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JP2006118869A - Defect detector for rolling bearing, and defect detection method for the rolling bearing - Google Patents

Defect detector for rolling bearing, and defect detection method for the rolling bearing Download PDF

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JP2006118869A
JP2006118869A JP2004304042A JP2004304042A JP2006118869A JP 2006118869 A JP2006118869 A JP 2006118869A JP 2004304042 A JP2004304042 A JP 2004304042A JP 2004304042 A JP2004304042 A JP 2004304042A JP 2006118869 A JP2006118869 A JP 2006118869A
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JP
Japan
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rolling bearing
defect
vibration
signal
autocorrelation function
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004304042A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Maeda
孝 前田
Kazumasa Nakajima
一将 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2004304042A priority Critical patent/JP2006118869A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a flaw or the like, even when a pulse based on a defect, such as flaw existing in one part of a vibration signal and within a measurement time, by detecting the vibration generated from a rolling bearing. <P>SOLUTION: A thrust load is applied to the rolling bearing to make an outer ring and an inner ring relatively rotate at a prescribed number of revolution, and the vibration is detected by a vibration sensor 101 and is converted into a digital signal by an A/D converter 104, and to be converted thereafter into an envelope signal by an envelope processing part 105. The number of peaks, appearing in the envelope signal exceeding a set value obtained by multiplying an effective value of the envelope signal with a dB magnification, is integrated by a peak counter 111, and the presence of the defect, such as flaws in the rolling bearing is determined by a defect determination part 112, based on whether an integrated value exceeds a prescribed threshold value. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スラスト荷重を負荷した状態で回転する転がり軸受から発生する振動を検出し、検出した振動に基づいて転がり軸受におけるきず等の欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出装置および転がり軸受の欠陥検出方法に関する。   The present invention detects a vibration generated from a rolling bearing rotating with a thrust load applied, and detects a defect such as a flaw in the rolling bearing based on the detected vibration, and a defect in the rolling bearing. It relates to a detection method.

従来、転がり軸受のきず等の欠陥を検出するために、図10に示す構成の欠陥検出装置が提案されている。この装置では、転がり軸受のラジアル方向またはアキシャル方向から発生する振動を速度センサまたは加速度センサからなるピックアップ301で検出して増幅器302で信号増幅し、増幅した振動信号から所定の周波数帯域のみを帯域制限フィルタ303で抽出して、A/D変換器304によりディジタル信号に変換する。次いで、このディジタル信号を包絡線処理部305で包絡線処理し、周波数分析部306でFFT(Fast Fourier Transformation:高速フーリエ変換)演算により周波数分析して周波数スペクトルデータに変換する。判定部307では、周波数スペクトルデータの振幅と、内輪きず等の欠陥周波数および外輪きず等の欠陥周波数とを比較評価することにより、転がり軸受におけるきず等の欠陥の有無を判定する。このように、検出した振動のディジタル信号を包絡線処理し、FFT演算により周波数分析してきず等の欠陥の有無を判定する方法を、包絡線FFT方式と称している。   Conventionally, in order to detect defects such as flaws in a rolling bearing, a defect detection apparatus having the configuration shown in FIG. 10 has been proposed. In this device, vibration generated from the radial direction or the axial direction of the rolling bearing is detected by a pickup 301 including a speed sensor or an acceleration sensor, and a signal is amplified by an amplifier 302, and only a predetermined frequency band is band-limited from the amplified vibration signal. Extracted by the filter 303 and converted into a digital signal by the A / D converter 304. Next, the digital signal is subjected to envelope processing by an envelope processing unit 305, and frequency analysis is performed by a frequency analysis unit 306 by FFT (Fast Fourier Transformation) to convert it into frequency spectrum data. The determination unit 307 determines whether or not there is a defect such as a flaw in the rolling bearing by comparing and evaluating the amplitude of the frequency spectrum data with a defect frequency such as an inner ring flaw and a defect frequency such as an outer ring flaw. A method of performing envelope processing on the detected digital signal of vibration and performing frequency analysis by FFT calculation to determine the presence or absence of defects such as flaws is called an envelope FFT method.

この包絡線FFT方式による欠陥検出装置は、例えば、外輪にきず等の欠陥がある転がり軸受から発生する振動を検出した際、図11(a)に示すように、測定時間内のすべてにきず等の欠陥に基づくパルスが出ている場合は、周波数分析部306で周波数分析することにより、図11(b)に示すように、周波数スペクトルにきず等の欠陥があることを示す極大振幅が明瞭に表れる。従って、外輪にきず等の欠陥があることを容易に判定できる。   For example, when detecting a vibration generated from a rolling bearing having a defect such as a flaw in the outer ring, the defect detection apparatus using the envelope FFT method can detect all flaws within the measurement time as shown in FIG. When a pulse based on the defect is generated, frequency analysis is performed by the frequency analysis unit 306, so that the maximum amplitude indicating that there is a defect such as a flaw in the frequency spectrum is clearly shown in FIG. 11B. appear. Therefore, it can be easily determined that the outer ring has a defect such as a flaw.

しかしながら、例えば、内輪にきず等の欠陥がある転がり軸受から発生する振動を検出した際に、図12(a)に示すように、測定時間内の一部にのみきず等の欠陥に基づくパルスが出ることがある。このような場合は、FFT演算により周波数分析しても、図12(b)に示すように明瞭な極大振幅が表れず、たとえ転がり軸受にきず等の欠陥があったとしても、それを検出できない虞がある。
特開2003−232674号公報(第3−5頁、図1)
However, for example, when a vibration generated from a rolling bearing having a defect such as a flaw in the inner ring is detected, a pulse based on the defect such as a flaw is generated only in a part of the measurement time as shown in FIG. May come out. In such a case, even if frequency analysis is performed by FFT calculation, a clear maximum amplitude does not appear as shown in FIG. 12B, and even if there is a defect such as a flaw in the rolling bearing, it cannot be detected. There is a fear.
JP2003-232674 (page 3-5, FIG. 1)

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受から発生する振動を検出してきず等の欠陥の有無を判定する際に、測定時間内における振動信号の一部にのみ、きず等の欠陥に基づくパルス波形が出ている場合であっても、きず等の欠陥を検出することのできる転がり軸受の欠陥検出装置および転がり軸受の欠陥検出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its purpose is to detect a vibration generated from a rolling bearing and determine a part of a vibration signal within a measurement time when determining the presence or absence of defects such as flaws. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing defect detection device and a rolling bearing defect detection method capable of detecting a defect such as a flaw even when a pulse waveform based on a defect such as a flaw is present. .

前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の欠陥検出装置は、下記(1)〜(4)を特徴としている。
(1) 転がり軸受に所定のスラスト荷重を負荷し、外輪および内輪を所定の回転数で相対回転させて前記転がり軸受から発生する振動を検出し、該検出した振動に基づいて前記転がり軸受における欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出装置であって、
前記転がり軸受から発生する振動を検出して振動信号を生成する振動検出手段と、
該振動信号から所定周波数帯域の振動信号を抽出する周波数フィルタ手段と、
該抽出した所定周波数帯域の振動信号を所定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、
該ディジタル信号に変換した振動信号を包絡線処理して包絡線信号を生成する包絡線信号処理手段と、
該包絡線信号におけるしきい値以上の極大となるピークの数が所定の設定値を超えた場合に、前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると暫定的に判定する第1の欠陥判定手段と、
前記第1の欠陥判定手段によって前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると判定された場合の前記包絡線信号について自己相関関数を演算する自己相関関数演算手段と、
該自己相関関数の演算結果で相関が強いことを示すピーク強度が現れる時間遅れ要素(lag)の位置と、前記転がり軸受を構成する部材に欠陥がある場合に、前記転がり軸受の軸受諸元から計算される前記部材毎に特有の欠陥周波数および前記所定のサンプリング周波数に基づいて前記自己相関関数演算を行なうことにより予測される前記部材毎の時間遅れ要素の位置と、を照合することにより、前記転がり軸受の欠陥がある前記部材を特定する第2の欠陥判定手段と、
を備えること。
(2) 上記(1)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置において、前記第2の欠陥判定手段が、欠陥がある部材を特定できない場合、前記振動検出手段により検出した振動は、前記転がり軸受から発生する異物音であると判定すること。
(3) 上記(1)または(2)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置において、前記しきい値が、前記包絡線信号の実効値に所定のdB倍率を乗じた値であること。
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかの構成の転がり軸受の欠陥検出装置において、前記アナログ・ディジタル変換手段と、前記包絡線信号処理手段と、前記第1の欠陥判定手段と、前記自己相関関数演算手段と、前記第2の欠陥判定手段の少なくともいずれかにおける処理をマイクロコンピュータユニットのプログラムにより実行すること。
In order to achieve the above-described object, a rolling bearing defect detection apparatus according to the present invention is characterized by the following (1) to (4).
(1) A predetermined thrust load is applied to the rolling bearing, the outer ring and the inner ring are rotated relative to each other at a predetermined number of rotations to detect vibrations generated from the rolling bearings, and defects in the rolling bearings are detected based on the detected vibrations. A rolling bearing defect detection device for detecting
Vibration detecting means for detecting vibration generated from the rolling bearing and generating a vibration signal;
Frequency filter means for extracting a vibration signal in a predetermined frequency band from the vibration signal;
Analog-digital conversion means for converting the extracted vibration signal of a predetermined frequency band into a digital signal at a predetermined sampling frequency;
An envelope signal processing means for generating an envelope signal by performing envelope processing on the vibration signal converted into the digital signal;
When the number of peaks in the envelope signal that is greater than or equal to the threshold value exceeds a predetermined set value, any of the members constituting the rolling bearing has a defect and is generated from the rolling bearing other than the defect. First defect determination means that tentatively determines that there is a foreign object sound to be detected;
An autocorrelation function for the envelope signal when it is determined by the first defect determination means that any of the members constituting the rolling bearing is defective and there is a foreign object sound generated from the rolling bearing other than the defect Autocorrelation function computing means for computing
When the position of the time delay element (lag) where the peak intensity indicating that the correlation is strong in the calculation result of the autocorrelation function appears and the member constituting the rolling bearing is defective, from the bearing specifications of the rolling bearing By collating the position of the time delay element for each member predicted by performing the autocorrelation function calculation based on the defect frequency specific to each member to be calculated and the predetermined sampling frequency, A second defect determining means for identifying the member having a rolling bearing defect;
Be provided.
(2) In the defect detection device for a rolling bearing configured as described in (1) above, when the second defect determination unit cannot identify a defective member, vibration detected by the vibration detection unit is generated from the rolling bearing. It is determined that the foreign object sound is generated.
(3) In the defect detection device for a rolling bearing having the configuration (1) or (2), the threshold value is a value obtained by multiplying an effective value of the envelope signal by a predetermined dB magnification.
(4) In the defect detection device for a rolling bearing having the structure according to any one of (1) to (3), the analog / digital conversion unit, the envelope signal processing unit, the first defect determination unit, Processing in at least one of the autocorrelation function calculating means and the second defect determining means is executed by a program of a microcomputer unit.

前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の欠陥検出方法は、下記(5)および(6)を特徴としている。
(5) 転がり軸受に所定のスラスト荷重を負荷し、外輪および内輪を所定の回転数で相対回転させて、前記転がり軸受から発生する振動を検出し、該検出した振動に基づいて前記転がり軸受における欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出方法であって、
前記転がり軸受から発生する振動を検出して振動信号を生成し、
該振動信号から所定周波数帯域の振動信号を抽出し、
該周波数帯域を制限した振動信号を所定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換し、
該ディジタル信号に変換した振動信号を包絡線処理して包絡線信号を生成し、
該包絡線信号におけるしきい値以上の極大となるピークの数が所定の設定値を超えた場合に、前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると暫定的に判定すると共に、
前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると判定された場合の前記包絡線信号について自己相関関数を演算し、
該自己相関関数の演算結果で相関が強いことを示すピーク強度が現れる時間遅れ要素(lag)の位置と、前記転がり軸受を構成する部材に欠陥がある場合に、前記転がり軸受の軸受諸元から計算される前記部材毎に特有の欠陥周波数および前記所定のサンプリング周波数に基づいて前記自己相関関数演算を行なうことにより予測される前記部材毎の時間遅れ要素の位置と、を照合することにより、前記転がり軸受の欠陥がある前記部材を特定すること。
(6) 前記時間遅れ要素の位置の照合によって、欠陥がある部材を特定できない場合、前記検出した振動は、前記転がり軸受から発生する異物音であると判定すること。
In order to achieve the above-described object, a rolling bearing defect detection method according to the present invention is characterized by the following (5) and (6).
(5) A predetermined thrust load is applied to the rolling bearing, the outer ring and the inner ring are rotated relative to each other at a predetermined number of rotations, vibrations generated from the rolling bearings are detected, and the rolling bearings are detected based on the detected vibrations. A rolling bearing defect detection method for detecting defects, comprising:
Detecting vibration generated from the rolling bearing to generate a vibration signal;
Extracting a vibration signal of a predetermined frequency band from the vibration signal;
The vibration signal limited in the frequency band is converted into a digital signal at a predetermined sampling frequency,
An envelope signal is generated by performing envelope processing on the vibration signal converted into the digital signal,
When the number of peaks in the envelope signal that is greater than or equal to the threshold value exceeds a predetermined set value, any of the members constituting the rolling bearing has a defect and is generated from the rolling bearing other than the defect. Tentatively determined that there is a foreign object sound,
An autocorrelation function is calculated for the envelope signal when it is determined that any of the members constituting the rolling bearing has a defect and there is a foreign object sound generated from the rolling bearing other than the defect,
When the position of the time delay element (lag) where the peak intensity indicating that the correlation is strong in the calculation result of the autocorrelation function appears and the member constituting the rolling bearing is defective, from the bearing specifications of the rolling bearing By collating the position of the time delay element for each member predicted by performing the autocorrelation function calculation based on the defect frequency specific to each member to be calculated and the predetermined sampling frequency, Identifying said member with a defective rolling bearing.
(6) If the defective member cannot be identified by collating the position of the time delay element, it is determined that the detected vibration is a foreign object sound generated from the rolling bearing.

上記(1)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置によれば、転がり軸受から発生する振動に基づいてきず等の欠陥の有無を判定できると共に、特に、ミスアライメントを起こす機構を備えた軸受振動測定装置を用いて転がり軸受のきず等の欠陥を検出する際に多発する、測定時間内における振動信号波形の一部にのみきず等の欠陥に基づくパルス波形が出ている場合であっても、きず等の欠陥を効果的に検出することができる。
上記(2)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置によれば、転がり軸受のきず等の欠陥と転がり軸受から発生する異物音を分別して検出することができるので、転がり軸受におけるきず等の欠陥の有無を的確に検出することが可能となる。
上記(3)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置によれば、転がり軸受におけるきず等の欠陥の有無判定を振動信号の実効値を基にして決定するので、微小きず等の欠陥を効果的に検出することができる。
上記(4)の構成の転がり軸受の欠陥検出装置によれば、ハードウェアの構成を簡単化することができ、装置の小型化および低コスト化が可能となる。
According to the defect detection device for a rolling bearing configured as described in (1) above, it is possible to determine the presence or absence of defects such as failure based on vibration generated from the rolling bearing, and in particular, bearing vibration measurement provided with a mechanism that causes misalignment. Even when a pulse waveform based on a defect such as a flaw appears in only a part of the vibration signal waveform within the measurement time, which occurs frequently when detecting a defect such as a flaw in a rolling bearing using the device Such defects can be detected effectively.
According to the defect detection device for a rolling bearing configured as described in (2) above, defects such as flaws in the rolling bearing and foreign sounds generated from the rolling bearing can be separated and detected, so that defects such as flaws in the rolling bearing can be detected. The presence / absence can be accurately detected.
According to the defect detection device for a rolling bearing having the configuration (3) above, the determination of the presence or absence of defects such as flaws in the rolling bearing is determined based on the effective value of the vibration signal. Can be detected.
According to the defect detection device for a rolling bearing having the configuration (4), the hardware configuration can be simplified, and the device can be reduced in size and cost.

また、上記(5)のステップを有する転がり軸受の欠陥検出方法によれば、転がり軸受から発生する振動に基づいてきず等の欠陥の有無を判定できると共に、特に、ミスアライメントを起こす機構を備えた軸受振動測定装置を用いて転がり軸受のきず等の欠陥を検出する際に多発する、測定時間内における振動信号波形の一部にのみきず等の欠陥に基づくパルス波形が出ている場合であっても、きず等の欠陥を効果的に検出することができる。
また、上記(6)のステップを有する転がり軸受の欠陥検出方法によれば、転がり軸受のきず等の欠陥と転がり軸受から発生する異物音を分別して検出することができるので、転がり軸受におけるきず等の欠陥の有無を的確に検出することが可能となる。
Further, according to the rolling bearing defect detection method having the above step (5), it is possible to determine the presence or absence of defects such as failure based on vibrations generated from the rolling bearing, and in particular, a mechanism for causing misalignment is provided. When a defect such as a flaw in a rolling bearing is detected using a bearing vibration measuring device, a pulse waveform based on a flaw such as a flaw appears only in a part of the vibration signal waveform within the measurement time. However, defects such as scratches can be detected effectively.
Further, according to the defect detection method for a rolling bearing having the above step (6), defects such as a flaw in the rolling bearing and foreign matter sound generated from the rolling bearing can be separately detected, so that a flaw in the rolling bearing, etc. It is possible to accurately detect the presence or absence of defects.

本発明によれば、転がり軸受から発生する振動を検出してきず等の欠陥の有無を判定する際に、測定時間内における振動信号の一部にのみ、きず等の欠陥に基づくパルス波形が出ている場合であっても、きず等の欠陥を検出することができる。   According to the present invention, when detecting the vibration generated from the rolling bearing and determining the presence or absence of defects such as flaws, a pulse waveform based on the defects such as flaws appears only in part of the vibration signal within the measurement time. Even if it is, defects such as flaws can be detected.

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。   The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading through the best mode for carrying out the invention described below with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る一実施形態である転がり軸受の欠陥検出装置は、軸受振動測定装置に装着されて所定のスラスト荷重を負荷され、所定の回転数で回転する転がり軸受から発生する振動により転がり軸受のきず等の欠陥を検出するものである。以下、本発明の転がり軸受の欠陥検出装置の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、転がり軸受の欠陥検出装置の機能的な概略構成を示す図である。   A rolling bearing defect detection device according to an embodiment of the present invention is mounted on a bearing vibration measuring device, loaded with a predetermined thrust load, and driven by vibration generated from the rolling bearing rotating at a predetermined rotational speed. It detects defects such as scratches. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a defect detection device for a rolling bearing according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a functional schematic configuration of a defect detection device for a rolling bearing.

図1において、転がり軸受の欠陥検出装置100は、振動検出手段として機能する振動センサ101と、信号増幅回路102と、周波数フィルタ手段として機能するローパスフィルタ(LPF)103と、アナログ・ディジタル変換手段として機能するA/D変換器104と、包絡線信号処理手段として機能する包絡線処理部105と、自己相関関数演算手段として機能する自己相関関数演算器106と、実効値演算器107と、dB倍率設定部108と、乗算器109と、コンパレータ110と、ピークカウンタ111と、第1および第2の欠陥判定手段として機能する欠陥判定部112を有する構成である。   In FIG. 1, a defect detection device 100 for a rolling bearing includes a vibration sensor 101 that functions as vibration detection means, a signal amplification circuit 102, a low-pass filter (LPF) 103 that functions as frequency filter means, and analog / digital conversion means. A functioning A / D converter 104, an envelope processing unit 105 functioning as an envelope signal processing unit, an autocorrelation function computing unit 106 functioning as an autocorrelation function computing unit, an effective value computing unit 107, and a dB magnification The configuration includes a setting unit 108, a multiplier 109, a comparator 110, a peak counter 111, and a defect determination unit 112 that functions as first and second defect determination means.

なお、図1に示した転がり軸受の欠陥検出装置100は、全体をハードウェアで構成することも可能であるが、図中破線で囲まれたディジタル信号処理を行なう範囲をCPU(中央演算処理装置)およびメモリを備えるマイクロコンピュータユニットで構成して、プログラムで処理することもできる。   The rolling bearing defect detection apparatus 100 shown in FIG. 1 can be entirely configured by hardware, but the range for performing digital signal processing surrounded by a broken line in the figure is a CPU (Central Processing Unit). ) And a microcomputer unit having a memory, and can be processed by a program.

振動センサ101は、圧電素子や加速度センサ等の振動測定用素子からなり、後述する軸受振動測定装置200の軸受予圧付加機構220に装着される。転がり軸受の欠陥検出装置100は、例えば、転がり軸受10の内輪を1800rpmで回転させた際に発生するアキシャル振動を振動センサ101で所定の測定時間、例えば、0.8秒の間検出して電気信号に変換する。   The vibration sensor 101 is composed of a vibration measuring element such as a piezoelectric element or an acceleration sensor, and is attached to a bearing preload adding mechanism 220 of a bearing vibration measuring apparatus 200 described later. The defect detection device 100 for a rolling bearing detects, for example, axial vibration generated when the inner ring of the rolling bearing 10 is rotated at 1800 rpm for a predetermined measurement time, for example, 0.8 seconds. Convert to signal.

信号増幅回路102は、OPアンプ等から構成される前置増幅器であって、振動センサ101で検出した振動信号を所定レベルの電圧信号に増幅して低インピーダンスで出力する。   The signal amplifying circuit 102 is a preamplifier composed of an OP amplifier or the like, and amplifies the vibration signal detected by the vibration sensor 101 into a voltage signal of a predetermined level and outputs it with a low impedance.

ローパスフィルタ103は、振動信号に含まれるノイズ等の不要な高周波成分を除去すると共に、周波数帯域をA/D変換器104のサンプリング周波数の1/2以下に制限するもので、OPアンプが組み込まれたアクティブフィルタ等から構成される。   The low-pass filter 103 removes unnecessary high-frequency components such as noise contained in the vibration signal and limits the frequency band to ½ or less of the sampling frequency of the A / D converter 104, and an OP amplifier is incorporated. Active filter.

A/D変換器104は、ローパスフィルタ103から出力されるアナログ振動信号を、所定のサンプリング周波数、例えば24kHzで、測定時間である0.8秒の間ディジタル信号に変換する。これにより、19200個のデータを得る。   The A / D converter 104 converts the analog vibration signal output from the low-pass filter 103 into a digital signal for a measurement time of 0.8 seconds at a predetermined sampling frequency, for example, 24 kHz. Thereby, 19200 pieces of data are obtained.

包絡線処理部105は、転がり軸受にきず等の欠陥がある場合に発生する周期的な減衰信号を解析するために必要となる包絡線(エンベロープ)処理を行なうもので、A/D変換器104から出力されるディジタル信号についてヒルベルト変換を利用した振幅変調を行なうことにより、プラス側のみの包絡線信号を得る。   The envelope processing unit 105 performs an envelope processing necessary for analyzing a periodic attenuation signal generated when the rolling bearing has a defect such as a flaw. The A / D converter 104 By performing amplitude modulation using the Hilbert transform on the digital signal output from, an envelope signal on the plus side only is obtained.

自己相関関数演算部106は、包絡線処理部105で得られた包絡線信号の時間的な特徴を表す自己相関関数(ACF:Autocorrelation Function)を演算するもので、包絡線信号をデータ数Nの時間関数x(n)としたとき、遅れ時間mの関数、Rxx(m)として次により定義される計算式により演算を行なう。   The autocorrelation function calculation unit 106 calculates an autocorrelation function (ACF: Autocorrelation Function) representing the temporal characteristics of the envelope signal obtained by the envelope processing unit 105. When the time function x (n) is used, the calculation is performed by the following formula defined as the function of the delay time m, Rxx (m).

Figure 2006118869
但し、Nはデータ数である。
Figure 2006118869
N is the number of data.

自己相関関数を演算した結果は、lagと呼ぶ遅れ時間m毎に元の信号との一致の度合いを表しており、相関が強いlagの位置で強度が上昇する。以後、強度が上昇するlag位置をピッチ周期と呼ぶことにする。   The result of calculating the autocorrelation function represents the degree of coincidence with the original signal for each delay time m called lag, and the intensity increases at the position of lag where the correlation is strong. Hereinafter, the lag position where the intensity increases is referred to as a pitch period.

以下、包絡線信号について自己相関関数を演算することにより、転がり軸受を構成する部材のいずれにきず等の欠陥があるかを判定できる理由について説明する。   Hereinafter, the reason why it is possible to determine which of the members constituting the rolling bearing has a defect such as a flaw by calculating the autocorrelation function for the envelope signal will be described.

測定しようとする転がり軸受の各部材にそれぞれ例えばきず(即ち、欠陥)がある場合、包絡線信号においてピークを示すと予想されるきず周波数(即ち、欠陥周波数)は、軸受諸元から次式によって計算することができる。   If each member of the rolling bearing to be measured has, for example, a flaw (that is, a defect), the flaw frequency (that is, the flaw frequency) that is expected to show a peak in the envelope signal is calculated from the bearing specifications according to the following equation. Can be calculated.

Figure 2006118869
Figure 2006118869
Figure 2006118869
fr:内輪回転速度(Hz)
Z :転動体の数
α :接触角(度)
Da:転動体直径(mm)
dm:ピッチ円直径(mm)
Figure 2006118869
Figure 2006118869
Figure 2006118869
fr: Inner ring rotational speed (Hz)
Z: Number of rolling elements α: Contact angle (degrees)
Da: Rolling element diameter (mm)
dm: pitch circle diameter (mm)

上記の計算式により、きずのある部材毎に包絡線信号の自己相関関数を演算して、それぞれ予測されるピッチ周期を求め、自己相関関数演算部106の出力結果と照合することにより、一致した転がり軸受を構成する部材にきずがあると判定することができる。なお、自己相関関数演算部106の出力結果において、複数のピッチ周期に強度がある場合は、異なる複数の部材にきずがあると判定することができる。   By calculating the autocorrelation function of the envelope signal for each flawed member according to the above calculation formula, obtaining the predicted pitch period, and matching with the output result of the autocorrelation function calculation unit 106 It can be determined that there is a flaw in a member constituting the rolling bearing. In addition, in the output result of the autocorrelation function calculation unit 106, when there are strengths in a plurality of pitch periods, it can be determined that there are defects in a plurality of different members.

但し、サンプリング周波数が有限であり、かつ内輪回転数には揺らぎがあり、また軸受諸元には公差があるので、ピッチ周期の確認にはある程度の幅を許容する必要がある。   However, since the sampling frequency is finite, the inner ring rotational speed fluctuates, and there are tolerances in the bearing specifications, it is necessary to allow a certain range for confirmation of the pitch period.

次に、上記の自己相関関数を用いることによって転がり軸受を構成する部材にきずがあることを判定した実施例について、図面を用いて説明する。図4〜図8は、軸受内輪を回転数1800rpmで回転させて測定した際の、それぞれ、転がり軸受にきずがない場合、外輪にきずがある場合、内輪にきずがある場合、ボール(即ち、転動体)にきずがある場合、転がり軸受から異物音が発生している場合における振動信号の波形、および自己相関関数演算を行なった結果の波形を示すものである。   Next, an embodiment in which it is determined that there is a flaw in a member constituting the rolling bearing by using the above autocorrelation function will be described with reference to the drawings. FIGS. 4 to 8 show the case where the bearing inner ring is measured at a rotational speed of 1800 rpm, when the rolling bearing has no flaw, the outer ring has a flaw, the inner ring has a flaw, The figure shows the waveform of the vibration signal and the waveform obtained as a result of the autocorrelation function calculation when there are flaws in the rolling element) and foreign matter noise is generated from the rolling bearing.

図4(a)は、きずがなく良品と思われる転がり軸受から発生する振動信号の波形であり、部材にきずがある場合に特有のパルス状ピークが現れていない。図4(b)に示す自己相関関数演算を行なった結果の波形では、特徴的なピッチ周期が現れておらず、自己相関性が低いことを示している。なお、自己相関関数演算を行なった結果の波形は、lagが0の位置を中心に正負両側に計算されているが、きず判定に用いるピッチ周期は正負いずれか一方の側でよい。   FIG. 4A shows a waveform of a vibration signal generated from a rolling bearing which is considered to be a non-defective product without any flaws, and a characteristic pulse peak does not appear when there is a flaw in the member. In the waveform obtained as a result of performing the autocorrelation function calculation shown in FIG. 4B, a characteristic pitch period does not appear, indicating that the autocorrelation is low. The waveform resulting from the autocorrelation function calculation is calculated on both the positive and negative sides centering on the position where lag is 0, but the pitch period used for the flaw determination may be on either the positive or negative side.

図5(a)は、外輪にきずがある場合の振動信号波形であり、測定時間0.8秒の初期にきずがある場合に特有のピークが現れている。図5(a)に示す振動信号を基にした包絡線信号の波形について自己相関関数演算を行なった結果、図5(b)に示すように、ピッチ周期250付近で強度が上昇している波形が得られた。   FIG. 5A shows a vibration signal waveform in the case where there is a flaw in the outer ring, and a peculiar peak appears when there is a flaw at the beginning of the measurement time of 0.8 seconds. As a result of performing the autocorrelation function calculation on the waveform of the envelope signal based on the vibration signal shown in FIG. 5A, a waveform whose intensity increases near the pitch period 250 as shown in FIG. 5B. was gotten.

一方、式(2)によって求められる外輪のきず周波数94.6Hzと、A/D変換器104のサンプリング周波数24kHzを基にして自己相関関数演算を行なった場合のピッチ周期は254であり、図5(b)における波形のピッチ周期250付近のピークと良い一致が見られた。   On the other hand, when the autocorrelation function is calculated based on the outer ring flaw frequency of 94.6 Hz obtained by the equation (2) and the sampling frequency of 24 kHz of the A / D converter 104, the pitch period is 254. FIG. A good agreement with the peak in the vicinity of the pitch period 250 of the waveform in (b) was observed.

図6(a)に示す内輪にきずがある場合の振動信号波形では、測定時間0.8秒の終期にきずを示すピーク波形が出ており、包絡線信号について自己相関関数演算を行なった結果、図6(b)に示す波形が得られた。ピッチ周期160付近で強度が上昇しており、これは、式(3)によって求められる内輪のきず周波数146.9Hzを基にして演算した自己相関関数のピッチ周期163と良い一致を示している。   In the vibration signal waveform in the case where there is a flaw in the inner ring shown in FIG. 6A, a peak waveform showing a flaw appears at the end of the measurement time of 0.8 seconds, and the result of performing the autocorrelation function calculation on the envelope signal The waveform shown in FIG. 6B was obtained. The intensity increases in the vicinity of the pitch period 160, which is in good agreement with the pitch period 163 of the autocorrelation function calculated based on the flaw frequency 146.9 Hz of the inner ring obtained by the equation (3).

同様に、ボールにきずがある場合の図7(a)に示す振動信号波形を基にした包絡線信号について自己相関関数演算を行なった結果、図7(b)に示す波形が得られ、190付近のピッチ周期に強度が上昇している。これは、式(4)で計算したボールのきず周波数123.2Hzから予測される自己相関関数のピッチ周期195に近似した値である。   Similarly, as a result of performing the autocorrelation function operation on the envelope signal based on the vibration signal waveform shown in FIG. 7A when the ball has a flaw, the waveform shown in FIG. The strength increases in the vicinity of the pitch period. This is a value approximated to the pitch period 195 of the autocorrelation function predicted from the ball flaw frequency of 123.2 Hz calculated by Expression (4).

また、図8(a)、(b)は、転がり軸受から異物音が発生している場合のそれぞれ振動信号および自己相関関数演算を行なった結果の各波形を示すものであり、振動信号の波形には測定時間の全域にわたって小さいピークがあるものの、自己相関関数演算の出力結果には良品と同様に強度を示すピークが見られない。このような場合は、後述するように、包絡線信号のピーク数カウントの結果と合わせて、転がり軸受から発生した異物音である判定する。   FIGS. 8A and 8B show the waveforms of the vibration signal and autocorrelation function calculation results when the foreign object noise is generated from the rolling bearing. Although there is a small peak over the entire measurement time, no peak indicating intensity is seen in the output result of the autocorrelation function calculation as in the case of non-defective products. In such a case, as described later, together with the result of counting the number of peaks of the envelope signal, it is determined that the sound is a foreign object sound generated from the rolling bearing.

このように、測定時間における振動信号の一部にきずがあることを示すパルス状のピーク波形が現れる場合に、包絡線信号について自己相関関数演算を行なった波形で強度が上昇するピッチ周期と、転がり軸受を構成する部材毎のきず周波数から計算によって予測されるピッチ周期とを照合してその一致を調べることにより、きずのある部材を特定することができる。   Thus, when a pulse-like peak waveform indicating that there is a flaw in a part of the vibration signal at the measurement time appears, the pitch period in which the intensity increases in the waveform obtained by performing the autocorrelation function calculation on the envelope signal, By checking the coincidence with the pitch period predicted by calculation from the flaw frequency of each member constituting the rolling bearing, it is possible to identify the flawed member.

図1に戻り、転がり軸受の欠陥検出装置の構成について、説明を続ける。   Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the rolling bearing defect detection apparatus will be continued.

図1において、実効値演算器107は、によって求められた包絡線信号の実効値に乗ずる倍率をdB値で設定するものである。   In FIG. 1, the effective value calculator 107 sets a magnification by which the effective value of the envelope signal obtained by the above is multiplied by a dB value.

実効値演算器107は、包絡線処理部105によって得られた包絡線信号について、次に示す式(5)により実効値を計算するものである。   The effective value calculator 107 calculates an effective value of the envelope signal obtained by the envelope processing unit 105 according to the following equation (5).

Figure 2006118869
Figure 2006118869

dB倍率設定部108は、実効値演算器107によって求められた包絡線信号の実効値に乗ずる倍率をdB値で設定するものである。   The dB magnification setting unit 108 sets the magnification by which the effective value of the envelope signal obtained by the effective value calculator 107 is multiplied by the dB value.

乗算器109は、実効値演算器107で求められた包絡線信号の実効値にdB倍率設定部108によって設定されたdB倍率を乗算する。乗算された値はコンパレータ110におけるピーク抽出のためのしきい値となる。   The multiplier 109 multiplies the effective value of the envelope signal obtained by the effective value calculator 107 by the dB magnification set by the dB magnification setting unit 108. The multiplied value becomes a threshold value for peak extraction in the comparator 110.

コンパレータ110は、包絡線処理部105によって得られた包絡線信号と、包絡線信号の実効値にdB倍率をかけることにより得られるしきい値を比較し、しきい値より大きい包絡線信号波形におけるピーク(極大を示す振幅)を抽出する。   The comparator 110 compares the envelope signal obtained by the envelope processing unit 105 with a threshold value obtained by multiplying the effective value of the envelope signal by dB magnification, and in the envelope signal waveform larger than the threshold value. A peak (amplitude indicating the maximum) is extracted.

図9は、包絡線処理部105によって得られた包絡線信号と、実効値演算器107によって求められた実効値および乗算器109の出力結果であるピーク抽出のためのしきい値をそれぞれ例示する図である。   FIG. 9 illustrates the envelope signal obtained by the envelope processing unit 105, the effective value obtained by the effective value calculator 107, and the threshold value for peak extraction that is the output result of the multiplier 109, respectively. FIG.

ピークカウンタ111は、コンパレータ110によって抽出されたピークを計数するもので、図9に示すピークカウントレベル以上のピークをカウントする。これは、ピークカウント方式と呼ばれ、微小きず等の欠陥の判定に好適に用いられる。   The peak counter 111 counts the peaks extracted by the comparator 110, and counts peaks that are equal to or higher than the peak count level shown in FIG. This is called a peak count method and is suitably used for determining defects such as minute flaws.

欠陥判定部112は、ピークカウンタ111によって計数したピークの数が予め定めたNG限界値を越していれば、対象の転がり軸受にきず等の欠陥があると判定する。そして、きず等の欠陥があると判定した場合は、前述したように、自己相関関数演算器106による演算結果から転がり軸受を構成する部材のいずれにきず等の欠陥があるかを判定する。更に、ピークカウンタ111による計数結果で、きず等の欠陥があると判定したにもかかわらず、自己相関関数演算器106による演算結果の波形にピークが表れない場合、欠陥判定部112は、転がり軸受のきず等の欠陥以外の、転がり軸受の内部で発生している異物音と判定する。   If the number of peaks counted by the peak counter 111 exceeds a predetermined NG limit value, the defect determination unit 112 determines that the target rolling bearing has a defect such as a flaw. When it is determined that there is a defect such as a flaw, as described above, it is determined from the calculation result by the autocorrelation function calculator 106 which of the members constituting the rolling bearing has a defect such as a flaw. Further, when it is determined that there is a defect such as a flaw in the count result of the peak counter 111, when the peak does not appear in the waveform of the calculation result by the autocorrelation function calculator 106, the defect determination unit 112 sets the rolling bearing. It is determined that the sound of foreign matter generated inside the rolling bearing other than defects such as scratches.

判定結果は、図示しない液晶ディスプレイ等の表示装置に送出されて作業者の視認に供されたり、或いはパソコン等に伝送されて生産管理システムにおけるデータとして活用される。   The determination result is sent to a display device such as a liquid crystal display (not shown) to be viewed by an operator, or transmitted to a personal computer or the like and used as data in the production management system.

次に、以上説明した本実施形態に係る転がり軸受の欠陥検出装置によって、転がり軸受のきず等の欠陥を検出する際に、検出対象の転がり軸受を装着して所定のスラスト荷重を負荷し、所定の回転数で回転させる軸受振動測定装置について説明する。図2は、転がり軸受にミスアライメントを起こさせるスラスト荷重を負荷するための軸受振動測定装置の概略構成を示す図である。   Next, when a defect such as a flaw in a rolling bearing is detected by the rolling bearing defect detection apparatus according to the present embodiment described above, a rolling bearing to be detected is mounted, a predetermined thrust load is applied, and a predetermined thrust load is applied. A bearing vibration measuring apparatus that rotates at a rotational speed of 2 will be described. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a bearing vibration measuring apparatus for applying a thrust load that causes misalignment in a rolling bearing.

図2において、軸受振動測定装置200は、スピンドルアーバ210と、軸受予圧付加機構220と、駆動機構230と、ピエゾ制御回路240を有し、振動センサ101が軸受予圧付加機構220の円板部220bの中央部に固定される構成である。なお、一点鎖線Aは、転がり軸受10に正スラスト荷重が負荷された状態で、軸受10、スピンドルアーバ210、軸受予圧機構220および駆動機構230の軸心を通る中心線を示している。   In FIG. 2, the bearing vibration measuring apparatus 200 includes a spindle arbor 210, a bearing preload adding mechanism 220, a drive mechanism 230, and a piezo control circuit 240, and the vibration sensor 101 is a disc portion 220 b of the bearing preload adding mechanism 220. It is the structure fixed to the center part. The alternate long and short dash line A indicates a center line that passes through the shaft centers of the bearing 10, the spindle arbor 210, the bearing preload mechanism 220, and the drive mechanism 230 when a positive thrust load is applied to the rolling bearing 10.

きず等の欠陥の検出対象物である転がり軸受10は、例えばラジアル深溝玉軸受であって、内輪11、外輪12、および内外輪11、12の間で周方向に転動自在に配設された複数のボール(即ち、転動体)13を備えている。   A rolling bearing 10 which is a detection object of defects such as scratches is, for example, a radial deep groove ball bearing, and is disposed between the inner ring 11, the outer ring 12, and the inner and outer rings 11, 12 so as to be rotatable in the circumferential direction. A plurality of balls (that is, rolling elements) 13 are provided.

振動センサ101は、軸受予圧付加機構220の円板部220bの中央部に固定され、駆動機構230を介して、転がり軸受10の内輪11、外輪12、およびボール13に生じる振動を検出する。振動センサ101により検出された振動信号は、ケーブル250を介して転がり軸受の欠陥検出装置100の信号増幅回路102に入力される。   The vibration sensor 101 is fixed to the central portion of the disc portion 220 b of the bearing preload adding mechanism 220, and detects vibration generated in the inner ring 11, the outer ring 12, and the ball 13 of the rolling bearing 10 via the drive mechanism 230. The vibration signal detected by the vibration sensor 101 is input to the signal amplification circuit 102 of the rolling bearing defect detection device 100 via the cable 250.

スピンドルアーバ210は、内輪11の一端面11aに当接する第1軸部210aと、第1軸部210aの中央部から同心に突出形成され、内輪11に内嵌される第2軸部210bを有し、インバータで駆動される図示しないモータの回転軸に連結されて、所定の回転数で回転する。   The spindle arbor 210 has a first shaft portion 210 a that contacts the one end surface 11 a of the inner ring 11, and a second shaft portion 210 b that is concentrically projected from the center portion of the first shaft portion 210 a and is fitted into the inner ring 11. Then, it is connected to a rotating shaft of a motor (not shown) driven by an inverter and rotates at a predetermined rotational speed.

駆動機構230は、一端が軸受予圧付加機構220の円板部220b上に固定され、他端が転がり軸受10の外輪12の一端面12bにそれぞれ120°の間隔を置いて当接するように配置された3個の円柱状ピエゾ素子からなり、ピエゾ制御回路240から供給されるピエゾ駆動信号により軸方向に伸縮する。   The drive mechanism 230 is arranged such that one end is fixed on the disc portion 220b of the bearing preload adding mechanism 220 and the other end is in contact with the one end surface 12b of the outer ring 12 of the rolling bearing 10 with an interval of 120 °. The three piezo-electric elements extend and contract in the axial direction by a piezo drive signal supplied from the piezo control circuit 240.

軸受予圧付加機構220は、スピンドルアーバ210に対向して配置され、軸部220aと同心に形成された円板部220bにより、駆動機構230の円柱状ピエゾ素子を介して軸受10の外輪12の他端面102bに所定の予圧荷重を負荷する。   The bearing preload adding mechanism 220 is arranged opposite to the spindle arbor 210, and the disc portion 220b formed concentrically with the shaft portion 220a is used for the outer ring 12 of the bearing 10 through the cylindrical piezo element of the drive mechanism 230. A predetermined preload is applied to the end face 102b.

ピエゾ制御回路240は、不図示のCPU(中央演算装置)を備え、処理プログラムに従って120°の位相差を有する3相ピエゾ駆動信号を生成し、3個のピエゾ素子に送出する。これにより、3個のピエゾ素子はそれぞれ120°の位相差で伸縮可能となり、転がり軸受10に対してミスアライメントを起こすスラスト荷重を負荷する。   The piezo control circuit 240 includes a CPU (central processing unit) (not shown), generates a three-phase piezo drive signal having a phase difference of 120 ° in accordance with a processing program, and sends it to three piezo elements. Accordingly, the three piezoelectric elements can be expanded and contracted with a phase difference of 120 °, respectively, and a thrust load that causes misalignment with respect to the rolling bearing 10 is applied.

なお、ピエゾ制御回路240によって所定レベルの直流電圧、または同相の交番電圧を3個のピエゾ素子に加えれば、転がり軸受10に対してそれぞれ静的な正スラスト荷重、および交番スラスト荷重を与えることができる。また、ピエゾ素子に代えて、棒状の剛体若しくは弾性体を使用することによっても、転がり軸受10に対して静的な正スラスト荷重を加えることができる(この場合、ピエゾ素子の駆動に必要なピエゾ制御回路240等は不要となることは言うまでもない。)。尚、転がり軸受10に対して静的な正スラスト荷重を加えるための機構の公知例としては、特開2002−350289号公報の図4に示されるものが挙げられる。   If a piezo control circuit 240 applies a predetermined level of DC voltage or in-phase alternating voltage to the three piezo elements, a static positive thrust load and an alternating thrust load can be applied to the rolling bearing 10 respectively. it can. Further, a static positive thrust load can be applied to the rolling bearing 10 by using a rod-like rigid body or elastic body instead of the piezo element (in this case, the piezo necessary for driving the piezo element). Needless to say, the control circuit 240 is not necessary. A known example of a mechanism for applying a static positive thrust load to the rolling bearing 10 is shown in FIG. 4 of JP-A-2002-350289.

このように、軸受振動測定装置を使用することにより、転がり軸受のきず等の欠陥を検出する際の測定条件に応じてスラスト荷重の種類を適宜選択することが可能である。   In this way, by using the bearing vibration measuring device, it is possible to appropriately select the type of thrust load according to the measurement conditions when detecting defects such as flaws in the rolling bearing.

次に、以上のように構成された転がり軸受の欠陥検出装置100の動作について説明する。図3は、本実施形態の転がり軸受の欠陥検出装置における処理手順を説明するためのフローチャートである。尚、検出される欠陥として、きずを例に挙げて説明する。   Next, the operation of the rolling bearing defect detection apparatus 100 configured as described above will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining a processing procedure in the defect detection device for a rolling bearing according to the present embodiment. The detected defect will be described by taking a flaw as an example.

まず、軸受振動測定装置200の軸受予圧付加機構220によりミスアライメントを起こすようにスラスト荷重を負荷され、所定の回転数で回転する転がり軸受10から発生する振動を振動センサ101で検出し、振動信号を生成する(ステップS101)。   First, the vibration sensor 101 detects the vibration generated from the rolling bearing 10 that is loaded with a thrust load so as to cause misalignment by the bearing preload application mechanism 220 of the bearing vibration measuring device 200 and rotates at a predetermined rotational speed, and the vibration signal is detected. Is generated (step S101).

振動信号は、ケーブル250を介して信号増幅器102に送られ、A/D変換器104のダイナミックレンジを考慮したレベルまで増幅される(ステップS102)。   The vibration signal is sent to the signal amplifier 102 via the cable 250 and amplified to a level in consideration of the dynamic range of the A / D converter 104 (step S102).

増幅された振動信号は、ローパスフィルタ103を通過させることによって周波数帯域がA/D変換器104のサンプリング周波数の1/2以下に制限される(ステップS103)。   The amplified vibration signal is passed through the low-pass filter 103, so that the frequency band is limited to ½ or less of the sampling frequency of the A / D converter 104 (step S103).

ステップS104では、ローパスフィルタ103によって帯域制限されたアナログ振動信号を、例えば、測定時間である0.8秒間ディジタル信号に変換する。   In step S104, the analog vibration signal band-limited by the low-pass filter 103 is converted into a digital signal of 0.8 seconds, which is a measurement time, for example.

ディジタル信号に変換された振動信号は、包絡線処理部105で包絡線処理を行なって包絡線信号に変換し(ステップS105)、実効値演算器107により包絡線信号の実効値を算出する(ステップS106)。   The vibration signal converted into the digital signal is subjected to envelope processing by the envelope processing unit 105 to be converted into an envelope signal (step S105), and an effective value calculator 107 calculates an effective value of the envelope signal (step S105). S106).

続いて、算出した包絡線信号の実効値に、dB倍率設定部108で予め定めたdB倍率を乗算器109で掛けて包絡線信号のピークを抽出するためのしきい値を生成する(ステップS107)。   Subsequently, the effective value of the calculated envelope signal is multiplied by a dB magnification predetermined by the dB magnification setting unit 108 by the multiplier 109 to generate a threshold value for extracting the peak of the envelope signal (step S107). ).

コンパレータ110では、このしきい値を包絡線信号と比較して、図9に示すように、しきい値レベルを超えた包絡線信号のピークを抽出する(ステップS108)。   The comparator 110 compares the threshold value with the envelope signal, and extracts the peak of the envelope signal exceeding the threshold level as shown in FIG. 9 (step S108).

抽出したピークは、ピークカウンタ111で積算し(ステップS109)、欠陥判定部112において、積算値が予め定めた設定値以上であるか否かを判定する(ステップS110)。   The extracted peaks are integrated by the peak counter 111 (step S109), and the defect determination unit 112 determines whether or not the integrated value is greater than or equal to a predetermined set value (step S110).

その結果、積算値数が設定値に満たない場合は、欠陥判定部112において、対象の転がり軸受はきずがない良品であると判定され(ステップS111)、軸受振動測定装置200の動作が停止されて処理が終了する。   As a result, when the number of integrated values is less than the set value, the defect determination unit 112 determines that the target rolling bearing is a non-defective product (step S111), and the operation of the bearing vibration measuring device 200 is stopped. The process ends.

一方、ステップS110で積算値が設定値以上であると判定された場合は、自己相関関数演算部106において、包絡線処理された振動信号に対して自己相関関数演算を行なう(ステップS112)。   On the other hand, when it is determined in step S110 that the integrated value is greater than or equal to the set value, the autocorrelation function calculation unit 106 performs autocorrelation function calculation on the envelope-processed vibration signal (step S112).

次いで、欠陥判定部112において、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期が外輪きず周波数から予測した外輪予測ピッチ周期と一致するか否かが判定される(ステップS113)。その結果、一致すると判定された場合は転がり軸受10の外輪12にきずがあると判定する(ステップS114)。   Next, the defect determination unit 112 determines whether or not the pitch period in the autocorrelation function calculation result matches the predicted outer ring pitch period predicted from the outer ring flaw frequency (step S113). As a result, when it is determined that they match, it is determined that there is a scratch on the outer ring 12 of the rolling bearing 10 (step S114).

ステップS113で自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期の値が外輪にきずがある場合のピッチ周期予測値と一致しない場合は、ステップS115において、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期が内輪きず周波数から予測した内輪予測ピッチ周期と一致するか否かが判定される。   If the pitch period value in the calculation result of the autocorrelation function does not match the predicted pitch period value when there is a flaw in the outer ring in step S113, the pitch period in the calculation result of the autocorrelation function is calculated from the inner ring flaw frequency in step S115. It is determined whether or not it matches the predicted inner ring predicted pitch period.

その結果、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期の値が内輪にきずがある場合のピッチ周期予測値に一致すると判定された場合は、内輪11にきずがあると判定する(ステップS116)。   As a result, when it is determined that the pitch period value in the calculation result of the autocorrelation function matches the predicted pitch period when there is a flaw in the inner ring, it is determined that there is a flaw in the inner ring 11 (step S116).

ステップS115において自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期の値が内輪にきずがある場合のピッチ周期予測値と一致しない場合は、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期がボールきず周波数から予測したボール予測ピッチ周期に一致するか否かが判定される(ステップS117)。その結果、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期の値がボールにきずがある場合のピッチ周期予測値に一致すると判定された場合は、ボール13にきずがあると判定する(ステップS118)。   If the pitch period value in the calculation result of the autocorrelation function does not match the predicted pitch period value when there is a flaw in the inner ring in step S115, the pitch prediction in the calculation result of the autocorrelation function is predicted from the ball flaw frequency. It is determined whether or not it coincides with the pitch period (step S117). As a result, when it is determined that the pitch period value in the calculation result of the autocorrelation function matches the predicted pitch period when there is a defect in the ball, it is determined that there is a defect in the ball 13 (step S118).

一方、ステップS117において、自己相関関数の演算結果におけるピッチ周期の値がボールにきずがある場合のピッチ周期予測値と一致しない場合は、振動センサ101が転がり軸受10から発生している異物音を拾っていると判定され(ステップS119)、軸受振動測定装置200が停止されて処理が終了する。
このように、ステップS110、ステップS111、ステップS113、ステップS114、ステップS115、ステップS116、ステップS117、ステップS118、ステップS119は、欠陥判定部112により実行される。特に、ステップS110およびステップS111は、欠陥判定部112が第1の欠陥判定手段として機能した際に実行され、そしてステップS113、ステップS114、ステップS115、ステップS116、ステップS117、ステップS118、およびステップS119は、欠陥判定部112が第2の欠陥判定手段として機能した際に実行される。
On the other hand, if the pitch period value in the calculation result of the autocorrelation function does not coincide with the predicted pitch period value when there is a flaw in the ball in step S117, the vibration sensor 101 detects the foreign object sound generated from the rolling bearing 10. It is determined that the bearing has been picked up (step S119), the bearing vibration measuring device 200 is stopped, and the process is terminated.
As described above, step S110, step S111, step S113, step S114, step S115, step S116, step S117, step S118, and step S119 are executed by the defect determination unit 112. In particular, Step S110 and Step S111 are executed when the defect determination unit 112 functions as the first defect determination means, and Step S113, Step S114, Step S115, Step S116, Step S117, Step S118, and Step S119 are performed. Is executed when the defect determination unit 112 functions as the second defect determination means.

以上、説明したように、本発明に係る転がり軸受の欠陥検出装置の実施形態によれば、軸受振動測定装置200に装着した転がり軸受10に所定のスラスト荷重を負荷して内輪を所定の回転数で回転させて、転がり軸受10から発生する振動を検出し、検出した振動信号をディジタル信号に変換して包絡線処理する。そして、得られた包絡線信号から所定レベル以上のピークを抽出してピーク数をカウントし、ピーク数が所定のしきい値を超えるか否かで転がり軸受10におけるきず等の欠陥および当該欠陥以外で転がり軸受10から発生する異物音の有無を暫定的に判定する。   As described above, according to the embodiment of the defect detection device for a rolling bearing according to the present invention, a predetermined thrust load is applied to the rolling bearing 10 mounted on the bearing vibration measuring device 200 to cause the inner ring to rotate at a predetermined rotational speed. The vibration generated from the rolling bearing 10 is detected, and the detected vibration signal is converted into a digital signal and envelope processing is performed. Then, a peak at a predetermined level or more is extracted from the obtained envelope signal, the number of peaks is counted, and a defect such as a flaw in the rolling bearing 10 according to whether or not the peak number exceeds a predetermined threshold and other than the defect Thus, the presence or absence of foreign matter noise generated from the rolling bearing 10 is tentatively determined.

転がり軸受10にきず等の欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受10から発生する異物音があると暫定的に判定された場合は、包絡線信号を自己相関関数演算し、演算結果において強度が上昇したピッチ周期が、転がり軸受10の諸元から計算した外輪、内輪、ボールの各欠陥周波数に基づいて予測されるそれぞれのピッチ周期のいずれに一致するかを判定することにより、転がり軸受10のきず等の欠陥がある部材を特定する。このようにしても、転がり軸受10におけるきず等の欠陥がある部材を特定できない場合には、振動センサ101により検出された振動が、転がり軸受10から発生する異物音であると判定される。   When it is temporarily determined that the rolling bearing 10 has a defect such as a flaw and there is a foreign object sound generated from the rolling bearing 10 other than the defect, an autocorrelation function calculation is performed on the envelope signal, and the strength is obtained in the calculation result. By determining whether the increased pitch period matches each pitch period predicted based on the defect frequencies of the outer ring, the inner ring, and the ball calculated from the specifications of the rolling bearing 10, the rolling bearing 10 A member having a defect such as a scratch is identified. Even in this case, when a member having a defect such as a flaw in the rolling bearing 10 cannot be specified, it is determined that the vibration detected by the vibration sensor 101 is a foreign object sound generated from the rolling bearing 10.

これにより、測定時間内における振動信号の一部にのみ、きず等の欠陥に基づくパルスが出ている場合であっても、きず等の欠陥を効果的に検出することができる。   Thereby, even when a pulse based on a defect such as a flaw appears only in a part of the vibration signal within the measurement time, the defect such as a flaw can be detected effectively.

本発明は、測定時間内における振動信号の一部にのみ、きず等の欠陥に基づくパルスが出ている場合であっても、きず等の欠陥を検出することが可能な転がり軸受の欠陥検出装置を提供できる効果を有し、転がり軸受から発生する振動を検出することにより、きず等の欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出装置および検出方法等に有用である。   The present invention is a rolling bearing defect detection device capable of detecting a defect such as a flaw even when a pulse based on a defect such as a flaw appears only in a part of a vibration signal within a measurement time. This is useful for a rolling bearing defect detection device and a detection method for detecting defects such as flaws by detecting vibrations generated from the rolling bearing.

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.

本発明に係る実施形態である転がり軸受の欠陥検出装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the defect detection apparatus of the rolling bearing which is embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態において使用する軸受振動測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the bearing vibration measuring apparatus used in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態である転がり軸受の欠陥検出装置における処理手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process sequence in the defect detection apparatus of the rolling bearing which is embodiment which concerns on this invention. (a)は、きずがない転がり軸受から検出した振動信号の波形を示す図、そして(b)は、きずがない転がり軸受の包絡線信号について自己相関関数演算を行なった場合の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the vibration signal detected from the rolling bearing without a flaw, and (b) is a figure which shows the waveform at the time of performing autocorrelation function calculation about the envelope signal of a rolling bearing without a flaw It is. (a)は、外輪にきずがある転がり軸受から検出した振動信号の波形を示す図、そして(b)は、外輪にきずがある転がり軸受の包絡線信号について自己相関関数演算を行なった場合の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the vibration signal detected from the rolling bearing with a crack in an outer ring, and (b) is when autocorrelation function calculation is performed about the envelope signal of the rolling bearing with a crack in an outer ring. It is a figure which shows a waveform. (a)は、内輪にきずがある転がり軸受から検出した振動信号の波形を示す図、そして(b)は、内輪にきずがある転がり軸受の包絡線信号について自己相関関数演算を行なった場合の波形を示す図である。(A) is a diagram showing a waveform of a vibration signal detected from a rolling bearing with a flaw in the inner ring, and (b) is a case where autocorrelation function calculation is performed on the envelope signal of the rolling bearing with a flaw in the inner ring. It is a figure which shows a waveform. (a)は、ボールにきずがある転がり軸受から検出した振動信号の波形を示す図、そして(b)は、ボールにきずがある転がり軸受の包絡線信号について自己相関関数演算を行なった場合の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the vibration signal detected from the rolling bearing with a ball flaw, and (b) is the case where autocorrelation function calculation is performed about the envelope signal of the rolling bearing with a ball flaw. It is a figure which shows a waveform. (a)は、転がり軸受から発生している異物音を検出した場合の振動信号の波形を示す図、そして(b)は、異物音の包絡線信号について自己相関関数演算を行なった場合の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the vibration signal at the time of detecting the foreign material sound which has generate | occur | produced from the rolling bearing, and (b) is the waveform at the time of performing autocorrelation function calculation about the envelope signal of foreign material sound FIG. ピークカウント方式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a peak count system. 従来の転がり軸受の欠陥検出装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the defect detection apparatus of the conventional rolling bearing. (a)は、測定時間内の全てにわたり転がり軸受にきずがあることを示すピークが出ている振動信号の波形を示す図、そして(b)は、測定時間内の全てにわたり転がり軸受にきずがあることを示すピークが出ている振動信号を包絡線FFT処理した波形を示す図である。(A) is a diagram showing a waveform of a vibration signal having a peak indicating that the rolling bearing has a flaw all over the measurement time, and (b) shows a flaw in the rolling bearing over the whole measurement time. It is a figure which shows the waveform which performed the envelope FFT process on the vibration signal which has the peak which shows that there exists. (a)は、測定時間内の一部に転がり軸受にきずがあることを示すパルスが出ている振動信号の波形を示す図、そして(b)は、測定時間内の一部に転がり軸受にきずがあることを示すピークが出ている振動信号を包絡線FFT処理した波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the vibration signal which the pulse which shows that there is a crack in a rolling bearing in a part in measurement time, and (b) is a rolling bearing in part in a measurement time. It is a figure which shows the waveform which performed the envelope FFT process on the vibration signal which has the peak which shows that there exists a defect.

符号の説明Explanation of symbols

10 転がり軸受
11 内輪
12 外輪
13 ボール
100 転がり軸受の欠陥検出装置
101 振動センサ(振動検出手段)
102 信号増幅回路
103 ローパスフィルタ(周波数フィルタ手段)
104 A/D変換器(アナログ・ディジタル変換手段)
105 包絡線処理部(包絡線信号処理手段)
106 自己相関関数演算器(自己相関関数演算手段)
107 実効値演算器
108 dB倍率設定部
109 乗算器
110 コンパレータ
111 ピークカウンタ
112 欠陥判定部(第1の欠陥判定手段、第2の欠陥判定手段)
200 軸受振動測定装置
210 スピンドルアーバ
220 軸受予圧付加機構
230 駆動機構(ピエゾ素子)
240 ピエゾ制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rolling bearing 11 Inner ring 12 Outer ring 13 Ball 100 Defect detection apparatus of rolling bearing 101 Vibration sensor (vibration detection means)
102 signal amplification circuit 103 low-pass filter (frequency filter means)
104 A / D converter (analog / digital conversion means)
105 Envelope processing unit (envelope signal processing means)
106 Autocorrelation function calculator (autocorrelation function calculation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 107 Effective value calculator 108 dB magnification setting part 109 Multiplier 110 Comparator 111 Peak counter 112 Defect determination part (1st defect determination means, 2nd defect determination means)
200 Bearing vibration measuring device 210 Spindle arbor 220 Bearing preload application mechanism 230 Drive mechanism (piezo element)
240 Piezo control circuit

Claims (6)

転がり軸受に所定のスラスト荷重を負荷し、外輪および内輪を所定の回転数で相対回転させて前記転がり軸受から発生する振動を検出し、該検出した振動に基づいて前記転がり軸受における欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出装置であって、
前記転がり軸受から発生する振動を検出して振動信号を生成する振動検出手段と、
該振動信号から所定周波数帯域の振動信号を抽出する周波数フィルタ手段と、
該抽出した所定周波数帯域の振動信号を所定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、
該ディジタル信号に変換した振動信号を包絡線処理して包絡線信号を生成する包絡線信号処理手段と、
該包絡線信号におけるしきい値以上の極大となるピークの数が所定の設定値を超えた場合に、前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると暫定的に判定する第1の欠陥判定手段と、
前記第1の欠陥判定手段によって前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると判定された場合の前記包絡線信号について自己相関関数を演算する自己相関関数演算手段と、
該自己相関関数の演算結果で相関が強いことを示すピーク強度が現れる時間遅れ要素(lag)の位置と、前記転がり軸受を構成する部材に欠陥がある場合に、前記転がり軸受の軸受諸元から計算される前記部材毎に特有の欠陥周波数および前記所定のサンプリング周波数に基づいて前記自己相関関数演算を行なうことにより予測される前記部材毎の時間遅れ要素の位置と、を照合することにより、前記転がり軸受の欠陥がある前記部材を特定する第2の欠陥判定手段と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の欠陥検出装置。
A predetermined thrust load is applied to the rolling bearing, the outer ring and the inner ring are relatively rotated at a predetermined number of rotations to detect vibrations generated from the rolling bearings, and defects in the rolling bearings are detected based on the detected vibrations. A defect detection device for a rolling bearing,
Vibration detecting means for detecting vibration generated from the rolling bearing and generating a vibration signal;
Frequency filter means for extracting a vibration signal in a predetermined frequency band from the vibration signal;
Analog-digital conversion means for converting the extracted vibration signal of a predetermined frequency band into a digital signal at a predetermined sampling frequency;
An envelope signal processing means for generating an envelope signal by performing envelope processing on the vibration signal converted into the digital signal;
When the number of peaks in the envelope signal that is greater than or equal to the threshold value exceeds a predetermined set value, any of the members constituting the rolling bearing has a defect and is generated from the rolling bearing other than the defect. First defect determination means that tentatively determines that there is a foreign object sound to be detected;
An autocorrelation function for the envelope signal when it is determined by the first defect determination means that any of the members constituting the rolling bearing is defective and there is a foreign object sound generated from the rolling bearing other than the defect Autocorrelation function computing means for computing
When the position of the time delay element (lag) where the peak intensity indicating that the correlation is strong in the calculation result of the autocorrelation function appears and the member constituting the rolling bearing is defective, from the bearing specifications of the rolling bearing By collating the position of the time delay element for each member predicted by performing the autocorrelation function calculation based on the defect frequency specific to each member to be calculated and the predetermined sampling frequency, A second defect determining means for identifying the member having a rolling bearing defect;
A defect detection device for a rolling bearing, comprising:
前記第2の欠陥判定手段が、欠陥がある部材を特定できない場合、前記振動検出手段により検出した振動は、前記転がり軸受から発生する異物音であると判定することを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受の欠陥検出装置。   The said 2nd defect determination means determines with the vibration detected by the said vibration detection means being the foreign material sound which generate | occur | produces from the said rolling bearing, when a member with a defect cannot be specified. Defect detection device for rolling bearing as described. 前記しきい値が、前記包絡線信号の実効値に所定のdB倍率を乗じた値であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の転がり軸受の欠陥検出装置。   3. The rolling bearing defect detection apparatus according to claim 1, wherein the threshold value is a value obtained by multiplying an effective value of the envelope signal by a predetermined dB magnification. 前記アナログ・ディジタル変換手段と、前記包絡線信号処理手段と、前記第1の欠陥判定手段と、前記自己相関関数演算手段と、前記第2の欠陥判定手段の少なくともいずれかにおける処理をマイクロコンピュータユニットのプログラムにより実行することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載の転がり軸受の欠陥検出装置。   The microcomputer unit performs processing in at least one of the analog / digital conversion means, the envelope signal processing means, the first defect determination means, the autocorrelation function calculation means, and the second defect determination means. The rolling bearing defect detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the defect detection device is executed by the program. 転がり軸受に所定のスラスト荷重を負荷し、外輪および内輪を所定の回転数で相対回転させて、前記転がり軸受から発生する振動を検出し、該検出した振動に基づいて前記転がり軸受における欠陥を検出する転がり軸受の欠陥検出方法であって、
前記転がり軸受から発生する振動を検出して振動信号を生成し、
該振動信号から所定周波数帯域の振動信号を抽出し、
該周波数帯域を制限した振動信号を所定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換し、
該ディジタル信号に変換した振動信号を包絡線処理して包絡線信号を生成し、
該包絡線信号におけるしきい値以上の極大となるピークの数が所定の設定値を超えた場合に、前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると暫定的に判定すると共に、
前記転がり軸受を構成する部材のいずれかに欠陥があり且つ当該欠陥以外で転がり軸受から発生する異物音があると判定された場合の前記包絡線信号について自己相関関数を演算し、
該自己相関関数の演算結果で相関が強いことを示すピーク強度が現れる時間遅れ要素(lag)の位置と、前記転がり軸受を構成する部材に欠陥がある場合に、前記転がり軸受の軸受諸元から計算される前記部材毎に特有の欠陥周波数および前記所定のサンプリング周波数に基づいて前記自己相関関数演算を行なうことにより予測される前記部材毎の時間遅れ要素の位置と、を照合することにより、前記転がり軸受の欠陥がある前記部材を特定する、
ことを特徴とする転がり軸受の欠陥検出方法。
A predetermined thrust load is applied to the rolling bearing, the outer ring and the inner ring are rotated relative to each other at a predetermined number of rotations, and vibrations generated from the rolling bearings are detected, and defects in the rolling bearings are detected based on the detected vibrations. A rolling bearing defect detection method comprising:
Detecting vibration generated from the rolling bearing to generate a vibration signal;
Extracting a vibration signal of a predetermined frequency band from the vibration signal;
The vibration signal limited in the frequency band is converted into a digital signal at a predetermined sampling frequency,
An envelope signal is generated by performing envelope processing on the vibration signal converted into the digital signal,
When the number of peaks in the envelope signal that is greater than or equal to the threshold value exceeds a predetermined set value, any of the members constituting the rolling bearing has a defect and is generated from the rolling bearing other than the defect. Tentatively determined that there is a foreign object sound,
An autocorrelation function is calculated for the envelope signal when it is determined that any of the members constituting the rolling bearing has a defect and there is a foreign object sound generated from the rolling bearing other than the defect,
When the position of the time delay element (lag) where the peak intensity indicating that the correlation is strong in the calculation result of the autocorrelation function appears and the member constituting the rolling bearing is defective, from the bearing specifications of the rolling bearing By collating the position of the time delay element for each member predicted by performing the autocorrelation function calculation based on the defect frequency specific to each member to be calculated and the predetermined sampling frequency, Identifying said member with a defective rolling bearing,
A defect detection method for a rolling bearing characterized by the above.
前記時間遅れ要素の位置の照合によって、欠陥がある部材を特定できない場合、前記検出した振動は、前記転がり軸受から発生する異物音であると判定することを特徴とする請求項5に記載の転がり軸受の欠陥検出方法。   The rolling according to claim 5, wherein if the member having a defect cannot be identified by collating the position of the time delay element, the detected vibration is determined to be a foreign object sound generated from the rolling bearing. Bearing defect detection method.
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