DE112017000143T5

DE112017000143T5 - Verfahren zur Anormalitätsdiagnostik für eine Vorschubachse und Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE112017000143T5
Application number: DE112017000143.9T
Authority: DE
Inventors: Takumi HONGO
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2018-09-06
Also published as: JPWO2018025634A1; CN108139295A; CN108139295B; JP6657256B2; WO2018025634A1; US10760994B2; US20190003924A1

Abstract

[Ziel]Durchführen einer Anormalitätsdiagnostik für eine Vorschubachse ohne zusätzlich einen Sensor o. ä. hinzuzufügen.[Lösung]Eine Frequenzkennlinie einer Vorschubachse und eine Schadensfrequenz, die auftritt, wenn die beschädigte Vorschubachse einen Achsenbetrieb durchführt, werden bei S1 erhalten, eine Frequenz fg, bei der eine Verstärkung in der erhaltenen Frequenzkennlinie maximiert ist, wird bei S2 berechnet, und eine Vorschubgeschwindigkeit Fg, bei der die Frequenz fg mit der Schadensfrequenz übereinstimmt, wird bei S3 berechnet. Ein Achsenbetrieb wird auf der Vorschubachse mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit Fg bei S4 durchgeführt, und eine Frequenzanalyse auf einer Servoinformation in Bezug auf eine Steuerung eines Servomotors während des Achsenbetriebs wird bei S5 durchgeführt, das Vorhandensein und Nichtvorhandensein eines Spitzenwertes der Schadensfrequenz wird dann aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse bei S6 bestätigt, und wenn der Spitzenwert vorhanden ist, wird bei S7 bestimmt, dass es abnormal ist, und wenn der Spitzenwert nicht vorhanden ist, wird bei S8 bestimmt, dass es normal ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Anormalität einer Vorschubachse, in einer Maschine wie z.B. einer Werkzeugmaschine, die die Vorschubachse von einer Kugelumlaufspindel umfasst.
STAND DER TECHNIK
In einer Vorschubachse einer Werkzeugmaschine wird häufig ein System, das eine Drehbewegung eines Motors auf eine Kugelgewindespindel für einen Linearantrieb überträgt, verwendet. In einer Maschine, die jahrelang in Betrieb ist, kann es jedoch zu einem Genauigkeitsfehler, einem abnormalen Geräusch und dergleichen kommen, was möglicherweise auf einen Vorspannungsverlust durch Abrieb und eine Beschädigung durch Eindringen von Fremdkörpern, einen Schmierungsfehler oder Ähnliches zurückzuführen ist. In einem solchen Zustand trifft eine Störung, wie z.B. ein Formfehler, ein Fehler in einer Aufnahmevorschubrichtung und Ähnliches eines Werkstücks, auf. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass Maschinenkomponenten wie z.B. die Kugelgewindespindel, ein Lager, und eine Linearführung, die die Vorschubachse bilden, ausgetauscht werden, bevor Verschlechterung oder eine Beschädigung auftritt, was zu der Störung führt.
Um einen Zustand der Maschinenkomponente zu wissen, wurde vorgeschlagen, dass verschiedene diagnostische Verfahren, wie z.B. ein Verfahren, das Schwingungen der Kugelgewindespindel, des Lagers, und der Linearführung durch einen Schwingungssensor erkennt und diagnostiziert, und ein Verfahren, das eine Positioniergenauigkeit mit einem Wegsensor erfasst, intern vorgesehen werden. Bei diesen Verfahren ist es jedoch notwendig, zusätzlich einen Sensor in der Nähe einer zu diagnostizierenden Stelle hinzuzufügen, was zu einer Kostenerhöhung führt. Da Teile, die möglicherweise ausfallen, zunehmen, ergibt sich auch ein Problem, das zur Erhöhung des Ausfallrisikos führt.
Daher wurde ein Verfahren, das die Diagnostik mittels Servoinformation, die für die Steuerung angewendet wird, ohne einem zusätzlichen Sensor für die Diagnostik, durchführt, vorgeschlagen. Als ein Verfahren, das eine Anormalität eines Reduzierstücks feststellt, schlägt das Patentdokument 1 ein Verfahren, das eine Sequenzanalyse für einen geschätzten Störwert und einen Drehmomentbefehl in der Steuerung durchführt, um Spektren in der Frequenz, die einer ganzzahligen Vielfachen von einer Drehfrequenz einer Achse entspricht, zu vergleichen, vor. Patentdokument 2 schlägt ein Verfahren, das, in einer von einem Motor angetriebenen Maschine, Fourier-Transformationen für einen Drehmomentsollwert durchführt, ein Spektrum enthält und anzeigt, und auf den Drehzahlen, wenn sich der Motor dreht, und einem Spektrum in einem höheren Modus, das durch die Drehzahlen verursacht wird, richtet, um eine Beschädigung der Maschine zu bestätigen, vor.
ZITIERLISTE
[PATENTLITERATUR]

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4112594
Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2009-68950

ERFINDUNGSMELDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
In der Vorschubachse von der Kugelgewindespindel gibt es eine Vielzahl von Antriebsteilen wie z.B. die Kugelgewindespindel, das Lager, und die Linearführung, und es gibt auch eine Vielzahl von Störungszuständen wie z.B. der Abrieb und die Beschädigung. Das oben genannte Verfahren konzentriert sich auf die Motordrehung oder das Spektrum in dem höheren Modus der Motordrehung zum Erkennen der Verschlechterung der Abweichung in der Drehung. D. h., die Verschlechterung in der Abweichung in der Umdrehung, die durch den Abrieb der Kugelgewindespindel und des Lagers, oder eine schwere Beschädigung, die in etwa einem Abriebzustand, in dem der größte Teil von einer übertragenden Oberfläche beschädigt ist, entspricht, tritt in der Maschine in einem Normalzustand, in dem es keinen Montagefehler und keinen Genauigkeitsfehler gibt, auf. In Hinblick auf die Bearbeitungsgenauigkeit, die für eine Werkzeugmaschine erforderlich ist, um eine vorbeugende Wartung durchzuführen, ist es jedoch bevorzugt, eine Erkennung eines leichten Schadens vor der Verschlechterung der Abweichung in der Drehung sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist daher in Hinblick auf solche Probleme gemacht worden und bietet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Anormalitätsdiagnostik einer Vorschubachse wie z.B. eines Lagers, einer Kugelgewindespindel, und einer Linearführung, ohne zusätzlich einen Sensor o. ä. hinzuzufügen.
LÖSUNGEN DER PROBLEME
Die Erfindung nach Anspruch 1 ist, um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Anormalität für eine Vorschubachse, in einer Maschine, die eine Vorschubachse umfasst, die einen beweglichen Körper mittels einer Kugelgewindespindel, die sich durch einen Servermotor dreht, bewegt. Das Verfahren führt einen Frequenzerfassungsschritt zum Erfassen einer Frequenzkennlinie der Vorschubachse und einer Schadensfrequenz, die auftritt, wenn die beschädigte Vorschubachse einen Achsenbetrieb durchführt, einen Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt zum Berechnen einer Vorschubgeschwindigkeit, die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Schadensfrequenz von der erfassten Frequenzkennlinie zu erkennen, einen Achsenbetriebsschritt zum Durchführen des Achsenbetriebs auf der Vorschubachse mit der berechneten Vorschussgeschwindigkeit, einen Frequenzanalyseschritt zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf der Servoinformation in Bezug auf eine Steuerung des Servomotors während des Achsenbetriebs, und einen Bestimmungsschritt zum Bestätigen des Vorhandenseins und Nichtvorhandenseins des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse, durch, um die Anormalität zu bestimmen, wenn der Spitzenwert vorgekommen ist.
Es ist bevorzugt, dass in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, als die Vorschubgeschwindigkeit, eine Vorschubgeschwindigkeit so berechnet wird, dass eine Frequenz, bei der eine Verstärkung in der erfassten Frequenzkennlinie maximiert ist, mit der Schadensfrequenz übereinstimmt.
Es ist bevorzugt, dass in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, als die Vorschubgeschwindigkeit, eine Vorschubgeschwindigkeit so berechnet wird, dass ein Maximalwert der Schadensfrequenz in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung einen bestimmten Wert oder mehr in der erfassten Frequenzkennlinie aufweist, liegt.
Es ist bevorzugt, dass in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, eine Vorschubgeschwindigkeit, die eine nicht-integrale Mehrfachbeziehung mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit aufweist, zusätzlich berechnet wird, in dem Achsenbetriebsschritt, der Achsenbetrieb auf der Vorschubachse mit einer Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt wird, in dem Frequenzanalyseschritt, die Frequenzanalyse auf der Servoinformation, die für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten erfasst wird, durchgeführt wird, und in dem Bestimmungsschritt, das Vorhandensein und das Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten bestätigt wird.
Es ist bevorzugt, dass ein Anzeigeschritt, der, basierend auf dem Ergebnis der in dem Frequenzanalyseschritt erfassten Frequenzanalyse, zwei Arten von Diagrammen erzeugt, von denen eines eine Frequenz angibt und das andere ein Frequenzverhältnis in Bezug auf eine Drehfrequenz der Vorschubachse angibt, und gemeinsam das Ergebnis der Frequenzanalyse für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten angibt, zusätzlich durchgeführt wird.
Es ist bevorzugt, dass die Servoinformation, auf der die Frequenzanalyse in dem Frequenzanalyseschritt durchgeführt wird, eine Drehmoment-Wellenform aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Servoinformation, auf der die Frequenzanalyse in dem Frequenzanalyseschritt durchgeführt wird, eine Positionsabweichung zwischen einer Sollposition der Vorschubachse und einer aktuellen Position des Servomotors, wenn die Schadensfrequenz kleiner als einen vorgegebenen Wert aufweist, ist, und eine Drehmoment-Wellenform ist, wenn die Schadensfrequenz den vorgegebenen Wert oder mehr aufweist.
Die Erfindung nach Anspruch 8 ist, um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Anormalität für eine Vorschubachse, in einer Maschine, die eine Vorschubachse umfasst, die einen beweglichen Körper mittels einer Kugelgewindespindel, die sich durch einen Servermotor dreht, bewegt. Die Vorrichtung enthält ein Speichermittel, das eine Frequenzkennlinie der Vorschubachse und eine Schadensfrequenz, die auftritt, wenn die beschädigte Vorschubachse einen Achsenbetrieb durchführt, speichert, ein Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsmittel, das eine Vorschubgeschwindigkeit, die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Schadensfrequenz von der gespeicherten Frequenzkennlinie zu erfassen, berechnet, ein Achsenbetriebsdurchführungsmittel, das den Achsenbetrieb auf der Vorschubachse mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit durchführt, ein Frequenzanalysemittel, das eine Frequenzanalyse auf die Servoinformation in Bezug auf eine Steuerung des Servomotors während des Achsenbetriebs durchführt, und ein Bestimmungsmittel, das das Vorhandensein und das Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse bestätigt, um eine Anormalität zu bestimmen, wenn der Spitzenwert vorliegt.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung, ohne zusätzlich einen Sensor o. ä. hinzuzufügen, ist eine Anormalitätsdiagnostik für die Vorschubachse wie z.B. das Lagers, die Kugelgewindespindel, und die Linearführung kostengünstig möglich.
Figurenliste

1 ist an Blockdiagramm einer Positionssteuerungseinheit und einer Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung für eine Vorschubachse.
2 ist ein Flussdiagramm eines Anormalitätsdiagnostik-Verfahrens in einer Ausführungsform 1.
3 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Frequenzgangkennlinie der Vorschubachse zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm eines Anormalitätsdiagnostik-Verfahrens in einer Ausführungsform 2.
5 ist eine Ansicht, die eine Schadensfrequenz eines Lagers zeigt.
6 ist eine Ansicht, die ein FFT Analyseergebnis einer Drehmoment-Wellenform, wenn eine Vorschubgeschwindigkeit F 7500 [mm/min] beträgt, zeigt.
7 ist eine Ansicht, die das FFT Analyseergebnis einer Drehmoment-Wellenform, wenn die Vorschubgeschwindigkeit F 20000 [mm/min] beträgt, zeigt.
8 zeigt Ansichten, die eine beispielhafte Ergebnisanzeige, wenn eine Diagnostik mit einer Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt wird, zeigen, wobei (a) eine Frequenz angibt, und (b) ein Frequenzverhältnis in Bezug auf eine Drehfrequenz angibt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
[Ausführungsform 1]
1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Positionssteuerungseinheit und eine Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung für eine Vorschubachse in einer Werkzeugmaschine, auf der die vorliegende Erfindung angewendet wird, zeigt.
Eine Vorschubachse 1 in der Werkzeugmaschine enthält eine Kugelgewindespindel 2 und einen beweglichen Körper 5. Die Kugelgewindespindel 2 wird durch einen Servomotor 3 durch das Erhalten eines Positionsbefehls von einer Vorschubachsensteuerung 21 einer Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20, die in einer NC-Vorrichtung abgebildet ist, drehbar angetrieben. Der bewegliche Körper 5 ist mit der Kugelgewindespindel 2 über eine Mutter 4 verschraubt, um eine Schraubenvorschubbewegung in einer axialen Richtung durch die Drehung der Kugelgewindespindel 2 durchzuführen. Die Kugelgewindespindel 2 ist an beiden Ende durch Lager gelagert (nicht gezeigt). Eine lineare Bewegung des beweglichen Körpers 5 wird durch eine Linearführung (nicht gezeigt) durchgeführt. Ein Positionsmelder 6 ist auf dem Servomotor 3 befestigt.
Eine Positionssteuerungseinheit 10 enthält einen Addierer 11, eine Positionssteuerung 12, einen Differenzierer 13, eine Geschwindigkeitssteuerung 14, und eine Stromsteuerung 15. Der Addierer 11 berechnet eine Positionsabweichung, sodass ein Positionsbefehl der Vorschubachsensteuerung 21 und eine aktuelle Position von dem Positionsmelder 6 in dem Addierer 11 eingegeben werden. Die Positionssteuerung 12 erzeugt einen Geschwindigkeitssollwert, der mit der in dem Addierer 11 berechneten Positionsabweichung übereinstimmt. Die Geschwindigkeitssteuerung 14 erzeugt einen Drehmomentsollwert, der mit dem in der Positionssteuerung 12 erzeugten Geschwindigkeitssollwert übereinstimmt, und einen Geschwindigkeitserfassungswert, der so erfasst wird, dass die aktuelle Position von dem Positionsmelder 6 in dem Differenzierer 13 berechnet wird. Die Stromsteuerung 15 steuert einen Strom zu dem Servomotor 3 auf Basis des Drehmomentsollwertes, der von der Geschwindigkeitssteuerung 14 angegeben wird. Eine Information, die in dieser Positionsteuerungseinheit 10 verwendet wird, wie z.B. die aktuelle Position, erkannt in dem Positionsmelder 6, darf in einer Speichereinheit 22 in der Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 gespeichert werden, und auf einer Anzeigeeinheit 23 angezeigt werden.
Die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 enthält einen Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24, der ein Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsmittel, das eine Vorschubgeschwindigkeit für die Anormalitätsdiagnostik berechnet, ist, basierend auf einer Frequenzkennlinie und einer Schadensfrequenz, die in der Speichereinheit 22, als ein Speichermittel, gespeichert sind. Die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 enthält auch einen Frequenzanalysator 25, der ein Frequenzanalysemittel ist, das eine Frequenzanalyse auf der Servoinformation in Bezug auf die Steuerung des Servomotors, erhalten von der Positionssteuerungseinheit 10, wenn die Vorschubachsensteuerung 21, als Achsenbetriebsmittel, einen Achsenbetrieb auf der Vorschubachse 1 mit der in dem Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24 berechneten Vorschubgeschwindigkeit durchführt, durchführt. Weiterhin enthält die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 eine Bestimmungseinheit 26, die ein Bestimmungsmittel ist, das das Vorhandensein/Nichtvorhandsein einer Anormalität aus einem Analyseergebnis in dem Frequenzanalysator 25 bestimmt.
Wenn die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 einen Befehl einer diagnostischen Betriebsart von einem Bediener erhält, berechnet die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 die Vorschubgeschwindigkeit unter Berücksichtigung einer Frequenzgangkennlinie der Vorschubachse 1, und führt die Frequenzanalyse auf der Servoinformation durch Durchführen des Achsenbetriebs auf der Vorschubachse 1 mit dieser Vorschubgeschwindigkeit, durch, um die Anormalitätsdiagnostik durchzuführen. Im Folgenden wird dieses Anormalitätsdiagnostik-Verfahren anhand eines Flussdiagramms in 2 beschrieben.
Zunächst werden die Frequenzgangkennlinie der Vorschubachse 1 und die Schadensequenz eines diagnostischen Ziels erhalten, um in der Speichereinheit 22 gespeichert zu werden bei S1 (ein Frequenzerfassungsschritt). Als ein Verfahren, um die Frequenzkennlinie der Vorschussachse 1 zu kennen, gibt es z.B. einen Sweep-Test, der eine Geschwindigkeitseingabe einer Sinuswelle, deren Frequenz kontinuierlich variiert, durchführt, um eine Eingangs/Ausgangsantwort zu bestätigen. Die Frequenzkennlinie und die Schadensequenz können jedoch in der Speichereinheit 22 vorläufig gespeichert werden, oder kurz vor einem diagnostischen Vorgang erhalten werden.
3 zeigt eine beispielhafte erhaltene Frequenzkennlinie der Vorschubachse 1. Die horizontale Achse zeigt eine Frequenz, und die vertikale Achse zeigt eine Verstärkung in Bezug auf die Eingabe.
Eine Schwingungsfrequenz (die Schadensfrequenz), die während einer Beschädigung einer Maschinenkomponente wie beispielsweise des Lagers, der Kugelgewindespindel, und der Linearführung, auftritt, wird durch eine geometrische Formel berechnet. Zum Beispiel in der Beschädigung des Lagers wird die Schwingungsfrequenz (die Schadensequenz) durch folgenden Ausdrücke (1) bis (3), jeweils für einen Innenring (die Beschädigung auf einer Laufringseite), einen Außenring (die Beschädigung auf der Laufringseite), und einen Wälzelement (die Beschädigung auf einer Oberfläche), berechnet. Die Beschädigung der Kugelgewindespindel und die Beschädigung der Mutter können von einer Formel, ähnlich wie die des Lagers, erhalten werden und die Beschädigung der Linearführung kann von der Steigung des Wälzelementes erhalten werden.
[Formel 1]

f_in. Frequenz durch die Innenring-Schädigung [Hz], f_out: Frequenz durch die Außenring-Schädigung [Hz],
f_ball: Frequenz durch die Wälzelement-Schädigung [Hz],
f_r: Drehfrequenz [Hz], D: Flankendurchmesser des Lagers [mm], d: Durchmesser des Wälzelementes [mm],
Z: die Anzahl von Wälzelementen, a: Kontaktwinkel [Grad]

Als nächstes wird in dem Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24 eine Frequenz fg, bei der die Verstärkung maximiert ist, aus dem Ergebnis der Frequenzgangkennlinie bei S2 berechnet, und dann wird eine Vorschubgeschwindigkeit Fg, bei der jede Schadensfrequenz mit der Frequenz fg, bei der diese Verstärkung maximiert ist, übereinstimmt, bei S3 berechnet (S2 und S3: ein Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt). Diese Vorschubgeschwindigkeit Fg kann durch die Drehfrequenz fr der Vorschubachse, die in der oben beschriebenen Bezeichnung verwendet wird, x eine Steigung der Kugelgewindespindel x 60, berechnet werden.
Anhand eines Beispiels von der Frequenzkennlinie in 3 ist die Frequenz fg, bei der die Verstärkung maximiert ist, 142 Hz, und die Vorschubgeschwindigkeit Fg, die die Beschädigung des Lagers diagnostiziert, ist wie folgt.

Innenring: 10650 [mm/min]
Außenring: 12241 [mm/min]
Wälzelement: 11451 [mm/min]

Wenn die Frequenzkennlinie vorläufig erhalten wird, kann die Vorschubgeschwindigkeit Fg auch vorläufig berechnet werden, um in der Speichereinheit 22 gespeichert zu werden.
Als nächstes führt die Vorschubachsensteuerung 21 den Betrieb der Vorschubachse mit jeder Vorschubgeschwindigkeit Fg bei S4 durch (ein Achsenbetriebsschritt), und der Frequenzanalysator 25 führt die Frequenzanalyse auf der Servoinformation (hier, eine Drehmoment-Wellenform) während des Achsenbetriebs bei S5 durch (ein Frequenzanalyseschritt).
Danach, bei S6, bestimmt die Bestimmungseinheit 26 aus dem Frequenzanalyseergebnis, ob ein Spitzenwert der Schadensfrequenz vorhanden ist oder nicht (ein Bestimmungsschritt). Für das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Spitzenwertes, zum Beispiel, wenn ein absoluter Wert der Schadensfrequenz einen vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass der Spitzenwert vorhanden ist. Es kann auch festgestellt werden, dass der Spitzenwert vorhanden ist, wenn das Frequenzanalyseergebnis in einen normalen Zustand ohne Beschädigung des Lagers vorläufig erhalten wird, um es mit diesem Frequenzanalyseergebnis in der normalen Zeitdauer zu vergleichen, und die Differenz von dem Frequenzanalyseergebnis in dem normalen Zustand den vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet. Da es in der Bearbeitung je nach Schadensteil unterschiedliche Einflussgrade gibt, wenn diese Schwellenwerte pro Schadensteil festgelegt werden, kann die Schadenserkennung genauer durchgeführt werden.
Wenn also der Spitzenwert der Schadensfrequenz bei S6 bestätigt wird, wird festgelegt, dass es abnormal ist (die Beschädigung ist vorhanden) bei S7, und wenn der Spitzenwert der Schadensfrequenz nicht bestätigt wird, wird festgelegt, dass es normal ist (die Beschädigung ist nicht vorhanden) bei S8, womit das Bestimmungsergebnis auf der Anzeigeeinheit 23 angezeigt wird.
Mit dem Anormalitätsdiagnostik-Verfahren und der -Vorrichtung der Vorschubachse 1 in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 werden dementsprechend die Frequenzkennlinie und die Schadensfrequenz der Vorschubachse 1 erhalten, wird die Vorschubgeschwindigkeit Fg, die den Spitzenwert der Schadensfrequenz erkennen kann, von der erhaltenen Frequenzkennlinie berechnet, wird der Achsenbetrieb auf der Vorschubachse 1 mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit Fg durchgeführt, wird die Frequenzanalyse auf der Servoinformation in Bezug auf die Steuerung des Servomotors 3 während des Achsenbetriebs durchgeführt, wird das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus dem Frequenzanalyseergebnis bestätigt, und wenn der Spitzenwert vorhanden ist, wird festgestellt, dass es abnormal ist. Somit ist die Schadensbestimmung der Vorschubachse wie z.B. des Lagers, der Kugelgewindespindel, und der Linearführung, ohne zusätzlich den Sensor o. ä. hinzuzufügen, kostengünstig möglich.
Da hier insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit, bei der die Frequenz, bei der die Verstärkung maximiert ist, in der erhaltenen Frequenzkennlinie mit der Schadensfrequenz übereinstimmt, als die Vorschubgeschwindigkeit Fg verwendet wird, kann das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz eindeutig erkannt werden.
[Ausführungsform 2]
In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wird die Beschädigung des Lagers hauptsächlich als das Beispiel beschrieben. Erkennbare Beschädigungen sind jedoch weitreichend, z. B. in der Kugelgewindespindel, der Mutter, und der Linearführung. Da eine Art der Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Diagnostik durchgeführt wird, zunimmt, kann eine Diagnostikzeit relativ länger werden. Das folgende ist eine Ausführungsform 2, die die relativ lange Diagnostikzeit verkürzt. Da die Konfigurationen der Positionssteuerungseinheit 10 und die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 für die Vorschubachse 1 selbst jedoch ähnlich mit denen in der Ausführungsform 1 sind, entfällt die überlappende Beschreibung. Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren durch die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung 20 wird anhand eines Flussdiagramms in 4 beschrieben.
Zuerst werden die Frequenzkennlinie der Vorschubachse 1 und die Schadensfrequenz des diagnostischen Ziels erhalten, um in der Speichereinheit 22 bei S11 gespeichert zu werden (ein Frequenzerfassungsschritt). Dies ist ähnlich mit dem in der Ausführungsform 1.
Als nächstes berechnet der Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24 in S12 ein Frequenzband, in dem die Verstärkung einen bestimmten Wert oder mehr wird, von der erhaltenen Frequenzkennlinie. In der Frequenzkennlinie in 3, ist hier die Verstärkung auf -5 dB oder mehr eingestellt, und 5 bis 200 Hz wird als ein Frequenzband A mit einer guten Reaktionsfähigkeit betrachtet.
Als nächstes, basierend auf Spezifikationen des Lagers, berechnet der Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24 bei S13 die Vorschubgeschwindigkeit Fg, bei der der Maximalwert der Schadensfrequenzen an mehreren zu diagnostizierenden Stellen in dem Frequenzband A enthalten ist (S12 und S13: ein Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt). Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass die Vorschubgeschwindigkeit ähnlich mit der in der Ausführungsform 1 für jeweils des Innenrings, des Außenrings, des Wälzelementes berechnet wird, und die Vorschubgeschwindigkeit Fg aus einem Bereich der Vorschubgeschwindigkeit, die durch die drei Vorschubgeschwindigkeiten vorgegeben ist, ausgewählt wird.
Beispielsweise zeigt 5 die Schadensfrequenzen des Lagers, wenn die Vorschubgeschwindigkeit Fg 7500 [mm/min] beträgt und wenn die Vorschubgeschwindigkeit Fg 20000 [mm/min] beträgt, und 6 und 7 zeigen Diagramme, in denen die Frequenzanalyse auf der Drehmoment-Wellenform durchgeführt wird, wenn die Vorschubgeschwindigkeit Fg 7500 [mm/min] beträgt und wenn die Vorschubgeschwindigkeit Fg 20000 [mm/min] beträgt.
In dieser Vorschubachse sind Kratzer an dem Innenring und an dem Außenring des Lagers vorhanden. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit Fg 7500 [mm/min] beträgt, liegen die Spitzenwerte bei 87 Hz und 100 Hz vor und die Beschädigungen auf dem Innenring und dem Außenring des angebauten Lagers können erkannt werden. Wenn jedoch die Vorschubgeschwindigkeit Fg 20000 [mm/min] beträgt, da die Schadensfrequenzen der Innenringseite und der Außenringseite des Lagers 231 Hz und 278 Hz betragen und 200 Hz, die eine Obergrenze des Frequenzbandes mit der guten Reaktionsfähigkeit ist, überschreiten, ist es bekannt, dass der Spitzenwert nicht bestätigt wird.
Daher beträgt die hier berechnete Vorschubgeschwindigkeit Fg 7500 [mm/min].
Aber auch in der normalen Vorschubachse, durch Einfluss von Schwingungen beim Betrieb der Maschine, Schwingungen von Störungen und dergleichen, als ein Ergebnis der Frequenzanalyse der Drehmoment-Wellenform, ist der Spitzenwert manchmal vorhanden. Es gibt auch einen Fall, in dem eine Änderung der Spitzenwerte in der normalen Zeitdauer und der diagnostischen Zeitdauer schwer zu erkennen ist, wenn dieser Spitzenwert die Schadensfrequenz überlappt.
Um einen solchen Fall zu behandeln, um die Erkennungsgenauigkeit der Anormalität zu erhöhen, ist es nur notwendig, dass der Vorschubgeschwindigkeitsrechner 24 eine Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten Fg zusätzlich zu der Vorschubgeschwindigkeit Fg von 7500 [mm/min], berechnet bei S13, berechnet, wobei eine Beziehung zwischen den jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten ein nicht-integrales Vielfaches ist. Zum Beispiel in einem Fall basierend auf Fg von 7500 [mm/min], zusätzlich zu Fg von 7500 [mm/min], werden 4500 [mm/min], was das 0,6 fache davon ist, und 10500 [mm/min], was das 1,4 fache davon ist, als die Vorschubgeschwindigkeiten Fg eingestellt. Da die Schwingung durch den Maschinenbetrieb und die Schwingung von der Störung nicht durch die Vorschubgeschwindigkeit variieren, kann das Zustandserfassen getrennt von der Beschädigung der Maschinenkomponenten, die in einem proportionalen Verhältnis mit der Vorschubgeschwindigkeit variiert, leicht durch Durchführen der Diagnostik mit der Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt werden, was das nicht-integrales Vielfaches sein wird.
Der nachfolgende Ablauf ist demjenigen der Ausführungsform 1 ähnlich, wobei die Vorschubachsensteuerung 21 den Betrieb der Vorschubachse 1 mit der eingestellten Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten Fg bei S14 durchführt (ein Achsenbetriebsschritt), und der Frequenzanalysator 25 die Frequenzanalyse auf der Servoinformation (die Drehmoment-Wellenform) während des Achsenbetriebs bei S15 durchführt (ein Frequenzerfassungsschritt).
Dann bestimmt die Bestimmungseinheit 26 bei S16, aus den jeweiligen Frequenzanalyseergebnissen, ob der Spitzenwert der Schadensfrequenz vorhanden ist oder nicht (ein Bestimmungsschritt). Hier, wenn der Spitzenwert der Schadensfrequenz bestätigt wird, wird bei S17 bestimmt, dass es abnormal ist (die Beschädigung ist vorhanden), und wenn der Spitzenwert der Schadensfrequenz nicht bestätigt wird, wird bei S18 bestimmt, dass es normal ist (die Beschädigung ist nicht vorhanden), sodass das Bestimmungsergebnis auf der ein Anzeigeeinheit 23 angezeigt wird.
Hier wird ein Anzeigeverfahren auf der Anzeigeeinheit 23 beschrieben.
8 zeigt ein Anzeigebeispiel des Ergebnisses, wenn die Diagnostik mit der Vielzahl von Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt wurde. In (a) wird die horizontale Achse als Frequenz angegeben, und in (b) wird die horizontale Achse als ein Frequenzverhältnis in Bezug auf die Drehfrequenz der Vorschubachse angegeben. Die Drehfrequenz wird durch die Vorschubgeschwindigkeit/die Steigung der Kugelgewindespindel/60 berechnet, das Frequenzverhältnis wird durch die Frequenz/ die Drehfrequenz berechnet. Beide vertikale Achsen zeigen Stärken nach der Frequenzanalyse, und sind in einer vertikalen Richtung versetzt, sodass die Vielzahl der Vorschubgeschwindigkeiten in einem Diagramm einfacherweise angezeigt werden.
Eine Markierung M1 ist ein Einfluss durch die Innenringseite-Beschädigung des Lagers, und während die Spitzenwertposition in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit in dem Diagramm, das die Frequenz (a) angibt, variiert, gibt es keine Abweichung in der Spitzenwertposition in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit in dem Diagramm, das das Frequenzverhältnis in Bezug auf die Drehfrequenz (b) angibt.
Eine Markierung M2 ist ein Einfluss der Schwingung durch den Achsenbetrieb, und während es keine Abweichung in der Spitzenwertposition in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit in dem Diagramm, das die Frequenz (a) angibt, gibt, variiert die Spitzenwertposition in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit in dem Diagramm, das das Frequenzverhältnis in Bezug auf die Drehfrequenz (b) angibt.
So werden nach der Durchführung des Bestimmungsschritts das Diagramm, das die Frequenz in der horizontalen Achse angibt, und das Diagramm, das das Frequenzverhältnis in Bezug auf die Drehfrequenz angibt, eingeordnet, um kollektiv angezeigt zu werden (ein Anzeigeschritt). Dann kann unterschieden werden, ob es sich um eine Beeinflussung der Beschädigung durch die Maschinenkomponente handelt oder nicht, sodass das Erfassen des Zustandes erleichtert wird. Markierungen, die den Beschädigungen der Maschinenkomponenten wie z.B. des Lagers, der Kurgewindespindel, und der Linearführung entsprechen, können angegeben werden.
Mit dem Anormalitätsdiagnostik-Verfahren und der -Vorrichtung der Vorschubachse 1 in der oben beschriebenen Ausführungsform 2 werden also auch die Frequenzkennlinie und die Schadensfrequenz der Vorschubachse 1 erhalten, wird die Vorschubgeschwindigkeit Fg, die den Spitzenwert der Schadensfrequenz erkennen kann, von der erhaltenen Frequenzkennlinie berechnet, wird der Achsenbetrieb auf der Vorschlagsachse 1 mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit Fg durchgeführt, wird die Frequenzanalyse auf der Servoinformation in Bezug auf die Steuerung des Servomotors 3 während des Achsenbetriebs durchgeführt, wird das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus dem Frequenzanalyseergebnis bestätigt, und wenn der Spitzenwert vorhanden ist, wird festgestellt, dass es abnormal ist. Somit ist die Schadensbestimmung der Vorschubachse wie z.B. des Lagers, der Kugelgewindespindel, und der Linearführung, ohne zusätzlich den Sensor o. ä. hinzuzufügen, kostengünstig möglich.
Da hier insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit, bei der die Frequenz, bei der der Maximalwert der Schadensfrequenz in dem Frequenzband A, in dem die Verstärkung einen bestimmten Wert oder mehr in der erhalten Frequenzkennlinie enthalten ist, als Vorschubgeschwindigkeit Fg verwendet wird, kann das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz in einer kurzen Zeit auch bei einer Vielzahl von zu diagnostizierenden Positionen erkannt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 wird die Frequenzanalyse auf der Drehmoment-Wellenform als die Servoinformation durchgeführt. Das ähnliche Verfahren kann auch auf der Positionsabweichung und der Geschwindigkeit, die basierend auf Weginformation des Positionsmelders berechnet wird, durchgeführt werden. Allerdings wird die Frequenz, die in der Weginformation einfach erfasst wird, eine Frequenz, die niedriger als die ist, die in der Drehmoment-Wellenform erfasst wird. Daher werden die Erfassung aus der Drehmoment-Wellenform und die Erfassung von der Positionsabweichung, entsprechend der Schadensfrequenz, die erfasst werden soll, unterschiedlich verwendet, zum Beispiel, sodass die Frequenz aus der Positionsabweichung erfasst wird, wenn die Schadensfrequenz kleiner als 20 Hz beträgt, und die Frequenz aus der Drehmoment-Wellenform erfasst wird, wenn die Schadensfrequenz 20 Hz oder mehr beträgt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit in der Schadenserkennung erhöht werden. Die vorgegebenen Werte dieser unterschiedlich genutzten Frequenzen können bei Bedarf verändert werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 ist die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung in der Werkzeugmaschine gebildet, um die Anormalitätsdiagnostik durchzuführen. Die Anormalitätsdiagnostik kann jedoch so durchgeführt werden, dass die Frequenzkennlinie der Vorschubachse und die Schadensfrequenz in einer externen Vorrichtung wie z. B. einem externen PC gespeichert werden, die Servoinformation während des Achsenbetriebs drahtgebunden oder drahtlos an die externe Vorrichtung übertragen wird, und die Frequenzanalyse in der externen Vorrichtung durchgeführt wird. D. h. die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung in der vorliegenden Erfindung kann bestehend aus der Werkzeugmaschine mit der Vorschubachse als das diagnostische Ziel und die externe Vorrichtung gebildet werden. Wenn also die Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung mit der externen Vorrichtung gebildet ist, gibt es die Vorteile, dass die Anormalitätsdiagnostik für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen gleichzeitig durchgeführt werden kann, und die Diagnostik-Daten auch zentral gesteuert werden können.
Dann ist die vorliegende Erfindung auf Maschinen insoweit anwendbar, sofern sie die Vorschubachse einschließen, und nicht auf die Werkzeugmaschine beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Vorschubachse
2: Kugelgewindespindel
3: Servomotor
4: Mutter
5: beweglicher Körper
6: Positionsmelder
10: Positionssteuerungseinheit
11: Addierer
12: Positionssteuerung
13: Differenzierer
14: Geschwindigkeitssteuerung
15: Stromsteuerung
20: Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung
21: Vorschubachsensteuerung
22: Speichereinheit
23: Anzeigeeinheit
24: Vorschubgeschwindigkeitsrechner
25: Frequenzanalysator
26: Bestimmungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4112594 [0004]
JP 2009068950 [0004]

Claims

Ein Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse, in einer Maschine, die eine Vorschubachse umfasst, die einen beweglichen Körper über eine Kugelgewindespindel, die sich durch einen Servomotor dreht, bewegt, wobei das Verfahren durchführt: einen Frequenzerfassungsschritt zum Erfassen einer Frequenzkennlinie der Vorschubachse und einer Schadensfrequenz, die auftritt, wenn die beschädigte Vorschubachse einen Achsenbetrieb durchführt; einen Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt zum Berechnen einer Vorschubgeschwindigkeit, die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Schadensfrequenz von der erhaltenen Frequenzkennlinie zu erfassen; einen Achsenbetriebsschritt zum Durchführen des Achsenbetriebs auf der Vorschubachse mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit; einen Frequenzanalyseschritt zum Durchführen einer Frequenzanalyse auf einer Servoinformation in Bezug auf eine Steuerung des Servomotors während des Achsenbetriebs; einen Bestimmungsschritt zum Bestätigen des Vorhandenseins und des Nichtvorhandenseins des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse, um die Anormalität zu bestimmen, wenn der Spitzenwert vorhanden ist.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach Anspruch 1, wobei in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, als die Vorschubgeschwindigkeit, eine Vorschubgeschwindigkeit berechnet wird, sodass eine Frequenz, in der eine Verstärkung in der erhaltenen Frequenzkennlinie maximiert ist, mit der Schadensfrequenz übereinstimmt.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach Anspruch 1, wobei in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, als die Vorschubgeschwindigkeit, eine Vorschubgeschwindigkeit berechnet wird, sodass ein Maximalwert der Schadensfrequenz in einem Frequenzband, in dem eine Verstärkung einen bestimmten Wert oder mehr in der erhaltenen Frequenzkennlinie wird, enthalten ist.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach Anspruch 3, wobei in dem Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsschritt, eine Vorschubgeschwindigkeit, die eine nicht-integrale Mehrfachbeziehung mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit aufweist, zusätzlich berechnet wird, in dem Achsenbetriebsschritt, der Achsenbetrieb auf der Vorschubachse mit einer Vielzahl von den Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt wird, in dem Frequenzanalyseschritt, die Frequenzanalyse auf der Servoinformation, erhalten für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten, durchgeführt wird, und in dem Bestimmungsschritt, das Vorhandensein und Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt wird.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach Anspruch 4, wobei ein Anzeigeschritt, basierend auf dem Ergebnis der Frequenzanalyse, erhalten in der Frequenzanalyse, zwei Arten von Diagrammen erzeugt, von denen eines eine Frequenz angibt, und das andere ein Frequenzverhältnis in Bezug auf eine Drehfrequenz der Vorschubachse angibt, und das Ergebnis der Frequenzanalyse für die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten kollektiv angibt, zusätzlich durchgeführt wird.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Servoinformation, auf der die Frequenzanalyse in dem Frequenzanalyseschritt durchgeführt wird, eine Drehmoment-Wellenform ist.
Das Anormalitätsdiagnostik-Verfahren für eine Vorschubachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Servoinformation, auf der die Frequenzanalyse in dem Frequenzanalyseschritt durchgeführt wird, eine Positionsabweichung zwischen einem Positionsbefehl zu der Vorschubachse und einer aktuellen Position des Servomotors ist, wenn die Schadensfrequenz kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und eine Drehmoment-Wellenform ist, wenn die Schadensfrequenz der vorgegebene Wert oder mehr ist.
Eine Anormalitätsdiagnostik-Vorrichtung für eine Vorschubachse, in einer Maschine, die eine Vorschubachse umfasst, die einen beweglichen Körper durch eine Kugelgewindespindel, die sich durch einen Servomotor dreht, bewegt, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Speichermittel, das eine Frequenzkennlinie in der Vorschubachse und eine Schadensfrequenz, die auftritt, wenn die beschädigte Vorschubachse einen Achsenbetrieb durchführt, speichert; ein Vorschubgeschwindigkeitsberechnungsmittel, das eine Vorschubgeschwindigkeit, die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Schadensfrequenz von der gespeicherten Frequenzkennlinie zu erkennen, berechnet; ein Achsenbetriebsdurchführungsmittel, das den Achsenbetrieb auf der Vorschubachse mit der berechneten Vorschubgeschwindigkeit durchführt; ein Frequenzanalysemittel, das eine Frequenzanalyse auf einer Servoinformation in Bezug auf eine Steuerung des Servomotors während des Achsenbetriebs durchführt; und ein Bestimmungsmittel, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Spitzenwertes der Schadensfrequenz aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse bestätigt, um die Anormalität zu bestimmen, wenn der Spitzenwert vorhanden ist.