專利名稱：超低速旋轉設備的異常診斷方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用聲音對lOrpm以下的超低速旋轉設備的滾動軸承的異 常進行診斷的方法及裝置。
背景技術：
在旋轉設備的異常診斷中，從診斷精度良好的角度出發， 一般使用根 據軸承的振動檢測信號進行判斷的方法(以下，稱作"振動診斷")。該方 法是對與轉速成比例產生的沖擊振動進行測量的方法，也可以根據沖擊振 動的產生間隔進行異常部位的確定。
但是， 一般在100rpm以下的低速旋轉設備的情況下，伴隨軸承異常而 產生的振動較小、沖擊振動的產生間隔也較長，因此難以進行診斷。尤其， 在如連續鑄造機的輥那樣幾ipm的超低速旋轉設備的情況下，難以識別伴 隨異常的信號和噪聲，無法進行高精度的診斷。
為了提高該低速旋轉設備的軸承的診斷精度，例如在日本特開平 3-245054號公報中，提出了對軸承產生的AE (Acoustic Emission:聲發射) 信號進行檢測，計算AE信號超過基準值的持續時間，并在該持續時間超 過了基準值時判斷為異常的方法。
另外，在日本特開平7-270228號公報中，提出了利用加速度傳感器檢 測軸承振動，將該檢測信號經過帶同濾波器之后進行包絡處理，并計算所 得到的波形信號的規定時間間隔中的最大值與最小值的差，在該差超過了 預先給定的閾值時判斷為異常，從而自動進行低速旋轉設備的異常診斷的 方法。
另外，在日本特開平10-160638號公報中，提出了利用加速度傳感器 檢測軸承振動，通過低通濾波器從該檢測信號中取出規定值以下的輸出， 對其進行乘3以上的奇數的處理，并將該波形與預先設定的基準值比較， 從而進行異常判斷的方法。在上述日本特開平3-245054號公報公開的方法中，存在如下問題，即 難以辨別AE信號的噪聲和有效信號；只能在龜裂進展時進行判斷；以及 由于AE信號一般為超過lOOKHz的高頻帶，因此系統昂貴。
另外，在日本特開平7-270228號公報公開的方法中，在助振力小的超 低速旋轉軸承中的振動信號較小，難以識別伴隨著異常的信號和噪聲，因 此無法進行高精度的診斷。
曰本特開平10-160638號公報中公開的方法也為了放大伴隨異常的信 號成分而進行乘以3以上的奇數的處理，但振動檢測方法與上述專利文獻 2相同，而且在包含噪聲的情況下進行處理，因此很難說能夠進行正確的 異常判斷。
因此，本發明的課題是提供一種能夠對如連續鑄造機那樣的10rpm以 下的超低速的多個輥軸承進行廉價且高精度的診斷的、利用聲音信號的診 斷方法及裝置。
多用于連續鑄造設備用軸承的自動調心滾子軸承中，除了其特有的差 動滑動外，不形成在超低速和重負載下足夠的油膜，并且因水銹(7^r— /W、水的進入而不夠潤滑，因此產生油膜的破裂和磨損。結果，弓l起剝落， 并其發展而產生裂紋，導致裂縫。
但是，即使產生裂縫，但如果沒有因滾子的扭斜而導致發熱和滾動面 的異常磨損，則由于是超低速而不發展為急速的損傷。因此，如果能夠在 該階段檢測到異常，則能夠使用至壽命界限，所以作為異常檢測時期并不 晚，并且從維修費用成本的觀點來看反而更為優選。
發明內容
本發明的目的是雖然在軸承的滾動面產生了裂紋、但轉動體仍處于穩 定旋轉的狀態的用于進行超低速旋轉軸承的異常檢測的診斷方法及裝置，
其要旨如下
(1) 一種超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法，檢測由作為診 斷對象的旋轉設備的滾動軸承產生的聲音信號，并進行其異常診斷，上述 旋轉設備的滾動軸承伴隨10ipm以下的超低速旋轉，上述方法的特征在于 利用具有集音功能的檢測端將由被檢測軸承產生的聲音作為聲壓而檢測，并通過適當放大而得到的聲音信號的頻率分析，求出頻譜分布，
求出通過上述頻率分析得到的頻率分析波形的、軸承的固有頻率以上
頻率的頻譜平均值或有效值，
將上述頻譜平均值或有效值與另求出的基準值進行比較，并在超過了
該基準值時判斷為軸承異常。
(2) 如上述(1)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法， 其特征在于，使得到上述聲音信號的檢測端與上述滾動軸承直接接觸。
(3) 如上述(1)或(2)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診 斷方法，其特征在于，可聽地輸出將上述聲音信號放大的信號，并進行異 常判斷的篩選。
(4) 如上述(3)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法， 其特征在于，上述聲音信號是軸承的固有頻率以上的通過了高頻帶通濾波 器的信號。
(5) —種超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置，檢測由作為診 斷對象的旋轉設備的滾動軸承產生的聲音信號，并進行其異常診斷，上述 旋轉設備的滾動軸承伴隨10ipm以下的超低速旋轉，上述異常診斷裝置的 特征在于，包括-
檢測端，具有集音功能；
放大器，對由上述檢測端得到的聲音信號進行放大； 頻率分析部，求出上述聲音信號的頻率分布； 軸承的固有頻率存儲部；
運算部，根據上述頻率分析，求出頻譜平均值或有效值； 存儲部，存儲另求出的基準值；以及
異常判斷部，將上述頻譜平均值或有效值與上述基準值進行比較，并 判斷有無異常。
(6) 如上述(5)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置， 其特征在于，上述檢測端與上述滾動軸承直接接觸，從而具有得到上述聲 音信號作為聲壓的功能。
(7) 如上述(5 (或(6)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診 斷裝置，其特征在于，具備輸出部，該輸出部將放大的上述聲音信號可聽地輸出。
(8)如上述(7)所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置， 其特征在于，具備高頻帶通濾波器，該高頻帶通濾波器僅提取放大的上述 聲音信號的、軸承的固有頻率以上的頻帶成分。
圖1是表示涉及本發明的技術方案1、 2的實施例的概要的框圖。 圖2是表示涉及本發明的技術方案3、 4的實施例的概要的框圖。 圖3是表示本發明的方法及裝置的正常軸承和異常軸承的頻率分析結 果的一例的圖。
圖4是表示本發明的方法及裝置的根據500Hz以上的頻率音來評價的 異常軸承和正常軸承的關系的圖。
圖5是表示利用磁鐵安裝麥克風和振動傳感器的狀態下的頻率特性的圖。
圖6是表示通過本發明的方法及裝置使檢測端接觸而測量的正常軸承 和異常軸承的頻率分析結果的一例的圖。
圖7是表示通過本發明的方法及裝置不與檢測端接觸而測量的異常軸 承的頻率分析結果的一例的圖。
圖8是表示在固有頻率約為800Hz的較小的圓筒滾子軸承的外輪產生 了裂縫時，將麥克風與該軸承接觸而得到的聲音頻譜的圖。
具體實施例方式
下面，根據
本發明。
圖1是表示本發明的實施例的對異常進行診斷的過程的框圖。在圖1 中，1是被檢測軸承，2是檢測端，3是對聲音信號進行放大的放大器，4 是頻率分析部，5是聲壓運算部，6是固有頻率存儲部，7是異常判斷部，8 是基準值存儲部，9是濾波器。圖2中，除圖1的異常判斷部之外，在濾波 器后有放大器lO和輸出部ll。
另外，本發明并不限于圖1、圖2的例，也可以將各個單元適當替換為 其他的公知單元，并且，各單元并非全必需的，可以根據情況適當省略。首先，對涉及本發明的(1)及(2)的實施方式進行說明。
在涉及本發明的(1)及(2)的實施方式中，首先，由檢測端2將由 被檢測軸承產生的聲音檢測為聲壓。為了在聲壓中排除軸承以外的聲音， 優選使用指向性麥克風。在本例中，通過使用在金屬盒中容納了麥克風的 檢測端，遮斷暗噪聲、提高集音性能，并且也提高對粉塵或冷卻水等的耐 久性，所述金屬盒包含對在固體中傳播的聲音進行接收的觸診部。
若在軸承的滾動面產生裂紋，則會產生比軸承的固有頻率更高頻率的 聲音。本發明人調查的結果，已知伴隨10rpm以下的超低速旋轉的旋轉設 備的大半軸承的固有頻率為100 1000Hz。因此，檢測端使用具有從lKHz 到10KHz的頻率應答范圍的麥克風。若達到10KHz，則大部分檢測端能夠 得到較平坦的頻率特性，不會昂貴。
接著，由放大器3進行信號電平的放大，由頻率分析部4進行聲音信 號的頻率分析。在固有頻率存儲部6中存儲有被檢査的軸承的固有頻率。 在聲壓運算部5中，求出存儲在固有頻率存儲部中的固有頻率以上的任意 設定的頻率的頻譜平均值或有效值。在異常判斷部7中，將聲壓運算部5 算出的頻譜平均值或有效值，與存儲在基準值存儲部8中的判斷基準值進 行比較，并在算出的聲壓大的情況下判斷為診斷對象軸承異常。在軸承的 滾動面產生了裂紋的情況下產生的聲頻為比軸承的固有頻率高的頻率。本 發明人調查的結果，使求出頻譜平均值或有效值的頻率為固有頻率的大致3 倍以上最為妥當，但最好事先調查診斷對象設備的軸承以外的構成部件的 固有頻率，并設定除去這些固有頻率的頻帶。另外，在本發明人調查的諸 多軸承中，能夠在從固有頻率到5KHz的聲音信號中檢測出異常頻率。
涉及(3)及(4)的實施方式中，通過放大器10輸出可聽音。由此首 先可聽地確認異音，并能夠篩選認為有異常可能性的軸承。尤其，在涉及 (4)的實施方式中，由于通過濾波器，因此容易發現異音。
實施例 (實施例1)
圖3和圖4是以0.5ipm旋轉的連續鑄造機的自動調心滾子軸承的解析 結果，是使麥克風與軸承接觸而得到的，也是軸承的保持器破損、滾子嚙 入而負載增大的例。圖3 (a)表示正常的#1輥的軸承的聲音頻譜。包含固有頻率(在本例 中為350Hz)的低頻帶的聲壓占主導，在500Hz以上看不見特征。圖3 (b) 表示損傷的#8輥的軸承的聲音頻譜。500Hz以下的低頻帶與正常的#1輥的 軸承相同，相對于此，在l~2KHz附近也能看見多個峰值。
圖4表示排除固有頻率附近的頻帶的、每個軸承在500Hz以上的頻帶 的頻率的頻譜有效值。在平均聲壓下，從圖3可知，由于低頻帶的聲壓占 主導，所以正常軸承和異常軸承之差較小，因此將排除固有頻率附近的頻 率的聲壓作為指標。#1~7是正常的軸承，基于該數據與在檢測該異常之前 測量的#1 8的數據，在此將在該軸承下的異常判斷基準值設為2E-04Pa。 此次，異常的#8輥的軸承的有效值超過異常判斷基準值，與正常的軸承相 比，是4倍以上的值，能夠容易地判斷為異常。
在本例中，聲音差較明顯，因此也能夠容易進行無濾波器下的基于聽 音的異常判斷的篩選。
另外，圖5表示利用磁鐵安裝麥克風和振動傳感器、對使助振器進行 隨機噪聲助振時的應答進行了計測的頻率特性。該圖表表示，振動傳感器 相對地對約8KHz以上的高頻振動靈敏度高，與此相比，麥克風相對地對 5KHz以下的頻帶振動靈敏度高。因此可知，如本實施例那樣在l~2KHz附 近有特征的情況下，優選使用麥克風。
另外，在本設備中，在與使檢測端接觸的滾動軸承共有旋轉軸的反測 量側的軸承外輪損傷大的情況下，也能夠進行異常檢測。這樣，由于2KHz 附近的頻率音的距離衰減較小，因此也能夠檢測反測量側的異常信號。本 例的反測量側為在操作中不能從安全面接近而不能進行日常檢修的場所， 但通過本方法能夠安全地進行檢修。 (實施例2)
圖6表示在以3rpm旋轉的連續鑄造機的自動調心滾動軸承產生了外輪 裂縫時，將麥克風與軸承接觸而得到的解析結果。
圖6 (a)表示正常軸承的聲音頻譜。該例也是在基于聽音的篩選中診 斷為應該沒有異常的例。固有頻率或由接觸共振產生的lKHz以下的聲壓 占主導，因此在lKHz以上看不見峰值。
圖6 (b)表示損傷的軸承的聲音頻譜。在3KHz附近能看見尖銳的波
9峰，判斷為由于產生了裂紋、因此伴隨軸承的滾子與外輪斷面的接觸的聲 音變得明顯。
在本例中，與實施例1不同，通過無濾波器下的聽音的篩選，不能進 行異常的明確的判斷，但也不能診斷為無異常。但是，在本例中通過使用
lKHz以上的高頻帶通濾波器，能夠明確地進行異常識別。 (實施例3)
圖7也是以與實施例2相同的設備在該軸承的附近將麥克風不接觸地 設置而得到的聲音頻譜。該設備在麥克風設置部附近具有冷卻水和空氣噴 出部，噪聲較大，但能夠在3KHz附近確認波峰，并且通過適當地設定頻 譜平均值或有效值的基準值，能夠檢測異常。
在本例中，由于噪聲的影響，不能在通過使用了濾波器的聽音的篩選 進行異常判斷，但根據本發明能夠進行異常判斷。 (實施例4)
圖8表示在以10rpm旋轉的固有頻率約為800Hz的較小的圓筒滾子軸 承的外輪產生了裂縫時的、將麥克風與該軸承接觸而得到的聲音頻譜。能 夠確認弱于6KHz的頻率音變大了。
如本實施例，由于小徑的軸承的固有頻率高，因此將10KHz左右為止 的頻帶選定為了診斷對象，但由于在10rpm以下的超低速的旋轉設備中大 徑軸承較多，因此優選為在從固有頻率以5KHz的聲音信號進行診斷。
從以上情況可知，通過使用基于本發明的方法及裝置的異常診斷法， 能夠便宜且精度良好地判斷10rpm以下的超低度旋轉設備的軸承的異常。
產業上的可利用性
根據本發明的(1)，由于使用固有頻率以上的頻率頻譜進行異常判斷， 因此容易判別噪聲，并且與現有的基于振動進行的超低速旋轉軸承的異常 判斷相比，能夠進行精度更高的異常診斷。
根據本發明的(2)，由于接收包括有在固體中傳播的超聲波區域在內 的聲音，因此能夠隔斷空中傳播的暗噪聲，能夠進行相應于目的的S/N比 良好的異常診斷。根據本發明的(3)，能夠可聽地確認軸承的異常，發現 異常的可能性。并且根據本發明的(4)，由于去除了檢測端的接觸共振的 影像，因此能夠提高篩選的精度。(5)是實現(1)的方法的裝置，(6)是實現(2)的方法的裝置，(7) 是實現(3)的方法的裝置，(8)是實現(4)的方法的裝置。
根據本發明，在有損傷時，能夠精度良好的診斷超低速旋轉設備的軸 承的損傷幅度及其程度，由此能夠實現安全的檢修作業、設備穩定化。
權利要求
1、一種超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法，檢測由作為診斷對象的旋轉設備的滾動軸承產生的聲音信號，并進行其異常診斷，上述旋轉設備的滾動軸承伴隨10rpm以下的超低速旋轉，上述異常診斷方法的特征在于，利用具有集音功能的檢測端將由被檢測軸承產生的聲音作為聲壓而檢測，并通過適當放大而得到的聲音信號的頻率分析，求出頻譜分布，求出通過上述頻率分析得到的頻率分析波形的、軸承的固有頻率以上的頻率的頻譜平均值或有效值，將上述頻譜平均值或有效值與另求出的基準值進行比較，并在超過了該基準值時判斷為軸承異常。
2、 如權利要求1所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法，其 特征在于，使得到上述聲音信號的檢測端與上述滾動軸承直接接觸。
3、 如權利要求1或2所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法， 其特征在于，可聽地輸出將上述聲音信號放大的信號，并進行異常判斷的篩選。
4、 如權利要求3所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷方法，其 特征在于，上述聲音信號是軸承的固有頻率以上的通過了高頻帶通濾波器的信號。
5、 一種超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置，檢測由作為診斷對 象的旋轉設備的滾動軸承產生的聲音信號，并進行其異常診斷，所述旋轉設 備的滾動軸承伴隨10ipm以下的超低速旋轉，上述異常診斷裝置的特征在于， 包括檢測端，具有集音功能；放大器，對由上述檢測端得到的聲音信號進行放大； 頻率分析部，求出上述聲音信號的頻率分布； 軸承的固有頻率存儲部；運算部，根據上述頻率分析，求出頻譜平均值或有效值； 存儲部，存儲另求出的基準值；以及異常判斷部，將上述頻譜平均值或有效值與上述基準值進行比較，并判 斷有無異常。
6、 如權利要求5所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置，其 特征在于，上述檢測端與上述滾動軸承直接接觸，從而具有得到上述聲音信號作為 聲壓的功能。
7、 如權利要求5或6所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置， 其特征在于，具備輸出部，該輸出部將放大的上述聲音信號可聽地輸出。
8、 如權利要求7所述的超低速旋轉設備的滾動軸承的異常診斷裝置，其 特征在于，具備高頻帶通濾波器，該高頻帶通濾波器僅提取放大的上述聲音信號的、 軸承的固有頻率以上的頻帶成分。
全文摘要
本發明提供一種利用聲音信號對10rpm以下的超低速旋軸承的異常進行診斷的方法及裝置，利用具有10KHz以下的集音功能的檢測端對由10rpm以下的超低速旋轉設備的滾動軸承產生的聲音信號進行檢測，通過頻率分析求出頻譜分布，并將經過處理得到的頻率分析波形的、軸承的固有頻率以上的頻率的頻譜平均值或有效值與基準值進行比較，在該頻譜平均值或有效值超過了基準值時判斷為軸承異常。
文檔編號G01M13/04GK101617207SQ200880003579
公開日2009年12月30日 申請日期2008年3月17日 優先權日2007年3月26日
發明者村山恒實 申請人:新日本制鐵株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
