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HINTERGRUND
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1. Technischer Bereich
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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien zum Diagnostizieren einer Anomalie eines Vorschubachsenmechanismus, der an einer Werkzeugmaschine montiert ist, und eines anomalen Abschnitts des Vorschubachsenmechanismus.
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2. Massgeblicher Stand der Technik
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Einige Werkzeugmaschinen sind mit einem Vorschubachsenmechanismus ausgestattet, der aus einem Servomotor, einer Kupplung, einem Stützlager und einer Kugelgewindetrieb besteht. In der Werkzeugmaschine, die mit dem Vorschubachsenmechanismus ausgestattet ist, wird ein ungeplanter Verlust verursacht, wenn ein unvorhergesehener Fehler auftritt, und daher ist es erforderlich, ein Zeichen vor dem Auftreten eines Fehlers zu erkennen. Bei der Erkennung eines Anzeichens für einen Fehler muss auch ein anormales Teil identifiziert werden, das das Auftreten des Fehlers verursacht, um den Fehler zu beheben.
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Im Vorschubachsenmechanismus der Werkzeugmaschine wird häufig ein Verfahren verwendet, bei dem eine Drehbewegung eines Motors auf einen Kugelgewindetrieb übertragen wird, um diesen zu drehen, und ein beweglicher Körper entlang einer Führungsvorrichtung bewegt wird. Als Verfahren zur Diagnose, ob der Vorschubachsenmechanismus normal funktioniert oder nicht, wird ein Verfahren vorgeschlagen, die eine Resonanzfrequenz verwendet.
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Zum Beispiel offenbart
JP 2016-34224 A ein Verfahren zur Diagnose von Anomalien, das eine Resonanzfrequenz durch eine Steuervorrichtung erfasst, die einen Servomotor zum Antrieb einer Werkzeugmaschine steuert, die Steifigkeit auf der Grundlage der Resonanzfrequenz berechnet und auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses zu überprüfende Dinge meldet.
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JP 2019-105317 A offenbart ein Fehlerdiagnosesystem, das einen Fehler erkennt, der mit einer Abnahme der Vorspannung einer Kugelgewindetrieb einhergeht. Die Erkennung erfolgt auf der Grundlage einer Kombination aus einer axialen Resonanzfrequenz einer vorbestimmten mechanischen Konstruktion, die eine Kugelgewindetriebeinheit und einen Motor umfasst, und einer Position eines Mutterelements in einer Spindelwelle, die der Resonanzfrequenz entspricht, wenn die Spindelwelle durch den Motor drehend angetrieben wird.
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In einem Vorschubachsenmechanismus, der aus Komponenten wie einem Servomotor, einer Kupplung, einem Stützlager und einer Kugelgewindetrieb besteht, spiegelt die Resonanzfrequenz umfassend eine ganze Komponente eines Vorschubachsensystems wider. Dementsprechend kann neben einer Abnahme der Vorspannung aufgrund eines Verschleißes der Kugelgewindetrieb beispielsweise auch eine Änderung der Steifigkeit der Kupplung aufgrund einer Verformung einer Blattfeder zu einem Ausfall der Vorschubachse führen, der die Resonanzfrequenz beeinflusst. Folglich ist es mit der in
JP 2016-34224 A und
JP 2019-105317 A beschriebenen herkömmlichen Fehlerdiagnosemethode schwierig zu erkennen, in welchem Teil der Fehler aufgetreten ist, d. h. eine detaillierte Ursache des Fehlers bei einem Fehler, bei dem sich die Resonanzfrequenz ändert.
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Ziel der Offenbarung ist es, Probleme in dem Verfahren zur Fehlerdiagnose des herkömmlichen Vorschubachsenmechanismus wie in
JP 2016-34224 A und
JP 2019-105317 A zu lösen. Insbesondere ist es ein Ziel der Offenbarung, eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien bereitzustellen, die das Auftreten einer Anomalie in einem Vorschubachsenmechanismus, der einen sich bewegenden Körper in einer axialen Richtung bewegt, sofort erkennen kann, in dem eine Drehung eines Servomotors über eine Kupplung auf eine Kugelgewindetrieb übertragen wird. Ferner ist es ein Ziel der Offenbarung, eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien bereitzustellen, die ein anomales Teil, nämlich eine detaillierte Ursache der Anomalie, genau identifizieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien für einen Vorschubachsenmechanismus gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien diagnostiziert das Auftreten einer Anomalie und einen abnormalen Teil des Vorschubachsenmechanismus. Der Vorschubachsenmechanismus überträgt die Drehung eines Motors auf einen Kugelgewindetrieb, die durch eine Kupplung gekoppelt ist, um der Kugelgewindetrieb zu drehen. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien umfasst eine Resonanzfrequenzmesseinheit und eine Diagnoseeinheit. Die Resonanzfrequenzmesseinheit misst eine Resonanzfrequenz an einer Vielzahl von Hubpositionen innerhalb eines Hubbereichs des Vorschubachsenmechanismus. Die Diagnoseeinheit identifiziert den abnormalen Teil auf der Grundlage einers Zusammenhangs zwischen den Hubstellungen und Änderungsbeträgen relativ zu einem Standardwert der gemessenen jeweiligen Resonanzfrequenzen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung, innerhalb des ersten Aspekts der Offenbarung, wenn der Änderungsbetrag relativ zu dem Standardwert von mindestens einer der Resonanzfrequenzen, die an zwei Hubpositionen gemessen werden, einen voreingestellten Schwellenwert für die Bestimmung des Vorhandenseins einer Anomalie überschreitet, bestimmt die Diagnoseeinheit, dass eine Anomalie in dem Vorschubachsenmechanismus vorhanden ist. Das Überschreiten des voreingestellten Schwellenwerts für die Bestimmung des Vorliegens einer Anomalie ist der Fall, wenn der Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz größer als der Schwellenwert ist, oder der Fall, dass der Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Wenn dann festgestellt wird, dass die Anomalie im Vorschubachsenmechanismus liegt, ermittelt die Diagnoseeinheit eine Differenz zwischen dem Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz, der an der Hubposition auf einer Kupplungsverbindungsseite gemessen wird, und dem Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz, der an der Hubposition auf einer der Kupplungsverbindung gegenüberliegenden Seite gemessen wird. Danach diagnostiziert die Diagnoseeinheit eine Anomalie der Kupplung, wenn die Differenz einen voreingestellten Schwellenwert zur Identifizierung eines anomalen Teil überschreitet, und diagnostiziert in jedem anderen Fall eine Anomalie des Kugelgewindetriebs.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung, innerhalb des ersten Aspekts der Offenbarung, wenn der Änderungsbetrag relativ zu dem Standardwert von mindestens einer der Resonanzfrequenzen, die an einer Vielzahl von Schuubpositionen gemessen werden, den voreingestellten Schwellenwert für die Bestimmung des Vorhandenseins einer Anomalie überschreitet, bestimmt die Diagnoseeinheit, dass es eine Anomalie in dem Vorschubachsenmechanismus gibt. Das Überschreiten des voreingestellten Schwellenwerts für die Bestimmung des Vorhandenseins einer Anomalie liegt vor, wenn der Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz größer als der Schwellenwert ist oder wenn der Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenz gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Dann passt die Diagnoseeinheit die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der gemessenen Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch eine mathematische Formel an und identifiziert den abnormalen Teil unter Verwendung der mathematischen Formel als Approximationsformel.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung, innerhalb eines dritten Aspekts der vorliegendnen Erfindung, verwendet die Diagnoseeinheit eine lineare Näherungsformel erster Ordnung als Näherungsformel, und basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen einem Koeffizienten in der linearen Näherungsformel erster Ordnung und dem voreingestellten Schwellenwert für die Identifizierung eines anormalen Ortes und einer Installationsposition relativ zur Hubposition der Kupplung. Die Diagnoseeinheit diagnostiziert, ob es sich um die Anomalie einer Gewindespindel, um die Anomalie der Kupplung oder um die Anomalie eines Mutterteils oder eines Rollkörpers des Kugelgewindetriebs handelt.
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Das heißt, die Offenbarung gemäß dem vierten Aspekt der Offenbarung umfasst die folgende Offenbarung und dergleichen. Wenn sich die Kupplung auf einer Plusseite der Hubposition befindet und der Koeffizient den Schwellenwert für die Identifizierung einer anormalen Position überschreitet, in anderen Worten, wenn der Koeffizient größer als der Schwellenwert ist, oder wenn der Koeffizient gleich oder größer als der Schwellenwert ist, diagnostiziert die Offenbarung die Anormalie der Kupplung. Wenn der Koeffizient niedriger ist als der Schwellenwert für die Identifizierung der anormalen Position, in anderen Worten, wenn der Koeffizient kleiner ist als der Schwellenwert, oder wenn der Koeffizient gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert für die Identifizierung der anormalen Position, diagnostiziert die Offenlegung die Anomalie des Kugelgewindetriebs aufgrund des Mutterteils oder des Rollkörpers des Kugelgewindetriebs. Wenn sich die Kupplung auf einer Minusseite der Hubposition befindet und der Koeffizient niedriger ist als der Schwellenwert für die Identifizierung der abnormalen Position, mit anderen Worten, wenn der Koeffizient kleiner als der Schwellenwert ist, oder wenn der Koeffizient gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, diagnostiziert die Offenlegung die Anomalie der Kupplung. Wenn der Koeffizient den Schwellenwert für die Identifizierung der anormalen Position überschreitet, mit anderen Worten, wenn der Koeffizient größer als der Schwellenwert ist, oder wenn der Koeffizient gleich oder größer als der Schwellenwert ist, diagnostiziert die Offenlegung die Anomalie des Kugelgewindetriebs aufgrund des Mutterteils oder des Rollkörpers des Kugelgewindetriebs.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung , innerhalb des dritten Aspekts der Offenbarung, verwendet die Diagnoseeinheit eine Näherungsformel zweiter Ordnung als Näherungsformel. Die Diagnoseeinheit diagnostiziert die Anomalie aufgrund eines lokalen Abriebs einer Spindelwelle, wenn ein Koeffizient der Näherungsformel zweiter Ordnung negativ wird. Wenn die Hubposition als Scheitelpunkt (oberster Punkt) der Näherungsformel zweiter Ordnung auf einer Kupplungsseite relativ zu einem Zentrum des Hubs liegt, diagnostiziert die Diagnoseeinheit außerdem eine Anomalie eines Mutterteils oder eines Rollkörpers des Kugelgewindetriebs. Wenn die Hubposition als Scheitelpunkt (der oberste Punkt) der Näherungsformel zweiter Ordnung auf einer gegenüberliegenden Seite der Kupplung relativ zum Zentrum des Hubs liegt, diagnostiziert die Diagnoseeinheit außerdem die Anomalie der Kupplung.
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Der Vorschubachsenmechanismus bewegt den beweglichen Körper in axialer Richtung, indem er die Drehung des Servomotors über die Kupplung auf der Kugelgewindetrieb überträgt. Im Vorschubachsenmechanismus kann die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien des Vorschubachsenmechanismus (im Folgenden einfach als Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien bezeichnet) gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung das Auftreten einer Anomalie sofort erkennen und den Teil, in dem die Ursache der Anomalie auftritt, genau identifizieren.
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Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung kann sehr genau feststellen, ob es sich bei dem anomalen Teil um die Kupplung oder den Kugelgewindetrieb handelt.
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Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß dem dritten bis fünften Aspekn der Offenbarung kann sehr genau feststellen, ob es sich bei dem anomalen Teil um die Kupplung, das Mutterteil oder den Rollkörper des Kugelgewindetriebs oder um die Gewindespindel handelt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine erläuternde Ansicht, die einen beispielhaften Aufbau eines Vorschubachsenmechanismus zeigt, bei dem eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien eingesetzt wird.
- 2 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand (ein Beispiel) einer Änderung einer Resonanzfrequenz aufgrund eines Fehlerteils des Vorschubachsenmechanismus zeigt.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Anomaliediagnose durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien zeigt.
- 4 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand (ein Beispiel) illustriert, bei dem die Änderung der Resonanzfrequenz aufgrund des Fehlerteils des Vorschubachsenmechanismus linear angenähert ist.
- 5 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand (ein Beispiel) illustriert, bei dem die Änderung der Resonanzfrequenz aufgrund des Fehlerabschnitts des Vorschubachsenmechanismus durch eine quadratische Funktion angenähert wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung beschrieben.
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Die erste Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
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Zu Beginn wird die Beschaffenheit des Vorschubachsenmechanismus und der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien der ersten Ausführungsform beschrieben.
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1 zeigt ein Beispiel des Vorschubachsenmechanismus, in dem die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung angeordnet ist. Ein Vorschubachsenmechanismus 2 besteht aus einem Kugelgewindetrieb 15, Stützlagern 14a, 14b, einem Servomotor 11, einer Kupplung 13, einer Führungsvorrichtung 16, einem beweglichen Körper 10, einem Vorschubachsen-Hauptkörper mit einem Mutterteil 17 und einer NC-Vorrichtung 1 (einem Positionsregler) zur Steuerung eines Betriebs des Vorschubachsen-Hauptkörpers.
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Im Vorschubachsenmechanismus 2 sind die Stützlager 14a, 14b an einer Basis (nicht dargestellt) befestigt, und der Kugelgewindetrieb 15 wird von den Stützlagern 14a, 14b drehbar gehalten. Der Kugelgewindetrieb 15 ist über die Kupplung 13 mit einem Wellenelement des Servomotors 11 verbunden, der eine Antriebsvorrichtung darstellt. In dem Servomotor 11 befindet sich ein Positionsdetektor 12 zur Erfassung einer Position des beweglichen Körpers 10 in axialer Richtung des Kugelgewindetriebs 15, und der Servomotor 11 ist mit der NC-Vorrichtung 1 gekoppelt.
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In der NC-Vorrichtung 1 gibt es eine Resonanzfrequenzmesseinheit 21 zum Messen einer Resonanzfrequenz und eine Diagnoseeinheit 22 zum Diagnostizieren einer Anomalie des Betriebs. Die NC-Vorrichtung 1 enthält eine Speichereinheit, die aus einem RAM, einem ROM und dergleichen besteht, einen Zeitgeber und dergleichen, und ist in einem Zustand, in dem sie mit einer Anzeigeeinheit, wie einem Monitor, und einer Eingabeeinheit, wie numerischen Tastenfeldern, über eine Schnittstelle gekoppelt ist. In 1 wird übrigens die Beschreibung der einzelnen Komponenten der NC-Vorrichtung 1 weggelassen. Die NC-Vorrichtung 1 stellt eine Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D zur Diagnose der Anomalie des Vorschubachsenmechanismus 2 dar, indem sie mit dem Servomotor 11 und dem Positionsdetektor 12 zusammenarbeitet.
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Der Mutterteil 17 ist in einem Zustand, in dem er zwischen den Stützlagern 14a, 14b vor und hinter der Kugelgewindetrieb 15 beweglich verschraubt ist, und der bewegliche Körper 10 ist an einem oberen Teil des Mutterteils 17 befestigt. Die Führungsvorrichtung 16, wie z.B. eine Schiene, ist entlang der Längsrichtung des Kugelgewindetriebs 15 oberhalb des Kugelgewindetriebs 15 angeordnet, und eine untere Fläche des beweglichen Körpers 10 ist in einem Zustand, in dem sie gleitend mit der Führungsvorrichtung 16 in Eingriff steht.
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In dem oben beschriebenen Vorschubachsenmechanismus 2 arbeitet der Servomotor 11, indem ein von der NC-Vorrichtung 1 erzeugter Befehl übertragen wird. Dann dreht sich der Kugelgewindetrieb 15 um einen vorbestimmten Betrag, und so wird der bewegliche Körper 10, der an dem Mutterteil 17 befestigt ist, mit einer Führung durch die Führungsvorrichtung 16 entlang der axialen Richtung der Kugelgewindetrieb 15 verschoben. Der im Servomotor 11 enthaltene Positionsdetektor 12 erfasst die Position des beweglichen Körpers 10 auf der Grundlage eines Drehbetrags der Kugelgewindetrieb 15 und gibt ein Erfassungssignal an die NC-Vorrichtung 1 zurück, so dass ein Translationsvorgang gesteuert wird.
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Nachfolgend wird das Verfahren zur Diagnose von Anomalien des Vorschubachsenmechanismus durch die Vorrichtung zur Diagnose von Animalien der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Als nächstes wird das Verfahren zur Diagnose von Anomalien des Vorschubachsenmechanismus 2 durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D beschrieben. Bei der Durchführung der Diagnose von Anomalien des Vorschubachsenmechanismus 2 durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D wird die Resonanzfrequenz an einer Vielzahl von Positionen innerhalb eines Hubbetriebsbereichs des Vorschubachsenmechanismus 2 durch die Resonanzfrequenzmesseinheit 21 gemessen. Der Hubbetriebsbereich ist ein Bereich von der Position, in der der bewegliche Körper 10 dem Stützlager 14a am nächsten ist, bis zu der Position, in der der bewegliche Körper 10 am weitesten von dem Stützlager 14a entfernt ist. Das heißt, durch den Befehl der NC-Vorrichtung 1 wird ein Steuersignal in Form einer Sinuswelle, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich gewobbelt wird, als Störgröße in den Servomotor 11 eingegeben. Dann wird zum Zeitpunkt der Eingabe ein Frequenzgang unter Verwendung eines vom Positionsdetektor 12 erfassten Signals und einer Eingangswellenform berechnet. Darüber hinaus wird die Frequenz, bei der eine Verstärkung des berechneten Frequenzgangs ein Maximum erreicht, als Resonanzfrequenz ermittelt. Wenn die Resonanzfrequenz wie oben beschrieben erfasst wird, identifiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D den abnormalen Teil (einen Fehlerabschnitt) durch verschiedene Verfahren, die auf einer Beziehung zwischen einer gemessenen Hubposition und einem Reduktionsbetrag der Resonanzfrequenz relativ zu einem Standardwert basieren. Der Standardwert, der später beschrieben wird, wird vorläufig in der Speichereinheit der NC-Vorrichtung 1 gespeichert.
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In dem in 1 dargestellten Vorschubachsenmechanismus 2 variiert die Resonanzfrequenz eines Vorschubachsensystems unter dem Einfluss aller Komponenten, die das Vorschubachsensystem bilden. Zu den Komponenten, die das Vorschubachsensystem bilden, gehören ein Verbindungsteil zwischen dem beweglichen Körper 10 und dem Mutterteil 17 des Kugelgewindetriebs 15, die Gewindespindel des Kugelgewindetriebs 15, die Stützlager 14a, 14b, die beide Enden des Kugelgewindetriebs 15 tragen, die Kupplung 13 und dergleichen. Im Vorschubachsenmechanismus 2 gemäß 1 tritt die Anomalie (der Ausfall) durch eine Abnahme der Steifigkeit des Mutterteils 17 des Kugelgewindetriebs 15 aufgrund eines Abriebs oder einer Beschädigung des Kugelgewindetriebs 15 oder einer Änderung der Steifigkeit der Kupplung 13 aufgrund einer Verformung einer Blattfeder der Kupplung 13 auf.
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2 zeigt einen Zustand (ein Beispiel), bei dem sich die Resonanzfrequenz an der Hubposition ändert, wenn die Anomalie im Vorschubachsenmechanismus 2 mit der in 1 dargestellten Struktur auftritt. Die Spindelwelle des Kugelgewindetriebs 15 ist durch die Position des Mutterteils 17 in beide Seiten, nämlich eine Plus- und eine Minusseite des Hubs, geteilt, und die Resonanzfrequenz ändert sich an der Position des Mutterteils 17, nämlich der Hubposition. Somit ändert sich in Abhängigkeit von der Position des Mutterteils 17 ein Einflussgrad auf die Änderung der Resonanzfrequenz jeder Komponente, die die Teile der beiden Seiten des Hubs bildet.
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Wenn sich die Kupplung 13 auf der Plusseite des Hubs befindet und eine Anomalie in der Kupplung 13 vorliegt, erhöht sich der Änderungsbetrag der Resonanzfrequenz auf der Plusseite erheblich, wie in als Fall A dargestellt ist. Wie in 2 als Fall B dargestellt, wird bei einer Anomalie in dem Kugelgewindetrieb 15, bei der der Mutternabschnitt 17 oder ein Rollkörper hauptsächlich abgenutzt ist, der Betrag der Verringerung der Resonanzfrequenz gegenüber der Resonanzfrequenz im Normalfall zu einer Änderung, wie in einer Kugelgewindetriebanomalie 1 angegeben. Andererseits, wie in 2 als Fall C dargestellt, wird, wenn die Spindelwelle lokal abgenutzt ist, der Betrag der Verringerung der Resonanzfrequenz von der Resonanzfrequenz im Normalfall zu einer Änderung, wie in einer Kugelgewindespindelanomalie 2 angegeben. Die Anomaliediagnose des Vorschubachsenmechanismus 2 durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D erkennt das Auftreten der Anomalie im Vorschubachsenmechanismus 2 und identifiziert den anomalen Teil auf der Grundlage der Änderung des Reduktionsbetrags der Resonanzfrequenz an jeder Hubposition wie oben beschrieben.
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Nachfolgend wird ein spezifisches Verfahren der Anomaliediagnose durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D anhand des Flussdiagramms in 3 beschrieben.
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Bei der Durchführung der Anomaliediagnose durch die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D werden zunächst in einem Schritt (im Folgenden einfach mit S bezeichnet) 1 die jeweiligen Resonanzfrequenzen an zwei Punkten auf beiden Seiten des Hubes durch die Resonanzfrequenzmesseinheit 21 gemessen (S1). Im anschließenden Schritt S2 werden dann für die gemessenen jeweiligen Resonanzfrequenzen die Reduktionsbeträge von dem zuvor eingestellten (gespeicherten) Standardwert berechnet (S2). In der Speichereinheit der NC-Vorrichtung 1 wird die unmittelbar nach der Montage des Vorschubachsenmechanismus 2 gemessene Resonanzfrequenz als Standardwert vorläufig gespeichert, der als Normalwert der Resonanzfrequenz angesehen wird.
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Nach der Berechnung der Reduktionsbeträge aus dem Standardwert der jeweiligen Resonanzfrequenzen in S2 wird im darauffolgenden Schritt S3 bestimmt, ob einer der Reduktionsbeträge der jeweiligen Resonanzfrequenzen auf beiden Seiten der Schübe gleich oder größer als ein Schwellenwert für die Bestimmung des Vorhandenseins von Anomalien ist, der vorläufig in der Speichereinheit der NC-Vorrichtung 1 gespeichert ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass einer der Reduktionsbeträge der jeweiligen Resonanzfrequenzen gleich oder größer als der Schwellenwert für die Bestimmung des Vorhandenseins von Anomalien ist, wird in S3 „JA“ ausgewählt. Dann wird S4, das der Identifizierung des anormalen Teils dient, unter der Annahme des Vorhandenseins der Anomalie im Vorschubachsensystem ausgeführt.
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In S4 wird der Betrag der Verringerung der Resonanzfrequenz auf einer Kupplungsverbindungsseite, die eine Seite nahe der Kupplung 13 ist, und der Betrag der Verringerung der Resonanzfrequenz auf einer der Kupplungsverbindung gegenüberliegenden Seite, die eine Seite weit entfernt von der Kopplung 13 ist, verglichen. Dann wird bestimmt, ob der Reduktionsbetrag auf der Kupplungsverbindungsseite gleich oder größer als ein Schwellenwert zur Identifizierung eines anormalen Abschnitts ist, verglichen mit dem Reduktionsbetrag auf der der Kupplungsverbindung gegenüberliegenden Seite oder nicht. Wenn dann festgestellt wird, dass der Reduktionsbetrag auf der Kupplungsverbindungsseite gleich oder größer ist als der Schwellenwert für die Identifizierung des anormalen Abschnitts, verglichen mit dem Reduktionsbetrag auf der der Kupplungsverbindung gegenüberliegenden Seite, wird in S4 „JA“ ausgewählt und S5 ausgeführt. In Schritt S5 wird angenommen, dass die Anomalie aufgrund des Einflusses der Kupplung 13 aufgetreten ist, und die Tatsache wird auf der Anzeigeeinheit der NC-Vorrichtung 1 angezeigt.
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Wenn andererseits festgestellt wird, dass beide Reduktionsbeträge der jeweiligen Resonanzfrequenzen kleiner sind als der Schwellenwert für die Bestimmung des Vorhandenseins von Anomalien, wird in S3 „NEIN“ ausgewählt und festgestellt, dass der Vorschubachsenmechanismus 2 normal ist, und diese Tatsache wird auf der Anzeigeeinheit der NC-Vorrichtung 1 angezeigt. Wenn festgestellt wird, dass der Reduktionsbetrag auf der Gegenkupplungsverbindungsseite größer ist als der Reduktionsbetrag auf der Kupplungsverbindungsseite, oder eine Differenz zwischen dem Reduktionsbetrag auf der Kupplungsverbindungsseite und dem Reduktionsbetrag auf der Gegenkupplungsverbindungsseite kleiner ist als der Schwellenwert für die Identifizierung eines anormalen Abschnitts, wird „NEIN“ in S4 ausgewählt. Dann wird S6 ausgeführt. In S6 wird angenommen, dass die Anomalie aufgrund des Einflusses des Kugelgewindetriebs 15 aufgetreten ist, und die Tatsache wird auf der Anzeigeeinheit der NC-Vorrichtung 1 angezeigt.
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Die Wirkung der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien der ersten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben.
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Wie oben beschrieben, misst die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D die Resonanzfrequenz an zwei Punkten innerhalb des Hubbereichs des Vorschubachsenmechanismus 2 und identifiziert den abnormalen Abschnitt auf der Grundlage der Beziehung zwischen den Hubpositionen und den Änderungsbeträgen relativ zum Standardwert der gemessenen jeweiligen Resonanzfrequenzen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D das Auftreten der Anomalie sofort erkennen und den Bereich identifizieren, in dem die Ursache der Anomalie auftritt.
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Wie oben beschrieben, stellt die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D fest, dass eine Anomalie im Vorschubachsenmechanismus 2 vorliegt wenn der Änderungsbetrag relativ zum Standardwert einer der beiden gemessenen Resonanzfrequenzen den Schwellenwert für das Vorliegen einer Anomalie überschreitet. Dann ermittelt die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D eine Differenz zwischen dem Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der an der Hubposition auf der Kupplungsverbindungsseite gemessenen Resonanzfrequenz und dem Änderungsbetrag relativ zum Standardwert der an der Hubposition auf der der Kupplungsverbindung gegenüberliegenden Seite gemessenen Resonanzfrequenz. Wenn die Differenz den Schwellenwert für die Identifizierung eines abnormalen Teils überschreitet, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D, dass die Kupplung 13 abnormal ist, und in anderen Fällen, dass der Kugelgewindetrieb 15 abnormal ist. Daher ist es mit Hilfe der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D möglich, sehr genau zu erkennen, ob es sich bei dem anomalen Teil um die Kupplung 13 oder der Kugelgewindetrieb 15 handelt.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
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Der Aufbau einer Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' der zweiten Ausführungsform ist ähnlich dem der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D der ersten Ausführungsform. Allerdings misst die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' der zweiten Ausführungsform die jeweiligen Resonanzfrequenzen mit der Resonanzfrequenzmesseinheit 21 an einer Vielzahl von Positionen, die innerhalb des Hubes gleichmäßig beabstandet sind. Danach führt die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D', wie in 4 dargestellt, eine lineare Annäherung erster Ordnung an die gemessenen Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch ein Verfahren wie eine Methode der kleinsten Quadrate durch, um eine lineare Annäherungsformel erster Ordnung (y = ax + b) zu erhalten.
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Wenn dann ein absoluter Wert des Koeffizienten (a) gleich oder kleiner als der Schwellenwert für die Identifizierung einer abnormalen Stelle ist, der zuvor in der Speichereinheit der NC-Vorrichtung 1 gespeichert wurde, z. B. der Fall C' in 4, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von AnomalienD' eine Anomalie aufgrund eines lokalen Abriebs der Spindelwelle des Kugelgewindetriebs 15.
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Im Mechanismus der Vorschubachse 2 befindet sich die Kupplung 13 auf der Minusseite der Hubposition. Wenn also der Koeffizient (a) größer ist als der Schwellenwert für die Identifizierung einer abnormalen Position, z. B. der Fall A' in , diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' eine Anomalie der Kupplung 13. In einem anderen Fall, nämlich wenn der Koeffizient (a) ein negativer numerischer Wert ist und der absolute Wert größer ist als der Schwellenwert für die Identifizierung der anormalen Stelle, z. B. im Fall B' in , diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' die Anomalie hauptsächlich aufgrund des Mutterteils 17 oder des Rollkörpers des Kugelgewindetriebs 15.
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Wenn die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' an einem Vorschubachsenmechanismus 2 angebracht ist, bei dem eine Kupplung 13 auf der Plusseite der Hubposition positioniert ist, und der Koeffizient (a) den Schwellenwert für die Identifizierung einer abnomalen Position überschreitet, kann die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' die Anomalie hauptsächlich aufgrund eines Mutterteils 17 oder des Rollkörpers eines Kugelgewindetriebs 15 diagnostizieren. In anderen Fällen kann die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' eine Anomalie der Kupplung 13 diagnostizieren.
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Wie oben beschrieben, approximiert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' der zweiten Ausführungsform die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der gemessenen Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch eine mathematische Formel. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' verwendet die lineare Näherungsformel erster Ordnung als Näherungsformel. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'identifiziert den anomalen Abschnitt auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen dem Koeffizienten in der linearen Näherungsformel erster Ordnung und dem voreingestellten Schwellenwert für die Identifizierung der anomalen Stelle sowie einer Einbauposition der Kupplung 13 relativ zur Hubposition. Daher kann die Vorrichtung zur Diagnose von AnomalienD' sehr genau erkennen, ob es sich bei dem abnomalen Teil um die Kupplung 13 oder das Mutterteil 17 des Kugelgewindetriebs 15 oder die Spindelwelle handelt.
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Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
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Die Struktur einer Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D" der dritten Ausführungsform ist ähnlich derjenigen der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D der ersten Ausführungsform. Allerdings misst die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' der dritten Ausführungsform, ähnlich wie die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D' der zweiten Ausführungsform, die jeweiligen Resonanzfrequenzen an den mehreren Positionen, die innerhalb des Hubes gleichmäßig beabstandet sind, mit der Resonanzfrequenzmesseinheit 21. Nach der Messung führt die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'', wie in 5 dargestellt, eine Annäherung zweiter Ordnung an die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der Resonanzfrequenzen an den gemessenen jeweiligen Hubpositionen durch ein Verfahren wie die Methode der kleinsten Quadrate durch, um eine Annäherungsformel zweiter Ordnung zu erhalten (y = px2 + qx + r).
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Wenn der Koeffizient (p) in der Näherungsformel zweiter Ordnung negativ ist, wie z. B. im Fall C'' in 5 dargestellt, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' die Anomalie aufgrund des lokalen Abriebs der Spindelwelle der Kugelgewindetrieb 15. Ist der Koeffizient (p) in der Näherungsformel zweiter Ordnung hingegen positiv, wie z. B. im Fall A'' oder B'' in 5 dargestellt, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' eine Anomalie der Kupplung 13.
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Wenn der Koeffizient (p) in der Näherungsformel zweiter Ordnung negativ ist und die Hubposition als Scheitelpunkt (oberster Punkt) des Quadrats auf der Einbauseite der Kupplung 13 in Bezug auf die Mitte des Hubs liegt, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' eine Anomalie, die hauptsächlich auf den Mutterteil 17 oder den Rollkörper des Kugelgewindetriebs 15 zurückzuführen ist. Wenn der Koeffizient (p) in der Näherungsformel zweiter Ordnung negativ ist und die Hubposition als Scheitelpunkt (oberster Punkt) des Quadrats auf der Gegenkupplungsseite liegt, d. h. auf der der Einbauseite der Kupplung 13 gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die Hubmitte, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' die Kupplung 13 als Anomalie.
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Wie oben beschrieben, approximiert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' der dritten Ausführungsform die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der gemessenen Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch eine mathematische Formel und verwendet die Approximationsformel zweiter Ordnung als Approximationsformel. Wenn der Koeffizient in der Näherungsformel zweiter Ordnung negativ ist, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' die Anomalie aufgrund des lokalen Abriebs der Spindelwelle. Wenn die Hubposition als Scheitelpunkt der Näherungsformel zweiter Ordnung auf der Seite der Kupplung 13 relativ zur Hubmitte liegt, diagnostiziert die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' eine Anomalie des Mutterteils 17 oder des Rollkörpers des Kugelgewindetriebs 15. Wenn die Hubposition als Scheitelpunkt der Näherungsformel zweiter Ordnung auf der gegenüberliegenden Seite der Kupplung 13 relativ zur Hubmitte liegt, diagnostiziert das Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien D'' eine Anomalie der Kupplung 13. Daher kann die Vorrichtung zur Diagnose von AnomalienD'' der dritten Ausführungsform sehr genau feststellen, ob der anomale Teil die Kupplung 13 oder der Mutterteil 17 oder der Rollkörper der Kugelgewindetrieb 15 oder die Spindelwelle ist.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für eine Modifikation der Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien beschrieben.
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Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung ist nicht auf die Aspekte der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Konfiguration der NC-Vorrichtung, einschließlich der Resonanzfrequenzmesseinheit, der Diagnoseeinheit, des Servomotors, des Positionsdetektors und dergleichen, kann in geeigneter Weise nach Bedarf geändert werden, ohne dass vom Gegenstand der Offenbarung abgewichen wird. Ferner ist die Konfiguration des Vorschubachsenmechanismus, an dem die Abnormitätsdiagnosevorrichtung gemäß der Offenbarung angebracht ist, nicht auf die Aspekte der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Konfiguration des Kugelgewindetriebs, der Stützlager, des Servomotors, der Kupplung, der Führungsvorrichtung, des beweglichen Körpers, des Mutterteils und dergleichen kann nach Bedarf entsprechend geändert werden.
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Wie zum Beispiel bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung nicht auf eine wie folgt beschriebene Vorrichtung beschränkt. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gibt ein Steuersignal eines Sinuswellen-Sweeps in einem vorbestimmten Frequenzbereich als Störung in den Servomotor ein. Anschließend ermittelt die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien die Resonanzfrequenz, indem sie die Frequenz ermittelt, bei der die Verstärkung des Frequenzgangs, die unter Verwendung des Signals und der vom Positionsdetektor zum Zeitpunkt der Eingabe erfassten Eingangswellenform berechnet wurde, ein Maximum erreicht. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien kann diejenige sein, die die Resonanzfrequenz durch andere Methoden erhält. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung nicht auf diejenige beschränkt, die die unmittelbar nach der Montage gemessene Resonanzfrequenz auf den Standardwert setzt, der als normaler Wert der Resonanzfrequenz angesehen wird. Es ist möglich, die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien so zu ändern, dass ein Durchschnittswert der Resonanzfrequenzen, die in einer Vielzahl von Vorschubachsenmechanismen eines identischen Typs gemessen werden, auf den Standardwert der Resonanzfrequenzen oder Ähnliches gesetzt wird. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien gemäß der Offenbarung nicht auf diejenige beschränkt, die die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der gemessenen Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch die mathematische Formel erster oder zweiter Ordnung oder dergleichen unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate approximiert. Die Vorrichtung zur Diagnose von Anomalien kann diejenige sein, die die Änderungsbeträge relativ zum Standardwert der gemessenen Resonanzfrequenzen an den jeweiligen Hubpositionen durch die mathematische Formel erster Ordnung oder zweiter Ordnung oder dergleichen unter Verwendung anderer mathematischer Methoden annähert.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen getrennt und unabhängig voneinander offenbart werden sollen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten sowohl im Sinne der ursprünglichen Offenbarung als auch im Sinne der Einschränkung der beanspruchten Erfindung jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinheit offenbaren, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016034224 A [0004, 0006, 0007]
- JP 2019105317 A [0005, 0006, 0007]
