JP2018026118A - 送りねじ装置における軸受の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送りねじ装置において送りねじを支持する軸受の摩耗状態を診断することができる送りねじ装置における軸受の診断方法を提供する。【解決手段】移動体９を、フルストローク動作させる第１工程と、当該フルストローク動作において、ストロークプラス端側での加速時の第１特徴量Ｅｐａ＿ｎ、ストロークマイナス端側での減速時の第２特徴量Ｅｍｄ＿ｎ、ストロークマイナス端側での加速時の第３特徴量Ｅｍａ＿ｎ、及びストロークプラス端側での減速時の第４特徴量Ｅｐｄ＿ｎを算出する第２工程と、今回算出した第１〜第４特徴量と、初期状態において算出した第１〜第４特徴量である基準データとから、それらの特徴量がどれだけ変化しているかを算出し、その変化が所定の閾値Ｌを超えていると、軸受が摩耗状態にあると診断する第３工程とを実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、送りねじの回転により移動体を移動させる送りねじ装置において、送りねじを軸支する軸受の状態を診断するための診断方法に関するものである。

従来、工作機械としては、送りねじの回転により、たとえばテーブル等の移動体を移動させ、特定の位置に位置決めする送りねじ装置を備えたものがある。このような送りねじ装置の送りねじでは、たとえば摩擦抵抗による送りねじの弾性変形や、送りねじの噛合部のバックラッシュ等により、正方向指令での位置と逆方向指令での位置とで位置誤差（所謂ロストモーション）が発生する。このロストモーションは、たとえば送りねじを支持する軸受の経年劣化による摩耗や緩み等によって増加する。そして、ロストモーションが増加すると、送りねじ装置における位置決め精度の低下を招き、加工精度を確保できなくなる。その上、ロストモーションが増加した所謂ガタが大きい状態で使用を継続すると、機械本体の大きな故障につながるため、作業者等が定期的に点検を行う必要があった。しかしながら、作業者等のみで点検するとなると作業者等にかかる負担が大きくなる。そこで、以下に記載するように、工作機械により点検作業を補助したり代行したりするための技術・方法が考案されている。

たとえば特許文献１では、タッチセンサを用いてロストモーション量を算出するとしている。また、特許文献２では、送り軸のストロークエンドにストッパーを設け、ストッパーに突き当てられた移動体の位置（機械座標）と、トルク制限機能により停止した機械座標との差からガタ量（ロストモーション量）を算出するとしている。さらに、特許文献３では、移動体の位置を検出する第１位置検出器と、モータの回転位置を検出する第２位置検出器とを用い、両位置検出器での検出結果の誤差が移動体の移動方向の反転前後でどれだけ変化したかにもとづいてロストモーション量を算出するとしている。

特開平８−１４０５号公報 特開２００２−１３２３１０号公報 特開２０１４−２３５５８７号公報

上記特許文献１〜３に記載されているのは、何れも送り軸機構全体としてのロストモーション量を算出する方法である。ここで、送りねじ装置においてロストモーションの要因となる代表的な摩擦要素を考えると、送りねじ、ガイド、及び送りねじを支持する軸受がある。ただ、軸受の摩耗は送りねじの予張力にも影響を与えており、送りねじの予張力が低下すると送りねじの熱変位量が増加するため、ロストモーションではなく、その熱変位量の増加に起因して寸法精度が悪化する場合がある。また、送り軸機構を構成する要素の剛性のバランスによっては、軸受の摩耗がロストモーションに寄与する影響が小さい場合もある。したがって、送りねじ装置の状態を一層正確に診断し、加工不良を効果的に防止するためには、従来のように送り軸機構全体としての摩耗状態を診断するのみならず、軸受の摩耗状態を、送りねじの摩耗とは区別して診断することが求められる。

そこで、本発明は、上記要求に鑑みなされたものであって、送りねじ装置において送りねじを支持する軸受の摩耗状態を診断することができる送りねじ装置における軸受の診断方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する予張力が付与された送りねじと、前記送りねじを軸支する軸受と、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる移動体とを備えているとともに、前記移動体のねじ送り方向での位置を位置情報として検出する位置検出器と、入力される位置指令値及び前記位置情報から算出する所定の特徴量を用いて前記軸受の摩耗状態を診断する診断部とを備えた送りねじ装置における軸受の診断方法であって、前記移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、前記ストローク動作中における加速中の前記特徴量と、減速中の前記特徴量とを夫々算出する第２工程と、前記算出した特徴量と所定の基準値とを比較し、算出した前記特徴量が前記基準値から所定の閾値を超えて変化していると、前記軸受が摩耗状態にあると診断する第３工程とを実行することを特徴とする。

本発明によれば、移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、ストローク動作中における加速中の特徴量と、減速中の特徴量とを夫々算出する第２工程と、算出した特徴量と所定の基準値とを比較し、算出した特徴量が基準値から所定の閾値を超えて変化していると、軸受が摩耗状態にあると診断する第３工程とを実行する。このようにして送りねじの軸受の摩耗状態を、送りねじの摩耗とは区別して診断するため、送りねじ装置の状態を一層正確に診断することができ、ひいては加工不良を効果的に防止することができる。

送りねじ装置のブロック構成図である。 所定のストローク動作をさせた際における送りねじや軸受を含む軸全体の剛性に関し、初期状態、送りねじが摩耗した状態、及び軸受が摩耗した状態を夫々示した説明図である。 軸受の摩耗状態の診断動作に係るフローチャート図である。 本発明の変更例に示す方法で送りねじ及び軸受の摩耗状態を夫々算出した結果を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる送りねじ装置における軸受の診断方法について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、送りねじ装置のブロック構成図である。
送りねじ装置は、サーボモータ７と、サーボモータ７の駆動によって回転する送りねじ８と、送りねじ８の回転によってねじ送りされる移動体（たとえばテーブル）９とを備えてなる。また、サーボモータ７には、サーボモータ７の回転位置（以下、第１位置情報と称す）を検出するための第１位置検出器６が取り付けられている。さらに、送りねじ８と平行にスケール１０が配設されており、当該スケール１０には、移動体９のねじ送り方向での位置（請求項で特定する位置情報であって、以下、第２位置情報と称す）を検出するための第２位置検出器１１が、スケール１０に沿って移動体９の移動に連動してスライド可能に取り付けられている。

そして、上記送りねじ装置では、図示しないＮＣ装置から入力される位置指令値から第２位置検出器１１からフィードバックされる第２位置情報を減算器１で減算することにより、位置偏差を算出する。また、その位置偏差にもとづいて位置制御部２で速度指令値を算出する。さらに、速度指令値と、第１位置検出器６からフィードバックされる第１位置情報を微分器５で微分して求められるサーボモータ７の回転速度とにもとづいて、速度制御部３でモータトルク指令値を算出する。それから、このモータトルク指令値を電流制御部４において増幅した上で、サーボモータ７へ出力するようになっている。

ここで、本発明の要部となる送りねじ装置における送りねじ８を軸支する軸受の状態診断について説明する。
送りねじ装置には、送りねじ８の状態（特に、送りねじ８を軸支する軸受の摩耗状態）を診断するための診断部１３が設けられている。診断部１３には、ＮＣ装置からの位置指令値が入力されるようになっているとともに、減算器１で算出された位置偏差が入力されるようになっている。そして、診断部１３は、位置指令値及び位置偏差をもとに軸受の摩耗状態を診断することになる。

また、診断の前提として、本発明に係る送りねじ装置において、所定のストローク動作をさせた際における送りねじや軸受を含む軸全体の剛性に関し、初期状態、送りねじが摩耗した状態、及び軸受が摩耗した状態を夫々示したものが図２である。そして、図２から明らかなように、送りねじが摩耗した場合には、移動体のストローク位置によらず略一様に軸全体の剛性は低下する一方、軸受が摩耗した場合には、移動体のストローク位置に応じて軸全体の剛性の低下に差が生じる。そこで、本発明では、この特性を利用して軸受の摩耗状態を診断する。

そして、上述したような特性を利用し、本発明では、初期状態での診断動作を始めとして、定期的に同様の診断動作を実行して所定の特徴量を算出し、当該特徴量が初期状態における診断動作時の特徴量からどれだけ変化したかに応じて、軸受の状態を診断する。
図３に示すフローチャートに沿って具体的に説明すると、たとえば診断動作として、ストロークの両端で移動体のねじ送り方向が反転するように、移動体を所定の一定速度（送りねじ装置で実現し得る最大速度が望ましい）で１ストロークだけフルストローク動作（プラス側の最大位置からマイナス側の最小位置にかけてをストローク距離としたストローク動作）させるようにする。また、特徴量としては、当該フルストローク動作において、その両端での加速中及び減速中における位置偏差の絶対値の最大値を算出する。すなわち、まず初期状態において上記診断動作を実行し（Ｓ１）、ストロークプラス端側での加速時の第１特徴量Ｅｐａ＿ｎ、ストロークマイナス端側での減速時の第２特徴量Ｅｍｄ＿ｎ、ストロークマイナス端側での加速時の第３特徴量Ｅｍａ＿ｎ、及びストロークプラス端側での減速時の第４特徴量Ｅｐｄ＿ｎを算出する（Ｓ２）。そして、今回は初期状態における診断動作である（Ｓ３でＹＥＳと判断する）ため、ｎ＝０として第１〜第４特徴量を基準データとして記憶する（Ｓ７）。その後、所望のタイミングで定期的に診断動作を実行し（Ｓ１）、その診断動作時に際して上記同様の第１〜第４特徴量を算出する（Ｓ２）。そして、今回は初期状態ではない（Ｓ３でＮＯと判断する）ため、今回算出した第１〜第４特徴量と既に記憶している基準データとから、それらの特徴量がどれだけ変化しているかを算出し（Ｓ４）、その変化が所定の閾値Ｌを超えている（Ｓ４でＹＥＳと判断する）と、軸受が摩耗している可能性が高いと判断する（Ｓ５）。一方、閾値Ｌを超えていない（Ｓ４でＮＯと判断する）と、軸受の摩耗はそれほどでもないと判断する（Ｓ６）。なお、ストローク両端での上記特徴量の初期状態からの変化に関し、送りねじの摩耗が寄与する変化量は小さいため、Ｓ４での判断によって軸受の摩耗は精度良く診断することができる。しかしながら、たとえば移動体がテーブル等であって、テーブル上に載置される物が違う等して診断時における移動体の重量が大きく違っていると、ストローク両端での上記特徴量の初期状態からの変化も、その重量の違いに起因して大きく変わってくる。したがって、精度良く軸受の摩耗状態を診断するためには、各診断動作における移動体の重量状態は全て同じとする必要がある。

以上のような送りねじ装置における軸受の診断方法によれば、移動体９を、フルストローク動作させる第１工程と、当該フルストローク動作において、その両端での加速中及び減速中における位置偏差の絶対値の最大値を特徴量として算出する、すなわちストロークプラス端側での加速時の第１特徴量Ｅｐａ＿ｎ、ストロークマイナス端側での減速時の第２特徴量Ｅｍｄ＿ｎ、ストロークマイナス端側での加速時の第３特徴量Ｅｍａ＿ｎ、及びストロークプラス端側での減速時の第４特徴量Ｅｐｄ＿ｎを算出する第２工程と、今回算出した第１〜第４特徴量と、初期状態において算出した第１〜第４特徴量である基準データとから、それらの特徴量がどれだけ変化しているかを算出し、その変化が所定の閾値Ｌを超えていると、軸受が摩耗状態にあると診断する第３工程とを実行する。このようにして送りねじの軸受の摩耗状態を、送りねじの摩耗とは区別して診断するため、送りねじ装置の状態を一層正確に診断することができ、ひいては加工不良を効果的に防止することができる。

なお、本発明に係る送りねじ装置における送りねじの診断方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、送りねじ装置の全体的な構成は勿論、診断に係る具体的な制御等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、診断動作に係りフルストローク動作させるとしているが、フルストローク動作させるのではなく、フルストローク距離を複数ブロックに区分し、各区分毎にストローク動作させて特徴量を取得するようにしてもよい。このようして得られる軸受の摩耗状態を示した結果を図４に示す。このように複数ブロックに区分した診断を行うことによって、ストローク両端での変化量のみならず、送り軸機構全体として傾向を捉えることができるため、一層正確な診断が可能となる。
また、診断する度に特徴量の変化量の履歴を記憶するように構成し、基準値との比較結果のみならず、履歴にもとづいた変化量の変化傾向から軸受の摩耗状態を診断するようにしてもよい。

１・・減算器、７・・サーボモータ、８・・送りねじ、９・・移動体、１１・・第２位置検出器（位置検出器）、１３・・診断部。

Claims (1)

1. モータと、前記モータの駆動に応じて回転する予張力が付与された送りねじと、前記送りねじを軸支する軸受と、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる移動体とを備えているとともに、前記移動体のねじ送り方向での位置を位置情報として検出する位置検出器と、入力される位置指令値及び前記位置情報から算出する所定の特徴量を用いて前記軸受の摩耗状態を診断する診断部とを備えた送りねじ装置における軸受の診断方法であって、
   前記移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、
   前記ストローク動作中における加速中の前記特徴量と、減速中の前記特徴量とを夫々算出する第２工程と、
   前記算出した特徴量と所定の基準値とを比較し、算出した前記特徴量が前記基準値から所定の閾値を超えて変化していると、前記軸受が摩耗状態にあると診断する第３工程と
   を実行することを特徴とする送りねじ装置における軸受の診断方法。

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