TWI676752B - 滾動導引裝置的狀態診斷系統 - Google Patents

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山中修平
Shuhei Yamanaka
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Abstract

一種狀態診斷系統，係適用於具有轉動體(6)之無限循環路徑(5)的移動構件(2)可沿著軌道構件(1)自由移動的滾動導引裝置，可適當地掌握前述軌道構件(1)之轉動面的狀態，且具備檢測出前述移動構件(2)沿著前述軌道構件(1)移動時的物理量的感測器(35)、處理前述感測器的輸出訊號，並輸出分析資料的訊號處理部、及將前述分析資料與閾值資料進行比較，判定前述滾動導引裝置之異常的有無的判定處理部。然後，將在前述無限循環路徑(5)內前後移動的轉動體(6)從無負載通路進入至負載通路(50)的時間間隔設為t時，前述訊號處理部擷取前述感測器(35)的輸出訊號的資料收集時間T，被設定為T≧t。

Description

滾動導引裝置的狀態診斷系統
本發明係適用於工作機械或各種搬送裝置等之產業機械的直線導引部或曲線導引部所利用的滾動導引裝置，診斷該滾動導引裝置是否成功發揮本來之性能的狀態診斷系統。
先前，此種滾動導引裝置係具備沿著長邊方向形成轉動體之轉動面的軌道構件，與隔著滾動於前述轉動面之多數轉動體而組裝於前述軌道構件，並且沿著該軌道構件自由往返的移動構件。前述移動構件係具有轉動體一邊負擔荷重一邊轉動的負載轉動面，該負載轉動面藉由與前述軌道構件的轉動面對向而構成前述轉動體的負載通路。又，前述移動構件係具有使轉動體從前述負載通路的一端循環至另一端的無負載通路，藉由前述負載通路及前述無負載通路連續連接，構成前述滾動體的無限循環路徑。藉此，前述移動構件係可沿著前述軌道構件不限制衝程地移動。
滾動導引裝置的產品壽命係主要被前述軌道構件的轉動面及前述移動構件的負載轉動面的疲勞所左 右。但是，在該轉動面及負載轉動面，進而轉動於其的珠子或滾筒等的轉動體並未藉由潤滑劑適當潤滑時或承受過大負載時，有前述轉動面及負載轉動面的剝脫(Flaking)過早發生，導致滾動導引裝置的產品壽命短命化的可能性。又，滾動導引裝置有各種用途，因為特殊的異物掉落到軌道構件的環境、在極高溫或低溫之環境下的使用等，該用途之使用環境或負載荷重等(以下，稱為「使用條件」)，無法避免滾動面等的疲勞的進行受到影響。所以，對於為了讓滾動導引裝置發揮其本來的性能，並且善盡其產品壽命來說，藉由各種感測器逐次檢測出該滾動導引裝置的動作狀況，依據所檢測出的內容，可掌握時時刻刻變化之滾動導引裝置的狀態為佳。
例如於旋轉軸承中，如專利文獻1所示，提案有使用感測器檢測出旋轉軸承的旋轉動作時的聲音、振動或音射(Acoustic Emission)，分析該感測器的輸出訊號之後，將其分析結果與所定基準資料進行比較，判定前述旋轉軸承之異常的有無的診斷系統。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-93256號公報
[發明所欲解決之課題] 　　[0006] 關於聲音、振動或音射等的物理量，從感測器直接獲得的訊號是連續的類比訊號，對於為了將其與所定基準資料進行比較以判斷異常的有無來說，必需進行將前述類比訊號轉換成離散的數位訊號的轉換處理。此時的取樣週期及測定時間等的資料收集條件，係因應前述旋轉軸承的動作速度及機械的共振頻率來適當設定。 　　[0007] 但是，在前述滾動導引裝置中轉動體的無限循環路徑是由負載通路與無負載通路所構成，故例如即使移動構件沿著軌道構件而正常行走之狀況中，每於轉動體進出負載通路，就會發生訊號的變化，無法如專利文獻1之旋轉軸承的診斷系統同樣地處理前述感測器的檢測訊號。 [用以解決課題之手段] 　　[0008] 本發明係有鑑於此種課題所發明者，其目的係提供使用安裝於滾動導引裝置的感測器，可適切地掌握該滾動導引裝置的軌道構件之轉動面的狀態的狀態診斷系統。 　　[0009] 亦即，本發明係關於滾動導引裝置的狀態診斷系統者，該滾動導引裝置係具備多數轉動體、沿著長邊方向具有前述轉動體之轉動面的軌道構件、及隔著前述轉動體而組裝於前述軌道構件，並且具有由前述轉動體之負載通路及連結該負載通路之兩端的無負載通路所成之該轉動體的無限循環路徑的移動構件。該狀態診斷系統係具備檢測出前述移動構件沿著前述軌道構件移動時的物理量的感測器、處理前述感測器的輸出訊號，並輸出分析資料的訊號處理部、及將前述分析資料與閾值資料進行比較，判定前述滾動導引裝置之異常的有無的判定處理部。然後，將在前述無限循環路徑內前後移動的轉動體從前述無負載通路進入至前述負載通路的時間間隔設為t時，前述訊號處理部擷取前述感測器的輸出訊號的資料收集時間T，被設定為T≧t。 [發明的效果] 　　[0010] 依據本發明，因為在前述資料收集時間內被前述訊號處理部擷取之感測器的輸出訊號一定包含與轉動體進入負載通路時的衝擊性振動對應的波形，所以，利用將處理該輸出訊號所得之分析資料與閾值資料進行比較，可適切地掌握對於該滾動導引裝置的前述軌道構件之前述移動構件的行走狀態的良否，換句話說，可適切地掌握前述軌道構件之轉動面的狀態及轉動體的潤滑狀態。
以下，一邊使用添附圖面，一邊詳細說明本發明的滾動導引裝置的狀態診斷系統。
圖1係揭示適用本發明的滾動導引裝置之一例的立體圖。該滾動導引裝置係由直線狀地延伸的軌道構件1，與隔著作為轉動體的多數珠子而安裝於前述軌道構件1的移動構件2所構成，利用於各種機械裝置的固定部鋪設前述軌道構件1，且對於前述移動構件2搭載各種可動體，可導引相關可動體沿著軌道構件1自由地往返移動。
前述軌道構件1形成為大略剖面四角形狀的長條體。於該軌道構件1，形成複數個在長邊方向隔著所定 間隔從上面貫通至底面的螺絲安裝孔12，使用插入至該等螺絲安裝孔12的固定螺絲，可將該軌道構件1堅固地固定於固定部。於前述軌道構件1的左右兩側面各設置2條轉動體的轉動面11，作為軌道構件整體而設置有4條轉動面11。再者，設置於前述軌道構件1之轉動面11的條數並不限於此。
另一方面，前述移動構件2係大略區分，由金屬製的本體構件21、安裝於該本體構件21的移動方向之兩端的一對合成樹脂製的蓋體22A、22B所構成。該移動構件2係對應前述軌道構件1的各轉動面11，具備複數個珠子的無限循環路徑。又，於前述蓋體22A、22B固定有密閉前述移動構件2與軌道構件1的間隙的密封構件4，防止附著於軌道構件1的灰塵等侵入前述無限循環路徑的內部。再者，圖1係揭示安裝於前述本體構件21之一對蓋體22A、22B中，從前述本體構件21卸下一方的蓋體22B的分解狀態。
圖2係揭示前述無限循環路徑的剖面圖。如同圖所示，無限循環路徑5係具有負載通路50、回歸通路51及一對方向轉換路徑52。於構成前述移動構件2的本體構件21，形成有與前述軌道構件1的轉動面11對向的負載轉動面23，轉動體6係在軌道構件1的轉動面11與本體構件21的負載轉動面23之間一邊負荷荷重一邊滾動。前述無限循環路徑5中，如此轉動體6一邊負荷荷重一邊轉動的通路部分是前述負載通路50。又，於前述本體構件21，與前述負 載通路50平行地形成前述回歸通路51。該回歸通路51係通常貫通前述本體構件21地設置，其內徑設定為稍微大於轉動體6的直徑。藉此，轉動體6係不負荷荷重而轉動於前述回歸通路內。
前述方向轉換路徑52係設置於一對蓋體22A、22B。該等蓋體22A、22B係以挾持前述本體構件21之方式固定於該本體構件21的端面，各蓋體22A、22B的方向轉換路徑52係連接前述負載通路50的端部與前述回歸通路51的端部，在該等之間使轉動體6往返。
所以，對於前述本體構件21固定一對蓋體22A、22B的話，則完成轉動體6的無限循環路徑5。於該無限循環路徑5中轉動體6一邊負荷荷重一邊轉動，係僅在前述本體構件21的負載轉動面23與前述軌道構件1的轉動面11對向所形成的負載通路50。另一方面，在前述回歸通路51與前述方向轉換路徑52中，前述轉動體並未負荷荷重，該等回歸通路51與方向轉換路徑52構成無負載通路。
再者，在使用圖所說明之實施形態的滾動導引裝置中，作為轉動體6使用珠子，但是，也可將本發明適用於滾筒的滾動導引裝置。
如圖1所示，於前述軌道構件1的長邊方向的端部，固定振動感測器35。作為該振動感測器35，可使用加速度感測器。該振動感測器35係檢測出在前述移動構件與前述軌道構件相對性移動時所產生的振動者，例如不固定於前述軌道構件，而固定於前述移動構件的本體構件亦 可。
另一方面，於前述蓋體22B的外側，固定有近接感測器36。該近接感測器36係在重疊於設置在前述蓋體22B的方向轉換路徑52的位置，固定於該蓋體，檢測出前述方向轉換路徑52內之各個轉動體6的通過。前述蓋體22B係合成樹脂製，前述轉動體6係金屬製，所以，可使用電感型或靜電容型的近接感測器，檢測出前述轉動體6的存在。再者，在圖1所示範例中，設置於前述蓋體22B之四處的方向轉換路徑52中，僅對應其一處來設置前述近接感測器36，但是，對應各方向轉換路徑52而設置複數近接感測器36也沒關係。
圖3係揭示使用前述振動感測器35及近接感測器36之滾動導引裝置的狀態診斷系統之構造的圖。前述振動感測器35及近接感測器36的輸出訊號係透過A/D轉換器等被輸入至控制部39。前述控制部39係藉由內藏RAM及ROM的微控制器實現。前述控制部39係執行預先儲存於ROM的診斷程式，輸出因應診斷結果的判定訊號。前述控制部39所輸出的判定訊號，係被輸出至警報機、或顯示器等的使用者介面40。
前述振動感測器35係檢測出前述移動構件2沿著前述軌道構件1移動時的振幅，並將其輸出。圖4係模式揭示前述振動感測器35之輸出訊號的波形的圖，橫軸為時間。圖4(a)係揭示前述移動構件2的負載轉動面23及前述軌道構件1的轉動面11並無破損，且前述轉動體6的潤滑狀態 為正常時，亦即滾動導引裝置正常地動作時之輸出訊號的波形。又，圖4(b)係揭示前述移動構件2的負載轉動面23及前述軌道構件1的轉動面11發生剝脫等的某些破損，且轉動體6的潤滑狀態為不良時，亦即滾動導引裝置的動作發生某些問題時之輸出訊號的波形。
如圖4(a)所示，滾動導引裝置正常地動作時，於前述振動感測器35的輸出訊號，以週期t定期性記錄大略相同大小之振動的變化。該週期t之振動的變化，係在前述轉動體6從方向轉換路徑52進入至負載通路50時發生。可推想出前述轉動體6進入至負載通路50時，該轉動體6係強力地接觸前述軌道構件1的轉動面11與前述移動構件2的負載轉動面23雙方而成為荷重的負載狀態，此時發生振動。因此，每於各個轉動體6進入至負載通路50時則記錄到大幅振動的變化。另一方面，在滾動導引裝置的動作發生某些問題時，如圖4(b)所示，記錄到前述振動感測器35的輸出訊號混入了相對於圖4(a)所示定期性振動的變化而不定期之振動的變化。
前述控制部39係擷取並處理前述振動感測器35的輸出訊號，產生表示振動之強度位準的分析資料。又，前述控制部39的ROM預先記錄了表示前述滾動導引裝置正常地動作時之振動的強度位準的閾值資料，該控制部39將所產生之前述分析資料與從前述ROM讀出的閾值資料進行比較，根據其比較結果，判斷前述滾動導引裝置的動作是否發生某些問題。亦即，本發明的訊號處理部及判定 處理部藉由前述控制部39實現。
前述控制部39係依據所定取樣頻率，僅在所定資料收集時間T擷取前述振動感測器35所輸出之類比訊號。前述資料收集時間T之間所擷取之複數瞬間值，係藉由RMS(均方根)處理，成為表示資料收集時間T之代表值的分析資料。該分析資料係表示該資料收集時間T之振動的強度位準。與前述分析資料比較的前述閾值資料，係例如在將前述軌道構件1鋪設於各種機械裝置的固定部的當初等，在前述滾動導引裝置正常地動作之狀態下藉由與前述分析資料相同的處理所產生，被儲存於前述控制部39的ROM。所以，藉由將前述分析資料與前述閾值資料進行比較，可判斷前述軌道構件1上之前述移動構件2的行走是否包含異常的振動。
如圖4(a)所示，在前述滾動導引裝置正常地動作之狀態下，起因於前述轉動體進入至前述負載通路的振動以週期t重複發生，被記錄於前述振動感測器的輸出訊號。因此，擷取前述振動感測器之輸出訊號的資料收集時間設定為比前述週期t還短時，即使在前述滾動導引裝置正常地動作之狀態下，也有分析資料所示振動之強度位準的大小極端不同之狀況。
例如，如圖5所示，使用比週期t短的資料收集時間T1時，資料收集時間的長度相同，但在資料收集的開始時間不同的訊框a1與訊框a2中，因應是否包含前述轉動體6進入至負載通路50時的振動，分析資料所示之振動的強度位準會不同。亦即，分析資料變成因應資料收集的開始時間而偏差變大，故即使比較該等分析資料與閾值資料，也不可能判斷前述滾動導引裝置是否正常地動作。 　　[0029] 因此，在本發明中，將前述控制部39讀取前述振動感測器35的輸出訊號的資料收集時間T，設定為T≧t。前述t係起因於前述轉動體6進入至前述負載通路50之振動的發生週期。 　　[0030] 如此設定資料收集時間T的話，在該資料收集時間T中一定會包含前述轉動體6進入至負載通路50時的振動，所以，只要掌握起因於前述轉動體6進入至前述負載通路50之振動的發生週期t，即可將分析資料與閾值資料進行比較，根據其差異，判斷前述滾動導引裝置是否正常地動作。 　　[0031] 作為將資料收集時間T設定為t以上的範例，考量設定為T=nt(n：自然數)。 　　[0032] 針對前述n=1之狀況進行檢討的話，前述資料收集時間T=t，如圖6所示，資料收集的開始時間不同之訊框A1與訊框A2一定會包含起因於前述轉動體6進入至前述負載通路50的振動。因此，在前述滾動導引裝置正常地動作之狀態下，與訊框A1與訊框A2分別建立關聯的分析資料成為表示大略相同強度位準者。因為是前述滾動導引裝置正常地動作之狀態，此時的強度位準與前述閾值資料相同。 　　[0033] 另一方面，如圖7所示，滾動導引裝置的動作發生某些問題時，在前述資料收集時間T=t的條件下，將前述振動感測器35的輸出訊號擷取至控制部39，藉由RMS處理產生分析資料。此時，所產生之分析資料係除了起因於前述轉動體6進入至前述負載通路50的振動之外，也包含對於前述軌道構件1之前述移動構件2的行走異常，所以，前述分析資料表示出大於閾值資料的強度位準。因此，可根據分析資料與閾值資料的比較結果，判斷滾動導引裝置發生某些問題。 　　[0034] 前述控制部39係將前述分析資料與前述閾值資料進行比較，判斷該分析資料大於閾值資料時，則將表示滾動導引裝置發生某些問題的警報，輸出至前述使用者介面40。又，對於使用前述滾動導引裝置的工作機械等，輸出前述判斷結果亦可。進而，前述控制部39係以將前述分析資料與前述閾值資料進行比較，判斷該分析資料與閾值資料相同大小時，則輸出表示滾動導引裝置的行走為正常的判定訊號之方式亦可。 　　[0035] 在本發明的狀態診斷系統中，如此將資料收集時間T設為對於前述負載通路50之前述轉動體6的進入週期t的自然數倍，所以，在該診斷系統的實施時需要掌握前述週期t。在本實施形態中，前述近接感測器36檢測出前述方向轉換路徑52內之各個轉動體6的通過，所以，利用檢查該近接感測器的輸出訊號，可掌握前後移動之兩個轉動體的通過間隔，亦即對於前述負載通路50之前述轉動體6的進入週期t。 　　[0036] 所以，可藉由前述控制部39依據前述近接感測器36的輸出訊號的變化，計算前述轉動體6的通過個數，對於該控制部39任意設定前述週期t的自然數倍即資料收集時間T的長度。 　　[0037] 又，前述週期t係根據前述無限循環路徑內之轉動體6的轉動速度亦即前述移動構件2對於前述軌道構件1的移動速度來單一性決定，所以，只要可藉由各種感測器掌握該移動構件2的移動速度，不需要使用前述近接感測器36的輸出訊號。例如，沿著前述軌道構件1設置線性刻度，並且於前述移動構件2設置讀取前述線性刻度的編碼器，可根據該編碼器的輸出訊號來掌握前述移動構件2的移動速度，並據其來掌握前述週期t。又，組合滾動導引裝置與滾珠螺桿裝置以構築導引系統時，對於前述軌道構件1之前述移動構件2的移動速度依存於驅動前述滾珠螺桿裝置的馬達的旋轉速度，所以，可利用掌握該馬達之旋轉速度，或從控制該馬達之旋轉的前述導引系統的控制器，取得前述移動構件2的移動速度，來掌握前述週期t。 　　[0038] 於本發明中前述分析資料與預先儲存於前述控制部39之閾值資料的資料收集時間T必須相同，例如，如果將前述分析資料的收集時間設為週期t的兩倍(n=2)的話，閾值資料的收集時間也需要設為週期t的兩倍。 　　[0039] 如上所述，在滾動導引裝置發生問題時，前述移動構件2會發生與該滾動導引裝置正常地動作時不同的振動。但是，滾動導引裝置發生問題時，除了前述移動構件的振動的變化以外，也會發生前述移動構件沿著前述軌道構件移動時之行走聲音的變化及推力的變化、或前述軌道構件上之前述移動構件的變位等，與該滾動導引裝置正常地動作時不同之物理量的變化。所以，也可藉由各種感測器檢測出此種物理量的變化，利用該檢測訊號來實施本發明的狀態診斷。 　　[0040] 例如，檢測出與前述軌道構件1的長邊方向正交之方向相關的前述移動構件2的微小變位的變位感測器、檢測出使前述移動構件2以定速移動時所需之推力的變化的測力器、檢測出對驅動前述導引系統之滾珠螺桿裝置的馬達之通電電流的電流計、及檢測出前述移動構件2沿著前述軌道構件1移動時之聲音的變化的麥克風等，只要是可掌握前述移動構件2與前述軌道構件相對性移動時所產生之物理量的變化的感測器，都可使用來代替前述振動感測器。 　　[0041] 如以上說明般，在本發明之滾動導引裝置的狀態診斷系統中，利用感測器檢測出沿著前述軌道構件1移動之前述移動構件2的振動，根據該感測器的輸出訊號來判斷滾動導引裝置是否發生某些問題。此時，將前述感測器的輸出訊號擷取至作為訊號處理部的控制部39的資料收集時間T，設定為前述轉動體6進入至前述負載通路50的週期t以上，所以，除了考慮到該轉動體6進出入前述負載通路50時所發生的振動之外，還可以診動出滾動導引裝置之問題的發生。 　　[0042] 藉此，可適切地判斷前述移動構件2的負載轉動面23及前述軌道構件1的轉動面11是否發生剝脫等之某些破損，或轉動體6的潤滑狀態是否不良，可將使用該滾動導引裝置的各種產業機械的動作維持在最好的狀態。 　　[0043] 再者，使用圖所說明之實施形態的滾動導引裝置是前述軌道構件1鋪設於固定部上之類型者，但例如也可適用於滾珠花鍵裝置或滾珠螺桿裝置等，軌道構件形成棒軸狀，僅其兩端被固定部支持之類型的滾動導引裝置。
[0044]
1‧‧‧軌道構件
2‧‧‧移動構件
5‧‧‧無限循環路徑
6‧‧‧轉動體
11‧‧‧轉動面
12‧‧‧螺絲安裝孔
21‧‧‧本體構件
22A‧‧‧蓋體
22B‧‧‧蓋體
23‧‧‧負載轉動面
35‧‧‧振動感測器
36‧‧‧近接感測器
39‧‧‧控制部
40‧‧‧使用者介面
50‧‧‧負載通路
51‧‧‧回歸通路
52‧‧‧方向轉換路徑
T‧‧‧資料收集時間
t‧‧‧週期
A1‧‧‧訊框
A2‧‧‧訊框
a1‧‧‧訊框
a2‧‧‧訊框
[0011] 　　[圖1]揭示可適用本發明之滾動導引裝置的第一實施形態的立體圖。
[圖2]揭示珠子的無限循環路徑之構造的剖面圖。
[圖3]揭示本發明的診斷系統之構造的一例的區塊圖。
[圖4]揭示振動感測器的輸出訊號之一例的圖，分圖(a)係揭示滾動導引裝置的動作為正常時的輸出訊號，分圖(b)係揭示滾動導引裝置的動作有問題時的輸出訊號。
[圖5]說明振動感測器的輸出訊號的資料收集時間T1小於週期t時的圖。
[圖6]說明振動感測器的輸出訊號的資料收集時間T與週期t相同時的圖，揭示滾動導引裝置的動作為正常之狀況。
[圖7]說明振動感測器的輸出訊號的資料收集時間T與週期t相同時的圖，揭示滾動導引裝置的動作有問題之狀況。

Claims (4)

  1. 一種滾動導引裝置的狀態診斷系統，係具備多數轉動體(6)沿著長邊方向具有前述轉動體之轉動面的軌道構件(1)，與隔著前述轉動體而組裝於前述軌道構件，並且具有由前述轉動體之負載通路(50)及連結該負載通路之兩端的無負載通路所成之該轉動體的無限循環路徑(5)的移動構件(2)之滾動導引裝置的狀態診斷系統，其特徵為： 　　具備： 　　感測器(35)，係檢測出前述移動構件(2)沿著前述軌道構件(1)移動時的物理量； 　　訊號處理部，係處理前述感測器(35)的輸出訊號，並輸出分析資料；及 　　判定處理部，係將前述分析資料與閾值資料進行比較，判定前述滾動導引裝置之異常的有無； 　　將在前述無限循環路徑(5)內前後移動之轉動體(6)從前述無負載通路進入前述負載通路(50)的週期設為t時， 　　前述訊號處理部擷取前述感測器的輸出訊號的資料收集時間T，係T≧t。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之滾動導引裝置的狀態診斷系統，其中， 　　前述訊號處理部擷取前述感測器(35)的輸出訊號的資料收集時間T，係T=nt(n為自然數)。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之滾動導引裝置的狀態診斷系統，其中， 　　檢測出對於前述軌道構件(1)之前述移動構件(2)的移動速度，並依據該等檢測結果來掌握前述週期t。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之滾動導引裝置的狀態診斷系統，其中， 　　使用安裝於前述移動構件(2)的近接感測器，檢測出移動於前述無限循環路徑(5)內的轉動體(6)，並依據相關檢測結果來掌握前述週期t。
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