JPH0484728A

JPH0484728A - ボールねじの診断方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0484728A
Application number: JP20034790A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kodama; 光生児玉; Tetsuo Ueda; 哲生植田; Nobuhiko Matsuoka; 伸彦松岡
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-03-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は各種の工作機械、ロボット等広く応用されてい
るボールねじの異常を診断する装置に関する。

［従来の技術］雄ねじと雌ねじを同一位置に合わせ、そのとき生ずる溝
の中にボールをいれ、そのボールが循環できるようにも
どり溝を設けたいわゆるボールねしは摩擦が小さく、効
率がよいので、ＮＣＱ器の位置決め、自動車のステアリ
ング、工作機械の案内装置、ロボット等に広く応用され
ている。

このようなボールねじにおいて、ねじの転勤面あるいは
ボールの表面に傷等があるとねじ部の破損、設備の停止
に至る。

しかしながら、従来ボールねじの異常を診断するには、
比較的回転数が低いので振動、音などによる通常の回転
機器の診断方法では検出が困難であり、人の目視に顧る
以外に適切な方法がなかった。

［発明の目的］本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、従
来困難であったボールねじの異常を部品に検出すること
を可能にした新規なボールねじの診断方法および診断装
置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の診断方法は、交流電動機で駆動されるボールね
じの回転数を５〜２５ｒｐｍにしたときの電動機の負荷
電流波形を測定し、電流値の最大値あるいは電流振幅率
を正常値のそれと比較することにより異常を判定するよ
うにしたことを特徴とし、診断する装置は、交流電動機
で駆動されるボールねじの回転数を５〜２５ｒｐｍとし
たときの電動機の負荷電流を測定する電流検出器と、該
負荷電流に基づいて最大電流振幅値あるいは電流振幅率
を演算し、正常値の上１）］ｌ（異常ライン）より大き
いときに信号を出力する電流解析装置を少なくとも具備
するようにしたことを特徴とする。

［作用］本発明者らはボールねしに傷があると、ボールがねじに
接触する毎に微小なトルクの変動を生じ、このトルクの
変化を負荷電流として取り出せば異常の検出が可能であ
り、しかもボールねじの回転数を特定範囲に限定すれば
容易に検出できるという新しい知見を得て本発明をなす
に至ったものである。

すなわち、ボールねじの回転数が５ｒｐ厘より小さい例
えば３　ｒｐｍの場合、第３図（ｂ）に示すように、傷
がある個所における負荷電流とその他の部分の負荷電流
の差異がほとんどなく、また、回転数が３０ｒｐ鳳より
大きいと、第８図（ｂ）に示すように、傷の部分もその
他の部分も負荷電流の絶対値が大きくなり、差異がほと
んどなく、いずれの場合にも、傷部分の検出が困難とな
るが、５〜２５ｒｐｍにすると、異常時には、第４図〜
第７図の（ｂ）に示すように高いピーク（○印で示す）
が表れるので最大振幅値あるいは電流振幅率により容易
に検出することができる。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の具体的な装置の一例を示すシステム構
成図、第２図はボールねじを示す一部断面図、第３図〜
第８図はそれぞれボールねじの回転数を３　ｒｐｍ　、
５　ｒｐｍ　、　１０ｒｐｍ　、　１５ｒｐｍ　、　２
５ｒｐａ＋　。

３Ｏｒｐｍとしたときの電流波形図であり、（ａ）は正
常時、（ｂ）は異常時を示す。

第１図に示すように、交流電動機としてＡＣサーボモー
ター１によりボールねじ２に連結された負荷３を駆動す
る場合について例示する。

ボールねじ２は第２図に示すように雄ねじ２ａと該雄ね
じ２ａと螺合するナラ）２ｂを同一位置に合わせ、その
とき生ずる溝の中にボール２ｃを入れ、そのボール２ｃ
が循環できるようにもどり溝２ｄを設けたもので、ナツ
ト２ｂにテーブルなどの負荷３を固定し、図示しない案
内用ガイドなどと組合せることにより、ボールねじの回
転を直進運動に変換する。

通常の運転は、シーケンサ等のコントローラ４により駆
動時間、回転数などの指令が出され、この指令に基づい
て、インバータを内蔵するサーボドライバー５により周
波数が制御され、ＡＣサーボモーター１が所望の時間、
所望の回転数で駆動される。

診断装置は変流器とＡＣ／　ＤＣコンバーターなどから
構成されるクランプメーターと称される電流検出器６と
、電流検出器６からの出力（電流）に基づいて電流振幅
率、最大振幅値、平均電流、正常値などを演算する演算
処理装置７ａ、電流振幅率あるいは最大振幅値とこれら
の正常値を比較する比較器７ｂなどから構成される電流
解析装置７とからなる。

このような診断装置を使用して診断する場合、まず、正
常ボールねじの５〜２５ｒｐｍの範囲の所定回転数Ｎｒ
ｐｍにおける負荷電流を測定して電流振幅率あるいは最
大振幅値の正常値の上限を演算、電流解析装置７の比較
器７ｂに入力しておく。

なお、正常値の上限とはこの値以上であれば異常である
という基準値（異常ライン）を意味する。

この場合、コントローラー４により、回転数を５〜２５
ｒｐｍの範囲の所定回転数Ｎに設定し、サーボドライバ
ー５を介してボールねじ２を例えば、テーブルのみを負
荷した状態で駆動し、このときのＡＣサーボモーター１
の負荷電流を電流検出器６で測定する。

演算処理袋Ｗ７ａでは、１００　ｍ５ｅｃ以下の例えば
１０ｍ５ｅｃ毎に負荷電流の瞬時値を記憶し、最大振幅
値はその都度最大値と比較して大きい値に書換えること
により求め、電流振幅率は、まず負荷電流の瞬時値を周
期分積算し、瞬時値の読み込す回数で割って平均電流を
求め、次に最大振幅値／平均電流（＝最大振幅率）を演
算し、これらの値を例えば１．４倍することにより正常
値の上限を求める。

ここで比較的新しい設備であれば、これらの最大振幅値
、平均電流、電流振幅率はいずれもばらつきが少ないの
で１回測定して正常値とすればよいが、旧設備の場合に
はボール等の摩耗によりこれらの値がばらつくので、少
なくとも３回程度測定してその平均値を正常値としたほ
うがよい。

次に、この設備を診断する場合にも同じ装置を使って同
じ操作によりボールねじの全移動時間に相当する駆動時
間を設定したときの負荷電流を測定すると、電流解析装
置７により最大振幅値、電流振幅率が演算し比較器７ｂ
に出力する。比較器７ｂではこの値と正常値の上限が比
較され、上限より大きいときに信号を出力、ランプある
いはブザー等により異常を報知する。

具体的には、ＡＣサーボモーター１の出力を３００Ｗと
してボールねじ２にテーブルユニットなどを接続した設
備において、ボールねじの回転数をそれぞれ３　ｒｐｌ
　、　５　ｒｐｍ　、　１０ｒｐｍ　、　１５ｒｐｍ　
、　２５ｒｐｉ　。

３Ｑｒｐｍとしたときの負荷電流を測定したところ第３
図〜第８図にの（ａ）に示す電流波形が得られ、電流解
析装置７により、それぞれの平均電流（平均）、最大振
幅値（最大〕、電流振幅率（振幅）を求めた結果は第１
表（正常時）に示すようになった。

また、同設備において、ボールねじ２の溝部分に人為的
に傷をつけ、ボールねじの回転数をそれぞれ、３ｒｐｔ
ａ　、　５ｒｐｍ　、　１０ｒｐｍ　、　１５ｒｐｍ　
、　２５ｒｐＨ。

３０ｒｐ１）トシタときの負荷電流を測定したところ第
３図〜第８図の（ｂ）に示す電流波形が得られ、異常個
所が○印で示す顕著なピーク値として表われ、電流解析
袋ｆ７により、それぞれの平均電流（平均）、最大振幅
値（最大）、電流振幅率（振幅）を求めた結果は第１表
（異常時）に示すようになった。

第　　１　　表この結果から明らかなように、３ｒｐｍと３Ｏｒｐｍの
場合は最大振幅率、電流振幅率のいずれをもってしても
、正常時と異常時の差がなく、異常の診断が不可能であ
るが、５〜２５ｒｐｍの範囲で、診断すると、最大振幅
値、電流振幅率のいずれであっても、異常時の正常時に
対する割合が１．４倍以上となっており、容易に識別す
ることができる。従って正常値の上限はいずれも１．４
倍したものとすればよい。

特に、１０〜１５ｒｐｍの範囲で診断すると前記の割合
が２倍以上となっており、確実に異常を検出することが
でき、好ましい、この場合には正常値の上限を２倍前後
にすることができる。

実際の診断にあたっては、ボールねじを５〜２５ｒｐｍ
　、好ましくは１０〜１５ｒｐｍの範囲の任意の回転数
を一つ選択し、そのときの負荷電流を測定することによ
り行い、最大振幅率か電流振幅率を求め正常値の上限と
比較することにより行えばよい。

以上、好適な実施例により説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく種々の応用が可能である。

診断方法について、実施例のように比較器により自動的
に異常を知らせる方法が好ましいが、電流検出器により
電流波形を測定、記録しその結果から人が読取って異常
を判定することも可能である。特に最大振幅値による判
定は記録紙から容易に読み取ることができるので比較的
容品である。

正常値の測定については、実施例のように予め測定して
おいてもよいが、診断時に負荷電流を測定して、電流波
形の山が比較的安定しているところをピックアップした
ものから最大振幅値、電流振幅値などを求め、これらを
正常値としててもよい。

電流検出器については、実施例のようにクランプメータ
ーを使用すると、可搬型の診断装置の場合に好適であり
、診断装置を常設する場合には挿入型の変流器とＡＣ／
　ＤＣコンバーターなどを組合せたものがよい。

交流電動機については、ＡＣサーボモーター以外にも、
通常の可変速誘導電動機などをであっても応用可能であ
る。

また、実施例ではボールねじの溝に傷がある場合につい
て説明したが、この場合には、ボールねじの全移動時間
に相当する時間、すなわち１行程だけ、ボールねじを駆
動させれば異常の検出が完全にできるが、ボールに傷が
ある場合には、軽微な傷であると１行程では検出されな
い場合もあり、この場合には複数行程について、診断を
行う必要がある。

さらに、通常使用されるボールねじの回転数は数百ｒｐ
ｓであるので、この場合には一旦設備を停止してその後
５〜２５ｒｐｍに回転数を変えて診断する必要があるが
、５〜２５ｒｐｍで回転するボールねしに対しては本発
明の診断装置を常設しておけば、オンラインで診断する
ことができる。

［発明の効果］本発明は、ボールねじを特定回転数にしたときの電動機
の負荷電流を測定して、簡単な解析を行うだけで、従来
困難であったボールねじの異常の診断を確実に行うこと
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な装置の一例を示すシステム構
成図、第２図はボールねじを示す一部断面図、第３図〜
第８図はそれぞれボールねじの回転数を３　ｒｐｍ　、
５　ｒｐｍ　、１０ｒｐｍ　、、　１５ｒｐｍ　、　２
５ｒｐｓ　。３０ｒｐｍとしたときの電流波形図であり、（ａ）は正
常時、（ｂ）は異常時を示す。１・・・ＡＣサーボモーター２・・・ボールねじ　　３・・・負荷６・・・電流検出器７・・・電流解析装置第２図（α）（ｂ）一一一一−２鍮廁／ｙｎｊｙｉ第４図（す □２［Ｘ）看■／ｍニー　２００ｖｎｍ＾１）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流電動機で駆動されるボールねじの回転数を５
〜２５ｒｐｍにしたときの電動機の負荷電流波形を測定
し、電流値の最大値あるいは電流振幅率を正常値のそれ
と比較することにより異常を判定するようにしたことを
特徴とするボールねじの診断方法。
（２）交流電動機で駆動されるボールねじの回転数を５
〜２５ｒｐｍとしたときの電動機の負荷電流を測定する
電流検出器と、該負荷電流に基づいて最大電流振幅値あ
るいは電流振幅率を演算し、正常値の上限より大きいと
きに信号を出力する電流解析装置を少なくとも具備する
ようにしたことを特徴とするボールねじの診断装置。