WO2018092498A1 - 転がり案内装置の状態診断システム - Google Patents

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善之 本所
山中　修平
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Thk株式会社
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Definitions

  • the present invention is applied to a rolling guide device used for a linear guide portion or a curved guide portion of an industrial machine such as a machine tool or various conveying devices, and diagnoses whether or not the rolling guide device exhibits its original performance.
  • the present invention relates to a state diagnosis system.
  • this type of rolling guide device is assembled to the raceway member via a raceway member in which a rolling surface of the rolling element is formed along the longitudinal direction and a large number of rolling elements rolling on the rolling surface.
  • a moving member that can reciprocate along the track member.
  • the moving member has a load rolling surface on which the rolling element rolls while applying a load, and the load rolling surface is opposed to the rolling surface of the raceway member so that the load passage of the rolling element is formed. It is composed.
  • the moving member has a no-load passage that circulates the rolling element from one end of the load passage to the other end, and the infinite circulation path of the rolling member is formed by the load passage and the no-load passage being continuous. It is configured. Thereby, the moving member can move along the track member without being limited in stroke.
  • the product life of the rolling guide device depends mainly on the fatigue of the rolling surface of the track member and the load rolling surface of the moving member.
  • the rolling elements such as the rolling surface, the loaded rolling surface, and the balls and rollers that roll on the rolling surface are not properly lubricated by the lubricant or are subjected to an excessive load
  • the rolling surface The flaking of the surface and the load rolling surface may occur at an early stage, and the product life of the rolling guide device may be shortened.
  • the rolling guide device has various uses, such as the environment where special foreign matter falls on the track member, the use in an extremely high or low temperature environment, etc. )), The progress of fatigue on the rolling surface is inevitably affected.
  • the operation status of the rolling guide device is sequentially detected by various sensors, and changes from moment to moment based on the detected contents. It is desirable to be able to grasp the state of the rolling guide device.
  • a sensor is used to detect sound, vibration, or acoustic emission during the rotary operation of the rotary bearing, and after analyzing the output signal of the sensor, the analysis result is
  • a diagnostic system that determines whether or not there is an abnormality in the rotary bearing by comparing with predetermined reference data.
  • the signal obtained directly from the sensor is a continuous analog signal, and in order to judge the presence or absence of abnormality by comparing this with predetermined reference data, the analog It is necessary to convert the signal into a discrete decimal signal.
  • data collection conditions such as a sampling period and a measurement time are appropriately set according to the operation speed of the rotary bearing and the resonance frequency of the machine.
  • the rolling guide device since the infinite circulation path of the rolling element is composed of a load passage and a no-load passage, even if the moving member normally travels along the track member, the rolling guide Each time the moving body enters and exits the load passage, a signal change occurs, and the detection signal of the sensor cannot be processed in the same manner as the rotating bearing diagnosis system of Patent Document 1.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to appropriately set the state of the rolling surface of the raceway member of the rolling guide device using a sensor attached to the rolling guide device.
  • An object of the present invention is to provide a condition diagnosis system that can be grasped.
  • the present invention relates to a state diagnosis system for a rolling guide device
  • the rolling guide device includes a large number of rolling elements, a track member having a rolling surface of the rolling elements along a longitudinal direction, and the rolling elements.
  • a moving member having an infinite circulation path of the rolling element including a load passage of the rolling element and a no-load passage connecting both ends of the load passage.
  • the state diagnosis system includes a sensor that detects a physical quantity when the moving member is moving along the track member, a signal processing unit that processes an output signal of the sensor and outputs analysis data, and the analysis And a determination processing unit that compares the data with threshold data to determine whether the rolling guide device is abnormal.
  • the data collection time T for the signal processing unit to capture the output signal of the sensor is T ⁇ t is set.
  • the output signal of the sensor taken into the signal processing unit within the data collection time always includes a waveform corresponding to the shock vibration when the rolling element enters the load passage.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows 1st embodiment of the rolling guide apparatus which can apply this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the infinite circulation path of a ball
  • Data acquisition time T 1 of the output signal of the vibration sensor is a diagram for explaining a case smaller than the period t.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rolling guide device to which the present invention is applied.
  • This rolling guide device is composed of a linearly extending raceway member 1 and a moving member 2 assembled to the raceway member 1 through a large number of balls as rolling elements.
  • the track member 1 is laid on the movable member 2, and various movable bodies are mounted on the moving member 2, so that the movable body can be guided along the track member 1 so as to be reciprocally movable. .
  • the track member 1 is formed in an elongated body having a substantially rectangular cross section.
  • the track member 1 is formed with a plurality of bolt mounting holes 12 penetrating from the top surface to the bottom surface at a predetermined interval in the longitudinal direction.
  • the track member 1 is fixed using the fixing bolts inserted into the bolt mounting holes 12. Can be firmly fixed to the fixing portion.
  • Two rolling surfaces 11 of the rolling elements are provided on each of the left and right side surfaces of the track member 1, and four rolling surfaces 11 are provided as the entire track member.
  • the number of rolling surfaces 11 provided on the raceway member 1 is not limited to this.
  • the moving member 2 is roughly composed of a metal main body member 21 and a pair of synthetic resin lids 22A and 22B attached to both ends of the main body member 21 in the moving direction. .
  • the moving member 2 includes a plurality of infinite circulation paths for balls corresponding to the rolling surfaces 11 of the track member 1.
  • a sealing member 4 for sealing a gap between the moving member 2 and the track member 1 is fixed to the lids 22A and 22B, and dust or the like adhering to the track member 1 enters the inside of the endless circulation path. Is prevented.
  • FIG. 1 shows an exploded state in which one of the pair of lids 22A and 22B attached to the main body member 21 is removed from the main body member 21.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the infinite circulation path.
  • the endless circulation path 5 has a load path 50, a return path 51, and a pair of direction change paths 52.
  • a load rolling surface 23 that faces the rolling surface 11 of the raceway member 1 is formed on the main body member 21 that constitutes the moving member 2, and the rolling element 6 is composed of the rolling surface 11 of the raceway member 1 and the main body. It rolls while applying a load between the load rolling surface 23 of the member 21.
  • the path portion where the rolling element 6 rolls while applying a load is the load path 50.
  • the return passage 51 is formed in the main body member 21 in parallel with the load passage 50.
  • the return passage 51 is normally provided through the main body member 21, and the inner diameter thereof is set slightly larger than the diameter of the rolling element 6. Thereby, the rolling element 6 rolls in the return passage without applying a load.
  • the direction changing path 52 is provided on the pair of lid bodies 22A and 22B.
  • the lids 22A and 22B are fixed to the end surface of the main body member 21 so as to sandwich the main body member 21, and the direction changing path 52 of each of the lid bodies 22A and 22B is the end of the load path 50 and the return path 51.
  • the rolling elements 6 are moved back and forth between these ends.
  • the endless circulation path 5 of the rolling element 6 is completed.
  • the rolling elements 6 roll while applying a load in the endless circulation path 5 because the load rolling surface 23 of the main body member 21 and the rolling surface 11 of the track member 1 face each other. Only the passage 50 is provided.
  • the rolling elements do not apply a load, and the return path 51 and the direction change path 52 constitute a no-load path.
  • a ball is used as the rolling element 6.
  • the present invention can also be applied to a rolling guide device using a roller.
  • a vibration sensor 35 is fixed to the end of the track member 1 in the longitudinal direction.
  • An acceleration sensor can be used as the vibration sensor 35.
  • the vibration sensor 35 detects vibration generated when the moving member and the track member move relatively.
  • the vibration sensor 35 is not fixed to the track member but fixed to the main body member of the moving member. Also good.
  • a proximity sensor 36 is fixed to the outside of the lid 22B.
  • the proximity sensor 36 is fixed to the lid at a position overlapping the direction change path 52 provided in the lid 22B, and detects the passage of the individual rolling elements 6 in the direction change path 52. Since the lid 22B is made of a synthetic resin and the rolling element 6 is made of metal, the presence of the rolling element 6 can be detected using an inductive or capacitive proximity sensor.
  • the proximity sensor 36 is provided only for one of the four direction change paths 52 provided on the lid 22B. A plurality of proximity sensors 36 may be provided corresponding to 52.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a state diagnosis system for a rolling guide device using the vibration sensor 35 and the proximity sensor 36.
  • Output signals from the vibration sensor 35 and the proximity sensor 36 are input to the control unit 39 via an A / D converter or the like.
  • the control unit 39 is realized by a microcontroller incorporating a RAM and a ROM.
  • the control unit 39 executes a diagnostic program stored in the ROM in advance, and outputs a determination signal corresponding to the diagnosis result.
  • the determination signal output from the control unit 39 is output to a user interface 40 such as an alarm or a display.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the waveform of the output signal of the vibration sensor 35, and the horizontal axis is time.
  • FIG. 4A shows a case where the load rolling surface 23 of the moving member 2 and the rolling surface 11 of the track member 1 are not damaged and the lubrication state of the rolling element 6 is normal, that is, a rolling guide device. Shows the waveform of the output signal when is operating normally.
  • FIG. 4B shows a case where some damage such as flaking occurs on the load rolling surface 23 of the moving member 2 and the rolling surface 11 of the raceway member 1 or the rolling element 6 is poorly lubricated. That is, the waveform of the output signal in the case where some trouble has occurred in the operation of the rolling guide device is shown.
  • the output signal of the vibration sensor 35 periodically records a change in vibration having substantially the same magnitude at a period t. Yes.
  • This change in vibration of period t occurs when the rolling element 6 enters the load path 50 from the direction change path 52.
  • the rolling element 6 enters the load passage 50, the rolling element 6 is in strong contact with both the rolling surface 11 of the raceway member 1 and the load rolling surface 23 of the moving member 2 and enters a load state. It is considered that vibration is generated at that time. For this reason, a large change in vibration is recorded each time the individual rolling elements 6 enter the load passage 50.
  • the output signal of the vibration sensor 35 has a periodic vibration change shown in FIG. 4 (a).
  • irregular vibration changes are mixed and recorded.
  • the control unit 39 takes in and processes the output signal of the vibration sensor 35, and generates analysis data indicating the vibration intensity level. Further, the ROM of the control unit 39 is recorded in advance with threshold data indicating the vibration intensity level when the rolling guide device is operating normally, and the control unit 39 stores the generated analysis data. It is compared with the threshold data read from the ROM, and it is determined from the comparison result whether or not there is any problem in the operation of the rolling guide device. That is, the signal processing unit and the determination processing unit of the present invention are realized by the control unit 39.
  • the control unit 39 takes in an analog signal output from the vibration sensor 35 for a predetermined data collection time T based on a predetermined sampling frequency.
  • a plurality of instantaneous values taken during the data collection time T are subjected to RMS (root mean square) processing, and become analysis data indicating a representative value at the data collection time T.
  • This analysis data indicates the intensity level of vibration at the data collection time T.
  • the threshold data to be compared with the analysis data is obtained by the same processing as the analysis data in a state where the rolling guide device is operating normally, for example, at the beginning when the track member 1 is laid on a fixed portion of various mechanical devices. It is generated and stored in the ROM of the control unit 39. Therefore, by comparing the analysis data with the threshold data, it can be determined whether or not the vibration of the moving block 2 on the track member 1 includes abnormal vibration.
  • the rolling elements are the same in the frames a1 and a2 that have the same data collection time but different data collection start times.
  • the vibration intensity level indicated by the analysis data varies. That is, since the analysis data varies greatly depending on the start time of data collection, even if these analysis data are compared with threshold data, it is determined whether or not the rolling guide device is operating normally. Is impossible.
  • the control unit 39 sets the data collection time T for reading the output signal of the vibration sensor 35, T ⁇ t Is set.
  • the t is a generation period of vibration caused by the rolling element 6 entering the load passage 50.
  • the data collection time T necessarily includes vibration when the rolling element 6 enters the load passage 50, so that the rolling element 6 enters the load passage 50. If the generation period t of vibration caused by the above is grasped, it is possible to compare the analysis data with the threshold data and determine whether or not the rolling guide device is operating normally from the difference.
  • T nt (n: natural number) It is conceivable to set to
  • the frames A1 and A2 having different data collection start times are always converted to the load path 50.
  • the vibration resulting from the approach of the moving body 6 is included.
  • the analysis data associated with each of the frames A1 and A2 shows substantially the same intensity level. Since the rolling guide device is operating normally, the intensity level at this time is the same as that of the threshold data.
  • Analytical data is generated by RMS processing.
  • the generated analysis data includes vibrations caused by abnormal running of the moving member 2 with respect to the track member 1 in addition to vibrations caused by the entry of the rolling elements 6 into the load passage 50.
  • the data will show a greater intensity level than the threshold data. For this reason, it can be determined from the comparison result between the analysis data and the threshold data that some trouble has occurred in the rolling guide device.
  • control unit 39 compares the analysis data with the threshold data and determines that the analysis data is larger than the threshold data, the control unit 39 gives an alarm indicating that a malfunction has occurred in the rolling guide device. Output to the interface 40. The determination result may be output to a machine tool or the like that uses the rolling guide device. Further, the control unit 39 compares the analysis data with the threshold value data, and if it is determined that the analysis data is the same size as the threshold value data, a determination indicating that the running of the rolling guide device is normal. You may comprise so that a signal may be output.
  • the data collection time T is thus set to a natural number times the entry period t of the rolling element 6 with respect to the load passage 50, and therefore the period t is grasped when the diagnosis system is implemented.
  • the proximity sensor 36 since the proximity sensor 36 detects the passage of the individual rolling elements 6 in the direction change path 52, the passage of the two rolling elements that move back and forth by checking the output signal of the proximity sensor. The interval, that is, the entry period t of the rolling element 6 with respect to the load passage 50 can be grasped.
  • control unit 39 counts the number of passing of the rolling elements 6 based on the change of the output signal of the proximity sensor 36, so that the control unit 39 has data that is a natural number multiple of the period t. It is possible to arbitrarily set the length of the collection time T.
  • the moving speed of the moving member 2 can be varied. If it can be grasped by the sensor, it is not necessary to use the output signal of the proximity sensor 36.
  • a linear scale is provided along the track member 1, and an encoder for reading the linear scale is provided in the moving member 2, the moving speed of the moving member 2 is grasped from an output signal of the encoder, and the period is determined therefrom. t can be grasped.
  • the moving speed of the moving member 2 relative to the track member 1 depends on the rotating speed of the motor that drives the ball screw device. Therefore, it is possible to grasp the period t by grasping the rotation speed of the motor or obtaining the movement speed of the moving member 2 from the controller of the guidance system that controls the rotation of the motor.
  • the data collection time T of the analysis data and the threshold data stored in the control unit 39 in advance must be the same.
  • a displacement sensor that detects a minute displacement of the moving member 2 in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the track member 1, a load cell that detects a change in thrust required to move the moving member 2 at a constant speed,
  • An ammeter that detects an energization current to a motor that drives a ball screw device of a guide system, a microphone that detects a change in sound when the moving member 2 moves along the track member 1, and the like; Any sensor capable of grasping a change in physical quantity that occurs when the track member moves relatively can be used in place of the vibration sensor.
  • vibration of the moving member 2 moving along the track member 1 is detected by a sensor, and an output signal of the sensor is used for the rolling guide device. It is determined whether or not any trouble has occurred.
  • the data collection time T for taking the output signal of the sensor into the control unit 39 as a signal processing unit is set to be equal to or longer than the period t at which the rolling element 6 enters the load passage 50, the rolling element 6 Taking into account the vibrations that occur when entering and exiting the load passage 50, it is possible to diagnose the occurrence of a malfunction of the rolling guide device.
  • the rolling guide device according to the embodiment described with reference to the drawings is of a type in which the track member 1 is laid on a fixed portion.
  • the track member is a rod such as a ball spline device or a ball screw device. It is also possible to apply the present invention to a rolling guide device of a type that is formed in a shaft shape and that only the both ends thereof are supported by a fixed portion.

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Abstract

転動体(6)の無限循環路(5)を有する移動部材(2)が軌道部材(1)に沿って自在に移動可能な転がり案内装置に適用され、前記軌道部材(1)の転走面の状態を適切に把握する状態診断システムであって、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際の物理量を検出するセンサ(35)と、前記センサの出力信号を処理して分析データを出力する信号処理部と、前記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判定処理部とを備えている。そして、前記無限循環路(5)内で前後する転動体(6)が前記無負荷通路から前記負荷通路(50)に進入する時間間隔をｔとした場合、前記信号処理部が前記センサ(35)の出力信号を取り込むデータ収集時間Ｔが、Ｔ≧ｔに設定されている。

Description

転がり案内装置の状態診断システム
　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が本来の性能を発揮できているか否かを診断する状態診断システムに関する。
　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
　音、振動又はアコースティックエミッション等の物理量に関し、センサから直接的に得られる信号は連続的なアナログ信号であり、これを所定の基準データと比較して異常の有無を判断するためには、前記アナログ信号を離散的なデシダル信号に変換処理する必要がある。その場合のサンプリング周期や測定時間等のデータ収集条件は、前記回転軸受の動作速度や機械の共振周波数に応じて適宜設定される。
　しかし、前記転がり案内装置では転動体の無限循環路が負荷通路と無負荷通路とから構成されているため、たとえ移動部材が軌道部材に沿って正常に走行している場合であっても、転動体が負荷通路に出入りする度に、信号の変化が発生してしまい、前記センサの検出信号を特許文献１の回転軸受の診断システムと同じように処理す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処理して分析データを出力する信号処理部と、前記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判定処理部とを備えている。そして、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時間間隔をｔとした場合、前記信号処理部が前記センサの出力信号を取り込むデータ収集時間ＴがＴ≧ｔに設定されている。
　本発明によれば、前記データ収集時間内に前記信号処理部に取り込まれるセンサの出力信号には転動体が負荷通路に進入する際の衝撃的振動に対応した波形が必ず含まれていることから、当該出力信号を処理して得られた分析データを閾値データと比較することで、当該転がり案内装置の前記軌道部材に対する前記移動部材の走行状態の良否、換言すれば、前記軌道部材の転走面の状態や転動体の潤滑状態を適切に把握す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。 本発明の診断システムの構成の一例を示すブロック図である。 振動センサの出力信号の一例を示す図であり、分図（ａ）は転がり案内装置の動作が正常である場合の出力信号を、分図（ｂ）は転がり案内装置の動作に不具合がある場合の出力信号を示している。 振動センサの出力信号のデータ収集時間Ｔ1が周期ｔよりも小さい場合を説明する図である。 振動センサの出力信号のデータ収集時間Ｔ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。 振動センサの出力信号のデータ収集時間Ｔ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。
　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との間で荷重を負荷しながら転がる。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変換器等を介して制御部３９に入力される。前記制御部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。前記制御部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。前記制御部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。図４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。図４（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。また、図４（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。
　図４（ａ）に示されるように、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、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、図４（ｂ）に示されるように、前記振動センサ３５の出力信号には図４（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。
　前記制御部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、前記制御部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、当該制御部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。すなわち、本発明の信号処理部及び判定処理部は前記制御部３９によって実現されていることになる。
　前記制御部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。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。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、前記制御部３９のＲＯＭに格納されている。従って、前記分析データを前記閾値データと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ブロック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。
　図４（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５に示すように周期ｔに比べて短いデータ収集時間Ｔ１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。
　このため、本発明では前記制御部３９が前記振動センサ３５の出力信号を読み込むデータ収集時間Ｔを、
　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔ≧ｔ
に設定している。前記ｔ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発生周期である。
　このようにデータ収集時間Ｔを設定すると、当該データ収集時間Ｔの中には前記転動体６が負荷通路５０に進入する際の振動を必ず含むので、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ｔを把握していれば、分析データを閾値データと比較して、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である。
　データ収集時間Ｔをｔ以上に設定する例としては、
　　　　　　　　　　　　Ｔ＝ｎｔ　（ｎ：自然数）
に設定することが考えられる。
　前記ｎ＝１の場合について検討してみると、前記データ収集時間Ｔ＝ｔとなり、図６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。
　一方、図７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も、前記データ収集時間Ｔ＝ｔとなる条件下で、前記振動センサ３５の出力信号を制御部３９に取り込み、ＲＭＳ処理によって分析データを生成する。この場合、生成された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、前記分析データは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、分析データと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。
　前記制御部３９は前記分析データを前記閾値データと比較し、当該分析データが閾値データよりも大きいと判断した場合には、転がり案内装置に何らかの不具合が発生していることを示す警報を前記ユーザーインターフェース４０に出力する。また、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、前記制御部３９は前記分析データを前記閾値データと比較し、当該分析データが閾値データと同じ大きさである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出力するように構成してもよい。
　本発明の状態診断システムでは、このようにデータ収集時間Ｔを前記負荷通路５０に対する前記転動体６の進入周期ｔの自然数倍としているので、当該診断システム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。
　従って、前記制御部３９が前記近接センサ３６の出力信号の変化に基づいて前記転動体６の通過個数を計数することにより、当該制御部３９に対しては前記周期ｔの自然数倍であるデータ収集時間Ｔの長さを任意に設定することが可能となる。
　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の移動速度を取得することで前記周期ｔを把握することができる。
　本発明において前記分析データと前記制御部３９に予め格納された閾値データのデータ収集時間Ｔは同じでなければならず、例えば、前記分析データの収集時間を周期ｔの2倍（ｎ＝２）とするのであれば、閾値データの収集時間も周期ｔの２倍とする必要がある。
　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、前記移動部材の振動の変化以外にも、前記軌道部材に沿って前記移動部材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上における前記移動部材の変位等、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信号処理部としての制御部３９に取り込むデータ収集時間Ｔは前記転動体６が前記負荷通路５０に進入する周期ｔ以上に設定されているので、当該転動体６が前記負荷通路５０を出入りする際に生じる振動を考慮したうえで、転がり案内装置の不具合の発生を診断することができる。
　これにより、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ているか否か、あるいは転動体６の潤滑状態が不良か否かを適切に判断することができ、当該転がり案内装置を使用する各種産業機械の動作を最高の状態に維持す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。

Claims (4)

  1. 多数の転動体(6)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(1)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(50)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(5)を有する移動部材(2)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(2)が前記軌道部材(1)に沿って移動している際の物理量を検出するセンサ(35)と、
    前記センサ(35)の出力信号を処理して分析データを出力する信号処理部と、
    前記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判定処理部とを備え、
    前記無限循環路(5)内で前後する転動体(6)が前記無負荷通路から前記負荷通路(50)に進入する周期ｔとした場合、
    前記信号処理部が前記センサの出力信号を取り込むデータ収集時間Ｔは、Ｔ≧ｔであ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. 前記信号処理部が前記センサ(35)の出力信号を取り込むデータ収集時間Ｔは、Ｔ＝ｎｔ（ｎは自然数）であ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。
  3. 前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)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. 前記移動部材(2)に取り付けた近接センサを用いて前記無限循環路(5)内を移動する転動体(6)を検出し、かかる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３記載の転がり案内装置の状態診断システム。
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