JPS6341012B2 - - Google Patents
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- JPS6341012B2 JPS6341012B2 JP53026197A JP2619778A JPS6341012B2 JP S6341012 B2 JPS6341012 B2 JP S6341012B2 JP 53026197 A JP53026197 A JP 53026197A JP 2619778 A JP2619778 A JP 2619778A JP S6341012 B2 JPS6341012 B2 JP S6341012B2
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- envelope
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、機械等から発生する音または振動
にもとずいてその機械等の動作状態、たとえば機
械等の異常またはその兆候を検知する装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for detecting the operating state of a machine or the like, such as an abnormality or a sign thereof, based on the sound or vibration generated by the machine or the like.
機械等の事故を未然に防止するために、あるい
はその寿命を予測する目的で、機械等の稼働また
は作動によつて発生する音または振動にもとずい
て、機械等の稼働時にその動作状態を観測するこ
とがしばしば行なわれている。たとえば、噛み合
いながら回転している歯車から発生する騒音は、
噛み合いによる不連続な衝撃力によつて歯車それ
自体またはその周辺部材が励振されるために生
じ、上記衝撃力は主要には歯形の誤差に起因して
いる。そして、歯形誤差が増大するにつれて噛み
合い音は大きくなる傾向があるので、この噛み合
い音を計測することによつて、実際の稼働状態に
おける歯車の歯形誤差または損耗状態などを検知
することが可能である。 In order to prevent accidents with machinery, etc., or to predict the lifespan of machinery, etc., the operating state of machinery, etc., is measured based on the sound or vibration generated by the operation or operation of machinery, etc. Observations are often made. For example, the noise generated by rotating gears that mesh with each other is
This occurs because the gear itself or its surrounding members are excited by the discontinuous impact force caused by the meshing, and the impact force is mainly caused by errors in the tooth profile. The meshing noise tends to increase as the tooth profile error increases, so by measuring this meshing noise, it is possible to detect gear tooth profile errors or wear and tear during actual operating conditions. .
しかし、実際上は機械内には多数の歯車が混在
し、かつ歯車の噛み合いとは無関係な雑音成分が
存在するので、ある歯車の作動状態を適確に検知
するためには、これらの不要成分を除去して目的
とする歯車の噛み合い音のみを抽出する処理が必
要となる。そこで、従来の状態検知装置において
は2つの雑音除去手法が用いられている。その1
つは、帯域通過フイルタによつて信号の通過帯域
を限定することである。上記したように噛み合い
によつて発生する音は歯車それ自体またはその周
辺部材の固有振動によつて生じるから、その主要
成分のみに着目しそれ以外の成分をすべて遮断す
ることによつて雑音成分を除去する。帯域フイル
タの通過帯域を適当に選定することにより雑音成
分を除去することができ、帯域フイルタから得ら
れる信号は歯車の固有振動周波数成分であると考
えられるが、実際には、次にこの信号から歯車の
傷などの異常またはその兆候を見い出すことは非
常に困難である。 However, in reality, a large number of gears coexist in a machine, and there are noise components unrelated to the meshing of the gears, so in order to accurately detect the operating state of a gear, it is necessary to detect these unnecessary components. It is necessary to remove the noise and extract only the target gear meshing sound. Therefore, two noise removal techniques are used in conventional state detection devices. Part 1
The first is to limit the passband of the signal using a bandpass filter. As mentioned above, the noise generated by meshing is caused by the natural vibration of the gear itself or its surrounding parts, so by focusing only on the main component and blocking all other components, noise components can be eliminated. Remove. The noise component can be removed by appropriately selecting the passband of the bandpass filter, and the signal obtained from the bandpass filter is considered to be the natural vibration frequency component of the gear. It is extremely difficult to detect abnormalities or signs thereof, such as scratches on gears.
他の1つは、上記異常をあらわす信号の周期性
に着目して不規則な信号を除去することにより、
雑音を排除するとともに歯車の異常またはその兆
候をあらわす信号のみを取り出すことである。歯
車は通常一定回転数で回転されており、歯車の異
常に起因する噛み合い音は周期性を持つている。
そこで、歯車の1回転毎の信号を同期をとつて重
ね合わせると、上記噛み合い音の成分は累積され
て増大するが、不規則な雑音は正負対称な分布を
持つと考えられるから正負相殺して増大しない。
たとえばm回の重畳を行つたうえ平均すれば雑音
の分散は1/mとなり非常に小さくなる。この手
法は比較的周波数の低い信号、または正確に同期
をとることができる事象に対して有効であるが、
歯車の状態検知に適用した場合には雑音成分の減
少とともに噛み合い音成分もまた失なわれていく
という結果になる。というのは、歯車などにおい
ては各周期における信号の位相を正確に一致させ
ることは困難であるからである。たとえば、ピツ
チ円径125mm、モジユール5mm、歯巾20mm程度の
歯車の固有振動数は5〜10KHzであるが、かりに
5KHzの信号において第1回転目と第2回転目の
信号の間で0.1msの時間のずれが存在すれば、
これは180゜の位相差に相当するので、これらの信
号を重ね合わせた場合互いに打消し合つて噛み合
い音は消滅してしまう。歯車音検出器からの検出
信号を歯車回転位相検出器からの位相信号によつ
て0.1ms以上の精度で同期をとることは事実上
不可能に近い。 The other method is to remove irregular signals by focusing on the periodicity of the signals that indicate the abnormality.
The goal is to eliminate noise and extract only signals that indicate gear abnormalities or their signs. Gears are normally rotated at a constant rotation speed, and the meshing noise caused by gear abnormalities has periodicity.
Therefore, if the signals for each rotation of the gears are synchronized and superimposed, the above-mentioned meshing noise components will accumulate and increase, but since the irregular noise is thought to have a symmetrical distribution, the positive and negative cancel each other out. Does not increase.
For example, if the superposition is performed m times and then averaged, the variance of the noise becomes 1/m, which is very small. This method is effective for relatively low frequency signals or events that can be precisely synchronized, but
When applied to gear condition detection, the result is that the meshing sound component is also lost as the noise component decreases. This is because in gears and the like, it is difficult to accurately match the phase of signals in each cycle. For example, the natural frequency of a gear with a pitch circle diameter of 125 mm, a module of 5 mm, and a tooth width of about 20 mm is 5 to 10 KHz.
If there is a time difference of 0.1ms between the first and second rotation signals in the 5KHz signal,
This corresponds to a phase difference of 180 degrees, so when these signals are superimposed, they cancel each other out and the meshing sound disappears. It is virtually impossible to synchronize the detection signal from the gear sound detector with the phase signal from the gear rotation phase detector with an accuracy of 0.1 ms or more.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので
あつて、不要な雑音を消去し得て機械等の状態を
あらわす所望の信号のみを正確に抽出することの
できる検知装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a detection device that can eliminate unnecessary noise and accurately extract only desired signals representing the state of a machine, etc. .
以下、図面を参照してこの発明を歯車の状態検
知に適用した実施例について詳しく説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to gear state detection will be described in detail with reference to the drawings.
歯車の近接位置に配置された音または振動検出
器1からの検出信号は増巾器2で増巾されたのち
帯域通過フイルタ3に送られる。検出器1からの
検出信号のうち、対象となる歯車の固有振動周波
数成分(信号A、第3図参照)のみがフイルタ3
によつて選択的に抽出され、雑音などの不要成分
が除去される。フイルタ3の出力信号Aは次に包
絡線検出回路4に送られる。帯域通過フイルタ3
で抽出された信号Aを、そのまま平均化したので
は、かえつて損傷信号を消滅させる結果になる
が、これは損傷信号が高周波信号であり、後の信
号重ね合わせの段階で信号の位相を厳密に一致さ
せることが困難である。したがつて、平均化の前
処理として包絡線検波を行ない、高周波成分を除
去するのである。この検出回路4は第2図に示す
ように、信号を整流する絶対値検出回路41また
は自乗回路42と、これらの回路41,42の出
力を平滑する平滑回路43とから構成され、固有
周波数成分信号Aの包絡線波形を検出して、包絡
線信号B(第3図参照)を出力する。他方、歯車
の回転軸またはそれと連動する回転軸に対して設
けられた回転トランスデユーサなどの位相検出器
6からは上記回転軸の1回転毎に位相検出信号が
出力されており、この信号は平均化回路5に同期
信号として入力している。平均化回路5は、検出
回路4からの包絡線信号Bを歯車の1回転毎に上
記位相検出信号によつて同期をとりながら複数回
にわたつて重畳する。この重畳された最終的な検
出信号Cは、X−Yレコーダ、ブラウン管オシロ
スコープその他の表示または記録装置7に表示ま
たは記録される。 A detection signal from a sound or vibration detector 1 placed near the gear is amplified by an amplifier 2 and then sent to a bandpass filter 3. Of the detection signals from the detector 1, only the natural vibration frequency component of the target gear (signal A, see Figure 3) is transmitted to the filter 3.
is selectively extracted, and unnecessary components such as noise are removed. The output signal A of the filter 3 is then sent to an envelope detection circuit 4. Band pass filter 3
If the extracted signal A is averaged as it is, the damaged signal will disappear, but this is because the damaged signal is a high-frequency signal, and the phase of the signal will have to be strictly controlled in the subsequent signal superposition stage. is difficult to match. Therefore, envelope detection is performed as a preprocessing for averaging to remove high frequency components. As shown in FIG. 2, this detection circuit 4 is composed of an absolute value detection circuit 41 or a square circuit 42 that rectifies the signal, and a smoothing circuit 43 that smoothes the outputs of these circuits 41 and 42. The envelope waveform of signal A is detected and an envelope signal B (see FIG. 3) is output. On the other hand, a phase detection signal is output from a phase detector 6 such as a rotary transducer installed on the rotating shaft of a gear or a rotating shaft interlocked with the rotating shaft, and this signal is It is input to the averaging circuit 5 as a synchronizing signal. The averaging circuit 5 superimposes the envelope signal B from the detection circuit 4 multiple times for each rotation of the gear while being synchronized with the phase detection signal. This superimposed final detection signal C is displayed or recorded on an X-Y recorder, cathode ray tube oscilloscope, or other display or recording device 7.
歯車などから発生する音または振動の検出信号
のうち検知対象となつている歯車の固有振動周波
数成分Aのみがフイルタ3によつて取り出されて
いるから、歯車の噛み合いによる音とは無関係な
雑音成分があらかじめ除去されている。第3図に
おいて、この固有振動の周期はtで示されてい
る。そして、包絡線検出回路4によつてこの固有
振動周波数成分信号Aの包絡線波形Bが検出さ
れ、歯車の噛み合い音の持つ情報は包絡線の形で
保存される。つぎに、この包絡線信号Bが、歯車
の1回転毎に同期をとつて重ね合わされているか
ら、歯車の回転周期Tと同一周期の成分のみが累
積されて増大し、その他の不規則な信号成分は平
均化されてしだいに一定値に近づいていく。すな
わち、歯車のある回転角度(θ1)における観測信
号S′(θ1)は、周期信号をS(θ1)、雑音をn(θ1
)
とすると、
S′(θ1)=S(θ1)+n(θ1) ………(1)
となり、同期をとつてm回重ね合せ平均すると、
1/mn
〓k=1
S′k(θ1)=S(θ1)+1/mn
〓k=1
nk(θ1) ……(2)
となる。雑音n(θ1)が正規分布ならば分散は
1/mになりS/N比が改善される。この処理が
平均化回路5で行なわれ、位相検出信号はこの時
の同期信号となる。したがつて、最終的な検出信
号C中には歯車の傷その他の異常またはその兆候
をあらわす周期的な信号成分が増大されて残され
る。フイルタ3からの固有周波数成分Aの周期t
が非常に短かくてもその包絡線信号Bは比較的長
い周期または時間巾を有しているから、平均化回
路5において周期t程度の同期のずれが存在して
も、この時間ずれは包絡線信号Bにとつてはきわ
めてわずかの位相ずれに相当し、噛み合い音の包
絡線にあらわされた情報が相殺して打ち消しあう
ようなことは決して起こらない。 Of the sound or vibration detection signals generated from gears, etc., only the natural vibration frequency component A of the gear to be detected is extracted by the filter 3, so there is no noise component unrelated to the sound caused by gear meshing. has been removed in advance. In FIG. 3, the period of this natural vibration is indicated by t. Then, the envelope waveform B of the natural vibration frequency component signal A is detected by the envelope detection circuit 4, and the information of the gear meshing sound is stored in the form of an envelope. Next, since this envelope signal B is superimposed in synchronization with each rotation of the gear, only the components with the same period as the rotation period T of the gear are accumulated and increased, and other irregular signals The components are averaged and gradually approach a constant value. In other words, the observation signal S' (θ 1 ) at a certain rotation angle (θ 1 ) of the gear is determined by dividing the periodic signal by S (θ 1 ) and the noise by n(θ 1
)
Then, S′(θ 1 )=S(θ 1 )+n(θ 1 ) ………(1) If we synchronize and average over m times, we get 1/m n 〓 k=1 S′k (θ 1 )=S(θ 1 )+1/m n 〓 k=1 nk(θ 1 )...(2). If the noise n(θ 1 ) has a normal distribution, the variance will be 1/m and the S/N ratio will be improved. This processing is performed by the averaging circuit 5, and the phase detection signal becomes the synchronization signal at this time. Therefore, in the final detection signal C, periodic signal components representing scratches on the gear or other abnormalities or signs thereof are left in an amplified manner. Period t of natural frequency component A from filter 3
Even if the envelope signal B is very short, the envelope signal B has a relatively long period or time width. For the line signal B, this corresponds to an extremely small phase shift, and the information expressed in the envelope of the meshing sound never cancels out each other.
この発明による装置を1箇所に傷のある歯車に
実際に適用した場合に得られた波形が第4図に示
されている。この試験の目的は歯車の傷の検出で
ある。固有振動周波数成分Aは、通過帯域が500
Hz〜20KHzに設定されたフイルタ3を通過したも
のである。信号Aの包絡線を示す包絡線信号Bに
あらわれている成分D1,D2は、歯車の第1回転
目および第2回転目における傷信号をそれぞれ示
している。検知信号Cは信号Bを8回重ね合わせ
て平均したものであつて、雑音成分が消滅し傷信
号Dのみが明瞭にあらわれていることが理解され
よう。 FIG. 4 shows the waveform obtained when the device according to the present invention was actually applied to a gear with a single flaw. The purpose of this test is to detect scratches on gears. The natural vibration frequency component A has a passband of 500
It has passed through a filter 3 set at Hz to 20KHz. Components D 1 and D 2 appearing in the envelope signal B representing the envelope of the signal A indicate flaw signals at the first and second rotations of the gear, respectively. It will be understood that the detection signal C is an average of the eight times the signal B is superimposed, and the noise component disappears and only the flaw signal D clearly appears.
この発明による状態検知装置は、歯車のみなら
ず、ベアリング、クラツチなどの機械類、内燃機
関、その他の装置等、所定の周期をもつて作動す
るあらゆるものに適用可能であることは言うまで
もない。 It goes without saying that the condition detection device according to the present invention can be applied not only to gears but also to any device that operates with a predetermined cycle, such as machinery such as bearings and clutches, internal combustion engines, and other devices.
以上のように、この発明によれば、所定の周期
で作動する機械等の状態たとえば異常またはその
兆候を、その動作中において、対象となる機械等
から発生する音または振動にもとずいて的確に検
知することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the condition of a machine, etc. that operates at a predetermined cycle, such as an abnormality or its sign, can be accurately detected based on the sound or vibration generated from the target machine, etc. during its operation. It becomes possible to detect
図面はこの発明の実施例を示し、第1図は全体
のブロツク図、第2図は包絡線検出回路を示すブ
ロツク図、第3図は各ブロツクからの信号の波形
図、第4図は実際に行なつた試験において得られ
た信号の波形図である。
1……音または振動検出器、3……帯域通過フ
イルタ、4……包絡線検出回路、5……平均化回
路。
The drawings show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall block diagram, FIG. 2 is a block diagram showing an envelope detection circuit, FIG. 3 is a waveform diagram of signals from each block, and FIG. 4 is an actual diagram. FIG. 2 is a waveform diagram of a signal obtained in a test conducted in 2008. 1...Sound or vibration detector, 3...Band pass filter, 4...Envelope detection circuit, 5...Averaging circuit.
Claims (1)
この検出器の検出信号から対象とする機械等の固
有振動周波数成分を選択的に取り出す帯域通過フ
イルタと、このフイルタの出力信号の包絡線波形
を検出する包絡線検出回路と、機械等の所定の動
作周期を検出する動作周期検出器と、検出された
動作周期に同期させて上記包絡線検出回路の出力
を複数回にわたつて重畳する平均化回路とからな
る機械等の状態検知装置。1 A detector that detects sounds or vibrations from machinery, etc.;
A bandpass filter that selectively extracts the natural vibration frequency component of the target machine, etc. from the detection signal of this detector, an envelope detection circuit that detects the envelope waveform of the output signal of this filter, and a predetermined frequency component of the machine, etc. A state detection device for a machine, etc., comprising an operation cycle detector that detects an operation cycle, and an averaging circuit that superimposes the output of the envelope detection circuit multiple times in synchronization with the detected operation cycle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2619778A JPS54118882A (en) | 1978-03-07 | 1978-03-07 | Device for detecting state of machine etc* |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2619778A JPS54118882A (en) | 1978-03-07 | 1978-03-07 | Device for detecting state of machine etc* |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54118882A JPS54118882A (en) | 1979-09-14 |
| JPS6341012B2 true JPS6341012B2 (en) | 1988-08-15 |
Family
ID=12186752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2619778A Granted JPS54118882A (en) | 1978-03-07 | 1978-03-07 | Device for detecting state of machine etc* |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JPS5962520U (en) * | 1982-10-19 | 1984-04-24 | 株式会社小野測器 | Damaged gear identification device |
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Family Cites Families (1)
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-
1978
- 1978-03-07 JP JP2619778A patent/JPS54118882A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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