JP2000146771A - 加減速型回転機械設備の簡易異常診断方法 - Google Patents

加減速型回転機械設備の簡易異常診断方法

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JP2000146771A
JP2000146771A JP10328230A JP32823098A JP2000146771A JP 2000146771 A JP2000146771 A JP 2000146771A JP 10328230 A JP10328230 A JP 10328230A JP 32823098 A JP32823098 A JP 32823098A JP 2000146771 A JP2000146771 A JP 2000146771A
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deceleration
vibration
machine equipment
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Toru Akashi
透 明石
Tetsuya Kato
哲也 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】稼働状態が常に加減連を繰り返す機械設備の状
態を、精度よく診断できる、加減連型回転機械設備の簡
易異常診断方法を提供する。 【解決手段】一動作が加連から減速で完了し、しかも回
転数が運転ずる度に変動する加減連型回転機械設備に対
し、測定した振動及び回転連度信号を利用して異常診断
を行う方法において、測定した振動スペクトルのオーバ
ーオール値、または回転機の原動機の負荷電流の漬定の
回転連度での値を診断バラメータとし、予め正常状態の
設備で測定したトツプスピードが連う状態で、複数個の
トップ連度時の診断バラメータ値を採取し、この関係を
式化することにより、任意のタイミングで診断バラメー
タをこの式を用いて内挿又は外挿することで所定の回転
連度状態の診断バラメータに変換し、管理する簡易診断
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばモーター
等の回転機器の異常をその振動の加速度、速度、変位あ
るいは電流値の変動に基づいて異常の有無を診断するた
めの簡易診断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】回転機械設備において歯車の異常や軸受
等の機械要素の異常を常に監視し、異常が発生した場合
は、速やかに対策をとることは、安定した生産状態を維
持するための重要な要素と共に実行することが要求され
る。またこのような中で異常を判定する設備の異常の有
無を判定する設備の異常診断方法の前提は、設備の可動
状態が安定且つ所定の回転数(運転状態)において測定
した振動及び電流値等を基にした診断パラメータに対し
てのみ有効であった。したがって生産ラインを止めなけ
れば可動状態が常に加減速状態であるような機械設備に
対しては診断パラメータを獲得することは困難で設備の
異常診断は困難であった。
【0003】そこで特開昭54−154059号では、
異常兆候を示す診断パラメータとして検出された振動信
号に対して所定の処理を行って得られた信号と、回転数
検知器で検知された回転機械の回転数とを次数比分析回
路に入力し、回転次数比を求めて該回転機械の異常診断
を行う方法が、また特開平4−279826号では異常
兆候データとして検出された振動信号に対して所定の処
理を行って得られた信号と、回転数検出器で検出された
回転機械の回転数とをデジタル信号として測定した後に
予め設定した標準回転周期と回転系の回転周期の比率か
ら、該回転周期信号と同時にサンプリングされた前記振
動信号を使うことによって回転数が変動する設備の診断
が可能となる方法が開示された。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭5
4−154059号で公報に記載された発明は専用のア
ナログ回路を設ける必要があった。また上記特開平4−
279826号および特開平8−266098号では回
転数の加速及び減速レートに依存する種々の診断パラメ
ータの変化、あるいは、個々の設備に特有の診断パラメ
ータ変化状況に対応する考慮がなされておらず、異常診
断の精度が低下すると言う問題があった。例えば図4の
A部分に示す減速機の振動データのように振動波形と回
転速度のグラフを見ると加速時と減速時の振動波形が違
っていることにより加速と減速中の回転状態では振動の
出方が違っている点などである。本発明は、加減速運転
型の回転機械設備の異常診断を実施できる方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手設】本発明は、稼働状態が常
に加減連を繰り返す機械設備の状態を、精度よく診断で
きる、加減連型回転機械設備の簡易異常診断方法を提供
するもので、 (1)請求項1記載の発明においては、動作が加速から
減速で完了し、しかも回転数が運転する度に変動する加
減速型回転機械設備に対し、測定した振動及び回転速度
信号を利用して異常診断を行う方法において、予め正常
状態の回転機械設備で測定した複数回の加速・減速運転
時の複数個のトップ速度における回転数と振動スペクト
ルのオーバーオール値、あるいは回転機の原動機の負荷
電流値の関係振動値を標準診断パラメータ値として補正
式を作成し、任意のタイミングで測定した振動スペクト
ルのオーバーオール値、または回転機械の原動機の負荷
電流の所定の回転速度での値を前記補正式に代入し、基
準速度での補正診断値を求め、 補正診断値を「しきい
値」と比較管理することを特徴とする加減速型回転機械
設備の簡易診断方法である。 (2)請求項2記載の発明においては、補正式を作成す
るに際し、1次ないし2次以上の高次関数、指数関数或
いは対数関数を用いることを特徴とする加減速型回転機
械設備の簡易診断方法である。 (3)請求項3の発明においては、測定した振動及び回
転速度信号にノイズ処理を施した後に、トップ速度にお
ける補正式を作成することを特徴とする加減速型回転機
械設備の簡易診断方法である。 (4)請求項4の発明においては、時系列で表した回転
速度の微分値が負の方向に変動する前の状態で、診断パ
ラメータを採取することを特徴とする加減速型回転機械
設備の簡易診断方法である。
【0006】(作用)請求項1記載の発明においては、
短時間でしかも可動回転数が毎回違う加減速を行う加減
速型回転機械設備の異常該断を簡易に予め正常な状態で
求めた速度と診断パラメータの変換式を利用して、診断
を行う測定したデータを基準速度の診断パラメータ値に
修正し、これを「しきい値」と比較管理を行うものであ
り、短時間で診断管理することが出来る。請求項2記載
の発明においては、回転速度信号と診断パラメータとの
関係を表す式化で1次ないし2次以上の高次関数或いは
指数関数を用いることで、更に精度の高い診断が可能と
なる。請求項3記載の発明においては、測定した振動及
び回転速度信号にノイズ処理を施した後にトップ速度と
診断パラメータ値の関係を表す式を求めることによりさ
らに精度の高い診断をすることが出来る。請求項4記載
の発明においては、時系列で表した回転速度の微分値が
負の方向に変動する前の状態で状態診断パラメータをセ
ットすることになり、減速機の振動データのように振動
波形と回転速度のグラフを見ると加速時と減速時の振動
波形が異なるが、加速時のみのデータを利用するため、
診断の精度が落ちることを防止する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を参照しながら説明する。図1は本発明による加減
速型回転機械設備の簡易異常診断方法を説明するフロー
チャートである。図2は本発明を実現させるための異常
診断装置を示すブロック図である。図3は本発明にかか
る補正処理を説明するための過渡的な回転速度のピーク
値−振動レベル特性図である。図2に示すように、異常
診断装置はCPU(中央処理ユニット)201を中心
に、バス202に接続された入力インターフェイス20
3、プログラム及び設定値等が格納されたROM(リー
ド・オンリー・メモリ)204、測定値等が一時的に格
納されるRAM(ランダム・アクセス・メモリ)20
5、及び出カインタ−フェース206から構成されるコ
ンピュータ部分で構成されている。
【0008】さらに、入力インターフェイス203に
は、振動値である加速度または速度、振動センサー、あ
るいは電動機の電流値を測定するためのセンサー207
が接続され、出力インターフェース206には、ブザー
等の電気−音響変換デパイス及びこれを駆動する駆動回
路から成る警報機208が接続されている。
【0009】センサー207は、振動を測る場合であれ
ば振動センサー207aを直接回転機械装置に取り付
け、振動スペクトルのオーバーオール値を測定する。こ
こで、振動スペクトルのオーバーオール値とは、例え
ば、10KHz〜40KHzまでの周波数帯域の振動ス
ペクトルの総和を示している。通常、振動診断の場合、
オーバーオールの大小によって回転機械の異常判定が可
能となるパラメータの1つである。また、センサー20
7として原動機の負荷電流を測るのであれば、電動機の
電流回路に絶縁アンプ207bを設置し測定し、センサ
ー207の前記振動あるいは電流値のデータを、回転機
械装置の回転数を測定するための回転計測器209の回
転パルスと共に、入力インターフェース203に接続し
ている。
【0010】次に、CPU201は図1に示す処理を実
行する。即ち、設置した直後における回転機器の回転数
と振動あるいは電流値の関係を測定し、これを初期値と
して記憶保存する(ST101)。次に、稼働中の振動
値をまたは電流値を振動センサーあるいは絶縁アンプ2
07によって測定し、この測定値をCPU201は入力
インターフェイス203を介して読み込み、バス202
を介してRAM205に格納する(ST102)。可動
中の機器の回転数が判定可能な基準速度と一致している
かを判定し、一致している場合(ST103)、処理を
ステップ105へ移行し、一致していない場合、ステッ
プl02による測定値及びROM204に保存してある
データ(振動データあるいは電流値データと、回転デー
タをデータ抽出処理により求めた補正式)に基づいて補
正演算処理を行う(ST104)。この補正演算は回転
速度ピーク値nと振動値Vとの相関関係を最小二乗法で
近似して式Sを求めるものである。
【0011】この補正処理の詳細については図3を参照
して説明する。例えば、図3に示すあるピーク回転速度
nにおける振動値Vnを、基準速度nsにおける振動値
Vsに補正すれば、どのような加減速状態でも見かけ上
常に基準速度状態で評価出来るようになる。このために
用いる式は一次以上の関数が用いられ、例えば、二次式
及び三次式の各々について示せば、次式で表される(但
し、Snは関数、A,B,Cは既知の係数)。 (二次式) Sn=A×(n−B)2+C (1) (三次式) Sn=A×(n−B)3+C (2) さらに、補正後の振動値Vsは、次のように求められ
る。 (二次式) Vs=A’×(ns−B)2+C (3) (三次式) Vs=A’’×(ns−B)3+C (4) ただし、 A’=(Vn−C)/(ns−B)2 (5) A’’=(Vn−C)/(ns−B)3 (6) ns=基準回転速度数 n =ステップ102で測定した時の回転速度 このような演算を行うプログラムはROM204に組み
込まれており、その実行はCPU201によって行われ
る。補正後の振動Vsに対し、予め設定されている「し
きい値」を越えたか否かを判定し(ST105)、越え
ていれば異常であると見なし、CPU201は出力イン
ターフェース206を介して警報器208を駆動し、警
告を発する(ST106)。また、ステップ103で回
転速度が基準速度と同じ場合と判定された場合も、その
振動値が「しきい値」を越えたか否かを判定して越えて
いれば異常と見なして警告を発する。尚、上記実施例に
おいては二次式または三次式を用いて補正を行う場合に
ついて説明したが、次に示すような指数関数あるいは対
数関数を用いて、補正式を求めても良い。 (指数関数) Sn=A×exp(n×B)+C (対数関数) Sn=A×loge(n+B)+C
【0012】次に、ST101またはST1O2で採取
する際にアナログ値からデジタルに離散化された回転速
度、振動あるいは電流の時系列データを単純移動平均法
や多項式適合法などを用いて実施するが、この時データ
はスムージングを施したものとし、ST101またはS
T102を実行する。ここで、スムージングを施すこと
により、ノイズの多い診断パラメータに対しノイズ処理
を行い加速減速率の変化による外乱を削除することが可
能となるため、精度の高い診断データが得られ補正処理
を行える。なお、単純移動平均法や多項式適合法につい
ては、例えば「科学計測のための波形データ処理」(C
Q出版社 初版1986年4月30日 編著者 南茂夫
P88〜93)に詳しく記載されている。
【0013】また、請求項4で述べた加速率の変化によ
って診断パラメータの値が変動しないように、予め加速
から減速に入らない状態で、すなわち時系列で表した回
転速度の微分値が負の方向に変動する前の状態で状態診
断パラメータをセットするタイミングはST101ある
いはST102で、たとえば事前に求める式(1)、式
(2)でのピーク回転数であるnを、減速がかかる前の
回転速度n’で設定をし、判定に際してはnsを減速が
かかるn’sとし判定する。このように、設定すること
により、回転気器の加速時と減速時の振動波形が違って
いても、常に加速時のデータを利用することにより、よ
り確実な診断を行うことが出来る。
【0014】
【発明の効果】本発明は上記の通り構或されているの
で、次に記載する効果を奏する。請求項1の加減速型回
転機械設備の簡易診断方法においては、通常の操業にお
いて加減速運転が主な可動状況の回転機械設備の異常診
断を製造ラインを止めること無く簡便に実施することが
出来るため設備の信頼性向上が期待出来る。請求項2な
いし4の加減速型回転機械設備の簡易診断方法において
は、設備固有の振動発生形態に合わせた診断が行うこと
が出来、且つノイズの多い診断パラメータに対しノイズ
処理を行い加速減速率の変化による外乱を削除すること
が可能となるため、回転機械設備の異常診断を製造ライ
ンを止めること無く精度良く実施することが出来るた
め、設備の信頼性向上が更に期待出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回転機械設備の異常診断方法を説
明するフローチャートである。
【図2】本発明に基づく異常診断装置を示すブロック図
である。
【図3】本発明による補正処理を説明する図である。
【図4】従来技術での課題を説明するための図で、加減
速可動状態の機械設備の振動と回転数を示した説明図で
ある。
【符号の説明】
201 CPU 202 パス 203 入力インターフェイス 204 ROM 205 RAM 206 出力インターフェイス 207 振動センサー及び絶縁アンプ 208 警報器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動作が加速から減速で完了し、しかも回転
    数が運転する度に変動する加減速型回転機械設備に対
    し、測定した振動及び回転速度信号を利用して異常診断
    を行う方法において、 予め正常状態の回転機械設備で測定した複数回の加速・
    減速運転時の複数個のトップ速度における回転数と振動
    スペクトルのオーバーオール値、あるいは回転機の原動
    機の負荷電流値の関係振動値を標準診断パラメータ値と
    して補正式を作成し、 任意のタイミングで測定した振動スペクトルのオーバー
    オール値、または回転機械の原動機の負荷電流の所定の
    回転速度での値を前記補正式に代入し、基準速度での補
    正診断値を求め、 補正診断値をしきい値と比較管理することを特徴とする
    加減速型回転機械設備の簡易診断方法。
  2. 【請求項2】前記トップ速度における補正式を作成する
    に際し、1次ないし2次以上の高次関数、指数関数或い
    は対数関数を用いることを特徴とする請求項1記載の加
    減速型回転機械設備の簡易診断方法。
  3. 【請求項3】測定した振動及び回転速度信号にノイズ処
    理を施した後に、前記トップ速度における補正式を作成
    することを特徴とする請求項1ないし2のいずれか1項
    に記載の加減速型回転機械設備の簡易診断方法。
  4. 【請求項4】時系列で表した回転速度の微分値が負の方
    向に変動する前の状態で、前記回転数と振動スペクトル
    のオーバーオール値、或いは回転機の原動機の負荷電流
    値を採取することを特徴とする請求項1〜3のいずれか
    1項に記載の加減速型回転機械設備の簡易診断方法。
JP10328230A 1998-11-18 1998-11-18 加減速型回転機械設備の簡易異常診断方法 Withdrawn JP2000146771A (ja)

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