JP2017211702A - 設備の異常診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】構成な簡単により複数の設備の異常診断を行うことができる。【解決手段】異常診断システムは、複数の溶接ロボットの稼働部をそれぞれ撮影可能な位置間を移動可能な移動体２０と、移動体２０に設けられ、移動体２０が該溶接ロボットの該稼働部を撮影可能な位置にあるときに該稼働部を撮影する撮影部３０とを備えている。また、異常診断システムは、撮影部３０により撮影された画像から該稼働部の温度情報及び動作情報の双方を導出するとともに、該情報に基づいて該稼働部の異常の有無を診断する診断装置４０を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の設備における稼働部の異常の有無を診断するシステムに関する。

従来、例えば自動車の製造工場の溶接ラインにおいては、スポット溶接やアーク溶接を行う多数の溶接ロボットが稼働している。ところで、こうした溶接ロボットのうちの１つが故障すると、上記製造ライン全体の稼働が停止される。

近年、こうした溶接ロボットなどの複数の設備に適用され、該設備の稼働部が故障する前に、該稼働部の異常の有無を診断可能なシステムが開発されるに至っている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の異常診断システムでは、設備の各部位の動作状況を検出する複数のセンサ（以下、センサ群）が設備毎に設けられている。センサ群からの出力信号は設備毎に設けられた制御装置に入力される。制御装置は、インターネットを介して遠隔地に設置された監視システムと通信される。そして、設備の納入者が、監視システムを用いて設備のメンテナンスの要否を判断する。

特開２００３−５０６１７号公報

ところで、特許文献１に記載の異常診断システムでは、設備の部位、すなわち稼働部毎に動作状況を検出するセンサが必要になる。また、設備毎に複数のセンサからなるセンサ群が必要になる。そのため、設備の稼働部の数が多くなるほど、設備の数が多くなるほど、異常診断システムを構成するセンサの数が多くなり、構成が複雑になる。その結果、異常診断システム全体のコストが増大する。

本発明の目的は、構成な簡単により複数の設備の異常診断を行うことのできる設備の異常診断システムを提供することにある。

上記目的を達成するための設備の異常診断システムは、複数の設備の稼働部をそれぞれ撮影可能な位置間を移動可能な移動体と、前記移動体に設けられ、前記移動体が該設備の該稼働部を撮影可能な位置にあるときに該稼働部を撮影する撮影部と、前記撮影部により撮影された画像から該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方の情報を導出するとともに、該情報に基づいて該稼働部の異常の有無を診断する診断装置とを備える。

同構成によれば、移動体に設けられた撮影部により撮影された画像から設備の稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方が導出され、該情報に基づいて該稼働部の異常の有無が診断される。このため、稼働部の異常の有無を診断するためのセンサを複数の設備毎や設備の稼働部毎に設けなくて済む。また、該稼働部を撮影する時間間隔を適宜設定することにより、稼働部の異常の程度が低い段階で、すなわち稼働部が故障する前に、稼働部の異常を予知することが可能となる。したがって、構成な簡単により複数の設備の異常診断を行うことができる。

設備の異常診断システムにおいて、前記診断装置は、該稼働部に異常がない旨診断した場合に、該診断に用いられた温度情報及び動作情報の少なくとも一方を記憶装置に記憶させるとともに、前記記憶装置に記憶されている該情報と、前記撮影部により新たに撮影された画像から導出された該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方との比較結果に基づいて該稼働部の異常の有無を診断することが好ましい。

同構成によれば、該稼働部に異常がない旨診断された場合の過去の情報との比較結果に基づいて稼働部の異常の有無を的確に診断することができる。
設備の異常診断システムにおいて、該稼働部の正常時における温度情報及び動作情報の少なくとも一方が初期情報として記憶装置に予め記憶されており、前記診断装置は、前記記憶装置に予め記憶されている該初期情報と、前記撮影部により新たに撮影された画像から導出された該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方との比較結果に基づいて該稼働部の異常の有無を診断することが好ましい。

同構成によれば、例えば該設備を製造したメーカなどから提供される正常時における稼働部の温度情報や動作情報との比較結果に基づいて稼働部の異常の有無を的確に診断することができる。

設備の異常診断システムにおいて、前記撮影部は赤外線カメラを含み、前記診断装置は、前記赤外線カメラにより撮影された該稼働部の温度分布画像から該稼働部の温度情報を導出することが好ましい。

同構成によれば、赤外線カメラにより撮影された稼働部の温度分布画像から稼働部の温度情報を導出することができる。
設備の異常診断システムにおいて、該稼働部は稼働軸を含み、前記診断装置は、該稼働軸の温度が、該稼働軸の正常時における温度範囲の上限値を上回る場合に、該稼働軸に異常が有ると診断することが好ましい。

例えば稼働軸が偏心すると、摩擦熱により稼働軸の温度が上昇する。上記構成によれば、稼働軸の温度が、正常時における稼働軸の温度範囲の上限値を上回る場合に、稼働軸に異常が有ると診断される。このため、稼働軸の異常の有無を的確に診断することができる。

設備の異常診断システムにおいて、該稼働部は所定の軌跡にて動作される稼働アームを含み、前記撮影部は、該稼働アームの動作を撮影するビデオカメラであり、前記診断装置は、前記ビデオカメラにより撮影された該稼働アームの動作画像に基づいて該稼働アームの該動作に要する動作時間を導出するとともに、該動作時間が、該稼働アームの正常時における動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アームに異常が有ると診断することが好ましい。

稼働アームに動作異常が生じると、稼働アームの動作が緩慢となり、稼働アームが所定の軌跡にて動作する際に要する動作時間が正常時に比べて長くなる。上記構成によれば、撮影部により撮影された該稼働アームの動作画像に基づいて該稼働アームの動作時間が導出される。そして、該動作時間が、該稼働アームの正常時における動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アームに異常が有ると診される。このため、稼働アームの異常の有無を的確に診断することができる。

設備の異常診断システムにおいて、前記複数の設備の上方には、前記移動体の移動を案内する案内部材が設けられていることが好ましい。
同構成によれば、移動体を安定して移動させることができる。

本発明によれば、構成な簡単により複数の設備の異常診断を行うことができる。

設備の異常診断システムを具体化した一実施形態について、自動車製造工場の溶接ラインを中心として示す側面図。 同実施形態における溶接ラインを中心として示す正面図。 同実施形態の異常診断システムの電気的構成を示すブロック図。 同実施形態の溶接ロボットにおける稼働アームの動作の軌跡の一例を示す図。

以下、図１〜図３を参照して、設備の異常診断システムを、多数の溶接ロボットを備えた自動車製造工場の溶接ラインの異常診断システムとして具体化した一実施形態について説明する。

図１に示すように、溶接ラインには、車両のフレーム８０の搬送方向（同図の左右方向であり、以下、搬送方向Ｃ）に沿って複数のスポット溶接ロボット（以下、溶接ロボット９０）が配置されている。図２に示すように、複数の溶接ロボット９０は、搬送されるフレーム８０を車幅方向の両側から挟むように配置されている。

図１及び図２に示すように、溶接ロボット９０は、工場の床面（あるいは、作業台）に固定された基台９１、基台９１から延びる支持部９２、及び支持部９２の上端部から延びる稼働部９３を備えている。

図２に示すように、稼働部９３は、複数の稼働軸９４Ａ〜９４Ｃと、稼働軸９４Ａ〜９４Ｃによりそれぞれ回動可能に支持されて所定の軌跡にて動作する複数の稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃとを備えている。稼働部９３の先端部には、溶接ガン９６が設けられている。

図１及び図２に示すように、複数の溶接ロボット９０の上方には、一対の案内レール１０が搬送方向Ｃに沿って延設されている。
案内レール１０には、移動体２０が、案内レール１０の延設方向、すなわち搬送方向Ｃに沿って移動を案内されるように支持されている。移動体２０は、撮影部３０としての赤外線カメラ３１及びビデオカメラ３２、並びに移動体２０自身の位置を検出する位置センサ３３を収容する収容部２１と、モータ２３（図３参照）により回転駆動されるとともに案内レール１０上を移動する駆動輪２２とを有している。なお、モータ２３や、赤外線カメラ３１、ビデオカメラ３２などには、図示しない電源ケーブルを介して電力が供給される。

図３に示すように、モータ２３や、赤外線カメラ３１、ビデオカメラ３２、位置センサ３３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して後述する診断装置４０に接続されている。赤外線カメラ３１により撮影された稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度分布画像や、ビデオカメラ３２により撮影された稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作画像、位置センサ３３により検出された位置情報は、診断装置４０に対して出力される。

診断装置４０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップなどを予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果などを一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェースなどを備えて構成されている。

診断装置４０には、ＬＡＮを介してサーバコンピュータ５０が接続されている。サーバコンピュータ５０は、記憶装置としてのデータベース５１を備えている。
診断装置４０には、ＬＡＮを介して端末コンピュータ６０が接続されている。端末コンピュータ６０には、ディスプレイ６１が接続されている。

診断装置４０には、溶接ロボット９０毎に配置された複数の警告灯７０がＬＡＮを介して接続されている。
診断装置４０は、複数の溶接ロボット９０の稼働部９３をそれぞれ撮影可能な所定の位置間において移動体２０を移動させるべく、モータ２３の駆動を制御するモータ制御部４１を備えている。移動体２０は、例えば１日に１回以上の頻度で、該溶接ロボット９０の該稼働部９３に対応した所定の位置に移動される。

診断装置４０は、移動体２０が該溶接ロボット９０の該稼働部９３を撮影可能な所定の位置にあるときに該稼働部９３を撮影すべく撮影部３０を制御する撮影制御部４２を備えている。

診断装置４０は、撮影部３０により撮影された画像から該稼働部９３の温度情報及び動作情報の双方を導出するとともに、該情報に基づいて該稼働部９３の異常の有無を診断する診断制御部４３を備えている。

＜赤外線カメラ３１を用いた異常診断＞
診断制御部４３は、撮影部３０のうち赤外線カメラ３１により撮影された該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度分布画像から該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度情報を導出するとともに、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度が、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの正常時における温度範囲の上限値を上回る場合に、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断する。

ここで、サーバコンピュータ５０のデータベース５１には、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの正常時における温度範囲の上限値が初期情報として予め記憶されている。該初期情報は、該溶接ロボット９０を製造したメーカなどから提供されるものである。

診断制御部４３は、最初の診断の際には、上記初期情報と、赤外線カメラ３１により撮影された温度分布画像から導出された該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度情報とを比較するとともに、その比較結果に基づいて該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの異常の有無を診断する。そして、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常がない旨診断された場合には、該診断に用いられた温度情報が位置センサ３３により検出された位置情報と共にサーバコンピュータ５０のデータベース５１に記憶される。

診断制御部４３は、２回目以降の診断の際には、データベース５１に記憶されている該温度情報（例えば直前に記憶された温度情報）と、赤外線カメラ３１により新たに撮影された温度分布画像から導出された該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度情報とを比較するとともに、その比較結果に基づいて該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの異常の有無を診断する。このとき、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの前回までの温度と今回の温度との乖離度合が所定度合以上大きい場合にも、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断される。

＜ビデオカメラ３２を用いた異常診断＞
診断制御部４３は、ビデオカメラ３２により撮影された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作画像に基づいて該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの該動作に要する動作時間を導出する。そして、該動作時間が、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの正常時における該動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断する。

ここで、サーバコンピュータ５０のデータベース５１には、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの正常時における該動作時間の下限値が初期情報として予め記憶されている。該初期情報は、該溶接ロボット９０を製造したメーカなどから提供されるものである。

診断装置４０は、最初の診断の際には、該初期情報と、ビデオカメラ３２により撮影された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作画像から導出された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作時間とを比較するとともに、その比較結果に基づいて該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの異常の有無を診断する。そして、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃに異常がない旨診断した場合には、該診断に用いられた動作時間が位置センサ３３により検出された位置情報と共にサーバコンピュータ５０のデータベース５１に記憶される。

診断制御部４３は、２回目以降の診断の際には、データベース５１に記憶されている該動作時間（例えば直前に記憶された動作時間）と、ビデオカメラ３２により新たに撮影された動作画像から導出された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作時間とを比較するとともに、その比較結果に基づいて該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの異常の有無を診断する。このとき、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの前回の時動作間と今回の動作時間との乖離度合が所定度合以上大きい場合にも、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断される。

以上のようにして該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断された場合には、該溶接ロボット９０に対応して配置された警告灯７０（図１及び図２参照）が点灯または点滅される。また、端末コンピュータ６０のディスプレイ６１に、該溶接ロボット９０及び該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有る旨の警告表示がされる。

以上説明した本実施形態に係る設備の異常診断システムによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）異常診断システムは、複数の溶接ロボット９０の稼働部９３をそれぞれ撮影可能な位置間を移動可能な移動体２０と、移動体２０に設けられ、移動体２０が該溶接ロボット９０の該稼働部９３を撮影可能な位置にあるときに該稼働部９３を撮影する撮影部３０とを備えている。また、異常診断システムは、撮影部３０により撮影された画像から該稼働部９３の温度情報及び動作情報の双方を導出するとともに、該情報に基づいて該稼働部９３の異常の有無を診断する診断装置４０を備えている。

こうした構成によれば、移動体２０に設けられた撮影部３０により撮影された画像から溶接ロボット９０の稼働部９３の温度情報及び動作情報の双方が導出され、該情報に基づいて該稼働部９３の異常の有無が診断される。また、該稼働部９３を撮影する時間間隔を適宜設定することにより、稼働部９３の異常の程度が低い段階で、すなわち稼働部９３が故障する前に、稼働部９３の異常を予知することが可能となる。このため、稼働部９３の異常の有無を診断するためのセンサを複数の溶接ロボット９０毎や溶接ロボット９０の稼働部９３毎に設けなくて済む。したがって、異常診断システムの構成が簡単になる。

（２）診断装置４０は、該稼働部９３に異常がない旨診断した場合に、該診断に用いられた温度情報及び動作情報の双方をサーバコンピュータ５０の記憶装置であるデータベース５１に記憶させる。そして、データベース５１に記憶されている該情報と、撮影部３０により新たに撮影された画像から導出された該稼働部９３の温度情報及び動作情報との比較結果に基づいて該稼働部９３の異常の有無が診断される。

こうした構成によれば、該稼働部９３に異常がない旨診断された場合の過去の情報との比較結果に基づいて稼働部９３の異常の有無を的確に診断することができる。
（３）該稼働部９３の正常時における温度情報及び動作情報が初期情報としてサーバコンピュータ５０のデータベース５１に予め記憶されている。診断装置４０は、データベース５１に予め記憶されている該初期情報と、撮影部３０により新たに撮影された画像から導出された該稼働部９３の温度情報及び動作情報との比較結果に基づいて該稼働部９３の異常の有無を診断する。

こうした構成によれば、該溶接ロボット９０を製造したメーカなどから提供される正常時における稼働部９３の温度情報や動作情報の初期情報との比較結果に基づいて稼働部９３の異常の有無を的確に診断することができる。

（４）診断装置４０は、赤外線カメラ３１により撮影された該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度分布画像から該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度情報を導出する。
こうした構成によれば、赤外線カメラ３１により撮影された稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度分布画像から稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度情報を導出することができる。

（５）診断装置４０は、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度が、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの正常時における温度範囲の上限値を上回る場合に、該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断する。

例えば稼働軸９４Ａ〜９４Ｃが偏心すると、摩擦熱により稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度が上昇する。上記構成によれば、稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度が、正常時における稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの温度範囲の上限値を上回る場合に、稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断される。このため、稼働軸９４Ａ〜９４Ｃの異常の有無を的確に診断することができる。

（６）撮影部３０は、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作を撮影するビデオカメラ３２である。診断装置４０は、ビデオカメラ３２により撮影された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作画像に基づいて該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの該動作に要する動作時間を導出する。そして、該動作時間が、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの正常時における動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断する。

例えば図４に示すように、稼働アーム９５Ｂに動作異常が生じると、稼働軸９４Ｂを中心とした稼働アーム９５Ｂの動作が緩慢となり、稼働アーム９５Ｂが所定の軌跡にて動作する際に要する動作時間が正常時に比べて長くなる。上記構成によれば、ビデオカメラ３２により撮影された該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作画像に基づいて該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの動作時間が導出される。そして、該動作時間が、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの正常時における動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診される。このため、稼働アーム９５Ａ〜９５Ｃの異常の有無を的確に診断することができる。

（７）複数の溶接ロボット９０の上方には、移動体２０の移動を案内する案内レール１０が設けられている。
こうした構成によれば、移動体２０を安定して移動させることができる。

（８）該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有ると診断された場合には、溶接ロボット９０に対応して配置された警告灯７０が点灯または点滅される。また、端末コンピュータ６０のディスプレイ６１に、該溶接ロボット９０及び該稼働軸９４Ａ〜９４Ｃに異常が有る旨の警告表示がされる。このため、異常が有ると診断された溶接ロボット９０及びその稼働軸９４Ａ〜９４Ｃを早期に把握することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・アーク溶接を行う溶接ロボットに対して本発明を適用することができる。また、塗装を行うロボットなど他のロボットに対して本発明を適用することもできる。また、加工機や搬送機などのロボット以外の設備に対して本発明を適用することもできる。

・移動体２０は、一対の案内レール１０により移動を案内されるものに限定されない。他に例えば、複数の設備間を飛行可能な飛行体であってもよい。この場合、案内レール１０が不要となるため、異常診断システムの構成が簡単になる。

１０…案内レール（案内部材）、２０…移動体、２１…本体部、２２…駆動輪、２３…モータ、３０…撮影部、３１…赤外線カメラ（撮影部）、３２…ビデオカメラ（撮影部）、３３…位置センサ、４０…診断装置、４１…モータ制御部、４２…撮影制御部、４３…診断制御部、５０…サーバコンピュータ、５１…データベース（記憶装置）、６０…端末コンピュータ、６１…ディスプレイ、７０…警告灯、８０…フレーム、９０…溶接ロボット（設備）、９１…基台、９２…支持部、９３…稼働部、９４Ａ〜９４Ｃ…稼働軸、９５Ａ〜９５Ｃ…稼働アーム、９６…溶接ガン。

Claims (7)

1. 複数の設備の稼働部をそれぞれ撮影可能な位置間を移動可能な移動体と、
   前記移動体に設けられ、前記移動体が該設備の該稼働部を撮影可能な位置にあるときに該稼働部を撮影する撮影部と、
   前記撮影部により撮影された画像から該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方の情報を導出するとともに、該情報に基づいて該稼働部の異常の有無を診断する診断装置とを備える、
   設備の異常診断システム。
2. 前記診断装置は、該稼働部に異常がない旨診断した場合に、該診断に用いられた温度情報及び動作情報の少なくとも一方を記憶装置に記憶させるとともに、前記記憶装置に記憶されている該情報と、前記撮影部により新たに撮影された画像から導出された該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方との比較結果に基づいて該稼働部の異常の有無を診断する、
   請求項１に記載の設備の異常診断システム。
3. 該稼働部の正常時における温度情報及び動作情報の少なくとも一方が初期情報として記憶装置に予め記憶されており、
   前記診断装置は、前記記憶装置に予め記憶されている該初期情報と、前記撮影部により新たに撮影された画像から導出された該稼働部の温度情報及び動作情報の少なくとも一方との比較結果に基づいて該稼働部の異常の有無を診断する、
   請求項２に記載の設備の異常診断システム。
4. 前記撮影部は赤外線カメラを含み、
   前記診断装置は、前記赤外線カメラにより撮影された該稼働部の温度分布画像から該稼働部の温度情報を導出する、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の設備の異常診断システム。
5. 該稼働部は稼働軸を含み、
   前記診断装置は、該稼働軸の温度が、該稼働軸の正常時における温度範囲の上限値を上回る場合に、該稼働軸に異常が有ると診断する、
   請求項４に記載の設備の異常診断システム。
6. 該稼働部は所定の軌跡にて動作される稼働アームを含み、
   前記撮影部は、該稼働アームの動作を撮影するビデオカメラであり、
   前記診断装置は、前記撮影部により撮影された該稼働アームの動作画像に基づいて該稼働アームの該動作に要する動作時間を導出するとともに、該動作時間が、該稼働アームの正常時における動作時間の下限値を下回る場合に、該稼働アームに異常が有ると診断する、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の設備の異常診断システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の設備の異常診断システムにおいて、
   前記複数の設備の上方には、前記移動体の移動を案内する案内部材が設けられている、
   設備の異常診断システム。

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