WO2019058965A1 - 転がり案内装置の状態診断方法 - Google Patents

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山中　修平
善之 本所
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Thk株式会社
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    • F16C29/0638—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides whereby the return paths are provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end with balls
    • F16C29/0642—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides whereby the return paths are provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end with balls with four rows of balls
    • F16C29/0647—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides whereby the return paths are provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end with balls with four rows of balls with load directions in X-arrangement

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 transport devices, and diagnoses whether the rolling guide device can exhibit its original performance. On how to do it.
  • this type of rolling guide device is assembled to the raceway member via a raceway member in which a rolling surface of rolling elements is formed along a longitudinal direction, and a large number of rolling elements rolling on the rolling surface.
  • a movable member capable of reciprocating along the track member.
  • the moving member has a load rolling surface on which the rolling elements roll while applying a load, and the load rolling surface faces the rolling surface of the track member to move the load passage of the rolling element.
  • the moving member has a non-load passage for circulating the rolling element from one end of the load passage to the other end, and the load passage and the non-load passage are continuous to form an endless circulation passage of the rolling element. It is configured. Thereby, the moving member can move along the track member without being restricted in stroke.
  • the product life of the rolling guide device mainly depends on the fatigue of the rolling surface of the track member and the load rolling surface of the moving member.
  • the rolling surface, the load rolling surface, and rolling elements such as balls and rollers rolling on the rolling surface are not properly lubricated by the lubricant, the rolling surface of the rolling surface or the load rolling surface may not
  • the rolling resistance of the rolling element becomes large, and for example, the acceleration when moving the table supported movably by the rolling guide device may be deteriorated, so that the rolling guide device may not be able to exhibit its original performance. .
  • the application of the rolling guide device is various, and the lubricating condition such as the rolling surface must be influenced by the use environment and load load (hereinafter referred to as "use condition") in the application. Therefore, in order to cause the rolling guide device to exhibit its original performance and to complete the product life, the operating conditions of the rolling guide device are sequentially detected by various sensors, and change from moment to moment based on the detected content. It is desirable to be able to grasp the state of the rolling guide device. In addition, it is desirable to be able to control the supply of lubricant based on the grasped state and to control the operation of an industrial machine incorporating the rolling guide device as necessary.
  • Patent Document 1 discloses an example in which a sensor for detecting the presence of a lubricant on the track member is mounted on the moving member. However, since the sensor is attached to the outside of the moving member, it can be checked whether a lubricant is attached to the raceway member, but the lubricating state in the endless circulation path of the moving member and the circulation of rolling elements It was not possible to grasp the status directly.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-121215
  • This invention is made in view of such a subject,
  • the place made into the objective aims at the state of the rolling surface of the track member of the said rolling guide apparatus, and a rolling element using the sensor with which the rolling guide apparatus was mounted
  • a track member having a rolling surface along a longitudinal direction and a plurality of rolling elements rolling on the rolling surface are assembled to the track member and movable along the race member.
  • the method for diagnosing the state of the rolling guide device includes a vibration sensor attached to the rolling guide device; The relative vibration displacement is detected, the detection signal of the vibration sensor is compared with a predetermined threshold value, and the traveling state of the moving member with respect to the track member is diagnosed based on the comparison result.
  • the detection signal of the vibration sensor is larger than the threshold value, it is determined that the traveling state of the moving member with respect to the track member is abnormal, and the lubricant is supplied to the rolling guide device to supply it.
  • the detection signal of the vibration sensor is read again, and if the detection signal of the vibration sensor is larger than the threshold value, a failure in lubricant supply or a failure in the rolling surface of the track member is diagnosed.
  • the relative vibration displacement of the movable member relative to the track member is detected using a sensor mounted on the rolling guide device, and the detection result is used to determine the movable member relative to the track member.
  • the detection result is used to determine the movable member relative to the track member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a rolling guide apparatus to which the present invention can be applied. It is sectional drawing which shows the structure of the infinite circulation path of a rolling element. It is a block diagram showing an example of composition of a system which enforces a diagnostic method of the present invention. It is a flowchart explaining the state diagnostic method of the rolling guide apparatus of this invention. It is a graph which shows the relationship between the moving speed of a moving member, and the threshold value which judges the quality of a lubrication state. It is a block diagram showing an example of composition of a system containing speed detection means. It is sectional drawing which shows the attachment position of the proximity sensor with respect to the endless circuit of a moving member. It is a flowchart which shows the procedure of the correctness determination of the driving
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a rolling guide apparatus 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 via a large number of balls as rolling elements, and fixed portions of various mechanical devices By laying the track member 1 on the side and mounting various movable bodies on the moving member 2, the movable body can be guided so as to be capable of reciprocating along the track member 1. .
  • the said track member 1 is formed in the substantially rectangular-shaped elongate body.
  • a plurality of bolt mounting holes 12 are formed in the track member 1 at predetermined intervals in the longitudinal direction and penetrate from the top surface to the bottom surface, and using the fixing bolts inserted into the bolt mounting holes 12, the track member 1 Can be firmly fixed to the fixing portion.
  • the two rolling surfaces 11 of the rolling element 6 are provided on the left and right side surfaces of the raceway member 1, and four rolling surfaces 11 are provided as the whole raceway member. The number of the rolling surfaces 11 provided on the track member 1 is not limited to this.
  • the moving member 2 is roughly divided into a main body member 21 made of metal, and a pair of synthetic resin lids 22A and 22B attached to both ends of the moving direction of the main body member 21. .
  • the moving member 2 is provided with a plurality of endless circulation paths of balls as the rolling elements 6 corresponding to the respective rolling surfaces 11 of the track member 1.
  • a seal 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 and the like adhering to the track member 1 intrude into the infinite circulation path. To prevent it.
  • the infinite circulation path of the rolling element 6 can be grasped.
  • the main body member 21 and a part of the lid 22B are shown cut away.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the infinite circulation path.
  • the endless circulation passage 5 has a load passage 50, a return passage 51, and a pair of direction changing passages 52.
  • a load rolling surface 23 opposed to the rolling surface 11 of the track member 1 is formed on the main body member 21 constituting the moving member 2, and the rolling element 6 is the rolling surface 11 of the track member 1 and the main body It rolls while applying a load between the load rolling surface 23 of the member 21.
  • the infinite circulation passage 5 a passage portion which is rolling while the rolling element 6 applies a load in this manner is the load passage 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 generally provided through the main body member 21, and the inner diameter thereof is set to be slightly larger than the diameter of the rolling element 6. Thereby, the rolling element 6 rolls in the return passage 51 without applying a load.
  • the direction changing paths 52 are provided in the pair of lids 22A and 22B.
  • the lids 22A and 22B are fixed to the end face of the main body member 21 so as to sandwich the main body member 21.
  • the direction changing path 52 of each lid 22A and 22B is an end portion of the load passage 50 and the return passage 51 Connects the ends of the rolling elements 6 and transfers the rolling elements 6 between them.
  • the endless circulation passage 5 of the rolling element 6 is completed.
  • the rolling element 6 rolls 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 are formed to face each other. It is only the passage 50.
  • a vibration sensor 35 is fixed to the track member 1.
  • An acceleration sensor may be used as the vibration sensor 35, and the vibration sensor 35 is directly attached to the vicinity of the end of the track member 21 in the longitudinal direction.
  • the rolling element 6 rolls between the load rolling surface 23 of the main body member 21 and the rolling surface 11 of the track member 1, and the movement Relative vibration is generated between the member 2 and the track member 1.
  • the vibration sensor 35 detects the amplitude of the vibration generated in the track member 1 and outputs it.
  • the amplitude of the vibration of the high frequency component of several tens of KHz or more among the vibrations generated in the moving member 2 or the track member 1 tends to increase. It has been found to be.
  • an acceleration sensor is suitable as the vibration sensor 35 There is.
  • the amplitude of the vibration of the track member 1 particularly the amplitude of the high frequency component, is grasped from the output signal of the vibration sensor 35, and the amplitude is compared with a predetermined threshold value, the track member 1 or the rolling element It is possible to judge whether the lubrication state of No. 6 is good or bad.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a state diagnosis system of the rolling guide apparatus using the vibration sensor 35.
  • the detection signal of the vibration sensor 35 is input to the control unit 39 via an A / D converter or the like. Further, a band pass filter for attenuating low frequency components may be provided between the vibration sensor 35 and the A / D converter.
  • 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 advance in the ROM, compares a predetermined threshold value with the detection signal of the vibration sensor 35, 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 flowchart showing the condition diagnosis method of the present invention.
  • the track In order to grasp the amplitude of the vibration generated between the moving member 2 and the track member 1, the track The output signal of the vibration sensor 35 is read while moving the moving member 2 at a predetermined speed with respect to the member 1, and the amplitude of the vibration of the track member 1 is detected. Then, a threshold fixedly determined in advance in relation to the moving speed of the moving member 2 is compared with the amplitude of the detected vibration, and the amplitude of the vibration occurring in the track member 1 is larger than the threshold or not Determine if
  • the amplitude of the detected vibration is smaller than the threshold value, it is considered that the traveling state of the movable member 2 is normal, and it is possible to continue to use the rolling guide device.
  • the amplitude of the detected vibration is larger than the threshold value, there is an abnormality in the traveling state of the moving member 2 with respect to the track member 1, and the rolling surface 11 of the track member 1 or It is conceivable that a lubrication failure of the moving body 6 or an abnormality has occurred on the rolling contact surface 11 itself.
  • the lubricant is supplied to the rolling guide device. This is because, as described above, the increase in the amplitude of the vibration generated between the moving member 2 and the track member is closely related to the quality of the lubrication state of the track member 1 and the rolling element 6 . Therefore, if a lubricant is supplied to the rolling surface of the track member or the rolling elements incorporated in the moving member, the amplitude of the vibration generated between the moving member 2 and the track member is reduced. There is a possibility.
  • a lubricant supply pipe is connected from the lubricant pump to the moving member 2 to save time and labor for manually supplying the lubricant, and the lubricant is eliminated.
  • the lubricant is supplied to the rolling guide device by driving the pump. Therefore, when it is determined that the traveling state of the moving member 2 is abnormal, the control unit automatically starts the lubricant pump and forcibly forces the endless circulation path 5 of the rolling element 6. Supply lubricant.
  • the output signal of the vibration sensor is read again to detect the amplitude of the vibration of the track member 1. Then, the traveling condition of the moving member 2 with respect to the track member 1 is re-diagnosed by comparing the threshold with the amplitude of the detected vibration.
  • the control unit 39 warns the user of this point via the user interface 40.
  • the traveling state of the moving member 2 still has an abnormality, and the traveling state of the moving member 2 It will not be improved. For example, if it is determined that the traveling state diagnosis and the lubricant supply are repeated several times and it is still diagnosed that there is an abnormality in the traveling state of the moving member 2, failure of a lubricant supply device such as the lubricant pump or There is a possibility that a problem occurs in the lubricant supply itself such as clogging of the lubricant supply path. Moreover, generation
  • a counter for counting the number of occurrences of the warning signal is separately provided, and the control unit 39 counts the number of times of rediagnosis of the traveling state and the lubricant supply instruction repeated within a predetermined period. If the rediagnosis and the lubricant supply instruction are repeated a predetermined number of times within a predetermined period, the control unit 39 instructs the user to execute the inspection of the lubricant supply device via the user interface 40. Prompt.
  • the user should restore the running state of the rolling guide device by repairing the lubricant supply device and repairing the piping. Is possible.
  • the cause of the amplitude of the vibration of the track member 1 exceeding the threshold is not the lack of lubrication but the track member This is considered to be the occurrence of flaking on the rolling surface 11 of 1. Therefore, it is necessary for the user to confirm the condition of the rolling surface 11 of the track member 1 if there is no problem in the supply of the lubricant.
  • this type of rolling guide device is used, for example, as a component responsible for moving a work table, moving a headstock, etc. in a numerically controlled machine tool such as a machining center. If there is an abnormality in the traveling of the moving member 2 with respect to the track member 1, there is a possibility that the processing accuracy of the workpiece by the numerically controlled machine tool may be affected. Therefore, it is effective to directly input the diagnosis result of the traveling state to the control computer of the numerical control machine tool in order to reduce the incidence of defective products.
  • the warning signal generated by the control unit 39 is input to a control computer of a numerically controlled machine tool, and the control computer activates the lubricant pump connected to the rolling guide device to move the moving member 2.
  • the supply of the lubricant to the endless circuit 5 of the rolling element 6 can immediately be started.
  • the operation of the machine tool can not be continued under the condition where the lubricant supply to the rolling guide device is lacking, and it is possible to avoid the extreme shortening of the product life of the rolling guide device and maintenance reasons. It is possible to shorten the operation stop time of the machine tool and to increase the operation rate of the machine tool.
  • the warning signal is repeatedly issued within a predetermined time, it is possible to forcibly stop the operation of the machine tool and ask the user for an inspection.
  • the amplitude of the vibration of the track member 1 is detected by the vibration sensor 35 while moving the moving member 2 at a predetermined speed with respect to the track member 1, and the detected value is a predetermined threshold value. It was determined whether or not the lubrication state of the raceway member 1 and the rolling element 6 was normal. However, as shown in FIG. 5, the threshold value for determining whether the lubrication state is normal or abnormal changes depending on the moving speed of the moving member 2 with respect to the track member 1, and the lubricating state increases as the moving speed increases. Experiments have shown that the threshold that distinguishes between normal and abnormal tends to rise.
  • the moving speed of the moving member 2 with respect to the track member 1 is grasped, and the movement speed at which the threshold is grasped It is necessary to decide accordingly.
  • the moving speed of the moving member 2 may be grasped by providing a speed detecting means to the rolling guide device, and the moving speed of the moving member 2 relative to the track member 1 may be actually measured by the speed detecting means.
  • the information on the moving speed of the moving member 2 may be received from the outside.
  • the change in transport speed of the workpiece using the rolling guide device is determined in advance according to the content of the processing operation of the workpiece. Therefore, information on the moving speed of the moving member 2 may be received from the control computer of the numerically controlled machine tool, and the threshold may be sequentially selected according to the received speed information.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a state diagnosis system of the rolling guide apparatus provided with the speed detection means 36.
  • the detection signal of the speed detection means 36 is inputted to the control unit 39 via an A / D converter etc., and the control part 39 executes a diagnostic program stored in advance in the ROM, and the detection signal of the speed detection means 36
  • the threshold is determined based on the above, and the threshold and the detection signal of the vibration sensor 35 are compared. As a result, it is possible to select an appropriate threshold value according to the moving speed of the moving member, and appropriately determine the lubricating state of the rolling guide device.
  • the configuration other than the speed detection means 36 is the same as the configuration already described with reference to FIG. 3, so the detailed description of those configurations is omitted here.
  • the speed detecting means 36 may be means for detecting the moving distance of the moving member 2 per unit time, as long as the moving speed of the moving member 2 with respect to the track member 1 can be grasped.
  • a linear encoder may be provided in parallel to the track member 1, and the moving speed of the moving member 2 may be grasped from the detection signal of the linear encoder.
  • the speed detection means 36 it is possible to grasp the circulation speed of the rolling element 6 inside the movement member 2 and grasp the movement speed of the movement member 2 with respect to the track member 1 from the circulation speed.
  • the proximity sensor 36a as the speed detecting means is fixed to the outside of the lid 22B of the moving member 2, and the direction change of the lid 22B is performed using the proximity sensor 36a.
  • the rolling elements 6 passing through the path 52 are detected.
  • an inductive sensor or a capacitive sensor can be used. Since the detection signal of the proximity sensor 36a fluctuates each time the rolling element 6 passes near the fixed position of the proximity sensor 36a, the unit time in the turning path 52 is analyzed by analyzing the detection signal.
  • the number of passing rolling elements 6 can be grasped. Since the moving speed of the moving member 2 with respect to the track member 1 corresponds to the circulating speed of the rolling elements 6 in the endless circulation path 5, the number of passing rolling elements 6 per unit time in the direction changing path 52 If it counts, the moving speed of the said moving member 2 can be grasped
  • FIG. 8 is a flowchart showing a diagnostic program for determining whether the traveling state of the moving member is correct or not using the vibration sensor 35 and the speed detecting means 36.
  • This diagnostic program is executed in the control unit 39 (see FIG. 6). The diagnostic program is executed while the moving member 2 is traveling with respect to the track member 1.
  • the controller 39 controls the vibration of the track member 1 based on the output signal of the vibration sensor 35. Calculate the average value of amplitude per unit time.
  • the control unit 39 calculates the moving speed of the moving member 2 with respect to the track member 1 based on the signal of the speed detecting means 36. Then, with reference to a table stored in advance in the control unit 39, the threshold value of the amplitude corresponding to the calculated moving speed is read out.
  • control unit 39 compares the average value of the amplitude of the vibration of the track member 1 with the threshold value read from the table. As a result of comparison, if the calculated amplitude of vibration is below the threshold value, there is no abnormality in the traveling of the moving member 2 with respect to the track member 1, and the rolling surface 11 of the track member 1 and the rolling element 6 It is determined that lubrication is properly performed.
  • the moving member 2 may, for example, have a lubrication failure of the raceway surface 11 of the track member 1 and the rolling element 6. It is determined that there is an abnormality in the driving of When the control unit 39 determines that the traveling state of the moving member 2 is abnormal, the control unit 39 issues a drive command to the lubricant supply pump based on the result to execute the state diagnosis method shown in FIG. Will do the necessary processing.
  • the track member 1 and the rolling elements in the rolling guide apparatus are detected by detecting the amplitude of relative vibration between the track member 1 and the moving member 2.
  • the lubrication state of No. 6 can be monitored and diagnosed in real time, and the operation of various industrial machines using the rolling guide device can be maintained at the maximum state.
  • the rolling guide device of the embodiment described above is of the type in which the above-mentioned track member is laid on the fixed part, the track member has a rod-like axis, for example, a ball spline device or a ball screw device. It is also possible to apply to a rolling guide device of the type which is formed and supported only at its ends on the fixed part.

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Abstract

転がり案内装置の軌道部材(1)の転走面(11)の状態や転動体(6)の潤滑状態を適切に把握する診断方法であって、振動センサ(35)を用いて軌道部材(1)と移動部材(2)との間の相対的な振動変位を検出すると共に、前記振動センサ(35)の検出信号と所定の閾値とを比較し、前記検出信号が前記閾値よりも大きい場合には、前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の走行状態に異常があると判断して、当該転がり案内装置に対する潤滑剤の供給を行い、供給完了後に再び前記振動センサ(35)の検出信号の読み込みを行い、前記検出信号が前記閾値よりも再び大きい場合には、潤滑剤の供給不良又は前記軌道部材(1)の転走面(11)の不良を判断する。

Description

転がり案内装置の状態診断方法
　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、前記転動体の転がり抵抗が大きくなり、例えば当該転がり案内装置によって移動自在に支持されたテーブルが運動する際の加速度が悪化する等、当該転がり案内装置が本来の性能を発揮できないおそれもある。
　その一方、転がり案内装置の用途は様々であり、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潤滑状態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。また、把握した状態に基づいて潤滑剤の供給を制御し、また必要に応じて当該転がり案内装置を組み込んだ産業機械の運転を制御できることが望ましい。
　特許文献１は前記軌道部材上における潤滑剤の存在を検知するためのセンサを前記移動部材に搭載した例を開示している。しかし、当該センサは前記移動部材の外側に装着されるため、前記軌道部材に潤滑剤が付着しているか否かの確認はできるものの、前記移動部材の無限循環路における潤滑状態や転動体の循環状態を直接的に把握することはできなかった。
特開２００５－１２１２１５
　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や転動体の潤滑状態を適切に把握する診断方法を提供することにある。
　軌道部材と移動部材が相対的に移動する際には、これら軌道部材及び移動部材が何らの問題も生じていない場合でも極微小な振動の発生を伴う。また、前記軌道部材の転走面や転動体の潤滑が不良な場合や、前記転走面にフレーキングが発生している場合には、前記振動は大きくなる傾向にある。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明は、長手方向に沿って転走面を有する軌道部材と、前記転走面を転がる多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられて当該軌道部材に沿って移動自在であると共に、前記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方法であって、前記転がり案内装置に取り付けた振動センサを用いて前記軌道部材と前記移動部材との間の相対的な振動変位を検出すると共に、前記振動センサの検出信号と所定の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて前記軌道部材に対する前記移動部材の走行状態を診断するものである。
　そして、前記振動センサの検出信号が前記閾値よりも大きい場合には、前記軌道部材に対する前記移動部材の走行状態に異常があると判断して、当該転がり案内装置に対する潤滑剤の供給を行い、供給完了後に再び前記振動センサの検出信号の読み込みを行い、当該振動センサの検出信号が前記閾値よりも大きい場合には、潤滑剤の供給不良又は前記軌道部材の転走面の不良を診断する。
　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、前記軌道部材に対する前記移動部材の相対的な振動変位を検出し、その検出結果を用いることで、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。 転動体の無限循環路の構成を示す断面図である。 本発明の診断方法を実施するシステムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の転がり案内装置の状態診断方法を説明するフローチャートである。 移動部材の移動速度と潤滑状態の良否を判断する閾値との関係を示すグラフである。 速度検出手段を含むシステムの構成の一例を示すブロック図である。 移動部材の無限循環路に対する近接センサの取付け位置を示す断面図である。 制御部における走行状態の正否判断の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第一実施形態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６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に対応して転動体６としての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は前記転動体６の無限循環路が把握できるように。前記本体部材２１及び前記蓋体２２Ｂの一部を切り欠いて示してある。
　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５１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。
　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、当該振動センサ３５は前記軌道部材２１の長手方向の端部近傍に対して直接貼り付けられている。
　前記移動部材２が前記軌道部材１に沿って移動すると、前記転動体６が前記本体部材２１の負荷転走面２３と前記軌道部材１の転走面１１との間を転走し、前記移動部材２と前記軌道部材１との間には相対的な振動が発生する。前記振動センサ３５は前記軌道部材１に発生する振動の振幅を検出してそれを出力する。転がり案内装置において前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態が悪化すると、前記移動部材２又は前記軌道部材１に生じる振動のうち、数十ＫＨｚ以上の高周波成分の振動の振幅が増加する傾向にあることが見出されている。振動の高周波成分に対して振幅（変位）を計測する際には、振幅を直接計測するよりも、加速度を計測した方が感度は高く、この意味において前記振動センサ３５としては加速度センサが適している。このように、前記振動センサ３５の出力信号から前記軌道部材１の振動の振幅、特に高周波成分の振幅を把握し、かかる振幅を予め定めた閾値と比較すれば、前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態の良否を判断することができる。
　図３は前記振動センサ３５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の検出信号はＡ／Ｄ変換器等を介して制御部３９に入力される。また、低周波成分を減衰させるバンドパスフィルターを前記振動センサ３５とＡ／Ｄ変換器の間に設けてもよい。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、所定の閾値と前記振動センサ３５の検出信号とを比較し、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。
　図４は本発明の状態診断方法を示すフローチャートである。
　前述したように、転がり案内装置において前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態が悪化すると、前記移動部材２の走行中に当該移動部材２と前記軌道部材１の間に生じる振動のうち、数十ＫＨｚ以上の高周波成分の振動の振幅が増加する傾向にあることが見出されている。
　このため、転がり案内装置が健全な状態にあるか否かを診断する際には、先ずは前記移動部材２と前記軌道部材１の間に発生している振動の振幅を把握するため、前記軌道部材１に対して前記移動部材２を予め定めた速度で移動させながら前記振動センサ３５の出力信号を読み出し、前記軌道部材１の振動の振幅を検出する。そして、前記移動部材２の移動速度との関連で予め固定的に定められた閾値と検出した振動の振幅とを比較し、前記軌道部材１に生じている振動の振幅が閾値よりも大きいか否かを判定する。
　検出した振動の振幅が前記閾値よりも小さいのであれば、前記移動部材２の走行状態は正常であると考えられ、そのまま継続して転がり案内装置を使用することが可能である。一方、検出した振動の振幅が前記閾値よりも大きいのであれば、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の走行状態には異常があり、その原因としては前記軌道部材１の転走面１１や転動体６の潤滑不良、あるいは前記転走面１１そのものに異常が発生していることが考えられる。
　前記移動部材２の走行状態に異常があると判断された場合には、先ずは、転がり案内装置に対して潤滑剤の供給を行う。これは前述の如く、前記移動部材２と前記軌道部材の間に発生する振動の振幅の増加は、前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態の良否と密接に関係しているからである。従って、前記軌道部材の転走面又は前記移動部材に内蔵された転動体に対して潤滑剤を給油すれば、前記移動部材２と前記軌道部材の間に発生している振動の振幅が減少する可能性が考えられる。
　各種搬送装置や工作機械に使用される転がり案内装置では、潤滑剤を手作業で供給する手間を省くため、潤滑剤ポンプから前記移動部材２に対して潤滑剤の供給配管が接続され、潤滑剤ポンプを駆動することによって転がり案内装置に潤滑剤が供給されるようになっている。従って、前記移動部材２の走行状態に異常があると判断された場合には、前記制御部は前記潤滑剤ポンプを自動的に起動させ、転動体６の無限循環路５に対して強制的に潤滑剤の供給を行う。
　潤滑剤の供給を行った後は、再び前記振動センサの出力信号を読み出して前記軌道部材１の振動の振幅を検出する。そして、前記閾値と検出した振動の振幅とを比較して、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の走行状態の再診断を行う。
　再診断の結果として、検出した振動の振幅が前記閾値よりも小さいのであれば、最初の診断による走行状態の異常の原因は潤滑不足であったと特定することができ、以降は潤滑不足に陥ることがないよう考慮しながらそのまま継続して転がり案内装置を使用することが可能である。従って、前記制御部３９は前記ユーザーインターフェース４０を介してこの点をユーザーに注意喚起する。
　一方、再診断の結果として、検出した振動の振幅が前記閾値よりも大きいのであれば、前記移動部材２の走行状態には依然として異常があり、潤滑剤の供給によって前記移動部材２の走行状態は改善されなかったことになる。例えば、走行状態の診断と潤滑剤の供給を数回繰り返し、それでも前記移動部材２の走行状態に異常があると診断される場合には、前記潤滑剤ポンプ等の潤滑剤供給装置の故障、又は潤滑剤の供給経路の詰まり等、潤滑剤の供給そのものに不具合が発生している可能性がある。また、他の原因として、前記軌道部材１の転走面１１や前記移動部材２の負荷転走面２３がうろこ状に剥離する所謂フレーキングの発生も考えられる。
　そこで、警告信号の発生回数を計数するカウンタを別途設け、前記制御部３９は一定の期間内に走行状態の再診断と潤滑剤の供給指示が繰り返された回数を計数する。一定期間内に再診断と潤滑剤の供給指示が所定回数だけ繰り返されるようであれば、前記制御部３９は前記ユーザーインターフェース４０を介して、潤滑材の供給装置の点検の実行をユーザーに対して促す。
　前述の点検の結果として、潤滑剤の供給装置又は配管に不具合が存在するのであれば、ユーザーは潤滑剤供給装置の修理、配管の修理を行うことにより、転がり案内装置の走行状態を回復させることが可能となる。一方、点検の結果として、潤滑剤の供給装置やその配管に何らの不具合も存在しないのであれば、前記軌道部材１の振動の振幅が閾値を超えている原因は潤滑不足ではなく、前記軌道部材１の転走面１１に対するフレーキングの発生と考えられる。従って、ユーザーは潤滑剤の供給に不具合が存在しないのであれば、前記軌道部材１の転走面１１の状態を確認することが必要となる。
　更に、この種の転がり案内装置は例えばマシニングセンタ等の数値制御工作機械において、ワークテーブルの移動、主軸台の移動等を担う部品として使用されている。仮に前記軌道部材１に対する前記移動部材２の走行に異常が存在する場合には、数値制御工作機械によるワークの加工精度に影響が及ぶ可能性が考えられる。このため、前記走行状態の診断結果を数値制御工作機械の制御コンピュータに対して直接入力することは、加工不良品の発生率を低下させるために有効である。
　具体的には、前記制御部３９が生成した警告信号を数値制御工作機械の制御コンピュータに入力し、前記制御コンピュータが転がり案内装置に接続された潤滑剤ポンプを起動させることで、前記移動部材２の転動体６の無限循環路５に対する潤滑剤の供給を直ちに開始することができる。これにより、転がり案内装置に対する潤滑剤の供給が欠乏した状態の下で工作機械の運転を継続することがなくなり、転がり案内装置の製品寿命の極端な短命化を回避することができる他、メンテナンス理由での工作機械の運転停止時間を短縮して、当該工作機械の稼働率を高めることが可能となる。また、前記警告信号が一定時間内で繰り返し発報されるのであれば、強制的に工作機械の運転を停止し、ユーザーに対して点検を求めることも可能となる。
　以上の説明では、前記軌道部材１に対して前記移動部材２を予め定めた速度で移動させながら、前記振動センサ３５で前記軌道部材１の振動の振幅を検出し、当該検出値を所定の閾値と比較して、前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態が正常か否かを判別した。しかし、潤滑状態が正常か異常かを判断するための閾値は、図５に示すように、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変化し、かかる移動速度が大きくなるにつれて潤滑状態の正常と異常を区分する閾値は上昇する傾向にあることが実験によって判明している。従って、前記軌道部材１や前記転動体６の潤滑状態の良否をより正確に判断するためには、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度を把握し、前記閾値を把握した移動速度に応じて決定する必要がある。
　前記移動部材２の移動速度の把握は、前記転がり案内装置に対して速度検出手段を設け、かかる速度検出手段で前記移動部材２の前記軌道部材１に対する移動速度を実際に計測しても良いし、前記移動部材２の移動速度に関する情報を外部から受け取るようにしても良い。例えば前述した数値制御工作機械では、ワークの加工作業の内容に応じ、前記転がり案内装置を用いたワークの搬送速度の変化が予め決められている。このため、数値制御工作機械の制御コンピュータから前記移動部材２の移動速度に関する情報を受け取り、受け取った速度情報に応じて前記閾値を逐次選定するようにしてもよい。
　図６は前記速度検出手段３６を設け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。前記速度検出手段３６の検出信号はＡ／Ｄ変換器等を介して制御部３９に入力され、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、前記速度検出手段３６の検出信号に基づいて前記閾値を決定すると共に、当該閾値と前記振動センサ３５の検出信号とを比較する。これにより、前記移動部材の移動速度に応じて適切な閾値を選定し、転がり案内装置の潤滑状態を適切に判断することが可能となる。尚、図６のブロック図に示される構成うち、前記速度検出手段３６以外の構成は図３を用いて既に説明した構成と同じなので、ここではそれらの構成の詳細な説明は省略する。
　前記速度検出手段３６としては、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度を把握できるものであれば、当該移動部材２の単位時間当たりの移動距離を検出する手段であっても良く、例えば前記軌道部材１と平行にリニアエンコーダを設け、当該リニアエンコーダの検出信号から前記移動部材２の移動速度を把握するようにしてもよい。
　前記速度検出手段３６の一例としては、前記移動部材２の内部における前記転動体６の循環速度を把握し、当該循環速度から前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度を把握することが挙げられる。具体的には、図７に示すように、前記移動部材２の蓋体２２Ｂの外側に前記速度検出手段としての近接センサ３６ａを固定し、当該近接センサ３６ａを用いて前記蓋体２２Ｂの方向転換路５２を通過する転動体６を検出している。前記近接サンサ３６ａとしては誘導型又は静電容量型のものを用いることができる。前記近接センサ３６ａの固定位置の近傍を前記転動体６が通過する度に、当該近接センサ３６ａの検出信号は変動するので、前記検出信号を解析することにより、前記方向転換路５２内における単位時間あたりの転動体６の通過数を把握することができる。前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度は前記無限循環路５内における転動体６の循環速度に対応しているので、前記方向転換路５２における単位時間あたりの転動体６の通過数を計数すれば、前記移動部材２の移動速度を把握することができる。また、前記方向転換路５２内における転動体６の通過を検出するセンサとしては、前記近接センサ３６ａに代えて他のセンサを用いることも可能である。
　図８は前記振動センサ３５及び前記速度検出手段３６を用いて前記移動部材の走行状態の正否を判定する診断プログラムを示すフローチャートである。この診断プログラムは前記制御部３９（図６参照）において実行される。この診断プログラムは前記軌道部材１に対して前記移動部材２が走行している最中に実行され、先ず、前記制御部３９は前記振動センサ３５の出力信号に基づいて前記軌道部材１の振動の振幅の単位時間あたりの平均値を算出する。次いで、前記制御部３９は前記速度検出手段３６の信号に基づいて前記軌道部材１に対する前記移動部材２の移動速度を算出する。そして、当該制御部３９に予め格納されているテーブルを参照し、算出した移動速度に対応する振幅の閾値を読み出す。この後、前記制御部３９は前記軌道部材１の振動の振幅の平均値とテーブルから読み出した閾値とを比較する。比較の結果、算出した振動の振幅が閾値を下回っているのであれば、前記軌道部材１に対する前記移動部材２の走行には異常がなく、前記軌道部材１の転走面１１及び転動体６の潤滑は適切に行われていると判定する。
　一方、検出した前記軌道部材１の振動の振幅が閾値を上回っているのであれば、例えば前記軌道部材１の転走面１１及び転動体６の潤滑不良が発生しているなど、前記移動部材２の走行に異常があるものと判定する。前記制御部３９は前記移動部材２の走行状態に異常があると判定した場合、図４に示した状態診断方法を実行するため、当該結果に基づいて潤滑剤供給ポンプに駆動指令を発するなどして、必要な処理を行うことになる。
　以上説明してきた転がり案内装置の走行状態の診断方法では、前記軌道部材１と前記移動部材２の間の相対的な振動の振幅を検出することにより、当該転がり案内装置における軌道部材１や転動体６の潤滑状態をリアルタイムで監視し、診断することができ、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、以上説明してきた実施形態の転がり案内装置は、前記軌道部材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 (8)

  1. 長手方向に沿って転走面(11)を有する軌道部材(1)と、前記転走面(11)を転がる多数の転動体(6)を介して前記軌道部材(1)に組み付けられて当該軌道部材に沿って移動自在であると共に、前記転動体(6)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方法であって、
    前記転がり案内装置に取り付けた振動センサ(35)を用いて前記軌道部材(1)と前記移動部材(2)との間の相対的な振動変位を検出すると共に、前記振動センサ(35)の検出信号と所定の閾値とを比較し、
    当該振動センサ(35)の検出信号が前記閾値よりも大きい場合には、前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の走行状態に異常があると判断して、当該転がり案内装置に対する潤滑剤の供給を行い、
    供給完了後に再び前記振動センサ(35)の検出信号の読み込みを行い、当該振動センサ(35)の検出信号が前記閾値よりも大きい場合には、潤滑剤の供給不良又は前記軌道部材(1)の転走面(11)の不良を判断することを特徴とする転がり案内装置の状態診断方法。
  2. 前記振動センサ(35)は前記軌道部材(1)に取り付けられ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方法。
  3. 前記閾値は前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の移動速度に基づいて決定され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方法。
  4. 前記移動部材(2)に取り付けた近接センサ(36a)を用いて前記無限循環路(5)内を移動する転動体(6)を計数し、かかる計数結果に基づいて前記軌道部材(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方法。
  5. 長手方向に沿って転走面(11)を有する軌道部材(1)と、前記転走面(11)を転がる多数の転動体(6)を介して前記軌道部材(1)に組み付けられて当該軌道部材に沿って移動自在であると共に、前記転動体(6)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、
    前記転がり案内装置に取り付けられて前記軌道部材(1)と前記移動部材(2)との間の相対的な振動変位を検出する振動センサ(35)と、
    前記振動センサ(35)の検出信号と所定の閾値とを比較し、前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の走行状態の正常又は異常を示す判定信号を生成する制御部(39)と、を備え、
    前記判定信号が前記移動部材(2)の走行状態の異常を示している場合、前記制御部(39)は前記転がり案内装置に設けられた潤滑剤供給装置に対して潤滑剤の供給を指示する信号を送出し、所定時間内に前記移動部材(2)の走行状態の異常を示す判定信号が所定回数繰り返し生成された場合には、前記軌道部材(1)及び前記移動部材(2)の点検を促す警告信号を発報することを特徴とする転がり案内装置の診断システム。
  6. 前記振動センサ(35)は前記軌道部材(1)に取り付けられることを特徴とする請求項５記載の転がり案内装置の状態診断システム。
  7. 前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の移動速度を検出する手段を備え、
    前記制御部(39)は、検出した前記移動部材(2)の移動速度に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする請求項５記載の転がり案内装置の状態診断システム。
  8. 前記移動部材(2)の移動速度を検出する手段は当該移動部材(2)に取り付けられて前記無限循環路(5)内を移動する転動体(6)を検出する近接センサ(36a)であり、前記制御部(39)は近接センサ(36a)の検出信号に基づいて前記軌道部材(1)に対する前記移動部材(2)の移動速度を検出することを特徴とする請求項７記載の転がり案内装置の状態診断システム。
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