回転体の異常診断装置
【課題】回転体の亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を、減衰させることなく、受信することができる回転体の異常診断装置を提供する。
【解決手段】スピンドル４に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上のＡＥセンサ１２と、ＡＥセンサ１２に有線接続され、ＡＥセンサ１２の信号に基づいて異常を診断する解析手段１６と、少なくとも底部１７が開口し、流体が貯留された流体貯留部６０から供給された前記流体を底部１７とスピンドル４との間で保持する流体供給部１１がスピンドル４の上方に配置されている。
【解決手段】スピンドル４に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上のＡＥセンサ１２と、ＡＥセンサ１２に有線接続され、ＡＥセンサ１２の信号に基づいて異常を診断する解析手段１６と、少なくとも底部１７が開口し、流体が貯留された流体貯留部６０から供給された前記流体を底部１７とスピンドル４との間で保持する流体供給部１１がスピンドル４の上方に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体において発生する亀裂や磨耗発生等の異常を診断する異常診断装置に関し、特に、回転体の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波信号をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで検出する異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板などを圧延する圧延機には、鋼板を圧延する一対の圧延ローラにモーターから駆動力を伝達するために、ギアや回転軸が多数介在している（以下、ギア及び回転軸をまとめて「回転体」と呼ぶ。）。
各々のスピンドルを支持する軸受は、使用条件によっては、運転中に微細な磨耗粉等が発生し、磨耗粉が異物となって潤滑油に混入して焼き付き等の異常が発生したり、亀裂等の損傷が発生することがある。
【０００３】
このような異常や損傷の存在を検知する手段としては、加速度計等の振動センサで圧延機等の振動を計測する手段や、軸受の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで計測する手段が挙げられる。そして、これらの検知手段は軸受に取付けられることが多い。
しかしながら、圧延機における亀裂や磨耗等の異常発生は、軸受だけでなく、スピンドルそのものに発生することがある。
この場合、従来の軸受に設けられたＡＥセンサは、スピンドルの亀裂発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）を、軸受経由で受信することとなる。
【０００４】
しかし、軸受に取付けたＡＥセンサによって、軸受を介してスピンドルの異常を検出する方法では、スピンドルから発生する弾性波（ＡＥ信号）が減衰してしまうという問題がある。
このような問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開示されている。
図６は、特許文献１における異常診断装置を示す図である。図６に示すように、特許文献１に記載の異常診断装置は、回転体２３にＡＥセンサ１を直接設置し、このＡＥセンサ１が検知したＡＥ信号を、異常診断手段を備えた受信装置（図示せず）に無線で伝送する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、回転体に直接設置されたＡＥセンサが検知したＡＥ信号を異常診断手段に無線で伝送するため、無線で伝送した信号にノイズが含まれる。このノイズの発生によって、微弱なＡＥ信号をＡＥセンサが検出できない可能性があり、結果として異常診断の検出の精度の低下をもたらしていた。
また、ＡＥセンサや送信アンテナが回転体に設置されるため、ＡＥセンサや送信アンテナへの給電方法に課題が残されている。給電方法としては、例えば、スリップリングなどを用いることが挙げられる。しかし、このような給電方法によっても、ノイズの発生やスリップリングにおける接触不良などの問題が生じやすく、異常診断の検出の精度が低下する結果を招くことになる。なお、特許文献１には、このような問題を解決する手段については何ら開示されていない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体の亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を、減衰させることなく受信することができる異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１に係る回転体の異常診断装置は、回転体に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転体の異常を解析する解析手段とを有する回転体の異常診断装置であって、少なくとも底部が開口し、流体が貯留された流体貯留部から供給された前記流体を前記底部と前記回転体との間で保持する流体供給部が前記回転体の上方に配置されたことを特徴としている。
【０００８】
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項２に係る回転体の異常診断装置は、請求項１に記載の回転体の異常診断装置において、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を変化可能なポンプが設けられ、該ポンプが、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を、前記流体供給部の前記底部から前記流体が流下する流下量よりも多くすることにより、前記流体が前記底部と前記回転体との間で保持されることを特徴としている。
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項３に係る回転体の異常診断装置は、請求項１又は２に記載の回転体の異常診断装置において、前記流体が磁性流体であり、前記回転体と、前記流体供給部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体供給部の前記底部に設けられたことを特徴としている。
【０００９】
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項４に係る回転体の異常診断装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の異常診断装置において、前記弾性波検出手段が、単一波長光を出射する光源と、該光源からの出射光を分岐するスプリッタと、前記回転体に配設され前記スプリッタにより分岐された一方の光を導光するセンサ用光ファイバと、前記スプリッタにより分岐された他方の光を導光する参照光用光ファイバと、前記センサ用および参照光用の各光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、該結合手段により重ね合わされた光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された検出信号に基づいて前記回転体に発生する弾性波を検出する処理手段と、を備えたことを特徴としている。
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項５に係る回転体の異常診断装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の回転体の異常診断装置において、前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る回転体の異常診断装置によれば、スピンドルなどの回転体の上方から、スピンドルの周面に流体を流下させると共に該流体を保持する流体供給部を設け、該流体供給部に弾性波検出手段を設けたので、スピンドルにおける亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を減衰させることなく直接受信することができる。また、弾性波検出手段と解析手段とが有線接続されているので、得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。
【００１１】
本発明の請求項２に係る回転体の異常診断装置によれば、前記流体の供給量を変化可能なポンプによって前記流体の供給量を、前記流体の流下量よりも多くして前記流体を前記底部と前記回転体との間で常に保持させることができる。
本発明の請求項３に係る回転体の異常診断装置によれば、スピンドルに生じた亀裂等を伝播する媒体に磁性流体を用い、この磁性流体をスピンドルと流体貯留部との間で保持する磁石を、磁性流体が充填された流体貯留部のスピンドル側に設置しているため、磁性流体の保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。そして、このような構成により、単に、ＡＥセンサが設置された流体供給部と回転体との間に、弾性波を伝播する媒体として流体を介在させるよりも弾性波の伝播性を維持することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に係る回転体の異常診断装置によれば、流体供給部に巻回した光ファイバの伸縮によって回転体に生じた欠陥を検知するＡＥセンサを使用しているので、回転体に生じた欠陥をより高い精度で検知することができる。
本発明の請求項５に係る回転体の異常診断装置によれば、前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことにより、前記回転体と前記流体供給部との間隔を所定の間隔に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る異常診断装置が設置される圧延機の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る異常診断装置の第１の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る異常診断装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る異常診断装置の第２の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図５】本発明に係る異常診断装置の第３の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図６】従来の異常診断装置を備えた圧延機の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る回転体の異常診断装置の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る回転体の異常診断装置の第１の実施形態における圧延機の構成を示す概略図である。また、図２は、本実施形態における流体供給部の構成を示す図であり、図２（ａ）は、スピンドル４ａと流体供給部１１ａとの構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は、圧延ロール２ａ側から見たスピンドル４ａと流体供給部１１ａとの構成を示す正面図であり、図２（ｃ）は、流体供給部１１ａの構成を示す斜視図である。なお、図２（ｃ）では、流体供給部１１ａの向きを上下逆にして示している。
【００１５】
図１に示すように、圧延機１は、モーター（電動機）８と、モーター８の駆動力をスピンドル４ａ，４ｂに伝達するピニオンギア６ａ，６ｂ、及び減速機７と、スピンドル４ａ，４ｂに連結され、鋼材５０を挟んで圧延する一対の圧延ロール２ａ，２ｂとを有する。
スピンドル４ａ，４ｂは、圧延ロール２ａ，２ｂの回転軸５ａ，５ｂにそれぞれ連結されている。スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれには、相互に噛み合わされたピニオンギア６ａ，６ｂが連結されている（これら回転軸５ａ（５ｂ）及びピニオンギア６ａ（６ｂ）をまとめて「回転体」と呼ぶ。）。ピニオンギア６ａには、減速機７を介して、モーター８の駆動力を伝達する回転軸９が連結されている。回転軸５ａ，５ｂの両端部、スピンドル４ａ，４ｂ、及び回転軸９には、これらをそれぞれ支持する複数の軸受３が設けられている。
【００１６】
そして、スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれの上方には、スピンドル４ａ，４ｂの周面の上側を覆うように流体供給部１１ａ，１１ｂが設置されている。流体供給部１１ａ，１１ｂはそれぞれ、支持手段１５ａ，１５ｂによって圧延機１に固定されている。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、流体供給部１１ａ，１１ｂは、有蓋無底の形状をなし、底部１７ａ，１７ｂはスピンドル４ａ，４ｂの周面の上部に対して所定の間隔を有するように開口して形成されている。流体供給部１１ａ，１１ｂの上面には貫通孔１９が形成されている。該貫通孔１９には、管７０が連結され、ポンプＰを介して流体貯留部６０に連結されている。流体貯留部６０には、所定量の流体ｆが貯留されている。また、流体供給部１１ａ，１１ｂの上面には、スピンドル４に亀裂が発生したときに発生する弾性波（ＡＥ信号）を検出するためのＡＥセンサ１２ａ，１２ｂが設置されている。なお、ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂは、流体供給部１１ａ，１１ｂを介してスピンドル４からの弾性波を検出することができれば、流体供給部１１ａ，１１ｂのどこに設置されてもよい。
【００１７】
このように設置された流体供給部１１ａ，１１ｂには、ポンプＰによって、流体貯留部６０からくみ上げられた流体ｆが供給される構成になっている。ポンプＰは、流体貯留部６０からくみ上げられた流体ｆの供給量を調節することが可能な装置である。そこで、ポンプＰによる流体ｆの供給量を、流体供給部１１ａ，１１ｂの底部１７ａ，１７ｂから流体ｆが流下する量よりも多くすることで、流体供給部１１ａ，１１ｂの底部１７ａ，１７ｂ以外に溢れ出ないようにされ、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部に流体ｆが保持される。従って、流体ｆが流体供給部１１ａ，１１ｂとスピンドル４ａ，４ｂとの間に常に保持されるので、流体ｆの保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。このとき、スピンドル４ａ，４ｂの周面を伝って流下する流体ｆを受け止めるパン（図示せず）が、スピンドル４ａ，４ｂを介して流体供給部１１ａ，１１ｂの下方に設置される。なお、これらのパンは、図示しない管及びポンプによって流下した流体ｆが流体貯留部６０に供給されるように構成されてもよい。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部における流体ｆの保持を高めるために、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、流体ｆを磁性流体とし、流体供給部１１ａの底部１７ａに磁石１４ａを設けてもよい。このように、流体ｆを磁性流体とし、流体供給部１１ａの底部１７ａに磁石１４ａを設けることにより、流体供給部１１ａからスピンドル４ａに流下する磁性流体を、流体供給部１１ａの底部１７ａと、スピンドル４ａとの間でより確実に保持することができるので、スピンドル４ａ内部で発生した弾性波を高い精度で検知することができる。流体ｆの材料の選定及び磁石１４ａの設置は、弾性波の検出精度等に基づいて決定される。
【００１９】
このように構成された圧延機１は、モーター８からの出力が、減速機７を介して伝達されたピニオンギア６ａ，６ｂで上下に分配されて、スピンドル４ａ，４ｂへと駆動力が伝達される。駆動力が伝達されたスピンドル４ａ，４ｂは、回転軸５ａ，５ｂを介して、圧延ロール２ａ，２ｂを回転させて、鋼材５０を圧延する。
流体ｆとしては、液体状であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する流体が好ましい。流体ｆの例としては、主成分である水、有機溶剤、又は油等の液体（分散媒）、及びその粒子に吸着して粒子を液体（分散媒）中に安定して分散させるための界面活性剤の２成分よりなるコロイド溶液がある。
【００２０】
また、流体供給部１１ａ，１１ｂの材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する材料が好ましい。流体供給部１１ａ，１１ｂの材料の例としては、プラスチックやアルミニウムが挙げられる。
このように、本実施形態における圧延機１では、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスと、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さいことが好ましい。また、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスが、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの間であることがより好ましい。なお、音響インピーダンスは、例えば、公知の近接法、反射法、比較法、定在波管法、管内法等から適宜選択された測定方法によって測定される。
【００２１】
図３は、本発明に係る回転体の異常診断装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、異常診断装置１０は、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂと、解析手段１６とを有する。弾性波検出手段１０ａ，１０ｂは、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部において維持された流体ｆを介してそれぞれ設けられたＡＥセンサ１２ａ，１２ｂと、各ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂに接続されたプリアンプ１３ａ，１３ｂとを有する。解析手段１６は、具体的には、ＡＥ信号を解析する手段であり、プリアンプ１３ａ，１３ｂに接続されている。プリアンプ１３ａ，１３ｂと、解析手段１６とは有線で接続されている。このため、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂで得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段１６に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。
このように構成された異常診断装置１０は、ＡＥセンサ１２ａ、１２ｂの出力がプリアンプ１３ａ，１３ｂを経由して増幅され、解析手段１６でフーリエ変換等の信号処理がなされて、スピンドル４ａ，４ｂにおける異常が検出可能にされている。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転体の異常診断装置は、ＡＥセンサの構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図４は、本実施形態の構成を示す概略図である。図４に示すように、本実施形態のＡＥセンサ１２ａは、いわゆるマッハツェンダー型光ファイバ干渉計を基本とした構成となっている。本実施形態のＡＥセンサ１２ａとしては、例えば、特開２００５−３２１３７６号公報や特開２００７−１０６４６号公報に開示された弾性波検出装置を用いることが好ましい。具体的に、ＡＥセンサ１２ａは、単一波長光を出射する光源１０２と、第１カプラ（スプリッタ）１０４と、光アイソレータ（アイソレータ）１０３と、センサ用光ファイバ１０６と、参照光用光ファイバ１０５と、第２カプラ（結合手段）１０７と、第１光検出器（光検出手段）１０８と、第２光検出器（光検出手段）１０９と、差分回路（ＤＩＦＡ）１１０と、フィルタ（ＢＰＦ）１１１とを備えて構成される。
【００２３】
第１カプラ１０４は、光源１０２からの光を分岐する手段である。
光アイソレータ１０３は、光源１０２と第１カプラ１０４との間に配置され、第１カプラ１０４から光源１０２に戻る光を除去する手段である。
センサ用光ファイバ１０６は、流体供給部１１に配設され、第１カプラ１０４により分岐された一方の光を導光する手段である。
参照光用光ファイバ１０５は、センサ用光ファイバ１０６と同様に、第１カプラ１０４により分岐された他方の光を導光する手段である。参照光用光ファイバ１０５の長さと、センサ用光ファイバ１０６の長さとは同じく設定される。
【００２４】
第２カプラ１０７は、センサ用光ファイバ１０６及び参照光用光ファイバ１０５の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる手段である。
第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９は、この第２カプラ１０７により重ね合わされた光の強度を検出する手段である。
差分回路１１０は、第１光検出器１０８の検出信号及び第２光検出器１０９の検出信号の差分成分を抽出して差分信号を生成する手段である。
【００２５】
フィルタ１１１は、周波数が約５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの信号を抽出して信号Ｓ１１１として処理手段１１２に出力する手段である。
なお、光源１０２と光アイソレータ１０３、光アイソレータ１０３と第１カプラ１０４、第１カプラ１０４と第２カプラ１０７、第２カプラ１０７と第１光検出器１０８、第２カプラ１０７と第２光検出器１０９のそれぞれは、光ファイバＦにより接続されている。
【００２６】
次に、各構成要素について更に詳細に説明する。
光源１０２は、特定波長のレーザ光を、光ファイバＦを介して光アイソレータ１０３に向けて出力する。この光源１０２としては、例えば、レーザダイオード等のレーザ装置が用いられる。例えば光源１０２は波長が１３１３．８ｎｍのレーザ光を出力する。
光アイソレータ１０３は、光源１０２から光ファイバＦを介して出力されたレーザ光を第１カプラ１０４に出力する。また、光アイソレータ１０３は、光源１０２と第１カプラ１０４との間に備えられ、第１カプラ１０４から光ファイバＦを介して光源１０２に戻る光を除去し、光源１０２の光出力を安定化させる。
【００２７】
第１カプラ１０４は、光アイソレータ１０３から出力されたレーザ光を分岐し、一方のレーザ光を参照光用光ファイバ１０５に出力し、他方のレーザ光をセンサ用光ファイバ１０６に出力する。そして参照光用光ファイバ１０５は、第１カプラ１０４で分岐されたレーザ光が一方端から入力され、第２カプラ１０７に接続された他方に向けて光を導光して第２カプラ１０７に出力する。
【００２８】
また、参照光用光ファイバ１０５は、例えば、シングルモードタイプのベアファイバをアクリルやＰＶＣ（Poly vinyl Chloride）で被覆したもの等が用いられる。
センサ用光ファイバ１０６は、第１カプラ１０４で分岐したレーザ光の他方が入力され、第２カプラ１０７に接続された他方端に向けて光を導光して第２カプラ１０７に出力する。また、センサ用光ファイバ１０６には、参照光用光ファイバ１０５と同じ構成（同じ周波数特性）のものが使用される。このセンサ用光ファイバ１０６は、例えば、流体供給部１１の外周面を巻回するように設置される。このとき、センサ用光ファイバ１０６と流体供給部１１の外周面との間には隙間ができるだけないことが好ましい。そこで、流体供給部１１の外周面は円柱形状に形成されることが好ましい。
【００２９】
第２カプラ１０７は、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ６の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせ、第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９に出力する。そして参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６により導光されたレーザ光は、第２カプラ１０７で重ね合わされ、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６の光路差によって干渉光が発生する。
【００３０】
また、本実施形態に係る第２カプラ１０７は、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせて干渉光を生成し、その干渉光を分岐させて第１の光、及び第１の光と位相が反転した第２の光を出力する。
第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９は、第２カプラ１０７から出力される干渉光の強度を検出する。本実施形態では第１光検出器１０８は、第２カプラ１０７から出力された第１の光の強度を検出し、第２光検出器１０９は、第２カプラ１０７から出力された第２の光の強度を検出する。具体的には、第１光検出器１０８は、入射する第１の光の光強度に応じた電気信号Ｓ１０８を生成して差分回路１１０に出力する。
【００３１】
また、第２光検出器１０９は、入射する第２の光の光強度に応じた電気信号Ｓ１０９を生成して差分回路１１０に出力する。そして第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９には、例えばフォトダイオードが用いられる。また第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９で検出される信号の位相は反転している。
また、光源１０２により出力されたレーザ光は、光検出器１０８，１０９に検出されるまで光ファイバ内を伝播するため、光軸の調整や振動制御を行う必要がない。
【００３２】
差分回路（ＤＩＦＡ）１１０は、第１光検出器１０８の検出信号である信号Ｓ１０８と、第２光検出器１０９の検出信号である信号Ｓ１０９の差分成分を抽出して差分信号を生成する。差分成分を抽出することにより直流成分の除去やＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio）比を大きくすることができる。また、差分回路１１０は、差分信号を検出用の信号Ｓ１１０としてフィルタ１１１に出力する。また、差分回路１１０は、位相の反転した信号Ｓ１０８と信号Ｓ１０９との差分信号を生成するので増幅機能を有する。
【００３３】
フィルタ１１１は、差分回路１１０から出力された信号Ｓ１１０から弾性波検出に必要な成分を抽出して信号Ｓ１１１としてプリアンプ２２ａ，２２ｂに出力する。そしてフィルタ１１１は、例えばバンドパスフィルタにより構成され、例えば信号Ｓ１１０から周波数が約５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの信号を抽出して信号Ｓ１１１として処理手段１１２に出力する。
【００３４】
処理手段１１２は、例えばフィルタ１１１から出力された信号Ｓ１１１をアナログ信号からデジタル信号に変換して取り込む。この処理手段１１２は、例えばパーソナルコンピュータやデジタルオシロスコープ等により構成される。また、処理手段１１２は、取り込んだ信号Ｓ１１１から時間と周波数の情報を抽出し、当該情報からスピンドル４ａ，４ｂに発生する弾性波を検出する。
【００３５】
その後、処理手段１１２は、取り込んだ信号Ｓ１１１をプリアンプ２２ａ，２２ｂに出力する。プリアンプ２２ａ，２２ｂで増幅された信号Ｓ１１１は、プリアンプ２２ａ，２２ｂから解析手段１６に送信される（図３参照）。解析手段１６では、例えば取り込んだ信号Ｓ１１１にフィルタ処理、周波数変換処理、ウェーブレット変換処理等を施して、群速度分散や、特定周波数成分の経時変化が解析される。
【００３６】
ここでウェーブレット変換について説明する。ウェーブレット変換は、時間と周波数に依存した窓関数の形を変化させて、検出波形の全域から時間と周波数の情報を抽出する。すなわち、検出波形の各時間において時間−周波数変換を行い、周波数帯域毎の信号強度を時系列的に求める。これにより、特定の周波数における特定モードの波の到達時間の情報が得られ、例えば、音源位置を特定することができる。
このように、本実施形態によれば、流体供給部に巻回した光ファイバの伸縮によって回転体に生じた欠陥を検知するＡＥセンサを使用しているので、回転体に生じた欠陥をより高い精度で検知することができる。（第３の実施形態）
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転体の異常診断装置は、流体供給部に倣いロールを設けた点が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図５は、本実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。図５に示すように、流体供給部に設けられた倣いロール８０，８０は、スピンドル４ａに付勢し、スピンドル４ａの回転に伴って回転可能とされた円柱形状をなす部材である。これらの倣いロール８０，８０は、圧延機１に設置され、スピンドル４ａ，４ｂの回転軸に平行とされた回転軸８１と、該回転軸８１に、図示しないベアリングを介して回転可能に支持された回転体８２とを有する。倣いロール８０は、流体供給部１１に設置されると共に、図示しない弾性体等によってスピンドル４ａに付勢するように構成されている。
このように、流体供給部１１に倣いロール８０を設けたことで、スピンドル４の回転に芯ぶれがあった場合でも、スピンドル４と流体供給部１１との間隔を所定の間隔に維持することができるので、スピンドル４の異常を常に検知することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、１つのスピンドル４に、ＡＥセンサ１２を備えた流体供給部１１をスピンドル４の長手方向に複数設けてもよい。ＡＥセンサ１２を備えた流体供給部１１をスピンドル４の長手方向に複数設けることによって、スピンドル４の異常を高い精度で検知するだけでなく、その異常が発生している箇所を特定しやすくなる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 圧延機
２ａ，２ｂ 圧延ロール
３ 軸受
４ａ，４ｂ スピンドル（回転軸）
１０ 異常診断装置
１１ 流体供給部
１２ ＡＥセンサ
１４ 磁石
１５ 支持手段
１６ 解析手段
１７ 底部
８０ 倣いロール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体において発生する亀裂や磨耗発生等の異常を診断する異常診断装置に関し、特に、回転体の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波信号をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで検出する異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板などを圧延する圧延機には、鋼板を圧延する一対の圧延ローラにモーターから駆動力を伝達するために、ギアや回転軸が多数介在している（以下、ギア及び回転軸をまとめて「回転体」と呼ぶ。）。
各々のスピンドルを支持する軸受は、使用条件によっては、運転中に微細な磨耗粉等が発生し、磨耗粉が異物となって潤滑油に混入して焼き付き等の異常が発生したり、亀裂等の損傷が発生することがある。
【０００３】
このような異常や損傷の存在を検知する手段としては、加速度計等の振動センサで圧延機等の振動を計測する手段や、軸受の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで計測する手段が挙げられる。そして、これらの検知手段は軸受に取付けられることが多い。
しかしながら、圧延機における亀裂や磨耗等の異常発生は、軸受だけでなく、スピンドルそのものに発生することがある。
この場合、従来の軸受に設けられたＡＥセンサは、スピンドルの亀裂発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）を、軸受経由で受信することとなる。
【０００４】
しかし、軸受に取付けたＡＥセンサによって、軸受を介してスピンドルの異常を検出する方法では、スピンドルから発生する弾性波（ＡＥ信号）が減衰してしまうという問題がある。
このような問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開示されている。
図６は、特許文献１における異常診断装置を示す図である。図６に示すように、特許文献１に記載の異常診断装置は、回転体２３にＡＥセンサ１を直接設置し、このＡＥセンサ１が検知したＡＥ信号を、異常診断手段を備えた受信装置（図示せず）に無線で伝送する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、回転体に直接設置されたＡＥセンサが検知したＡＥ信号を異常診断手段に無線で伝送するため、無線で伝送した信号にノイズが含まれる。このノイズの発生によって、微弱なＡＥ信号をＡＥセンサが検出できない可能性があり、結果として異常診断の検出の精度の低下をもたらしていた。
また、ＡＥセンサや送信アンテナが回転体に設置されるため、ＡＥセンサや送信アンテナへの給電方法に課題が残されている。給電方法としては、例えば、スリップリングなどを用いることが挙げられる。しかし、このような給電方法によっても、ノイズの発生やスリップリングにおける接触不良などの問題が生じやすく、異常診断の検出の精度が低下する結果を招くことになる。なお、特許文献１には、このような問題を解決する手段については何ら開示されていない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体の亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を、減衰させることなく受信することができる異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１に係る回転体の異常診断装置は、回転体に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転体の異常を解析する解析手段とを有する回転体の異常診断装置であって、少なくとも底部が開口し、流体が貯留された流体貯留部から供給された前記流体を前記底部と前記回転体との間で保持する流体供給部が前記回転体の上方に配置されたことを特徴としている。
【０００８】
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項２に係る回転体の異常診断装置は、請求項１に記載の回転体の異常診断装置において、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を変化可能なポンプが設けられ、該ポンプが、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を、前記流体供給部の前記底部から前記流体が流下する流下量よりも多くすることにより、前記流体が前記底部と前記回転体との間で保持されることを特徴としている。
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項３に係る回転体の異常診断装置は、請求項１又は２に記載の回転体の異常診断装置において、前記流体が磁性流体であり、前記回転体と、前記流体供給部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体供給部の前記底部に設けられたことを特徴としている。
【０００９】
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項４に係る回転体の異常診断装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の異常診断装置において、前記弾性波検出手段が、単一波長光を出射する光源と、該光源からの出射光を分岐するスプリッタと、前記回転体に配設され前記スプリッタにより分岐された一方の光を導光するセンサ用光ファイバと、前記スプリッタにより分岐された他方の光を導光する参照光用光ファイバと、前記センサ用および参照光用の各光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、該結合手段により重ね合わされた光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された検出信号に基づいて前記回転体に発生する弾性波を検出する処理手段と、を備えたことを特徴としている。
また、上記問題を解決するため、本発明の請求項５に係る回転体の異常診断装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の回転体の異常診断装置において、前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る回転体の異常診断装置によれば、スピンドルなどの回転体の上方から、スピンドルの周面に流体を流下させると共に該流体を保持する流体供給部を設け、該流体供給部に弾性波検出手段を設けたので、スピンドルにおける亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を減衰させることなく直接受信することができる。また、弾性波検出手段と解析手段とが有線接続されているので、得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。
【００１１】
本発明の請求項２に係る回転体の異常診断装置によれば、前記流体の供給量を変化可能なポンプによって前記流体の供給量を、前記流体の流下量よりも多くして前記流体を前記底部と前記回転体との間で常に保持させることができる。
本発明の請求項３に係る回転体の異常診断装置によれば、スピンドルに生じた亀裂等を伝播する媒体に磁性流体を用い、この磁性流体をスピンドルと流体貯留部との間で保持する磁石を、磁性流体が充填された流体貯留部のスピンドル側に設置しているため、磁性流体の保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。そして、このような構成により、単に、ＡＥセンサが設置された流体供給部と回転体との間に、弾性波を伝播する媒体として流体を介在させるよりも弾性波の伝播性を維持することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に係る回転体の異常診断装置によれば、流体供給部に巻回した光ファイバの伸縮によって回転体に生じた欠陥を検知するＡＥセンサを使用しているので、回転体に生じた欠陥をより高い精度で検知することができる。
本発明の請求項５に係る回転体の異常診断装置によれば、前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことにより、前記回転体と前記流体供給部との間隔を所定の間隔に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る異常診断装置が設置される圧延機の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る異常診断装置の第１の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る異常診断装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る異常診断装置の第２の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図５】本発明に係る異常診断装置の第３の実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。
【図６】従来の異常診断装置を備えた圧延機の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る回転体の異常診断装置の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る回転体の異常診断装置の第１の実施形態における圧延機の構成を示す概略図である。また、図２は、本実施形態における流体供給部の構成を示す図であり、図２（ａ）は、スピンドル４ａと流体供給部１１ａとの構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は、圧延ロール２ａ側から見たスピンドル４ａと流体供給部１１ａとの構成を示す正面図であり、図２（ｃ）は、流体供給部１１ａの構成を示す斜視図である。なお、図２（ｃ）では、流体供給部１１ａの向きを上下逆にして示している。
【００１５】
図１に示すように、圧延機１は、モーター（電動機）８と、モーター８の駆動力をスピンドル４ａ，４ｂに伝達するピニオンギア６ａ，６ｂ、及び減速機７と、スピンドル４ａ，４ｂに連結され、鋼材５０を挟んで圧延する一対の圧延ロール２ａ，２ｂとを有する。
スピンドル４ａ，４ｂは、圧延ロール２ａ，２ｂの回転軸５ａ，５ｂにそれぞれ連結されている。スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれには、相互に噛み合わされたピニオンギア６ａ，６ｂが連結されている（これら回転軸５ａ（５ｂ）及びピニオンギア６ａ（６ｂ）をまとめて「回転体」と呼ぶ。）。ピニオンギア６ａには、減速機７を介して、モーター８の駆動力を伝達する回転軸９が連結されている。回転軸５ａ，５ｂの両端部、スピンドル４ａ，４ｂ、及び回転軸９には、これらをそれぞれ支持する複数の軸受３が設けられている。
【００１６】
そして、スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれの上方には、スピンドル４ａ，４ｂの周面の上側を覆うように流体供給部１１ａ，１１ｂが設置されている。流体供給部１１ａ，１１ｂはそれぞれ、支持手段１５ａ，１５ｂによって圧延機１に固定されている。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、流体供給部１１ａ，１１ｂは、有蓋無底の形状をなし、底部１７ａ，１７ｂはスピンドル４ａ，４ｂの周面の上部に対して所定の間隔を有するように開口して形成されている。流体供給部１１ａ，１１ｂの上面には貫通孔１９が形成されている。該貫通孔１９には、管７０が連結され、ポンプＰを介して流体貯留部６０に連結されている。流体貯留部６０には、所定量の流体ｆが貯留されている。また、流体供給部１１ａ，１１ｂの上面には、スピンドル４に亀裂が発生したときに発生する弾性波（ＡＥ信号）を検出するためのＡＥセンサ１２ａ，１２ｂが設置されている。なお、ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂは、流体供給部１１ａ，１１ｂを介してスピンドル４からの弾性波を検出することができれば、流体供給部１１ａ，１１ｂのどこに設置されてもよい。
【００１７】
このように設置された流体供給部１１ａ，１１ｂには、ポンプＰによって、流体貯留部６０からくみ上げられた流体ｆが供給される構成になっている。ポンプＰは、流体貯留部６０からくみ上げられた流体ｆの供給量を調節することが可能な装置である。そこで、ポンプＰによる流体ｆの供給量を、流体供給部１１ａ，１１ｂの底部１７ａ，１７ｂから流体ｆが流下する量よりも多くすることで、流体供給部１１ａ，１１ｂの底部１７ａ，１７ｂ以外に溢れ出ないようにされ、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部に流体ｆが保持される。従って、流体ｆが流体供給部１１ａ，１１ｂとスピンドル４ａ，４ｂとの間に常に保持されるので、流体ｆの保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。このとき、スピンドル４ａ，４ｂの周面を伝って流下する流体ｆを受け止めるパン（図示せず）が、スピンドル４ａ，４ｂを介して流体供給部１１ａ，１１ｂの下方に設置される。なお、これらのパンは、図示しない管及びポンプによって流下した流体ｆが流体貯留部６０に供給されるように構成されてもよい。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部における流体ｆの保持を高めるために、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、流体ｆを磁性流体とし、流体供給部１１ａの底部１７ａに磁石１４ａを設けてもよい。このように、流体ｆを磁性流体とし、流体供給部１１ａの底部１７ａに磁石１４ａを設けることにより、流体供給部１１ａからスピンドル４ａに流下する磁性流体を、流体供給部１１ａの底部１７ａと、スピンドル４ａとの間でより確実に保持することができるので、スピンドル４ａ内部で発生した弾性波を高い精度で検知することができる。流体ｆの材料の選定及び磁石１４ａの設置は、弾性波の検出精度等に基づいて決定される。
【００１９】
このように構成された圧延機１は、モーター８からの出力が、減速機７を介して伝達されたピニオンギア６ａ，６ｂで上下に分配されて、スピンドル４ａ，４ｂへと駆動力が伝達される。駆動力が伝達されたスピンドル４ａ，４ｂは、回転軸５ａ，５ｂを介して、圧延ロール２ａ，２ｂを回転させて、鋼材５０を圧延する。
流体ｆとしては、液体状であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する流体が好ましい。流体ｆの例としては、主成分である水、有機溶剤、又は油等の液体（分散媒）、及びその粒子に吸着して粒子を液体（分散媒）中に安定して分散させるための界面活性剤の２成分よりなるコロイド溶液がある。
【００２０】
また、流体供給部１１ａ，１１ｂの材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する材料が好ましい。流体供給部１１ａ，１１ｂの材料の例としては、プラスチックやアルミニウムが挙げられる。
このように、本実施形態における圧延機１では、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスと、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さいことが好ましい。また、流体供給部１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスが、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの間であることがより好ましい。なお、音響インピーダンスは、例えば、公知の近接法、反射法、比較法、定在波管法、管内法等から適宜選択された測定方法によって測定される。
【００２１】
図３は、本発明に係る回転体の異常診断装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、異常診断装置１０は、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂと、解析手段１６とを有する。弾性波検出手段１０ａ，１０ｂは、流体供給部１１ａ，１１ｂの内部において維持された流体ｆを介してそれぞれ設けられたＡＥセンサ１２ａ，１２ｂと、各ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂに接続されたプリアンプ１３ａ，１３ｂとを有する。解析手段１６は、具体的には、ＡＥ信号を解析する手段であり、プリアンプ１３ａ，１３ｂに接続されている。プリアンプ１３ａ，１３ｂと、解析手段１６とは有線で接続されている。このため、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂで得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段１６に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。
このように構成された異常診断装置１０は、ＡＥセンサ１２ａ、１２ｂの出力がプリアンプ１３ａ，１３ｂを経由して増幅され、解析手段１６でフーリエ変換等の信号処理がなされて、スピンドル４ａ，４ｂにおける異常が検出可能にされている。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転体の異常診断装置は、ＡＥセンサの構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図４は、本実施形態の構成を示す概略図である。図４に示すように、本実施形態のＡＥセンサ１２ａは、いわゆるマッハツェンダー型光ファイバ干渉計を基本とした構成となっている。本実施形態のＡＥセンサ１２ａとしては、例えば、特開２００５−３２１３７６号公報や特開２００７−１０６４６号公報に開示された弾性波検出装置を用いることが好ましい。具体的に、ＡＥセンサ１２ａは、単一波長光を出射する光源１０２と、第１カプラ（スプリッタ）１０４と、光アイソレータ（アイソレータ）１０３と、センサ用光ファイバ１０６と、参照光用光ファイバ１０５と、第２カプラ（結合手段）１０７と、第１光検出器（光検出手段）１０８と、第２光検出器（光検出手段）１０９と、差分回路（ＤＩＦＡ）１１０と、フィルタ（ＢＰＦ）１１１とを備えて構成される。
【００２３】
第１カプラ１０４は、光源１０２からの光を分岐する手段である。
光アイソレータ１０３は、光源１０２と第１カプラ１０４との間に配置され、第１カプラ１０４から光源１０２に戻る光を除去する手段である。
センサ用光ファイバ１０６は、流体供給部１１に配設され、第１カプラ１０４により分岐された一方の光を導光する手段である。
参照光用光ファイバ１０５は、センサ用光ファイバ１０６と同様に、第１カプラ１０４により分岐された他方の光を導光する手段である。参照光用光ファイバ１０５の長さと、センサ用光ファイバ１０６の長さとは同じく設定される。
【００２４】
第２カプラ１０７は、センサ用光ファイバ１０６及び参照光用光ファイバ１０５の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる手段である。
第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９は、この第２カプラ１０７により重ね合わされた光の強度を検出する手段である。
差分回路１１０は、第１光検出器１０８の検出信号及び第２光検出器１０９の検出信号の差分成分を抽出して差分信号を生成する手段である。
【００２５】
フィルタ１１１は、周波数が約５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの信号を抽出して信号Ｓ１１１として処理手段１１２に出力する手段である。
なお、光源１０２と光アイソレータ１０３、光アイソレータ１０３と第１カプラ１０４、第１カプラ１０４と第２カプラ１０７、第２カプラ１０７と第１光検出器１０８、第２カプラ１０７と第２光検出器１０９のそれぞれは、光ファイバＦにより接続されている。
【００２６】
次に、各構成要素について更に詳細に説明する。
光源１０２は、特定波長のレーザ光を、光ファイバＦを介して光アイソレータ１０３に向けて出力する。この光源１０２としては、例えば、レーザダイオード等のレーザ装置が用いられる。例えば光源１０２は波長が１３１３．８ｎｍのレーザ光を出力する。
光アイソレータ１０３は、光源１０２から光ファイバＦを介して出力されたレーザ光を第１カプラ１０４に出力する。また、光アイソレータ１０３は、光源１０２と第１カプラ１０４との間に備えられ、第１カプラ１０４から光ファイバＦを介して光源１０２に戻る光を除去し、光源１０２の光出力を安定化させる。
【００２７】
第１カプラ１０４は、光アイソレータ１０３から出力されたレーザ光を分岐し、一方のレーザ光を参照光用光ファイバ１０５に出力し、他方のレーザ光をセンサ用光ファイバ１０６に出力する。そして参照光用光ファイバ１０５は、第１カプラ１０４で分岐されたレーザ光が一方端から入力され、第２カプラ１０７に接続された他方に向けて光を導光して第２カプラ１０７に出力する。
【００２８】
また、参照光用光ファイバ１０５は、例えば、シングルモードタイプのベアファイバをアクリルやＰＶＣ（Poly vinyl Chloride）で被覆したもの等が用いられる。
センサ用光ファイバ１０６は、第１カプラ１０４で分岐したレーザ光の他方が入力され、第２カプラ１０７に接続された他方端に向けて光を導光して第２カプラ１０７に出力する。また、センサ用光ファイバ１０６には、参照光用光ファイバ１０５と同じ構成（同じ周波数特性）のものが使用される。このセンサ用光ファイバ１０６は、例えば、流体供給部１１の外周面を巻回するように設置される。このとき、センサ用光ファイバ１０６と流体供給部１１の外周面との間には隙間ができるだけないことが好ましい。そこで、流体供給部１１の外周面は円柱形状に形成されることが好ましい。
【００２９】
第２カプラ１０７は、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ６の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせ、第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９に出力する。そして参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６により導光されたレーザ光は、第２カプラ１０７で重ね合わされ、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６の光路差によって干渉光が発生する。
【００３０】
また、本実施形態に係る第２カプラ１０７は、参照光用光ファイバ１０５及びセンサ用光ファイバ１０６の一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせて干渉光を生成し、その干渉光を分岐させて第１の光、及び第１の光と位相が反転した第２の光を出力する。
第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９は、第２カプラ１０７から出力される干渉光の強度を検出する。本実施形態では第１光検出器１０８は、第２カプラ１０７から出力された第１の光の強度を検出し、第２光検出器１０９は、第２カプラ１０７から出力された第２の光の強度を検出する。具体的には、第１光検出器１０８は、入射する第１の光の光強度に応じた電気信号Ｓ１０８を生成して差分回路１１０に出力する。
【００３１】
また、第２光検出器１０９は、入射する第２の光の光強度に応じた電気信号Ｓ１０９を生成して差分回路１１０に出力する。そして第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９には、例えばフォトダイオードが用いられる。また第１光検出器１０８及び第２光検出器１０９で検出される信号の位相は反転している。
また、光源１０２により出力されたレーザ光は、光検出器１０８，１０９に検出されるまで光ファイバ内を伝播するため、光軸の調整や振動制御を行う必要がない。
【００３２】
差分回路（ＤＩＦＡ）１１０は、第１光検出器１０８の検出信号である信号Ｓ１０８と、第２光検出器１０９の検出信号である信号Ｓ１０９の差分成分を抽出して差分信号を生成する。差分成分を抽出することにより直流成分の除去やＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio）比を大きくすることができる。また、差分回路１１０は、差分信号を検出用の信号Ｓ１１０としてフィルタ１１１に出力する。また、差分回路１１０は、位相の反転した信号Ｓ１０８と信号Ｓ１０９との差分信号を生成するので増幅機能を有する。
【００３３】
フィルタ１１１は、差分回路１１０から出力された信号Ｓ１１０から弾性波検出に必要な成分を抽出して信号Ｓ１１１としてプリアンプ２２ａ，２２ｂに出力する。そしてフィルタ１１１は、例えばバンドパスフィルタにより構成され、例えば信号Ｓ１１０から周波数が約５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの信号を抽出して信号Ｓ１１１として処理手段１１２に出力する。
【００３４】
処理手段１１２は、例えばフィルタ１１１から出力された信号Ｓ１１１をアナログ信号からデジタル信号に変換して取り込む。この処理手段１１２は、例えばパーソナルコンピュータやデジタルオシロスコープ等により構成される。また、処理手段１１２は、取り込んだ信号Ｓ１１１から時間と周波数の情報を抽出し、当該情報からスピンドル４ａ，４ｂに発生する弾性波を検出する。
【００３５】
その後、処理手段１１２は、取り込んだ信号Ｓ１１１をプリアンプ２２ａ，２２ｂに出力する。プリアンプ２２ａ，２２ｂで増幅された信号Ｓ１１１は、プリアンプ２２ａ，２２ｂから解析手段１６に送信される（図３参照）。解析手段１６では、例えば取り込んだ信号Ｓ１１１にフィルタ処理、周波数変換処理、ウェーブレット変換処理等を施して、群速度分散や、特定周波数成分の経時変化が解析される。
【００３６】
ここでウェーブレット変換について説明する。ウェーブレット変換は、時間と周波数に依存した窓関数の形を変化させて、検出波形の全域から時間と周波数の情報を抽出する。すなわち、検出波形の各時間において時間−周波数変換を行い、周波数帯域毎の信号強度を時系列的に求める。これにより、特定の周波数における特定モードの波の到達時間の情報が得られ、例えば、音源位置を特定することができる。
このように、本実施形態によれば、流体供給部に巻回した光ファイバの伸縮によって回転体に生じた欠陥を検知するＡＥセンサを使用しているので、回転体に生じた欠陥をより高い精度で検知することができる。（第３の実施形態）
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転体の異常診断装置は、流体供給部に倣いロールを設けた点が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図５は、本実施形態における流体供給部の構成を示す概略図である。図５に示すように、流体供給部に設けられた倣いロール８０，８０は、スピンドル４ａに付勢し、スピンドル４ａの回転に伴って回転可能とされた円柱形状をなす部材である。これらの倣いロール８０，８０は、圧延機１に設置され、スピンドル４ａ，４ｂの回転軸に平行とされた回転軸８１と、該回転軸８１に、図示しないベアリングを介して回転可能に支持された回転体８２とを有する。倣いロール８０は、流体供給部１１に設置されると共に、図示しない弾性体等によってスピンドル４ａに付勢するように構成されている。
このように、流体供給部１１に倣いロール８０を設けたことで、スピンドル４の回転に芯ぶれがあった場合でも、スピンドル４と流体供給部１１との間隔を所定の間隔に維持することができるので、スピンドル４の異常を常に検知することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、１つのスピンドル４に、ＡＥセンサ１２を備えた流体供給部１１をスピンドル４の長手方向に複数設けてもよい。ＡＥセンサ１２を備えた流体供給部１１をスピンドル４の長手方向に複数設けることによって、スピンドル４の異常を高い精度で検知するだけでなく、その異常が発生している箇所を特定しやすくなる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 圧延機
２ａ，２ｂ 圧延ロール
３ 軸受
４ａ，４ｂ スピンドル（回転軸）
１０ 異常診断装置
１１ 流体供給部
１２ ＡＥセンサ
１４ 磁石
１５ 支持手段
１６ 解析手段
１７ 底部
８０ 倣いロール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転体の異常を解析する解析手段とを有する回転体の異常診断装置であって、少なくとも底部が開口し、流体が貯留された流体貯留部から供給された前記流体を前記底部と前記回転体との間で保持する流体供給部が前記回転体の上方に配置されたことを特徴とする回転体の異常診断装置。
【請求項２】
前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を変化可能なポンプが設けられ、該ポンプが、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を、前記流体供給部の前記底部から前記流体が流下する流下量よりも多くすることにより、前記流体が前記底部と前記回転体との間で保持されることを特徴とする請求項１に記載の回転体の異常診断装置。
【請求項３】
前記流体が磁性流体であり、前記回転体と、前記流体供給部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体供給部の前記底部に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体の異常診断装置。
【請求項４】
前記弾性波検出手段が、単一波長光を出射する光源と、該光源からの出射光を分岐するスプリッタと、前記回転体に配設され前記スプリッタにより分岐された一方の光を導光するセンサ用光ファイバと、前記スプリッタにより分岐された他方の光を導光する参照光用光ファイバと、前記センサ用および参照光用の各光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、該結合手段により重ね合わされた光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された検出信号に基づいて前記回転体に発生する弾性波を検出する処理手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の異常診断装置。
【請求項５】
前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転体の異常診断装置。
【請求項１】
回転体に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転体の異常を解析する解析手段とを有する回転体の異常診断装置であって、少なくとも底部が開口し、流体が貯留された流体貯留部から供給された前記流体を前記底部と前記回転体との間で保持する流体供給部が前記回転体の上方に配置されたことを特徴とする回転体の異常診断装置。
【請求項２】
前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を変化可能なポンプが設けられ、該ポンプが、前記流体貯留部から前記流体供給部に供給される前記流体の供給量を、前記流体供給部の前記底部から前記流体が流下する流下量よりも多くすることにより、前記流体が前記底部と前記回転体との間で保持されることを特徴とする請求項１に記載の回転体の異常診断装置。
【請求項３】
前記流体が磁性流体であり、前記回転体と、前記流体供給部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体供給部の前記底部に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体の異常診断装置。
【請求項４】
前記弾性波検出手段が、単一波長光を出射する光源と、該光源からの出射光を分岐するスプリッタと、前記回転体に配設され前記スプリッタにより分岐された一方の光を導光するセンサ用光ファイバと、前記スプリッタにより分岐された他方の光を導光する参照光用光ファイバと、前記センサ用および参照光用の各光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、該結合手段により重ね合わされた光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された検出信号に基づいて前記回転体に発生する弾性波を検出する処理手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の異常診断装置。
【請求項５】
前記回転体に付勢する倣いロールが前記流体供給部に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転体の異常診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４２３９１（Ｐ２０１２−４２３９１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５４１６（Ｐ２０１０−１８５４１６）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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