JP5800927B2 - 線形駆動素子の給油時間を判断する方法 - Google Patents

Description

本発明は、線形駆動素子の給油時間を判断する方法に関する。

線形駆動素子のボールねじは主にナットが自由に回転するボールとボルト軸が螺合することで組成され、自由に回転するボールによりナットをボルト軸に対し滑動させる。極めて優れた平滑性と精確性を有し、精密な移動が必要な様々な器具に汎く運用される。故にボールねじ内部の螺旋軌道の潤滑度は極めて重要である。ボールねじが長時間潤滑さを失っている状態では、ナットとボルトとの間の摩擦が大きくなりボールねじの摩耗を加速させる。このため、ボールねじに注油するタイミングの判断が重要になる。

日本特許出願公開第ＪＰＡ＿２００４―３４７４０１号明細書 日本特許出願公開第ＪＰＡ＿１９９８―３１８２６１号明細書

前述した従来の技術では、例えば、特許文献１に示すように、玉軸受の潤滑度が十分か判断し、加速度センサーにより玉軸受の振動信号を感知させ、スペクトル拡散信号に転換させた後、既定の閾値に基き玉軸受の潤滑度が十分か判定させ、注油装置が玉軸受に対し自動的に行う注油動作を制御させる。
しかしながら、前記線形駆動素子のボールねじは先にデータベースを設定し閾値を定義させ、同時にスペクトル拡散信号を解析しデータベースに設定された閾値と比較せねばならず、給油時間を判断するコストが高いという欠点があった。
また、前記線形駆動素子のボールねじは玉軸受に対し給油時間を判断せねばならず、特にボールねじやボールスプライン（ｂａｌｌ ｓｐｌｉｎｅ）等の線形駆動素子に直接適用出来なかった。

また、特許文献２に示すように、玉軸受の潤滑度が十分か判断するには、感知装置により感知された信号の振幅の大きさ及び周期により玉軸受の潤滑度が十分か判断し、注油装置が玉軸受に対し自動的に行う注油動作を制御させる。
しかしながら、前記線形駆動素子のボールねじは規定の信号の振幅大きさ及び周期の長短を超過するのは困難であり、前記線形駆動素子のボールねじの玉軸受に対する給油時間を判断は、特にボールねじやボールスプライン等の線形駆動素子に直接適用できなかった。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、線形駆動素子の給油時間を判断する方法を提供することを主目的とする。
また、本発明は線形駆動素子が回転速度を変化させても給油時間を判断可能な、線形駆動素子の給油時間を判断する方法を提供することをもう一つの目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る線形駆動素子の給油時間を判断する方法は、感知装置を線形駆動素子に設けられ、前記線形駆動素子の駆動中の物理信号を捕捉させる信号捕捉工程と、演算法により各物理信号を特徴値に転換させる信号転換工程と、特徴値を縦軸とし、時間を横軸とする座標に各前記特徴値と時間との関係を設定及び保存し、特徴値変化曲線を形成させ、且つ前記座標の横軸を複数の時間ブロックに分けられる特徴値設定保存工程と、各隣接する時間が対応される特徴値から勾配値を計算し、各前記時間ブロック内の各前記勾配値の合計を計算する特徴値計算工程と、各時間ブロック内の勾配値の合計が設定値より小さいか判断させ、前記時間ブロック内の勾配値の合計が前記設定値より小さい場合は油膜不足と表示され、前記時間ブロック内の勾配値の合計が前記設定値より大きい場合は油膜十分と表示される給油判断工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、先にデータベースを設定して比較せずとも、線形駆動素子の給油時間を正確に判断可能であり、実施コストの低減及び線形駆動素子の給油時間の正確な判断が得られる。

本発明の第１実施形態による線形駆動素子の給油時間を判断する方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の概略図であり、信号捕獲の工程では感知装置をボールねじのナットに設置する側面の状態図である。 本発明の第１実施形態における、信号捕獲の工程で捕獲される物理信号がボールねじの回転による振動信号を示す状態図である。 本発明の第１実施形態における、特徴値設立保存の工程で座標で特徴値変化曲線を設立する状態図である。 本発明の第１実施形態における、給油判断工程で各時間ブロックが給油作業を行うかを判断する状態図である。 本発明の第２実施形態による線形駆動素子の給油時間を判断する方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態による線形駆動素子の給油時間を判断する方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の概略図であり、信号捕獲の工程では捕獲される物理信号がボールねじの回転による振動信号を示す状態図である。 本発明の第３実施形態における、特徴値設立保存の工程で座標で特徴値変化曲線を設立する状態図である。 本発明の第４実施形態による線形駆動素子の給油時間を判断する方法を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態の概略図であり、信号捕獲の工程で捕獲される物理信号がボールねじの回転による振動信号を示す状態図である。 本発明の第４実施形態における、特徴値設立保存の工程で座標で特徴値変化曲線を設立する状態図である。 本発明の第４実施形態における、規格化の工程で座標で規格化を形成した特徴値変化曲線の状態、各時間ブロックが給油作業を行うかを判断する状態図である。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を図１〜５に基づいて説明する。以下は各実施形態に係る線形駆動素子及びボールねじの例であり、当然ながらボールスプラインでもよく、これらに制限されない。
図１に示すように、本発明の第一実施形態に係る線形駆動素子の給油時間を判断する方法は、信号捕捉工程１１、信号転換工程１２、特徴値設定保存工程１３、特徴値計算工程１４、及び給油判断工程１５を主に含む。

信号捕捉工程１１では、感知装置２１はボールねじ２２に設置され、ボールねじ２２の動作中に発信する物理信号２３を連続して捕捉させる。本実施形態に係る感知装置２１はボールねじ２２のナット２２１に設置されるが、当然ながらボールねじ２２のボルト２２２に設置されてもよい。
物理信号２３はボールねじ２２の回転速度が分速３０００回転（ｒｐｍ）で回転中に発信させる振動信号であるが、当然ながらボールねじ２２が動作中に発信させる圧力波信号や電気抵抗信号（図２及び図３参照）でもよい。

信号転換工程１２では、演算法により各物理信号２３を特徴値に転換させる。本実施形態による特徴値は二乗平均平方根（ＲＭＳ、Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）であるが、当然ながら包絡線二乗平均平方根（Ｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＲＭＳ）等でもよく、前記転換方程式は、

であり、ｎは各捕捉されたデータの個数であり、ｘは各データ点が対応する物理量、ｉ＝１〜ｎである。

図４に示すように、特徴値設定保存工程１３では、特徴値は縦軸とし時間は横軸とする座標３０に各特徴値と時間との関係を設定し保存させ、特徴値変化曲線４０を形成させ、座標３０の横軸は複数の時間ブロックに分けられる。
本実施形態では座標３０の横軸は１５分を一単位として第一時間ブロック３１、第二時間ブロック３２、第三時間ブロック３３、並びに第四時間ブロック３４に分けられる。

特徴値計算工程１４では、各隣接する時間が対応する特徴値から勾配値を計算し、第一時間ブロック３１、第二時間ブロック３２、第三時間ブロック３３、並びに第四時間ブロック３４内の各勾配値の合計を計算する。
例えば第二時間ブロック３２を一分で一単位にすると、第二時間ブロック３２は第一から第十五の単位に分けられ、各隣接する時間が対応する特徴値から計算される勾配値は、第一単位が対応する特徴値と第二単位が対応する特徴値との間の勾配値、第二単位が対応する特徴値と第三単位が対応する特徴値との間の勾配値、第三単位が対応する特徴値と第四単位が対応する特徴値との間の勾配値と続き、第十四単位が対応する特徴値と第十五単位が対応する特徴値との間の勾配値までを指す。

給油判断工程１５では、各時間ブロック内の勾配値の合計が設定値より小さいかを判断させ、時間ブロック内の勾配値の合計が設定値より小さい場合は油膜不足と表示され、時間ブロック内の勾配値の合計が設定値より大きい場合は油膜十分と表示される。
設定値は需要に合わせて設定できる。図５では、第一時間ブロック３１内の勾配値の合計（例えば１０）が設定値（例えば０）より大きく、第二時間ブロック３２内の勾配値の合計（例えば５）も設定値（例えば０）より大きく、この場合はボールねじ内の油膜十分を表示され、注油作業は不必要である。第三時間ブロック３３内の勾配値の合計（例えば１）が設定値（例えば０）より大きいが、勾配値の合計は設定値に拮抗する状態である場合は、ボールねじ内の油膜は十分と表示され注油作業は必要ないが、油膜が減少している状態である。第四時間ブロック３４内の勾配値の合計（例えば―１）が設定値（例えば０）より小さい場合はボールねじ内の油膜不足と表示され、注油作業が必要であり、注油に最も好ましい時間点は前記第三時間ブロック３３と第四時間ブロック３４とが隣接する点に設定される。

ちなみに、給油判断工程１５では、潤滑度が徐々に不足してゆき特徴値変化曲線４０の変化の勾配が徐々に緩やかになると、閥値や勾配変化量或いは勾配のマイナス転換などを設定させ、判断の根拠とする。

以上が本発明の第一実施形態に係る各主要な工程の説明である。その効果については以下に説明する。
本発明に係る給油時間の判断は、先にデータベースを設定し閾値を定義し比較せずとも、各時間ブロック内の勾配値の合計と単一の設定値を比較することで特定の時間ブロック内で油膜が十分か、油膜が減少しているか、或いは油膜不足かを判断でき、最も好ましい給油時間を決定する。
これにより本発明では先にデータベースを設定させて比較せずともボールねじの給油時間を正確に判断でき、実施コストを低減させてボールねじの給油時間の判断を実現させることができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第二実施形態に係る線形駆動素子の給油時間を判断する方法である。同様に信号捕捉工程１１、信号転換工程１２、特徴値設定保存工程１３、特徴値計算工程１４、及び給油判断工程１５を含む。
工程及び効果は第一実施形態と同じであり再述は省くが、第二実施形態の異なる点は、信号捕捉工程１１と信号転換工程１２との間に信号処理工程１６を更に含み、信号捕捉工程１１で捕捉した物理信号を処理し、各物理信号に含まれるノイズ値を低減させ、処理後の物理信号を出力させ、信号転換工程で各前記物理信号を特徴値に転換させる点である。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態を図７〜９に基づいて説明する。図７は本発明の第三実施形態に係る線形駆動素子の給油時間を判断する方法である。同様に信号捕捉工程１１、信号転換工程１２、特徴値設定保存工程１３、特徴値計算工程１４、及び給油判断工程１５を含む。
工程及び効果は第一実施形態と同じであり再述は省くが、第三実施形態の異なる点は、信号捕捉工程１１での物理信号はボールねじが回転中に発信させる振動信号であり、ボールねじの回転中に回転速度が変化した場合、信号転換工程１２と特徴値設定保存工程１３との間に規格化工程１７を更に含み、ボールねじの回転速度が異なることで発生する振動信号の差異を排除する点である。以下に詳細に説明する。

信号捕捉工程１１では、感知装置はボールねじのナットに設置され、ボールねじが動作中に発信する物理信号を連続して捕捉させる。本実施形態による物理信号２３はボールねじの回転速度を分速１０００、２０００、３０００回転（ｒｐｍ）で回転中に発信する振動信号であり、ボールねじは第一時間ブロック３１では分速１０００回転（ｒｐｍ）、第二時間ブロック３２では分速２０００回転（ｒｐｍ）、第三時間ブロック３３では分速３０００回転（ｒｐｍ）で回転する（図８参照）。

信号転換工程１２では、演算法により各物理信号２３を特徴値に転換させる。本実施形態による特徴値は二乗平均平方根（ＲＭＳ、Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）であり、物理信号２３を特徴値に転換させる方式は第一実施形態と同様であるため再述はしない。

規格化工程１７では、ボールねじの回転速度が異なるために発生する振動信号の差異を排除させ、即ち回転速度が変化し重複しない場合、信号転換工程１２では各物理信号２３が転換される特徴値は回転速度修正因子を加え、回転速度修正因子はｎＲＭＳ＝（ＲＭＳｎ−ＲＭＳ０）／ＲＭＳ０となる。
ＲＭＳｎはボルトの回転後の特徴値（例えば、ボルトが１５分回転した後のＲＭＳ値）であり、回転０はボルトの初期の特徴値である。ＲＭＳ０＝０．９（ボルトの注油後に計測した振動信号が転換されて取得されたＲＭＳ値）であり、ＲＭＳｎ＝１．８（ボルトが一定時間動作した後に計測した振動信号が転換されて取得されたＲＭＳ値）である場合、ｎｒｍｓ＝（１．８―０．９）／０．９＝１となり、規格化効果を達成させる。

特徴値設定保存工程１３では、特徴値は縦軸とし、時間は横軸とする座標３０に各規格化工程１７後の特徴値と時間との関係を設定して保存し、特徴値変化曲線４１を形成させる（図９参照）。また、特徴値計算工程１４及び給油判断工程１５は第一実施形態と同様であるため再述は省く。

本発明の第三実施形態では先にデータベースを設定させて比較せずともボールねじの給油時間を正確に判断でき、実施コストを低減させてボールねじの給油時間の判断を実現させるほか、更にボールねじの回転速度が変化しても給油時間の判断が可能である。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態を図１０〜１３に基づいて説明する。図１０は本発明の第四実施形態に係る線形駆動素子の給油時間を判断する方法である。同様に信号捕捉工程１１、信号転換工程１２、特徴値設定保存工程１３、特徴値計算工程１４、及び給油判断工程１５を含む。
工程及び効果は第一実施形態と同じであり再述は省くが、第四実施形態の異なる点は、信号捕捉工程１１では物理信号はボールねじの回転中に発信させる振動信号であり、ボールねじの回転に回転速度が変化する場合、特徴値設定保存工程１３と特徴値計算工程１４との間に規格化工程１７を更に含み、ボールねじの回転速度が異なるために発生する振動信号の差異を排除させる点である。以下に詳細に説明する。

信号捕捉工程１１では、感知装置は前記ボールねじのナットに設置され、ボールねじの動作中に発信する物理信号を連続して捕捉させる。本実施形態による物理信号２３はボールねじの回転速度が分速１０００、２０００、３０００回転（ｒｐｍ）で回転中に発信する振動信号であり、ボールねじは第一時間ブロック３１及び第二時間ブロック３２では分速１０００回転（ｒｐｍ）、第三時間ブロック３３では分速２０００回転（ｒｐｍ）、第四時間ブロック３４では分速３０００回転（ｒｐｍ）で回転する（図１１参照）。

信号転換工程１２では、演算法により各物理信号２３を特徴値に転換させる。本実施形態による特徴値は二乗平均平方根（ＲＭＳ、Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）であり、物理信号２３を特徴値に転換させる方式は第一実施形態と同様であるため再述はしない。

特徴値設定保存工程１３では、特徴値は縦軸とし、時間は横軸とする座標３０に各特徴値と時間との関係を設定して保存させ、特徴値変化曲線を形成させる。座標の横軸は１５分を一単位として第一時間ブロック３１、第二時間ブロック３２、第三時間ブロック３３、並びに第四時間ブロック３４に分けられる。
第一時間ブロック３１及び二時間ブロック３２の特徴値変化曲線４２はボールねじが０分から３０分のブロックで分速１０００回転（ｒｐｍ）で回転する状態であり、第三時間ブロック３３の特徴値変化曲線４３はボールねじが３０分から４５分のブロックで分速２０００回転（ｒｐｍ）で回転する状態であり、第四時間ブロック３４の特徴値変化曲線４４はボールねじ４５分から６０分のブロックで分速３０００回転（ｒｐｍ）で回転する状態である（図１２参照）。

規格化工程１７では、ボールねじの回転速度が異なるために発生する振動信号の差異を排除し、即ち回転速度が変化し重複しない場合、特徴値変化曲線に回転速度修正因子を加え、座標３０に規格化後の特徴値変化曲線４５を形成させる（図１３参照）。
本実施形態による規格化工程１７の方式は第三実施形態と同様であるため再述しない。また、特徴値計算工程１４及び給油判断工程１５は第一実施形態と同様であるため再述は省く。

本発明の第四実施形態では先にデータベースを設定し比較せずともボールねじの給油時間を正確に判断でき、実施コストを低減させてボールねじの給油時間の判断を実現させるほか、更にボールねじの回転速度が変化しても給油時間の判断が可能である。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１１ 信号捕捉工程
１２ 信号転換工程
１３ 特徴値設定保存工程
１４ 特徴値計算の工程
１５ 給油判断工程
１６ 信号処理の工程
１７ 規格化の工程
２１ 感知装置
２２ ボールねじ
２２１ ナット
２２２ ボルト
２３ 物理信号
３０ 座標
３１ 第一時間ブロック
３２ 第二時間ブロック
３３ 第三時間ブロック
３４ 第四時間ブロック
４０ 特徴値変化曲線
４１ 特徴値変化曲線
４２ 特徴値変化曲線
４３ 特徴値変化曲線
４４ 特徴値変化曲線
４５ 特徴値変化曲線

Claims (6)

1. 感知装置を線形駆動素子に設けられ、前記線形駆動素子の駆動中の物理信号を捕捉させる信号捕捉工程と、
   演算法により各物理信号を特徴値に転換させる信号転換工程と、
   特徴値を縦軸とし、時間を横軸とする座標に各前記特徴値と時間との関係を設定及び保存し、特徴値変化曲線を形成させ、且つ前記座標の横軸を複数の時間ブロックに分けられる特徴値設定保存工程と、
   各隣接する時間が対応される特徴値から勾配値を計算し、各前記時間ブロック内の各前記勾配値の合計を計算する特徴値計算工程と、
   各時間ブロック内の勾配値の合計が設定値より小さいか判断させ、前記時間ブロック内の勾配値の合計が前記設定値より小さい場合は油膜不足と表示され、前記時間ブロック内の勾配値の合計が前記設定値より大きい場合は油膜十分と表示される給油判断工程を含むことを特徴とする、
   線形駆動素子の給油時間を判断する方法。
2. 前記信号捕捉工程と信号転換工程との間には、前記信号捕捉工程で受信した物理信号を処理させ、各物理信号に含まれるノイズ値を低減させ、処理後の物理信号を出力させ、前記信号転換工程で各物理信号を特徴値に転換させる信号処理工程を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の線形駆動素子の給油時間を判断する方法。
3. 前記信号捕捉工程での物理信号は前記線形駆動素子が回転中に発生させる振動信号であり、前記信号転換工程と前記特徴値設定保存工程との間には、前記線形駆動素子の回転速度が異なるために発生する振動信号の差異を排除させる規格化工程を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の線形駆動素子の給油時間を判断する方法。
4. 前記信号捕捉工程での物理信号は前記線形駆動素子が動作中に発生させる圧力波信号ないしは電気抵抗信号であり、前記信号転換工程では特徴値は二乗平均平方根（ＲＭＳ、Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、または、包絡線二乗平均平方根（Ｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＲＭＳ）であることを特徴とする、請求項１に記載の線形駆動素子の給油時間を判断する方法。
5. 前記信号捕捉工程では、前記線形駆動素子はボールねじであり、前記感知装置は前記ボールねじのナットに設けられ或いは前記ボールねじのボルトに設けられることを特徴とする、請求項１に記載の線形駆動素子の給油時間を判断する方法。
6. 前記信号捕捉工程での物理信号は前記線形駆動素子が回転中に発生させる振動信号であり、前記特徴値設定保存工程と特徴値計算工程との間には、前記線形駆動素子の回転速度が異なるために発生する振動信号の差異を排除させる規格化工程を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の線形駆動素子の給油時間を判断する方法。

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