CN109952499A - 滚动导向装置的状态诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种状态诊断系统，其适用于具有滚动体(6)的无限循环道(5)的移动构件(2)可沿着轨道构件(1)自由移动的滚动导向装置，且确切掌握上述轨道构件(1)的滚行面的状态，该状态诊断系统具备：传感器(35)，其检测上述移动构件(2)沿着上述轨道构件(1)移动时的物理量；信号处理部，其处理上述传感器的输出信号并输出分析数据；以及判断处理部，其将上述分析数据与阈值数据进行比较并判断上述滚动导向装置有无异常；并且，在将前后在上述无限循环道(5)内移动的滚动体(6)从无负载通道进入负载通道(50)的周期设为t时，上述信号处理部获取上述传感器(35)的输出信号的数据收集时间T设定为T≥t。

Description

滚动导向装置的状态诊断系统

技术领域

本发明涉及的是一种状态诊断系统，该状态诊断系统适用于机床或各种输送装置等工业机械的直线导向部或者曲线导向部所使用的滚动导向装置，且诊断该滚动导向装置是否成功发挥原本的性能。

背景技术

目前，这种滚动导向装置具备沿着长度方向形成有滚动体的滚行面的轨道构件、以及通过在上述滚行面上滚动的多个滚动体而组装在上述轨道构件上且沿着该轨道构件自由往返移动的移动构件。上述移动构件具有让滚动体一边承受载荷一边滚行的负载滚行面，该负载滚行面通过与上述轨道构件的滚行面对置而构成上述滚动体的负载通道。另外，上述移动构件具有使滚动体从上述负载通道的一端循环至另一端的无负载通道，通过将上述负载通道及上述无负载通道连接而构成上述滚动体的无限循环道。由此，上述移动构件可沿着上述轨道构件不限制行程地移动。

滚动导向装置的产品寿命主要受到上述轨道构件的滚行面或上述移动构件的负载滚行面的疲劳的影响。但是，当该滚行面或负载滚行面、以及在其上进行滚动的如滚珠或滚子等滚动体并未用润滑剂适当地润滑时或承受了过多载荷时，可能导致上述滚行面或负载滚行面过早发生剥落(Flaking)，从而导致滚动导向装置的产品寿命变短。另外，滚动导向装置有各种各样的用途，例如在特殊的异物会掉落到轨道构件的环境、或者极高温或极低温的环境下进行使用等，滚动面等的疲劳的发展不得不根据该用途的使用环境或所承受的载荷等(以下称为“使用条件”)而受到影响。因此，为了让滚动导向装置发挥其原本的性能并且完整地终其产品寿命，优选能够通过各种传感器逐次检测该滚动导向装置的工作状况，并基于检测到的内容来掌握时时刻刻变化的滚动导向装置的状态。

例如在旋转轴承中，如专利文献1所示，提出了一种使用传感器检测旋转轴承在旋转工作时的声音、振动或声发射(Acoustic Emission)，并在分析了该传感器的输出信号后，将该分析结果与规定的标准数据进行比较，从而判断上述旋转轴承有无异常的诊断系统。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2004-93256号公报

关于声音、振动或声发射等物理量，从传感器直接获得的信号是连续的模拟信号，为了将其与规定的标准数据进行比较从而判断有无异常，需要进行将上述模拟信号转换成离散的数字信号的转换处理。对在该情况下的采样周期及测量时间等数据收集条件根据上述旋转轴承的工作速度或机械的共振频率进行适当设定。

但是，由于在上述滚动导向装置中滚动体的无限循环道是由负载通道和无负载通道构成，因此即使在例如移动构件沿着轨道构件正常行走的情况下，每当滚动体进出负载通道时都会发生信号的变化，无法如同专利文献1的旋转轴承的诊断系统那样处理上述传感器的检测信号。

发明内容

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种能够使用安装在滚动导向装置上的传感器确切掌握该滚动导向装置的轨道构件的滚行面的状态的状态诊断系统。

即，本发明涉及的是一种滚动导向装置的状态诊断系统，该滚动导向装置具备：多个滚动体；轨道构件，其沿着长度方向具有上述滚动体的滚行面；以及移动构件，其通过上述滚动体而组装在上述轨道构件上并且具有由上述滚动体的负载通道及连接该负载通道的两端的无负载通道构成的该滚动体的无限循环道。该状态诊断系统具备：传感器，其检测上述移动构件沿着上述轨道构件移动时的物理量；信号处理部，其处理上述传感器的输出信号并输出分析数据；以及判断处理部，其将上述分析数据与阈值数据进行比较并判断上述滚动导向装置有无异常。并且，在将前后在上述无限循环道内移动的滚动体从上述无负载通道进入上述负载通道的周期设为t时，上述信号处理部获取上述传感器的输出信号的数据收集时间T设定为T≥t。

(发明效果)

根据本发明，由于在上述数据收集时间内被上述信号处理部获取的传感器的输出信号中一定包含有与滚动体进入负载通道时的冲击性振动对应的波形，因此通过将处理该输出信号所得的分析数据与阈值数据进行比较，能够确切掌握该滚动导向装置的上述移动构件相对于上述轨道构件的行走状态的好坏，换句话说，就是能够确切掌握上述轨道构件的滚行面的状态及滚动体的润滑状态。

附图说明

图1是表示可适用本发明的滚动导向装置的第一实施方式的立体图。

图2是表示滚珠的无限循环道的构造的剖面图。

图3是表示本发明的诊断系统的构造的一例的框图。

图4是表示振动传感器的输出信号的一例的图，其中，图4的(a)示出了滚动导向装置的工作为正常时的输出信号，图4的(b)示出了滚动导向装置的工作有问题时的输出信号。

图5是说明振动传感器的输出信号的数据收集时间T1小于周期t时的图。

图6是说明振动传感器的输出信号的数据收集时间T与周期t相同时的图，且示出了滚动导向装置的工作为正常时的情况。

图7是说明振动传感器的输出信号的数据收集时间T与周期t相同时的图，且示出了滚动导向装置的工作有问题时的情况。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的滚动导向装置的状态诊断系统进行详细说明。

图1是表示适用本发明的滚动导向装置的一例的立体图。该滚动导向装置具备直线状延伸的轨道构件1、以及通过作为滚动体的多个滚珠而安装在上述轨道构件1上的移动构件2，并且通过在各种机械装置的固定部铺设上述轨道构件1且相对于上述移动构件2搭载各种活动体，从而能够沿着轨道构件1导引该活动体自由地往返移动。

上述轨道构件1形成为剖面大致呈四角形状的长形体。在该轨道构件1上沿着长度方向隔着规定间隔形成有多个从顶面贯穿至底面的螺栓安装孔12，并且能够使用插入到这些螺栓安装孔12中的固定螺丝将该轨道构件1牢固地固定在固定部上。在上述轨道构件1的左右两侧面分别设有两条滚动体的滚行面11，轨道构件整体设有四条滚行面11。此外，设置在上述轨道构件1上的滚行面11的条数并不限于此。

另一方面，上述移动构件2大体具备金属制的本体构件21、以及安装在该本体构件21的移动方向的两端上的一对合成树脂制的盖体22A、22B。该移动构件2对应上述轨道构件1的各滚行面11而具备多条滚珠的无限循环道。另外，在上述盖体22A、22B上固定有封闭上述移动构件2与轨道构件1之间的间隙的密封构件4，防止附着在轨道构件1上的灰尘等侵入上述无限循环道的内部。此外，图1示出了将安装在上述本体构件21上的一对盖体22A、22B中的一个盖体22B从上述本体构件21拆开后的分解状态。

图2是表示上述无限循环道的剖面图。如图2所示，无限循环道5具有负载通道50、返回通道51及一对方向转换道52。在构成上述移动构件2的本体构件21上形成有与上述轨道构件1的滚行面11对置的负载滚行面23，滚动体6在轨道构件1的滚行面11与本体构件21的负载滚行面23之间一边承受载荷一边滚动。上述无限循环道5中滚动体6如上所述那样一边承受载荷一边滚动的通道部分为上述负载通道50。另外，在上述本体部分21上形成有与上述负载通道50平行的上述返回通道51。该返回通道51通常贯穿上述本体构件21而设置，其内径设定为稍微大于滚动体6的直径。由此，滚动体6是不承受载荷地在上述返回通道内滚动。

上述方向转换道52设在一对盖体22A、22B中。这些盖体22A、22B以夹着上述本体构件21的方式固定在该本体构件21的端面上，各盖体22A、22B的方向转换道52连接上述负载通道50的端部和上述返回通道51的端部，使滚动体6在上述负载通道50和上述返回通道51之间往返。

因此，将一对盖体22A、22B固定在上述本体构件21后，就完成了滚动体6的无限循环道5。在该无限循环道5中滚动体6仅在上述本体构件21的负载滚行面23和上述轨道构件1的滚行面11对置形成的负载通道50里一边承受载荷一边滚动。另一方面，在上述返回通道51和上述方向转换道52中，上述滚动体并未承受载荷，这些返回通道51和方向转换道52构成无负载通道。

此外，在使用附图说明的实施方式的滚动导向装置中使用了滚珠作为滚动体6，但是本发明也可适用于使用滚子的滚动导向装置。

如图1所示，在上述轨道构件1的长度方向的端部上固定有振动传感器35。可使用加速度传感器作为该振动传感器35。该振动传感器35用于检测在上述移动构件和上述轨道构件相对移动时产生的振动，也可以例如不固定在上述轨道构件上，而固定在上述移动构件的本体构件上。

另一方面，在上述盖体22B的外侧固定有接近传感器36。该接近传感器36是在与设在上述盖体22B上的方向转换道52重叠的位置上固定在该盖体上，用来检测上述方向转换道52内各个滚动体6的通过。由于上述盖体22B是由合成树脂制造的，上述滚动体6是由金属制造的，因此能够使用电感型或电容型的接近传感器来检测上述滚动体6的存在。此外，在图1所示的例子中，仅与上述盖体22B上设置的四处方向转换道52的其中一处对应而设有上述接近传感器36，但是也可以对应各方向转换道52设置多个接近传感器36。

图3是表示使用上述振动传感器35及接近传感器36的滚动导向装置的状态诊断系统的构造的框图。上述振动传感器35及接近传感器36的输出信号是通过A/D转换器等被输入到控制部39。上述控制部39是通过内置有RAM(Random-Access Memory、随机存取存储器)及ROM(Read Only Memory、只读存储器)的微控制器得以实现。上述控制部39执行预先储存在ROM中的诊断程序，并输出对应诊断结果的判断信号。上述控制部39输出的判断信号输出到警报机、或显示器等用户界面40。

上述振动传感器35检测上述移动构件2沿着上述轨道构件1移动时的振幅并将其输出。图4是表示上述振动传感器35的输出信号的波形的示意图，横轴为时间。图4的(a)示出了上述移动构件2的负载滚行面23或上述轨道构件1的滚行面11并无破损且上述滚动体6的润滑状态为正常时、即滚动导向装置正常工作时的输出信号的波形。另外，图4的(b)示出了上述移动构件2的负载滚行面23或上述轨道构件1的滚行面11出现了剥落等某种破损或者滚动体6的润滑状态不良时、即滚动导向装置的工作出现某种问题时的输出信号的波形。

如图4的(a)所示，滚动导向装置正常工作时，上述振动传感器35的输出信号中以周期t定期性记录大小大致相同的振动变化。该周期t的振动变化在上述滚动体6从方向转换道52进入负载通道50时发生。可推断出在上述滚动体6进入负载通道50时，该滚动体6与上述轨道构件1的滚行面11和上述移动构件2的负载滚行面23双方大力接触而成为载荷承受状态，振动则在此时产生。因此，当每个滚动体6进入负载通道50时都会记录到较大的振动变化。另一方面，如图4的(b)所示，当滚动导向装置的工作出现某种问题时，相对于图4的(a)所示的定期性振动变化混入了不定期的振动变化且将其记录为上述振动传感器35的输出信号。

上述控制部39获取并处理上述振动传感器35的输出信号，并生成表示振动的强度程度的分析数据。另外，上述控制部39的ROM中预先记录了表示上述滚动导向装置正常工作时的振动的强度程度的阈值数据，该控制部39将生成的上述分析数据与从上述ROM中读取的阈值数据进行比较，根据其比较结果判断上述滚动导向装置的工作是否出现了某种问题。即，本发明的信号处理部及判断处理部由上述控制部39实现。

上述控制部39基于规定的采样频率在规定的数据收集时间T期间获取上述振动传感器35输出的模拟信号。在上述数据收集时间T期间获取的多个瞬间值是通过RMS(均方根)处理，从而成为示出数据收集时间T内的代表值的分析数据。该分析数据示出了该数据收集时间T内的振动的强度程度。与上述分析数据进行比较的上述阈值数据是在例如刚刚将上述轨道构件1铺设在各种机械装置的固定部上时等，在上述滚动导向装置正常工作的状态下通过与上述分析数据相同的处理生成并被储存到上述控制部39的ROM中。因此，通过将上述分析数据与上述阈值数据进行比较，能够判断上述轨道构件1上的上述移动构件2的行走是否包含异常的振动。

如图4的(a)所示，在上述滚动导向装置正常工作的状态下，起因于上述滚动体进入上述负载通道的振动会以周期t反复产生并记录为上述振动传感器的输出信号。因此，当获取上述振动传感器的输出信号的数据收集时间设定为比上述周期t短时，即使是在上述滚动导向装置正常工作的状态下，也存在分析数据所示的振动的强度程度的大小极端不同的状况。

例如，如图5所示，当使用比周期t短的数据收集时间T1时，虽然数据收集时间的长度相同，但在数据收集的开始时间不同的帧a1与帧a2中，分析数据所示的振动的强度程度会根据是否包含上述滚动体6进入负载通道50时的振动而不同。即，分析数据的偏差根据数据收集的开始时间的不同较大，因此即使将这些分析数据与阈值数据进行比较，也无法判断上述滚动导向装置是否正常工作。

因此，在本发明中将上述控制部39读取上述振动传感器35的输出信号的数据收集时间T设定为：

T≥t。

上述t是起因于上述滚动体6进入上述负载通道50的振动的产生周期。

当如上所述那样设定数据收集时间T时，在该数据收集时间T内一定会包含上述滚动体6进入负载通道50时的振动，因此只要掌握起因于上述滚动体6进入上述负载通道50的振动的产生周期t，就能够将分析数据与阈值数据进行比较，并根据其差异判断上述滚动导向装置是否正常工作。

作为将数据收集时间T设定为t以上的例子，考虑设定为：

T＝nt(n：自然数)。

如图6所示，当针对上述n＝1的情况进行研究时，上述数据收集时间T＝t，数据收集的开始时间不同的帧A1与帧A2一定会包含起因于上述滚动体6进入上述负载通道50的振动。因此，在上述滚动导向装置正常工作的状态下，与帧A1和帧A2分别建立有关联的分析数据表示为大致相同的强度程度。因为处于上述滚动导向装置正常工作的状态，所以此时的强度程度与上述阈值数据的强度程度相同。

另一方面，如图7所示，即使是在滚动导向装置的工作出现某种问题时，在上述数据收集时间T＝t的条件下，也会将上述振动传感器35的输出信号获取到控制部39中，并通过RMS处理生成分析数据。由于在该情况下生成的分析数据除了包含起因于上述滚动体6进入上述负载通道50的振动之外，还包含起因于上述移动构件2相对于上述轨道构件1的行走异常的振动，因此上述分析数据表示为大于阈值数据的强度程度。因此，能够根据分析数据与阈值数据的比较结果判断滚动导向装置出现了某种问题。

上述控制部39在将上述分析数据与上述阈值数据进行比较且判断该分析数据大于阈值数据时，将表示滚动导向装置出现了某种问题的警报输出到上述用户界面40。另外，也可以将上述判断结果输出到使用上述滚动导向装置的机床等机器中。此外，上述控制部39也可以构成为：在将上述分析数据与上述阈值数据进行比较且判断该分析数据与阈值数据大小相同时，将表示滚动导向装置的行走为正常的判断信号输出。

在本发明的状态诊断系统中，由于像这样将数据收集时间T设为上述滚动体6进入上述负载通道50的周期t的自然数倍，因此在实施该诊断系统时需要掌握上述周期t。在本实施方式中，由于上述接近传感器36会检测上述方向转换道52内各个滚动体6的通过，因此通过确认该接近传感器的输出信号，能够掌握前后移动的两个滚动体的通过间隔、即上述滚动体6进入上述负载通道50的周期t。

因此，通过上述控制部39基于上述接近传感器36的输出信号的变化而计算上述滚动体6的通过个数，能够对该控制部39任意设定上述周期t的自然数倍即数据收集时间T的长度。

此外，由于上述周期t唯一根据滚动体6在上述无限循环道内滚动的滚动速度、即上述移动构件2相对于上述轨道构件1移动的移动速度来决定，因此只要能够通过各种传感器掌握该移动构件2的移动速度，就无需使用上述接近传感器36的输出信号。例如，沿着上述轨道构件1设置线性刻度(linear scale)，并且在上述移动构件2上设置读取上述线性刻度的编码器，从而能够根据该编码器的输出信号来掌握上述移动构件2的移动速度，并据此掌握上述周期t。另外，在将滚动导向装置与滚珠螺杆装置进行组合而构成导向系统时，由于上述移动构件2相对于上述轨道构件1移动的移动速度依赖于驱动上述滚珠螺杆装置的电机的旋转速度，因此通过掌握该电机的旋转速度，或者通过从控制该电机旋转的上述导向系统的控制器得到上述移动构件2的移动速度，就能够掌握上述周期t。

在本发明中上述分析数据与预先储存在上述控制部39中的阈值数据的数据收集时间T必须相同，例如，若将上述分析数据的收集时间设为周期t的两倍(n＝2)，则阈值数据的收集时间也必须设为周期t的两倍。

如上述那样，当滚动导向装置出现问题时，上述移动构件2中会产生与该滚动导向装置正常工作时不同的振动。但是，当滚动导向装置出现问题时，除了上述移动构件的振动变化之外，还会产生与该滚动导向装置正常工作时不同的各种物理量的变化，如在使上述移动构件沿着上述轨道构件移动时的行走声音的变化或推力的变化、或者上述轨道构件上的上述移动构件的位移等。因此，也能够通过各种传感器检测如上所述的物理量的变化，并利用该检测信号来实施本发明的状态诊断。

例如，对与上述轨道构件1的长度方向正交的方向相关的上述移动构件2的微小位移进行检测的位移传感器、对在使上述移动构件2以定速移动时所需推力的变化进行检测的负载传感器、对驱动上述导向系统的滚珠螺杆装置的电机的通电电流进行检测的电流计、以及对在上述移动构件2沿着上述轨道构件1移动时的声音变化进行检测的麦克风等，只要是能够掌握在上述移动构件2与上述轨道构件相对移动时产生的物理量的变化的传感器，都可以用来代替上述振动传感器进行使用。

如以上说明的那样，在本发明的滚动导向装置的状态诊断系统中，利用传感器检测沿着上述轨道构件1移动的上述移动构件2的振动，并根据该传感器的输出信号判断滚动导向装置是否出现了某种问题。此时，由于将上述传感器的输出信号获取到作为信号处理部的控制部39中的数据收集时间T设定为上述滚动体6进入上述负载通道50的周期t以上，因此能够在考虑到该滚动体6进出上述负载通道50时产生的振动的基础上，诊断出滚动导向装置出现问题。

由此，能够确切判断上述移动构件2的负载滚行面23或上述轨道构件1的滚行面11是否发生了剥落等某种破损、或者滚动体6的润滑状态是否不良，并且能够将使用该滚动导向装置的各种工业机械的工作维持在最佳状态。

此外，使用附图说明的实施方式的滚动导向装置是上述轨道构件1铺设在固定部上的类型，但本发明也可适用于轨道构件形成为棒轴状且仅其两端被固定部支持的类型的滚动导向装置，例如滚珠花键装置或滚珠螺杆装置等。

Claims (4)

1.一种滚动导向装置的状态诊断系统，该滚动导向装置具备：多个滚动体(6)；轨道构件(1)，其沿着长度方向具有所述滚动体的滚行面；以及移动构件(2)，其通过所述滚动体而组装在所述轨道构件上并且具有由所述滚动体的负载通道(50)及连接该负载通道的两端的无负载通道构成的该滚动体的无限循环道(5)，所述滚动导向装置的状态诊断系统的特征在于：

具备：

传感器(35)，其检测所述移动构件(2)沿着所述轨道构件(1)移动时的物理量；

信号处理部，其处理所述传感器(35)的输出信号并输出分析数据；以及

判断处理部，其将所述分析数据与阈值数据进行比较并判断所述滚动导向装置有无异常；

在将前后在所述无限循环道(5)内移动的滚动体(6)从所述无负载通道进入所述负载通道(50)的周期设为t时，

所述信号处理部获取所述传感器的输出信号的数据收集时间T为T≥t。

2.如权利要求1所述的滚动导向装置的状态诊断系统，其特征在于，

所述信号处理部获取所述传感器(35)的输出信号的数据收集时间T为T＝nt，其中n为自然数。

3.如权利要求1所述的滚动导向装置的状态诊断系统，其特征在于，

检测所述移动构件(2)相对于所述轨道构件(1)移动的移动速度，并基于这些检测结果来掌握所述周期t。

4.如权利要求3所述的滚动导向装置的状态诊断系统，其特征在于，

使用安装在所述移动构件(2)上的接近传感器检测在所述无限循环道(5)内移动的滚动体(6)，并基于该检测结果来掌握所述周期t。