(57)【要約】【課題】 駆動軸監視の無人化・自動化を可能とする駆動軸監視システムを提供する。【解決手段】  診断開始に伴って、まず、圧延中かどうかが判定される(S1)。この判定は、圧延設備の制御盤から圧延中の信号が診断用パソコンに入力されていることによって行われ、圧延中の信号が入力した場合に、次のステップである第２判定ステップ(S2)に移行する。第２判定ステップ(S2)では、予約時間帯かどうかが判定され、予約時間帯と判定された場合に、次のステップである診断ステップ(S3)に移行する。診断ステップ(S3)では、親機に測定を開始させるための起動信号が出力され、これにより、変位センサによる測定および異常診断手段による診断が行われる。【選択図】    図５
2010180917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの検出データを発信するためのワイヤレス通信機を有し十字軸の複数のベアリングカップにそれぞれ取り付けられた複数の子機と、各子機と送受信を行う親機と、センサの検出データを親機から受信して処理するとともに所要の信号を親機に送信する制御手段とを備えている駆動軸監視システムにおいて、
制御手段は、測定を行う時間帯を予約しておく測定時間帯設定手段と、駆動軸が現在負荷運転中であるかどうかを判定する第１判定手段と、現在時刻が予約時間帯内にあるかどうかを判定する第２判定手段と、現在負荷運転中でありかつ現在時刻が予約時間帯内である場合に親機に測定を開始させるための起動信号を出力する起動手段とを備えていることを特徴とする駆動軸監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧延設備等の駆動軸の損傷を診断する駆動軸監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼の圧延設備では、駆動軸に大きな負荷が掛かるため、駆動軸が損傷しやすく、損傷を早く検知して故障を防止することが重要となっている。そのため、定期的に分解検査が行われているが、この検査に手間および時間が掛かるため、分解検査に代わる稼働中での検査が望まれている。
【０００３】
このような検査を可能とするものとして、特許文献１には、センサの検出データを発信するためのワイヤレス通信機を有し十字軸の複数のベアリングカップにそれぞれ取り付けられた複数の子機と、各子機と送受信を行う親機と、センサの検出データを親機から受信して処理するとともに所要の信号を親機に送信する制御手段とを備えている駆動軸監視システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３３３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されている駆動軸監視システムでは、子機を十字軸のベアリングカップに取り付けることで、圧延中にセンサからのデータを取得することができ、駆動軸の監視を精度よく行うことができる。ここで、駆動軸を無負荷で回転させた場合には、ガタが大きいために精度のよい検出ができないため、圧延中に測定することが必要であり、この部分に人手を必要とすることから、駆動軸監視の無人化・自動化が課題となっている。
【０００６】
この発明の目的は、駆動軸監視の無人化・自動化を可能とする駆動軸監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による駆動軸監視システムは、センサの検出データを発信するためのワイヤレス通信機を有し十字軸の複数のベアリングカップにそれぞれ取り付けられた複数の子機と、各子機と送受信を行う親機と、センサの検出データを親機から受信して処理するとともに所要の信号を親機に送信する制御手段とを備えている駆動軸監視システムにおいて、制御手段は、測定を行う時間帯を予約しておく測定時間帯設定手段と、駆動軸が現在負荷運転中であるかどうかを判定する第１判定手段と、現在時刻が予約時間帯内にあるかどうかを判定する第２判定手段と、現在負荷運転中でありかつ現在時刻が予約時間帯内である場合に親機に測定を開始させるための起動信号を出力する起動手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
センサとセンサの検知データを送信するワイヤレス通信機とはいずれもベアリングカップに取り付けられて１つのワイヤレスセンサユニットを構成し、このワイヤレスセンサユニットが子機として取り扱われる。親機は、子機の近傍である圧延設備等の現場に配置される。親機は、複数の子機と多局通信可能なものとされ、十字軸継手のクロスのどの軸部（どのベアリングカップ）からのデータであるかが親機側の制御手段で把握される。
【０００９】
制御手段としては、従来と同様に、駆動軸の異常診断手段を備えたパソコンが使用される。従来、このパソコンは、親機に接続されて現場側に設置されていたが、この発明による駆動軸監視システムでは、親機とは離れたところ（事務所など）に設置され、この位置から親機に指令を送ることができるものとされる。パソコン（制御手段）は、圧延設備等の制御盤と接続される。制御盤には、圧延中であることを示す各種信号（例えば冷却水を循環させる信号）が存在しており、これらの信号のオン・オフから、負荷運転中であることが確認される。
【００１０】
子機と親機とは、子機に設けられたアンテナと親機に設けられたアンテナとを使用して送受信するものとしてもよいが、好ましくは、大型の固定アンテナを子機近傍に設置し、これを介して子機と親機との間で送受信することが好ましい。
【００１１】
パソコンは、診断を予約するシステム仕様とされ、パソコンには、駆動軸の異常診断手段に加えて、自動診断手段が内蔵される。この自動診断手段は、測定を行う時間帯を予約しておく測定時間帯設定手段および現在時刻が予約時間帯内にあるかどうかを判定する判定手段（第２判定手段）を有していることにより、例えば週に１回または月に１回というような適宜な間隔で自動的に駆動軸の診断が可能な状態に設定される。駆動軸の診断は、圧延中（無負荷時ではなく負荷時）に行うことが必要であり、第１判定手段がこれを判定する。この判定のためには、例えば、圧延設備から圧延中である信号をパソコンに送信するようにして、パソコン側でこれを受信した場合に、「圧延中（負荷時）」と判定するようにすればよい。すなわち、駆動軸の制御盤より負荷運転中の信号がネットワーク経由でパソコンに入力され、これが診断時のトリガーとされる。これにより、負荷運転中であることが認識され、第１判定手段が現在負荷運転中であると判定しかつ第２判定手段が現在時刻が予約時間帯内にあると判定したときに、起動手段から起動信号を出力することで、必要な条件を満たす診断が無人で自動的に行われる。
【００１２】
子機となるワイヤレスセンサユニットは、十字軸継手のクロスの各軸部（トラニオン）にそれぞれ設けられるもので、１つのワイヤレスセンサユニットは、アンテナおよびワイヤレス基板からなるワイヤレス通信機と、センサ（例えば変位センサ）と、プリアンプおよび電源回路などが内蔵されたセンサ基板と、これらの電源となる電池とを備えているものとされる。子機には、マイコンまたはこれと同等の制御手段が設けられる。マイコンは、例えば、センサ基板に設置され、そのメモリには、電源が切れた時でも記録された内容が維持される記憶手段である不揮発メモリが備えられる。
【００１３】
センサは、十字軸継手の損傷（剥離）を検知するためのもので、例えば、変位センサ（センサからクロス表面までの距離の変化によって損傷を検出するもの）とされるが、これに限定されるものではなく、圧電型加速度ピックアップにより損傷を振動で検知する振動センサ、損傷部から発生するＡＥ（アコースティック・エミッション）を検知して損傷を診断するＡＥセンサ、損傷を温度上昇で検知する温度センサ、損傷をクロスからころを介してベアリングカップに作用する力に伴う歪量の増大で検知する非接触歪センサ（歪によって損傷を検出するもの）、その他のセンサが適宜使用される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の駆動軸監視システムによると、制御手段は、測定を行う時間帯を予約しておく測定時間帯設定手段と、駆動軸が現在負荷運転中であるかどうかを判定する第１判定手段と、現在時刻が予約時間帯内にあるかどうかを判定する第２判定手段と、現在負荷運転中でありかつ現在時刻が予約時間帯内である場合に親機に測定を開始させるための起動信号を出力する起動手段とを備えているので、現在負荷運転中でかつ現在時刻が予約時間帯内にあるという条件を満たすときに、診断が無人で自動的に行われ、これにより、駆動軸監視の無人化・自動化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、この発明による駆動軸監視システムが好適に使用される圧延設備の駆動軸を示す斜視図である。
【図２】図２は、この発明による駆動軸監視システムで使用されている子機（ワイヤレスセンサユニット）を示す断面図である。
【図３】図３は、この発明による駆動軸監視システムを示すブロック図である。
【図４】図４は、この発明による駆動軸監視システムの制御手段の一部を示すブロック図である。
【図５】図５は、この発明による駆動軸監視システムにおける処理ステップの主要部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、圧延設備の駆動軸(1)の一部を示しており、駆動軸(1)は、図示省略した圧延ローラと駆動モータとを接続して、駆動モータの回転を圧延ローラに伝達するもので、圧延ローラに一端部が結合されたローラ回転軸(2)と、ローラ回転軸(2)の他端部に十字軸継手(4)を介して一端部が結合された中間回転軸(3)と、中間回転軸(3)の他端部に十字軸継手を介して一端部が結合され、他端部が駆動モータに結合されたモータ回転軸とからなる。十字軸継手(4)による結合部分の構成は、モータ回転軸側とローラ回転軸(2)側とで同じであり、１対の回転軸(2)(3)がこれらの結合端部に介在された十字軸継手(4)により相対的に揺動可能に結合されている。
【００１８】
一方の回転軸(2)の結合端部には、角度にして９０°の大きさのフランジヨーク(5)が１８０°離れて対向するように設けられており、他方の回転軸(3)の結合端部には、角度にして９０°の大きさのフランジヨーク(6)が一方の回転軸(2)と９０°ずれた位置に１８０°離れて対向するように設けられている。十字軸継手(4)は、４つの軸部（トラニオン）(7a)を有しているクロス（十字軸）(7)と、クロス(7)と各ヨーク(5)(6)との結合部位に設けられる４つのクロスベアリング(8)とからなる。各フランジヨーク(5)(6)には、めねじ部(5a)(6a)が設けられ、各ベアリングカップ(9)には、ボルト挿通孔(9a)が設けられており、一方の回転軸(2)の突き合わせ端部において、１対のフランジヨーク(5)とこれらに対応する１対のベアリングカップ(9)とがボルトで結合されるとともに、他方の回転軸(3)の突き合わせ端部において、１対のフランジヨーク(6)とこれらに対応する１対のベアリングカップ(9)とがボルトで結合されることにより、回転軸(2)(3)同士が互いに回転を伝達するように結合されている。
【００１９】
クロス(7)とベアリングカップ(8)とは、相対的に揺動可能であり、一方の回転軸(2)から他方の回転軸(3)に回転運動を伝達する際の衝撃を緩和するバッファー機能を果たしている。こうして、圧延ローラの移動が許容されることにより、駆動軸(1)への衝撃が緩和されている。しかしながら、十字軸継手(4)には、衝撃等による大きな負荷が掛かるため、長期間の使用により損傷が進行していくことになる。この損傷の進行を監視するため、各ベアリングカップ(9)には、クロス(7)の損傷を検知するワイヤレスセンサユニット（子機）(11)が内蔵されている。
【００２０】
図２に示すように、ベアリングカップ(9)には、クロス(7)の軸部(7a)を収納するクロス軸部収納空間(9b)が内周側から設けられており、クロス(7)の軸部(7a)の外周に接触して転がるように同空間(9b)内に複数のころ(10)が配置されている。
【００２１】
ワイヤレスセンサユニット(11)は、ワイヤレス通信機(21)と、渦電流式の変位センサ(22)と、プリアンプおよび電源回路などが内蔵されたセンサ基板(23)と、これらの電源となる電池(24)と、これらを保持してベアリングカップ(9)に着脱可能に取り付けられるケーシング(25)と、ケーシング(25)の開口を閉鎖する合成樹脂製のキャップ(26)とを備えている。
【００２２】
駆動軸監視システムは、図３に示すように、圧延設備(A)の駆動軸(1)の各ベアリングカップ(9)に内蔵されたワイヤレスセンサユニット（子機）(11)と、ワイヤレスセンサユニット(11)からの無線信号を受信可能なように駆動軸(1)近傍の固定部材に取り付けられた固定式アンテナ(31)と、固定式アンテナ(31)からの無線信号を受信可能なように圧延現場に設置された親機(32)と、事務所(B)内に設置され親機(32)とスイッチングハブ(34)を介して接続された診断用パソコン(33)と、事務所(B)内に設置され診断用パソコン(33)と圧延設備(A)の制御盤(37)とをＰＬＣネットワーク(36)を介して接続するＰＬＣ(35)と、駆動軸(1)を撮影しスイッチングハブ(34)およびイーサネット(39)を介して診断用パソコン(33)に接続された監視カメラ(38)とを備えている。
【００２３】
圧延設備(A)の制御盤(37)からは、圧延中であることの負荷運転中信号がＰＬＣネットワーク(36)を経由して診断用パソコン(33)に入力されるようになされている。
【００２４】
駆動軸(1)が回転すると、クロス(7)とベアリングカップ(8)とは、ころ(10)を介して力を及ぼし合い、変位センサ(22)がクロス(7)の軸部(7a)ところ(10)との接触面を臨むように配置されていることで、この力によって生じるクロス(7)とベアリングカップ(8)との相対変位が変位センサ(22)によって検知される。各ワイヤレスセンサユニット(11)は、この駆動軸監視システムの子機として使用されており、各ワイヤレスセンサユニット(11)は、変位センサ(22)からの出力をワイヤレス通信機(21)を介して親機(32)に送信する。ワイヤレス通信機(21)は、ベアリングカップ(9)に内蔵されているので、圧延設備用駆動軸(1)のように２つの駆動軸(1)が密着していて、十字軸継手(4)の外部に隙間が無い場合でも、変位センサ(22)からの出力を容易に取り出すことができる。診断用パソコン(33)は、各ワイヤレスセンサユニット(11)から送られてくるデータを処理して、クロス(7)の損傷の程度について判別し、その結果を診断用パソコン(33)のディスプレイに表示する。例えば、図２にＳで示す軌道に剥離が生じた場合には、変位センサ(22)からの出力が正常時と相違することになり、この相違量が許容範囲かどうかを判定することにより、駆動軸(1)の損傷診断を行うことができる。クロス(7)の各軸部(7a)は、損傷の進行の程度が通常異なっているので、損傷診断は、各軸部(7a)毎に行われる。こうして、駆動軸(1)を稼働させた状態で損傷の診断を行うことができる。
【００２５】
事務所(B)では、診断用パソコン(33)のディスプレイによって、クロス(7)の損傷の程度を見ることができるとともに、監視カメラ(38)によって、駆動軸(1)の回転状態、固定式アンテナ(31)や親機(32)の設置状態なども監視することができる。
【００２６】
図４に示すように、診断用パソコン(33)には、変位センサ(22)の出力から駆動軸(1)の損傷状態を検出する異常診断手段(41)に加えて、診断を自動的に行わせるための自動診断手段(42)が内蔵されている。
【００２７】
異常診断手段(41)は、公知の部分であり、詳細説明を省略するが、例えば、変位センサ(22)の出力波形から回転同期成分を除去する回転同期成分除去手段と、回転同期成分が除去された波形の平均値から摩耗状態を判定する摩耗判定手段と、回転同期成分が除去された波形の振幅から剥離状態を判定する剥離判定手段とを有しているものとされる。
【００２８】
自動診断手段(42)は、測定を行う時間帯を予約しておく測定時間帯設定手段(51)と、圧延設備(A)の制御盤(37)からの信号に基づいて駆動軸(1)が現在負荷運転中であることを判定する第１判定手段(52)と、現在時刻が予約時間帯内にあるかどうかを判定する第２判定手段(53)と、現在負荷運転中かつ現在時刻が予約時間帯内である場合に親機(32)に測定を開始させるための起動信号を自動的に出力する自動起動手段(54)とを有している。
【００２９】
この駆動軸監視システムによると、図５に示すように、診断開始に伴って、まず、圧延中かどうかが第１判定手段(52)によって判定される(S1)。この判定（第１判定ステップ(S1)）は、圧延設備(A)の制御盤(37)から圧延中の信号がＰＬＣネットワーク(36)経由で診断用パソコン(33)に入力されていることによって行われ、圧延設備(A)の制御盤(37)から圧延中の信号が入力した場合に、次のステップである第２判定ステップ(S2)に移行する。第２判定ステップ(S2)では、予約時間帯かどうかが第２判定手段(53)によって判定される。予約時間帯でない場合には、適宜な間隔で第２判定ステップ(S2)が繰り返し実行され、予約時間帯と判定された場合（したがって、圧延中でかつ予約時間帯である場合）に、次のステップである測定および診断ステップ(S3)に移行する。測定および診断ステップ(S3)では、自動起動手段(54)によって親機(32)に測定を開始させるための起動信号が出力され、これにより、変位センサ(22)による測定および異常診断手段(41)による診断が行われる。駆動軸(1)を無負荷で回転させた場合には、ガタが大きいために精度のよい検出ができないが、上記の(S1)〜(S3)のステップに従って診断を行うことで圧延中という条件が満たされ、精度のよい診断が可能となる。
【００３０】
測定時間帯設定手段(51)には、予約時間帯として、例えば、週に１回とか月に１回とかの適当な日時が設定されており、この予約時間帯に圧延が行われた場合には、無人化・自動化による診断が行われる。
【００３１】
なお、診断用パソコン(33)から親機(32)にシステム起動信号をマニュアルで送信することも可能とされており、予約時間帯の設定日時とは無関係に適宜診断を行うことができる。この際、従来は、圧延設備(A)の現場において、親機(32)をワイヤレスセンサユニット（子機）(11)に近づけて、受信可能状態とする作業が必要であったが、この作業は必要なく、事務所(B)からの遠隔操作によって診断を行うことができ、簡単にかつ安全に駆動軸(1)の監視を行うことができる。
【符号の説明】
【００３２】
(1)     駆動軸
(7)     クロス（十字軸）
(9)     ベアリングカップ
(11)    ワイヤレスセンサユニット（子機）
(21)    ワイヤレス通信機
(22)    変位センサ（センサ）
(32)    親機
(33)    診断用パソコン（制御手段）
(51)    測定時間帯設定手段
(52)    第１判定手段
(53)    第２判定手段
(54)    自動起動手段
【図１】
2010180917.tif 000003
【図２】
2010180917.tif 000004
【図３】
2010180917.tif 000005
【図４】
2010180917.tif 000006
【図５】
2010180917.tif 000007