JP3225618B2 - 振動検査装置 - Google Patents
振動検査装置Info
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Description
うねり(ウェービネス)を評価するのに好適な振動検査
装置に関する。
体(玉、ころ)などの転動部品(軸受部品)の真円度・
形状、うねりを評価する装置として、従来、真円度測定
機、ウェービネス・メータが知られている。
を示す形状信号を測定子により検出し、検出した形状信
号の中からローパスフィルタにより所定角数範囲(うね
りの山数)に対応する周波数成分を抽出することによ
り、軸受部品の軌道面の円周方向の半径の変化、すなわ
ち真円度を評価している。
品を単体で一定速度で回転させ、速度型センサにより軌
道面の凹凸をピックアップし、一定の角数範囲の速度振
幅、または変位振幅の実効値(例えば2乗平均値)とし
て、通常2バンド(LowBand、High Ban
d)で角数(うねりの山数)を評価している。
おいて、各軸受部品の全ての角数成分が振動を励起する
のではなく、各軸受部品の特定の角数成分だけが振動を
励起し、その特定の角数成分に対応する振動数も知られ
ている。また、軸受の振動特性では、軸受が組み込まれ
るハウジング等との共振を回避することが要求されてい
る。
ス・メータは、いずれも一定角数範囲内の全ての角数成
分のトータル値で評価しており、軸受振動、或いは共振
を励起する特定の角数成分だけを抽出して評価すること
ができないため、各軸受部品の出来ばえが完成軸受にお
いてどの程度振動・騒音に影響を及ぼすか、さらに完成
軸受のどの軸受部品が悪いのか、すなわちどの軸受部品
が軸受振動の発生原因となるのかを判定することができ
ず、更に、たとえ軸受が組み込まれるハウジング等との
共振周波数が与えられたとしても、共振を回避するため
の各軸受部品の加工情報を得ることができななった。
もので、その目的は、軸受単品の段階で軸受振動の発生
原因となるうねりの山数成分のレベルを正確に把握し
て、完成軸受の振動を大幅に低減することができ、かつ
完成軸受の振動から振動発生源となる軸受部品を特定す
ることができ、かつ、軸受と他の構造体との共振を回避
するための各軸受部品の加工情報を得ることができる振
動検査装置を提供することにある。
め、本発明は、外輪、内輪、転動体等の転動部品を単体
で回転させて軌道表面の凹凸による振動波を検知するセ
ンサと、該センサにより検知された振動波の強度を周波
数分析する周波数分析手段とを有する振動検査装置にお
いて、前記周波数分析手段の分析対象としての強度を変
位振幅、速度振幅、加速度振幅のいずれの評価量にする
かを選択する評価量選択手段と、前記評価量選択手段に
よる選択に基づいて前記周波数分析手段により周波数分
析された変位振幅、速度振幅、加速度振幅のいずれかの
振幅スペクトルを得て、測定対象の前記転動部品の測定
すべきうねりの山数の範囲の変位スペクトルから前記転
動部品の変位に係る形状・精度を演算する真円度形状演
算手段か、或いは測定対象の前記転動部品が使用される
完成軸受の諸元データを設定する軸受諸元設定部と、前
記軸受諸元設定部に設定された測定対象の前記転動部品
が使用される完成軸受の諸元データに基づいて、測定す
べき転動部品に励起される振動の振動数の抽出範囲を決
定する振動数決定部と、前記振動数決定部により決定さ
れた振動数における速度スペクトル、又は加速度スペク
トルの統計量を演算する統計量演算部とを有する抽出演
算手段かのいずれか一方の手段を少なくとも備えてい
る。また、本発明では、前記軸受諸元設定部に設定され
る前記完成軸受の諸元データは、転動体数、内輪回転速
度、保持器回転速度、転動体自転速度等のパラメータを
用いて前記測定すべきうねりの山数、及び各転動部品に
励起される振動の振動数を表現した演算式データにより
構成されてメモリに記憶されている。また、本発明で
は、前記真円度形状演算手段は、測定対象の前記転動部
品の軸方向に前記センサを走査するセンサ走査部を有し
ている。また、本発明では、前記周波数分析手段は、F
FTアナライザにより構成され、前記センサは、速度型
振動検知センサにより構成されている。
品により構成された転がり軸受を回転させ、或いは前記
転動部品を単体で回転させて軌道表面の凹凸による振動
波を検知する。
された振動波の強度を周波数分析する。
の分析対象としての強度を変位振幅、速度振幅、加速度
振幅のいずれの評価量にするかを選択する。
択手段による選択に基づいて前記周波数分析手段により
周波数分析された変位振幅、速度振幅、加速度振幅のい
ずれかの振幅スペクトルを得て、測定対象の前記転動部
品の測定すべきうねりの山数の範囲の変位スペクトルか
ら前記転動部品の変位に係る形状・精度を演算する。
定対象の前記転動部品が使用される完成軸受の諸元デー
タを設定する。
軸受諸元設定部に設定された測定対象の前記転動部品が
使用される完成軸受の諸元データに基づいて、測定すべ
き転動部品に励起される振動の振動数の抽出範囲を決定
する。
振動数決定部により決定された振動数における速度スペ
クトル、又は加速度スペクトルの統計量を演算する。
軸受振動の発生原因となるうねりの山数成分のレベルが
把握され、或いは、軸受単品の段階で軸受として完成さ
れた場合に軸受振動の発生源となる軸受部品が特定され
る。
明する。
装置の概要を示すブロック図であり、速度型振動検知セ
ンサ1、ロータリーエンコーダ2、アンプ3、ローパス
フィルタ4、A/D変換器5、同期加算器6、時間軸波
形表示制御部7、FFTアナライザ8、評価量選択部
9、角数範囲設定部10、真円度・形状演算部11、セ
ンサー走査部12、軸受部品選択部13、軸受諸元設定
部14、抽出角数成分決定部15、および統計量演算部
16を有している。なお、FFTアナライザ8は、FF
T演算部81、およびパワースペクトル演算部82を有
している。また、時間軸波形表示制御部7、評価量選択
部9、角数範囲設定部10、真円度・形状演算部11、
センサー走査部12、軸受部品選択部13、軸受諸元設
定部14、抽出角数成分決定部15、および統計量演算
部16は、パーソナルコンピュータPCにより構成され
ている。
いは軸受部品単体を回転させたときのたの振動速度を検
知するために設けられ、例えば接触式のムービングコイ
ル型のセンサが採用されている。完成軸受の振動速度を
検知する場合は、触針(図示省略)を完成軸受の外周に
接触させ、軸受部品単体の振動速度を検知する場合は、
軌道面に触針を接触させて検知を行う。速度型振動検知
センサ1の触針は、検査対象のワークWとしての完成軸
受、軸受部品の軌道面のうねり等により変位するが、そ
の際、1.778m/secの変位速度あたり1Vの電
圧信号、すなわち速度振幅信号を発生する。なお、ワー
クWの回転速度は任意に変更可能であるが、以下の説明
では、480rpm、すなわち8回転/secの回転速
度で回転されるものとして説明する。
転に連動して回転し、ワークWが1回転する間に204
8個のパルスを発生し、そのパルスをA/D変換器5に
出力する。
速度振幅信号(電圧信号)は、アンプ3により増幅さ
れ、ローパスフィルタ4により7.5KHz以上の高周
波成分が低減されて、A/D変換器5に出力される。そ
こで、A/D変換器5は、ロータリーエンコーダ2から
のパルスに基づいて、1回転当たりの速度振幅信号を2
048区画に分割した形でサンプリングしてA/D変換
を行い、デジタルの速度振幅信号を同期加算器6と時間
軸波形表示制御部7とに出力する。
回転当たり2048個出力されるデジタルの速度振幅信
号について、S/N比の少ない速度振幅信号にするため
に、同一区画に対応する速度振幅信号を所定個数ずつ加
算して、FFTアナライザ8のFFT演算部81に出力
する。
ず、A/D変換後の速度振幅信号をそのままFFT演算
部81に出力することができる。
の波形(時間軸波形)をモニタ表示させるものであり、
ワークWに傷がある場合には、FFTアナライザ8によ
り得られるパワースペクトルが角数(うねりの山数)を
忠実に反映しなくなるため、この傷を見つけだすために
設けられている。
は、同期加算器6から出力された速度振幅信号(時間軸
上の信号)を周波数軸上の信号に変換するための演算
を、高速フーリエ変換の手法により行う。この際、FF
T演算部81は、2048ポイントの速度振幅信号を取
り込んで演算を行い、パワースペクトルを求める(図2
参照)。すなわち、FFTアナライザ8は、ワークWの
1回転分に対応する速度振幅信号の周波数を分析し、パ
ワースペクトルを求める。なお、FFTアナライザ8
は、次に説明するように、評価量選択部9により変位振
幅、或いは加速度振幅が選択されたときは、速度振幅ス
ペクトルを変位振幅スペクトル、或いは加速度振幅スペ
クトルに変換する。また、パワースペクトル演算部82
は、最高8192Hzまで演算可能となっている。
加速度振幅の評価量のうちのいずれかを目的に応じて選
択する。パワースペクトル演算部82は、評価量選択部
9により変位振幅が選択されたときは、速度振幅スペク
トルを積分して変位振幅スペクトルに変換し、加速度振
幅が選択されたときは、速度振幅スペクトルを微分して
加速度振幅スペクトルに変換する。
より変位振幅が選択された場合に、任意に角数範囲(周
波数範囲)を設定する。この場合、上限の角数と下限の
角数を設定することにより角数範囲を設定する。
算部11は、角数範囲設定部10により設定された範囲
の角数成分(周波数成分)について、パワースペクトル
演算部82により演算された変位振幅スペクトルに基づ
いて真円度・形状を演算する。真円度・形状演算部11
により演算された真円度・形状は、例えば図3に示した
ように2次元的にパーソナルコンピュータPCの表示部
に表示される。なお、図3は、角数範囲設定部10によ
り角数範囲として150角〜300角が設定された場合
を示し、12本のスケールの1目盛りは、0.2nmを
示している。
置をスラスト方向にシフトすべく速度型振動検知センサ
1の触針を走査する。例えば、外輪の軌道面の真円度・
形状を検査する場合は、図4(a)に矢印で示したよう
に、外輪の軌道面上でスラスト方向に所定間隔で速度型
振動検知センサ1の触針を走査する。センサー走査部1
2により速度型振動検知センサ1の触針が走査される
と、その走査位置に対応するラインでの速度振幅が検知
され、FFTアナライザ8により変位振幅スペクトルが
演算され、真円度・形状演算部11により真円度・形状
が演算される。そして、全てのスキャニングラインにお
ける真円度・形状は、図4(b)に示したように、3次
元的に表示される。なお、図4は、外輪の軌道面の真円
度・形状を測定した測定データを1万倍した図であり、
角数範囲設定部10により角数範囲として2角〜50角
が設定され、スキャニングピッチは0.2mmの場合の
例を示している。
部14、抽出角数成分決定部15、および統計量演算部
16について説明するが、その前に、角数と振動数との
関係を説明しておく。
する転がり軸受の外輪の半径方向、角方向(傾き方
向)、および軸方向の振動に影響する正弦波状のうねり
の山数(角数)と、外輪に発生する振動の振動数との関
係は、図5に示したようになることが理論的に知られて
いる。図5は、特定の山数(角数)をもったうねりだけ
が外輪振動の発生原因となり、それ以外の山数(角数)
をもったうねりは外輪振動の発生原因とはならないこと
を示している。たとえば、転動体の数(Z)が8個の場
合は、内輪の半径方向の(nZ±1)山、すなわち8±
1山、16±1山、24±1山…の山数(角数)をもっ
たうねりだけが外輪の半径方向の振動を励起し、その場
合の内輪のうねりによる外輪の振動数は、fi=fr
(内輪回転速度)−fc(保持器回転速度:転動体の公
転速度)とすると、(n8fi±1)となる。また、同
様に転動体の場合は、偶数角のみが軸受振動を誘起する
ので、奇数成分は除外した統計量、例えば2山、4山…
10山までの成分の総和や最大量を算出する。これら軌
道輪、転動体の測定対象とする山数は、製品の共振特性
回避、NRRO低減など、評価の目的に応じて選択され
る。なお、図5の情報は、図示省略したメモリにプリセ
ットされている。
4、抽出角数成分決定部15、統計量演算部16では、
このような振動発生原理を利用して、FFTアナライザ
8により分析されたパワースペクトルについて、振動発
生に関与する周波数成分(角数成分)のみを抽出してい
る。
により速度振幅、または加速度振幅のいずれかが選択さ
れた場合に、外輪、内輪、転動体のいずれかを選択す
る。この場合、速度型振動検知センサ1の検知対象とし
てのワークWが軸受部品単体、すなわち外輪、内輪、転
動体のいずれか1つである場合は、その検知対象となっ
ている外輪、内輪、或いは転動体のいずれか1つを選択
し、完成軸受が検知対象となっている場合は、外輪、内
輪、転動体を順次1つずつ選択する。また、軸受部品選
択部13は、軌道輪(外輪、または内輪)を選択した場
合は、うねりの方向(半径方向、角方向、或いは軸方
向)をも選択する。
は、軸受部品選択部13により選択された軸受部品の軌
道面のうねりに起因する外輪振動の振動数に関与する転
動体数(Z)、内輪回転速度(fr)、保持器回転速度
(転動体公転速度:fc)、転動体自転速度(fb)など
の諸元データを、図5の振動発生原理に従って設定す
る。この際、軸受諸元設定部14は、最高次数(nの
値)をも設定する。たとえば、軸受部品選択部13によ
り外輪、および半径方向が選択された場合は、図5にお
いて外輪のうねりに起因する外輪の半径方向の振動数は
nZfcとなっているので、軸受諸元設定部14は、諸
元データとして転動体数(Z)、保持器回転速度(f
c)、および最高次数(n)を設定する。また、軸受部
品選択部13により転動体、および軸方向が選択された
場合は、図5において転動体のうねりに起因する外輪の
軸方向の振動数は2nfbとなっているので、軸受諸元
設定部14は、諸元データとして転動体自転速度(f
b)、および最高次数(n)を設定する。なお、図5に
おいて振動数の式にfiが含まれている場合は、fi=
(fr:内輪回転速度)−(fc:保持器回転速度)であ
り、fiは内輪回転速度(fr)と保持器回転速度(f
c)により求められるので、軸受諸元設定部14は、fi
の代わりに内輪回転速度(fr)と保持器回転速度(f
c)を設定する。
部13により選択された軸受部品、うねりの方向と、軸
受諸元設定部14により設定された諸元データ、最高次
数とに基づいて、対応する振動数成分(角数成分)を図
5の振動発生原理に従って決定する。
算部82により演算された速度振幅スペクトル、或いは
加速度振幅スペクトルから、抽出角数成分決定部15に
より決定された抽出周波数に対応するパワースペクトル
を切り出して、2乗平均値の平方根、算術平均値、最大
値などの統計量を演算し、表示部に表示する。たとえ
ば、外輪単体でZ=6,n=3とすると、半径方向振動
に関与する成分として、5角、7角、11角、13角、
17角、19角成分を抽出する。このように、外輪の振
動に関与するパワースペクトルのみを切り出して統計量
を演算することにより、各軸受部品、或いは完成軸受の
良否を判断することが可能となる。
トル演算部82により演算された速度振幅スペクトル、
或いは加速度振幅スペクトルから、角数範囲設定手段1
0により設定された角数範囲(角数成分)に対応するパ
ワーペクトルを切り出して、2乗平均値の平方根、算術
平均値、最大値などの統計量を演算し、表示部に表示す
る。この場合の統計量は、次のような場合に利用する。
すなわち、軸受と他の構造体との共振を励起する角数成
分(周波数成分)が予め分かっているような場合、その
角数成分を角数範囲設定手段10により設定する。する
と、統計量演算部16は、共振を励起する角数成分に対
応するパワーペクトルを切り出して、2乗平均値の平方
根、算術平均値、最大値などの統計量を演算し、表示部
に表示する。そこで、その表示内容に基づいて、軸受と
他の構造体との間で共振を発生する恐れがあるか否かを
判断し、共振を発生する恐れがあれば、それを回避する
ための各軸受部品の加工条件を決定したり、或いは転動
体数の変更を決定したりすることができる。
ことなく、たとえば、角数範囲設定手段10により、低
次の角数範囲内で各角数を1つずつ設定し、図6に示し
たように、変位振幅スペクトル、速度振幅スペクトル、
加速度振幅スペクトルのいずれかについて、各角数ごと
の成分の大きさを得るハーモニック解析を行うことも可
能である。なお、図6(a)は、鋼玉(転動体)の1回
転当たりの変位振幅についてハーモニック解析した場合
の生のデータ例を示しており、図6(b)は図6(a)
の生のデータをグラフ化したものである。
価する周波数帯域を2区分としているが、これを3区
分、6区分…、または1/Nオクターブバンドに分割
し、その区分ごとの実効値、最大値等を得るようにして
も良い。
明したが、歯車、プーリなど周期的振動を生じるものに
ついても、本発明は同様に適用できる。
装置によれば、軸受単品段階で軸受振動の発生原因とな
る角数成分の程度を把握することで完成軸受の振動を大
幅に低減することができ、又、完成軸受については、軸
受振動の発生源となる軸受部品を特定することができ、
かつ、軸受と他の構造体との共振を回避するための各軸
受部品の加工情報を得ることができる振動検査装置を実
現することが可能となる。
成を示すブロック図である。
である。
である。
ニック解析に応用した応用例を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 外輪、内輪、転動体等の転動部品を単体
で回転させて軌道表面の凹凸による振動波を検知するセ
ンサと、該センサにより検知された振動波の強度を周波
数分析する周波数分析手段とを有する振動検査装置にお
いて、 前記周波数分析手段の分析対象としての強度を変位振
幅、速度振幅、加速度振幅のいずれの評価量にするかを
選択する評価量選択手段と、前記 評価量選択手段による選択に基づいて前記周波数分
析手段により周波数分析された変位振幅、速度振幅、加
速度振幅のいずれかの振幅スペクトルを得て、測定対象
の前記転動部品の測定すべきうねりの山数の範囲の変位
スペクトルから前記転動部品の変位に係る形状・精度を
演算する真円度形状演算手段か、 或いは測定対象の前記転動部品が使用される完成軸受の
諸元データを設定する軸受諸元設定部と、前記軸受諸元
設定部に設定された測定対象の前記転動部品が使用され
る完成軸受の諸元データに基づいて、測定すべき転動部
品に励起される振動の振動数の抽出範囲を決定する振動
数決定部と、前記振動数決定部により決定された振動数
における速度スペクトル、又は加速度スペクトルの統計
量を演算する統計量演算部とを有する抽出演算手段かの
いずれか一方の手段を少なくとも備えたことを特徴とす
る振動検査装置。 - 【請求項2】 前記軸受諸元設定部に設定される前記完
成軸受の諸元データは、転動体数、内輪回転速度、保持
器回転速度、転動体自転速度等のパラメータを用いて前
記測定すべきうねりの山数、及び各転動部品に励起され
る振動の振動数を表現した演算式データにより構成され
てメモリに記憶されていることを特徴とする請求項1記
載の振動検査装置。 - 【請求項3】 前記真円度形状演算手段は、測定対象の
前記転動部品の軸方向に前記センサを走査するセンサ走
査部を有することを特徴とする請求項1記載の振動検査
装置。 - 【請求項4】 前記周波数分析手段は、FFTアナライ
ザにより構成され、前記センサは、速度型振動検知セン
サにより構成されていることを特徴とする請求項1記載
の振動検査装置。
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JP23282292A JP3225618B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 振動検査装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP23282292A JP3225618B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 振動検査装置 |
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JPH0658849A JPH0658849A (ja) | 1994-03-04 |
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ID=16945326
Family Applications (1)
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JP23282292A Expired - Lifetime JP3225618B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 振動検査装置 |
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-
1992
- 1992-08-07 JP JP23282292A patent/JP3225618B2/ja not_active Expired - Lifetime
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