JP2006252172A

JP2006252172A - 設備位置・状態監視装置

Info

Publication number: JP2006252172A
Application number: JP2005067676A
Authority: JP
Inventors: Risei Suzuki; 利斉鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】設備を構成するユニットの位置をリアルタイムで取得でき、またその位置においてユニットが受ける荷重や負荷状態等、ユニットの状態を把握することも容易に可能であり、しかも構成が簡単な設備位置・状態監視装置を提供する。
【解決手段】複数の可動ユニット１，２に係る各種状態データを設備コントローラ３から通信回線２を介してリアルタイムで取得する状態データ取得手段と、ユニット１，２の位置及び状態データ相互の関連を表した関数や荷重演算に必要な定数等の情報が記述されたユニット構成テーブル１２ｅを有する処理手段１２とを設ける。処理手段１２は、ユニット構成テーブル１２ｅ及び状態データ取得手段により取得された状態データ（状態テーブルＴ１）を用いてユニット１，２の位置、状態を演算処理のみで取得する。取得した位置、状態を画像表示装置１３で可視化表示し、それらを簡単、明確に把握可能とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、設備を構成する複数のユニットの位置・状態を監視する設備位置・状態監視装置に関するものである。

複数のユニットによって設備が構成されている場合、各ユニット（ユニット内の機械要素を含む。以下同じ。）の位置・状態を監視することは、各ユニットが指令通り制御されているか否か等を知る上で、特にそれらユニットの異常を知り、あるいは予知する上で重要である。設備が生産設備である場合には、加工品や生産品に不良を出さないために、特に重要である。
そこで、ある対象物の位置を特定したり、変位を計測するための技術が必要となるが、これに関しては、従来から、カメラ等の撮像装置により得られた画像情報に基づいて対象物の位置等を取得する発明が提案されていた（特許文献１，２等）。
また、生産設備からその構成要素の位置情報を示すデータを取得する発明も提案されていた（特許文献３）。

特開平８−２５４４０９号公報特開平１１−１７３８３９号公報特開平６−３４４２９２号公報

しかしながら特許文献１，２に記載の発明では、設備の基本構成とは別に、画像データを取得するためのカメラ等の撮像装置が必要であった。また、３次元的な動作解析を行うためには複数のカメラを設置する必要があったり、対象物にマーカを固定する必要があり、更に、カメラ等に写らない部分や照明されていない位置は計測できなかったりする等の問題があった。また画像データを取り扱うため、データ量が膨大となり、演算処理に時間がかかったり、高性能な演算処理装置を必要とする等の問題もあり、実用的でなかった。更に、これらは位置情報を算出するだけであり、その位置における対象物の状態、例えば圧力や温度、あるいは荷重等を把握することは不可能であった。
また特許文献３に記載の発明では、複数の構成要素（ユニット）によって構成された生産設備でその構成要素の各々の位置をリアルタイムで取得することは困難であった。また、位置情報の他に、設備のユニット（機械要素）の状態、例えば圧力や温度、あるいは荷重等を把握することは不可能であった。

本発明は、上記のような撮像装置・画像データを用いることなく、またリアルタイムで設備を構成するユニットの位置を取得でき、更に位置の他に、その位置におけるユニットの圧力や温度等の状態を把握することも可能な設備位置・状態監視装置を提供することを目的とする。
また本発明は、取得した位置情報を用いてその位置におけるユニットの荷重が所定の範囲内にあるか否かを判定し、安全なユニット動作、ひいては設備の運転を可能とした設備位置・状態監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の設備位置・状態監視装置は、設備を構成する複数のユニットの状態データを、前記設備を制御する設備コントローラから通信回線を介して取得する状態データ取得手段と、前記ユニットの位置と状態データとの関連を表した関数を含む情報が記述されたユニット構成テーブルと前記状態データ取得手段により取得された状態データとを用いて前記ユニットの位置及び状態を演算により取得する処理手段とを具備することを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記ユニット構成テーブルには各ユニットについてその位置の基準となるユニット名称が記述され、前記処理手段は、前記複数のユニットの各位置を、前記ユニット構成テーブルを参照して再帰的に演算を行って取得することを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記処理手段は、演算により取得したユニットの位置情報からそのユニットの速度及び加速度を演算し、予め記憶しておいた前記ユニットの質量及び荷重上限値中の質量と前記加速度からユニット荷重を演算し、そのユニット荷重が前記荷重上限値以下か否かを比較演算し、少なくともこの比較演算を含む演算結果を出力可能であることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項４に記載の発明は、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記処理手段が出力した演算結果を画像化して表示する画像表示装置を備えることを特徴とする。

特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、撮像装置・画像データを用いることなく、つまり簡単な構成で、またリアルタイムで、設備を構成するユニットの位置を取得でき、更に位置の他に、その位置におけるユニットの圧力や温度等の状態を把握することも可能な設備位置・状態監視装置を提供できる。
また、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、状態データ中にユニットの位置を直接表す情報がない場合、あるいは省略した場合でも、そのユニット実動作位置を算出可能な設備位置・状態監視装置を提供できる。
更に、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、取得した位置情報を用いてその位置におけるユニットの荷重が所定の範囲内にあるか否かを判定し、安全なユニット動作、ひいては設備の運転を可能とした設備位置・状態監視装置を提供できる。この発明は、特にリアルタイムで位置情報を処理し、荷重が所定の範囲内にあるか否かを判定することにより、大なる効果を発揮できる。
また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、処理手段の演算結果を画像化して表示するので、演算結果に係るユニット位置及びその軌跡、あるいはユニットが受ける荷重、負荷状態等を簡単かつ明瞭に把握できるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による設備位置・状態監視装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。
図示するように設備位置・状態監視装置１は、ＬＡＮ回線やシリアル回線等の通信回線２を介して設備コントローラ３に接続されている。
設備コントローラ３は、生産設備等の設備４を制御、具体的には設備４を構成する複数の異なる動作部位（ユニット構成）４１…の各々に指令やデータ等の信号を送って各動作部位４１を制御する装置である。

ここで各動作部位４１は、各種アクチュエータ、例えばサーボモータやシリンダ、あるいは電磁ソレノイドバルブ等によって駆動（移動、回転等）され、また、各動作部位４１には、その動作位置を検出する位置センサ、例えばリミットスイッチ、エンコーダ等や、トルク、温度あるいは圧力等を検出するセンサが付設されている。図１には、アクチュエータ５としてサーボモータ及びシリンダが、センサ６としてリミットスイッチ（ＬＳ）、エンコーダ、トルクセンサ及び温度センサを例示しているが、これらのみに限らない。
設備コントローラ３が、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）やモーションコントローラ等を備えてなる場合は、各動作部位４１のアクチュエータ５の動作指令や各種センサ６からの情報はこれらＰＬＣやモーションコントローラ等に取り込まれ、演算され、各動作部位４１を制御している。

各動作部位４１は、複数〔ｎ＋１台（ｎは正の整数）〕のユニットＵ０，Ｕ１〜Ｕｎで構成されている。
ユニットＵ０は、固定（不動）状態にあるユニット、つまり位置についての絶対基準ユニットである。ユニットＵ１〜Ｕｎは、ユニットＵ０の下位に備えられた可動のユニット（可動ユニット）である。
各種アクチュエータ５、センサ６は可動ユニットＵ１〜Ｕｎに各々設けられており、設備コントローラ３は可動ユニットＵ１〜Ｕｎを制御する。
設備コントローラ３は、このような各動作部位４１（アクチュエータ５）に送る指令、データ等の各種信号や、各種センサ６からの検出信号等のコントローラ内部情報（データ）を外部に出力する通信機能を有する。

設備位置・状態監視装置１は、このように設備４を制御する設備コントローラ３に接続され、設備４を構成する各動作部位４１の可動ユニットＵ１〜Ｕｎ（アクチュエータ５）の位置・状態を監視する装置である。
本実施形態において、設備位置・状態監視装置１は、入力装置１１、処理装置１２及び画像表示装置１３を備えてなる。
これらのうち入力装置１１は、処理装置１２に種々の指令、データ等を入力する装置である。画像表示装置１３は、処理装置１２による演算結果、具体的には可動ユニットＵ１〜Ｕｎの位置や荷重、更には負荷状態等を、あるいはそれらの時間的な推移を画像化して画面に表示する装置である。

処理装置（処理手段）１２は、ここではＣＰＵ１２ａ、ＲＯＭ１２ｂ、ＲＡＭ１２ｃ、状態データ記憶装置１２ｄ、ユニット構成テーブル１２ｅ、通信用インタフェース１２ｆ及びこれらを接続するバス１２ｇを備えてなり、ＣＰＵ１２ａがＲＯＭ１２ｂに格納されたプログラムをＲＡＭ１２ｃを作業領域として用いて実行し、以下の機能を実現する。
すなわち処理装置１２は、通信回線２及び通信用インタフェース１２ｆ（状態データ取得手段）を介して設備コントローラ３から設備状態を、具体的にはコントローラ内部情報を収集する（この機能を状態収集機能という）。設備コントローラ３の通信機能は高速であり、処理装置１２及び通信回線２には高速形のものが用いられているので、この状態収集機能は高速に行われる。
状態収集機能により収集されたデータは、その全部又は所望の範囲につき、状態データとして状態データ記憶装置１２ｄに時系列に蓄積記憶される。
本実施形態では、設備コントローラ３内部における動作部位４１毎の可動ユニット（機械要素）Ｕ１〜Ｕｎについての各種センサ６からの位置、トルク、温度等の検出信号（計測データ）、つまり各動作部位４１毎の可動ユニットＵ１〜Ｕｎの実動作情報が状態データとして蓄積記憶される。
状態データの蓄積方法としては、各種センサ６からの検出信号に対して、各々他の信号と識別可能に固有の名称（信号名称）を付け、その信号名称別に信号の内容（信号値）が収集時刻と共に順次蓄積記憶する。蓄積は、上述したように状態データ記憶装置１２ｄ内に行われ、上記収集時刻は、ここでは年月日を含み、収集は秒単位（一秒間隔）で行われる。

図２は、時系列に蓄積された状態データを記録した状態テーブルＴ１の一例を示す図である。この図では、信号名称としてエンコーダ１，２、ＳＯＬ１（電磁ソレノイドバルブ１）、ＬＳ１（リミットスイッチ１）、トルク及び温度が例示され、これらの信号内容（信号値）が、２００×年１１月３０日０時００分０１秒から同１２秒まで順次収集、蓄積され、同１３秒に至ろうとしている様子が描かれている。信号内容（信号値）としては、図２ではＳＯＬ１（電磁ソレノイドバルブ１）及びＬＳ１（リミットスイッチ１）についてはＯＮ／ＯＦＦ状態（０，１）が、エンコーダ１，２、トルク及び温度についてはその検出値が例示されている。

説明を図１に戻すと、処理装置１２は、状態テーブルＴ１及びユニット構成テーブル１２ｅを用いて動作部位４１毎のユニットＵ１〜Ｕｎの位置を演算し、また各種センサ６中の所望のセンサからの検出信号の上限値、下限値等の限界値との比較判定を行う演算判定機能を有する。この演算判定機能の詳細は後述する。
更に処理装置１２は、演算された位置を様々な形で画像化し、また限界値との比較判定結果を様々な形で画像化して画像表示装置１３に表示させる画像化表示機能を有する。

次に、処理装置１２に備えられたユニット構成テーブル１２ｅについて説明する。
設備コントローラ３で制御される各動作部位４１は、上述したように複数のユニットＵ０，Ｕ１〜Ｕｎによって構成されている。
いま、図１中の複数の動作部位４１…中の１つ、例えば最上部に描かれた動作部位４１に着目すると、この動作部位４１は、ｎ＋１台のユニットＵ０，Ｕ１〜Ｕｎから構成され、固定状態にあって位置の絶対基準となっている絶対基準ユニットＵ０の上にｎ台の可動ユニット（下位ユニット）Ｕ１〜Ｕｎが順次、階層状に設置されてなる。各下位ユニットＵ１〜Ｕｎの位置は、絶対基準ユニットＵ０、又は自ユニットが基準とする、それより上位のユニットからの相対位置として各々把握可能である。
本実施形態においては、これらユニット相互の位置関係を各ユニットＵ１〜Ｕｎ毎に関数で表してユニット構成テーブル１２ｅに記述しておき、各下位ユニットＵ１〜Ｕｎの位置が上記関数及びその引数（各位置センサ６の検出値等）から算出可能とされている。なお「記述」とは、記録、登録等を指すが、要はその対象となるデータ等（上記の例では関数）を記憶しておくことである（以下同じ）。

ユニット構成テーブル１２ｅの内容の一例を図３を参照して説明する。
各ユニットＵ０，Ｕ１〜Ｕｎには、他のユニットと識別可能に固有の名称、ここではユニット名称：ユニット０，１〜３が付けられており、ユニット構成テーブル１２ｅには、図示するように、そのユニット名称毎に、基準ユニット名称、変換関数、位置算出関数、引数１〜引数ｐ及び観測データ１〜ｑの各欄が設定されている。
これら各欄のうち、基準ユニット名称欄には、各ユニットＵ０，Ｕ１〜Ｕｎの位置の基準となるユニット名称が記述される。ユニットＵ０（ユニット名称：ユニット０）は基準のユニットがない絶対基準ユニットであり、ここでは固定と記される。
変換関数欄には、収集した位置情報（特定の位置センサ６の検出値）とユニット名称が表すユニットの動作関係を示した座標変換関数であって、開始ポイント、方向、量等のベクトル情報を行列として表した関数が記述される（図４参照）。
位置算出関数欄には、引数１〜引数ｐ中に記述された特定の引数の値（状態テーブルＴ１に記録されている検出値）を位置情報へ変換する関数（位置算出関数）の名称が記述される。
引数１〜引数ｐ欄は、位置算出関数に引き渡す値であり、状態テーブルＴ１中の該当する信号名称や予め設定された定数が１〜ｐ個まで登録可能である。
観測データ１〜観測データｑ欄には、観測したい設備状態の種類、具体的には各種センサ６中の所望のセンサからの検出信号の名称（信号名称）が、予め設定された上下限値と共に登録される。観測データは、１〜ｑ個まで登録可能である。

ここで、処理装置１２の演算判定機能の詳細を説明すると、この演算判定機能は、次の位置算出変換機能及び観測データ判定機能からなる。このうち、位置算出変換機能は、上記状態テーブルＴ１及びユニット構成テーブル１２ｅを用いて、可動ユニットＵ１〜Ｕｎ毎に再帰的に演算処理することで、ユニット実動作位置を算出する機能である。また観測データ判定機能は、ユニット構成テーブル１２ｅの観測データ欄の登録内容に該当する信号名称の信号値（同信号を検出するセンサの検出値）を状態テーブルＴ１から読み出し、それを位置算出変換機能で算出変換された位置に関連付けて記憶し、その観測データについて設定されている上限値、下限値と比較し、上下限値の範囲内にあるか否か等を判定する機能である。

図５は、設備位置・状態監視装置の動作を説明するための装置構成図である。
この図において、各ユニット０，１，２は、図３中のユニット名称欄のユニット０，１，２に相当するものであり、ここでは、同ユニット名称欄のユニット３に相当するユニットは存在しない。
すなわち、ユニット０は基準となるベース５１上に固定されている。ユニット０は固定の３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点０（０，０，０）を基準に設置されている。
このユニット０上にユニット１が設置されており、台５２（ユニット１）がモータ５３によって駆動され、ｕ軸方向（図中左右方向）に移動可能である。モータ５３は設備コントローラ３によって制御され、同時にエンコーダ５４によってその回転角度（つまり台５２のｕ軸方向の位置）が計測され、同コントローラ３に取り込まれる。
同様に、ユニット２がユニット１上に設置されており、台５５（ユニット２）がモータ５６によって駆動され、ｖ軸方向（図中上下方向）に移動可能である。モータ５６は設備コントローラ３によって制御され、同時にエンコーダ５７によってその回転角度（つまり台５２のｖ軸方向の位置）が計測され、同コントローラ３に取り込まれる。
台５２，モータ５３間、及び台５５，モータ５６間には、減速機や、ボールネジによる送り機構があるため、エンコーダ５４，５７によって計測された位置（図２中の信号名称：エンコーダ１，２の値）はそのまま台５２，５５の位置を表すことにはならない。
そこで、これらの位置関係をユニット構成テーブル１２ｅに関数で記述し、設備位置・状態監視装置１の処理装置１２内に記憶する。この場合、ユニット１，２毎に座標系（ｕ，ｖ，ｗ）が設定され、ユニット１，２の動作方向と座標軸が一致するように座標変換をする変換関数と動作限となる位置情報等をユニット構成テーブル１２ｅに指定している。

設備コントローラ３には、これらユニット１，２の動作位置情報の他に、同ユニット１，２に係る電磁ソレノイドバルブ、リミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態や、トルク、温度等の検出値、更にはモータ５３，５６やシリンダ（アクチュエータ）の動作指令が取り込まれ演算制御を行っている。
設備位置・状態監視装置１の処理装置１２は、通信回線２を介し、設備コントローラ３からこれらの情報（コントローラ内部情報）を時系列に収集し、状態データとして状態データ記憶装置１２ｄに時系列に蓄積記憶する。

この状態データを記録した状態テーブルＴ１が図２に例示した内容であり、上記ユニット構成テーブル１２ｅが図３に例示した内容である（ただし、ユニット３は存在していない）として説明すると、ユニット構成テーブル１２ｅには、ユニット１がユニット０を基準ユニットとしていることが表されている。具体的には、ユニット１はユニット０上に設置されている。
ユニット構成テーブル１２ｅは、例えばユニット１の位置（基準ユニット０における位置）を求めるに際して、位置算出関数の直接位置読出し機能により、引数１、つまりエンコーダ１の位置検出値を参照し、これをｕ軸の入力値とすることを表している。

位置算出関数はいくつか用意されているが、図５に示す例は、エンコーダ５４（エンコーダ１）の検出値が直接位置を表す構成となっているため、直接位置読出し関数でエンコーダ１を参照するように指定している。
なおこの例において、直接位置読出し関数としては、次のように定義されたものが用意されている。
（１）引数１で指定された信号名称の信号値（検出値）を読み出し、これをｕ軸入力値とするもの（上記の例で適用された直接位置読出し関数）。
（２）引数２で指定された信号名称の信号値を読み出し、これをｖ軸入力値とするもの。
（３）引数３で指定された信号名称の信号値を読み出し、これをｗ軸入力値とするもの。

この直接位置読出し関数により得られた上記ｕ軸の入力値は、ユニット構成テーブル１２ｅに記述された変換関数に与えられる。この変換関数は４×４の行列の式で表現されている。これは座標変換の式であり、位置（ｕ１，ｖ１，ｗ１）が、この変換行列によって位置（ｘ，ｙ，ｚ）に変換されることを表し、回転、拡大、縮小を表現することが可能である。

このように、図２に示す状態テーブルＴ１のエンコーダ１の検出値を読み出し、ユニット構成テーブル１２ｅ中の変換関数（変換行列）により変換演算することで、ユニツト０からみたユニット１の位置が最終的に求まる。
これを全ユニットについて再帰的に実施し、最終的に基準ユニット名称が「固定」、つまりユニット０（絶対基準ユニットＵ０）となるまで繰り返す。
この例では、ユニット２について、変換関数により求められる位置はその基準ユニットであるユニット１の位置であるから、まずこのユニット１の位置（ｕ１，ｖ１，ｗ１）をユニット２の位置（ｕ２，ｖ２，ｗ２）から変換して求め、これをユニット０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）に変換するという順序で位置変換を繰り返す。この際、ユニット構成テーブル１２ｅに記述された位置算出関数、引数、変換関数が各々用いられることは勿論である。
処理装置１２は、このような演算処理を行って各ユニット１，２の絶対基準ユニット０からみた位置、つまり絶対位置（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。

以上述べた処理装置１２による位置演算処理の流れを一般化して示せば図６の通りである。
まずステップ６０１で、ユニット構成テーブル１２ｅからあるユニットＮ（＝１，２，３，…）の位置算出関数を読み出す。そして、読み出された位置算出関数の機能に応じて必要な引数名（何を引数とするか）を読み込み、該当する引数に係る値（信号値）を状態テーブルＴ１から読み出す（ステップ６０２）。
ステップ６０３では、読み出した値をユニット構成テーブル１２ｅで指定された変換関数（変換行列）にて座標変換して位置Ｐを演算する。
上記ユニット１（Ｎ＝１）の例では、変換関数よりｘ＝（１／５００）×ｕ−５０００，ｙ＝５０，ｚ＝０という関係が分かり、したがって、上記ｕにエンコーダ１の値（図２参照）を代入することで位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。
ユニット構成テーブル１２ｅの基準ユニット名称欄に可動のユニット名称（ユニット１より下位のユニット）の記述があるユニットについては、その一つ上位（上流）のユニットの位置Ｐ'を上述と同様の演算処理手順で算出し、ＰとＰ'を行列演算して位置Ｐを算出する。
これを再帰的に繰り返し、最終的に基準ユニット名称が固定、つまりステップ６０４において「基準ユニットあり」がＮＯと判定されるまで演算処理を行う（ステップ６０４〜６０８）。
以上の演算処理によって、絶対基準ユニット０からみた位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。

図６の例においては、上述したように算出された位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けて、その際の、予め指定された観測データがその上下限値の範囲内にあるか否かの判定も行っている。
すなわち処理装置１２は、位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の算出後のステップ６０９において、ユニット構成テーブル１２ｅの観測データ欄で指定された信号名称に係る値（信号値）を状態テーブルＴ１から読み出し、ステップ６０１〜６０８で算出された位置Ｐに関連付けて記憶する。そしてその値が、同観測データ欄に設定された上限値、下限値と比較し、その上下限値の範囲内にあるか否かの比較判定も行っている。

以上の処理を全ユニット１〜ｎについて行い、更にこの処理を状態テーブルＴ１に状態データが蓄積記憶される時刻毎、つまりリアルタイムで行えば、状態テーブルＴ１に蓄積記憶される全時系列データとの対応で各ユニットのリアルタイム位置情報・状態情報（観測データの判定結果）を得ることができる。
リアルタイム位置情報・状態情報を得る対象ユニットは可動ユニットであるが、固定（不動）のユニットについて、ユニット構成テーブル１２ｅ中に所望の観測データ及びその上下限値を設定しておき、固定のユニットについては、例えば温度が上下限値内にあるか否かをリアルタイム状態情報として得られるようにしてもよい。

次に、位置算出関数の詳細について説明する。
位置算出関数は、コントローラ内部情報である状態テーブルＴ１上の状態データと位置情報との関連を表す関数である。この位置算出関数は、ユニット構成テーブル１２ｅに記述され、その引数として予め特定の状態データを設定しておくことによって位置情報が算出可能である。
位置算出関数は、位置情報を示すコントローラ内部情報、つまり状態テーブルＴ１上の状態データ（信号名称）を直接指定する直接位置読出し形と間接位置読出し形とがある。直接位置読出し形の位置算出関数の例は既に述べたので〔上掲（１）〜（３）参照〕、ここでは、エンコーダ検出値等の直接位置情報をもたない対象物について位置算出を行うための間接位置読出し形の例を２つ述べる。

第１例としては、ユニット等の位置算出対象物の移動の開始及び終了の各タイミング（ポイント）と動作パターン（距離）とを組み合わせて位置情報を算出可能とした位置算出関数（間接位置読出し１形）が挙げられる。
この位置算出関数は、
（４）引数１で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動開始タイミングとし、
（５）引数２で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動終了タイミングとし、
（６）引数３で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動距離とし、
これら（４）〜（６）の３つの値（データ）をｕ軸入力値とするように定義されている。
ｖ軸入力値及びｗ軸入力値についても同様である。この場合、ｖ軸入力値につき、上記引数１〜３に相当する引数４〜６が設定され、ｗ軸入力値につき、上記引数１〜３に相当する引数７〜９が設定される。各信号名称の信号値は図２に示す状態テーブルＴ１に記憶されている。

この間接位置読出し１形の位置算出関数は、具体的には位置算出対象物としてのユニットの駆動源がシリンダである場合の、同シリンダ（ユニット）の動作位置算出に適用できる。
これを図７及び図８に基づき説明する。
図７は、ユニット駆動源としてシリンダ７１が設置され、このシリンダ７１が電磁ソレノイドバルブ７２の制御によって前進、後退し、かつ、前進端、後退端を検出するリミットスイッチ７３，７４によって停止されるシリンダ動作機構を示す。
このシリンダ動作機構は、図８に示す信号状態と動作状態の関係をもって動作する。なお信号状態とは、電磁ソレノイドバルブ７２への前進、後退指示信号の状態及びリミットスイッチ７３，７４のＯＮ／ＯＦＦ状態を指し、コントローラ内部情報に含まれ、状態データとして設備位置・状態監視装置１の処理装置１２（状態データ記憶装置１２ｄ）に時系列に蓄積記憶される。状態データ記憶装置１２ｄに蓄積記憶される場合、他の信号と識別可能に各々固有の信号名称（例えばＳＯＬ１、ＬＳ１，ＬＳ２等）が付けられ、信号名称から信号状態ＯＮ，ＯＦＦ（信号値＝１，０）を読出し可能である。

図８に示すように、このようなシリンダ動作機構においては、シリンダ７１は、前進指示信号ＯＮで前進動作を開始し、動作限まで移動して前進端リミットスイッチＯＮで停止する。この場合、位置算出関数として上記間接位置読出し１を用い、引数１として動作指示を示す前進指示信号（ＳＯＬ１）を指定し、引数２として動作端を示す前進端リミットスイッチ７３（ＬＳ１）を指定し、引数３としてその移動距離を定数で指定する。
このような間接位置読出し１による位置算出関数によって、図８に示すようなタイミングで、矢印イに示すように直線動作で移動するような位置が算出される（変換関数に代入可能な位置情報へ変換される）。
等速運動ではなく、予め移動パターンが分かっているアクチュエータが位置算出対象物である場合には、その動きに応じた位置算出関数を用意することによって、より精度の高い位置を算出することができる。

間接位置読出し形の第２例としては、位置算出対象物（ユニット）の移動の開始タイミングと動作パターン（時間、距離）とを組み合わせて位置情報を算出可能とした位置算出関数（間接位置読出し２形）が挙げられる。
この位置算出関数は、
（７）引数１で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動開始タイミングとし、
（８）引数２で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動時間とし、
（９）引数３で指定された信号名称の信号値を読み出し、これを移動距離とし、
これら（７）〜（９）の３つの値（データ）をｕ軸入力値とするように定義されている。
ｖ軸入力値及びｗ軸入力値についても同様である。この場合、ｖ軸入力値につき、上記引数１〜３に相当する引数４〜６が設定され、ｗ軸入力値につき、上記引数１〜３に相当する引数７〜９が設定される。各信号名称の信号値は図２に示す状態テーブルＴ１に記憶されている。

この間接位置読出し２形の位置算出関数は、具体的には位置算出対象物としてのユニットの駆動源がリミットスイッチＯＮ，ＯＦＦ信号のような動作限を示す信号を持たないシリンダや、インバータ等により一定量移動するアクチュエータである場合の、それらシリンダ等のアクチュエータの動作位置の算出に適用できる。ここでは、上記間接位置読出し１形における移動終了タイミングの代わりに移動時間を設定し、その移動時間を指定して位置算出している。

次に、各ユニット（ここでは可動ユニットを指す。以下同じ。）にかかる荷重を演算可能とし、かつ、それらのユニットの負荷状態を判定可能とした設備位置・状態監視装置の実施形態を図５及び図６を参照して説明する。
上記のように荷重を演算可能とし、また負荷状態を判定可能とするには、図５中のユニット構成テーブル１２ｅにユニットの質量及び荷重上限値の各欄を追加し、それらの欄に同質量及び荷重上限値を各別に記述しておく。
そして処理装置１２が、各ユニット１，２の各時刻毎の位置データ（時系列の位置データ群）を、図６の処理フローに従って算出し、算出された位置データをｘ，ｙ，ｚ各軸について時間で微分して速度データを算出し、更に、この速度データを時間で微分して加速度データを算出することにより、各ユニット１，２にかかる荷重データを算出できる。
また、算出された荷重データを上記荷重上限値と比較演算することにより、各ユニット１，２、ひいては動作部位４１（設備）の負荷状態が、つまり過負荷状態にあるか否かが判定できる。

このような荷重算出、負荷状態判定処理をフローチャートで示せば図９の通りである。
図中、Ｐｎは位置データ、Ｖｎは速度データ、Ａｎは加速度データ、Ｆｎは荷重データを表す。また、ｎは１〜Ｎ、Δｔはある時刻におけるデータとその１つ前のデータとの時
間間隔を表す。
図示フローチャートにおいては、ステップ９０１〜９０３の処理を経てユニット１，２にかかる荷重データが算出され、算出された荷重データにつき、荷重上限値以下（許容範囲内）にあるか否かがステップ９０４において判定され、範囲内にあればＯＫ、なければＮＧなる判定結果が例えば画像表示装置１３に表示される。

図１０は、ユニット毎にその質量が記述されたユニット構成テーブル１２ｅの要部を示す図である。
本実施形態では、この図に示すように、ユニット２及びユニット３は共にユニット１を基準ユニットとしているので、ユニット１の総重量は２０＋１０＋５＝３５ｋｇとなる。ユニット２，３についてはそれらを基準ユニットにしているユニットがないため、各総重量は順に１０ｋｇ，５ｋｇとなる。
したがって、ユニット１〜３毎に加速度データを演算し、得られた加速度データに上記総重量３５ｋｇ（又は１０ｋｇ若しくは５ｋｇ）を掛け算することにより荷重データを算出することができる。
算出された荷重データを、ユニット構成テーブル１２ｅに記述された荷重上限値と比較演算することにより、各ユニット１〜３（設備）にかかる負荷状態を判定することができる。

以上のようにして得られたデータは時系列の位置データ、状態データである。このデータを画像化し、ユニット（設備）の位置、状態を画像表示装置１３（図５参照）に表示し、可視化する。
図１１は、図５中のユニット１のｘ座標の時間的推移を画像表示装置１３に表示した例を示す。
図１２は、同図中のユニット２のｘ，ｙ平面における軌跡と、その各位置（ｘ，ｙ）におけるトルクの観測データの大小とを画像表示装置１３に表示した例を示す。トルクの観測データの大小は、軌跡上の各位置（ｘ，ｙ）を表すプロットのサイズの大小で表現されている。なお、トルクの観測データが予め定めた上限値を超えている場合には、そのプロットの色を例えば赤色とし、他のプロットの色、例えば青色と違えてもよく、これによれば、トルクが上限値を超えていることをプロットのサイズと色で明確に表現される。
図１３（ａ）〜（ｃ）はユニットの３次元空間〔３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）〕における軌跡図であり、（ａ）はユニット１の、（ｂ）はユニット２の３次元空間における軌跡図である。（ｃ）は、本実施形態とは別の設備のあるユニットの３次元空間における軌跡図である。これらの軌跡図は画像表示装置１３に表示され、各ユニットの３次元空間における動作が明確に表現され、把握できる。特に（ｃ）の例によれば、ユニットの複雑な動作がよりよく把握できる。

図１４（ａ）〜（ｅ）は、図５の構成例に類似のユニット構成（設備）について、各ユニット１，２の各動作位置を、そのユニット構成部のＣＡＤデータに基づく機構図で画像表示装置１３（図５参照）に表示する例を示す図である。
（ａ）〜（ｅ）に示すように変化する各ユニット１，２の動作位置を画像表示装置１３に表示すれば、そのユニット構成部（設備）から離れた位置でオンラインで観察できる。この表示において、処理装置１２による上記負荷状態の判定結果を表示画像色の属性として加えれば、つまり、判定結果がＮＧ（図９参照）の場合には、その判定結果に係るユニット部分をＯＫ（同図参照）の場合とは異なる色、例えば赤色で表示するようにしてもよい〔図１４（ｂ），（ｃ）中の黒色部分参照〕。これによれば、該当するユニットの、その動作位置（姿勢）にて過負荷状態を生じたことが一目で分かるようになる。
なお、図１４（ａ）〜（ｅ）を画像表示装置１３に連続して表示、つまりアニメーション表示してもよい。

以上述べた実施形態によれば、画像処理装置等の複雑なシステムや撮像装置等の後付けの計測装置を一切用いることなく簡単な構成で、つまり、主としてデータ収集、記憶手段を有する汎用の処理装置を用いた構成で、設備の内部情報（実動作情報）を高速（数１０ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓｅｃ間隔程度）で収集できる。そして、収集された情報（状態データ）とユニット構成テーブルを用いた演算によって、正確で分かりやすい設備の位置や負荷状態等の状態を測定、判定（監視）することができる。
特に、撮像装置・画像データを用いないことによれば、これらを用いる場合の問題、例えば、複数のカメラやマーカ等が必要、カメラの視野外や暗い場所では適用できない、データ量が膨大、演算処理に時間がかかり高性能な演算処理装置を必要とする、等々の問題は一切生じることはなく、そのコスト上の効果は大である。

なお、上述実施形態では、状態データの収集時間間隔を一秒間隔としたが、これのみに限られず、また、収集したデータの蓄積記憶も一定時間間隔でなくてもよい。一定時間間隔で収集するが、検出信号（値）が変化した場合について、その前後の一定時間についてのみ蓄積記憶するようにしてもよい。位置・状態の監視は、検出信号の変化時について行われることが重要だからであり、このようにすれば、例えば設備（ユニット）停止時における重複したデータは記憶されず、状態データのデータ量を節減でき、状態データの監視の労力や記憶装置１２ｄの記憶容量の節約を図ることができる。

状態データ（状態テーブルＴ１）、ユニット構成テーブル１２ｅに基づく、位置や位置の時間推移、更には過負荷状態等の演算、表示は、上述した実施形態においてはオンライン・リアルタイムで行われることを基本として説明しているが、上記各テーブルＴ１，１２ｅを保持しておいて上記位置等の演算、表示を事後に行うという、オフラインでの利用も可能である。

本発明による設備位置・状態監視装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。図１中の状態テーブルの内容の一例を示す図である。同じくユニット構成テーブルの内容の一例を示す図である。同上ユニット構成テーブルに記述された座標変換関数の説明図である。設備位置・状態監視装置の動作を説明するための装置構成図である。図５中の処理装置による位置演算処理を示すフローチャートである。直接位置情報をもたないシリンダ動作機構を例示する図である。同上機構におけるシリンダ位置の算出方法の説明図である。図５中の処理装置が行う荷重算出、負荷状態判定処理のフローチャートである。荷重算出、負荷状態判定処理に用いるユニット構成テーブルの要部を示す図である。図５中のユニット１のｘ座標の時間的推移の表示例を示す図である。同じくユニット２のｘ，ｙ平面における軌跡等の表示例を示す図である。図５中のユニット１，２及び他のユニットの３次元空間における軌跡図である。各ユニット動作位置を機構図で表示する例を示す図である。

符号の説明

１：設備位置・状態監視装置、２：通信回線、３：設備コントローラ、４：設備、１２：処理装置（処理手段）、１２ｄ：状態データ記憶装置、１２ｅ：ユニット構成テーブル、１２ｆ：通信用インタフェース（状態データ取得手段）、１３：画像表示装置、Ｕ１〜Ｕｎ：ユニット（可動ユニット）、Ｔ１：状態テーブル。

Claims

設備を構成する複数のユニットの状態データを、前記設備を制御する設備コントローラから通信回線を介して取得する状態データ取得手段と、前記ユニットの位置と状態データとの関連を表した関数を含む情報が記述されたユニット構成テーブルと前記状態データ取得手段により取得された状態データとを用いて前記ユニットの位置及び状態を演算により取得する処理手段とを具備することを特徴とする設備位置・状態監視装置。
前記ユニット構成テーブルには各ユニットについてその位置の基準となるユニット名称が記述され、前記処理手段は、前記複数のユニットの各位置を、前記ユニット構成テーブルを参照して再帰的に演算を行って取得することを特徴とする請求項１に記載の設備位置・状態監視装置。
前記処理手段は、演算により取得したユニットの位置情報からそのユニットの速度及び加速度を演算し、予め記憶しておいた前記ユニットの質量及び荷重上限値中の質量と前記加速度からユニット荷重を演算し、そのユニット荷重が前記荷重上限値以下か否かを比較演算し、少なくともこの比較演算を含む演算結果を出力可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の設備位置・状態監視装置。
前記処理手段が出力した演算結果を画像化して表示する画像表示装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の設備位置・状態監視装置。