JPH0610634B2

JPH0610634B2 - 携帯型振動診断装置

Info

Publication number: JPH0610634B2
Application number: JP10224888A
Authority: JP
Inventors: 侃押谷
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-04-25
Filing date: 1988-04-25
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPH01272926A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、機械の振動を検出することによってその機械
の運転状態を診断する装置、特に機械の異常振動の原因
判定を自動的に行ってその機械の運転状態の診断を迅速
に行うことができ、かつ運搬が容易で適用対象機械が限
定されることのない診断装置に関する。

〔従来の技術〕

回転機械等の周期運動をする機械の運転中の振動がその
機械の運転状態に対して音響や温度よりも敏感に応答す
ることと、その機械の運転中に異常振動が発生した場合
その異常振動が増大して軸受や回転体等が破損すること
があるので、高速回転機械や大容量機械においては通常
これらの各機械の振動を常時監視して運転状態の正常、
異常の診断をすることが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、従来、上述のようにして機械の運転状態に対する
診断が行われているが、このような振動状態の診断を行
う従来の携帯可能な小形の振動診断装置においては、機
械の振動を周波数分析して得られた周波数スペクトルの
各々の振動振幅から機械の運転状態の良否を判定するよ
うにしているだけで、機械に発生した異常振動の原因を
特定するようにはなっていないので、この場合、機械に
異常振動が生じた時、機械の運転者が診断装置による診
断結果のほかにさらに機械の運転基準書等を参照して、
異常振動に対する適格な対策を決定するのに必要な最終
診断を行う必要がある。つまり、このような小形の診断
装置には制度の高い診断結果を迅速に得ることができな
いという欠点がある。

このため、従来、異常振動の原因に至るまで機械振動を
自動的に診断することのできる振動診断装置が高い診断
精度を必要とする大形機械装置には採用されているが、
この診断装置は、該大形機械装置に固定されて使用され
るのが一般であるから、診断対象機械が限定されて適用
範囲が狭いという欠点がある。

本発明の目的は、周期運動をする機械の異常振動の原因
判定を自動的に行って該機械の運転状態の診断を迅速に
行うことができる振動診断装置を携帯可能に形成するこ
とによって、運搬が容易となるため適用範囲が限定され
ることのない振動診断装置が得られるようにすることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、機械の振動
を検出してこの検出結果に応じた検出信号を出力する振
動検出部と、前記検出信号が入力され該検出信号に対し
て周波数分析を行って該検出信号の周波数スペクトラム
を記憶する信号処理部と、設定操作を加えると該設定操
作に応じた診断条件を記憶しかつ起動操作を加えると該
起動操作に応じた第１及び第２起動信号を出力する操作
部と、前記第１起動信号が入力されると起動して前記信
号処理部に記憶された前記周波数スペクトラムにおける
卓越周波数成分の振動振幅のオーバーオール値について
所定の一次診断処理を行いその結果に応じた一次診断信
号を出力する一次診断部と、前記第２起動信号が入力さ
れると起動して前記操作部に記憶された前記診断条件と
前記信号処理部に記憶された前記周波数スペクトラムと
を用いて所定の二次診断処理を行いその結果に応じた二
次診断信号を出力する二次診断部と、前記操作部に記憶
された前記診断条件と前記一次診断信号と前記二次診断
信号とを切り換えて表示する表示部とを備え、前記信号
処理部と前記操作部と前記一次及び二次診断部と前記表
示部とが携帯可能に一体化されているように携帯型振動
診断装置を構成するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、一次診断信号を機械の振動が
正常であるか異常であるかを表す信号とすることがで
き、かつ二次診断信号を機械の異常振動の原因を表す信
号とすることができるので、上記の原因判定を自動的に
行って該機械の運転状態に対する適格な診断を迅速に行
うことができ、かつ運搬が容易でこのため診断対象機械
が限定されることのない振動診断装置が得られることに
なる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図で、第２図は第１図
に示した実施例の斜視外観図である。

両図において、１は図示していない診断対象の周期運動
機械である回転機械の振動を検出してこの検出結果に応
じた検出信号１ａを出力する振動検出部で、この検出部
１には動電型の振動速度検出器が用いられてもよく、ま
た圧電型の振動加速度検出器が用いられてもよい。そう
して、前者が用いられた場合検出信号１ａは振動の速度
に応じた信号になり、後者が用いられた場合信号１ａは
振動の加速度に応じた信号になる。なお、検出部１には
上述した振動速度検出器及び振動加速度検出器以外の振
動検出原理を有する振動検出器が採用されても差し支え
ない。また、この場合の検出信号１ａは回転運動をする
機械の振動に応じた信号であるから、信号１ａには該回
転機械の回転数に等しい周波数の振動成分が含まれてい
る。２は検出信号１ａを増幅する増幅器、３は増幅器２
の出力信号２ａとサンプリング周期指定信号６ａとが入
力され、信号２ａを信号６ａで指定されたサンプリング
周期で１６ビットのディジタル信号３ａに変換して出力
するＡ／Ｄ変換器、４はディジタル信号３ａと分析周波
数帯域指定信号６ｂとが入力され、信号３ａを信号６ｂ
で指定された周波数帯域にわたって周波数分析を行って
その結果得られる周波数スペクトラムＸに応じた信号４
ａを出力する周波数分析器で、５は信号４ａを記憶する
周波数スペクトラム記憶回路である。６は上述の信号６
ａと６ｂとを出力する制御回路、７は増幅器２と変換器
３と分析器４と記憶回路５と制御回路６とからなる信号
処理部である。信号処理部７においては、各部が上述の
ように構成されているので、この処理部７を検出信号１
ａが入力され該信号１ａに対して周波数分析を行って該
信号１ａの周波数スペクトラムＸを記憶するものである
ということができる。制御回路６は後述する操作部８に
記憶させられた診断条件９のうちの診断対象機械の定格
回転数Ｎｒに応じた信号として上述の信号６ａ，６ｂを
出力するように構成されている。

８は後述する設定操作８１を加えると該操作に応じた診
断条件９を記憶し、かつ後述する起動操作８２を加える
と該操作に応じた第１乃至第３起動信号８ａ，８ｂ，８
ｃを出力し、かつ後述する表示指令操作８３を加えると
表示指令信号８ｄを出力する操作部、１０は起動信号８
ａが入力されると記憶回路５に記憶された信号４ａ、換
言すれば前述の周波数スペクトラムＸについて所定の演
算を行って該スペクトラムＸにおけるスペクトル、すな
わち周波数成分のレベルが卓越した周波数成分F₁，F₂，
…，Fnを抽出する卓越周波数成分抽出部で、１１は該成
分F₁〜F_nについて検出信号１ａの次元に応じた演算を行
ってこれらの周波数成分の各々の振動振幅A₁〜Anを算出
する振動振幅演算部である。演算部１１における上述の
演算は、信号１ａの次元が振動速度である時は一回積分
する演算であり、信号１ａの次元が振動加速度である時
は二回積分する演算である。１２は上述の振幅A₁〜Anに
もとづいて(1)式で表されるオーバーオール値ＯＡを算
出するオーバーオール値演算部、１３は前記のオーバー
オール値ＯＡについて後述する所定の一次診断処理を行
ってその結果に応じた一次診断信号１３ａを出力する一
次診断処理部で、１４は起動信号８ａが入力されると記
憶回路５に記憶された前述の周波数スペクトラムＸを振
動振幅周波数スペクトラムＹに変換してこのスペクトラ
ムＹを表すスペクトラム信号１４ａを出力するスペクト
ラム変換部である。そうして、１５は成分抽出部１０と
振幅演算部１１とオーバーオール値演算部１２と診断処
理部１３と変換部１４とからなる一次診断部で、診断部
１５においては各部が上述のように構成されているの
で、この診断部１５は、起動信号８ａが入力されると起
動して前述の信号処理部７に記憶された周波数スペクト
ラムＸにおける卓越周波数成分F₁〜Fnの振動振幅A₁〜An
のオーバオール値ＯＡについて所定の一次診断処理を行
い、その結果に応じた一次診断信号１３ａを出力すると
共に前記スペクトラムＸに応じた振動振幅周波数スペク
トラムＹを表すスペクトラム信号１４ａを出力するもの
であるということができる。なお、一次診断部１５は第
３起動信号８ｃが入力されると信号１３ａを出力しない
で信号１４ａのみを出力するようにも構成されている。

(1)式におけるＫは信号処理部７における周波数分析の
際に用いた時間ウインドウの種類に応じた定数である。

１６は、前述の第２起動信号８ｂが入力されると起動し
て、操作部８に記憶された診断条件９と信号処理部７に
記憶された周波数スペクトラムＸとを用いて後述する所
定の二次診断処理を行いその結果に応じた二次診断信号
１６ａを出力する二次診断部、１７は操作部８に記憶さ
れた診断条件９と二次診断信号１６ａと一次診断信号１
３ａ及びスペクトラム信号１４ａとを切り換えて表示す
るようにした表示部で、この表示部１７は液晶表示を行
うように構成されている。なお、表示部17は、一次診断
部１５から信号１４ａのみが出力された時はこの信号１
４ａのみを表示するようになっており、さらに、信号１
４ａを表示している時に表示指令信号８ｄが入力される
と、該表示における信号８ｄに応じた周波数スペクトル
の振動態様を信号１４ａの表示に付加して表示するよう
に構成されている。１８は上述した信号処理部７と操作
部８と一次診断部１５と二次診断部１６と表示部１７と
を収容した筐体で、この筐体１８には該筐体を携帯でき
るように取手１８ｂが設けられている。１８ａは筐体１
８の蓋で、１９は上述の各部からなる振動診断装置であ
る。

次に、第３図に示した二次診断部１６の構成図を用いて
該診断部１６が行う上述した二次診断処理動作を説明す
る。すなわち、第３図において、２０は抽出部１０で抽
出された卓越周波数成分F₁〜Fnのうちのスペクトルレベ
ルが最大の周波数成分Ｆｍを抽出する最大卓越周波数成
分抽出部、21は診断条件９に含まれる回転機械の定格回
転数Nrと信号処理部７に記憶された周波数スペクトラム
Ｘとを比較して該スペクトラムＸに含まれている回転機
械の実際の回転数を表すスペクトル周波数Ｆ₀（以後こ
の周波数Ｆ₀を回転周波数ということがある。）を抽出
する回転周波数抽出部で、２２は抽出部２０によって抽
出された周波数Ｆｍと抽出部２１によって抽出された回
転周波数Ｆ_０との比を演算してFmのF₀に対する高調波次
数Hmを算出する高調波次数演算部である。また、２３は
演算部１１で算出された振動振幅A₁〜Anのうちの周波数
Fmに対応する振幅Amを抽出する振動振幅抽出部で、この
抽出部２３で抽出された振幅Ａｍとオーバオール値演算
部１２で算出されたオーバオール値ＯＡとの比Rm（以後
この比Rmをピークレシオということがある。）がピーク
レシオ演算部２４で算出されるようになっている。

２５は上述の高調波次数ＨｍとピークレシオＲｍとにも
とづいて想定される診断対象回転機械に生じた異常振動
の原因が記憶させられた診断基準パターン記憶回路、２
６は演算部２２で算出された実際の高調波次数Hmeと演
算部２４で算出された実際のピークレシオRmeと記憶回
路２５の記憶内容とを用いてHmeとRmeとに応じた想定異
常振動原因Ｇを抽出して、このＧが一個だけあればこの
Ｇに応じた信号２６ａを前述の二次診断信号１６ａとし
て出力し、原因Ｇが複数個存在すれば再診断指令信号２
６ｂを出力する第１異常振動原因抽出部で、２７は、指
令信号２６ｂが入力されると、実際の高調波次数Ｈmeと
実際のピークレシオRmeと診断条件９とを用いて、抽出
部２６で抽出された複数個の異常振動原因Ｇのうちの一
個を抽出して、この抽出された一個の原因Ｇに応じた信
号27ａを前述の二次診断信号１６ａとして出力する第２
異常振動原因抽出部である。二次診断部１６は信号処理
部７と操作部８と表示部１７とを除く第３図図示の各部
で構成されていて、これらの各部がそれぞれ上述のよう
に構成されており、かつ診断部１６に起動信号８ｂが入
力されることによって抽出部１０及び２１が起動するよ
うになっているので、診断部１６は、前述したように、
起動信号８ｂが入力されると起動して操作部８に記憶さ
れた診断条件９と信号処理部７に記憶された周波数スペ
クトラムＸとを用いて上述の二次診断処理を行いその結
果に応じた二次診断信号１６ａを出力するものである。

次に、上述した振動診断装置１９による回転機械の振動
診断の作業手順ならびに手順に伴う装置１９の動作を第
１図乃至第４図を参照して説明する。

すなわち、装置１９の操作部８に設けた電源スイッチ２
８を操作して装置１９に電源を投入すると、診断条件９
の一部を操作部８に設定するための第４図(a)に示した
条件設定パターン９１が表示部１７にまず表示されるの
で、ここで操作部８に設けたカーソル移動キー２９とテ
ンキー３０とを用いてパターン９１における口状部分に
所要の診断条件を設定する。すると、これらの診断条件
が操作部８内の図示していない記憶回路に記憶される。
次に、表示部１７における４個のソフトキー３１のうち
の準備キー３１ａを押すと、表示部17の表示が、診断条
件９の残部を操作部８の前記記憶回路に入力するため
の、たとえば第４図(ｂ)に示した条件設定パターン９２
に切り換わるので、ここで再びキー２９と３０とを用い
てパターン92における口状部分に所要の診断条件を設定
する。すると、前回と同じくこれらの診断条件が前記記
憶回路に記憶されて、振動診断装置１９に対する全診断
条件の設定が完了する。パターン９２はパターン９１に
おける条件設定に応じて異なった態様になり、第４図
(ｂ)は第４図(ａ)で回転電気機械を診断対象機械に設定
した場合に表示されるパターンを示している。

診断条件の設定が終わると、次に、ソフトキー３１のう
ちの一次診断キー３１ｂを押す。すると、操作部８が第
１起動信号８ａを出力するので、一次診断部１５が上述
の動作を行って信号１３ａと１４ａとが診断部１５から
出力され、この結果、表示部１７の表示が、信号１３ａ
と１４ａとに応じた表示パターンとしての第４図(ｃ)に
示した一次診断結果表示パターンに切り換えられる。そ
うして、この場合、一次診断処理部１３においてはオー
バオール値演算部１２で算出されたオーバオール値ＯＡ
をＶＤＩ₂₀₅₆やＩＳＯ₂₇₃₂等の診断基準にもとづいて診
断するようになっていて、これらの診断基準では診断対
象回転機械の定格回転数Nrをパラメータとして前記のＯ
Ａから該機械の振動状態を「良好」、「注意」、「危
険」の三段階に評価するようになっているので、第４図
(ｃ)の一次診断信号１３ａに対応する部分には上述の三
段階評価の結果が表示されるようになっている。また、
第４図(ｃ)におけるＡ−Ｆ線図３２はスペクトラム信号
１４ａに対応した前述の振動振幅周波数スペクトラムＹ
を表していて、この場合、操作部８における前述のカー
ソル移動キー２９を操作して線図３２におけるカーソル
３３を所望のスペクトル３４に一致させ、しかる後キー
２９に対して所定の操作を行うと、操作部８からスペク
トル３４の線図３２上の周波数Ｆの位置に応じた前述の
表示指令信号８ｄが出力される。そうして、診断装置１
９においては信号８ｄが入力されることによって表示部
１７が上述のように動作するので、第４図に図示したよ
うに、線図３２の下側にスペクトル３４の周波数並びに
振動振幅が表示され、さらに、この場合、線図３２が検
出信号１ａをトリガ信号によって信号処理部７に入力し
て得られた周波数スペクトラムであると、スペクトル３
４の前記トリガ信号からの位相もあわせて表示される。

さて、一次診断キー３１ｂを押した時、診断処理部１３
で回転機械の振動状態が「良好」と診断されれば問題な
いが、診断処理部１３から「注意」または「危険」の診
断結果が出力された場合、回転機械に対して迅速な対策
を講じなければならないので、「注意」または「危険」
の診断結果をもたらした異常振動の原因を究明する必要
がある。したがって、この場合、ソフトキー３１のうち
の二次診断キー３１ｃを押すと操作部８が第２起動信号
８ｂを出力するので、二次診断部１６が上述の動作を行
って二次診断信号１６ａが診断部１６から出力され、こ
の結果、表示部１７の表示が、信号１６ａに応じた表示
パターンとしての第４図(ｄ)に示した二次診断結果表示
パターンに切り換えられる。そうして、信号１６ａを構
成する異常振動原因抽出部２６，２７の各出力信号２６
ａ，２７ａが表す一個の異常振動の原因が第４図(ｄ)の
表示パターン内に表示される。

したがって、振動診断装置１９によれば、一次診断信号
１３ａによって回転機械の振動が正常であるか否かを自
動的に診断することができるうえ、二次診断信号１６ａ
によって該回転機械の異常振動の原因を自動的に特定す
ることができるので、該回転機械の運転状態に対する適
格な診断を迅速に行うことができることになる。なお、
診断装置１９は、上述したように、振動検出部１を除く
すべての部分が筐体１８内に納められて携帯可能に形成
されているので、運搬が容易でこのため診断対象機械が
限定されることのない振動診断装置となっていることが
明らかである。

診断装置１９において、ソフトキー３１のうちのＳＰキ
ー３１ｄを押すと操作部８から第３起動信号８ｃが出力
されるので、この時診断部１５からスペクトラム信号１
４ａのみが出力されて、この結果、表示部１７には前述
のＡ−Ｆ線図３２に応じた線図だけが表示される。そう
して、この場合もカーソル移動キー２９の操作によって
所望のスペクトルの振動態様が表示部１７に前記線図と
共に表示される。なお、第２図における３５は表示部１
７に入力される信号１３ａ，１４ａ，１６ａ及び９を本
診断装置１９外に出力できるようにした信号出力端子
で、同じく第２図における３６は本装置１９の電源とし
ての電池である。

第１図乃至第３図に示した実施例の構成並びに動作は上
述の通りであるが、本発明においては、操作部８におけ
る第３起動信号８ｃの出力機能及び表示指令信号８ｄの
出力機能が省略されてもよいものであって、そうする
と、この場合、一次診断部１５の信号１４ａだけを出力
する機能が不要になり、また、表示部１７における単一
の振動振幅周波数スペクトルの振動態様を表示する機能
も不要になる。また、本発明においては、第２図に示し
た筐体１８は必ずしも必要でなく、第１図に示した信号
処理部７と操作部８と一次及び二次診断部１５，１６と
表示部１７とがただ携帯可能に一体化されていればよい
ものである。さらに、本発明においては、二次診断部１
６が第３図の構成に限定されるものでなく、また、本発
明が回転機械以外の周期運動をする機械の診断にも適用
できるものであることは上述した所から明らかである。
そうして、さらに、本発明において一次診断部15におけ
るスペクトラム信号１４ａの出力機能がなくてもよいこ
とは、これまた上述した所から明らかである。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、機械の振動を検出
してこの検出結果に応じた検出信号を出力する振動検出
部と、検出信号が入力され該検出信号に対して周波数分
析を行って該検出信号の周波数スペクトラムを記憶する
信号処理部と、設定操作を加えると該設定操作に応じた
診断条件を記憶しかつ起動操作を加えると該起動操作に
応じた第１及び第２起動信号を出力する操作部と、第１
起動信号が入力されると起動して信号処理部に記憶され
た周波数スペクトラムにおける卓越周波数成分の振動振
幅のオーバオール値について所定の一次診断処理を行い
その結果に応じた一次診断信号を出力する一次診断部
と、第２起動信号が入力されると起動して操作部に記憶
された診断条件と信号処理部に記憶された周波数スペク
トラムとを用いて所定の二次診断処理を行いその結果に
応じた二次診断信号を出力する二次診断部と、操作部に
記憶された診断条件と一次診断信号と二次診断信号とを
切り換えて表示する表示部とを備え、信号処理部と操作
部と一次及び二次診断部と表示部とが携帯可能に一体化
されているように携帯型振動診断装置を構成した。

このため、上記のように構成すると、一次診断信号を機
械の振動が正常であるか異常であるかを表す信号とする
ことができ、かつ二次診断信号を機械の異常振動の原因
を表す信号とすることができるので、本発明には、機械
の異常振動の原因判定を自動的に行って該機械の運転状
態に対する適格な診断を迅速に行うことができ、かつ運
搬が容易なために診断対象機械が限定されることがない
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図に
示した実施例の斜視外観図、第３図は第１図に示した実
施例における要部の詳細構成図、第４図における(a),
(b),(c),(d)の各図は第１図に示した実施例の異なる表
示動作説明図である。１……振動検出部、１ａ……検出信号、７……信号処理
部、８……操作部、８ａ……第１起動信号、８ｂ……第
２起動信号、９……診断条件、１３ａ……一次診断信
号、１４ａ……スペクトラム信号、１５……一次診断
部、１６……二次診断部、１６ａ……二次診断信号、１
７……表示部、１９……振動診断装置、８１……設定操
作、８２……起動操作、Ｘ……周波数スペクトラム、Ｙ
……振動振幅周波数スペクトラム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械の振動を検出してこの検出結果に応じ
て検出信号を出力する振動検出部と、前記検出信号が入
力され該検出信号に対して周波数分析を行って該検出信
号の周波数スペクトラムを記憶する信号処理部と、設定
操作を加えると該設定操作に応じた診断条件を記憶しか
つ起動操作を加えると該起動操作に応じた第１及び第２
起動信号を出力する操作部と、前記第１起動信号が入力
されると起動して前記信号処理部に記憶された前記周波
数スペクトラムにおける卓越周波数成分の振動振幅のオ
ーバオール値について所定の一次診断処理を行いその結
果に応じた一次診断信号を出力する一次診断部と、前記
第２起動信号が入力されると起動して前記操作部に記憶
された前記診断条件と前記信号処理部に記憶された前記
周波数スペクトラムとを用いて所定の二次診断処理を行
いその結果に応じた二次診断信号を出力する二次診断部
と、前記操作部に記憶された前記診断条件と前記一次診
断信号と前記二次診断信号とを切り換えて表示する表示
部とを備え、前記信号処理部と前記操作部と前記一次及
び二次診断部と前記表示部とが携帯可能に一体化されて
いることを特徴とする携帯型振動診断装置。