JP6841558B2 - 転がり案内装置の状態診断システム及び状態診断方法 - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械や各種搬送装置等の産業機械の直線案内部あるいは曲線案内部に利用される転がり案内装置に適用され、当該転がり案内装置の状態の良否を機械的に判断するための状態診断システム及び状態診断方法に関する。
従来、この種の転がり案内装置は、長手方向に沿って転動体の転走面が形成された軌道部材と、前記転走面を転走する多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に当該軌道部材に沿って往復動自在な移動部材とを備えている。前記移動部材は転動体が荷重を負荷しながら転走する負荷転走面を有しており、当該負荷転走面は前記軌道部材の転走面と対向することにより前記転動体の負荷通路を構成している。また、前記移動部材は前記負荷通路の一端から他端へ転動体を循環させる無負荷通路を有しており、前記負荷通路及び前記無負荷通路が連続することによって前記転動体の無限循環路が構成されている。これにより、前記移動部材は前記軌道部材に沿ってストロークを制限されることなく移動することが可能となっている。
転がり案内装置の製品寿命は主に前記軌道部材の転走面や前記移動部材の負荷転走面の疲労に左右される。しかし、当該転走面や負荷転走面、更にはそこを転動するボールやローラといった転動体が潤滑剤によって適切に潤滑されていない場合や過大な荷重を受けた場合には、前記転走面や負荷転走面のフレーキングが早期に発生してしまい、転がり案内装置の製品寿命が短命化してしまう可能性がある。また、転がり案内装置の用途は様々であり、特殊な異物が軌道部材に降りかかる環境や、極めて高温又は低温の環境下での使用等、当該用途における使用環境や負荷荷重等（以下、「使用条件」という）によって転走面等の疲労の進行は影響を受けざるを得ない。
従って、転がり案内装置にその本来の性能を発揮させると共にその製品寿命を全うさせるためには、当該転がり案内装置の動作状況を各種センサによって逐次検出し、検出した内容に基づいて時々刻々と変化する転がり案内装置の状態を把握できることが望ましい。
例えば回転軸受においては、特許文献１に示されるように、センサを用いて回転軸受の回転動作時の音、振動又はアコースティックエミッションを検出し、当該センサの出力信号を分析した後、その分析結果を所定の基準データと比較して前記回転軸受の異常の有無を判定する診断システムが提案されている。
特開２００４−９３２５６
しかし、前記転がり案内装置では長尺な軌道部材に沿って移動部材が運動することから、前記センサの検出信号から当該転がり案内装置に異常が発生したことは把握できても、前記軌道部材又は前記移動部材のいずれに異常が発生しているかを見極めることができなかった。
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、転がり案内装置に装着されたセンサを用いて、当該転がり案内装置の軌道部材の転走面又は移動部材の負荷転走面の状態を適切に把握することが可能な状態診断システム及び状態診断方法を提供することにある。
すなわち、本発明は転がり案内装置の状態診断システムに関するものであり、当該転がり案内装置は、多数の転動体と、長手方向に沿って前記転動体の転走面を有する軌道部材と、前記転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に、前記転動体の負荷通路及び当該負荷通路の両端を連結する無負荷通路からなる当該転動体の無限循環路を有する移動部材とを備えている。この状態診断システムは、前記移動部材が前記軌道部材に沿って移動している際の物理量を検出するセンサと、前記センサの出力信号を所定時間だけ取り込んで分析データを生成すると共に、前記分析データを閾値データと比較し、当該比較結果に応じて前記転がり案内装置の異常の有無を判定して、当該判定結果を出力する診断処理部とを備えている。前記診断処理部は、データ収集時間Ｔ１だけ前記センサの出力信号を取り込んで第一の分析データを生成し、当該第一の分析データを第一の閾値データと比較する第一処理モードと、前記データ収集時間Ｔ１よりも長いデータ収集時間Ｔ２だけ前記センサの出力信号を取り込んで第二の分析データを生成し、当該第二の分析データを第二の閾値データと比較する第二処理モードとを備えている。そして、前記診断処理部は、前記第一処理モードによる比較結果と前記第二処理モードによる比較結果の組み合わせから、前記転がり案内装置の異常の有無が前記軌道部材又は前記移動部材のいずれに起因しているかを判定し、当該判定結果を出力する。
また、本発明の転がり案内装置の状態診断方法は、データ収集時間Ｔ１だけ前記センサの出力信号を取り込んで第一の分析データを生成し、当該第一の分析データと第一の閾値データを比較する第一のステップと、前記第一の分析データが前記第一の閾値データよりも大きい場合に、前記データ収集時間Ｔ１よりも長いデータ収集時間Ｔ２だけ前記センサの出力信号を取り込んで第二の分析データを生成し、当該第二の分析データと第二の閾値データを比較する第二のステップと、前記第二の分析データが前記第二の閾値データ以下の場合には前記軌道部材の異常を示す信号を出力する第三のステップと、を備えている。
本発明によれば、転がり案内装置に装着されたセンサを用いて、当該転がり案内装置の軌道部材の転走面又は移動部材の負荷転走面の状態を適切に把握することができ、前記軌道部材又は前記移動部材のいずれに異常が発生しているかを見極めることが可能となる。
本発明を適用可能な転がり案内装置の第一実施形態を示す斜視図である。 ボールの無限循環路の構成を示す断面図である。 本発明の状態診断システムの構成の一例を示すブロック図である。 転がり案内装置の状態診断の基本的な処理手順を示すフローチャートである。 振動センサの出力信号の一例を示す図であり、信号波形（ａ）は転がり案内装置の動作が正常である場合を、信号波形（ｂ）は転がり案内装置の動作に不具合がある場合を示している。 振動センサの出力信号のデータ収集時間Ｔ０が周期ｔよりも小さい場合を説明する図である。 第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１が周期ｔと同じ場合を説明する図であり、転がり案内装置の動作が正常である場合を示している。 第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１が周期ｔと同じ場合を説明する図であり、転がり案内装置の動作に不具合がある場合を示している。 振動センサの出力信号と第二処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ２との関係を示す図であり、信号波形（ａ）は軌道部材の一部分に破損個所がある場合を、信号波形（ｂ）は移動部材に不具合がある場合を示している。 本発明の状態診断方法の処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を用いながら本発明の転がり案内装置の状態診断システム及び状態診断方法を詳細に説明する。
図１は本発明を適用した転がり案内装置の一例を示す斜視図である。この転がり案内装置は、直線状に延びる軌道部材１と、転動体としての多数のボールを介して前記軌道部材１に組付けられた移動部材２とから構成されており、各種機械装置の固定部に前記軌道部材１を敷設し、前記移動部材２に対して各種の可動体を搭載することで、かかる可動体を軌道部材１に沿って往復移動自在に案内することができるようになっている。
前記軌道部材１は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道部材１には長手方向に所定の間隔をおいて上面から底面に貫通するボルト取付け孔１２が複数形成されており、これらボルト取付け孔１２に挿入した固定ボルトを用いて、当該軌道部材１を固定部に対して強固に固定することができるようになっている。前記軌道部材１の左右両側面には転動体の転走面１１が２条ずつ設けられ、軌道部材全体としては４条の転走面１１が設けられている。尚、前記軌道部材１に設けられる転走面１１の条数はこれに限られるものではない。
一方、前記移動部材２は、大きく分けて、金属製の本体部材２１と、この本体部材２１の移動方向の両端に装着される一対の合成樹脂製の蓋体２２Ａ，２２Ｂとから構成されている。この移動部材２は前記軌道部材１の各転走面１１に対応してボールの無限循環路を複数備えている。また、前記蓋体２２Ａ，２２Ｂには前記移動部材２と軌道部材１との隙間を密閉するシール部材４が固定されており、軌道部材１に付着した塵芥などが前記無限循環路の内部に侵入するのを防止している。尚、図１は前記本体部材２１に装着される一対の蓋体２２Ａ，２２Ｂのうち、一方の蓋体２２Ｂを前記本体部材２１から取り外した分解状態を示している。
図２は前記無限循環路を示す断面図である。同図に示すように、無限循環路５は、負荷通路５０、戻し通路５１及び一対の方向転換路５２を有している。前記移動部材２を構成する本体部材２１には、前記軌道部材１の転走面１１と対向する負荷転走面２３が形成されており、転動体６は荷重を負荷しながら軌道部材１の転走面１１と本体部材２１の負荷転走面２３との間を転がる。前記無限循環路５のうち、このように転動体６が荷重を負荷しながら転動している通路部分が前記負荷通路５０である。また、前記本体部材２１には前記負荷通路５０と平行に前記戻し通路５１が形成されている。この戻し通路５１は、通常、前記本体部材２１を貫通して設けられており、その内径は転動体６の直径よりも僅かに大きく設定されている。これにより、転動体６は荷重を負荷することなく前記戻し通路内を転動する。
前記方向転換路５２は一対の蓋体２２Ａ，２２Ｂに設けられている。これら蓋体２２Ａ，２２Ｂは前記本体部材２１を挟むようにして当該本体部材２１の端面に固定されており、各蓋体２２Ａ，２２Ｂの方向転換路５２は前記負荷通路５０の端部と前記戻し通路５１の端部とを接続し、これらの間で転動体６を往来させている。
従って、前記本体部材２１に対して一対の蓋体２２Ａ，２２Ｂを固定すると、転動体６の無限循環路５が完成する。この無限循環路５において転動体６が荷重を負荷しながら転動するのは、前記本体部材２１の負荷転走面２３と前記軌道部材１の転走面１１とが対向して形成された負荷通路５０のみである。一方、前記戻し通路５１と前記方向転換路５２では前記転動体は荷重を負荷しておらず、これら戻し通路５１と方向転換路５２が無負荷通路を構成している。
尚、図を用いて説明した実施形態の転がり案内装置では転動体６としてボールを使用していたが、ローラを使用した転がり案内装置に本発明を適用することもできる。
図１に示すように、前記軌道部材１の長手方向の端部には振動センサ３５が固定されている。この振動センサ３５としては加速度センサを用いることができる。当該振動センサ３５は前記移動部材と前記軌道部材とが相対的に移動する際に発生する振動を検出するものであり、例えば前記軌道部材ではなく、前記移動部材の本体部材に対して固定してもよい。
一方、前記蓋体２２Ｂの外側には近接センサ３６が固定されている。この近接センサ３６は前記蓋体２２Ｂに設けられた方向転換路５２に重なる位置で当該蓋体に固定されており、前記方向転換路５２内における個々の転動体６の通過を検出する。前記蓋体２２Ｂは合成樹脂製であり、前記転動体６は金属製なので、誘導型又は静電容量型の近接センサを用いて前記転動体６の存在を検出することができる。尚、図１に示した例では、前記蓋体２２Ｂに設けられた四個所の方向転換路５２のうち、その一箇所に対応してのみ前記近接センサ３６を設けているが、各方向転換路５２に対応して複数の近接センサ３６を設けても差し支えない。
図３は前記振動センサ３５及び近接センサ３６を用いた転がり案内装置の状態診断システムの構成を示すブロック図である。前記振動センサ３５及び近接センサ３６の出力信号はＡ／Ｄ変換器を介して診断処理部３９に入力される。前記診断処理部３９はＲＡＭ及びＲＯＭを内蔵したマイクロコントローラによって実現される。前記診断処理部３９は予めＲＯＭに格納された診断プログラムを実行し、診断結果に応じた判定信号を出力する。前記診断処理部３９が出力する判定信号は警報機、又はディスプレイ等のユーザーインターフェース４０に出力される。
前記振動センサ３５は、前記移動部材２が前記軌道部材１に沿って移動する際の振幅を検出してそれを出力する。前記診断処理部３９は前記振動センサ３５の出力信号を取り込んで処理し、振動の強度レベルを示す分析データを生成する。また、前記診断部３９のＲＯＭには前記転がり案内装置が正常に動作している場合の振動の強度レベルを示す閾値データが予め記録されており、当該診断処理部３９は生成された前記分析データを前記ＲＯＭから読みだした閾値データと比較し、その比較結果から前記転がり案内装置の動作に何らかの不具合が生じているか否かを判断する。
図４は前記診断処理部３９において転がり案内装置の異常の有無を判断する際の基本的な処理手順を示すフローチャートである。前記診断処理部３９は前記振動センサ３５が出力するアナログ信号を所定のサンプリング周波数に基づいて、所定のデータ収集時間Ｔだけ取り込む（Ｓ１）。前記データ収集時間Ｔの間に取り込んだ複数の瞬時値はＲＭＳ（二乗平均平方根）処理されることによって、データ収集時間Ｔにおける代表値を示す分析データとなる（Ｓ２）。この分析データは当該データ収集時間Ｔにおける振動の強度レベルを示している。前記分析データと比較される前記閾値データは、例えば前記軌道部材１を各種機械装置の固定部に敷設した当初等、前記転がり案内装置が正常に動作している状態で前記分析データと同じ処理によって生成され、前記分析データとの対比を容易なものにすべく任意の重みづけをされた後に、前記診断処理部３９のＲＯＭに格納されている。従って、前記閾値データを読み出し（Ｓ３）、当該閾値データと前記分析データを比較することにより、前記軌道部材１上における前記移動部材２の走行に異常な振動が含まれているか否かを判断することができる（Ｓ４）。この判断の結果、前記分析データの値が前記閾値データよりも大きいのであれば、前記軌道部材１上における前記移動部材２の走行に異常な振動が含まれることになり、前記診断処理部３９は前記ユーザーインターフェース４０に対して異常を知らせる信号を発報する（Ｓ５）。
図４に示す基本的な診断処理手順では、転がり案内装置に何らかの異常が存在することを把握できるが、その異常が前記軌道部材１に起因しているのか、又は前記移動部材２に起因しているのかを切り分けることはできない。そのため、前記診断処理部３９は前記データ収集時間Ｔの異なる第一処理モード及び第二処理モードを組み合わせ、前記第一処理モード及び第二処理モードでのそれぞれの判断結果の組み合わせに応じて、前記軌道部材１又は前記移動部材２のどちらに異常が存在するのかを判定している。各処理モードにおける分析データの生成、当該分析データと閾値データの比較といった処理内容は同じであるが、前記第一処理モードと前記第二処理モードでは前記振動センサ３５の出力信号を取り込むデータ収集時間Ｔが異なっている。
前記第一処理モードにおけるデータ収集時間はＴ１であり、前記第一処理モードではデータ収集時間Ｔ１における代表値を示す第一の分析データが生成される。この第一の分析データは第一の閾値データと比較される。また、前記第二処理モードにおけるデータ収集時間はＴ２であり、データ収集時間Ｔ２はデータ収集時間Ｔ１よりも長く設定されている。前記第二処理モードではデータ収集時間Ｔ２における代表値を示す第二の分析データが生成され、この第二の分析データは第二の閾値データと比較される。
前記第一処理モードは前記転がり案内装置の何らかの異常が存在することを確認するためのモードである。以下に、前記第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１の決め方について説明する。
図５は前記振動センサ３５の出力信号の波形を模式的に示した図であり、横軸は時間である。同図中の信号波形（ａ）は、前記移動部材２の負荷転走面２３や前記軌道部材１の転走面１１に破損がなく、且つ、前記転動体６の潤滑状態が正常な場合、すなわち転がり案内装置が正常に動作している場合の出力信号の波形を示している。転がり案内装置が正常に動作している場合、前記振動センサ３５の出力信号には略同じ大きさの振動の変化が周期ｔで定期的に記録されている。この周期ｔの振動の変化は、前記転動体６が方向転換路５２から負荷通路５０に進入する際に生じている。前記転動体６が負荷通路５０に進入する際、当該転動体６は前記軌道部材１の転走面１１と前記移動部材２の負荷転走面２３の双方に強く接触して荷重の負荷状態となり、そのときに振動が発生していると考えられる。このため、個々の転動体６が負荷通路５０に進入する度に大きな振動の変化が記録されている。
一方、図５中の信号波形（ｂ）は、前記移動部材２の負荷転走面２３や前記軌道部材１の転走面１１にフレーキング等の何らかの破損が生じ、あるいは転動体６の潤滑状態が不良な場合、すなわち転がり案内装置の動作に何らかの不具合が生じている場合の出力信号の波形を示している。この場合、前記振動センサ３５の出力信号には信号波形（ａ）に示した定期的な振動の変化に対して不定期な振動の変化が混ざって記録されている。
図５中の信号波形（ａ）に示したように、前記転がり案内装置が正常に動作している状態では、前記負荷通路に対する前記転動体の進入に起因する振動が周期ｔで繰り返し発生し、前記振動センサの出力信号に記録されている。このため、前記振動センサの出力信号を取り込むデータ収集時間が前記周期ｔよりも短く設定されている場合には、前記転がり案内装置が正常に動作している状態でも、分析データの示す振動の強度レベルの大きさが極端に異なってしまう場合がある。
例えば、図６に示すように周期ｔに比べて短いデータ収集時間Ｔ０を用いた場合、データ収集時間の長さは同じだが、データ収集の開始時間が異なるフレームａ１とフレームａ２では、前記転動体６が負荷通路５０に進入する際の振動を含むか否かに応じて、分析データの示す振動の強度レベルが異なってしまう。すなわち、分析データはデータ収集の開始時間に応じてばらつきが大きいものとなるため、これら分析データを閾値データと比較しても、前記転がり案内装置が正常に動作しているか否かを判断することは不可能である。
ここで、前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入に起因する振動の発生周期をｔとして、前記第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１＝ｔに設定すると、図７に示すように、データ収集の開始時間が異なるフレームＡ１とフレームＡ２は必ず前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入に起因する振動を含むことになる。このため、前記転がり案内装置が正常に動作している状態では、フレームＡ１及びフレームＡ２のそれぞれと関連付けられた前記分析データは略同じ強度レベルを示すものとなる。前記転がり案内装置が正常に動作している状態なので、この際の強度レベルは前記閾値データのそれと同じである。
このように、前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入に起因する振動の発生周期ｔを把握し、第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１＝ｔに設定すると、当該第一処理モードで得られた第一の分析データを第一の閾値データと正しく比較して、その差異から前記転がり案内装置が正常に動作しているか否かを判断することが可能となる。図８に示すように、転がり案内装置の動作に何らかの不具合が生じている場合、前記データ収集時間Ｔ１＝ｔとなる条件下で生成された第一の分析データは、前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入に起因する振動の他に、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の走行異常に起因する振動を含むので、前記第一の分析データは第一の閾値データよりも大きい強度レベルを示すことになる。このため、第一の分析データと第一の閾値データとの比較結果から、転がり案内装置に何らかの不具合が発生していると判断することができる。
この第一処理モードの実施にあたっては前記周期ｔを把握する必要がある。本実施形態では前記近接センサ３６が前記方向転換路５２内における個々の転動体６の通過を検出しているので、当該近接センサの出力信号をチェックすることで前後する２個の転動体の通過間隔、すなわち前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入周期ｔを把握することができる。
また、前記周期ｔは前記無限循環路内における転動体６の転動速度、すなわち前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度ｖによって一義的に決定するので、当該移動部材２の移動速度ｖを各種センサによって把握することができれば、前記近接センサ３６の出力信号を用いる必要はない。例えば、前記軌道部材１に沿ってリニアスケールを設けると共に前記移動部材２には前記リニアスケールを読み取るエンコーダを設け、当該エンコーダの出力信号から前記移動部材２の移動速度ｖを把握し、そこから前記周期ｔを把握することができる。また、転がり案内装置とボールねじ装置を組み合わせて案内システムを構築する場合には、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度ｖは前記ボールねじ装置を駆動するモータの回転速度に依存しているので、当該モータの回転速度を把握し、あるいは当該モータの回転を制御している前記案内システムのコントローラから前記移動部材２の移動速度ｖを取得することで前記周期ｔを把握することができる。
一方、前記第二処理モードは転がり案内装置に発生した不具合が前記軌道部材又は前記移動部材のいずれに起因しているのかを切り分けるためのモードである。以下に、前記第二処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ２の決め方について説明する。
図９の信号波形（ａ）は、前記移動部材２の負荷転走面２３には破損が生じていないが、前記軌道部材１の転走面１１の一部にフレーキング等の何らかの破損が生じている場合の、前記振動センサ３５の出力信号の波形を示している。この場合、前記移動部材２の負荷通路５０を転動する個々の転動体６が前記軌道部材１の破損発生個所を通過するたびに、前記振動センサ３５の出力信号の波形は変化する。この軌道部材１の破損発生個所に起因した振動の変化は、前記移動部材２の負荷通路５０が前記軌道部材１上の破損個所を通過している時間Ｔｂだけ発生することになり、当該負荷通路５０が破損個所を通過してしまえば発生することはない。この時間Ｔｂは、前記移動部材２の負荷通路５０の長さをＬ１、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度をｖとした場合、Ｔｂ＝Ｌ１／ｖと表現することができる。尚、移動速度ｖは前記近接センサ３６の出力信号の出力間隔等から把握することができる。
これに対して、図９中の信号波形（ｂ）に示すように、前記軌道部材１の転走面１１には破損が生じていないが、前記移動部材２の負荷転走面２３の一部にフレーキング等の何らかの破損が生じている場合、前記転動体６が前記負荷転走面２３の破損個所を通過する度に振動センサ３５の出力信号の波形には変化が記録され、前記移動部材２が前記軌道部材１に沿って移動している間は、同じ波形が繰り返し生じることになる。
これらの点を踏まえ、前記第二処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ２は、前記移動部材２の負荷通路５０が前記軌道部材１上の破損個所を通過する時間Ｔｂよりも大きく設定している。すなわち、図９に示すように、Ｔ２＞Ｔｂである。
前記診断処理部３９が生成する分析データは、所定のデータ収集時間に出力された振動センサ３５の信号をＲＭＳ（二乗平均平方根）処理した値である。従って、前記第二処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ２をＴ２＞Ｔｂに設定すると、図９に示す信号波形の比較から明らかなように、前記移動部材２の負荷転走面２３に破損が存在する場合（図９の信号波形（ｂ））に生成される分析データは、前記軌道部材１の転走面１１の一部に破損が存在する場合（図９の信号波形（ａ））に生成される分析データよりも確実に大きくなる。データ収集時間Ｔ２と前記移動部材２の通過時間Ｔｂとの差異を明確にするという観点からは、前記データ収集時間Ｔ２はＴ２≧Ｔｂ＋ｔであることが好ましい。
また、データ収集時間Ｔ２が前記移動部材２の通過時間Ｔｂに比べて大きくなるほど、これら分析データの値の差は拡がることになる。前記データ収集時間Ｔ２の最大値は、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の一方向への最大移動時間ｔｗであり、当該移動部材２のストローク長をＬｗ、移動速度をｖとした場合、Ｔ２≦ｔｗ＝Ｌｗ／ｖである。
前記第二処理モードにおいて生成された第二の分析データと比較する第二の閾値データは、図９の信号波形（ａ）又は（ｂ）を区別することができる程度の大きさで任意に設定することができ、データ収集時間Ｔ２が前記移動部材２の通過時間Ｔｂに比べて十分に大きければ、信号波形（ａ）に対応する分析データと信号波形（ｂ）に対応する分析データとの差は拡がるので、その分だけ第二処理モードにおける第二の閾値データは容易に設定することができる。また、前記第二の閾値データは前記転がり案内装置が正常に動作している状態で取得した前記第一の閾値データの値と異なったものであっても良いし、同じものであってもよい。
尚、以上の説明では前記第一処理モードにおけるデータ収集時間Ｔ１について、Ｔ１＝ｔに設定した例を説明したが、Ｔ１＝ｎｔ（ｎは自然数）であっても良い。但し、データ収集時間Ｔ１は第二処理モードについて説明した前記移動部材２の通過時間Ｔｂ以下（Ｔ１≦Ｔｂ）でなくてはならない。
図１０は前記状態診断システムによって実施される状態診断方法の一例を示すフローチャートであり、前記第一処理モード及び前記第二処理モードが組み合わされている。
この診断方法において、前記診断処理部３９は先ず前記第一処理モードを実施する（Ｍ１１）。この第一処理モードは図４に示す診断処理のＳ１〜Ｓ３に相当し、データ収集時間Ｔ１に対応した第一の分析データが生成される。生成された第一の分析データは第一の閾値データと比較される（Ｍ１２）。比較の結果、第一処理モードで得られた第一の分析データが第一の閾値データよりも大きいのであれば、前記軌道部材１の転走面１１又は前記移動部材２の負荷転走面２３のいずれかに破損が生じていることが懸念され、この場合に前記診断処理部３９は前記第一処理モードに引き続いて前記第二処理モードを実行する（Ｍ２１）。また、第一処理モードで得られた第一の分析データが第一の閾値データと同等あるいはそれよりも小さいのであれば、前記軌道部材１の転走面１１又は前記移動部材２の負荷転走面２３のいずれにも破損が生じていないと考えられ、前記診断処理部３９は診断方法を終了する。
前記第二処理モードは図４に示す診断処理のＳ１〜Ｓ３に相当し、データ収集時間Ｔ２に対応した第二の分析データが生成される。生成された第二の分析データは第二の閾値データと比較される（Ｍ２２）。比較の結果、第二処理モードで得られた第二の分析データが第二の閾値データよりも小さいのであれば、前記軌道部材１の転走面１１の一部にフレーキング等の破損が生じていると考えられ、前記診断処理部３９は前記ユーザーインターフェース４０に対して前記軌道部材１の異常を知らせる信号を発報する（Ｍ２３）。
これに対し、第二処理モードで得られた第二の分析データが第二の閾値データよりも大きいのであれば、前記移動部材２の負荷転走面２３にフレーキング等の破損が生じていると考えられ、前記診断処理部３９は前記ユーザーインターフェース４０に対して前記移動部材２の破損を知らせる異常信号を発報する（Ｍ２４）。尚、前記軌道部材１の転走面１１に対してフレーキング等の破損が広範囲にわたって発生している場合も、前記振動センサの出力信号は図９の信号波形（ｂ）のようになり、第二処理モードで得られた第二の分析データが第二の閾値データよりも大きくなる。しかし、前記軌道部材１の転走面１１の破損の主な要因は転動体６の転がりによる金属疲労であり、破損が前記転走面１１の全域に一度に生じるとは考えにくい。従って、転がり案内装置の累積使用時間が少ないのであれば、前記第二の分析データが前記第二の閾値データよりも大きくなる原因は、前記移動部材２の負荷転走面２３の破損であると判断することができる。
前記診断処理部３９は前記ユーザーインターフェース４０に対して異常を知らせる信号を発報する以外に、前記転がり案内装置を使用する工作機械等の機器に対して前記判断結果を出力するようにしてもよい。更に、前記診断処理部３９は前記第一処理モードにおいて第一の分析データを前記第一の閾値データと比較し、当該第一の分析データが第一の閾値データと同等あるいはそれよりも小さいと判断した場合には、転がり案内装置の走行が正常であることを示す判定信号を前記ユーザーインターフェース４０に対して出力するように構成してもよい。
前述のように、転がり案内装置に不具合が発生した際には、当該転がり案内装置が正常に動作している場合とは異なる振動が前記移動部材２に生じる。しかし、転がり案内装置に不具合が発生した場合には、前記移動部材２の振動の変化以外にも、前記軌道部材１に沿って前記移動部材２を移動させる際の走行音の変化や推力の変化、あるいは前記軌道部材１上における前記移動部材２の変位等、当該転がり案内装置が正常に動作している場合とは異なる様々な物理量の変化が生じる。従って、そのような物理量の変化を各種センサによって検出し、その検出信号を利用して本発明の状態診断を実施することも可能である。
例えば、前記軌道部材１の長手方向と直交する方向に関する前記移動部材２の微小変位を検出する変位センサ、前記移動部材２を定速で移動させる際に必要な推力の変化を検出するロードセル、前記案内システムのボールねじ装置を駆動するモータへの通電電流を検出する電流計、前記移動部材２が前記軌道部材１に沿って移動する際の音の変化を検出するマイクロフォン等、前記移動部材２と前記軌道部材とが相対的に移動した際に生じる物理量の変化を把握することが可能なセンサであれば、前記振動センサに代えて使用することが可能である。
以上説明してきたように、本発明の転がり案内装置の状態診断システム及び状態診断方法では、前記軌道部材１に沿って移動する前記移動部材２の振動をセンサで検出し、当該センサの出力信号から転がり案内装置に何らかの不具合が発生したか否かを判断している。その際、前記センサの出力信号を取り込む診断制御部３９はデータ収集時間が異なる第一処理モード及び第二処理モードを有しており、これら二つの処理モードでの判断結果を組み合わせることで、転がり案内装置の不具合原因が前記軌道部材１又は前記移動部材２のいずれに起因するのかを見極めることが可能となる。
尚、図を用いて説明した実施形態の転がり案内装置は、前記軌道部材１が固定部上に敷設されるタイプのものであったが、例えばボールスプライン装置やボールねじ装置など、軌道部材が棒軸状に形成されてその両端のみが固定部に支持されるタイプの転がり案内装置に適用することも可能である。
１…軌道部材、２…移動部材、５…無限循環路、６…転動体、２１…本体部材、３５…振動センサ、５０…負荷通路

Claims (5)

  1. 多数の転動体と、長手方向に沿って前記転動体の転走面を有する軌道部材と、前記転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に、前記転動体の負荷通路及び当該負荷通路の両端を連結する無負荷通路からなる当該転動体の無限循環路を有する移動部材と、を備えた転がり案内装置の状態診断システムであって、
    前記移動部材が前記軌道部材に沿って移動している際の物理量を検出するセンサと、
    前記センサの出力信号を所定時間だけ取り込み、取り込んだ複数の瞬時値を二乗平均平方根処理して代表値を示す分析データを生成すると共に、前記分析データを閾値データと比較し、当該比較結果に応じて前記転がり案内装置の異常の有無を判定して、当該判定結果を出力する診断処理部と、を備え、
    前記診断処理部は、
    前記無限循環路内で前後する転動体が前記無負荷通路から前記負荷通路に進入する周期ｔとした場合、データ収集時間Ｔ１をＴ１＝ｎｔ（ｎは自然数）として、前記データ収集時間Ｔ１だけ前記センサの出力信号を取り込んで第一の分析データを生成し、当該第一の分析データを第一の閾値データと比較する第一処理モードと、
    前記軌道部材に対する前記移動部材の移動速度をｖ、前記負荷通路の長さをＬ１とした場合、データ収集時間Ｔ２をＴ２＞Ｌ１／ｖとして、前記データ収集時間Ｔ２だけ前記センサの出力信号を取り込んで第二の分析データを生成し、当該第二の分析データを第二の閾値データ比較する第二処理モードと、を備え、
    前記第一処理モードによる比較結果と前記第二処理モードによる比較結果の組み合わせから、前記転がり案内装置の異常の有無が前記軌道部材又は前記移動部材のいずれに起因しているかを判定し、当該判定結果を出力することを特徴とする転がり案内装置の状態診断システム。
  2. 前記第一処理モードによる前記第一の分析データと前記第一の閾値データの比較結果から前記転がり案内装置に異常有りと判断した場合にのみ、前記第二処理モードによる前記第二の分析データと前記第二の閾値データの比較を行うことを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置の状態診断システム。
  3. 前記軌道部材に対する前記移動部材の移動速度を検出し、これら検出結果に基づいて前記周期ｔを把握することを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置の状態診断システム。
  4. 多数の転動体と、長手方向に沿って前記転動体の転走面を有する軌道部材と、前記転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に、前記転動体の負荷通路及び当該負荷通路の両端を連結する無負荷通路からなる当該転動体の無限循環路を有する移動部材と、を備えた転がり案内装置に適用され、
    前記移動部材が前記軌道部材に沿って移動している際に生じる物理量の変化をセンサによって所定時間だけ取り込み、取り込んだ複数の瞬時値を二乗平均平方根処理して代表値を示す分析データを生成し、当該分析データを閾値データと比較して前記転がり案内装置の異常の有無を判定する状態診断方法であって、
    前記無限循環路内で前後する転動体が前記無負荷通路から前記負荷通路に進入する周期ｔとした場合、データ収集時間Ｔ１をＴ１＝ｎｔ（ｎは自然数）として、前記データ収集時間Ｔ１だけ前記センサの出力信号を取り込んで第一の分析データを生成し、当該第一の分析データと第一の閾値データを比較する第一のステップと、
    前記第一の分析データが前記第一の閾値データよりも大きい場合に、前記軌道部材に対する前記移動部材の移動速度をｖ、前記負荷通路の長さをＬ１とした場合、データ収集時間Ｔ２をＴ２＞Ｌ１／ｖとして、前記データ収集時間Ｔ２だけ前記センサの出力信号を取り込んで第二の分析データを生成し、当該第二の分析データと第二の閾値データを比較する第二のステップと、
    前記第二の分析データが前記第二の閾値データ以下の場合には前記軌道部材の異常を示す信号を出力する第三のステップと、
    を備えたことを特徴とする転がり案内装置の状態診断方法。
  5. 前記第二の分析データが前記第二の閾値データよりも大きい場合には前記移動部材の異常を示す信号を出力することを特徴とする請求項４記載の転がり案内装置の状態診断方法。
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