JP2019128165A - Data collection apparatus and method for rolling machine element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり機械要素用のデータ収集装置及び方法に関する。 The present invention relates to data acquisition devices and methods for rolling machine elements.
リニアガイド、ボールねじ、軸受等の転がり機械要素が知られている。転がり機械要素は、機械装置が円滑に動作するように機械装置の各部に組み込まれる。転がり機械要素を含む機械装置を長期間使用すると、転がり機械要素の転動体や転動体転走面が摩耗や損傷する故障が発生する。転がり機械要素の故障は、機械装置の加工精度を低下させ、又は位置決め精度を低下させる。転がり機械要素の故障を早期に発見するために、転がり機械要素を定期的に診断することが行われている。 Rolling machine elements such as linear guides, ball screws, bearings etc. are known. The rolling machine element is incorporated in each part of the mechanical device so that the mechanical device operates smoothly. When a mechanical device including a rolling machine element is used for a long time, a failure occurs in which the rolling element of the rolling machine element and the rolling element rolling surface are worn or damaged. Failure of the rolling machine element reduces the machining accuracy of the machine or reduces the positioning accuracy. In order to detect a failure of the rolling machine element at an early stage, periodic diagnosis of the rolling machine element is performed.
従来の転がり機械要素用の診断システムとして、特許文献1には、転がり機械要素の振動を測定する振動センサと、転がり機械要素を含む機械装置を通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて制御する制御装置と、を備える診断システムが開示されている。
As a diagnostic system for a conventional rolling machine element, in
制御装置は、転がり機械要素を含む機械装置を通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて制御する制御部と、診断動作パターンにおける転がり機械要素の振動データを収集し、転がり機械要素に故障が発生しているか否かを判断する診断部と、を備える。診断部は、制御部から診断動作パターン開始のトリガ信号を受け、このトリガ信号をトリガとして、振動データの収集を開始する。 The control device controls the mechanical device including the rolling machine element by switching between a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern, collects vibration data of the rolling machine element in the diagnostic operation pattern, and a failure occurs in the rolling machine element And a diagnostic unit that determines whether or not the The diagnostic unit receives a trigger signal for starting the diagnostic operation pattern from the control unit, and uses this trigger signal as a trigger to start collecting vibration data.
近年、IoT(Internet of Things)の進化に伴って、機械装置の各部に組み込まれる多数の転がり機械要素の振動データを収集できるように、データ収集装置を後付けすることが要請されている。従来の診断システムにおいて、データ収集装置を後付けしようとすると、データの収集を開始するために、データ収集装置が制御装置から診断動作パターン開始のトリガ信号を受信する必要がある。しかし、制御装置からトリガ信号を受信するためには、制御装置のソフトウェアやハードウェアの改造が必要になる。通常、制御装置の改造は、制御装置を製造・販売するメーカが行うので、制御装置を使用するユーザにとって大きな負担になる(例えば時間、コスト及び労力がかかる)。 In recent years, with the evolution of IoT (Internet of Things), it has been required to retrofit a data collection device so that vibration data of a large number of rolling machine elements incorporated in each part of a mechanical device can be collected. In a conventional diagnostic system, when a data collection device is to be retrofitted, it is necessary for the data collection device to receive a trigger signal for starting a diagnostic operation pattern from the control device in order to start collecting data. However, in order to receive a trigger signal from the control device, it is necessary to modify the software or hardware of the control device. Usually, the modification of the control device is performed by a manufacturer that manufactures and sells the control device, which places a heavy burden on the user who uses the control device (for example, time, cost, and labor are required).
そこで本発明は、通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて機械装置を制御する制御装置からトリガ信号を受信しなくても、転がり機械要素の振動データの収集を開始することができる転がり機械要素用のデータ収集装置及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a rolling machine element capable of starting collection of vibration data of a rolling machine element without receiving a trigger signal from a control device that controls a mechanical device by switching to a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern. Data collection apparatus and method.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、制御装置が転がり機械要素を含む機械装置を通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて制御する転がり機械要素用のデータ収集装置であって、前記機械装置の状態を検出するトリガ用センサの出力に基づいて、前記機械装置が前記診断動作パターンで動作する状態にあることを判断し、この判断をトリガとして、前記診断動作パターンにおける前記転がり機械要素の振動データの収集を開始する転がり機械要素用のデータ収集装置である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a data collection device for a rolling machine element in which a controller switches and controls a mechanical device including a rolling machine element to a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern. It is determined that the mechanical device is in a state of operating according to the diagnostic operation pattern based on the output of a trigger sensor that detects the state of the mechanical device, and the determination is used as a trigger to determine the rolling in the diagnostic operation pattern. A data acquisition device for a rolling machine element that initiates the acquisition of vibration data of the machine element.
本発明の他の態様は、制御装置が転がり機械要素を含む機械装置を通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて制御する転がり機械要素用のデータ収集方法であって、前記機械装置の状態を検出するトリガ用センサの出力に基づいて、前記機械装置が前記診断動作パターンで動作する状態にあることを判断し、この判断をトリガとして、前記転がり機械要素の振動データの収集を開始する転がり機械要素用のデータ収集方法である。 Another aspect of the present invention is a data collection method for a rolling machine element in which a control device switches and controls a mechanical device including a rolling machine element to a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern, wherein the state of the mechanical device A rolling machine that determines that the mechanical device is in a state of operating in the diagnostic operation pattern based on the output of the trigger sensor to be detected and starts collecting vibration data of the rolling machine element using this determination as a trigger. Data collection method for elements.
本発明によれば、制御装置からトリガ信号を取得しなくても、診断動作パターンにおける転がり機械要素の振動データの収集を開始することができる。 According to the present invention, it is possible to start collecting vibration data of the rolling machine element in the diagnostic operation pattern without acquiring a trigger signal from the control device.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の転がり機械要素用のデータ収集装置を詳細に説明する。ただし、本発明の転がり機械要素用のデータ収集装置は種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。 Hereinafter, a data acquisition device for a rolling machine element according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the data collection device for rolling machine elements of the present invention can be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described in the specification. This embodiment is provided with the intention to enable a person skilled in the art to fully understand the scope of the invention by making the disclosure of the specification sufficient.
図1は、本発明の一実施形態のデータ収集装置を備える診断システムのブロック図を示す。本実施形態のデータ収集装置は、転がり機械要素として、工作機械のステージに組み込まれるリニアガイドの振動データを収集する。1は機械装置としての工作機械、2は工作機械の主軸、3は工作機械のステージ、4はリニアガイド、5は制御装置、6はデータ収集装置、7はトリガ用センサ、8は振動センサである。 FIG. 1 shows a block diagram of a diagnostic system comprising a data acquisition device according to an embodiment of the invention. The data acquisition system of this embodiment acquires vibration data of a linear guide incorporated in a stage of a machine tool as a rolling machine element. 1 is a machine tool as a machine device, 2 is a spindle of the machine tool, 3 is a stage of the machine tool, 4 is a linear guide, 5 is a control device, 6 is a data collection device, 7 is a trigger sensor, and 8 is a vibration sensor. is there.
工作機械1は、工具に回転運動を与える主軸2と、主軸2のモータ2aに電力を供給するアンプ9と、加工対象物に送り運動を与えるステージ3と、ステージ3のモータ3aに電力を供給するアンプ10と、モータ2a,3aを制御する制御装置5と、を備える。
The
ステージ3は、テーブル11と、テーブル11をX軸、Y軸及びZ軸の少なくとも一つの軸方向に駆動させるモータ3aと、テーブル11の移動を案内するリニアガイド4と、を備える。リニアガイド4は、転動体転走面を有する軌道レール4aと、軌道レール4aに多数のボール、ローラ等の転動体を介して移動可能に組み付けられ、転動体転走面を有するブロック4bと、を備える。ブロック4bには、転動体が循環できるように循環路が設けられる。
The
工作機械1には、リニアガイド4の他にも、ステージ3のねじ軸12の回転運動を直線運動に変換するボールねじ13、ねじ軸12の回転を案内するベアリング14、主軸2の回転を案内するベアリング(図示せず)が組み込まれる。これらは、転動体転走面を有する軌道部材と、軌道部材に複数の転動体を介して相対移動可能に組み付けられ、転動体転走面を有する移動部材と、を備える転がり機械要素である点で共通する。このため、データ収集装置6は、ボールねじ13、ベアリング14の振動データを収集することもできる。
In addition to the
制御装置5は、NC、CNC、PLC等のコンピュータである。制御装置5は、工作機械1を通常動作パターンと診断動作パターンとに切り替えて制御する。
The
通常動作パターンは、工作機械1が加工対象物を加工するための動作パターンである。通常動作パターンは、工作機械1を使用するユーザによって作成される。通常動作パターンでは、例えば主軸2を回転させながらステージ3のテーブル11を移動させる。制御装置5は、通常動作パターン用のプログラムにしたがって電流指令を作成し、電流指令をアンプ9,10に送信する。アンプ9,10は、電流指令にしたがってモータ2a,3aに電力を供給する。
The normal operation pattern is an operation pattern for the
診断動作パターンは、ステージ3のリニアガイド4を診断するための動作パターンであり、定期的に行われる。診断動作パターンは、工作機械1を使用するユーザによって作成される。診断動作パターンでは、対象軸以外(例えば主軸2)を停止させたまま、対象軸(例えばステージ3のX軸)を一定速度で動作させる。対象軸以外を停止させることで、外乱の影響を低減することができる。制御装置5は、診断動作パターン用のプログラムにしたがって電流指令を作成し、電流指令をアンプ9,10に送信する。アンプ9,10は、電流指令にしたがってモータ2a,3aに電力を供給する。
The diagnostic operation pattern is an operation pattern for diagnosing the
トリガ用センサ7は、工作機械1の状態を検出する。この実施形態では、トリガ用センサ7は、主軸2のモータ2aの電流値を測定する電流センサである。主軸2のモータ2aの電流値を測定する理由は、以下のとおりである。
The
工作機械1の始動時には、主軸2の各部の温度を上げる暖気運転が行われる。暖気運転では、主軸2が所定時間回転し、その後主軸2が停止する。このため、主軸2のモータ2aの電流値を測定すれば、暖気運転の終了を判断することができる。制御装置5が主軸2の暖気運転の終了後の所定時間経過後に診断動作パターンを実行するようにすれば、工作機械1が診断動作パターンで動作する状態にあることを判断することができる。
When the
振動センサ8は、リニアガイド4の軌道レール4a及びブロック4bの少なくとも一方に取り付けられ、リニアガイド4の振動を測定する。振動センサ8には、例えば加速度センサ、変位センサ、AE(Acoustic Emission)センサ、超音波センサ等を用いることができる。
The
データ収集装置6は、CPU、ROM、RAM、メモリ、インタフェース等を備えるコンピュータである。データ収集装置6は、トリガ用センサ7の出力に基づいて、工作機械1が診断動作パターンで動作する状態にあることを判断するトリガ部6aと、トリガ部6aの判断をトリガとして、診断動作パターンにおけるリニアガイド4の振動データの収集を開始する収集部6bと、を備える。トリガ部6a、収集部6bは、データ収集装置6のCPUが所定のプログラムを実行することによって実現される。
The
データ収集装置6には、収集した振動データを処理し、リニアガイド4に故障が発生したか否かを判断する診断部を設けることもできる。また、データ収集装置6が収集した振動データをインターネットを介してクラウドに送信し、クラウドに設けた診断部によってリニアガイド4に故障が発生したか否かを判断することもできる。さらに、データ収集装置6が収集した振動データをハードディスク、フラッシュメモリ、CD、DVD等の記憶媒体に記憶させることもできる。
The
図2は、データ収集装置6のCPUが実行するプログラムのフローチャートを示す。ここでは、主軸2のX秒間の暖気運転後、Y秒経過後に診断動作パターンを実行するように制御装置5のプログラムが作成されているものとする。
FIG. 2 shows a flowchart of a program executed by the CPU of the
データ収集装置6のトリガ部6aには、主軸2のモータ2aの電流を監視するために、トリガ用センサ7が出力する電流データが入力される(S1)。
The current data output from the
データ収集装置6のトリガ部6aは、電流データに基づいて、主軸2がX秒以上連続動作後、主軸2がY秒以上停止しているか否か判断する(S2)。
The
S2がYESならば、データ収集装置6の収集部6bは、振動センサ8が出力するリニアガイド4の振動データを記憶する。S2がNOならば、S1に戻り、再びトリガ用センサ7が出力する電流データを入力し、S2の条件が成立するまで繰り返す。
If S2 is YES, the
以上に本実施形態のデータ収集装置の構成を説明した。本実施形態のデータ収集装置によれば、以下の効果を奏する。 The configuration of the data collection device of the present embodiment has been described above. According to the data collection device of the present embodiment, the following effects can be obtained.
工作機械1の状態を検出するトリガ用センサ7の出力に基づいて、工作機械1が診断動作パターンで動作する状態にあることを判断し、この判断をトリガとして、リニアガイド4の振動データの収集を開始する。このため、制御装置5からトリガ信号を取得しなくても、診断動作パターンにおけるリニアガイド4の振動データの収集を開始することができる。
Based on the output of the
トリガ用センサ7が主軸2のモータ2aの電流値を測定するので、主軸2の暖気運転後に工作機械1が診断動作パターンで動作する状態にあることを判断することができる。
Since the
制御装置5が診断動作パターンにおいてリニアガイド4を一定速度で動作させるので、毎回同一の動作パターンでリニアガイド4を診断することができる。また、振動レベルは、リニアガイド4の速度に依存する。リニアガイド4を診断するにあたって、通常はリニアガイド4の速度の情報が必要になるが、リニアガイド4を一定速度で動作させるので、速度の情報が不要になる。
Since the
なお、本発明は、上記実施形態に具現化されることに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化可能である。 The present invention is not limited to being embodied in the above-described embodiment, and can be embodied in other embodiments without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、機械装置が工作機械である例を説明したが、機械装置は産業用ロボット又はサービス用ロボットであってもよい。 For example, although an example in which the machine apparatus is a machine tool has been described in the above embodiment, the machine apparatus may be an industrial robot or a service robot.
上記実施形態では、トリガ用センサとして、主軸のモータの電流値を測定する電流センサを用いているが、主軸以外のモータの電流値を測定する電流センサを用いることもできる。また、工作機械が診断動作パターンで動作する状態にあることを検出する近接スイッチ等のセンサを用いることもできる。例えば、診断動作パターンにおいてステージのテーブルを通常動作パターンでは移動させない初期位置まで移動させるようにする場合、近接スイッチでテーブルの初期位置を検出すれば、工作機械が診断動作パターンで動作する状態にあることを判断することができる。さらに、トリガ用センサとして、振動センサを用いることもできる。 In the above embodiment, although the current sensor that measures the current value of the motor of the main shaft is used as the trigger sensor, a current sensor that measures the current value of the motor other than the main shaft can also be used. Also, a sensor such as a proximity switch may be used to detect that the machine tool is operating in the diagnostic operation pattern. For example, when the stage table is moved to the initial position that is not moved in the normal operation pattern in the diagnostic operation pattern, the machine tool is in a state of operating in the diagnostic operation pattern if the initial position of the table is detected by the proximity switch. Can be judged. Furthermore, a vibration sensor can also be used as a trigger sensor.
1…工作機械(機械装置)、2…主軸、2a…主軸のモータ、4…リニアガイド(転がり機械要素)、5…制御装置、6…データ収集装置、7…トリガ用センサ、8…振動センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記機械装置の状態を検出するトリガ用センサの出力に基づいて、前記機械装置が前記診断動作パターンで動作する状態にあることを判断し、
この判断をトリガとして、前記診断動作パターンにおける前記転がり機械要素の振動データの収集を開始する転がり機械要素用のデータ収集装置。 A data collection device for a rolling machine element in which the control device controls the machine device including the rolling machine element by switching between a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern,
Based on the output of the trigger sensor that detects the state of the mechanical device, it is determined that the mechanical device is in a state of operating in the diagnostic operation pattern,
A data collection device for a rolling machine element that starts collecting vibration data of the rolling machine element in the diagnostic operation pattern using this determination as a trigger.
前記トリガ用センサが前記工作機械の主軸のモータの電流値を測定することを特徴とする請求項1に記載の転がり機械要素用のデータ収集装置。 The mechanical device is a machine tool;
The data collection device for rolling machine elements according to claim 1, wherein the trigger sensor measures a current value of a motor of a spindle of the machine tool.
前記機械装置の状態を検出するトリガ用センサの出力に基づいて、前記診断動作パターンで動作する前の状態に前記機械装置があることを判断し、
この判断をトリガとして、前記転がり機械要素の振動データの収集を開始する転がり機械要素用のデータ収集方法。 A data collection method for a rolling machine element, wherein the control device controls the machine device including the rolling machine element by switching between a normal operation pattern and a diagnostic operation pattern,
Based on the output of the trigger sensor that detects the state of the mechanical device, it is determined that the mechanical device is in a state before operating in the diagnostic operation pattern;
A data collection method for a rolling machine element that starts collecting vibration data of the rolling machine element with this determination as a trigger.
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