(57)【要約】【課題】複数の変位センサによって検出される移動部材の変位に基づいて運動案内装置に掛かる搬送荷重を算出する場合に、搬送荷重の高精度での把握と、データ処理のために測定装置にかかる負担の増加およびデータ容量の増加の抑制とを両立する。【解決手段】軌道部材と、移動部材と、該移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサとを有する運動案内装置によってワークを移動可能に支持する搬送装置において、該運動案内装置に掛かる搬送荷重を測定する測定装置において、複数の変位センサの検出値を所定のサンプリング間隔で取得する取得部と、取得部により取得された変位センサの検出値に基づいて搬送荷重を算出する算出部と、軌道部材に対する移動部材の相対速度が大きい場合は小さい場合と比べて所定のサンプリング間隔が短くなるように該所定のサンプリング間隔を設定する設定部と、を備える。【選択図】図１６
2018119840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って延在する軌道部材と、転動溝内を転動可能に配置された複数の転動体を介して該軌道部材に対向するように配置され且つ該軌道部材の該長手方向に沿って相対的に移動可能な移動部材と、該移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサとを有する運動案内装置によってワークを移動可能に支持する搬送装置において、該移動部材に掛かる搬送荷重を測定する測定装置であって、
前記複数の変位センサの検出値を所定のサンプリング間隔で取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記複数の変位センサの検出値に基づいて前記搬送荷重を算出する算出部と、
前記軌道部材に対する前記移動部材の相対速度に応じて、前記所定のサンプリング間隔を設定する設定部と、
を備え、
前記設定部は、前記相対速度が大きい場合は小さい場合と比べて前記所定のサンプリング間隔が短くなるように、前記所定のサンプリング間隔を設定する、
測定装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記相対速度が所定の閾速度より小さい場合は、前記所定のサンプリング間隔を、該設定部による調整範囲の中で最大値となる最大サンプリング間隔に設定する、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記設定部は、前記移動部材が前記軌道部材に対して相対移動する際のウェービングに伴い繰り返し荷重の発生頻度に同期するように前記所定のサンプリング間隔を設定する、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記ワークが、前記移動部材が前記軌道部材に対して移動する際のウェービングに伴い発生する繰り返し荷重の発生頻度より高頻度の振動状態である所定の加振状態におかれているとき、前記設定部は、前記相対速度に応じた前記所定のサンプリング間隔の設定を行わずに、該所定のサンプリング間隔を、該移動部材が該軌道部材に対して移動し且つ該ワークが該所定の加振状態におかれていない場合の前記取得部によるサンプリング間隔よりも短い間隔に設定する、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記搬送荷重に基づいて算出される、前記移動部材が前記軌道部材に対して相対移動しているときの該移動部材に掛かる移動時応力と、該移動時応力の繰り返し数とに基づいて、前記運動案内装置の寿命到達率を算出する寿命到達率算出部を、更に備える、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道部材と移動部材を有する運動案内装置によってワークを移動可能に支持する搬送装置において、該移動部材に掛かる搬送荷重を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットや工作機械、半導体・液晶製造装置等の各種装置類には、可動部の進路を案内するための運動案内装置が用いられる。例えば、可動部が直進駆動される場合には、その可動部を直進可能に支持する運動案内装置である所謂リニアガイドが使用される。このような運動案内装置に用いる各部品の選定に際しては、通常、安全係数を乗じた荷重に対して余裕のある定格荷重を持つものが選定される。さらに、近年では、運動案内装置に歪ゲージを取り付けることで、移動部材に掛かる搬送荷重の方向や大きさ等の力情報を検出する技術も開発されている（例えば、特許文献１参照）。このようにして移動部材に掛かる搬送荷重の方向や大きさ等の力情報を検出することで、該運動案内装置の寿命の推定等を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、ロボットや工作機械、半導体・液晶製造装置等の各種装置類において可動部が直進駆動される場合には、その可動部を直進可能に支持する運動案内装置が用いられる。このような運動案内装置としては、長手方向に沿って延在する軌道部材と、転動溝内を転動可能に配置された転動体を介して該軌道部材に対向するように配置され且つ該軌道部材の該長手方向に沿って相対的に移動可能な移動部材とを有する構成のものが知られている。このような構成の運動案内装置では、移動部材が転動体に支持された状態で軌道部材に対して移動することでワークが搬送されることになる。また、このような構成の運動案内装置においては、ワークを搬送すべく軌道部材に対して移動部材が移動する際に、該移動部材が変位することに伴って、該変動部材に繰り返し搬送荷重が掛かることになる。なお、本明細書における移動部材の変位とは、軌道部材が形成する軌道に対する移動部材の変位のことである。
【０００５】
変動部材に搬送荷重が掛かることにより、該運動案内装置においてせん断応力が発生すると、該運動案内装置の寿命に影響を与えることになる。そのため、上記のように移動部材の移動中において該変動部材に繰り返し掛かる搬送荷重を把握することは、運動案内装置の寿命を正確に推定する上でも重要である。そこで、運動案内装置において、所定数の変位方向における移動部材の変位を検出する複数の変位センサを設ける場合がある。この場合、複数の変位センサの検出値に基づいて変動部材に掛かる搬送荷重を算出することができる。
【０００６】
ここで、変動部材の移動中、該変動部材には搬送荷重が繰り返し掛かることから、変位センサにより検出される該移動部材の変位の取得および取得された変位センサの検出値に基づく搬送荷重の算出は該運動案内装置の稼働中継続的に行う必要がある。一方で、変動部材に繰り返し掛かる搬送荷重を高精度で把握しようとすると、複数の変位センサの検出値を取得するためのサンプリング間隔を出来るだけ短くすることが必要となる。しかしながら、複数の変位センサの検出値を継続的に取得する際には、そのサンプリング間隔を短
くするほど、取得されるデータ（変位センサの検出値）が必然的に多くなる。その結果として、取得されるデータが膨大な量となると、そのデータ処理（該データに基づく搬送荷重算出のための演算処理）を行うために測定装置にかかる負担が過剰に大きくなる虞がある。また、変位センサの検出値に基づいて算出された搬送荷重、または、該搬送荷重に基づいて算出されるせん断応力等の運動案内装置の寿命に関連するパラメータをデータとして記憶する場合に、そのデータ容量が過剰に大きくなるという虞もある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、軌道部材に対して転動体を介して移動部材が相対移動する運動案内装置において、複数の変位センサによって検出される移動部材の変位に基づいて該変動部材に掛かる搬送荷重を算出する場合に、搬送荷重の高精度での把握と、データ処理のために測定装置にかかる負担の増加およびデータ容量の増加の抑制とを両立することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、上記課題を解決するために、移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサを有する運動案内装置において、該変動部材に掛かる搬送荷重を算出するために該複数の変位センサの検出値を取得する際のサンプリング間隔を、軌道部材に対する該移動部材の相対速度に応じて設定する構成を採用した。
【０００９】
詳細には、本発明に係る測定装置は、長手方向に沿って延在する軌道部材と、転動溝内を転動可能に配置された複数の転動体を介して該軌道部材に対向するように配置され且つ該軌道部材の該長手方向に沿って相対的に移動可能な移動部材と、該移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサとを有する運動案内装置によってワークを移動可能に支持する搬送装置において、該変動部材に掛かる搬送荷重を測定する測定装置である。そして、当該測定装置は、前記複数の変位センサの検出値を所定のサンプリング間隔で取得する取得部と、前記取得部により取得された前記複数の変位センサの検出値に基づいて前記搬送荷重を算出する算出部と、前記軌道部材に対する前記移動部材の相対速度に応じて、前記所定のサンプリング間隔を設定する設定部と、を備え、前記設定部は、前記相対速度が大きい場合は小さい場合と比べて前記所定のサンプリング間隔が短くなるように前記所定のサンプリング間隔を設定する。
【００１０】
本発明に係る測定装置は、運動案内装置の移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサの検出値に基づいて変動部材に掛かる搬送荷重を算出する装置である。ここで、複数の変位センサは、移動部材が軌道部材に対して相対移動を行う際に、該移動部材に繰り返し掛かる搬送荷重を算出可能となるように定められた所定数の変位方向において、該移動部材が該軌道部材に対してどの程度変位したかを検出する。そのため、変位センサが検出可能な変位方向には、軌道部材に対する移動部材の移動方向そのものは含まれない。
【００１１】
運動案内装置において軌道部材に対して移動部材が移動している際の該移動部材の変位は振動によって発生する。そして、このときの移動部材の変位の振動成分において最も周波数が高くなる成分はウェービングに伴う振動成分である。なお、ウェービングとは、軌道部材に対して移動部材が移動している際の、転動体の転動面に対する周期的な相対位置のずれに起因する該移動部材の姿勢変化や振動（脈動）のことである。そのため移動部材の移動中に該移動部材に繰り返し掛かる搬送荷重を変位センサの検出値に基づいて算出しようとした場合、ウェービングに伴って生じる移動部材の変位の変化（振動）を適切に取得できさえすれば、搬送荷重を高精度で把握することができる。
【００１２】
ここで、上述したように、ウェービングは、軌道部材に対して移動部材が移動している
際の、転動体の転動面に対する周期的な相対位置のずれによるものである。したがって、ウェービングに伴う振動成分の周波数の大きさは、軌道部材に対する移動部材の相対速度と相関がある。つまり、軌道部材に対する移動部材の相対速度が大きいほど、ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きくなる。そして、ウェービングに伴って生じる移動部材の変位の変化を適切に取得しようとした場合、該ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きいときは該周波数が小さいときに比べて、変位センサの検出値のサンプリング間隔を短くする必要がある。その一方で、ウェービングに伴う振動成分の周波数が小さいときは、該周波数が大きいときに比べて変位センサの検出値のサンプリング間隔を長くしたとしても、ウェービングに伴って生じる移動部材の変位の変化を適切に取得することができる。
【００１３】
そこで、本発明では、設定部が、軌道部材に対する移動部材の相対速度が大きい場合は小さい場合と比べて、複数の変位センサの検出値を取得する所定のサンプリング間隔が短くなるように、該所定のサンプリング間隔を設定する。これによれば、ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きいときは該周波数が小さいときに比べて、変位センサの検出値のサンプリング間隔が短くなる。換言すれば、ウェービングに伴う振動成分の周波数が小さいときは該周波数が大きいときに比べて、変位センサの検出値のサンプリング間隔が長くなる。そのため、ウェービングに伴って生じる移動部材の変位の変化を適切に取得することができるとともに、変位センサの検出値のサンプリング間隔が必要以上に短くなることを抑制することもできる。その結果、継続的な搬送荷重の算出に用いるべき変位センサの検出値を取得しつつ、取得されるデータ（変位センサの検出値）の増加を可及的に抑制することができる。したがって、搬送荷重の高精度での把握と、データ処理のために測定装置にかかる負担の増加およびデータ容量の増加の抑制とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、軌道部材に対して転動体を介して移動部材が相対移動する運動案内装置において、複数の変位センサによって検出される移動部材の変位に基づいて該移動部材に掛かる搬送荷重を算出する場合に、搬送荷重の高精度での把握と、データ処理のために測定装置にかかる負担の増加およびデータ容量の増加の抑制とを両立することができる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の運動案内装置を含む工作機械の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の運動案内装置の概略構成を示す図である。
【図３】運動案内装置に含まれる、レール及びキャリッジの外観斜視図である。
【図４】レール及びキャリッジの内部構造の概要を示した図である。
【図５】（ａ）はレールの長手方向から見た運動案内装置の正面図であり、（ｂ）はＢ部拡大図である。
【図６】情報処理装置によって実現される機能部をイメージ化した図である。
【図７】移動部材に掛かる搬送荷重とせん断応力及びその発生回数とを算出するための算出処理のフローを示した図である。
【図８】キャリッジに外力が働くときの、センサの出力の変化を示す図である。
【図９】キャリッジ内の玉が接触している部分を示した図である。
【図１０】変位５成分が生じる前の内部荷重の状態を示す図である。
【図１１】変位５成分が生じた後の内部荷重の状態を示す図である。
【図１２】転動面を区分けする仮想の区間の一例を示した図である。
【図１３】キャリッジが移動している時に転動面で繰り返し発生する最大せん断応力のカウント値の一例を示した図である。
【図１４】キャリッジがレールを移動する際の玉の動きを示した図である。
【図１５】リニアエンコーダによって検出されるキャリッジの位置を横軸とし、センサによって検出される変位を縦軸としたグラフである。
【図１６】実施例１に係る、変位センサの検出値を取得する際の所定のサンプリング間隔を設定するための設定処理のフローを示した図である。
【図１７】レールに対するキャリッジの相対速度とサンプリング間隔との相関関係を示した図である。
【図１８】材料のＳ−Ｎ曲線の一例を示した図である。
【図１９】実施例２に係る、変位センサの検出値を取得する際の所定のサンプリング間隔を設定するための設定処理のフローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に係る運動案内装置を含む工作機械の概略構成を示す図である。工作機械２０は、ワーク４０の旋削、研削、スライス加工等を行うための加工工具３１と、ワーク４０を載置するテーブル８と、テーブル８を送るためのアクチュエータ１７と、加工工具３１によるワーク４０の加工速度（例えば、スピンドルの回転速度等）やアクチュエータ１７によるテーブル８の送り速度等を制御するためのＮＣ装置３０と、を備えている。
【００１８】
また、上記した工作機械２０には、テーブル８を移動自在に支持するための運動案内装置１が用いられる。ここで、運動案内装置１の構造、及び運動案内装置１に搭載されている変位センサの検出値に基づく情報等の流れについて、図２〜図５に基づいて説明する。運動案内装置１において、符号２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄが変位センサを表し、符号４がリニアエンコーダを表し、更に符号１０が情報処理装置を表している。
【００１９】
まず、運動案内装置１の構成を図１及び図２に基づいて説明する。運動案内装置１は、レール１１（本願でいう「軌道部材」の一例である）と、レール１１の長手方向沿いに相対移動可能に組み付けられるキャリッジ１２（本願でいう「移動部材」の一例である）と、リニアエンコーダ４や変位センサ２ａ〜２ｂ、３ａ〜３ｂの信号を処理するための情報処理装置１０と、を備える。本実施例では、レール１１が工作機械２０のベース７に取り付けられ、キャリッジ１２に工作機械２０のテーブル８が取り付けられる。テーブル８を含む可動部の運動方向は、運動案内装置１によって案内される。なお、運動案内装置１を上下反転し、キャリッジ１２をベース７に取付け、レール１１をテーブル８に取り付けることもできる。また、運動案内装置１は、レール１１の長手方向が水平でなく、水平面に対して傾斜し或いは直交する状態で用いられてもよい。
【００２０】
図３は、運動案内装置１におけるレール１１及びキャリッジ１２の外観斜視図を示す。説明の便宜上、レール１１を水平面に配置し、レール１１の長手方向から見たときの方向、すなわち図３に示すｘ軸を前後方向、ｙ軸を上下方向、ｚ軸を左右方向として運動案内装置１の構成を説明する。もちろん、運動案内装置１の配置は、このような配置に限られることはない。
【００２１】
レール１１の左右の両側それぞれには、上下二条の転動面１１ａが設けられる。転動面１１ａの断面は円弧状である。レール１１の上面には、レール１１をベース７に締結するための締結部材が通される通し孔１１ｂが長手方向沿いに適当なピッチで設けられる。
【００２２】
キャリッジ１２は、レール１１の上面に対向する水平部１２−１と、レール１１の側面に対向する一対の袖部１２−２と、を有し、断面コの字状である。キャリッジ１２は、移
動方向の中央のキャリッジ本体１３と、キャリッジ本体１３の移動方向の両端に配置される一対の蓋部材１４ａ、１４ｂと、一対の蓋部材１４ａ、１４ｂの移動方向の両端に配置される一対のセンサ取付け部材１５ａ、１５ｂ（図２参照）と、を備える。蓋部材１４ａ、１４ｂは、レール１１の上面に対向する水平部１４−１と、レール１１の側面に対向する一対の袖部１４−２と、を有し、断面コの字状である。センサ取付け部材１５ａ、１５ｂも、レール１１の上面に対向する水平部１５−１と、レール１１の側面に対向する一対の袖部１５−２と、を有し、断面コの字状である（図５（ａ）参照）。蓋部材１４ａ、１４ｂは、ボルト等の締結部材によってキャリッジ本体１３に締結される。センサ取付け部材１５ａ、１５ｂは、ボルト等の締結部材によってキャリッジ本体１３及び蓋部材１４ａ、１４ｂに締結される。なお、図３、図４では、センサ取付け部材１５ａ、１５ｂが省略されている。
【００２３】
図４は、運動案内装置１におけるレール１１及びキャリッジ１２の内部構造の概要を示した図である。図４に示すように、キャリッジ本体１３には、レール１１の四条の転動面１１ａに対向する四条の転動面１３ａが設けられる。キャリッジ本体１３には、各転動面１３ａと平行に戻し路１３ｂが設けられる。蓋部材１４ａ、１４ｂには、各転動面１３ａと各戻し路１３ｂとを繋げるＵ字状の方向転換路１４ｃが設けられる。方向転換路１４ｃの内周側は、キャリッジ本体１３と一体の断面半円状の内周部１３ｃによって構成される。レール１１の転動面１１ａとキャリッジ本体１３の転動面１３ａとの間の負荷転走路、一対の方向転換路１４ｃ、戻し路１３ｂによってトラック状の循環路が構成される。循環路には、複数の玉１６（本願でいう「転動体」の一例である）が収容される。レール１１に対してキャリッジ１２が相対的に移動すると、これらの間に介在する玉１６が負荷転走路を転がる。負荷転走路の一端まで転がった玉１６は、一方の方向転換路１４ｃに導入され、戻し路１３ｂ、他方の方向転換路１４ｃを経由して、負荷転走路の他端に戻る。
【００２４】
＜センサの構成＞
ここで、運動案内装置１に組み込まれる変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの構成について述べる。本実施例における変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄは、例えば静電容量式の変位計であり、レール１１に対するキャリッジ１２の変位を非接触で検出する（図５（ｂ）の拡大図参照）。そして、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄは、それぞれの検出結果を情報処理装置１０へ出力する。図２に示すように、キャリッジ１２の移動方向の両端部には、一対のセンサ取付け部材１５ａ、１５ｂが取り付けられる。一方のセンサ取付け部材１５ａには、４つの変位センサ２ａ〜２ｄが取り付けられる。４つの変位センサ２ａ〜２ｄは、レール１１の長手方向において同一の位置に配置される。他方のセンサ取付け部材１５ｂにも、４つの変位センサ３ａ〜３ｄが取り付けられる。４つの変位センサ３ａ〜３ｄは、レール１１の長手方向において同一の位置に配置される。レール１１の長手方向における変位センサ２ａ〜２ｄと変位センサ３ａ〜３ｄとの間の距離はＬ１である（図２を参照）。なお、各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄをキャリッジ１２の移動方向沿いに互いにずらして配置することも可能である。
【００２５】
図５（ａ）は、レール１１の長手方向から見たセンサ取付け部材１５ａを示す。上記のように、センサ取付け部材１５ａは、レール１１の上面１１ｃに対向する水平部１５−１と、レール１１の左右側面に対向する一対の袖部１５−２と、を有する。水平部１５−１には、ラジアル方向の変位を検出する２つの変位センサ２ａ、２ｂが配置される。変位センサ２ａ、２ｂは、レール１１の上面１１ｃに隙間をあけて向かい合っており、レール１１の上面１１ｃまでの隙間を検出する。２つの変位センサ２ａ、２ｂ間の左右方向における距離はＬ２である。
【００２６】
一対の袖部１５−２には、水平方向の変位を検出する２つの変位センサ２ｃ、２ｄが配置される。変位センサ２ｃ、２ｄは、レール１１の側面１１ｄに隙間をあけて向かい合っ
ており、側面１１ｄまでの隙間を検出する。
【００２７】
レール１１を水平面に配置したと仮定した状態において、変位センサ２ａ、２ｂ及び変位センサ２ｃ、２ｄは、キャリッジ１２の上面（取付け面）よりも下方に配置される。キャリッジ１２の上面（取付け面）の上にテーブル８を取り付けるためである。変位センサ２ａ〜２ｄのケーブル２ａ１〜２ｄ１は、センサ取付け部材１５ａの袖部１５−２から左右方向に引き出される。なお、ケーブル２ａ１〜２ｄ１をセンサ取付け部材１５ａの前面から前方に（紙面に垂直方向に）引き出すこともできる。また、センサ取付け部材１５ａの上面の高さをキャリッジ１２の上面（取付け面）よりも低くし、センサ取付け部材１５ａの上面とテーブル８との隙間をケーブル２ａ１、２ｂ１を引き出す隙間として利用することもできる。
【００２８】
図２に示すセンサ取付け部材１５ｂも、センサ取付け部材１５ａと同様に、水平部１５−１と一対の袖部１５−２とを有し、変位センサ３ａ〜３ｄが変位センサ２ａ〜２ｄにそれぞれ対応する位置に配置される。
【００２９】
＜リニアエンコーダの構成＞
リニアエンコーダ４は、キャリッジ１２のｘ軸方向の位置を検出して、その検出結果を情報処理装置１０へ出力する。このリニアエンコーダ４は、例えば、工作機械２０のベース７又はレール１１に取り付けられるスケールと、工作機械２０のテーブル８又はキャリッジ１２に取り付けられ、スケールを読み取るヘッドと、を備える。なお、レール１１上のキャリッジ１２の位置を検出する位置検出手段は、リニアエンコーダに限定されるものではない。例えば、工作機械２０のテーブル８がボールねじ駆動の場合、位置検出手段として、ボールねじを駆動するモータの角度を検出するロータリーエンコーダを用いることもできる。
【００３０】
＜情報処理装置の機能構成＞
運動案内装置１における情報処理装置１０は、変位センサ２ａの検出値等のデータを用いた演算等のデータ処理行うためのデータ処理装置やデータを一時的に記憶するメモリ等を有しており、所定の制御プログラムが実行されることで様々な機能を発揮する。図６は、情報処理装置１０により実現される各機能部をイメージ化したブロック図である。情報処理装置１０は、その主な機能部として、サンプリング設定部１０１、検出情報取得部１０２、指令情報取得部１０３、算出部１０４、及び記憶部１０５を備えている。
【００３１】
サンプリング設定部１０１は、運動案内装置１の稼働中において、キャリッジ１２の変位情報及びキャリッジ１２の位置情報を検出情報取得部１０２が取得するための変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値及びリニアエンコーダ４の検出値のサンプリング間隔を設定する機能部である。このサンプリング設定部１０１におけるサンプリング間隔の設定方法の詳細については後述する。
【００３２】
また、検出情報取得部１０２は、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値であるキャリッジ１２の変位情報、及び、リニアエンコーダ４の検出値であるキャリッジ１２の位置情報を、サンプリング設定部１０１によって設定される所定のサンプリング間隔で取得する機能部である。なお、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄは、レール１１に対するキャリッジ１２の変位量を検出する。レール１１に対するキャリッジ１２の変位量は、キャリッジ１２に荷重が加わっていない無負荷状態における変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値からの差分である。そこで、検出情報取得部１０２は、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄによって検出された変位情報の値から、予め記憶された無負荷状態における変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を差し引いた値を、レール１１に対するキャリッジ１２の変位量として取得する。
【００３３】
また、指令情報取得部１０３は、ＮＣ装置３０から加工工具３１やアクチュエータ１７に対して出力される指令情報を取得する機能部である。ここでの指令情報とは、例えば、加工工具３１に対して出力されるワーク４０の加工実行指令に関する情報や、アクチュエータ１７に対して出力されるテーブル８の送り速度に関する情報等のことである。
【００３４】
また、算出部１０４は、キャリッジ１２の移動中においてキャリッジ１２に繰り返し掛かる搬送荷重を算出する機能部である。算出部１０４においては、検出情報取得部１０２によって取得されたレール１１に対するキャリッジ１２の変位量に基づいて搬送荷重が算出される。また、算出部１０４は、キャリッジ１２の移動中に搬送荷重が掛かることに起因して繰り返し発生するせん断応力、及び該せん断応力の発生回数を算出する機能も有する。このとき、せん断応力は搬送荷重をパラメータとして算出される。さらに、算出部１０４は、当該せん断応力及びその発生回数をパラメータとして、運動案内装置１の寿命到達率を算出する機能も有する。なお、寿命到達率とは、運動案内装置１が最大使用可能期間のうちどの程度既に使用されているかを表す比率であり、例えば、寿命到達率が１００％となると最大使用可能な期間の全てを使い切り、運動案内装置１のそれ以上の使用ができない状態にあることを意味する。算出部１０４における各パラメータの算出方法の詳細は後述する。なお、必ずしも、ここに挙げた全てのパラメータの算出を情報処理装置１０における算出部１０４によって行う必要はない。例えば、工作機械２０とは別体として設置されたサーバに対してせん断応力及びその発生回数に関するデータを情報処理装置１０から出力し、該サーバ側においてこれらのデータに基づいて寿命到達率を算出するようにしてもよい。
【００３５】
また、記憶部１０５は、算出部１０４によって算出される、運動案内装置１においてキャリッジ１２の移動中に繰り返し発生するせん断応力、及び該せん断応力の発生回数を記憶する機能を有する。また、この記憶部１０５に記憶されたせん断応力及び該せん断応力の発生回数に基づいて、算出部１０４が運動案内装置１の寿命到達率を算出する。
【００３６】
＜算出部１０４の詳細＞
ここで、算出部１０４における、キャリッジ１２に掛かる搬送荷重と、該搬送荷重が掛かることで生じるせん断応力及びその発生回数とを算出する際の処理内容の詳細について、図７〜図１１に基づいて説明する。図７は、算出部１０４によって実行される、搬送荷重とせん断応力及びその発生回数とを算出するための算出処理のフローを示すフローチャートである。なお、図７に示す算出処理は、キャリッジ１２の移動中において、後述する設定方法によりサンプリング設定部１０１が設定した所定のサンプリング間隔で繰り返し実行される。
【００３７】
本算出処理では、先ず、検出情報取得部１０２によって、各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄからキャリッジ１２の変位量が取得される（Ｓ１０１）。次に、Ｓ１０１で取得したキャリッジ１２の変位量のデータを基に、キャリッジ１２に作用する搬送荷重が算出される（Ｓ１０２）。次に、Ｓ１０２で算出された搬送荷重を基に、キャリッジ本体１３の転動面１３ａの各部に発生するせん断応力が算出される（Ｓ１０３）。
【００３８】
ここで、運動案内装置１の寿命を示す現象の一例として、転動面１３ａに発生するうろこ状の剥離（以下、「フレーキング」という）が挙げられる。フレーキングは、転動面１３ａよりやや深い位置に、玉１６の荷重を受ける転動面１３ａからのせん断応力が繰り返し加わり、転動面１３ａを形成する材料が疲労することにより発生する。そして、キャリッジ１２の移動の際にウェービングに伴い繰り返し掛かる搬送荷重が、転動面１３ａよりやや深い位置にせん断応力を繰り返し発生させる主たる原因であると考えられる。そのため、Ｓ１０３では、搬送荷重に基づいてせん断応力が算出される。そして、Ｓ１０３で算
出されたせん断応力（せん断応力の大きさ）が記憶部１０５に記憶されるとともに、転動面１３ａの部位毎に該せん断応力の発生回数をカウントするカウンタに対してカウント値の加算処理が行われる（Ｓ１０４）。
【００３９】
次に、上述した算出処理の各ステップでの処理内容の詳細について説明する。
【００４０】
＜Ｓ１０１＞
Ｓ１０１では、キャリッジ１２の移動中において、検出情報取得部１０２によって、各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄからキャリッジ１２の変位量が取得される。各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの計測値はセンサから転動面までの距離であるため、検出情報取得部１０２は、キャリッジ１２に荷重が加わっていない無負荷時のセンサから転動面までの距離を基準とし、この距離からの差分をキャリッジ１２の変位量として取得する。
【００４１】
＜Ｓ１０２＞
次に、Ｓ１０２では、キャリッジ１２の変位に基づいて該キャリッジ１２に掛かる搬送荷重が算出される。算出部１０４は、搬送荷重を算出するにあたって、まず、各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄから取得したキャリッジ１２の変位量に基づいて、キャリッジ１２の変位５成分を算出する。次に、算出部１０４は、変位５成分に基づいて、複数の玉１６それぞれに働く荷重及び接触角を算出する。次に、算出部１０４は、各玉１６の荷重及び接触角に基づいて、キャリッジ１２に働く荷重（外力５成分）を算出する。上記の３工程を詳細に以下に説明する。
【００４２】
＜工程１：キャリッジの変位５成分の算出＞
図３に示すように、運動案内装置１にｘ−ｙ−ｚ座標軸を設定すると、ｘ−ｙ−ｚ座標軸の座標原点に働く荷重は、ラジアル荷重のＦｙと、水平荷重のＦｚである。キャリッジ１２をレール１１に押し付ける方向で、図３のｙ軸の正方向ヘ働く荷重がラジアル荷重である。キャリッジ１２をレール１１に対し横へずらす方向で、図３のｚ軸正負方向へ働く荷重が水平荷重である。
【００４３】
また、ｘ−ｙ−ｚ座標軸まわりのモーメントは、ピッチングモーメントの合計であるＭａと、ヨーイングモーメントの合計であるＭｂと、ローリングモーメントの合計であるＭｃである。キャリッジ１２には、外力として、ラジアル荷重Ｆｙ、ピッチングモーメントＭａ、ローリングモーメントＭｃ、水平荷重Ｆｚ、ヨーイングモーメントＭｂが働く。キャリッジ１２にこれらの外力５成分が作用すると、キャリッジ１２にはそれぞれに対応する変位５成分、すなわちラジアル変位α１（ｍｍ）、ピッチング角α２（ｒａｄ）、ローリング角α３（ｒａｄ）、水平変位α４（ｍｍ）、ヨーイング角α５（ｒａｄ）が生ずる。
【００４４】
図８は、キャリッジ１２に外力が働くときの、変位センサ２ａ〜２ｄの出力の変化を示す。図８において斜線のハッチング付きの矢印は、出力が変化するセンサであり、図８において白抜きの矢印は、出力が変化しないセンサである。キャリッジ１２にラジアル荷重Ｆｙが働くとき、キャリッジ１２とレール１１との間の上下方向の隙間がラジアル荷重Ｆｙの大きさに応じて変化する。変位センサ２ａ、２ｂは、この上下方向の隙間の変化（変位）を検出する。なお、センサ取付け部材１５ｂ（図２参照）に取り付けられる変位センサ３ａ、３ｂも、この上下方向の変位を検出する。
【００４５】
キャリッジ１２にラジアル荷重Ｆｙが働くとき、キャリッジ１２のラジアル変位α１は、変位センサ２ａ、２ｂが検出した変位をＡ１、Ａ２、変位センサ３ａ、３ｂが検出した変位をＡ３、Ａ４とすると、例えば以下の式で与えられる。
（数１）
α１＝（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）／４
【００４６】
キャリッジ１２に水平荷重Ｆｚが働くとき、キャリッジ１２がレール１１に対し横へずれ、キャリッジ１２の一方の袖部１２−２とレール１１との間の水平方向の隙間が小さくなり、キャリッジ１２の他方の袖部１２−２とレール１１との間の水平方向の隙間が大きくなる。変位センサ２ｃ、２ｄは、この水平方向の隙間の変化（変位）を検出する。なお、センサ取付け部材１５ｂ（図２参照）に取り付けられる変位センサ３ｃ、３ｄも、この水平方向の変位を検出する。キャリッジ１２の水平変位α４は、変位センサ２ｃ、２ｄが検出した変位をＢ１、Ｂ２、変位センサ３ｃ、３ｄが検出した変位をＢ３、Ｂ４とすると、例えば以下の式で与えられる。
（数２）
α４＝（Ｂ１−Ｂ２＋Ｂ３−Ｂ４）／４
【００４７】
キャリッジ１２にピッチングモーメントＭａが働くとき、変位センサ２ａ、２ｂとレール１１の間の隙間が大きくなり、変位センサ３ａ、３ｂとレール１１との間の隙間が小さくなる。ピッチング角α２が十分に小さいとすると、ピッチング角α２（ｒａｄ）は、例えば以下の式で与えられる。
（数３）
α２＝（（Ａ３＋Ａ４）／２−（Ａ１＋Ａ２）／２）／Ｌ１
【００４８】
キャリッジ１２にローリングモーメントＭｃが働くとき、変位センサ２ａ、３ａとレール１１との間の隙間が小さくなり、変位センサ２ｂ、３ｂとレール１１との間の隙間が大きくなる。ローリング角α３が十分に小さいとすると、ローリング角α３（ｒａｄ）は、例えば以下の式で与えられる。
（数４）
α３＝（（Ａ１＋Ａ３）／２−（Ａ２＋Ａ４）／２）／Ｌ２
【００４９】
キャリッジ１２にヨーイングモーメントＭｂが働くとき、変位センサ２ｃ、３ｄとレール１１の間の隙間が小さくなり、変位センサ２ｄ、３ｃとレール１１との間の隙間が大きくなる。ヨーイング角α５が十分に小さいとすると、ヨーイング角α５（ｒａｄ）は、例えば以下の式で与えられる。
（数５）
α５＝（（Ａ１＋Ａ４）／２−（Ａ２＋Ａ３）／２）／Ｌ２
【００５０】
以上により、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄが検出する変位に基づいて、キャリッジ１２の変位５成分を算出できる。
【００５１】
＜工程２：各玉に働く荷重及び接触角の算出＞
キャリッジ１２内の玉１６が接触している部分をｘ軸方向に断面にした状態を図９に示す。図９により、各玉ピッチは、１より少し大きい値をとるκを用いてκＤａとし、各玉のｘ座標が決定され、それをＸｉとする。キャリッジ１２内の玉１６が転動する部分の長さを２Ｕｘとする。２Ｕｘ内に並ぶ玉数を有効玉数といいＩとする。キャリッジ１２の両端部分には、半径Ｒで深さがλεとなるようなクラウニング加工と呼ばれるＲ形状の大きな曲面加工が施されている。
【００５２】
キャリッジ１２に外力５成分、すなわちラジアル荷重Ｆｙ、ピッチングモーメントＭａ、ローリングモーメントＭｃ、水平荷重Ｆｚ、及びヨーイングモーメントＭｂが働いたときに、キャリッジ１２に変位５成分、すなわちラジアル変位α１、ピッチング角α２、ローリング角α３、水平変位α４、ヨーイング角α５が生ずるとして理論式をたてる。
【００５３】
キャリッジ１２の玉番号ｉにおけるキャリッジ１２内断面の、変位５成分が生じる前の内部荷重の状態を図１０に、変位５成分が生じた後の内部荷重の状態を図１１にそれぞれ示す。ここでは、キャリッジ１２の玉列番号をｊ、玉列内の玉番号をｉとする。玉径はＤａ、レール１１側、キャリッジ１２側ともに転動面と玉１６との適合度をｆ、すなわち転動面曲率半径はｆＤａとする。また、レール側転動面曲率中心位置をＡｒ、キャリッジ側転動面曲率中心位置をＡｃとし、それらを結んだ線とｚ軸とのなす角である接触角の初期状態をγとする。さらに、レール１１の上側にある２つの転動面を各々転がる玉１６同士の玉中心間距離を２Ｕｚ１２、レール１１の下側にある２つの転動面を各々転がる玉１６同士の玉中心間距離を２Ｕｚ３４、レール１１の上側の転動面および下側の転動面を各々転がる玉１６同士の玉中心間距離を２Ｕｙとする。
【００５４】
玉１６には予圧が作用している。まず、予圧の原理について説明する。レール１１、キャリッジ１２の対向する転動面間に挟まれた部分の寸法は、レール１１、キャリッジ１２の設計時の寸法及び転動面の幾何形状によって決まる。そこに入るべき玉径が設計時の玉径であるが、そこに設計時の玉径よりも僅かに大きな寸法Ｄａ＋λの玉１６を組み込むと、玉１６と転動面の接触部はＨｅｒｔｚの接触論により、弾性変形をし、接触面を形成し、接触応力を発生させる。そうして発生した荷重が内部荷重であり、予圧荷重である。
【００５５】
図１０では、その荷重をＰ０で表しており、接触部の弾性変形によるレール１１、キャリッジ１２間の相互接近量をδ０で表している。実際は玉位置が図１０の一点鎖線で描いた、レール１１、キャリッジ１２の転動面間の中心位置に存在するが、両転動面の玉１６との適合度ｆは等しいので、玉１６の２箇所の接触部に発生するＨｅｒｔｚの接触論に基づく諸特性値が同じである。このため、玉１６をレール側転動面位置にずらして描くことにより、レール１１、キャリッジ１２の転動面間の相互接近量δ０をわかりやすくしている。
【００５６】
通常、予圧荷重は、キャリッジ１個あたり上側の２列分（又は下側２列分）のラジアル方向荷重として定義しているので、予圧荷重Ｐｐｒｅは次式で表される。
（数６）
2018119840.tif 000003
【００５７】
次に、この状態から運動案内装置１に外力５成分が作用して、変位５成分が生じた状態を説明する。図１１に示すように、座標原点とした運動案内装置１の中心が変位５成分であるラジアル変位α１、ピッチング角α２、ローリング角α３、水平変位α４、ヨーイング角α５によってｉ番目の玉位置でのレール１１とキャリッジ１２の相対変位が起きている。
【００５８】
このとき、レール側転動面曲率中心は動かないが、キャリッジ１２が移動するので、キャリッジ側転動面曲率中心は各玉位置で幾何学的に移動する。その様子はキャリッジ側転動面曲率中心であるＡｃがＡｃ′ヘ移動するものとして表している。このＡｃがＡｃ′ヘ移動した量をｙ方向とｚ方向に分けて考え、ｙ方向に移動した量をδｙとし、ｚ方向へ移動した量をδｚとすると、以降添え字はｉ番目の玉、ｊ番目の玉列を表すものとして、
（数７）
δｙｉｊ＝α１＋α２ｘｉ＋α３ｚｃｉｊ
δｚｉｊ＝α４＋α５ｘｉ−α３ｙｃｉｊ
と表すことができる。ここで、ｚｃ、ｙｃは、点Ａｃの座標である。
【００５９】
次に、レール１１側とキャリッジ１２側の転動面曲率中心を結んだ線が、玉荷重の法線方向である接触角となるので、初期接触角であったγｊはβｉｊへと変化し、さらに、この両転動面曲率中心間距離は、当初のＡｒ、Ａｃ間の距離からＡｒ、Ａｃ´間の距離へと変化する。この両転動面曲率中心間距離の変化が、玉１６の両接触部での弾性変形となり、図１０で説明したときと同様に、玉１６をレール側転動面位置にずらして描くことにより、玉１６の弾性変形量δｉｊが求まる。
【００６０】
このＡｒ、Ａｃ´間の距離もｙ方向とｚ方向とに分けて考え、ｙ方向の距離をＶｙとし、ｚ方向の距離をＶｚとすると、前述のδｙｉｊ、δｚｉｊを用いて、
（数８）
Ｖｙｉｊ＝（２ｆ−１）Ｄａｓｉｎγｊ＋δｙｉｊ
Ｖｚｉｊ＝（２ｆ−１）Ｄａｃｏｓγｊ＋δｚｉｊ
と表せる。これによりＡｒ、Ａｃ´間の距離は、
（数９）
2018119840.tif 000004
となり、接触角βｉｊは、
（数１０）
2018119840.tif 000005
となる。以上より玉１６の弾性変形量δｉｊは、
（数１１）
2018119840.tif 000006
となる。
【００６１】
ここで、図９で示したキャリッジ１２内の玉１６が接触している部分をｘ軸方向に断面にした状態において、クラウニング、加工部分に入っている玉１６の弾性変形量δｉｊは、キャリッジ１２側の転動面曲率中心のＡｃ´がレール側転動面曲率中心Ａｃから離れる形となっており、その分だけ少なくなる。それはちょうど玉径をそれに見合う形で小さくしたものと同等とみなせるため、その量をλｘｉとして上式中で差し引いている。
【００６２】
Ｈｅｒｔｚの接触論により導かれた転動体が玉の場合の弾性接近量を示す式を用いると、弾性変形量δｉｊから転動体荷重Ｐｉｊが下記の式によって求められる。
（数１２）
2018119840.tif 000007
ここで、Ｃｂは非線形のばね定数（Ｎ／ｍｍ３／２）であり、下記の式で与えられる。（数１３）
2018119840.tif 000008
ここで、Ｅは縦弾性係数、１／ｍはポアソン比、２Ｋ／πμはＨｅｒｔｚ係数、Σρは主曲率和である。
【００６３】
以上により、キャリッジ１２の変位５成分α１〜α５を用いて、キャリッジ１２内のすべての玉１６について、接触角βｉｊ、弾性変形量δｉｊ、転動体荷重Ｐｉｊを式で表すことができたことになる。
【００６４】
なお、上記においては、わかり易くするために、キャリッジ１２を剛体として考えた剛体モデル負荷分布理論を使用している。この剛体モデル負荷分布理論を拡張し、キャリッジ１２の袖部１２−２の変形を加味すべく梁理論を適用したキャリッジ梁モデル負荷分布理論を使用することもできる。さらに、キャリッジ１２やレール１１をＦＥＭモデルとしたキャリッジ・レールＦＥＭモデル負荷分布理論を使用することもできる。
【００６５】
＜工程３：荷重（外力５成分）の算出＞
あとは、上記の式を使って外力としての５成分、すなわちラジアル荷重Ｆｙ、ピッチングモーメントＭａ、ローリングモーメントＭｃ、水平荷重Ｆｚ、ヨーイングモーメントＭｂに関するつり合い条件式をたてればよい。
ラジアル荷重Ｆｙに関して、
（数１４）
2018119840.tif 000009
ピッチングモーメントＭａに関して、
（数１５）
2018119840.tif 000010
ローリングモーメントＭｃに関して、
（数１６）
2018119840.tif 000011
ここで、ωｉｊは、モーメントの腕の長さを表し、次式で与えられる。ｚｒ、ｙｒは、点Ａｒの座標である。
2018119840.tif 000012
水平荷重Ｆｚに関して、
（数１７）
2018119840.tif 000013
ヨーイングモーメントＭｂに関して、
（数１８）
2018119840.tif 000014
以上の式からキャリッジ１２に掛かる搬送荷重（外力５成分）を算出することができる。
【００６６】
＜Ｓ１０３＞
次に、Ｓ１０３の詳細について説明する。Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された搬送荷重を基に、キャリッジ１２の転動面１３ａに発生する最大せん断応力（本願でいう「移動時応力」の一例である）が算出される。本実施例では転動面１３ａの局部的な疲労による寿命の推定に用いるため、算出部１０４は、転動面１３ａに発生する最大せん断応力を、転動面１３ａを軌道の方向沿いに区分けした仮想の区間毎に算出する。
【００６７】
図１２は、転動面１３ａを区分けする仮想の区間の一例を示した図である。本実施例では理解を容易にするため、転動面１３ａを有効玉数で分割した仮想の区間毎に最大せん断応力を計算するものとする。このように区分けされた転動面１３ａの各区間に発生するせん断応力は、Ｈｅｒｔｚの弾性接触論に従い、Ｓ１０２の説明で示した転動体荷重Ｐｉｊ、及び、球体と平面との接触部分に生ずる歪の解析モデルを用いて予め作成した式に従って算出することができる。
【００６８】
＜Ｓ１０４＞
Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出されたせん断応力（最大せん断応力の大きさ）が記憶部１０５に記憶される。さらに、Ｓ１０４では、転動面１３ａの部位毎にせん断応力の発生回数をカウントするカウンタに対してカウント値の加算処理が行われる。Ｓ１０４において、算出部１０４は、Ｓ１０３で算出した各区間の最大せん断応力を基に、せん断応力の発生回数をその大きさ毎にカウントする。図１３は、キャリッジ１２が移動している時に転動面１３ａで繰り返し発生するせん断応力のカウント値の一例を示した図である。算出部１０４は、例えば、図１５に示すように、せん断応力の大きさを５０ＭＰａ毎に段階的に区分し、算出した最大せん断応力に該当する区分のカウンタ値を本算出処理のフローの実行毎に１ずつ加算する。よって、カウンタ値は、本算出処理の実行回数に比例して増加する。
【００６９】
＜サンプリング設定部１０１の詳細＞
次に、サンプリング設定部１０１において、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値及びリニアエンコーダ４の検出値をサンプリングするための所定のサンプリング間隔を設定する際の処理内容の詳細について図１４〜図１６に基づいて説明する。運動案内装置１においてレール１１に対してキャリッジ１２が移動している際の該キャリッジ１２の変位は振動によって発生する。そして、このときのキャリッジ１２の変位の振動成分において最も周波数が高くなる成分はウェービングに伴う振動成分である。
【００７０】
ここで、キャリッジ１２の移動に伴い生じるウェービングは、レール１１の転動面１１ａ及びキャリッジ本体１３の転動面１３ａと玉１６との間に生ずる周期的な相対位置のずれに起因するキャリッジ１２の姿勢変化や振動（脈動）である。図１４は、キャリッジ１２がレール１１を移動する際の玉１６の動きを示した図である。キャリッジ１２には複数の玉１６が備わるが、これら複数の玉１６のうちキャリッジ１２を支持する玉１６は、レール１１の転動面１１ａとキャリッジ本体１３の転動面１３ａとの間に挟まっている玉１６（図１４において斜線のハッチングが付されている玉１６）である。そして、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）とを見比べると判るように、レール１１の転動面１１ａとキャリッジ本体１３の転動面１３ａとの間に挟まっている玉１６の数は、レール１１に対するキャリッジ１２の相対移動に伴って増減を繰り返す。この繰り返しの周期は、キャリッジ１２がレール１１に対し隣接する玉１６同士のピッチと同じ量だけ移動する周期に一致する。
【００７１】
図１５は、リニアエンコーダ４によって検出されるキャリッジ１２のレール１１上の位置を横軸とし、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄによって検出される変位を縦軸としたグラフである。キャリッジ１２には８つの変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄが備わっており、また、キャリッジ１２はレール１１を往復するため、キャリッジ１２の位置と変位との関係を示す線は、本来、複数存在する。しかし、理解を容易にするため、図１５のグラフでは、キャリッジ１２の位置と変位との関係を１本の折れ線で示している。図１５のグラフを見ると判るように、キャリッジ１２の変位には、比較的緩慢な変位と比較的細かな変位の２種類の振動成分があることが判る。このうち、前者の比較的緩慢な変位は、例えばレール１１の転動面１１ａの精度等に起因するウェービング以外の振動成分と考えられる。一方、後者の比較的細かな変位は、ウェービングに伴う振動成分であり、キャリッジ１２がレール１１を移動している際に発生する変位である。図１５のグラフに示される比較的細かな変位の各頂点の横軸の間隔は、概ね玉１６のピッチに一致する。
【００７２】
図１５にも示されるとおり、キャリッジ１２の変位の振動成分において最も周波数が高くなる成分はウェービングに伴う振動成分であるため、キャリッジ１２の移動中に該キャリッジ１２に繰り返し掛かる搬送荷重を変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値に基づいて算出しようとした場合、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化（振動）を適切に取得できさえすれば、搬送荷重を高精度で把握することができる。つまり、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位に基づいてキャリッジ１２にかかる搬送荷重を算出し、その搬送荷重に基づいて、上記の手法によりせん断応力を算出するとともに、該せん断応力の発生回数をカウントすれば、それらをパラメータとして運動案内装置１の寿命到達率を十分な精度で算出することができる。
【００７３】
ここで、上記のとおり、ウェービングは、レール１１の転動面１１ａ及びキャリッジ本体１３の転動面１３ａと玉１６との間に生ずる周期的な相対位置のずれに起因して生じるため、ウェービングに伴う振動成分の周波数の大きさは、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度と相関がある。つまり、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が大きいほど、ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きくなる。そこで、サンプリング設定部１０１では、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化を適切に取
得すべく、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度に応じて変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得する際の所定のサンプリング間隔を設定する。
【００７４】
図１６は、本実施例において、サンプリング設定部１０１によって実行される、所定のサンプリング間隔を設定するための設定処理のフローを示すフローチャートである。なお、図１６に示す設定処理は所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００７５】
本設定処理では、先ず、キャリッジ１２が移動中であるか否かの判定が行われる（Ｓ２０１）。Ｓ２０１でキャリッジ１２が移動中であると判定された場合、次に、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が算出される（Ｓ２０２）。なお、このときの相対速度は絶対値として算出される。次に、算出された相対速度に基づいて変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得する際の所定のサンプリング間隔が設定される（Ｓ２０３）。そして、ここで設定された所定のサンプリング間隔で、図７に示す算出処理が繰り返し実行される。その結果、所定のサンプリング間隔で、検出情報取得部１０２によって、各変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄからキャリッジ１２の変位量が取得されることになる。なお、Ｓ２０１でキャリッジ１２が移動していない（停止中）と判定された場合は、本算出処理が終了される。
【００７６】
次に、上述した設定処理の各ステップでの処理内容の詳細について説明する。
【００７７】
＜Ｓ２０１＞
Ｓ２０１では、キャリッジ１２が移動中であるか否かの判定が行われる。キャリッジ１２が移動中であるか否かは、指令情報取得部１０３によって取得されるＮＣ装置３０からアクチュエータ１７への指令情報に基づいて判定することができる。また、リニアエンコーダ４が検出するキャリッジ１２の位置情報を基に判定することもできる。この場合、例えば、リニアエンコーダ４が検出するキャリッジ１２の位置情報が時系列で変化していればキャリッジ１２が移動中と判定され、位置情報が時系列で変化していなければキャリッジ１２が停止中と判定される。
【００７８】
＜Ｓ２０２＞
Ｓ２０２では、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が算出される。当該相対速度は、指令情報取得部１０３によって取得されるＮＣ装置３０からアクチュエータ１７への指令情報に含まれるテーブル８の送り速度等に基づいて算出することができる。また、リニアエンコーダ４が検出するキャリッジ１２の位置情報の時間的変化に基づいて当該相対速度を算出することもできる。
【００７９】
＜Ｓ２０３＞
Ｓ２０３では、Ｓ２０２で算出されたレール１１に対するキャリッジ１２の相対速度に基づいて所定のサンプリング間隔が設定される。ここで、情報処理装置１０には、図１７に示すようなレール１１に対するキャリッジ１２の相対速度とサンプリング間隔との相関関係がマップとして記憶されている。そして、Ｓ２０３では、このマップを用いて所定のサンプリング間隔が設定される。図１７において、横軸はレール１１に対するキャリッジ１２の相対速度（絶対値）を表しており、縦軸はサンプリング間隔を表している。
【００８０】
ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化を適切に取得しようとした場合、該ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きいときは該周波数が小さいときに比べて、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔を短くする必要がある。その一方で、ウェービングに伴う振動成分の周波数が小さいときは、該周波数が大きいときに比べて変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔を長くしたとしても、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化を適切に取得する
ことができる。そして、上述したように、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が大きいほど、ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きくなる。そのため、図１７に示すマップでは、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が大きいほどサンプリング間隔が小さくなっている。このようなマップに基づいて設定されることで、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が大きい場合は小さい場合と比べて所定のサンプリング間隔が短くなるように該所定のサンプリング間隔が設定されることになる。ただし、図１７に示すマップにおいて、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が所定の閾速度Ｖｃ０より小さい範囲では、サンプリング間隔は、本マップ中におけるサンプリング間隔の最大値である最大サンプリング間隔ｄＴｓ０で一定となっている。
【００８１】
ここで、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値に基づいて、キャリッジ１２の移動中に該キャリッジ１２に繰り返し掛かる搬送荷重を高精度で把握しようとした場合、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得するためのサンプリング間隔を可及的に短くすることも考えられる。しかしながら、搬送荷重は継続的に把握する必要があるため、サンプリング間隔を短くするほど、取得されるデータ（変位センサの検出値）が必然的に多くなる。その結果、そのデータ処理、すなわち、上述した算出部１０４おける搬送荷重とせん断応力及びその発生回数とを算出するための算出処理を行うために情報処理装置１０にかかる負担が過剰に大きくなる虞がある。また、このような場合、算出部１０４によって算出されたせん断応力をデータとして記憶した際に記憶部１０５におけるデータ容量が過剰に大きくなるという虞もある。
【００８２】
このような問題に対し、本実施例では、上述したとおり、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度に応じて所定のサンプリング間隔が変化する。その結果、ウェービングに伴う振動成分の周波数に応じて変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔が変化することになる。つまり、ウェービングに伴う振動成分の周波数が大きいときは該周波数が小さいときに比べて、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔が短くなる。換言すれば、ウェービングに伴う振動成分の周波数が小さいときは該周波数が大きいときに比べて、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔が長くなる。そのため、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化を適切に取得することができるとともに、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔が必要以上に短くなることを抑制することもできる。その結果、継続的な搬送荷重の算出に用いるべき変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得しつつ、取得されるデータ（変位センサの検出値）の増加を可及的に抑制することができる。したがって、搬送荷重の高精度での把握と、データ処理のために情報処理装置１０にかかる負担の増加およびデータ容量の増加の抑制とを両立することができる。
【００８３】
また、上述したように、図１７に示すマップにおいては、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が所定の閾速度Ｖｃ０より小さい範囲では、サンプリング間隔は、本マップ中におけるサンプリング間隔の最大値である最大サンプリング間隔ｄＴｓ０で一定となっている。そのため、本実施例では、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度が所定の閾速度Ｖｃ０より小さい範囲では、該相対速度にかかわらず、所定のサンプリング間隔が、サンプリング設定部１０１による調整範囲の中での最大値である最大サンプリング間隔ｄＴｓ０に設定されることになる。これによれば、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値のサンプリング間隔に上限値が設けられることになる。そのため、当該サンプリング間隔が大きくなり過ぎることに起因して搬送荷重の把握精度が過剰に低下することを抑制することができる。
【００８４】
＜寿命到達率の算出処理＞
次に、情報処理装置１０の算出部１０４によって実行される運動案内装置１の寿命到達率の算出処理について説明する。なお、本実施例では、算出部１０４が本発明の「寿命到
達率算出部」とても機能する。ただし、上述したように、運動案内装置１の寿命到達率の算出処理は、必ずしも情報処理装置１０において実行される必要はなく、該情報処理装置１０とは異なるサーバ等の装置で実行されてもよい。
【００８５】
算出部１０４によって実行される運動案内装置１の寿命到達率の算出処理では、上述した手法により算出され記憶部１０５に記憶されたせん断応力及びその発生回数を利用して、該運動案内装置１の寿命到達率を計算する。寿命到達率は、転動面１３ａの区間毎に算出される。そして、算出された全区間の寿命到達率の中から最も寿命到達率の高い値がその運動案内装置１について代表的に表される寿命到達率とされる。寿命到達率は、例えば、線形累積損傷則を用いて算出される。図１８は、材料のＳ−Ｎ曲線の一例を示した図である。線形累積損傷則は、材料の疲労において、物体が応力を繰り返し受ける場合に、疲労により損傷へ至るまでの寿命を予測するものであるため、キャリッジ１２の移動中に発生するウェービングに伴い繰り返し発生するせん断応力による材料の疲労の把握に有効である。線形累積損傷則に従えば、対象となる材料のＳ−Ｎ曲線における特定の繰り返し応力に対する破断繰り返し数をＬｉ、材料への実際の繰り返し数をｎｉとすると、寿命到達率Ｄは以下の式で与えられる。
（数１９）
2018119840.tif 000015
【００８６】
このように、本実施例では、玉１６がキャリッジ１２の転動面１３ａにおける繰返し応力と相関するウェービングを考慮して、寿命関連情報であるせん断応力及びその発生回数を用いて、運動案内装置１の寿命到達率が算出されるため、これらの情報を用いずに当該寿命到達率を算出する場合と比べて極めて高精度な算出結果が得られる。また、本実施例では、算出部１０４が、寿命関連情報であるせん断応力及びその発生回数を、変位センサ２ａ等の検出値を利用して算出するため、運動案内装置１の寿命到達率を算出するための装置構成を比較的簡便なものとすることができる。また、上記のとおり、算出部１０４は、キャリッジ１２の転動面１３ａを軌道の方向沿いに区分けした仮想の区間毎にせん断応力を算出しているため、転動面１３ａ全体の応力を基にした寿命診断よりも高い診断結果を得ることができる。
【００８７】
＜変形例＞
上述したように、キャリッジ１２の移動中に該キャリッジ１２に繰り返し掛かる搬送荷重を変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値に基づいて算出しようとした場合、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化を適切に取得することで、搬送荷重を高精度で把握することができる。そこで、上記の実施例において、サンプリング設定部１０１によって、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度に基づいて所定のサンプリング間隔を設定する際に、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値の取得タイミングが、図１５に示すようなデータに表れるウェービングの頂点と同期するように所定のサンプリング間隔を設定してもよい。所定のサンプリング間隔をこのように設定することで、ウェービングに伴い発生する繰り返し荷重の発生頻度と該所定のサンプリング間隔とを同期させることができる。その結果、ウェービングに伴って生じるキャリッジ１２の変位の変化をより適切に取得することできるため、搬送荷重をより高精度で把握することができる。
【００８８】
所定のサンプリング間隔を上記のように設定する場合、サンプリング設定部１０１は、上述した手法により算出されるキャリッジ１２の変位５成分のそれぞれについて、リニアエンコーダ４から得られるキャリッジ１２のレール１１上の位置と、各変位センサ２ａ〜
２ｄ、３ａ〜３ｄから得られる変位量との関係を表したデータを解析する。そして、図１５に示すようなキャリッジ１２のレール１１上の位置と変位量との関係を表すデータを基に、玉１６のピッチと略同一周期で現れる細かなウェービングの振動成分を検出し、当該振動成分の波形の頂点の検出を行う。図１５のグラフに示される、ウェービングに伴う振動成分である比較的細かな変位の各頂点の横軸の間隔は、概ね玉１６のピッチに一致する。なお、サンプリング設定部１０１は、複数ある変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄのうち何れか１つ以上のセンサによって検出される変位のデータからウェービングが検出されれば、当該ウェービングの波形の頂点を検出する。そして、サンプリング設定部１０１は、このようにして検出されるウェービングの頂点が発生する時間間隔と所定のサンプリング間隔とが同期するように、該所定のサンプリング間隔を設定する。
【００８９】
＜実施例２＞
本実施例に係る運動案内装置１の情報処理装置１０の構成は実施例１と同様である。また、本実施例でも、情報処理装置１０では、算出部１０４によって、キャリッジ１２の移動中において該キャリッジ１２に繰り返し掛かる搬送荷重と、繰り返し発生するせん断応力およびその発生回数と、運動案内装置１の寿命到達率とが算出される。また、情報処理装置１０においては、サンプリング設定部１０１によって、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得する際の所定のサンプリング間隔が設定される。
【００９０】
ここで、運動案内装置１は工作機械２０を構成する装置である。そして、工作機械２０においては、運動案内装置１を稼働させつつ、加工工具３１を稼働させてテーブル８上のワーク４０を加工する場合がある。このような加工工具３１によるワーク４０の加工中においては、該ワーク４０が所定の加振状態におかれることになる。そして、ワーク４０が所定の加振状態におかれているときは、運動案内装置１において、加工工具３１が稼働されていない状態でレール１１に対してキャリッジ１２が移動することで生じるウェービングに伴う振動成分よりも周波数の大きい振動成分が発生することになる。つまり、所定の加振状態は、ウェービングに伴い発生する繰り返し荷重の発生頻度より高頻度の振動状態である。
【００９１】
したがって、運動案内装置１とともに加工工具３１が稼働されており、ワーク４０が所定の加振状態におかれているときに、移動中のキャリッジ１２に掛かる搬送荷重を高精度で把握しようとした場合は、変位センサ２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄの検出値を取得するサンプリング間隔を、加工工具３１が稼働されずに運動案内装置１のみが稼働されているときよりも短くする必要がある。つまり、所定のサンプリング間隔をウェービングの周期よりも短くする必要がある。そこで、本実施例では、ワーク４０が所定の加振状態におかれているときは、サンプリング設定部１０１は、所定のサンプリング間隔を最小サンプリング間隔に設定する。ここで、最小サンプリング間隔は、実施例１で説明したように、レール１１に対するキャリッジ１２の相対速度に応じて設定する場合の所定のサンプリング間隔の最小値よりもさらに短い間隔である。
【００９２】
図１９は、本実施例において、サンプリング設定部１０１によって実行される、所定のサンプリング間隔を設定するための設定処理のフローを示すフローチャートである。なお、図１９に示す設定処理は所定の時間間隔で繰り返し実行される。また、図１９においては、上述した図１６に示す設定処理における各ステップと同様の処理を実行するステップについては同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
本設定処理では、Ｓ２０１においてキャリッジ１２が移動中であると判定された場合、次に、ワーク４０が所定の加振状態におかれているか否かの判定が行われる（Ｓ３０２）。ワーク４０が所定の加振状態におかれているか否かは、指令情報取得部１０３によって取得されるＮＣ装置３０から加工工具３１への指令情報に基づいて判定することができる
。Ｓ３０２でワーク４０が所定の加振状態におかれていると判定された場合、次に、所定のサンプリング間隔が最小サンプリング間隔に設定される（Ｓ３０４）。ここで、最小サンプリング間隔は実験等に基づいて予め定められた値である。なお、Ｓ３０２でワーク４０が所定の加振状態におかれていないと判定された場合は、次にＳ２０２の処理が行われる。
【００９４】
上記のように、ワーク４０が所定の加振状態におかれているときは所定のサンプリング間隔が最小サンプリング間隔に設定されることで、運動案内装置１とともに加工工具３１が稼働されている状態の下でもキャリッジ１２に掛かる搬送荷重を高精度で把握することが可能となる。その結果、ワーク４０の加工が行われているときに運動案内装置１に発生するせん断応力及びその発生回数を高精度で算出することができる。また、せん断応力及びその発生回数をパラメータとして算出される運動案内装置１の寿命到達率の算出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…運動案内装置、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…変位センサ、４…リニアエンコーダ、８…テーブル、１０…情報処理装置、１１…レール、１２…キャリッジ、１５ａ、１５ｂ…センサ取付け部材、１５−１…水平部、１５−２…袖部、１６…玉、２０…工作機械、３０…ＮＣ装置、３１…加工工具、３２…アクチュエータ、４０…ワーク
【図１】
2018119840.tif 000016
【図２】
2018119840.tif 000017
【図３】
2018119840.tif 000018
【図４】
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【図５】
2018119840.tif 000020
【図６】
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【図７】
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【図８】
2018119840.tif 000023
【図９】
2018119840.tif 000024
【図１０】
2018119840.tif 000025
【図１１】
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【図１２】
2018119840.tif 000027
【図１３】
2018119840.tif 000028
【図１４】
2018119840.tif 000029
【図１５】
2018119840.tif 000030
【図１６】
2018119840.tif 000031
【図１７】
2018119840.tif 000032
【図１８】
2018119840.tif 000033
【図１９】
2018119840.tif 000034