JP7014869B1 - ボールねじの予圧低下の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじが予圧低下状態になったか否かを検出することができるボールねじの予圧低下の検出方法を提供する。【解決手段】受信した振動信号に基づいて該振動信号に対応する第１の時間領域データを取得し、取得した第１の時間領域データに基づいて第１の時間領域データに対応するサブ周波数領域データを取得し、取得した各サブ周波数領域データに基づいて対応するサブ周波数領域データに関連する第１の特徴ベクトルを取得し、取得した各第１の特徴ベクトルと複数の振動に関連する基準ベクトルと予圧に関連する感知範囲とに基づいて予圧の判定結果を取得し、取得した予圧の判定結果に基づいてボールねじの予圧が低下したか否かを判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、ボールねじが予圧低下状態になったか否かを検出する方法に関する。

ボールねじとは、らせん状の溝を設けているねじ軸と、当該らせん状の溝に入れられている複数のボールと、ねじ軸に該複数のボールを介して螺合されているナットと、ボールを無限循環するための循環部材と、を備え、直線運動を回転運動に変換するかまたは回転運動を直線運動に変換することができ、直線方向の精密な位置決め、或いは、力を増幅する場合に使用されるものである。現在、多くの分野で利用されている。

しかし、ボールねじの使用時間が長くなるにつれて、ボールねじの予圧が減少する。ボールねじの予圧が不足すると、ボールねじのナットが往復移動している際に振動が発生することに伴い、当該ボールねじ内でバックラッシュが発生して、そして当該ボールねじを設けた工作機械の精度に悪影響を及ぼす。

なお、特許文献１には、従来のボールねじの予圧の検出方法が開示されている。該ボールねじの予圧の検出方法は、以下の（ａ）～（ｆ）の各ステップを含む。
（ａ）ボールねじを設けた工作機械が作動すると、振動信号を生成する。
（ｂ）該振動信号から等速度移動に対応する複数の信号部分を取得する。
（ｃ）各信号部分に対してフィルタリングを行なう。
（ｄ）当該複数の信号部分に基づいて、テストサンプルを生成する。
（ｅ）当該テストサンプルと、予め設定された基準サンプルと、の類似度を計算する。
（ｆ）当該類似度が閾値よりも大きい場合に、ボールねじに予圧を与えていると判定する一方で、当該類似度が閾値よりも小さい場合に、ボールねじに予圧を与えていないと判定する。

これによって、ボールねじに予圧を与えているか否かを検出することができる。

台湾特許第Ｉ６５３４１０号明細書

しかしながら、上記特許文献において、ボールねじに予圧を与えているか否かを検出して、予圧がなくなる場合にバックラッシュが発生すると判断することを開示しているが、従来の技術では、ボールねじがバックラッシュがまだ発生していない程度の予圧低下の状態を検出することができない。そこで、ボールねじのバックラッシュを予防することができないので、従来のボールねじの予圧に関する検出方法に対して改善する余地がある。

よって、本発明は上記問題点に鑑みて、上記欠点を解決できるボールねじの予圧低下の検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための手段として、本発明は、所定のボールねじのナットにおいて循環部材に接近している箇所に配置されている第１の感知ユニット、および該第１の感知ユニットと通信するコンピュータ装置を用いて、該第１の感知ユニットが前記循環部材のボールの振動に関連する振動信号を感知して、該コンピュータ装置へ周期的に発信することによって実施されるボールねじの予圧低下の判定方法であって、以下の（Ａ）～（Ｅ）の各ステップを含むことを特徴とするボールねじの予圧低下の判定方法を提供する。
（Ａ）前記コンピュータ装置により、受信した少なくとも１つの振動信号に基づいて、該少なくとも１つの振動信号に対応する第１の時間領域データを取得する。
（Ｂ）前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ａ）において取得した前記第１の時間領域データに基づいて、前記第１の時間領域データに対応する少なくとも１つのサブ周波数領域データを取得する。
（Ｃ）前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ）において取得した各前記サブ周波数領域データに基づいて、少なくとも１つの対応する前記サブ周波数領域データに関連する第１の特徴ベクトルを取得する。
（Ｄ）前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｃ）において取得した各前記第１の特徴ベクトルと、複数の振動に関連する基準ベクトルと、予圧に関連する感知範囲と、に基づいて、予圧の判定結果を取得する。
（Ｅ）前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｄ）において取得した前記予圧の判定結果に基づいて、前記ボールねじの予圧が低下したか否かを判定する。

上記構成により、本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法において、少なくとも１つの振動信号から取得した少なくとも１つの第１の特徴ベクトルと、複数の振動に関連する基準ベクトルと、予圧に関連する感知範囲と、に基づいて、予圧の判定結果を取得することによって、ボールねじの予圧が低下したか否かを判定することができる。

よって、ボールねじにバックラッシュがまだ発生していない程度の予圧低下の状態を検出することができ、ボールねじのバックラッシュを予防することができる。

本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態を実施するためのボールねじの予圧低下の検出システムを説明するブロック図である。 該ボールねじの予圧低下の検出システムにおける第１の感知ユニットと第２の感知ユニットとの配置位置が示される模式図である。 該実施形態に係る予圧に関する訓練プロセスを説明するフローチャートである。 該実施形態に係るバックラッシュに関する訓練プロセスを説明するフローチャートである。 本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態のステップＳ７０～ステップＳ７７を説明するフローチャートである。 該実施形態のステップＳ７８～ステップＳ８５を説明するフローチャートである。 該実施形態の振動に関するサブ周波数領域データを取得するためのステップＳ７１０～ステップＳ７１４を説明するフローチャートである。 該実施形態の慣性力に関連する第２の特徴ベクトルを取得するためのステップＳ７９０～ステップＳ７９２を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法を実施するシステムについて図面を参照して説明する。

図１及び図２を参照して本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法を実施するためのボールねじの予圧低下の検出システム１００を説明する。ここで、図１は本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態を実施するためのボールねじの予圧低下の検出システム１００を説明するブロック図であり、また、図２は該ボールねじの予圧低下の検出システムにおける第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３との配置位置が示される模式図である。

図１に示されるように、本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法を実施するためのボールねじの予圧低下の検出システム１００は、コンピュータ装置１、および、いずれも所定のボールねじ４に配置されていてコンピュータ装置１と通信する第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３、を備えている。

第１の感知ユニット２は、図１及び図２に示されるように、所定のボールねじ４のナット４１において循環部材４３に接近している箇所に配置されており、且つ循環部材４３のボール４４の振動に関連する振動信号を感知して、該コンピュータ装置１へ周期的に発信する。また、第２の感知ユニット３は、図１及び図２に示されるように、ナット４１に設置されており、且つナット４１がボールねじ４のねじ軸４２に沿う移動方向の慣性力に関連する慣性力信号を感知して、該コンピュータ装置１へ周期的に発信する。

なお、本実施形態では、該ボールねじ４は、図２に示されるように、外部循環式ボールねじであるが、ここではそれに限定されず、例えば、内部循環式ボールねじやエンドキャップ循環式ボールねじなどの他の種類のボールねじであってもよい。

さらに、図２に示されるように、ボールねじ４が外部循環式ボールねじである場合に、第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３とは、それぞれ上記したボールねじ４における箇所、即ち、循環部材４３に接近している箇所およびナット４１の外表面に配置されている。

勿論、ここで第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３とは、設置箇所がそれらの箇所に限定されず、上記した振動信号および慣性力信号を感知することができるよう、ボールねじ４の種類によって同一の箇所、或いは、他の異なる箇所に設置され得る。

なお、本実施形態では、第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３とは、加速度計（Accelerometer）であるが、ここではそれに限定されず、他の実施形態において例えば、変位計や速度計であってもよい。更に言うと、該第１の感知ユニット２は、有効な周波数帯域が０．１Ｈｚ～５Ｈｚの範囲をカバーする必要があり、該第２の感知ユニット３は、ねじ軸４２の回転速度の周波数の１０倍の周波数帯域（例えば、０．１Ｈｚ～２５０Ｈｚ）の範囲をカバーする必要があり、且つデジタル解像度が２０ｂｉｔである。

コンピュータ装置１は、図１に示されるように、第１の感知ユニット２および第２の感知ユニット３と通信するための通信モジュール１１と、記憶モジュール１２と、検出結果を表示するための表示モジュール１３と、通信モジュール１１と記憶モジュール１２と表示モジュール１３とに電気的に接続されている処理モジュール１４と、を備えている。

記憶モジュール１２には、振動に関連する複数の第１の訓練特徴ベクトルと複数の第２の訓練特徴ベクトル、および、慣性力に関連する複数の第３の訓練特徴ベクトルと複数の第４の訓練特徴ベクトルが予め記憶されている。

その中で、各振動に関連する訓練特徴ベクトル（即ち、第１、２の訓練特徴ベクトル）においては、対応する周波数領域データの尖度（Kurtosis）を示す訓練特徴ベクトルと、対応する周波数領域データの最大ピーク値を示す訓練特徴ベクトルと、対応する周波数領域データの総エネルギーを示す訓練特徴ベクトルと、の少なくとも１つが含まれるが、それに限定されない。

一方で、各慣性力に関連する訓練特徴ベクトル（即ち、第３、４の訓練特徴ベクトル）においては、当該訓練特徴ベクトルが対応する周波数領域データのピーク・ピーク値を示す訓練特徴ベクトルと、当該訓練特徴ベクトルが対応する周波数領域データの最大ピーク値を示す訓練特徴ベクトルと、当該訓練特徴ベクトルが対応する周波数領域データにおける最大ピーク値の絶対値と最小ピーク値の絶対値との総和の平均を取るものを示す訓練特徴ベクトルと、の少なくとも１つが含まれるが、それに限定されない。

＜ボールねじの予圧低下の検出方法＞
以下、本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法について図面を参照して説明する。

図３～図８を参照して本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法を説明する。ここで、図３は該実施形態に係る予圧に関する訓練プロセスを説明するフローチャートであり、図４は該実施形態に係るバックラッシュに関する訓練プロセスを説明するフローチャートである。

また、図５は本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態のステップＳ７０～ステップＳ７７を説明するフローチャートであり、図６は該実施形態のステップＳ７８～ステップＳ８５を説明するフローチャートであり、図７は該実施形態の振動に関するサブ周波数領域データを取得するためのステップＳ７１０～ステップＳ７１４を説明するフローチャートであり、図８は該実施形態の慣性力に関連する第２の特徴ベクトルを取得するためのステップＳ７９０～ステップＳ７９２を説明するフローチャートである。

本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態は、コンピュータ装置１と第１の感知ユニット２と第２の感知ユニット３とを用いて、該第１の感知ユニット２が循環部材４３のボール４４の振動に関連する振動信号を感知して、該コンピュータ装置１へ周期的に発信し、そして場合によって、該第２の感知ユニット３が、ナット４１がボールねじ４のねじ軸４２に沿う移動方向の慣性力に関連する慣性力信号を感知して、該コンピュータ装置１へ周期的に発信することによって実施される。

ボールねじの予圧低下の検出方法の実施形態は、予圧の訓練プロセス（図３を参照）と、バックラッシュの訓練プロセス（図４を参照）と、予圧低下の判定プロセス（図５～図８を参照）と、を含んでいる。

予圧の訓練プロセスは、図３に示されるように、以下のステップＳ５０～ステップＳ５３を含む。

ステップＳ５０において、コンピュータ装置１の処理モジュール１４により、振動に関連する複数の第１の訓練特徴ベクトルに基づいて、教師なし学習アルゴリズム（unsupervised learning algorithm）を用いて、対応するデータ空間における複数の振動に関連する基準ベクトルを取得する。

具体的には、該教師なし学習アルゴリズムが、クラスタリングのアルゴリズム（例えば、k-means clustering）を含む場合に、各振動に関連する基準ベクトルは、クラスタリングアルゴリズムから取得された複数の振動に関連するクラスタが対応する中心のベクトルを含む一方で、該教師なし学習アルゴリズムが、自己組織化写像（ＳＯＭ、略称：Self- Organizing Map）のアルゴリズムを含む場合に、各振動に関連する基準ベクトルは、自己組織化写像のアルゴリズムから取得された更新回数が予め設定された回数よりも大きいすべてのニューロンが対応するベクトルを含むが、それに限定されない。

次のステップにおいては、コンピュータ装置１の処理モジュール１４により、複数の振動に関連する基準ベクトルおよび複数の第２の訓練特徴ベクトルに基づいて、予圧に関連する感知範囲を取得する。上記したものについて、以下のステップＳ５１～ステップＳ５３でより詳しく説明する。

ステップＳ５１において、処理モジュール１４により、コンピュータ装置１の記憶モジュール１２に記憶されている各第２の訓練特徴ベクトルに対して、各第２の訓練特徴ベクトルが各振動に関連する基準ベクトルとの第１の候補距離を計算する。なお、本実施形態では、各第１の候補距離を計算するために、ユークリッド距離（Euclidean distance）を使用するが、ここではそれに限定されない。

ステップＳ５２において、処理モジュール１４により、ステップＳ５１において該第１の候補距離が計算された各第２の訓練特徴ベクトルに対して、各第２の訓練特徴ベクトルに対応する各第１の候補距離のうちで、距離がもっとも短い第１の目標距離を取得する。

ステップＳ５３において、処理モジュール１４により、ステップＳ５２において取得した第１の目標距離に基づいて、予圧の検出範囲を取得する。

なお、本実施形態では、該第１の目標距離を正規分布（normal distribution）とするとともに、該第１の目標距離に対応する９５％の信頼区間（confidence interval、略称：ＣＩ）を予圧の検出範囲とする。勿論、ここではそれに限定されない。

バックラッシュの訓練プロセスは、図４に示されるように、以下のステップＳ６０～ステップＳ６３を含む。

ステップＳ６０において、コンピュータ装置１の処理モジュール１４により、慣性力に関連する複数の第３の訓練特徴ベクトルに基づいて、他の教師なし学習アルゴリズムを用いて、対応するデータ空間における複数の慣性力に関連する基準ベクトルを取得する。

具体的には、該他の教師なし学習アルゴリズムは、クラスタリングアルゴリズムを含む場合に、各慣性力に関連する基準ベクトルは、クラスタリングアルゴリズムから取得された複数の慣性力に関連するクラスタが対応する中心のベクトルを含む一方で、該他の教師なし学習アルゴリズムは、自己組織化写像のアルゴリズムを含む場合に、各慣性力に関連する基準ベクトルは、自己組織化写像のアルゴリズムから取得された更新回数が予め設定された回数よりも大きいすべてのニューロンが対応するベクトルを含むが、それに限定されない。

ステップＳ６１において、処理モジュール１４により、コンピュータ装置１の記憶モジュール１２に記憶されている各第４の訓練特徴ベクトルに対して、各第４の訓練特徴ベクトルが、各慣性力に関連する基準ベクトルとの第３の候補距離を計算する。なお、本実施形態では、各第３の候補距離を計算するために、ユークリッド距離を使用するが、ここではそれに限定されない。

ステップＳ６２において、処理モジュール１４により、ステップＳ６１において該第３の候補距離が計算された各第４の訓練特徴ベクトルに対して、各第４の訓練特徴ベクトルに対応する各第３の候補距離のうちで、距離がもっとも短い第３の目標距離を取得する。

ステップＳ６３において、処理モジュール１４により、ステップＳ６２において取得した第３の目標距離に基づいて、バックラッシュの検出範囲を取得する。

なお、本実施形態では、該第３の目標距離を正規分布とするとともに、該第３の目標距離に対応する９５％の信頼区間を予圧の検出範囲とする。勿論、ここではそれに限定されない。

予圧低下の判定プロセスは、図５および図６に示されるように、以下のステップＳ７０～ステップＳ８５を含む。

ステップＳ７０において、コンピュータ装置１の処理モジュール１４により、第１の感知ユニット２から受信した少なくとも１つの振動信号に基づいて、該少なくとも１つの振動信号に対応する第１の時間領域データを取得する。

ステップＳ７１において、処理モジュール１４により、ステップＳ７０において取得した第１の時間領域データに基づいて、第１の時間領域データに対応する少なくとも１つのサブ周波数領域データを取得する。

より具体的には、図７に示されるように、ステップＳ７１は、以下のように説明されるステップＳ７１０～ステップＳ７１４をさらに含む。

ステップＳ７１０において、処理モジュール１４により、第１の時間領域データに対して、包絡処理（Envelope）を行ない、包絡処理済みの第１の時間領域データを取得する。なお、包絡処理については、本発明の技術分野に関する周知技術に属すので、ここで更なる詳細な記載がなくても、同業者であれば、上記の内容に基づいて利用できると考えられる。

ステップＳ７１１において、処理モジュール１４により、ステップＳ７１０において取得した包絡処理済みの第１の時間領域データに基づいて、ボールねじ４が移動するときの等速度期間に関連する目標第１の時間領域データを取得する。

ここで、該ボールねじ４が移動するときの等速度期間は、予め設定されたボールねじ４の移動を制御するモーターの回転速度から推知され得る。

ステップＳ７１２において、処理モジュール１４により、ステップＳ７１１において取得した目標第１の時間領域データに基づいて、少なくとも１つのサブ時間領域データを取得する。

なお、本実施形態では、処理モジュール１４は、予め設定された同じ長さの時間間隔によって、当該目標第１の時間領域データを分割して、少なくとも１つのサブ時間領域データを取得する。そして、各サブ時間領域データは、同じ長さの時間間隔に対応する。

これに対して、他の実施形態において、処理モジュール１４は、目標第１の時間領域データに基づいて、予め設定された他の同じ長さの時間間隔によって、当該目標第１の時間領域データを結び付けて、少なくとも１つの他のサブ時間領域データを取得する。そして、各他のサブ時間領域データは、他の同じ長さの時間間隔に対応する。

ステップＳ７１３において、処理モジュール１４により、各サブ時間領域データに対して、バンドパスフィルタリング（bandpass filtering）を行ない、バンドパスフィルタリング済みのサブ時間領域データを取得する。

要するに、該バンドパスフィルタリング済みのサブ時間領域データが残す周波数の範囲は、ねじ軸４２の回転速度の周波数の１０倍の周波数帯域の範囲内にあり、そこで、第１の感知ユニット２が感知できる周波数の範囲が、ねじ軸４２の回転速度の周波数の１０倍の周波数帯域の範囲内のみをカバーする場合に、このステップＳ７１３を実行する必要がなく、後述するステップＳ７１４へ進む。

ステップＳ７１４において、処理モジュール１４により、バンドパスフィルタリング済みの各サブ時間領域データに対して、フーリエ変換（Fourier Transform）を行ない、バンドパスフィルタリング済みのサブ時間領域データに対応するサブ周波数領域データを取得する。

ステップＳ７２において、処理モジュール１４により、ステップＳ７１において取得した各サブ周波数領域データに基づいて、少なくとも１つの対応するサブ周波数領域データに関連する第１の特徴ベクトルを取得する。

なお、各第１の特徴ベクトルは、当該第１の特徴ベクトルが対応するサブ周波数領域データの尖度を示す特徴ベクトルと、当該第１の特徴ベクトルが対応するサブ周波数領域データの最大ピーク値を示す特徴ベクトルと、当該第１の特徴ベクトルが対応するサブ周波数領域データの総エネルギーを示す特徴ベクトルと、の少なくとも１つを含むが、それに限定されない。

次のステップにおいては、処理モジュール１４により、ステップＳ７２において取得した各第１の特徴ベクトルと、複数の振動に関連する基準ベクトルと、予圧に関連する感知範囲と、に基づいて、予圧の判定結果を取得する。上記したものについて、以下のステップＳ７３～ステップＳ７５でより詳しく説明する。

ステップＳ７３において、処理モジュール１４により、ステップＳ７２において取得した各第１の特徴ベクトルに対して、各第１の特徴ベクトルが各振動に関連する基準ベクトルとの第２の候補距離を計算する。

ステップＳ７４において、処理モジュール１４により、ステップＳ７３において該第２の候補距離が計算された各第１の特徴ベクトルに対して、各第１の特徴ベクトルに対応する各第２の候補距離のうちで、距離がもっとも短い第２の目標距離を取得する。

ステップＳ７５において、処理モジュール１４により、第２の目標距離、および各第１の特徴ベクトルがボールねじ４の予圧低下が発生したことを示すか否かを判定するための予圧に関連する感知範囲に基づいて、予圧の判定結果を取得する。

なお、本実施形態では、該処理モジュール１４は、第２の目標距離に対して平均を取って、振動に関する平均値を取得し、そして当該振動に関する平均値を該予圧に関連する感知範囲内にあるか否かを判定して、予圧の判定結果とし、或いは、第２の目標距離に対して最頻値（mode）を取って、振動に関する最頻値を取得し、そして当該振動に関する最頻値を該予圧に関連する感知範囲内にあるか否かを判定して、予圧の判定結果とする。ここではそれに限定されない。

ステップＳ７６において、処理モジュール１４により、ステップＳ７５において取得した予圧の判定結果に基づいて、ボールねじ４の予圧が低下したか否かを判定する。

ここで、ボールねじ４の予圧が低下しておらず、例えば、振動に関する平均値が予圧に関連する感知範囲内にあると判定されると、後述するステップＳ７７へ進む。これに対し、ボールねじ４の予圧が低下し、例えば、振動に関する平均値が予圧に関連する感知範囲外にあると判定されると、後述するステップＳ７８へ進む。

ステップＳ７７において、処理モジュール１４がボールねじ４の予圧が低下していない情報を示す信号を生成して、表示モジュール１３により当該ボールねじの予圧低下なしの情報を表示する。

ステップＳ７８において、ボールねじ４の予圧が低下したと判定すると、処理モジュール１４が、第２の感知ユニット３から受信した少なくとも１つの慣性力信号に基づいて、該少なくとも１つの慣性力信号に対応する少なくとも１つの第２の時間領域データを取得する。

なお、各慣性力信号に対応する第２の時間領域データは、いずれもボールねじ４のナット４１がねじ軸４２に対する１つの往復周期に対応する。各往復周期とは、該ナット４１がねじ軸４２において初期位置から最終位置へ移動し、そして該最終位置から該初期位置へ戻ることを指す。より好ましくは、各第２の時間領域データは、ボールねじ４が対応する往復周期における加速度期間または減速度時間のみをカバーする。

ステップＳ７９において、処理モジュール１４により、ステップＳ７８において取得した各第２の時間領域データに基づいて、第２の時間領域データに関連する第２の特徴ベクトルを取得する。

なお、各慣性力に関連する第２の特徴ベクトルにおいては、当該第２の特徴ベクトルが対応する第２の時間領域データのピーク・ピーク値を示す特徴ベクトルと、当該第２の特徴ベクトルが対応する第２の時間領域データの最大ピーク値を示す特徴ベクトルと、当該第２の特徴ベクトルが対応する第２の時間領域データにおける最大ピーク値の絶対値と最小ピーク値の絶対値との総和を平均するものを示す特徴ベクトルと、の少なくとも１つが含まれるが、それに限定されない。

より具体的に言うと、図８に示されるように、ステップＳ７９は、以下のように説明されるステップＳ７９０～ステップＳ７９２をさらに含む。

ステップＳ７９０において、処理モジュール１４により、ステップＳ７８において取得した各第２の時間領域データに対して、包絡処理を行ない、包絡処理済みの第２の時間領域データを取得する。

ステップＳ７９１において、処理モジュール１４により、ステップＳ７９０において取得した包絡処理済みの第２の時間領域データに対して、ローパスフィルタリング（low pass filtering）を行ない、ローパスフィルタリング済みの第２の時間領域データを取得する。

また、該ローパスフィルタリング済みの第２の時間領域データが残す周波数範囲は、０．１Ｈｚ～５Ｈｚの範囲内にあり、そこで第２の感知ユニット３が感知できる周波数範囲は、０．１Ｈｚ～５Ｈｚの範囲内のみをカバーする場合に、上記したステップＳ７９１におけるローパスフィルタリングを行なう必要がなく、後述するステップＳ７９２へ進む。

ステップＳ７９２において、処理モジュール１４により、ステップＳ７９１において取得したローパスフィルタリング済みの第２の時間領域データに基づいて、ローパスフィルタリング済みの第２の時間領域データに対応する第２の特徴ベクトルを取得する。

次のステップにおいては、コンピュータ装置１の処理モジュール１４により、ステップＳ７９において取得した第２の特徴ベクトルと、複数の慣性力に関連する基準ベクトルと、バックラッシュに関連する感知範囲と、に基づいて、バックラッシュの判定結果を取得する。上記したものについて、以下のステップＳ８０～ステップＳ８２でより詳しく説明する。

ステップＳ８０において、処理モジュール１４により、ステップＳ７９において取得した第２の特徴ベクトルに対して、各第２の特徴ベクトルが各慣性力に関連する基準ベクトルとの第４の候補距離を計算する。

ステップＳ８１において、処理モジュール１４により、ステップＳ８０において該第４の候補距離が計算された各第２の特徴ベクトルに対して、各第２の特徴ベクトルに対応する各第４の候補距離のうちで、距離がもっとも短い第４の目標距離を取得する。

ステップＳ８２において、処理モジュール１４により、第４の目標距離、および各第２の特徴ベクトルがボールねじ４のバックラッシュが発生したことを示すか否かを判定するためのバックラッシュに関連する感知範囲に基づいて、バックラッシュの判定結果を取得する。

なお、本実施形態では、該処理モジュール１４は、第４の目標距離に対して平均を取って、慣性力に関する平均値を取得し、そして当該慣性力に関する平均値を該バックラッシュに関連する感知範囲内にあるか否かを判定して、バックラッシュの判定結果とし、或いは、第４の目標距離に対して最頻値を取って、慣性力に関する最頻値を取得し、そして当該慣性力に関する最頻値を該バックラッシュに関連する感知範囲内にあるか否かを判定して、バックラッシュの判定結果とする。勿論、ここではそれに限定されない。

ステップＳ８３において、処理モジュール１４により、ステップＳ７９において取得したバックラッシュの判定結果に基づいて、ボールねじ４のバックラッシュが発生したか否かを判定する。

ここで、ボールねじ４のバックラッシュが発生していない、例えば、慣性力に関する平均値がバックラッシュに関連する感知範囲内にあると判定すると、後述するステップＳ８４へ進む。これに対し、ボールねじ４のバックラッシュが発生した、例えば、慣性力に関する平均値がバックラッシュに関連する感知範囲外にあると判定すると、後述するステップＳ８５へ進む。

ステップＳ８４において、処理モジュール１４がボールねじ４のバックラッシュが発生していない情報を示す信号を生成して、表示モジュール１３によりボールねじ４の予圧が低下した情報のみ表示する。

ステップＳ８５において、処理モジュール１４がボールねじ４のバックラッシュが発生した情報を示す信号を生成して、表示モジュール１３により当該ボールねじ４のバックラッシュが発生した情報を表示する。

これによって、該実施形態のボールねじの予圧低下の検出方法を実施することができる。

総括すると、本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法において、少なくとも１つの振動信号から取得した少なくとも１つの第１の特徴ベクトルと、複数の振動に関連する基準ベクトルと、予圧に関連する感知範囲と、に基づいて、予圧の判定結果を取得することによって、ボールねじ４の予圧が低下したか否かを判定することができる。

したがって、該ボールねじ４の予圧低下の検出方法によれば、ボールねじ４の予圧が低下したか否かを判定すること、およびボールねじ４のバックラッシュが発生したか否かを判定することによって、ボールねじ４の予圧が低下していないこと、ボールねじ４の予圧が低下した状態でボールねじ４のバックラッシュがまだ発生していないこと、ボールねじ４の予圧低下とボールねじ４のバックラッシュとの両方が発生したこと、の３つの状態を検出することができる。よって、ボールねじ４のバックラッシュを予防させることができる。

上記においては、本発明の全体的な理解を促すべく、多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。

以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

本発明に係るボールねじの予圧低下の検出方法は、ボールねじの予圧低下を検出することによってボールねじのバックラッシュを予防させることができる。そのため、産業上の利用可能性がある。

１００ ボールねじの予圧低下の検出システム
１ コンピュータ装置
１１ 通信モジュール
１２ 記憶モジュール
１３ 表示モジュール
１４ 処理モジュール
２ 第１の感知ユニット
３ 第２の感知ユニット
４ ボールねじ
４１ ナット
４２ ねじ軸
４３ 循環部材
４４ ボール
Ｓ５０～Ｓ５３ ステップ
Ｓ６０～Ｓ６３ ステップ
Ｓ７０～Ｓ８５ ステップ
Ｓ７１０～Ｓ７１４ ステップ
Ｓ７９０～Ｓ７９２ ステップ

Claims (9)

1. 所定のボールねじのナットにおいて循環部材に接近している箇所に配置されている第１の感知ユニット、および該第１の感知ユニットと通信するコンピュータ装置を用いて、該第１の感知ユニットが前記循環部材のボールの振動に関連する振動信号を感知して、該コンピュータ装置へ周期的に発信することによって実施されるボールねじの予圧低下の判定方法であって、
   前記コンピュータ装置により、受信した少なくとも１つの振動信号に基づいて、該少なくとも１つの振動信号に対応する第１の時間領域データを取得するステップ（Ａ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ａ）において取得した前記第１の時間領域データに基づいて、前記第１の時間領域データに対応する少なくとも１つのサブ周波数領域データを取得するステップ（Ｂ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ）において取得した各前記サブ周波数領域データに基づいて、少なくとも１つの対応する前記サブ周波数領域データに関連する第１の特徴ベクトルを取得するステップ（Ｃ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｃ）において取得した各前記第１の特徴ベクトルと、複数の振動に関連する基準ベクトルと、予圧に関連する感知範囲と、に基づいて、予圧の判定結果を取得するステップ（Ｄ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｄ）において取得した前記予圧の判定結果に基づいて、前記ボールねじの予圧が低下したか否かを判定するステップ（Ｅ）と、を含み、
   前記コンピュータ装置は前記ナットに設置されている第２の感知ユニットとさらに通信し、該第２の感知ユニットは、前記ナットが前記ボールねじのねじ軸に沿う移動方向の慣性力に関連する慣性力信号を感知して、該前記コンピュータ装置へ周期的に発信し、
   前記ステップ（Ｅ）の後に、
   前記ボールねじの予圧が低下したと判定すると、前記コンピュータ装置により、受信した少なくとも１つの慣性力信号に基づいて、該少なくとも１つの慣性力信号に対応する少なくとも１つの第２の時間領域データを取得するステップ（Ｈ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｈ）において取得した各前記第２の時間領域データに基づいて、前記第２の時間領域データに関連する第２の特徴ベクトルを取得するステップ（Ｉ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｉ）において取得した前記第２の特徴ベクトルと、複数の慣性力に関連する基準ベクトルと、バックラッシュに関連する感知範囲と、に基づいて、バックラッシュの判定結果を取得するステップ（Ｊ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｉ）において取得した前記バックラッシュの判定結果に基づいて、前記ボールねじのバックラッシュが発生したか否かを判定するステップ（Ｋ）と、をさらに含む、
   ことを特徴とするボールねじの予圧低下の判定方法。
2. 前記ステップ（Ｂ）は、
   前記コンピュータ装置により、前記第１の時間領域データに対して、包絡処理を行ない、包絡処理済みの第１の時間領域データを取得するステップ（Ｂ１）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ１）において取得した前記包絡処理済みの第１の時間領域データに基づいて、前記ボールねじが移動するときの等速度期間に関連する目標第１の時間領域データを取得するステップ（Ｂ２）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ２）において取得した前記目標第１の時間領域データに基づいて、少なくとも１つのサブ周波数領域データを取得するステップ（Ｂ３）と、をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
3. 前記ステップ（Ｂ３）は、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ２）において取得した前記目標第１の時間領域データに基づいて、少なくとも１つのサブ時間領域データを取得するステップ（Ｂ３１）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｂ３１）において取得した各前記サブ時間領域データに対して、フーリエ変換を行ない、少なくとも１つの対応する前記サブ時間領域データに対応するサブ周波数領域データを取得するステップ（Ｂ３２）と、を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
4. 前記ステップ（Ｄ）は、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｃ）において取得した各前記第１の特徴ベクトルに対して、各前記第１の特徴ベクトルが各前記振動に関連する基準ベクトルとの第２の候補距離を計算するステップ（Ｄ１）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｄ１）において該第２の候補距離が計算された各前記第１の特徴ベクトルに対して、各前記第１の特徴ベクトルに対応する各前記第２の候補距離のうちに、距離がもっとも短い第２の目標距離を取得するステップ（Ｄ２）と、
   前記コンピュータ装置により、前記第２の目標距離および予圧に関連する感知範囲に基づいて、予圧の判定結果を取得するステップ（Ｄ３）と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
5. 前記ステップ（Ｃ）においては、
   各前記第１の特徴ベクトルは、対応する前記サブ周波数領域データの尖度を示す特徴ベクトルと、対応する前記サブ周波数領域データの最大ピーク値を示す特徴ベクトルと、対応する前記サブ周波数領域データの総エネルギーを示す特徴ベクトルと、の少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
6. 前記コンピュータ装置には、振動に関連する複数の第１の訓練特徴ベクトルおよび複数の第２の訓練特徴ベクトルが記憶されており、
   前記ステップ（Ｄ）の前に、
   前記コンピュータ装置により、該複数の第１の訓練特徴ベクトルに基づいて、教師なし学習アルゴリズムを用いて、対応するデータ空間における複数の振動に関連する基準ベクトルを取得するステップ（Ｆ）と、
   前記コンピュータ装置により、前記複数の振動に関連する基準ベクトルおよび前記複数の第２の訓練特徴ベクトルに基づいて、予圧に関連する感知範囲を取得するステップ（Ｇ）と、をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
7. 前記ステップ（Ｆ）においては、
   前記教師なし学習アルゴリズムは、クラスタリングアルゴリズムを含み、
   各前記振動に関連する基準ベクトルは、前記クラスタリングアルゴリズムから取得された複数の振動に関連するクラスタが対応する中心のベクトルを含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
8. 前記ステップ（Ｆ）においては、
   前記教師なし学習アルゴリズムは、自己組織化写像のアルゴリズムを含み、
   各前記振動に関連する基準ベクトルは、前記自己組織化写像のアルゴリズムから取得された更新回数が予め設定された回数よりも大きいすべてのニューロンが対応するベクトルを含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。
9. 前記ステップ（Ｇ）は、
   前記コンピュータ装置により、前記コンピュータ装置に記憶されている各前記第２の訓練特徴ベクトルに対して、各前記第２の訓練特徴ベクトルが、各前記振動に関連する基準ベクトルとの第１の候補距離を計算するステップ（Ｇ１）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｇ１）において該第１の候補距離が計算された各前記第２の訓練特徴ベクトルに対して、各前記第２の訓練特徴ベクトルに対応する各前記第１の候補距離のうちで、距離がもっとも短い第１の目標距離を取得するステップ（Ｇ２）と、
   前記コンピュータ装置により、前記ステップ（Ｇ２）において取得した前記第１の目標距離に基づいて、予圧の検出範囲を取得するステップ（Ｇ３）と、をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載のボールねじの予圧低下の判定方法。

Images