CN114127530A

CN114127530A - 数据收集装置

Info

Publication number: CN114127530A
Application number: CN202080050764.5A
Authority: CN
Inventors: 桥爪翔平
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2022-03-01
Also published as: JP2021015117A; DE112020003362T5; US20220252482A1; WO2021009973A1; KR20220032088A

Abstract

数据收集装置包括：输入部，其被提供有设置在轴承中的热流传感器的检测结果(热流)；以及控制器，其被配置为在规定的采样周期内收集提供给输入部的传感器的检测结果以供存储。当热流的大小小于切换阈值时，控制器将采样周期设置为第一周期，当热流的大小大于切换阈值时，控制器将采样周期切换到比第一周期短的第二周期，并根据第二周期中收集的热流的变化率来判定轴承是否存在异常迹象。

Description

数据收集装置

技术领域

本发明涉及在诸如轴承装置的机械装置上收集数据的数据收集装置。

背景技术

机床主轴用轴承常在高速低负载下使用，角接触球轴承广泛应用于此类轴承。机床主轴用轴承采用空气-油(油雾)润滑或油脂润滑来进行润滑。空气-油润滑的特征在于由外部提供润滑油，因此能长期保持稳定的润滑状态。油脂润滑的特征在于既不需要附属设施也不需要管道因此具有极好的成本效率，并且产生的雾量极小因而对环境较为友好。

在更高速区域、例如在对内圈内径乘以转速而得的dn值为100万以上的区域中使用的轴承，诸如在机床间的加工中心的主轴中使用的轴承应当以更稳定的方式运行。然而，由于以下所述的各种因素，当在轴承滚道表面发生表面粗糙、剥落、保持器的异常等时，轴承温度过度升高，有可能导致轴承烧毁。

·在空气-油润滑中，润滑油的供给和排放不恰当(油量过小、过多或排气不足)

·封入轴承内的润滑油脂的劣化

·冷却剂、水或异物进入轴承滚动部

·预载过大、即滚动部的接触压力增加导致油膜破裂

为了防止因上述因素而导致轴承烧毁，在日本专利公开2017-26078号公报(专利文献1)中公开了如下技术：在与轴承相邻的间隔件中内置润滑油供给泵和非接触式温度传感器，并根据由温度传感器测量出的轴承润滑部的温度值，由润滑油供给泵将润滑油提供到轴承内部。

现有技术

专利文献

专利文献1：日本专利特开2017-26078号公报

发明内容

技术问题

轴承的烧毁往往伴随着比正常运行时更瞬时且更突然的温度上升。因此，为了避免包括轴承烧毁在内的轴承异常(使对轴承的损伤最小化)，期望以较高的频率对检测轴承状态的传感器(例如，热流传感器或转速传感器)的输出进行收集和存储，并以短周期细致地监视轴承状态的变化。然而，当用于以高频率收集传感器的输出且存储该输出的处理不断进行时，数据的收集量是巨大的，应当引入诸如高容量的记录设备之类的附属设施。不必要的数据也很庞大，需要时间去检查或整理数据。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于使数据的收集量最小化的同时，实现对诸如轴承的机械装置的异常或异常迹象的准确检测。

解决技术问题所采用的技术方案

(1)根据本发明的数据收集装置在机械装置上收集数据。该数据收集装置包括：输入部，该输入部被提供有检测机械装置的状态的传感器的检测结果；以及控制器，该控制器被配置为在规定的采样周期内收集提供给输入部的传感器的检测结果以供存储。控制器根据提供给输入部的传感器的检测结果改变采样周期。

(2)在一个方式中，机械装置包括轴承装置，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承。传感器包括热流传感器，该热流传感器用于检测轴承内或轴承附近的热流。控制器根据热流传感器的检测结果改变采样周期。

(3)在一个方式中，当在第一周期中收集的热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个大于相应的切换阈值时，控制器将采样周期改变为比第一周期短的第二周期，并在第二周期中收集热流传感器的检测结果。

(4)在一个方式中，当在第二周期中收集的热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个大于相应的判断阈值时，控制器执行用于防止损伤轴承装置的处理。

(5)在一个方式中，用于防止损伤轴承装置的处理包括用于停止内圈或外圈的旋转的处理、用于降低内圈或外圈的转速的处理以及用于冷却轴承装置的处理中的至少任一种。

(6)在一个方式中，当在第二周期中收集的热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个小于相应的切换阈值时，控制器将采样周期从第二周期设置回第一周期。

(7)在一个方式中，除了热流传感器之外，传感器还包括检测施加到轴承的预载和来自外部的负载的负载传感器、以及检测内圈或外圈的转速的转速传感器中的至少一个。当在第一周期中收集的负载传感器和转速传感器中的至少一个的检测结果超过相应的切换阈值时，控制器将采样周期改变为比第一周期短的第二周期，并在第二周期中收集热流传感器的检测结果。

(8)在一个方式中，当在第二周期中收集的热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个大于相应的判断阈值时，控制器执行用于防止损伤轴承装置的处理。

(9)在一个方式中，用于防止损伤轴承装置的处理包括用于停止内圈或外圈的旋转的处理、用于降低内圈或外圈的转速的处理以及用于冷却轴承装置的处理中的至少任一种。

(10)在一个方式中，控制器在第二周期中收集负载传感器和转速传感器中的至少一个的检测结果。当在第二周期中收集的负载传感器和转速传感器中的至少一个的检测结果小于相应的切换阈值时，控制器将采样周期从第二周期设置回第一周期。

(11)在一个方式中，轴承装置可旋转地支承机床的主轴。

发明效果

根据该结构，根据提供给输入部的传感器的检测结果，来改变收集传感器的检测结果的采样周期。因此，例如，当传感器的检测结果指示正常值时，采样周期被设为相对短的第一周期，当传感器的检测结果指示可能出现异常的迹象的值时，采样周期可以切换为比第一周期要短的第二周期。其结果是，可以准确地检测诸如轴承的机械装置的异常或异常的迹象，同时数据的收集量得以最小化。

附图说明

图1是示出主轴装置的示意性结构的剖视图。

图2是示出数据收集装置的示例性配置的框图。

图3是示出在加速和减速试验中获得的热流、温度与转速之间的关系的图。

图4是示出图3中的t1至t2的部分中的横轴的放大图。

图5是示出轴承异常模拟试验中的热流、温度与转速之间的示例性关系的图。

图6是用于说明轴承装置的运行的波形图。

图7是示出控制器中的处理的示例性过程的流程图(其一)。

图8是示出采样频率(采样周期)、热流Q的大小与热流的变化率D之间的示例性关系的图。

图9是示出控制器中的处理的示例性过程的流程图(其二)。

图10是示出采样频率(采样周期)与热流Q之间的示例性关系的图。

图11是示出控制器中的处理的示例性过程的流程图。

图12是示出采样频率(采用周期)、转速N与热流的变化率D之间的示例性关系的图。

图13是示出控制器中的处理的示例性过程的流程图。

图14是示出采样频率(采用周期)、负载L与热流的变化率D之间的示例性关系的图。

图15是示出热流传感器的布置的变形例的图。

图16是示出热流传感器的布置的另一变形例的图(其一)。

图17是示出热流传感器的布置的另一变形例的图(其二)。

具体实施方式

以下，参照附图针对本公开的实施方式进行说明。下面的附图中相同或相应的元件具有相同的附图标记，并且不重复描述。

图1是示出由根据本实施例的数据收集装置50(参见图2)进行测量的主轴装置1的示意性结构的剖视图。

图1所示的主轴装置1例如用作机床的内置电动机型主轴装置。该情况下，由用于机床主轴的主轴装置1所支承的主轴4的一端侧安装有未图示的电动机，且另一端连接有诸如端铣刀的未示出的切削工具。

主轴装置1包括轴承装置30。轴承装置30包括具备两个轴承5a和5b的轴承5、与轴承5a和5b相邻配置的间隔件6以及热流传感器11a和11b。主轴4由多个轴承5a和5b可旋转地支承，该多个轴承5a和5b设置在嵌入轴承套2的内侧部分的壳体3中。轴承5a包括内圈5ia、外圈5ga、滚动体Ta和保持器Rta。轴承5b包括内圈5ib、外圈5gb、滚动体Tb和保持器Rtb。间隔件6包括内圈间隔件6i和外圈间隔件6g。

轴承5a的内圈5ia和轴承5b的内圈5ib通过过盈配合(压配)与主轴4配合。内圈间隔件6i配置在内圈5ia和5ib之间，外圈间隔件6g配置在外圈5ga和5gb之间。

轴承5a是在内圈5ia和外圈5ga之间配置有多个滚动体Ta的滚动轴承。滚动体Ta之间的间隔由保持器Rta来保持。轴承5b是在内圈5ib和外圈5gb之间配置有多个滚动体Tb的滚动轴承。滚动体Tb之间的间隔由保持器Rtb来保持。

角接触球轴承、深沟球轴承或圆锥滚子轴承可以用作轴承5a和5b。角接触球轴承包括在图1所示的轴承装置30中，其中两个轴承5a和5b以背靠背的双轴承(DB)布置来提供。轴承的布置并不限于背对背双轴承，例如，也可以应用面对面双轴承布置。

虽然示出并描述了其中两个轴承5a和5b支承主轴4的结构，但也可以应用两个以上的轴承来支承主轴4的结构。

壳体3中设有冷却介质流动通道。通过在壳体3与轴承套2之间提供冷却介质，从而能对轴承5a和5b进行冷却。

例如，可以在外圈间隔件6g中设置用于向轴承5a和5b喷射润滑油以对轴承5a和5b进行冷却和润滑的润滑油供应路径。或者，在外圈间隔件6g中可以设置用于向内圈间隔件6i的外表面发射冷却空气的喷嘴。

测量热流的热流传感器11a和11b设置在轴承装置30中。热流传感器11a和11b固定在外圈间隔件6g的内表面6gA上，并且与内圈间隔件6i的外表面6iA相对。热流是指单位时间内通过单位面积的热量。

热流传感器11a和11b是基于塞贝克效应将热流转换为电信号的传感器，并且基于传感器的前侧和后侧之间的微小温差产生输出电压。热流传感器11a和11b相比于诸如非接触温度传感器或热电偶之类的温度传感器对轴承内部的热变化更加敏感，并且它们及时地跟踪轴承内部的热变化。

热流传感器11a配置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，位于轴向(沿主轴4的旋转轴的方向)的轴承5a一侧的端部。热流传感器11b配置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，位于轴向的轴承5b一侧的端部。由于热流传感器11a和11b设置在外圈间隔件6g中的各个轴承5a和5b的附近，所以热流传感器11a和11b可以直接检测在轴承5a和5b的内圈和外圈之间流动的热的热流。

热流传感器11a和11b也可以设置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，围绕轴向的中心部分。根据这样的配置，也可以间接地检测在轴承5a和5b的内圈和外圈之间流动的热的热流。

在尝试测量内圈5ia和5ib、外圈5ga和5gb、以及间隔件6的温度以用于检测诸如轴承5a和5b的卡滞(烧毁)等异常迹象时，尽管突然发热，但由于温度升高的延迟，在早期阶段可能无法检测到异常迹象。

相反，在本实施例中，基于来自热流传感器11a和11b的输出来检测轴承5a和5b的异常迹象。通过使用热流传感器11a和11b的输出，由于热流的变化早于温度，因此可以快速检测到突然的发热。

温度传感器56a和振动传感器57a布置在外圈间隔件6g的轴向上的轴承5a侧的端面上。温度传感器56b和振动传感器57b布置在外圈间隔件6g的轴向上的轴承5b侧的端面上。

热流传感器11a和11b、温度传感器56a和56b以及振动传感器57a和57b中的每一个连接到后述的数据收集装置50(参见图2)，并将检测结果发送到数据收集装置50。

图2是示出根据本实施例的数据收集装置50的示例性配置的框图。数据收集装置50收集表示轴承装置30中设置的每个传感器的检测结果的数据。尽管在本实施例中示出了将数据收集装置50应用于轴承装置30的示例，但是根据本公开的数据收集装置也适用于除轴承装置之外的机械装置。

数据收集装置50包括输入部51、控制器52和输出部55。输入部51连接到热流传感器11a和11b、温度传感器56a和56b、振动传感器57a和57b、旋转传感器58和负载传感器59。每个传感器的检测结果被提供给输入部51。

旋转传感器58检测主轴4的转速N。旋转传感器58可设置在轴承装置30的内部或外部。

例如，在轴承和间隔件之间的间隙中设置负载传感器59，以便检测施加到轴承5的预载和外部负载。例如，在机床中，施加在轴承5上的预载也因工件施加的外部力的变化或高速运行所产生的发热或离心力而变化。随着预载的增加，由于油膜破裂产生的摩擦力，发热量可能会增加。因此，当负载传感器59检测到预载增加时，判定轴承5a和5b存在异常迹象也是有效的。

控制器52包括中央处理单元(CPU)53和存储器(存储装置)54，并执行各种类型的控制，例如用于收集和存储轴承5a和5b上的数据的控制、用于检测轴承5a和5b的异常迹象的控制以及用于冷却轴承5a和5b的控制。各种类型的控制不限于通过软件进行处理，通过专用硬件(电子电路)进行处理也适用。

控制器52被配置成以规定的采样周期收集提供给输入部51的来自每个传感器的输出(检测结果)，并将其存储在存储器54中。控制器52基于存储在存储器54中的每个传感器的检测结果，判定是否存在异常迹象，例如轴承5a和5b卡滞。当判定存在异常迹象时，控制器52执行处理，以防止由于轴承5a和5b的卡滞或类似情况而造成的损伤(以下也称为“损伤防止处理”)。损伤防止处理包括用于停止主轴4的旋转的处理、用于降低主轴4的转速的处理以及用于冷却轴承装置30的处理中的至少任一种。损伤防止处理可包括通过打开警告指示灯等发出异常通知的处理。

<加速和减速试验>

本申请人进行了加速和减速试验，其中根据本实施例的轴承装置组装入模拟机床主轴的试验机中，并评估在主轴4的转速增加和减少时热流、温度和转速之间的关系。

图3是示出在加速和减速试验中获得的热流、温度和转速之间的关系的图。图4是图3中t1到t2的部分中的横轴的放大图。图3、图4和其它图中所示的数值仅为示例，并不限于这些数值。这也适用于后述的图中所示的数值。

如图3所示，来自热流传感器的输出(热流)对转速的增加和减少的响应性高于来自温度传感器的输出(轴承温度)，并且可以提高检测轴承异常迹象的准确性。热流传感器输出开始增加和减少的定时与转速开始增加和减少的定时基本同步。

<轴承异常发生模拟试验>

本申请人进行了轴承异常发生模拟试验，试图检测滚动轴承出现异常的迹象。在本模拟试验中，通过仅在主轴装配时向滚动轴承中注入极少量的润滑油，从而在试验轴承中可能会出现因润滑油耗尽而导致的异常情况。当驱动电动机因试验轴承异常而过载时，限制器被激活，试验机自动停止。

图5是示出在模拟因润滑油耗尽而导致轴承异常的试验中热流、温度和转速之间的示例性关系的图。横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示热流Q、内圈温度T(i)、外圈温度T(g)和外壳温度T(h)，下部区域显示转速N(每分钟的旋转次数)。

根据热容与热辐射的关系，得到了内圈温度T(i)>外圈温度T(g)>壳体温度T(h)的关系式。

在检测到驱动电动机过载的时间525(秒)后，转速N开始降低。在时间525(秒)之前，每个温度几乎没有变化，可以看出很难根据温度检测到异常迹象。根据试验结果，预计热流Q的输出值的增加早于内圈温度T(i)等的增加，且热流Q在滚动轴承异常迹象的早期检测中有效。

图6是用于图示根据本实施例的轴承装置30的运行的波形图。图6示出了当执行上述损伤防止处理时的波形，其被叠加在图5所示的模拟实验中的波形上。图6示出了执行冷却轴承装置30的处理作为损伤防止处理的示例。

图6中的横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示热流Q和热流的变化率D，并且执行损伤防止处理(轴承装置30的冷却)时的热流QX和变化率DX显示为叠加在其上。下部区域显示转速N(每分钟的旋转次数)。

当未执行损伤防止处理时，在时间525(秒)后，检测到由于轴承损伤导致的电动机过载，转速N开始降低。

为了避免轴承损伤，期望在时间525(秒)之前检测到异常迹象并执行损伤防止处理。由于温度在如图5所示的时间525(秒)之后升高，因此基于温度升高执行的损伤防止处理为时已晚。相反，热流传感器检测到的热流Q从大约523秒(秒)开始增加。因此，优选响应于检测到来自热流传感器的输出的增加而启动损伤防止处理。应在考虑稳态下的噪声的情况下，设定阈值Qth，根据该阈值判定热流传感器输出的增加。然而，由于设置轴承的机器的个别变化或用户设置的运行条件是多种多样的，因此很难针对略微增加设置阈值Qth。

相反，在发明人进行的实验中发现，通过计算热流Q的变化率D(单位时间内的变化率)，可以及早发现轴承损伤的迹象。此外，还发现关于变化率D，即使设置有轴承的机械的个体差异、用户所设置的运行条件不同，也可以实际使用相对一致判定的阈值。因此，更优选地，当热流Q(来自热流传感器的输出)的变化率D超过阈值Dth时，开始损伤防止处理。

变化率D是由热流传感器检测到的热流Q的时间微分计算得出的参数。利用热流Q的时间微分得到的参数，可以准确地检测瞬时和突然的发热。

通过在热流Q超过阈值Qth的时间点(约525秒)或热流的变化率D超过阈值Dth的时间点(约524秒)基于异常迹象的检测启动损伤防止处理，从而轴承不会损伤。因此，在图6的波形中，在时间525(秒)之后也可以如转速NX所示继续稳定运行，而不对电动机施加限制。

鉴于上述结果，当热流传感器11a和11b检测到的热流Q的大小或热流Q的变化率D超过判断阈值(阈值Qth或阈值Dth)时，由根据本实施例的控制器52来判定轴承5a和5b存在异常迹象(卡滞等)，并执行损伤防止处理。由此，防止了轴承5a和5b的损伤，延长了其使用寿命。

<传感器输出的采样周期的切换>

如上所述，轴承的烧毁伴随着比正常运行时更瞬时且更突然的温度上升。因此，为了防止轴承5a和5b烧毁(尽量减少对轴承5a和5b的损伤)，理想情况下，以高频收集和存储来自热流传感器11a和11b的输出，并在短周期内对轴承5a和5b的状态变化进行详细监控。然而，当以高频收集和存储来自热流传感器11a和11b传感器的输出的处理持续执行时，收集的数据量是巨大的，并且应当引入诸如高容量记录仪器之类的附属设施。不必要的数据也很庞大，需要时间去检查或整理数据。

根据本实施例的控制器52通过根据热流传感器11a和11b的检测结果来改变收集来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)的采样周期，从而准确地检测轴承5a和5b的异常迹象(烧毁等)，同时使收集的数据量最小化。

图7是示出由控制器52控制的示例性处理过程的流程图。图7示出了一个示例，在该示例中，是否切换采样周期由定义为参数的热流量Q的大小(绝对值)判定，并且是否存在异常迹象由定义为参数的热流量Q的变化率D判定。由于在本实施例中设置了两个热流传感器11a和11b，因此，例如，热流传感器11a的输出和热流传感器11b的输出中较大的一个可以被采用作为用于判定的热流Q。

首先，控制器52将采样周期设置为第一周期T1(例如，一秒)(步骤S10)。第一周期T1是正常运行的采样周期，其中轴承5a和5b没有异常或异常迹象。

然后，控制器52在步骤S10中设置的第一周期T1中收集来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)(步骤S12)。在第一周期T1中收集的热流Q存储在存储器54中。

然后，控制器52判定在步骤S12中收集的热流Q的大小(绝对值)是否大于切换阈值THs(步骤S14)。该判定是用于判定是否将采样周期切换到比第一周期T1短的第二周期T2(例如，一毫秒)以准确检测轴承5a和5b的异常迹象的处理。换句话说，该判定是用于判定热流Q的大小(绝对值)是否具有正常运行中的值或可能出现异常迹象的值的处理。因此，可以将切换阈值THs设置为可能出现轴承5a和5b的异常迹象的值，例如略小于图6中所示的阈值Qth的值。

当热流Q的大小比切换阈值THs要小时(步骤S14中为否)，控制器52使处理返回到步骤S10，并在第一周期T1处保持采样周期。

当热流Q的大小比切换阈值THs要大时(步骤S14中的是)，控制器52将采样周期设置为比第一周期T1短的第二周期T2(例如，一毫秒)(步骤S16)。在当前采样周期被设置为第一周期T1时，采样周期由此从第一周期T1切换到比第一周期T1短的第二周期T2。

然后，控制器52在步骤S16中设置的第二周期T2中收集来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)，并将输出存储在存储器54中(步骤S18)。

然后，控制器52在第二周期T2中收集来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)(步骤S18)。在第二周期T2中收集的热流Q存储在存储器54中。

然后，控制器52判定在第二周期T2中收集的热流Q的变化率D是否超过判断阈值THd(步骤S20)。该判定是用于判定轴承5a和5b是否存在异常迹象(检测异常迹象)的处理。例如，可以通过将存储在存储器54中的先前热流Q和当前热流Q之间的差除以时间差来获得热流Q的变化率D。

在本实施例中，当热流Q的变化率D被定义为参数来判定是否存在异常迹象时，可以将判断阈值THd例如设置为图6所示的阈值Dth。

或者，例如，可以基于在图4中的时间t1和时间t2之间的时段内从Q1到Q2的热流的变化，根据下面的公式(1)来确定判断标准值Dth。

THd ＝ M × (Q2-Q1) / (t2-t1)... (1)

其中“M”表示安全系数。由于公式中的安全系数M对于机床的每个主轴都不同，因此M被设置为各种值，例如M＝1和M＝100。

由于已知在轴承发生异常时热流Q的变化率D的值显著大于在转速N增加时的值，因此无论转速N的变化如何，都可以使用统一的阈值Dth来表示变化率D。

当热流Q的变化率D已经超过判断阈值THd(步骤S20中的是)时，控制器52判定存在异常迹象(步骤S22)，并执行损伤防止处理(步骤S24)。如上所述，损伤防止处理例如包括用于停止主轴4的旋转的处理、用于降低主轴4的转速的处理以及用于冷却轴承装置30的处理中的至少任一种。

当热流Q的变化率D没有超过判断阈值THd(步骤S20中为否)时，控制器52判定没有异常迹象(步骤S26)。

此后，控制器52判定在第二周期T2中收集的热流Q的大小是否小于切换阈值THs(步骤S28)。该判定是用于判定是否将采样周期从第二周期T2(例如，一毫秒)设置回第一周期T1(例如，一秒)的处理。当热流Q的大小比切换阈值THs要大(步骤S28中为否)时，控制器52使处理返回到步骤S16，并且将采样周期保持在第二周期T1，重复步骤S16或之后的处理。当热流Q的大小比切换阈值THs要小(步骤S28中为是)时，控制器52使处理返回到步骤S10，并将采样周期从第二周期T1设置回第一周期T1，重复步骤S10或之后的处理。

图8是示出本实施例中采样频率(采样周期)、热流Q的大小(绝对值)和热流的变化率D之间的示例性关系的图。横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示采样频率(采样周期)，中部区域显示热流Q(绝对值)，下部区域显示热流的变化率D。图8示出了其中第一周期T1被设置为1秒(1s)并且第二周期T2被设置为一毫秒(1ms)的示例。对应于第一周期T1(1s)的采样频率为1Hz，对应于第二周期T2(1ms)的采样频率为1kHz。

在时间100(秒)之前，热流Q(绝对值)小于切换阈值THs。在这种情况下，假设轴承5a和5b不太可能出现异常迹象。因此，将采样周期设置为低速率侧的1秒(第一周期T1)。因此，与将采样周期持续设置为高速率侧的一毫秒(第二周期t2)的示例相比，收集的数据量变得更小。因此，数据可以存储在通用记录仪器中，而无需新引入诸如大容量记录仪器之类的附属设施。

在热流Q的大小(绝对值)达到切换阈值THs的时间100(秒)处，采样周期从1秒(第一周期T1)切换到一毫秒(第二周期T2)。因此，在时间100(秒)或更晚的时候，按每一毫秒收集和存储热流Q。由于轴承5a和5b的状态变化可在短周期内进行详细监控，因此可准确检测轴承5a和5b的异常迹象(烧毁等)。

然后，计算每一毫秒收集的热流Q的变化率D，当变化率D超过判断阈值THd时，判定存在异常迹象，并执行损伤防止处理。因此，可以防止轴承5a和5b出现异常(烧毁等)。

如上所述，当热流Q的大小比切换阈值THs要小(正常运行中的值)时，根据本实施例的控制器52将采样周期设置为相对较短的第一周期T1。当热流Q的大小比切换阈值THs要大(可能出现异常迹象)时，控制器52将采样周期切换到比第一周期T1短的第二周期T2，并根据第二周期T2中收集的热流Q的变化率D来判定轴承5a和5b是否存在异常迹象。因此，可以准确地检测轴承5a和5b的异常迹象，同时尽量减少收集的数据量。

[第一变形例]

上述实施例示出了一个示例，其中以热流Q的变化率D被定义为参数来判定是否存在异常迹象。然而，是否存在异常迹象可通过将热流Q的大小定义为参数来判定。

图9是示出由根据本第一变形例的控制器52控制的示例性处理过程的流程图。图9中的流程图与上面描述的图7中的流程图不同，步骤S20被改变为步骤S20A。由于已经描述了其它步骤(附加与上述图7中所示的步骤相同参考标号的步骤)，因此将不重复详细描述。

当热流Q的大小比切换阈值THs要大(步骤S14中为是)时，控制器52将采样周期设置为比第一周期T1短的第二周期T2(步骤S16)，并在第二周期T2中从热流传感器11a和11b收集输出(热流Q)(步骤S18)。

然后，控制器52判定在第二周期T2中收集的热流Q的大小是否超过判断阈值THd(步骤S20A)。该判定是用于判定轴承5a和5b是否存在异常迹象(检测异常迹象)的处理。因此，在该处理中，例如可以将判断阈值THd设置为图8所示的阈值Qth。鉴于该判定是基于在第二周期T2中收集的热流Q进行的，判断阈值THd被设置为比用于采样周期之间的切换的切换阈值THs大规定值的值。

当热流Q的大小没有超过判断阈值THd(步骤S20A中为否)时，控制器52判定没有异常迹象(步骤S26)。当热流Q的大小已经超过判断阈值THd(步骤S20A中为是)时，控制器52判定存在异常迹象(步骤S22)，并执行损伤防止处理(步骤S24)。

图10是示出本第一变形例中的采样频率(采样周期)和热流Q(绝对值)之间的示例性关系的图。横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示采样频率(采样周期)，下部区域显示热流Q(绝对值)。

在时间100(秒)之前，热流Q(绝对值)小于切换阈值THs。因此，采样周期设置为1秒(第一周期T1)。

在热流Q(绝对值)达到切换阈值THs的时间100(秒)处，采样周期从1秒(第一周期T1)切换到一毫秒(第二周期T2)。因此，在时间100(秒)或之后，按每一毫秒收集热流Q。

然后，当每一毫秒收集的热流Q的大小超过判断阈值THd时，判定存在异常迹象，并执行损伤防止处理。

同样根据这样的变形例，如上述实施例所述那样，可以准确地检测轴承5a和5b的异常迹象，同时最小化收集的数据量。

[第二变形例]

上述实施例示出了一个示例，在该示例中，热流Q的大小被定义为参数来切换采样周期。然而，可以将转速N定义为参数来切换采样周期。

图11是示出由根据本第二变形例的控制器52控制的示例性处理过程的流程图。图11中的流程图与上述图7中的流程图的不同之处在于，步骤S12、S14、S18和S28被改变为步骤S12B、S14B、S18B和S28B。由于已经描述了其它步骤(附加与上述图7中所示的步骤相同参考标号的步骤)，因此将不重复详细描述。

控制器52在第一周期T1中收集来自旋转传感器58的输出(转速N)，并存储输出(步骤S12B)。

然后，控制器52判定在第一周期T1中收集的转速N是否大于切换阈值THs(步骤S14B)。切换阈值THs可设置为可能出现轴承5a和5b异常迹象的转速。当转速N不大于切换阈值THs(步骤S14B中为否)时，控制器52使处理返回到步骤S10。

当转速N大于切换阈值THs(步骤S14B中为是)时，控制器52将采样周期设置为比第一周期T1短的第二周期T2(步骤S16)。

然后，控制器52在第二周期T2中收集来自旋转传感器58的输出(转速N)和来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)(步骤S18B)。

收集到的转速N和热流Q存储在存储器54中。

然后，控制器52判定在第二周期T2中收集的热流Q的变化率D是否超过判断阈值THd(步骤S20)。

当变化率D没有超过判断阈值THd(步骤S20中为否)时，控制器52判定没有异常迹象(步骤S26)，并判定在第二周期T2中收集的转速N是否小于切换阈值THs(步骤S28B)。

当转速N不小于切换阈值THs(步骤S28B中为否)时，控制器52使处理返回到步骤S16，并且将采样周期保持在第二周期T1，重复步骤S16或之后的处理。当转速N低于切换阈值THs(步骤S28B中为是)时，控制器52使处理返回到步骤S10，并将采样周期从第二周期T1设置回第一周期T1，重复步骤S10或之后的处理。

图12是示出本实施例中的采样频率(采用周期)、转速N与热流的变化率D之间的示例性关系的图。横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示采样频率(采样周期)，中部区域显示转速N，下部区域显示热流的变化率D。

在时间100(秒)之前，转速N低于切换阈值THs。因此，采样周期设置为1秒(第一周期T1)。

在转速N达到切换阈值THs的时间100(秒)处，采样周期从1秒(第一周期T1)切换到一毫秒(第二周期T2)。在时间100(秒)或之后，每一毫秒收集一次转速N和热流Q。

然后，当每一毫秒收集的热流Q的变化率D超过判断阈值THd时，判定存在异常迹象，并执行损伤防止处理。

[第三变形例]

上述实施例示出了一个示例，在该示例中，热流Q的大小被定义为参数来切换采样周期。然而，可以将负载传感器59的检测结果(以下也称为“负载L”)定义为参数来切换采样周期。

图13是示出由根据本第三变形例的控制器52控制的示例性处理过程的流程图。图13中的流程图与上述图11中的流程图的不同之处在于步骤S12B、S14B、S18B和S28B被改变为步骤S12C、S14C、S18C和S28C。由于已经描述了其它步骤(附加与上述图11中所示的步骤相同参考标号的步骤)，因此将不重复详细描述。

控制器52在第一周期T1中从负载传感器59收集输出(负载L)(步骤S12C)。收集的负载L存储在存储器54中。

然后，控制器52判定在第一周期T1中收集的负载L是否高于切换阈值THs(步骤S14C)。切换阈值THs可设置为可能出现轴承5a和5b异常迹象的负载。

当负载L大于切换阈值THs(步骤S14C中为是)时，控制器52将采样周期设置为比第一周期T1短的第二周期T2(步骤S16)。

然后，控制器52在第二周期T2中收集来自负载传感器59的输出(负载L)和来自热流传感器11a和11b的输出(热流Q)(步骤S18C)。收集到的负载L和热流Q存储在存储器54中。

控制器52判定在第二周期T2中收集的负载L是否低于切换阈值THs(步骤S28C)。当负载L不低于切换阈值THs(步骤S28C中为否)时，控制器52使处理返回到步骤S16，并且将采样周期保持在第二周期T1，重复步骤S16或之后的处理。当负载L低于切换阈值THs(步骤S28C中为是)时，控制器52使处理返回到步骤S10，并将采样周期从第二周期T1设置回第一周期T1，重复步骤S10或之后的处理。

图14是示出本实施例中的采样频率(采用周期)、负载L与热流的变化率D之间的示例性关系的图。横轴表示工作时间段(秒)。上部区域显示采样频率(采样周期)，中部区域显示负载L，下部区域显示热流的变化率D。

在负载L达到切换阈值THs的时间100(秒)处，采样周期从1秒(第一周期T1)切换到一毫秒(第二周期T2)。在时间100(秒)或之后，每一毫秒收集一次负载L和热流Q。

在图14所示的示例中，在时间150(秒)处，负载L变得低于切换阈值THs，而热流Q的变化率D在时间100(秒)或之后没有超过判断阈值THd。因此，采样周期从一毫秒(第二周期T2)设置回一秒(第一周期T1)。因此，不必要数据的收集被抑制。

[热流传感器布置的变形例]

图15是示出热流传感器的布置的变形例的图。在本变形例中，如图15所示，在固定侧的外圈间隔件6g中添加了从各个轴向侧面突出到内圈和外圈之间的间隙中的突出部7a和7b，并且在一个突出部7a设置了热流传感器11a。在这种情况下，尽管未示出，热流传感器11b也可以类似地布置在另一个突出部7b。

热量来源于滚动轴承的固定侧的轴承圈与滚动体接触的部分。在固定侧的轴承圈中设置热流传感器的示例中，固定侧的轴承圈加工的高成本是一个问题。通过在固定侧的间隔件的突出部7a和7b设置热流传感器来解决该问题，并且可以容易地设置热流传感器。由于热流传感器11a和11b设置在突出到内圈和外圈之间的间隙中的突出部7a和7b，因此可以直接检测工作期间轴承内部的温度变化。

突出部7a和7b也可用作喷嘴，用于向轴承5a和5b排放润滑油以进行空气-油润滑。在这种情况下，可以利用现有的喷射润滑油的喷嘴来设置热流传感器。因此，例如，成本可以低于设有用于设置热流传感器的专用组件的示例中的成本。

图16是示出热流传感器的布置的另一变形例的图。图1示出了一个示例，其中热流传感器11a和11b设置在外圈间隔件6g内表面的轴向上的端部(轴承5附近)。然而，如图16所示，热流传感器11可以设置在外圈间隔件6g内表面的轴向上的中心部分。

图17是示出热流传感器的布置的另一变形例的图。如图17所示，热流传感器11a可设置在外圈5ga的内表面上。在这种情况下，尽管未示出，热流传感器11b也可以类似地设置在外圈5gb的内表面上。

[轴承异常迹象的检测的变形例]

在上述实施例中描述了基于热流传感器11a和11b检测到的热流Q的大小或热流Q的变化率D(时间微分值)来检测轴承异常迹象的示例。可以基于热流传感器11a和11b检测到的热流Q和另一检测值的组合来检测轴承的异常迹象。

例如，可以基于诸如热流Q和另一检测值(转速N、振动、温度、电动机电流值、预载和外部负载)之间的相关性(跟随性)以及热流Q的时间积分值等参数来检测轴承的异常迹象。例如，可根据转速N与跟随该转速的热流Q之间的关系来判定轴承是否有异常迹象。或者，可以监测转速N和热流Q之间的关系，并且当两者之间的关系变得不一致时，可以判定存在轴承异常的迹象。例如，当热流Q在转速N恒定不变的情况下突然变化时，可以判定存在轴承异常的迹象。或者，例如，当转速N变化时而热流Q不跟随转速N时，可以判定存在轴承异常的迹象。

此外，除了检测轴承的异常迹象之外，还可以基于上述参数进行异常诊断，以检测轴承的异常本身。例如，当热流Q或热流的变化率D超过比图6所示的Qth或Dth要大的阈值时，可以判定轴承中发生了异常。例如，当由于检测到轴承的异常迹象而执行损伤防止处理之后，热流Q也进一步增加时，轴承可能已经损伤，因此轴承可被判定为异常。

应该理解的是，这里公开的实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本公开的范围由权利要求而非上述实施例的说明来表示，意在包含与权利要求等同的意思和范围内的所有的变更。

标号说明

1 主轴装置

2 轴承套

3 壳体

4 主轴

5、5a、5b 轴承

5ga、5gb 外圈

5ia、5ib 内圈

6 间隔件

6g 外圈间隔件

6gA 内表面

6i 内圈间隔件

6iA 外表面

7a、7b 突出部

11、11a、11b 热流传感器

30 轴承装置

50 数据收集装置

51 输入部

52 控制器

54 存储器

55 输出部

56a、56b 温度传感器

57a、57b 振动传感器

58 旋转传感器

59 负载传感器。

Claims

1.一种数据收集装置，在机械装置上收集数据，所述数据收集装置的特征在于，包括：

输入部，该输入部被提供有检测所述机械装置的状态的传感器的检测结果；以及

控制器，该控制器被配置为在规定的采样周期内收集提供给所述输入部的所述传感器的检测结果以供存储，

所述控制器根据提供给所述输入部的所述传感器的检测结果改变所述采样周期。

2.如权利要求1所述的数据收集装置，其特征在于，

所述机械装置包括轴承装置，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承，

所述传感器包括热流传感器，该热流传感器用于检测所述轴承内或所述轴承附近的热流，

所述控制器根据所述热流传感器的检测结果改变所述采样周期。

3.如权利要求2所述的数据收集装置，其特征在于，

当在第一周期中收集的所述热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个大于相应的切换阈值时，所述控制器将所述采样周期改变为比所述第一周期短的第二周期，并在所述第二周期中收集所述热流传感器的检测结果。

4.如权利要求3所述的数据收集装置，其特征在于，

当在所述第二周期中收集的所述热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个大于相应的判断阈值时，所述控制器执行用于防止损伤所述轴承装置的处理。

5.如权利要求4所述的数据收集装置，其特征在于，

用于防止损伤所述轴承装置的处理包括用于停止所述内圈或所述外圈的旋转的处理、用于降低所述内圈或所述外圈的转速的处理以及用于冷却所述轴承装置的处理中的至少任一种。

6.如权利要求3至5中任一项所述的数据收集装置，其特征在于，

当在所述第二周期中收集的所述热流传感器的检测结果的大小和变化率中的至少一个小于所述相应的切换阈值时，所述控制器将所述采样周期从所述第二周期设置回所述第一周期。

7.如权利要求2所述的数据收集装置，其特征在于，

除了所述热流传感器之外，所述传感器还包括检测施加到所述轴承的预载和来自外部的负载的负载传感器、以及检测所述内圈或所述外圈的转速的转速传感器中的至少一个，

当在所述第一周期中收集的所述负载传感器和所述转速传感器中的至少一个的检测结果超过相应的切换阈值时，所述控制器将所述采样周期改变为比所述第一周期短的第二周期，并在所述第二周期中收集所述热流传感器的检测结果。

8.如权利要求7所述的数据收集装置，其特征在于，

9.如权利要求8所述的数据收集装置，其特征在于，

10.如权利要求7至9中任一项所述的数据收集装置，其特征在于，

所述控制器在所述第二周期中收集所述负载传感器和所述转速传感器中的至少一个的检测结果，

当在所述第二周期中收集的所述负载传感器和所述转速传感器中的至少一个的检测结果小于所述相应的切换阈值时，所述控制器将所述采样周期从所述第二周期设置回所述第一周期。

11.如权利要求2至10中任一项所述的数据收集装置，其特征在于，

所述轴承装置可旋转地支承机床的主轴。