CN103376291A

CN103376291A - 异常检查方法及异常检查装置

Info

Publication number: CN103376291A
Application number: CN2013100527513A
Authority: CN
Inventors: 宫胁健志; 大森丰
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-10-30
Also published as: JP2013221877A

Abstract

本发明提供一种异常检查方法及异常检查装置，能够在不引起装置复杂化的情况下检查被检查物。本发明的异常检查方法包括：从振动信号获取传感器获取与由振动信号获取传感器检测出的旋转体的振动相应的振动信号的步骤；基于来自振动信号获取传感器的振动信号来实施旋转体的异常声音检查的步骤；根据来自振动信号获取传感器的振动信号算出旋转体的转速的步骤；从AE传感器获取与由AE传感器检测出的旋转体中所产生的AE相应的AE信号的步骤；基于转速和AE信号来检测因旋转体的旋转而产生的固有AE信号的步骤；基于固有AE信号来实施旋转体的AE检查的步骤；和基于异常声音检查和AE检查的结果来判断旋转体有无异常的步骤。

Description

异常检查方法及异常检查装置

技术领域

本发明涉及对旋转体的异常进行检查的异常检查方法及异常检查装置。

背景技术

作为电动机等旋转体的异常检查技术，已知利用AE(acousticemission：声发射)传感器来实施AE检查的现有的AE检查装置100(例如参照专利文献1)。图5表示该现有的AE检查装置100，并说明其动作。

对作为被检查物的旋转体101安装用于检测AE的AE传感器102。该AE传感器102将与检测出的AE的强度相应的AE信号输出至比较器103。比较器103在所输入的AE信号超过了阈值时，将脉冲输出至PC104。PC104根据所输入的脉冲的交替时间，来求出超过了阈值的AE信号的发生频度。进而，PC104判断所求出的AE信号的发生频度是否与旋转体101的转速同步，在判断为同步的情况下判断为在旋转体101中存在异常。由PC104得到的异常检查的结果被显示在显示部105。再者，旋转体101的转速由安装于旋转体101的转速传感器106而输入至PC104。

此外，作为其他的异常检查技术，具有利用振动型麦克风来检查来自旋转体的异常声音的现有的异常声音检查装置200(例如参照专利文献2)。图6表示该异常声音检查装置200。以下，说明利用了现有的异常声音检查装置200的异常声音检查方法。

由与旋转体201接触的振动型麦克风202，来检测旋转体201的振动的信息，将其作为波形数据。被检测出的波形数据由FFT运算处理电路203变换为频谱。对于被变换之后的频谱的频率成分，由PC204判断是否存在与正常时相比变大的部分。判断的结果是检测出比正常时高的水平的频率成分的情况下，PC204判断出在旋转体201存在异常。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】JP特开平1-232230号公报

【专利文献2】JP特开平8-210909号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

为了高精度地检测旋转体的异常，考虑将现有的AE检查装置和现有的异常声音检查装置组合来同时实施AE检查和异常声音检查。

但是，在组合这两者时，需要对作为被检查物的旋转体配置AE传感器、转速传感器、振动型麦克风的3个传感器，装置将变得复杂。

为此，本发明的目的在于不使用复杂的装置就能够针对被检查物同时实施AE检查和异常声音检查的异常检查方法及异常检查装置。

【用于解决课题的手段】

为了实现上述目的，本发明的异常检查方法包括：从振动信号获取传感器获取与由所述振动信号获取传感器检测出的旋转体的振动相应的振动信号的步骤；基于来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来实施所述旋转体的异常声音检查的步骤；根据来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号算出所述旋转体的转速的步骤；从AE(声发射)传感器获取与由所述AE传感器所检测的所述旋转体中产生的AE相应的AE信号的步骤；基于所述转速和所述AE信号来检测因所述旋转体的旋转而产生的固有AE信号的步骤；基于所述固有AE信号来实施所述旋转体的AE检查的步骤；和基于所述异常声音检查和所述AE检查的结果来判断所述旋转体有无异常的步骤。

此外，本发明的异常检查装置具备：振动信号获取传感器，其检测旋转体的振动，输出与检测出的所述振动相应的振动信号；异常声音检查单元，其基于来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来实施所述旋转体的异常声音检查；转速算出单元，其根据来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来算出所述旋转体的转速；AE传感器，其对所述旋转体中产生的声发射AE进行检测，输出与检测出的所述AE相应的AE信号；AE检查单元，其基于所述转速和所述AE信号来检测因所述旋转体的旋转而产生的固有AE信号，并且基于该固有AE信号来实施所述旋转体的AE检查；和判断单元，其基于所述异常声音检查和所述AE检查的结果，来判断所述旋转体有无异常。

【发明效果】

如以上，根据本发明，不使用复杂的装置就能够针对被检查物同时实施AE检查和异常声音检查。

附图说明

图1是实施方式涉及的异常检查装置的示意图。

图2是表示来自实施方式涉及的加速度传感器的振动信号的图。

图3是表示对来自实施方式涉及的加速度传感器的振动信号进行频率解析时的峰值的图。

图4是表示实施方式涉及的异常检查装置的异常检查方法的流程图。

图5是表示专利文献1记载的现有的AE检查装置的图。

图6是表示专利文献2记载的现有的异常声音检查装置的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本实施方式涉及的异常检查装置1的示意图。

异常检查装置1具备输出与作为被检查物的一例的旋转体2的振动相应的输出信号(振动信号)的加速度传感器8(第1传感器或者振动信号获取传感器)、基于该振动信号来实施旋转体2的异常声音检查的异常声音检查单元11、和根据振动信号来算出旋转体2的转速(固有频率)的转速算出单元12。再有，异常检查装置1具备输出与旋转体2中产生的AE(声发射)相应的AE信号的AE传感器4、基于旋转体2的转速和AE信号来检测依赖于旋转体2的旋转而产生的AE信号(固有AE信号)并且基于该固有AE信号实施旋转体2的AE检查的AE检查单元7。此外，异常检查装置1具备基于由异常声音检查单元11进行的异常声音检查和由AE检查单元7进行的AE检查的结果来判断旋转体2有无异常的判断单元13、和显示判断单元13的判断结果的显示器14。

在本实施方式中，通过这样构成，能够同时实施异常声音检查和AE检查。并且，本实施方式在进行异常声音检查的同时进行AE检查，从而能够提高检查的可靠性。这是因为：在单独实施异常声音检查和AE检查时，存在各检查时的被检查物的条件有所变化的情况，但如果同时进行异常声音检查和AE检查，则能够以相同的条件实施两个检查。

在本实施方式中，为了同时实施异常声音检查和AE检查，将来自加速度传感器8的振动信号用于AE检查单元7和异常声音检查单元11双方的检查。通过将来自加速度传感器8的振动信号用于异常声音检查和AE检查的双方，能够将检查所需的传感器个数抑制在最小限度。当传感器数增加时，无法检查不具有足够的区域用于设置增加的传感器的这种小型的被检查物。也就是说，因伴随着传感器数的增加而导致的设备复杂化，能够执行检查的被检查物受到制约。因此，在本实施方式中，将来自加速度传感器8的振动信号用于异常声音检查和AE检查的双方，从而防止设备的复杂化。

接下来，按图1的异常检查装置1的每个构成来说明。

作为被检查物的一例的旋转体2例如是具备旋转轴和轴承的电动机。旋转轴由旋转体2及轴承进行支撑。轴承由转动体、内圈和外圈构成。

PC5是具备AE检查单元7、异常声音检查单元11、转速算出单元12、和判断单元13的计算机。各构成在后面叙述。

加速度传感器8将随着旋转体2的振动而变化的振动信号输出至异常声音检查单元11和转速算出单元12。通过从1个加速度传感器8向2个单元输出信息，能够防止装置的复杂化。再者，加速度传感器8在旋转体2为磁性体的情况下通过磁铁安装于旋转体2，在其他情况下通过粘结部件例如双面胶带等安装于旋转体2。来自加速度传感器8的振动信号可以经由放大器和A/D变换器而输出至异常声音检查单元11和转速算出单元12。再者，振动信号可以是电信号本身(例如电压的变化)、与电信号对应的符号、数值、或者数据等的信号。

再者，也可以代替加速度传感器8，而将能够获取振动信号的传感器应用于异常检查装置1。作为具体例，尽管较之加速度传感器8而灵敏度有所下降，但可列举出振动传感器等的接触式的传感器、或者激光位移计等非接触式的传感器。

异常声音检查单元11将来自加速度传感器8的振动信号与时间信息一起收集。由此，振动信号作为波形数据而被异常声音检查单元11获取。图2表示此时获取的波形数据。图2的横轴表示时间(s)，纵轴表示作为强度的电压(V)。图1的异常声音检查单元11对图2所示的振动信号即波形数据进行频率解析，由此算出心理声学参数。然后，基于该心理声学参数，异常声音检查单元11实施异常声音检查。心理声学参数的算出由异常声音检查单元11的心理声学参数算出部11a来实施。使用心理声学参数的异常声音检查由异常声音检查单元11的异常声音***11b实施。

在此，说明异常声音检查中使用的心理声学参数。所谓心理声学参数是为了使得机械性的定量检查的精度与基于人类听觉的感官检查的精度处于相同水准而设计出的参数。在心理声学参数的具体例中包括响度或者噪度等。响度是表示与人的听觉感觉到的声音的大小具有高相关性的数值，噪度是表示与人感觉到的声音的嘈杂度具有高相关性的数值。这些心理声学参数通过对波形数据进行频率解析而能够算出。心理声学参数的算出方法的详细内容记载于E.Zwicker著、山田由纪子译《心理声学》。此外，对于响度的求取方法在ISO532B中进行了标准化，对于噪度的求取方法在ISO3891中进行了标准化。以上是心理声学参数的说明。

以下说明图1的异常检查装置1的构成。

AE传感器4使旋转体2中产生的AE形成根据该AE的强度而由电压值表示的AE信号，输出至PC5的AE检查单元7。AE传感器4的旋转体2在磁性体的情况下通过磁铁安装于旋转体2，在其他情况下通过粘结剂例如环氧系粘结剂安装于旋转体2。此时，来自AE传感器4的AE信号可经由放大器和A/D变换器而输入至AE检查单元7。再者，AE信号可以是电信号本身(例如电压的变化)、与电信号对应的符号、数值、或者数据等的信号。

AE检查单元7对从AE传感器4输入的AE信号进行一定时间收集，从而作为波形数据来获取。进而，该AE检查单元7从作为波形数据而获取的AE信号之中检测因旋转体2的异常而产生的固有AE信号。作为固有AE信号是因裂纹、破裂、脱落、或者偏心等的异常的产生，而依赖于旋转体2的旋转从AE传感器4输出的AE信号。

本发明者发现了该固有AE信号的发生频度与旋转体2的固有频率一致。因此，AE检查单元7从来自AE传感器4的AE信号之中作为固有AE信号而检测发生频度与旋转体2的固有频率一致的AE信号。

所谓固有频率是表示旋转体2的旋转举动的特征量，由构成旋转体2的部件来决定。在此，作为旋转体2的固有频率的一例，(式1)表示依赖于旋转轴的旋转频率的轴旋转频率f_r(s^-1)。(式1)中，N(rpm)是旋转体2的转速。

【数学式1】

f_{r} = \frac{N}{60}

(式1)

如(式1)所示，固有频率由旋转体2的转速N来决定。转速N能够根据旋转体2的规格而在某种程度上进行预测，但是实际上会产生偏差，因此需要从旋转体2来实测转速N。为了实测转速N，考虑新设置转速传感器。但是，在该情况下，转速传感器在其结构上需要某种程度的大小，因此招致设备的大型化。当设备出现大型化时，在作为被检查物的一例的旋转体2中不存在足够配置传感器的区域的情况下，产生无法实施异常检查的情况。例如，在难以设置AE传感器4、加速度传感器8、其他的传感器的这种小型的电动机是被检查物的情况下，对于新采用转速传感器的异常检查装置而言，无法针对该被检查物同时实施AE检查和异常声音检查。在本实施方式中，不新采用转速传感器，取而代之使用来自上述加速度传感器8的振动信号(参照图2)，来计算转速N。

作为由转速算出单元12进行的转速N的算出方法，首先，针对图2所示的振动信号通过傅立叶变换来进行时间-频率变换，算出每个频率的振幅。图3是表示其结果所得到的曲线，横轴表示频率(Hz)，纵轴表示振幅(dB)。根据该图3，由转速算出单元12检测峰值的位置，算出峰值的位置处的频率。然后，由转速算出单元12根据计算出的频率来算出转速N。再者，可根据旋转体2的规格来预测峰值存在的区域(估计包含峰值位置的区域)。也可以由转速算出单元12将该区域预先设定为旋转频率存在区域，检测在该转速频率区域内存在的峰值。再者，图3作为一例是将转速频率区域设定为40～58(Hz)而获取的曲线，表示峰值位于55.75(Hz)处的情况。这样，通过预先限定峰值存在的区域，从而能够降低噪声的影响，能够由转速算出单元12更为正确地算出旋转体2的转速N。将算出的转速N代入(式1)，从而能够由转速算出单元12算出旋转体2的固有频率。在此，转速N作为一例为3345(rpm)。

该转速N的算出由图1的转速算出单元12实施。由转速算出单元12算出的转速N，从转速算出单元12输入至AE检查单元7。AE检查单元7从来自AE传感器4的AE信号之中，利用所输入的转速N来检测依赖于旋转体2的旋转而产生的固有AE信号。然后，AE检查单元7在检测到超过一定值的固有AE信号的情况下，判断出在旋转体2存在AE异常。再者，也可以由AE检查单元7检测固有AE信号的产生次数，在检测出的产生次数超过了规定次数的情况下，判断出在旋转体2存在异常。

再者，在AE检查单元7中，为了从来自AE传感器4的AE信号之中，检测与旋转体2的固有频率一致的发生频度的固有AE信号，需要求得来自AE传感器4的AE信号的发生频度。通过对来自AE传感器4的AE信号进行频率解析，从而能够算出来自AE传感器4的AE信号的发生频度。

其中，在来自AE传感器4的AE信号中含有较多噪声的情况下，由AE检查单元7实施如下的处理。首先，将所获取的AE信号短时间的区间为单位切取，在所切取的每个区间通过傅立叶变换进行时间-频率变换，算出各区间中包含的频率。并且，沿着时间对傅立叶变换后的各区间进行结合，算出对所检测的频率如何与时间变化对应地变化进行表示的每个频率的时间变化信号。接下来，根据算出的每个频率的时间变化信号，按每个频率算出AE信号的发生频度。各频率中的AE信号的发生频度通过傅立叶变换进行时间-频率变换能够算出。由此，除去噪声的影响，从而能够由AE检查单元7算出来自AE传感器4的AE信号的发生频度。该AE信号的发生频度的算出可通过AE检查单元7来实施。AE检查单元7利用算出的AE信号的发生频度来实施AE检查，将其结果输出至判断单元13。

判断单元13中被输入由AE检查单元7进行的AE检查的结果、和由异常声音检查单元11进行的异常声音检查的结果。判断单元13基于两者的结果来判断旋转体2有无异常。具体而言，判断单元13在判断出异常声音检查和AE检查的双方无异常的情况下，最终，会判断为旋转体2中无异常。另一方面，判断单元13在判断出AE检查或异常声音检查的任意一方存在异常的情况下，最终会判断为旋转体2中存在异常。仅将判断出在AE检查和异常声音检查双方无异常的情况判断为良品，从而能够实现高精度的检查。

以上是异常检查装置1的每个构成的说明。

接下来，利用图1和图4说明图1的异常检查装置1的异常检查动作。

图4是表示实施本实施方式涉及的异常检查方法时的异常检查装置1的异常检查动作的流程图。

图4的步骤S1中，由安装于旋转体2的AE传感器4检测旋转体2中产生的AE，由AE检查单元7从AE传感器4获取根据所检测的AE而输出的AE信号。

在步骤S2中，由安装于旋转体2的加速度传感器8来检测旋转体2的振动，由异常声音检查单元11和转速算出单元12从加速度传感器8获取根据所检测的振动而输出的振动信号。步骤S1和步骤S2既可以同时实施，也可以是任意一个步骤在前，另一个在后。

步骤S3是在步骤S2之后针对来自加速度传感器8的振动信号，通过进行频率解析来算出心理声学参数的步骤。该步骤S3由异常声音检查单元11的心理声学参数算出部11a来进行。

步骤S4是在步骤S3之后，基于步骤S3中算出的心理声学参数来实施旋转体2的异常声音检查的步骤。将步骤S3中算出的心理声学参数的值与预先规定的阈值进行比较，来进行异常判断。例如，作为一例对心理声学参数的一例即响度的值设置40[sone]的阈值。该情况下，在步骤S3中根据振动信号算出响度，并按照算出的响度是否超过阈值来实施异常声音检查。在算出的响度超过了阈值的情况下，判断出旋转体2中存在异常。该步骤S4由异常声音检查单元11的异常声音***11b进行。阈值预先存储在异常声音***11b中。

步骤S5是在步骤S2之后根据来自加速度传感器8的振动信号算出旋转体2的转速的步骤。该步骤S5由转速算出单元12来进行。步骤S2中利用加速度传感器8来获取的振动信号被用于步骤S3和步骤S5的双方。

步骤S6是在步骤S1和步骤S5之后基于来自AE传感器4的AE信号和步骤S5中算出的旋转体2的转速来检测依赖于旋转体2的旋转而产生的固有AE信号的步骤。该步骤S6由AE检查单元7来实施。详细而言，由AE检查单元7中具备的固有频率算出部7a，根据步骤S5中算出的转速来计算旋转体2的固有频率。此外，由AE检查单元7中具备的AE信号产生周期算出单元7b，根据步骤S1中获取的AE信号来算出AE信号的产生周期。接下来，由AE检查单元7中具备的固有AE检测部7c，将算出产生周期的AE信号之中与算出的旋转体2的固有频率一致的信号检测为固有AE信号。

步骤S7是在步骤S6之后基于步骤S6中检测出的固有AE信号来实施旋转体2的AE检查的步骤。在该步骤S7中，由AE检查单元7的AE***7d判断检测出的固有AE信号是否超过阈值来实施AE检查。阈值针对AE信号的振幅来设定，例如该值设定为20(dB)。

步骤S8是在步骤S4和步骤S7之后，基于步骤S4中的异常声音检查和步骤S7中的AE检查的结果来判断旋转体2有无异常的步骤。在异常声音检查和AE检查双方中判断为无异常的情况下，进入步骤S9(步骤S8的否)。另一方面，在判断出异常声音检查或AE检查的至少一方存在异常的情况下，进入步骤S10(步骤S8的是)。再者，步骤S8由判断单元13来进行。

步骤S9中，将旋转体2正常而不包含异常的信息显示在显示器14。

步骤S10中，将旋转体2中存在异常的信息显示在显示器14。

以上是图1的异常检查装置1的异常检查动作的说明。通过该动作，异常检查装置1不会引起设备的复杂化，可同时实施AE检查和异常声音检查，并高精度地进行作为被检查物的旋转体2的异常检查。再有，由于通过2个传感器4、8同时实施AE检查和异常声音检查，因此针对最大仅能够设置2个传感器を的这种小型的被检查物也能够实施异常检查。

再者，在构成旋转体2的轴承存在多个的这种比较大型的被检查物的情况下，在各轴承将AE传感器4和加速度传感器8各安装一个。

再者，旋转体2的固有频率因构成旋转体2的部件而不同。例如，与旋转体2中具备的转动体的自转相关的固有频率(转动体自转频率)f_bs^-1)由(式2)表示。此外，与旋转体2中具备的内圈相关的固有频率(内圈转动体通过频率)f_i(s^-1)由(式3)表示。此时，在固有AE信号的发生频度与(式1)～(式3)的任意一个固有频率一致的情况下，能够理解为示出具有一致的固有频率的部件中存在异常。因此，通过AE检查能够确定异常的位置。再者，在以下的(式2)、(式3)中，Z是转动体的个数，D_a是转动体的直径(mm)，d_m是轴承的节圆直径(mm)。

【数学式2】

f_{b} = \frac{d_{m} f_{r}}{2 D_{a}} (1 - \frac{D_{a}^{2}}{d_{m}^{2}})

(式2)【数学式3】

f_{i} = \frac{Z f_{r}}{2} (1 + \frac{D_{a}}{d_{m}})

(式3)

【产业上的可利用性】

本发明的异常检查方法及异常检查装置能够适用于换气扇、空气净化器、电动机等具有旋转体的产品的异常检查。

Claims

1.一种异常检查方法，其包括：

从振动信号获取传感器获取与由所述振动信号获取传感器检测出的旋转体的振动相应的振动信号的步骤；

基于来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来实施所述旋转体的异常声音检查的步骤；

根据来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号算出所述旋转体的转速的步骤；

从作为声发射传感器的AE传感器获取与由所述AE传感器所检测出的所述旋转体中产生的AE相应的AE信号的步骤；

基于所述转速和所述AE信号来检测因所述旋转体的旋转而产生的固有AE信号的步骤；

基于所述固有AE信号来实施所述旋转体的AE检查的步骤；和

基于所述异常声音检查和所述AE检查的结果来判断所述旋转体有无异常的步骤。

2.根据权利要求1所述的异常检查方法，其中，

对所述振动信号进行频率解析来算出心理声学参数，并基于该心理声学参数实施所述异常声音检查。

3.根据权利要求1或2所述的异常检查方法，其中，

在从所述振动信号获取传感器获取所述振动信号的步骤中，从作为所述振动信号获取传感器的加速度传感器获取与所述旋转体的振动相应的所述振动信号。

4.一种异常检查装置，其具备：

振动信号获取传感器，其检测旋转体的振动，输出与检测出的所述振动相应的振动信号；

异常声音检查单元，其基于来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来实施所述旋转体的异常声音检查；

转速算出单元，其根据来自所述振动信号获取传感器的所述振动信号来算出所述旋转体的转速；

AE传感器，其对所述旋转体中产生的声发射即AE进行检测，输出与检测出的所述AE相应的AE信号；

AE检查单元，其基于所述转速和所述AE信号来检测因所述旋转体的旋转而产生的固有AE信号，并且基于该固有AE信号来实施所述旋转体的AE检查；和

判断单元，其基于所述异常声音检查和所述AE检查的结果，来判断所述旋转体有无异常。

5.根据权利要求4所述的异常检查装置，其中，

所述异常声音检查单元对所述振动信号进行频率解析来算出心理声学参数，并且基于该心理声学参数实施所述异常声音检查。

6.根据权利要求4或5所述的异常检查装置，其中，

所述振动信号获取传感器是加速度传感器。