JP6837771B2 - 送り軸の異常判定方法 - Google Patents

送り軸の異常判定方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6837771B2
JP6837771B2 JP2016150318A JP2016150318A JP6837771B2 JP 6837771 B2 JP6837771 B2 JP 6837771B2 JP 2016150318 A JP2016150318 A JP 2016150318A JP 2016150318 A JP2016150318 A JP 2016150318A JP 6837771 B2 JP6837771 B2 JP 6837771B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
abnormality
feed shaft
feedback control
shaft
feed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016150318A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018017689A (ja
JP2018017689A5 (ja
Inventor
鈴木 陽介
陽介 鈴木
匠 北郷
匠 北郷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Corp filed Critical Okuma Corp
Priority to JP2016150318A priority Critical patent/JP6837771B2/ja
Publication of JP2018017689A publication Critical patent/JP2018017689A/ja
Publication of JP2018017689A5 publication Critical patent/JP2018017689A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6837771B2 publication Critical patent/JP6837771B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

本発明は、たとえばボールねじ等の送り軸の回転により移動体をねじ送りして特定位置へ位置決めするねじ送り装置において、送り軸の異常を判定する方法に関する。
工作機械の稼働における安定した生産体制を実現させるためには、前記機械の異常を検知し、機械の状態を管理者に知らせて事故や不良を未然に防ぐといったことが必要とされ、これまで多くの機械の異常判定方法が提案されている。
送り軸に構成されるボールねじおよびサポート軸受において、特許文献1では、損傷による軸受の回転や摺動を阻害する物理量信号を検知する手段を用いて、この検出結果にエンベロープ分析および周波数分析を行って実測データの周波数スペクトルのレベルを抽出し、その周波数スペクトルごとに設定されたしきい値とそれぞれ比較照合し、異常の有無および異常部位を診断する提案がなされている。特許文献2ではボールねじにおいて前記経年劣化によるリターンチューブの振動を物理量信号にて検知する手段によって、検出値から異常判定手段を用いて異常を検知する提案がなされている。
特開2009−20090号公報 特開2001−349407号公報
しかしながら、特許文献1、特許文献2に係わる送り軸の異常検知方法においては、機械の各軸に追加センサーを設けるコストを必要としており、多軸を有する工作機械においては機械全体のコストが大きくなってしまう。
本発明は、上記提案を鑑みなされたもので、センサーを追加することなく、工作機械の送り軸の異常を判定することができる送り軸の異常判定方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、移動体の位置及び速度にもとづくフィードバック制御によりモータの動作を制御するフィードバック制御系を備えた工作機械の送り軸において、前記工作機械の周波数特性演算手段が、前記フィードバック制御に用いる前記フィードバック制御系の速度に関する応答の周波数特性を測定しており、前記工作機械の異常判定手段が、前記送り軸の正常状態とした前記フィードバック制御系の速度に関する応答の周波数特性の基準値と測定時の前記応答の周波数特性との差分を算出し、当該差分と所定のしきい値とを比較照合することにより、前記送り軸の異常を判定することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記周波数特性演算手段が、特定の周波数に対する応答性と送り軸の軸位置とを関連付けて取得しており、前記異常判定手段が、前記軸位置に関連した応答性の正常状態とする基準値と測定時の応答性とのゲインの差を求めることにより、前記送り軸の異常を判定することを特徴とする。
本発明によれば、センサーを追加する必要がないために低コストで、送り軸の異常か否かの判定ができる。
送り軸と位置制御装置のブロック図である。 摩耗量とゲイン特性の関係図である。 第1の実施形態における異常判定方法の手順である。 第2の実施形態における異常判定方法の手順である。 周波数特性の例である。 特定位置におけるボールねじ・軸受の摩耗判定の例である。 送り軸位置に関する応答性によるボールねじ・軸受の摩耗判定の例である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明を適用する工作機械の送り軸の位置制御装置のブロック図の一例である。位置指令7と位置検出器15からの現在位置が加算器8に入力され、演算された位置偏差が位置制御器9に入力される。位置制御器9は前記位置偏差に応じた速度指令値を生成する。速度制御器12は前記速度指令値と現在位置を微分器13により演算された速度検出値が加算器11に入力され演算された速度偏差に応じてトルク指令値を生成する。電流制御器14は、入力されるトルク指令に基づき電流を制御する。電流制御器14にてトルク指令値に応じた電流をモータ16に出力し、モータ16はトルクを出力する。モータ16から出力されるトルクは継手17を介してボールねじ20に伝達され、ボールねじ20のナットが移動する。位置検出器15はモータ16の回転に同期されており、検出した位置をフィードバックしていることにより所定の位置へ制御するクローズド制御がなされている。ボールねじ20のネジ軸はブラケット18に組み付けられたサポート軸受19によって支持されており、ボールねじ20には予張力が掛けられている。
周波数特性を計測する場合、スイープ信号生成手段2から生成されたスイープ信号が前記速度指令値に加算器10で加算される。位置検出器15で検出された現在位置をはじめ、制御中の処理内で使用された情報は、上位コントローラ1で記録、表示が可能である。
次に送り軸の周波数特性によるボールねじ・サポート軸受の摩耗状態の判定方法について述べる。ボールねじやサポート軸受の摩耗によって送り軸の周波数特性に図2のような差が生じる。この関係は機械によって異なるため、予め機械毎に摩耗量と周波数特性の関係を実験的に求めておく必要がある。
前記ブロック図の一例では応答を前記速度検出値と、入力速度偏差とするオープンループ周波数特性と入力を速度指令値としたクローズドループ周波数特性が取得できる。本発明では前者オープンループ制御系の周波数特性を送り軸の異常判定方法に用いる一例として述べるが、これに限ることではない。
第1の実施形態の異常判定方法について述べる。図3には異常判定を行う手順について示している。制御部3から送られてきた速度指令値と速度偏差から周波数特性演算手段5にて所定の位置における周波数特性Gが算出される。特定の軸位置における周波数系列を軸にとった周波数特性のゲイン特性は図5のようになる。適切な予圧が掛かっている初期の状態25における周波数特性Gに比べ、サポート軸受の転走面が摩耗して予圧が減少した状態26の周波数特性Gは、10〜20Hzにおいてゲイン特性の値が増加する。そのため、予め当該部品の初期状態時の周波数特性(測定データ)を記憶している初期状態記憶部22から送られてくる測定データGと取得した測定データGの差分を演算するゲイン特性変化量演算部21にてゲイン特性変化量Gが算出されると図6のようになる。異常判定部23にて設定されているしきい値Gthと比較照合することによって、軸受の摩耗した状態を異常と判定することができる。その結果を判定結果記憶部24に送り、上位コントローラに記憶・表示される。
第2の実施形態の異常判定方法について述べる。図4には異常判定を行う手順について示している。周波数特性演算手段5では特定の周波数のみで加振された速度指令値と速度偏差によって得られた応答は検出器から送られてくる送り軸の位置Xに関連付けられる。軸の位置Xに関する応答性G(X)は所定の軸範囲内で、一定速度で送り軸の移動体を移動させながら測定し、前記範囲内の応答性G(X)が算出される。予め当該部品の初期状態時の軸の位置Xに関する応答性G(X)が記憶されている初期状態記憶部22からゲイン特性変化量演算部21に送られ、測定した応答性G(X)との差分をとることにより、軸の位置Xにおけるゲイン特性変化量G(X)が算出される。これを異常判定部23にて設定されているしきい値Gth(X)と比較照合され、比較して大きい場合は異常の判定、小さい場合は正常の判定とされ、その結果を判定結果記憶部24に送り、上位コントローラに記憶・表示される。
判定結果記録部24に記録されている判定結果は上位コントローラにて判定結果のみを表示させることに限られる必要はなく、初期状態の演算データG(X)、ゲイン特性変化量G(X)、しきい値Gth(X)を必要に応じて周波数系列または軸位置系列データとともに判定結果を表示・警告してもよい。
送り軸の位置Xに関する応答性G(X)の取得には一定速度で移動する送り軸に対して行われるため、離散フーリエ変換による算出する場合には、加振するスイープ波形の少なくとも1周期分の時間信号を必要とされる。そのため、軸の位置それぞれの応答性はある1周期分の移動量で区分される区間毎に計算される。ただし、1周期の移動量に分ける必要はなく1周期以上の移動量毎に測定点を設け、その平均化処理やさいだいちピークホールドにより求めてもよい。並びに、1周期毎の移動量に合わせた応答性を前記移動量の区間前後の応答性と平均化処理した値をその測定点の応答性としてもよい。
これにより、前記測定区間毎の摩耗の異常判定が可能となる。図7(A)はある一部の軸位置範囲21の応答性における初期状態との差が増加している場合と図7(B)には軸位置全域において応答性の増加が見られる場合について示している。前者の場合はある範囲の部分のみ摩耗が見られるため、ボールねじにおけるねじ溝の一部範囲のみ摩耗している状態22である。後者ではサポート軸受の摩耗、またはボールねじにおけるナットのねじ溝の摩耗がしている状態23が危惧される。
これらのような異常判定が表れた場合、工作機械の管理者がボールねじやサポート軸受が摩耗したことを判断できることにより、また、異常判定された当該軸の範囲以外での動作させることで、加工不良等を少なくすることができる。また定期的にこれらの計測を繰り返すことで、摩耗判定とされる前に当該部品を用意するなどして部品交換にかかる長期間の工作機械の停止を避けることができ、安定した生産体制の運用を実現できる。
1・・上位コントローラ、2・・スイープ信号生成手段、3・・制御部、 4・・アクチュエータ、5・・伝達関数または周波数特性演算手段、6・・異常判定手段、7・・位置指令、8・・加算器、9・・位置制御器、10・・加算器、11・・加算器、12・・速度制御器、13・・微分器、14・・電流制御器、15・・位置検出器、16・・モータ、17・・継手、18・・ブラケット、19・・サポート軸受、20・・ボールねじ、21・・ゲイン特性変化量演算部、22・・初期状態記録部、23・・異常判定部、24・・判定結果記録部、25・・適切な予圧が掛かっている初期の状態、26・・サポート軸受が摩耗している状態、27・・送り軸の軸上の摩耗の異常判定される範囲、28・・ボールねじのネジ軸の一部範囲が摩耗している状態、29・・サポート軸受の摩耗やボールねじのナットもしくは玉が摩耗している状態。

Claims (2)

  1. 移動体の位置及び速度にもとづくフィードバック制御によりモータの動作を制御するフィードバック制御系を備えた工作機械の送り軸において、前記工作機械の周波数特性演算手段が、前記フィードバック制御に用いる前記フィードバック制御系の速度に関する応答の周波数特性を測定しており、前記工作機械の異常判定手段が、前記送り軸の正常状態とした前記フィードバック制御系の速度に関する応答の周波数特性の基準値と測定時の前記応答の周波数特性との差分を算出し、当該差分と所定のしきい値とを比較照合することにより、前記送り軸の異常を判定することを特徴とする送り軸の異常判定方法。
  2. 前記周波数特性演算手段が、特定の周波数に対する応答性と送り軸の軸位置とを関連付けて取得しており、前記異常判定手段が、前記軸位置に関連した応答性の正常状態とする基準値と測定時の応答性とのゲインの差を求めることにより、前記送り軸の異常判定することを特徴とする請求項1に記載の送り軸の異常判定方法。
JP2016150318A 2016-07-29 2016-07-29 送り軸の異常判定方法 Active JP6837771B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016150318A JP6837771B2 (ja) 2016-07-29 2016-07-29 送り軸の異常判定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016150318A JP6837771B2 (ja) 2016-07-29 2016-07-29 送り軸の異常判定方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018017689A JP2018017689A (ja) 2018-02-01
JP2018017689A5 JP2018017689A5 (ja) 2019-06-13
JP6837771B2 true JP6837771B2 (ja) 2021-03-03

Family

ID=61081374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016150318A Active JP6837771B2 (ja) 2016-07-29 2016-07-29 送り軸の異常判定方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6837771B2 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020022260A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 東洋電機製造株式会社 機械異常予知装置
KR20210080353A (ko) * 2018-10-29 2021-06-30 닛본 세이고 가부시끼가이샤 볼나사의 예압저하 검출방법 및 직동구동장치
JP7000295B2 (ja) * 2018-10-31 2022-01-19 株式会社日研工作所 送り軸およびウォームギヤ異常判定システム
JP6806754B2 (ja) * 2018-11-13 2021-01-06 ファナック株式会社 工作機械および振動診断支援方法
JP7436169B2 (ja) 2019-09-18 2024-02-21 ファナック株式会社 診断装置および診断方法
JP7412158B2 (ja) * 2019-12-18 2024-01-12 オークマ株式会社 工作機械の送り軸診断装置及び送り軸診断方法
CN114063565A (zh) * 2020-08-03 2022-02-18 沈机(上海)智能系统研发设计有限公司 数控机床进给轴的故障检测方法、系统、介质及数控机床
JPWO2022113966A1 (ja) 2020-11-27 2022-06-02
WO2024157328A1 (ja) * 2023-01-23 2024-08-02 ファナック株式会社 制御装置及び制御方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3829559B2 (ja) * 1999-11-29 2006-10-04 三菱電機株式会社 数値制御工作機械
JP4782766B2 (ja) * 2007-12-27 2011-09-28 オークマ株式会社 機械診断方法及びその装置
JP5302639B2 (ja) * 2008-11-21 2013-10-02 三菱重工業株式会社 サーボ制御装置
JP2013164386A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Nsk Ltd ボールねじの異常診断装置、及びボールねじの異常診断方法
JP5904025B2 (ja) * 2012-06-14 2016-04-13 日本精工株式会社 ボールねじ装置の異常検出装置及び異常検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018017689A (ja) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6837771B2 (ja) 送り軸の異常判定方法
US9811073B2 (en) Machine tool with thermal displacement correction
JP6294262B2 (ja) 工作機械の異常検出機能を備えた異常検出装置、及び異常検出方法
JP6657256B2 (ja) 送り軸の異常診断方法及び異常診断装置
JP7000135B2 (ja) 送り軸の異常診断方法及び異常診断装置
US20150051846A1 (en) Bearing life determination device
US10197988B2 (en) Apparatus and method for automatically detecting and compensating for a backlash of a machine tool
JP6495797B2 (ja) 工作機械の主軸異常検出装置及び主軸異常検出方法
CN110793792B (zh) 异常监视装置、异常监视方法以及控制装置
JP2009095227A (ja) 特に工作機械の、傾斜した駆動軸の特性量の確定方法、並びにその適切な使用方法、対応する装置及びその使用方法
JP2019168412A (ja) 異常検出装置および異常検出方法
JP5845321B1 (ja) ネジピッチを算出するシステム
JP2009095227A6 (ja) 特に工作機械の、傾斜した駆動軸の特性量の確定方法、並びにその適切な使用方法、対応する装置及びその使用方法
CN107817760B (zh) 机床
JP2020032510A (ja) 加工環境測定装置
KR20130042140A (ko) 공작기계의 볼스크류 변형에 의한 실시간 위치 보정 방법 및 장치
US10888966B2 (en) Machine tool
JP2020066068A (ja) ねじ締付装置及びねじ締付方法
JP6637844B2 (ja) 工作機械における軸受診断前の暖機運転時間の決定方法、工作機械
JP6848845B2 (ja) サーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法
JP6554515B2 (ja) 工作機械の振動検出方法
CN111356963A (zh) 用于制造设施的状态监控的方法
KR102571847B1 (ko) 임펄스 렌치 회전 검출 방법 및 장치
JP4196975B2 (ja) 駆動機構の亀裂検知方法
US10850360B2 (en) Information measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190426

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190426

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200609

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201020

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6837771

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150