JP2010096541A - 損傷検査装置、方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運動機構の軌道体転走面に関し、短時間で作業者に依存しない損傷診断が可能な損傷検査装置、方法を提案する。
【解決手段】転動体転走面が形成される軌道体２１と、軌道体２１に沿って相対移動可能な移動体２２と、移動体２２に保持されて相対移動に用いられる複数の転動体と、を備えた運動機構２０における転動体転走面の損傷を検査する装置１であって、軌道体２１或いはその近傍に設置された加速度センサ３３，３４と、加速度センサ３３，３４の信号を処理する信号処理部４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、損傷検査装置、方法に関する。

例えばリニアガイドやボールスプライン等のように、軌道体と移動体と転動体とを備える運動機構においては、レール等の軌道体の転走面の損傷の有無を確認する際には、作業者が目視にて損傷の有無を確認する損傷診断が行われている。
特開２００２−２２６１７号公報

しかしながら、検査に長時間を要する、損傷評価にばらつきが発生する等の問題がある。そのため、転走面の損傷の有無の検査を自動化することが望まれている。

なお、特許文献１に記載の技術は、回転軸受が組み込まれた機械装置を分解することなく実稼動状態で回転軸受の異常診断を行う技術であって、高い精度が求められる運動機構の軌道体転走面の損傷診断には適さない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、運動機構の軌道体転走面に関し、短時間で作業者に依存しない損傷診断が可能な損傷検査装置、方法を提案することを目的とする。

本発明に係る損傷検査装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、転動体転走面が形成される軌道体と、前記軌道体に係合して前記軌道体に沿って相対移動可能な移動体と、前記移動体に保持されて前記相対移動に用いられる複数の転動体と、を備えた運動機構における前記転動体転走面の損傷を検査する装置であって、前記軌道体或いはその近傍に設置された加速度センサと、前記加速度センサの検出信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

また、前記信号処理部は、バンドパスフィルタを有し、特定の周波数帯域の検出信号を取得することを特徴とする。

第２の発明は、転動体転走面が形成される軌道体と、前記軌道体に係合して前記軌道体に沿って相対移動可能な移動体と、前記移動体に保持されて前記相対移動に用いられる複数の転動体と、を備えた運動機構における前記転動体転走面の損傷を検査する方法であって、前記軌道体或いはその近傍に設置された加速度センサと、前記加速度センサの検出信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部により特定の周波数帯域の検出信号を取得することを特徴とする。

本発明によれば、短時間で、作業者に依存しない損傷診断が可能な損傷検査装置、方法が得られる。

以下、本発明に係る損傷検査装置、方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る損傷検査装置１の実施形態を示す概略平面図である。
損傷検査装置１は、ねじ軸１１とナット１２とボール（不図示）からなるボールねじ１０と、ねじ軸１１を回転させてねじ軸１１に螺合するナット１２を往復運動させるサーボモータ１３と、を備える。

ねじ軸（軌道体）１１は、一端にカップリング１５を介してサーボモータ１３に連結されている。このサーボモータ１３は、不図示の制御部によって回転方向及び回転速度が制御される。

ねじ軸１１のカップリング１５と接続された端部近傍は、サポート軸受１６ａにより回転自在に支持される。一方、ねじ軸１１の他端は、サポート軸受１６ｂを介して床面に対して回転自在に支持されている。
そして、カップリング１５、サポート軸受１６ａは、サーボモータ１３の取付ブラケットを兼ねたサポートケース１７内に収納されている。そして、サポートケース１７は、床面に固定される。

ねじ軸１１には、ナット（移動体）１２が螺合しており、ねじ軸１１の長手方向に相対移動可能に構成されている。
更に、ナット１２には、移動テーブル１８が固定されており、この移動テーブル１８は、ねじ軸１１の延在方向に対して平行配置された一対の直線運動装置２０に沿って案内される。

図２は、本実施形態に係る損傷検査装置１の試験体である直線運動装置２０の一例を示す斜視図である。
直線運動装置２０は、ガイドレール２１と、このガイドレール２１に沿って移動可能な移動ブロック２２と、ガイドレール２１と移動ブロック２２との間に介在する複数のボール２６と、を有するリニアガイドである。

ガイドレール２１は、直線状の軌道レールから成り、両側面に転動体であるボール２６が転走するボール転走溝２１ａが形成されている。ガイドレール２１は、床面等の基台上に固定される。
ガイドレール２１に沿って移動する移動ブロック２２は、ボール転走溝２１ａと対向する面にボール２６が転走するボール転走溝が形成された移動ブロック本体２４と、不図示の転動体方向転換路が形成されるとともに移動ブロック本体２４の移動方向の前後端に固定された蓋体２５とから構成されている。

また、移動ブロック本体２４には、転動体方向転換路によって方向転換されたボール２６が通過する転動体戻り通路（不図示）が形成されている。そして、ボール転走溝２１ａとボール転走溝は、対となって負荷転動体転走路を形成し、転動体方向転換路、転動体戻り通路、転動体方向転換路の順に転動体循環路が形成される。

図１に戻り、損傷検査装置１は、直線運動装置２０のガイドレール２１に設置された第一加速度センサ３３、第二加速度センサ３４と、これらの第一，第二加速度センサ３３，３４の検出信号をそれぞれ処理する信号処理部４０と、を備えている。

第一加速度センサ３３は、ガイドレール２１のうち基準側ガイドレール２１Ａに設置（マグネット吸着）される。第二加速度センサ３４は、反基準側ガイドレール２１Ｂに設置（マグネット吸着）される。なお、ガイドレール２１Ａ，２１Ｂの近傍に設置してもよい。
第一加速度センサ３３，第二加速度センサ３４は、ガイドレール２１に発生する振動のうち、例えば１０ｋＨｚ以下の振動（音）を検出する。
第一加速度センサ３３，第二加速度センサ３４は、例えば一軸加速度センサであって、ガイドレール２１の延在方向に交差する方向（鉛直方向）の振動を検出する。

信号処理部４０は、アンプ、フィルタ及びＦＦＴ処理などが可能なデータレコーダからなる。そして、第一，第二加速度センサ３３，３４の検出信号（計測波形）を処理して、ｒｍｓ演算及びスペクトル演算等を行うことができる。

移動テーブル１８（移動ブロック２２）をガイドレール２１（２１Ａ，２１Ｂ）の延在方向に沿って移動させることで、第一，第二加速度センサ３３，３４の検出信号を取得する。
ガイドレール２１のボール転走溝２１ａに傷等の損傷が存在すると、傷等の損傷部分上をボール２６が転動する際に、正常時とは異なった振動（音）が発生するので、この振動を第一，第二加速度センサ３３，３４の検出信号として取得する。

表１は、第一，第二加速度センサ３３，３４と信号処理部４０の一覧である。

表２及び表３は、計測条件である。

移動テーブル１８（移動ブロック２２）のストロークは３５０ｍｍである。移動テーブル１８の移動速度（最高速度）は、５００、９００、１４００ｍｍ／ｓｅｃの３種類にて測定を行った。

計測波形と評価に使用した演算処理は以下の通りである。
計測波形は、停止時間を含む片側ストロークの信号を計測する。アンプのゲインによる補正を除くために、計測電圧をゲインで割ったセンサ出力換算値を採用している。
すなわち、センサ出力電圧＝計測電圧／ゲイン
である。

ｒｍｓ（Root Mean Square：二乗平均平方根）演算は、計測波形から、表３に示す区間を抜き取り、抜き取った波形でｒｍｓ演算を実施する。すなわち、加速度センサの信号でフィルタ処理をしているが、この場合、計測波形にＩＩＲフィルタをかけてから、表３に示す区間を抜き取っている。

スペクトル演算は、計測波形に対して、２０００ポイントの区間で分割し、各々のスペクトルを平均化している。

損傷検査装置１の試験体として、予め損傷度合いの異なる６対の直線運動装置２０（Ｎｏ．０〜Ｎｏ．５）を用意した。
ここで、Ｎｏ．０は損傷のない新品の直線運動装置２０である。そして、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５に従って、損傷度合いが大きくなっている。

図３、図４は、第一加速度センサ３３，第二加速度センサ３４の信号のｒｍｓ強度と損傷度合いとの関係を示す図である。図３は第一加速度センサ３３（基準側ガイドレール２１Ａ）、図４は第二加速度センサ３４（反基準側ガイドレール２１Ｂ）の結果を示す。
ここで、損傷度合い（level）は、任意にてレベル分けを行っている。
アンプのフィルタが５Ｈｚ−１０ｋＨｚであり、この周波数範囲において、損傷度合いがレベル２までは、ほとんど強度に変化がないが、損傷度合いがレベル３以上になると、損傷度合いに応じて、信号強度が大きくなる。

図５、図６、図７は、第一加速度センサ３３（基準側ガイドレール２１Ａ）の信号の周波数特性を示す図である。図５は移動テーブル１８の移動速度が５００ｍｍ／ｓｅｃ、図６は９００ｍｍ／ｓｅｃ、図７は１４００ｍｍ／ｓｅｃの場合を示す。
なお、周波数の演算に用いた波形は、停止時間を含む波形であり、絶対強度とはならない（相対比較は可能）。
レベル３以上で損傷度合いの大きさに依存して１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度の周波数範囲の強度が徐々に大きくなっている。この周波数帯域は駆動速度で周波数は変化しない。

図８、図９、図１０は、第二加速度センサ３４（反基準側ガイドレール２１Ｂ）の信号の周波数特性を示す図である。図８は移動テーブル１８の移動速度が５００ｍｍ／ｓｅｃ、図９は９００ｍｍ／ｓｅｃ、図１０は１４００ｍｍ／ｓｅｃの場合を示す。
なお、周波数の演算に用いた波形は、停止時間を含む波形であり、絶対強度とはならない（相対比較は可能）。
レベル３以上で損傷度合いの大きさに依存して１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度の周波数範囲の強度が大きくなっている。この周波数帯域は駆動速度で周波数は変化しない。このことから、損傷度合いの大きいものは、１ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数を評価すればよいことが分かる。

図１１、図１２は、第一加速度センサ３３，第二加速度センサ３４の信号をフィルタリングした後のｒｍｓ強度を示す図である。図１１は第一加速度センサ３３（基準側ガイドレール２１Ａ）、図１２は第二加速度センサ３４（反基準側ガイドレール２１Ｂ）の結果を示す。
フィルタ条件：ＢＷ５次、ＨＰＦ＝１ｋＨｚ、ＬＰＦ＝４ｋＨｚ
計測波形をフィルタ処理した後の信号強度で比較すると、フィルタを使用しない場合に比べて、容易に損傷度合いの大きさの診断が可能である。

以上、説明したように、本願発明に係る損傷検査装置、方法によれば、短時間で、作業者に依存しない損傷診断が可能となる。
ガイドレール２１又は移動テーブル１８のいずれかに加速度センサ３３，３４を設置することで、損傷度合いの診断が可能になる。特に、診断の精度を向上させるために、特定の周波数帯域のバンドパスフィルタを使用することが望ましい。
そして、計測波形をフィルタ処理した後の信号強度が所定の閾値を超えるか否かを判定することで、損傷度合いの診断を的確に行うことができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

試験体としての運動機構としては、直線運動装置２０に限らない。ボールスプライン、ローラスプライン、ボールねじ等であってもよい。

移動テーブル１８（移動ブロック２２）を移動させる駆動手段としては、モータとボールねじからなる駆動機構に限らない。リニアモータの方が好ましい。

本発明に係る損傷検査装置１の実施形態を示す概略平面図である。 試験体である直線運動装置２０の一例を示す斜視図である。 第一加速度センサ３３のｒｍｓ強度と損傷度合いの関係を示す図である。 第二加速度センサ３４のｒｍｓ強度と損傷度合いの関係を示す図である。 第一加速度センサ３３の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：５００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第一加速度センサ３３の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：９００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第一加速度センサ３３の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：１４００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第二加速度センサ３４の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：５００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第二加速度センサ３４の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：９００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第二加速度センサ３４の信号の周波数特性を示す図（移動テーブル１８の移動速度：１４００ｍｍ／ｓｅｃ）である。 第一加速度センサ３３の信号をフィルタリングした後のｒｍｓ強度を示す図である。 第二加速度センサ３４の信号をフィルタリングした後のｒｍｓ強度を示す図である。

符号の説明

１…損傷検査装置、 １８…移動テーブル、 ２０…直線運動装置（運動機構）、 ２１…ガイドレール（軌道体）、 ２１ａ…ボール転走溝（転動体転走面）、 ２２…移動ブロック（移動体）、 ２６…ボール、 ３３…第一加速度センサ、 ３４…第二加速度センサ、 ４０…信号処理部

Claims (3)

1. 転動体転走面が形成される軌道体と、前記軌道体に係合して前記軌道体に沿って相対移動可能な移動体と、前記移動体に保持されて前記相対移動に用いられる複数の転動体と、を備えた運動機構における前記転動体転走面の損傷を検査する装置であって、
   前記軌道体或いはその近傍に設置された加速度センサと、
   前記加速度センサの検出信号を処理する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする損傷検査装置。
2. 前記信号処理部は、バンドパスフィルタを有し、特定の周波数帯域の検出信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の損傷検査装置。
3. 転動体転走面が形成される軌道体と、前記軌道体に係合して前記軌道体に沿って相対移動可能な移動体と、前記移動体に保持されて前記相対移動に用いられる複数の転動体と、を備えた運動機構における前記転動体転走面の損傷を検査する方法であって、
   前記軌道体或いはその近傍に設置された加速度センサと、
   前記加速度センサの検出信号を処理する信号処理部と、
   を備え、
   前記信号処理部により特定の周波数帯域の検出信号を取得することを特徴とする損傷検査方法。

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