異常診断装置
【課題】軸受の回転周波数の変動による振動周波数変動の影響を打ち消して、軸受の異常診断を常に高精度に実施できる異常診断装置を提供すること。
【解決手段】軸受２０の振動検出器３１からの振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する検出処理部３０と、検出処理部３０の出力を基に軸受２０の異常診断を行なう診断処理部４０とを備える。検出処理部４０は、Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力するＡ／Ｄ変換器３３と、Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路３４とを備える。ＰＬＬ回路３４は、軸受２０の回転検出器３２からの回転パルスの周波数とＡ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なう。
【解決手段】軸受２０の振動検出器３１からの振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する検出処理部３０と、検出処理部３０の出力を基に軸受２０の異常診断を行なう診断処理部４０とを備える。検出処理部４０は、Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力するＡ／Ｄ変換器３３と、Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路３４とを備える。ＰＬＬ回路３４は、軸受２０の回転検出器３２からの回転パルスの周波数とＡ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鉄道車両、自動車、等といった車両の車軸を支持するために用いられる車軸用軸受等の軸受の傷等の異常を、該軸受を分解することなく、診断することが可能な異常診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の異常診断技術として、鉄道車両の車軸用軸受装置の軸受の振動を振動検出素子で検出し、その検出信号をＡ／Ｄ変換器（アナログ・デジタル変換器）によりサンプリングしてデジタルデータ（量子化されたサンプル値の系列）に変換し、そのデジタルデータを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより振動の周波数スペクトルを算出し、得られた周波数スペクトルのピーク周波数と異常を示す周波数（軸受の回転周波数（即ち、単位時間における回転数）から分かる異常周波数（即ち、その回転周波数における正常周波数域から外れた周波数））との一致度に基づいて異常の有無を診断する技術が知られている（特許文献１、特許文献２、等参照）。この種の技術によれば、軸受を分解することなく、その異常や異常の予兆を客観的に診断することができる。
【特許文献１】特開２００４−１９８３８４号公報
【特許文献２】特表平９−５００４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の異常診断技術では、Ａ／Ｄ変換器によるサンプリング周波数が一定であるため、軸受の回転周波数が変動するとそれに伴って振動周波数も変動し、その影響でＦＦＴにより得られる振動の周波数スペクトルのピークが鈍ってしまう。このため、異常とみなすスペクトルのパワーのしきい値を下げなければならない。よって、異常に起因するピークの誤検出をより改善できると好ましい。また、異常と見なす周波数帯域を設定するために、軸受の回転周波数を基に診断処理部で処理を行なう必要があった。
【０００４】
本発明は、前述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、軸受の回転周波数の変動による振動周波数変動の影響を打ち消すことにより、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りを抑制して、軸受の異常診断を常に高精度に実施でき、且つ、異常と見なす周波数帯域を軸受の諸元を基に事前に設定できる、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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明にかかる異常診断装置は、下記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）を特徴としている。
（１） 軸受の異常を診断する異常診断装置であって、
前記軸受の振動周波数を検出するための振動検出器から出力される振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部と、
前記振動検出処理部の出力を基に前記軸受の異常診断を行なう診断処理部と、
を備え、
前記振動検出処理部におけるサンプリング周波数が前記軸受の回転周波数と比例関係にあること。
（２） 上記（１）の構成の異常診断装置において、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その周波数平均化処理後のパワースペクトルに基づいて前記軸受の異常診断を行なうこと。
（３） 上記（２）の構成の異常診断装置において、
前記診断処理部は、
前記軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて前記軸受の異常診断を行なうこと。（ここで特徴周波数とは、軸受の異常時に特徴的に現れるパワースペクトルのピーク周波数のことである。）
（４） 上記（１）、（２）または（３）の構成の異常診断装置において、
前記振動検出処理部は、
前記振動信号が入力される入力端子およびＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される入力端子を有し、前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に前記振動信号をサンプリングしてその値を示すデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路と、
を備え、
前記ＰＬＬ回路が、
前記軸受の回転周波数を検出するための回転検出器から出力される信号の周波数と前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なうこと。
（５） 上記（１）、（２）、（３）または（４）の構成の異常診断装置において、
軸受の温度を検出するための温度検出器による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部を更に備え、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力と前記温度検出処理部の出力とを基に前記軸受の異常診断を行なうこと。
（６） 上記（１）、（２）、（３）、（４）または（５）の構成の異常診断装置において、
前記軸受が鉄道車両の車軸を支持するための車軸用軸受であること。
【０００６】
上記（１）の構成の異常診断装置によれば、振動検出処理部におけるサンプリング周波数を軸受の回転周波数と比例関係にするので、軸受の回転周波数の変動による振動周波数の変動の影響を打ち消すことができ、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りが抑制され、高精度の異常診断を実施できる。また、異常と見なす周波数帯域を、軸受の回転周波数を基に診断処理部で計算して設定する必要がなく、軸受の諸元を基に事前に設定することができる。
上記（２）の構成の異常診断装置によれば、振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受の異常診断を行なうので、ノイズの影響による誤判定を防止することができる。
上記（３）の構成の異常診断装置によれば、ノイズの影響による誤判定をより確実に防止することができる。即ち、ノイズの影響で特徴周波数のスペクトル強度が見かけ上増大した場合でも、その他の周波数帯におけるスペクトル強度も等しくノイズの影響を受けているため、軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて軸受の異常診断を行なうことにより、異常診断に対するノイズの影響を極力排除することができる。
上記（４）の構成の異常診断装置によれば、ＰＬＬ回路を用いることで、簡単な回路構成で検出処理部におけるサンプリング周波数と軸受の回転周波数とを比例関係にすることができる。
上記（５）の構成の異常診断装置によれば、軸受の異常の診断を、軸受の振動と温度とに基づいて実施するので、より信頼性の高い異常判定を行なうことができる。
上記（６）の構成の異常診断装置によれば、鉄道車両の車軸用軸受の回転速度が変動しても、その車軸用軸受の異常を精度良く検出できるので、鉄道車両の信頼性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受装置の異常診断を常に高精度に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、鉄道車両の車軸用軸受装置における車軸を支持するための軸受の異常の有無を判断する場合を例にとり説明する。
【０００９】
図１は本発明の異常診断装置の形態例を示すブロック図である。この異常診断装置１０は、車軸用軸受装置内の軸受２０から発生する信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部３０と、振動検出処理部３０の出力を基に軸受２０の異常診断を行なう診断処理部４０と、診断処理部４０による診断結果を出力する結果出力部５０と、診断結果に応じた制御信号を鉄道車両の制御系にフィードバックする制御処理部６０と、を備えている。
【００１０】
鉄道車両の車軸用軸受装置内に配置された軸受２０は、車体側ハウジング（不図示）に内嵌する外輪２１と、車軸（不図示）に外嵌し、該車軸とともに回転する内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に転動自在に配設された複数の転動体（ボール又は、ころ）２３と、を備えた転がり軸受である。
【００１１】
異常診断装置１０は、軸受２０の摩耗や破損による異常の発生およびその予兆を検出するものである。
【００１２】
異常診断装置１０の振動検出処理部３０は、振動検出器３１と、回転検出器３２と、Ａ／Ｄ変換器３３と、ＰＬＬ（Phase locked loop）回路３４と、を備えている。尚、異常診断装置１０の検出処理部３０に振動検出器３１および回転検出器３２を設けず、代わりに車軸用軸受装置に振動検出器３１および回転検出器３２を設けてもよい。
【００１３】
振動検出器３１は、軸受２０の内輪２２の回転に伴って発生する軸受２０の振動を検出するための検出器であり、検出した振動の振動周波数およびその強度（加速度）を示すアナログ信号（振動信号）を出力する。
【００１４】
回転検出器３２は、軸受２０の内輪２２の回転の回転周波数を検出するための検出器であり、軸受２０が回転する毎に所定数（例えば、６０）のパルス信号（回転パルス）を出力する。
【００１５】
振動検出器３１の出力信号（振動信号）はＡ／Ｄ変換器３３の変換対象信号入力端子に入力される。回転検出器３２の出力信号はＰＬＬ回路３４に入力される。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器３３には、変換対象信号入力端子の他に、Ａ／Ｄ変換トリガ入力端子を備えており、Ａ／Ｄ変換トリガ信号入力端子には、ＰＬＬ回路３４の出力信号（Ａ／Ｄ変換トリガパルス）が入力される。
【００１７】
ＰＬＬ回路３４は、位相比較器３５と、ループフィルタ３６と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３７と、分周器３８と、を備えている。
【００１８】
位相比較器３５には、回転検出器３２から出力される回転パルスと、ＶＣＯ３７からのＡ／Ｄ変換トリガパルスを分周器３８で分周して得られる分周パルスとが入力される。そして、位相比較器３５は、回転パルスと分周パルスとの位相差に応じたパルス信号を出力する。このパルス信号がループフィルタ３６に入力される。
【００１９】
ループフィルタ３６は、入力されたパルス信号に応じた直流信号を出力する。即ち、ループフィルタ３６からは、回転パルスと分周パルスとの位相差に応じた電圧の直流信号が出力される。この直流信号がＶＣＯ３７に入力される。
【００２０】
ＶＣＯ３７は、入力電圧に応じた周波数のパルス信号を出力する。このパルス信号がＡ／Ｄ変換トリガパルスとしてＡ／Ｄ変換器３３のＡ／Ｄ変換トリガ入力端子に入力される。
このように、ＰＬＬ回路３４は、二つの入力パルス、即ち、回転検出器３２からの回転パルスと分周器３８からの分周パルスの両者の位相が一致するように同期引き込みを行なっている。これにより、回転パルスの周波数とＡ／Ｄ変換トリガパルスの周波数との間に比例関係を持たせることができる。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器３３は、振動検出器３１からの振動信号をＰＬＬ回路３４からのＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度にサンプリングし、その値を示すデジタル信号を出力する。即ち、Ａ／Ｄ変換器３３は、Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数をサンプリング周波数として振動信号をサンプリングする。
【００２２】
診断処理部４０は、Ａ／Ｄ変換器３３の出力をＦＦＴする（即ち、高速フーリエ変換する）ことにより振動の周波数スペクトルを算出し、得られた周波数スペクトルのピーク周波数と異常を示す周波数との一致度等に基づいて異常の有無を診断する。
【００２３】
診断結果出力部５０は、診断処理部４０による診断結果をＬＣＤ（即ち、液晶表示装置）などを用いたモニタ装置に表示する。
【００２４】
制御処理部６０は、診断処理部４０による診断結果に応じた制御信号を鉄道車両の制御系にフィードバックする。鉄道車両の制御系は、車両走行中、診断処理部４０からフィードバックされる診断結果を常時監視し、軸受２０の異常あるいはその予兆が検知されたときには、速やかにしかるべき対処動作を実施する。
【００２５】
上記のように、この形態例の異常診断装置１０によれば、振動検出処理部３０のＡ／Ｄ変換器３３におけるサンプリング周波数を、軸受２０の回転周波数と比例関係にするので、軸受２０の回転周波数の変動による振動周波数の変動の影響を打ち消すことができ、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りが抑制され、高精度の異常診断を実施できる。また、異常と見なす周波数帯域を、軸受の回転周波数を基に診断処理部４０で計算して設定する必要がなく、軸受の諸元を基に事前に設定することができる。
【００２６】
ここで、異常と見なす周波数帯域を、軸受の諸元を基に事前に設定できる理由について説明する。
【００２７】
下記の表１は、軸受２０の各部材の欠陥、具体的には、傷と、各部材で発生する異常振動周波数（エンベロープ処理後の周波数）との関係を示している。
【００２８】
【表１】
【００２９】
この関係から明らかなように、各異常振動周波数において、内輪回転周波数ｆｒ以外のパラメータ（ｆｉ、ｆｃ、ｆｂ）は、軸受諸元を用いてｆｒの定数倍として表すことができる。
【００３０】
従って、内輪回転周波数ｆｒ以外のパラメータ（ｆｉ、ｆｃ、ｆｂ）は、ｆｒで正規化することができれば、軸受諸元から全て算定できることになる。即ち、ｆｒ＝１と置くことができれば、外輪異常振動周波数Ｚｆｃなど診断対象の周波数は軸受諸元から求めることが可能となる。
【００３１】
ＦＦＴによって得られるデータの周波数軸の分解能Δｆは、サンプリングの周波数ｆｓおよびデータ数Ｎによって決まる。即ち、Δｆ＝ｆｓ／Ｎという関係が成り立つ。よって、サンプリングのデータ数Ｎを一定とすれば、サンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒに比例させることで、サンプリング周波数ｆｓに対する診断対象の周波数スペクトル相対位置が一定になる。
【００３２】
従って、軸受２０の回転変動が発生しても、ＦＦＴによって得られるデータの周波数軸の分解能Δｆが変動することで、振動周波数の変動を見かけ上キャンセルすることができる。たとえば、外輪異常振動周波数Ｚｆｃに関しては、常にサンプリング周波数ｆｓがＺｆｃの定数倍となっているため、サンプリング周波数ｆｓに対する外輪異常振動周波数Ｚｆｃの周波数スペクトル相対位置が常に等しくなる。つまり、Ｚｆｃはｆｒで正規化することが可能となる。
【００３３】
以上の説明から分かるように、Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数と軸受２０の回転周波数ｆｒとを比例関係にすることにより、ＦＦＴによって得られるスペクトルを回転周波数ｆｒで正規化することができ、回転周波数ｆｒの変動による周波数スペクトルの位相シフトを見かけ上キャンセルすることが可能である。つまり、異常と見なす周波数帯域を、ＦＦＴのデータの帯域内において軸受諸元から事前に設定することが可能となる。
【００３４】
図２は診断処理部４０における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
診断処理部４０は、振動検出処理部３０の出力をＦＦＴにより周波数解析することにより得られるパワースペクトルを各周波数毎に平均化し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受２０の異常診断を行なう。その際、振動検出処理部３０は、まず周波数解析回数の値Ｎを初期値（Ｎ＝０）にセットする（即ち、ステップＳ１）。その後、検出処理部３０からの振動データ（即ち、Ａ／Ｄ変換器３３の出力）の取得（即ち、ステップＳ２）、取得した振動データから不要な周波数帯域の信号を取り除くフィルタ処理（即ち、ステップＳ３）、抽出された所定の周波数帯域の信号のエンベロープ（包絡線波形）を検波するエンベロープ処理（即ち、ステップＳ４）を順次実施する。そして、エンベロープ処理（即ち、ステップＳ４）により得られたエンベロープの周波数解析を実施する（即ち、ステップＳ５）。得られたパワースペクトルのデータはメモリに蓄積・保存しておく。その後、周波数解析回数の値Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）し（即ち、ステップＳ６）、その値Ｎが予め設定された値（この例では９）以上であるか否かを調べる（即ち、ステップＳ７）。値Ｎが設定値未満であれば（即ち、ステップＳ７で“Ｎｏ”の場合）、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理を再度行なう。そして、値Ｎが設定値以上になったら（即ち、ステップＳ７で“Ｙｅｓ”の場合）、即ち、周波数解析を所定回数（この例では１０回）実施し終えたら、メモリに保存されている上記所定回数分のパワースペクトルの各周波数における平均化処理（周波数平均化処理）を行なう（即ち、ステップＳ８）。
【００３５】
その後、軸受諸元から回転部品の損傷に起因する軸受２０の回転周波数ｆｒで正規化された各傷成分の特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）を事前に設定し、その周波数帯域のスペクトル強度（パワー）を周波数平均化処理を行なったパワースペクトルから抽出する（即ち、ステップＳ９）。
【００３６】
そして、その他の周波数帯域のスペクトル強度（パワー）の平均値を計算し（即ち、ステップＳ１０）、その平均値に基づいて基準値を設定し（即ち、ステップＳ１１）、この基準値と各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）とを比較する（即ち、ステップＳ１２）。
【００３７】
その結果、各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）が基準値以下であれば（即ち、ステップＳ１２で“Ｎｏ”の場合）、軸受２０に異常なしと判定する（即ち、ステップＳ１３）。一方、各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）が基準値を超えていたならば（即ち、ステップＳ１２で“Ｙｅｓ”の場合）、軸受２０に異常ありと判断して異常部位を特定し、その結果を結果出力部５０に表示させる（即ち、ステップＳ１４）。
【００３８】
上記のように、振動検出処理部３０の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルを各周波数毎に平均化し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受２０の異常診断を行なうことにより、ノイズの影響による誤判定を防止することができる。即ち、軸受２０自体には何ら異常が無いときでも、突発的なノイズにより特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）の信号が検出されることがあるが、検出信号のパワースペクトルを各周波数毎に平均化することによりノイズの影響を軽減することができる。
【００３９】
更にこの実施形態の例では、軸受２０の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて軸受２０の異常診断を行なっているので、異常診断に対するノイズの影響を極力排して、極めて信頼性の高い診断を実施できる。即ち、軸受２０自体には何ら異常が無いときでも、ノイズの影響により見かけ上特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）の帯域にスペクトル強度のピークが検出されることがあるが、その他の周波数帯のスペクトルもノイズの影響により見かけ上スペクトル強度が増大するため、両者の比に基づいて診断を行なうことにより、ノイズの影響による誤判定を無くすことができる。
【００４０】
図３は本発明の異常診断装置の別の形態例を示すブロック図である。図３に示される形態例おいて、既に説明した図１の形態例と同様な構成要素には同一符号あるいは相当符号を付して説明を簡略化または省略する。この異常診断装置１０Ａの振動検出処理部３０Ａでは、軸受２０の回転周波数ｆｒを回転検出器３２により直流電圧として検出している。この場合、軸受２０からの速度信号、つまり、回転周波数ｆｒに比例した直流信号をＶＣＯ３７に入力することで、回転周波数ｆｒの変動に比例的に追従したパルス信号を得ることができる。このパルス信号をＡ／Ｄ変換トリガパルスとしてＡ／Ｄ変換器３３に与えることにより、Ａ／Ｄ変換器３３におけるサンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒと比例関係にすることができる。従って、図１の場合と同様、軸受２０の回転周波数ｆｒの変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りを抑制して高精度に異常診断を実施でき、且つ異常と見なす周波数帯域を軸受２０の諸元を基に事前に設定することができる。そして、図２のフロー図に示した診断処理を実施することにより、ノイズの影響を極力排して、極めて信頼性の高い診断を実施できる。
【００４１】
図４は本発明の異常診断装置のさらに別の形態例を示すブロック図である。図４に示される形態例おいて、既に説明した図１の形態例と同様な構成要素には同一符号あるいは相当符号を付して説明を簡略化または省略する。この異常診断装置７０は、図１の装置構成に加えて、軸受２０の温度を検出するための温度検出器７１と、この温度検出器７１による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部（Ａ／Ｄ変換器）７２とを更に備えている。診断処理部４０は、振動検出処理部３０の出力と温度検出処理部７２の出力とを基に軸受２０の異常診断を行なう。
【００４２】
図５は図４に示す異常診断装置７０の診断処理部４０における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
診断処理部４０は、異常診断を行なう際、まず温度データ取得回数の値Ｍを初期値（Ｍ＝０）にセットするとともに（即ち、ステップＳ２１）、温度異常閾値の設定を行なう（即ち、ステップＳ２２）。温度異常閾値は、実測または理論計算に基づいて選定され、オペレータによって入力される。そして、図２のフローに従って軸受２０の振動による異常診断処理を実施した後（即ち、ステップＳ２３）、軸受２０の温度データを温度検出処理部７２より取得する（即ち、ステップＳ２４）。取得した温度データを移動平均処理することにより（即ち、ステップＳ２５）、温度検出処理部７２でのＡＤ変換時に重畳したノイズの影響を低減させる。移動平均処理した温度データはメモリに保存しておく。その後、温度データ取得回数の値Ｍをインクリメント（Ｍ＝Ｍ＋１）し（即ち、ステップＳ２７）、その値Ｍが予め設定された値（この例では９）以上であるか否かを調べる（即ち、ステップＳ２８）。値Ｍが設定値未満であれば（即ち、ステップＳ２７で“Ｎｏ”の場合）、ステップＳ２３に戻り、それ以降の処理を再度行なう。そして、値Ｍが設定値以上になったら（即ち、ステップＳ２７で“Ｙｅｓ”の場合）、即ち、温度データの移動平均処理を所定回数（この例では１０回）実施し終えたら、メモリに保存されている移動平均処理後の温度データの値と温度異常閾値とを比較する（即ち、ステップＳ２８）。
【００４３】
その結果、移動平均処理後の温度データの値が温度異常閾未満であれば（即ち、ステップＳ２８で“Ｎｏ”の場合）、軸受２０に異常なしと判定する（即ち、ステップＳ２９）。一方、移動平均処理後の温度データの値が温度異常閾以上であるならば（即ち、ステップＳ２８で“Ｙｅｓ”の場合）、軸受２０に温度異常ありと判断してその旨を結果出力部５０に表示させる（即ち、ステップＳ３０）。従って、異常結果出力部５０には、ステップＳ２３による軸受２０の振動に基づく診断結果とともに、軸受２０の温度に基づく診断結果が表示される。
【００４４】
上記のように、この異常診断装置７０によれば、軸受２０の振動に基づく異常判定に加えて、軸受２０の温度に基づく異常判定を行なうことができるので、より信頼性の高い異常判定を行なうことができる。
【００４５】
尚、温度による異常判定はその時々の軸受２０の温度に基づいてなされるので、振動による異常判定の場合のようにサンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒに比例させるといった処理を行なう必要はない。よって、温度による異常判定処理は振動による異常判定処理の合間に行なうことが可能である。従って、上記の形態例では振動用の温度用にＡ／Ｄ変換器を別々に設けたが、一つのＡ／Ｄ変換器で共用することも可能である。
【００４６】
以上、説明したように、本発明の効果としては、
（Ａ） 被測定軸受の回転速度変動によるスペクトルピークの鈍りを無くせること、
（Ｂ） 表１及び、軸受の回転周波数ｆｒとサンプリング周波数ｆｓとの関係から、特徴周波数をＦＦＴ処理後のデータの帯域内で軸受諸元から事前に設定することが可能、つまり周波数軸上のｋ番目のパワーを調べることで特徴周波数のパワーを得ることが可能となること（ｋは傷の位置等で変化する。）、
が挙げられる。
【００４７】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、実施形態の組み合わせ、等が可能である。その他、上述した各実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４８】
例えば、上述した実施形態各々では、パルス信号を出力する回転検出器を用いたが、これに限定される必要は無く、正弦波信号を出力する検出器を用いることも可能である。ただし、この場合、正弦波信号をコンパレータ等を用いてパルス信号に整形する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の異常診断装置の形態例を示すブロック図である。
【図２】図１の異常診断装置の診断処理部における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
【図３】本発明の異常診断装置の別の形態例を示すブロック図である。
【図４】本発明の異常診断装置のさらに別の形態例を示すブロック図である。
【図５】図４の異常診断装置の診断処理部における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 異常診断装置
２０ 軸受
３０ 振動検出処理部
３１ 振動検出器
３２ 回転検出器
３３ Ａ／Ｄ変換器
３４ ＰＬＬ回路
４０ 診断処理部
５０ 結果出力部
６０ 制御処理部
７０ 異常診断装置
７１ 温度検出器
７２ 温度検出処理部（Ａ／Ｄ変換器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鉄道車両、自動車、等といった車両の車軸を支持するために用いられる車軸用軸受等の軸受の傷等の異常を、該軸受を分解することなく、診断することが可能な異常診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の異常診断技術として、鉄道車両の車軸用軸受装置の軸受の振動を振動検出素子で検出し、その検出信号をＡ／Ｄ変換器（アナログ・デジタル変換器）によりサンプリングしてデジタルデータ（量子化されたサンプル値の系列）に変換し、そのデジタルデータを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより振動の周波数スペクトルを算出し、得られた周波数スペクトルのピーク周波数と異常を示す周波数（軸受の回転周波数（即ち、単位時間における回転数）から分かる異常周波数（即ち、その回転周波数における正常周波数域から外れた周波数））との一致度に基づいて異常の有無を診断する技術が知られている（特許文献１、特許文献２、等参照）。この種の技術によれば、軸受を分解することなく、その異常や異常の予兆を客観的に診断することができる。
【特許文献１】特開２００４−１９８３８４号公報
【特許文献２】特表平９−５００４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の異常診断技術では、Ａ／Ｄ変換器によるサンプリング周波数が一定であるため、軸受の回転周波数が変動するとそれに伴って振動周波数も変動し、その影響でＦＦＴにより得られる振動の周波数スペクトルのピークが鈍ってしまう。このため、異常とみなすスペクトルのパワーのしきい値を下げなければならない。よって、異常に起因するピークの誤検出をより改善できると好ましい。また、異常と見なす周波数帯域を設定するために、軸受の回転周波数を基に診断処理部で処理を行なう必要があった。
【０００４】
本発明は、前述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、軸受の回転周波数の変動による振動周波数変動の影響を打ち消すことにより、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りを抑制して、軸受の異常診断を常に高精度に実施でき、且つ、異常と見なす周波数帯域を軸受の諸元を基に事前に設定できる、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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明にかかる異常診断装置は、下記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）を特徴としている。
（１） 軸受の異常を診断する異常診断装置であって、
前記軸受の振動周波数を検出するための振動検出器から出力される振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部と、
前記振動検出処理部の出力を基に前記軸受の異常診断を行なう診断処理部と、
を備え、
前記振動検出処理部におけるサンプリング周波数が前記軸受の回転周波数と比例関係にあること。
（２） 上記（１）の構成の異常診断装置において、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その周波数平均化処理後のパワースペクトルに基づいて前記軸受の異常診断を行なうこと。
（３） 上記（２）の構成の異常診断装置において、
前記診断処理部は、
前記軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて前記軸受の異常診断を行なうこと。（ここで特徴周波数とは、軸受の異常時に特徴的に現れるパワースペクトルのピーク周波数のことである。）
（４） 上記（１）、（２）または（３）の構成の異常診断装置において、
前記振動検出処理部は、
前記振動信号が入力される入力端子およびＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される入力端子を有し、前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に前記振動信号をサンプリングしてその値を示すデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路と、
を備え、
前記ＰＬＬ回路が、
前記軸受の回転周波数を検出するための回転検出器から出力される信号の周波数と前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なうこと。
（５） 上記（１）、（２）、（３）または（４）の構成の異常診断装置において、
軸受の温度を検出するための温度検出器による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部を更に備え、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力と前記温度検出処理部の出力とを基に前記軸受の異常診断を行なうこと。
（６） 上記（１）、（２）、（３）、（４）または（５）の構成の異常診断装置において、
前記軸受が鉄道車両の車軸を支持するための車軸用軸受であること。
【０００６】
上記（１）の構成の異常診断装置によれば、振動検出処理部におけるサンプリング周波数を軸受の回転周波数と比例関係にするので、軸受の回転周波数の変動による振動周波数の変動の影響を打ち消すことができ、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りが抑制され、高精度の異常診断を実施できる。また、異常と見なす周波数帯域を、軸受の回転周波数を基に診断処理部で計算して設定する必要がなく、軸受の諸元を基に事前に設定することができる。
上記（２）の構成の異常診断装置によれば、振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受の異常診断を行なうので、ノイズの影響による誤判定を防止することができる。
上記（３）の構成の異常診断装置によれば、ノイズの影響による誤判定をより確実に防止することができる。即ち、ノイズの影響で特徴周波数のスペクトル強度が見かけ上増大した場合でも、その他の周波数帯におけるスペクトル強度も等しくノイズの影響を受けているため、軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて軸受の異常診断を行なうことにより、異常診断に対するノイズの影響を極力排除することができる。
上記（４）の構成の異常診断装置によれば、ＰＬＬ回路を用いることで、簡単な回路構成で検出処理部におけるサンプリング周波数と軸受の回転周波数とを比例関係にすることができる。
上記（５）の構成の異常診断装置によれば、軸受の異常の診断を、軸受の振動と温度とに基づいて実施するので、より信頼性の高い異常判定を行なうことができる。
上記（６）の構成の異常診断装置によれば、鉄道車両の車軸用軸受の回転速度が変動しても、その車軸用軸受の異常を精度良く検出できるので、鉄道車両の信頼性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受装置の異常診断を常に高精度に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、鉄道車両の車軸用軸受装置における車軸を支持するための軸受の異常の有無を判断する場合を例にとり説明する。
【０００９】
図１は本発明の異常診断装置の形態例を示すブロック図である。この異常診断装置１０は、車軸用軸受装置内の軸受２０から発生する信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部３０と、振動検出処理部３０の出力を基に軸受２０の異常診断を行なう診断処理部４０と、診断処理部４０による診断結果を出力する結果出力部５０と、診断結果に応じた制御信号を鉄道車両の制御系にフィードバックする制御処理部６０と、を備えている。
【００１０】
鉄道車両の車軸用軸受装置内に配置された軸受２０は、車体側ハウジング（不図示）に内嵌する外輪２１と、車軸（不図示）に外嵌し、該車軸とともに回転する内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に転動自在に配設された複数の転動体（ボール又は、ころ）２３と、を備えた転がり軸受である。
【００１１】
異常診断装置１０は、軸受２０の摩耗や破損による異常の発生およびその予兆を検出するものである。
【００１２】
異常診断装置１０の振動検出処理部３０は、振動検出器３１と、回転検出器３２と、Ａ／Ｄ変換器３３と、ＰＬＬ（Phase locked loop）回路３４と、を備えている。尚、異常診断装置１０の検出処理部３０に振動検出器３１および回転検出器３２を設けず、代わりに車軸用軸受装置に振動検出器３１および回転検出器３２を設けてもよい。
【００１３】
振動検出器３１は、軸受２０の内輪２２の回転に伴って発生する軸受２０の振動を検出するための検出器であり、検出した振動の振動周波数およびその強度（加速度）を示すアナログ信号（振動信号）を出力する。
【００１４】
回転検出器３２は、軸受２０の内輪２２の回転の回転周波数を検出するための検出器であり、軸受２０が回転する毎に所定数（例えば、６０）のパルス信号（回転パルス）を出力する。
【００１５】
振動検出器３１の出力信号（振動信号）はＡ／Ｄ変換器３３の変換対象信号入力端子に入力される。回転検出器３２の出力信号はＰＬＬ回路３４に入力される。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器３３には、変換対象信号入力端子の他に、Ａ／Ｄ変換トリガ入力端子を備えており、Ａ／Ｄ変換トリガ信号入力端子には、ＰＬＬ回路３４の出力信号（Ａ／Ｄ変換トリガパルス）が入力される。
【００１７】
ＰＬＬ回路３４は、位相比較器３５と、ループフィルタ３６と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３７と、分周器３８と、を備えている。
【００１８】
位相比較器３５には、回転検出器３２から出力される回転パルスと、ＶＣＯ３７からのＡ／Ｄ変換トリガパルスを分周器３８で分周して得られる分周パルスとが入力される。そして、位相比較器３５は、回転パルスと分周パルスとの位相差に応じたパルス信号を出力する。このパルス信号がループフィルタ３６に入力される。
【００１９】
ループフィルタ３６は、入力されたパルス信号に応じた直流信号を出力する。即ち、ループフィルタ３６からは、回転パルスと分周パルスとの位相差に応じた電圧の直流信号が出力される。この直流信号がＶＣＯ３７に入力される。
【００２０】
ＶＣＯ３７は、入力電圧に応じた周波数のパルス信号を出力する。このパルス信号がＡ／Ｄ変換トリガパルスとしてＡ／Ｄ変換器３３のＡ／Ｄ変換トリガ入力端子に入力される。
このように、ＰＬＬ回路３４は、二つの入力パルス、即ち、回転検出器３２からの回転パルスと分周器３８からの分周パルスの両者の位相が一致するように同期引き込みを行なっている。これにより、回転パルスの周波数とＡ／Ｄ変換トリガパルスの周波数との間に比例関係を持たせることができる。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器３３は、振動検出器３１からの振動信号をＰＬＬ回路３４からのＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度にサンプリングし、その値を示すデジタル信号を出力する。即ち、Ａ／Ｄ変換器３３は、Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数をサンプリング周波数として振動信号をサンプリングする。
【００２２】
診断処理部４０は、Ａ／Ｄ変換器３３の出力をＦＦＴする（即ち、高速フーリエ変換する）ことにより振動の周波数スペクトルを算出し、得られた周波数スペクトルのピーク周波数と異常を示す周波数との一致度等に基づいて異常の有無を診断する。
【００２３】
診断結果出力部５０は、診断処理部４０による診断結果をＬＣＤ（即ち、液晶表示装置）などを用いたモニタ装置に表示する。
【００２４】
制御処理部６０は、診断処理部４０による診断結果に応じた制御信号を鉄道車両の制御系にフィードバックする。鉄道車両の制御系は、車両走行中、診断処理部４０からフィードバックされる診断結果を常時監視し、軸受２０の異常あるいはその予兆が検知されたときには、速やかにしかるべき対処動作を実施する。
【００２５】
上記のように、この形態例の異常診断装置１０によれば、振動検出処理部３０のＡ／Ｄ変換器３３におけるサンプリング周波数を、軸受２０の回転周波数と比例関係にするので、軸受２０の回転周波数の変動による振動周波数の変動の影響を打ち消すことができ、回転周波数の変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りが抑制され、高精度の異常診断を実施できる。また、異常と見なす周波数帯域を、軸受の回転周波数を基に診断処理部４０で計算して設定する必要がなく、軸受の諸元を基に事前に設定することができる。
【００２６】
ここで、異常と見なす周波数帯域を、軸受の諸元を基に事前に設定できる理由について説明する。
【００２７】
下記の表１は、軸受２０の各部材の欠陥、具体的には、傷と、各部材で発生する異常振動周波数（エンベロープ処理後の周波数）との関係を示している。
【００２８】
【表１】
【００２９】
この関係から明らかなように、各異常振動周波数において、内輪回転周波数ｆｒ以外のパラメータ（ｆｉ、ｆｃ、ｆｂ）は、軸受諸元を用いてｆｒの定数倍として表すことができる。
【００３０】
従って、内輪回転周波数ｆｒ以外のパラメータ（ｆｉ、ｆｃ、ｆｂ）は、ｆｒで正規化することができれば、軸受諸元から全て算定できることになる。即ち、ｆｒ＝１と置くことができれば、外輪異常振動周波数Ｚｆｃなど診断対象の周波数は軸受諸元から求めることが可能となる。
【００３１】
ＦＦＴによって得られるデータの周波数軸の分解能Δｆは、サンプリングの周波数ｆｓおよびデータ数Ｎによって決まる。即ち、Δｆ＝ｆｓ／Ｎという関係が成り立つ。よって、サンプリングのデータ数Ｎを一定とすれば、サンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒに比例させることで、サンプリング周波数ｆｓに対する診断対象の周波数スペクトル相対位置が一定になる。
【００３２】
従って、軸受２０の回転変動が発生しても、ＦＦＴによって得られるデータの周波数軸の分解能Δｆが変動することで、振動周波数の変動を見かけ上キャンセルすることができる。たとえば、外輪異常振動周波数Ｚｆｃに関しては、常にサンプリング周波数ｆｓがＺｆｃの定数倍となっているため、サンプリング周波数ｆｓに対する外輪異常振動周波数Ｚｆｃの周波数スペクトル相対位置が常に等しくなる。つまり、Ｚｆｃはｆｒで正規化することが可能となる。
【００３３】
以上の説明から分かるように、Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数と軸受２０の回転周波数ｆｒとを比例関係にすることにより、ＦＦＴによって得られるスペクトルを回転周波数ｆｒで正規化することができ、回転周波数ｆｒの変動による周波数スペクトルの位相シフトを見かけ上キャンセルすることが可能である。つまり、異常と見なす周波数帯域を、ＦＦＴのデータの帯域内において軸受諸元から事前に設定することが可能となる。
【００３４】
図２は診断処理部４０における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
診断処理部４０は、振動検出処理部３０の出力をＦＦＴにより周波数解析することにより得られるパワースペクトルを各周波数毎に平均化し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受２０の異常診断を行なう。その際、振動検出処理部３０は、まず周波数解析回数の値Ｎを初期値（Ｎ＝０）にセットする（即ち、ステップＳ１）。その後、検出処理部３０からの振動データ（即ち、Ａ／Ｄ変換器３３の出力）の取得（即ち、ステップＳ２）、取得した振動データから不要な周波数帯域の信号を取り除くフィルタ処理（即ち、ステップＳ３）、抽出された所定の周波数帯域の信号のエンベロープ（包絡線波形）を検波するエンベロープ処理（即ち、ステップＳ４）を順次実施する。そして、エンベロープ処理（即ち、ステップＳ４）により得られたエンベロープの周波数解析を実施する（即ち、ステップＳ５）。得られたパワースペクトルのデータはメモリに蓄積・保存しておく。その後、周波数解析回数の値Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）し（即ち、ステップＳ６）、その値Ｎが予め設定された値（この例では９）以上であるか否かを調べる（即ち、ステップＳ７）。値Ｎが設定値未満であれば（即ち、ステップＳ７で“Ｎｏ”の場合）、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理を再度行なう。そして、値Ｎが設定値以上になったら（即ち、ステップＳ７で“Ｙｅｓ”の場合）、即ち、周波数解析を所定回数（この例では１０回）実施し終えたら、メモリに保存されている上記所定回数分のパワースペクトルの各周波数における平均化処理（周波数平均化処理）を行なう（即ち、ステップＳ８）。
【００３５】
その後、軸受諸元から回転部品の損傷に起因する軸受２０の回転周波数ｆｒで正規化された各傷成分の特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）を事前に設定し、その周波数帯域のスペクトル強度（パワー）を周波数平均化処理を行なったパワースペクトルから抽出する（即ち、ステップＳ９）。
【００３６】
そして、その他の周波数帯域のスペクトル強度（パワー）の平均値を計算し（即ち、ステップＳ１０）、その平均値に基づいて基準値を設定し（即ち、ステップＳ１１）、この基準値と各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）とを比較する（即ち、ステップＳ１２）。
【００３７】
その結果、各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）が基準値以下であれば（即ち、ステップＳ１２で“Ｎｏ”の場合）、軸受２０に異常なしと判定する（即ち、ステップＳ１３）。一方、各特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）が基準値を超えていたならば（即ち、ステップＳ１２で“Ｙｅｓ”の場合）、軸受２０に異常ありと判断して異常部位を特定し、その結果を結果出力部５０に表示させる（即ち、ステップＳ１４）。
【００３８】
上記のように、振動検出処理部３０の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルを各周波数毎に平均化し、その平均化されたパワースペクトルに基づいて軸受２０の異常診断を行なうことにより、ノイズの影響による誤判定を防止することができる。即ち、軸受２０自体には何ら異常が無いときでも、突発的なノイズにより特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）の信号が検出されることがあるが、検出信号のパワースペクトルを各周波数毎に平均化することによりノイズの影響を軽減することができる。
【００３９】
更にこの実施形態の例では、軸受２０の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて軸受２０の異常診断を行なっているので、異常診断に対するノイズの影響を極力排して、極めて信頼性の高い診断を実施できる。即ち、軸受２０自体には何ら異常が無いときでも、ノイズの影響により見かけ上特徴周波数（Ｚｆｉ，Ｚｆｃ，２ｆｂ，ｆｃ）の帯域にスペクトル強度のピークが検出されることがあるが、その他の周波数帯のスペクトルもノイズの影響により見かけ上スペクトル強度が増大するため、両者の比に基づいて診断を行なうことにより、ノイズの影響による誤判定を無くすことができる。
【００４０】
図３は本発明の異常診断装置の別の形態例を示すブロック図である。図３に示される形態例おいて、既に説明した図１の形態例と同様な構成要素には同一符号あるいは相当符号を付して説明を簡略化または省略する。この異常診断装置１０Ａの振動検出処理部３０Ａでは、軸受２０の回転周波数ｆｒを回転検出器３２により直流電圧として検出している。この場合、軸受２０からの速度信号、つまり、回転周波数ｆｒに比例した直流信号をＶＣＯ３７に入力することで、回転周波数ｆｒの変動に比例的に追従したパルス信号を得ることができる。このパルス信号をＡ／Ｄ変換トリガパルスとしてＡ／Ｄ変換器３３に与えることにより、Ａ／Ｄ変換器３３におけるサンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒと比例関係にすることができる。従って、図１の場合と同様、軸受２０の回転周波数ｆｒの変動による振動の周波数スペクトルのピークの鈍りを抑制して高精度に異常診断を実施でき、且つ異常と見なす周波数帯域を軸受２０の諸元を基に事前に設定することができる。そして、図２のフロー図に示した診断処理を実施することにより、ノイズの影響を極力排して、極めて信頼性の高い診断を実施できる。
【００４１】
図４は本発明の異常診断装置のさらに別の形態例を示すブロック図である。図４に示される形態例おいて、既に説明した図１の形態例と同様な構成要素には同一符号あるいは相当符号を付して説明を簡略化または省略する。この異常診断装置７０は、図１の装置構成に加えて、軸受２０の温度を検出するための温度検出器７１と、この温度検出器７１による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部（Ａ／Ｄ変換器）７２とを更に備えている。診断処理部４０は、振動検出処理部３０の出力と温度検出処理部７２の出力とを基に軸受２０の異常診断を行なう。
【００４２】
図５は図４に示す異常診断装置７０の診断処理部４０における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
診断処理部４０は、異常診断を行なう際、まず温度データ取得回数の値Ｍを初期値（Ｍ＝０）にセットするとともに（即ち、ステップＳ２１）、温度異常閾値の設定を行なう（即ち、ステップＳ２２）。温度異常閾値は、実測または理論計算に基づいて選定され、オペレータによって入力される。そして、図２のフローに従って軸受２０の振動による異常診断処理を実施した後（即ち、ステップＳ２３）、軸受２０の温度データを温度検出処理部７２より取得する（即ち、ステップＳ２４）。取得した温度データを移動平均処理することにより（即ち、ステップＳ２５）、温度検出処理部７２でのＡＤ変換時に重畳したノイズの影響を低減させる。移動平均処理した温度データはメモリに保存しておく。その後、温度データ取得回数の値Ｍをインクリメント（Ｍ＝Ｍ＋１）し（即ち、ステップＳ２７）、その値Ｍが予め設定された値（この例では９）以上であるか否かを調べる（即ち、ステップＳ２８）。値Ｍが設定値未満であれば（即ち、ステップＳ２７で“Ｎｏ”の場合）、ステップＳ２３に戻り、それ以降の処理を再度行なう。そして、値Ｍが設定値以上になったら（即ち、ステップＳ２７で“Ｙｅｓ”の場合）、即ち、温度データの移動平均処理を所定回数（この例では１０回）実施し終えたら、メモリに保存されている移動平均処理後の温度データの値と温度異常閾値とを比較する（即ち、ステップＳ２８）。
【００４３】
その結果、移動平均処理後の温度データの値が温度異常閾未満であれば（即ち、ステップＳ２８で“Ｎｏ”の場合）、軸受２０に異常なしと判定する（即ち、ステップＳ２９）。一方、移動平均処理後の温度データの値が温度異常閾以上であるならば（即ち、ステップＳ２８で“Ｙｅｓ”の場合）、軸受２０に温度異常ありと判断してその旨を結果出力部５０に表示させる（即ち、ステップＳ３０）。従って、異常結果出力部５０には、ステップＳ２３による軸受２０の振動に基づく診断結果とともに、軸受２０の温度に基づく診断結果が表示される。
【００４４】
上記のように、この異常診断装置７０によれば、軸受２０の振動に基づく異常判定に加えて、軸受２０の温度に基づく異常判定を行なうことができるので、より信頼性の高い異常判定を行なうことができる。
【００４５】
尚、温度による異常判定はその時々の軸受２０の温度に基づいてなされるので、振動による異常判定の場合のようにサンプリング周波数ｆｓを軸受２０の回転周波数ｆｒに比例させるといった処理を行なう必要はない。よって、温度による異常判定処理は振動による異常判定処理の合間に行なうことが可能である。従って、上記の形態例では振動用の温度用にＡ／Ｄ変換器を別々に設けたが、一つのＡ／Ｄ変換器で共用することも可能である。
【００４６】
以上、説明したように、本発明の効果としては、
（Ａ） 被測定軸受の回転速度変動によるスペクトルピークの鈍りを無くせること、
（Ｂ） 表１及び、軸受の回転周波数ｆｒとサンプリング周波数ｆｓとの関係から、特徴周波数をＦＦＴ処理後のデータの帯域内で軸受諸元から事前に設定することが可能、つまり周波数軸上のｋ番目のパワーを調べることで特徴周波数のパワーを得ることが可能となること（ｋは傷の位置等で変化する。）、
が挙げられる。
【００４７】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、実施形態の組み合わせ、等が可能である。その他、上述した各実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４８】
例えば、上述した実施形態各々では、パルス信号を出力する回転検出器を用いたが、これに限定される必要は無く、正弦波信号を出力する検出器を用いることも可能である。ただし、この場合、正弦波信号をコンパレータ等を用いてパルス信号に整形する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の異常診断装置の形態例を示すブロック図である。
【図２】図１の異常診断装置の診断処理部における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
【図３】本発明の異常診断装置の別の形態例を示すブロック図である。
【図４】本発明の異常診断装置のさらに別の形態例を示すブロック図である。
【図５】図４の異常診断装置の診断処理部における処理内容の詳細を例示するフロー図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 異常診断装置
２０ 軸受
３０ 振動検出処理部
３１ 振動検出器
３２ 回転検出器
３３ Ａ／Ｄ変換器
３４ ＰＬＬ回路
４０ 診断処理部
５０ 結果出力部
６０ 制御処理部
７０ 異常診断装置
７１ 温度検出器
７２ 温度検出処理部（Ａ／Ｄ変換器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の異常を診断する異常診断装置であって、
前記軸受の振動周波数を検出するための振動検出器から出力される振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部と、
前記振動検出処理部の出力を基に前記軸受の異常診断を行なう診断処理部と、
を備え、
前記振動検出処理部におけるサンプリング周波数が前記軸受の回転周波数と比例関係にあることを特徴とする異常診断装置。
【請求項２】
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その周波数平均化処理後のパワースペクトルに基づいて前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記診断処理部は、
前記軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記振動検出処理部は、
前記振動信号が入力される入力端子およびＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される入力端子を有し、前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に前記振動信号をサンプリングしてその値を示すデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路と、
を備え、
前記ＰＬＬ回路が、
前記軸受の回転周波数を検出するための回転検出器から出力される信号の周波数と前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項５】
前記軸受の温度を検出するための温度検出器による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部を更に備え、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力と前記温度検出処理部の出力とを基に前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項６】
前記軸受が鉄道車両の車軸を支持するための車軸用軸受であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項１】
軸受の異常を診断する異常診断装置であって、
前記軸受の振動周波数を検出するための振動検出器から出力される振動信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する振動検出処理部と、
前記振動検出処理部の出力を基に前記軸受の異常診断を行なう診断処理部と、
を備え、
前記振動検出処理部におけるサンプリング周波数が前記軸受の回転周波数と比例関係にあることを特徴とする異常診断装置。
【請求項２】
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力を周波数解析することにより得られるパワースペクトルのスペクトル強度を各周波数毎に平均化する周波数平均化処理を実施し、その周波数平均化処理後のパワースペクトルに基づいて前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記診断処理部は、
前記軸受の異常時に発生する振動に含まれる特徴周波数のスペクトル強度とその他の周波数のスペクトル強度との比に基づいて前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記振動検出処理部は、
前記振動信号が入力される入力端子およびＡ／Ｄ変換トリガパルスが入力される入力端子を有し、前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスが入力される度に前記振動信号をサンプリングしてその値を示すデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスを発生するＰＬＬ回路と、
を備え、
前記ＰＬＬ回路が、
前記軸受の回転周波数を検出するための回転検出器から出力される信号の周波数と前記Ａ／Ｄ変換トリガパルスの周波数とが比例関係となるように同期引き込みを行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項５】
前記軸受の温度を検出するための温度検出器による検出信号をサンプリングしてその値を電気信号として出力する温度検出処理部を更に備え、
前記診断処理部は、
前記振動検出処理部の出力と前記温度検出処理部の出力とを基に前記軸受の異常診断を行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項６】
前記軸受が鉄道車両の車軸を支持するための車軸用軸受であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５３８５５（Ｐ２００６−１５３８５５Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０８７１４（Ｐ２００５−３０８７１４）
【出願日】平成１７年１０月２４日（２００５．１０．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２４日（２００５．１０．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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