JP2015223671A - 歯車伝動装置及び歯車伝動装置の使用度を測定する使用度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車伝動装置の状態を計測する技術を開示する。
【解決手段】使用度測定装置１０は、歯車伝動装置（歯車伝動機構４）の使用度を測定する。使用度測定装置１０は、振動周期計測部１６と比較部１８を備えている。振動周期計測部１６は、歯車伝動装置の入力部側の回転状態と出力部側の回転状態の少なくとも一方を示す状態信号の振動周期を計測する。比較部１８は、歯車伝動装置の初期運転期間中に計測された第１振動周期と歯車伝動装置を所定時間運転した後に計測された第２振動周期とを比較する。振動周期計測部１６は、歯車伝動装置が駆動を停止した後の状態信号の第１振動周期及び第２振動周期を計測する。
【選択図】図５

Description

本明細書は、歯車伝動装置及び歯車伝動装置の使用度を測定する使用度測定装置に関する技術を開示する。

モータとワーク（被駆動部材）の間に配置され、モータのトルクをワークに伝達する歯車伝動装置が知られている。歯車伝動装置は、使用に応じて劣化するので、メンテナンス，交換等を行うことが必要である。そのために、歯車伝動装置に異常が生じているか否かの判断、あるいは、近い将来に歯車伝動装置に異常が生じるか否かの予知を行うことが必要である。特許文献１では、異常が生じていない歯車伝動装置を予め所定条件で駆動し、ワークの駆動パターンを計測し、駆動パターンの基準値を記憶しておく。また、歯車伝動装置に異常が生じているときのワークの駆動パターンを計測し、駆動パターンの変化に基づいて閾値を設定しておく。特許文献１では、歯車伝動装置を所定時間運転した後に、基準値を計測したときと同じ条件で歯車伝動装置を駆動し、基準値に対するワークの駆動パターンの変化と閾値とを比較して、歯車伝動装置の状態を判断している。

特開昭６３−１２３１０５号公報

特許文献１では、歯車伝動装置に異常が生じている（近い将来に異常が生じる）か否かを判断するために、歯車伝動装置を所定時間運転した後に、歯車伝動装置の運転を停止し、基準値を計測したときと同じ条件で歯車伝動装置を駆動することが必要である。すなわち、歯車伝動装置の状態をオフラインで検査することが必要である。本明細書は、上記課題を解決するものであり、歯車伝動装置の状態をオンラインで測定する技術を開示する。

本明細書が開示する技術は、歯車伝動装置の使用度を測定する使用度測定装置に関する。その使用度測定装置は、振動周期計測部と、比較部を備えている。振動周期計測部は、歯車伝動装置の入力部側の回転状態と出力部側の回転状態の少なくとも一方を示す状態信号の振動周期を計測する。比較部は、歯車伝動装置の初期運転期間中に計測された第１振動周期と歯車伝動装置を所定時間運転した後に計測された第２振動周期とを比較する。この使用度測定装置では、振動周期計測部は、歯車伝動装置が駆動を停止した後の状態信号の第１振動周期及び第２振動周期を計測する。

「歯車伝動装置の使用度」とは、例えば定格トルクで歯車伝動装置を運転した場合に寿命を迎えるときの使用数（運転時間）を限界値１００としたときに、現在の歯車伝動装置の劣化が限界値１００に対してどの程度進んでいるかを示す指標である。重量が重いワークを駆動する場合、重量が軽いワークを駆動する場合と比較して、歯車伝動装置の運転時間が同じであっても使用度は大きくなることが多い。使用度を測定することにより、現状のワークを駆動し続けた場合の歯車伝動装置の寿命を予測することができる。すなわち、歯車伝動装置の残り寿命を予測することができる。なお、使用度は、限界値１００に対する割合で表すこともできるし、限界値１００との差で表すこともできる。

「歯車伝動装置の入力部側の回転状態を示す状態信号」とは、例えば、歯車伝動装置にトルクを伝達するモータへの供給電流、そのモータの出力軸の回転角に対応する信号、そのモータの出力軸の出力トルクに対応する信号、歯車伝動装置の入力軸の回転角に対応する信号等のことをいう。また、「歯車伝動装置の出力部側の回転状態を示す状態信号」とは、例えば、歯車伝動装置の出力部の回転角に対応する信号、歯車伝動装置の出力部の出力トルクに対応する信号、歯車伝動装置の出力部に取り付けられた被駆動部材の加速度に対応する信号等のことをいう。

「歯車伝動装置の初期運転期間」とは、ワークを歯車伝動装置に取り付けた状態で歯車伝動装置の動作を確認するテスト運転期間、及び、歯車伝動装置が実際にワークを駆動する作業を開始してから歯車伝動装置に劣化が生じる前までの期間を含む。

上記の使用度測定装置は、歯車伝動装置が駆動を停止した後の状態信号を計測する。歯車伝動装置が駆動を停止すると、歯車伝動装置の入力部側及び出力部側は回転しない。しかしながら、歯車伝動装置が駆動を停止した直後は、歯車伝動装置は駆動していないにも関わらず、しばらくの間上記した状態信号が生じ続ける。上記の使用度測定装置は、歯車伝動装置が駆動を停止した直後の残留信号の振動周期を計測する。なお、「歯車伝動装置が駆動を停止した後」とは、歯車伝動装置の運転を終了した直後だけでなく、駆動と停止を繰り返しながら運転している歯車伝動装置の停止中も含む。また、上記の使用度測定装置は、１つの状態信号を計測する形態に限られるものではなく、複数の状態信号（例えば、モータへの供給電流と歯車伝動装置の出力部の回転角に基づく信号）を計測する形態も含む。

上記の使用度測定装置は、歯車伝動装置の運転を終了した直後、あるいは、駆動と停止を繰り返しながら運転している歯車伝動装置の停止中（静止中）に歯車伝動装置の使用度を測定する。そのため、歯車伝動装置を運転していた状況のまま、歯車伝動装置の状態を測定することができる。具体的には、上記の使用度測定装置は、歯車伝動装置からワークを取り外し、使用度を測定するための基準重量物を歯車伝動装置に取り付ける等の作業を行う必要がない。すなわち、上記の使用度測定装置は、オンラインで歯車伝動装置の状態を測定することができる。なお、上記の振動周期は、歯車伝動装置の劣化に応じて変動する。より具体的には、歯車伝動装置の劣化が進むと、振動周期が長くなる。そのため、第１振動周期に対する第２振動周期の変化量（または変化率）を計測すれば、歯車伝動装置の使用度を測定することができる。

産業用ロボットの外観を示す。 歯車伝動装置の運転中のモータの出力トルクを示す。 図２の部分拡大図を示す。 歯車伝動装置の運転サイクル数と、振動周期の変化の関係を示す。 歯車伝動装置のブロック図を示す。

図１は、産業用ロボット３０の外観を示している。本明細書が開示する歯車伝動装置は、例えば、産業用ロボット３０の関節部分に用いられる。産業用ロボット３０は、第１関節３１と、第２関節３２と、第３関節３３と、第４関節３４と、第５関節３５と、第６関節３６を有している。すなわち、産業用ロボット３０は、６軸の回転運動を組み合わせて動作する。第１関節３１は設置面に固定されており、中心軸ＣＬ１の周りを回転可能であり、第２関節３２は中心軸３８の周りを回転可能であり、第３関節３３は中心軸４０の周りを回転可能であり、第４関節３４は中心軸ＣＬ２の周りを回転可能であり、第５関節３５は中心軸４２の周りを回転可能であり、第６関節３６は中心軸ＣＬ３の周りを回転可能である。第６関節３６の先端には、ロボットハンド（図示省略）が固定され、ワーク（被駆動部材）を運搬したりする。なお、例えば、第１関節３１にとっては、第６関節３６に取り付けられる部品（ロボットハンド、被駆動部材）に加え、第１〜第５関節もワークということができる。すなわち、第１関節３１の場合、第１関節３１よりもロボット先端側に取り付けられた部品の全てがワークである。このことは、第２〜第６関節についても同様である。

関節３１〜３６の各々には、歯車伝動装置が組み込まれている。歯車伝動装置は、典型的には減速装置である。第１関節３１，第２関節３２及び第３関節３３は、産業用ロボット３０の基本３軸と呼ばれている。第４関節３４，第５関節３５及び第６関節３６は、産業用ロボット３０の手首３軸と呼ばれている。関節３４，３５及び３６は、ロボットの前腕５２の先端部分を形成している。第４関節３４は、肩部４４に取り付けられているモータ４６の回転数を減速して第４関節３４よりも先端側の部材を中心軸ＣＬ２の周りに回転させる。第５関節３５は、肩部４４に取り付けられているモータ４８の回転数を減速して第５関節３５よりも先端側の部材を中心軸４２の周りに回転させる。第６関節３６は、肩部４４に取り付けられているモータ５０の回転数を減速して第６関節３６よりも先端側の部材を中心軸ＣＬ３に周りに回転させる。同様に、産業用ロボット３０は、第１関節３１、第２関節３２及び第３関節３３の各々を駆動するためのモータ（図示省略）も備えている。

図２及び図３は、第１関節３１に組み込まれている歯車伝動装置を運転しているときのモータの出力トルクの変化を示している。図２は、駆動と停止を繰り返す歯車伝動装置において、歯車伝動装置が駆動を開始してから、駆動を停止し、次の駆動を開始する前までを１サイクルとしたときの、２サイクル分の出力トルクの変化を示している。期間ｔ１は歯車伝動装置が駆動を開始してから停止するまでの時間であり、期間ｔ２は歯車伝動装置が停止している間の時間である。図３は、歯車伝動装置が停止している間（期間ｔ２）のモータの出力トルクの拡大図を示している。図２及び図３は、運転開始直後（１サイクル目），１００万サイクル経過後及び２００万サイクル経過後のモータの出力トルクを示している。図２及び図３において、グラフの横軸は時間を示し、縦軸はモータの出力トルクを示している。図３の曲線６０は運転開始直後、曲線６２は１００万サイクル経過後、曲線６４は２００万サイクル経過後のモータの出力トルクを示している。

図２及び図３に示すように、歯車伝動装置が駆動していない間（停止中）であっても、モータの出力トルクは僅かに変化する。期間ｔ２におけるモータトルクの振動周期は、サイクル数の増加に伴って大きくなっている。すなわち、歯車伝動装置に劣化が生じる前（初期運転期間中）に計測した振動周期（以下、第１振動周期と称することがある）と比較して、歯車伝動装置の劣化が進行した振動周期（以下、第２振動周期と称することがある）は大きくなる。すなわち、歯車伝動装置の劣化が進行すると、歯車伝動装置が駆動を停止した後のモータトルクの振動周期（モータトルクの残留振動の振動周期）が、歯車伝動装置に劣化が生じていないときの振動周期と比較して大きくなる。初期駆動期間中の振動周期（第１振動周期）に対する現在の振動周期（第２振動周期）の変化を計測することにより、歯車伝動装置の劣化状態を判断することができる。すなわち、歯車伝動装置の使用度を判断することができる。

図４は、歯車伝動装置の運転サイクル数と、振動周期の変化との関係を示している。グラフの横軸は運転サイクル数を示し、縦軸は第１振動周期と第２振動周期の比（第２振動周期／第１振動周期）を示している。すなわち、グラフの縦軸は、第１振動周期を「１」としたときの、第１振動周期に対する第２振動周期の比を示している。以下の説明では、第２振動周期を第１振動周期で除算した数値を、比較値と称する。なお、図４は、歯車伝動装置を５００万サイクルまで運転している間に、５０万サイクル毎に振動周期を計測した結果に基づくグラフである。

図４に示すように、比較値は、運転サイクル数の増加に伴って増加している。この結果は、歯車伝動装置に劣化が生じると、比較値が増加することを示している。そのため、上記の歯車伝動装置において、予め歯車伝動装置に異常が生じるときの比較値（以下、閾値と称す）を測定しておけば、現在の比較値を算出することによって、歯車伝動装置の使用度，残り寿命を予測することができる。

図５は、歯車伝動装置２を示している。図５は、歯車伝動装置２がワーク１４を駆動する形態を示している。歯車伝動装置２は、歯車伝動機構４と、モータ６と、モータ制御装置８と、使用度測定装置１０を備えている。歯車伝動機構４には、モータ６及びワーク１４が取り付けられている。このような歯車伝動装置２が、上記した産業用ロボット３０の各関節３１−３６に組み込まれている。モータ制御装置８とモータ６の間に電流計２０が配置されており、モータ６に第１エンコーダ２２が接続されており、歯車伝動機構４に第２エンコーダ２４が接続されており、歯車伝動機構４とワーク１４の間にトルクセンサ２６が配置されており、ワーク１４に加速度センサ２８が接続されている。電流計２０及び第１エンコーダ２２は、歯車伝動機構４の入力部側に配置されている。第２エンコーダ２４，トルクセンサ２６及び加速度センサ２８は、歯車伝動機構４の出力部側に配置されている。

モータ６は、モータ制御装置８からの出力信号に基づいて駆動する。具体的には、配線１によって、モータ制御装置８に内蔵されている電流アンプ（図示省略）からモータ６に電流が供給される。モータ６の出力軸（図示省略）は、歯車伝動機構４の入力軸（図示省略）に接続されている。そのため、電流計２０を用いてモータ６への供給電流を検出することによって、歯車伝動機構４の入力部側（典型的には歯車伝動機構４の入力軸）の回転状態を計測することができる。電流計２０で検出された電流値は、配線５を通じて、使用度測定装置１０に入力される。モータ６への供給電流は、歯車伝動機構４の入力部側の回転状態を示す状態信号の一例である。

第１エンコーダ２２は、モータ６の出力軸の回転角を検出する。第１エンコーダ２２が検出した情報は、配線３を通じて、モータ制御装置８にフィードバックされる。具体的には、第１エンコーダ２２は、モータ６の出力軸の回転角に対応する信号（電流）を、モータ制御装置８に入力する。モータ制御装置８は、第１エンコーダ２２からの入力信号に応じて、モータ６への出力信号（モータ６への供給電流）を調整する。第１エンコーダ２２の出力信号は、配線９を通じて、使用度測定装置１０にも入力される。第１エンコーダ２２の出力信号は、歯車伝動機構４の入力部側の回転状態を示す状態信号の一例である。

モータ制御装置８がモータ６に出力した信号の種類は、配線７を通じて、使用度測定装置１０に入力される。具体的には、使用度測定装置１０には、モータ制御装置８がモータ６を駆動する信号を出力しているのか、モータ６を停止する信号を出力しているのかが入力される。換言すると、モータ６（歯車伝動機構４）が期間ｔ１と期間ｔ２のいずれの状態であるかが、配線７を通じて、使用度測定装置１０に入力される（図２も参照）。

モータ６の出力トルク（出力軸の回転トルク）は、歯車伝動機構４によって増幅される（モータ６の出力軸の回転数が減速される）。歯車伝動機構４の出力部には、第２エンコーダ２４が接続されている。第２エンコーダ２４は、歯車伝動機構４の出力軸の回転角を検出する。第２エンコーダ２４は歯車伝動機構４の出力部の回転角に対応する信号（典型的に電流）を生成し、その信号が、配線１１を通じて、使用度測定装置１０に入力される。第２エンコーダ２４の出力信号は、歯車伝動機構４の出力部側の回転状態を示す状態信号の一例である。

トルクセンサ２６は、歯車伝動機構４の出力トルクを検出する。トルクセンサ２６は、歯車伝動機構４の出力トルクに対応する信号（典型的に電流）を生成し、その信号が、配線１３を通じて、使用度測定装置１０に入力される。トルクセンサ２６の出力信号は、歯車伝動機構４の出力部側の回転状態を示す状態信号の一例である。

加速度センサ２８は、ワーク１４の加速度を検出する。なお、ワーク１４は歯車伝動機構４の出力部に固定されているので、加速度センサ２８は、歯車伝動機構４の出力部の加速度を検出しているということもできる。加速度センサ２８は、ワーク１４の加速度に対応する信号（典型的に電流）を生成し、その信号が、配線１５を通じて、使用度測定装置１０に入力される。加速度センサ２８の出力信号は、歯車伝動機構４の出力部側の回転状態を示す状態信号の一例である。

使用度測定装置１０は、周波数分析部１６と、比較部１８とを備えている。周波数分析部１６は、振動周期計測部の一例である。周波数分析部の一例として、オシロスコープが挙げられる。周波数分析部１６では、以下に記す処理（１）〜（５）の少なくとも一つが行われる（処理（１）〜（５）の複数、処理（１）〜（５）の全てが行われることもある）。

処理（１）：周波数分析部１６が、歯車伝動機構４の出力部が停止しているとき（モータ制御装置８がモータ６を停止する信号を出力しているとき）のモータ６への出力信号（電流）に基づいて、振動周期を計測する。すなわち、周波数分析部１６は、期間ｔ２の振動周期を計測する。モータ６への出力信号は、電流計２０で検出される。比較部１８は、歯車伝動機構４の１サイクル目（初期運転期間）の期間ｔ２の間にモータ６に出力された出力信号に基づいて計測した振動周期（第１振動周期Ｔｓ１）と、周波数分析部１６で計測した最新（ｘ１サイクル目）の期間ｔ２の間の振動周期（第２振動周期Ｔｘ１）との比較を行う。具体的には、第２振動周期Ｔｘ１を第１振動周期Ｔｓ１で除算して比較値Ｔａ１を算出し、比較部１８に記憶されている閾値Ｔｔとの比較を行う。すなわち、以下（ａ），（ｂ）のどちらであるかを判定する。
（ａ）Ｔｘ１／Ｔｓ１＝Ｔａ１＞Ｔｔ
（ｂ）Ｔｘ１／Ｔｓ１＝Ｔａ１≦Ｔｔ

処理（２）：周波数分析部１６が、歯車伝動機構４の出力部が停止しているときの第１エンコーダ２２からの出力信号（電流）に基づいて、振動周期を検出する。第１エンコーダ２２は、モータ６の出力軸の回転角に基づいて出力信号を生成する。比較部１８は、歯車伝動機構４の１サイクル目の期間ｔ２の間に検出されたモータ６の出力軸の回転角に基づいて計測した振動周期（第１振動周期Ｔｓ２）と、周波数分析部１６で計測した最新（ｘ２サイクル目）の期間ｔ２の間の振動周期（第２振動周期Ｔｘ２）との比較を行う。具体的には、第２振動周期Ｔｘ２を第１振動周期Ｔｓ２で除算して比較値Ｔａ２を算出し、比較部１８に記憶されている閾値Ｔｔとの比較を行う。すなわち、以下（ｃ），（ｄ）のどちらであるかを判定する。
（ｃ）Ｔｘ２／Ｔｓ２＝Ｔａ２＞Ｔｔ
（ｄ）Ｔｘ２／Ｔｓ２＝Ｔａ２≦Ｔｔ

処理（３）：周波数分析部１６が、歯車伝動機構４の出力部が停止しているときの第２エンコーダ２４からの出力信号（電流）に基づいて、振動周期を検出する。第２エンコーダ２４は、歯車伝動機構４の出力軸の回転角に対応する出力信号を生成する。比較部１８は、歯車伝動機構４の１サイクル目の期間ｔ２の間に検出されたモータ６の出力軸の回転角に基づいて計測した振動周期（第１振動周期Ｔｓ３）と、周波数分析部１６で計測した最新（ｘ３サイクル目）の期間ｔ２の間の振動周期（第２振動周期Ｔｘ３）との比較を行う。具体的には、第２振動周期Ｔｘ３を第１振動周期Ｔｓ３で除算して比較値Ｔａ３を算出し、比較部１８に記憶されている閾値Ｔｔとの比較を行う。すなわち、以下（ｅ），（ｆ）のどちらであるかを判定する。
（ｅ）Ｔｘ３／Ｔｓ３＝Ｔａ３＞Ｔｔ
（ｆ）Ｔｘ３／Ｔｓ３＝Ｔａ３≦Ｔｔ

処理（４）：周波数分析部１６が、歯車伝動機構４の出力部が停止しているときのトルクセンサ２６からの出力信号（電流）に基づいて、振動周期を検出する。トルクセンサ２６は、歯車伝動機構４の出力軸とワーク１４の間で、歯車伝動機構４の出力軸からワーク１４に加わるトルクに対応する信号（電流）を生成する。比較部１８は、歯車伝動機構４の１サイクル目の期間ｔ２の間に検出された歯車伝動機構４の出力軸からの出力トルクに基づいて計測した振動周期（第１振動周期Ｔｓ４）と、周波数分析部１６で計測した最新（ｘ４サイクル目）の期間ｔ２の間の振動周期（第２振動周期Ｔｘ４）との比較を行う。具体的には、第２振動周期Ｔｘ４を第１振動周期Ｔｓ４で除算して比較値Ｔａ４を算出し、比較部１８に記憶されている閾値Ｔｔとの比較を行う。すなわち、以下（ｇ），（ｈ）のどちらであるかを判定する。
（ｇ）Ｔｘ４／Ｔｓ４＝Ｔａ４＞Ｔｔ
（ｈ）Ｔｘ４／Ｔｓ４＝Ｔａ４≦Ｔｔ

処理（５）：周波数分析部１６が、歯車伝動機構４の出力部が停止しているときの加速度センサ２８からの出力信号（電流）に基づいて、振動周期を検出する。加速度センサ２８は、ワーク１４の加速度に対応する出力信号を生成する。比較部１８は、歯車伝動機構４の１サイクル目の期間ｔ２の間に検出されたワーク１４の加速度に基づいて計測した振動周期（第１振動周期Ｔｓ５）と、周波数分析部１６で計測した最新（ｘ５サイクル目）の期間ｔ２の間の振動周期（第２振動周期Ｔｘ５）との比較を行う。具体的には、第２振動周期Ｔｘ５を第１振動周期Ｔｓ５で除算して比較値Ｔａ５を算出し、比較部１８に記憶されている閾値Ｔｔとの比較を行う。すなわち、以下（ｉ），（ｊ）のどちらであるかを判定する。
（ｉ）Ｔｘ５／Ｔｓ５＝Ｔａ５＞Ｔｔ
（ｊ）Ｔｘ５／Ｔｓ５＝Ｔａ５≦Ｔｔ

上記処理（１）〜（５）は、振動周期を計測するための信号（電流）が異なる。検出する対象が異なるので、各々の第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５の形状、及び、各々の第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５の形状は異なる。しかしながら、上記処理（１）〜（５）のいずれの場合も、第２振動周期を第１振動周期で除算するので、同じサイクル数で計算した場合、比較値Ｔａ１〜Ｔａ５は実質的に同じ値となる。そのため、処理（１）〜（５）の少なくとも１つを行えば、第２振動周期の第１振動周期に対する割合を計測することができる。そのため、以下の説明では、処理（１）を実施する例について説明し、処理（２）〜（５）については説明を省略することがある。

なお、閾値Ｔｔは、実験等によって予め設定された定数である。閾値Ｔｔは、歯車伝動装置（歯車伝動機構）に異常が生じるか否かを判断するために用いられる定数である。具体的には、歯車伝動装置に負荷を取り付け、歯車伝動装置に異常が生じるまで駆動と停止を繰り返し行い、歯車伝動装置の出力部が停止しているとき（期間ｔ２）の振動周期を検出し続ける。歯車伝動装置に異常が生じたときの振動周期Ｔｂを初期運転期間中の振動周期Ｔｓｂで除算し、閾値Ｔｔを決定する（Ｔｔ＝Ｔｂ／Ｔｓｂ）。また、安全のために、歯車伝動装置に異常が生じるｙサイクル前の振動周期Ｔｙを用いて閾値Ｔｔを決定してもよい。すなわち、Ｔｔ＝Ｔｙ／Ｔｓｂとしてもよい。

報知部１２は、ランプとスピーカを備えている（図示省略）。比較部１８の判定結果が（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ），（ｊ）の場合、報知部２０のランプは緑色に光る。比較部１８の判定結果が（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ），（ｉ）の場合、報知部１２のランプが赤色に光るとともに、スピーカから警告音が発信される。これにより、歯車伝動機構４に異常が生じたとき（例えば、寿命を迎えたとき）に、メンテナンス等を行うことができる。

なお、報知部１２は、さらに、歯車伝動装置の使用度を表示する表示部（図示省略）を備えていてもよい。表示部は、例えば処理（１）を行う場合、１サイクル目の比較値Ｔａ１（Ｔａ１＝１）を０％とし、閾値Ｔｔを１００％としたときに、現在（ｘ１サイクル目）の比較値Ｔａ１が閾値Ｔｔの何％に相当するかを示してもよい。これにより、現状の歯車伝動装置の使用度を知ることができる。すなわち、歯車伝動装置の残り寿命を予測することができる。

第１エンコーダ２２は、歯車伝動機構４の入力部に取り付けてもよい。また、モータ６と第１エンコーダ２２が、一体であってもよい。すなわち、エンコーダを備えるモータによって歯車伝動機構を駆動してもよい。この場合、第１エンコーダ２２を省略することができる。例えば、処理（１）のみを行う場合、第１エンコーダ２２，第２エンコーダ２４，トルクセンサ２６及び加速度センサ２８を省略してもよい。実施する処理に応じて、電流計２０，第１エンコーダ２２，第２エンコーダ２４，トルクセンサ２６及び加速度センサ２８の少なくとも１つを配置すればよい。実施する処理（処理（１）〜（５））の数が増えるに従って、より正確な使用度を得ることができる。また、実施する処理が少なくなるに従って、使用度測定装置１０の構造を簡単にすることができるとともに、測定機器（電流計２０，第１エンコーダ２２，第２エンコーダ２４，トルクセンサ２６及び加速度センサ２８）の数を少なくすることができる。

上記したｘ１〜ｘ５サイクルは、同じサイクルであってもよいし、異なるサイクルでもよい。また、第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５を計測するタイミングは、歯車伝動機構４が駆動を停止する毎（各サイクル毎）に行ってもよいし、所定のサイクル毎に行ってもよい。また、第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５を計測するタイミングは、歯車伝動機構４が運転を開始してから所定時間経過した後の、最初に駆動を停止したときであってもよい。あるいは、１日の運転が終わった直後に第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５を計測してもよい。すなわち、第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５を計測するタイミングは任意に設定することができる。

産業用ロボット３０の各関節３１〜３６には歯車伝動機構（歯車伝動装置）４のみを組み込み、モータ６，モータ制御装置８，使用度測定装置１０等は、産業用ロボット３０と別の場所に配置してもよい。また、既存の歯車伝動装置に対して使用度測定装置１０を接続することにより、既存の歯車伝動装置の使用度を予測することもできる。すなわち、歯車伝動装置と使用度測定装置１０は、各々別体の装置であってもよい。なお、本明細書で開示する技術は、歯車伝動装置を使用する装置であれば、上記したロボットの関節以外にも適用することができる。

第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５は、１サイクル目以降に計測してもよい。すなわち、ほぼ使用前と同じ状態（劣化が生じていない状態）の歯車伝動機構４について第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５を計測すればよい。この場合、第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５は、歯車伝動機構４の運転を開始してから１０万サイクル以内に計測することが好ましい。より好ましくは５万サイクル以内、さらに好ましくは１万サイクル以内、特に好ましくは１０００サイクル以内に計測することが好ましい。一般的に、歯車伝動機構４は、駆動と停止の繰り返し運転を５００万サイクル繰り返しても異常が発生しないように設計されている。そのため、１０万サイクル以内に第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５を計測すれば、比較値Ｔａ１〜Ｔａ５の値はほぼ同じ値を示す。なお、第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５は、歯車伝動装置２のテスト稼働中に計測してもよい。

歯車伝動装置２の利点を説明する。上記したように、歯車伝動装置２では、歯車伝動装置２の駆動を停止した直後の振動周期（第１振動周期Ｔｓ１〜Ｔｓ５，第２振動周期Ｔｘ１〜Ｔｘ５）に基づいて、歯車伝動装置２の残り寿命，異常等を検知することができる。そのため、歯車伝動装置２は、歯車伝動装置２の運転中と同じ状況で歯車伝動装置２の残り寿命，異常等を検知することができる。すなわち、歯車伝動装置２は、ワーク１４等を取り外すことなく、オンラインで残り寿命，異常等を検知することができる。なお、モータ６が停止している間（期間ｔ２）の振動周期を計測するので、計測する振動周期は、ワーク１４の駆動速度の影響を受けることはない。また、ワーク１４を駆動する距離，時間の影響も受けない。

なお、例えば、歯車伝動装置の寿命等をモータの出力トルクの大きさに基づいてオンラインで判断する場合、モータの出力トルクがワークの駆動速度に応じて変化するので、実際のワークの駆動速度に対応した閾値を設定しておくことが必要である。ワークの駆動速度を変化させる場合、駆動速度毎に複数の閾値を設定することが必要である。また、例えば、歯車伝動装置が定速回転しているときのモータの出力トルクの大きさに基づいて寿命等を判断しようとすると、ワークを駆動する距離，時間が制限されてしまう。それに対して、歯車伝動装置２は、モータの出力軸が停止している（すなわち、ワークも停止している）間の振動周期に基づいて比較値Ｔａ（Ｔａ１〜Ｔａ５）を算出するので、ワークの駆動速度，駆動距離，駆動時間に関係なく比較値Ｔａと閾値Ｔｔとの比較を行うことができる。すなわち、閾値Ｔｔを設定した際のワークの駆動速度が使用の際のワークの駆動速度と異なっても、歯車伝動装置２の残り寿命，異常等を検知することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：歯車伝動装置
４：歯車伝動機構
６：モータ
８：モータ制御装置
１０：使用度測定装置
１２：報知手段
１４：被駆動部材
１６：振動周期測定部
１８：比較部

Claims (8)

1. 歯車伝動装置の使用度を測定する使用度測定装置であり、
   歯車伝動装置の入力部側の回転状態と出力部側の回転状態の少なくとも一方を示す状態信号の振動周期を計測する振動周期計測部と、
   歯車伝動装置の初期運転期間中に計測された第１振動周期と歯車伝動装置を所定時間運転した後に計測された第２振動周期とを比較する比較部と、を備えており、
   振動周期計測部は、歯車伝動装置が駆動を停止した後の状態信号の第１振動周期及び第２振動周期を計測する使用度測定装置。
2. 状態信号は、歯車伝動装置に接続されているモータへの供給電流である請求項１に記載の使用度測定装置。
3. 状態信号は、歯車伝動装置に接続されているモータの出力軸の回転角に基づいて生成される請求項１又は２に記載の使用度測定装置。
4. 状態信号は、歯車伝動装置の出力部の回転角に基づいて生成される請求項１から３のいずれか一項に記載の使用度測定装置。
5. 状態信号は、歯車伝動装置の出力部のトルクに基づいて生成される請求項１から４のいずれか一項に記載の使用度測定装置。
6. 状態信号は、歯車伝動装置の出力部に取り付けられた被駆動部材の加速度に基づいて生成される請求項１から５のいずれか一項に記載の使用度測定装置。
7. 第１振動周期と第２振動周期とを比較して、第２振動周期が第１振動周期に対して所定値を超えたときに歯車伝動装置の異常を報知する報知手段を備えている請求項１から６のいずれか一項に記載の使用度測定装置。
8. モータと、
   歯車伝動機構と、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の使用度測定装置と、
   を備えている歯車伝動装置。

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