異常検査方法及び異常検査装置
【課題】官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことのできる異常検査方法、及び異常検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、回転体からのＡＥ信号を取得し、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する異常検査方法を提供する。
【解決手段】本発明は、回転体からのＡＥ信号を取得し、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する異常検査方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の異常の有無を検査する異常検査方法及び異常検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦や応力負荷などさまざまな影響を受けて、回転運動をする軸受などの回転体には、損傷等の異常が生じる場合がある。異常の発生した回転体は、動作が不安定になり、通常動作とは異なる異常動作を行う。回転体が異常動作を行うと、通常動作時には発生しないような異常音が発生する場合が多い。このため、回転体から異常音を検出することができれば、回転体の損傷等の異常の有無を検査することが可能となる。
【０００３】
回転体から異常音を検出する手段として、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサを用いる従来の異常検査装置が特許文献１に記載されている。
【０００４】
図７を用いて、特許文献１に記載された従来の異常検査装置１００の動作について説明する。軸受１０１に取り付けられたＡＥセンサ１０２は、回転体１０３で発生するＡＥ信号を異常検査手段１０４に出力する。異常検査手段１０４は、入力されたＡＥ信号に周波数解析を行い、ＡＥ信号の発生頻度を算出する。
【０００５】
回転体１０３に損傷が生じた場合、回転体１０３の回転数と相関を持った頻度でＡＥ信号が発生する。これを利用して、異常検査手段１０４は、算出したＡＥ信号の発生頻度が回転体１０３の回転数と相関を有するか否かを判定し、相関を有する場合は、この回転体１０３には異常があると診断する。このように、従来の異常検査装置１００は、回転体１０３の異常の有無の検査を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、検査員により回転体からの異常音を検出することで、回転体の異常検査を行う製造現場がある。このような検査員による検査は官能検査と呼ばれ、特許文献１に記載されているようなＡＥセンサによる検査は物理検査と呼ばれる。
【０００８】
昨今の製造現場では、自動化が進められており、官能検査は物理検査へと転換されることが期待されている。転換される物理検査には、官能検査と同等水準の精度で検査できることが要求される場合がある。
【０００９】
しかしながら、官能検査では、人の感覚に基づいて回転体１０３の異常の検査がなされるため、回転体１０３の回転数と相関を持ったＡＥ信号が検出されたからといって、その回転体１０３が異常ありと診断されるとは限らない。このため、回転体１０３の回転数と相関を持ったＡＥ信号を検出すると、その回転体１０３を異常ありと診断する特許文献１に記載されている物理検査は、官能検査と同等水準の精度で検査を行うことができないという課題を有している。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことのできる異常検査方法、及び異常検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の異常検査方法は、回転体からのＡＥ信号を取得し、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の異常検査装置は、回転体からのＡＥ信号を取得するＡＥ取得手段と、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段と、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択する選択手段と、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する検査手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態の異常検査装置の構成図
【図２】回転体からＡＥセンサで取得するＡＥ信号を示した図で、（ａ）検査員が正常と診断した回転体から取得するＡＥ信号を示す図、（ｂ）検査員が異常と診断した回転体から取得するＡＥ信号を示す図
【図３】ＡＥ信号の発生する頻度とその周波数との関係を示した図
【図４】検査員が正常と診断した回転体からのＡＥ信号における、発生頻度と周波数との関係を示した図
【図５】検査員が正常と診断した回転体からのＡＥ信号における、周波数と振幅との関係を示した図
【図６】実施の形態の異常検査装置の動作を示すフローチャート
【図７】従来の異常検査装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る異常検査装置１と、被検物である回転体２を示した模式図である。
【００１７】
まず、回転体２として、転動体２ａ、内輪２ｂ、外輪２ｃを含んだ軸受を用いて説明する。回転体２により回転軸３が回転自在に支持されている。回転体２に異常が含まれれば、異常に起因して、特定の頻度でＡＥが生じる。異常検査装置１は、回転体２から発生するＡＥの信号（以下、ＡＥ信号）を検出することで、回転体２の異常の有無を検査する。
【００１８】
次に、異常検査装置１の構成について説明する。異常検査装置１は、回転体２からのＡＥ信号を取得するＡＥセンサ４と、取得したＡＥ信号を増幅するアンプ５と、入力されたＡＥ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６と、ＡＥ信号を解析する解析装置７と、解析結果に基づいて回転体２の異常の有無を検査する検査装置８と、検査結果を表示する表示機９とを備える。この異常検査装置１のＡＥ取得手段としてのＡＥセンサ４は、エポキシ系接着剤により回転体２に取り付けられている。また、ＡＥセンサ４は、回転体２で発生したＡＥ信号を、電圧値で表されるＡＥ信号として取得する。
【００１９】
続いて、解析装置７によるＡＥ信号の解析処理の詳細について説明する。説明には、回転体２として直径が１０ｍｍ程度の小型の軸受を用いる。
【００２０】
まず、解析装置７の機能について説明する。回転体２から取得されるＡＥ信号の中には、回転体２が、正常な状態でも取得されるものもある。このため、取得されるＡＥ信号の中から、回転体２の異常に起因するような特定の頻度で発生するＡＥ信号（特定の発生頻度のＡＥ信号）のみを選択する必要がある。それゆえ、解析装置７は、取得されるＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段としての機能を備え、更に、発生頻度を算出したＡＥ信号のうち、異常に起因する発生頻度のＡＥ信号のみを選択する選択手段としての機能も備える。
【００２１】
次に、図２（ａ）に、検査員が正常と診断した回転体２からＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号を示し、図２（ｂ）に、検査員が異常と診断した回転体２から取得したＡＥ信号を示す。図２（ａ）（ｂ）の横軸は時間（秒）を、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。図２（ａ）（ｂ）に示すように、ＡＥセンサ４で取得するＡＥ信号は、取得する時間によりその強度が変化する。このような時間により変化するＡＥ信号を時間変化信号とする。また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、両者の時間変化信号の波形の外観はよく似ており、波形の外観から異常に起因するような特定の発生頻度のＡＥ信号のみを選択することは困難である。このため、一般的に用いられる包絡線検波のような手法を用いることはできない。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、次の３つの工程で、図１の回転体２の異常に起因するＡＥ信号のみを取得する。
【００２３】
まず、第１工程として、図１のＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出する。ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号の時間変化信号には複数の周波数のＡＥ信号が含まれているため、取得した複数の周波数のＡＥ信号について、短時間周波数解析を用いて、周波数毎の時間変化信号を算出する。具体的には、取得したＡＥ信号を短時間の区間毎に切り出して、切り出した区間毎にフーリエ変換により時間−周波数変換を行い、そして、フーリエ変換後の各区間を時間に沿って結合することで、周波数毎の時間変化信号を算出する。なお、解析装置７の有する時間変化信号算出手段である時間変化信号算出部７ａにより第１工程を行う。また、第１工程では短時間周波数解析として、短時間フーリエ変換を行う。ちなみに、短時間フーリエ変換とは、一定の大きさの窓関数を用いてＡＥ信号を切り出し、切り出したＡＥ信号をフーリエ変換する手法である。
【００２４】
次に、第２工程として、算出した周波数毎の時間変化信号から、周波数毎にＡＥ信号の発生頻度を算出する。各周波数におけるＡＥ信号の発生頻度は、フーリエ変換により時間−周波数変換することで算出可能である。この第２工程により、図３に示すようなＡＥ発生頻度マップが作成できる。この図３の横軸はＡＥ信号の発生頻度（ｓ-1）を表し、縦軸は発生したＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を表している。例えば、図３は、領域Ａにおいて、約１００（ｋＨｚ）の周波数のＡＥ信号が、１秒間に約１６０回発生していること、すなわち約１６０（ｓ-1）の頻度で発生していることを示す。また、領域Ｂにおいては、約２２０（ｋＨｚ）の周波数のＡＥ信号が、約２９０（ｓ-1）の頻度で発生していることが示されている。なお、図１の解析装置７に備わる発生頻度算出手段である発生頻度算出部７ｂにより第２工程を行う。なお、ＡＥ信号の周波数と発生頻度の単位が実質的に同じであるのは、何れの値も、時間信号をフーリエ変換することで得られる値だからである。
【００２５】
続いて、第３工程として、異常に起因する発生頻度として予め設定した発生頻度のＡＥ信号を、第２工程で発生頻度を算出したＡＥ信号の中から選択する。第１工程、第２工程を経ることで、ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号の発生頻度を算出できるため、第３工程にて、異常に起因して発生するＡＥ信号のみを選択することが可能である。また、異常に起因して発生するＡＥ信号の頻度は、回転体２により定まるため、異常に起因するＡＥ信号の発生頻度の値を予め設定しておくことが可能である。ここでは、予め設定する発生頻度の値として、回転体２の固有周波数の値を用いる。なお、この第３工程は、解析装置７に備わる選択手段である選択部７ｃにより行われる。
【００２６】
ここで、図１の回転体２の固有周波数の具体例として、次の４つを挙げ、（数１）〜（数４）に示す。固有周波数の１つ目として回転軸３の回転周波数に依存する軸回転周波数ｆr（ｓ-1）を（数１）に、２つ目として転動体２ａの自転周波数に依存する転動体自転周波数ｆb（ｓ-1）を（数２）に、３つ目として転動体２ａが内輪２ｂを通過する周波数に依存する内輪転動体通過周波数ｆi（ｓ-1）を（数３）に、４つ目として転動体２ａが外輪２ｃを通過する周波数に依存する外輪転動体通過周波数ｆo（ｓ-1）を（数４）に示す。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
【数４】
【００３１】
これらの（数１）〜（数４）において、回転軸３の回転数はＮ（ｒｐｍ）、転動体２ａの個数はＺ（個）、転動体２ａの直径はＤa（ｍｍ）、軸受のピッチ円径はｄm（ｍｍ）である。
【００３２】
ここで、Ｎ＝３２００（ｒｐｍ）、Ｚ＝８（個）、Ｄa＝２（ｍｍ）、ｄm＝９（ｍｍ）とすると、ｆr＝５３．３（ｓ-1）、ｆb＝１１４．０（ｓ-1）、ｆi＝２６０．７（ｓ-1）、ｆo＝１６５．９（ｓ-1）となる。
【００３３】
図３に示すように、外輪転動体通過周波数ｆo（１６５．９（ｓ-1））で図１の回転体２からＡＥ信号が検出される。これから、回転体２は、転動体２ａが外輪２ｃを通過する際に発生するＡＥ信号が多いと分かる。このように、第３工程では、第２工程で発生頻度を算出したＡＥ信号から、これらの固有周波数に対応する発生頻度のＡＥ信号を選択する。
【００３４】
次に、選択した発生頻度のＡＥ信号に基づいて、回転体２の異常の有無を検査する工程、すなわち異常検査工程について説明する。異常検査工程では、選択部７ｃが第３工程で選択した発生頻度のＡＥ信号について、しきい値処理を行うことで回転体２について異常の有無を検査する。しきい値処理とは、検出するＡＥ信号の振幅に、しきい値を設け、このしきい値を上回る振幅のＡＥ信号を検出した場合に、回転体２に異常ありと診断する処理のことである。本実施の形態では、しきい値としての振幅を２０（Ｖ）とした。
【００３５】
なお、異常検査工程は検査手段である図１の検査装置８により行われる。また、選択した発生頻度のＡＥ信号が存在しない場合、検出したＡＥ信号の振幅の値を０として、しきい値処理を行う。
【００３６】
続いて、検査員による官能検査と同等水準の検査精度にするために、本実施の形態で行う工程について説明する。
【００３７】
図４に、検査員が異常なしと診断した図１の回転体２について、上述の第２工程までを行って取得したグラフを示す。図４の横軸はＡＥ信号の発生頻度（ｓ-1）を示し、縦軸はＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を示す。次に、この図４のグラフを横軸方向に積算して求めた、ＡＥ信号の周波数とその振幅との関係を示すグラフを図５に示す。図５の横軸はＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はＡＥ信号の振幅（Ｖ）を示す。このとき、特別な処理を施さずに異常検査工程にて、しきい値処理を行えば、しきい値を超えるＡＥ信号が多数検出されることとなる。これでは、検査員が異常なしと診断した回転体２を、検査装置８は、異常ありと診断してしまう。すなわち、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことができない。
【００３８】
そこで、発明者らは、鋭意検討の結果、周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ、しきい値処理を施して異常検査工程を行えば、検査員による官能検査の精度と同等水準の精度で物理検査を行えることを見出した。このため、本実施の形態では、周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にてしきい値処理を行う。図５において、しきい値を超える４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号は存在しないため、検査装置８は、このＡＥ信号が取得される回転体２を異常なしと診断する。つまり、検査装置８による物理検査は、検査員による官能検査と同じ検査結果を示すことになる。
【００３９】
次に、４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にて、しきい値処理を行うことの効果について行った検証結果について述べる。ここでは、説明のために４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にて、しきい値処理を行うことを、近似工程と称して説明を行う。また、４０（ｋＨｚ）より高い周波数のＡＥ信号についても異常検査工程を行う場合を、しきい値処理を行わない場合とする。検証には３００個の被検物を用い、これら被検物に対する、近似工程を行わない場合と、近似工程を行う場合とにおけるそれぞれの検査結果を、検査員による官能検査の検査結果と比較した。
【００４０】
まず、近似工程を行わない場合の検証結果について述べる。３００個中１３個の被検物に対して、近似工程を行わない場合の物理検査による検査結果と、官能検査による検査結果とで異なる検査結果を示した。詳細を述べると、１３個の被検物が、官能検査では異常なしと診断され、近似工程を行わない場合の物理検査では異常ありと診断された。
【００４１】
一方、３００個全ての被検物に対して、近似工程を行う場合の物理検査による検査結果と、官能検査による検査結果との検査結果が一致した。
【００４２】
この検証結果から、近似工程を行うことで、検査員による官能検査の精度と同等水準の精度で被検物の物理検査が可能となることが明らかとなった。
【００４３】
また、物理検査の精度を官能検査の精度に近づけるのに、可聴域内の周波数のＡＥ信号にのみ注目すればよいと予測されたが、実験の結果、可聴域外の周波数のＡＥ信号にも着目しなければならないことを、発明者らは見出した。すなわち、４０（ｋＨｚ）以下の周波数のＡＥ信号のうち、２０（ｋＨｚ）以上４０（ｋＨｚ）以下の周波数は人の可聴域外とされているが、この可聴域外の周波数のＡＥ信号を含めて物理検査を行うことで、官能検査の精度と同等水準の物理検査ができることを発明者らは見出した。
【００４４】
最後に、図１の異常検査装置１による異常検査の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
図６のステップＳ１では、ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号から、周波数毎の時間変化信号を算出する。このステップＳ１は、時間変化信号算出部７ａにより行われる。なお、上述の第１工程がこのステップＳ１に該当する。
【００４６】
ステップＳ２では、ステップＳ１で算出した周波数毎の時間変化信号から、周波数毎に、ＡＥ信号の発生頻度を算出する。このステップＳ２は、発生頻度算出部７ｂにより行われる。なお、上述の第２工程がこのステップＳ２に該当する。
【００４７】
ステップＳ３では、予め設定した発生頻度のＡＥ信号を、ステップＳ２で、発生頻度を算出したＡＥ信号の中から、選択する。このステップＳ３は、選択部７ｃにより行われ、予め設定した発生頻度は、回転体２の固有周波数に応じて選択部７ｃに予め記憶されている。なお、上述の第３工程がこのステップＳ３に該当する。
【００４８】
ステップＳ４では、ステップＳ３で、選択した発生頻度のＡＥ信号において、その周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ、しきい値処理を行う。なお、上述の近似工程がこのステップＳ４に該当する。
【００４９】
ステップＳ５では、しきい値処理の結果を受けて、回転体２が正常であるか異常であるかを判定する。回転体２が正常な場合、すなわち、ステップＳ４で、しきい値を上回る信号を検出しなかった場合は、ステップＳ６に進む。一方、回転体２が異常を有する場合、すなわち、ステップＳ４で、しきい値を上回る信号を検出した場合はステップＳ７に進む。なお、ステップＳ５、Ｓ６は検査装置８により行われる。
【００５０】
ステップＳ６では、回転体２が正常である旨を表示機９に表示する。
【００５１】
ステップＳ７では、回転体２が異常である旨を表示機９に表示する。
【００５２】
以上ステップＳ１〜Ｓ７によって、異常検査装置１は回転体２の異常の有無の検査を行う。
【００５３】
以上説明したように、異常検査装置１は、検査員による官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、換気扇、空気清浄機、モーター等、回転体を有する製品の異常検査に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 異常検査装置
２ 回転体
４ ＡＥセンサ
７ 解析装置
７ａ 時間変化信号算出部
７ｂ 発生頻度算出部
７ｃ 選択部
８ 検査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の異常の有無を検査する異常検査方法及び異常検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦や応力負荷などさまざまな影響を受けて、回転運動をする軸受などの回転体には、損傷等の異常が生じる場合がある。異常の発生した回転体は、動作が不安定になり、通常動作とは異なる異常動作を行う。回転体が異常動作を行うと、通常動作時には発生しないような異常音が発生する場合が多い。このため、回転体から異常音を検出することができれば、回転体の損傷等の異常の有無を検査することが可能となる。
【０００３】
回転体から異常音を検出する手段として、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサを用いる従来の異常検査装置が特許文献１に記載されている。
【０００４】
図７を用いて、特許文献１に記載された従来の異常検査装置１００の動作について説明する。軸受１０１に取り付けられたＡＥセンサ１０２は、回転体１０３で発生するＡＥ信号を異常検査手段１０４に出力する。異常検査手段１０４は、入力されたＡＥ信号に周波数解析を行い、ＡＥ信号の発生頻度を算出する。
【０００５】
回転体１０３に損傷が生じた場合、回転体１０３の回転数と相関を持った頻度でＡＥ信号が発生する。これを利用して、異常検査手段１０４は、算出したＡＥ信号の発生頻度が回転体１０３の回転数と相関を有するか否かを判定し、相関を有する場合は、この回転体１０３には異常があると診断する。このように、従来の異常検査装置１００は、回転体１０３の異常の有無の検査を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、検査員により回転体からの異常音を検出することで、回転体の異常検査を行う製造現場がある。このような検査員による検査は官能検査と呼ばれ、特許文献１に記載されているようなＡＥセンサによる検査は物理検査と呼ばれる。
【０００８】
昨今の製造現場では、自動化が進められており、官能検査は物理検査へと転換されることが期待されている。転換される物理検査には、官能検査と同等水準の精度で検査できることが要求される場合がある。
【０００９】
しかしながら、官能検査では、人の感覚に基づいて回転体１０３の異常の検査がなされるため、回転体１０３の回転数と相関を持ったＡＥ信号が検出されたからといって、その回転体１０３が異常ありと診断されるとは限らない。このため、回転体１０３の回転数と相関を持ったＡＥ信号を検出すると、その回転体１０３を異常ありと診断する特許文献１に記載されている物理検査は、官能検査と同等水準の精度で検査を行うことができないという課題を有している。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことのできる異常検査方法、及び異常検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の異常検査方法は、回転体からのＡＥ信号を取得し、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の異常検査装置は、回転体からのＡＥ信号を取得するＡＥ取得手段と、取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段と、この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択する選択手段と、この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する検査手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態の異常検査装置の構成図
【図２】回転体からＡＥセンサで取得するＡＥ信号を示した図で、（ａ）検査員が正常と診断した回転体から取得するＡＥ信号を示す図、（ｂ）検査員が異常と診断した回転体から取得するＡＥ信号を示す図
【図３】ＡＥ信号の発生する頻度とその周波数との関係を示した図
【図４】検査員が正常と診断した回転体からのＡＥ信号における、発生頻度と周波数との関係を示した図
【図５】検査員が正常と診断した回転体からのＡＥ信号における、周波数と振幅との関係を示した図
【図６】実施の形態の異常検査装置の動作を示すフローチャート
【図７】従来の異常検査装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る異常検査装置１と、被検物である回転体２を示した模式図である。
【００１７】
まず、回転体２として、転動体２ａ、内輪２ｂ、外輪２ｃを含んだ軸受を用いて説明する。回転体２により回転軸３が回転自在に支持されている。回転体２に異常が含まれれば、異常に起因して、特定の頻度でＡＥが生じる。異常検査装置１は、回転体２から発生するＡＥの信号（以下、ＡＥ信号）を検出することで、回転体２の異常の有無を検査する。
【００１８】
次に、異常検査装置１の構成について説明する。異常検査装置１は、回転体２からのＡＥ信号を取得するＡＥセンサ４と、取得したＡＥ信号を増幅するアンプ５と、入力されたＡＥ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６と、ＡＥ信号を解析する解析装置７と、解析結果に基づいて回転体２の異常の有無を検査する検査装置８と、検査結果を表示する表示機９とを備える。この異常検査装置１のＡＥ取得手段としてのＡＥセンサ４は、エポキシ系接着剤により回転体２に取り付けられている。また、ＡＥセンサ４は、回転体２で発生したＡＥ信号を、電圧値で表されるＡＥ信号として取得する。
【００１９】
続いて、解析装置７によるＡＥ信号の解析処理の詳細について説明する。説明には、回転体２として直径が１０ｍｍ程度の小型の軸受を用いる。
【００２０】
まず、解析装置７の機能について説明する。回転体２から取得されるＡＥ信号の中には、回転体２が、正常な状態でも取得されるものもある。このため、取得されるＡＥ信号の中から、回転体２の異常に起因するような特定の頻度で発生するＡＥ信号（特定の発生頻度のＡＥ信号）のみを選択する必要がある。それゆえ、解析装置７は、取得されるＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段としての機能を備え、更に、発生頻度を算出したＡＥ信号のうち、異常に起因する発生頻度のＡＥ信号のみを選択する選択手段としての機能も備える。
【００２１】
次に、図２（ａ）に、検査員が正常と診断した回転体２からＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号を示し、図２（ｂ）に、検査員が異常と診断した回転体２から取得したＡＥ信号を示す。図２（ａ）（ｂ）の横軸は時間（秒）を、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。図２（ａ）（ｂ）に示すように、ＡＥセンサ４で取得するＡＥ信号は、取得する時間によりその強度が変化する。このような時間により変化するＡＥ信号を時間変化信号とする。また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、両者の時間変化信号の波形の外観はよく似ており、波形の外観から異常に起因するような特定の発生頻度のＡＥ信号のみを選択することは困難である。このため、一般的に用いられる包絡線検波のような手法を用いることはできない。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、次の３つの工程で、図１の回転体２の異常に起因するＡＥ信号のみを取得する。
【００２３】
まず、第１工程として、図１のＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出する。ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号の時間変化信号には複数の周波数のＡＥ信号が含まれているため、取得した複数の周波数のＡＥ信号について、短時間周波数解析を用いて、周波数毎の時間変化信号を算出する。具体的には、取得したＡＥ信号を短時間の区間毎に切り出して、切り出した区間毎にフーリエ変換により時間−周波数変換を行い、そして、フーリエ変換後の各区間を時間に沿って結合することで、周波数毎の時間変化信号を算出する。なお、解析装置７の有する時間変化信号算出手段である時間変化信号算出部７ａにより第１工程を行う。また、第１工程では短時間周波数解析として、短時間フーリエ変換を行う。ちなみに、短時間フーリエ変換とは、一定の大きさの窓関数を用いてＡＥ信号を切り出し、切り出したＡＥ信号をフーリエ変換する手法である。
【００２４】
次に、第２工程として、算出した周波数毎の時間変化信号から、周波数毎にＡＥ信号の発生頻度を算出する。各周波数におけるＡＥ信号の発生頻度は、フーリエ変換により時間−周波数変換することで算出可能である。この第２工程により、図３に示すようなＡＥ発生頻度マップが作成できる。この図３の横軸はＡＥ信号の発生頻度（ｓ-1）を表し、縦軸は発生したＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を表している。例えば、図３は、領域Ａにおいて、約１００（ｋＨｚ）の周波数のＡＥ信号が、１秒間に約１６０回発生していること、すなわち約１６０（ｓ-1）の頻度で発生していることを示す。また、領域Ｂにおいては、約２２０（ｋＨｚ）の周波数のＡＥ信号が、約２９０（ｓ-1）の頻度で発生していることが示されている。なお、図１の解析装置７に備わる発生頻度算出手段である発生頻度算出部７ｂにより第２工程を行う。なお、ＡＥ信号の周波数と発生頻度の単位が実質的に同じであるのは、何れの値も、時間信号をフーリエ変換することで得られる値だからである。
【００２５】
続いて、第３工程として、異常に起因する発生頻度として予め設定した発生頻度のＡＥ信号を、第２工程で発生頻度を算出したＡＥ信号の中から選択する。第１工程、第２工程を経ることで、ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号の発生頻度を算出できるため、第３工程にて、異常に起因して発生するＡＥ信号のみを選択することが可能である。また、異常に起因して発生するＡＥ信号の頻度は、回転体２により定まるため、異常に起因するＡＥ信号の発生頻度の値を予め設定しておくことが可能である。ここでは、予め設定する発生頻度の値として、回転体２の固有周波数の値を用いる。なお、この第３工程は、解析装置７に備わる選択手段である選択部７ｃにより行われる。
【００２６】
ここで、図１の回転体２の固有周波数の具体例として、次の４つを挙げ、（数１）〜（数４）に示す。固有周波数の１つ目として回転軸３の回転周波数に依存する軸回転周波数ｆr（ｓ-1）を（数１）に、２つ目として転動体２ａの自転周波数に依存する転動体自転周波数ｆb（ｓ-1）を（数２）に、３つ目として転動体２ａが内輪２ｂを通過する周波数に依存する内輪転動体通過周波数ｆi（ｓ-1）を（数３）に、４つ目として転動体２ａが外輪２ｃを通過する周波数に依存する外輪転動体通過周波数ｆo（ｓ-1）を（数４）に示す。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
【数４】
【００３１】
これらの（数１）〜（数４）において、回転軸３の回転数はＮ（ｒｐｍ）、転動体２ａの個数はＺ（個）、転動体２ａの直径はＤa（ｍｍ）、軸受のピッチ円径はｄm（ｍｍ）である。
【００３２】
ここで、Ｎ＝３２００（ｒｐｍ）、Ｚ＝８（個）、Ｄa＝２（ｍｍ）、ｄm＝９（ｍｍ）とすると、ｆr＝５３．３（ｓ-1）、ｆb＝１１４．０（ｓ-1）、ｆi＝２６０．７（ｓ-1）、ｆo＝１６５．９（ｓ-1）となる。
【００３３】
図３に示すように、外輪転動体通過周波数ｆo（１６５．９（ｓ-1））で図１の回転体２からＡＥ信号が検出される。これから、回転体２は、転動体２ａが外輪２ｃを通過する際に発生するＡＥ信号が多いと分かる。このように、第３工程では、第２工程で発生頻度を算出したＡＥ信号から、これらの固有周波数に対応する発生頻度のＡＥ信号を選択する。
【００３４】
次に、選択した発生頻度のＡＥ信号に基づいて、回転体２の異常の有無を検査する工程、すなわち異常検査工程について説明する。異常検査工程では、選択部７ｃが第３工程で選択した発生頻度のＡＥ信号について、しきい値処理を行うことで回転体２について異常の有無を検査する。しきい値処理とは、検出するＡＥ信号の振幅に、しきい値を設け、このしきい値を上回る振幅のＡＥ信号を検出した場合に、回転体２に異常ありと診断する処理のことである。本実施の形態では、しきい値としての振幅を２０（Ｖ）とした。
【００３５】
なお、異常検査工程は検査手段である図１の検査装置８により行われる。また、選択した発生頻度のＡＥ信号が存在しない場合、検出したＡＥ信号の振幅の値を０として、しきい値処理を行う。
【００３６】
続いて、検査員による官能検査と同等水準の検査精度にするために、本実施の形態で行う工程について説明する。
【００３７】
図４に、検査員が異常なしと診断した図１の回転体２について、上述の第２工程までを行って取得したグラフを示す。図４の横軸はＡＥ信号の発生頻度（ｓ-1）を示し、縦軸はＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を示す。次に、この図４のグラフを横軸方向に積算して求めた、ＡＥ信号の周波数とその振幅との関係を示すグラフを図５に示す。図５の横軸はＡＥ信号の周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はＡＥ信号の振幅（Ｖ）を示す。このとき、特別な処理を施さずに異常検査工程にて、しきい値処理を行えば、しきい値を超えるＡＥ信号が多数検出されることとなる。これでは、検査員が異常なしと診断した回転体２を、検査装置８は、異常ありと診断してしまう。すなわち、官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことができない。
【００３８】
そこで、発明者らは、鋭意検討の結果、周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ、しきい値処理を施して異常検査工程を行えば、検査員による官能検査の精度と同等水準の精度で物理検査を行えることを見出した。このため、本実施の形態では、周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にてしきい値処理を行う。図５において、しきい値を超える４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号は存在しないため、検査装置８は、このＡＥ信号が取得される回転体２を異常なしと診断する。つまり、検査装置８による物理検査は、検査員による官能検査と同じ検査結果を示すことになる。
【００３９】
次に、４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にて、しきい値処理を行うことの効果について行った検証結果について述べる。ここでは、説明のために４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ異常検査工程にて、しきい値処理を行うことを、近似工程と称して説明を行う。また、４０（ｋＨｚ）より高い周波数のＡＥ信号についても異常検査工程を行う場合を、しきい値処理を行わない場合とする。検証には３００個の被検物を用い、これら被検物に対する、近似工程を行わない場合と、近似工程を行う場合とにおけるそれぞれの検査結果を、検査員による官能検査の検査結果と比較した。
【００４０】
まず、近似工程を行わない場合の検証結果について述べる。３００個中１３個の被検物に対して、近似工程を行わない場合の物理検査による検査結果と、官能検査による検査結果とで異なる検査結果を示した。詳細を述べると、１３個の被検物が、官能検査では異常なしと診断され、近似工程を行わない場合の物理検査では異常ありと診断された。
【００４１】
一方、３００個全ての被検物に対して、近似工程を行う場合の物理検査による検査結果と、官能検査による検査結果との検査結果が一致した。
【００４２】
この検証結果から、近似工程を行うことで、検査員による官能検査の精度と同等水準の精度で被検物の物理検査が可能となることが明らかとなった。
【００４３】
また、物理検査の精度を官能検査の精度に近づけるのに、可聴域内の周波数のＡＥ信号にのみ注目すればよいと予測されたが、実験の結果、可聴域外の周波数のＡＥ信号にも着目しなければならないことを、発明者らは見出した。すなわち、４０（ｋＨｚ）以下の周波数のＡＥ信号のうち、２０（ｋＨｚ）以上４０（ｋＨｚ）以下の周波数は人の可聴域外とされているが、この可聴域外の周波数のＡＥ信号を含めて物理検査を行うことで、官能検査の精度と同等水準の物理検査ができることを発明者らは見出した。
【００４４】
最後に、図１の異常検査装置１による異常検査の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
図６のステップＳ１では、ＡＥセンサ４で取得したＡＥ信号から、周波数毎の時間変化信号を算出する。このステップＳ１は、時間変化信号算出部７ａにより行われる。なお、上述の第１工程がこのステップＳ１に該当する。
【００４６】
ステップＳ２では、ステップＳ１で算出した周波数毎の時間変化信号から、周波数毎に、ＡＥ信号の発生頻度を算出する。このステップＳ２は、発生頻度算出部７ｂにより行われる。なお、上述の第２工程がこのステップＳ２に該当する。
【００４７】
ステップＳ３では、予め設定した発生頻度のＡＥ信号を、ステップＳ２で、発生頻度を算出したＡＥ信号の中から、選択する。このステップＳ３は、選択部７ｃにより行われ、予め設定した発生頻度は、回転体２の固有周波数に応じて選択部７ｃに予め記憶されている。なお、上述の第３工程がこのステップＳ３に該当する。
【００４８】
ステップＳ４では、ステップＳ３で、選択した発生頻度のＡＥ信号において、その周波数が４０（ｋＨｚ）以下のＡＥ信号についてのみ、しきい値処理を行う。なお、上述の近似工程がこのステップＳ４に該当する。
【００４９】
ステップＳ５では、しきい値処理の結果を受けて、回転体２が正常であるか異常であるかを判定する。回転体２が正常な場合、すなわち、ステップＳ４で、しきい値を上回る信号を検出しなかった場合は、ステップＳ６に進む。一方、回転体２が異常を有する場合、すなわち、ステップＳ４で、しきい値を上回る信号を検出した場合はステップＳ７に進む。なお、ステップＳ５、Ｓ６は検査装置８により行われる。
【００５０】
ステップＳ６では、回転体２が正常である旨を表示機９に表示する。
【００５１】
ステップＳ７では、回転体２が異常である旨を表示機９に表示する。
【００５２】
以上ステップＳ１〜Ｓ７によって、異常検査装置１は回転体２の異常の有無の検査を行う。
【００５３】
以上説明したように、異常検査装置１は、検査員による官能検査と同等水準の精度で物理検査を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、換気扇、空気清浄機、モーター等、回転体を有する製品の異常検査に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 異常検査装置
２ 回転体
４ ＡＥセンサ
７ 解析装置
７ａ 時間変化信号算出部
７ｂ 発生頻度算出部
７ｃ 選択部
８ 検査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体からのＡＥ信号を取得し、
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、
この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、
この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する
異常検査方法。
【請求項２】
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出するに際し、
取得した前記回転体からのＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出して、
前記周波数毎の時間変化信号から周波数毎に前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する請求項１に記載の異常検査方法。
【請求項３】
前記予め設定した発生頻度として、前記回転体の固有周波数を用いる請求項１又は２に記載の異常検査方法。
【請求項４】
回転体からのＡＥ信号を取得するＡＥ取得手段と、
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段と、
この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択する選択手段と、
この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する検査手段と、
を備える異常検査装置。
【請求項５】
前記算出手段は、取得した前記回転体からのＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出する時間変化信号算出手段と、
前記周波数毎の時間変化信号から周波数毎に前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する発生頻度算出手段と、を有する請求項１記載の異常検査装置。
【請求項６】
前記予め設定した発生頻度は、前記回転体の固有周波数である請求項１又は２に記載の異常検査装置。
【請求項１】
回転体からのＡＥ信号を取得し、
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出し、
この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択し、
この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する
異常検査方法。
【請求項２】
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出するに際し、
取得した前記回転体からのＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出して、
前記周波数毎の時間変化信号から周波数毎に前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する請求項１に記載の異常検査方法。
【請求項３】
前記予め設定した発生頻度として、前記回転体の固有周波数を用いる請求項１又は２に記載の異常検査方法。
【請求項４】
回転体からのＡＥ信号を取得するＡＥ取得手段と、
取得した前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する算出手段と、
この発生頻度を算出した前記回転体からのＡＥ信号の中から予め設定した発生頻度のＡＥ信号を選択する選択手段と、
この選択したＡＥ信号のうちで周波数が４０ｋＨｚ以下のＡＥ信号のみに基づいて前記回転体の異常の有無を検査する検査手段と、
を備える異常検査装置。
【請求項５】
前記算出手段は、取得した前記回転体からのＡＥ信号から周波数毎の時間変化信号を算出する時間変化信号算出手段と、
前記周波数毎の時間変化信号から周波数毎に前記回転体からのＡＥ信号の発生頻度を算出する発生頻度算出手段と、を有する請求項１記載の異常検査装置。
【請求項６】
前記予め設定した発生頻度は、前記回転体の固有周波数である請求項１又は２に記載の異常検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２８２５（Ｐ２０１３−２８２５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０８６５（Ｐ２０１１−１３０８６５）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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