DE3875398T2

DE3875398T2 - Vorrichtung zum feststellen von fehlern in lagern.

Info

Publication number: DE3875398T2
Application number: DE8888305022T
Authority: DE
Inventors: Ltd Fujimoto; Shunji Harada; Noriaki Inoue; Ltd Nishimoto
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-06-03
Also published as: KR970000636B1; US4884449A; DE3875398D1; EP0297729B1; AU1736288A; EP0297729A3; EP0297729A2; CA1297187C; KR890000896A; AU598381B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers in Lagern und insbesondere eine Vorrichtung, die akustische Emissionen (im Folgenden als AE bezeichnet) verwendet.
Vorrichtungen wie die folgende wurden konventionell als Lagerfehler-Detektorvorrichtungen zur Erfassung eines Lagerfehlers durch Erfassen von akustischen Emissionen verwendet. Diese Lagerfehler-Detektorvorrichtung erfaßt AE-Signale von Lagern unter Verwendung eines AE-Sensors, vergleicht das Ausgangssignal des AE-Sensors in einem Komparator mit einem Schwellwert und bestimmt einen Lagerfehler, wenn das AE-Signal den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Desweiteren wird die Anzahl der Ereignisse, bei denen das AE-Signal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, gezählt, und ein Lagerfehler wird daraus bestimmt, ob die Summe dieser Ereignisse einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der GB-A-1514792 beschrieben.
Da jedoch die obengenannte konventionelle Lagerfehler-Detektorvorrichtung Lagerfehler durch einfaches Bestimmen feststellt, ob der AE-Signalpegel einen vorgegebenen Schwellwertpegel überschreitet, ergibt sich das Problem der irrtümlichen Lagerfehlerfeststellung in Fabriken, in denen Walzmaschinen angeordnet sind, die starke AE-Signale bei dem Metallzuführzeitpunkt und zu anderen Zeitpunkten erzeugen, da starke AE-Signale von anderen Quellen als den Lagern nicht unterschieden werden können von AE-Signalen, die von den Lagern selbst stammen.
Demgemäß ist eine erste Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers in einer Lagervorrichtung, bei der die Effekte des Hintergrundrauschens minimiert werden können und bei der ein anfängliches Abnutzen (Flaking) der Lager erfaßt werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung liegt in der Erschaffung eines Gerätes zur Erfassung von Fehlern in einem Lager, so daß der Fehler akkurat erfaßt werden kann, selbst in einer Umgebung, in der akustische Emissionen durch anderes als Lager erzeugt werden, oder in einer Umgebung, in der starker externer Lärm herrscht, wobei Lagerunregelmäßigkeiten durch Verarbeitung eines AE-Signals erfaßbar sind.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers in Wälzlagern für Walzmaschinen, die akkurat Lagerunregelmäßigkeiten ohne irrtümliche Lagerfehler-Entscheidungen durchführen kann durch Stoppen der Lagerfehler-Auswertung bei der Metallzuführungszeit und der Mitteil-Abführungszeit.
Eine vierte Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers in Wälzlagern (Ball-and-Roller-Bearings) für Walzmaschinen, die akkurat Lagerfehler erfassen kann innerhalb einer Auswertungsdauer von nur zwei bis drei Umdrehungen des Lagers, ohne daß die Wälzlager-Fehlerauswertung in Realzeit durchgeführt wird, und desweiteren so, daß effizient und akkurat Lagerfehler an einer Vielzahl von Lagern festgestellt werden. Obwohl ein AE-Signal einpfangen wird und ein Fehler in einem Wälzlager während der Walzzeit erfaßt wird außer in einer vorgegebenen Zeitspanne vor Empfang eines Walzsignals (Metall-Zuführsignal) und einer Zeitspanne vor Empfang eines Walzsignals (Metall-Abführsignal) ist die Empfangszeit des AE-Signals zwischen vier bis 15 Sekunden und das Wälzlager dreht sich nicht um zwei oder drei Umdrehungen. Somit verbleibt das Problem, daß bei Verwendung des AE-Signals der Lagerfehler nicht akkurat erfaßt wird. Die vierte Aufgabe der Erfindung liegt in der Lösung dieses Problems.
Eine fünfte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Erkennen eines Fehlers in einem Lager, das eine genaue Einstellung des AE-Signalschwellwertes oder -Pegels ermöglicht, unabhängig von der Intuition eines Bedieners oder einer tatsächlichen Maschinenunterbrechung, und das aufgrunddessen akkurat einen Lagerfehler erkennen und ferner automatisch den Schwellwertpegel setzen kann.
Um die obengenannte erste Aufgabe zu erfüllen, umfaßt eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers in einem Lager gemäß der Erfindung:
einen Akustik-Emissions-Sensor, der Akustik-Emissionen vom Lager erfaßt und Signale ausgibt, die die Leistung der Akustik-Emission anzeigen,
einen Bandpaßfilter, der die durch den vorgenannten Sensor erfaßten Signale extrahiert, eine Vergleichseinrichtung, die jedes durch den Bandpaßfilter extrahierte Signal mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und Ereignissignale ausgibt, von denen jedes angibt, daß das Signal des Bandpaßfilters den Schwellwert übersteigt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaßfilter von den Signalen, die vom vorgenannten Sensor erhalten wurden, nur Signale im Bereich von 100 kHz - 500 kHz passieren läßt.
Zur Lösung der vorgenannten zweiten Aufgabe umfaßt eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers in einem Lager erfindungsgemäß:
einen Akustik-Emissionssensor, der Akustikemissionen von dem Lager erfaßt und Signale ausgibt, die die Leistung der Akustik-Emission anzeigen,
einen Bandpaßfilter, der die durch den vorgenannten Sensor erfaßten Signale extrahiert und
eine Vergleichseinrichtung, die jedes durch den Bandpaßfilter extrahierte Signal mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und Ereignissignale ausgibt, von denen jedes angibt, daß das Signal des Bandpaßfilters den Schwellwert überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaßfilter aus den Signalen, die vom vorgenannten Sensor erhalten wurden, nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz passieren läßt,
eine Zeit-Berechnungseinheit, die die Ereignissignale von der Vergleichseinrichtung erhält und Zeiten berechnet, in denen die Ereignissignale auftreten,
eine Summationseinrichtung, die die Anzahl der Ereignissignale für entsprechende Zeiten, die durch die Zeitberechnungseinrichtung berechnet wurden, summiert, und
eine Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob die Anzahl der Ereignisse, die durch die Summationseinrichtung summiert wurden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder nicht, um einen Lagerfehler festzustellen.
Eine kurze Beschreibung des Betriebs der oben beschriebenen Vorrichtungen ist wie folgt:
Akustik-Emissionen von einem Lager oder anderen Stellen werden durch den AE-Sensor erfaßt, der AE-Signale ausgibt. Von den vom AE-Sensor ausgegebenen AE-Signalen werden Signale von 100 kHz bis 500 kHz durch den Bandpaßfilter extrahiert, wobei jedes der relativen Ausgangssignale von diesem Bandpaßfilter durch die Vergleichseinrichtung mit einem spezifizierten Schwellwert verglichen werden, und falls das Ausgangssignal den vorgenannten Schwellwert überschreitet, wird ein Ereignis-Signal, das einen derartigen Zustand bzw. ein derartiges Ereignis anzeigt, ausgegeben. Die Zeitberechnungseinrichtung erhält Ereignis-Signale von der Vergleichseinrichtung und berechnet Zeiten, zu denen die Ereignis-Signale auftreten. Die Summationseinrichtung berechnet die Gesamtanzahl der Ereignisse in jeder Zeitspanne. Die Anzahl der Ereignisse für jede Zeitspanne, die durch die Summationseinrichtung summiert wurde, wird mit einem vorgegebenen Schwellwert durch die Entscheidungseinrichtung verglichen, und ein Lagerfehler wird beurteilt, wenn die Anzahl der Ereignisse für die Zeitspanne den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Desweiteren wird entsprechend der Zeitspanne, für die die Anzahl der Ereignisse den Schwellpegel überschreitet festgestellt, welches Element des Lagers fehlerhaft ist.
Um die vorgenannte dritte Aufgabe zu lösen, umfaßt eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers in Wälzlagern für Walzmaschinen erfindungsgemäß:
eine Vergleichseinrichtung, die ein akustisches Emissions- Signal, das die Leistung einer akustischen Emission von Wälzlagern anzeigt, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, das einen Lagerfehler anzeigt, wenn die Leistung der akustischen Emission einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
gekennzeichnet durch einen Bandpaßfilter, der an. die Vergleichseinrichtung nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz, die von den Wälzlagern emmittiert werden, weitergibt, und
eine logische Schaltung, die basierend auf Walzsignalen die Ausgabe der Vergleichseinrichtung für eine vorgegebene Zeitdauer bei der Metallzuführungszeit (d.h. dem Zeitpunkt, bei dem Material in die Walzen der Walzmaschine eingebracht wird) und bei einer Metallabführungszeit ( das ist der Zeitpunkt, bei dem Material die Walzen der Walzmaschine verläßt) ungültig macht.
Eine kurze Beschreibung der obengenannten Vorrichtung ist wie folgt:
die logische Schaltung macht Signale, die von der Vergleichseinrichtung ausgegeben werden, für eine vorgegebene Zeitspanne bei der Metallzuführungs- und Metallabführungszeit in Abhängigkeit von einem Walzsignal ungültig. Aufgrunddessen wird die Erfassung von Fehlern in den Lagern durch die Beurteilung der AE-Signale bei der Metalleinführung bzw. Metallausgabe gestoppt, und dementsprechend wird eine akkurate Lagerfehlerbeurteilung bei Wälzlagern in Walzmaschinen möglich.
Zur Lösung der vorgenannten vierten Aufgabe zeichnet sich ei?i Verfahren zur Erkennung von Fehlern in Wälzlagern für Walzmaschinen durch die folgenden Schritte aus:
Extrahieren mittels eines Bandpaßfilters, nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz aus Signalen, die von einem Akustik-Emissions-Sensor eingegeben werden, der Akustik- Emissionen von einem Lager detektiert, Vergleichen mittels einer Vergleichseinrichtung jedes der vom Bandpaßfilter extrahierten und ausgegebenen Signale mit einem vorgegebenen Schwellwert,
Speichern im Speicher ein Ereignis, das während des Walzens erzeugt wurde, mit Ausnahme während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Empfang eines Metallzuführungssignals und einer vorgegebenen Zeitspanne vor Empfang eines Metallabführungssignals, das der Ausgang des Bandpaßfilters einen Schwellwert überschreitet,
Wiederholung der obengenannten Schritte der Extrahierung, des Vergleichs und des Speicherns in einer vorgegebenen Anzahl von Malen für jedes einer Vielzahl von Lagern, und abschließendes Detektieren eines Lagerfehlers aufgrund der Anzahl der Ereignisse, die im Speicher gespeichert sind.
Eine kurze Beschreibung der Durchführung dieses Verfahrens ist wie folgt:
eine vorgegebene Anzahl von Malen für jedes einer Anzahl von Lagern werden Ereignisse, daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters den Schwellwert überschreitet, erfaßt während des Walzens ausschließlich einer vorgegebenen Dauer nach der Metallzuführung und einer vorgegebenen Dauer oder Zeitspanne vor Metallabführung. Auf diese Weise werden diese Messungen der Akustikemission für jedes der Anzahl von Lagern eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt während des Walzens ausschließlich der vorgegebenen Zeitspanne nach Empfang des Metallzuführungs-Signals und der vorgegebenen Zeitspanne vor Empfang des Metallabführungs- Signals, und aufgrund dessen wird ein Lagerfehler akkurat detektiert, selbst in einer extrem kurzen Meßzeit, die die vorgegebenen Zeitspannen nach der Metallzuführung und die vorgebene Zeitspanne vor der Metallabführung nicht einschließt.
Um die vorgenannte fünfte Aufgabe zu lösen, wird ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlers in einem Lager durch ein Gerät mit einem Akustik-Emissionssensor, der akustische Emissionen von einem Lager detektiert, einem Bandpaßfilter, der nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz aus den Signalen vom Akustik-Emissions-Sensor extrahiert, einer Vergleichseinrichtung, die jedes der Signale, die vom Bandpaßfilter ausgegeben werden, mit einem Schwellwert vergleicht, wodurch ein Fehler in dem Lager aufgrund eines Resultats des Vergleichs erfaßt wird, durchgeführt, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:
Berechnung von Zeiten, in denen Ereignisse, daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, auftreten, mittels einer Zeitberechnungseinrichtung
Summieren der Anzahl der Ereignisse für jede Zeit, die im vorstehenden Schritt berechnet wurde,
Modifizieren des Schwellwertes so, daß der Gradient einer geraden Linie, die im Allgemeinen die Verteilung der Anzahl der Ereignisse in jeder Zeit angibt, sich Null nähert.
Die Erfindung wird vollständig verständlich aus der detaillierten Beschreibung, die im Folgenden gegeben wird, und den beigefügten Zeichnungen, die nur als Erläuterung dienen und somit die Erfindung nicht beschränken, wobei
Figur 1 ein Blockdiagramm einer Lagerfehler-Erkennungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
Figur 2 ein Signalverlaufsdiagramm eines AE-Signals ist,
Figur 3 ein Graph ist, der das Leistungsspektrum des AE-Signals angibt,
Figur 4 ein Blockdiagramm einer Lagerfehler-Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
Figuren 5 (a), (b), (c), (d) und (e) Figuren sind, die die Signalverläufe und die Anzahl der Ereignisse in jedem Teil dieser Ausführungsform anzeigen und Figuren 5 (d) und (e) schematische Illustrationen sind,
Figur 6 ein Flußdiagramm des vorgenannten Ausführungsbeispiels ist,
Figur 7 ein Blockdiagramm einer Wälzlager-Fehlererfassungs- Vorrichtung mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist,
Figur 8 ein Graph zur Erläuterung des Walzsignals und eines geformten Signals ist,
Figur 9 ein Graph zur Erläuterung der Signalform des AE-Signals und des Walzsignals ist,
Figur 10 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist,
Figuren 11 (a) und (b) Flußdiagramme zur Beschreibung des Betriebs dieser vierten Ausführungsform sind,
Figur 12 ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist,
Figur 13 (a) ein Graph zur Erläuterung der Einhüllenden der erfaßten Signalform des AE-Signals ist,
Figuren 13 (b), (c) und (d) jeweils Graphen zur Erläuterung der Verteilungen der Anzahl der Ereignisse des AE-Signals zu jeder Zeitspanne sind,
Figuren 14 ein Flußdiagramm zur Ausführung des Verfahrens gemäß dieser Ausführungsform ist,
Figur 15 ein schematischer Graph zur Erläuterung des Signalverlaufs eines AE-Signals ist, wobei die Zeit auf der Abszisse und die Amplitude auf der Ordinate dargestellt sind,
Figur 16 ein schematischer Graph ist, der die Zeitspanne auf der Abszisse und die Anzahl der Ereignisse auf der Ordinate zeigt,
Figuren 17 und 18 schematische Graphen sind, die die Zeitspanne auf der Abszisse und die Anzahl der Ereignisse des AE-Signals auf der Ordinate zeigen und die den Zustand angeben, in dem die Verteilung im wesentlichen als gerade Linie angegeben ist.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 erläutert.
Die Erfinder der Erfindung haben entdeckt, daß, wenn das anfängliche Abschuppen (Flaking) eines Lagers auftritt, ein AE-Signal von diesem anfänglichen Abschuppen erzeugt wird, und der Signalverlauf und das Spektrum dieses AE-Signals sind in Figuren 2 und 3 dargestellt. Da der Signalverlauf und das Spektrum durch einen Frequenzbereich von 100 kHz bis 500 kHz gekennzeichnet sind, kann das anfängliche Abschuppen des Lagers durch Erfassung von Signalen im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz wie in Figur 3 dargestellt ist, erfaßt werden.
Eine Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlers in einem Lager gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung basiert auf der vorgenannten Entdeckung und ist gekennzeichnet durch das Vorsehen eines Akustikemissions-Sensors 1, der Akustik-Emissionen von dem Lager detektiert und Signale abgibt, die die Leistung der Akustik-Emission anzeigen,
einen Bandpaßfilter 3, der nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz unter den Signalen, die vom vorgenannten Sensor 1 erhalten wurden, passieren läßt, und
eine Vergleichseinrichtung 6, die jedes der Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz, die vom Bandpaßfilter 3 extrahiert wurden, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und Ereignissignale ausgibt, von denen jedes angibt, daß die Signale des Bandpaßfilters 3 den Schwellwert überschreiten.
In Figur 1 sind Bezugsziffer 1 ein AE-Sensor, 2 ein Vorverstärker, 3 ein Bandpaßfilter, der ein AE-Signal im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz und vorzugsweise von 200 kHz bis 500 kHz passieren läßt, 4 ein Hauptverstärker, 5 ein Detektor für eine Einhüllende, und 6 ein Komparator, der als Entscheidungseinrichtung funktioniert und die Ausgabe eines AE-Signals nach der Detektierung der einhüllenden durch den einhüllenden Detektor 5 mit einem Schwellwert vergleicht und anfängliches Abschuppen eines Lagers feststellt, wenn das vorgenannte AE-Signal den Schwellpegel überschreitet und ein Warnsignal abgibt.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird ein AE-Signal des Lagers (nicht in den Figuren dargestellt) durch den AE-Sensor 1 detektiert. Dieses AE-Signal ist in der in Figur 2 dargestellten Weise signalgeformt, passiert den Vorverstärker 2 und wird dem Bandpaßfilter 3 zugeführt, von dem nur ein Frequenzband innerhalb des Bereichs von 100 kHz bis 500 kHz, der eine Korrelation zum Auftreten des anfänglichen Abschuppens des Lagers aufweist, wie in Figur 3 dargestellt, extrahiert wird. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 3 wird weiter durch einen Hauptverstärker 4 verstärkt und einem Komparator 6 direkt nach der einhüllenden Detektierung durch den Einhüllenden Detektor 5 zugeführt. Das Einhüllenden-Detektorsignal vom Einhüllenden- Detektor 5 wird mit einem Schwellwert durch den Komparator 6 verglichen; wenn dieses Einhüllenden-Detektorsignal einen höheren Pegel aufweist als der Referenzwert, wird anfängliches Abschuppen des Lagers angenommen und eine Warnung abgegeben.
Auf diese Weise wird das anfängliche Abschuppen des Lagers akkurat beurteilt werden ohne durch einen tieffrequenten Hintergrundlärm weniger als 10 kHz beeinflußt zu werden, da nur AE-Signale mit einer Frequenz innerhalb des Bereichs 100 bis 500 kHz die eine Korrelation zum anfänglichen Abschuppen aufweisen, aus dem vom Lager emmittierten AE- Signalen extrahiert werden.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung klar ist, kann eine Lagerfehler-Detektoreinrichtung gemäß der Erfindung anfängliches Abschuppen des Lagers akkurat beurteilen ohne durch Hintergrundgeräusche beeinflußt zu werden, da diese Vorrichtung mit einem Sensor versehen ist, der akustische Emissionen von dem Lager erfaßt, sowie mit einem Bandpaßfilter, der ein Ausgangssignal im Bereich zwischen 100 kHz und 500 kHz vom Ausgang des vorgenannten Sensors passieren läßt und eine Entscheidungseinrichtung, die das Ausgangssignal von 100 kHz bis 500 kHz, das vom vorgenannten Bandpaßfilter extrahiert wurde, mit einem Bezugswert vergleicht, und ein anfängliches Abschuppen des Lagers feststellt.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 erläutert.
Eine Lagerfehler-Detektorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Vorsehung eines Akustik-Emissions-Sensors 1, der akustische Emissionen von dem Lager detektiert und Signale ausgibt, die die Leistung der Akustikemission bezeichnen,
einen Bandpaßfilter 3, der nur Signale im Bereich von 100 bis 500 kHz vom vorgenannten Sensor 1 erhaltenen Signalen passieren läßt,
eine Vergleichseinrichtung 6, die jedes der Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz, die durch den Bandpaßfilter 3 extrahiert wurden, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und Ereignissignale ausgibt, von denen jedes angibt, daß das Signal des Bandpaßfilters 3 den Schwellwert überschreitet.
Eine Zeitspannenberechnungseinrichtung, die die Ereignissignale von der Vergleichseinrichtung erhält und Zeitspannen berechnet, bei denen Ereignissignale auftreten,
eine Summationseinrichtung, die die Anzahl der Ereignissignale für entsprechende Signale Zeitspannen, die durch die Zeitspannen-Berechnungseinheit berechnet wurden, auf summiert und
eine Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob die Anzahl der Ereignisse, die durch die Summationseinrichtung aufsummiert wurden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder nicht, um einen Lagerfehler zu beurteilen.
In Figur 4 ist die Bezugsziffer 1 ein AE-Sensor, der die Akustikemissionen von einem Lager detektiert. AE-Signale, die die Stärke der Akustik-Emission angeben und vom Sensor 1 ausgeben werden, werden vom Vorverstärker 2 verstärkt, einem Bandpaßfilter 3 eingegeben, durch den AE-Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz und vorzugsweise von 200 kHz bis 500 kHz passieren läßt und Rauschen wird entfernt. Die AE-Signale, aus denen das Rauschen durch den vorgenannten Bandpaßfilter 3 entfernt wurden, wird weiter verstärkt durch den Hauptverstärker 4 und einem Einhüllenden-Detektor 5 eingegeben, und hinsichtlich der Einhüllenden detektiert. Ein AE-Signal hat eine Signalform wie beispielsweise in Figur 5 (a) und ein Spektrum wie in Figur 5 (b). Die Signalform nach der Einhüllenden-Detektierung durch den Einhüllenden-Detektor 5 wird so wie in Figur 5 (c) dargestellt. Nach der einhüllenden Detektierung wird das AE-Signal mit einem konstanten Schwellwert durch den Komparator 6 verglichen, und wenn das AE-Signal den Pegel des Schwellwertes überschreitet, wird ein Puls, der in Figur 5 (d) dargestellt ist, an den Rechner 7 abgegeben. Desweiteren wird die Anzahl der Umdrehungen des Lagers pro Zeiteinheit dem Rechner 7 vom Umdrehungssensor 8 eingegeben.
Eine Verarbeitung wie sie in Figur 6 dargestellt ist, wird in dem vorgenannten Rechner 7 durchgeführt.
Zunächst werden im Schritt 51 in Figur 6 Anfangseinstellungen durchgeführt, der Ablauf geht zu Schritt S2 und es wird festgestellt, ob eine vorher definierte, vorgegebene Zeit abgeiaufen ist. Falls in diesem Schritt festgestellt wird, daß die Zeit nicht abgelaufen ist, wird zu Schritt S3 fortgeschritten, wo durch den Empfang eines Pulses vom Komparator 6 festgestellt wird, ob Akustikemissionen, die einen Lagerfehler anzeigen, erzeugt wurden; falls festgestellt wird, daß Akustikemissionen nicht generiert wurden, wird zu Schritt S3 zurückgegangen; falls festgestellt wird, daß Akustikemissionen erzeugt wurden, wird zu Schritt S4 fortgeschritten und die Zeit des Ereignisses, zu dem die Akustikemission detektiert wurde, wird im Speicher gespeichert und es wird zu Schritt S3 zurückgegangen.
Nach der Wiederholung der Schritte S2, S3 und S4, falls im Schritt S2 festgestellt wird, daß die vorgegebene Zeit abgelaufen ist, wird zu Schritt S5 fortgeschritten, und jede Zeitspanne, bei der der AE-Signalpegel den Schwellwert überschreitet, wird berechnet, unter Verwendung der Ereigniszeit, die im Schritt 54 gespeichert wurde. Anschließend wird zum Schritt 26 fortgeschritten und, basierend auf der Änderung der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Lagers, die vom Umdrehungssensor 8 erhalten wurde, während des Zeitablauf der vorgegebenen Zeit zu einer Bezugszahl von Umdrehungen, wird jede im Schritt 55 berechnete Zeitspanne zu einer Zeitspanne pro Bezugszahl von Umdrehungen korrigiert. Das bedeutet, daß jede Zeitspanne, die im Schritt ss berechnet wurde, mit der Anzahl Umdrehungen des Lagers pro Zeiteinheit, die durch den Umdrehungssensor 8 ermittelt wurde, multipliziert und durch die Umdrehungsbezugsanzahl geteilt wird.
Als nächstes wird zum Schritt S7 fortgeschritten, und die Anzahl F der AE-Signale für die entsprechenden Zeitspannen wird aufsummiert. Das heißt, wie in Figur 5 (e) dargestellt ist, daß die Anzahl der Auftritte von Ereignissen für entsprechende Zeitspannen oder die Frequenz der AE-Signale, die den Schwellwert überschreiten, berechnet wird. Anschließend wird zum Schritt S8 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob die Frequenz der Akustikemissionen pro jedem Ereigniszyklus einen gegebenen Schwellwertpegel THR überschreitet, wie in Figur 5 (e) dargestellt ist. Wenn die Anzahl der Ereignisse "f" den Schwellwertpegel überschreitet, wird ein Lagerfehler angenommen, es wird zu Schritt S9 fortgeschritten und eine Warnung, die einen Lagerfehler angibt, wird ausgegeben. Es wird zum Schritt S2 zurückgegangen, falls im Schritt S8 entschieden wird, daß die Anzahl der Ereignisse "f" den Schwellwertpegel THR nicht überschreitet.
Es ist ferner möglich, die Lage des Lagerfehlers aufgrund der Zeitspanne, bei der die Anzahl der Ereignisse den Schwellwertpegel überschreiten, festzustellen. Das heißt, falls das obengenannte Lager ein Walzenlager ist, in dem der innere Ring ein Drehring ist, und die Frequenz, bei der eine Walze eine vorgegebene einzelne Stelle auf dem Innenring passiert, mit Fi bezeichnet wird, die Drehfrequenz der Welle Fr ist, die Frequenz, bei der eine Walze eine spezielle Stelle auf dem Außenring passiert, Fo ist, die Drehfrequenz des Walzenlagers Fb ist und die Drehfrequenz des Käfigs Fc ist, werden Akustikemissionen zu den folgenden Zeitspannen erzeugt:
1/Fi, 1/Fr, wenn der Fehler auf dem Innenring ist, 1/Fo, wenn der Fehler auf dem Außenring ist, und 1/Fb, 1/Fc, wenn der Fehler auf der Walze ist (T in Figuren 5 (d) und (e) bezeichnen jeweils eine der obengenannten Zeitspannen).
Im einzelnen bedeutet das, daß die Ereigniszeitspanne der Akustikemission dementsprechend differiert, ob der Innenring, der Außenring oder die Walze einen Fehler aufweist. Es ist dementsprechend möglich zu entscheiden, ob das Abschuppen am Innenring, am Außenring oder an der Walze aufgetreten ist, aufgrund des Ereigniszyklus oder der Zeitspanne, bei der die Anzahl der Ereignisse den Schwellwert überschreitet.
Diese Ausführungsform kann akkurat Fehler, beispielsweise Abschuppung, die in dem Lager auftreten, erfassen, und hier kann ferner die Abschuppüngsstelle im Lager angeben, da AE- Signale, die größer als eine vorgegebene Amplitude sind, nach der Entfernung von Rauschen durch einen Bandpaßfilter mit einer Bandweite von 100 kHz bis 500 kHz detektiert werden, wobei die Anzahl der Ereignisse, daß das AE-Signal größer als ein vorgegebener Wert ist, detektiert und durch entsprechende Zeitspannen aufsummiert werden, und ein Lagerfehler wird angenommen, wenn diese aufsummierte Anzahl einen vorgegebenen, spezifizierten Wert bei einer spezifizierten Zeitspanne überschreitet. Desweiteren, während Änderungen in der Anzahl der Umdrehungen des Lagers die Ereigniszeitspanne der Akustikemissionen beeinflußt, kann die beschädigte Stelle des Lagers akkurat angegeben werden, ohne durch Änderungen der Lagergeschwindigkeit beeinflußt zu werden, da die Anzahl der Umdrehungen vom Umdrehungssensor erfaßt wird, um die Ereignisperiode zu kompensieren. Desweiteren, da der Lagerfehler beurteilt wird unter Verwendung des angesammelten Wertes der AE-Signale, die in einem spezifizierten Zyklus oder einer Periode erzeugt wurden, können Lagerfehler akkurat detektiert werden auch in Umgebungen, in denen akustische Emissionen von anderen Quellen als den Lagern erzeugt werden, beispielsweise wenn Metall in einer Walzmaschine geladen wird, und auch bei Anwesenheit anderer externer Geräuschquellen.
In dem vorgenannten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist der Schwellpegel mit dem die Amplitude der Akustikemissionen verglichen wird, ein konstanter Wert, aber der Schwellpegel kann in Abhängigkeit vom Pegel externer Geräusche variiert werden. Desweiteren wird in dem vorgenannten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Akustikemissions-Ereigniszyklus oder die Periode kompensiert nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, aber der Akustikemissions-Ereigniszyklus kann mit jeder Akustikemission kompensiert werden. In Fällen, bei denen die Anzahl der Umdrehungen eines Lagers konstant ist oder Änderungen der Drehzahlen erwartet werden, kann die konstante Drehzahl und die erwartete Drehzahl dem Rechner 7 eingegeben werden zur Kompensation des Akustikemissions-Ereigniszyklus oder der Periode ohne Verwendung des Drehsensors 8. Im Fall, bei dem die Drehzahl eines Lagers konstant ist und die Erfassung der Beschädigungsstelle des Lagers nicht erforderlich ist, ist es auch möglich, den Akustikemissions-Ereigniszyklus nicht zu kompensieren.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung klar ist, können Lagerfehler akkurat durch ein Lagerfehler-Vorrichtung gemäß der Erfindung festgestellt werden, selbst in Umgebungen, in denen akustische Emissionen von anderen Quellen als dem Lager erzeugt werden, und in Umgebungen mit starkem externen Lärm, da die Vorrichtung mit einer Vergleichseinrichtung versehen ist, die ein AE-Signal von einem AE-Sensor mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht, einer Zeitspannen- Berechnungseinrichtung, die verschiedene Zeitspannen berechnet, zu denen Ereignisse auftreten, die anzeigen, daß AE-Signale den Schwellwert überschreiten, eine Summationseinrichtung, die die Anzahl der Ereignisse für entsprechende verschiedene Perioden summiert und eine Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob die Anzahl der Ereignisse, die durch die Summationseinrichtung summiert wurden, einen weiteren spezifizierten Schwellwertpegel überschreiten, wodurch die Vorrichtung die Anzahl der Ereignisse, wobei jede Ereignisperiode aufsummiert und einen Lagerfehler annimmt, wenn der aufsummierte Wert einen Schwellwert überschreitet. Desweiteren kann die Lagerfehler-Detektorvorrichtung gemäß der Erfindung Änderungen der Periode bewältigen und akkurat die Fehlerstelle des Lagers selbst in den Fällen angeben, in denen die Drehzahl des Lagers sich ändert, da ein Signal, das die Drehzahl des Lagers angibt, von einem Drehzahlsensor erhalten wird, und die Ereignisperiode, die durch die Zeitspannen-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, wird durch eine Perioden-Kompensationseinrichtung kompensiert zu einer Ereignisperiode einer Bezugsdrehzahl.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 7 bis 9 erläutert.
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers in Wälzlagern für Walzmaschinen gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung 11, die ein Akustikemissions-Signal, das die Leistung einer Akustikemission von Wälzlagern anzeigt, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, das einen Lagerfehler angibt, wenn die Leistung der Akustikemission den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und aufweist
eine Logikschaltung 14, die den Ausgang der Vergleichseinrichtung für eine vorgegebene Zeit bei der Metall-Zuführungszeit und der Metall-Abführungszeit aufgrund von Walzsignalen sperrt.
In einer Walzmaschine wie in Figur 9 dargestellt ist, wird, selbst falls ein großes AE-Signal bei der Metall-Zuführung bzw. der Metall-Abführung emittiert wird, dieses AE-Signal, das bei der Metall-Zuführung und der Metall-Abführung produziert wird, durch die Logikschaltung 14 entfernt und eine irrtümlich falsche Beurteilung bei intaktem Lager tritt somit nicht auf.
Obwohl ein AE-Sensor, ein Verstärker, ein Bandpaßfilter und ein Einhüllenden-Detektor nicht in Figur 7 dargestellt sind, werden diese in diesem Ausführungsbeispiel wie im zweiten Ausführungsbeispiel der Figur 4 verwendet. Ein vom AE-Sensor ausgegebenes AE-Signal wird durch den Verstärker verstärkt, ein Signal mit einem spezifizierten Bereich passiert den Bandpaßfilter und wird hinsichtlich der Einhüllenden durch den Einhüllenden-Detektor erfaßt, und das Einhüllenden Detektorsignal wird dem Komparator 11, wie in Figur 7 dargestellt ist, eingegeben. Das hinsichtlich der Einhüllenden erfaßte Signal wird mit einem Schwellwert durch den Komparator 11 verglichen und ein Hochpegelsignal wird an eine Speicherschaltung 12 ausgegeben, wenn das Einhüllenden-detektierte Signal den Schwellwert oder Bezugswert überschreitet. Desweiteren wird ein Walzsignal, das in Figur 8 (a) dargestellt ist, der Speicherschaltung 12 und der Signalformschaltung 13 eingegeben. Die vorgenannte Speicherschaltung 12 erhält dieses Walzsignal und speichert nach der Metallzuführung, insbesondere während des Walzens, nacheinander die Ausgangssignale des Komparators 11. Die vorgenannte Signalformschaltung 13 schneidet das Walzsignal für eine bestimmte Zeit nach der Metallzuführung ab und für eine bestimmte Zeit vor der Metallabführung, und die Signalformen des Signals sind in Figur 8 (b) dargestellt. Eine UND-Schaltung 14, die eine logische Schaltung ist, erhält die Ausgangssignale der Speicherschaltung 12 und von der Signalformschaltung 13 und verknüpft die in Figur 8 (b) dargestellte Signalform und die Ausgabe der Speicherschaltung 12 über ein UND und gibt ein Hochpegelsignal und eine Warnung aus, wenn sowohl der Ausgang der Speicherschaltung 12 und der Ausgang der Signalforinschaltung 13 aktiv sind.
Auf diese Weise erhält diese Signalfehlerdetektor-Vorrichtung ein Signal vom Komparator 11 an die Speicherschaltung 12 nur während des Walzens, zeichnet das Ausganssignal des Komparators 11 während des Nichtwalzens nicht auf und kann Speicherkapazität sparen. Desweiteren, da die Lagerlast während des Nichtwalzens gering ist und Akustikemissionen aufgrund von Lagerfehlern extrem gering sind, wenn sie überhaupt emittiert werden, da das Signal-/Rauschverhältnis sich in diesem Fall verschlechtert, wird das Ausgangssignal dem Komparators 11 an die Speicherschaltung 12 nur während des Walzens weitergegeben, so daß das Signal- /Rauschverhältnis verbessert ist.
Desweiteren, da auf diese Weise die UND-Schaltung 14 den Ausgang des Komparators 11 während der bestimmten Zeit nach der Metall-Zuführung und vor der Metall-Abführung ungültig macht, erfolgt keine irrtümliche Beurteilung eines Lagerfehlers, selbst wenn ein großes AE-Signal von der Walzmaschine während des Metallzuführens und des Metallabführens emittiert wird, wie in Figur 9 dargestellt ist. In dem vorstehenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die UND-Schaltung 14 als Logikschaltung verwendet, und das Ausgangssignal des Komparators wird für eine vorgegebene Zeit nach der Metallzuführung und vor der Metallabführung ungültig gemacht, jedoch kann der Eingang des Komparators 11 des einhüllenden detektierten Signals gestoppt werden für eine vorgegebene Zeit nach der Metallzuführung und vor der Metallabführung durch, beispielsweise, das Vorsehen einer UND-Schaltung vor dem Komparator 11. Desweiteren, kann die Warnsignalabgabe von der UND-Schaltung 14 erhalten werden, der Zyklus der Warnsignale kalkuliert werden, und das Beurteilen eines Lagerfehlers durch Entscheiden erfolgen, ob die Anzahl der Warnsignale, die in den entsprechenden verschiedenen Zyklen summiert wurden, einen Schwellwert überschreitet.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar ist, kann eine Lagerfehlerdetektor-Vorrichtung gemäß der Erfindung AE-Signale, die bei der Metallzuführung und der Metallabführung entstehen, bei der Lagerfehlerbeurteilung mißachten und akkurat Wälzlagerfehler beurteilen, ohne Fehler, die aufgrund des Walzbetriebs auftreten, da eine Vergleichseinrichtung, die ein AE-Signal von einem AE-Sensor mit einem Bezugs- oder Schwellwertvergleich und eine logische Schaltung, die das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung für eine konstante Zeit nach der Metallzuführung und der Metallabführung ungültig macht, basieren auf einem Walzsignal, vorgesehen sind.
Desweiteren, da, falls das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung nur während des Walzens durch die Logikschaltung gültiggestellt ist, ergibt sich keine Beurteilung von Lagerfehlern während Nichtwalzzeiten, so daß Verschlechterungen im Signal-/Rauschverhältnis verhindert sind und eine effiziente Lagerfehlerbeurteilung durchgeführt werden kann.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 10 und 11 beschrieben.
Ein Verfahren zur Erfassung eines Fehlers in Wälzlagern für Walzmaschinen gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Schritte:
Extrahieren durch einen Bandpaßfilter von Signalen im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz, aus den Signalen, die von einem Akustikemissions-Sensor eingegeben werden, der Akustikemissionen von einem Lager detektiert;
Vergleichen mittels einer Vergleichseinrichtung jedes der Signale, die vom Bandpaßfilter extrahiert und ausgegeben werden, mit einem vorgegebenen Schwellwert;
Speichern in einem Speicher ein Ereignis, das während des Walzens erzeugt wird, außer in vorgegebenen Perioden nach dem Empfang eines Metallzuführungssignals und vor dem Empfang eines Metallabführungssignals, daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet;
Wiederholen der obenstehen Schritte der Extrahierung, des Vergleichs und des Speicherns für eine gewisse Anzahl von Malen für jedes einer Anzahl von Lagern und
abschließendes Detektieren von Lagerfehlern aufgrund der Anzahl der im Speicher gespeicherten Ereignisse.
In Figur 10 sind 1-1, 1-2, ... 1-n AE-Sensoren, von denen jeder AE-Signale von entsprechenden zugeordneten Wälzlagern erhält, 22 ist ein Multiplexer, der die AE-Sensoren 1-1, 1- 2,...1-n multiplext, 23 ist ein Vorverstärker, der die AE- Signale vom Multiplexer 22 verstärkt, 24 ist ein Bandpaßfilter, der die AE-Signale des Verstärkers im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz passieren läßt, 25 ist ein Einhüllenden-Detektor, der einhüllenden-detektierte Signale des Bandpaßfilters 24 detektiert, 26 ist ein Komparator, der die einhüllenden-detektierten Signale des Einhüllenden-Detektors 25 mit einem Schwellwert oder einem Bezugswert vergleicht, 27 ist eine Zentralprozessoreinheit (CPU), die die in Figur 11 dargestellte Verarbeitung durchführt, 28 ist ein Speicher, 29 ist ein Drehsensor, der die Drehung des Lagers erfaßt, und 10 ist ein Walzsensor, der ein Walzsignal einschließlich eines Metallzuführungssignals abgibt. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform wird anhand von Figur 11 beschrieben.
Zunächst wird im Schritt S1 eine Anfangseinstellung durchgeführt, und es wird zu Schritt S2 fortgeschritten, der Multiplexer 22 wird geschaltet und ein Signal von einem bestimmten AE-Sensor wird detektiert.
Als nächstes wird zum Schritt S3 fortgeschritten, und es wird festgestellt, ob das Metallzuführungssignal des Walzsensors 11 niedrig wird, insbesondere wird festgestellt, ob Metall geladen ist. Diese Entscheidung wird wiederholt, falls Metall gerade zugeführt wird. Insbesondere wird der Zustand, in dem Metall nicht geladen ist, zunächst erfaßt. Falls das Metallzuführungssignal niedrig ist, insbesondere Metall nicht geladen wird, wird zu Schritt S4 fortgeschritten und es wird festgestellt, ob das Metallzuführungssignal auf hohem Pegel ist. Falls das Metallzuführungssignal nicht auf hohem Pegel ist, wird diese Entscheidung wiederholt. Falls das Metallzuführungssignal auf hohem Pegel ist, wenn insbesondere festgestellt wird, daß Metall geladen wurde, wird zu Schritt 55 fortgeschritten, und es wird 0,5 Sekunden abgewartet. Insbesondere ist eine 0,5 Sekunden-Warteschleife vorgesehen, um große AE-Signale nach der Metallzuführungszeit von der Beurteilung auszuschließen. Als nächstes wird zu Schritt S6 fortgeschritten, und die Schnittstelle wird initialisiert. Als nächstes wird zu Schritt 57 fortgeschritten, und die Unterbrechung von Signalen des Komparators 26 wird erlaubt. Im Schritt S71, wenn der Komparator 26 feststellt, daß das Ausgangssignal des Einhüllenden-Detektors größer ist als Schwell- oder Bezugswert, wird ein Ereignissignal, das das Ereignis angibt, bei dem das AE-Signal, das einen Lagerfehler anzeigt, den vorgegebenen Bezugswert überschreitet, gelesen. Desweiteren, wird der Zeitpunkt des Auftretens des Ereignisses ebenfalls zum gleichen Zeitpunkt gelesen. Als nächstes wird zum Schritt S8 fortgeschritten und die Drehgeschwindigkeit VN des Lagers wird vom Drehsensor 29 gelesen. Als nächstes wird zum Schritt S9 fortgeschritten, und falls das Metallzuführungssignal niedrig ist, wird festgestellt, daß das Walzen beendet ist; im Fall, daß das Walzen nicht beendet ist, wird zum Schritt S8 zurückgegangen, und Geschwindigkeitslesen tritt auf. Falls im Schritt 59 das Metallzuführugssignal niedrig ist, insbesondere falls die Metallabführung entschieden wird, wird zu Schritt S10 fortgeschritten und die Unterbrechung wird verboten. Als nächstes wird zum Schritt S10'fortgeschritten, und die Daten des Ereignis-Signals, das im Schritt S71 während der 0,5 Sekunden vor der Metallzuführung erfaßt wurde, werden gelöscht. Insbesondere werden die Daten für 0,5 Sekunden vor der Metallabführungszeit gelöscht, um AE-Signale vor der Metallabführungszeit aus dem Fehlerbeurteilung herauszunehmen. Als nächstes wird zum Schritt S11 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob mehr als zwei Ereignis-Signale im Schritt S71 detektiert wurden, insbesondere, ob die Bedingung, in der das AE-Signal den Bezugspegel überschreitet, mehr als zweimal existiert; im Fall, bei dem das Ereignis zweimal oder mehr aufgetreten ist, wird zum Schritt S12 fortgeschritten, und es wird in den Hauptablauf eingetreten. Desweiteren, falls das Ereignissignal nur einmal oder noch nicht einmal aufgetreten ist, wird der spätere Schritt 514 angesteuert. Im Hauptablauf des Schritts S12 wird zum Schritt S21 fortgeschritten, in dem die Drehgeschwindigkeit des Lagers hinsichtlich einer Bezugsdrehgeschwindigkeit kompensiert wird, aufgrund der Lagerdrehgeschwindigkeit, die im Schritt S8 gelesen wurde, d.h., die Periode der Ereignissignale wird hinsichtlich einer Periode, die einer entsprechenden Bezugsgeschwindigkeit entspricht, korrigiert. Als nächstes wird zum Schritt S122 fortgeschritten, und die Ereignissignale werden für die entsprechenden Ereignisperioden summiert. Als nächstes wird zum Hauptablauf S12 zurückgegangen und Schritt S13 wird angesteuert, und die Fehlerbeurteilung tritt auf. In diesem Fall, in dem ein Fehler im Schritt S13 festgestellt wurde, wird zum Schritt S14 fortgeschritten, ein Fehlerauftreten wird angezeigt, und desweiteren wird die Stelle des Fehlerauftritts angezeigt. Die Fehlerauftrittsstelle wird dem Innenring, dem Außenring, den Walzelementen oder dem Käfig entsprechend der Periode der Ereignissignale zugeordnet. Als nächstes wird zum Schritt S15 fortgeschritten und eine Warnung wird ausgegeben.
Falls jedoch im Schritt S13 festgestellt wird, daß kein Fehler aufgetreten ist, wird zum Schritt S16 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob die Verarbeitung der Schritte S3 bis S13 für eine gewisse Anzahl von Malen für ein einziges Lager durchgeführt wurde. Diese gewisse Anzahl von Malen für ein einziges Lager kann beispielsweise 10 bis 20 Male betragen. In diesem Schritt S16, falls festgestellt wird, daß diese Verarbeitungsfolgen nicht für die gewisse Anzahl von Malen durchgeführt wurde, wird zum Schritt S3 zurückgegangen und die Schritte S3 bis S13 werden wiederholt. In Schritt S16, falls festgestellt wurde, daß diese Verarbeitungsfolgen für die gewisse Anzahl von Malen für ein Lager durchgeführt wurde, wird zu Schritt 17 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob Daten zu löschen sind, insbesondere, ob die Messungen für eine vorgegebene Anzahl von Malen für alle Lager durchgeführt wurden. Diese vorgegebene Anzahl von Malen für ein Lager kann beispielsweise 50 bis 100 Male betragen. Falls festgestellt wird, daß die Verarbeitungsfolgen von Schritt S2 bis S13 nicht für die vorgegebene Anzahl von Malen durchgeführt wurde, wird zum Schritt S12 zurückgegangen, der Multiplexer 22 wird geschaltet, und die Verarbeitungsfolgen der Schritte S3 bis S13 wird wiederholt für das nächste Lager. Im Schritt S17, falls festgestellt wird, daß die Verarbeitungsfolgen der Schritte S3 bis S13 für die vorgeschriebene Anzahl von Malen für alle Lager durchgeführt wurden, wird zum Schritt S18 fortgeschritten, und die Daten werden gelöscht.
Auf diese Weise können Lagerfehler akkurat und effizient für jedes einer Anzahl von Lagern erfaßt werden, da eine vorgeschriebene Anzahl von Messungen während der Walzzeit ausschließlich einer vorgegebenen Zeit nach der Metallzuführung und einer vorgegebenen Zeit vor der Metallabführung durchgeführt werden zur Beurteilung der AE-Signale und der daraus folgenden Lagerfehlererfassung.
In der obenstehenden Beschreibung wurde der Fall beschrieben, in dem Messungen für alle Lager durchgeführt wurden, aber von allen Lagern kann jede gewünschte Anzahl von Lagern gemessen werden. Desweiteren, falls die Walzzeit ausreichend lang ist, kann die Beurteilung einer gegebenen Anzahl von Malen ebenfalls verwendet werden, und nicht gerade das Metallsignal im Schritt S9.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung klar ist, kann ein Verfahren zur Erfassung von Fehlern in Wälzlagern für Walzmaschinen gemäß der Erfindung akkurat Lagerfehler schnell für eine Mehrfachzahl von Lagern detektieren, selbst falls die Zeit, in der Unregelmäßigkeiten in den AE-Signalen erfaßt werden können, extrem kurz ist, da, ob eine Unregelmäßigkeit im AE-Signal erzeugt wird, für eine vorgegebene Anzahl konstanter Zeitperioden für jedes einer Anzahl von Lagern durchgeführt wird.
Desweiteren, erfolgt bei einem Wälzlagerfehler-Detektorverfahren für eine Walzmaschine gemäß der Erfindung keine irrtümliche Lagerfehlerbeurteilung aufgrund von AE-Signalen bei der Metallzuführung bzw. der Metallabführung, da Unregelmäßigkeiten in AE-Signalen während der Walzzeit beurteilt werden ausschließlich einer vorgegebenen Zeit nach dem Empfang eines Metallzuführungssignals und einer vorgegebenen Zeit vor dem Empfang eines Metallabführungssignals.
Desweiteren sind in einem Wälzlagerfehler-Erfassungsverfahren gemäß der Erfindung der Pegel der AE-Signale während eines Lagerfehlers hoch und das Signal-Rauschverhältnis verbessert, da die Beurteilung mit einer dem Lager zugeführten Last durchgeführt wird.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Figuren 12 bis 18 erläutert.
Ein Verfahren zur Erfassung eines Fehlers in einem Lager gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das durch eine Vorrichtung durchgeführt wird mit einem Akustikemissions-Sensor 31, der Akustikemissionen von einem Lager detektiert, einem Bandpaßfilter 33, der Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz aus Signalen extrahiert, die von dem Akustikemissions-Sensor 31 abgegeben werden, einer Vergleichseinrichtung 36, die jedes der Signale, das vom Bandpaßfilter 33 abgegeben wurde, mit einem Schwellwert vergleicht und dadurch ein Fehler in einem Lager erfaßt aufgrund des Resultats des Vergleichs, ist gekennzeichnet durch die Schritte der Berechnung mittels einer Zeitberechnungseinrichtung von Perioden, bei denen Ereignisse auftreten, daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters den Schwellwert überschreitet.
Aussummieren der Anzahlen der Ereignisse für jede Periode, die im vorstehenden Schritt berechnet wurde,
Modifzieren des Schwellwertes in einer solchen Weise, daß der Gradient einer geraden Linie, die im allgemeinen eine Verteilung der Anzahl der Ereignisse in jeder Periode angibt, sich etwa Null nähert.
Das Prinzip dieser Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figur 13 erläutert.
Figur 13a zeigt eine detektierte Signalform nach der Einhüllenden-Detektierung der AE-Signale, wobei diese Punkte, an denen der Pegel plötzlich ansteigt, AE-Signale, die durch Signalfehler emittiert werden, angeben, und die niedrigpegeligen Signale Hintergrundrauschen angeben. Desweiteren, für den Fall, in dem der Schwellwertpegel 0,25 mV geringer gesetzt ist als die Obergrenze des Hintergrundrauschens von 1,0 mV, ist die Beziehung zwischen den Perioden, bei denen die AE-Signale diesen Schwellwert überschreiten, und der Anzahl der Ereignisse in Figur 13b dargestellt. Desweiteren ist die Anzahl der Ereignisse für die entsprechenden Perioden dargestellt, wenn der Schwellwertpegel auf die obere Grenze des Hintergrundrauschens von 1,0 mV gesetzt wurde in Figur 13c dargestellt und die Verteilung der Anzahl der Ereignisse für die entsprechenden Perioden, wenn der Schwellwertpegel auf 0,25 mV über dem oberen Limit des Hintergrundrauschens eingestellt ist, in Figur 13 d. Wie aus diesen Figuren 13b, c und d ersichtlich ist, wenn der Schwellwertpegel geringer ist als die Obergrenze des Hintergrundrauschens, ist die Verteilung der Anzahl der Ereignisse wie in Figur 13b dargestellt, wobei der Gradient, der die Verteilung der Anzahl der Ereignisse für die Perioden angibt, ausschließlich der AE-Signale, die in der Fehlerzeit abgegeben werden, eine negative Steigung hat. Desweiteren, für den Fall, daß der Schwellwertpegel auf die Obergrenze des Hintergrundrauschens gesetzt wird, wie es in Figur 13c dargestellt ist, wenn die Verteilung der Perioden und der Anzahl der Ereignisse mit Ausnahme von AE-Signalen, die in der vorgenannten Fehlerzeit emittiert werden, linear ausgedrückt wird, ist ersichtlich, daß die Linearität etwa horizontal wird (vergleiche Figuren 17 und 18). Desweiteren ist Figur 13d ähnlich der Figur 13c. Aufgrunddessen, wenn der Schwellwertpegel geringer als die Obergrenze des Hintergrundrauschens gesetzt wird, ist es schwierig, Lagerfehler zu unterscheiden. Insbesondere um Hintergrundrauschen und AE-Signale zu unterscheiden und AE-Signale zu erfassen, ist es ausreichend, den Schwellwertpegel auf die Obergrenze des Hintergrundrauschens zu setzen. Um diesen Schwellwertpegel zu setzen, ist bekannt, daß es ausreichend ist, den Schwellwertpegel so einzustellen, daß die Steigung der geraden Linie, die die Verteilung der Ereignisperiode und der Anzahl der Ereignisse angibt, in der das AE-Signal den Schwellwert überschreitet, flach sein kann. Die vorliegende Erfindung gibt diesen Punkt an und wurde entsprechend ausgeführt.
Figur 12 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. Akustische Emissionen der Lager etc. werden durch den AE-Sensor 31 detektiert, das AE-Signal, das vom AE-Sensor ausgegeben wurde, wird durch den Vorverstärker 32 verstärkt und dem Bandpaßfilter 33 zugeführt. Bei diesem Bandpaßfilter 33 wird ein AE-Signal im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz durchgelassen, und Rauschen wird entfernt. Das AE-Signal, aus dem das Rauschen entfernt wurde, wird vom Bandpaßfilter 33 dem Hauptverstärker 34 zugeführt, wo es weiter verstärkt wird, und einer einhüllenden Detektierung durch einen Einhüllenden-Detektor 35 unterzogen, und das in Figur 13a dargestellte Signal wird dem Vergleich 36 zugeführt. Im Vergleicher 36 werden ein vorgegebener Schwellwert und das Einhüllenden-detektierte AE-Signal verglichen und falls das AE-Signal diese Schwelle überschreitet, wird ein Signal, das angibt, daß das AE-Signal den Schwellwert überschreitet, an den Rechner 37 ausgegeben. An den Rechner 37 werden nicht nur Signale vom Vergleicher 36, sondern auch Signale vom Drehsensor 38, der die Lagerdrehung erfaßt, eingegeben, und ein Schwellwert wird entsprechend der Verarbeitung der Figur 14 neu eingestellt. Der durch die Verarbeitung der Figur 14 eingestellte Schwellwert wird D/A-gewandelt durch einen D/A-Konverter und dem Komparator 36 zugeführt.
In dem vorstehenden Berechner 37 wird im Schritt S1 eine Anfangseinstellung wie in Figur 14 dargestellt ist, durchgeführt. Anschließend wird zum Schritt S2 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob eine vorher definierte gewisse Zeit abgelaufen ist; falls diese gewisse Zeit nicht abgelaufen ist, wird zu Schritt S3 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob ein Puls, der angibt, daß das AE-Signal den Schwellwertpegel überschreitet, vom Komparator 36 empfangen wurde, insbesondere wird beurteilt, ob Akustikemissionen, die einen Lagerfehler anzeigen, ausgegeben wurden. Falls festgestellt wird, daß die vorgenannten Akustikemissionen im Schritt S3 nicht emittiert wurden, wird zum Schritt S2 zurückgegangen. Falls festgestellt wird, daß die vorgenannten Akustikemissionen im Schritt S3 emittiert wurden, wird zum Schritt S4 fortgeschritten, und die Ereigniszeit der Akustikemission wird gespeichert. Die vorgenannte Ereigniszeit wird berechnet durch Zählen von Takten des Zeitgebers 40. Anschließend wird zum Schritt S2 zurückgegangen, und Schritt S3 wird wiederholt. Falls im vorgenannten Schritt S2 festgestellt wird, daß die gewisse Zeit abgelaufen ist, wird zum Schritt S5 fortgeschritten, und Ereignisperioden TI und T2 der Akustikemission, die in Figur 15 dargestellt sind, werden berechnet. Desweiteren, basierend auf einem Signal des Drehsensors 38, das die Umdrehungen pro Zeiteinheit angibt, werden die vorgenannten Ereignisperioden in entsprechende Perioden einer Bezugszahl von Umdrehungen des Lagers umgerechnet, wenn die Geschwindigkeit des Lagers in Bezug auf die Bezugsgeschwindigkeit des Lagers variiert. Insbesondere wird die erfaßte Periode der Ereignisse durch die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Lagers dividiert und durch eine Bezugszahl von Umdrehungen des Lagers multipliziert, um die Periode für eine Bezugsgeschwindigkeit zu korrigieren. Als nächstes wird zum Schritt S6 fortgeschritten, und die Anzahl der Ereignisse der Akustikemission für jede Ereignisperiode oder -zyklus wird auf summiert. Insbesondere, wie in den Figuren 13b, c und d dargestellt ist, wird die Frequenz der Anzahl der Ereignisse für jeden Ereigniszyklus der akustischen Emission berechnet. Als nächstes wird zum Schritt S7 fortgeschritten, und die Verteilung der Anzahl der Ereignisse der akustischen Emission mit Bezug auf die Periode oder den Zyklus wird linear ausgedruckt. Insbesondere, wie in Figur 17 dargestellt ist, falls der Schwellwert geringer eingestellt ist als die Obergrenze des Hintergrundrauschens, ist die Verteilung der Anzahl der Ereignisse für jede Ereignisperiode nach rechts abfallend, und der Gradient a einer geraden Linie, der die Verteilung angibt, wird annähernd negativ. Demgegenüber, wenn der Schwellwert auf die obere Grenze des Hintergrundrauschens eingestellt ist, wird der Gradient der geraden Linie im wesentlichen flach, wie es in Figur 18 dargestellt ist. Als nächstes wird zum Schritt S8 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob die Steigung a der geraden Linie Null oder nicht ist, wie in den Figuren 17 und 18 dargestellt ist. Falls der Gradient a der vorgenannten geraden Linie kleiner ist als Null, wird zum Schritt 59 fortgeschritten, wie in den Figuren 17 und 18 dargestellt ist. Falls der Gradient a der vorgenannten geraden Linie kleiner ist als Null, wird zum Schritt 59 fortgeschritten, der Schwellpegel wird erhöht und Schritt S2 wird erneut durchgeführt. Falls jedoch im Schritt S8 festgestellt wird, daß die Steigung der geraden Linie Null ist oder größer als Null ist, wird angenommen, daß der Schwellwertpegel bereits auf die Obergrenze des Hintergrundrauschens gesetzt wurde, und das Einstellen des Schwellpegels ist beendet.
Auf diese Weise ermöglicht es dieses Verfahren, den Schwellwert, der die Obergrenze des Hintergrundrauschens angibt, rational einzustellen in einer Weise, daß die Steigung einer geraden Linie, die die Verteilung der Anzahl der Ereignisse des AE-Signals bezüglich der Ereignisperiode des AE-Signals angibt, etwa Null zu werden, und aufgrunddessen können Lagerfehler unabhängig von der Intuition des Arbeiters oder einem Verlust der Ausstattung des Arbeiters festgestellt werden. Desweiteren ist die automatische Einstellung des Schwellwerts möglich, da der Schwellwert, der das Hintergrundrauchen angibt, aufgrund der Ereignisfrequenzverteilung der Akustikemissionen bezüglich der Ereignisperiode eingestellt wird.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Ereignisperiode basierend auf der Lagergeschwindigkeit kompensiert, aber diese Kompensation ist nicht notwendigerweise erforderlich, und diese Kompensation mag nicht durchgeführt werden, wenn Variationen der Lagergeschwindigkeit gering sind.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann ein Wälzlagerfehler-Detektorverfahren gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung rational einen Schwellwertpegel einstellen und akkurat Lagerfehler feststellen, ohne daß die Intuition eines Bedieners erforderlich ist oder ein Verlust an Ausstattung, wodurch Zeit erforderlich wurde, oder Beobachtung erforderlich wäre, da die Anzahl der Ereignisse bei jedem Zyklus oder jeder Periode in der das AE-Signal einen vorgegebenen Schwellpegel oder -wert überschreitet, festgestellt wird, eine Verteilung der Anzahl der Ereignisse für jede Periode linear repräsentiert wird und ein Schwellpegel so eingestellt wird, daß der Gradient einer geraden Linie, der die obengenannte Verteilung angibt, zu Null werden kann.
Desweiteren kann ein Wälzlagerfehler-Detektorverfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung automatisch den Schwellpegel setzen, da der Schwellpegel so eingestellt wird, daß die Verteilung der Anzahl der Ereignisse bezüglich der Ereignisperiode des AE-Signals als gerade Linie repräsentiert wird und die Steigung dieser geraden Linie flach wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlers in einem Lager mit:

Einem Akustik-Emissionssensor (1), der Akustik-Emissionen von dem Lager erfaßt und Signale ausgibt, die die Leistung der Akustik-Emission anzeigen,

einem Bandpassfilter (3), der die durch den vorgenannten Sensor (1) erfaßten Signale extrahiert,

einer Vergleichseinrichtung (6), die jedes durch den Bandpassfilter (3) extrahierte Signal mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und Ereignissignale ausgibt, von denen jedes angibt, daß das Signal des Bandpassfilters (3) den Schwellwert übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpassfilter (3) nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz unter den Signalen, die vom vorgenannten Sensor (1) erhalten wurden, passieren läßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bandpassfilter (3) von den Signalen, die von dem Sensor (1) erhalten wurden, nur Signale im Bereich von 200 kHz bis 500 kHz passieren läßt.

3 Vorrichtung nach Anspruch 1, mit ferner einer Zeit-Berechnungseinrichtung, die die Ereignissignale von der Vergleichseinrichtung (6) erhält und Zeiten berechnet, in denen die Ereignissignale auftreten, einer Summationseinrichtung, die die Anzahl der Ereignissignale für entsprechende Zeiten, die durch die Zeit-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, summiert, und einer Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob die Anzahl der Ereignisse, die durch die Summationseinrichtung summiert wurden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder nicht, um einen Lagerfehler festzustellen.

4. Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern in Wälzlagern für Walzmaschinen mit:

Einer Vergleichseinrichtung (11), die ein akustisches Emissionssignal, das die Leistung einer akustischen Emission von Wälzlagern anzeigt, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, das einen Lagerfehler anzeigt, wenn die Leistung der akustischen Emission einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und mit ferner einem Bandpassfilter (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpassfilter (3) an die Vergleichseinrichtung (11) nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz, die von den Wälzlagern emittiert werden, weitergibt und

daß eine logische Schaltung (14) basierend auf Walzsignalen die Ausgabe der Vergleichseinrichtung (11) für eine vorgegebene Zeitdauer bei der Metall-Zuführungszeit und der Metall-Abführungszeit ungültig macht.

5. Verfahren zur Erkennung eines Fehlers in Wälzlagern für Walzmaschinen mit den Schritten:

Extrahieren mittels eines Bandpassfilters (24) nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz aus Signalen, die von einem Akustik-Emissionssensor (1-1) eingegeben werden, der Akustik-Emissionen von einem Lager detektiert,

Vergleichen mittels einer Vergleichseinrichtung (26) jedes der vom Bandpassfilter (24) extrahierten und ausgegebenen Signale mit einem vorgegebenen Schwellwert,

Speichern im Speicher (28) ein Ereignis, das während des Walzens erzeugt wurde mit Ausnahme während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Empfang eines Metallzuführungssignals und einer vorgegebenen Zeitspanne vor Empfang eines Metallabführungssignals, daß der Ausgang des Bandpassfilters (24) einen Schwellwert überschreitet,

Wiederholung der oben genannten Schritte der Extrahierung, des Vergleichs und des Speicherns in einer vorgegebenen Anzahl von Malen für jedes einer Vielzahl von Lagern und abschließendes Detektieren eines Lagerfehlers aufgrund der Anzahl der Ereignisse, die im Speicher gespeichert sind.

6. Verfahren zur Erkennung eines Fehlers in einem Lager, wobei das Verfahren durch ein Gerät mit einem Akustik-Emissionssensor (31), der akustische Emissionen von einem Lager detektiert, einem Bandpassfilter (33), der nur Signale im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz aus den Signalen vom Akustik-Emissionssensor (31) extrahiert, einer Vergleichseinrichtung (36), die jedes der Signale, die vom Bandpassfilter (33) ausgegeben werden, mit einem Schwellwert vergleicht, wodurch ein Fehler in dem Lager aufgrund eines Resultates des Vergleichs erfaßt wird, durchgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Berechnung von Zeiten, in denen Ereignisse, daß das Ausgangssignal des Bandpassfilters (33) den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, auftreten mittels einer Zeit-Berechnungseinrichtung,

Summieren der Anzahl der Ereignisse für jede Zeit, die im vorstehenden Schritt berechnet wurde,

Modifizieren des Schwellwertes so, daß der Gradient einer geraden Linie, die allgemein eine Verteilung der Anzahl der Ereignisse in jeder Zeit angibt, sich Null nähert.