JP2019060788A - 軸受けの異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの回転軸を回転自在に支持する同一の２つの軸受けのうち、いずれに異常が生じたか判定する。【解決手段】回転軸３０と、異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けである第１軸受け６１及び第２軸受け６２とを備える機構に適用され、第１軸受け及び第２軸受けの異常を判定する異常判定装置であって、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に、第１距離ａ１の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態で、回転軸を回転させる際の第１トルク相関量を取得し、第２距離ａ２の位置に所定力Ｆを作用させた状態で、回転軸を回転させる際の第２トルク相関量を取得し、第１トルク相関量について周波数解析を行って、特定周波数の第１振幅を抽出し、第２トルク相関量について周波数解析を行って、特定周波数の第２振幅を抽出し、第１振幅及び第２振幅に基づいて、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定する。【選択図】 図５

Description

本発明は、１つの回転軸を回転自在に支持する同一の２つの軸受けの異常を判定する異常判定装置に関する。

従来、転がり軸受けとシール部材とを含む摺動部材のいずれかに劣化が生じていると判定した場合に、関節を回転させる際に発生する振動の周波数解析結果に基づいて、転がり軸受けとシール部材とのいずれに劣化が生じているか特定する異常判定装置がある（特許文献１参照）。特許文献１に記載の異常判定装置では、軸受けに対応して定まる特定周波数（固有振動数）の振動の振幅が所定値よりも大きい場合に、軸受けに劣化が生じていると判定している。

特開２０１６−５９９７０号公報

ところで、１つの回転軸を同一の２つの軸受けが回転自在に支持している場合、それらの軸受けに異常が生じた場合に生じる振動の周波数（特定周波数）が同一になるおそれがある。この場合、いずれの軸受けに異常が生じているか判定することができない。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、１つの回転軸を回転自在に支持する同一の２つの軸受けのうち、いずれに異常が生じたか判定することのできる軸受けの異常判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けである第１軸受け及び第２軸受けとを備える機構に適用され、前記第１軸受け及び前記第２軸受けの異常を判定する異常判定装置であって、
前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に第１距離の位置に径方向の所定力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量を取得する第１トルク取得部と、
前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第１距離よりも長い第２距離の位置に前記所定力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量を取得する第２トルク取得部と、
前記第１トルク取得部により取得された前記第１トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第１振幅を抽出し、前記第２トルク取得部により取得された前記第２トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第２振幅を抽出する周波数解析部と、
前記周波数解析部により抽出された前記第１振幅及び前記第２振幅に基づいて、前記第１軸受け及び前記第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定する判定部と、
を備える。

上記構成によれば、機構において、異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けである第１軸受け及び第２軸受けにより回転軸が回転自在に支持される。そして、異常判定装置により、第１軸受け及び第２軸受けの異常が判定される。なお、異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けは、例えば同一（型式が同一）の２つの軸受けであるが、同一の２つの軸受けに限られない。異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けは、異常時に同一の特定周波数の振動を含む振動を生じる２つの軸受けであればよい。

例えば、玉軸受けにおいて玉が転がる面に凹みが生じると、玉が凹みを越える時にトルク変動が生じる。このため、回転軸の回転速度が一定であれば、玉軸受けの仕様等に対応して定まる特定周波数（固有振動数）の振動が生じる。この特定周波数の振動の振幅が閾値よりも大きければ、玉軸受けに異常が生じたと判定することができる。

上記構成によれば、第１トルク取得部により、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に第１距離の位置に径方向の所定力を加えた状態で、回転軸を回転させる際のトルク及びトルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量が取得される。また、第２トルク取得部により、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に第１距離よりも長い第２距離の位置に所定力を加えた状態で、回転軸を回転させる際のトルク及びトルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量が取得される。そして、周波数解析部により、第１トルク相関量について周波数解析が行われ、上記特定周波数の振幅である第１振幅が抽出され、第２トルク相関量について周波数解析が行われ、特定周波数の振幅である第２振幅が抽出される。なお、トルクに相関するパラメータとして、回転軸を回転させるモータに流れる電流、モータの回転加速度、それらと基準値との比等を採用することができる。

ここで、回転軸に径方向の所定力を作用させる位置を変化させると、第１軸受け及び第２軸受けにそれぞれ作用する力の大きさが変化する。詳しくは、回転軸に径方向の所定力を作用させた場合に第１軸受け及び第２軸受けにそれぞれ作用する力の大きさは、第１軸受けと第２軸受けとの距離、第１距離、及び第２距離に応じてそれぞれ決まる。例えば玉軸受けに作用する径方向の力が大きくなると、玉が凹みを越えるときに生じるトルク変動も大きくなり、ひいては特定周波数の振動の振幅も大きくなる。このため、上記第１距離の位置に所定力を加えた状態で取得される第１トルク相関量と、上記第２距離の位置に所定力を加えた状態で取得される第２トルク相関量とは異なった大きさになる。そして、第１トルク相関量の周波数解析により抽出される第１振幅と、第２トルク相関量の周波数解析により抽出される第２振幅とは異なった大きさになる。

さらに、回転軸に径方向の所定力を作用させる位置を変化させた場合に、第１軸受けに作用する力の変化率と第２軸受けに作用する力の変化率とは、第１軸受けと第２軸受けとの距離、第１距離、及び第２距離に応じて異なった値となる。このため、第１軸受けに異常が生じた場合の第１振幅と第２振幅との関係と、第２軸受けに異常が生じた場合の第１振幅と第２振幅との関係は異なったものとなる。したがって、判定部は、第１振幅及び第２振幅に基づいて、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定することができる。

第１軸受けと第２軸受けとの距離をｂとし、上記第１距離をａ１、上記所定力をＦとすると、第１距離ａ１の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態において、第１軸受けに作用する径方向の力Ｆｒ１１、及び第２軸受けに作用する径方向の力Ｆｒ２１は、それぞれ以下の式で表すことができる。

Ｆｒ１１＝Ｆ×（ａ１＋ｂ）／ｂ
Ｆｒ２１＝Ｆ×ａ１／ｂ
同様に、第２距離ａ２（ａ１＜ａ２）の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態において、第１軸受けに作用する径方向の力Ｆｒ１２、及び第２軸受けに作用する径方向の力Ｆｒ２２は、それぞれ以下の式で表すことができる。

Ｆｒ１２＝Ｆ×（ａ２＋ｂ）／ｂ
Ｆｒ２２＝Ｆ×ａ２／ｂ
このため、力Ｆｒ１２と力Ｆｒ１１との比の値（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）は、（ａ２＋ｂ）／（ａ１＋ｂ）となる。また、力Ｆｒ２２と力Ｆｒ２１との比の値（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）は、ａ２／ａ１となる。したがって、（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）＜（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）となり、第１軸受けに異常が生じた場合の第２振幅と第１振幅との比の値は、第２軸受けに異常が生じた場合の第２振幅と第１振幅との比の値よりも小さくなる。

この点、第２手段では、前記判定部は、前記第１振幅及び前記第２振幅が第１閾値よりも大きく、且つ前記周波数解析部により抽出された前記第２振幅と前記第１振幅との比の値が第２閾値よりも小さい場合に前記第１軸受けに異常が生じたと判定し、前記第１振幅及び前記第２振幅が前記第１閾値よりも大きく、且つ前記比の値が前記第２閾値よりも大きい場合に前記第２軸受けに異常が生じたと判定する。したがって、第１振幅及び第２振幅が第１閾値よりも大きく、第１軸受け及び第２軸受けのいずれかに異常が生じた場合に、第２振幅と第１振幅との比の値が第２閾値よりも小さいか否かにより、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定することができる。

上述したように、力Ｆｒ１２と力Ｆｒ１１との比の値（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）は、（ａ２＋ｂ）／（ａ１＋ｂ）となる。また、力Ｆｒ２２と力Ｆｒ２１との比の値（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）は、ａ２／ａ１となる。この点、第３の手段では、前記第２閾値は、前記第１軸受けと前記第２軸受けとの距離、前記第１距離、及び前記第２距離に基づいて設定されている。したがって、第２閾値を適切に設定することができ、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか正確に判定することができる。

第４の手段では、前記機構は、所定軸線を中心として回転自在な所定部材に取り付けられており、前記回転軸は、前記回転軸の中心軸線に沿って往復動自在に支持されており、前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に錘が取り付けられており、前記第１トルク取得部は、前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第１距離の位置に前記錘を移動させて、前記所定軸線を中心として前記所定部材を回転させた状態で、前記第１トルク相関量を取得し、前記第２トルク取得部は、前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第２距離の位置に前記錘を移動させて、前記所定軸線を中心として前記所定部材を回転させた状態で、前記第２トルク相関量を取得する。

上記構成によれば、回転軸、第１軸受け、及び第２軸受けを備える機構は、所定軸線を中心として回転自在な所定部材に取り付けられている。そして、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に錘が取り付けられている。したがって、所定軸線を中心として所定部材を回転させる際に錘に作用する遠心力を、上記所定力として作用させることができる。さらに、回転軸は、回転軸の中心軸線に沿って往復動自在に支持されている。このため、中心軸線に沿って回転軸を移動させることにより、中心軸線方向の錘の位置、ひいては回転軸において所定力を作用させる位置を変更することができる。

この点、第１トルク取得部は、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に第１距離の位置に錘を移動させて、所定軸線を中心として所定部材を回転させた状態で、第１トルク相関量を取得する。また、第２トルク取得部は、回転軸において第１軸受けに対して第２軸受けと反対側に第２距離の位置に錘を移動させて、所定軸線を中心として所定部材を回転させた状態で、第２トルク相関量を取得する。このため、所定力を作用させる特別の装置を用いなくても、所定部材及び機構の駆動状態を制御することにより、第１トルク相関量及び第２トルク相関量を取得することができる。

第５の手段は、
第１軸受けと、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が前記第１軸受けと共通する第２軸受けとを備える機構に適用され、前記第１軸受け及び前記第２軸受けの異常を判定する異常判定装置であって、
前記回転軸において前記第２軸受けの位置に径方向の第１力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量を取得する第１トルク取得部と、
前記回転軸において前記第２軸受けの位置に径方向の第２力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量を取得する第２トルク取得部と、
前記第１トルク取得部により取得された前記第１トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第１振幅を抽出し、前記第２トルク取得部により取得された前記第２トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第２振幅を抽出する周波数解析部と、
前記周波数解析部により抽出された前記第１振幅及び前記第２振幅に基づいて、前記第１軸受け及び前記第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定する判定部と、
を備える。

上記構成によれば、第１トルク取得部により、回転軸において第２軸受けの位置に径方向の第１力を作用させた状態で、回転軸を回転させる際のトルク及びトルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量が取得される。また、第２トルク取得部により、回転軸において第２軸受けの位置に径方向の第２力を作用させた状態で、回転軸を回転させる際のトルク及びトルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量が取得される。そして、周波数解析部により、第１トルク相関量について周波数解析が行われ、上記特定周波数の振幅である第１振幅が抽出され、第２トルク相関量について周波数解析が行われ、特定周波数の振幅である第２振幅が抽出される。

ここで、回転軸において第２軸受けの位置に径方向の力を作用させると、その力は第２軸受けに全て作用し、第１軸受けには作用しない。すなわち、回転軸において第２軸受けの位置に作用させる径方向の力の大きさを変化させると、第２軸受けに作用する力の大きさが変化する一方、第１軸受けに作用する力の大きさは変化しない。このため、第２軸受けに異常が生じた場合は第１振幅と第２振幅とが異なる一方、第１軸受けに異常が生じた場合は第１振幅と第２振幅とが同一となる。したがって、判定部は、第１振幅及び第２振幅に基づいて、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定することができる。

具体的には、第６の手段のように、前記判定部は、前記第１振幅及び前記第２振幅が第１閾値よりも大きく、且つ前記第１振幅と前記第２振幅との相違が第２閾値よりも大きい場合に前記第２軸受けに異常が生じたと判定し、前記第１振幅及び前記第２振幅が前記第１閾値よりも大きく、且つ前記相違が前記第２閾値よりも小さい場合に前記第１軸受けに異常が生じたと判定する、といった構成を採用することができる。なお、第１振幅と第２振幅との相違が第２閾値よりも大きいことは、第１振幅と第２振幅との差や、第１振幅と第２振幅との比に基づいて判定することができる。

上述したように、回転軸において第２軸受けの位置に径方向の第１力を作用させた状態では、第１力は第２軸受けに全て作用する。また、回転軸において第２軸受けの位置に径方向の第２力を作用させた状態では、第２力は第２軸受けに全て作用する。このため、第１振幅及び第２振幅は、それぞれ第１力及び第２力に応じて変化する。この点、第７の手段では、第２閾値は、第１力及び第２力に基づいて設定されている。したがって、第２閾値を適切に設定することができ、第１軸受け及び第２軸受けのいずれに異常が生じたか正確に判定することができる。

具体的には、第８の手段のように、前記第１軸受けは、前記回転軸を回転自在に支持している、といった構成を採用することができる。

また、第９の手段のように、前記第１軸受けは、第１回転軸を回転自在に支持しており、前記回転軸は、第２回転軸であり、前記第１回転軸と前記第２回転軸とが減速機を介してトルク伝達可能に接続されている、といった構成を採用することもできる。すなわち、第１軸受けと第２軸受けとが異なる（型式が異なる）軸受けであり、減速機の減速比に応じた回転速度で第１回転軸と第２回転軸とが回転する際に、異常時に生じる振動の特定周波数が第１軸受けと第２軸受けとで共通していてもよい。

第１０の手段では、前記回転軸は、プーリに接続され、前記プーリに巻き掛けられたベルトにより回転させられ、前記回転軸の中心軸線方向において、前記第２軸受けと前記プーリとが同位置に配置されており、前記ベルトの張力は調節可能になっており、前記第１トルク取得部は、前記ベルトの張力を調節して前記第１力を作用させた状態で、前記第１トルク相関量を取得し、前記第２トルク取得部は、前記ベルトの張力を調節して前記第２力を作用させた状態で、前記第２トルク相関量を取得する。

上記構成によれば、回転軸は、プーリに接続され、プーリに巻き掛けられたベルトにより回転させられる。そして、回転軸の中心軸線方向において、第２軸受けとプーリとが同位置に配置されており、ベルトの張力は調節可能になっている。したがって、プーリに作用するベルトの張力を、上記所定力として作用させることができる。

この点、第１トルク取得部は、ベルトの張力を調節して第１力を作用させた状態で、第１トルク相関量を取得する。また、第２トルク取得部は、ベルトの張力を調節して第２力を作用させた状態で、第２トルク相関量を取得する。このため、第１力及び第２力を作用させる特別の装置を用いなくても、ベルトの張力を調節することにより、第１トルク相関量及び第２トルク相関量を取得することができる。

第１１の手段では、前記判定部は、前記第１トルク相関量について周波数解析を行った際に、前記第１振幅が第３閾値よりも大きく、且つ前記特定周波数の２倍の周波数の振幅が第４閾値よりも大きい場合、又は前記第２トルク相関量について周波数解析を行った際に、前記第２振幅が第５閾値よりも大きく、且つ前記特定周波数の２倍の周波数の振幅が第６閾値よりも大きい場合に、前記第１軸受け及び前記第２軸受けに異常が生じたと判定する。

第１軸受け及び第２軸受けに異常が生じた場合、第１軸受け及び第２軸受けの双方から特定周波数の振動が生じる。このため、見かけ上、機構から特定周波数の２倍の周波数の振動が生じることとなる。したがって、判定部は、第１トルク相関量について周波数解析を行った際に、第１振幅が第３閾値よりも大きく、且つ特定周波数の２倍の周波数の振幅が第４閾値よりも大きい場合、又は第２トルク相関量について周波数解析を行った際に、第２振幅が第５閾値よりも大きく、且つ特定周波数の２倍の周波数の振幅が第６閾値よりも大きい場合に、第１軸受け及び前記第２軸受けに異常が生じたと判定することができる。

第１２の手段では、前記機構は、ロボットのアームに設けられている。

上記構成によれば、ロボットにおいて、１つの回転軸を回転自在に支持する同一の２つの軸受けのうち、いずれに異常が生じたか判定することができる。

水平多関節型ロボットを模式的に示す縦断面図。 図１の水平多関節型ロボットの平面図。 図１の領域Ｒ１を拡大して示す拡大図。 ロボットの関節及びコントローラの機能を示すブロック図。 ２つの軸受けと回転軸に作用させる所定力との位置関係を示す模式図。 第１軸受けを示す模式図。 図６の領域Ｒ２の拡大図とトルク変動との関係を示す図。 特定周波数が異なる２つの軸受けの周波数解析結果を示すスペクトル。 特定周波数が同一の２つの軸受けの周波数解析結果を示すスペクトル。 第１距離に所定力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第２距離に所定力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第２軸受けの異常時に、第２軸受けに第１力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第２軸受けの異常時に、第２軸受けに第２力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第１軸受けの異常時に、第２軸受けに第１力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第１軸受けの異常時に、第２軸受けに第２力を作用させた場合の周波数解析結果を示すスペクトル。 第１軸受け及び第２軸受けの異常時における周波数解析結果を示すスペクトル。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、機械組立工場などの組立ラインにて用いられる産業用ロボットに具現化している。

図１，２に示すように、水平多関節型ロボット１０は、基台８０、第１アーム１１、第２アーム２０、第３軸３０、ケーブルガイド５０、コントローラ７０等を備えている。

基台８０は、筐体８１、ケーブル挿入部８２等を備えている。基台８０は、床Ｆに固定されている。なお、基台８０を天井に固定することもできる。筐体８１は、本体部８１ａ、垂直部８１ｂ、及び水平部８１ｃを備えている。本体部８１ａは、楕円筒状に形成されている。垂直部８１ｂは、円筒状に形成されており、本体部８１ａの周縁部の一部から垂直方向に延びている。水平部８１ｃは、半円筒状に形成されており、垂直部８１ｂにおける本体部８１ａと反対側の端部から水平方向に延びている。筐体８１の下部には、ケーブル挿入部８２が設けられている。

基台８０には、ベアリング１４，１５を介して、第１アーム１１が水平回転自在に連結されている。第１アーム１１は、軸線Ｃ１（第１軸線に相当）を中心として水平回転自在となっている。

第１アーム１１の先端部には、ベアリング２６を介して、第２アーム２０が水平回転自在に連結されている。第２アーム２０は、軸線Ｃ２（第２軸線、所定軸線に相当）を中心として水平回転自在となっている。第１アーム１１は、第１アーム１１のフレーム等（図示略）を覆う第１カバー１８を有している。

第２アーム２０の先端部には、第３軸３０が素直往復動自在に連結されている。第３軸３０（回転軸）は、軸線Ｃ３（第３軸線、中心軸線に相当）に沿って往復動自在となっている。また、第３軸３０は、軸線Ｃ３を中心として水平回転自在となっている。第３軸３０の先端には、エンドエフェクタ（手先）等が取り付けられる。第２アーム２０は、第２アーム２０のフレーム等（図示略）を覆う第２カバー２８を有している。

基台８０には、第１アーム１１を水平回転駆動する第１モータ１２が固定されている。第１モータ１２の出力軸は、減速機１３を介して第１アーム１１の基端部に固定されている。減速機１３は、基台８０に固定されている。第１モータ１２の出力軸と減速機１３とは、軸線Ｃ１を中心として同軸に配置されている。

第１アーム１１の基端部には、第２アーム２０を水平回転駆動する第２モータ２１が固定されている。第２モータ２１の出力軸は、プーリ２２を介してベルト２３に連結されている。第２モータ２１の出力軸とプーリ２２とは、軸線Ｃ１を中心として同軸に配置されている。

ベルト２３には、プーリ２４が連結されている。プーリ２４は、減速機２５を介して第２アーム２０の基端部に固定されている。減速機２５は、第１アーム１１に固定されている。プーリ２４の回転軸と減速機２５とは、軸線Ｃ２を中心として同軸に配置されている。

第２アーム２０の基端部には、第３軸３０を垂直往復動駆動する第３モータ３１が固定されている。第３モータ３１の出力軸は、プーリ（図示略）を介してベルト３２に連結されている。ベルト３２には、プーリやボールねじナット等（図示略）を介して第３軸３０が連結されている。

第２アーム２０の基端部には、第３軸３０を水平回転駆動する第４モータ４１が固定されている。第４モータ４１の出力軸は、プーリ（図示略）を介してベルト４２に連結されている。ベルト４２には、プーリ４３を介してベルト４４が連結されている。ベルト４４には、プーリ等（図示略）を介して第３軸３０が連結されている。

こうした構成によれば、第１モータ１２によって、減速機１３を介して第１アーム１１が水平回転駆動される。第１アーム１１は、ベアリング１４，１５により支持されて水平回転される。第２モータ２１によって、減速機２５を介して第２アーム２０が水平回転駆動される。第２アーム２０は、ベアリング２６により支持されて水平回転させられる。第３モータ３１によって、第３軸３０が垂直往復動駆動される。第４モータ４１によって、第３軸３０が水平回転駆動される。

ケーブルガイド５０の第１端部は、ベアリング５６を介して、軸線Ｃ１を中心として基台８０に水平回転自在に連結されている。ケーブルガイド５０の第２端部は、ベアリング５７を介して、軸線Ｃ２を中心として第２アーム２０に水平回転自在に連結されている。

図２に矢印Ａ１で示すように、第１アーム１１及びケーブルガイド５０は、共に軸線Ｃ１を中心として回転させられる。矢印Ａ２で示すように、第２アーム２０は、軸線Ｃ２を中心として、第１アーム１１及びケーブルガイド５０に対して回転させられる。

図３は、図１の領域Ｒ１を拡大して示す拡大図である。

第３軸３０は、円筒状の外縁部材３０ａを有している。外縁部材３０ａの外周面には、垂直方向に延びる複数のスプラインが形成されている。外縁部材３０ａの外周には、円筒状のスプラインナット３６が配置されている。スプラインナット３６の内周面には、垂直方向に延びる複数のスプラインが形成されている。外縁部材３０ａの外周面に形成されたスプラインと、スプラインナット３６の内周面に形成されたスプラインとが噛み合っている。そして、第３軸３０は、スプラインナット３６により軸線Ｃ３方向に沿って往復動自在に支持されている。第３軸３０とスプラインナット３６とは、相対回転不能であり、軸線Ｃ３を中心として一体で水平回転する。

スプラインナット３６には、プーリ６５が取り付けられている。プーリ６５には、上記ベルト４４（図示略）が巻き掛けられている。スプラインナット３６は、第１軸受け６１及び第２軸受け６２により水平回転自在に支持されている。すなわち、第３軸３０は、スプラインナット３６を介してプーリ６５に接続されている。第１軸受け６１及び第２軸受け６２は、同一（型式が同一）の軸受けであり、例えば同一（型式が同一）のボールベアリング（玉軸受け）である。第１軸受け６１及び第２軸受け６２は、ボールベアリングに限らず、ころ軸受けや、クロスローラベアリングであってもよい。軸線Ｃ３方向において、第２軸受け６２とプーリ６５とが同位置（略同位置）に配置されている。なお、第３軸３０、スプラインナット３６、第１軸受け６１、及び第２軸受け６２により、第３軸３０を回転自在に支持するとともに軸線Ｃ２に沿って往復動自在に支持する機構が構成されている。この機構は、第２アーム２０のフレーム（所定部材）に取り付けられている。

図４は、ロボット１０の各関節、及びコントローラ７０の機能を示すブロック図である。

コントローラ７０（軸受けの異常判定装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。そして、コントローラ７０は、第１トルク取得部７１、第２トルク取得部７２、周波数解析部７３、及び判定部７４の機能を実現する。なお、同図では、１つの関節に対応する構成を記載しているが、モータＭ、位置検出部３４及び電流検出部３５は、各関節に設けられている。

コントローラ７０には、各関節に設けられたモータＭ（１２、２１、３１、４１）が接続されている。これらのモータＭは、コントローラ７０からの制御信号に基づいて駆動される。

コントローラ７０には、関節の回転位置を検出する位置検出部３４（例えばエンコーダ）が接続されている。コントローラ７０には、各位置検出部３４から各関節の回転位置が入力される。コントローラ７０には、モータＭに流れる電流値を検出する電流検出部３５が接続されている。コントローラ７０には、各電流検出部３５から各モータＭの電流値が入力される。コントローラ７０は、各位置検出部３４により検出された回転位置、及び電流検出部３５により検出された電流値を記憶する。コントローラ７０は、位置検出部３４から入力される回転位置、及び電流検出部３５から入力される電流値に基づいて、各モータＭの回転位置をフィードバック制御する。なお、第１トルク取得部７１、第２トルク取得部７２、周波数解析部７３、及び判定部７４の機能は、後述する。

図６は、第１軸受け６１を示す模式図である。第１軸受け６１において玉６１ａが転がる面６１ｂに凹み６１ｃが生じると、玉６１ａが凹み６１ｃを越える時にトルク変動が生じる（図７（ａ）参照）。このため、第３軸３０の回転速度が一定であれば、第１軸受け６１（第２軸受け６２も同一）の仕様等に対応して定まる特定周波数（固有振動数）の振動が生じる。この特定周波数の振動の振幅が閾値よりも大きければ、第１軸受け６１に異常が生じたと判定することができる。

図８は、特定周波数が異なる２つの軸受けＡ，Ｂの周波数解析結果を示すスペクトルである。一点鎖線は軸受けＡの異常時に生じる振動のスペクトルを示しており、破線は軸受けＢの異常時に生じる振動のスペクトルを示している。実線は、一点鎖線のスペクトルと破線のスペクトルの合成スペクトルであり、周波数解析により実際に得られるスペクトルである。軸受けＡの特定周波数がＨａであり、軸受けＢの特定周波数がＨｂである。

同図に示すように、軸受けＡの特定周波数Ｈａと、軸受けＢの特定周波数Ｈｂとが異なる場合は、いずれの特定周波数の振幅が閾値を超えたかにより、異常が生じた軸受けを特定することができる。同図では、特定周波数Ｈａの振幅が閾値を超えているため、軸受けＡに異常が生じたと判定することができる。なお、特定周波数Ｈｂの振幅は閾値を超えていないため、軸受けＢには異常が生じていないと判定することができる。

図９は、特定周波数が同一２つの軸受けＡ，Ｂの周波数解析結果を示すスペクトルである。一点鎖線は軸受けＡの異常時に生じる振動のスペクトルを示しており、破線は軸受けＢの異常時に生じる振動のスペクトルを示している。実線は、一点鎖線のスペクトルと破線のスペクトルの合成スペクトルであり、周波数解析により実際に得られるスペクトルである。軸受けＡ，Ｂの特定周波数は共にＨａである。

同図に示すように、軸受けＡ，Ｂの特定周波数Ｈａが同一の場合は、特定周波数Ｈａの振幅が閾値を超えたとしても、いずれの軸受けに異常が生じたか特定することができない。すなわち、同図では、軸受けＡに異常が生じており且つ軸受けＢに異常が生じていない場合を示しているが、軸受けＡに異常が生じておらず且つ軸受けＢに異常が生じている場合も、合成スペクトルは同様になる。このため、実際に得られるスペクトルである合成スペクトルに基づいて、異常が生じた軸受けを特定することはできない。

ここで、図６に示すように、第１軸受け６１に径方向の力Ｆｒ（ラジアル荷重）が作用する場合、力Ｆｒの大きさに応じて凹み６１ｃを越える際のトルク変動が変化する。詳しくは、図７（ｂ）に示すように、力Ｆｒが大きいほど、凹み６１ｃに玉６１ａが入る際のトルク減少量、及び凹み６１ｃから玉６１ａが出る際のトルク増加量が大きくなるため、トルク変動が大きくなる。そして、トルク変動が大きくなるほど、軸受けの異常時に生じる振動の振幅、ひいては特定周波数の振動の振幅が大きくなる。

本実施形態では、第３軸３０に径方向の所定力Ｆを作用させる位置を変化させた場合に、第１軸受け６１に作用する力の変化率と第２軸受け６２に作用する力の変化率とが異なることを利用して、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定する。具体的には、図４の第１トルク取得部７１、第２トルク取得部７２、周波数解析部７３、及び判定部７４は、以下の処理を実行する。

図５に示すように、第１トルク取得部７１は、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に第１距離ａ１の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態で、第３軸３０を回転させる際のトルクに相関するパラメータとして、電流検出部３５から入力される第４モータ４１の電流値（第１トルク相関量）を取得する。

第１軸受け６１と第２軸受け６２との距離をｂとすると、第１距離ａ１の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態において、第１軸受け６１に作用する径方向の力Ｆｒ１１、及び第２軸受け６２に作用する径方向の力Ｆｒ２１は、それぞれ以下の式で表すことができる。

Ｆｒ１１＝Ｆ×（ａ１＋ｂ）／ｂ
Ｆｒ２１＝Ｆ×ａ１／ｂ
第２トルク取得部７２は、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に第１距離ａ１よりも長い第２距離ａ２の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態で、第３軸３０を回転させる際のトルクに相関するパラメータとして、電流検出部３５から入力される第４モータ４１の電流値（第２トルク相関量）を取得する。すなわち、第１トルク取得部７１及び第２トルク取得部７２は、第４モータ４１により第３軸３０を回転駆動する際に発生する振動を、電流値の振動として取得する。

上記と同様に、第２距離ａ２（ａ１＜ａ２）の位置に径方向の所定力Ｆを作用させた状態において、第１軸受け６１に作用する径方向の力Ｆｒ１２、及び第２軸受け６２に作用する径方向の力Ｆｒ２２は、それぞれ以下の式で表すことができる。

Ｆｒ１２＝Ｆ×（ａ２＋ｂ）／ｂ
Ｆｒ２２＝Ｆ×ａ２／ｂ
このため、力Ｆｒ１２と力Ｆｒ１１との比の値（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）は、（ａ２＋ｂ）／（ａ１＋ｂ）となる。また、力Ｆｒ２２と力Ｆｒ２１との比の値（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）は、ａ２／ａ１となる。したがって、（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）＜（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）となり、第１軸受け６１に異常が生じた場合の第２振幅と第１振幅との比の値は、第２軸受け６２に異常が生じた場合の第２振幅と第１振幅との比の値よりも小さくなる。

例えば、第１距離ａ１＝ｂ、第２距離ａ２＝３ｂとする。この場合、Ｆｒ１１＝２Ｆ、Ｆｒ１２＝４Ｆとなり、比の値（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）＝２となる。一方、Ｆｒ２１＝Ｆ、Ｆｒ２２＝３Ｆとなり、比の値（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）＝３となる。このため、第１軸受け６１に異常が生じた場合は、第２振幅と第１振幅との比の値（第２振幅／第１振幅）は、力Ｆｒ１２と力Ｆｒ１１との比の値（Ｆｒ１２／Ｆｒ１１）と同様に２となる。一方、第２軸受け６２に異常が生じた場合は、第２振幅と第１振幅との比の値（第２振幅／第１振幅）は、力Ｆｒ２２と力Ｆｒ２１との比の値（Ｆｒ２２／Ｆｒ２１）と同様に３となる。

そこで、周波数解析部７３は、第１トルク取得部７１により取得された電流値について周波数解析を行って、図１０に示すように、２つの軸受け６１，６２に対応する特定周波数Ｈａの振幅である第１振幅ＡＶ１を抽出する。また、周波数解析部７３は、第２トルク取得部７２により取得された電流値について周波数解析を行って、図１１に示すように、特定周波数Ｈａの振幅である第２振幅ＡＶ２を抽出する。

図１０，１１では、第２振幅ＡＶ２が第１振幅ＡＶ１の２倍（略２倍）になっているため、判定部７４は、第１軸受け６１に異常が生じたと判定する。なお、第２振幅ＡＶ２が第１振幅ＡＶ１の３倍（略３倍）になっている場合は、判定部７４は、第２軸受け６２に異常が生じたと判定する。

詳しくは、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２が第１閾値よりも大きく、且つ周波数解析部７３により抽出された第２振幅ＡＶ２と第１振幅ＡＶ１との比の値（ＡＶ２／ＡＶ１）が第２閾値よりも小さい場合に第１軸受け６１に異常が生じたと判定する。上記の例では、第２閾値は２．５に設定されている。詳しくは、第２閾値は、第１軸受け６１と第２軸受け６２との距離ｂ、第１距離ａ１、及び第２距離ａ２に基づいて設定されている。

一方、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２が第１閾値よりも大きく、且つ第２振幅ＡＶ２と第１振幅ＡＶ１との比の値（ＡＶ２／ＡＶ１）が第２閾値よりも大きい場合に、第２軸受け６２に異常が生じたと判定する。すなわち、判定部７４は、周波数解析部７３により抽出された第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２に基づいて、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定する。

また、本実施形態では、図１に示すように、第３軸３０の下端に錘Ｗを取り付けている。すなわち、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に錘Ｗを取り付けている。そして、第２アーム２０を軸線Ｃ２を中心として等速回転させることで、錘Ｗに遠心力を作用させ、この遠心力を上記所定力Ｆとして使用する。さらに、第３軸３０の軸線Ｃ３方向の位置を変更することで、第３軸３０に作用させる所定力Ｆの位置を変更する。なお、錘Ｗとして、ロボット１０のハンドや、ツールを用いてもよい。

具体的には、第１トルク取得部７１は、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に第１距離ａ１の位置に錘Ｗを移動させて、軸線Ｃ２を中心として第２アーム２０を回転させた状態で、電流値（第１トルク相関量）を取得する。また、第２トルク取得部７２は、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に第２距離ａ２の位置に錘Ｗを移動させて、軸線Ｃ２を中心として第２アーム２０を回転させた状態で、電流値（第２トルク相関量）を取得する。なお、第２アーム２０を軸線Ｃ２を中心として等速回転させる代わりに、第１アーム１１を軸線Ｃ１を中心として等速回転させることで、錘Ｗに遠心力を作用させ、この遠心力を上記所定力Ｆとして使用することもできる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・第３軸３０に径方向の所定力Ｆを作用させる位置を変化させると、第１軸受け６１及び第２軸受け６２にそれぞれ作用する力の大きさＦｒ１，Ｆｒ２が変化する。詳しくは、第３軸３０に径方向の所定力Ｆを作用させた場合に第１軸受け６１及び第２軸受け６２にそれぞれ作用する力Ｆｒ１，Ｆｒ２の大きさは、第１軸受け６１と第２軸受け６２との距離ｂ、第１距離ａ１、及び第２距離ａ２に応じてそれぞれ決まる。第３軸３０に径方向の所定力Ｆを作用させる位置を変化させた場合に、第１軸受け６１に作用する力Ｆｒ１の変化率と第２軸受け６２に作用する力Ｆｒ２の変化率とは、第１軸受け６１と第２軸受け６２との距離ｂ、第１距離ａ１、及び第２距離ａ２に応じて異なった値となる。このため、第１軸受け６１に異常が生じた場合の第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２との関係と、第２軸受け６２に異常が生じた場合の第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２との関係は異なったものとなる。したがって、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２に基づいて、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定することができる。

・第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２が第１閾値よりも大きく、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれかに異常が生じた場合に、第２振幅ＡＶ２と第１振幅ＡＶ１との比の値（ＡＶ２／ＡＶ１）が第２閾値よりも小さいか否かにより、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定することができる。

・第２閾値は、第１軸受け６１と第２軸受け６２との距離ｂ、第１距離ａ１、及び第２距離ａ２に基づいて設定されている。したがって、第２閾値を適切に設定することができ、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか正確に判定することができる。

・第３軸３０、第１軸受け６１、及び第２軸受け６２を備える機構は、軸線Ｃ２を中心として回転自在な第２アーム２０のフレームに取り付けられている。そして、第３軸３０において第１軸受け６１に対して第２軸受け６２と反対側に錘Ｗが取り付けられている。したがって、軸線Ｃ２を中心として第２アーム２０を回転させる際に錘Ｗに作用する遠心力を、上記所定力Ｆとして作用させることができる。さらに、第３軸３０は、第３軸３０の軸線Ｃ３に沿って往復動自在に支持されている。このため、軸線Ｃ３に沿って第３軸３０を移動させることにより、軸線Ｃ３方向の錘Ｗの位置、ひいては第３軸３０において所定力Ｆを作用させる位置を変更することができる。

・所定力Ｆを作用させる特別の装置を用いなくても、第２アーム２０及び機構の駆動状態を制御することにより、第１トルク相関量（電流値）及び第２トルク相関量（電流値）を取得することができる。なお、第２アーム２０を停止させた状態で、第１軸受け６１から第１距離ａ１，第２距離ａ２の位置に取り付けた所定軸受けを介して、所定力Ｆを第３軸３０に作用させることもできる。これにより、第３軸３０の回転を許容しつつ、所定力Ｆを第３軸３０に作用させることができ、第１トルク相関量及び第２トルク相関量を取得することができる。

・ロボット１０において、第３軸３０を回転自在に支持する同一の２つの軸受け６１，６２のうち、いずれに異常が生じたか判定することができる。

なお、軸受け６１，６２は、同一の軸受けに限らず、第３軸３０を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けであればよい。すなわち、軸受け６１，６２は、異常時に同一の特定周波数の振動を含む振動を生じる２つの軸受けであればよい。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。本実施形態では、コントローラ７０は、図５の軸線Ｃ３方向において第２軸受け６２の位置に力Ｆを作用させ、この力Ｆの大きさを変更してそれぞれ電流値（トルク相関量）を取得する。

第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の力Ｆを作用させると、力Ｆは第２軸受け６２に全て作用し、第１軸受け６１には作用しない。例えば、第１軸受け６１の位置に力Ｆが作用する場合を想定すると、以下の式においてａ１＝０となる。

Ｆｒ１１＝Ｆ×（ａ１＋ｂ）／ｂ
Ｆｒ２１＝Ｆ×ａ１／ｂ
すなわち、第１軸受け６１に作用する力Ｆｒ１１＝Ｆ、第２軸受け６２に作用する力Ｆｒ２１＝０となる。このため、第３軸３０において第２軸受け６２の位置に作用させる径方向の力Ｆの大きさを変化させると、第２軸受け６２に作用する力Ｆｒ２の大きさが変化する一方、第１軸受け６１に作用する力Ｆｒ１の大きさは変化しない。本実施形態では、この関係を利用して、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定する。

具体的には、第１トルク取得部７１は、第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の第１力Ｆ１を作用させた状態で、第３軸３０を回転させる際のトルクに相関するパラメータとして、電流検出部３５から入力される第４モータ４１の電流値（第１トルク相関量）を取得する。また、第２トルク取得部７２は、第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の第２力Ｆ２（Ｆ１＜Ｆ２）を作用させた状態で、第３軸３０を回転させる際のトルクに相関するパラメータとして、電流検出部３５から入力される第４モータ４１の電流値（第２トルク相関量）を取得する。

そして、周波数解析部７３は、第１トルク取得部７１により取得された電流値について周波数解析を行って、２つの軸受け６１，６６に対応する特定周波数Ｈａの振幅である第１振幅ＡＶ１を抽出する。また、周波数解析部７３は、第２トルク取得部７２により取得された電流値について周波数解析を行って、特定周波数Ｈａの振幅である第２振幅ＡＶ２を抽出する。

ここで、第２軸受け６２（Ｂ）に異常が生じた場合は、図１２に示す第１振幅ＡＶ１と、図１３に示す第２振幅ＡＶ２とが異なる。一方、第１軸受け６１（Ａ）に異常が生じた場合は、図１４に示す第１振幅ＡＶ１と、図１５に示す第２振幅ＡＶ２とが同一となる。このため、判定部７４は、第２軸受け６２の位置に径方向の第１力Ｆ１を作用させた状態と第２力Ｆ２を作用させた状態とで、第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２とが異なる場合に、第２軸受け６２に異常が生じたと判定する。また、判定部７４は、第２軸受け６２の位置に径方向の第１力Ｆ１を作用させた状態と第２力Ｆ２を作用させた状態とで、第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２とが同じ場合に、第１軸受け６１に異常が生じたと判定する。

詳しくは、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２が第１閾値よりも大きく、且つ第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２との相違が第２閾値よりも大きい場合に第２軸受け６２に異常が生じたと判定する。例えば、第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２（ＡＶ１＜ＡＶ２）との相違として、第２振幅ＡＶ２と第１振幅ＡＶ１との差（ＡＶ２−ＡＶ１）や、第２振幅ＡＶ２と第１振幅ＡＶ１との比の値（ＡＶ２／ＡＶ１）を採用することができる。詳しくは、第２閾値は、第１力Ｆ１及び第２力Ｆ２に基づいて設定されている。

一方、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２が第１閾値よりも大きく、且つ上記相違が第２閾値よりも小さい場合に第１軸受け６１に異常が生じたと判定する。すなわち、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２に基づいて、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定する。

また、本実施形態では、図３に示すように、軸線Ｃ３方向において、第２軸受け６２とプーリ６５とが同位置（略同位置）に配置されている。このため、プーリ６５に巻き掛けられたベルト４４の張力を、第２軸受け６２の位置に作用させる径方向の力として使用することができる。さらに、第２アーム２０には、ベルト４４の張力を調節する張力調節機構（図示略）が設けられている。そして、ベルト４４の張力を調節することで、第２軸受け６２の位置に作用させる径方向の力の大きさを変更する。

具体的には、第１トルク取得部７１は、ベルト４４の張力を調節してプーリ６５に第１力Ｆ１を作用させた状態で、電流値（第１トルク相関量）を取得する。また、第２トルク取得部７２は、ベルト４４の張力を調節してプーリ６５に第２力Ｆ２を作用させた状態で、電流値（第２トルク相関量）を取得する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第１実施形態と相違する利点のみを述べる。

・第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の力Ｆを作用させると、力Ｆは第２軸受け６２に全て作用し、第１軸受け６１には作用しない。すなわち、第３軸３０において第２軸受け６２の位置に作用させる径方向の力Ｆの大きさを変化させると、第２軸受け６２に作用する力Ｆｒ２の大きさが変化する一方、第１軸受け６１に作用する力Ｆｒ１の大きさは変化しない。このため、第２軸受け６２に異常が生じた場合は第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２とが異なる一方、第１軸受け６１に異常が生じた場合は第１振幅ＡＶ１と第２振幅ＡＶ２とが同一となる。したがって、判定部７４は、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２に基づいて、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか判定することができる。

・第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の第１力Ｆ１を作用させた状態では、第１力Ｆ１は第２軸受け６２に全て作用する。また、第３軸３０において第２軸受け６２の位置に径方向の第２力Ｆ２を作用させた状態では、第２力Ｆ２は第２軸受け６２に全て作用する。このため、第１振幅ＡＶ１及び第２振幅ＡＶ２は、それぞれ第１力Ｆ１及び第２力Ｆ２に応じて変化する。この点、第２閾値は、第１力Ｆ１及び第２力Ｆ２に基づいて設定されている。したがって、第２閾値を適切に設定することができ、第１軸受け６１及び第２軸受け６２のいずれに異常が生じたか正確に判定することができる。

・第１力Ｆ１及び第２力Ｆ２を作用させる特別の装置を用いなくても、ベルト４４の張力を調節することにより、第１トルク相関量（電流値）及び第２トルク相関量（電流値）を取得することができる。なお、ベルト４４の張力に代えて、第２軸受け６２を外部から径方向に押すことで、第１力Ｆ１及び第２力Ｆ２を作用させることもできる。

なお、軸受け６１，６２は、同一の軸受けに限らず、第３軸３０を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けであればよい。すなわち、軸受け６１，６２は、異常時に同一の特定周波数の振動を含む振動を生じる２つの軸受けであればよい。

また、第１軸受け６１は第１回転軸を回転自在に支持しており、第１回転軸と第３軸３０（第２回転軸）とが減速機を介してトルク伝達可能に接続されていてもよい。そして、第１軸受け６１と第２軸受け６２とが異なる（型式が異なる）軸受けであり、減速機の減速比に応じた回転速度で第１回転軸と第３軸３０とが回転する際に、異常時に生じる振動の特定周波数が第１軸受け６１と第２軸受け６２とで共通していてもよい。

上記第１及び第２実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。第１及び第２実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・第１軸受け６１及び第２軸受け６２の双方に異常が生じた場合、第１軸受け６１（Ａ）及び第２軸受け６２（Ｂ）の双方から特定周波数Ｈａの振動が生じる。このため、図１６に示すように、見かけ上、機構から特定周波数Ｈａの２倍の周波数２Ｈａの振動が生じることとなる。したがって、判定部７４は、第１トルク相関量（電流値）について周波数解析を行った際に、第１振幅ＡＶ１が第３閾値よりも大きく、且つ特定周波数Ｈａの２倍の周波数２Ｈａの振幅が第４閾値よりも大きい場合に、第１軸受け６１及び前記第２軸受け６２に異常が生じたと判定してもよい。また、判定部７４は、第２トルク相関量（電流値）について周波数解析を行った際に、第２振幅ＡＶ２が第５閾値よりも大きく、且つ特定周波数Ｈａの２倍の周波数２Ｈａの振幅が第６閾値よりも大きい場合に、第１軸受け６１及び前記第２軸受け６２に異常が生じたと判定してもよい。なお、判定部７４は、単に特定周波数Ｈａの２倍の周波数２Ｈａの振幅が第４閾値よりも大きい場合に、第１軸受け６１及び前記第２軸受け６２に異常が生じたと判定してもよい。

・第１軸受け６１（第２軸受け６２）において、特定周波数が複数存在してもよい。その場合、コントローラ７０は、各特定周波数について第１及び第２実施形態の異常判定を実行すればよい。

・トルク相関量として、電流検出部３５により検出された電流値に代えて、コントローラ７０による電流の指令値や、第４モータ４１の回転加速度、第４モータ４１のトルク、基準値に対する電流値の比等を採用することもできる。

・コントローラ７０に接続されたパーソナルコンピュータ等の端末装置により、軸受け６１，６２の異常判定を実行することもできる。その場合は、コントローラ７０が、記憶した電流値を端末装置に送信すればよい。そして、端末装置（軸受けの異常判定装置）が、第１トルク取得部７１、第２トルク取得部７２、周波数解析部７３、及び判定部７４の機能を実現すればよい。

・第３軸３０、第１軸受け６１、及び第２軸受け６２を備える機構は、ロボット１０に限らず、工作機械等に設けられたものであってもよい。

１０…ロボット、２０…第２アーム、３０…第３軸（回転軸）、３５…電流検出部、４１…第４モータ、４２…ベルト、４３…プーリ、４４…ベルト、６１…第１軸受け、６２…第２軸受け、６５…プーリ、７０…コントローラ（軸受けの異常判定装置）、７１…第１トルク取得部、７２…第２トルク取得部、７３…周波数解析部、７４…判定部。

本発明は、異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けの異常を判定する異常判定装置に関する。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けのうち、いずれに異常が生じたか判定することのできる軸受けの異常判定装置を提供することにある。

Claims (12)

1. 回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が共通する２つの軸受けである第１軸受け及び第２軸受けとを備える機構に適用され、前記第１軸受け及び前記第２軸受けの異常を判定する異常判定装置であって、
   前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に第１距離の位置に径方向の所定力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量を取得する第１トルク取得部と、
   前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第１距離よりも長い第２距離の位置に前記所定力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量を取得する第２トルク取得部と、
   前記第１トルク取得部により取得された前記第１トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第１振幅を抽出し、前記第２トルク取得部により取得された前記第２トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第２振幅を抽出する周波数解析部と、
   前記周波数解析部により抽出された前記第１振幅及び前記第２振幅に基づいて、前記第１軸受け及び前記第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定する判定部と、
   を備える軸受けの異常判定装置。
2. 前記判定部は、前記第１振幅及び前記第２振幅が第１閾値よりも大きく、且つ前記周波数解析部により抽出された前記第２振幅と前記第１振幅との比の値が第２閾値よりも小さい場合に前記第１軸受けに異常が生じたと判定し、前記第１振幅及び前記第２振幅が前記第１閾値よりも大きく、且つ前記比の値が前記第２閾値よりも大きい場合に前記第２軸受けに異常が生じたと判定する、請求項１に記載の軸受けの異常判定装置。
3. 前記第２閾値は、前記第１軸受けと前記第２軸受けとの距離、前記第１距離、及び前記第２距離に基づいて設定されている、請求項２に記載の軸受けの異常判定装置。
4. 前記機構は、所定軸線を中心として回転自在な所定部材に取り付けられており、
   前記回転軸は、前記回転軸の中心軸線に沿って往復動自在に支持されており、
   前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に錘が取り付けられており、
   前記第１トルク取得部は、前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第１距離の位置に前記錘を移動させて、前記所定軸線を中心として前記所定部材を回転させた状態で、前記第１トルク相関量を取得し、
   前記第２トルク取得部は、前記回転軸において前記第１軸受けに対して前記第２軸受けと反対側に前記第２距離の位置に前記錘を移動させて、前記所定軸線を中心として前記所定部材を回転させた状態で、前記第２トルク相関量を取得する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。
5. 第１軸受けと、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持して異常時に生じる振動の特定周波数が前記第１軸受けと共通する第２軸受けとを備える機構に適用され、前記第１軸受け及び前記第２軸受けの異常を判定する異常判定装置であって、
   前記回転軸において前記第２軸受けの位置に径方向の第１力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第１トルク相関量を取得する第１トルク取得部と、
   前記回転軸において前記第２軸受けの位置に径方向の第２力を作用させた状態で、前記回転軸を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含む第２トルク相関量を取得する第２トルク取得部と、
   前記第１トルク取得部により取得された前記第１トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第１振幅を抽出し、前記第２トルク取得部により取得された前記第２トルク相関量について周波数解析を行って、前記特定周波数の振幅である第２振幅を抽出する周波数解析部と、
   前記周波数解析部により抽出された前記第１振幅及び前記第２振幅に基づいて、前記第１軸受け及び前記第２軸受けのいずれに異常が生じたか判定する判定部と、
   を備える軸受けの異常判定装置。
6. 前記判定部は、前記第１振幅及び前記第２振幅が第１閾値よりも大きく、且つ前記第１振幅と前記第２振幅との相違が第２閾値よりも大きい場合に前記第２軸受けに異常が生じたと判定し、前記第１振幅及び前記第２振幅が前記第１閾値よりも大きく、且つ前記相違が前記第２閾値よりも小さい場合に前記第１軸受けに異常が生じたと判定する、請求項５に記載の軸受けの異常判定装置。
7. 前記第２閾値は、前記第１力及び前記第２力に基づいて設定されている、請求項６に記載の軸受けの異常判定装置。
8. 前記第１軸受けは、前記回転軸を回転自在に支持している、請求項５〜７のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。
9. 前記第１軸受けは、第１回転軸を回転自在に支持しており、
   前記回転軸は、第２回転軸であり、
   前記第１回転軸と前記第２回転軸とが減速機を介してトルク伝達可能に接続されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。
10. 前記回転軸は、プーリに接続され、前記プーリに巻き掛けられたベルトにより回転させられ、
    前記回転軸の中心軸線方向において、前記第２軸受けと前記プーリとが同位置に配置されており、
    前記ベルトの張力は調節可能になっており、
    前記第１トルク取得部は、前記ベルトの張力を調節して前記第１力を作用させた状態で、前記第１トルク相関量を取得し、
    前記第２トルク取得部は、前記ベルトの張力を調節して前記第２力を作用させた状態で、前記第２トルク相関量を取得する、請求項５〜９のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。
11. 前記判定部は、前記第１トルク相関量について周波数解析を行った際に、前記第１振幅が第３閾値よりも大きく、且つ前記特定周波数の２倍の周波数の振幅が第４閾値よりも大きい場合、又は前記第２トルク相関量について周波数解析を行った際に、前記第２振幅が第５閾値よりも大きく、且つ前記特定周波数の２倍の周波数の振幅が第６閾値よりも大きい場合に、前記第１軸受け及び前記第２軸受けに異常が生じたと判定する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。
12. 前記機構は、ロボットのアームに設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の軸受けの異常判定装置。

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