机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置的制作方法

专利名称：机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置，更详细地说，涉及在具有类似于滚动轴承、滑动轴承、滚珠丝杠、直线导轨、直线球轴承等旋转体和滑动部件的至少一个的铁路车辆设备、工作机械、风车、减速机、电动机等的机械设备中不拆开机械设备来监视异常等状态的机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置。
背景技术：
以前，对于铁道车辆设备、工作机械以及风车等机械设备来说，需要定期实施拆机目视检查以防止因旋转体和滑动部件的磨耗或破损而引起的不正常情况的发生。该拆机目视检查是指在装置使用了一定时期后，从机械设备上拆机取下旋转体和滑动部件，然后，由熟练的专业检查人员通过目视来确认各构成部件的磨耗程度及有无破损等。作为经检查发现的主要缺陷，对于轴承装置的情况有因咬入异物等而产生压痕、因滚动疲劳而产生的剥离，以及其他磨损等。此外，对于齿轮的情况有齿部的破损和磨耗等。检查人员若检查出在新品的旋转体和滑动部分上没有的凹凸以及磨耗等异常，则在更换新品后，再进行安装(日本精工株式会社发行目录“滚动轴承”)(参照CAT.No.1101e第B340页～第B351页)。
然而，在拆开上述机械设备整体并由人员通过目视来检查的方法中，从机械设备上取下旋转体和滑动部件的拆机作业、以及将检查完的旋转体和滑动部件再安装到机械设备上的组装作业需要花费大量劳动，从而导致大幅度增加机械设备的维护·管理等维护经费的问题。
特别是，对于风车的情况，以在军方使用的情况居多，而且其设置台数也很多。当进行该风车的保养管理时存在下述现状维护管理人员需要赶赴风车的设置部位来进行该风车的旋转部件的检查。因此，存在下述问题在维护管理上花费大量时间和经费，且维护效率不理想。此外，当拆机检查后再组装机器设备时，在旋转体或者滑动部件上检查前所不存在的打痕等有可能留下，这些都有可能成为由于检查本身而产生旋转体及滑动部件缺陷的原因。此外，因为是通过目视在有限时间内检查多个轴承，所以还有残存落下缺陷的可能性的问题。而且，该缺陷程度的判断存在因人而异对实际上没有缺陷的部件进行也更换的情况，从而造成浪费。
此外，为了消除这样因目视检查而引起的不良情况，研究在使用轴承的车辆的车体上安装用于检测轴承旋转时产生的声音以及振动的传感器，根据其传感器的检测信号来检测轴承的磨耗以及破损等异常。
但是，对于在车体内安装传感器的情况还存在下述问题由于轴承和传感器之间隔开有距离，所以传感器的检测信号的SN比(信噪比)恶化，从而难以高精度进行检测以及判断。
此外，作为现有的轴承装置，对于图50所示的具有传感器组件的轴承装置1100来说，在滚动轴承1101的外轮1102的外周表面上形成组件孔1103，向组件孔1103内插入固定有内置速度传感器、温度传感器以及加速度传感器的组件1104。然后，组件1104内的各传感器产生的检测信号通过通信信道被传送至牵拉设置有滚动轴承1101的货车或者客车的机车内的远离处理单元。
对于速度来说，根据旋转车轮产生的脉冲来检测行驶过程的瞬时速度，通过这样来对其速度与在同样条件下动作的其他轴承的速度进行比较，由轴承组合体进行有记录的全周期履历的保存记录。对于温度来说，通过单纯的水平检测来进行与在同样条件下动作的其他轴承的温度进行比较。对于振动来说，进行规定时间间隔的能量水平的单纯的RMS测定，将其能量水平与存储在处理单元内的现有的能量水平进行比较，与在同样条件下动作的其他轴承的能量水平进行比较(例如，参照特表2001-500597号公报(第10-16页、第1图))。
此外，作为轴承装置的其他结构例，对于图51所示的滚动轴承单元的异常检测装置1110来说，在多列圆锥滚子轴承1111的外轮1112的下端部分上形成传感器安装孔1113，在传感器安装孔1113内插入支承具有旋转速度传感器1114、温度传感器1115以及加速度传感器1116的传感器单元1117(例如，参照特开2002-295464号公报(第4-5页，第1图))。
而且，作为轴承装置的其他结构例，如图52所示的附带传感器旋转支承部件1120，在多列圆锥滚子轴承1121的外轮1122的下端部分上形成传感器安装孔1123，在传感器安装孔1123内插入支承具有旋转速度传感器1124以及湿度传感器1125的传感器单元1126(例如，参照特开2002-292928号公报(第4-5页，第1图))。
此外，作为其他结构例，图53所示的轴承异常检测装置1130包括将轴承1131的机械振动变换成电气振动并输出的拾波装置1132、增幅拾波装置1132的输出的自动增益控制增幅器1133、以及从增幅器1133的输出中去掉由驱动系统或者其他机械系统所产生的干扰的1～15kHz的带通滤波器1134。此外，具有下述结构，包括对带通滤波器1134的输出的实效值进行运算并向自动增益控制增幅器1133的增益控制元件供给的实效值运算器1135，输入带通滤波器1134的输出的包络线电路1136，输入包络电路1136的输出的实效值运算器1137，以及输入实效值运算器1137的输出并在其值超过规定值时通过灯或者触点输出来发出警报的警报电路1138(例如，参照特开平2-205727号公报(第2-3页、图1))。
此外，作为其他的结构例，对于图54所示的的滚动轴承的异常诊断装置1140来说，其具有包括配置在滚动轴承1141附近的扩音器1142、增幅器1143、电子机器1144、扬声器1145、以及监视器1146的结构。电子机器1144是运算处理装置，包括作为转换部的变换器1147、作为记录部的HDD1148、作为运算处理部的异常诊断部1149、以及模拟转换输出部1150(例如，参照特开2000-146762号公报(第4-6页、图1))。
此外，作为其他的结构例，对于图55所示的轴承的异常诊断方法以及异常诊断装置1160来说，传感器1161输出的电气信号波形由模拟数字转换器1162数字化，并被传送到波形处理部1163，在波形处理部1163进行包络处理而得到包络频谱。此外，对于波形处理部1163来说，在抽取过程中是轴承构成部件的特定的频率成分的、内轮损伤成分、外轮损伤成分、转动体损伤成分使用规定的式子从包络频谱中抽取。在运算部1164进行运算步骤，在判断部1165进行比较步骤，从输出电路1166输出判断结果，通过扬声器1167或者监视器1168通知检查人员(例如，参照特开2001-021453号公报(第5-6页、图1))。
然而，对于特开2001-500597、特开2002-295464、特开2002-292928中所记载的轴承装置的结构来说，为了在外轮上设置传感器安装用的孔，包括没有设置孔的外轮和设置有孔的外轮，构成轴承外轮的种类繁多。因此，有可能发生组装错误等，同时在部件管理上会花费很多时间。此外，还有可能引发轴承内部密封性的问题。
此外，对于特开平2-205727、特开2000-146762、特开2001-021453中所记载的轴承装置的结构来说，不只揭示有振动干扰的对策，在轴承用于铁道车辆的车轴支承时，有可能将在经过铁道的接缝时所产生的大的冲击判断成异常信号，从而会给异常判断带来很大影响。
此外，为了解除由拆机检查或者目视检查而引起的不良情况，提出了使用包括检测在轴承旋转时产生的声音和振动的传感器、以及通过分析该传感器的检测信号来判断有无异常的信息处理装置的、作为所述信息处理装置的个人电脑的监视系统(例如，参照特开2002-71519号公报)。
然而，对于该现有的监视系统中的用作信息处理装置的个人电脑来说，通常是在通用机箱内安装主插件板以及接收所述传感器输出的接口的结构，存在信息处理装置需要较大设置空间同时振动等比较弱的问题。
因此，为了不影响轴承装置等的振动而需要在距离轴承装置等一定程度的位置上确保个人电脑的设置空间。另外，该监视系统是由于会造成尺寸大型化所以难以确保很大的设置空间等机械设备情况时，会产生实用性不佳的问题。
此外，为了防止传感器的检测信号的SN比的降低，最好尽可能地将传感器安装在轴承装置结构部件本身上。但是，对于抗外部振动等能力差且大型的个人电脑来说，不得不尽可能地远离振动产生源即轴承装置等。其结果，传感器和个人电脑离开规定距离以上，有可能因相对于传感器和个人电脑之间的信息传送路径的外部干扰的影响而产生检测精度降低等问题。

发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种高精度的机械设备的异常诊断装置，能够不需要拆开如铁道车辆设备、工作机械以及风车等机械设备这样的拆机很繁琐的装置，在通常的使用状态下来判断有无异常，从而能够降低维护和管理费用且不受干扰等影响。
本发明由以下结构实现(1).一种异常诊断装置，其诊断铁道车辆的车轴用轴承装置有无异常，其特征在于，包括将从所述轴承装置产生的信号作为电气信号输出的检测处理部，根据所述检测处理部的输出对所述轴承装置进行异常诊断的运算处理部，输出所述运算处理部的判断结果的结果输出部，以及根据所述判断结果向所述铁道车辆的控制系统反馈控制信号的控制处理部。
(2).如(1)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括存储来自所述检测处理部的所述电气信号，并根据所述信号的种类向合适的分配路线进行分配的数据蓄积分配部；根据从所述数据蓄积分配部分配的电气信号算出关于所述轴承装置的规定物理量的分析部；保存有关所述轴承装置的轴承装置数据的第一数据保存部；对所述分析部的分析结果与保存在所述第一数据保存部内的所述轴承装置数据进行比较参照来进行所述轴承装置的异常诊断的比较判断部分；以及保存所述分析部的分析结果以及所述比较判断部的判断结果的第二数据保存部。
(3).如(2)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述分析部包括除去从所述运算处理部传送的电气信号的干扰成分或者抽取特定的频率成分并进行输出的滤波处理部，以及对从所述滤波处理部输出的信号进行频率分析的频率分析部；其中，所述比较判断部根据所述频率分析部的频率分析结果来对所述轴承装置进行异常诊断。
(4).如(2)或者(3)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述分析部具有根据从所述数据蓄积分配部输出的信号算出所述轴承装置温度的温度分析部，所述比较判断部根据所述温度分析部算出的所述温度来对所述轴承装置进行异常诊断。
(5).如(2)至(4)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，
所述分析部具有根据从所述数据蓄积分配部输出的信号算出所述轴承装置的旋转速度的旋转分析部，所述比较判断部根据所述旋转分析部算出的所述旋转速度对所述轴承装置进行异常诊断。
(6).如(1)至(5)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部对应所述异常诊断结果将存储在所述第二数据保存部内的数据向所述控制处理部输出。
(7).如(1)至(6)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述滤波处理部只抽取1kHz以下的频率成分。
(8).如(1)至(7)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述检测处理部的检测元件被配置在作为所述轴承装置的静止部的负荷圈上。
(9).如(1)至(8)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述数据蓄积分配部并不向所述分析部输出含有规定水平以上的干扰成分的电气信号。
(10).如(1)至(9)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过将由异常引起的频率以及其高频水平与基准值比较来对所述轴承装置进行异常诊断。
(11).如(1)至(10)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部，当对应异常的频率以及其高频率的峰值的至少一个比规定的基准值大时判断为异常。
(12).如(1)至(11)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部根据表示异常的频率以及其高频率的峰值来推测所述轴承装置的损伤程度。
(13).如(1)至(12)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过比较表示异常的频率和其高频率的水平来进行异常诊断的判断。
(14).如(1)至(13)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部根据含有表示异常的频率的频带的均方值或者局部整体值(パ一シヤルオ一バ一オ一ルPOA值)来进行异常诊断。
(15).如(1)至(14)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过对频谱进行对数倒频谱(ケプストラム)分析来进行异常诊断。
(16).如(1)至(15)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理之间以及所述运算处理部以及所述控制处理部之间分别介由具有防水、防油、防尘、防锈、防潮功能以及耐热、耐电、耐电磁干扰性的电缆来进行信号传递。
(17).如(1)至(15)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理部之间以及所述运算处理部和所述控制处理部之间分别具有无线通信机，介由所述无线通信机进行无线信号传递。
(18).如(1)至(15)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理之间以及所述运算处理部和所述控制处理部之间分别介由具有防水、防油、防尘、防锈、防潮功能以及耐热、耐电磁干扰性的电缆来进行信号传递，或者介由无线通信机进行通信。
(19).如(1)至(18)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，实时进行异常诊断。
(20).如(1)至(18)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在不同于车辆行驶时的其他时间对存储在所述数据蓄积分配部内的数据进行异常诊断。
(21).如(1)至(20)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，
诊断所述轴承装置的轴承有无异常以及异常产生部位。
(22).如(1)至(20)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，诊断车轮的平面部。
(23).如(1)至(20)的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，诊断所述轴承装置的齿轮有无异常以及异常产生部位。
(24).一种异常诊断装置，是具有旋转体的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，包括具有组装在所述旋转体的构成部件中的、检测所述旋转体旋转动作时的物理量的传感器的传感器单元，分析所述传感器单元的输出信号并将分析结果与规定的基准数据进行比较来判断所述旋转体有无异常的运算处理部，以及显示所述运算处理部的所述分析结果以及所述运算处理部的判断结果、并对应所述判断结果来控制所述机械设备的动作的控制处理部。
(25).如(24)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元包括增幅所述传感器的所述输出信号的输出增幅部件。
(26).如(24)或者(25)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元包括向所述运算处理部无线传送所述输出信号的无线通信部件。
(27).如(26)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部以及控制处理部被设于离开所述旋转体的监视用基站。
(28).如(27)所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元被安装在铁道车辆的轴承上，所述传感器单元诊断所述轴承的异常。
(29).一种机器设备的异常诊断装置，其检测机械设备的滑动部件或者旋转体有无异常，其特征在于，其包括具有一个或者多个检测从所述机械设备发出的信号的检测元件的传感器单元；以及根据所述检测元件的输出来进行判断所述机械设备有无异常的运算处理的运算处理部；所述运算处理部由微型计算机构成。
(30).如权利(29)所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元装入所述滑动部件或者旋转体。
(31).如(30)所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述微型计算机被安装在所述旋转体或滑动部件或者支承所述旋转体或滑动部件的机构部件上。
(32).如(29)所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，将所述微型计算机和所述传感器单元搭载在单一的设备基板上，并作为单一的处理单元装附安装在所述旋转体或滑动部件或者支承所述滑动部件的机构部件上。
(33).如(29)至(32)的任意一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部被收纳在单一的机箱内。
(34).如(33)所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元被一体地配置在所述机箱内。
(35).如(29)至(34)的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述检测元件能够检测出温度、振动变位、振动速度、振动加速度、力、应变、音响、声发射、超声波、旋转速度中的至少一个以上。
(36).如(29)至(35)的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括中央运算处理装置、增幅器、模拟/数字转换器、滤波器、比较器、脉冲加法器、计时器、中断控制器、ROM、RAM、数字/模拟转换器、通信模块、以及外部接口。
(37).如(29)至(36)的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部能够实行标准偏差以及峰值因素的特征参数的算出、包络线检波、FFT、滤波器、小波、短时间FFT、旋转体的缺陷而引起的特征频率算出中的至少一个以上的处理和比较判断。
(38).一种机械设备的状态监视方法，是具有旋转体和滑动部件的至少一个的机械设备的状态监视方法，其特征在于，根据从所述机械设备产生的信号来分析该机械设备的规定物理量，在各个第一时间对分析结果与由所述机械设备有无异常的诊断基准构成的信息进行比较对照，暂时诊断所述机械设备有无异常；当进行了规定次数的比较对照时，或者在各个第二时间根据比较对照的结果，当暂时诊断为异常的次数在阈值以上时进行判断为异常的综合评价，诊断所述机械设备有无异常以及异常部位。
(39).一种机械设备的状态监视方法，是具有旋转体和滑动部件的至少之一的机械设备的状态监视方法，其特征在于，根据从所述机械设备产生的信号来分析该机械设备的规定物理量，在各个第一时间对分析结果与由所述机械设备有无异常的诊断基准构成的信息进行比较对照，暂时诊断所述机械设备有无异常；当进行了规定次数的比较对照时，或者在各个第二时间根据比较对照的结果，根据暂时诊断为异常的次数来进行判断异常程度的综合评价，诊断有无异常以及异常部位。
(40).如(38)或者(39)所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，将所述信号A/D转换成数字信号并进行分析所述数字信号的频率的处理，在各个所述第一时间对由根据所述机械设备的动作信号算出的所述机械设备的损伤而引起的频率成分与根据实测数据的频率成分进行比较对照。
(41).如(40)所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，所述信号被实施增幅处理以及滤波处理。
(42).如(40)或者(41)所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，所述机械设备的所述旋转体和滑动部件的至少一个是滚动轴承、滚珠丝杠、直线导轨、直线球轴承的任意之一，所述机械设备的动作信号是所述滚动轴承以及所述滚珠丝杠的旋转速度信号，是所述直线导轨以及所述直线球轴承的移动速度信号。
(43).一种机械设备的状态监视装置，是使用(38)或者(39)状态监视方法的、包括旋转体和滑动部件的至少一个的机械设备的状态监视装置，其特征在于，包括检测从所述机械设备产生的信号的至少一个的检测处理部，具有根据所述检测处理部输出的所述信号、实施用来判断所述机械设备状态的运算处理的微型计算机的运算处理部，以及具有输出所述运算处理部的判断结果的结果输出部和、根据判断结果向机械设备的控制系统反馈的控制器的至少一个的控制处理部。
(44).如(43)所述的机械设备的状态监视装置，其特征在于，所述检测处理部和所述微型电脑的至少一方装入所述旋转体或者所述滑动部件。
(45).如(43)或者(44)所述的机械设备的状态监视装置，其特征在于，所述旋转体和所述滑动部件的至少一个是承载径向负载的轴承，所述检测处理部被固定在与所述轴承的轨道轮嵌合的轴承箱的轴向荷重的负荷圈上。
(46).一种使用(43)至(45)中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的铁道车辆用轴承装置的异常诊断装置。
(47).一种使用(43)至(45)中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的风车用轴承装置的异常诊断装置。
(48).一种使用(43)至(45)中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的工作机器主轴用轴承装置的异常诊断装置。
(49).一种机械装置的异常诊断装置，其特征在于，包括具有被固定在拧于机械装置机架上的螺栓上的、将从所述机械装置产生的信号作为电气信号输出的传感器单元的检测处理部，根据所述检测处理部的输出来对所述机械装置进行异常诊断的运算处理部，以及根据所述异常诊断的结果来向所述机械装置控制系统反馈控制信号的控制处理部。
(50).如(49)所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括存储来自所述检测处理部的所述电气信号并根据所述信号的种类向适当的分配路径进行分配的数据蓄积分配部；
根据从所述数据蓄积分配部分配的电气信号算出有关所述机械装置的规定物理量的分析部；保存有关所述机械装置的机械装置数据的第一数据保存部；对所述分析部算出的所述物理量与保存在所述内部数据保存部内的所述机械装置数据进行比较来对所述机械装置进行异常诊断的比较判断部；以及保存所述分析部的分析结果以及所述比较判断部的所述异常诊断结果的第二数据保存部。
(51).如(49)或者(50)所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部以及所述控制处理部是由微型计算机或者IC芯片构成。
(52).如(49)至(51)所述的任何一项所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，通过无线来进行所述检测处理部和所述运算处理部、或所述运算处理部和所述控制处理部之间的信号传送。
(53).一种轴承装置，其包括具有内轮轨道面的内轮、具有外轮轨道面的外轮、在所述内外轮轨道面之间相对自由旋转配置的多个转动体、以及转动自由地保持所述转动体的保持器，并且承载径向负载的轴承被配置在轴承箱内，其中，在所述轴承箱的负载圈内，具有检测从收纳固定在单一箱体内的振动传感器以及温度传感器中选择的至少一个的异常的异常检测部件。
(54).如(53)所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承箱的负荷圈一侧外周表面的一部分上设置有平坦部，在所述平坦部上固定有所述异常检测部件。
(55).如(54)所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承箱的负荷圈外径部轴承宽度中央部上配置所述异常检测部件。
(56).如(53)所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承箱的负荷圈外径部所述内轮轨道面或者所述外轮轨道面的宽度区域内配置所述异常检测部件。
(57).如(53)至(56)的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件的壳体内具有用于传送检测到的信号的信号传送部件，以及根据经由所述信号传送部件所传送的信号来判断有无异常并输出的判断结果输出部。
(58).如(53)至(57)的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件被埋设固定在形成于所述轴承箱上的凹部内，模制安装该异常检测部件和凹部之间的间隙。
(59).如(58)所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件介由衬垫而被固定在所述凹部上。
(60).如(53)至(59)的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，包括除去来自所述振动传感器的振动波形内不要的频带的滤波处理部、对从所述滤波处理部传送的经滤波后的波形的绝对值进行检波的包络处理部、分析从所述解码处理部转送的波形频率的频率分析部、对根据旋转速度算出的由损伤而引起的频率与根据实际数据的频率进行比较的比较对照部、以及根据由所述比较对照部的比较结果进行有无异常以及异常部位的确定的结果输出部。


图1是表示本发明第一实施方式的铁道车辆用的异常诊断装置的图；图2(a)～图2(b)是表示传感器单元的内部结构的框图；图3是表示数据蓄积分配部的图；图4是表示轴承各部件的缺陷与在各部件产生的异常振动频率之间关系的关系式；图5是表示轴承的负荷圈与非负荷圈之间关系的图；图6是表示第一实施方式的从轴承检测出的振动信号的时间波形的图；图7是表示第一实施方式的从轴承检测到的振动信号的频谱的图；图8是表示第一实施方式的从轴承检测到的振动信号的包络处理后的频谱的图；图9是表示第一方法的处理流程的流程图；图10是表示在不产生异常时的频谱的曲线图；
图11是表示外轮产生异常时的频谱的曲线图；图12是表示保持器受到损伤时的频谱与基准值之间关系的曲线图；图13是表示第二方法的处理流程的流程图；图14是第二方法的说明图；图15是表示第三方法的处理流程的流程图；图16是在外轮受到损伤时的频谱的图；图17是第四方法的说明图；图18表示剥离的大小、表现在实测频谱数据的峰值和基准水平之间关系的水平差的关系；图19是表示第五方法的处理流程的流程图；图20是表示频谱的水平和基准线之间关系的图；图21是表示第六方法的处理流程的流程图；图22是表示外轮存在异常时的频谱的曲线图；图23是表示外轮没有异常时的频谱的曲线图；图24是表示外轮存在异常时的频谱的曲线图；图25是表示外轮没有异常时的频谱的曲线图；图26是表示本发明第二实施方式的铁道车辆的异常诊断装置的传感器单元的内部结构的框图；图27是本发明第二实施方式的铁道车辆用的异常诊断装置的图；图28是表示本发明第三实施方式的旋转体的异常诊断装置的示意结构的框图；图29是表示本发明第四实施方式的旋转体的异常诊断装置的示意结构的框图；图30是表示本发明第五实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图；图31是图30所示的微型计算机的示意结构的框图；图32表示的本发明第六实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图；图33是表示本发明第七实施方式的机械设备的异常诊断装置的结构的框图；图34(a)是表示本发明第八实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图；图34(b)是图34(a)的轴承安装状态的侧视图；图35(a)是表示本发明第九实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图；图35(b)是图35(a)的轴承安装状态的侧视图；图36是表示本发明第十实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图；图37是适用于本发明第十一实施方式的状态监视装置的机械设备的剖面图；图38是第十一实施方式的状态监视装置的示意图；图39是图38的运算处理部的框图；图40是表示状态监视方法的诊断处理顺序的流程图；图41是适用于本发明的第十二实施方式的异常诊断装置的机械设备的铁道车辆用轴承装置的轴承箱的图；图42是第十二实施方式的铁道车辆用的异常诊断装置的图；图43是本发明第十二实施方式的异常诊断装置的变形例的图；图44是本发明第十二实施方式的异常诊断装置的其他变形例的图；图45是本发明第十三实施方式的轴承装置的剖面图；图46是图45所示轴承装置的异常检测设备的信号处理系统图；图47是不同于图46的方法的信号处理系统图；图48是本发明第十四实施方式的轴承装置的剖面图；图49是本发明第十五实施方式的轴承装置的剖面图；图50是现有的轴承装置的剖面图；图51是现有的其他轴承装置的剖面图；图52是现有的又一轴承装置的剖面图；图53是现有的其他结构例的框图；图54是现有的又一结构例的框图；图55是现有的另一结构例的框图。
具体实施例方式
以下，根据附图对本发明的机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置进行详细说明。
(第一实施方式)图1是表示本发明第一实施方式的铁道车辆用的异常诊断装置。异常诊断装置1包括具有分别设置在各滚动轴承21的各列上的、将各列的状态以电气信号输出的传感器单元22的检测处理部20；对传感器单元22输出的电气信号进行运算处理来判断铁道车辆设备10的缺陷或者异常等状态的运算处理部30；以及控制、输出运算处理部30的判断结果的控制处理部40。
异常诊断装置1是用于检测由支承铁道车辆车轴的轴承装置内的多个滚子轴承21的磨耗以及破损而引起的异常的装置。各滚动轴承21包括分别内嵌在车体一侧作为静止部的外轮23；外嵌在车轴上并与车轴一起旋转的内轮24；以及在形成于外轮23内周面一侧的外轮轨道和形成于内轮24外周面一侧的内轮轨道之间由图未示出的保持器所保持的、旋转自如地配置在两轨道之间的滚珠、滚子等旋转体25。此外，在各个滚动轴承21的外轮23上安装有传感器单元22。在图1中，检测处理部20包括由安装在各滚动轴承21上的传感器单元22所构成的检测部20a、20b以及20c。
传感器单元22包括多个作为检测元件的传感器，其用于检测作为对应轴承21的旋转状态而变化的物理量的声音J1、温度J2、振动(振动变位、振动速度、振动加速度)J3、旋转速度J4、轴承外轮产生的应变J5、AE(acoustic emission声发射)、移动速度、力、超音波等在机械设备的运行中产生的信息。各传感器将检测的各物理量以电气信号向运算处理部30输出。
其中，运算处理部30对各检测信息适当分配电气信号，因此，对于各检测元件来说，可以将独立配置在不同部位，独立检测声音、温度、振动、旋转速度、应变、AE、移动速度、力、超音波等规定信号的各检测元件进行多个组合；也可以将多个检测元件收纳在其机箱内部，使用同时检测多种信号的复合传感器单元作为传感器单元22来取代独立配置多个检测元件。
此外，可以使用压电型振动加速度传感器、压电型以外的振动加速度传感器、速度检测型振动传感器以及变位检测型振动传感器等作为用于检测振动的传感器。此外，也可以使用由一个传感器检测多方向振动的多向同时振动检测传感器作为振动传感器。
而且，为了以高SN比进行检测，若将传感器单元22、特别是将振动检测元件22d(参照图2(a))安装在承载负荷的部位(负荷圈)上，则能够以良好的灵敏度检测信号，从而能够更高精度地进行测定。这里，如图5所示，负荷圈是对转动体承载荷重的区域。此外，当在负荷圈上没有用于安装传感器的空间时或者在配设产生干扰的高压电缆时等不得不安装在非负荷圈上时，能够通过后述的滤波处理部34的滤波处理等以提高信号的检测灵敏度来进行测定。
在本实施方式中，如图2(a)所示，传感器单元22是将各种检测元件22b、22c以及22d收纳在单元壳体22a内的结构。以下，说明传感器单元22包括在单元壳体22a内部检测轴承21温度的温度检测元件22b、检测轴承21内轮(车轴)的旋转速度的旋转检测元件22c、以及检测在轴承21上产生的振动的振动检测元件22d的情况。
各检测元件22b～22c经由作为输出增幅部件的增幅器50来增幅与检测出的振动、温度以及旋转速度相对应的电气信号，并向运算处理部30输出。如图2(b)所示，可以将增幅器50分别设置在传感器单元壳体22a的内部，也可以如图1所示那样将其分别设置在传感器单元22和运算处理部30之间，此外，也可以将其设置在运算处理部30的内部。最好是在单元箱体22a内分别将增幅器22e、22f以及22g安装在各检测元件22b、22c以及22d上。虽然在经由电缆向运算处理部30传送从传感器单元22输出的信号期间有可能受到干扰而使测定的可靠性降低，但是预先通过经由增幅器50放大信号水平便很难再受到干扰的影响，从而提高可靠性。
在传感器单元22和运算处理部30之间通过有线(电缆)来传递信号。为了减少干扰等以提高测定精度，有线(电缆)最好具有防水、防油、防尘、防锈、防潮、耐热以及耐电磁干扰性。为了减少干扰等以提高测定精度，传感器单元22的各检测元件22b～22d最好同样也具有防水、防油、防尘、防锈、防潮、耐热以及耐电磁干扰性。例如，可以通过将所有检测元件都收纳在传感器单元内，使传感器单元22的单元壳体22a具有防水、防油、防尘、防锈、防潮、耐热以及耐电磁干扰性来实现。
运算处理部30将从各传感器单元22内的各检测元件(在本实施方式中是温度检测元件22b、旋转检测元件22c以及振动检测元件22d)接收到的作为输出的电气信号来进行运算处理，并将经运算处理所分析的分析结果与基准数据进行比较来确定轴承有无异常以及异常的产生部位。这里，基准数据是指在作为诊断对象的轴承21正常时从各检测元件检测到的各种物理量的基准值。具体地说，是指正常轴承21的声音、温度、振动、旋转速度、应变、AE、移动速度、力以及超音波等信息、以及由轴承21特定部位的磨耗或者破损而引起的频率成分的信息等。
对于运算处理部30来说，例如可以使用安装有现成的操作系统和异常诊断实施用应用软件的个人电脑或者通用电脑，也可以是由各部分分别独立的处理以及存储电路所构成的运算单元。
运算处理部30包括数据蓄积分配部31、温度分析部32、旋转分析部33、滤波处理部34、振动分析部35、比较判断部36、作为第一数据保存部的内部数据保存部37、以及作为第二数据保存部的数据蓄积输出部38。以下，对运算处理部30的各部分的结构以及功能进行详细说明。
图3是作为第一数据存储部的数据蓄积分配部31的示意图。数据蓄积分配部31包括数据蓄积部31a、采样部31c以及采样基准设定部31b。数据蓄积部31a是将来自各检测元件22b～22d的输出信号保存成各每个信号的数据保存介质，其可以由各种存储器或者硬盘等构成。
数据蓄积部31a接收并暂时存储从各检测元件22b～22d发送的信号，同时，对应信号种类将信号分配到各分析部32、33、34的某一个内。各种信号在被发送到数据蓄积分配部31的前一阶段由图未示出A/D转换器被A/D转换成数字信号。另外，即使A/D转换和增幅的顺序相反也没有关系。
采样基准设定部31b根据从外部输入部100得到的信息来设定用于从振动检测元件22d输出的模拟信号中除去受干扰影响大的区域的基准值。这里，输入部100是指鼠标、键盘等输入装置，用户能够通过输入部100对基准值进行任意设定。
采样部31c将作为时间数据的振动、温度、旋转速度数据划分成规定长度，并进行用于为向后一阶段的分析部输出信号的采样。对于该采样部31c来说，当来自振动检测元件22d的输出信号含有比采样基准设定部31b所设定的基准值大的干扰时，对其干扰进入的时间带不进行信号采样，不向后一阶段的滤波处理部34输出信号。具体地说，检测出信号水平为一定值以上的某两个点A以及B，在从A到B的时间之间进行控制使得不向滤波处理部34以及振动分析部35输出数据。由此，能够不进行含有很大干扰数据的时间区域的频率成分，从而减小错误进行异常诊断的可能性。另外，未必设置采样基准设定部31b以及采样部31c，若能够产生相同的作用效果，例如也可以配置在数据蓄积部31a的前一阶段等及其他部位。
温度分析部32根据来自温度检测元件22b的输出信号算出轴承的温度，将算出的温度传送至比较判断部36。分析部32具有例如对应检测元件特性的温度换算表格，根据检测信号的水平算出温度数据。
旋转分析部33根据来自旋转检测元件22c的输出信号算出内轮24即车轴的旋转速度，将算出的旋转速度传送至比较判断部36。当旋转检测元件22c例如由安装在内轮24上的编码器和安装在外轮23上的磁铁以及磁检测元件构成时，旋转检测元件22c输出的信号为对应编码器形状和旋转速度的脉冲信号。旋转分析部33具有对应编码器形状的规定变换函数或者变换表格，根据函数或者表格从脉冲信号算出内轮24以及车轴的旋转速度。
振动分析部35根据来自振动检测元件22d的输出信号对轴承21产生的振动频率进行分析。具体地说，振动分析部35是算出振动信号的频谱的FFT计算部，根据FFT的运算法则算出振动的频谱。将算出的频谱传送到比较判断部36。此外，对于振动分析部35来说，先进行求出振动信号的包络线的包络处理作为进行FFT的前处理，这样来实现干扰的降低。振动分析部35根据需要也可以结合包络处理后的包络数据向比较判断部36输出。
一般地，因轴承旋转而产生振动的异常频带由轴承的大小、转动体的数量等决定。从图4中可以看出轴承各部件的缺陷与由各部件产生的异常振动频率的关系。在频率分析中，为了对应采样时间来确定可进行傅立叶变换的最大频率(尼奎斯特频率)，在振动信号中最好不含有尼奎斯特频率以上的频率。由此，在本实施方式中，在数据蓄积分配部31和振动分析部35之间设置滤波处理部34，由滤波处理部34划出规定的频带，将只包括划出有频带的振动信号向振动分析部35传送。在铁道车辆中，当低速旋转车轴时，例如可以只抽取1kHz以下频率成分。
此外，对于滤波处理部34来说，最初可以不进行滤波处理，首先由振动分析部35求出频谱，事先预测可观测到峰值的频带，然后再对应频带区域进行滤波处理，之后，重新进行频率分析。根据这种结构能够有效排除不要的干扰，高精度地进行频率分析。
图6是关于通过本实施方式的传感器单元22检测的滚动轴承21的振动的振动信息J3即振动信号的时间波形的图，图7是从本实施方式的振动分析部35求出的振动信号的频谱，图8是从本实施方式的振动分析部35求出的进行包络处理后的振动信号的频谱。
振动分析部35对振动信号进行频率解析，算出如图7或者图8所示的频谱。从图8可知在规定的频率周期观测到强频谱。从图4的关系式可以得知这是由滚动轴承21的外轮23的损伤引起的频率成分。
同时，在图3中，虽然示出有温度分析部32、旋转分析部33以及振动分析部35，但是也可以对应由传感器单元22的各检测元件检测的信息设置各分析部。
比较判断部36对振动分析部35求出的振动频谱与从保存在内部数据保存部37中的基准值或者从频谱中算出的基准值进行比较，判断是否发生异常振动。这里，基准值是指轴承的特定部位磨耗或者破损引起的频率成分数据、或者是含于求得的各个频谱的频谱的规定值。比较判断部36在通过比较频率成分进行判断的同时，还参照从温度分析部32以及旋转分析部33得到的湿度以及旋转速度的分析结果和存储在内部数据保存部37内的轴承的各种数据等的各规格要素数据，力求判断的正确性。
具体地说，当比较判断部36根据振动的频谱判断存在异常时，确认轴承的温度，若温度超过规定值则判断发生严重的异常。此外，当只有某一个显示出异常时，判断只有某一个发生异常。此外，若各个结果都正确，则判断没有异常。也可以是如下述这样构成对于只有某一个显示为异常的情况，当进行多次判断其结果也不改变时，判断存在异常。比较判断部36向数据蓄积输出部38输出异常诊断的结果。
列举下述方法作为比较判断部36根据振动信息进行异常诊断的具体处理。
(1)使用包络数据的实效值作为基准值的方法在本方法中，根据图4的式子求出异常时产生的频率成分。然后，算出包络数据的实效值，从该实效值求得比较用的基准值。然后，算出基准值以上的频率，与异常时产生的频率成分进行比较。以下，参照图9的同时进行说明。
首先，介由收纳在单元壳体22a内的振动检测元件22d检测出轴承的振动(步骤S101)。以规定的增幅率对检测出的信号进行增幅，并通过A/D转换器将其转换成数字信号(步骤S102)。转换成数字信号的振动信号以规定的格式被保存在数据蓄积分配部31内(步骤S103)。
接着，求出数字信号的频谱(步骤S104)，并根据求得的频谱由滤波处理部34选定适用于数字信号的滤波带域(步骤S105)。滤波处理部34进行滤波处理来除去选定滤波带域以外的频率成分(步骤S106)，并将经滤波处理后的数字信号向振动分析部35输出。然后，振动分析部35对滤波处理后的数字信号实施包络处理(步骤S107)，从而求出包络处理后的数字信号的频谱(步骤S108)。
同时，计算出包络处理后的数字信号的实效值(步骤S109)，并根据实效值算出异常诊断中所使用的基准值(步骤S112)。这里，实效值是作为包络处理后的频率频带的均方值的平方根而被求出的。基准值是根据实效值并根据以下式子(1)或者(2)算出的。
(基准值)＝(实效值)+α......(1)(基准值)＝(实效值)×β......(2)α，β随数据种类而变的规定值接着，根据图4所示的表格求出轴承异常引起的频率(步骤S110)，抽取与求出频率对应的各部件的异常频率成分的水平，即、抽取内轮损伤成分Si(Zfi)、外轮损伤成分So(Zfc)、旋转体损伤成分Sb(2fb)以及保持器伤损成分Sc(fc)(步骤S111)，并与在步骤S112中算出的基准值进行比较(步骤S113)。然后，当所有成分的值比基准值小时，判断轴承没有产生异常(步骤S114)，当某一成分在基准值以上时，判断在该部位产生异常(步骤S115)。
图10例示的是没有发生异常时的频谱的曲线图，图11例示的是外轮发生异常时的频谱的曲线图。在图10的例子中，通过包络数据得到基准值为-29.3dB。若在图10的曲线图中引入基准值的线来与内轮损伤成分Si(2fi)、外轮损伤成分So(Zfc)、旋转体损伤成分Sb(2fb)以及保持器伤损成分Sc(fc)进行比较，则所有成分的水平都比基准值小。因此，能够判断该轴承正常。另一方面，在图11的情况下，外轮损伤成分So(Zfc)比基准值大且突出，从而能够判断出在轴承的外轮上发生异常。
此外，图12是表示保持器有损伤时的频谱与基准值之间关系的曲线图。在图12中，在对应保持器损伤的频率fc中，观测到比基准值大的峰值。这样一来，因为有无发生频率的峰值是通过将轴承引起的频率的水平与基准值进行比较来判断的，所以，即使对于图12所示的小峰值也能够合适地进行诊断。
同时，虽然在这里采用的是实效值，但是也可以使用移动平均等平均值或者峰值因数(＝峰值水平/平均值)。
(2)求出频谱的峰值，比较峰值频率与异常频率的方法在本方法中，根据图4的式子求出异常时产生的频率成分。然后，在振动分析部36中求得的频谱中，对于规定数或者基准值以上的峰值来说，对照是否与产生异常的频率成分相当。以下，根据图13所示的流程图进行详细说明。
因为至步骤S108为止的流程与方法(1)中所述的相同而省略。在本方法中，首先计算得到的频谱的峰值(步骤S201)。这里，为了求出频率的峰值，第一，求出表示各频率成分的数据点的水平和其一个前频率成分数据点的水平的差的差数据。然后，找出差数据的符号从正变为负的曲折点，判断在由与成为其正负的基础的差数据有关的频率值形成峰值。但是，对于诊断所必须的峰值来说，因为只以坡度(斜率)是非常尖锐的峰值为对象，所以只有在斜率比规定的基准值(例如1或者-1)大或者小时判断其为峰值。
图14是表示频谱的图。在图14中，对于连续的三个点A(X0、Y0)、B(X1、Y1)以及C(X2、Y2)来说，点B是峰值。此时，因为A和B的差数据δ1＝Y1-Y0＞0，B和C的差数据δ2＝Y2-Y1＜0，所以差数据从正变成负。然后，在这里当斜率满足(Y1-Y0)/(X1-X0)＞1或者(Y2-Y1)/(X2-X1)＜-1时，判断点B为峰值。
然后，根据图4从轴承的各要素算出异常频率(步骤S202)，并抽取出对应求出的频率的各部件的异常频率成分的水平、即内轮损伤成分Si(Zfi)、外轮损伤成分So(Zfc)、旋转体损伤成分Sb(2fb)以及保持器伤损成分Sc(fc)(步骤S203)。然后，将峰值频率与异常时产生的频率进行比较，判断峰值频率是否与算出的异常频率一致(步骤S204)。然后，当某一峰值与异常频率一致时，判断对应该异常频率的部件产生异常(步骤S206)。当各个频率都不一致时判断没有异常(步骤S205)。
(3)使用基本频率和特定的高谐波的方法在本方法中，对于作为异常频率成分的基本频率的一次值、具有基本频率的两倍频率的二次值、以及具有基本频率的四倍频率的四次值来说，比较峰值的频率与产生异常时的频率是否一致，当判断在至少两个频率中存在异常时，最终判断有异常，当判断存在异常的频率为以下一种情况时，判断没有异常。下面，参照图15的同时进行详细说明。
到算出频谱并算出因异常而产生频率的过程与方法(1)的流程一样。对于本方法来说，在比较中，首先如图15所示那样在异常时产生的基本成分(一次成分)的频率中，判断频谱值是否在基准值以上(步骤S301)。当频谱值在基准值以上时，判断一次成分一致，并向步骤S302前进。另一方面，当不一致时，向步骤S311前进。
在步骤S302中，在具有异常时产生的基本成分的两倍频率的二次成分的频率中，判断频谱值是否在基准值以上。当频谱值在基准值以上时，判断二次成分一致，并最终在步骤S321中判断该部位产生异常。另一方面，当不一致时，向步骤S312前进。
在步骤S311中，在具有异常时产生的基本成分的两倍频率的二次成分的频率中，判断频谱值是否在基准值以上。当频谱值在基准值以上时，判断二次成分一致，并向步骤312前进。另一方面，当不一致时，向步骤S321前进，并最终判断在该部位没有异常产生。
在步骤S312中，在具有异常时产生的基本成分的四倍频率的四次成分的频率中，判断频谱值是否在基准值以上。当频谱值在基准值以上时，判断四次成分一致，并在步骤S322中最终判断在该部位产生异常。另一方面，当不一致时，最终判断在该部位不产生异常。
图16是外轮有损伤时的频谱的图。可知观测到作为基本频率的Zfc的自然数倍的高频率。当此时的基准值为-10dB时，对于所有的一次、二次以及四次成分来说，可知频谱值在基准值以上。因此，通过本方法的处理判断出在外轮产生异常。
一般，考虑到存在因偶然干扰等影响而在对应异常的频率上观测到很大峰值的情况，在本方法中，因为只有在一次、二次以及四次成分内至少有两个频率的峰值在基准值以上时才判断异常，所以减小了误判的可能性。
同时，在图15的流程图中，虽然是以一次、二次、四次的顺序进行比较，但是也可以从峰值水平大的一个开始顺序地进行比较。此时，若峰值为最大的频率的峰值在基准值以下，则能够判断在该时刻没有异常，从而能够缩短运算时间。此外，也可以是一次值、二次值以及三次值的组合或者二次值、四次值以及六次值的组合作为组合的频率成分。
(4)在异常诊断的同时推测损伤的方法虽然在方法(1)～(3)中对有无异常进行了诊断，但还可以如下述那样推测损伤的大小。图17是包络处理后的频谱的示意图。在图中，观测到频率Zfc具有很大的峰值，从而得知在外轮存在损伤。若将该Zfc的峰值Ln与作为频谱整体平均值的基准水平L0进行比较，则能够推测引起异常的外轮损伤的大小。
图18是表示在滚动轴承中、当产生作为轨道轮损伤的剥离时，剥离的大小与、在实测频谱数据d1上出现的峰值和基准水平之间的水平差之间的关系。从而，因为水平差一般与损伤的大小成正比例增大的，所以通过反向求出实测频谱数据d1的峰值的水平差而能够推测出损伤的大小。另外，在实测频谱数据d1上的峰值水平的增大对应频率成分的一次值的峰值最显著。因此，当检测出异常时，通过计算频率成分的一次值Ln与基准水平L0的水平差1来推测损伤程度，从而能够对应损伤程度来决定损伤部件的更换时间。因此，不会进行多余的部件更换或者维护，以适当的时间进行更换，从而能够减少维持费用。
(5)将与基本频率的自然数倍的高谐波成分的水平差作为基准值的方法对于本方法来说，相对作为异常频率成分的基本频率的一次水平算出具有基本频率的2、3、4、...n倍频率的2、3、4、...n次水平在基准值以上的个数，当超过规定个数以上的基准值时，判断产生异常。具体地说，相对于一次水平，当n次值在{(一次的水平)-(n-1)*a}(dB)以上时，进行计算。这里a为任意值。以下，参照图19的流程图进行说明。
图19是表示本方法处理过程的流程图。至本方法的频谱算出为止的处理与至图9的流程图的步骤S101～步骤S108为止的处理相同。在图19中显示步骤S108以后的处理。
首先，参照图4所示的式子，算出每个轴承的各个部位(外轮、内轮、转动体以及保持器)的、因轴承异常而引起的异常频率(步骤S401)，抽取然数倍(2、3、...n倍)的频率的频谱的水平(步骤S403)。这里，抽取具有基本的异常频率2、3、4、5倍频率的二次、三次、四次以及五次成分。
接着，将基本的一次值作为基准进行各2、3、4、5次成分水平的确认(步骤S404)。这里，当各成分水平在{(一次水平)-3(n-1)}(dB)以上时，进行存在异常的计算。具体地说，在以下情况进行与各成分有关的异常存在的计算。
(二次成分水平)＞(一次成分水平)-3(三次成分水平)＞(一次成分水平)-6(四次成分水平)＞(一次成分水平)-9(五次成分水平)＞(一次成分水平)-12然后，通过确认存在异常的计算个数是否在规定个数以上来进行最终的异常判断(步骤S405)。这里，若具有两个以上存在异常的计算，则最终判断存在异常，若为一个以下则没有异常。
图20是圆筒滚子轴承(外径215mm、内径100m、宽47mm、滚子数14)大约以300min-1旋转内轮时的频谱水平与基准线之间关系的图。图中的直线是以线连接上述基准线的判断基准值。当轴承存在损伤时，二次以上成分的值在判断基准线以上，但是在正常状态下产生的对应滚落声音的峰值水平由于二次以及四次成分而回落到该判断基准线以下。一般地，因为滚落声音(旋转体滚落声音)与外轮存在缺陷时比较其高次成分低，所以如图20所示，大部分的值都回落到判断基准线以下。由此，即使是滚落声音等、与外轮存在缺陷时同时在频率上出现峰值的情况下，也能够通过比较高次成分而能够更精确地判断是异常还是正常。
(6)使用各频带水平的均方值或者局部整体值(partial over all)的方法在本方法中，并不是使用由异常引起的频率峰值水平其本身的值，而是使用含有由异常引起的频率的频带的水平的均方值或者局部整体值进行异常诊断。这里，均方值以Vi以及局部整体值Si是通过以下式子给出的。这里，VRMS以及SOA是全频带的均方值以及整体值(オ一バ一オ一ル)。整体值是指特定的指定空间的总和。
(式1)
Vi=1mΣk=1m(pk-p‾m)2...(1)]]>Si=Σk=1mpk...(2)]]>VRMS=1NΣi=1N(pi-p‾)2...(3)]]>SOA=Σi=1Npi...(4)]]>其中，N·Δf≤fs2...(5)]]>m滤出的频带宽度(数据点数)Pm区间m的频谱的平均值Pi频率i的频谱值P区间N的频谱的平均值fs采样频率Δf相邻频率的宽度(频率清晰度)图21是表示本方法处理流程的流程图。至本方法的频谱算出为止的处理与图9流程图的步骤S101～步骤S108的处理相同。图21显示步骤S108以后的处理。
首先，参照图4所示的式子算出在轴承的各部位(外轮、内轮、转动体、以及保持器)上的由轴承异常而引起的异常频率(步骤S501)，然后，算出归一化值即有关包含算出的频率的频带的均方值(Vi)或局部整体值(Si)、以及频谱的整个带域的均方值(VRMS)或局部整体值(SOA)(步骤S502)。然后，算出上述一个的次数成分带域的均方值(Vi)或者局部整体值(Si)由上述正规值(VRMS或者SOA)除得的值或者差分的值(步骤S503)。
接着，将除得的值或者差分的值与保存的参照数据进行比较，判断除得的值或者差分的值是否在正常范围内，具体地说判断其是否在规定基准值以上(步骤S504)。若除得的值或者差分的值在规定的基准值以上或者以下，则判断存在异常，并根据频带确定产生异常的部位(步骤S505)。这里，在基准值以上还是以下时是否具有异常只要通过实际的测定来判定即可。除此以外的情况均判断为没有异常(步骤S506)。
引用实际测量结果对以上方法进行说明。图22是表示外轮存在异常时的频谱的曲线图，图23是表示外轮没有异常时的频谱的曲线图。在图22左侧附近(偏10～20Hz)存在异常峰值频带。该整个频谱的均方值Va为0.016。另外，对应图20的整个频谱的均方值Vn为0.008。这里，若设对因外轮损伤而引起的异常频带(基本频率)抽取的频带宽度为2Hz，则由V对该带域的均方值归一化的值在图22中为90.78，在图23中为38.47。当存在异常时，得知，与正常时相比约2.4倍归一化的值是大的。因此，在90.78和38.47之间或在正常时和异常时的比中设定规定的阈值，当比阈值大时，能够判断在外轮产生异常。
另一方面，图24以及图25是表示使用多个频带时的例子。图24是表示具备在外轮有损伤的滚动轴承以及正常的齿轮(齿数31)的机械设备的包络频谱的曲线图。在该图中观察到五个频率峰值，从基本频率开始、在其各整数倍可观测到二次成分到五次成分。另一方面，图25是与图24对应的正常时的观测数据，观察不到异常频率。
以下内容与图24以及图25的数据有关并尝试使用上述手法。由频谱整体的均方值对因外轮损伤而引起的基本频率以及至其五次为止的成分的各频带的均方值的和进行归一化的值，在图24中为11.64，在图25中为5.19。这里，五次的高谐波是指从基本频率开始数起的第五个峰值。当有异常时，得知与正常时相比约2.2倍归一化的值是大的。因此，在11.64和5.19之间或者在正常时和异常时的比中设定规定的阈值，当比阈值大时，判断在外轮产生异常。
以上是由比较判断部36进行有无异常的判断时的具体处理模式。比较判断部36可以使用这些方法中的多个的判断方法来进行异常诊断。为了提高异常诊断的正确性，最好是通过多个判断方法判断为异常。
数据蓄积输出部38是保存比较判断部36的判断结果的保存部，由硬盘或者存储介质等构成。数据蓄积输出部38向控制部41以及结果输出部42输出比较判断部36的判断结果。虽然数据蓄积输出部38是向控制处理部40实时输出的结构，但是并不限于此，也可以是定期向控制处理部40进行输出、或者在以下说明的控制处理部40中有必要的情况下(诊断为有异常发生的情况)才输出结果的结构。
控制处理部40包括作为以规定的显示方式显示运算处理部30的分析结果以及判断结果的显示设备的结果输出部42、以及向对装入有轴承21的车辆的驱动机构的动作进行控制的控制系统反馈对应所述比较判断部36的判断结果的控制信号S1的控制部41。
具体地说，结果输出部42通过监视器、图像显示或者向打印机打印输出来通知运算处理部30的分析结果以及判断结果，另外，当运算处理部30的判断结果存在异常时，通过警告灯的闪烁或警报器的动作来进行通知。
控制部41例如当运算处理部30的判断结果存在异常时，其对应异常程度将表示车辆的运行停止、速度的减速等的控制信号S1传送至车辆的行驶控制器。在本实施方式中，多个传感器单元22连续地对轴承装置的轴承状态进行测定，运算处理部30根据测定的数据依次地进行异常诊断。因此，控制处理部40异常一产生便立即通知异常，来进行车辆的控制。即，是实时地进行检测、分析、判断以及结果输出的流程。
同时，传感器单元22可以是常时进行测定的结构，还也可以是在每个规定时间进行测定的结构。此外，还可以是代替实时进行异常诊断的、在车辆运行时只进行测定以及存储测定数据，然后在其它部位进行解析的结构。例如，可以是在白天只进行测定，在夜间进行总结分析、判断以及结果输出的结构。
以上所说明的本实施方式的车轴用轴承装置的异常诊断装置1是一种铁道车辆的车轴用轴承装置的诊断轴承装置有无异常的异常诊断装置，其包括具有将从轴承装置产生的信号以电气信号输出的多个检测元件的检测处理部20，根据检测处理部20的输出进行用于进行轴承装置异常诊断的运算处理的运算处理部30，输出运算处理部30的判断结果的结果输出部42，以及根据判断结果向铁道用车辆的控制系统反馈控制信号的控制处理部41。
此外，在本实施方式的异常诊断装置1中，在运算处理部30的各分析部32、33、35中对由轴承21构成部件的磨耗以及破损而引起的异常的有无、以及预先安装在轴承21上的传感器单元22的输出进行分析。然后，异常诊断装置1通过对预先准备在内部数据保存部37内的基准数据与分析结果进行比较来判断有无异常。
因此，该异常诊断装置1为了判断有无由带传感器轴承21的结构部件的磨耗以及破损而引起的异常，能够不拆开带传感器轴承21本身以及含有轴承21的铁道车辆本身而只在通常的使用状态下判断有无异常，从而减少了花费精力的拆机以及组装作业的频率，因此能够降低维护管理成本。
此外，因为是通过规定的运算处理的分析及比较来机械地进行判断的，所以与现有的目视检查相比，不会存在因为检查人员的熟练程度以及个人差别而产生判断偏差，从而能够提高有无异常诊断的可信性。
此外，在作为构成滚动轴承21的旋转体的结构部件的外轮等上直接装备传感器单元22，传感器以高精度对滚动轴承21产生的物理量进行检测，从而降低了滚动轴承21周围其他物品产生的声音或者振动的频率成分的峰值对传感器的检测信号的SN比造成恶劣影响的危险，并通过改善传感器的输出信号的SN比来实现分析以及判断精度的提高。
因此，例如，不会因铁道车辆在通过轨道的接缝时所产生的干扰以及从与轴承21无关的机器等上产生的振动等的频率成分的峰值而使传感器单元22的检测信号有很大变形的危险，通过改善传感器单元输出信号的SN比能够减轻计算负荷、以及不浪费解析所需要时间，从而能够实现分析、判断精度的提高以及处理的迅速化。
此外，在本实施方式中，因为传感器单元22内置有用于增幅传感器输出的增幅器，所以传感器单元22的输出信号已经被增幅而使振幅变大，从而能够抑制由传感器单元22和运算处理部30之间的信号传递路径等所增加的干扰的影响。通过这样来防止因干扰而引起的处理精度的降低，从而能够提高异常诊断的可信性。
另外，本实施方式的异常诊断装置1并不限于诊断轴承装置的轴承有无异常以及产生异常的部位，也可以是诊断车轮的平板部的结构，此外，还可以是诊断轴承装置的齿轮有无异常以及异常产生部位的结构，对于在拆卸以及安装过程中要花费很多时间的各种大型旋转体都可以作为本发明的异常诊断对象。
另外，虽然在(1)～(6)中对比较判断部进行的根据振动信息的异常诊断的具体处理进行了说明，但是并不限于上述方法，也可以通过对频谱进行对数倒频谱分析来进行异常诊断。
(第二实施方式)接着，对本发明第二实施方式的机械设备的异常诊断装置进行详细说明。其中，与第一实施方式相同的部分标注同一标号，省略或者概述重复的说明。
如图27所示，在本实施方式中，代替检测处理部20，使用如图26所示由与运算处理部30进行无线通信的传感器单元52的检测部51a、51b、51c所构成的检测处理部51。各检测部51a、51b、51c在各个轴承21的外轮23上安装有传感器单元52。该传感器单元52在传感器壳体52a的内部安装有温度检测元件52b、旋转检测元件52c、振动检测元件52d和用于无线通信的发送部52h。可以在各检测元件上设置有将各检测元件52b～52d所检测出的信号以规定的增幅率来增幅的增幅器。发送部52h经由无线向设置在运算处理部30内的接收部60发送信号。
通过以上的结构，因为能够不考虑检测处理部51和运算处理部30之间的配线来在轴承装置上安装传感器单元，所以增加了配置传感器单元的自由度，从而很容易将传感器单元安装在精度高的位置上。也可以设置同样的发送部和接收部来在运算处理部30和控制处理部40之间进行无线通信。
其他结构以及作用与第一实施方式相同。
(第三实施方式)图28是表示本发明第三实施方式的机械设备的异常诊断装置的示意结构的框图。本实施方式的旋转体的异常诊断装置60是在第一实施方式的异常诊断装置1中对装备在支承车轴的带传感器轴承21的传感器单元进行了改良，并对根据传感器单元的输出信号进行一定的处理的运算处理部30以及控制处理部40的装备方式也进行了改进。
因为运算处理部30以及控制处理部40的具体结构以及处理方法与第一实施方式相同，所以在共通的结构上标注与第一实施方式相同的标号，并省略与这些运算处理部30以及控制处理部40有关的说明。
本实施方式的传感器单元61在下述这一点上与第一实施方式相同，即、如图所示，对轴承21进行检测的物理量本身有声音J1、温度J2、振动J3、旋转速度J4、应变J5、AE、移动速度、力、超音波等，并由未图示的增幅器50增幅这些检测信号输出。
本实施方式的传感器单元61包括无线传送经过增幅器50的输出信号的无线通信机。所述传感器单元61的输出经无线通信而被传送至信号收发装置63。
信号收发装置63例如沿着搭载有带传感器轴承21的铁道车辆65的行驶路径、以无线输出的可到达范围内的适当间隔设置在线路上或中途的车站等。信号收发装置63使用有线或者无线通信将从传感器单元61接收的信号发送至信息处理中心67。
信息处理中心67包括运算处理部30以及控制处理部40。信息处理中心67经由信号接收装置63接收传感器单元61的输出信号，并将其存储在运算处理部30的数据蓄积分配部31内。然后，数据蓄积分配部31向运算处理部30内的各分析部32、33、35分配接收的信号。被分配的信号由各分析部32、33、35实施规定的处理。
在传感器单元61的输出内加入有输出的用于确定传感器单元的个体识别信息(ID信息)。运算处理部30以及控制处理部40根据该个体识别信息来判断接收的输出是从哪个轴承21送至的，从而区别每个轴承数据并进行处理、存储。由此，信息处理中心67由多台铁道车辆65共用运算处理部30或者控制处理部40来集中管理多个轴承21的异常的有无的诊断。
此外，在设置于信息处理中心67上的控制处理部40上加设有通过无线通信将控制信号S1反馈给铁道65的控制系统的无线通信机(图示略)。
以上的异常诊断装置60中，与使用布置在具有轴承的铁道车辆上的信号线向运算处理部传送传感器单元61的输出的情况相比，因为运算处理部30或者控制处理部40的配置自由度得到了提高，所以很容易进行该旋转体的异常诊断装置60的设置。
此外，因为在传感器单元61输出的信号内加入有个体识别信息(ID信息)，所以能够通过多台铁道车辆65共用设置在信息处理中心67内的运算处理部30以及控制处理部40，从而集中管理更多的轴承21有无异常，从而能够实现轴承21的异常诊断处理的效率化以及异常诊断设备的低成本化。
其他的结构以及作用与第一实施方式的相同。
(第四实施方式)图29是表示本发明第四实施方式的机械设备的异常诊断装置。同时，与第一实施方式相同的部分标注同一标号，省略或者简要概括重复的说明。
该第四实施方式的机械设备的异常诊断装置70使用第一实施方式所示的带传感器轴承21作为支承铁道车辆65的车轴的轴承，通过设置在远离铁道车辆65的信息处理中心71内的运算处理部73以及控制处理部75来对安装在该轴承21上的传感器单元22所检测出的数据进行分析判断。
运算处理部73中用于分析、判断传感器单元22的输出信息的结构装置与第一实施方式的相同，但是可形成暂时存储传感器单元22的输出数据并对应数据种类向各分析部32、33、35内分配的数据蓄积分配部31能够容易装卸的结构。
此外，在铁道车辆65上还装备有能够容易装卸数据蓄积分配部31的存储部连接部(图示省略)。安装在该存储部连接部上的数据蓄积分配部31能够存储各轴承21的传感器单元22输出的信号。
该异常诊断装置70从铁道车辆65上将存储有传感器单元22的输出的数据蓄积分配部31取下并搬入到信息处理中心71内，通过与信息处理中心71内的运算处理部73连接来对存储在数据蓄积分配部31内的各数据进行分析、判断，控制处理部75的结果输出部42将运算处理部73的判断结果以及分析结果通知给管理者等。
当完成了存储数据的分析、判断的数据蓄积分配部31根据需要实施了删除使用完的数据等维护后返回到车辆65再利用。
虽然以上结构的异常诊断装置70不适于进行实时分析判断，但是适于长期保管存储在数据蓄积分配部31内的数据、或者进行详细分析的情况。
此外，设置在信息处理中心71内的运算处理部73以及控制处理部75与第三实施方式的情况相同，因为能够被多台车辆所共用，所以适于减少进行异常诊断的设备费用。
其他的结构以及作用与第一实施方式相同。
(第五实施方式)图30是表示本发明的第五实施方式的机械设备的异常诊断装置。其中，与第一实施方式相同的部分标注同一标号并省略或者简述重复的说明。
第五实施方式的机械设备的异常诊断装置80对支承铁道车辆的车轴的滚动轴承21检测由该滚动轴承21的各构成部件的磨耗或者破损而引起的异常的产生。即，支承车轴的滚动轴承21是构成诊断有无异常的对象的旋转体和滑动部件的至少之一，由滚动轴承21支承车轴的推车或者铁道车辆相当于含有一个或者多个旋转体或者滑动部件的机械设备90。
在本实施方式中，轴承21是将检测轴承旋转动作时的声音或者振动等的各种物理量并以电气信号输出的传感器单元22装附在作为轴承结构部件外轮上的带传感器轴承。在一台车辆上使用多个带传感器轴承21。
本实施方式的机械设备的异常诊断装置80包括装备在各轴承21上的多个传感器单元22；通过规定的运算处理来分析各传感器单元22的输出，将分析结果与预先准备的基准数据进行比较并判断轴承21的有无异常的作为运算处理部的微型计算机81；以规定的显示方式显示该微型计算机81的分析结果以及判断结果，向铁道车辆的控制系统反馈对应所述判断结果的控制信号的控制处理部40。
在作为滑动部件的轴承21进行滑动动作(旋转动作)时的物理量是对应轴承21的旋转状态变化的物理量，例如，认为是轴承21产生的声音或者振动、甚至是旋转速度、温度、在滑动部件结构部件上产生应变等的各种信息。
传感器单元22与第一实施方式相同，具有检测作为对应轴承21的旋转状态变化的物理量的声音J1、温度J2、振动(振动变位、振动速度、振动加速度)J3、轴承的旋转速度J4、在轴承外轮上产生的应变J5、AE、移动速度、力、超音波等多数的信息的一个或者多个检测元件，检测到的这些各种信息作为检测信号而被传送到微型计算机(运算处理部)81。
传感器单元22是将检测各种信息的每个传感器收纳保持在固定于轴承外轮上的传感器箱体22a内的结构。此外，在传感器箱体22a内还内置有增幅各传感器的输出信号并输出的输出增幅部件。
与分析结果比较的基准数据是从作为诊断对象的轴承21正常时的所述传感器单元中检测出的各种的物理量，具体地说，除了正常轴承21的声音信息、轴承温度信息、振动信息、轴承的旋转速度信息、轴承外轮上产生的应变信息等、还包括因轴承21的特定部位的磨耗或者破损而产生的频率成分的信息等。
所述微型计算机81是本实施方式的系统用开发的单芯微型计算机、或者单板微型计算机，通过在微型计算机81内部，进行与记载在第一实施方式中所述的运算处理部30内部同样的处理。即，微型计算机81如图31所示，其包括数据蓄积分配部31、温度分析部32、旋转分析部33、滤波处理部34、振动分析部35、比较判断部36、以及内部数据保存部37，如第一实施方式所说明的那样，进行作为从传感器接收到的输出即电气信号的运算处理，进行轴承有无异常以及异常产生部位的确定。微型计算机81向控制处理部40输出异常诊断结果。同时，在本实施方式中，虽然是向控制处理部40直接输出各分析部32、33、35的分析结果以及比较判断部36的判断结果，但是也可以与第一实施方式相同设置数据蓄积输出部。
控制处理部40包括以规定的显示方式显示微型计算机81的分析结果或者判断结果的作为显示设备的结果输出部42，以及将对应所述比较判断部36的判断结果的控制信号S1反馈给控制安装有轴承21的车辆的驱动机构的动作控制系统的控制部41。控制处理部的作用效果与第一实施方式所说明的相同。
在上述本实施方式的机械设备的异常诊断装置80中，由作为信息处理装置的微型计算机81来分析预先安装在作为滑动部件的滚动轴承21中的传感器单元22的输出，同时，将其分析结果与预先准备的基准数据进行比较，通过这样来判断由滚动轴承21的构成部件的磨耗或者破损而引起的异常的有无，所以，能够不拆开滚动轴承21本身或者含有滚动轴承21的铁道车辆用本身而保持通常的使用状态来判断。
因此，能够减少繁琐耗时的拆机组装作业的频率并降低维护管理费用。此外，因为通过规定运算处理的分析以及比较机械地进行判断，所以与现有的目视检查相比不会产生因检查人员的熟练度或者个人差异而使判断产生差别，从而能够提高异常有无诊断的可靠性。
此外，使用微型计算机81作为信息处理部的结构中，微型计算机81本身能够是单芯或单板的小的专用单元，所以与使用普通个人电脑作为信息处理装置的监视系统相比，能够使系统整体大幅度缩小，并可减少装备所需的占用空间，所以易于向含有滑动部件的机械设备(即铁道车辆等)进行安装。
此外，在作为构成滚动轴承21的结构部件的外轮等上直接安装传感器单元22，传感器单元22高灵敏度地检测滚动轴承21产生的物理量，因此，降低了滚动轴承21周围其他器件产生的声音或者振动的频率成分的峰值给传感器单元22的检测信号的SN比带来不良影响的危险，通过改善传感器单元22的输出信号的SN比而能够提高分析以及判断精度。
而且，能够使信息处理部紧凑化，因为不使用普通的大型的机箱等也可，所以能够很容易提高作为信息处理装置的耐振性，其结果，能够与传感器单元22一起接近滚动轴承21安装，通过滚动轴承21和微型计算机81的接近来避免受外部干扰的影响，从而能够提高有无异常诊断的可信性。
此外，在本实施方式中，虽然在传感器单元22本身还内置有增幅其输出信号并输出的输出增幅部件(放大器)，但是，增幅传感器输出的输出增幅部件也可以是连接在传感器单元22和微型计算机81之间的，或内置于微型计算机81侧。
(第六实施方式)图32表示是本发明第六实施方式的机械设备的异常诊断装置的概略结构的框图。
本实施方式的机械设备的异常诊断装置100是单一的微型计算机81处理多个传感器单元22的信息的结构，因为其他结构与第五实施方式相同，所以与第五实施方式相同的结构标注同一标号，省略与这些微型计算机81以及控制处理部40有关的说明。
当微型计算机81的运算处理能力等有富余时，可以像这样通过利用单一的微型计算机81来处理多个传感器单元22构成的信息，从而能够减轻高价的微型计算机81的装备数目，实现费用的降低。
同时，在以上实施方式中，对于微型计算机81的装备位置来说，虽然没有提及，但是最好微型计算机81与传感器单元22一起也被安装在旋转体或者滑动部件或者支承所述滑动部件的结构部件上。这样能够得到将传感器单元22和微型计算机81双方互相接近且配置在同一结构部件上的系统装备方式，连接传感器单元22和微型计算机81之间的信号线长度不会变得冗长，所以能够防止信号线的散乱等不良情况的发生。
此外，能够减小对传感器单元22和微型计算机81之间的信号传送路径的外部干扰的影响，并提高对检测信号的可信性。
(第七实施方式)图33是表示本第七实施方式的机械设备的异常诊断装置。
该第七实施方式的机械设备的异常诊断装置110是将所述微型计算机81和所述传感器单元22搭载在单一的设备基板上并作为单一的处理单元112而被安装在所述滚动轴承21的结构部件上。对于滚动轴承21、微型计算机81和输出判断结果的控制处理部40因为可以是与上述各实施方式的情况相同的结构，所以省略其说明。在这种结构的异常诊断装置110中，相对机械设备90的监视系统的安装以通过单一的单元112的安装即可，能够提高安装作业性。
另外，在本发明的机械设备的异常诊断装置中，在传感器单元22和微型计算机81之间可以不通过信号电缆等连接，而是由无线通信进行信号的传送。若是这样，则与由布置在具有滑动部件的设备上的信号电缆向微型计算机81传送传感器单元22的输出的情况相比，因为微型计算机81和控制处理部的配置自由度高，所以更容易配置该机械设备的异常诊断装置。
(第八实施方式)图34(a)以及图34(b)是表示本发明第八实施方式的机械设备的异常诊断装置。
该第八实施方式的机械设备的异常诊断装置151是，将基板(图未示)上安装有进行运算处理的CPU 152的微型计算机，增幅电路(Amp)153，A/D转换电路(ADC)154、155，外部存储器(RAM、ROM、ROM)156、157、158，以及通信用电路(LANIF、SCI)159、160的诊断单元161收纳在单一的壳体(机箱)161A内的装置。压电元件162、温度传感器163以及旋转脉冲发生器164作为传感器而被安装在轴承21上。
在轴承21的旋转体(图未示)通过轨道轮(图未示)上的损伤处时，压电元件162捕捉这时的振动音响信号或者微小噼啪响发生时的AE(声发射)信号等来转换成电压或者电荷。电压或者电荷通过近接压电元件162配置的前置放大器(前置增幅电路)165而被增幅20～40dB程度，而且，进入到壳体161A内的信号通过增幅电路153而被转换成与A/D转换器154输入界限相称的电压。由增幅电路153转换的电压信号介由带通滤波器(BPF)166而被输入到A/D转换器154内，被赋予至含有CPU 152的微型计算机的规定端口上。A/D转换器154是清晰度16bit的外置高精度A/D转换器。
通过在A/D转换器154的前段引入模拟带的通滤波器166而通过1kHz～10kHz的频率，从而能够防止从低频机械振动和A/D转换的上限频率产生的混淆现象。该滤波功能在A/D转换的后段能够置换到LPD等数字滤波器。在CPU运算中，虽然可以进行这种前处理滤波，但是受到处理速度和程序大小的影响，分开进行。
A/D转换的值是已经赋上符号的整数，通过对有限时间的波形取绝对值而得到全频率整流波形。因为全频率整流波形有限，所以进行window处理减小两端的影响来进行FFT运算。在含有CPU 152的微型计算机中因为没有浮动小数点运算单元，所以使用可仅通过整数来运算的固定小数点运算。
得到的频率分布按照强度的高的顺序与由旋转速度和旋转体数决定的衰减波形的包络线的频率进行比较。此时，使用从存储在外部存储器157、158内的轴承各部件和旋转脉冲发生器164得到的速度的值。
压电元件162能够捕捉到音响/弹性波/AE信号。这里，主要以检测剥离损伤为目的，将采样频率设定为100kHz。
当温度传感器163产生的压电信号经过增幅电路(图未示)后被输入到A/D转换器155，并被给予含有CPU 152的微型计算机的规定端口。A/D转换器155是清晰度10bit的外置高精度A/D转换器。温度传感器163、旋转脉冲发生器164被设定为比压电元件162低的采样频率。
外部存储器156是RAM，外部存储器157、158是ROM。此外，通信用电路159是LAN接口，使用双绞线、同轴光缆、光纤电缆等与LAN电路(Local Area Network)167连接。当使用无线LAN时，由无线与LAN 167连接。因为电路160是串行通信互联网，所以与程序写入/收发诊断数据兼用端子168连接。
通信用电路160用于串行收发与轴承21的外轮、内轮、转动体、保持器的各个的损伤频率一致的信号。若是近距离则也可以并行进行。当进行通信时，也可以介入安装用于附加安全的专用IC。
机械设备的异常诊断装置151还包括计时器(TMUCNT)169、直接存储器存取控制器(DMA)170、中断控制器(INTC)171、D/A转换器(DAC)172、以及活性增益控制器(Active Gain ControllerAGC)173。D/A转换器172与诊断输出用连接器和/或显示器174连接。
计时器169对旋转脉冲发生器164发生的脉冲信号数进行计数处理并传给含有CPU 152的微型计算机的规定端口。
中断控制器171与计时器169用于以一定的采样周期将信号吸取入含有CPU 152的微型计算机内。通常，虽然数据是介由含有CPU 152的微型计算机向外部存储器156传送的，但是为了极度缩短采样周期，也可以根据直接存储器存取控制器170进行直接转送。
诊断输出用连接器和/或显示器174使用于当操作人员靠近诊断单元161或机械地将诊断单元161配置在操作者的附近时，通过LED显示或LCD驱动来进行液晶画面显示，或者利用D/A输出进行声音输出等。
在机械设备的异常诊断装置151中，虽然通过信号处理进行的数字化的数据的运算全部是通过含有CPU 152的微型计算机来进行的，但是处理程序写入在外设的外部存储器157、158内。此外，因为机械设备的异常诊断装置151相对于轴承21的一套单元至少使用一个，所以外部存储器157、158内也存储轴承21的各要素(各部尺寸、材料、转动体数、润滑剂、制造年月日)或者各传感器162、163、164的各要素(频率特性、灵敏度)。
此外，因为作为振幅参数，RMS、Peak、峰度、峰值因数等写入规定的外部存储器156的地址，所以能够由通信功能从外部查知。
在机械设备的异常诊断装置151中，检测音响、弹性波、超音波、机械振动的例如压电元件162、温度传感器163、旋转脉冲发生器164安装在轴承21上，它们产生的信号经过增幅·数字化后，通过含有CPU 152的微型计算机进行运算处理，能够输出运算结果的诊断单元161被收纳在单一的箱体161A内。由此，能够以简单的结构不拆开轴承21来进行监视，并且能够检查轴承21的缺陷或者异常。由此，能够减少轴承21的拆机组装花费的工夫，同时，实现了防止伴随拆机组装而引起的轴承21的损伤。另外，因为能够精度良好地有效进行监视，使得能够精度更高地进行诊断，能够发现因目视检查而漏查的缺陷。此外，通过使用小型的传感器、微机、IC、基板配线而能够简化诊断单元161，所以除了能够安装在轴承21上还能够安装在各种机械装置上，而且，因为具有通信功能，所以能够柔性装入各种机械装置内，对成本方面的节减以及节能对策具有贡献。此外，在诊断单元161内，并不只增幅来自各传感器的信号。例如通过具备向压电元件162传送脉冲信号的功能，而也能够利用超音波脉冲回波法，检测/诊断静止时的机械滑动面的损伤以及运转时的滑动面间的金属接触状态。
此外，在机械设备的异常诊断装置151中，通过压电元件162、温度传感器163、旋转脉冲发生器164而能够检测出温度、振动变位、振动速度、振动加速度、力、应变、音响、声发射、超音波、旋转速度中的一个以上，所以能够可靠地监视轴承21的状态，同时能够可靠地检查轴承21的缺陷或异常。
此外，在机械设备的异常诊断装置151中，因为在运算处理中使用含有CPU 152的微型计算机、增幅电路153、A/D变换电路154、155、外部存储器156、157、158、通信用电路159、160、计时器169、直接存储器存取控制器170、中断控制器171、D/A转换器172、以及活性增益控制器173，所以无需客户专用化而通过通用部件的组合，就可得到成本方面优良的装置。
此外，在机械设备的异常诊断装置151中，与因标准偏差或者峰值因数的特征参数算出、包络线检波、FFT、滤波、小波、短时间FFT、以及旋转体的缺陷而引起的特征频率算出中的一个以上的处理和比较判断可通过数字化处理实现。这样，由于可精度良好且有效地进行监视，所以能够更高精度地进行诊断，能够有效地发现在目视检查中漏检的缺陷。
(第九实施方式)图35(a)以及图35(b)是表示本发明的第九实施方式的机械设备的异常诊断装置。
该第九实施方式的机械设备的异常诊断装置181是压电陶瓷双压电晶片化的冲击传感器183收纳在箱体182A内并将该冲击传感器183、温度传感器163一体配置在箱体182A上的装置，除此以外的结构与第八实施方式相同，所以与第八实施方式相同的结构标注相同的标号并省略其说明。
机械设备的异常诊断装置181捕捉轴承21故障时的冲击。通常，当轴承21故障时，在固有的冲击弹性波的外部存储器158内收纳有特征参数计算式，根据冲击传感器183、放大滤波器184、清晰度10bit的外置高精度A/D转换器即A/D转换器155而被数字化的波形信号和旋转速度决定的特征参数若有因次则事先算出振动值的平均、标准偏差(rms)、最大值、峰值(在绝对值的最大中的十个值的平均)等、若无因次则事先算出波形、峰值因数、冲击指数、畸变、峰度等的值。从由含有CPU 152的微型计算机的FFT运算得到的频带的数据，关于轴承21的缺陷检测方法与第七实施方式相同。同时，如果频带若允许也可以使冲击传感器183、放大滤波部184一体化。
其他的频带的特征参数交叉频率、极值频率、不规则度、旋转频率含有度、旋转频率高频含有度、以及轴承21的各部件的缺陷特征频率成分功率的含有度等数据被注册在外部存储器156内，以一定周期更新。
轴承21根据特征参数的恶化诊断是由在箱体182A内的含有CPU 152的微型计算机来进行的，当使用与多个参数关系复杂的回归分析或者中立网络(neutral network)的学习运算法则来识别时，通过LAN线路167等将数据别体地传送到装入这样的识别程序的电脑内来处理。或者，最好确认程序专用的客户专用IC附加其他的微型计算机。
在机械设备的异常诊断装置181中，诊断单元182除含有CPU 152的微型计算机还使用与小型电子部件相同的小型传感器，由短配线构成，从而能够收纳在节省空间的壳体182A内，通过装入轴承21进行检查/诊断，这样进一步实现小型化，因为省略了从检测器到运算处理器的信号线而实现成本方面的进一步降低。
(第十实施方式)图36是表示本发明的第十实施方式的机械设备的异常诊断装置。
该第十实施方式的机械设备的异常诊断装置191是运算处理部组合DSP(能够高速实施滤波运算时的积和运算以及数据移动的数字信号处理专用处理器)192的装置。
其是在DSP 192内进行数字滤波或者称为FFT的数字信号处理，除此以外的处理由含有CPU 152的微型计算机来进行，通过这样来替代第八、第九实施方式的装置。此外，为实现同样目的，也可以不使用DSP，而使用PLD(可编程序逻辑设备)来构成运算处理部。
同时，在上述实施方式中，诊断有无异常的滑动部件并不限于上述滚动轴承。具体地说，除各种滚动轴承，还适用于滑动轴承等滑动部件。进而，滚珠丝杠、直线导轨等直线机构的结构部件等也可以作为本发明诊断对象的滑动部件。此外，对于铁道车辆的齿轮或者车轮等、拆卸或安装非常繁琐费时的各种大型旋转型滑动部件都可以作为本发明的诊断对象。
另外，在上述各实施方式中，为了使异常诊断装置的异常检测快速地与机械设备的维护或运营管理联系在一起，在机械设备的异常诊断装置本身具有控制处理部，用于向对所述机械设备的滑动部件的机构的动作畸形控制的控制器反馈对应判断结果的信号。但是，控制处理部也可以是连接异常诊断部的独立的装备(装置)。
(第十一实施方式)接着，对本发明的第十一实施方式的机械设备的状态监视装置进行说明。同时，对与第五实施方式相同的部分标注同一标号，省略或者简略概述重复的说明。
如图37所示，作为适用于状态监视装置230(参照图38)的机械设备的铁道车辆设备210包括作为被检测对象物的旋转体以及滑动部件的至少一个的多列圆锥滚子轴承211以及构成铁道车辆用卡车的一部分的轴承箱212。
多列滚子轴承211包括具有在外周面上倾斜成圆锥外面状的内轮导轨面215、215的一对内轮214、214，具有在内周面上倾斜成圆锥形内面状的一对外轮轨道面217、217的单一的外轮216，在内轮214、214的内轮轨道面215、215和外轮216的外轮轨道面217、217之间配置多列的转动体即圆锥滚子218，旋转自由地保持圆锥滚子218的环状的冲裁保持器219、219，以及一对密封部件220、220。
轴承箱212包括箱体221、嵌装在箱体221前端部上的前盖222、将外轮216安装在箱体221上后嵌装在箱体221的后端部分上的后盖223。
将车轴224压入到多列圆锥滚子轴承221的内轮上，外轮216与箱体221嵌合。在多列圆锥滚子轴承211上负载各种部件重量等的径向荷重以及任意的轴向荷重，外轮216的上方成为负荷圈。这里，负荷圈是指对转动体承载荷重的区域。
箱体221构成铁道车辆用卡车的侧箱体，形成覆盖外轮216的外周面的圆环形状。在箱体221的外周部的多列圆锥滚子轴承211的各列的轴向中央部形成有一对凹部225、225。凹部225、225收纳有构成状态监视装置230一部分的与第一实施方式具有相同结构的传感器单元22、22。
接着，对第一实施方式的状态监视装置230进行说明。状态监视装置230只是由微型计算机构成运算处理部250的比较判断部252的处理与第五实施方式不同，检测处理部20以及控制处理部40的处理与第五实施方式的异常监视装置相同。即，状态监视装置230包括检测处理部20、20，其包括分别设置在多列圆锥滚子轴承211的各列上的、将各列的状态以电气信号输出的传感器单元22、22；运算处理部250、250，为判断铁道车辆设备210的缺陷或者异常等状态将传感器单元22、22输出的电气信号进行运算处理；以及控制输出运算处理部250、250的判断结果的控制处理部40。
传感器单元22、22具有多个作为检测元件的传感器，其能够检测出作为对应轴承211的旋转状态变化的物理量声音J1、温度J2、振动J3、旋转速度J4、应变J5、AE(acoustic emission声发射)、移动速度、力、超音波等运转中从机械设备产生的信息，并以电气信号向运算处理部250、250输出。另外，因为运算处理部250、250将电气信号适当分配处理给每个检测信息，所以传感器单元22、22可以将独立检测声音、温度、振动、旋转速度、应变、AE、移动速度、力、超音波等特定信号的各检测元件进行多个组合使用，也可以使用能够同时检测多个信息的多个传感器单元作为传感器单元22使用。
此外，关于传感器单元22的安装位置被安装在径向荷重的负荷圈区域的箱体221的外周部分上。因此，例如轴承轨道面上产生损伤时，当转动体通过其损伤部时所产生的冲击力负荷圈比非负荷圈大，轴承负荷圈能够灵敏度良好地检测异常振动。
另外，传感器单元22由于安装在形成于箱体221上的凹部225上，所以不受传感器22的安装状态以及周围环境(干扰、水分、风压等)影响，能够以高SN比(信噪比)检测高精度的信号。另外，传感器单元22可以装入旋转体或者滑动部件等。
此外，传感器单元22最好通过附加或实施防水、防油、放尘、防锈、防潮以及耐热性、耐电磁干扰性的功能或处理，减少了干扰的影响。进而，因为检测处理部20、20通过内置放大功能，因此没有必要特别设置增幅器，不必担心从中途的电缆等进入干扰，所以更是理想的。
运算处理部250、250用于从检测处理部20、20输出的电气信号判断机械设备的缺陷以及异常等的状态而进行运算处理，由微型计算机实施。微型计算机由搭载有CPU、MPU、DSP等的IC芯片、存储器等构成。
运算处理部250、250如图39所示包括数据蓄积分配部31、温度分析部32、旋转分析部33、滤波处理部34、振动分析部35、比较判断部252、以及内部数据保存部37，除了比较判断部252以外，其他都具有与第一实施方式相同的功能。
数据蓄积分配部31具有接收从各检测元件送出的电气信号并暂时存储的同时，具有对应信号的种类向各分析部32、33、35分配信号的收集以及分配功能。各种信号在被送到数据蓄积分配部31之前，由图未示出的A/D转换器被A/D转换成数字信号，由图未示出的增幅器增幅后被送到数据蓄积分配部31内。另外，A/D变换和增幅的顺序可以互换。
温度分析部32根据来自检测出温度信息J2的检测元件的输出信号，算出轴承211的温度，将算出的温度发送到比较判断部252内。分析部32例如具有对应检测元件特性的温度换算表，根据检测信号的水平算出温度数据。
旋转分析部33根据来自检测旋转速度信息J4的检测元件的输出信号，算出内轮214即车轮224的旋转速度，将算出的旋转速度发送到比较判断部252。另外，当上述检测元件由安装在内轮214上的编码器和安装在外轮216上的磁铁以及磁铁检测元件构成时，检测元件输出的信号由对应编码器形状和旋转速度的脉冲信号构成。旋转分析部33具有对应编码器形状的规定的变换函数或者变换表，根据函数或者表格，从脉冲信号算出内轮214以及车轮224的旋转速度。
振动分析部35根据来自检测振动信息J3的检测元件的输出信号来进行轴承211产生的振动的频率分析。具体地说，振动分析部35是算出振动信号的频谱的FFT计算部，根据FFT的运算法则算出振动的频谱。算出的频谱被传送到比较判断部252。此外，振动分析部35可以是作为进行FFT的前处理，进行绝对值处理或者包络处理，仅变换成诊断时必要的频率成分。振动分析部35根据需要将包络处理后的包络数据一同输出给比较判断部252。
一般地，因轴承的旋转而引起生成振动的异常频带依赖于轴承的大小、转动体的数量等而决定。轴承的各部件的缺陷和各部件产生的异常振动频率的关系，如图4所示。在频率分析中，对应采样时间决定可进行傅立叶变换的最大频率(尼奎斯特频率)，尼奎斯特频率以上的频率最好不含在振动信号中。因此，在本实施方式中，在数据蓄积分配部31和振动分析部35之间设置滤波处理部34，由滤波处理部34滤出规定的频率，向振动分析部35传送只含有滤出的频带的振动信号。在铁道车辆中，当以低速旋转车轴时，例如，可以仅抽取1kHz以下频率成分。
另外，在图39中，虽然示出了温度分析部32、旋转分析部33、振动分析部35，但是分析部也可以对应由传感器单元22的各检测元件检测的信息来设置。
比较判断部252在各个第一时间t1内对由温度分析部32、旋转分析部33、振动分析部35分析的结果与轴承有无异常的诊断基准的信息进行比较对照，诊断轴承有无异常。此外，比较判断部252将在各个第一时间t1比较对照的暂时诊断结果向内部数据保存部37传送并保存。
进而，当比较判断部252进行了规定次数的上述比较对照时，或者经过了比第一时间t1长的第二时间t2，则根据保存在内部数据保存部37内的暂时诊断结果，当暂时诊断为异常的次数是阈值以上时，综合评价为异常，诊断轴承有无异常及其异常部位。另外，综合评价可以通过暂时判断为异常的次数来判别异常的程度，从而判断有无异常及其部位。
具体地说，比较判断部252在各个第一时间t1对振动分析部35求得的振动的频谱与保存在内部数据保存部37内的基准值进行比较对照，暂时诊断是否产生异常振动。这里，基准值是根据机械设备的动作信号即频率信号的旋转速度信号算出的轴承特定部位的磨耗及破损引起的频率成分的数据值。
作为根据比较判断部252进行的振动信息的暂时诊断的处理方法，可以使用上述(1)～(3)以及(5)～(6)所示方法的任一来处理。
比较判断部252使用(1)～(3)以及(5)～(6)的方法在各个第一时间t1进行比较对照，将暂时诊断有无异常的结果向内部数据保存部37内传送并保存。此外，当比较判断部252对上述比较对照进行了规定次数时，或者，经过了比第一时间t1长的第二时间t2，则根据保存在内部数据保存部37内的暂时诊断结果，当暂时诊断为异常的次数是阈值以上时，综合评价为异常，诊断轴承有无异常及其异常部位。
另外，各检测对象的比较判断部252的结果可以被保存在存储器或者HDD等存储介质内，也可以将结果向控制处理部60传送。
控制处理部40包括作为以规定显示方式显示运算处理部250、250的分析结果或者判断结果的显示设备的结果输出部42和向控制安装有轴承211的车辆的驱动机构的动作的控制系统反馈对应比较判断部252的判断结果的控制信号的控制部41。
结果输出部42具体地说通过监视器或者图像显示或者向打印机打印输出来通知运算处理部250的分析结果或判断结果，另外，当运算处理部250的判断结果有异常时，由灯或者蜂鸣器等报警装置通知。
控制部41例如当运算处理部250的判断结果存在异常时，对应异常程度向车辆的行驶控制器传送显示车辆的行驶停止或者减速等控制信号。在本实施方式中，多个传感器单元22连续测定轴承装置的轴承的状态，运算处理部250根据测定的数据顺次进行异常诊断。因此，控制处理部40一发生异常即通知有异常，进行车辆的控制。即，实时进行检测、分析以及判断结果的流程。
另外，检测处理部20、运算处理部250、控制处理部40之间的信号的传递只要能够可靠收发信号即可，无论是有线的还是互联网络的无线的都可以。
接着，参照图40对本实施方式的状态监视方法的诊断处理进行说明。
首先，初始化微型计算机内的计数器为n＝0(步骤S601)，开始诊断。将由检测处理部20的传感器所检测的从铁道车辆设备210产生的声音·振动等信号输入到微型机计算机内(步骤S602)。从铁道车辆设备210产生的信号通过A/D转换器而被变换成数字信号(步骤S603)，数字信号由增幅器进行增幅处理(步骤S604)。在进行增幅处理后，使计数器的值为n＝n+1(步骤S605)。然后，由滤波处理部34对增幅的数字信号进行滤波处理(步骤S606)，除去干扰成分或抽取特定的频率成分。
接着，滤波处理后的数字信号被发送到振动分析部35来进行包络处理、频率分析等的解析处理(步骤S607、步骤S608)，得到根据体现从铁道车辆设备210检测的信号的实测数据的频率成分。另一方面，由检测处理部20的传感器检测出铁道车辆设备210的旋转速度信号(步骤S609)，根据旋转速度信号算出基准值即铁道车辆用设备210的损伤而引起的理论频率成分(步骤S610)。根据上述(1)～(3)以及(5)～(6)的任一，在各个第一时间t1通过比较判断部252与步骤S610算出的理论频率成分进行对照比较(步骤S611)，对铁道车辆设备的特定部位的异常的有无进行暂时诊断。其结果，与各计数值n一起被保存在内部数据保存部37(步骤S612)。
然后，计数值n与规定次数N比较(步骤S613)，当计数值n比规定次数N小时，返回步骤S602，重复步骤S602～S612的处理。当计数值n变为规定次数N以上时使用N个保存的结果，在暂时诊断中判断为异常的次数是阈值以上时评价为异常(称为综合评价)，诊断铁道车辆设备210的异常的有无及其部位(步骤S614)。然后，保存该诊断结果或者向控制处理部40发送，显示诊断结果(步骤S615)或者由控制部41进行反馈控制，结束诊断。
因此，在本实施方式的状态监视方法中，由于进行驶用多个比较对照结果来诊断异常的有无及其部位的综合评价，所以突出的干扰等对诊断影响小，所以能够有效地进行精度良好的监视。
另外，在本实施方式中，在每个第一时间t1比较对照频率成分，所以在综合评价可以使用比第一时间t1长的任意的第二时间t2来进行评价代替任意的规定次数。
进而，通过本实施方式的状态监视方法进行的增幅处理或者滤波处理是任意的，根据需要进行。
而且，作为本实施方式的变形例，在图40的步骤S614中进行暂时诊断为异常的次数与阈值相比较来判断异常的有无及其部位的综合评价，但是也可以代替之，采用通过判断为异常的次数来判别损伤程度的综合评价来进行状态监视。由此，能够不立刻停止机械设备等，进行计划的维护。
在本实施方式中，对铁道车辆设备的多列圆锥滚子轴承进行状态监视，也适用于工作机械或者风车等其他机械设备。
此外，使用滚动轴承即多列圆锥滚子轴承作为旋转体或者滑动部件，但是除滚动轴承也可适用滚珠丝杠、直线导轨、直线球轴承等中也能够适用状态监视方法以及装置。此时，使用在用于比较对照的基准值算出中的机械设备的动作信号在旋转体即滚动轴承或滚珠丝杠等的情况下使用旋转速度信号，在滑动部件即直线导轨或直线球轴承等的情况下使用移动速度。
进而，状态监视方法以及装置的异常的有无若有包括至少从声音、温度、振动、旋转速度、应变、AE、移动速度中选择出的至少一个的检测元件的检测器就能够解析，但最好至少使用一个检测声音、振动、AE的检测元件来解析。此外，使用振动信息来解析在能够利用过去的异常数据库这一点是理想的。但是，想要在细微裂痕产生的初期阶段检测出异常的情况或者在检测内部缺陷中代替振动信息使用AE信息时是适用的。温度信息是与振动信息以及AE信息组合来用于异常诊断的，这一方面比单独使用的情况效果大。
(第十二实施方式)接着，对本发明的第十二实施方式的机械设备的异常诊断装置进行说明。同时，与第一实施方式相同的部分标注同一标号，省略或者概述重复的说明。
图41是适用本发明的第十二实施方式的异常诊断装置310的机械设备即铁道车辆用轴承装置的轴承箱301的图。轴承箱301以覆盖铁道车辆的车轴的端部的方式安装，介由安装在内部的轴承(在图41中没有示出)而自由旋转地保持铁道车辆的车轴。此外，轴承箱301中，覆盖铁道车辆的车轴的端部的盖子302安装在箱体303上。
轴承箱301介由箱体303由设置在四角的四个螺栓304固定。此外，在箱体303的侧面设置用于测定轴承温度的孔，该孔由螺栓305填塞。在本实施方式中，在该螺栓304或螺栓305的端面上安装上述的检测处理部20的传感器单元22，通过该传感器单元22内的各检测元件来检测出从轴承箱内部的轴承产生的信号。
图42是使用本发明实施方式的传感器单元22的异常诊断装置310的整体结构的图。如图42所示，在轴承箱301的内部安装有滚动轴承306。滚动轴承306是在内嵌于箱体303上的外轮307和外嵌于铁道车辆的车轴上的内轮308之间配置由多个滚珠或者滚子构成的转动体309的轴承。从而轴承箱301介由滚动轴承306而旋转自由地轴支铁道车辆的车轴。
如图42所示，被安装在箱体303表面上的螺栓304、305的端面上安装有传感器单元22。传感器单元22被设置在轴承箱固定用螺栓304的端面上即可，但是也可以如上述那样形成设置在塞住温度检测用的孔的螺栓305的端面上的结构。一般地，该螺栓305被赋予给各个安装在内部的滚动轴承306，例如，当为多列轴承时，能够根据目的选择安装部位例如车轮侧的列，马达侧的列、其中间等，但是考虑到安装的便利性，螺栓305安装在车轮侧，在该螺栓305的端面上设置传感器单元22的结构是理想的。此外，传感器单元22可以不安装在螺栓305的端面而是安装在塞住该螺栓305的孔的侧面或者内部。
传感器单元22和螺栓304、305的安装最好是没有不稳或松弛等而被固定的。具体地说，从通过螺栓拧紧、粘接、磁铁、嵌合、模制而与螺栓一体化等的方法中考虑运转条件、安装条件、传感器的特性等选择适当的安装方法来进行安装。
此外，当传感器单元22的安装部位处于多干扰区域时，最好传感器22与周围绝缘地安装。通过将传感器从周围绝缘，从而降低干扰，实现SN比的提高。
而且，为了以高SN比进行检测，与第一实施方式相同，最好将传感器单元22安装在如图5的A1所示的滚动轴承306的负荷圈上。若在承载负荷的部位(负荷圈)上安装传感器单元22，则能够灵敏度良好地检测出信号，更高精度地进行测量。
此外，当在负荷圈上没有安装传感器的空间时，或配置会产生干扰的高压电缆时等不得不安装在非负荷圈上时，进行滤波处理，提高信号的检测灵敏度。
另外，传感器单元22具有与第一实施方式所使用的相同的结构、功能。此外，如图24所示的运算处理部30、控制处理部40也具有与第一实施方式所使用的相同的结构、功能。
以上，根据本实施方式的异常诊断装置310，其包括被固定于拧在支承铁道车辆的旋转体即滚动轴承306的轴承箱301的箱体303上的螺栓304、305的端面上的，由具有将从滚动轴承306产生的信号以电气信号输出的检测元件的传感器单元22构成的检测处理部20；根据传感器单元22的输出进行轴承装置的异常诊断的运算处理部30；以及根据运算处理部30的判断结果将控制信号反馈给铁道车辆的控制系统的控制处理部40。
具体地说，运算处理部30与第一实施方式相同，其包括存储来自检测处理部20的电气信号，根据所述信号的种类适当地向分配路径进行分配的数据蓄积分配部31；根据从数据蓄积分配部31分配的电气信号算出有关机械装置的铁道车辆的规定物理量的各分析部32、33、35；保存关于机械装置的机械装置数据的第一数据保存部的内部数据保存部37；对各分析部算出的所述物理量与保存在所述内部数据保存部的所述机械装置数据进行比较，进行所述机械装置的异常诊断的比较判断部36；保存所述分析部的分析结果以及所述比较判断部的所述异常诊断的结果的第二数据保存部即数据蓄积输出部38。
根据该异常诊断装置310，因为使用传感器单元22来收集有关滚动轴承306的物理信息，根据该物理信息来诊断滚动轴承306的异常，进行控制，所以能够不拆开轴承箱301来检测滚动轴承306的缺陷。由此，减少了轴承箱301的拆机组装所花费的工夫，以及能够防止伴随拆机组装对滚动轴承306以及轴承箱301的损伤。此外，在本实施方式中，因为通过异常诊断装置310根据规定的基准进行诊断，所以能够发现目视检测可能会漏查的缺陷。
此外，根据本实施方式，传感器单元22被固定在螺栓304、305上，所以安装传感器单元22用的平滑面没有必要特意安装在轴承箱301上。因此，不用对轴承箱301进行任何改进就能够安装传感器单元22。因此，不花费工夫就能够将异常诊断装置310的传感器单元22安装在轴承箱301上进行异常诊断。
另外，虽然在本实施方式中是以铁道车辆的轴承箱内部的滚动轴承为例进行说明，但是并不限于此，也可以使用铁道车辆的其他的旋转部件(齿轮、车辆主体)、风车、减速器、电动机、滚珠丝杠以及直线导轨等。
此外，运算处理部30也可以具有由第十一实施方式的微型计算机250进行的运算处理部的功能。
此外，如图43所示，本实施方式的异常诊断装置310的运算处理部30可以由第五～第十实施方式所示的单片或单板微型计算机81构成，也可以由IC芯片构成。而且，控制处理部40也可以由单片或单板微型计算机或者IC芯片构成。此外，也可以是将具有运算处理部30和控制处理部40的功能一体化的微型计算机搭载在车辆等机械装置上。
此外，如图44所示，从车辆上降下控制处理部40并放置在地上，在设置于车辆上的收发机370和设置于线路沿线上的收发机380之间进行无线通信。此时，相当于控制处理部40的功能例如能够配置在设置于地上的信息处理中心。该信息处理中心例如从设置在多个车辆上的微型计算机81分别收取信息，统一集中管理多个车辆。此时，在从各车辆中发送的数据内附加ID编号等，从而能够识别各车辆的信息。此外，同样也能够在传感器单元22和微型计算机81之间进行无线通信。
因此，能够通过无线进行检测处理部20和运算处理部30，或者运算处理部30和控制处理部40之间的信号传递。
(第十三实施方式)接着，对本发明的第十三实施方式的轴承装置进行说明。如图45所示，本发明的第十三实施方式的轴承装置410包括多列圆锥滚子轴承411、构成铁道车辆用卡车的一部分的轴承箱412、以及异常检测部件413。
多列圆锥滚子轴承411包括在具有外周表面倾斜成圆锥外面形状的内轮轨道面415、415的一对内轮414、414；具有在内周表面上倾斜成圆锥内面形状的一对外轮轨道面417、417的单一的外轮416；在内轮414、414的内轮轨道面415、415和外轮416的外轮轨道面417、417之间以多列配置的转动体即圆锥滚子418；旋转自由地保持圆锥滚子418的环状的冲裁保持器419、419；以及一对密封部件420、420。
在该圆锥滚子轴承411上负荷各种部件的重量等的径向荷重与任意的轴向荷重，外轮416的上方部分构成轴承负荷圈。
轴承箱412包括车轴末端部件421、箱体422、盖423、以及罩424。
在内轮414、414之间配置有内轮衬垫425。此外，在内轮414、414的轴向两外侧配置有内轮衬垫426、426。在内轮414、414、内轮衬垫425、426、426上内嵌有车轴401。内轮414、414的内轮轨道面415、415限制圆锥滚子418的轴向移动。
外轮416的外轮轨道面417、417，内轮414、414的内轮轨道面415、415和圆锥滚子418，各自的圆锥面的延长线上的顶点集中在轴线上的一点而设定。
在密封部件420、420中的车轴401的前端部一侧配置的一个密封部件420被安装在外轮416的外侧端部和车轴末端部件421之间。
在车轴401的反向前端部侧配置的另一密封部件420被安装在外轮416的外侧端部和罩424之间。
车轴末端部件421通过将螺栓401a拧在车轴401的前端部上而被固定，覆盖配置于车轴401的前端部上的内轮衬垫426。车轴末端部件421与车轴401一起旋转。
箱体422构成铁道车辆用卡车的侧框体，形成圆环形状，覆盖外轮416的外周表面，突设在内周表面上的一对突壁422a、422a嵌合在外轮416的两侧端部。在箱体422的外周表面的多列圆锥滚子轴承411的轴向中央部形成有异常检测部件收纳用的凹部422b，在凹部422b的底部形成有平坦面422c。
盖423嵌装在箱体422的前端部。罩424被安装在箱体422的端部和车轴401之间使得在车轴401的反向前端部侧覆盖另一侧的密封部件420。
异常检测部件413是温度传感器427和振动传感器428一体设置的复合型传感器。温度传感器427是热敏温度测定元件或者白金测温电阻体或者热电对等的非接触型温度测定元件。振动传感器428是压电元件等振动测定元件。
此外，异常检测部件413，通过使温度传感器427和振动传感器428沿着轴承轴向并列并向箱体422的凹部422b内进行树脂模制，从而温度传感器427以及振动传感器428一体形成在箱体429内并在箱体422以及多列圆锥滚子轴承411的轴承宽度中央部被安装在负荷圈上。树脂模制中使用的模制剂是防水性、耐热性、绝缘性优良的材料。
温度传感器427介由箱体422检测多列圆锥滚子轴承411的温度并产生温度数字信号(电压信号)。温度传感器427产生的温度数字信号介由配置在箱体429内的信号传送部件430而向外部控制部传送，用于检测多列圆锥滚子轴承411的烧伤。这里，作为温度传感器427适用环境气体温度超过规定值而通过断开双金属或熔断接点而不导通的温度保险丝。此时，当装置的温度超过规定值时，遮断温度保险丝的导通，检测温度的异常。
振动传感器428介由箱体422检测多列圆锥滚子轴承411的振动并产生移动数字信号(电压信号)。振动传感器428产生的振动数字信号介由配置在箱体429内的信号传送部件430而向外部的控制部传送，用于多列圆锥滚子轴承411的内外轮导轨面415、415、417、417的剥离、齿轮的破损、车轮的平面的磨损的检测。这里，振动传感器428可以能够将加速度或者速度或者变位等、振动变换成电气信号。当安装在外部干扰等多的装置上时，通过使用绝缘型而能够使其不受影响。
温度传感器427以及振动传感器428因为被配置在模制成形的壳体429内，所以能够可靠防止雨水的侵入。此外，能够在旋转中检测温度以及振动，所以能够在不拆开安装有旋转部件的装置，而同时检查多个部件的缺陷。然后，与固定于箱体422外侧的情况相比，相对来自外部的外加振动的防振性提高，能够显著提高传感性能的可靠性。此外，与分别螺纹固定各传感器的情况相比，因为不受安装状态以及干扰、雨水、风压等周围环境的影响，所以能够以高SN比(信噪比)高精度地发出信号。
如图46所示，在异常检测装置413的信号处理的第一方法中，温度传感器427产生的温度数字信号以及振动传感器428产生的振动数字信号介由信号传送部件430输入到比较器431内。在比较器431中，将从温度传感器427得到的温度数字信号值与保存在阈值设定部432的预先设定的温度阈值进行比较。同时将从振动传感器428得到的振动数字信号值与保存在阈值设定部432的振动阈值进行比较。即，从温度传感器427以及振动传感器428中选择的至少一个的异常通过异常检测部件413检测。此时，当温度数字信号值超过温度阈值时，异常判断部433输出温度异常判断信号，判断结果输出部434输出温度异常警报。
此外，当振动数字信号值超出振动阈值时，异常判断部433输出振动异常判断信号，判断结果输出部434输出振动异常的警报。警报通过有线或无线传送来动作。此时，保存在阈值设定部432内的温度阈值以及振动阈值，异常判断部433输出的温度·振动异常判断信号可以是在任意的时间内的实效值或波峰值。
如图47所示，在异常检测装置413的信号处理的第二方法中，振动传感器428产生的振动数字信号在被增幅后在滤波器部件435中仅抽取任意的频带而除去不要的频带并向包络处理器436输入。包络处理器436中，进行检波波形的绝对值的绝对值检波处理，其后在波形分析部437中进行频率的分析处理，将实测值数据向比较对照部438传送。
另一方面，根据旋转速度信息439理论频率计数部440将作为轴承、齿轮、车轮的偏磨耗等异常引起的频率成分而设定的频率成分的计算值数据传送到比较对照部438。然后，比较对照部438通过将实测值数据与计算值数据进行对照比较，从而进行异常的有无、异常部位的确定，结果输出部441进行振动异常的有无、确定部位的输出。向结果输出部441的信息传送是通过有线或者无线进行的。
在信号处理的第二方法中，能够例如根据从电动机等检测的旋转速度信息和旋转要素部件的设计各要素而很容易地进行频率成分的计算和比较对照。此外，增幅后的振动数字信号的处理因为进行各种数据处理和运算，所以例如通过电脑或者专用微片等都能够实现。而且，当检测出的信号被收纳在存储器等保存装置后，进行运算处理。
此外，由于利用机械进行轴承的更换中需要花费工夫，不能立刻就使机械停下来。此时，也有根据损伤的程度进行轴承的更换的情况。作为此时的判断基准，对预先设定下来的基准值例如可以使用振动的实效值、最大值、峰值因数。
此外，作为根据如图47所示的比较对照部438的振动信息来进行异常诊断的处理方法，可以使用上述(1)～(6)所示的方法。
根据第十三实施方式的轴承装置410，通过在轴承箱412的负荷圈上，具体地说，在覆盖外轮416的外周表面的轴承箱412的箱体422上形成的凹部422b内进行树脂模制，从而在单一的箱体429内一体形成温度传感器427以及振动传感器428，从温度传感器427以及振动传感器428中选择的至少一个的异常由异常检测部件413检测，从而同时检测出伴随旋转部件的旋转状态的振动或温度信息，所以不用拆开安装有旋转部件的装置，在实际运转状态下就能同时检测出多个部件的缺陷。
即，异常检测部件可以设置于轴承箱的负荷圈上，此外，最好被固定在设置于轴承箱的负荷圈侧外圈表面的一部分的平坦部上。在本实施方式中，当异常检测部件被埋设固定在形成于轴承箱上的凹部内时，最好模制异常检测部件和凹部之间的间隙来进行安装。此外，异常检测部件可以配置在轴承箱的负荷圈的外径部即轴承宽度中央部。
进而，在本实施方式中，异常检测部件的壳体具有用于送出检测出的信号的信号传送部件，还具有根据介由信号传送部件传送的信号来判断有无异常并输出的判断结果输出部。
此外，在根据振动信息的检查中是通过设置下述部分来实施的即，除去来自振动传感器的振动波形内的不要的频带的滤波处理部，对从所述滤波处理部传送的经滤波后的波形的绝对值进行检波的包络处理部，分析从所述包络处理部传送的波形的频率的频率分析部，对根据旋转速度算出的因损伤引起的频率和根据实测数据的频率进行比较的比较部，根据所述比较对照部的比较结果来进行有无异常、异常部位的确定的结果输出部。
因此，能够不拆开轴承410而在通常使用的状态下进行异常判断。由此，减小繁琐的拆开再重新组装的作业的频率，大幅度减小维护·管理的成本。另外，与通过现有的目视检查相比，不会因检查人员的熟练程度以及个人差别使判断产生偏差，能够飞跃性地提高有无异常诊断的可靠性。
(第十四实施方式)接着，根据图48对本发明的第十四实施方式的轴承装置进行说明。同时，对于与第十三实施方式相同的部分标注同一标号并省略或概述重复的说明。
如图48所示，本实施方式的轴承装置450是将温度传感器427以及振动传感器428一体成形在壳体429内的异常检测装置413介由衬垫451固定在形成于箱体422的外周表面上的凹部422b内的装置。
衬垫451由与箱体422的温度特性以及固有振动特性相同的金属制成，将螺栓453、453插通在配置在箱体422的外周部的凸轮452，通过拧入箱体422而被固定。
此时，异常检测部件413能够和衬垫451一起从箱体422上卸下，所以当有必要更换温度传感器427或者振动传感器428时，只需要取下螺栓453、453，便能够不花费很多时间进行更换作业。在第十四实施方式的轴承装置450中，进行与第一实施方式相同的信号处理。
(第十五实施方式)接着，根据图49对本发明的第十五实施方式的轴承装置进行说明。同时，对于与第十三实施方式相同的部分标注同一标号并省略或者概述重复的说明。
如图49所示，对于本实施方式的轴承装置460，在箱体422的外周表面对应多列圆锥滚子轴承411的内轮轨道面415、415的宽度区域的中央部的位置上形成有异常检测部件收纳用的一对凹部422d、422d，在凹部422d、422d上树脂模制温度传感器427以及振动传感器428一体形成在箱体429内的第一、第二异常检测部件461、462。
凹部422d、422d被配置成对应外轮轨道面417、417的宽度区域中央部。
此时，第一、第二异常检测部件461、462接近圆锥滚子418和内外轮轨道面415、415、417、417转动接触的位置，所以检测灵敏度更好，能够缩短至产生异常时的异常信号产生的时间。第十五实施方式的轴承装置460也进行与第十三实施方式相同的信号处理。
同时，可以将一体形成温度传感器以及振动传感器的异常检测部件直接安装在箱体的外周表面上的负荷圈上，此时，也可以在箱体外周面的一部分上形成平坦部，安装在该平坦部上。并且，最好进行与各实施方式相同的信号处理。此外，如本实施方式那样，异常检测部件可以配置在轴承箱的负荷圈外径部即内轮轨道面或者外轮轨道面的宽度区域内。
此外，作为用于轴承装置的轴承，可以使用圆筒滚子轴承和单列向心球轴承的组合或圆筒滚子轴承，或者圆锥滚子轴承或自调心滚子轴承。
同时，本发明的机械设备的状态监视方法和装置以及异常诊断装置并不限定于上述实施方式，可以是适当的变形、改良等。此外，本发明在能够实施的范围内能够组合各实施方式来使用。同时，本发明的机械设备是含有铁道车辆设备、工作机械、风车、减速器、电动机等，只要是含有旋转体或滑动部件的至少一个的任意装置即可。此外，本发明的旋转体或者滑动部件包括滚动轴承、滑动轴承、滚珠丝杠、直线导轨、直线球轴承、以及其他的旋转部件(齿轮、车轮本身)等。
虽然参照特定的实施方式详细地对本发明进行说明，但是可在不脱离本发明精神和范围的情况下进行各种变更或者修正，这对本领域技术人员来说是显然的。
本申请参考2002年8月30日申请的日本专利申请(特愿2002-252877)；2002年11月21日申请的日本专利申请(特愿2002-338423)；2002年12月20日申请的日本专利申请(特愿2002-370800)；2003年1月17日申请的日本专利申请(特愿2003-010131)；2003年2月25日申请的日本专利申请(特愿2003-048309)；2003年6月26日申请的日本专利申请(特愿2003-182996)；2003年8月28日申请的日本专利申请(特愿2003-304700)。
其内容在这里作为参照吸取。
产业上的可利用性本发明提供一种高精度的机械设备的异常诊断装置，不对铁道车辆设备、工作机械或者风车等的机械设备那种拆机繁琐的装置进行拆机，只保持通常的使用状态就能够判断有无异常，通过这样能够降低维护·管理费用，且很难受到干扰等影响。
权利要求
1.一种异常诊断装置，其诊断铁道车辆的车轴用轴承装置有无异常，其特征在于，包括将从所述轴承装置产生的信号作为电气信号输出的检测处理部，根据所述检测处理部的输出对所述轴承装置进行异常诊断的运算处理部，输出所述运算处理部的判断结果的结果输出部，以及根据所述判断结果向所述铁道车辆的控制系统反馈控制信号的控制处理部。
2.如权利要求1所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括存储来自所述检测处理部的所述电气信号，并根据所述信号的种类向合适的分配路线进行分配的数据蓄积分配部；根据从所述数据蓄积分配部分配的电气信号算出关于所述轴承装置的规定物理量的分析部；保存有关所述轴承装置的轴承装置数据的第一数据保存部；对所述分析部的分析结果与保存在所述第一数据保存部内的所述轴承装置数据进行比较参照来进行所述轴承装置的异常诊断的比较判断部分；以及保存所述分析部的分析结果以及所述比较判断部的判断结果的第二数据保存部。
3.如权利要求2所述的异常诊断装置，其特征在于，所述分析部包括除去从所述运算处理部传送的电气信号的干扰成分或者抽取特定的频率成分并进行输出的滤波处理部，以及对从所述滤波处理部输出的信号进行频率分析的频率分析部；其中，所述比较判断部根据所述频率分析部的频率分析结果来对所述轴承装置进行异常诊断。
4.如权利要求2或者权利要求3所述的异常诊断装置，其特征在于，所述分析部具有根据从所述数据蓄积分配部输出的信号算出所述轴承装置温度的温度分析部，所述比较判断部根据所述温度分析部算出的所述温度来对所述轴承装置进行异常诊断。
5.如权利要求2至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述分析部具有根据从所述数据蓄积分配部输出的信号算出所述轴承装置的旋转速度的旋转分析部，所述比较判断部根据所述旋转分析部算出的所述旋转速度对所述轴承装置进行异常诊断。
6.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部对应所述异常诊断结果将存储在所述第二数据保存部内的数据向所述控制处理部输出。
7.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述滤波处理部只抽取1kHz以下的频率成分。
8.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述检测处理部的检测元件被配置在作为所述轴承装置的静止部的负荷圈上。
9.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述数据蓄积分配部并不向所述分析部输出含有规定水平以上的干扰成分的电气信号。
10.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过将由异常引起的频率以及其高频水平与基准值比较来对所述轴承装置进行异常诊断。
11.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部，当对应异常的频率以及其高频率的峰值的至少一个比规定的基准值大时判断为异常。
12.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部根据表示异常的频率以及其高频率的峰值来推定所述轴承装置的损伤程度。
13.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过比较表示异常的频率和其高频率的水平来进行异常诊断的判断。
14.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部根据含有表示异常频率的频带的均方值或者局部整体值来进行异常诊断。
15.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，所述比较判断部通过对频谱进行对数倒频谱分析来进行异常诊断。
16.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理之间以及所述运算处理部以及所述控制处理部之间分别介由具有放水、防油、防尘、防锈、防潮功能以及耐热、耐电、耐电磁干扰性的电缆来进行信号传递。
17.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理部之间以及所述运算处理部和所述控制处理部之间分别具有无线通信机，介由所述无线通信机进行无线信号传递。
18.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在所述检测处理部和所述运算处理之间以及所述运算处理部和所述控制处理部之间分别介由具有防水、防油、防尘、防锈、防潮功能以及耐热、耐电磁干扰性的电缆来进行信号传递，或者介由无线通信机进行通信。
19.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，实时进行异常诊断。
20.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，在不同于车辆行驶时的其他时间对存储在所述数据蓄积分配部内的数据进行异常诊断。
21.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，诊断所述轴承装置的轴承有无异常以及异常产生部位。
22.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，诊断车轮的平面部。
23.如权利要求1至3的任何一项所述的异常诊断装置，其特征在于，诊断所述轴承装置的齿轮有无异常以及异常产生部位。
24.一种异常诊断装置，是具有旋转体的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，包括具有组装在所述旋转体的构成部件中的、检测所述旋转体旋转动作时的物理量的传感器的传感器单元，分析所述传感器单元的输出信号并将分析结果与规定的基准数据进行比较来判断所述旋转体有无异常的运算处理部，以及显示所述运算处理部的所述分析结果以及所述运算处理部的判断结果、并对应所述判断结果来控制所述机械设备的动作的控制处理部。
25.如权利要求24所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元包括增幅所述传感器的所述输出信号的输出增幅部件。
26.如权利要求24或者25所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元包括向所述运算处理部无线传送所述输出信号的无线通信部件。
27.如权利要求26所述的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部以及控制处理部被设于离开所述旋转体的监视用基站。
28.如权利要求27所述的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元被安装在铁道车辆的轴承上，所述传感器单元诊断所述轴承的异常。
29.一种机器设备的异常诊断装置，其检测机械设备的滑动部件或者旋转体有无异常，其特征在于，包括具有一个或者多个检测从所述机械设备发出的信号的检测元件的传感器单元；根据所述检测元件的输出来进行判断所述机械设备有无异常的运算处理的运算处理部，所述运算处理部由微型计算机构成。
30.如权利要求29所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元装入所述滑动部件或者旋转体。
31.如权利要求30所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述微型计算机被安装在所述旋转体或滑动部件或者支承所述旋转体或滑动部件的机构部件上。
32.如权利要求29所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，将所述微型计算机和所述传感器单元搭载在单一的设备基板上，作为单一的处理单元装附在所述旋转体或滑动部件或者支承所述滑动部件的结构部品上。
33.如权利要求29至32的任意一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部被收纳在单一的机箱内。
34.如权利要求33所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述传感器单元被一体地配置在所述机箱内。
35.如权利要求29至32的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述检测元件能够检测出温度、振动变位、振动速度、振动加速度、力、应变、音响、声发射、超声波、旋转速度中的至少一个以上。
36.如权利要求29至32的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括中央运算处理装置、增幅器、模拟/数字转换器、滤波器、比较器、脉冲加法器、计时器、中断控制器、ROM、RAM、数字/模拟转换器、通信模块、以及外部接口。
37.如权利要求29至32的任何一项所述的机械设备的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部能够实行标准偏差以及峰值因素的特征参数的算出、包络线检波、FFT、滤波器、小波、短时间FFT、旋转体的缺陷引起的特征频率算出中的至少一个以上的处理和比较判断。
38.一种机械设备的状态监视方法，是具有旋转体和滑动部件的至少一个的机械设备的状态监视方法，其特征在于，根据从所述机械设备产生的信号来分析该机械设备的规定物理量，在各个第一时间对分析结果与由所述机械设备有无异常的诊断基准构成的信息进行比较对照，暂时诊断所述机械设备有无异常；当进行了规定次数的比较对照时，或者在各个第二时间根据比较对照的结果，当暂时诊断为异常的次数在阈值以上时进行判断为异常的综合评价，诊断所述机械设备有无异常以及异常部位。
39.一种机械设备的状态监视方法，是具有旋转体和滑动部件的至少之一的机械设备的状态监视方法，其特征在于，根据从所述机械设备产生的信号来分析该机械设备的规定物理量，在各个第一时间对分析结果与由所述机械设备有无异常的诊断基准构成的信息进行比较对照，暂时诊断所述机械设备有无异常；当进行了规定次数的比较对照时，或者在各个第二时间根据比较对照的结果，根据暂时诊断为异常的次数来进行判断异常程度的综合评价，诊断有无异常以及异常部位。
40.如权利要求38或者39所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，将所述信号A/D转换成数字信号并进行分析所述数字信号的频率的处理，在各个所述第一时间对由根据所述机械设备的动作信号算出的所述机械设备的损伤而引起的频率成分与根据实测数据的频率成分进行比较对照。
41.如权利要求40所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，所述信号被实施增幅处理以及滤波处理。
42.如权利要求40所述的机械设备的状态监视方法，其特征在于，所述机械设备的所述旋转体和滑动部件的至少一个是滚动轴承、滚珠丝杠、直线导轨、直线球轴承的任意一个，所述机械设备的动作信号是所述滚动轴承以及所述滚珠丝杠的旋转速度信号，是所述直线导轨以及所述直线球轴承的移动速度信号。
43.一种机械设备的状态监视装置，其是使用权利要求38或者39所述的状态监视方法的、包括旋转体和滑动部件的至少一个的机械设备的状态监视装置，其特征在于，包括检测从所述机械设备产生的信号的至少一个的检测处理部，具有根据所述检测处理部输出的所述信号、实施用来判断所述机械设备状态的运算处理的微型计算机的运算处理部，以及具有输出所述运算处理部的判断结果的结果输出部和、根据判断结果向机械设备的控制系统反馈的控制器的至少一个的控制处理部。
44.如权利要求43所述的机械设备的状态监视装置，其特征在于，所述检测处理部和所述微型电脑的至少一方被安装在所述旋转体或者所述滑动部件上。
45.如权利要求43所述的机械设备的状态监视装置，其特征在于，所述旋转体和所述滑动部件的至少一个是负载径向荷重的轴承，所述检测处理部被固定在与所述轴承的轨道轮嵌合的轴承箱的径向荷重的负荷圈上。
46.一种使用权利要求43中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的铁道车辆用轴承装置的异常诊断装置。
47.一种使用权利要求43中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的风车用轴承装置的异常诊断装置。
48.一种使用权利要求43中的任何一项所述的机械设备的状态监视装置的工作机器主轴用轴承装置的异常诊断装置。
49.一种机械装置的异常诊断装置，其特征在于，包括具有被固定在拧于机械装置机架上的螺栓上的、将从所述机械装置产生的信号作为电气信号输出的传感器单元的检测处理部，根据所述检测处理部的输出来对所述机械装置进行异常诊断的运算处理部，以及根据所述异常诊断的结果来向所述机械装置控制系统反馈控制信号的控制处理部。
50.如权利要求49所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部包括存储来自所述检测处理部的所述电气信号并根据所述信号的种类向适当的分配路径进行分配的数据蓄积分配部；根据从所述数据蓄积分配部分配的电气信号算出有关所述机械装置的规定物理量的分析部；保存有关所述机械装置的机械装置数据的第一数据保存部；对所述分析部算出的所述物理量与保存在所述第一数据保存部内的所述机械装置数据进行比较来对所述机械装置进行异常诊断的比较判断部；以及保存所述分析部的分析结果以及所述比较判断部的所述异常诊断结果的第二数据保存部。
51.如权利要求49或者50所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，所述运算处理部以及所述控制处理部是由微型计算机或者IC芯片构成。
52.如权利要求49至50的任何一项所述的机械装置的异常诊断装置，其特征在于，通过无线来进行所述检测处理部和所述运算处理部、或所述运算处理部和所述控制处理部之间的信号传递。
53.一种轴承装置，其包括具有内轮轨道面的内轮、具有外轮轨道面的外轮、在所述内外轮轨道面之间相对自由旋转配置的多个转动体、以及转动自由保持所述转动体的保持器，并且负荷轴向荷重的轴承被配置在轴承箱内，其特征在于，在所述轴承箱的负载圈上，具有检测从收纳固定在单一箱体内的振动传感器以及温度传感器中选择的至少一个异常的异常检测部件。
54.如权利要求53所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承箱的负荷圈一侧外周表面的一部分上设置有平坦部，在所述平坦部上固定有所述异常检测部件。
55.如权利要求54所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承箱的负荷圈外径部轴承宽度中央部上配置所述异常检测部件。
56.如权利要求53所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承箱的负荷圈外径部所述内轮轨道面或者所述外轮轨道面的宽度区域内配置所述异常检测部件。
57.如权利要求53至56的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件的壳体内具有用于传送检测到的信号的信号传送部件，以及根据经由所述信号传送部件所传送的信号来判断有无异常并输出的判断结果输出部。
58.如权利要求53至56的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件被埋设固定在形成于所述轴承箱上的凹部内，模制安装该异常检测部件和凹部之间的间隙。
59.如权利要求58所述的轴承装置，其特征在于，所述异常检测部件介由衬垫而被固定在所述凹部上。
60.如权利要求53至56的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，包括除去来自所述振动传感器的振动波形内不要的频带的滤波处理部、对从所述滤波处理部传送的经滤波后的波形的绝对值进行检波的包络处理部、分析从所述包络处理部转送的波形频率的频率分析部、对根据旋转速度算出的由损伤而引起的频率与根据实际数据的频率进行比较的比较对照部、以及根据由所述比较对照部的比较结果进行有无异常以及异常部位的确定的结果输出部。
全文摘要
一种诊断铁道车辆的车轴用轴承装置有无异常的异常诊断装置，其包括将从所述轴承装置产生的信号作为电气信号输出的检测处理部，根据所述检测处理部的输出来进行所述轴承装置的异常诊断的运算处理部，输出所述运算处理部的判断结果的结果输出部，以及根据所述判断结果向所述铁道用车辆的控制系统反馈控制信号的控制处理部。
文档编号G01M99/00GK1688874SQ0382445
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月30日
发明者宫坂孝范, 荒牧宏敏, 武藤泰之, 佐原淳太郎 申请人:日本精工株式会社