DE112017004539T5

DE112017004539T5 - Mit einem fehlererkennungssensor ausgestattetes stellglied und verfahren zum erkennen eines fehlers im stellglied

Info

Publication number: DE112017004539T5
Application number: DE112017004539.8T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Honjo; Shuhei Yamanaka
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: TW201812270A; US20190346341A1; DE112017004539B4; WO2018047439A1; JP2018040768A; TWI663389B; CN109690277A; US10801919B2; JP6276817B1; CN109690277B

Abstract

Es wird ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied angegeben, das unter Verwendung eines gemeinsamen Sensors einen Fehler in mindestens einer Linearführungseinheit und einer Kugelgewindespindeleinheit leicht erkennen kann. In einem Stellglied (10) mit einer Linearführungseinheit (4), die eine lineare Bewegung eines beweglichen Körpers (1) führt, und einer Kugelgewindespindeleinheit (7), die den beweglichen Körper (1) in einer axialen Richtung einer Gewindespindel (6) antreibt, ist ein Sensor (18), der zum Erfassen eines Fehlers im Stellglied (10) konfiguriert ist, in einem Gehäuse (11) angeordnet, in dem eine Kupplung (12), die die Gewindespindel (6) und einen Motor (14) zum Drehen der Gewindespindel (6) koppelt, untergebracht sind.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied und ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Stellglied.
Technischer Hintergrund
Ein Stellglied, das eine Kombination aus einer Linearführungseinheit und einer Kugelgewindespindel ist, d.h. ein Stellglied, das die Linearführungseinheit veranlasst, eine Linearbewegung eines beweglichen Körpers zu führen und bewirkt, dass die Kugelgewindespindeleinheit den beweglichen Körper in axialer Richtung einer Gewindespindel antreibt, ist bekannt.
Die Linearführungseinheit führt die lineare Bewegung des beweglichen Körpers unter Verwendung der Rollbewegung einer Vielzahl von Wälzkörpern, wie beispielsweise Kugeln und Rollen. Die Kugelgewindespindeleinheit beinhaltet eine Vielzahl von Kugeln zwischen der Gewindespindel und einer Mutter, so dass es in der Lage ist eine Rollbewegung auszuführen, und dreht die Gewindespindel, um die Mutter in axialer Richtung der Gewindespindel anzutreiben.
Wenn das Stellglied langfristig eingesetzt wird, tritt Abplatzen, d.h. ein Phänomen, bei dem ein Teil eines Wälzkörpers und einer Wälzkörperrollfläche von mindestens einem der Linearführungseinheit und der Kugelgewindespindeleinheit in Flocken abblättert, an dem Wälzkörper und der Wälzkörperrollfläche auf. Ein solcher Fehler, z.B. Abplatzen, verhindert eine reibungslose Bewegung des beweglichen Körpers. Daher ist es erforderlich, einen Fehler in mindestens einer der Linearführungseinheit und der Kugelgewindespindeleinheit zu diagnostizieren.
Patentliteratur 1 offenbart eine Fehlerdiagnosevorrichtung, bei der ein Vibrationssensor an einer Linearführungseinheit angebracht ist, um ein von dem Vibrationssensor erfasstes Signal in einer Signalverarbeitungseinheit als Fehlerdiagnosevorrichtung der Linearführungseinheit zu verarbeiten. Es wird beurteilt, ob die Stärke des von der Signalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat oder nicht; demnach kann beurteilt werden, ob die Linearführungseinheit defekt ist oder nicht.
Zitiertliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2010-96541 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Diagnose eines Fehlers in einem Stellglied ist es denkbar, dass jeweils ein Sensor zur Fehlererkennung an einer Linearführungseinheit und einer Kugelgewindespindeleinheit angebracht ist. Die Befestigung des Sensors an jeder der Linearführungseinheiten und der Kugelgewindespindeleinheit führt jedoch zu einer Erhöhung der Anzahl der Sensoren und erfordert die Verlegung von Leitungen für Sensoren. Andererseits wird bei einem Austausch des Stellglieds in vielen Fällen nicht nur die Linearführungseinheit oder die Kugelgewindespindeleinheit, sondern das gesamte Stellglied ausgetauscht. Es kann gesagt werden, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, die Linearführungseinheit und die Kugelgewindespindeleinheit einzeln zu beurteilen.
Daher ist es denkbar, dass ein gemeinsamer Sensor einen Fehler in mindestens einer der Linearführungseinheiten und der Kugelgewindespindeleinheit erkennt. Wenn der gemeinsame Sensor jedoch einen Fehler in mindestens einer der Linearführungseinheiten und der Kugelgewindespindeleinheit erkennt, besteht das Problem, dass es leicht ist, einen Fehler in der Kugelgewindespindeleinheit zu erkennen, es aber ist schwierig, einen Fehler in der Linearführungseinheit zu erkennen. Dies liegt daran, dass die Größe der Vibrationen (Vibration, eine elastische Welle oder Ultraschall), die bei der Kugelgewindespindel auftreten, größer ist als die Größe der Vibrationen, die bei der Linearführungseinheit auftreten. Die Kugelgewindespindeleinheit dient zum Antrieb eines beweglichen Körpers. Das Drehmoment eines Motors wirkt auf die Kugelgewindespindeleinheit. Dementsprechend ist die Schwingung, die an der Kugelgewindespindeleinheit auftritt, größer.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied und ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Stellglied bereitzustellen, das einen Fehler in mindestens von einer Linearführungseinheit und einer Kugelgewindespindeleinheit unter Verwendung eines gemeinsamen Sensors leicht erkennen kann.
Lösung des Problems
Um das oben genannte Problem zu lösen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied mit einer Linearführungseinheit, die eine lineare Bewegung eines beweglichen Körpers führt, und einer Kugelgewindespindel, die den beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel antreibt, wobei das Stellglied einen Sensor beinhaltet, der konfiguriert ist, um einen Fehler in dem Stellglied zu erkennen, der in einem Gehäuse vorgesehen ist, in dem eine Kupplung, die die Gewindespindel und ein Motor zum Drehen der Gewindespindel koppelt, untergebracht ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen eines Fehlers in einem Stellglied, welches eine Linearführungseinheit aufweist, die eine lineare Bewegung eines beweglichen Körpers führt, und eine Kugelgewindespindeleinheit, die den beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel antreibt, wobei das Verfahren das Platzieren eines Sensors beinhaltet, der konfiguriert ist, um einen Fehler in dem Stellglied zu erkennen, in einem Gehäuse, in dem eine Kupplung, die die Gewindespindel und einen Motor zum Drehen der Gewindespindel koppelt, untergebracht ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vibration (Vibration, eine elastische Welle oder Ultraschall), die an einer Kugelgewindespindeleinheit aus einem Fehler resultiert, durch ein Lager eines Gehäuses gedämpft und breitet sich auf das Gehäuse aus. Andererseits werden Vibrationen, die bei einer Linearführungseinheit durch einen Fehler auftreten, nicht im gleichen Maße wie in der Kugelgewindespindeleinheit gedämpft und breiten sich auf das Gehäuse aus. Die Größe der Vibration, die sich von der Kugelgewindespindeleinheit auf das Gehäuse ausbreitet, nähert sich der Größe der Vibration, die sich von der Linearführungseinheit auf das Gehäuse ausbreitet; entsprechend kann ein gemeinsamer Sensor einen Fehler in mindestens einer der Linearführungseinheit und der Kugelgewindespindeleinheit leicht erkennen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenansicht eines mit einem Fehlererkennungssensor ausgestatteten Stellglieds einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Stellglieds der Ausführungsform, aus der ein Motor entfernt wurde.
3 ist ein detailliertes Diagramm des Stellglieds der Ausführungsform, aus der der Motor entfernt wurde (3A ist eine Draufsicht, 3B ist eine Seitenansicht, 3C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie c-c von 3A und 3D ist eine Frontansicht).
4 ist eine schematische Draufsicht auf ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied und ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Stellglied von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Das mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattete Stellglied und das Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Stellglied der vorliegenden Erfindung können jedoch in verschiedenen Moden ausgeführt werden und sind nicht auf die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen werden mit der Absicht bereitgestellt, die Fachkräfte zu ermutigen, den Umfang der Erfindung durch vollständige Offenlegung der Beschreibung vollständig zu verstehen.
(Mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung)
1 ist eine schematische Seitenansicht eines mit einem Fehlererkennungssensor ausgestatteten Stellglieds 10 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Stellglied 10 der Ausführungsform beinhaltet eine Linearführungseinheit 4, die die lineare Bewegung eines Blocks 1 als beweglichen Körper führt, und eine Kugelgewindespindeleinheit 7, die den Block 1 als beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel 6 antreibt.
Die Linearführungseinheit 4 beinhaltet eine Führungsschiene 3 und einen beweglichen Block 2, der über eine Vielzahl von Wälzkörpern wie Kugeln oder Rollen so an der Führungsschiene 3 montiert ist, dass er in Längsrichtung beweglich ist. Die Führungsschiene 3 ist an einer Basis 8 befestigt. Der bewegliche Block 2 ist am Block 1 befestigt. Es ist auch möglich, die Führungsschiene 3 der Linearführungseinheit 4 in die Basis 8 zu integrieren und den beweglichen Block 2 in den Block 1 als beweglichen Körper zu integrieren.
Die Kugelgewindespindeleinheit 7 beinhaltet die Gewindespindel 6 und eine Mutter 5, die über eine Vielzahl von Kugeln mit der Gewindespindel 6 in Eingriff steht. Die Vielzahl von Kugeln ist zwischen einer Kugelrollnut der Gewindespindel 6 und einer Kugelrollnut der Mutter 5 angeordnet, wobei die Mutter 5 als beweglicher Körper am Block 1 befestigt ist. Ein (engl.: one) Endabschnitt in axialer Richtung der Gewindespindel 6 ist durch ein Gehäuse 11 drehbar gelagert. Das Gehäuse 11 ist an der Basis 8 oder an der Schiene 3 befestigt. Der andere Endabschnitt in axialer Richtung der Gewindespindel 6 ist durch eine Endabschnittswand 13 drehbar gelagert. Die Endabschnittswand 13 ist an der Basis 8 oder der Schiene 3 befestigt.
Die Gewindespindel 6 wird von einem Motor 14 gedreht und angetrieben. Der Motor 14 ist an dem Gehäuse 11 befestigt. Die Gewindespindel 6 und der Motor 14 sind über eine Kupplung 12 gekoppelt. Die Kupplung 12 ist im Gehäuse 11 untergebracht.
Wenn sich der Motor 14 dreht und die Gewindespindel 6 antreibt, bewegt sich die Mutter 5, die mit der Gewindespindel 6 in Eingriff steht, in axialer Richtung der Gewindespindel 6. Die Mutter 5 ist am Block 1 befestigt, um den Block 1 zusammen mit der Mutter 5 in axialer Richtung der Gewindespindel 6 zu bewegen.
2 und 3 zeigen detaillierte Diagramme des Stellglieds 10, von dem der Motor 14 entfernt wurde. 2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht. 3A veranschaulicht eine Draufsicht, 3B eine Seitenansicht, 3C eine Querschnittsansicht und 3D eine Frontansicht. 2 und 3 veranschaulichen das Stellglied 10, bei dem die Führungsschiene 3 der Linearführungseinheit 4 in die Basis 8 integriert ist (siehe 1) und der bewegliche Block 2 in den Block 1 (siehe 1) als beweglichen Körper integriert ist. In der folgenden Beschreibung wird die Konfiguration des Stellglieds 10 mit Hilfe von Richtungen in axialer Richtung der Gewindespindel 6 in einem Zustand beschrieben, in dem das Stellglied 10 auf einer horizontalen Ebene angeordnet ist, d.h. oben und unten, links und rechts sowie vorne und hinten, wie in 2 dargestellt, um die Beschreibung zu erleichtern. Natürlich ist die Platzierung des Stellglieds 10 nicht darauf beschränkt.
Die Führungsschiene 3 der Linearführungseinheit 4 hat im Querschnitt eine U-Form und erstreckt sich lang und schmal in einer Front- Rückrichtung. Die Führungsschiene 3 beinhaltet einen Bodenwandabschnitt 3a und ein Paar Seitenwandabschnitte 3b, die einander zugewandt sind. Ein Kugelrollabschnitt 3b1 ist in Längsrichtung auf einer inneren Seitenfläche jedes Seitenwandabschnitts 3b ausgebildet. In der Ausführungsform sind zwei Kugelrollabschnitte 3b1 in einem oberen Teil und einem unteren Teil jedes Seitenwandabschnitts 3b ausgebildet.
Der beweglich Block 2 der Linearführungseinheit 4 ist zwischen dem Paar der Seitenwandabschnitte 3b der Führungsschiene 3 sandwichartig gehalten und über die Wälzkörper in Längsrichtung beweglich an der Gleitschiene 3 montiert. Auf einer Oberseite des beweglichen Blocks 2 ist ein Schraubenloch 2a zur Befestigung an einer Gegenkomponente ausgebildet. Der bewegliche Block 2 beinhaltet einen spurförmigen Umlaufweg. Der spurförmige Umlaufweg beinhaltet einen Kugelrollabschnitt, der dem Kugelrollabschnitt 3b1 der Führungsschiene 3 zugewandt ist, einen Rücklaufweg parallel zum Kugelrollabschnitt und ein Paar U-förmige Umkehrwege, die ein Ende des Kugelrollabschnitts und ein Ende des Rücklaufwegs verbinden. Eine Vielzahl von Kugeln als Wälzkörper ist im Umlaufweg angeordnet.
Wenn sich der bewegliche Block 2 linear in Bezug auf die Führungsschiene 3 bewegt, führt die Vielzahl von Kugeln eine Rollbewegung zwischen dem Kugelrollabschnitt der Führungsschiene 3 und dem Kugelrollabschnitt des beweglichen Blocks 2 aus und zirkuliert entlang des Umlaufpfades. Die Rollbewegung der Kugeln wird genutzt, damit sich der Bewegungsblock 2 spielfrei zwischen der Führungsschiene 3 und dem beweglichen Block 2 bewegen kann.
Ein Endabschnitt der Gewindespindel 6 der Kugelgewindespindeleinheit 7 ist drehbar durch das Gehäuse 11 gelagert, der andere Endabschnitt ist drehbar durch die Endabschnittswand 13 gelagert. Auf einer äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 6 ist eine schraubenförmige Kugelrollnut 6a ausgebildet. Am Gehäuse 11 ist ein Lager 15 (siehe 3C) vorgesehen, das den einen Endabschnitt der Gewindespindel 6 drehbar trägt. An der Endabschnittswand 13 ist ein Lager 16 (siehe 3C) vorgesehen, das den anderen Endabschnitt der Gewindespindel 6 drehbar trägt.
Die Gewindespindel 6 durchdringt den beweglichen Block 2. Im beweglichen Block 2 ist ein Montageloch 2b (siehe 3C) ausgebildet, in die die Mutter 5 eingesetzt ist. Die Mutter 5 wird in dem Montageloch 2b des beweglichen Blocks 2 befestigt. An einer Innenumfangsfläche der Mutter 5 ist eine schraubenförmige Kugelrollnut, die der Kugelrollnut 6a der Gewindespindel 6 zugewandt ist, ausgebildet. Die Mutter 5 weist eine Zirkulationskomponente, wie beispielsweise ein Rücklaufrohr, das ein Ende und das andere Ende der schraubenförmigen Kugelrollnut der Mutter 5 verbindet, auf, wobei die schraubenförmige Kugelrollnut und die Zirkulationskomponente der Mutter 5 einen Zirkulationspfad der Kugelgewindespindeleinheit 7 konfigurieren. Die Vielzahl der Kugeln ist in dem Umlaufweg angeordnet.
Wenn sich die Gewindespindel 6 dreht, bewegt sich die Mutter 5 in axialer Richtung. Wenn sich die Gewindespindel 6 dreht, führen die Vielzahl von Kugeln eine Rollbewegung zwischen der Gewindespindel 6 und der Mutter 5 durch und zirkulieren entlang des Umlaufpfades. Die Rollbewegung der Kugeln wird genutzt, damit sich die Mutter 5 spielfrei in axialer Richtung zwischen der Gewindespindel 6 und der Mutter 5 bewegen kann.
Wie in 2 dargestellt, ist das Gehäuse 11 mit einem Befestigungselement, wie beispielsweise einem Bolzen, an der Führungsschiene 3 der Linearführungseinheit 4 befestigt. Das Gehäuse 11 beinhaltet einen in der Führungsschiene 3 integrierten Bodenabschnitt 11c und rahmenförmige Wandabschnitte 11a, 11b, 11d und 11e, die auf dem Bodenabschnitt 11c stehen. Die Wandabschnitte 11a, 11b, 11d und 11e beinhalten einen ersten Wandabschnitt 11a, der mit dem Lager 15 versehen ist, einen zweiten Wandabschnitt 11b, an dem der Motor 14 durch ein Befestigungselement wie einen Bolzen befestigt ist, wobei der zweite Wandabschnitt 11b dem ersten Wandabschnitt 11a zugewandt ist, und einen dritten Wandabschnitt 11d und einen vierten Wandabschnitt 11e, die einander zugewandt sind und orthogonal zum ersten Wandabschnitt 11a und dem zweiten Wandabschnitt 11b sind. Die Kupplung 12 (siehe 1), die die Gewindespindel 6 und den Motor 14 koppelt, ist im Gehäuse 11 untergebracht.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Sensor 18 zum Erfassen eines Fehlers im Stellglied 10 im Gehäuse 11 angeordnet. Der Sensor 18 ist auf einer Oberseite des Bodenabschnittes 11c des Gehäuses 11 angeordnet. Der Sensor 18 ist ein Vibrationssensor, der die Vibration des Gehäuses 11 erkennt, ein AE (Acoustic Emission) Sensor, der eine elastische Welle erkennt, die sich auf das Gehäuse 11 ausbreitet, oder ein Ultraschallsensor, der die Ultraschallausbreitung auf das Gehäuse 11 erkennt. In der Ausführungsform ist der Sensor 18 ein Vibrationssensor, der die Vibration der Oberfläche des Gehäuses 11 erfasst, insbesondere ein Beschleunigungssensor, der die Beschleunigung der Oberfläche des Gehäuses 11 erfasst.
Ein Fehlerdiagnosesystem des Stellglieds der Ausführungsform beinhaltet das Stellglied 10 und eine Signalverarbeitungseinheit 20. Ein vom Sensor 18 erfasstes Signal wird in die Signalverarbeitungseinheit 20 eingegeben, die beispielsweise durch eine Messvorrichtung konfiguriert ist. Die Signalverarbeitungseinheit 20 beinhaltet einen Verstärker 21, der das vom Sensor 18 erfasste Signal verstärkt, einen Filter 22, der einen vorbestimmten Frequenzbereich aus dem verstärkten Signal extrahiert, eine rms Recheneinheit 23, die die rms (Root Mean Square; Quadratwurzel) Intensität aus dem gefilterten Signal berechnet, und eine FFT-Analyseeinheit 24, die eine FFT (Fast Fourier Transformation) Analyse des vom Sensor 18 erfassten Signals und/oder des gefilterten Signals durchführt.
Das Filter 22 extrahiert ein Resonanzfrequenzband des Gehäuses 11 aus dem vom Sensor 18 erfassten Signal (einschließlich des vom Verstärker 21 verstärkten Signals). Wenn in mindestens einer der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7, d.h. der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7, ein Fehler wie z.B. ein Abplatzen auftritt, schwingen die Linearführungseinheiten 4 und/oder die Kugelgewindespindeleinheit 7 aufgrund des Fehlers auch bei einer anderen Frequenz als einer Frequenz unter normalen Bedingungen. Die aus dem Fehler resultierende Vibration der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7 breitet sich auf das Gehäuse 11 aus und erzeugt Resonanz im Gehäuse 11. Die Schwingung des Resonanzfrequenzbandes des Gehäuses 11 wird extrahiert, um die rms Intensität mit einer unter normalen Bedingungen zu vergleichen. Dementsprechend ist es möglich, festzustellen, ob ein Fehler in der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7 aufgetreten ist oder nicht.
Es ist auch möglich, ein Frequenzband der Vibration der Kugelgewindespindeleinheit 7, das aus einem Fehler resultiert durch den Filter 22 zu extrahieren, und ein Frequenzband der Vibration der Linearführungseinheit 4, das aus einem Fehler resultiert durch den Filter 22, zu extrahieren, anstatt die Vibration des Resonanzfrequenzbandes des Gehäuses 11 durch den Filter 22 zu extrahieren. Sie werden extrahiert, um die rms Intensität (quadratisch gemittelte Intensität) mit einer unter normalen Bedingungen zu vergleichen; so kann festgestellt werden, ob ein Fehler in der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7 aufgetreten ist oder nicht.
Die rms-Recheneinheit 23 (quadratisch mittelnde Recheneinheit) berechnet den quadratisch gemittelten Wert (rms) eines gefilterten Signals, beispielsweise aus dem folgenden Ausdruck. $r m s = \frac{\sqrt{\sum_{i = 1}^{n} x_{1}^{2}}}{n} = \sqrt{\frac{x_{1}^{2} + x_{2}^{2} + x_{3}^{2} + \dots + x_{n}^{2}}{n}}$
wobei n die Anzahl der erfassten Daten ist, x eine physikalische Größe (Amplitude) ist, die jedem Datenpunkt entspricht, und i = 1 bis n.
Es wird bestimmt, ob die quadratisch gemittelte Intensität einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder nicht. Dementsprechend ist es möglich, festzustellen, ob ein Fehler in der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7 aufgetreten ist oder nicht. Es ist auch möglich, anstelle der Quadratwurzel eine Quadratwurzel Hüllkurve (Envelopment rms) zu verwenden.
Die FFT-Analyseeinheit 24 führt eine FFT-Analyse des vom Sensor 18 erfassten Signals durch, um die Frequenz der Vibration des Gehäuses 11 zu analysieren. Anhand der FFT-Analyse kann festgestellt werden, ob sich Vibrationen, die aus einem Fehler in der Kugelgewindespindeleinheit 7 resultieren, oder Vibrationen, die aus einem Fehler in der Linearführungseinheit 4 resultieren, auf das Gehäuse 11 übertragen haben. Die STFT-Analyse (Short Time Fourier Transform, Short Term Fourier Transform), eine Wavelet-Transformation (Wavelet Transformation) und dergleichen können auch anstelle oder zusammen mit der FFT-Analyse durchgeführt werden.
Die obige Einzelverarbeitungseinheit 20 ermöglicht z.B. die folgende Bestimmung.

(1) Im Falle eines Fehlers in der Linearführungseinheit 4
1. (a) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass mindestens eine der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt ist, auch wenn nicht bekannt ist, welche der Linearführungseinheiten 4 und 7 oder ob beide defekt sind.
2. (b) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass die Linearführungseinheit 4 defekt und die Kugelgewindespindeleinheit 7 nicht defekt ist.
3. (c) Aus der quadratisch gemittelten Intensität und der FFT-Analyse der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass die Linearführungseinheit 4 defekt und die Kugelgewindespindeleinheit 7 nicht defekt ist.
(2) Im Falle eines Fehlers in der Kugelgewindespindeleinheit 7
1. (a) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass mindestens eine der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt ist, obwohl nicht bekannt ist, welche der Linearführungseinheiten 4 und 7 oder ob beide defekt sind.
2. (b) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass die Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt und die Linearführungseinheit 4 nicht defekt ist.
3. (c) Aus der quadratisch gemittelten Intensität und der FFT-Analyse der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass die Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt und die Linearführungseinheit 4 nicht defekt ist.
(3) Im Falle eines Fehlers sowohl der Linearführungseinheit 4 als auch der Kugelgewindespindeleinheit 7.
1. (a) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass mindestens eine der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt ist, obwohl nicht bekannt ist, welche der Linearführungseinheiten 4 und Kugelgewindespindeleinheit 7 oder ob beide defekt sind.
2. (b) Aus der quadratisch gemittelten Intensität der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass sowohl die Linearführungseinheit 4 als auch die Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt sind.
3. (c) Aus der quadratisch gemittelten Intensität und der FFT-Analyse der Vibration des Gehäuses 11 wird bestimmt, dass sowohl die Linearführungseinheit 4 als auch die Kugelgewindespindeleinheit 7 defekt sind.

Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattete Stellglied 10 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Je nach Ausführungsform werden folgende Effekte erzielt.
Vibrationen, die durch einen Fehler an der Kugelgewindespindeleinheit 7 auftreten, werden durch das Lager gedämpft und gelangen in das Gehäuse 11. Andererseits werden Vibrationen, die an der Linearführungseinheit 4 durch einen Fehler auftreten, nicht im gleichen Maße wie an der Kugelgewindespindeleinheit 7 abgeschwächt und breiten sich auf das Gehäuse 11 aus. Die Größe der Schwingungen, die sich von der Kugelgewindespindeleinheit 7 auf das Gehäuse 11 ausbreiten, nähert sich der Größe der Schwingungen, die sich von der Linearführungseinheit 4 auf das Gehäuse 11 ausbreiten. Dementsprechend kann der gemeinsame Sensor 18 einen Fehler in mindestens einer der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7 leicht erkennen.
Außerdem ist der Sensor 18 im Gehäuse 11 untergebracht. Dementsprechend behindert der Sensor 18 den Hub des beweglichen Blocks 2 der Linearführungseinheit 4 nicht und kann in einigen Fällen auch einen Fehler in einem Lager innerhalb des Motors 14 und einen Fehler in der Lagerung des Gehäuses 11 erkennen.
Darüber hinaus ist der Sensor 18 nicht auf der beweglichen Seite wie dem beweglichen Block 2 oder der Mutter 5, sondern auf der festen Seite platziert, so dass auch das Verlegen von Leitungen entfällt.
Der Sensor 18 wird auf der Oberseite des Bodenteils 11c des Gehäuses 11 platziert. Dementsprechend kann zusätzlich zu den oben genannten Effekten ein Totraum unterhalb der Kupplung 12 effektiv genutzt werden.
Der Filter 22 extrahiert die Schwingung des Resonanzfrequenzbandes des Gehäuses 11. Dementsprechend ist es möglich, die Resonanz des Gehäuses 11 durch Vibrationen zu erkennen, die durch einen Fehler in der Linearführungseinheit 4 und/oder der Kugelgewindespindeleinheit 7, die sich zum Gehäuse 11 ausbreiten, verursacht werden. Die Resonanzfrequenz der Führungsschiene 3 der Linearführungseinheit 4 ändert sich in Abhängigkeit von der Position desbeweglichen Blocks 2. Die Resonanzfrequenz des Gehäuses 11 wird jedoch durch die Position des beweglichen Blocks 2 nicht beeinflusst. Die Schwingung des Resonanzfrequenzbandes des Gehäuses 11 wird extrahiert, um die Erkennung eines Fehlers in mindestens einer der Linearführungseinheit 4 und der Kugelgewindespindeleinheit 7 zu ermöglichen.
(Mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung)
4 ist eine schematische Draufsicht auf ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Stellglied 30 der zweiten Ausführungsform beinhaltet auch eine Linearführungseinheit 34, die eine lineare Bewegung eines Tisches 31 als beweglichen Körper führt, und eine Kugelgewindespindeleinheit 37, die den Tisch 31 als beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel 36 antreibt.
Im Stellglied der zweiten Ausführungsform beinhaltet die Linearführungseinheit 34 ein Paar linke und rechte Linearführungen 34a und 34b. Jede der Linearführungen 34a und 34b beinhaltet eine Führungsschiene 32 und einen beweglichen Block 33, der über eine Vielzahl von Wälzkörpern so an der Führungsschiene 32 montiert ist, dass er in Längsrichtung beweglich ist. Die Führungsschiene 32 ist an einer Basis 38 befestigt. Der bewegliche Block 33 ist an dem Tisch 31 befestigt.
Die Kugelgewindespindeleinheit 37 beinhaltet die Gewindespindel 36 und eine Mutter 35, die über eine Vielzahl von Kugeln mit der Gewindespindel 36 in Eingriff steht. Die Mutter 35 ist als beweglicher Körper an dem Tisch 31 befestigt. Ein Endabschnitt in axialer Richtung der Gewindespindel 36 ist durch ein Gehäuse 41 drehbar gelagert, das an einer Oberseite der Basis 38 befestigt ist. Der andere Endabschnitt in Achsrichtung der Gewindespindel 36 ist drehbar gelagert durch eine Endabschnittswand 39, die an der Oberseite der Basis 38 befestigt ist.
Die Gewindespindel 36 wird von einem Motor 42 gedreht und angetrieben. Der Motor 42 ist am Gehäuse 41 befestigt. Die Gewindespindel 36 und der Motor 42 sind über eine Kupplung 43 gekoppelt. Die Kupplung 43 ist im Gehäuse 41 untergebracht.
Das Gehäuse 41 beinhaltet einen Bodenabschnitt 41c, einen ersten Wandabschnitt 41a, der mit einem Lager 45 versehen ist, einen zweiten Wandabschnitt 41b, an dem der Motor 42 befestigt ist, und einen dritten Wandabschnitt 41d und einen vierten Wandabschnitt 41e, die einander zugewandt sind und orthogonal zu dem ersten Wandabschnitt 41a und dem zweiten Wandabschnitt 41b sind.
Ein Sensor 18 zum Erfassen eines Fehlers im Stellglied 30 ist auf einer Oberseite des Bodenteils 41c des Gehäuses 41 angeordnet. Die Konfigurationen des Sensors 18 und einer Signalverarbeitungseinheit 20 sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Dementsprechend werden die gleichen Referenzzeichen vergeben und ihre Beschreibung weggelassen.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die Konkretisierung in den Ausführungsformen und kann in verschiedenen Ausführungsformen in einem Umfang konkretisiert werden, der den Kern der vorliegenden Erfindung nicht verändert.
So berechnet die Signalverarbeitungseinheit beispielsweise in den Ausführungsformen die quadratisch gemittelte Intensität und bestimmt, ob ein Fehler in der Linearführungseinheit und/oder der Kugelgewindespindeleinheit aufgetreten ist oder nicht. Es ist aber auch möglich, die Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung bis zur Berechnung der quadratisch gemittelten Intensität zu veranlassen und eine Hochsignalverarbeitungseinheit zur Bestimmung zu veranlassen.
Die Beschreibung basiert auf der am 9. September 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-176926, deren gesamter Inhalt hierin enthalten ist.
Bezugszeichenliste

1: Block (beweglicher Körper)
2: beweglicher Block
3: Führungsschiene
4: Linearführungseinheit
5: Mutter
6: Gewindespindel
7: Kugelgewindespindeleinheit
10: Stellglied
11: Gehäuse
11a: Erster Wandabschnitt
11b: Zweiter Wandabschnitt
11c: Bodenschnitt
12: Kupplung
14: Motor
15: Lager
18: Sensor
20: Signalverarbeitungseinheit
21: Verstärker
22: Filter
23: rms Recheneinheit
24: FFT-Analyseeinheit
30: Antrieb
31: Tisch (beweglicher Körper)
32: Führungsschiene
33: beweglicher Block
34: Linearführungseinheit
35: Mutter
36: Gewindespindel
37: Kugelgewindespindeleinheit
41: Gehäuse
41a: Erster Wandabschnitt
41b: Zweiter Wandabschnitt
41c: Bodenabschnitt
42: Motor
43: Kupplung
45: Lager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010096541 A [0006]

Claims

Ein mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattetes Stellglied mit einer Linearführungseinheit, die eine lineare Bewegung eines beweglichen Körpers führt, und einer Kugelgewindespindeleinheit, die den beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel antreibt, wobei das Stellglied einen Sensor umfasst, der konfiguriert ist, um einen Fehler in dem Stellglied zu erkennen, wobei der Sensor in einem Gehäuse vorgesehen ist, in dem eine Kupplung, die die Gewindespindel und einen Motor zum Drehen der Gewindespindel koppelt, untergebracht ist.
Das mit einem Fehlererkennungssensor ausgestattete Stellglied nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse beinhaltet: einen ersten Wandabschnitt, der mit einem Lager versehen ist, das konfiguriert ist, um die Gewindespindel drehbar zu halten; einen zweiten Wandabschnitt, an dem der Motor befestigt ist; und einen Bodenabschnitt, der mit dem ersten und zweiten Wandabschnitt verbunden ist, und der Sensor auf einer Oberseite des Bodenabschnitts platziert ist.
Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einem Stellglied, welches eine Linearführungseinheit aufweist, die eine lineare Bewegung eines beweglichen Körpers führt, und eine Kugelgewindespindeleinheit, die den beweglichen Körper in einer axialen Richtung einer Gewindespindel antreibt, wobei das Verfahren das Anordnen eines Sensors umfasst, der konfiguriert ist, um einen Fehler in dem Stellglied zu erkennen, in einem Gehäuse, in dem eine Kupplung, die die Gewindespindel und einen Motor zum Drehen der Gewindespindel koppelt, untergebracht ist.