は１２の構成について、請求項７と同様の作用効果が得られる。
【００２６】
請求項１７記載の機能拡張用カードは、ＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカードとして構成されることを特徴とする。斯様に構成すれば、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカードを利用することができ、携帯端末を低コストで構成することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、軸受診断装置たるＰＤＡによって電動機の軸受の振動測定を行う状態を示すものである。この図１に示すように、電動機（例えば誘導電動機）１の回転軸７の先端部、及び、負荷装置９の回転軸１０の先端部には、円柱状の接合板１１及び１２が固定して装着されており、夫々の接合板１１及び１２が接合され、ボルトで固定されることによって、電動機１と負荷装置９とが接合されている。
【００２８】
また、電動機フレーム１３の両端には、回転軸７を支えるためのころがり軸受２が装着されており、このころがり軸受（以下、単に軸受と称す）２は電動機フレーム１３のハウジング１４内に収容されている。
【００２９】
後端側（図１では左方側）の軸受２を収容するハウジング１４の外周面の上側部には、振動検出手段たる圧電素子製の加速度センサ１５がマグネットの磁力によって取り付けられている。これらの加速度センサ１５では、電動機１の回転軸７の回転によって振動を受けると、圧電素子によってその振動がアナログの電気信号（振動信号）に変換され、この振動信号が信号線１６を介してＰＤＡ（Personal Digital Assistants，携帯端末）１７に接続されるＰＣカード（機能拡張用カード）１８の入力端子に出力される。
【００３０】
ここで、図２には、ＰＤＡ１７の概観を示す。ＰＤＡ１７は、携帯可能に構成された小型のパーソナルコンピュータ（所謂、モバイルコンピュータ）である。ケースの上面には、ＬＣＤなどで表示を行うと共に、ペンタッチ入力も可能に構成される表示入力部１９や、簡単な操作を行なうための操作キー２０などが配置されている。
【００３１】
また、ＰＤＡ１７には、PCMCIA規格(PC card standard)に準拠したＰＣカード１８を中継して接続するためのジャケット２１が装着されている。即ち、ＰＤＡ１７は、本体を極力小型に構成する必要があり、ＰＣカード１８を直接接続するためのスロットを備えていないものが一般的である。従って、具体的には図示しないが、ＰＤＡ１７側とＰＣカード１８側との双方に対して接続を図るためのコネクタを有するジャケット２１を介してＰＣカード１８を接続する。
【００３２】
図３には、ＰＤＡ１７及びＰＣカード１８の電気的構成を機能ブロックで示す。ＰＣカード１８は、センサアンプ（電源回路）２２，Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）２３，ＰＣカードコントローラ（データ転送手段）２４，ＣＰＵ２５及びメモリ２６などを備えて構成されている。ＣＰＵ２５は、Ａ／Ｄ変換器２３及びＰＣカードコントローラ２４の制御を行うものである。
【００３３】
ＰＣカードコントローラ２４は、内部のデコーダ２７によってＣＰＵ２５より与えられる制御指令をデコードして動作し、ＰＣカード１８とＰＤＡ１７との間でデータの転送を行なうように構成されるロジックである。また、ＰＣカードコントローラ２４は、Ａ／Ｄ変換器２３より出力されたデータをバッファ２８で受けて、ＰＤＡ１７側に転送するようになっている。
【００３４】
尚、図３においては、図示の都合上ジャケット２１を介した接続部分は省略しており、ＰＤＡ１７とＰＣカード１８とは、コネクタ２９，３０を介して接続されるように示している。
【００３５】
一方、ＰＤＡ１７側は、ＣＰＵ３１，メモリ（記憶手段）３２，ＩＳＡバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３３等を備えて構成されている。ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３は、ＰＣカード１８との間におけるバス制御を行うものである。メモリ３２には、オペレーティングシステム（ＯＳ）３４としてWINDOWS CE（登録商標）がインストールされており、そのＯＳ３４上で動作するアプリケーションプログラムとして測定・診断プログラム（診断手段）３５も記憶されている。
【００３６】
測定・診断プログラム３５は、ＰＣカード１８より転送された振動データを、RIFF WAVE形式で診断データファイル３６の一部としてメモリ３２に記憶させるようになっている。また、アプリケーションプログラムとしてWINDOWSメディア・プレーヤ（登録商標）３７も搭載されており、後述するようにWAVE形式の診断データファイル３６に基づいて音声信号の再生出力も可能となっている。
【００３７】
尚、音声信号は、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）４５を介してヘッドフォンジャック（音声信号出力手段）４６より出力可能に構成されている。即ち、作業者は、ヘッドフォンジャック４６に図示しないヘッドフォンを接続することで、出力される音声信号を聞くことができる。
【００３８】
ここで、従来、振動センサを用いた軸受診断装置では、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり、或いは電池を用いる構成であったため、駆動アンプ４のように何れも大型にならざるを得なかった。そして、本実施例では、センサアンプ２２をＰＣカード１８に内蔵するため、図４に示す構成とした。
【００３９】
即ち、センサアンプ２２は、昇圧チョッパ回路３８，定電流回路３９，アンプ４０及びフィルタ４１で構成されている。昇圧チョッパ回路３８は、ＰＤＡ１７側よりコネクタ２９，３０を介して供給される５Ｖの電源を受けて、昇圧チョッピング動作を行なうことで電圧２０Ｖの電源を生成する。
【００４０】
尚、昇圧チョッパ回路３８のスイッチング周波数は、回転機１０の軸受２に発生する振動の周波数帯（〜２０ｋＨｚ）よりも高くなるように設定されている。これは、昇圧チョッパ回路３８がスイッチング動作を行なうと、それに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に印加されるおそれがあることから、そのスイッチングノイズ及ぼす影響を低減するためである。
【００４１】
定電流回路３９は、昇圧された２０Ｖの電源を受けて２ｍＡの定電流を振動センサ１５の信号線１５Ｌに供給する。アンプ４０は、信号線１５Ｌによって伝送された振動信号を増幅してフィルタ４１に出力する。また、アンプ４０のゲインは、ＰＤＡ１７側より設定可能となっている。尚、フィルタ４１は、軸受２に発生する振動の周波数帯のみを通過させるローパスフィルタである。そして、フィルタ４１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２３に与えられている。Ａ／Ｄ変換器２３では、増幅された振動信号がウェーブ形式に基づいた最大５０ｋＨｚのレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。
【００４２】
次に、本実施例の作用について図５乃至図１１を参照して説明する。尚、転がり軸受２の詳細な構造とその異常診断方法の概要については、例えば特開２００１−２５５２４１などに開示されているのでここでは省略する。また、振動データの測定及び診断の各処理についても、基本的な部分は特願２００１−３４６２０１に記載されているものと同様である。
【００４３】
ＰＤＡ１７において、軸受診断用の測定・診断プログラム３５を起動すると、表示入力部１９の画面上には、図示はしないがメインメニュー画面が表示される。このメインメニュー画面では、まず、使用する診断データファイル３６の設定が行われる。これは、既存のものの中から選択するか、新規作成することにより行われる。続いて、以下の項目が選択可能に表示され、設定された診断データファイル３６に対して各項目の処理が実行される。
≪初期設定≫，≪振動検出≫，≪軸受診断≫，≪振動音出力≫
【００４４】
尚、以下において診断情報とは、校正情報（原振動信号を校正するための校正用音声信号等）、測定情報（ＰＣカード１８内のアンプ４０のゲイン設定値，測定場所及び測定日時）、電動機情報（指令周波数，容量及び極数）、及び、識別情報（軸受２のメーカ名及び型式）で構成されているものとする。
【００４５】
≪初期設定≫
メインメニュー画面から≪初期設定≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない初期設定画面が表示される。この初期設定画面では、以下の各項目を選択することで、校正情報，測定情報，電動機情報及び識別情報の設定が行われる。
【００４６】
［校正情報の設定］
ここでは、原振動信号の振幅を重力加速度に対応付けるための校正に必要な校正用振動信号の設定が行われる。まず、ＰＤＡ１７に、原振動信号の検出時と同一の加速度センサ１５及びＰＣカード１８を装備し、ＰＣカード１８内のアンプ４０のゲインは原振動信号の検出時と同一値に設定する。次に、正確な一定の重力加速度で振動させることが可能な加振器等を用いて、例えば重力加速度１Ｇから１０Ｇまで１Ｇ毎に振動させる。
【００４７】
これにより、ＰＣカード１８では、各重力加速度における加振器等の振動が検出されてＡ／Ｄ変換が行われ、デジタルの校正用振動信号が出力されて、診断データファイル３６に記録される。
【００４８】
斯様にして複数の校正用振動信号が記録されると、夫々の重力加速度における校正用振動信号のピークの平均値が検出される。そして、重力加速度と前記平均値との一次比例の近似直線（以下、この近似直線を校正用近似直線と称す）が演算により求められ、診断データファイル３６に記録される。
【００４９】
［測定情報の設定］
ここでは、ＰＤＡ１７にて検出された原振動信号の振幅を最適化するためにアンプ４０のゲイン設定が行われる。まず、電動機１を駆動させ、ＰＤＡ１７にて、軸受２の振動を原振動信号として検出する。このとき、表示入力部１９の画面上に原振動信号の波形がリアルタイムで表示されるので、作業者は、この波形を見ながら振幅が適正な大きさとなるようにゲインを設定する。設定されたゲインは診断データファイル３６に記録される。
また、測定場所及び測定日時の設定が可能であり、設定された測定場所及び測定日時は必要に応じて診断データファイル３６に記録される。
【００５０】
［電動機情報の設定］
ここでは、電動機１の指令周波数，容量及び極数の設定が行われる。指令周波数は、電動機１を実際に駆動させた時のものを入力する。容量及び極数は、電動機１に付された銘板等に記載されているものを入力する。そして、これらも診断データファイル３６に記録される。
【００５１】
［識別情報の設定］
ここでは、軸受２の形状データを選択するために識別情報の設定が行われる。これは、電動機１に付された銘板等に記載されている識別情報を入力することで行われ、診断データファイル３６に記録される。
【００５２】
尚、形状データ等については、ＰＤＡ１７内部のメモリ３２に予め記憶されているものでも良く、また、ＰＤＡ１７に接続される図示しないメモリーカード（例えば、ＳＤメモリカード（登録商標）やＣＦ（コンパクト・フラッシュ）カード等）に記憶されているものでも良い。更に、ＰＤＡ１７の図示しない外部通信インターフェイス（例えば、ＵＳＢ，Bluetooth，ＰＨＳ等）を使用して、例えば外部のサーバなどに配置されているデータベースにアクセスを行ない、メモリ３２にダウンロードしても良い。
【００５３】
ここで、図５には、測定データファイル３６のデータ領域構造を示す。測定データファイル３６のデータ領域は、情報チャンク４３とウェーブチャンク４４とで形成されている。
【００５４】
ウェーブチャンク４４は音声用のデータを記録するためのデータ領域であり、記録された音声用のデータは、メディア・プレーヤ３７により再生させてヘッドフォンジャック４６より音声として出力可能である。そして、ＰＤＡ１７は、原振動信号をこのウェーブチャンク４４に記録する。一方、情報チャンク４３はユーザが任意のデータを記録可能なデータ領域であり、記録されたデータは、メディア・プレーヤ３７等では自動的に読み飛ばされる。そして、ＰＤＡ１７は、診断情報をこの情報チャンク４３に記録する。
【００５５】
≪振動検出≫
メインメニュー画面から≪振動検出≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない振動検出画面が表示され、軸受２の振動検出が行われる。以下、図６のフローチャートを参照しながら振動検出の作用について説明する。
【００５６】
先ず、ステップＳ１では、サンプリング周波数の設定が行われる。設定されるサンプリング周波数は、例えば５０ｋＨｚ及び２５ｋＨｚである。続くステップＳ２では、検出開始操作の入力待ち状態となっている。このとき、作業者が、電動機１の軸受２に加速度センサ１５が装着され、且つ、駆動装置（図示せず）に設定された指令周波数に基づき電動機１が定常状態で駆動されていることを確認して検出開始操作を行うと、ステップＳ３に移行する。
【００５７】
ステップＳ３では、ＰＣカード１８において設定されたサンプリング周波数で振動信号のＡ／Ｄ変換が行われ、原振動信号が生成される。そして、続くステップＳ４では、原振動信号がウェーブ形式データに変換され、診断データファイル３６のウェーブチャンク４４に記録される。
【００５８】
≪軸受診断≫
メインメニュー画面から≪軸受診断≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない軸受診断画面が表示され、診断データファイル３６に記録された原振動信号及び診断情報に基づいて軸受２の診断が行われる。以下、図７のフローチャートを参照しながら診断の作用について説明する。
【００５９】
ステップＴ１では、診断データファイル３６から原振動信号及び診断情報が読み出され、続くステップＴ２では、診断情報内の識別情報に基づいて、例えばメモリ３２から診断に必要な形状データの読み出しが行われる。ここで、識別情報の一部が未記録の場合には、診断情報内の電動機情報に対応した選択条件に基づいて形状データが選択される。また、電動機情報の一部が未記録の場合には、表示入力部１９の画面上に形状データを入力する画面が表示され、作業者により形状データが入力される。
【００６０】
次のステップＴ３では、軸受２の異常を判定するための重力加速度の値（以下、異常判定用重力加速度と称す）が入力される。続くステップＴ４では、診断情報内の校正用近似直線データに基づいて原振動信号の１サンプル毎の校正が行われ、校正済振動信号が生成される。校正済振動信号は、作業者の必要に応じて診断データファイル３６のウェーブチャンク４４に記録可能である。
【００６１】
ステップＴ５では、軸受２の異常の有無を判定するための簡易診断が実行される。この簡易診断の詳細を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、校正済振動信号の全サンプル値を１サンプル毎に比較することで重力加速度のピーク値の検出が行われる（ステップＵ１）。
【００６２】
次に、前記全サンプル値について実効値を演算し（ステップＵ２）、また、その全サンプル値の絶対値の総和にπ／２を乗じてオーバーオール値を演算する（ステップＵ３）。更に、前記全サンプル値について標準偏差を求めると（ステップＵ４）、ステップＵ１で検出したピーク値をステップＵ２で演算した実効値で除すことによりクレスト・ファクタ(C.F.:Crest Factor)を演算する（ステップＵ５）。
【００６３】
続いて、全サンプル値について遮断周波数１ｋＨｚでハイパスフィルタ処理を行なうと（ステップＵ６）、そのフィルタ処理後のサンプル値についてステップＵ１〜Ｕ５で行なったものと同一の演算を行なう（ステップＵ７）。即ち、以上に基づく振動成分は、比較的高域において顕著に現われるからである。
【００６４】
そして、次のステップＵ８では異常判定が行なわれる。異常判定は、各ステップＵ１〜Ｕ５及びＵ７で求めた評価値（これらを兆候パラメータと称す）を、夫々の基準によって判定することで行なう。例えば、ステップＵ１で検出された校正済振動信号のピーク値については、図７のステップＴ３で入力された異常判定用重力加速度との比較が行われ、前者が後者よりも大きい場合は軸受２に「異常有り」と判定される。そして、図７のステップＴ６に移行する。
【００６５】
ここで、図９には、（ａ）識別情報（機器情報）と（ｂ）簡易診断による解析結果の一例（表示入力部１９における画面表示例）を示す。即ち、（ａ）に示す機器情報としては、「点検Ｎｏ．」、「部署名」、「建屋Ｎｏ．」、「枠番」、「回転数」、「軸受メーカ」、「軸受型式」、「コメント」などが表示される。また、（ｂ）に示す解析結果としては、例えば、図８のステップＵ１〜Ｕ５で演算された兆候パラメータが表示される。
【００６６】
ステップＴ６では、簡易診断の結果により軸受２に「異常無し」と判定された場合はステップＴ８に移行し、「異常有り」と判定された場合はステップＴ７に移行して精密診断が行われる。この精密診断の詳細を図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６７】
まず、校正済振動信号（ハイパスフィルタ処理されたもの）について、帯域３ｋＨｚ〜８ｋＨｚのバンドパスフィルタ処理を行ない（ステップＶ０）、続くステップＶ１では、校正済振動信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われる。高速フーリエ変換処理は、校正済振動信号の連続した複数点のデータに基づいて行われる。校正済振動信号の周波数成分には、特定の周波数領域で重力加速度の振幅が大きな部分が複数現われる。以下、これらの周波数領域を極大領域と称する。これらの極大領域は、電動機１の実回転速度や、軸受２を構成する部品の特徴周波数、及びこれらの周波数の高調波成分である。
【００６８】
続いて、ステップＶ２では、高速フーリエ変換処理の結果から、電動機１の実回転速度の検出が行われる。具体的には、複数の極大領域の中から、診断情報内の周波数指令の値に最も近い極大領域が検出され、この極大領域の極大値を示す周波数が電動機１の実運転周波数（実回転速度）として検出される。
【００６９】
ステップＶ３では、検出された実回転速度及び図７のステップＴ２において読み出された形状データに基づいて、軸受２の特徴周波数（パス周波数）が算出される。次のステップＶ４では、校正済振動信号の高調波ノイズ成分を除去するために校正済振動信号の包絡線処理が行われて、包絡線処理済音声信号が生成される。
【００７０】
ステップＶ５では、包絡線処理済音声信号の高速フーリエ変換処理が行われる。この高速フーリエ変換処理により、低周波領域（例えば１０［Ｈｚ］〜１００［Ｈｚ］の周波数領域）に接近して現れる特徴周波数を明確に識別することが可能となる。
【００７１】
続いて、ステップＶ６では、軸受２の特徴周波数と、包絡線処理済音声信号の周波数成分との比較が行われる。まず、包絡線処理済音声信号の周波数成分において、夫々の特徴周波数と一致する周波数での重力加速度の値の検出が行われる。次に、検出された重力加速度値の中で、一番大きな値を示す特徴周波数が検出される。そして、検出された特徴周波数に対応する軸受２の部品が異常の主要因として特定される。そして、図７のステップＴ８に移行する。
【００７２】
ステップＴ８では、簡易診断及び精密診断の診断結果を受けて、この診断結果を表示入力部１９へ表示する処理が行われる。また、作業者の必要に応じて、診断結果を診断データファイル３６の情報チャンクに記録することも可能である。
【００７３】
≪振動音出力≫
メインメニュー画面から≪振動音出力≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない振動音出力画面が表示される。ここでは、診断データファイル３６に記録された原振動信号及び校正済振動信号と、校正済振動信号を帯域遮断フィルタ処理することで生成した帯域遮断振動信号を振動音として出力する処理が行われる。以下、図１１のフローチャートを参照しながら振動音出力の作用について説明する。
【００７４】
ステップＷ１では、原振動信号、校正済振動信号、又は、帯域遮断振動信号の中から振動音として出力するものの選択が行われる。ここから、夫々の選択に応じてステップＷ２〜Ｗ４に移行する。そして、ステップＷ２，Ｗ３では、原振動信号，校正済振動信号が夫々音声再生処理され、振動音としてヘッドフォンジャック４６から出力される。また、ステップＷ４では、校正済振動信号の高速フーリエ変換処理が行われる。
【００７５】
ステップＷ５では、作業者により、校正済振動信号の帯域遮断フィルタ処理を行うための周波数帯域の設定が行われる。ステップＷ６では、設定された周波数帯域に基づいて、高速フーリエ変換処理された校正済振動信号の帯域遮断フィルタ処理が行われる。ここでのフィルタ処理は、電動機１の運転に基づいて発生する振動音のレベルを低下させ、異常に基づいて発生する特徴的な振動音を聞き易くするために行なう。
【００７６】
ステップＷ７では、帯域遮断フィルタ処理された校正済振動信号の逆高速フーリエ変換処理が行われ、再び、時間成分の校正済振動信号に変換される。ステップＷ８では、振動音出力時の音声の連続性を確保するため逆高速フーリエ変換処理された校正済振動信号の窓関数処理が行われ、これによって帯域遮断振動信号が生成される。ステップＷ９では、メディア・プレーヤ３７が起動されることで帯域遮断振動信号が音声再生処理され、振動音としてヘッドフォンジャック４６から出力される。
【００７７】
以上のように本実施例によれば、ＰＣカード１８を、回転機１の軸受２の振動を検出する振動センサ１５を接続可能とし、ＰＤＡ１７側より供給される電源に基づいて振動センサ１５の駆動用電源を生成する昇圧チョッパ回路３８と、振動センサ１５によって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２３と、このＡ／Ｄ変換器２３により変換されたデータをＰＤＡ１７側に転送するためのＰＣカードコントローラ２４とを内蔵して構成した。
【００７８】
そして、ＰＤＡ１７は、ＰＣカード１８側より転送されたデータに基づいて兆候パラメータを演算して求めると共に、周波数分析処理して回転機１の実回転数を求めると共に軸受２の特徴周波数を求め、この特徴周波数と周波数分析処理された結果とを比較して軸受２の異常を診断する測定・診断プログラム３５を備えて構成した。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型のＰＤＡ１７を持ち歩いて回転機１の軸受２に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
【００７９】
また、ＰＣカード１８に内蔵されるセンサアンプ２２を昇圧チョッパ回路３８を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、軸受２に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定し、更に、Ａ／Ｄ変換器２３の入力側にフィルタ４１を配置した。
【００８０】
従って、昇圧チョッパ回路３８がスイッチング動作を行なうことに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に影響与えないように構成すると共に、従来の駆動アンプ４のように、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり或いは電池を用いる構成とは異なり、ＰＣカード１８に内蔵可能な極めて小さいサイズで構成することができた。
【００８１】
更に、ＰＤＡ１７に、メモリ３２に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換器４５と、変換されたアナログ信号を音声信号として出力するためのヘッドホンジャック４６とを備えたので、作業者は、測定した振動データをその場で（ヘッドホンを介して）音声として聞くことが可能となるので、それによって回転機１に異常が発生しているか否かの凡その判断を行なうこともできる。
【００８２】
また、メモリ３２にウェーブ形式でデータを記憶するので、ＰＤＡ１７がＯＳ３４としてWINDOWSを使用している場合に、そのＯＳ３４に準拠した音声データとして取り扱うことができる。従って、その音声データの処理をより容易に行なうことができる。
【００８３】
加えて、機能拡張用カードをＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカード１８としたので、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカード１８を利用することができ、ＰＤＡ１７を低コストで構成することが可能となる。
【００８４】
（第２実施例）
図１２は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例では、ＰＤＡ（携帯端末）５０は、通信機能（例えば、Bluetooth等）を備えたＣＦカード（通信手段）５２が接続可能であり、その通信機能によってメールサーバ５３との通信が可能となっている。
【００８５】
メールサーバ５３は、例えばＬＡＮ(Local Aria Network)などのコンピュータ通信ネットワーク５４を介して診断サーバ（外部診断装置）５５に接続されている。また、コンピュータ通信ネットワーク５４には、クライアントとしてのパーソナルコンピュータ（クライアントＰＣ，外部診断装置））５６も接続されている。
【００８６】
そして、診断サーバ５５は、第１実施例においてＰＤＡ１７の測定・診断プログラム３５が備えていた機能の内、診断機能部分を備えている。また、診断サーバ５５は、例えばハードディスク装置などに、市販されている電動機，軸受の全種類の形状データを記録した機器データファイル（データベース）５７，軸受（ベアリング）データファイル５８が形成されている。更に、軸受について診断を行なった結果である診断・点検履歴データファイル５９も形成されている。
【００８７】
次に、第２実施例の作用について図１３をも参照して説明する。図１３は、ＰＤＡ５０，メールサーバ５３，診断サーバ５５及びクライアントＰＣ５６間で行なわれる処理の流れの一例を示すシーケンス図である。ＰＤＡ５０は、第１実施例と同様に軸受２の振動測定を行うと（Ｘ１）、その測定結果をウェーブ形式で記録したデータを、電子メールでメールサーバ５３に送信する（Ｘ２，Ｘ３）。尚、この場合、情報チャンク４３には、測定対象の電動機１及び軸受２についての型番情報が記録されている。診断サーバ５５は、メールサーバ５３にアクセスしてその測定データを取得すると（Ｘ４）、機器データファイル５７，軸受データファイル５８より測定対象の型番に対応するデータを読み出し（Ｘ５）、第１実施例と同様の異常診断（例えば、簡易診断，精密診断）を行なう（Ｘ６）。
【００８８】
続いて、診断サーバ５５は、その診断結果を診断履歴データファイル５９に書き加えて更新すると（Ｘ７）、診断結果をメールサーバ５３に送信する（Ｘ８）。それから、診断サーバ５５は、必要に応じて、更新された診断履歴データファイル５９に基づいて軸受２の診断測定傾向について分析を行なう（Ｘ９）。
【００８９】
そして、ＰＤＡ５０側の作業者は、必要に応じてメールサーバ５３において受信（Ｘ１０）されている診断結果データを取得し（Ｘ１１）、自身のメモリ３２等に記憶されている診断結果に基づいて独自に傾向比較を行なうことも可能である（Ｘ１２）。
【００９０】
一方、クライアントＰＣ５６も、メールサーバ５３にアクセスしてＰＤＡ５０による測定データを取得することができる（Ｘ１３）。そして、診断サーバ５５のデータファイル５７，５８にアクセスして診断に必要なデータを習得し(Ｘ１４)、診断を行なうこともできる（Ｘ１５，尚、診断サーバ５５が診断を行なった結果を取得しても良い）。
【００９１】
それらから、クライアントＰＣ５６側の作業者は、例えば、その診断結果に基づいてＰＤＡ５０側の作業者に必要な指示を与えるためのメッセージを電子メールで送信することが可能である（Ｘ１６，Ｘ１７）。そして、ＰＤＡ５０側の作業者は、そのメッセージを取得することで（Ｘ１８）その内容に基づいて必要とされる測定を更に行うこともできる。
【００９２】
以上のように第２実施例によれば、ＰＤＡ５０は、ＰＣカード１８を介して測定した軸受２の振動データを診断サーバ５５側に送信し、診断サーバ５５は、その振動データを受信して診断を行なうようにした。従って、ＰＤＡ５０を所持する作業者は、振動測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
【００９３】
また、ＰＤＡ５０は、ＣＦカード５２及びメールサーバ５３を介してコンピュータ通信ネットワーク５４に接続が可能であるから、その通信ネットワーク５４に接続されているクライアントＰＣ５６も軸受２について診断を行なうことができる。従って、診断や作業をより多様な形態で実行することが可能となる。
【００９４】
尚、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
上記実施例では、診断情報を情報チャンクに記録し音声信号をウェーブチャンクに記録するようにして診断データファイル３６をウェーブ形式で記録するようにしたが、この機能は必要に応じて設ければよい。また、オペレーティングシステムはWINDOWSに限ることなく、その他Palm OS（登録商標）,MacOS（登録商標）やLinux，ＴＲＯＮ（登録商標）などでも良い。
機能拡張用カードはＰＣカードに限ることはなく、実際に設計可能なサイズに応じて異なる規格のカード（例えば、外形サイズがより小型のメモリカードなどに相当するもの）を用いても良い。
また、携帯端末は、機能拡張用カードを直接接続して収容可能な構成であっても良い。
【００９５】
振動検出手段を圧電素子製の加速度センサとしたが、これに限定されるものではなく、要は振動を電気信号に変換するものであれば良い。
ころがり軸受の診断を行うものに限らず、例えばすべり軸受の診断を行うようにしてもよい。
振動検出手段を機能拡張用カードに２個接続可能に構成し、両者を電動機の前後端側に配置されている２つの軸受に取付けて、振動信号を２チャンネルで取り込むように構成しても良い。斯様に構成すれば、より精密な測定診断を行なうことができる。
ＰＤＡ１７に、音声信号出力手段としてスピーカを設けても良い。また、音声信号出力手段は必要に応じて設ければよい。
コンピュータ通信ネットワークは、インターネットに接続されるものでも良い。また、無線ＬＡＮやBluetoothであっても良い。
【００９６】
第１実施例においてＰＤＡ１７が行なう診断は簡易診断のみとしても良い。また、簡易診断で求める兆候パラメータは、必要な評価値だけを適宜選択して求めるようにすれば良い。
第１実施例におけるＰＤＡ１７は、外部との通信を行う機能（通信手段）は必ずしも備えていなくても良いが、逆に、通信手段を備えて、主たる診断や解析は外部診断装置に行わせても良い。斯様に構成すれば、ＰＤＡ１７を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して効率を向上させることができる。
また、その通信手段がコンピュータ通信ネットワークに接続可能な構成であれば、第２実施例と同様に、そのコンピュータ通信ネットワークに接続されるクライアントＰＣ５６等も測定データを取得して解析することが可能となるので、データ解析をより多様な形態で行なうことができるようになる。
【００９７】
第２実施例におけるＰＤＡ５０は、第１実施例のＰＤＡ１７と同様に診断機能を備えていても良いし、簡易診断機能のみを備えていても良い。診断を行う場合は、測定対象に関するデータを第１実施例と同様に自身が予め保持していても良いし、診断サーバ５５のデータファイル５７，５８（の一部）をダウンロードして取得するようにしても良い。また、測定機能だけを備えていても良い。
第２実施例において、ＰＤＡ５０がメールサーバ５３を介すことなく、診断サーバ５５と直接通信を行うように構成しても良い。
また、外部診断装置は、簡易診断のみを行っても良い。
通信手段は、Bluetoothを使用するものに限らず、その他無線ＬＡＮやＵＳＢ(Universal Serial Bus)などの有線方式であっても良い。
誘導電動機の軸受診断を行うようにしたが、交流電動機や直流電動機など回転機全般の軸受診断に適用できる。
【００９８】
【発明の効果】
請求項１記載の回転機の軸受診断装置によれば、機能拡張用カードを、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能で、携帯端末側より供給される電源に基づいて振動センサの駆動用電源を生成する電源回路を備え、振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換して携帯端末側に転送するように構成し、携帯端末を、機能拡張用カード側より転送されたデータに基づいて軸受の異常を診断するように構成した。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、スイッチングノイズが振動信号に及ぼす影響を低減することができる。
【００９９】
請求項８記載の回転機の軸受診断システムによれば、携帯端末は、請求項１と同様にして回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能に構成される機能拡張用カード側より転送された診断測定データを外部に送信し、外部診断装置は、その送信されたデータに基づいて軸受の異常を診断するようにした。従って、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数は、前記回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１００】
請求項１７記載の機能拡張用カードによれば、ＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカードとして構成されるので、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカードを利用することができ携帯端末を低コストで構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例であり、軸受診断装置によって電動機の軸受の振動測定を行う状態を示す図
【図２】 ＰＤＡの概観を示す図
【図３】 ＰＤＡ及びＰＣカードの電気的構成を機能ブロック図
【図４】 ＰＣカード内部のセンサアンプを中心とする電気的構成を示す機能ブロック図
【図５】 診断データファイルの構成図
【図６】 振動検出の作用を示すフローチャート
【図７】 軸受診断の作用を示すフローチャート
【図８】 簡易診断の作用を示すフローチャート
【図９】 （ａ）は識別情報（機器情報）、（ｂ）は簡易診断による解析結果の一例を示す図
【図１０】 精密診断の作用を示すフローチャート
【図１１】 振動音出力の作用を示すフローチャート
【図１２】 本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図１３】 ＰＤＡ，メールサーバ，診断サーバ及びクライアントＰＣ間で行なわれる処理の流れの一例を示すシーケンス図
【図１４】 従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１は誘導電動機（回転機）、２はころがり軸受（軸受）、７は回転軸、１５は加速度センサ（振動検出手段）、１７はＰＤＡ（携帯端末）、１８はＰＣカード（信号変換手段）、２２はセンサアンプ（電源回路）２２、２３はＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）、２４はＰＣカードコントローラ（データ転送手段）、３２はメモリ（記憶手段）、３４はオペレーティングシステム、３５は測定・診断プログラム（診断手段）、３８は昇圧チョッパ回路、４１はフィルタ、４５はＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）、４６はヘッドフォンジャック（音声信号出力手段）、５０はＰＤＡ（携帯端末）、５２はＣＦカード（通信手段）、５４はコンピュータ通信ネットワーク、５５は診断サーバ（外部診断装置）、５６はクライアントＰＣ（外部診断装置）を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機の軸受の振動を検出して軸受の異常を診断する回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、又はそのシステムに使用される携帯端末、及び前記軸受診断装置又は前記携帯端末に使用される機能拡張用カードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動機などの回転機器については、振動や騒音を測定して解析することにより、機器に機械的な異常が発生している否かを診断することが行なわれている。そして、電動機等を用いて構成される生産設備において、生産性の向上を図るためには、予防保全が非常に重要となる。特に、電動機等を構成する軸受けに機械的損傷が発生すると、機器に大きなダメージを与えることになり、設備稼働率を大幅に低下させる場合がある。そこで、軸受については、定期的に上記の診断を行なうことが好ましい。
【０００３】
上記の診断は、例えば、振動ピックアップや集音マイクなどを用いて機器に発生する振動を音響的な電気信号に変換して増幅した後、Ａ／Ｄ変換してコンピュータに取り込み、その信号波形を解析することで行なっている。
【０００４】
図１４には、診断装置の一構成例を示す。即ち、電動機１の軸受２（ハウジングに内蔵されている）部分に振動ピックアップ３を取付け、その振動ピックアップ３からの出力信号を駆動アンプ（振動ピックアップ３のタイプに応じて、チャージアンプ又はセンサアンプ）４で増幅し、ＦＦＴアナライザ５で解析処理する。その解析処理結果は、パソコン６に与えられるようになっている。例えば、非特許文献１には、上記装置に使用される駆動アンプ４の構成が開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】
東陽テクニカ ２００３総合カタログ 加速度計
ＡＣ電源式シグナルコンディショナ
型式：PCB-3581-00-0301000-269-4.0-T7G-CA
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置構成では携帯性が非常に悪く、電動機１の近傍にこれらを設置して振動測定を行なうことは極めて煩わしかった。特に、複数の電動機１が近接して配置されているような環境では、各電動機１について夫々診断を行なうことが困難であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動測定をより容易に行うことが可能となる回転機の軸受診断装置、回転機の軸受診断システム、又はそのシステムに使用される携帯端末、又は前記携帯端末に使用される機能拡張用カードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の回転機の軸受診断装置は、機能拡張用カードが接続可能に構成される携帯端末を利用してなるものであって、
前記機能拡張用カードは、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、前記機能拡張用カード側より転送されたデータに基づいて軸受の異常を診断する診断手段とを備える。
【０００９】
即ち、従来は、主に駆動アンプ４及びＦＦＴアナライザ５が何れも体積が大きい装置であったため、全体の小型化が困難であった。これに対して、本発明によれば、駆動アンプ４に相当する電源回路を携帯端末に接続される機能拡張用カードの内部に配置し、振動センサもその機能拡張用カードに接続するようにした。そして、ＦＦＴアナライザ５並びにパソコン６に対応する診断手段を携帯端末が備えている。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定する。即ち、従来の駆動アンプ４は、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり、或いは電池を用いる構成であったため、何れも大型にならざるを得なかった。そこで、本発明では、昇圧チョッパ電源回路を用いることで機能拡張用カードに内蔵可能なサイズで構成する。
しかし、昇圧チョッパ電源回路がスイッチング動作を行なうと、それに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に印加されるおそれがある。従って、スイッチング周波数を軸受に発生する振動の周波数帯よりも高く設定することで、スイッチングノイズが振動信号に及ぼす影響を低減することができる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載したように、機能拡張用カードを、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えて構成すると良い。斯様に構成すれば、例え、振動信号にスイッチングノイズが印加された場合でも、そのノイズは、フィルタによって除去されるようになる。
【００１３】
また、請求項３に記載したように、診断手段を、機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断するように構成すると良い。斯様に構成すれば、回転機の回転軸の実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を算出し、この特徴周波数と周波数分析処理された音声信号の周波数成分とを比較して軸受の異常を正確に診断することができる。
【００１４】
また、以上の場合において、請求項４に記載したように、携帯端末に、記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段を備えても良い。斯様に構成すれば、携帯端末によって測定されたデータを外部において解析することも可能となるので、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
【００１５】
また、この場合、請求項５に記載したように、通信手段を、コンピュータ通信ネットワークに接続可能な構成とするのが好ましい。斯様に構成すれば、そのコンピュータ通信ネットワークに接続されるパーソナルコンピュータ等は、携帯端末の測定データを取得して解析することが可能となるので、データ解析をより多様な形態で行なうことができるようになる。
【００１６】
更に、以上の場合において、請求項６に記載したように、携帯端末に、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成するのが好ましい。斯様に構成すれば、携帯端末を所持する作業者は測定した振動データをその場で音声として聞くことが可能となるので、それによって回転機に異常が発生しているか否かの凡その判断を行なうこともできる。
【００１７】
また、この場合、請求項７に記載したように、携帯端末を、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成すると良い。斯様に構成すれば、携帯端末がオペレーティングシステムとしてWINDOWS（登録商標）を使用している場合に、そのオペレーティングシステムに準拠した音声データとして取り扱うことができる。従って、その音声データの処理をより容易に行なうことができる。
【００１８】
請求項８記載の回転機の軸受診断システムは、機能拡張用カードが接続可能であると共に、回転機の軸受の振動を検出可能に構成される携帯端末と、この携帯端末と通信を行うことで前記検出の結果に基づき診断を行なう外部診断装置とで構成されるものであって、
前記機能拡張用カードは、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、前記機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段とを備え、
前記外部診断装置は、前記携帯端末より送信されたデータに基づいて軸受の異常を診断する診断手段を備える。
【００１９】
斯様に構成すれば、請求項１と同様に、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定することが可能となる。そして、携帯端末によって測定されたデータは外部診断装置の診断手段によって解析されるので、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して効率を向上させることができる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数は、前記回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
この場合、請求項９に記載したように、機能拡張用カードを、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えるとよく、斯様に構成すれば、請求項８の構成について、請求項２と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
また、請求項１０に記載したように、診断手段を、機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断するように構成すると良い。斯様に構成すれば、請求項８の構成について、請求項３と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
更に、請求項１１に記載したように、携帯端末を、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成しても良く、斯様に構成すれば、請求項８乃至１０の何れかの構成について、請求項６と同様の作用効果が得られる。
【００２４】
加えて、請求項１２に記載したように、外部診断装置を、コンピュータ通信ネットワークに接続可能に構成しても良く、斯様に構成すれば、請求項８乃至１１の何れかの構成について、請求項５と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
また、請求項１３に記載したように、携帯端末を、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成すると良く、斯様に構成すれば、請求項１１又は１２の構成について、請求項７と同様の作用効果が得られる。
【００２６】
請求項１７記載の機能拡張用カードは、ＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカードとして構成されることを特徴とする。斯様に構成すれば、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカードを利用することができ、携帯端末を低コストで構成することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、軸受診断装置たるＰＤＡによって電動機の軸受の振動測定を行う状態を示すものである。この図１に示すように、電動機（例えば誘導電動機）１の回転軸７の先端部、及び、負荷装置９の回転軸１０の先端部には、円柱状の接合板１１及び１２が固定して装着されており、夫々の接合板１１及び１２が接合され、ボルトで固定されることによって、電動機１と負荷装置９とが接合されている。
【００２８】
また、電動機フレーム１３の両端には、回転軸７を支えるためのころがり軸受２が装着されており、このころがり軸受（以下、単に軸受と称す）２は電動機フレーム１３のハウジング１４内に収容されている。
【００２９】
後端側（図１では左方側）の軸受２を収容するハウジング１４の外周面の上側部には、振動検出手段たる圧電素子製の加速度センサ１５がマグネットの磁力によって取り付けられている。これらの加速度センサ１５では、電動機１の回転軸７の回転によって振動を受けると、圧電素子によってその振動がアナログの電気信号（振動信号）に変換され、この振動信号が信号線１６を介してＰＤＡ（Personal Digital Assistants，携帯端末）１７に接続されるＰＣカード（機能拡張用カード）１８の入力端子に出力される。
【００３０】
ここで、図２には、ＰＤＡ１７の概観を示す。ＰＤＡ１７は、携帯可能に構成された小型のパーソナルコンピュータ（所謂、モバイルコンピュータ）である。ケースの上面には、ＬＣＤなどで表示を行うと共に、ペンタッチ入力も可能に構成される表示入力部１９や、簡単な操作を行なうための操作キー２０などが配置されている。
【００３１】
また、ＰＤＡ１７には、PCMCIA規格(PC card standard)に準拠したＰＣカード１８を中継して接続するためのジャケット２１が装着されている。即ち、ＰＤＡ１７は、本体を極力小型に構成する必要があり、ＰＣカード１８を直接接続するためのスロットを備えていないものが一般的である。従って、具体的には図示しないが、ＰＤＡ１７側とＰＣカード１８側との双方に対して接続を図るためのコネクタを有するジャケット２１を介してＰＣカード１８を接続する。
【００３２】
図３には、ＰＤＡ１７及びＰＣカード１８の電気的構成を機能ブロックで示す。ＰＣカード１８は、センサアンプ（電源回路）２２，Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）２３，ＰＣカードコントローラ（データ転送手段）２４，ＣＰＵ２５及びメモリ２６などを備えて構成されている。ＣＰＵ２５は、Ａ／Ｄ変換器２３及びＰＣカードコントローラ２４の制御を行うものである。
【００３３】
ＰＣカードコントローラ２４は、内部のデコーダ２７によってＣＰＵ２５より与えられる制御指令をデコードして動作し、ＰＣカード１８とＰＤＡ１７との間でデータの転送を行なうように構成されるロジックである。また、ＰＣカードコントローラ２４は、Ａ／Ｄ変換器２３より出力されたデータをバッファ２８で受けて、ＰＤＡ１７側に転送するようになっている。
【００３４】
尚、図３においては、図示の都合上ジャケット２１を介した接続部分は省略しており、ＰＤＡ１７とＰＣカード１８とは、コネクタ２９，３０を介して接続されるように示している。
【００３５】
一方、ＰＤＡ１７側は、ＣＰＵ３１，メモリ（記憶手段）３２，ＩＳＡバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３３等を備えて構成されている。ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３は、ＰＣカード１８との間におけるバス制御を行うものである。メモリ３２には、オペレーティングシステム（ＯＳ）３４としてWINDOWS CE（登録商標）がインストールされており、そのＯＳ３４上で動作するアプリケーションプログラムとして測定・診断プログラム（診断手段）３５も記憶されている。
【００３６】
測定・診断プログラム３５は、ＰＣカード１８より転送された振動データを、RIFF WAVE形式で診断データファイル３６の一部としてメモリ３２に記憶させるようになっている。また、アプリケーションプログラムとしてWINDOWSメディア・プレーヤ（登録商標）３７も搭載されており、後述するようにWAVE形式の診断データファイル３６に基づいて音声信号の再生出力も可能となっている。
【００３７】
尚、音声信号は、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）４５を介してヘッドフォンジャック（音声信号出力手段）４６より出力可能に構成されている。即ち、作業者は、ヘッドフォンジャック４６に図示しないヘッドフォンを接続することで、出力される音声信号を聞くことができる。
【００３８】
ここで、従来、振動センサを用いた軸受診断装置では、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり、或いは電池を用いる構成であったため、駆動アンプ４のように何れも大型にならざるを得なかった。そして、本実施例では、センサアンプ２２をＰＣカード１８に内蔵するため、図４に示す構成とした。
【００３９】
即ち、センサアンプ２２は、昇圧チョッパ回路３８，定電流回路３９，アンプ４０及びフィルタ４１で構成されている。昇圧チョッパ回路３８は、ＰＤＡ１７側よりコネクタ２９，３０を介して供給される５Ｖの電源を受けて、昇圧チョッピング動作を行なうことで電圧２０Ｖの電源を生成する。
【００４０】
尚、昇圧チョッパ回路３８のスイッチング周波数は、回転機１０の軸受２に発生する振動の周波数帯（〜２０ｋＨｚ）よりも高くなるように設定されている。これは、昇圧チョッパ回路３８がスイッチング動作を行なうと、それに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に印加されるおそれがあることから、そのスイッチングノイズ及ぼす影響を低減するためである。
【００４１】
定電流回路３９は、昇圧された２０Ｖの電源を受けて２ｍＡの定電流を振動センサ１５の信号線１５Ｌに供給する。アンプ４０は、信号線１５Ｌによって伝送された振動信号を増幅してフィルタ４１に出力する。また、アンプ４０のゲインは、ＰＤＡ１７側より設定可能となっている。尚、フィルタ４１は、軸受２に発生する振動の周波数帯のみを通過させるローパスフィルタである。そして、フィルタ４１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２３に与えられている。Ａ／Ｄ変換器２３では、増幅された振動信号がウェーブ形式に基づいた最大５０ｋＨｚのレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。
【００４２】
次に、本実施例の作用について図５乃至図１１を参照して説明する。尚、転がり軸受２の詳細な構造とその異常診断方法の概要については、例えば特開２００１−２５５２４１などに開示されているのでここでは省略する。また、振動データの測定及び診断の各処理についても、基本的な部分は特願２００１−３４６２０１に記載されているものと同様である。
【００４３】
ＰＤＡ１７において、軸受診断用の測定・診断プログラム３５を起動すると、表示入力部１９の画面上には、図示はしないがメインメニュー画面が表示される。このメインメニュー画面では、まず、使用する診断データファイル３６の設定が行われる。これは、既存のものの中から選択するか、新規作成することにより行われる。続いて、以下の項目が選択可能に表示され、設定された診断データファイル３６に対して各項目の処理が実行される。
≪初期設定≫，≪振動検出≫，≪軸受診断≫，≪振動音出力≫
【００４４】
尚、以下において診断情報とは、校正情報（原振動信号を校正するための校正用音声信号等）、測定情報（ＰＣカード１８内のアンプ４０のゲイン設定値，測定場所及び測定日時）、電動機情報（指令周波数，容量及び極数）、及び、識別情報（軸受２のメーカ名及び型式）で構成されているものとする。
【００４５】
≪初期設定≫
メインメニュー画面から≪初期設定≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない初期設定画面が表示される。この初期設定画面では、以下の各項目を選択することで、校正情報，測定情報，電動機情報及び識別情報の設定が行われる。
【００４６】
［校正情報の設定］
ここでは、原振動信号の振幅を重力加速度に対応付けるための校正に必要な校正用振動信号の設定が行われる。まず、ＰＤＡ１７に、原振動信号の検出時と同一の加速度センサ１５及びＰＣカード１８を装備し、ＰＣカード１８内のアンプ４０のゲインは原振動信号の検出時と同一値に設定する。次に、正確な一定の重力加速度で振動させることが可能な加振器等を用いて、例えば重力加速度１Ｇから１０Ｇまで１Ｇ毎に振動させる。
【００４７】
これにより、ＰＣカード１８では、各重力加速度における加振器等の振動が検出されてＡ／Ｄ変換が行われ、デジタルの校正用振動信号が出力されて、診断データファイル３６に記録される。
【００４８】
斯様にして複数の校正用振動信号が記録されると、夫々の重力加速度における校正用振動信号のピークの平均値が検出される。そして、重力加速度と前記平均値との一次比例の近似直線（以下、この近似直線を校正用近似直線と称す）が演算により求められ、診断データファイル３６に記録される。
【００４９】
［測定情報の設定］
ここでは、ＰＤＡ１７にて検出された原振動信号の振幅を最適化するためにアンプ４０のゲイン設定が行われる。まず、電動機１を駆動させ、ＰＤＡ１７にて、軸受２の振動を原振動信号として検出する。このとき、表示入力部１９の画面上に原振動信号の波形がリアルタイムで表示されるので、作業者は、この波形を見ながら振幅が適正な大きさとなるようにゲインを設定する。設定されたゲインは診断データファイル３６に記録される。
また、測定場所及び測定日時の設定が可能であり、設定された測定場所及び測定日時は必要に応じて診断データファイル３６に記録される。
【００５０】
［電動機情報の設定］
ここでは、電動機１の指令周波数，容量及び極数の設定が行われる。指令周波数は、電動機１を実際に駆動させた時のものを入力する。容量及び極数は、電動機１に付された銘板等に記載されているものを入力する。そして、これらも診断データファイル３６に記録される。
【００５１】
［識別情報の設定］
ここでは、軸受２の形状データを選択するために識別情報の設定が行われる。これは、電動機１に付された銘板等に記載されている識別情報を入力することで行われ、診断データファイル３６に記録される。
【００５２】
尚、形状データ等については、ＰＤＡ１７内部のメモリ３２に予め記憶されているものでも良く、また、ＰＤＡ１７に接続される図示しないメモリーカード（例えば、ＳＤメモリカード（登録商標）やＣＦ（コンパクト・フラッシュ）カード等）に記憶されているものでも良い。更に、ＰＤＡ１７の図示しない外部通信インターフェイス（例えば、ＵＳＢ，Bluetooth，ＰＨＳ等）を使用して、例えば外部のサーバなどに配置されているデータベースにアクセスを行ない、メモリ３２にダウンロードしても良い。
【００５３】
ここで、図５には、測定データファイル３６のデータ領域構造を示す。測定データファイル３６のデータ領域は、情報チャンク４３とウェーブチャンク４４とで形成されている。
【００５４】
ウェーブチャンク４４は音声用のデータを記録するためのデータ領域であり、記録された音声用のデータは、メディア・プレーヤ３７により再生させてヘッドフォンジャック４６より音声として出力可能である。そして、ＰＤＡ１７は、原振動信号をこのウェーブチャンク４４に記録する。一方、情報チャンク４３はユーザが任意のデータを記録可能なデータ領域であり、記録されたデータは、メディア・プレーヤ３７等では自動的に読み飛ばされる。そして、ＰＤＡ１７は、診断情報をこの情報チャンク４３に記録する。
【００５５】
≪振動検出≫
メインメニュー画面から≪振動検出≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない振動検出画面が表示され、軸受２の振動検出が行われる。以下、図６のフローチャートを参照しながら振動検出の作用について説明する。
【００５６】
先ず、ステップＳ１では、サンプリング周波数の設定が行われる。設定されるサンプリング周波数は、例えば５０ｋＨｚ及び２５ｋＨｚである。続くステップＳ２では、検出開始操作の入力待ち状態となっている。このとき、作業者が、電動機１の軸受２に加速度センサ１５が装着され、且つ、駆動装置（図示せず）に設定された指令周波数に基づき電動機１が定常状態で駆動されていることを確認して検出開始操作を行うと、ステップＳ３に移行する。
【００５７】
ステップＳ３では、ＰＣカード１８において設定されたサンプリング周波数で振動信号のＡ／Ｄ変換が行われ、原振動信号が生成される。そして、続くステップＳ４では、原振動信号がウェーブ形式データに変換され、診断データファイル３６のウェーブチャンク４４に記録される。
【００５８】
≪軸受診断≫
メインメニュー画面から≪軸受診断≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない軸受診断画面が表示され、診断データファイル３６に記録された原振動信号及び診断情報に基づいて軸受２の診断が行われる。以下、図７のフローチャートを参照しながら診断の作用について説明する。
【００５９】
ステップＴ１では、診断データファイル３６から原振動信号及び診断情報が読み出され、続くステップＴ２では、診断情報内の識別情報に基づいて、例えばメモリ３２から診断に必要な形状データの読み出しが行われる。ここで、識別情報の一部が未記録の場合には、診断情報内の電動機情報に対応した選択条件に基づいて形状データが選択される。また、電動機情報の一部が未記録の場合には、表示入力部１９の画面上に形状データを入力する画面が表示され、作業者により形状データが入力される。
【００６０】
次のステップＴ３では、軸受２の異常を判定するための重力加速度の値（以下、異常判定用重力加速度と称す）が入力される。続くステップＴ４では、診断情報内の校正用近似直線データに基づいて原振動信号の１サンプル毎の校正が行われ、校正済振動信号が生成される。校正済振動信号は、作業者の必要に応じて診断データファイル３６のウェーブチャンク４４に記録可能である。
【００６１】
ステップＴ５では、軸受２の異常の有無を判定するための簡易診断が実行される。この簡易診断の詳細を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、校正済振動信号の全サンプル値を１サンプル毎に比較することで重力加速度のピーク値の検出が行われる（ステップＵ１）。
【００６２】
次に、前記全サンプル値について実効値を演算し（ステップＵ２）、また、その全サンプル値の絶対値の総和にπ／２を乗じてオーバーオール値を演算する（ステップＵ３）。更に、前記全サンプル値について標準偏差を求めると（ステップＵ４）、ステップＵ１で検出したピーク値をステップＵ２で演算した実効値で除すことによりクレスト・ファクタ(C.F.:Crest Factor)を演算する（ステップＵ５）。
【００６３】
続いて、全サンプル値について遮断周波数１ｋＨｚでハイパスフィルタ処理を行なうと（ステップＵ６）、そのフィルタ処理後のサンプル値についてステップＵ１〜Ｕ５で行なったものと同一の演算を行なう（ステップＵ７）。即ち、以上に基づく振動成分は、比較的高域において顕著に現われるからである。
【００６４】
そして、次のステップＵ８では異常判定が行なわれる。異常判定は、各ステップＵ１〜Ｕ５及びＵ７で求めた評価値（これらを兆候パラメータと称す）を、夫々の基準によって判定することで行なう。例えば、ステップＵ１で検出された校正済振動信号のピーク値については、図７のステップＴ３で入力された異常判定用重力加速度との比較が行われ、前者が後者よりも大きい場合は軸受２に「異常有り」と判定される。そして、図７のステップＴ６に移行する。
【００６５】
ここで、図９には、（ａ）識別情報（機器情報）と（ｂ）簡易診断による解析結果の一例（表示入力部１９における画面表示例）を示す。即ち、（ａ）に示す機器情報としては、「点検Ｎｏ．」、「部署名」、「建屋Ｎｏ．」、「枠番」、「回転数」、「軸受メーカ」、「軸受型式」、「コメント」などが表示される。また、（ｂ）に示す解析結果としては、例えば、図８のステップＵ１〜Ｕ５で演算された兆候パラメータが表示される。
【００６６】
ステップＴ６では、簡易診断の結果により軸受２に「異常無し」と判定された場合はステップＴ８に移行し、「異常有り」と判定された場合はステップＴ７に移行して精密診断が行われる。この精密診断の詳細を図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６７】
まず、校正済振動信号（ハイパスフィルタ処理されたもの）について、帯域３ｋＨｚ〜８ｋＨｚのバンドパスフィルタ処理を行ない（ステップＶ０）、続くステップＶ１では、校正済振動信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われる。高速フーリエ変換処理は、校正済振動信号の連続した複数点のデータに基づいて行われる。校正済振動信号の周波数成分には、特定の周波数領域で重力加速度の振幅が大きな部分が複数現われる。以下、これらの周波数領域を極大領域と称する。これらの極大領域は、電動機１の実回転速度や、軸受２を構成する部品の特徴周波数、及びこれらの周波数の高調波成分である。
【００６８】
続いて、ステップＶ２では、高速フーリエ変換処理の結果から、電動機１の実回転速度の検出が行われる。具体的には、複数の極大領域の中から、診断情報内の周波数指令の値に最も近い極大領域が検出され、この極大領域の極大値を示す周波数が電動機１の実運転周波数（実回転速度）として検出される。
【００６９】
ステップＶ３では、検出された実回転速度及び図７のステップＴ２において読み出された形状データに基づいて、軸受２の特徴周波数（パス周波数）が算出される。次のステップＶ４では、校正済振動信号の高調波ノイズ成分を除去するために校正済振動信号の包絡線処理が行われて、包絡線処理済音声信号が生成される。
【００７０】
ステップＶ５では、包絡線処理済音声信号の高速フーリエ変換処理が行われる。この高速フーリエ変換処理により、低周波領域（例えば１０［Ｈｚ］〜１００［Ｈｚ］の周波数領域）に接近して現れる特徴周波数を明確に識別することが可能となる。
【００７１】
続いて、ステップＶ６では、軸受２の特徴周波数と、包絡線処理済音声信号の周波数成分との比較が行われる。まず、包絡線処理済音声信号の周波数成分において、夫々の特徴周波数と一致する周波数での重力加速度の値の検出が行われる。次に、検出された重力加速度値の中で、一番大きな値を示す特徴周波数が検出される。そして、検出された特徴周波数に対応する軸受２の部品が異常の主要因として特定される。そして、図７のステップＴ８に移行する。
【００７２】
ステップＴ８では、簡易診断及び精密診断の診断結果を受けて、この診断結果を表示入力部１９へ表示する処理が行われる。また、作業者の必要に応じて、診断結果を診断データファイル３６の情報チャンクに記録することも可能である。
【００７３】
≪振動音出力≫
メインメニュー画面から≪振動音出力≫が選択されると、表示入力部１９の画面上には図示しない振動音出力画面が表示される。ここでは、診断データファイル３６に記録された原振動信号及び校正済振動信号と、校正済振動信号を帯域遮断フィルタ処理することで生成した帯域遮断振動信号を振動音として出力する処理が行われる。以下、図１１のフローチャートを参照しながら振動音出力の作用について説明する。
【００７４】
ステップＷ１では、原振動信号、校正済振動信号、又は、帯域遮断振動信号の中から振動音として出力するものの選択が行われる。ここから、夫々の選択に応じてステップＷ２〜Ｗ４に移行する。そして、ステップＷ２，Ｗ３では、原振動信号，校正済振動信号が夫々音声再生処理され、振動音としてヘッドフォンジャック４６から出力される。また、ステップＷ４では、校正済振動信号の高速フーリエ変換処理が行われる。
【００７５】
ステップＷ５では、作業者により、校正済振動信号の帯域遮断フィルタ処理を行うための周波数帯域の設定が行われる。ステップＷ６では、設定された周波数帯域に基づいて、高速フーリエ変換処理された校正済振動信号の帯域遮断フィルタ処理が行われる。ここでのフィルタ処理は、電動機１の運転に基づいて発生する振動音のレベルを低下させ、異常に基づいて発生する特徴的な振動音を聞き易くするために行なう。
【００７６】
ステップＷ７では、帯域遮断フィルタ処理された校正済振動信号の逆高速フーリエ変換処理が行われ、再び、時間成分の校正済振動信号に変換される。ステップＷ８では、振動音出力時の音声の連続性を確保するため逆高速フーリエ変換処理された校正済振動信号の窓関数処理が行われ、これによって帯域遮断振動信号が生成される。ステップＷ９では、メディア・プレーヤ３７が起動されることで帯域遮断振動信号が音声再生処理され、振動音としてヘッドフォンジャック４６から出力される。
【００７７】
以上のように本実施例によれば、ＰＣカード１８を、回転機１の軸受２の振動を検出する振動センサ１５を接続可能とし、ＰＤＡ１７側より供給される電源に基づいて振動センサ１５の駆動用電源を生成する昇圧チョッパ回路３８と、振動センサ１５によって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２３と、このＡ／Ｄ変換器２３により変換されたデータをＰＤＡ１７側に転送するためのＰＣカードコントローラ２４とを内蔵して構成した。
【００７８】
そして、ＰＤＡ１７は、ＰＣカード１８側より転送されたデータに基づいて兆候パラメータを演算して求めると共に、周波数分析処理して回転機１の実回転数を求めると共に軸受２の特徴周波数を求め、この特徴周波数と周波数分析処理された結果とを比較して軸受２の異常を診断する測定・診断プログラム３５を備えて構成した。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型のＰＤＡ１７を持ち歩いて回転機１の軸受２に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
【００７９】
また、ＰＣカード１８に内蔵されるセンサアンプ２２を昇圧チョッパ回路３８を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、軸受２に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定し、更に、Ａ／Ｄ変換器２３の入力側にフィルタ４１を配置した。
【００８０】
従って、昇圧チョッパ回路３８がスイッチング動作を行なうことに伴って発生するスイッチングノイズが振動信号に影響与えないように構成すると共に、従来の駆動アンプ４のように、商用交流電源を受けトランスを介して電源を作成したり或いは電池を用いる構成とは異なり、ＰＣカード１８に内蔵可能な極めて小さいサイズで構成することができた。
【００８１】
更に、ＰＤＡ１７に、メモリ３２に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換器４５と、変換されたアナログ信号を音声信号として出力するためのヘッドホンジャック４６とを備えたので、作業者は、測定した振動データをその場で（ヘッドホンを介して）音声として聞くことが可能となるので、それによって回転機１に異常が発生しているか否かの凡その判断を行なうこともできる。
【００８２】
また、メモリ３２にウェーブ形式でデータを記憶するので、ＰＤＡ１７がＯＳ３４としてWINDOWSを使用している場合に、そのＯＳ３４に準拠した音声データとして取り扱うことができる。従って、その音声データの処理をより容易に行なうことができる。
【００８３】
加えて、機能拡張用カードをＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカード１８としたので、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカード１８を利用することができ、ＰＤＡ１７を低コストで構成することが可能となる。
【００８４】
（第２実施例）
図１２は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例では、ＰＤＡ（携帯端末）５０は、通信機能（例えば、Bluetooth等）を備えたＣＦカード（通信手段）５２が接続可能であり、その通信機能によってメールサーバ５３との通信が可能となっている。
【００８５】
メールサーバ５３は、例えばＬＡＮ(Local Aria Network)などのコンピュータ通信ネットワーク５４を介して診断サーバ（外部診断装置）５５に接続されている。また、コンピュータ通信ネットワーク５４には、クライアントとしてのパーソナルコンピュータ（クライアントＰＣ，外部診断装置））５６も接続されている。
【００８６】
そして、診断サーバ５５は、第１実施例においてＰＤＡ１７の測定・診断プログラム３５が備えていた機能の内、診断機能部分を備えている。また、診断サーバ５５は、例えばハードディスク装置などに、市販されている電動機，軸受の全種類の形状データを記録した機器データファイル（データベース）５７，軸受（ベアリング）データファイル５８が形成されている。更に、軸受について診断を行なった結果である診断・点検履歴データファイル５９も形成されている。
【００８７】
次に、第２実施例の作用について図１３をも参照して説明する。図１３は、ＰＤＡ５０，メールサーバ５３，診断サーバ５５及びクライアントＰＣ５６間で行なわれる処理の流れの一例を示すシーケンス図である。ＰＤＡ５０は、第１実施例と同様に軸受２の振動測定を行うと（Ｘ１）、その測定結果をウェーブ形式で記録したデータを、電子メールでメールサーバ５３に送信する（Ｘ２，Ｘ３）。尚、この場合、情報チャンク４３には、測定対象の電動機１及び軸受２についての型番情報が記録されている。診断サーバ５５は、メールサーバ５３にアクセスしてその測定データを取得すると（Ｘ４）、機器データファイル５７，軸受データファイル５８より測定対象の型番に対応するデータを読み出し（Ｘ５）、第１実施例と同様の異常診断（例えば、簡易診断，精密診断）を行なう（Ｘ６）。
【００８８】
続いて、診断サーバ５５は、その診断結果を診断履歴データファイル５９に書き加えて更新すると（Ｘ７）、診断結果をメールサーバ５３に送信する（Ｘ８）。それから、診断サーバ５５は、必要に応じて、更新された診断履歴データファイル５９に基づいて軸受２の診断測定傾向について分析を行なう（Ｘ９）。
【００８９】
そして、ＰＤＡ５０側の作業者は、必要に応じてメールサーバ５３において受信（Ｘ１０）されている診断結果データを取得し（Ｘ１１）、自身のメモリ３２等に記憶されている診断結果に基づいて独自に傾向比較を行なうことも可能である（Ｘ１２）。
【００９０】
一方、クライアントＰＣ５６も、メールサーバ５３にアクセスしてＰＤＡ５０による測定データを取得することができる（Ｘ１３）。そして、診断サーバ５５のデータファイル５７，５８にアクセスして診断に必要なデータを習得し(Ｘ１４)、診断を行なうこともできる（Ｘ１５，尚、診断サーバ５５が診断を行なった結果を取得しても良い）。
【００９１】
それらから、クライアントＰＣ５６側の作業者は、例えば、その診断結果に基づいてＰＤＡ５０側の作業者に必要な指示を与えるためのメッセージを電子メールで送信することが可能である（Ｘ１６，Ｘ１７）。そして、ＰＤＡ５０側の作業者は、そのメッセージを取得することで（Ｘ１８）その内容に基づいて必要とされる測定を更に行うこともできる。
【００９２】
以上のように第２実施例によれば、ＰＤＡ５０は、ＰＣカード１８を介して測定した軸受２の振動データを診断サーバ５５側に送信し、診断サーバ５５は、その振動データを受信して診断を行なうようにした。従って、ＰＤＡ５０を所持する作業者は、振動測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
【００９３】
また、ＰＤＡ５０は、ＣＦカード５２及びメールサーバ５３を介してコンピュータ通信ネットワーク５４に接続が可能であるから、その通信ネットワーク５４に接続されているクライアントＰＣ５６も軸受２について診断を行なうことができる。従って、診断や作業をより多様な形態で実行することが可能となる。
【００９４】
尚、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
上記実施例では、診断情報を情報チャンクに記録し音声信号をウェーブチャンクに記録するようにして診断データファイル３６をウェーブ形式で記録するようにしたが、この機能は必要に応じて設ければよい。また、オペレーティングシステムはWINDOWSに限ることなく、その他Palm OS（登録商標）,MacOS（登録商標）やLinux，ＴＲＯＮ（登録商標）などでも良い。
機能拡張用カードはＰＣカードに限ることはなく、実際に設計可能なサイズに応じて異なる規格のカード（例えば、外形サイズがより小型のメモリカードなどに相当するもの）を用いても良い。
また、携帯端末は、機能拡張用カードを直接接続して収容可能な構成であっても良い。
【００９５】
振動検出手段を圧電素子製の加速度センサとしたが、これに限定されるものではなく、要は振動を電気信号に変換するものであれば良い。
ころがり軸受の診断を行うものに限らず、例えばすべり軸受の診断を行うようにしてもよい。
振動検出手段を機能拡張用カードに２個接続可能に構成し、両者を電動機の前後端側に配置されている２つの軸受に取付けて、振動信号を２チャンネルで取り込むように構成しても良い。斯様に構成すれば、より精密な測定診断を行なうことができる。
ＰＤＡ１７に、音声信号出力手段としてスピーカを設けても良い。また、音声信号出力手段は必要に応じて設ければよい。
コンピュータ通信ネットワークは、インターネットに接続されるものでも良い。また、無線ＬＡＮやBluetoothであっても良い。
【００９６】
第１実施例においてＰＤＡ１７が行なう診断は簡易診断のみとしても良い。また、簡易診断で求める兆候パラメータは、必要な評価値だけを適宜選択して求めるようにすれば良い。
第１実施例におけるＰＤＡ１７は、外部との通信を行う機能（通信手段）は必ずしも備えていなくても良いが、逆に、通信手段を備えて、主たる診断や解析は外部診断装置に行わせても良い。斯様に構成すれば、ＰＤＡ１７を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して効率を向上させることができる。
また、その通信手段がコンピュータ通信ネットワークに接続可能な構成であれば、第２実施例と同様に、そのコンピュータ通信ネットワークに接続されるクライアントＰＣ５６等も測定データを取得して解析することが可能となるので、データ解析をより多様な形態で行なうことができるようになる。
【００９７】
第２実施例におけるＰＤＡ５０は、第１実施例のＰＤＡ１７と同様に診断機能を備えていても良いし、簡易診断機能のみを備えていても良い。診断を行う場合は、測定対象に関するデータを第１実施例と同様に自身が予め保持していても良いし、診断サーバ５５のデータファイル５７，５８（の一部）をダウンロードして取得するようにしても良い。また、測定機能だけを備えていても良い。
第２実施例において、ＰＤＡ５０がメールサーバ５３を介すことなく、診断サーバ５５と直接通信を行うように構成しても良い。
また、外部診断装置は、簡易診断のみを行っても良い。
通信手段は、Bluetoothを使用するものに限らず、その他無線ＬＡＮやＵＳＢ(Universal Serial Bus)などの有線方式であっても良い。
誘導電動機の軸受診断を行うようにしたが、交流電動機や直流電動機など回転機全般の軸受診断に適用できる。
【００９８】
【発明の効果】
請求項１記載の回転機の軸受診断装置によれば、機能拡張用カードを、回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能で、携帯端末側より供給される電源に基づいて振動センサの駆動用電源を生成する電源回路を備え、振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換して携帯端末側に転送するように構成し、携帯端末を、機能拡張用カード側より転送されたデータに基づいて軸受の異常を診断するように構成した。従って、作業者は、従来構成に比較して非常に小型の携帯端末を持ち歩いて回転機の軸受に発生する振動を容易に測定し、診断まで行うことが可能となる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数を、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、スイッチングノイズが振動信号に及ぼす影響を低減することができる。
【００９９】
請求項８記載の回転機の軸受診断システムによれば、携帯端末は、請求項１と同様にして回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能に構成される機能拡張用カード側より転送された診断測定データを外部に送信し、外部診断装置は、その送信されたデータに基づいて軸受の異常を診断するようにした。従って、携帯端末を所持する作業者は振動の測定に専念することができ、処理を分散して作業効率を向上させることができる。
また、機能拡張用カードに内蔵される電源回路を昇圧チョッパ回路を備えて構成し、そのスイッチング周波数は、前記回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定するので、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１００】
請求項１７記載の機能拡張用カードによれば、ＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカードとして構成されるので、非常に一般的な規格として使用されているＰＣカードを利用することができ携帯端末を低コストで構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例であり、軸受診断装置によって電動機の軸受の振動測定を行う状態を示す図
【図２】 ＰＤＡの概観を示す図
【図３】 ＰＤＡ及びＰＣカードの電気的構成を機能ブロック図
【図４】 ＰＣカード内部のセンサアンプを中心とする電気的構成を示す機能ブロック図
【図５】 診断データファイルの構成図
【図６】 振動検出の作用を示すフローチャート
【図７】 軸受診断の作用を示すフローチャート
【図８】 簡易診断の作用を示すフローチャート
【図９】 （ａ）は識別情報（機器情報）、（ｂ）は簡易診断による解析結果の一例を示す図
【図１０】 精密診断の作用を示すフローチャート
【図１１】 振動音出力の作用を示すフローチャート
【図１２】 本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図１３】 ＰＤＡ，メールサーバ，診断サーバ及びクライアントＰＣ間で行なわれる処理の流れの一例を示すシーケンス図
【図１４】 従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１は誘導電動機（回転機）、２はころがり軸受（軸受）、７は回転軸、１５は加速度センサ（振動検出手段）、１７はＰＤＡ（携帯端末）、１８はＰＣカード（信号変換手段）、２２はセンサアンプ（電源回路）２２、２３はＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）、２４はＰＣカードコントローラ（データ転送手段）、３２はメモリ（記憶手段）、３４はオペレーティングシステム、３５は測定・診断プログラム（診断手段）、３８は昇圧チョッパ回路、４１はフィルタ、４５はＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）、４６はヘッドフォンジャック（音声信号出力手段）、５０はＰＤＡ（携帯端末）、５２はＣＦカード（通信手段）、５４はコンピュータ通信ネットワーク、５５は診断サーバ（外部診断装置）、５６はクライアントＰＣ（外部診断装置）を示す。
Claims (19)
- 機能拡張用カードが接続可能に構成される携帯端末を利用してなる回転機の軸受診断装置であって、
前記機能拡張用カードは、
回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、
前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、
前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、
前記機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶されたデータ基づいて軸受の異常を診断する診断手段とを備えて構成され、
前記機能拡張用カードに内蔵される電源回路は、昇圧チョッパ回路を備えて構成され、そのスイッチング周波数は、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定されていることを特徴とする回転機の軸受診断装置。 - 機能拡張用カードは、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転機の軸受診断装置。
- 診断手段は、記憶手段に記憶されたデータを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断することを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の軸受診断装置。
- 携帯端末は、記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転機の軸受診断装置。
- 通信手段は、コンピュータ通信ネットワークに接続可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の回転機の軸受診断装置。
- 携帯端末は、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の回転機の軸受診断装置。
- 携帯端末は、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の回転機の軸受診断装置。
- 機能拡張用カードが接続可能であると共に、回転機の軸受の振動を検出可能に構成される携帯端末と、この携帯端末と通信を行うことで前記検出の結果に基づき診断を行なう外部診断装置とで構成される回転機の軸受診断システムであって、
前記機能拡張用カードは、
回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、
前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、
前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記携帯端末は、前記機能拡張用カード側より転送されたデータを記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶されたデータを外部に送信するための通信手段とを備え、
前記外部診断装置は、前記携帯端末より送信されたデータに基づいて軸受の異常を診断する診断手段を備え、
前記機能拡張用カードに内蔵される電源回路は、昇圧チョッパ回路を備えて構成され、そのスイッチング周波数は、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定されていることを特徴とする回転機の軸受診断システム。 - 機能拡張用カードは、Ａ／Ｄ変換手段の入力側に、振動センサによって検出された振動信号に印加されるノイズ成分を除去するためのフィルタを備えていることを特徴とする請求項８記載の回転機の軸受診断システム。
- 診断手段は、携帯端末より送信されたデータを受信して、当該データを周波数分析処理することにより回転機の実回転数を求め、この実回転数に基づいて軸受の特徴周波数を求め、この特徴周波数と前記周波数分析処理された結果とを比較することに基づいて軸受の異常を診断する診断手段を備えていることを特徴とする請求項８又は９記載の回転機の軸受診断システム。
- 携帯端末は、記憶手段に記憶されたデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段によって変換されたアナログ信号を音声信号として出力するための音声信号出力手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の回転機の軸受診断システム。
- 外部診断装置は、コンピュータ通信ネットワークに接続可能に構成されていることを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の回転機の軸受診断システム。
- 携帯端末は、記憶手段にウェーブ形式でデータを記憶可能に構成されていることを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の回転機の軸受診断システム。
- 請求項８乃至１３の何れかに記載の回転機の軸受診断システムに使用されることを特徴とする携帯端末。
- 請求項１乃至７の何れかに記載の回転機の軸受診断装置に使用されることを特徴とする機能拡張用カード。
- 請求項８乃至１３の何れかに記載の回転機の軸受診断システムに使用されることを特徴とする機能拡張用カード。
- ＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したＰＣカードとして構成されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の機能拡張用カード。
- 携帯端末を利用してなる回転機の軸受診断装置について、前記携帯端末に接続可能に構成される機能拡張用カードであって、
回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、
前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する電源回路と、
前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記電源回路は、昇圧チョッパ回路を備えて構成され、そのスイッチング周波数は、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定されており、
前記データ転送手段が前記携帯端末にデータを転送すると、そのデータが当該携帯端末によって行われる軸受の異常診断に利用されることを特徴とする機能拡張用カード。 - 回転機の軸受の振動を検出可能に構成される携帯端末と、この携帯端末と通信を行うことで前記検出の結果に基づき診断を行なう外部診断装置とで構成される回転機の軸受診断システムについて、前記携帯端末に接続可能に構成される機能拡張用カードであって、
回転機の軸受の振動を検出する振動センサが接続可能であり、
前記携帯端末側より供給される電源に基づいて前記振動センサの駆動用電源を生成する 電源回路と、
前記振動センサによって検出された振動信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段により変換されたデータを前記携帯端末側に転送するためのデータ転送手段とを内蔵して構成され、
前記電源回路は、昇圧チョッパ回路を備えて構成され、そのスイッチング周波数は、回転機の軸受に発生する振動の周波数帯よりも高い周波数に設定されており、
前記データ転送手段が前記携帯端末にデータを転送すると、そのデータが当該携帯端末により前記外部診断装置に送信されて、前記軸受の異常診断に利用されることを特徴とする機能拡張用カード。
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