JPS6026452B2 - 機械の作動状態の検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕− 本発明は指動機横を具えた機械、装置の作動状態を検知
する方法に関するものである。

〔従来技術の説明〕

一般に諸々の機械装置を構成する機械運動機構は、岡山
体又は非剛体による構成部材を組合せてなる摺動機横を
具備しており、該摺動機横は、それが作動できるように
構成部村間に一定の沼動クリアランスを持たせて設計し
てある。

而して、摺動クリアランスを充分に考慮し、バランスよ
く設計された機構であっても、経年変化或はその他の要
因によって円滑な摺動ができなくなることがあり、機械
の使用上種々の問題を惹き起している。

例えば、従来は機械が円滑に作動しているかどうかを検
出するため、その駆動源であるモー夕回路にヒューズプ
レー力を挿入したり、或いは機械における摺動機横の潤
滑油圧、摺動速度若しくは摺動体の歪等の検出用のセン
サを個々に設けたりして、前記プレー力や各センサを一
定の条件で作動させ、モータや機械を停止させる手段が
探られているが、この従来方法は、予め定めたブレーク
ポイントでプレー力や各センサを作動させてモータや機
械を停止させるだけであるから、機械の作動に異常が生
じた原因が何であるかを迅速且つ適確に知るのに時間を
要するのみならず、プレー力や複数種類のセンサを機械
に装備し且つそれぞれの作動回路や作動機構を附属させ
なければならないので、異常検出装置が大がかりとなり
、更には、前記プレー力や各センサの作動タイミングが
遅延すれば、機械を損壊させてしまうおそれがあるなど
、多くの難点がある。

なお、軸受潤滑油の性能、特に油膜切れ状態を知るため
に軸受の内外輪の間の電気抵抗を測定し、この電気抵抗
の変化が所定値以上となったときパルス信号を得るよう
にしたものがあるが（実開昭５０一８１２９１参照）、
これは潤滑性能そのものを知るだけのものであり、機械
の作動状態を検出するものではない。

而して、機械の異常な動作は、例えば工作機械にあって
は、摺動体ベースのレベル変化、潤滑油性能の劣化、被
摺動体のロード変化、被摺動体の異常振動、摺動体の熱
応力による変位或は摺動面の摩耗等に起因して生じるの
で、上記従来方法は、機械の異常な動作を検出するため
には、モータへの過電流或は潤滑油、摺動速度等の変化
をそれぞれの個々に常時監視しておけばよいとの鶴見点
に立つものであるが、従来方法には先に述べたような難
点があるところから、本発明の発明者は更に機械の異常
動作についてその態様を追究した結果、機械の異常動作
はその原因の如何に拘らず異常な作動をする際に、機械
を構成している諸機構の中で摺動機横の摺動体と被摺動
体の沼動クリアランスに異常な変動を伴うことを知得し
た。

そこで、発明者は更に実験、研究を重ねた結果、機械の
作動中に生じる情動クリアランスの変化は、時間の経過
と共に様々なパターンを描くと共に、各パターンは、前
記異常動作の原因の単独若しくは複数を縄合せたものと
一定の関係にあることを知得して、本発明を完成したも
のである。〔発明の構成及びその作用〕 即ち、本発明方法は、第１図に示したフローチャートの
ステップ１００以下に示すように、機械を作動させた際
、その摺動機様に生じる摺動体ベースのレベル変化、潤
滑油劣化、ロード変化、熱応力歪或は摺動面の摩耗等に
よってもたらされる摺動異常の各々の要因またはこれら
各要因の任意のものを粗合せた併合要因に対応する前記
摺動機機の摺敷クリアランスを時間の経過又は前記摺動
体の移動に伴って検出し、前記槽動クリアランスの変化
の態様をステップ１ １０で予めパターン化しておく一
方、ステップ１２０で、作動中の前記摺動機横における
摺動クリアランスを時間の経過又は前記槽動体の移動に
伴って検出してその変化の態様をパターン化し、これを
前記予めパターン化された摺動クリアランスの変化の態
様のパターンとステップ１３０で相関的に比較して機械
の作動状態を検知することを特徴とするものである。

上記構成により、ステップ１２０１こよる実際の摺動ク
リアランスの変化の態様のパターンを、多数の異常要因
に対応してステップ１ １０で設定された多数の沼動ク
リアランスの変化の態様のパターンとステップ１３０で
比較するようにしたので、前記ステップ１２０で検出さ
れた摺動クリアランスの変化の態様のパターンが予め設
定されている多数の異常要因に対応する摺動クリアラン
スの変化の態様のパターンのうちいずれのパターン該当
するかを知ることができ、現在異常が生じているか杏か
、又、異常が生じている場合にはその異常要因をも知る
ことができ、機械の作動状態を検知することができるの
である。〔実施例の説明〕 次に、本発明方法の実施例を説明する。

第２図はこの発明を実施するための装置例を示し、クリ
アランスセンサＳと、予めパターン化されたクリアラン
スの変化の態様のパターンを記憶したメモリＭと、コン
ピュータＣＰＵと、該コンピュータＣＰＵの出力を得て
適宜の表示、又は自動化の為の制御信号を生成する出力
装置ＯＵＴから成る。

第３図、第４図は機械に組込まれる情動機機原理を示す
斜視図で、第３図は摺動体ベースたる軸受１に回転自在
又はその軸方向に摺動自在に装設された藤２からなる摺
動機横を、また、第４図は摺動ガイド１１ａを有する摺
動体ベース１１と、該ベースの軸万向に摺動自在にマウ
ントした摺動体２１とから成る摺動機機の例を示してお
り、第３図の摺動機様では垂直方向のクリアランスａｌ
と水平方向のクリアランスｂｌが確保され、また第４図
の摺動機礎では、ベース１１と摺動体２１の間に垂直方
向のクリアランスａ２と水平方向でのクリアランスｂ２
が確保され、且つ、各々のクリアランス部分には潤滑油
が充填されていることが、これら摺動機様の平常状態で
ある。

第５図に前記クリアランスセンサＳの具体例を示した。

クリアランスセンサＳは差動トランス型式の例を示して
いる。差動トランス２３は可動鉄芯２５を備え一端を沼
動体ベース１１方向にスプリング２７で押圧されるスピ
ンドル２９と、前記可動鉄芯２５に対向して設けられる
１次コイル３１及び２次コイル３３とから成り、該コイ
ル３１，３３を備えたフレーム３５は摺動体２１に固定
的に設けられ、前記スピンド２９を該フレームに対して
前記スプリング２７で前記摺動体ベース１１に押圧して
いる。スプリング２７の押圧力はスピンドル２９の一端
が摺動体ベース１１に円滑に造従摺動でさる程度に調整
され、摺動体２１の摺動に応じて可動鉄芯２５を備えた
スピンドル２９は第５図において上下方向に移動する。
そして、前記１次コイル３１には発振回路３７が接続さ
れ、前記２次コイル３３には検出回路３９が接続され、
該検出回路は増幅回路４１、Ａ／○変換回路４３を介し
てコンピュータＣＰＵに接続される。１次コイル３１に
発振回路３７から周波数１〜靴Ｎｚの電圧を与えると２
次コイル３３には前記可動鉄芯の位置に応じて所定の電
圧を出力し、この世力電圧を検出回路３９に与える。

検出回路３９はこの電圧を検出し増幅回路４１に与える
。増幅回路４１で増幅された検出電圧はＡ／Ｄ変換回路
４３でデジタル値に変換されコンピュータＣＰＵ‘こ与
えられる。かくして得られるデジタル値はスピンドル２
９の移動位置をミクロンオーダで測定可能であることは
これと類似構成の特開昭４９−１２１５５４号公報に示
される側長器の例からも明らかである。而して、第６図
、第７図に示すように、前記各クリアランスａｌ，ｂｌ
，ａ２，ｂ２は、機械が作動される際に各機構の軸２或
は摺動体２１が回転体或は摺動され、それぞれのクリア
ランス△１に変化を生じるが、その変化は機械が設計通
りの状態にあって且つ正常に作動する限り或る一定の範
囲内にあり、然も、前記クリアランス変化が時間の経過
に伴って形成するパターンもほぼ一定のパターンを描く
。なお、第６図は摺動体の摺動幅全域（ｘ）に亘っての
クリアランス△１の変化を示し、又、第７図は時間Ｔの
経過に伴って変化する状態を示している。時間の経過で
は数ケ月〜１年間に亘る長期のものと、前記摺動幅の律
動時間に対応する短期のもの等がある。そこで、本発明
方法の実施に当っては、まず、前記機構に前記クリアラ
ンスセンサＳを装着し、各クリアランス△１を常時検出
できるようにする一方、当該摺動機礎を、それに摺動異
常を起させる種々の要因を人為的に作った下で、例えば
、第２図メモリＭ内に示したように摺動体ベースのレベ
ルを煩かせて得られるベースレベルパターンＰｏ，、劣
化した潤滑油を使用して得られる潤滑油パターンＰの、
負荷を変化させて得られる負荷／ぐターンＰｏ３、熱応
力歪を生起させて得られる熱応力パターンＰｏ４或は摩
耗した摺動面で摺動させて得られる摩耗パターンＰ鷹等
の、各摺動異常要因下における摺動時の前記の各クリア
ランスの変化の態様をパターン化すると共に、個々の摺
動異常要因を任意に組合せた環境下に於ける各クリアラ
ンスの変化を検出してパターン化する。クリアランスセ
ンサＳにより検出されパターン化された信号は、例えば
、パターン判別機能を具えたコンビュータに記憶させて
おく。第８図〜第１０図は第２図に示したメモリＭ内に
上記各パターンを記憶させた例を示している。

第８図に示すように、摺動体ベースのレベルを傾かせて
得られるベースレベルパターンＰｏ，、熱応力歪を生起
させて得られる熱応力パターンＰｏ４は摺動体の摺動区
間×の関数として記憶している。又、第９図に示すよう
に、劣化した潤滑油を使用して得られる潤滑油パターン
Ｐの、負荷を変化させて得られる負荷パターンＰｏ３は
移動中の比較的短期における時間Ｔの関数として記憶さ
れている。ここに潤滑油の劣化が生じるとクリアランス
の変動が厳しいことを意味し、又負荷が変動するとクリ
アランスもそれにつれて変動することを示している。更
に、第１０図に示すように、潤滑油のパターンＰｏ２、
摺動面の摩耗パターンＰ仮は比較的長期（数ケ月〜数年
）の時間Ｔの関数として示され得る。又、上記のごとき
ベースレベルの傾きや熱応力歪等の各要因に加えてこれ
ら各要因を組合わせた併合要因に対応する摺動クリアラ
ンスの変化の態様のパターンについて説明する。

併合要因に対応するパターンは、例えば、上記ベースレ
ベルの傾きと熱折に、力歪が同時に加わったような場合
に対応するパターンであり、この場合、ベースレベルを
煩かせると共に同時に摺動機礎に熱を加え、これにより
変化する摺動クリアランスの変化を検出して第８図〜第
１０図に示したと同様のパターンを得ることができる。

ここに、上記併合要因に対応する港勤レベルの変化の態
様のパターンは、第８図に示したベースレベルパターン
Ｐｏ，と熱応力パターンＰｏ４を加算したようなパター
ンとなることが推測されるが、実際には、摺動クリアラ
ンスの変化の態様のパターンはより複雑なパターンを形
成する。従って併合要因に対応する摺動クリアランスの
変化の態様のパターンを得るに際しては、各要因に対応
するパターンが合成されることが理論上明らかでない限
り、これら要因を実際に生成し、摺動クリアランスの変
化を実測して求めることが必要である。併合要因として
は、ベースレベルの懐き、熱応力歪、潤滑油の劣化、負
荷の変動、摺動面の摩耗など各要因の２つ又はそれ以上
を組合わせたものが考えられるが、いかなる組合せによ
る併合要因であってもこの併合要因に対応するパターン
は一義的に定まる性質のものであるから、これら併合要
因を実際に摺動機横に作用させた上で摺動クリアランス
の変化を実測すれば第８〜第１０図に示したようなパタ
ーンを得ることが可能である。次に、前記沼動機横につ
いて前述のような予備的作業を済ませたら、該摺動機横
を実際の機械動作の一部として作動させる際、前記のク
リアランスセンサＳによってその摺動クリアランスを検
出する。このクリアランス検出は超動機横の作動中継続
的に行なわれ、その検出信号が時間を伴なう速度系のデ
ータとしてパターン化され前記コンピュータに供給され
る。コンピュータでは、先に記憶したクリアランスに関
する複数のパターン信号に、摺動機機の実際の作動に伴
って入力されるクリアランスのパターン信号を順次比較
し、情動機横の作動時に入力するクリアランスのパター
ン信号が予め記憶している複数のパターン信号のどれに
相当するかを、パターン判別機能によって判別し、判別
信号を出力する。

今、第１１図に示すように、検出パターンＰ，が得られ
たとする。

このパターンは移動距離×と共にクリアランス△１が増
加していることを示し、その度合いも判る。そこでこの
パターンＰ，を前記予め求めた各パターンと照合すれば
、この検出パターンＰ，は第８図に示したパターンＰの
（ベースレベルパターン）に似ており、ベースレベルに
変化が生じていることが憶測される。又、第１２図に示
すように検出パターンＰ２が凹凸の厳しいものであった
とすると、このパターンＰ２は第９図に示したパターン
Ｐｏ３（負荷パターン）に似ており、負荷の変動があっ
たことを憶測させるのである。

この場合、負荷の変動量が所定のもの以上であれば、第
２図に示した出力装置により、直ちに機械を停止させ、
異常負荷にあることを警報すること等が可能である。又
、第１３図に示すように検出パターンＰ３が、隆時的に
多さくなっているとすると、このパタ−ンＰ３は第１０
図に示したパターンＰｏ２（潤滑油パタ−ン）又は、Ｐ
ｏ５（摩耗パターン）に似ている。

このように２種の状態が憶測される場合には、これをも
って２種の異常状態を判定するものであるが、他の条件
、例えば、これと同時に第９図に示したような潤滑油の
劣化パターンＰｏ２が生じていないか等も考慮してより
確度の高い異常状態のみを抽出することも可能である。
判別信号は、例えば、摺動異常の要因をすべて含む場合
のクリアランス変化のパターン、摺敷異常要因の任意の
複数個を粗合せた場合のクリアランス変化を表わす複数
個のパターン及び摺動異常要因の個々の場合におけるク
リアランス変化を表わす複数個のパターンといった具合
に予め記憶されている記憶パターンと、摺動機礎が実際
に作動される際に入力して釆る入力パターンとが比較さ
れ、該入力パターンが記憶パターンのいずれかに相当し
た場合にその旨の信号として出力されるから、いかなる
原因によって摺動クリアランスに異常な変化が生じてい
るか換言すれば、機械の動作に異常が生じているかどう
かをこの判別信号の出力によって知ることができるので
ある。

なお、以上の実施例においては差動トランス式のクリア
ランスセンサについて例示したけれども本発明の実施に
使用できるクリアランスセンサはこれに限定されるもの
ではない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明方法は、機械に異常作動が生じる時
には当該機械の摺動クリアランスに異常な変化が生じる
点に着目し、摺動異常を惹起する諾々の要因の個々によ
る摺動クリアランスの変化及び前記の各異常要因の任意
のものを組合せた組合せ要因による摺動クリアランスの
変化を、予め当該摺動機機について検出しそれをパター
ン化しておき、実際に機械を作動させる場合の摺動クリ
アランスを常に検出してパターン化し、これを前記の予
めパターン化された摺動クリアランスの変化と比較する
ことによって、機械が適正な環境下で作動しているかど
うかを機械の作動中に検知することができるので、従来
のヒューズプレー力等による破損防止策のように実際に
ヒューズが切れて初めて機械の異常を検知する方法に比
べ、機械が大きなダメージを受ける前に機械の異常を検
知することができるのみならず、機械の異常原因若しく
はその傾向を具体的に知ることができる効果がある。

従って、異常動作の原因若しくは異常動作の傾向を事前
に把握できれば、その原因或は懐向に対応して機械側に
それらを補正する制御等を施すことによって機械の経年
変化による消耗を小さく押え、機械の寿命を伸ばすこと
ができるという利益がある。また、本発明方法は装置的
には、摺動機横の摺動クリアランスを検知するセンサと
、該センサからの信号を処理するコンピュータがあれば
、直ちに実施できるので、従釆方法のように、機械の種
々の個所にセンサを配設したり、各センサ毎の信号処理
手段を装備したりする必要がない点で有利である。

尚、上記本発明方法は、機械の異常作動がその原因の如
何に拘らず機械に含まれている摺動クリアランスの変化
になって現われる点に着目し、機械の異常動作を惹起す
る個々の要因或は各要因を任意に粗合せた併合要因によ
る摺動クリアランスの変化を予め時間の経過を伴う信号
としてパターン化し、次に、該パターン化された信号と
、実際に機械を作動させた際に生じるクリアランスの変
化とを対比して、機械の動作状態をチェックするから、
予めパターン化される信号は個々に意味を持つ内容のも
のである。

しかし、機械の作動は、これまで経験的に知得されてい
る要因以外の要因、或は、個々にはこれまで経験的に知
得はされている要因ではあるがそれらが同時に作用する
併合要因、若しくは、各要因が機械の作動中に作用した
りしなかったりする断続要因、その他諸々の要因が複雑
に作用して異常動作を生じるものと考えられるので、前
記の予めパターン化できる信号による情報量には限界が
ある。そこで本発明方法を実施する際には、前述のよう
に意味を持たせて予めパターン化される信号のほかに、
意味を持たない任意のパターン（擬似異常のパターン）
信号を作り、これを機械の作動時に検出される摺動クリ
アランスの変化パターンとを比較するようにしてもよい
。而して、摺動クリアランスの検出パタ−ンが前記の意
味を持たせないパターン信号と一致若しくは略一致した
時は機械を停め、かかる摺敷クリアランスの変化パター
ンを生じさせ乍ら機械が作動した原因を後から追究する
ようにすれば、従釆経験的には知得されていない機械の
異常動作の要因を突止めることが可能になり、従って、
機械の耐用命数を廷ばす上で有用である。一方、機械の
作動中にその中に含まれる摺動機機の摺動クリアアラン
スを時間の経過と共に検出するという手法は、かかる摺
動機横を含む機械の設計製作に応用することができる。
即ち、或る機械の設計、製作に当り種々の条件の下に試
作したその機械の作動時における摺動クリアランスの変
化パターンを検出することにより、従釆の経験に基づく
検知手段や人間の感覚では知ることのできなかった機械
の作動時の状態を、その摺動機横における摺動クリアラ
ンスの変化のパターンという視覚的なもので捉えること
ができるから、種々の試作を通して摺動クリアランスの
変化に異常の生じない設計をすることができるからであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を示すフローチャート、第２図以下
は本発明の実施例を示し、第２図は本発明方法を実施す
る装置例を示すブロック図、第３図、第４図は摺動機横
の原理を示す斜視図、第５図はクリアランスセンサの一
実施例を示す説明図、第６図、第７図はクリアランスの
変化の態様を説明するパターン説明図であり、第６図は
横軸に移動距離を、第７図のものは時間をとっている。 第８図〜第１０図はいずれもクリアランスの変化の態様
を種々の状態に応じて予め定めた変化態様のパターン説
明図、第１１図〜第１３図はクリアランスの変化の態様
を実測して得られたパターン説明図である。１……軸受
、２……軸、１１…・・・摺動体ベース、１１ａ・・・
…摺動ガイド、２１・・・・・・摺動体、ａｌ，ａ２・
・・・・・垂直方向のクリアランス、ｂｌ，ｂ２・・・
・・・水平方向のクリアランス、Ｓ・・・・・・クリア
ラ ‐ンスセンサ、ＣＰＵ・・・…コンピュータ、ＯＵ
Ｔ．・・．・・出力装置、Ｐの〜Ｐ伍・・…・予め定め
られるパターン、Ｐ，〜Ｐ３・・・・・・検出パターン
。 第１図第２図 第３図 第８図 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 摺動体を備えた機械を作動させた際、その摺動機構
   に生じる摺動体ベースのレベル変化、潤滑油劣化、熱応
   力歪或は摺動面の摩耗等によつてもたらされる摺動異常
   の各々の要因またはこれら各要因の任意のものを組合わ
   せた併合要因に対応する前記摺動機構の摺動クリアラン
   スを時間の経過又は前記摺動体の移動に伴つて検出し前
   記摺動クリアランスの変化の態様をパターン化しておく
   一方、作動中の前記摺動機構における摺動クリアランス
   を時間の経過又は前記摺動体の移動に伴つて検出してそ
   の変化の態様をパターン化し、これを前記予めパターン
   化された摺動クリアランスの変化の態様のパターンと相
   関的に比較し前記機械の作動状態を検知することを特徴
   とする機械の作動状態の検知方法。