JP7442390B2 - 軸受検査装置及び軸受検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受検査装置及び軸受検査方法に関する。

従来、音による軸受の検査について、例えば特開平３－３５１４０号公報（特許文献１）に開示の技術がある。この公報には、「ベアリングの変位量と振動音とを検出し、それに関するデータを出力するデータ出力手段と、前記変位量と振動音とを前件部の変数、ベアリングの状態を後件部の変数とするファジィルールの複数と、各変数それぞれのメンバーシップ関数とを記憶していて、前記データ出力手段からの変位量と振動音とに関するデータを用いて当該ファジィルールとメンバーシップ関数とに従ってベアリングの状態をファジィ推論するファジィ推論部と、を備えたことを特徴とする」という記載がある。

特開平３－３５１４０号公報

上記特許文献１のように、音を取得して軸受の状態を判定する構成は、軸受の振動を取得して判定を行う構成に比べ、センサの設置に必要なスペースが少なく、非接触での判定も可能であるという利点がある。

一方で、音を取得して軸受の状態を判定する構成では、周辺の環境音による影響を受けて精度が低下するという問題がある。特に、低速で回転する軸受では、異常音の発生頻度が低下することから、検査が困難となっていた。

そこで、本発明では、高精度で利用範囲の広い軸受検査装置及び軸受検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明の軸受検査装置の一つは、検査対象の軸受から生じる音を検知する音センサと、前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気センサと、前記磁気センサの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部と、前記周波数解析の結果を用い、前記音センサの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出部とを備える。
また、代表的な本発明の軸受検査方法の一つは、検査対象の軸受から生じる音を検知する音検知ステップと、前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気検知ステップと、前記磁気検知ステップの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析ステップと、前記周波数解析の結果を用い、前記音検知ステップの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出ステップとを含む。

本発明によれば、高精度で利用範囲の広い軸受検査を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

図１は、実施例に係る軸受検査装置の説明図である。 図２は、軸受検査装置の処理手順を示すフローチャートである。 図３は、音信号と磁気信号の具体例である。 図４は、磁気信号の周波数変換結果の具体例である。 図５は、磁気信号の周期を利用した異常音の判定結果を示す図である。 図６は、センサの設置の説明図である。（その１） 図７は、センサの設置の説明図である。（その２） 図８は、センサの設置の説明図である。（その３） 図９は、複数の軸受を同時に検査する場合の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

図１は、実施例に係る軸受検査装置の説明図である。図１に示した軸受検査装置３０は、エスカレータ１０の軸受の検査に用いられている。エスカレータ１０は、循環する踏板に乗った乗客を搬送する乗客コンベアの一種である。エスカレータ１０は、その両端の床面の下に、踏板を循環させるための軸を備えている。この軸は、転動体を内蔵した転がり軸受（ベアリング）である軸受２０によって保持されている。一例として、２本の軸のそれぞれは、２つの軸受によって保持される。図１では、エスカレータ１０の下側の軸を支える軸受の１つを軸受２０ａ、エスカレータ１０の上側の軸を支える軸受の１つを軸受２０ｂとしている。

軸受検査装置３０は、磁気センサ３１、音センサ３２、解析部３３、抽出部３４及び判定部３５を有する。磁気センサ３１は、検査対象の軸受２０ａによって生じる磁気を検知し、磁気信号として出力する。音センサ３２は、軸受２０ａから生じる音を検知し、音信号として出力する。

解析部３３は、磁気センサ３１の検知結果である磁気信号を周波数解析する。抽出部３４は、周波数解析の結果を用い、音センサ３２の検知結果である音信号から軸受の回転周期の音信号を抽出する。一例として、抽出部３４は、軸受２０ａの構造から推定される周期の近傍で磁気信号の周期のピークを探索し、転動体の回転周期と内輪の回転周期を求め、軸受２０ａの回転周期とする。この場合、抽出部３４は、転動体の回転周期と内輪の回転周期で発生した音信号を選択的に抽出することになる。

判定部３５は、抽出部３４による抽出結果から、軸受２０ａの状態を判定する。具体的には、判定部３５は、抽出部３４による抽出結果のうち、音圧が所定の閾値を超える音信号を異常音と判定する。また、判定部３５は、異常音に対応する磁気信号の周期から、転動体の異常音であるか内輪の異常音であるかを識別する。判定部３５は、判定結果を外部に出力する。判定結果による出力は、判定結果のみであってもよいし、他の情報を併せて出力してもよい。他の情報とは、磁気センサ３１により検知された磁気信号、音センサ３２により検知された音信号、解析部３３による解析結果、抽出部３４により抽出された音信号などである。

図２は、軸受検査装置３０の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順を開始する準備として、磁気センサ３１及び音センサ３２を検査対象の軸受２０に設置し、エスカレータ１０を駆動させる。

処理手順を開始すると、まず、音センサ３２による音の検知（ステップＳ１０１）と、磁気センサ３１による磁気の検知（ステップＳ１０２）が行われる。その後、解析部３３が磁気センサ３１の出力である磁気信号を周波数解析する（ステップＳ１０３）。抽出部３４は、周波数解析の結果を用い、音センサ３２の検知結果である音信号から軸受の回転周期の音信号を抽出する（ステップＳ１０４）。判定部３５は、抽出部３４による抽出結果から、軸受２０ａの状態を判定し、判定結果を出力して（ステップＳ３０５）、処理を終了する。

図３は、音信号と磁気信号の具体例である。図３に示した音信号には、軸受２０に由来する音の他、環境音も含まれる。このため、音信号のみから異常を示す音を抽出することは難しい。一方、磁気信号は、軸受２０の内輪の回転と転動体の回転などを含む周期性を示している。そして、音信号にも、軸受２０の回転に由来する周期成分が含まれていると考えられる。そこで、軸受検査装置３０は、磁気信号を周波数変換して軸受２０の回転周期を特定している。

図４は、磁気信号の周波数変換結果の具体例である。抽出部３４は、周波数解析の結果を用い、軸受２０ａの構造から推定される周期の近傍で磁気信号の周期のピークを探索する。図４では、軸受２０ａの構造とエスカレータ１０の稼働速度から求めた内輪、転動体、保持器の周期の理論値は、それぞれ０．２５Ｈｚ、０．９０Ｈｚ、０Ｈｚである。この周囲でピーク値を探索し、実ピーク値とすると、内輪の実ピーク値は０．２４Ｈｚ、転動体の実ピーク値は０．８９Ｈｚ、保持器の実ピーク値は０．１Ｈｚとなる。

これらの実ピーク値に対応する周期で発生する音信号を抽出し、それ以外をノイズ成分（環境音）として除去すれば、軸受２０に由来する音を選択的に抽出することができる。そして、軸受に由来する音のうち、音圧が閾値以上である音を異常音として判定すれば、軸受２０の異常を高い精度で判定することができる。

図５は、磁気信号の周期を利用した異常音の判定結果を示す図である。図５では、磁気信号のピークに対応して音信号の異常が示されている。

次に、センサの設置について説明する。図６～図８は、センサの設置の説明図である。図６～図８に共通する構成として、保持器２１に軸受２０が保持されている。また、保持器２１と内輪２２の間には、転動体２３が内蔵されている。内輪２２の内側は、軸である。

図６に示した構成では、保持器２１にセンサユニット３７が例えばグリスなどを介して設置されている。センサユニット３７は内部には基板３６を有し、基板３６の軸受２０側に磁気センサ３１と音センサ３２が設けられている。

図７に示した構成では、図６に示した構成に加え、キャンセリング用音センサ４１をさらに設けている。キャンセリング用音センサ４１は、基板３６に設けられるが、その設置面は音センサ３２の反対側である。キャンセリング用音センサ４１は環境音の検知を目的としており、その音信号は、音センサ３２の音信号から差し引かれる。これにより、環境音の影響を低減することができる。

さらに、キャンセリング用音センサ４１をセンサユニット３７に接着させ、接着した位置のセンサユニット３７に穴を開け、キャンセリング用音センサ４１をセンサユニット３７から外部に出す構成が考えられる。例えば、センサユニット３７の上面にキャンセリング用音センサ４１のみが通る穴を開けて、そこからキャンセリング用音センサ４１のみを外部に覗かせる。これにより、キャンセリング用音センサ４１がセンサユニット３７の外部で発生する環境音を検知し易くすることができる。

図８に示した構成では、保持器２１にセンサユニット３７ａとセンサユニット３７ｂが設置されている。センサユニット３７ａは内部には基板３６ａを有し、基板３６ａの軸受２０側に音センサ３２が設けられている。センサユニット３７ｂは内部には基板３６ｂを有し、基板３６ｂの軸受２０側に磁気センサ３１が設けられている。なお、磁気センサ３１を有するセンサユニット３７ｂは、グリスなどを介して保持器２１に設置し、音センサ３２を有するセンサユニット３７ａは、磁石などで保持器２１に設置すればよい。

これまでの説明では、１の軸受を検査する場合を例に説明を行ったが、同一周期で回転する複数の軸受を同時に検査することも可能である。図９は、複数の軸受を同時に検査する場合の説明図である。

既に説明したように、エスカレータ１０は、両端の床面の下に軸を備えており、この２本の軸は、踏板を循環させるため同一周期で回転する。そして、それぞれの軸は片側の１つ、あるいは両側の２つの軸受２０により保持されるので、２つから４つの軸受２０が同一周期で回転することになる。さらに多数の軸受けが設置され、同一周期で回転することも考えられる。

図９では、説明を簡明にするため、２つの軸受２０ａ、２０ｂを検査対象とする場合を示すが、３つ、あるいは４つ、あるいは多数の軸受２０を同時に検査することも可能である。

図９に示した軸受検査装置３０ａは、磁気センサ３１、音センサ３２ａ、音センサ３２ｂ、解析部３３、抽出部３４ａ、判定部３５ａを備える。この構成では、軸受２０ａに磁気センサ３１と音センサ３２ａが設置される。その一方、軸受２０ｂには磁気センサ３１を設置せず、音センサ３２ｂを設置している。

解析部３３は、図１と同様に、磁気センサ３１の検知結果である磁気信号を周波数解析する。抽出部３４ａは、周波数解析の結果を用い、複数の音センサ３２ａと音センサ３２ｂの検知結果である複数の音信号から軸受２０ａと軸受２０ｂの回転周期の音信号をそれぞれ抽出する。すなわち、軸受２０ａで取得した磁気信号の周期は、軸受２０ｂの音信号の抽出にも用いられる。

判定部３５は、複数の音信号から、軸受２０ａと軸受２０ｂの状態をそれぞれ判定する。この判定は、図１の構成と同様に、音圧が閾値を超えるか否かを基準として行うことができる。また、複数の音信号からの抽出結果を比較して、異常の有無を判定することも可能である。例えば、複数の軸受２０から抽出した同一時点の音信号の１つが他の音信号よりも大きい場合には、その軸受２０に異常が生じている可能性がある。特に、軸の両側に設置された軸受は同じ軸から影響を受けるため、比較によって異常の有無を判定し易い。

上述してきたように、本実施例に係る軸受検査装置３０は、検査対象の軸受２０から生じる音を検知する音センサ３２と、軸受２０によって生じる磁気を検知する磁気センサ３１と、前記磁気センサ３１の検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部３３と、前記周波数解析の結果を用い、前記音センサ３２の検知結果である音信号から前記軸受２０の回転周期の音信号を抽出する抽出部３４とを備える。このため、周辺の環境音による影響を低減し、低速回転する軸受にも適用可能な、高精度で利用範囲の広い軸受検査が実現できる。

検査対象の軸受２０は、転動体を内蔵した転がり軸受であることが好適であり、抽出部３４は、前記軸受２０の構造から推定される周期の近傍で前記磁気信号の周期のピークを探索し、前記転動体の回転周期と内輪の回転周期を求め、前記軸受の回転周期とすることができる。なお、転動体は、玉、円筒コロなど、形状を問わず適用可能である。

また、軸受検査装置３０ａは、同一周期で回転する複数の軸受２０に対応して前記音センサ３２を複数備え、前記複数の軸受２０のいずれかで生じる磁気を前記磁気センサ３１で検知し、前記抽出部３４は、前記周波数解析の結果を共用して、複数の音センサ３２の検知結果である複数の音信号から各軸受２０の回転周期の音信号をそれぞれ抽出する。複数の軸受は、例えば同一の軸に設けられた軸受である。そして、判定部３５ａは、複数の音信号からの抽出結果を比較し、前記複数の軸受２０の状態を判定する。かかる構成によれば、複数の軸受２０の状態を簡易に判定することができる。

また、抽出部３４による抽出結果のうち、音圧が所定の閾値を超える音信号を異常音と判定すれば、軸受２０の異常を簡易且つ確実に判定できる。また、転動体の異常と内輪の異常を識別可能に判定することも可能である。

なお、上記実施例では、乗客コンベアの一種であるエスカレータにおいて、軸受の検査を高精度に行うことができる旨の説明を行った。この他、本発明は、乗客を水平方向に搬送する乗客コンベア、建機の無限軌道（キャタピラ）など、任意の装置の軸受に適用可能であり、特に低速で運用される軸受に適する。

また、上記実施例では、音センサと磁気センサを有するセンサユニットを例示して説明を行ったが、センサユニットに振動センサや熱センサなどを設け、これらのセンサの出力をさらに利用して、総合的に異常の有無を判定する構成としてもよい。

また、上記実施例では、磁気センサや音センサを有するセンサユニットを保持器２１に接触させて設置する場合を例に説明を行ったが、磁気センサや音センサは必ずしも保持器２１に接触させる必要はない。磁気センサや音センサは、非接触で使用することも可能である。また、作業スペースが確保された軸受と作業スペースに余裕のない軸受が混在する場合には、作業スペースが確保された軸受に磁気センサを設置し、他の軸受には音センサのみを設置して本発明を実施することも可能である。

１０…エスカレータ、２０…軸受、３０…軸受検査装置、３１…磁気センサ、３２…音センサ、３３…解析部、３４…抽出部、３５…判定部、３６…基板、３７…センサユニット

Claims (9)

1. 検査対象の軸受から生じる音を検知する音センサと、
   前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気センサと、
   前記磁気センサの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析部と、
   前記周波数解析の結果を用い、前記音センサの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出部と
   を備え、
   前記音センサは、同一周期で回転する複数の軸受に対応して複数設けられ、
   前記磁気センサは、前記複数の軸受のいずれかで生じる磁気を検知し、
   前記抽出部は、前記周波数解析の結果を共用して、複数の音センサの検知結果である複数の音信号から各軸受の回転周期の音信号をそれぞれ抽出することを特徴とする軸受検査装置。
2. 前記軸受は、転動体を内蔵した転がり軸受であることを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
3. 前記抽出部は、前記軸受の構造から推定される周期の近傍で前記磁気信号の周期のピークを探索し、前記転動体の回転周期と内輪の回転周期を求め、前記軸受の回転周期とすることを特徴とする請求項２に記載の軸受検査装置。
4. 前記複数の軸受は同一の軸に設けられた軸受であることを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
5. 前記複数の音信号からの抽出結果を比較し、前記複数の軸受の状態を判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
6. 前記抽出部による抽出結果のうち、音圧が所定の閾値を超える音信号を異常音と判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
7. 前記軸受は、転動体を内蔵した転がり軸受であり、
   前記抽出部による抽出結果から、前記軸受における異常の有無を判定する判定部をさらに備え、
   前記判定部は、前記転動体の異常と内輪の異常を識別可能に判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
8. 前記軸受は、乗客コンベアに用いられることを特徴とする請求項１に記載の軸受検査装置。
9. 軸受検査装置が、検査対象の軸受から生じる音を検知する音検知ステップと、
   前記軸受検査装置が、前記軸受によって生じる磁気を検知する磁気検知ステップと、
   前記軸受検査装置が、前記磁気検知ステップの検知結果である磁気信号を周波数解析する解析ステップと、
   前記軸受検査装置が、前記周波数解析の結果を用い、前記音検知ステップの検知結果である音信号から前記軸受の回転周期の音信号を抽出する抽出ステップと
   を含み、
   前記音検知ステップは、同一周期で回転する複数の軸受の各々について音を検知し、
   前記磁気検知ステップは、前記複数の軸受のいずれかで生じる磁気を検知し、
   前記抽出ステップは、前記周波数解析の結果を共用して、複数の軸受の各々についての検知結果である複数の音信号から各軸受の回転周期の音信号をそれぞれ抽出することを特徴とする軸受検査方法。

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