(57)【要約】【課題】ボールねじに対し、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を精度良く行うことができる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を提供する。【解決手段】ボールねじ１０の振動を検出して振動信号として出力すると共に、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度を検出して回転速度検出信号として出力し、ボールねじ１０の動作を制御する際には、ボールねじ１０が機械設備で通常通りの動作するための通常動作パターンと、ボールねじ１０が異常診断部２４により異常診断されるための異常診断動作パターンと、に切り替えてボールねじ１０の動作を制御し、そして、異常診断アルゴリズムは、異常診断動作パターンが実行されるときに実行される。これにより、ボールねじ１０に対し、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を精度良く行うことができる。【選択図】図１
2013164386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸及びナットを有して機械設備に組み込まれるボールねじから発生する信号を検出する検出部と、
前記ボールねじの前記ねじ軸が所定の動作パターンで動作するように前記ボールねじの動作を制御する動作制御部と、
所定の異常診断アルゴリズムに従い、前記検出部から出力される信号に基づき前記ボールねじの異常診断を行う異常診断部と、
を備えるボールねじの異常診断装置であって、
前記検出部は、前記ボールねじの動作によって生じる物理量を検出して物理量信号として出力する物理量検出部と、前記ボールねじの前記ねじ軸の回転速度を検出して回転速度信号として出力する回転速度検出部と、を含み、
前記動作制御部には、前記ボールねじが前記機械設備で通常通りの動作をするための通常動作パターンと、前記ボールねじが前記異常診断部により異常診断されるための異常診断動作パターンと、の少なくとも２種類の動作プログラムが実装され、
前記異常診断アルゴリズムは、前記異常診断動作パターンの動作プログラムが実行されるときに実行されることを特徴とするボールねじの異常診断装置。
【請求項２】
前記動作制御部は、前記物理量信号及び前記回転速度信号を取り込み、前記物理量信号、前記回転速度信号、前記ボールねじの全長、前記ボールねじの負荷状態、及び前記ボールねじの運転条件に基づき、前記異常診断動作パターンに関するパラメータを最適化することを特徴とする請求項１に記載のボールねじの異常診断装置。
【請求項３】
前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に、前記回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじの異常診断装置。
【請求項４】
前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじの異常診断装置。
【請求項５】
ねじ軸及びナットを有して機械設備に組み込まれるボールねじから発生する信号を検出する検出工程と、
前記ボールねじの前記ねじ軸が所定の動作パターンで動作するように前記ボールねじの動作を制御する動作制御工程と、
所定の異常診断アルゴリズムに従い、前記検出工程で検出される信号に基づき前記ボールねじの異常診断を行う異常診断工程と、
を備えるボールねじの異常診断方法であって、
前記検出工程では、前記ボールねじの動作によって生じる物理量を検出して物理量信号として出力すると共に、前記ボールねじの前記ねじ軸の回転速度を検出して回転速度信号として出力し、
前記動作制御工程では、前記ボールねじが前記機械設備で通常通りの動作するための通常動作パターンと、前記ボールねじが前記異常診断部により異常診断されるための異常診断動作パターンと、の少なくとも２種類の動作プログラムを切り替えて前記ボールねじの動作を制御し、
前記異常診断アルゴリズムは、前記異常診断動作パターンが実行されるときに実行されることを特徴とするボールねじの異常診断方法。
【請求項６】
前記動作制御工程では、前記物理量信号及び前記回転速度信号を取り込み、前記物理量信号、前記回転速度信号、前記ボールねじの全長、前記ボールねじの負荷状態、及び前記ボールねじの運転条件に基づき、前記異常診断動作パターンに関するパラメータを最適化することを特徴とする請求項５に記載のボールねじの異常診断方法。
【請求項７】
前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のボールねじの異常診断方法。
【請求項８】
前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のボールねじの異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじに対し、分解することなく異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を行うことが可能な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に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場内の工作機械、風車等の機械設備には、転がり軸受、ボールねじなどが多く装備されて使用される。これら転がり軸受、ボールねじが長期間使用されることにより摩耗や損傷が発生する。そこで、従前は一定期間使用した後に、機械設備を分解して、作業者の目視による異常の有無の診断が行なわれていた。しかしながら、近年では機械設備の稼働率向上及び作業の効率化などの要求から、異常診断の機械化及び自動化が進み、機械設備の実稼動状態で転がり軸受、ボールねじの異常診断を行う異常診断装置、及び異常診断方法が種々提案されるようになった。
【０００３】
例えば、機械設備に組み込まれる転がり軸受の場合において、転がり軸受回転時の振動信号を加速度センサなどで測定し、エンベロープ分析及び周波数分析を行って、その分析結果を正常品と比較照合して、異常の有無の診断、及び異常部位の特定を行うものが知られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、テーブル送り装置などに使用されるボールねじについて、ボールねじ駆動時の振動信号を測定し、ナットの固有振動数以下の周波数帯域において周波数分析を行って、その分析結果について正常品と振動レベルで比較照合を行うことにより、異常を検出するものが知られる（例えば、特許文献２参照）。更に、ボールねじの異常診断について、ボールねじのリターンチューブに、振動を検出するためのセンサを取り付けるものも知られる（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２００９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−３８５６７号公報
【特許文献３】特許３９３６５１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の発明においては、ボールねじについても適用可能であると記載されている。ここで、ボールねじは有限長であるため、ナットがボールねじの軸方向（長手方向）で両端部分にあるとき、ボールねじのねじ軸の回転速度がゼロとなり、一定の回転速度が維持されない。しかしながら、上記特許文献１のものは、このような環境下での異常診断を考慮したものではなく、ボールねじに対し高精度に異常診断を行うための具体的な方策を提示するものではない。
【０００７】
上記特許文献２の発明は、ボールねじの異常診断に特化したものであるが、比較対象としている周波数帯域を６ｋＨｚ以下と限定しているため、ボールねじが組み込まれる機械設備の機械的特性、例えば、比較的低周波帯域に生じやすい架台の固有値、ボールねじ近傍に取り付けられる部品の固有値などに影響を受けてしまう可能性がある。このため、高精度な異常診断を行うのは困難である。更に、上記特許文献２の発明は、振動信号を周波数分析して得られる振動レベルを比較対象としているため、ボールねじの異常の有無を診断するに留まり、ボールねじの異常の部位を特定することができない。
【０００８】
また、上記特許文献３の発明は、異常診断の可能な対象がリターンチューブを有するボールねじに限定されるものである。このため、その他のボールねじ、例えば、エンドデフレクタ式などに適用できるものではない。更に、上記特許文献３のものは、リターンチューブとボールの衝突振動の経時変化（ボール又はリターンチューブの摩耗等）に基づく異常診断を行うことはできるものの、上記特許文献２と同様にボールねじの異常の部位を特定することができるものではない。
【０００９】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールねじに対し、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を精度良く行うことができる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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  ねじ軸及びナットを有して機械設備に組み込まれるボールねじから発生する信号を検出する検出部と、
前記ボールねじの前記ねじ軸が所定の動作パターンで動作するように前記ボールねじの動作を制御する動作制御部と、
所定の異常診断アルゴリズムに従い、前記検出部から出力される信号に基づき前記ボールねじの異常診断を行う異常診断部と、
を備えるボールねじの異常診断装置であって、
前記検出部は、前記ボールねじの動作によって生じる物理量を検出して物理量信号として出力する物理量検出部と、前記ボールねじの前記ねじ軸の回転速度を検出して回転速度信号として出力する回転速度検出部と、を含み、
前記動作制御部には、前記ボールねじが前記機械設備で通常通りの動作をするための通常動作パターンと、前記ボールねじが前記異常診断部により異常診断されるための異常診断動作パターンと、の少なくとも２種類の動作プログラムが実装され、
前記異常診断アルゴリズムは、前記異常診断動作パターンの動作プログラムが実行されるときに実行されることを特徴とするボールねじの異常診断装置。
（２）  前記動作制御部は、前記物理量信号及び前記回転速度信号を取り込み、前記物理量信号、前記回転速度信号、前記ボールねじの全長、前記ボールねじの負荷状態、及び前記ボールねじの運転条件に基づき、前記異常診断動作パターンに関するパラメータを最適化することを特徴とする（１）に記載のボールねじの異常診断装置。
（３）  前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に、前記回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載のボールねじの異常診断装置。
（４）  前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載のボールねじの異常診断装置。
（５）  ねじ軸及びナットを有して機械設備に組み込まれるボールねじから発生する信号を検出する検出工程と、
前記ボールねじの前記ねじ軸が所定の動作パターンで動作するように前記ボールねじの動作を制御する動作制御工程と、
所定の異常診断アルゴリズムに従い、前記検出工程で検出される信号に基づき前記ボールねじの異常診断を行う異常診断工程と、
を備えるボールねじの異常診断方法であって、
前記検出工程では、前記ボールねじの動作によって生じる物理量を検出して物理量信号として出力すると共に、前記ボールねじの前記ねじ軸の回転速度を検出して回転速度信号として出力し、
前記動作制御工程では、前記ボールねじが前記機械設備で通常通りの動作するための通常動作パターンと、前記ボールねじが前記異常診断部により異常診断されるための異常診断動作パターンと、の少なくとも２種類の動作プログラムを切り替えて前記ボールねじの動作を制御し、
前記異常診断アルゴリズムは、前記異常診断動作パターンが実行されるときに実行されることを特徴とするボールねじの異常診断方法。
（６）  前記動作制御工程では、前記物理量信号及び前記回転速度信号を取り込み、前記物理量信号、前記回転速度信号、前記ボールねじの全長、前記ボールねじの負荷状態、及び前記ボールねじの運転条件に基づき、前記異常診断動作パターンに関するパラメータを最適化することを特徴とする（５）に記載のボールねじの異常診断方法。
（７）  前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする（５）又は（６）に記載のボールねじの異常診断方法。
（８）  前記異常診断アルゴリズムは、前記物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に前記回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含むことを特徴とする（５）又は（６）に記載のボールねじの異常診断方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記構成（１）によれば、ボールねじの物理量を検出して物理量信号として出力すると共に、ボールねじのねじ軸の回転速度を検出して回転速度信号として出力し、ボールねじの動作を制御する際には、ボールねじが機械設備で通常通りの動作するための通常動作パターンと、ボールねじが異常診断部により異常診断されるための異常診断動作パターンと、に切り替えてボールねじの動作を制御し、そして、異常診断アルゴリズムは、異常診断動作パターンが実行されるときに実行される。これにより、ボールねじに対し、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を精度良く行うことができる。
【００１２】
また、本発明の上記構成（２）によれば、異常診断動作パターンでボールねじの動作を制御する際、物理量信号及び回転速度信号を取り込み、物理量信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータを最適化する。このため、異常診断の結果に対する、ボールねじのねじ軸の回転加速度の影響を抑制して、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定をより精度良く行うことができる。
【００１３】
また、本発明の上記構成（３）によれば、異常診断アルゴリズムは、物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むため、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定をより精度良く行うことができる。
【００１４】
また、本発明の上記構成（４）によれば、異常診断アルゴリズムは、物理量信号に基づき周波数分析を行うと共に回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含むため、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定をより精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施形態のボールねじの異常診断装の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る実施形態の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を適用した実施例１のデータのうち正常品のデータを示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態の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を適用した実施例１のデータのうち異常品のデータを示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の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を適用した実施例２のデータのうち正常品のデータを示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態の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を適用した実施例２のデータのうち異常品のデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る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の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態に係る異常診断対象であるボールねじ１０は、図１に示すように、電動モータ５０により回転駆動可能なねじ軸１１と、このねじ軸１１に対して複数のボール（不図示）を介して軸方向に移動可能に外嵌するナット１２と、ねじ軸１１の軸方向両端側に、ナット１２を挟むように立設された一対のブラケット１３，１３と、を有している。
ねじ軸１１は、一対のブラケット１３，１３の中央部に形成された貫通孔１３ａ，１３ａに軸受（不図示）を介して内嵌されており、一対のブラケット１３，１３に対して相対回転可能とされている。ナット１２のフランジ１２ａは、図示しない機械設備、例えば、テーブル送り装置に締結される。これにより、このテーブル送り装置は、電動モータ５０の回転駆動に応じたねじ軸１１の回転によってテーブル送り装置が軸方向に沿って移動することになる。本実施形態では、このように機械設備に組み付けられる状態のボールねじ１０の異常診断を行う。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のボールねじの異常診断装置（以下、単に「異常診断装置」とも言う。）２０は、ボールねじ１０の動作によって生じる物理量としての振動を検出して振動信号として出力する振動センサ（検出部、物理量検出部）２１と、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度を検出して回転速度信号として出力する回転速度センサ（検出部、回転速度検出部）２２と、ボールねじ１０のねじ軸１１が後述する動作パターンで動作するようにボールねじ１０の動作を制御するコントローラ（動作制御部）２３と、後述する異常診断アルゴリズムに従い、振動センサ２１及び回転速度センサ２２から出力される信号に基づきボールねじ１０の異常診断を行う異常診断部２４と、モニタや報知器等からなり、異常診断部２４の診断結果を外部に出力する出力部２５と、振動センサ２１又は回転速度センサ２２から各々出力される信号を増幅する増幅器２６，２７と、を備える。
なお、異常診断部２４では処理の大部分をソフトウエアにて行っているが、同様な機能が実現できれば、その一部又は全部をＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのハードウエアで実現しても良いし、又はその一部又は全部をアナログ電子回路等で適宜実現しても良い。また、図１中にはフィルタ回路などは図示していないが、信号処理を行う際に必要な種々の電子回路は異常診断装置２０に実装される。
【００１９】
振動センサ２１は、加速度式のセンサであり、例えばボールねじ１０のフランジ１２ａの端面に固定される。回転速度センサ２２は、電動モータ５０の近傍に配置され、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転数を測定する。また、振動センサ２１及び回転速度センサ２２の固定方法には、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着の使用、及び樹脂材による埋め込みなどを適宜採用する。
なお、本実施形態では、振動センサ２１として加速度式のセンサを例示したが、振動を検出する他のセンサ、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ等を適宜使用可能であり、また、加速度、速度、歪み、応力、変位等を検出することで、等価的に振動を検出して電気信号に変換することができるものも適宜使用することができる。
【００２０】
コントローラ２３は、主に電動モータ５０の動作を制御する動作制御部として機能し、電動モータ５０を制御することでボールねじ１０のねじ軸１１の動作を制御する。そして、コントローラ２３は、少なくとも、ボールねじ１０が機械設備で通常通りの動作をするための通常動作パターンと、ボールねじ１０が異常診断部２４により異常診断されるための異常診断動作パターンと、の２種類の動作プログラムが実装される。
【００２１】
ここで、通常動作パターンの動作プログラムが実行される際には、異常診断動作パターンの動作プログラムは実行されない。即ち、通常動作パターンの動作プログラムと、異常診断動作パターンの動作プログラムと、は相互に切り替えられて実行される。また、その切り替えは、ボールねじ１０の運転時間等より自動的に行なわれるか、或いはユーザにより必要に応じて適宜手動で行なわれても良い。
【００２２】
また、コントローラ２３は、増幅器２６，２７を介して振動センサ２１及び回転速度センサ２２から出力される振動信号及び回転速度信号をリアルタイムに取り込む。そして、コントローラ２３は、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータをリアルタイムで最適化する。
なお、本実施形態では、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件については、異常診断装置２０が稼働する前に予めユーザにより設定又は選択されるが、これに限らず、稼働直前の初期動作の際に適宜他のセンサ情報を取り込んで自動的にこれらパラメータの同定を行うように構成しても良い。
【００２３】
異常診断部２４も、コントローラ２３と同様に、増幅器２６，２７を介して振動センサ２１及び回転速度センサ２２から出力される振動信号及び回転速度信号をリアルタイムに取り込む。異常診断部２４に組み込まれる異動診断アルゴリズムは、前述した異動診断動作パターンの動作プログラムが実行されるときに同時に実行される。更に、異常診断アルゴリズムは、振動信号に基づき振動周波数分析を行うと共に回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含んで構成される。
【００２４】
出力部２５は、ボールねじ１０に関する異常診断の結果をモニタなどにリアルタイムで表示する。また、異常が検出された場合に、ライトやブザー等の警報機を用いてユーザに異常であることの喚起を促すようにしても良い。
【００２５】
次に、異常診断動作パターンが実行される際の、異常診断装置２０の動作について説明する。
コントローラ２３はボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度を低速（数百ｍｉｎ−１）から高速（数千ｍｉｎ−１）まで徐々に段階的に変化させる。このとき、振動センサ２１によりボールねじ１０から発生する振動を検出して振動信号として出力される。また、同時に、回転速度センサ２２により、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度が検出されて回転速度信号として出力される。そして、異常診断部２４はこのときの振動信号及び回転速度信号をリアルタイムに取り込み、異動診断アルゴリズムを実行して周波数分析などを実行する。
なお、簡易で異常診断を行う際には、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度の条件を数条件のみに制限して、１又は２往復の異常診断として良いが、より高精度な異常診断を実施するためには、ねじ軸１１の回転速度の変化幅を小さくし、数十往復の異常診断を行うのが望ましい。
【００２６】
コントローラ２３は、ねじ軸１１の回転速度に応じた加速度をできるだけ一定に保ちつつ、異常診断部２４が周波数分析などに必要なサンプリング時間を確保するために、振動信号及び回転速度信号をリアルタイムで取り込み、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータである、電動モータ５０の回転を制御するための時定数をリアルタイムで最適化する。これにより、異常診断部２４の異常診断の結果に対する、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転加速度の影響を抑制する。
【００２７】
ここで、異常診断部２４の異常診断の結果に対する、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転加速度の影響について詳細に説明する。通常、機械設備に組み込まれるボールねじ１０は有限長であるため、ナット１２がボールねじ１０の軸方向（長手方向）で両端部分にあるとき、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度がゼロとなる。このため、従来技術の異常診断装置では、回転速度がゼロの状態から所定の一定回転速度まで達するまでの回転加速度（直線移動による加速度）が大きいと、この加速度によって生じる振動が、ボールねじ１０から発生する振動信号に重畳することがあった。その結果、異常診断のための振動信号を取り出せないばかりか、振動センサ２１の許容量を超える信号が入力されることにもなり、振動センサ２１の増幅器２６から出力される振動信号に歪みが生じてしまい、場合によっては、正常であるにも関わらず、異常有りとして誤った異常診断される可能性あった。これに対し、本実施形態では、このような事態を回避するために、前述したように、コントローラ２３が、振動信号及び回転速度信号をリアルタイムで取り込み、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータ（電動モータ５０の回転を制御するための時定数）をリアルタイムで最適化する。
【００２８】
そして、異常診断部２４により、振動信号に基づき振動周波数分析が行なわれると共に、回転速度信号に基づき次数比分析が行なわれる。次数比分析では、振動周波数分析された結果は次数比ごとに正規化され、回転速度信号に起因する成分の現象が検証されることになる。このとき、異常の発生が疑われる箇所ごとに最も適した次数が抽出される。例えば、ボールに起因する異常であればボールの傷に起因した振動成分ｎｆｂが抽出され、ナット１２に起因する異常であればナット１２の軌道面の傷に起因した振動成分ｎｆｍＭが抽出され、ねじ軸１１に起因する異常であればねじ軸１１の軌道面の傷に起因した振動成分ｎｆｍＢが抽出される（ｎは正の整数１、２、３、・・・、を意味する）。このように異常診断された結果は、出力部２５を介してユーザに報知されることになる。
【００２９】
このように構成された、本実施形態によれば、ボールねじ１０の動作によって生じる振動を検出して振動信号として出力すると共に、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転速度を検出して回転速度信号として出力し、ボールねじ１０の動作を制御する際には、ボールねじ１０が機械設備で通常通りの動作するための通常動作パターンと、ボールねじ１０が異常診断部２４により異常診断されるための異常診断動作パターンと、に切り替えてボールねじ１０の動作を制御し、そして、異常診断アルゴリズムは、異常診断動作パターンが実行されるときに実行される。これにより、ボールねじ１０に対し、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定を精度良く行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、異常診断動作パターンでボールねじ１０の動作を制御する際、振動信号及び回転速度信号をリアルタイムに取り込み、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータである、電動モータ５０の回転を制御するための時定数を、リアルタイムで最適化する。このため、異常診断の結果に対する、ボールねじ１０のねじ軸１１の回転加速度の影響を抑制して、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定をより精度良く行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、異常診断アルゴリズムは、振動信号に基づき振動周波数分析を行うと共に回転速度信号に基づき次数比分析を行うアルゴリズムを含むため、異常の有無の診断、及び異常の部位の特定をより精度良く行うことができる。
【００３２】
次に、前述の実施形態に係る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の変形例について説明する。
本変形例では、異常診断アルゴリズムは、振動信号に基づき振動周波数分析を行うと共に回転速度信号に基づきキャンベル解析を行うアルゴリズムを含む。つまり、本実施例は、前述の実施形態と比べ、次数比分析の代わりにキャンベル解析を行う点で異なる。ここで、キャンベル解析とは、回転速度の変化に対応する振動特性の変化を解析する手法をいう。
【００３３】
本実施例においても、前述の実施形態と同様に、異常の発生が疑われる箇所ごとに最も適した成分が抽出される。例えば、ボールに起因する異常であればボールの傷に起因した振動成分ｎｆｂが抽出され、ナット１２に起因する異常であればナット１２の軌道面の傷に起因した振動成分ｎｆｍＭが抽出され、ねじ軸１１に起因する異常であればねじ軸１１の軌道面の傷に起因した振動成分ｎｆｍＢが抽出される（ｎは正の整数１、２、３、・・・、を意味する）。
その他の構成及び作用効果については、前述の実施形態と同じである。
【００３４】
（実施例）
次に、本発明に係る実施形態の異常診断装置１０を用いた場合の診断結果の精度を確認するため、以下の２つの試験を行った。
なお、実施例１は次数比分析を採用した例を示し、実施例２はキャンベル解析を採用した例を示す。
【００３５】
（実施例１）
本実施例では、試験対象物として、日本精工株式会社製ＢＳＳ５０１２のボールねじを用いた。このボールねじのねじ軸の回転速度３０００ｍｉｎ−１とした時の１次成分（ｎ＝１）のボールの自転周波数ｆｂは２７１Ｈｚ、ナットの軌道面上のボールの通過周波数ｆｍＭは５７３Ｈｚ、ねじ軸の軌道面上のボールの通過周波数ｆｍＢは６８９Ｈｚである（以下の参考文献（１）及び（２）を参照。）。
参考文献（１）：下田博一  「ボールねじの設計解析  第１章  ボールねじ構造の幾何学的解析」  設計・製図、  Ｖｏｌ.２６、  Ｎｏ．１０、  ４７９−４８６
参考文献（２）：下田博一  「ボールねじの設計解析  第２章  ボールねじ構造の幾何学的解析」  設計・製図、  Ｖｏｌ.２６、  Ｎｏ．１１、  ５１９−５２４
【００３６】
なお、本実施例では、日本精工株式会社製ＢＳＳ５０１２のボールねじを用いたが、これ以外のボールねじにも適宜適用することができる。このときには、ボール自転周波数ｆｂ、ボール通過周波数ｆｍＭ，ｆｍＢ、ねじ軸の回転速度に対するコントローラ内の時定数を計算又は試験により求めれば良い。
【００３７】
また、電動モータの回転を制御するための時定数、即ち、ねじ軸の回転速度に対するコントローラ（動作制御部）内の時定数は１０００ｍｉｎ−１／ｓｅｃ程度となるように初期設定される。また、異常診断部の異常診断の結果に対するねじ軸の回転加速度の影響を抑制するために、時定数は１０００ｍｉｎ−１／ｓｅｃを基準として、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、コントローラによってリアルタイムで最適化される。
【００３８】
この状態で、ねじ軸の回転速度１５０ｍｉｎ−１から３０００ｍｉｎ−１まで徐々に段階的に変化させる。このとき、ボールねじの振動信号及びねじ軸の回転速度信号を同時に取り込んで、次数比分析を実施する。これにより、異常の有無の診断と、ボールねじのいずれかの各部品（ボール、ナット、ねじ軸）で異常が発生しているか否か、異常の部位の特定を行う。即ち、異常の部位に起因した振動が生じている場合、この分析を通じてユーザは、出力部に表示される次数比分析の結果から、その異常の有無及び異常の位置を認識することができる。
【００３９】
以下に、ボールねじの部品のうち、ボールについて異常の有無を診断した結果を説明する。図２に新品状態のボール（正常品）を有するボールねじの次数比分析の結果を、図３に剥離が生じたボール（異常品）を有するボールねじの次数比分析の結果を示す。これら図２及び３に示す結果は、いずれも１００ｏｒｄまで次数比分析を実施した結果である。
【００４０】
図３に示すように、剥離が生じた場合には、回転速度信号ごとのｎｆｂに相当する次数上にピークが表出し、そのピークはｎ倍成分（２〜１５次成分）にも表出しており、ボールに異常が発生していることが分かる。
【００４１】
その一方で、図２に示すように、正常品には、回転速度信号ごとのｎｆｂに相当する次数上に目立ったピークは表出されておらず、ボールに異常が発生していないことが分かる。
【００４２】
このように、回転速度信号ごとのｎｆｂに相当する次数上のピークに着目することによって、ボールについての異常診断が可能である。なお、ここには示さないが、ナットやねじ軸等の他の部位についても、回転速度ごとのｎｆｍＭ又はｎｆｍＢに相当する次数上のピークに着目することによって、異常診断を行うことができる。
【００４３】
以上により、本実施例によれば、本発明がボールねじの異常の有無の診断と、及び異常の部位の特定を精度良く行う上で有用であることが分かる。
なお、従来例としてコントローラが振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、異常診断動作パターンに関するパラメータ（電動モータの回転を制御するための時定数）をリアルタイムで最適化していないものを用意し、同様の試験を行った。この試験においては、ボールねじのねじ軸の回転加速度の影響を顕著に受け、次数比分析が殆ど実施できないことが確認された。
【００４４】
（実施例２）
本実施例では、試験対象物として、ねじ軸径Φ５０ｍｍ、ボール径Φ６．３５ｍｍ、ＢＣＤ５１ｍｍのボールねじを用いた。このボールねじのねじ軸の回転速度３０００ｍｉｎ−１とした時の１次成分（ｎ＝１）のボールの自転周波数ｆｂは２７１Ｈｚ、ナットの軌道面上のボールの通過周波数ｆｍＭは５７３Ｈｚ、ねじ軸の軌道面上のボールの通過周波数ｆｍＢは６８９Ｈｚである（上述の参考文献（１）及び（２）参照。）。
【００４５】
なお、本実施例では、ねじ軸径Φ５０ｍｍ、ボール径Φ６．３５ｍｍ、ＢＣＤ５１ｍｍのボールねじを用いたが、それ以外のボールねじにも適宜適用することができる。このときには、ボール自転周波数ｆｂ、ボール通過周波数ｆｍＭ，ｆｍＢ、ねじ軸の回転速度に対するコントローラ内の時定数を計算又は試験により求めれば良い。
【００４６】
また、電動モータの回転を制御するための時定数、即ち、ねじ軸の回転速度に対するコントローラ（動作制御部）内の時定数は１０００ｍｉｎ−１／ｓｅｃ程度となるように初期設定される。また、異常診断部の異常診断の結果に対する、ねじ軸の回転加速度の影響を抑制するために、時定数は１０００ｍｉｎ−１／ｓｅｃを基準として、振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき、コントローラによってリアルタイムで最適化される。
【００４７】
この状態で、ねじ軸の回転速度１５０ｍｉｎ−１から３０００ｍｉｎ−１まで徐々に段階的に変化させる。このとき、ボールねじの振動信号及びねじ軸の回転速度信号を同時に取り込んで、キャンベル解析を実施する。これにより、異常の有無の診断と、ボールねじのいずれかの各部品（ボール、ナット、ねじ軸）で異常が発生しているか否か、異常の部位の特定を行う。即ち、本実施例でも、異常の部位に起因した振動が生じている場合、この解析を通じてユーザは、出力部に表示されるキャンベル解析の結果から、その異常の有無及び異常の位置を認識することができる。
【００４８】
図４には新品状態のボール（正常品）を有するボールねじのキャンベル解析の結果を示すキャンベル線図が、図５には剥離が生じたボール（異常品）を有するボールねじのキャンベル解析の結果を示すキャンベル線図が、それぞれ表されている。これら図４及び５に示す結果は、いずれも１ｆｂを基本次数として１ｆｂ〜９ｆｂまで（回転次数比１〜５０ｏｒｄに相当）のキャンベル解析を実施した結果である。
なお、図中の「○」印は、その位置（回転速度／周波数）において振動が生じていることを示しており、「○」のサイズが大きいものほど振動レベルが大きいことを意味する。
【００４９】
図５に示すように、ボール剥離が生じた場合には、回転速度ごとのｆｂに相当するライン上に「○」が多く表出し、その「○」の大きさも正常品に比べて大きく、密度も高いことが分かる。この「○」は、ｎ倍成分（１〜９ｆｂ）にも表出しており、ボールねじのボールに異常が発生していることが分かる。
【００５０】
その一方で、図４に示すように、正常品には、回転速度ごとのｆｂに相当するライン上に密度が高い、目立った「○」は表出されておらず、ボールねじのボールに異常が発生していないことが分かる。
【００５１】
以上により、本実施例によれば、本発明がボールねじの異常の有無の診断と、及び異常の部位の特定を精度良く行う上で有用であることが分かる。
なお、本実施例でも、従来例としてコントローラが振動信号、回転速度信号、ボールねじの全長、ボールねじの負荷状態、及びボールねじの運転条件に基づき異常診断動作パターンに関するパラメータ（電動モータの回転を制御するための時定数）をリアルタイムで最適化していないものを用意し、同様の試験を行った。この試験においては、ボールねじのねじ軸の回転加速度の影響を顕著に受け、キャンベル解析が殆ど実施できないことが確認された。
【００５２】
なお、本発明は前述の実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、前述の異常診断装置では、ボールねじの動作によって生じる物理量として振動を検出対象としたが、物理量としては振動に限らず、音、速度、変位等を用いても良い。また、これらの物理量を検出する箇所も、ボールねじ本体の近傍に設置されれば、いずれの箇所にも設置可能である。
また、前述の異常診断装置では、次数比分析又はキャンベル解析の分析手法を用いたが、ボールねじの異常の有無の診断及び異常の部位の特定を更に精度良くするため、例えば、フィルタ処理、エンベロープ周波数分析などを適宜用いると良い。
【符号の説明】
【００５３】
１０            ボールねじ
１１            ねじ軸
１２            ナット
１２ａ          フランジ
１３            ブラケット
１３ａ          貫通孔
２０            ボールねじの異常診断装置
２１            振動センサ（検出部、物理量検出部）
２２            回転速度センサ（検出部、回転速度検出部）
２３            コントローラ（動作制御部）
２４            異常診断部
２５            出力部
２６，２７      増幅器
５０            電動モータ
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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