CN112740004A - 滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置 - Google Patents

滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置 Download PDF

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Abstract

提供检测施加于滚珠丝杠的预压的降低的方法以及能够检测预压的降低的具有滚珠丝杠的直动驱动装置。直动驱动装置具有：滚珠丝杠(9)；直动工作台(1)，其被滚珠丝杠(9)驱动而进行直线移动；以及异常检测装置(11)，其对施加于滚珠丝杠(9)的预压的降低进行检测。异常检测装置(11)具有：振动传感器(10)，其对滚珠丝杠(9)动作时的振动进行测量；运算处理部(12)，其取得由振动传感器(10)测量的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值；以及异常检测部(13)，其将滚珠丝杠(9)的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在振动值相对于该基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为滚珠丝杠(9)产生了预压的降低。

Description

滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置
技术领域
本发明涉及滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置。
背景技术
提出了各种检测滚珠丝杠的异常的方法。例如，在专利文献1中公开了如下的方法：测量滚珠丝杠动作时的振动，对得到的振动信号中的螺母的固有频率以下的频带的振动信号实施频率分析，与正常品的滚珠丝杠进行比较，由此检测在滚珠丝杠上产生的异常。
另外，在专利文献2中公开了如下的方法：测量滚珠丝杠动作时的振动，将与丝杠轴的转速同步的特定频带的2nfb成分与正常品的滚珠丝杠进行比较，由此检测在滚珠丝杠上产生的滚珠损伤、滚珠剥离等异常。
此外，在专利文献3中公开了如下的方法：检测滚珠丝杠的动作信号，变换为球体通过信号并与规定的阈值进行比较，由此检测滚珠丝杠的预压力的消失。
但是，为了利用专利文献1、2、3所公开的方法进行异常检测，需要预先计算与滚珠丝杠的基本参数相对应的轴旋转频率、滚珠的公转周期、滚珠的自转周期、球体通过信号等。另外，专利文献1、2所公开的方法需要将被检品的滚珠丝杠的振动信号与正常品的滚珠丝杠的振动信号进行比较，因此必须取得正常品的滚珠丝杠的振动信号。此外，专利文献1、2所公开的方法的目的在于检测在滚珠等部件上产生的压痕、剥离等损伤，而没有考虑因磨损等产生的预压降低的检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特许公开公报2010年第38567号
专利文献2：日本国特许公开公报2012年第229953号
专利文献3：日本国特许公开公报2015年第230097号
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题在于，提供检测施加于滚珠丝杠的预压的降低的方法以及能够检测预压的降低的具有滚珠丝杠的直动驱动装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式是一种滚珠丝杠的预压降低检测方法，对施加于滚珠丝杠的预压的降低进行检测，其特征在于，该滚珠丝杠的预压降低检测方法具有如下的工序：振动测量工序，对滚珠丝杠动作时的振动进行测量；运算处理工序，取得在振动测量工序中得到的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值；以及异常检测工序，将所述滚珠丝杠的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在振动值相对于所述基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为滚珠丝杠产生了预压的降低。
本发明的另一方式是一种直动驱动装置，其特征在于，该直动驱动装置具有：滚珠丝杠；直动部，其被滚珠丝杠驱动而进行直线移动；以及异常检测装置，其对施加于滚珠丝杠的预压的降低进行检测，异常检测装置具有：振动传感器，其对滚珠丝杠动作时的振动进行测量；运算处理部，其取得由振动传感器测量出的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值；以及异常检测部，其将所述滚珠丝杠的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在振动值相对于所述基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为滚珠丝杠产生了预压的降低。
发明效果
根据本发明，能够检测施加于滚珠丝杠的预压的降低。
附图说明
图1是对本发明的直动驱动装置的一个实施方式进行说明的图。
图2是示出正常品、微预压品以及预压释放品的滚珠丝杠的振动信号的曲线图。
图3是示出正常品、微预压品以及预压释放品的滚珠丝杠的总值的曲线图。
具体实施方式
参照图1对本发明的一个实施方式进行详细说明。图1是能够检测预压的降低的具有滚珠丝杠的直动驱动装置的概略结构图。
图1的直动驱动装置具有：滚珠丝杠9；直动工作台1(相当于作为本发明的构成要件的直动部)，其被滚珠丝杠9驱动而进行直线移动；以及异常检测装置11，其检测施加于滚珠丝杠9的预压的降低。
而且，该异常检测装置11具有：振动传感器10，其测量滚珠丝杠9动作时的振动；运算处理部12，其取得由振动传感器10测量出的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值(例如总值)；以及异常检测部13，其将滚珠丝杠9的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在振动值相对于该基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为滚珠丝杠9产生了预压的降低。这些振动传感器10、运算处理部12以及异常检测部13可以一体化地形成异常检测装置11，也可以是分体地形成异常检测装置11。
该直动驱动装置使直动工作台1沿图1中的左右方向往复直线移动，在图1的左右方向上朝向轴线配置有滚珠丝杠9的丝杠轴2。丝杠轴2的轴向两端部被支承轴承3、3支承为旋转自如，在支承轴承3的与丝杠轴2的接触部位安装有未图示的滚动轴承等轴承部件。另外，丝杠轴2的轴向两端部中的一个端部(在图1中为右侧端部)经由接头4而与电动马达5连接。
丝杠轴2贯穿插入于大致圆筒状的螺母6的内侧。在丝杠轴2的外周面呈螺旋状连续地形成有截面例如为大致半圆形的滚珠滚动槽7，在与丝杠轴2的外周面对置的螺母6的内周面上呈螺旋状连续地形成有截面例如为大致半圆形的滚珠滚动槽(未图示)。丝杠轴2的滚珠滚动槽7和螺母6的滚珠滚动槽对置配置，因此在这两个滚珠滚动槽之间形成有滚珠滚动路(未图示)。而且，在该滚珠滚动路上配置有多个伴随着丝杠轴2或螺母6的旋转运动而滚动的滚珠(未图示)。另外，在螺母6的内部还形成有滚珠返回路(未图示)，该滚珠返回路用于将滚珠滚动路中的滚珠抬起并再次使其返回到滚珠滚动路而进行循环。
在螺母6的轴向一方的端部设置有凸缘8，该凸缘8固定于直动工作台1。在直动工作台1和螺母6的绕丝杠轴2的旋转被限制的状态下，当电动马达5旋转时，丝杠轴2被旋转驱动。然后，伴随着滚珠滚动路内的滚珠的滚动，螺母6和直动工作台1沿图1的左右方向直线移动。
在具有丝杠轴2、螺母6以及滚珠等的滚珠丝杠9中，伴随着该滚珠的滚动而产生振动。在本实施方式中，在螺母6的凸缘8上安装振动传感器(振动加速度传感器)10，根据由振动传感器10检测到的振动信号来检测滚珠丝杠9的异常。另外，由振动传感器10检测的振动信号是波形数据。另外，振动传感器10的安装部位并不限定于螺母6的凸缘8，只要是能够检测直动工作台1的移动方向、即螺母6的行进方向的振动加速度的部位，则可以安装于任何部位。但是，能够安装振动传感器10的部位是螺母6或直动工作台1的任意方。
在滚珠丝杠9动作时产生的振动由振动传感器10测量(振动测量工序)，测量出的振动信号被发送到运算处理部12，进行规定的运算处理。即，通过运算处理部12的运算处理，取得由振动传感器10测量出的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值(运算处理工序)。以下，对取得总值来作为振动值的情况的例子进行说明。总值是指特定频带的振动信号的总和。但是，也可以取得RMS值(实效值)或平均值来作为振动值。另外，平均值是指在对振动信号进行绝对值处理后进行平均化处理而得到的值。
所取得的总值被发送到异常检测部13。而且，在总值低于预先确定的阈值的情况下，在异常检测部13中判定为滚珠丝杠9产生了预压的降低(异常检测工序)。通过对总值进行监视，能够可靠地检测出施加于滚珠丝杠9的预压比滚珠丝杠9的动作初期的预压降低。例如，能够检测出施加于滚珠丝杠9的预压比滚珠丝杠9的动作初期稍低的状态或者预压降低到零的状态(预压释放)。
由于在因磨损而产生预压降低的情况下不产生振动信号的上升，因此在检测振动信号的上升的专利文献1、2所公开的方法中，无法检测因磨损而产生的预压的降低。与此相对，根据本实施方式的滚珠丝杠的预压降低检测方法，能够通过监视作为振动值的总值来可靠地检测预压的降低。另外，在本实施方式的滚珠丝杠的预压降低检测方法中，不需要获取滚珠丝杠的基本参数，而且不需要预先计算与滚珠丝杠的基本参数相对应的轴旋转频率、滚珠的公转周期、滚珠的自转周期、球体通过信号等。
这样的本实施方式的滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置不需要特别的装置，能够使用现有的振动测量装置来检测预压的降低。因此，本实施方式的滚珠丝杠的预压降低检测方法和直动驱动装置例如适用于机床、搬运装置、生产设备等。
特定的频带例如能够设为容易受到丝杠轴的固有频率的影响的10Hz至10kHz的低频带。在超过10kHz的频带中，容易受到由滚动体的循环振动引起的影响，使其成为噪声而检测精度降低。因此，通过监视这样的低频带的总值，能够更可靠地检测由磨损引起的预压的降低。
另外，阈值没有特别限定，可以将滚珠丝杠9的动作初期的总值设定为基准。例如，可以是，在振动测量工序中，由振动传感器10随着时间经过测量滚珠丝杠9的动作时的振动，并且，在运算处理工序中，由运算处理部12随着时间经过取得总值，在异常检测工序中，由异常检测部13随时进行随着时间经过取得的各个总值与滚珠丝杠9的动作初期的总值的比较，在其差超过了预先确定的设定值的情况下，判定为滚珠丝杠9产生了预压的降低。上述的设定值只要以能够可靠地检测预压的降低的方式适当设定即可。例如，可以设定为向在滚珠丝杠9的动作初期的规定期间内分几次地测量出的总值的平均值乘以系数而得的值等。
在由异常检测部13进行随着时间经过取得的总值与滚珠丝杠9的动作初期的总值的比较的情况下，可以将滚珠丝杠9的动作初期的总值存储在存储部14中。然后，将滚珠丝杠9的动作初期的总值从存储部14调出到异常检测部13，在异常检测部13中进行与随着时间经过取得的总值的比较，可以进行是否在滚珠丝杠9上产生了预压的降低的判定。
图2示出在滚珠丝杠动作时由振动传感器测量出的振动信号。图2的“正常品”是指由于未产生磨损而未产生预压的降低的未使用的滚珠丝杠，测量的是动作初期的振动信号。另外，图2的“微预压品”是指由于产生磨损而产生了预压的降低的已使用的滚珠丝杠，测量的是比动作初期稍低的振动信号。此外，图2的“预压释放品”是指由于磨损而预压降低到零的滚珠丝杠，测量的是比动作初期低的振动信号。另外，在图2中表示从0kHz至10kHz的频带的振动信号。
根据图2可知，在从10Hz至10kHz的频带中，确认了由预压的降低引起的振动信号的降低，与微预压品相比，预压释放品的振动信号的降低程度较大。
图3示出图2所示的例子的正常品、微预压品以及预压释放品的滚珠丝杠的总值。从图3可知，能够根据从10Hz至10kHz的频带的总值来检测因滚珠丝杠的磨损而引起的预压释放等预压的降低。
另外，对于供给了润滑剂后的滚珠丝杠，优选的是，为了排除润滑剂的供给对振动的影响而进行磨合运转，在振动收敛于恒定值后进行振动值的测量，从而检测磨损和预压的降低。
标号说明
1：直动工作台；2：丝杠轴；3：支承轴承；4：接头；5：电动马达；6：螺母；7：滚珠滚动槽；8：凸缘；9：滚珠丝杠；10：振动传感器；11：异常检测装置；12：运算处理部；13：异常检测部；14：存储部。

Claims (8)

1.一种滚珠丝杠的预压降低检测方法，对施加于滚珠丝杠的预压的降低进行检测，其中，
所述滚珠丝杠的预压降低检测方法具有如下的工序：
振动测量工序，对所述滚珠丝杠动作时的振动进行测量；
运算处理工序，取得在所述振动测量工序中得到的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值；以及
异常检测工序，将所述滚珠丝杠的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在所述振动值相对于所述基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为所述滚珠丝杠产生了预压的降低。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠的预压降低检测方法，其中，
在所述运算处理工序中随着时间经过取得所述振动值，在所述异常检测工序中，随时进行所取得的振动值与所述滚珠丝杠的动作初期的振动值的比较，在其差超过预先确定的设定值的情况下，判定为所述滚珠丝杠产生了预压的降低。
3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠的预压降低检测方法，其中，
所述特定频带是从10Hz至10kHz的频带。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的滚珠丝杠的预压降低检测方法，其中，
在所述运算处理工序中，取得总值、RMS值以及平均值中的至少一个作为所述振动值。
5.一种直动驱动装置，其具有：滚珠丝杠；直动部，其被所述滚珠丝杠驱动而进行直线移动；以及异常检测装置，其对施加于所述滚珠丝杠的预压的降低进行检测，其中，
所述异常检测装置具有：
振动传感器，其对所述滚珠丝杠动作时的振动进行测量；
运算处理部，其取得由所述振动传感器测量出的振动信号中的特定频带的振动信号的振动值；以及
异常检测部，其将所述滚珠丝杠的动作初期或正常动作时的振动值作为基准值，在所述振动值相对于所述基准值低于预先确定的阈值的情况下，判定为所述滚珠丝杠产生了预压的降低。
6.根据权利要求5所述的直动驱动装置，其中，
所述异常检测装置在所述运算处理部中随着时间经过取得所述振动值，在所述异常检测部中，随时进行所取得的振动值与所述滚珠丝杠的动作初期的振动值的比较，在其差超过预先确定的设定值的情况下，判定为所述滚珠丝杠产生了预压的降低。
7.根据权利要求5或6所述的直动驱动装置，其中，
所述特定频带是从10Hz至10kHz的频带。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的直动驱动装置，其中，
所述运算处理部取得总值、RMS值以及平均值中的至少一个作为所述振动值。
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