JPH01127934A

JPH01127934A - 損傷診断装置

Info

Publication number: JPH01127934A
Application number: JP62286342A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoneyama; 米山　隆雄; Kazuya Sato; 佐藤　弌也; Minoru Yanagibashi; 実柳橋
Original assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-05-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、被検対象の損傷部から発する物理量゛信号、
例えばＡＥ倍信号音響放射信号）などの音響信号又は振
動信号により損傷の程度等を判断する損傷診断装置に関
する。

〔従来の技術〕

化学、鉄鋼、発電プラントなどを構成する産業機械の一
部に損傷が発生した場合、プラント全体の停止につなが
りかねない重大事故となるため、損傷の事前検知は重要
なことである。

従来より、これら産業機械の損傷を検知するため、ＡＥ
法等の音響的手法や振動法を用いた損傷診断手法が種々
提案されている。たとえば、化学プラントの構成要素の
一つである蒸発器の回転摺動部の異常摩耗を検知する手
段として、特開昭５５−７２８０９号が提案されている
。

また、産業機械における回転機に数多く用いられている
軸受の損傷検出手段として、振動法を用いた手法として
特公昭５９−９８４２号が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の特開昭５５−７２８０９号においては、異常摩耗
によって発生する超音波信号を検知し、それを比較回路
にて、しきい値レベルを越えた信号のみを抽出すること
により、異常摩耗時の検出を行っている。

しかし、この方法によると、例えば、運転条件や対象と
する蒸発器の機種が変ると、正常時の超音波信号レベル
も変る可能性が有り、その都度診断に適したしきい値レ
ベルを選定する必要が有るなど、同一判定条件で統一し
た診断が出来にくい問題点が残されていた。

また、特公昭５９−９８４２号においては、軸受異常に
よって発生する周期的な突発形振動源形に着目し、その
尖頭値レベルを調べることにより軸受の損傷を検出して
いる。

しかし、この方法によると軸受異常によって発生する振
動波形は全て周期性の有る突発型振動波形とばかりは限
らないので、診断が困難な異常がある。例えば、面丸れ
や摩耗等の異常現象が発生した場合、その出力波形はラ
ンダムな連続型波形となるので、その診断は困難となる
。

すなわち、上記従来技術によると、被検対象ごとに、又
は損傷の内容ごとに損傷診断装置の診断システムや機能
を構成しなければならず、システムが膨大となるのを避
けることができないという問題がある。

本発明の目的は、１つの判定手法にて各種の対象、損傷
について統一的に診断可能な汎用性のある損傷診断装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、被検対象の損傷部
から発する物理量信号を検出する損傷センサと、これに
より検出された信号を取込み一定期間における検出信号
の振幅分布を求める振幅分布処理手段と、これにより求
められた振幅分布を平均処理して平均振幅分布を求める
平均処理手段と、これにより求められた平均振幅分布に
対する前記振幅分布の偏差を求める偏差演算手段と、こ
れにより求められた偏差が基準値以上のときに損傷異常
信号を出力する異常判定手段と、を具備してなる損傷診
断装置としたことにある。

また、上記異常判定手段に代えて、求められた偏差の推
移を検出し、その変化率が基準値以上のとき損傷進行信
号を出力する損傷進行状態判定手段を設けた損傷診断装
置としたことにある。

〔作用〕

本発明は、損傷検出信号の任意の一定期間について求め
た振幅分布と、これを平均処理した平均振幅分布との偏
差、すなわち分布のばらつき度は。

被検対象に損傷が発生している場合には損傷の内容や種
類に拘らず、正常時に比べて極めて大きな値になるとい
うことに着目してなされたものである。

これは、正常時には振幅値の整ったバックグランドノイ
ズのみであるのに対し損傷時には、損傷に伴なう部材の
全屈接触等により発生した物理量信号がバックグランド
ノイズに重畳され、検出信号の振幅が乱れることによる
。

ここで、前記振幅分布とは、一定の期間を時間軸で複数
に分割してその時の振幅値をそれぞれ検出し、振幅値を
パラメータとして同一振幅値の発生個数で表わしたもの
である。

したがって、上述のようにして求めた偏差を正常時の偏
差に基づいて定めた基準値と比較することにより、損傷
の有無およびその程度を診断することができるのである
。

また、損傷が進んで拡大していく場合には上記偏差が増
大するので、その変化率を追跡することにより損傷の進
行状態が急激か否かも診断することが可能となり、損傷
に対する措置を適格に行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例を示し、第２図に診断処理手
順を示す。第１図に示すように、本実施例はころがり軸
受の損傷診断に適用した装置であり、回転体１の軸受部
２にＡＥセンサなどの音響センサもしくは振動センサか
らなる損傷センサ３を設置し、このセンサ３の検出信号
を増幅器４にて増幅し、その出力を検波器５にて検波処
理し、次にＡ／Ｄコンバータ６にてディジタル信号に変
換後、信号解析評価手段７に転送する。信号解析評価部
７では転送された検出信号を解析することにより、ころ
がり軸受の正常、異常を診断し、診断結果をＣＲＴデイ
スプレィ等の表示部８にて外部に出力表示する。

次に信号解析評価手段７にて、実施する診断処理内容に
ついて第２図を用い具体的に説明する。信号解析評価手
段７に転送された検波信号１０は振幅分布処理手段１１
にて、振幅分布処理が実行される。

振幅分布処理手段７は第４図（Ａ）又は（Ｂ）に示すよ
うな、振幅値Ａｉ　（ｉ＝１．２．−、ｎ）をパラメー
タとしその発生個数Ｎを計数してなる振幅分布Ｎｉを求
めるように形成されており、任意の一定期間に検出され
たデータに基づいて求めるようになっている。

一例について説明すると、ころがり軸受２の異常にはフ
レーキング、圧痕、かじり、摩耗、グリース劣化、疲労
クラック、面荒れ等、非常に多くの異常現象がある。第
３図にその具体例として、正常時及びレース面の面荒れ
時におけるセンサ３の出力信号及びその検波信号の波形
例を示す。正常時は振幅変動の少ない信号であるが、面
荒れ時はこの振幅変動が大きくなる。これは面荒れによ
るころがり軸受の異常現象に限ったことではなく、前述
したころがり軸受の各現象に共通して言えることである
。すなわち、ころがり軸受の正常動作に対し、異常時に
はそれに起因した異常信号が発生するためである。この
ようにして得られた検波信号１ｏの一定期間にわたって
振幅分布処理をした結果が第４図（Ａ）、（Ｂ）に示し
たものであり、（Ａ）は正常時を、（Ｂ）は面荒れ時を
示している。それらの図から判るように、正常時は各振
幅における発生個数Ｎｉの変動量は小さいが、面荒れ時
にはその変動量が大きいことが分かる。

次に平均処理手段１２は次式（１）に基づいて振幅分布
データを平均処理して平均振幅分布π下を求めるように
なっている。

ｍ　　　　　簡 ”゛”−一ここで、ｍは平均処理に係るデータ数であり、算平均処
理し、振幅値Ａｉにおける平均値として求めることを意
味している。

すなわち、第４図に示すように、ｉ点を基準としその前
後の士二個の振幅値における平均値Ｎｉを振幅方向全体
に亘って求めるわけである。第４図にこの平均処理によ
って算出された振幅分布の平均値を破線で示す。

次に振幅分布の平均処理手段１２にて求められた各振幅
値Ａｉにおける平均発生個数Ｎと実測された発生個数Ｎ
ｉとの標？！！偏差σを標準偏差演算手段１３によって
求める。具体的には次式（２）で示す演算処理を実行す
る。

ここで、ｋは偏差演算に用いるデータ数であり、ｋ　＜
　ｎに選ばれる。

このようにして求められた標準偏差σの具体例を第５図
（Ａ）、（Ｂ）に示す。第５図（Ａ）と（Ｂ）はそれぞ
れ第４図（Ａ）と（Ｂ）に対応させて、正常時と面荒れ
時を示す。それらの図から、正常時に対し、面荒れ時に
は標準偏差σが約１０倍径度大きくなることが分かる。

なお、ここで示したレース面の面荒れ時は正常時と同様
連続影信号が発生するため、正常時との差が比較的少な
いデータ例であり、圧痕やフレーキング現象など突発型
ＡＥ倍信号すなわち振幅の変動量が多い場合、その差は
より顕著となる。

次に、偏差演算手段１３により求められた標準偏差σは
異常判定手段１４に導びかれ、ここにおいて予め設定さ
れた判定基準値ｋｋとの比較がなされ、基準値以上のと
きは異常と診断され、下まわる場合は正常と診断され、
それぞれ外部に出力表示される。

以上、本実施例によれば、検出信号の振幅分布とその平
均振幅分布の標準偏差に基づいて損傷異常を診断するよ
うにしていることから、被検対象や損傷の内容等に拘ら
ず診断をすることができ、同一の判定手法で統一的に診
断でき、汎用性を高めるとともに、システムの簡易化、
診断の高速化が図れるという効果がある。

なお、本実施例では偏差として標準偏差σを用いた例を
示したが、本発明はこれに限られるものではなく、要は
平均振幅分布からのばらつき度を指標とすればよく、例
えば第４図（Ｂ）に斜線を付して示した面積に相当する
量を指標としても同一の効果を奏する。

次に１本発明の他の実施例について、第６図に示した診
断処理手順に従って説明する。

通常、産業機械に異常が発生した場合、損傷が軽微であ
る場合や、異常の形態によってはその損傷が進行しにく
いものも有り機械に損傷が有ってもまだ、使用に耐えう
る場合が存在する。昨今は産業機械を経済的に使用する
傾向に有り、異常部位の変換時期等のタイミングが問題
となってくる。

本実施例はそのタイミングを知らしめるものである。

第６図において、第２図と同一機能構成のものには同一
符号を付して説明を省略する。

異常判定手段１４にて異常が検出された場合、σ値メモ
リ手段２０は偏差演算手段１３から出力される標準偏差
σを順次記憶する。次にσ値推移演算手段２１は次式（
３）に基づいて、σ値の時間当りの変化量、すなわち変
化率σｔを求める。

σｔ＝ｄσ／ｄｔ　　　　　　　　　　・・・（３）次
に、損傷進行状態判定手段２２において、予め設定され
ている判断基準にαとσ電を比較し。

σ、かにαを越えているときは損傷が進行状態にあると
判定し、それ以下の場合は損傷状態が進行状態になく現
状を維持していると判定し、それぞれ外部に危険状態又
は使用可能のメツセージとともに出力表示する。

本実施例に従って診断した一例を第７図に示す。

第７図はすべり軸受の片当り現象を例にとった場合のσ
値の推移を調べた結果である。実線は損傷が進行しにく
い場合、破線は損傷の進行程度が激しい場合である。同
図から明らかなように、損傷が進行状態にある場合、σ
値は急激に上昇する傾向にある。σ値が上昇すると、機
械の損傷は急激に進行するため、この状態にて機械を即
座に停市し、異常部位の部品等を交換することが安全運
転のうえで必要となる。なお、損傷進行状態判定手段２
２に示すにα値は略１とするのが好ましい。

以上述べた本実施例によれば、第１図実施例の効果に加
え、産業機械に損傷が発生している場合であっても、そ
の損傷が機械にあたえるダメージの程度が分かり、また
１部品の交換時期が分かるため、産業機械を有効かつ経
済的に使用することが可能となる。

以上、ころがり軸受の損傷診断を例にして述べたが１本
発明は、ころがり軸受診断の他、たとえばすべり軸受の
片当り現象、水車におけるキャビテーション現象、前述
した回転体摺動部の異常摩耗現象等、各産業機械におけ
る異常現象の診断が可能である。

なお、上述した実施例ではセンサ出力を検波処理するも
のについて述べたが、センサ出力波形そのものを用いて
も、同様の診断は可能である。

また、上記実施例によればｊｉｌｔ械の種類や異常の形
態にかかわらず、診断の対象とする機械の正常、異常の
判定が可能であるため、産業機械の信頼性向上に大きく
貢献できる。また１診断システムとしての処理手法の簡
易化、並びに処理スピードの高速化などが図れるなどの
メリットも有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば５機械の種類、異
常形態にかかわらず、同一の診断手法にて損傷の診断が
可能であるため、汎用性が高く、システムの簡易化、診
断の高速化が図れる。

また、他の本発明によれば、上記効果に加え、機械に損
傷が発生している場合であっても、その損傷が危険に至
る損傷であるのか、未だ機械が使用に酎え得る状態にあ
るのかの判定も可能であるため、機械の経済的運用が図
れるなど、工業上その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施の全体構成図、第２図。は第１図実施例の診断処理手順を示す図、第３図。第４図、第５図は第１図実施例の動作を説明するための
図、第６図は本発明の他の実施例の診断処理手順を示す
図、第７図は第６図実施例の動作を説明するための図で
ある。３・・・損傷センサ、７・・・信号解析評価手段、１１
・・・振幅分布処理手段、１２・・・平均処理手段、１
３・・・偏差演算手段、１４・・・異常判定手段、２０
・・・σ値メモリ手段、２１・・・σ値推移演算手段、
２２・・・損傷進行状態判定手段。

Claims

【特許請求の範囲】１、被検対象の損傷部から発する物理量信号を検出する
損傷センサと、これにより検出された信号を取込み一定期間における検
出信号の振幅分布を求める振幅分布処理手段と、これにより求められた振幅分布を平均処理して平均振幅
分布を求める平均処理手段と、これにより求められた平均振幅分布に対する前記振幅分
布の偏差を求める偏差演算手段と、これにより求められ
た偏差が基準値以上のときに損傷異常信号を出力する異
常判定手段と、を具備してなる損傷診断装置。２、被検対象の損傷部から発する物理量信号を検出する
損傷センサと、これにより検出された信号を取込み一定期間における検
出信号の振幅分布を求める振幅分布処理手段と、これにより求められた振幅分布を平均処理して平均振幅
分布を求める平均処理手段と、これにより求められた平均振幅分布に対する前記振幅分
布の偏差を求める偏差演算手段と、これにより求められ
た偏差の推移を検出し、その変化率が基準値以上のとき
損傷進行信号を出力する損傷進行状態判定手段と、を具備してなる損傷診断装置。