JP7612486B2 - Diagnostic method and diagnostic device for feed screw device - Google Patents
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Description
本発明は、送りねじの回転により、案内に沿って駆動対象を移動させる送りねじ装置の状態を診断するための診断方法及び診断装置に関するものである。 The present invention relates to a diagnostic method and diagnostic device for diagnosing the condition of a feed screw device that moves a driven object along a guide by rotating a feed screw.
工作機械としては、送りねじの回転により、所定方向に配設された案内に沿ってテーブル等の移動体を移動させる送りねじ装置を備えたものがある。このような送りねじ装置では、経年劣化による送りねじの摩耗や異物の混入による損傷等によって、動作精度が低下したり動作時に異音が発生したりする等の不具合が生じてしまう。したがって、そのような不具合の発生を防止しようとすると、不具合が発生する前に機械要素を交換することが望まれる。そこで、従来、送りねじ装置における機械要素の状態を診断するための種々の診断方法が考案されている。 Some machine tools are equipped with a feed screw device that moves a moving body such as a table along a guide arranged in a specific direction by rotating a feed screw. In such feed screw devices, wear of the feed screw due to aging or damage due to the inclusion of foreign matter can cause problems such as reduced operating accuracy and abnormal noise during operation. Therefore, in order to prevent such problems from occurring, it is desirable to replace the mechanical elements before a problem occurs. Therefore, various diagnostic methods have been devised in the past to diagnose the condition of the mechanical elements in a feed screw device.
たとえば特許文献1に記載の診断方法では、送りねじを回転させるためのモータのトルク指令値にもとづいて駆動対象の駆動力を推定し、その駆動力から送りねじの弾性変形量を推定する一方、モータの回転位置情報とテーブルの位置情報とから位置偏差を演算し、弾性変形量と位置偏差とを比較することによって駆動対象の損傷状況を診断するとしている。また、特許文献2に記載の診断方法では、モータの回転位置情報とテーブルの位置情報とからロストモーション値を算出するとともに、そのロストモーション値とモータへ供給される電流値とを用いてすべり案内のギブ締め付け状態を診断するとしている。
For example, the diagnostic method described in Patent Document 1 estimates the driving force of the driven object based on the torque command value of the motor for rotating the feed screw, and estimates the elastic deformation of the feed screw from that driving force, while calculating a position deviation from the rotational position information of the motor and the position information of the table, and diagnosing the damage condition of the driven object by comparing the elastic deformation amount with the position deviation. In addition, the diagnostic method described in
しかしながら、特許文献1及び2に記載の診断方法では、モータのトルク指令値やモータへ供給される電流値について送りねじと案内とで負荷成分を分離しておらず、また送りねじの摩耗による送りねじ剛性の低下影響についても考慮していない。したがって、たとえば送りねじと案内との両方に摩耗が生じた場合等、複合的に異常が発生している場合に考慮していない現象が誤差要因となって診断を誤りかねないという問題がある。
However, the diagnostic methods described in
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、送りねじと案内との両方に複合的に摩耗が発生したような場合においても、送りねじの摩耗と案内の摩耗とを夫々個々に診断することができる送りねじ装置における診断方法及び診断装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a diagnostic method and device for a feed screw device that can diagnose the wear of the feed screw and the wear of the guide separately, even when wear occurs in both the feed screw and the guide in a complex manner.
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、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる駆動対象と、前記駆動対象の移動を案内する案内とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第1位置情報として検出する第1位置検出器と、前記駆動対象のねじ送り方向での位置を第2位置情報として検出する第2位置検出器とを備え、入力される位置指令値、前記第1位置情報、及び前記第2位置情報にもとづいて前記駆動対象の位置を制御する送りねじ装置において、前記送りねじ及び前記案内の摩耗状態を診断する診断方法であって、前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する第1工程と、前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離する第2工程と、前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する第3工程と、前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する第4工程と、今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記第1工程から前記第4工程までを繰り返す第5工程と、前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記回転成分トルクから前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する第6工程とを実行することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項2に記載の発明は、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる駆動対象と、前記駆動対象の移動を案内する案内とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第1位置情報として検出する第1位置検出器と、前記駆動対象のねじ送り方向での位置を第2位置情報として検出する第2位置検出器とを備え、入力される位置指令値、前記第1位置情報、及び前記第2位置情報にもとづいて前記駆動対象の位置を制御する送りねじ装置において、前記送りねじ及び前記案内の摩耗状態を診断する診断装置であって、前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する弾性変形量算出部と、前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離するトルク指令値分離部と、前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する予圧低下割合算出部と、前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する軸剛性算出部と、今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記弾性変形量算出部、前記トルク指令値分離部、前記予圧低下割合算出部、及び前記軸剛性算出部における演算を繰り返し実行させる収束判定部と、前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記回転成分トルクから前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する診断部とを備えていることを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項3に記載の発明は、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる駆動対象と、前記駆動対象の移動を案内する案内とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第1位置情報として検出する第1位置検出器と、前記駆動対象のねじ送り方向での位置を第2位置情報として検出する第2位置検出器とを備え、入力される位置指令値、前記第1位置情報、及び前記第2位置情報にもとづいて前記駆動対象の位置を制御する送りねじ装置において、前記送りねじ及び前記案内の摩耗状態を診断する診断方法であって、前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する第1工程と、前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離する第2工程と、前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する第3工程と、前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する第4工程と、今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記第1工程から前記第4工程までを繰り返す第5工程と、前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記予圧低下割合から前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する第6工程とを実行することを特徴とする。
加えて、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項4に記載の発明は、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる駆動対象と、前記駆動対象の移動を案内する案内とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第1位置情報として検出する第1位置検出器と、前記駆動対象のねじ送り方向での位置を第2位置情報として検出する第2位置検出器とを備え、入力される位置指令値、前記第1位置情報、及び前記第2位置情報にもとづいて前記駆動対象の位置を制御する送りねじ装置において、前記送りねじ及び前記案内の摩耗状態を診断する診断装置であって、前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する弾性変形量算出部と、前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離するトルク指令値分離部と、前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する予圧低下割合算出部と、前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する軸剛性算出部と、今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記弾性変形量算出部、前記トルク指令値分離部、前記予圧低下割合算出部、及び前記軸剛性算出部における演算を繰り返し実行させる収束判定部と、前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記予圧低下割合から前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する診断部とを備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a feed screw device comprising a motor, a feed screw which rotates in response to the driving of the motor, a driven object which is screw-fed in response to the rotation of the feed screw, and a guide which guides the movement of the driven object, and further comprising a first position detector which detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector which detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and which controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information. The feed screw device further comprises a first step of calculating an elastic deformation amount from the first position information and the second position information, and a second step of calculating a wear state of the feed screw and the guide, the first step comprising : a second step of separating a torque command value relating to control of the position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque using the axial stiffness of the feed screw; a third step of calculating a preload reduction rate of the feed screw using the rotational component torque; a fourth step of newly calculating the axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate; a fifth step of determining whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on the currently calculated axial stiffness of the feed screw device and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and repeating the first to fourth steps until the axial stiffness of the feed screw device has converged; and a sixth step of diagnosing the wear state of the guide from the linear component torque and the wear state of the feed screw from the rotational component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged.
In order to achieve the above object, the present invention provides a feed screw device comprising a motor, a feed screw which rotates in response to the driving of the motor, a driven object which is screw-fed in response to the rotation of the feed screw, and a guide which guides the movement of the driven object, and further comprising a first position detector which detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector which detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and which controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information. The feed screw device further comprises an elastic deformation amount calculation unit which calculates an elastic deformation amount from the first position information and the second position information, and a guide which guides the movement of the driven object based on the input position command value, the first position information, and the second position information. The elastic deformation amount calculation unit calculates an elastic deformation amount from the first position information and the second position information, and a guide which guides the movement of the driven object based on the elastic deformation amount and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device. a torque command value separating unit which separates a torque command value relating to control of the feed screw device into a linear component torque and a rotational component torque; a preload reduction rate calculating unit which calculates a preload reduction rate of the feed screw using the rotational component torque; a axial stiffness calculating unit which newly calculates an axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate; a convergence determining unit which determines whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on a currently calculated axial stiffness of the feed screw device and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and causes the elastic deformation amount calculating unit, the torque command value separating unit, the preload reduction rate calculating unit, and the axial stiffness calculating unit to repeatedly execute calculations until convergence is achieved; and a diagnosing unit which diagnoses a wear state of the guide from the linear component torque and a wear state of the feed screw from the rotational component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged.
Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides a feed screw device comprising a motor, a feed screw which rotates in response to the drive of the motor, a driven object which is screw-fed in response to the rotation of the feed screw, and a guide which guides the movement of the driven object, and which also comprises a first position detector which detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector which detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and which controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information. The feed screw device further comprises a first step of calculating an elastic deformation amount from the first position information and the second position information, and a second step of calculating a wear state of the feed screw and the guide, the first step including: a second step of separating a torque command value relating to control of the position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque using the axial stiffness of the feed screw device; a third step of calculating a preload reduction rate of the feed screw using the rotational component torque; a fourth step of newly calculating the axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate; a fifth step of determining whether the axial stiffness of the feed screw device has converged based on the currently calculated axial stiffness of the feed screw device and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and repeating the first to fourth steps until the axial stiffness of the feed screw device has converged; and a sixth step of diagnosing a wear state of the guide from the linear component torque and a wear state of the feed screw from the preload reduction rate when the axial stiffness of the feed screw device has converged.
In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a feed screw device comprising a motor, a feed screw which rotates in response to the driving of the motor, a driven object which is screw-fed in response to the rotation of the feed screw, and a guide which guides the movement of the driven object, and further comprising a first position detector which detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector which detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and which controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information. The feed screw device further comprises an elastic deformation amount calculation unit which calculates an elastic deformation amount from the first position information and the second position information, and a guide which guides the movement of the driven object based on the input position command value, the first position information, and the second position information. the torque command value separating unit separating a torque command value related to position control into a linear component torque and a rotational component torque; a preload reduction rate calculating unit calculating a preload reduction rate of the feed screw using the rotational component torque; a axial stiffness calculating unit calculating a new axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate; a convergence determining unit determining whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on a currently calculated axial stiffness of the feed screw device and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and causing the elastic deformation amount calculating unit, the torque command value separating unit, the preload reduction rate calculating unit, and the axial stiffness calculating unit to repeatedly execute calculations until convergence is achieved; and a diagnosing unit diagnosing a wear state of the guide from the linear component torque and a wear state of the feed screw from the preload reduction rate when the axial stiffness of the feed screw device has converged.
本発明によれば、第1位置情報と第2位置情報とから弾性変形量を算出し、弾性変形量と前回算出した送りねじ装置の軸剛性とを用いて、駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離し、回転成分トルクを用いて送りねじの予圧低下割合を算出し、予圧低下割合を用いて送りねじ装置の軸剛性を新たに算出し、今回算出した送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した送りねじ装置の軸剛性とから送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで上記工程を繰り返しており、送りねじ装置の軸剛性が収束した際の直動成分トルクから案内の摩耗状態を、回転成分トルク(請求項3及び4では予圧低下割合)から送りねじの摩耗状態を夫々診断するようになっている。したがって、送りねじと案内との両方に複合的に摩耗が発生したような場合においても、送りねじの摩耗と案内の摩耗とを夫々個々に診断することができる。
According to the present invention, the elastic deformation amount is calculated from the first position information and the second position information, the elastic deformation amount and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device are used to separate the torque command value related to the control of the position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque, the rotational component torque is used to calculate the preload reduction rate of the feed screw, the preload reduction rate is used to newly calculate the axial stiffness of the feed screw device, and it is determined whether the axial stiffness of the feed screw device has converged or not from the currently calculated axial stiffness of the feed screw device and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and the above process is repeated until convergence occurs, and the wear state of the guide is diagnosed from the linear component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged, and the wear state of the feed screw is diagnosed from the rotational component torque (preload reduction rate in
以下、本発明の一実施形態となる送りねじ装置の状態を診断する診断方法及び診断装置について、図面にもとづき詳細に説明する。 The following is a detailed explanation of a diagnostic method and diagnostic device for diagnosing the condition of a feed screw device, which is one embodiment of the present invention, with reference to the drawings.
図1は、送りねじ装置のブロック構成図である。
送りねじ装置は、サーボモータ7と、サーボモータ7の駆動によって回転する送りねじ8と、送りねじ8の回転によってねじ送りされるテーブル9と、テーブル9の移動を案内するための案内15(図1では、案内15を構成する要素のうち、テーブル9側の案内のみを示している)とを備えてなる。また、サーボモータ7には、サーボモータ7の回転位置(以下、第1位置情報と称す)を検出するための第1位置検出器6が取り付けられている。さらに、送りねじ8と平行にスケール10が配設されており、当該スケール10には、テーブル9のねじ送り方向での位置(以下、第2位置情報と称す)を検出するための第2位置検出器11が、スケール10に沿ってテーブル9の移動に連動してスライド可能に取り付けられている。
FIG. 1 is a block diagram of a feed screw device.
The feed screw device includes a
そして、上記送りねじ装置では、図示しないNC装置から入力された位置指令値について、第2位置検出器11からフィードバックされる第2位置情報を減算器1で減算して位置偏差を算出する。また、その位置偏差にもとづいて位置制御部2で速度指令値を算出する。さらに、速度指令値と、第1位置検出器6からフィードバックされる第1位置情報を微分器5で微分して求められるサーボモータ7の回転速度とにもとづいて、速度制御部3でモータトルク指令値を算出する。それから、このモータトルク指令値を電流制御部4において増幅した上で、サーボモータ7へ出力するフルクローズドループ位置制御を実行するようになっている。
In the feed screw device, the second position information fed back from the
ここで、本発明の要部となる送りねじ装置の状態診断、特に送りねじ8及び案内15の摩耗の診断について説明する。
送りねじ装置には、送りねじ8及び案内15の摩耗を診断するための診断部13が設けられており、診断部13には、NC装置からの位置指令値と、電流制御部4で算出されたトルク指令値とが入力されるようになっている。また、診断部13には、減算器12で算出される第1位置情報と第2位置情報との差が弾性変形量εとして入力されるようになっている。そして、診断部13では、トルク指令値、及び弾性変形量εをもとに送りねじ8及び案内15の摩耗を診断することになる。
Here, the diagnosis of the condition of the feed screw device, which is an essential part of the present invention, and in particular the diagnosis of wear of the
The feed screw device is provided with a
図2に示すフローチャートに沿って上記診断を具体的に説明すると、まず減算器12において、第1位置検出器6で検出される第1位置情報と、第2位置検出器11で検出される第2位置情報との差分を算出し、当該差分を弾性変形量εとして診断部13に入力する(S1)。この弾性変形量εの算出に係る第1位置情報及び第2位置情報の検出にあたっては、テーブル9の加減速時、高速移動時、及び駆動方向の反転時等であると慣性力等の影響が大きくなったり、補正がなされていたりしていて機械状態を推定することが困難であることが多いため、一定速度での送り時に検出することが望ましい。
To explain the above diagnosis in detail with reference to the flowchart shown in Figure 2, first, the
次に、診断部13では、S1で算出された弾性変形量εと送りねじ装置の軸剛性K(n-1)とを用いて、下記式1及び式2によりトルク指令値Tを直動成分トルクTg(n)と回転成分トルクTr(n)とに分離する(S2)。なお、初回の演算時における送りねじ装置の軸剛性は、予め設定されている初期設定値を利用する。
また、診断部13では、回転成分トルクTr(n)と予め設定されている初期予圧トルクTp(0)とを比較することにより、送りねじ8の予圧低下割合ΔF(n)を算出する(S3)。回転成分トルクTr(n)は、下記式3に示すように、速度によらず一定となる予圧トルクTp(n)と、潤滑剤の粘性抵抗等の速度によって変化する速度比例成分Tvとに分離することができる。したがって、予め速度比例成分Tvの係数を設定しておき、第1位置情報及び第2位置情報の検出時における送り速度から速度比例成分Tvを算出すれば、現在の予圧トルクTp(n)を算出することができる。そして、送りねじ8の予圧低下割合ΔF(n)については、下記式4で算出する。
さらに、診断部13では、S3で算出した予圧低下割合ΔF(n)を用いて、送りねじ装置全体の軸剛性K(n)を算出する(S4)。この軸剛性K(n)の算出に係り、まだ摩耗しておらず、初期予圧荷重Fa0が付与された状態における初期のナットの軸方向剛性Knut0は下記式5で算出され、予圧Faにおけるナットの軸方向剛性Knutは、初期のナットの軸方向剛性Knut0と予圧低下割合ΔFとを用いて、下記式6で表されることになる。したがって、送りねじ装置全体の軸剛性K(n)は、下記式7で算出される。なお、送りねじの剛性に関与しない各部の軸方向剛性は、予め設定しておく。
加えて、診断部13では、今回算出した軸剛性K(n)と前回算出した軸剛性K(n-1)とを比較し、軸剛性K(n)の値が収束しているか否かを判定し(S5)、軸剛性K(n)が収束するまでS2~S5の処理を繰り返す。この収束しているか否かの判定については、|1-K(n-1)/K(n)|や|K(n)-K(n-1)|により演算された収束判定値が一定値を下回るか否かにより行っており、一定値を下回ると収束したと判定する(S5でYESと判定する)。たとえば、|1-K(n-1)/K(n)|による収束判定では、当該演算による収束判定値が0.01以下(誤差1%以下)になった際に収束したと判定する。
In addition, the
最後に、診断部13では、収束判定後の直動成分トルクTg(n)が所定の直動成分閾値を下回るか否かを判定し(S6)、直動成分トルクTg(n)が直動成分閾値を下回っている(S6でYESと判定する)と、案内15の摩耗が進行していると診断する(S7)。また、収束判定後の回転成分トルクTr(n)が所定の回転成分閾値を下回っているか否かを判定し(S8)、回転成分トルクTr(n)が回転成分閾値を下回っている(S8でYESと判定する)と、送りねじ8の摩耗が進行していると診断する(S9)。
Finally, the
以上のような送りねじ装置における診断方法及び診断装置によれば、第1位置情報と第2位置情報とから弾性変形量εを算出し、弾性変形量εと送りねじ装置の軸剛性k(n-1)とを用いて、トルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離し、回転成分トルクを用いて送りねじ8の予圧低下割合を算出し、予圧低下割合を用いて送りねじ装置の軸剛性K(n)を再算出し、今回算出した送りねじ装置の軸剛性K(n)と、前回算出した送りねじ装置の軸剛性K(n-1)とから送りねじ装置の軸剛性K(n)が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで上記工程を繰り返しており、送りねじ装置の軸剛性K(n)が収束した際の直動成分トルクから案内15の摩耗状態を、回転成分トルクから送りねじ8の摩耗状態を夫々診断するようになっている。したがって、送りねじ8と案内15との両方に複合的に摩耗が発生したような場合においても、送りねじ8の摩耗と案内15の摩耗とを夫々個々に診断することができる。
According to the above-described diagnostic method and diagnostic device for a feed screw device, the elastic deformation amount ε is calculated from the first position information and the second position information, the elastic deformation amount ε and the axial stiffness k(n-1) of the feed screw device are used to separate the torque command value into a linear component torque and a rotational component torque, the preload reduction rate of the
なお、本発明に係る送りねじ装置における診断方法及び診断装置は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、送りねじ装置の全体的な構成は勿論、診断に係る具体的な制御等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。 The diagnostic method and diagnostic device for the feed screw device according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and the overall configuration of the feed screw device as well as the specific control related to the diagnosis can be modified as necessary without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、上記実施形態では、送りねじ装置の軸剛性K(n)が収束した際の回転成分トルクから送りねじ8の摩耗状態を診断するようにしているが、回転成分トルクに代えて、送りねじ装置の軸剛性K(n)が収束した際の予圧低下割合ΔF(n)を採用し、当該予圧低下割合ΔF(n)が予め設定されている所定の閾値を下回っていると、送りねじ8の摩耗が進行していると診断するように構成することも可能である。
また、上記実施形態では駆動対象をテーブルとしているが、送りねじにより案内に沿って移動するものであれば駆動対象がテーブル以外であっても何ら問題はない。
さらに、上記実施形態の診断装置において、診断に係り算出した各種情報や使用する値、診断結果等を表示する表示装置を設けることも可能であるし、NC装置の表示部や記憶部を利用して診断に係り算出した各種情報や使用する値、診断結果等を表示したり記憶したりするように構成してもよい。
For example, in the above embodiment, the wear state of the
Furthermore, in the above embodiment, the driven object is a table, but there is no problem if the driven object is something other than a table as long as it moves along a guide by a feed screw.
Furthermore, in the diagnostic device of the above embodiment, it is possible to provide a display device that displays various information calculated in relation to the diagnosis, values to be used, diagnostic results, etc., and it may be configured to display and store various information calculated in relation to the diagnosis, values to be used, diagnostic results, etc., by utilizing the display unit and memory unit of the NC device.
6・・第1位置検出器、7・・サーボモータ(モータ)、8・・送りねじ、9・・テーブル(駆動対象)、11・・第2位置検出器、12・・減算器(弾性変形量算出部)13・・診断部(トルク指令値分離部、予圧低下割合算出部、軸剛性算出部、収束判定部、診断部)。 6: First position detector, 7: Servo motor (motor), 8: Feed screw, 9: Table (driven object), 11: Second position detector, 12: Subtractor (elastic deformation amount calculation section), 13: Diagnosis section (torque command value separation section, preload reduction rate calculation section, shaft stiffness calculation section, convergence determination section, diagnosis section).
Claims (4)
前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する第1工程と、
前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離する第2工程と、
前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する第3工程と、
前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する第4工程と、
今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記第1工程から前記第4工程までを繰り返す第5工程と、
前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記回転成分トルクから前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する第6工程と
を実行することを特徴とする送りねじ装置における診断方法。 A feed screw device includes a motor, a feed screw that rotates in response to driving of the motor, a driven object that is screw-fed in response to rotation of the feed screw, and a guide that guides movement of the driven object, and also includes a first position detector that detects a rotational position of the motor as first position information and a second position detector that detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and the feed screw device controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information, comprising:
a first step of calculating an elastic deformation amount from the first position information and the second position information;
a second step of separating a torque command value related to control of a position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque using the elastic deformation amount and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device;
a third step of calculating a preload reduction rate of the feed screw by using the rotational component torque;
a fourth step of calculating a new axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate;
a fifth step of determining whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on the currently calculated axial stiffness of the feed screw device and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and repeating the first step to the fourth step until the axial stiffness of the feed screw device has converged;
and a sixth step of diagnosing the wear state of the guide from the linear component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged, and the wear state of the feed screw from the rotational component torque.
前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する弾性変形量算出部と、
前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離するトルク指令値分離部と、
前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する予圧低下割合算出部と、
前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する軸剛性算出部と、
今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記弾性変形量算出部、前記トルク指令値分離部、前記予圧低下割合算出部、及び前記軸剛性算出部における演算を繰り返し実行させる収束判定部と、
前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記回転成分トルクから前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する診断部と
を備えていることを特徴とする送りねじ装置における診断装置。 A diagnostic device for diagnosing wear conditions of the feed screw and the guide in a feed screw device comprising a motor, a feed screw that rotates in response to driving of the motor, a driven object that is screw-fed in response to rotation of the feed screw, and a guide that guides movement of the driven object, and further comprising a first position detector that detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector that detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, the feed screw device controlling a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information, the diagnostic device comprising:
an elastic deformation amount calculation unit that calculates an elastic deformation amount from the first position information and the second position information;
a torque command value separation unit that separates a torque command value related to control of a position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque by using the elastic deformation amount and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device;
a preload reduction rate calculation unit that calculates a preload reduction rate of the feed screw by using the rotational component torque;
a shank stiffness calculation unit that calculates a new shank stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate;
a convergence determination unit that determines whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on the axial stiffness of the feed screw device calculated currently and the axial stiffness of the feed screw device calculated previously, and repeatedly executes calculations in the elastic deformation amount calculation unit, the torque command value separation unit, the preload reduction rate calculation unit, and the axial stiffness calculation unit until the axial stiffness of the feed screw device has converged ;
and a diagnostic unit that diagnoses a wear state of the guide from the linear component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged, and a wear state of the feed screw from the rotational component torque.
前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する第1工程と、
前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離する第2工程と、
前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する第3工程と、
前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する第4工程と、
今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記第1工程から前記第4工程までを繰り返す第5工程と、
前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記予圧低下割合から前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する第6工程と
を実行することを特徴とする送りねじ装置における診断方法。 A feed screw device includes a motor, a feed screw that rotates in response to driving of the motor, a driven object that is screw-fed in response to rotation of the feed screw, and a guide that guides movement of the driven object, and also includes a first position detector that detects a rotational position of the motor as first position information and a second position detector that detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, and the feed screw device controls a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information, comprising:
a first step of calculating an elastic deformation amount from the first position information and the second position information;
a second step of separating a torque command value related to control of a position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque using the elastic deformation amount and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device;
a third step of calculating a preload reduction rate of the feed screw by using the rotational component torque;
a fourth step of calculating a new axial stiffness of the feed screw device using the preload reduction rate;
a fifth step of determining whether or not the axial stiffness of the feed screw device has converged based on the currently calculated axial stiffness of the feed screw device and the previously calculated axial stiffness of the feed screw device, and repeating the first step to the fourth step until the axial stiffness of the feed screw device has converged;
and a sixth step of diagnosing the wear state of the guide from the linear component torque when the axial stiffness of the feed screw device has converged, and the wear state of the feed screw from the preload reduction rate.
前記第1位置情報と前記第2位置情報とから弾性変形量を算出する弾性変形量算出部と、
前記弾性変形量と前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とを用いて、前記駆動対象の位置の制御に係るトルク指令値を直動成分トルクと回転成分トルクとに分離するトルク指令値分離部と、
前記回転成分トルクを用いて前記送りねじの予圧低下割合を算出する予圧低下割合算出部と、
前記予圧低下割合を用いて前記送りねじ装置の軸剛性を新たに算出する軸剛性算出部と、
今回算出した前記送りねじ装置の軸剛性と、前回算出した前記送りねじ装置の軸剛性とから前記送りねじ装置の軸剛性が収束しているか否かを判定するとともに、収束するまで前記弾性変形量算出部、前記トルク指令値分離部、前記予圧低下割合算出部、及び前記軸剛性算出部における演算を繰り返し実行させる収束判定部と、
前記送りねじ装置の軸剛性が収束した際の前記直動成分トルクから前記案内の摩耗状態を、前記予圧低下割合から前記送りねじの摩耗状態を夫々診断する診断部と
を備えていることを特徴とする送りねじ装置における診断装置。 A diagnostic device for diagnosing wear conditions of the feed screw and the guide in a feed screw device comprising a motor, a feed screw that rotates in response to driving of the motor, a driven object that is screw-fed in response to rotation of the feed screw, and a guide that guides movement of the driven object, and further comprising a first position detector that detects a rotational position of the motor as first position information, and a second position detector that detects a position of the driven object in a screw feed direction as second position information, the feed screw device controlling a position of the driven object based on an input position command value, the first position information, and the second position information, the diagnostic device comprising:
an elastic deformation amount calculation unit that calculates an elastic deformation amount from the first position information and the second position information;
a torque command value separation unit that separates a torque command value related to control of a position of the driven object into a linear component torque and a rotational component torque by using the elastic deformation amount and a previously calculated axial stiffness of the feed screw device;
a preload reduction rate calculation unit that calculates a preload reduction rate of the feed screw by using the rotational component torque;
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