異常検出装置、寿命検出装置、異常検出方法、および、コンピュータを異常検出装置として機能させるためのプログラム
【課題】軸受の異常の検出精度を向上させる。
【解決手段】軸受の異常検出装置２００は、アコースティックエミッションを検出する。
ＡＥ検出部２１０と、ＡＥ検出部２１０によって検出された信号に対して窓関数を設定する窓関数設定部２２０と、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数によって規定される窓に含まれる信号波形のエネルギを算出するエネルギー算出部２３０と、エネルギーの積算値の最大値を特定する最大値決定部２４０と、窓関数を時間軸方向に移動させる窓移動部２５０と、軸受の異常を検出するために予め設定された基準値記憶部２６０と、当該最大値と当該基準値とを比較することにより、軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定部２７０と、判定結果を出力する出力部２８０とを備える。
【解決手段】軸受の異常検出装置２００は、アコースティックエミッションを検出する。
ＡＥ検出部２１０と、ＡＥ検出部２１０によって検出された信号に対して窓関数を設定する窓関数設定部２２０と、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数によって規定される窓に含まれる信号波形のエネルギを算出するエネルギー算出部２３０と、エネルギーの積算値の最大値を特定する最大値決定部２４０と、窓関数を時間軸方向に移動させる窓移動部２５０と、軸受の異常を検出するために予め設定された基準値記憶部２６０と、当該最大値と当該基準値とを比較することにより、軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定部２７０と、判定結果を出力する出力部２８０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受の異常を検出する技術に関し、特に、アコースティクエミッション（Acoustic Emission：ＡＥ）を利用して軸受の異常を検出するための異常検出装置、軸受の寿命検出装置、異常検出方法、および、コンピュータを異常検出装置として機能させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸受の異常を検出するための技術として、アコースティックエミッション（ＡＥ）を用いた技術が知られている。アコースティックエミッションとは、固体の変形や破壊に伴って内部エネルギが音響波として放出される現象である。この技術は、軸受からのＡＥをＡＥセンサによって検出し、ＡＥセンサからのＡＥ信号のノイズをバンドパスフィルタによって除去し、ノイズが除去されたＡＥ信号を包絡線検波回路で包絡線検波し、この包絡線検波回路からのＡＥ信号を比較器で一定の基準値と比較し、このＡＥ信号が当該基準値を超えた時に、軸受の異常として検出する。
【０００３】
アコースティックエミッションを利用した軸受の異常検出に関し、たとえば、特開平４−３２７３７号公報（特許文献１）は、発生周期毎のＡＥ発生確率と単一の閾値とを比較して、軸受の異常を判別する異常検出装置を開示している。
【０００４】
また、特開２００６−２２６７３１号公報（特許文献２）は、ＡＥ信号とノイズ成分とを弁別して、軸受の異常を正確に検出できる異常検出装置を開示している。
【特許文献１】特開平４−３２７３７号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来の軸受の異常検出装置は、バンドパスフィルタによりノイズを除去しているだけなので、高周波数のノイズが発生した場合など、ノイズと軸受異常を区別して弁別することはできないので、軸受の異常を判断できない。また上記の方法では、軸受の異常を検出することはできるが、寿命を予測することはできない。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を開示するためになされたものであって、その目的は、軸受の異常を検出する精度が向上する異常検出装置を提供することである。他の目的は、軸受の寿命を検出することができる寿命検出装置を提供することである。
【０００７】
他の目的は、検出精度が向上する軸受の異常検出方法を提供することである。他の目的は、軸受の寿命予測方法を提供することである。
【０００８】
他の目的は、軸受の異常を検出する精度が向上する異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを提供することである。他の目的は、軸受の寿命を予測することができる異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従うと、軸受の異常を検出するための異常検出装置が提供される。この異常検出装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納する記憶手段と、アコースティックエミッションを検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、窓を時間軸方向に移動させながら積算手段によって算出される積算値の最大値を算出する算出手段と、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定手段とを備える。
【００１０】
好ましくは、設定手段は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔で設定する。
好ましくは、一定の間隔および一定の幅は、軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される。
【００１１】
好ましくは、検出手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出する。設定手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、一定の幅として設定する。
【００１２】
この発明の他の局面に従うと、軸受の寿命を検出する寿命検出装置が提供される。この寿命検出装置は、軸受の寿命を規定する基準値を格納する記憶手段と、アコースティックエミッションを検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、窓を時間軸方向に移動させながら積算手段によって算出される積算値の複数の極大値を算出する算出手段と、複数の極大値に基づいて、軸受の寿命を検出する寿命検出手段とを備える。
【００１３】
この発明の他の局面に従うと、コンピュータが、軸受の異常を検出するための異常検出方法が提供される。コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えている。記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納している。異常検出方法は、プロセッサが、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、プロセッサが、信号に対して窓関数を設定するステップと、プロセッサが、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、プロセッサが、窓を時間軸方向に移動させながら積算値の最大値を算出するステップと、プロセッサが、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを含む。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、軸受の異常を検出するための異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えている。記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納している。このプログラムは、プロセッサに、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、信号に対して窓関数を設定するステップと、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、窓を時間軸方向に移動させながら積算値の最大値を算出するステップと、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、軸受の異常を検出する精度を向上させることができる。また、早期に軸受の異常を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、軸受に亀裂が発生した場合には軸受の回転数と軸受寸法で決定される一定の周期（特性周期）でＡＥ（Acoustic Emission）信号が発生すること、および、亀裂が発生した場合には持続時間の短いＡＥが発生すること、また、潤滑不良の場合には持続時間の長いＡＥが発生することに着目してなされている。そして、本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、軸受から発生したＡＥの周期性から軸受の異常発生を正確に検出でき、さらに、ＡＥの持続性から、異常の内容を識別できるという考察に基づいている。
【００１８】
最初に、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る技術的思想について説明する。図１（Ａ）は、バッファメモリに一時的に保存されているＡＥ信号に対して窓関数を適用する局面を示す。ＡＥ信号は、たとえば、バッファメモリに保存されている。図１（Ｂ）は、当該ＡＥ信号に基づいて算出されるアコースティックエミッションエネルギーを示す。本実施の形態において、エネルギーは、ＡＥ信号値の積分値として定義される。
【００１９】
図１（Ａ）異常検出装置による検査が開始されてから時間ΔＴ０が経過すると、ＡＥ信号の振動レベルが一時的に上昇したことが検知される。ＡＥ信号に基づくエネルギーも、時刻ΔＴ０以降に上昇することになる（図１（Ｂ））。
【００２０】
その後、時刻ΔＴ２から、幅Δｔを有する窓関数１１０が設定される。ここで、Δｔとして、大きな値をとると次の周期で発生したアコースティックエミッションを含むことになる。そこで、Δｔの値は、アコースティックエミッションが発生する周期よりも短い周期が好ましい。Δｔは、当該軸受の仕様（寸法、転動体の数など）によって規定される。たとえば、Δｔとして、当該軸受の内輪の転送面上を転動体（ころ、ボールなど）が通過する周期Ｔｉの５分の１等が好ましいが、これに限られない。
【００２１】
図１（Ａ）を再び参照して、窓関数１１０の中に含まれるＡＥ信号の振幅値は、他の時間に観測されたＡＥ信号の振幅値よりも大きくなる。本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、このような場合のＡＥ信号に基づくエネルギー値を算出し、当該算出した値が予め規定された基準値を上回るか否かに基づいて、当該軸受に異常が発生しているか否かを判定する。
【００２２】
本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、窓関数１１０と同じ大きさを有する窓関数を順次、ＡＥ信号の時間軸に沿って移動する。たとえば、窓関数１２０，１３０は、窓関数１１０と同じ大きさを有する。この場合、移動の間隔Ｔｒは、たとえば、軸受の内輪が１回転する時間よりも短く設定される。
【００２３】
このように、本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、特性周期の間隔で並んだΔｔの幅を有する櫛上の窓をＡＥ信号に設定し、この窓に含まれる波形のエネルギーを算出する。そして、異常検出装置は、時間軸方向に沿ってこれらの窓を移動させながら、その算出値を順次求める。そうすると、異常検出値は、最大値を得る。これが、特性周期で発生しているＡＥのエネルギー総量（「ＡＥエネルギカウント」ともいう。）となる。
【００２４】
なお、窓の数は、原理から基本的には２個あればよい。処理速度の観点からは、窓の数が多いほうが好ましいが、現実的には、異常検出装置が備えるメモリの容量によって波形を計測できる時間が決定されるので、この時間内における窓の数が設定される。
【００２５】
［機能構成］
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００について説明する。図２は、異常検出装置２００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。異常検出装置２００は、ＡＥ（Acoustic Emission）検出部２１０と、窓関数設定部２２０と、エネルギー算出部２３０と、最大値決定部２４０と、窓移動部２５０と、記憶部２６０と、判定部２７０と、出力部２８０とを備える。
【００２６】
ＡＥ検出部２１０は、異常検出装置２００に送られる信号を受信するように構成されている。ＡＥ検出部２１０は、その信号に基づいてアコースティックエミッションを検出する。
【００２７】
窓関数設定部２２０は、ＡＥ検出部２１０からの出力に基づいて作動するように構成されている。窓関数設定部２２０は、ＡＥ検出部２１０によって検出された信号に対して窓関数を設定する。
【００２８】
エネルギー算出部２３０は、窓関数設定部２２０からの出力に基づいて作動するように構成されている。エネルギー算出部２３０は、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数によって規定される窓に含まれる信号波形のエネルギを算出する。たとえば、エネルギー算出部２３０は、当該信号波形の振幅値と微少時間との積を算出し、当該積を、当該窓関数の幅を規定する時間にわたって積分し、当該積分値をエネルギーとして算出する。
【００２９】
窓移動部２５０は、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数を時間軸方向に移動させる。たとえば、窓移動部２５０は、予め設定された時間だけ窓関数を移動するための信号を、窓関数設定部２２０に与える。窓関数設定部２２０は、窓移動部２５０から送られる信号に基づいて、アコースティックエミッションに対して設定される窓関数を時間軸方向に移動させる。
【００３０】
最大値決定部２４０は、エネルギー算出部２３０からの出力と、窓移動部２５０からの出力とに基づいて作動するように構成されている。最大値決定部２４０は、エネルギー算出部２３０によって算出されるエネルギーの積算値の最大値を特定する。
【００３１】
記憶部２６０は、異常検出装置２００を作動させるために入力されたデータおよび異常検出装置２００によって生成されたデータを格納するように構成されている。記憶部２６０は、たとえば、軸受の異常を検出するために予め設定された基準値を格納している。当該基準値は、異常検出装置２００の使用時に、異常検出装置２００の使用者によって入力される。あるいは、異常検出装置２００がデータ通信回線を介して通信装置（図示しない）に接続されている場合には、異常検出装置２００は、通信装置によって送信された基準値の入力を受け付けて、記憶部２６０に当該基準値を格納してもよい。
【００３２】
判定部２７０は、最大値決定部２４０からの出力と、記憶部２６０に格納されているデータとに基づいて作動するように構成されている。判定部２７０は、最大値決定部２４０によって算出された最大値と、記憶部２６０に格納されている当該基準値とを比較することにより、当該軸受に異常が発生しているか否かを判定する。たとえば、当該最大値が当該基準値を上回る場合に、判定部２７０は、その軸受に異常が発生していると判定する。軸受に発生する異常は、たとえば、剥離異常、摩擦異常である。判定部２７０は、その判定結果を出力部２８０に対して送出する。
【００３３】
出力部２８０は、判定部２７０からの出力に基づいて作動するように構成されている。出力部２８０は、ある局面において、判定部２７０による判定結果を表示するディスプレイ装置として実現される。他の局面において、出力部２８０は、軸受の異常を通知するように構成された発光部（たとえば発光ダイオード）として実現される。他の局面において、出力部２８０は、軸受の異常を報知するための音声を出力するように構成されたスピーカとしても実現され得る。さらに他の局面において、出力部２８０は、判定結果を伝送するように構成されたネットワークインターフェイスとしても実現され得る。
【００３４】
好ましくは、窓関数設定部２２０は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔でアコースティックエミッション信号（ＡＥ信号）に対して設定する。窓関数の数は、２つ以上であればよい。窓関数の数は、プロセッサの処理能力と、ＡＥ信号を格納するメモリの容量とによっても規定され得る。
【００３５】
好ましくは、当該一定の間隔および当該一定の幅は、当該軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される。
【００３６】
好ましくは、ＡＥ検出部２１０は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出する。窓関数設定部２２０は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、当該一定の幅として設定する。このように設定すると、１つの窓関数に複数のアコースティックエミッションが含まれなくなるため、異常検出精度の低下を防止することができる。
【００３７】
さらに他の局面において、軸受の異常検出装置２００は、軸受の寿命を算出することもできる。たとえば、最大値決定部２４０がエネルギー算出部２３０によって積算された複数の積算値から複数の極大値を特定することができる。この場合、最大値決定部２４０は、少なくとも２つの当該極大値に基づいて、補間処理を実行することにより、その軸受の寿命を算出することができる。
【００３８】
［データ構造］
図３を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００のデータ構造について説明する。図３は、記憶部２６０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。記憶部２６０は、たとえば、フラッシュメモリ、ハードディスク装置、その他データを不揮発的に保持できる記憶装置によって実現される。記憶部２６０は、データを格納するための複数のメモリ領域を含む。
【００３９】
窓間隔初期値は、メモリ領域３１０に格納されている。窓間隔初期値は、周期的な複数のアコースティックエミッションを検出するために複数の窓が設定される場合の当該窓の間隔を規定する。窓間隔初期値は、異常検出装置２００のインストール時あるいは使用時に異常検出装置２００の使用者によって入力される。
【００４０】
窓の幅は、メモリ領域３２０に格納されている。窓の幅は、当該窓関数を規定する。窓の幅は、エネルギの積算の対象となる範囲を規定する。
【００４１】
基準値は、メモリ領域３３０に格納されている。当該基準値は、エネルギの積算値の最大値に基づいて軸受の異常の有無を判定するために使用される。基準値も、異常検出装置２００の使用者によって入力される。他の局面において、当該基準値は、異常検出装置２００に接続されるデータ通信回線を介しても入力され得る。データ通信回線は、有線および無線のいずれであってもよい。
【００４２】
判断値は、メモリ領域３４０に格納されている。当該判断値は、判断対象となる軸受において異常が発生しているか否かを判断する基準を規定する。ある局面において、判断値は、たとえば、ＡＥ信号の振幅値の積分値として規定されるエネルギーとして示される。
【００４３】
異常検出プログラムは、メモリ領域３５０に格納されている。異常検出プログラムは、図２に示される異常検出機能を実現する。たとえば、コンピュータのプロセッサが異常検出プログラムを実行すると、図２に示される機能が実現され、軸受の異常が検出される。
【００４４】
オペレーティングシステムは、メモリ領域３６０に格納されている。オペレーティングシステムは、異常検出装置２００の基本的な動作を規定する。当該基本的な動作とは、異常検出装置２００に対する信号の受信、演算処理、データの格納、データの出力などを含む。
【００４５】
［寿命］
図４を参照して、軸受の寿命について説明する。図４は、軸受の回転時間とエネルギー積算値とに基づいて規定される寿命の関係を表わす図である。軸受の運転時に発生するＡＥ信号に基づいて算出されるエネルギーレベルは、ある時間までは大きく変動しない。図４に示される例では、約７×１０６（秒）までは、一定であり、定常状態と考えられる。一方、その後は、エネルギーレベルが上昇している。このエネルギーレベルの上昇は、すなわち、寿命の低下につながる。エネルギーレベルの上昇の態様は、異常の原因（たとえば、潤滑不良、転送面の剥離など）によって異なる。
【００４６】
なお、上記で求めたエネルギー積算値は寿命の進行に伴い、図４に示すように、寿命と相関して増加する。したがって、少なくとも２回の積算値（ｘ１，ｘ２）を求めれば、次式によって軸受の寿命を計算することができる。
寿命＝Ｅ×（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）
ただし、Ｅ：エネルギーの積算値。
【００４７】
［ハードウェア構成］
図５を参照して、本実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００の構成についてさらに説明する。図５は、異常検出装置２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。異常検出装置２００は、ＡＥセンサ５１０と、プリアンプ５２０と、バンドパスフィルタ５３０と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器５４０と、プロセッサ５５０と、表示器５６０とを備える。
【００４８】
異常検出装置２００に入力される信号は、ＡＥセンサ５１０に入力される。ＡＥセンサ５１０は、その信号に基づいてアコースティックエミッションを検出する。ＡＥセンサ５１０は、そのＡＥ信号をプリアンプ５２０に送出する。
【００４９】
プリアンプ５２０は、ＡＥ信号を増幅し、増幅後の信号をバンドパスフィルタ５３０に送出する。
【００５０】
バンドパスフィルタ５３０は、プリアンプ５２０によって増幅されたＡＥ信号のうち、予め設定された周波数帯域の信号を選択的に出力する。予め設定された周波数帯域は、たとえば、８０ｋＨｚ−５００ｋＨｚの周波数を含むが、周波数帯域はこれに限られない。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５４０は、バンドパスフィルタ５３０から出力されたＡＥ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をプロセッサ５５０に送出する。
【００５２】
プロセッサ５５０は、異常検出プログラム（メモリ領域３５０）を実行し、デジタル信号に変換されたＡＥ信号を用いて軸受の異常検出処理を実行する。プロセッサ５５０は、その処理結果を表示器５６０に送出する。
【００５３】
表示器５６０は、プロセッサ５５０から送られる信号に基づいて、軸受の異常検出結果を表示する。表示の態様は、たとえば異常の有無の結果のみに限られず、軸受の回転数、運転時間その他軸受の使用条件を併せて表示することも含む。あるいは、他の局面において、表示器５６０は、図１に示されるようなＡＥ信号と窓関数とを表示しても良い。さらに他の局面において、異常検出装置２００は、表示器５６０に結果を表示させると共に、データ記録媒体にＡＥ信号および判断結果を逐次記録してもよい。このようにすると、異常時の直線の状態をデータとして捕捉する事ができるため、当該異常じの状態を分析しやすくなる。
【００５４】
［制御構造］
図６を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００の制御構造について説明する。図６は、異常検出装置２００のプロセッサ５５０が実行する一連の動作の一部を表わすフローチャートである。
【００５５】
ステップＳ６１０にて、プロセッサ５５０は、異常検出処理の開始時刻Ｔを初期化する（Ｔ＝０）。たとえば、プロセッサ５５０は、使用者によって与えられるリセット指示の入力を検知すると、時刻Ｔを初期化する。あるいは、他の局面において、予め定められた時刻の到来時に、プロセッサ５５０は、時刻Ｔを初期化してもよい。
【００５６】
ステップＳ６２０にて、プロセッサ５５０は、Ａ／Ｄ変換器５４０によってデジタル変換されたＡＥ信号の入力を受け付ける。
【００５７】
ステップＳ６３０にて、プロセッサ５５０は、エネルギー算出部２３０として、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数に含まれるＡＥ信号の振幅値を用いて、エネルギーを計算する。
【００５８】
ステップＳ６４０にて、プロセッサ５５０は、時刻Ｔが予め設定された規定値を下回っているか否かを判定する。プロセッサ５５０は、時刻Ｔが当該規定値を下回っていると判定すると（ステップＳ６４０にＹＥＳ）、制御をステップＳ６６０に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ６４０にてＮＯ）、プロセッサ５５０は、制御をステップＳ６５０に切り換える。
【００５９】
ステップＳ６５０にて、プロセッサ５５０は、窓移動部２５０として、窓関数をΔｔだけ移動させる（Ｔ＝Ｔ＋Δｔ）。この移動量Δｔは、軸受の寸法（たとえば、内輪の外径、外輪の内径、軸受の回転速度等）によって規定される。
【００６０】
ステップＳ６６０にて、プロセッサ５５０は、判定部２７０として、ステップＳ６３０にて算出されたエネルギーの最大値が予め設定された判断値（メモリ領域３４０）を上回っているか否かを判定する。プロセッサ５５０は、当該エネルギーの最大値が当該判断値を上回っていると判定すると（ステップＳ６６０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ６７０に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ６６０にてＮＯ）、プロセッサ５５０は、制御をステップＳ６１０に戻す。
【００６１】
ステップＳ６７０にて、プロセッサ５５０は、表示器５６０に信号を送出することにより、当該軸受に異常が発生していることを表示させる。表示器５６０は、たとえば、当該軸受が異常であることを示すメッセージ、アイコンその他の画像を表示する。
【００６２】
ステップＳ６８０にて、プロセッサ５５０は、複数の極大値に基づいて当該軸受の寿命を算出する。当該寿命は、たとえば算式（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）×Ｅとして算出される。
【００６３】
ステップＳ６９０にて、プロセッサ５５０は、表示器５６０に信号を送出することにより、当該軸受の寿命を表示する。
【００６４】
なお、本実施の形態に係る異常検出装置２００は、寿命の算出を行なわない態様でも実現可能である。この場合、ステップＳ６８０およびステップＳ６９０の各処理は、なくてもよい。
【００６５】
［コンピュータシステムの構成］
以上詳述した本実施の形態に係る異常検出装置２００は、周知の構成を有するコンピュータシステムを用いて実現することもできる。
【００６６】
そこで、図７を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００を実現するコンピュータシステム７００について説明する。図７は、コンピュータシステム７００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【００６７】
コンピュータシステム７００は、主たる構成要素として、プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）７１０と、コンピュータシステム７００の使用者による指示の入力を受付けるマウス７２０およびキーボード７３０と、ＣＰＵ７１０によるプログラムの実行により生成されたデータ、またはマウス７２０もしくはキーボード７３０を介して入力されたデータを揮発的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）７４０と、データを不揮発的に格納するハードディスク７５０と、光ディスク駆動装置７６０と、モニタ７８０と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）７９０とを備える。各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。光ディスク駆動装置７６０には、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）７６２その他の光ディスクが装着され得る。
【００６８】
コンピュータシステム７００における各処理は、ハードウェアおよびＣＰＵ７１０によって実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、ハードディスク７５０に予め格納されている場合がある。また、当該ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ７６２その他のデータ記録媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、当該ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続している情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、光ディスク駆動装置７６０その他の読取装置によってそのデータ記録媒体から読み取られて、あるいは通信Ｉ／Ｆ７９０を介してダウンロードされた後、ハードディスク７５０に一旦格納される。そのソフトウェアは、ＣＰＵ７１０によってハードディスク７５０から読み出され、ＲＡＭ７４０に実行可能なプログラムの形式で格納される。ＣＰＵ７１０は、そのプログラムを実行する。
【００６９】
図７に示されるコンピュータシステム７００を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本発明の最も本質的な部分は、ＲＡＭ７４０、ハードディスク７５０、ＣＤ−ＲＯＭ７６２その他のデータ記録媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。なお、コンピュータシステム７００のハードウェアの動作は周知であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００７０】
なお、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ハードディスク７５０に限られず、磁気テープ、カセットテープ、光ディスク（ＭＯ（Magnetic Optical Disc）／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc））、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Electronically Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭその他の半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持できる媒体でもよい。
【００７１】
ここでいうプログラムとは、ＣＰＵ７１０によって直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、暗号化されたプログラムなどを含む。
【００７２】
図８を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００によって算出される軸受の寿命について説明する。図８は、軸受の異常が検知される時期とＡＥエネルギとの関係を表わす図である。
【００７３】
本実施の形態に係る異常検出装置２００によると、たとえば、点Ａにおいて、エネルギーレベルの上昇を検知することができる。したがって、異常検出装置２００は、この時点で、当該軸受において異常が発生していることを検知することができる。
【００７４】
これに対して、振動値の上昇を検知する従来の異常検出技術によると、たとえば、点Ｂにおいて、振動値の上昇が検知される。この場合、点Ａと点Ｂとの間は、約４．２年となる。点Ｂから定格寿命時点（点Ｃ）までの期間は、約１．７年である。
【００７５】
これにより、本実施の形態に係る異常検出装置２００によると、約４．２年早く、軸受の異常を検知することができる。そのため、当該軸受の交換その他の補修を早期に開始することができる。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置の技術的思想を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。
【図３】異常検出装置２００の記憶部２６０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。
【図４】軸受の回転時間とエネルギー積算値とに基づいて規定される寿命の関係を表わす図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図６】異常検出装置２００のプロセッサ５５０が実行する一連の動作の一部を表わすフローチャートである。
【図７】異常検出装置２００を実現するコンピュータシステム７００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図８】軸受の異常が検知される時期とＡＥエネルギとの関係を表わす図である。
【符号の説明】
【００７８】
１１０，１２０，１３０ 窓関数、７６２ ＣＤ−ＲＯＭ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受の異常を検出する技術に関し、特に、アコースティクエミッション（Acoustic Emission：ＡＥ）を利用して軸受の異常を検出するための異常検出装置、軸受の寿命検出装置、異常検出方法、および、コンピュータを異常検出装置として機能させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸受の異常を検出するための技術として、アコースティックエミッション（ＡＥ）を用いた技術が知られている。アコースティックエミッションとは、固体の変形や破壊に伴って内部エネルギが音響波として放出される現象である。この技術は、軸受からのＡＥをＡＥセンサによって検出し、ＡＥセンサからのＡＥ信号のノイズをバンドパスフィルタによって除去し、ノイズが除去されたＡＥ信号を包絡線検波回路で包絡線検波し、この包絡線検波回路からのＡＥ信号を比較器で一定の基準値と比較し、このＡＥ信号が当該基準値を超えた時に、軸受の異常として検出する。
【０００３】
アコースティックエミッションを利用した軸受の異常検出に関し、たとえば、特開平４−３２７３７号公報（特許文献１）は、発生周期毎のＡＥ発生確率と単一の閾値とを比較して、軸受の異常を判別する異常検出装置を開示している。
【０００４】
また、特開２００６−２２６７３１号公報（特許文献２）は、ＡＥ信号とノイズ成分とを弁別して、軸受の異常を正確に検出できる異常検出装置を開示している。
【特許文献１】特開平４−３２７３７号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来の軸受の異常検出装置は、バンドパスフィルタによりノイズを除去しているだけなので、高周波数のノイズが発生した場合など、ノイズと軸受異常を区別して弁別することはできないので、軸受の異常を判断できない。また上記の方法では、軸受の異常を検出することはできるが、寿命を予測することはできない。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を開示するためになされたものであって、その目的は、軸受の異常を検出する精度が向上する異常検出装置を提供することである。他の目的は、軸受の寿命を検出することができる寿命検出装置を提供することである。
【０００７】
他の目的は、検出精度が向上する軸受の異常検出方法を提供することである。他の目的は、軸受の寿命予測方法を提供することである。
【０００８】
他の目的は、軸受の異常を検出する精度が向上する異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを提供することである。他の目的は、軸受の寿命を予測することができる異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従うと、軸受の異常を検出するための異常検出装置が提供される。この異常検出装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納する記憶手段と、アコースティックエミッションを検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、窓を時間軸方向に移動させながら積算手段によって算出される積算値の最大値を算出する算出手段と、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定手段とを備える。
【００１０】
好ましくは、設定手段は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔で設定する。
好ましくは、一定の間隔および一定の幅は、軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される。
【００１１】
好ましくは、検出手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出する。設定手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、一定の幅として設定する。
【００１２】
この発明の他の局面に従うと、軸受の寿命を検出する寿命検出装置が提供される。この寿命検出装置は、軸受の寿命を規定する基準値を格納する記憶手段と、アコースティックエミッションを検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、窓を時間軸方向に移動させながら積算手段によって算出される積算値の複数の極大値を算出する算出手段と、複数の極大値に基づいて、軸受の寿命を検出する寿命検出手段とを備える。
【００１３】
この発明の他の局面に従うと、コンピュータが、軸受の異常を検出するための異常検出方法が提供される。コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えている。記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納している。異常検出方法は、プロセッサが、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、プロセッサが、信号に対して窓関数を設定するステップと、プロセッサが、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、プロセッサが、窓を時間軸方向に移動させながら積算値の最大値を算出するステップと、プロセッサが、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを含む。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、軸受の異常を検出するための異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えている。記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納している。このプログラムは、プロセッサに、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、信号に対して窓関数を設定するステップと、窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、窓を時間軸方向に移動させながら積算値の最大値を算出するステップと、最大値と基準値との比較に基づいて、軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、軸受の異常を検出する精度を向上させることができる。また、早期に軸受の異常を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、軸受に亀裂が発生した場合には軸受の回転数と軸受寸法で決定される一定の周期（特性周期）でＡＥ（Acoustic Emission）信号が発生すること、および、亀裂が発生した場合には持続時間の短いＡＥが発生すること、また、潤滑不良の場合には持続時間の長いＡＥが発生することに着目してなされている。そして、本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、軸受から発生したＡＥの周期性から軸受の異常発生を正確に検出でき、さらに、ＡＥの持続性から、異常の内容を識別できるという考察に基づいている。
【００１８】
最初に、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る技術的思想について説明する。図１（Ａ）は、バッファメモリに一時的に保存されているＡＥ信号に対して窓関数を適用する局面を示す。ＡＥ信号は、たとえば、バッファメモリに保存されている。図１（Ｂ）は、当該ＡＥ信号に基づいて算出されるアコースティックエミッションエネルギーを示す。本実施の形態において、エネルギーは、ＡＥ信号値の積分値として定義される。
【００１９】
図１（Ａ）異常検出装置による検査が開始されてから時間ΔＴ０が経過すると、ＡＥ信号の振動レベルが一時的に上昇したことが検知される。ＡＥ信号に基づくエネルギーも、時刻ΔＴ０以降に上昇することになる（図１（Ｂ））。
【００２０】
その後、時刻ΔＴ２から、幅Δｔを有する窓関数１１０が設定される。ここで、Δｔとして、大きな値をとると次の周期で発生したアコースティックエミッションを含むことになる。そこで、Δｔの値は、アコースティックエミッションが発生する周期よりも短い周期が好ましい。Δｔは、当該軸受の仕様（寸法、転動体の数など）によって規定される。たとえば、Δｔとして、当該軸受の内輪の転送面上を転動体（ころ、ボールなど）が通過する周期Ｔｉの５分の１等が好ましいが、これに限られない。
【００２１】
図１（Ａ）を再び参照して、窓関数１１０の中に含まれるＡＥ信号の振幅値は、他の時間に観測されたＡＥ信号の振幅値よりも大きくなる。本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、このような場合のＡＥ信号に基づくエネルギー値を算出し、当該算出した値が予め規定された基準値を上回るか否かに基づいて、当該軸受に異常が発生しているか否かを判定する。
【００２２】
本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、窓関数１１０と同じ大きさを有する窓関数を順次、ＡＥ信号の時間軸に沿って移動する。たとえば、窓関数１２０，１３０は、窓関数１１０と同じ大きさを有する。この場合、移動の間隔Ｔｒは、たとえば、軸受の内輪が１回転する時間よりも短く設定される。
【００２３】
このように、本実施の形態に係る軸受の異常検出装置は、特性周期の間隔で並んだΔｔの幅を有する櫛上の窓をＡＥ信号に設定し、この窓に含まれる波形のエネルギーを算出する。そして、異常検出装置は、時間軸方向に沿ってこれらの窓を移動させながら、その算出値を順次求める。そうすると、異常検出値は、最大値を得る。これが、特性周期で発生しているＡＥのエネルギー総量（「ＡＥエネルギカウント」ともいう。）となる。
【００２４】
なお、窓の数は、原理から基本的には２個あればよい。処理速度の観点からは、窓の数が多いほうが好ましいが、現実的には、異常検出装置が備えるメモリの容量によって波形を計測できる時間が決定されるので、この時間内における窓の数が設定される。
【００２５】
［機能構成］
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００について説明する。図２は、異常検出装置２００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。異常検出装置２００は、ＡＥ（Acoustic Emission）検出部２１０と、窓関数設定部２２０と、エネルギー算出部２３０と、最大値決定部２４０と、窓移動部２５０と、記憶部２６０と、判定部２７０と、出力部２８０とを備える。
【００２６】
ＡＥ検出部２１０は、異常検出装置２００に送られる信号を受信するように構成されている。ＡＥ検出部２１０は、その信号に基づいてアコースティックエミッションを検出する。
【００２７】
窓関数設定部２２０は、ＡＥ検出部２１０からの出力に基づいて作動するように構成されている。窓関数設定部２２０は、ＡＥ検出部２１０によって検出された信号に対して窓関数を設定する。
【００２８】
エネルギー算出部２３０は、窓関数設定部２２０からの出力に基づいて作動するように構成されている。エネルギー算出部２３０は、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数によって規定される窓に含まれる信号波形のエネルギを算出する。たとえば、エネルギー算出部２３０は、当該信号波形の振幅値と微少時間との積を算出し、当該積を、当該窓関数の幅を規定する時間にわたって積分し、当該積分値をエネルギーとして算出する。
【００２９】
窓移動部２５０は、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数を時間軸方向に移動させる。たとえば、窓移動部２５０は、予め設定された時間だけ窓関数を移動するための信号を、窓関数設定部２２０に与える。窓関数設定部２２０は、窓移動部２５０から送られる信号に基づいて、アコースティックエミッションに対して設定される窓関数を時間軸方向に移動させる。
【００３０】
最大値決定部２４０は、エネルギー算出部２３０からの出力と、窓移動部２５０からの出力とに基づいて作動するように構成されている。最大値決定部２４０は、エネルギー算出部２３０によって算出されるエネルギーの積算値の最大値を特定する。
【００３１】
記憶部２６０は、異常検出装置２００を作動させるために入力されたデータおよび異常検出装置２００によって生成されたデータを格納するように構成されている。記憶部２６０は、たとえば、軸受の異常を検出するために予め設定された基準値を格納している。当該基準値は、異常検出装置２００の使用時に、異常検出装置２００の使用者によって入力される。あるいは、異常検出装置２００がデータ通信回線を介して通信装置（図示しない）に接続されている場合には、異常検出装置２００は、通信装置によって送信された基準値の入力を受け付けて、記憶部２６０に当該基準値を格納してもよい。
【００３２】
判定部２７０は、最大値決定部２４０からの出力と、記憶部２６０に格納されているデータとに基づいて作動するように構成されている。判定部２７０は、最大値決定部２４０によって算出された最大値と、記憶部２６０に格納されている当該基準値とを比較することにより、当該軸受に異常が発生しているか否かを判定する。たとえば、当該最大値が当該基準値を上回る場合に、判定部２７０は、その軸受に異常が発生していると判定する。軸受に発生する異常は、たとえば、剥離異常、摩擦異常である。判定部２７０は、その判定結果を出力部２８０に対して送出する。
【００３３】
出力部２８０は、判定部２７０からの出力に基づいて作動するように構成されている。出力部２８０は、ある局面において、判定部２７０による判定結果を表示するディスプレイ装置として実現される。他の局面において、出力部２８０は、軸受の異常を通知するように構成された発光部（たとえば発光ダイオード）として実現される。他の局面において、出力部２８０は、軸受の異常を報知するための音声を出力するように構成されたスピーカとしても実現され得る。さらに他の局面において、出力部２８０は、判定結果を伝送するように構成されたネットワークインターフェイスとしても実現され得る。
【００３４】
好ましくは、窓関数設定部２２０は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔でアコースティックエミッション信号（ＡＥ信号）に対して設定する。窓関数の数は、２つ以上であればよい。窓関数の数は、プロセッサの処理能力と、ＡＥ信号を格納するメモリの容量とによっても規定され得る。
【００３５】
好ましくは、当該一定の間隔および当該一定の幅は、当該軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される。
【００３６】
好ましくは、ＡＥ検出部２１０は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出する。窓関数設定部２２０は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、当該一定の幅として設定する。このように設定すると、１つの窓関数に複数のアコースティックエミッションが含まれなくなるため、異常検出精度の低下を防止することができる。
【００３７】
さらに他の局面において、軸受の異常検出装置２００は、軸受の寿命を算出することもできる。たとえば、最大値決定部２４０がエネルギー算出部２３０によって積算された複数の積算値から複数の極大値を特定することができる。この場合、最大値決定部２４０は、少なくとも２つの当該極大値に基づいて、補間処理を実行することにより、その軸受の寿命を算出することができる。
【００３８】
［データ構造］
図３を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００のデータ構造について説明する。図３は、記憶部２６０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。記憶部２６０は、たとえば、フラッシュメモリ、ハードディスク装置、その他データを不揮発的に保持できる記憶装置によって実現される。記憶部２６０は、データを格納するための複数のメモリ領域を含む。
【００３９】
窓間隔初期値は、メモリ領域３１０に格納されている。窓間隔初期値は、周期的な複数のアコースティックエミッションを検出するために複数の窓が設定される場合の当該窓の間隔を規定する。窓間隔初期値は、異常検出装置２００のインストール時あるいは使用時に異常検出装置２００の使用者によって入力される。
【００４０】
窓の幅は、メモリ領域３２０に格納されている。窓の幅は、当該窓関数を規定する。窓の幅は、エネルギの積算の対象となる範囲を規定する。
【００４１】
基準値は、メモリ領域３３０に格納されている。当該基準値は、エネルギの積算値の最大値に基づいて軸受の異常の有無を判定するために使用される。基準値も、異常検出装置２００の使用者によって入力される。他の局面において、当該基準値は、異常検出装置２００に接続されるデータ通信回線を介しても入力され得る。データ通信回線は、有線および無線のいずれであってもよい。
【００４２】
判断値は、メモリ領域３４０に格納されている。当該判断値は、判断対象となる軸受において異常が発生しているか否かを判断する基準を規定する。ある局面において、判断値は、たとえば、ＡＥ信号の振幅値の積分値として規定されるエネルギーとして示される。
【００４３】
異常検出プログラムは、メモリ領域３５０に格納されている。異常検出プログラムは、図２に示される異常検出機能を実現する。たとえば、コンピュータのプロセッサが異常検出プログラムを実行すると、図２に示される機能が実現され、軸受の異常が検出される。
【００４４】
オペレーティングシステムは、メモリ領域３６０に格納されている。オペレーティングシステムは、異常検出装置２００の基本的な動作を規定する。当該基本的な動作とは、異常検出装置２００に対する信号の受信、演算処理、データの格納、データの出力などを含む。
【００４５】
［寿命］
図４を参照して、軸受の寿命について説明する。図４は、軸受の回転時間とエネルギー積算値とに基づいて規定される寿命の関係を表わす図である。軸受の運転時に発生するＡＥ信号に基づいて算出されるエネルギーレベルは、ある時間までは大きく変動しない。図４に示される例では、約７×１０６（秒）までは、一定であり、定常状態と考えられる。一方、その後は、エネルギーレベルが上昇している。このエネルギーレベルの上昇は、すなわち、寿命の低下につながる。エネルギーレベルの上昇の態様は、異常の原因（たとえば、潤滑不良、転送面の剥離など）によって異なる。
【００４６】
なお、上記で求めたエネルギー積算値は寿命の進行に伴い、図４に示すように、寿命と相関して増加する。したがって、少なくとも２回の積算値（ｘ１，ｘ２）を求めれば、次式によって軸受の寿命を計算することができる。
寿命＝Ｅ×（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）
ただし、Ｅ：エネルギーの積算値。
【００４７】
［ハードウェア構成］
図５を参照して、本実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００の構成についてさらに説明する。図５は、異常検出装置２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。異常検出装置２００は、ＡＥセンサ５１０と、プリアンプ５２０と、バンドパスフィルタ５３０と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器５４０と、プロセッサ５５０と、表示器５６０とを備える。
【００４８】
異常検出装置２００に入力される信号は、ＡＥセンサ５１０に入力される。ＡＥセンサ５１０は、その信号に基づいてアコースティックエミッションを検出する。ＡＥセンサ５１０は、そのＡＥ信号をプリアンプ５２０に送出する。
【００４９】
プリアンプ５２０は、ＡＥ信号を増幅し、増幅後の信号をバンドパスフィルタ５３０に送出する。
【００５０】
バンドパスフィルタ５３０は、プリアンプ５２０によって増幅されたＡＥ信号のうち、予め設定された周波数帯域の信号を選択的に出力する。予め設定された周波数帯域は、たとえば、８０ｋＨｚ−５００ｋＨｚの周波数を含むが、周波数帯域はこれに限られない。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５４０は、バンドパスフィルタ５３０から出力されたＡＥ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をプロセッサ５５０に送出する。
【００５２】
プロセッサ５５０は、異常検出プログラム（メモリ領域３５０）を実行し、デジタル信号に変換されたＡＥ信号を用いて軸受の異常検出処理を実行する。プロセッサ５５０は、その処理結果を表示器５６０に送出する。
【００５３】
表示器５６０は、プロセッサ５５０から送られる信号に基づいて、軸受の異常検出結果を表示する。表示の態様は、たとえば異常の有無の結果のみに限られず、軸受の回転数、運転時間その他軸受の使用条件を併せて表示することも含む。あるいは、他の局面において、表示器５６０は、図１に示されるようなＡＥ信号と窓関数とを表示しても良い。さらに他の局面において、異常検出装置２００は、表示器５６０に結果を表示させると共に、データ記録媒体にＡＥ信号および判断結果を逐次記録してもよい。このようにすると、異常時の直線の状態をデータとして捕捉する事ができるため、当該異常じの状態を分析しやすくなる。
【００５４】
［制御構造］
図６を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００の制御構造について説明する。図６は、異常検出装置２００のプロセッサ５５０が実行する一連の動作の一部を表わすフローチャートである。
【００５５】
ステップＳ６１０にて、プロセッサ５５０は、異常検出処理の開始時刻Ｔを初期化する（Ｔ＝０）。たとえば、プロセッサ５５０は、使用者によって与えられるリセット指示の入力を検知すると、時刻Ｔを初期化する。あるいは、他の局面において、予め定められた時刻の到来時に、プロセッサ５５０は、時刻Ｔを初期化してもよい。
【００５６】
ステップＳ６２０にて、プロセッサ５５０は、Ａ／Ｄ変換器５４０によってデジタル変換されたＡＥ信号の入力を受け付ける。
【００５７】
ステップＳ６３０にて、プロセッサ５５０は、エネルギー算出部２３０として、窓関数設定部２２０によって設定された窓関数に含まれるＡＥ信号の振幅値を用いて、エネルギーを計算する。
【００５８】
ステップＳ６４０にて、プロセッサ５５０は、時刻Ｔが予め設定された規定値を下回っているか否かを判定する。プロセッサ５５０は、時刻Ｔが当該規定値を下回っていると判定すると（ステップＳ６４０にＹＥＳ）、制御をステップＳ６６０に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ６４０にてＮＯ）、プロセッサ５５０は、制御をステップＳ６５０に切り換える。
【００５９】
ステップＳ６５０にて、プロセッサ５５０は、窓移動部２５０として、窓関数をΔｔだけ移動させる（Ｔ＝Ｔ＋Δｔ）。この移動量Δｔは、軸受の寸法（たとえば、内輪の外径、外輪の内径、軸受の回転速度等）によって規定される。
【００６０】
ステップＳ６６０にて、プロセッサ５５０は、判定部２７０として、ステップＳ６３０にて算出されたエネルギーの最大値が予め設定された判断値（メモリ領域３４０）を上回っているか否かを判定する。プロセッサ５５０は、当該エネルギーの最大値が当該判断値を上回っていると判定すると（ステップＳ６６０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ６７０に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ６６０にてＮＯ）、プロセッサ５５０は、制御をステップＳ６１０に戻す。
【００６１】
ステップＳ６７０にて、プロセッサ５５０は、表示器５６０に信号を送出することにより、当該軸受に異常が発生していることを表示させる。表示器５６０は、たとえば、当該軸受が異常であることを示すメッセージ、アイコンその他の画像を表示する。
【００６２】
ステップＳ６８０にて、プロセッサ５５０は、複数の極大値に基づいて当該軸受の寿命を算出する。当該寿命は、たとえば算式（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）×Ｅとして算出される。
【００６３】
ステップＳ６９０にて、プロセッサ５５０は、表示器５６０に信号を送出することにより、当該軸受の寿命を表示する。
【００６４】
なお、本実施の形態に係る異常検出装置２００は、寿命の算出を行なわない態様でも実現可能である。この場合、ステップＳ６８０およびステップＳ６９０の各処理は、なくてもよい。
【００６５】
［コンピュータシステムの構成］
以上詳述した本実施の形態に係る異常検出装置２００は、周知の構成を有するコンピュータシステムを用いて実現することもできる。
【００６６】
そこで、図７を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００を実現するコンピュータシステム７００について説明する。図７は、コンピュータシステム７００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【００６７】
コンピュータシステム７００は、主たる構成要素として、プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）７１０と、コンピュータシステム７００の使用者による指示の入力を受付けるマウス７２０およびキーボード７３０と、ＣＰＵ７１０によるプログラムの実行により生成されたデータ、またはマウス７２０もしくはキーボード７３０を介して入力されたデータを揮発的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）７４０と、データを不揮発的に格納するハードディスク７５０と、光ディスク駆動装置７６０と、モニタ７８０と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）７９０とを備える。各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。光ディスク駆動装置７６０には、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）７６２その他の光ディスクが装着され得る。
【００６８】
コンピュータシステム７００における各処理は、ハードウェアおよびＣＰＵ７１０によって実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、ハードディスク７５０に予め格納されている場合がある。また、当該ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ７６２その他のデータ記録媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、当該ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続している情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、光ディスク駆動装置７６０その他の読取装置によってそのデータ記録媒体から読み取られて、あるいは通信Ｉ／Ｆ７９０を介してダウンロードされた後、ハードディスク７５０に一旦格納される。そのソフトウェアは、ＣＰＵ７１０によってハードディスク７５０から読み出され、ＲＡＭ７４０に実行可能なプログラムの形式で格納される。ＣＰＵ７１０は、そのプログラムを実行する。
【００６９】
図７に示されるコンピュータシステム７００を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本発明の最も本質的な部分は、ＲＡＭ７４０、ハードディスク７５０、ＣＤ−ＲＯＭ７６２その他のデータ記録媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。なお、コンピュータシステム７００のハードウェアの動作は周知であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００７０】
なお、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ハードディスク７５０に限られず、磁気テープ、カセットテープ、光ディスク（ＭＯ（Magnetic Optical Disc）／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc））、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Electronically Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭその他の半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持できる媒体でもよい。
【００７１】
ここでいうプログラムとは、ＣＰＵ７１０によって直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、暗号化されたプログラムなどを含む。
【００７２】
図８を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置２００によって算出される軸受の寿命について説明する。図８は、軸受の異常が検知される時期とＡＥエネルギとの関係を表わす図である。
【００７３】
本実施の形態に係る異常検出装置２００によると、たとえば、点Ａにおいて、エネルギーレベルの上昇を検知することができる。したがって、異常検出装置２００は、この時点で、当該軸受において異常が発生していることを検知することができる。
【００７４】
これに対して、振動値の上昇を検知する従来の異常検出技術によると、たとえば、点Ｂにおいて、振動値の上昇が検知される。この場合、点Ａと点Ｂとの間は、約４．２年となる。点Ｂから定格寿命時点（点Ｃ）までの期間は、約１．７年である。
【００７５】
これにより、本実施の形態に係る異常検出装置２００によると、約４．２年早く、軸受の異常を検知することができる。そのため、当該軸受の交換その他の補修を早期に開始することができる。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置の技術的思想を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。
【図３】異常検出装置２００の記憶部２６０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。
【図４】軸受の回転時間とエネルギー積算値とに基づいて規定される寿命の関係を表わす図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る軸受の異常検出装置２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図６】異常検出装置２００のプロセッサ５５０が実行する一連の動作の一部を表わすフローチャートである。
【図７】異常検出装置２００を実現するコンピュータシステム７００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図８】軸受の異常が検知される時期とＡＥエネルギとの関係を表わす図である。
【符号の説明】
【００７８】
１１０，１２０，１３０ 窓関数、７６２ ＣＤ−ＲＯＭ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の異常を検出するための異常検出装置であって、
軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納する記憶手段と、
アコースティックエミッションを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算手段によって算出される積算値の最大値を算出する算出手段と、
前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定手段とを備える、異常検出装置。
【請求項２】
前記設定手段は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔で設定する、請求項１に記載の異常検出装置。
【請求項３】
前記一定の間隔および前記一定の幅は、前記軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される、請求項２に記載の異常検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出し、
前記設定手段は、前記第１のアコースティックエミッションと前記第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、前記一定の幅として設定する、請求項１〜３のいずれかに記載の異常検出装置。
【請求項５】
軸受の寿命を検出する寿命検出装置であって、
軸受の寿命を規定する基準値を格納する記憶手段と、
アコースティックエミッションを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算手段によって算出される積算値の複数の極大値を算出する算出手段と、
前記複数の極大値に基づいて、前記軸受の寿命を算出する寿命検出手段とを備える、寿命検出装置。
【請求項６】
コンピュータが、軸受の異常を検出するための異常検出方法であって、前記コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えており、前記記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納しており、
前記異常検出方法は、
前記プロセッサが、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、
前記プロセッサが、前記信号に対して窓関数を設定するステップと、
前記プロセッサが、前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、
前記プロセッサが、前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算値の最大値を算出するステップと、
前記プロセッサが、前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを含む、異常検出方法。
【請求項７】
軸受の異常を検出するための異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記プログラムは、前記コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えており、前記記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納しており、
前記プログラムは、前記プロセッサに、
アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、
前記信号に対して窓関数を設定するステップと、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算値の最大値を算出するステップと、
前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを実行させる、プログラム。
【請求項１】
軸受の異常を検出するための異常検出装置であって、
軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納する記憶手段と、
アコースティックエミッションを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算手段によって算出される積算値の最大値を算出する算出手段と、
前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定する判定手段とを備える、異常検出装置。
【請求項２】
前記設定手段は、一定の幅を有する複数の窓関数を、一定の間隔で設定する、請求項１に記載の異常検出装置。
【請求項３】
前記一定の間隔および前記一定の幅は、前記軸受の寸法と回転数とに基づいて規定される、請求項２に記載の異常検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、第１のアコースティックエミッションと第２のアコースティックエミッションとを検出し、
前記設定手段は、前記第１のアコースティックエミッションと前記第２のアコースティックエミッションとの検出間隔を下回る間隔を、前記一定の幅として設定する、請求項１〜３のいずれかに記載の異常検出装置。
【請求項５】
軸受の寿命を検出する寿命検出装置であって、
軸受の寿命を規定する基準値を格納する記憶手段と、
アコースティックエミッションを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された信号に対して窓関数を設定する設定手段と、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算する積算手段と、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算手段によって算出される積算値の複数の極大値を算出する算出手段と、
前記複数の極大値に基づいて、前記軸受の寿命を算出する寿命検出手段とを備える、寿命検出装置。
【請求項６】
コンピュータが、軸受の異常を検出するための異常検出方法であって、前記コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えており、前記記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納しており、
前記異常検出方法は、
前記プロセッサが、アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、
前記プロセッサが、前記信号に対して窓関数を設定するステップと、
前記プロセッサが、前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、
前記プロセッサが、前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算値の最大値を算出するステップと、
前記プロセッサが、前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを含む、異常検出方法。
【請求項７】
軸受の異常を検出するための異常検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記プログラムは、前記コンピュータは、プロセッサと記憶装置とを備えており、前記記憶装置は、軸受の異常を判定するために定められた基準値を格納しており、
前記プログラムは、前記プロセッサに、
アコースティックエミッションに対応する信号を受信するステップと、
前記信号に対して窓関数を設定するステップと、
前記窓関数によって規定される窓に含まれる波形のエネルギーを積算するステップと、
前記窓を時間軸方向に移動させながら前記積算値の最大値を算出するステップと、
前記最大値と前記基準値との比較に基づいて、前記軸受に異常が発生しているか否かを判定するステップとを実行させる、プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４４０９０（Ｐ２００９−２４４０９０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９０８１２（Ｐ２００８−９０８１２）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５９４０７８６８５）日本フィジカルアコースティクス株式会社 (8)
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【出願人】（５０８０９８４７５）江守エンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５９４０７８６８５）日本フィジカルアコースティクス株式会社 (8)
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【出願人】（５０８０９８４７５）江守エンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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