振动分析器和机械部件诊断系统的制作方法

本发明涉及振动分析器和机械部件诊断系统，更详细地说，涉及对机械部件的振动进行分析的振动分析器、以及使用该振动分析器和信息终端器诊断机械部件的振动的机械部件诊断系统。

背景技术：

以前，已知一种机械部件诊断系统，其具备通过通信线路网连接的信息终端器和服务器，进行机械部件的异常诊断(例如参照专利文献1)。在专利文献1的机械部件诊断系统中，信息终端器具备：测定数据发送单元，其获取所测定的加速度数据和温度数据并发送到服务器；诊断结果显示单元，其显示从服务器回送的诊断结果。另外，服务器具备：诊断单元，其根据加速度数据和温度数据，诊断机械部件的异常；诊断结果发送单元，其向信息终端器回送其诊断结果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-024007号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，根据专利文献1，直接将通过信息终端器测定的加速度数据和温度数据发送到服务器，在服务器侧处理该数据，诊断机械部件的异常，因此从信息终端器发送到服务器的数据量巨大。因此，数据转送需要很多时间，并且信息终端器的消耗电力也多，存在改进的余地。

本发明鉴于上述问题而做出，其目的在于：提供振动分析器和机械部件诊断系统，其能够削减从振动分析器发送到信息终端器的数据量，缩短数据的转送时间。

用于解决课题的手段

通过下述的结构达到本发明的上述目的。

(1)一种对机械部件的振动进行分析的振动分析器，其能够根据从信息终端器接收到的信号而动作，并将通过该动作得到的信号发送到该信息终端器，其特征在于，该振动分析器具备：

振动传感器，其检测上述机械部件的振动；

滤波处理部，其从通过该振动传感器检测出的信号的波形提取预定的频带；

运算处理部，其对通过该滤波处理部得到的滤波处理后的波形进行频率分析，得到频谱数据。

(2)(1)记载的振动分析器，其特征在于，所述振动分析器是无线型。

(3)一种机械部件诊断系统，其具备(1)或(2)记载的振动分析器和能够与该振动分析器收发信号的信息终端器，其特征在于，

上述信息终端器具备：

诊断部，其将从上述振动分析器发送的上述频谱数据所包含的频率分量与上述机械部件的损伤造成的损伤频率进行比较，诊断机械部件的异常；以及

显示部，其输出该诊断部诊断出的诊断结果。

(4)(3)记载的机械部件诊断系统，其特征在于，

上述信息终端器具备：数据库，其将上述机械部件的损伤造成的损伤频率保存为根据上述机械部件的预定的转速换算所得的换算损伤频率，

通过使用上述机械部件的实际的转速计算上述数据库的换算损伤频率，来提供上述损伤频率。

(5)(4)记载的机械部件诊断系统，其特征在于，

上述机械部件是轴承，

上述数据库将上述轴承的内轮、外轮、转动体以及保持器的损伤造成的轴承损伤频率保存为根据上述轴承的预定的转速换算所得的换算轴承损伤频率，通过使用上述轴承的实际的转速计算上述数据库的换算轴承损伤频率，来提供上述轴承损伤频率。

发明的效果

根据本发明的振动分析器，具备检测机械部件的振动的振动传感器、从振动信号的波形提取预定的频带的滤波处理部、对滤波处理后的波形进行频率分析来得到频谱数据的运算处理部，将得到的频谱数据发送到信息终端器，因此能够削减从分析器发送到信息终端器的数据量，缩短数据的转送时间。

另外，根据本发明的机械部件诊断系统，具备振动分析器、能够与该振动分析器收发信号的信息终端器，信息终端器具备对从振动分析器发送的频谱数据所包含的频率分量和因机械部件的损伤造成的损伤频率进行比较并诊断机械部件的异常的诊断部、输出该诊断部诊断出的诊断结果的显示部，因此能够削减从分析器发送到信息终端器的数据量，高速地诊断机械部件。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的机械部件诊断系统的结构的框图。

图2是表示图1所示的机械部件诊断系统的轴承诊断的步骤的流程图。

图3是表示第一实施方式的滚动轴承的部位、与该部位对应的损伤频率的表。

图4是表示图1所示的机械部件诊断系统的振动值测定和简易诊断的步骤的流程图。

图5是表示图1所示的机械部件诊断系统的频率分析的步骤的流程图。

图6是表示本发明的第二实施方式的机械部件诊断系统的结构的框图。

图7是表示图6所示的机械部件诊断系统的听音的步骤的流程图。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下，参照图1～图5详细说明本发明的第一实施方式的机械部件诊断系统。

图1是表示本实施方式的机械部件诊断系统的结构的框图。如图1所示，机械部件诊断系统10具备无线型振动分析器20(以下也称为“分析器20”)、信息终端器40，进行机械部件的诊断。此外，在以下的说明中，作为机械部件以滚动轴承11为例子进行说明。

滚动轴承11具备内嵌到外壳15等的外轮12、外嵌到未图示的机械设备的旋转轴的内轮13、以能够转动的方式配置在外轮12和内轮13之间的多个转动体14、将转动体14以自由转动方式保持的未图示的保持器。

无线型振动分析器20主要具备振动传感器21、作为滤波处理部22的高通滤波器(hp滤波器)27和抗混叠滤波器(aa滤波器)29、放大器28、a/d变换电路30、运算处理部23、内部存储器24、收发部26以及电源31。

振动传感器21例如由压电式加速度传感器等构成，将分析器20安装在外壳15上，供给来自电源31的电力，由此能够检测滚动轴承11的振动。

例如，也可以在安装有振动传感器21的分析器20的前端部形成未图示的内螺纹部，将磁铁安装在与内螺纹部螺合的构件，由此将分析器20固定在外壳15上。

电源31由锂电池等构成，能够经由usb电缆等从外部充电。另外，在分析器20的侧面设置有对电源31进行开/关的未图示的开关。

通过振动传感器21检测出的振动信号顺序地通过hp滤波器27、放大器28、aa滤波器29以及a/d变换电路30。因此，对于检测出的振动信号，构成滤波处理部22的hp滤波器27和aa滤波器29作为带通滤波器而发挥功能，由此提取出特定的频带，通过放大器28放大，进而通过a/d变换电路30变换为数字信号，发送到运算处理部23。

运算处理部23具有滤波处理功能，对通过hp滤波器27和aa滤波器29提取出的特定的频带进行滤波处理。因此，在本实施方式中，运算处理部23的滤波处理功能作为本发明的滤波处理部22的一部分而发挥功能。另外，运算处理部23在根据需要对滤波处理后的信号进行绝对值化处理、包络线处理后，进行fft分析而生成频谱数据。

计算出的频谱数据等被暂时存储在内部存储器24中。

收发部26例如由蓝牙(注册商标)等构成，接收来自信息终端器40的动作指令信号，并且向信息终端器40发送通过运算处理部23的分析功能得到的频谱数据的信号。此外，可以通过有线方式进行分析器20和信息终端器40之间的通信。

信息终端器40例如是平板电脑等便携信息终端器，能够经由因特网等通信线路网与分析器20连接。另外，还能够经由因特网等与总部41的主计算机连接，还能够从该主计算机下载应用程序并更新。

信息终端器40主要具备收发部42、运算处理部43、内部存储器44、显示操作部(显示部)45以及扬声器46。

信息终端器40根据收发部42从分析器20的收发部26接收到的频谱数据，一边参照存储在内部存储器44中的损伤频率等的数据库，一边依照预定的步骤通过运算处理部43进行运算处理，将其结果输出到显示操作部45。

收发部42在与分析器20之间进行动作指令信号的发送、频谱数据的信号的接收等各种数据的收发。

显示操作部45由液晶屏构成，能够通过内置于信息终端器40的控制软件切换画面显示。显示操作部45能够显示振动值、诊断结果、各种波形等处理结果，并且选择输入滚动轴承11的诊断菜单、滚动轴承11的名称编号、旋转轮的转速等。

运算处理部43根据从分析器20的收发部26接收到的频谱数据，参照存储在内部存储器44中的损伤频率等的数据库，诊断滚动轴承11的异常的有无、以及异常部位。

此外，存储在内部存储器44中的滚动轴承11的因损伤造成的损伤频率是根据该滚动轴承11的预定的转速进行换算所得的滚动轴承11的每个部位的换算损伤频率，通过使用滚动轴承11的实际的转速计算换算损伤频率而得到被用于诊断的损伤频率。例如，将使用图3所示的关系式根据所登记的轴承名称编号的内部资料(该关系式所需要的尺寸、转动体的个数等)预先计算出的单位转速时的内轮损伤分量si1、外轮损伤分量so1、转动体损伤分量sb1、保持器分量sc1作为换算轴承损伤频率，将该换算轴承损伤频率保存为dll(动态链接库)。

对于滚动轴承11的名称编号输入，可以从显示在信息终端器40的显示画面中的名称编号一览表中选择，也可以个别地手动输入。此外，对于没有登记名称编号的滚动轴承11，通过直接输入滚动轴承11的资料、机械部件的实际的转速，而通过运算处理部43使用图3所示的预定的关系式计算滚动轴承11的每个部位的因损伤造成的损伤频率。或者，针对没有登记名称编号的滚动轴承11，也可以输入换算损伤频率。在该情况下，将图3所示的预定的关系式保存在数据库中。

或者，针对没有登记名称编号的滚动轴承11，也可以从显示操作部45直接输入在外部计算出的预定的转速下的换算损伤频率，运算处理部43使用该换算损伤频率，根据机械部件的实际的转速计算出损伤频率。

在任意的情况下，都优选将没有登记名称编号的滚动轴承11的换算损伤频率与名称编号一起保存在内部存储器44中，以便在实际的机械部件的运转时被调出。

接着，说明本实施方式的机械部件诊断系统10的测定、诊断等的步骤。

首先，操作者将分析器20的电源31的开关接通，并且从信息终端器40的显示操作部45的输入画面选择诊断菜单(步骤s1)。

作为诊断菜单，主要具有轴承诊断功能、振动值测定功能、简易诊断功能、频率分析功能的各功能。轴承诊断功能诊断轴承的内外轮、转动体以及保持器的损伤的有无以及其损伤部位。振动值测定功能测定振动的位移、速度、加速度等的有效值、峰值、峰值因数。简易诊断功能将所检测出的振动的位移、速度、加速度等的有效值、峰值、峰值因数与预先设定的阈值进行比较，简易地诊断滚动轴承的异常的有无。频率分析功能显示通过fft等对振动波形进行频率分析所得的fft波形。

<轴承诊断>

如果选择了机械部件诊断系统10的轴承诊断功能，则如图2所示，首先在步骤s1中手动输入应该诊断的轴承的名称编号、转速等，从内部存储器44调出与存储的该名称编号的轴承对应的换算损伤频率等各种信息并设定，指示诊断开始(步骤s2)。

分析器20根据从信息终端器40的收发部42发送的指令信号而工作，振动传感器21取得滚动轴承11的振动的时间波形(步骤s3)。

通过hp滤波器27和aa滤波器29对所取得的振动的信号进行滤波处理(步骤s4)，提取特定的频带。然后，通过运算处理部23的滤波功能，从特定的频带进而提取预定的频带。

然后，运算处理部23对提取出的预定的频带进行频率分析，计算fft波形(步骤s5)。或者，在进行绝对值化处理、包络线处理后进行频率分析，计算包络线fft波形(步骤s6)。此外，利用指数平均对fft波形进行平均化处理。运算处理部23也是计算振动信号的频谱的fft计算部，基于fft算法和包络线分析，计算振动信号的频谱。

将计算出的频谱作为频谱数据，从分析器20的收发部26发送到信息终端器40。发送到信息终端器40的数据是对通过振动传感器21检测出的时间波形信号进行fft处理所得的频谱数据，因此与向信息终端器40发送时间波形的情况相比，大幅削减了发送的数据量。因此，该数据的转送时间变短，缩短了通信时间。

针对通过信息终端器40的收发部42接收到的频谱数据，运算处理部43的轴承诊断部参照记录在内部存储器44中的轴承信息，诊断滚动轴承11的异常的有无等(步骤s7)。

具体地说，使用与该滚动轴承对应的换算轴承损伤频率、滚动轴承11的实际的转速，预先计算滚动轴承11的每个部位的因损伤造成的轴承损伤频率。然后，将从分析器20接收到的频谱数据作为对象，通过每个轴承损伤频率的对照(“峰值频率＝轴承损伤频率”是否成立)，确定滚动轴承11的损伤等异常的发生有无、其部位。

即，在滚动轴承11的轴承损伤频率分量中有轴承损伤分量，即内轮损伤分量si、外轮损伤分量so、转动体损伤分量sb以及保持器分量sc，提取该频率分量各自的水平。然后，确定异常的部位是外轮12、内轮13、转动体14、保持器的哪个。然后，将其结果输出显示到显示操作部45(步骤s8)。

<振动值测定/简易诊断>

在步骤s1中，如果选择了机械部件诊断系统10的振动值测定/简易诊断，则如图4所示，将振动值测定/简易诊断的动作指令经由收发部42和收发部26发送到分析器20，振动传感器21取得滚动轴承11的振动的时间波形(步骤s3)。

接着，运算处理部23计算在简易诊断功能中用于诊断的诊断参数即振动值(步骤s10)。作为诊断参数，计算振动的加速度、速度的有效值(rms)、峰值(peak)、峰值因数(c.f.)以及位移的峰值(peak)的至少一个振动值作为简易诊断值。

然后，将计算出的振动值经由收发部26、42发送到信息终端器40。

然后，可以根据这些计算出的加速度、速度以及位移的诊断参数，进行基于简易诊断功能的iso基准(例如iso10816-1等)的绝对值判定。另外，也可以进行任意的阈值的判定，即将计算出的诊断参数即加速度、速度的有效值(rms)、峰值(peak)、峰值因数(c.f.)以及位移的峰值(peak)与各个阈值进行比较来进行简易诊断(步骤s11)。在“有效值(rms)、峰值(peak)、峰值因数(c.f.)>各阈值”时，判定为有滚动轴承11的异常，在各值为阈值以下的情况下，判定为没有异常。因此，将各阈值保存在内部存储器44中。

将简易诊断出的诊断结果显示到显示操作部45(步骤s12)。

此外，也可以通过分析器20进行步骤s11中的简易诊断。进而，也可以通过分析器20进行步骤s12中的结果显示。在通过分析器20进行结果显示的情况下，也可以采用led灯等的光、警告等声音、其他普通的警告方法。

<频率分析>

在步骤s1中，如果选择了机械部件诊断系统10的频率分析，则如图5所示，经由收发部42和收发部26向分析器20发送频率分析的动作指令。分析器20根据从信息终端器40接收到的指令信号而工作，振动传感器21取得滚动轴承11的振动的时间波形(步骤s3)。

通过hp滤波器27、aa滤波器29以及运算处理部23的滤波处理功能，对所取得的振动的时间波形进行滤波处理(步骤s4)，与轴承诊断的情况同样地，提取预定的频带。

然后，运算处理部23进行提取出的预定的频带中的振动信号的频率分析(步骤s5)。运算处理部23是计算振动信号的频谱的fft运算部，基于fft算法计算fft波形。此外，可以利用指数平均对fft波形进行平均化处理，另外可选地执行包络线处理。

将计算出的fft波形从分析器20的收发部26发送到信息终端器40的收发部42，将其结果显示到信息终端器40的显示操作部45(步骤s13)。

如以上说明的那样，根据本实施方式的无线型振动分析器20，具备检测机械部件的振动的振动传感器21、从振动信号的波形提取预定的频带的滤波处理部22、对滤波处理后的波形进行频率分析来得到频谱数据的运算处理部23，将得到的频谱数据发送到信息终端器40，因此能够削减从分析器20发送到信息终端器40的数据量，缩短数据的转送时间。另外，能够缩短数据的转送时间，由此还能够降低分析器20的消耗电力。

另外，根据本实施方式的机械部件诊断系统10，具备无线型振动分析器20、能够与该无线型振动分析器20收发信号的信息终端器40，信息终端器40具备：运算处理部(轴承诊断部)43，其对从无线型振动分析器20发送的频谱数据所包含的频率分量、滚动轴承11的损伤造成的损伤频率进行比较，诊断滚动轴承11的异常；显示部，其输出该运算处理部43诊断出的诊断结果，因此能够削减从无线型振动分析器20发送到信息终端器40的数据量，高速地诊断滚动轴承11。

另外，信息终端器40具备将滚动轴承11的损伤造成的损伤频率保存为根据滚动轴承11的预定的转速换算所得的换算损伤频率的数据库(内部存储器44)，通过使用滚动轴承11的实际的转速计算数据库的换算损伤频率来提供损伤频率。因此，不需要将各个滚动轴承11的资料尺寸保存到信息终端器40，就能够对滚动轴承11的资料尺寸进行保密。

另外，这样的机械部件诊断系统10特别适合于通过信息终端器40完成处理的情况。

<第二实施方式>

图6是表示本发明的第二实施方式的机械部件诊断系统的结构的框图。如图6所示，机械部件诊断系统10具备无线型振动分析器20、信息终端器40，除了在第一实施方式中说明了的滚动轴承11的诊断功能以外，还具有通过扬声器46重放滚动轴承11的运转音的听音功能。因此，在第二实施方式中，向诊断菜单追加听音功能。

在运转音的听音中，使用振动传感器21取得的滚动轴承11的振动的时间波形，因此从分析器20向信息终端器40发送振动的时间波形。因此，本实施方式的机械部件诊断系统10在信息终端器40侧具备滤波处理部47，滤波处理部47从滚动轴承11的振动的时间波形提取特定的频带，发送到运算处理部43。另外，信息终端器40的运算处理部43具有对特定的频带的时间波形进行包络线处理、fft分析的功能。

<听音>

在第二实施方式中，在步骤s1中，如果选择了机械部件诊断系统10的听音功能，则如图7所示，经由收发部42和收发部26向分析器20发送听音的动作指令。分析器20根据从信息终端器40接收到的指令信号而工作，振动传感器21取得滚动轴承11的振动的时间波形(步骤s3)。

将取得的振动的时间波形经由收发部26和收发部42发送到信息终端器40。接收到的振动的时间波形的数据，为了能够重复使用该时间波形数据而被保存到内部存储器44中(步骤s20)。

接着，通过滤波处理部47进行滤波处理，即提取希望听音的特定的频带(步骤s21)，通过运算处理部43，基于fft算法计算振动信号的fft波形(步骤s22)。将相当于计算出的fft波形的运转音输出到扬声器46而重放(步骤s23)。另外，在希望听其他频带的运转音的情况下，返回到步骤s21，重新取得保存在内部存储器44中的振动的时间波形，进行同样的操作。

这样，根据本实施方式的机械部件诊断系统10，能够附加听音功能。特别通过在信息终端器40中设置滤波处理部47，通过运算处理部43进行fft分析，能够重放和显示多个频带中的运转音。

其他的结构和作用，与第一实施方式的机械部件诊断系统10相同。

此外，本发明并不限于上述实施方式，能够适当地进行变形、改进等。

例如，成为诊断对象的机械部件并不限于上述滚动轴承11，也能够同样地应用于由于运转而产生振动的机械部件、例如齿轮等机械部件。

另外，在上述实施方式的机械部件诊断系统10中，使分析器20和信息终端器40一对一对地对应起来，通过特定的分析器20和特定的信息终端器40进行数据的收发。但是，机械部件诊断系统10的各种诊断也可以构成为使多个分析器20与一台信息终端器40对应起来，巡回地监视许多机械部件。

在巡回监视的情况下，也可以分别对许多机械部件设置分析器20，通过平板电脑等可携带的信息终端器40监视、诊断许多机械部件。另外，也可以在为了巡回而信息终端器40接近分析器20时，即在机械部件诊断时，自动地接通分析器20的电源，依照来自信息终端器40的指示，自动地进行检测/分析/发送。

另外，设置在无线型振动分析器20的usb端子除了如上述那样从外部充电电源31的功能以外，也可以通过有线方式向信息终端器40发送时间波形、频谱数据。

进而，可以将信息终端器40保存的各种数据取入主计算机等其他设备，进行巡回路径的管理、振动水平的时间经过趋势的管理、简易报告书的制作等更详细的管理。

另外，上述实施方式的保存在信息终端器40的内部存储器44中的换算损伤频率的数据库，在能够对机械部件(滚动轴承11)的资料尺寸进行保密方面是有效的，并不限于使用本发明的无线型振动分析器20诊断异常的情况。

即，本发明是一种信息终端器，其从通过振动传感器检测出的机械部件的信号的波形提取预定的频带，对频率分析后的频率分量和机械部件的损伤造成的损伤频率进行比较，诊断机械部件的异常，具备将上述机械部件的损伤造成的损伤频率保存为根据上述机械部件的预定的转速换算所得的换算损伤频率的数据库，通过使用上述机械部件的实际的转速计算上述数据库的换算损伤频率，来提供上述损伤频率。

另外，本发明的振动分析器并不限于上述实施方式的无线型振动分析器，也可以是有线型的。

另外，在本实施方式中，由hp滤波器27、aa滤波器29以及运算处理部23的滤波处理功能构成滤波处理部22，但本发明的滤波处理部22只要从通过该振动传感器检测出的信号的波形提取进行频率分析的预定的频带，则并不限于本实施方式，既可以只由模拟滤波器构成，也可以只由数字滤波器构成。

另外，本发明的振动分析器也可以为安装其他传感器的分析器。在该情况下，例如既可以安装温度计自身，例如也可以在外部具备其他传感器，并具备接受其信号的端子。

进而，可以适当地决定本发明的振动分析器的安装位置。例如，既可以配置在相对于旋转轴垂直的方向(径向)，也可以配置在平行方向(轴向)。

本申请基于2017年3月24日申请的日本专利申请2017-59297，在此作为参考而并入其内容。

附图标记说明

10：机械部件诊断系统；11：滚动轴承(机械部件)；12：外轮；13：内轮；14：转动体；20：无线型振动分析器；21：振动传感器；22：滤波处理部；23：运算处理部；24：内部存储器；26：收发部；40：信息终端器；42：收发部；43：运算处理部；44：内部存储器(数据库)；45：显示操作部(显示部)；47：滤波处理部；sb：转动体损伤分量(损伤频率)；sc：保持器分量(损伤频率)；si：内轮损伤分量(损伤频率)；so：外轮损伤分量(损伤频率)。