JP2019196925A - データ生成装置及びデータ生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】部材が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能であるデータ生成装置及びデータ生成システムを提供する。【解決手段】データ生成装置は、パラメータ生成部と、反力データ生成部とを備える。パラメータ生成部は、駆動力との相関を有する信号に基づいて、値データを生成する。パラメータ生成部は、駆動力によって駆動される部材の応答を表す信号に基づいて、速度データを生成する。反力データ生成部は、予め定められた対象物から部材が受ける反力のデータを、値データ及び速度データに基づいて生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、データ生成装置及びデータ生成システムに関する。

プラント及び工場では、反応槽に備えられたスクリューの回転軸を電動機が駆動することによって、反応槽に貯められた液体を攪拌する場合がある。また、回転軸が受ける反作用トルクを回転軸の角度応答に基づいて検出する方法が、非特許文献１に開示されている。

T.Murakami, F.Yu, and K.Ohnishi, "Torque sensorless control in multidegree-of-freedom manipulator", IEEE Trans.Ind.Electron., Vol. 40, No.2, pp.259-265, Apr.1993.

工場等に設置された電動機を制御する制御装置は、攪拌工程において液体の物性が十分に安定してから、次の工程に進む必要がある。電動機によって駆動される回転軸を備えるスクリューが液体を攪拌する場合、その回転軸は、液体から反作用トルクを受ける。制御装置は、液体の物性が十分に安定したか否かを、液体の物性に応じて変化する反作用トルクのデータに基づいて判定することができる。

従来のデータ生成装置は、電動機によって駆動される回転軸に取り付けられた歪ゲージ（トルクセンサ）の出力に基づいて、回転軸が受ける反作用トルクのデータを生成する。しかしながら、歪ゲージは、高温により劣化しやすいため、環境温度によっては使用できない場合がある。また、歪ゲージを取り付けるために既存設備の分解が必要になることがあるため、歪ゲージを回転軸に取り付けることが困難な場合もある。このような場合には、従来のデータ生成装置が反作用トルクのデータを生成することができず、制御装置は液体の物性が十分に安定したか否かを判定することができないという問題がある。

上記の問題は、液体の攪拌工程において回転軸が受ける反作用トルクのデータをデータ生成装置が生成する場合に限られた問題ではなく、部材が受ける反力のデータをデータ生成装置が生成する場合に共通する問題である。すなわち、従来のデータ生成装置は、部材が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いなければ生成することができないという問題がある。また、歪ゲージは、定期的な交換が必要になることから、運転員が歪ゲージを交換する度に設備の停止による機会損失が生じてしまうという問題もある。

上記事情に鑑み、本発明は、部材が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能であるデータ生成装置及びデータ生成システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、駆動力との相関を有する信号に基づいて値データを生成し、前記駆動力によって駆動される部材の応答を表す信号に基づいて速度データを生成するパラメータ生成部と、予め定められた対象物から前記部材が受ける反力のデータを、前記値データ及び前記速度データに基づいて生成する反力データ生成部とを備えるデータ生成装置である。

上記の構成により、データ生成装置は、部材が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能である。

本発明の一態様は、上記のデータ生成装置であって、前記対象物の物性データを前記反力のデータに基づいて生成する物性データ生成部を更に備える。

上記の構成により、データ生成装置は、対象物の物性データを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能である。

本発明の一態様は、上記のデータ生成装置であって、前記値データは、電流値データである。

上記の構成により、データ生成装置は、部材が受ける反力のデータを、電流値データ及び速度データに基づいて生成することが可能である。

本発明の一態様は、前記速度データは、角速度データである。

上記の構成により、データ生成装置は、部材が受ける反力のデータを、値データ及び角速度データに基づいて生成することが可能である。

本発明の一態様は、上記のデータ生成装置であって、前記部材は、回転軸であり、前記反力のデータは、反作用トルクのデータである。

上記の構成により、データ生成装置は、回転軸が受ける反作用トルクのデータを、値データ及び速度データに基づいて生成することが可能である。

本発明の一態様は、データを生成するデータ生成装置と、上位制御装置とを備えるデータ生成システムであって、前記データ生成装置は、駆動力との相関を有する信号に基づいて値データを生成し、前記駆動力によって駆動される部材の応答を表す信号に基づいて速度データを生成するパラメータ生成部と、予め定められた対象物から前記部材が受ける反力のデータを、前記値データ及び前記速度データに基づいて生成する反力データ生成部と、前記反力のデータを送信する第１通信部とを備え、前記上位制御装置は、前記反力のデータを受信する第２通信部と、受信された前記反力のデータに基づく制御を実行する制御部とを備える、データ生成システムである。

上記の構成により、データ生成システムは、部材が受ける反力のデータに基づく制御を、歪ゲージを用いることなく実行することが可能である。

本発明の一態様は、上記のデータ生成システムであって、前記データ生成装置は、前記対象物の物性データを前記反力のデータに基づいて生成する物性データ生成部を更に備え、前記第１通信部は、前記物性データを送信し、前記第２通信部は、前記物性データを受信し、前記制御部は、受信された前記物性データに基づく制御を実行する。

上記の構成により、データ生成システムは、対象物の物性データに基づく制御を、歪ゲージを用いることなく実行することが可能である。

本発明により、部材が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能である。

第１実施形態における、データ生成システムの構成の例を示す図である。 第１実施形態における、反力のデータを生成する処理の例を示す図である。 第１実施形態における、記号の一覧を示す図である。 第１実施形態における、トレンドグラフの第１例を示す図である。 第１実施形態における、トレンドグラフの第２例を示す図である。 第１実施形態における、データ生成システムの動作の例を示す図である。 第２実施形態における、データ生成システムの構成の例を示す図である。 第２実施形態における、トレンドグラフの例を示す図である。 第２実施形態における、データ生成システムの動作の例を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、データ生成システム１の構成の例を示す図である。データ生成システム１は、物理量データ等のデータを生成するシステムである。データ生成システム１は、例えば、プラント、工場等に備えられる。データ生成システム１は、部材２と、電動機３と、電力供給装置４と、制御装置５と、データ生成装置６と、上位制御装置７とを備える。

部材２は、スクリュー、ポンプ、プレス機、射出成型の加工機、ロボットアーム、ドリルシステム、研磨機、工作機又は実装機（マウンタ）等の機械設備に備えられた部材であり、例えば、回転軸、スライダである。部材２は、電動機３によって駆動される。例えば、部材２が回転軸である場合、電動機３による駆動によって、部材２の角度応答（回転角）が変化する。例えば、部材２がスライダである場合、電動機３による駆動によって、部材２が所定方向に移動する。

部材２は、電動機３によって駆動されることによって、予め定められた物体である対象物１００に力を加える。機械設備がスクリュー又はポンプである場合、対象物１００は、例えば、反応槽に貯められた液体である。機械設備が実装機である場合、対象物１００は、例えば、プリント基板である。部材２は、対象物１００から反力を受ける。例えば、部材２が回転軸である場合、回転する部材２は、対象物１００から反作用トルクを受ける。

電動機３（アクチュエータ）は、電力供給装置４から供給された電力に応じて動作する機器である。電動機３は、供給された電力すなわち電流及び電圧に応じて、部材２を駆動する。電動機３の駆動力は、電動機３に供給された電流を表す値（電流値Ｉ）との相関を有する。例えば、駆動力としての駆動トルク（Ｎｍ）は、電流値Ｉ（Ａ）とトルク定数Ｋ_ｔ（Ｎｍ／Ａ）との乗算結果で表現される。

電動機３は、駆動力を受けた部材２の応答に関して、応答を表す信号（以下「応答信号」という。）をデータ生成装置６に出力する。応答信号は、部材２が回転軸である場合、例えば、回転する部材２の角度（ｒａｄ）、角速度（回転速度）（ｒａｄ／ｓ）、角加速度（ｒａｄ／ｓ^２）に応じた信号である。応答信号は、部材２がスライダである場合、例えば、移動する部材２の位置（ｍ）、速度（ｍ／ｓ）、加速度（ｍ／ｓ^２）に応じた信号である。

応答信号は、デジタル信号でもよいし、アナログ信号でもよい。例えば、電動機３がエンコーダを備えている場合、電動機３は、部材２の位置又は角度応答に応じたデジタル信号を、応答信号としてデータ生成装置６に出力する。例えば、電動機３がホールセンサを備えている場合、電動機３は、部材２の位置又は角度応答に応じたアナログ信号（波形信号）を、応答信号としてデータ生成装置６に出力する。

電力供給装置４は、電力を供給する装置であり、例えば、インバータ、モータドライバ、三相電源である。電力供給装置４は、例えば電流、駆動力又は駆動トルクの設定値を、制御装置５から取得する。電力供給装置４は、取得された設定値が示す電力を、電動機３に供給する。

電力供給装置４は、電動機３の駆動力との相関を有する信号（以下「駆動力信号」という。）を、データ生成装置６に送信する。電動機３の駆動力信号は、例えば、電動機３に供給された電流の測定値若しくは設定値を表す信号、電動機３の駆動力の設定値を表す信号又は駆動トルクの設定値を表す信号である。駆動力信号は、デジタル信号でもよいし、アナログ信号でもよい。

制御装置５は、電力供給装置４を制御する装置であり、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）である。制御装置５は、電流値又は駆動タイミング等を表す制御信号を、上位制御装置７から取得する。制御信号は、例えば、オン又はオフを表す信号、駆動タイミングを表す信号、電流又は速度等の設定値を表す信号である。制御装置５は、制御信号に応じて、電流又は速度等の設定値を電力供給装置４に出力する。制御装置５は、制御装置５に接続された各種センサ類１１０、例えば、温度センサ、圧力センサ、流量センサ等の物理量データを読み込む。例えば、制御装置５は、対象物１００の物理量データを読み込み、通信部７１へ送信する。

データ生成装置６は、データを生成する情報処理装置である。データ生成装置６は、記憶部６０と、通信部６１と、生成部６２とを備える。記憶部６０と通信部６１と生成部６２とは、ＰＬＣ等の制御装置に備えられる。

例えば、通信部６１及び生成部６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ライブラリ）を実行することにより実現される。このプログラムは、オペレーティング・システム上で動作するアプリケーションのプログラムでもよく、例えば、リアルタイム・オペレーティング・システム上で動作するアプリケーションのプログラムでもよい。通信部６１及び生成部６２は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。通信部６１及び生成部６２は、ＰＬＣ等の制御装置のハードウェアのモジュールとして実現されてもよい。

記憶部６０は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置（非一時的な記録媒体）である。記憶部６０は、通信部６１及び生成部６２によって実行されるプログラムを記憶する。記憶部６０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記録媒体を更に備えてもよい。

通信部６１（第１通信部）は、駆動力信号を電力供給装置４から受信する。通信部６１は、応答信号を電動機３から受信する。通信部６１は、駆動力信号に含まれるデータと、応答信号に含まれるデータとを、時刻に対応付けて記憶部６０に記録する。なお、通信部６１は、アナログ信号を受信した場合、受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換結果であるデジタル信号を記憶部６０に記録する。

通信部６１は、対象物１００に関して測定された応答信号を、部材２を介して電動機３から受信する。通信部６１は、対象物１００に関して測定された応答信号を、時刻に対応付けて記憶部６０に記録する。

通信部６１は、生成部６２によって生成された反力データ等の物理量データを、生成部６２から取得する。通信部６１は、反力データ等の物理量データを、上位制御装置７に送信する。

生成部６２は、反力データ等のデータを生成する機能部である。生成部６２は、パラメータ生成部６２０と、反力データ生成部６２１とを備える。パラメータ生成部６２０は、駆動力信号を記憶部６０又は通信部６１から取得する。パラメータ生成部６２０は、駆動力信号に基づいて値データを生成する。例えば、デジタル信号である駆動力信号が電流値データを含んでいる場合、パラメータ生成部６２０は、駆動力信号から電流値データを取得する。例えば、アナログ信号である駆動力信号が電流波形を表している場合、パラメータ生成部６２０は、駆動力信号が表す電流波形に基づいて、電流値データを生成する。

パラメータ生成部６２０は、応答信号を記憶部６０又は通信部６１から取得する。パラメータ生成部６２０は、応答信号に基づいて部材２の速度データを生成する。パラメータ生成部６２０は、デジタル信号である応答信号が速度データを含んでいる場合、応答信号から速度データを取得する。

パラメータ生成部６２０は、アナログ信号である応答信号が部材２の位置に応じた波形を表している場合、応答信号に基づいて時系列の位置データを生成する。パラメータ生成部６２０は、時系列の位置データに基づいて、移動する部材２の速度データを生成する。

パラメータ生成部６２０は、アナログ信号である応答信号が部材２の角度に応じた波形を表している場合、応答信号に基づいて時系列の角度データを生成する。パラメータ生成部６２０は、時系列の角度データに基づいて、回転する部材２の角速度（回転速度）のデータを生成する。

反力データ生成部６２１は、部材２が受ける反力を推定するオブザーバである。反力データ生成部６２１は、対象物１００から部材２が受ける反力データを、値データ及び速度データに基づいて生成する。

図２は、反力のデータを生成する処理の例を示す図である。また、図３は、図２に示された記号の一覧を示す図である。図２では、一例として、部材２は回転軸である。以下では、図に示された数式において文字の上に記載された印「＾」は、明細書では文字の直前に表記する。ここで、「＾」は推定値であることを表す。

測定値又は設定値である電流値Ｉと、時刻ｔにおけるトルク定数Ｋ_ｔとの乗算結果は、時刻ｔにおける回転方向の駆動力である駆動トルクを表す。駆動トルクから負荷トルクＴ_ｌｏａｄを減算した結果と慣性モーメントＪ_ｍの逆数との乗算結果は、駆動トルクに応答して回転する部材２の角加速度（ｓ^２Θ^ｒｅｓ）を表す。角加速度（ｓ^２Θ^ｒｅｓ）に対して積分処理が実行された結果、すなわち、角加速度にラプラス演算子の逆数が乗算された結果は、部材２の角速度（ｓΘ^ｒｅｓ）を表す。角速度（ｓΘ^ｒｅｓ）に対して積分処理が実行された結果、すなわち、角速度にラプラス演算子の逆数が乗算された結果は、部材２の角度（Θ^ｒｅｓ）を表す。

負荷トルクＴ_ｌｏａｄは、内部干渉トルクＴ_ｉｎｔと、重力項のトルクＴ_ｇと、クーロン摩擦のトルクＴ_ｃと、動摩擦係数Ｄと、ラプラス演算子ｓと、角度Θ^ｒｅｓと、反作用トルクＴ_ｅｘｔとを用いて、「Ｔ_ｌｏａｄ＝Ｔ_ｉｎｔ＋Ｔ_ｇ＋Ｔ_ｃ＋ＤｓΘ^ｒｅｓ＋Ｔ_ｅｘｔ」と表現される。

工場等の運転員は、負荷トルクＴ_ｌｏａｄと、内部干渉トルクＴ_ｉｎｔと、重力項のトルクＴ_ｇと、動摩擦係数Ｄとの各パラメータを、実際の工場等の設備を用いて予め測定する。工場等の運転員は、これらのパラメータを個別に測定するのではなく、複数のパラメータの加算結果（例えば、「Ｔ_ｉｎｔ＋Ｔ_ｇ＋Ｔ_ｃ」）を測定してもよい。予め測定されたこれらのパラメータは、記憶部６０に記憶される。オブザーバゲインｇ_ｒｅａｃは、設定値であり、制御周期の逆数を理論的な上限値として、例えば、推定される反作用トルクの周波数よりも大きな値に定められる。オブザーバゲインｇ_ｒｅａｃは、記憶部６０に記憶される。

反力データ生成部６２１は、実際の工場等の設備を用いて予め測定された各パラメータ（Ｔ_ｉｎｔ，Ｔ_ｇ，Ｔ_ｃ）と、オブザーバゲインｇ_ｒｅａｃとを、記憶部６０から取得する。反力データ生成部６２１は、値データ及び速度データを、記憶部６０又は通信部６１から取得する。図２では、反力データ生成部６２１は、値データである電流値Ｉと速度データである角速度データ（ｓΘ^ｒｅｓ）とを、記憶部６０又は通信部６１から取得する。

反力データ生成部６２１は、電流値Ｉにトルク定数Ｋ_ｔを乗算する。以下、この乗算結果を「第１結果」という。反力データ生成部６２１は、慣性モーメントＪ_ｍとオブザーバゲインｇ_ｒｅａｃと角速度データ（ｓΘ^ｒｅｓ）とを乗算する。以下、この乗算結果を「第２結果」という。反力データ生成部６２１は、「Ｔ_ｉｎｔ＋Ｔ_ｇ＋Ｔ_ｃ＋ＤｓΘ^ｒｅｓ」を算出する。以下、この算出結果を「第３結果」という。

反力データ生成部６２１は、第１結果及び第２結果を加算した結果から、第３結果を減算する。以下、この減算結果を「第４結果」という。反力データ生成部６２１は、低域通過フィルタである「ｇ_ｒｅａｃ／（ｓ＋ｇ_ｒｅａｃ）」を第４結果に乗算する。以下、この乗算結果を「第５結果」という。

反力データ生成部６２１は、第５結果から第２結果を減算する。この減算結果は、反作用トルクＴ_ｅｘｔの推定値となる。このようにして、反力データ生成部６２１は、推定された反作用トルク＾Ｔ_ｅｘｔのデータを、反力データとして生成する。

図１に戻り、データ生成システム１の構成の例の説明を続ける。データ生成システム１が設置された工場等において、制御装置５が設備を個別に制御するのに対して、上位制御装置７は工場等の各設備を総合的に制御する。上位制御装置７は、制御装置５に対して上位の制御を実行する情報処理装置であり、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーションである。

上位制御装置７は、記憶部７０、通信部７１と、制御部７２と、表示部７３とを備える。通信部７１及び制御部７２は、ＣＰＵ等のプロセッサが、記憶部７０に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

記憶部７０は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置（非一時的な記録媒体）である。記憶部７０は、制御部７２によって実行されるプログラムを記憶する。このプログラムは、電力供給装置４及び電動機３等の各設備を制御するためのプログラムである。記憶部７０は、反力及び温度等の各種の設定値（閾値）を記憶してもよい。記憶部７０は、ＲＡＭ等の揮発性の記録媒体を更に備えてもよい。

通信部７１（第２通信部）は、制御装置５と通信する。例えば、通信部７１は、制御装置５から対象物１００の温度データ、圧力データ、流量データ等の物理データを受信する。例えば、通信部７１は、制御部７２によって生成された制御信号を、制御装置５に送信する。通信部７１は、データ生成装置６と通信する。例えば、通信部７１は、物理量データを、データ生成装置６から受信する。物理量データは、例えば、部材２が受ける反作用トルク等の反力データと、部材２の角度データ等の位置データ、部材２の角速度データ等の速度データ又は部材２の角加速度データ等の加速度データととである。

制御部７２は、温度データ及び反力データ等の物理量データを、通信部７１から取得する。制御部７２は、取得された物理量データに応じて制御を実行する。例えば、制御部７２は、温度のトレンドグラフ（温度曲線の画像）と、反力データのトレンドグラフ（反力曲線の画像）とを、取得された物理量データに応じて表示部７３に表示させる。例えば、制御部７２は、温度設定値の上限及び下限により定まる範囲に温度データが含まれている場合、対象物１００の攪拌工程における温度調整工程が終了したことを表すメッセージ画像を、表示部７３に表示させる。

図４は、トレンドグラフの第１例を示す図である。横軸は時間を示す。左の縦軸は、反作用トルク等の反力を示す。右の縦軸は温度を示す。温度曲線１０は、温度のトレンドグラフである。反力曲線１１は、反力のトレンドグラフである。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、温度調整時間である。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、対象物１００における反応が進むことを待つための時間である。対象物１００が液体である場合、対象物１００が攪拌されることによって、対象物１００の物性が変化する反応が進む。物性が変化することによって、部材２が受ける反力が変化する。対象物１００における反応が安定することによって対象物１００の物性が安定し、部材２が受ける反力等の物理量が一定値に落ち着く。

従来の上位制御装置は、対象物の温度と電動機の部材の回転速度とを制御するだけであり、対象物の物性データ（例えば、慣性データ、粘性データ、弾性データ）を測定していない。従来の上位制御装置は、対象物の物性データを、対象物の温度と攪拌時間等の時間とに基づいて推定していた。対象物の反応が安定する前に工程を終了してしまうと、対象物の物性が不良となってしまうため、従来の上位制御装置は、工程の時間を長めにする必要がある。図４では、従来の上位制御装置は、反力が反力設定値に達した時刻ｔ２において対象物の反応が完了しているにもかかわらず、撹拌工程を時刻ｔ３まで続ける必要がある。

上位制御装置７は、工程における対象物１００の物性データとの相関を有する反力データに基づいて、対象物１００の物性を検出する。これにより、上位制御装置７は、対象物１００の反力データに基づいて、対象物１００の反応が安定する時刻ｔ２を検出することができる。上位制御装置７は、時刻ｔ２において例えば次の工程に進むことができるので、現在の工程を時刻ｔ３まで長めに続けるという無駄を削減することができる。

上位制御装置７は、工程を長めに続けるという無駄を削減することによって、対象物１００を用いる製品のロット当たりの製造時間を短くする。上位制御装置７は、ロット当たりの製造時間を例えば４時間から３時間に削減することができれば、２４時間当たりの製造数を６ロットから８ロットに増やすことができる。これにより、上位制御装置７は、対象物１００を用いる製品の製造の効率を向上させることができる。上位制御装置７は、電動機３等を必要な時間だけ動作させるので、消費電力を削減することができる。

制御部７２は、データ生成装置６から取得された物理量データに応じて、制御信号を生成してもよい。例えば攪拌工程において、反力設定値の上限から下限までの範囲に反力データの値が収束している場合、制御部７２は、次の工程（例えば、薬品を投入する工程）で使用される制御信号を生成してもよい。例えば攪拌工程において、反力設定値の上限から下限までの範囲に反力データの値が収束している場合、制御部７２は、攪拌工程を終了させるよう、部材２の回転をオフにする制御信号を生成してもよい。また、例えば攪拌工程において、温度データ、圧力データ、若しくは、流量データ等の物理量データが所定の範囲に入っている場合、制御部７２は、次の工程（例えば、薬品を投入する工程）で使用される制御信号を生成してもよい。例えば攪拌工程において、温度データ、圧力データ、若しくは、流量データ等の物理量データが所定の範囲に入っている場合、制御部７２は、攪拌工程を終了させるよう、部材２の回転をオフにする制御信号を生成してもよい。

図５は、トレンドグラフの第２例を示す図である。横軸は時間を示す。左の縦軸は、反力を示す。制御部７２は、物理量データを、所定の時間周期でデータ生成装置６から取得する。制御部７２は、対象物１００に関して測定された物理量データに基づいて予め定められたトレンドグラフ（物理量データの曲線）における物理量データと、取得された物理量データとの差を、所定の時間周期で算出する。制御部７２は、算出された差が閾値以上である場合、算出された差を低減するように制御信号を生成する。

図５では、制御部７２は、物理量データの一例としての反力データを取得する。例えば、制御部７２は、部材２が対象物１００から受けた反力データの測定値に基づいて予め定められた反力曲線１１−１と、取得された反力データの反力曲線１１−２との差を、所定の時間周期で算出する。制御部７２は、算出された差を低減するように、時刻ｔ４において部材２の回転速度を変更する制御信号を生成する。例えば、制御部７２は、部材２が対象物１００から受けた反力データの測定値に基づいて予め定められた反力曲線１１−１と、取得された反力データの反力曲線１１−３との差を、所定の時間周期で算出する。

制御部７２は、算出された差を低減するように、時刻ｔ４において部材２の回転速度を変更する制御信号を生成する。制御部７２は、材料又は薬品の投入量を変更する制御信号を生成してもよい。すなわち、制御部７２は、正常時の反力曲線１１−１と異常時の反力曲線１１−２又は１１−３との差を低減するように、制御信号に含まれるパラメータの値に差をフィードバックして、そのパラメータの値を調整する。

反力曲線１１−２のように、推定された反力データが時刻ｔ４において反力設定値の上限から下限までの範囲よりも低い場合、制御部７２は、例えば、電動機３の部材２の速度を上げる制御信号を生成する。制御部７２は、部材２の速度を上げる制御信号を、通信部７１を介して制御装置５に送信する。制御装置５は、部材２の速度を上げる制御信号に基づいて、電流量を多くする電流設定値を生成し、電力供給装置４に送信する。電力供給装置４は、電流量を多くする電流設定値に基づいて電動機３に電流を流す。電動機３は、電力供給装置４からの供給電流の増加に伴い、機構の速度を上げ、その機構に接続された部材２の速度を上げる。

反力曲線１１−３のように、推定された反力データが時刻ｔ４において反力設定値の上限から下限までの範囲よりも高い場合、制御部７２は、例えば、電動機３の部材２の速度を下げる制御信号を生成する。制御部７２は、部材２の速度を下げる制御信号を、通信部７１を介して制御装置５に送信する。制御装置５は、部材２の速度を下げる制御信号に基づいて、電流量を少なくする電流設定値を生成し、電力供給装置４に送信する。電力供給装置４は、電流量を少なくする電流設定値に基づいて電動機３に電流を流す。電動機３は、電力供給装置４からの供給電流の減少に伴い、機構の速度を下げ、その機構に接続された部材２の速度を下げる。

これにより、制御部７２は、製品の製造中に製品の品質を調整することができる。図５では、時刻ｔ４よりも後の時刻ｔ２以降において、制御部７２は、反力設定値の上限から下限までの範囲に反力データの値を収束させることができる。制御部７２は、対象物１００の購入先又は産出地が変更となった場合でも、対象物１００を用いる製品の品質を基準内にすることができる。制御部７２は、対象物１００を用いる製品の歩留まり率が低くなることを防ぐことができる。

制御部７２は、物理量データのトレンドグラフにおいて物理量データに基づいて、製造者によって定められた調整項目、反応転化率、凝固点、軟化点、分子量等のデータ群に検量線を引いてもよい。これによって、制御部７２は、製造に有用な情報をユーザに提供することができる。

表示部７３は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部７３は、温度のトレンドグラフと反力データのトレンドグラフとを、例えば図４のように表示する。表示部７３は、温度のトレンドグラフを、例えば図５のように表示する。

工場の運転員は、対象物１００を用いる製品の品質と対象物１００の物性データとに相関がある場合、物性データとの相関を有する反力データ等に関して、正常時のトレンドデータと異常時のトレンドデータとを画面上で比較することができる。

次に、データ生成システム１の動作の例を説明する。
図６は、データ生成システム１の動作の例を示す図である。通信部６１は、駆動力信号を電力供給装置４から取得する。通信部６１は、応答信号を電動機３から取得する（ステップＳ１０１）。パラメータ生成部６２０は、駆動力信号に基づいて値データを生成する（ステップＳ１０２）。

パラメータ生成部６２０は、応答信号に基づいて速度データを生成する（ステップＳ１０３）。反力データ生成部６２１は、値データ及び速度データに基づいて、反作用トルク等の反力のデータを生成する（ステップＳ１０４）。通信部６１は、反力のデータを上位制御装置７に送信する（ステップＳ１０５）。

パラメータ生成部６２０は、終了を表す指示信号を通信部６１が受信したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。終了を表す指示信号を通信部６１が受信していない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、パラメータ生成部６２０は、ステップＳ１０１に処理を戻す。終了を表す指示信号を通信部６１が受信した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、データ生成装置６は、図６に示す動作を終了する。

以上のように、第１実施形態のデータ生成装置６は、通信部６１と、パラメータ生成部６２０と、反力データ生成部６２１とを備える。パラメータ生成部６２０は、駆動力信号に基づいて値データを生成する。パラメータ生成部６２０は、応答信号に基づいて速度データを生成する。反力データ生成部６２１は、対象物１００から部材２が受ける反力に関して、反力データを値データ及び速度データに基づいて生成する。通信部６１は、反力データを通信部７１に送信する。

これによって、第１実施形態のデータ生成装置６は、部材２が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能である。第１実施形態の上位制御装置７は、反力データに基づく制御を実行することが可能である。

データ生成装置６は、環境の温度範囲が歪ゲージの使用可能範囲でない場合でも、部材２が受ける反力のデータを生成することが可能である。センサとしての寿命が短い歪ゲージを工場の運転員が取付又は交換する必要がないので、データ生成装置６は、設備の稼働を停止させる時間を削減することが可能である。

工場等の運転員は、角度データ、角速度データ、角加速度データ及び反力データ等の力触覚データのトレンドグラフを確認することができる。工場等の運転員は、撹拌等の工程における経過時間を計測しなくても、データ生成装置６によって推定された反力データに基づいて、その工程を効率的に進めることができる。

データ生成装置６は、電動機３が駆動する機械設備がポンプである場合、ポンプの搬送対象である対象物１００から部材２が受ける反力データを生成することが可能である。工場等の運転員は、対象物１００の物性が一定である場合、部材２が受ける反力データに基づいて、対象物１００の流量と搬送路（パイプ）の詰まり具合とを検出することが可能である。

データ生成装置６は、電動機３が駆動する機械設備が射出成型の加工機である場合、射出成型の加工機の押出部材である部材２が受ける反力データを生成することが可能である。工場の運転員は、部材２が受ける反力データに基づいて、材料の充填率等を監視することができるので、対象物１００を用いた製品の品質を安定させることが可能である。工場等の運転員は、製品の歩留まりを改善することが可能である。工場等の運転員は、電動機３等の機械設備の部品（例えば、ベアリング）の劣化を、部材２が受ける反力データのトレンドグラフに基づいて、その機械設備が故障して停止する前に予測することがことが可能である。工場等の運転員は、工場等に設置された機械設備の稼働率を向上させることができる。

データ生成装置６は、電動機３が駆動する機械設備がドリルシステム、研磨機、工作機又は実装機である場合、部材２が受ける反力データを生成することが可能である。上位制御装置７は、反力データに基づいて、ドリルシステムの回転軸である部材２を最適な角速度で回転させることが可能である。上位制御装置７は、反力データに基づいて、研磨機の部材２を最適な押付圧で動作させることが可能である。上位制御装置７は、反力データに基づいて、工作機の搬送部である部材２を最適な速度で移動させることが可能である。上位制御装置７は、反力データに基づいて、実装機のロボットアームである部材２で、繊細な部品をプリント基板に実装することが可能である。

データ生成装置６は、短時間で工程を実行することが可能である。データ生成装置６は、対象物１００を用いる製品の品質を安定化させることが可能である。データ生成装置６は、部品破壊のリスクを低減することが可能である。データ生成装置６は、対象物１００を用いる製品の歩留まり率が低下することを防ぐことが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、データ生成装置６が物性データを生成する点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点について説明する。

図７は、データ生成システム１の構成の例を示す図である。データ生成装置６は、記憶部６０と、通信部６１と、生成部６２とを備える。生成部６２は、パラメータ生成部６２０と、反力データ生成部６２１と、物性データ生成部６２２とを備える。記憶部６０は、対象物１００の物理モデルを表すモデルデータを記憶する。

物性データ生成部６２２は、反力データ等の物理量データと対象物１００の物理モデルとを用いた逐次最小二乗法（モデルあり統計解析）を実行する。これによって、物性データ生成部６２２は、対象物１００の物性データ（例えば、慣性データ、粘性データ、弾性データ）を生成する。

逐次最小二乗法の一般式は、式（１）から式（４）までのように表される。以下では、下付きＮは、Ｎ番目のデータ及び算出結果を表す。

式（５）に表された物理モデルは、一例として、回転軸である部材２が液体である対象物１００を攪拌する場合における、部材２が受ける反作用トルクを表す物理モデルである。

ここで、Ｔ_ｅｘｔは、反作用トルクを表す。Ｍは、慣性係数を表す。ｓ^２Θは、角加速度を表す。Ｂは、粘性係数を表す。ｓΘは、角速度を表す。Ｋは、弾性係数を表す。Θは、角度を表す。Ｃｏｎｓｔは、定数項を表す。

物性データ生成部６２２は、式（１）及び式（２）の＾θ_Ｎに対して、式（５）における慣性係数Ｍと粘性係数Ｂと弾性係数Ｋと定数項Ｃｏｎｓｔ_Ｎを、式（６）のように当てはめる。

ここで、＾Ｍ_Ｎは、Ｎ番目の慣性係数の推定値を表す。＾Ｂ_Ｎは、Ｎ番目の粘性係数の推定値を表す。＾Ｋ_Ｎは、Ｎ番目の弾性係数の推定値を表す。＾Ｃｏｎｓｔ_Ｎは、Ｎ番目の定数項を表す。

物性データ生成部６２２は、式（２）から式（４）までに対して、角加速度ｓ^２Θ_Ｎと角速度ｓΘ_Ｎと角度Θ_Ｎと反作用トルクＴ_ｅｘｔＮとを、式（７）から式（８）までのように当てはめる。

式（９）におけるρ_Ｎは、忘却係数を表す。忘却係数は、０から１までの値を取りうるが、０．９７から０．９９９までの一定値で使用されることが多い。

逐次最小二乗法の初期条件は、式（１０）及び式（１１）のように表される。

このように、物性データ生成部６２２は、角加速度ｓ^２Θ_Ｎと角速度ｓΘ_Ｎと角度Θ_Ｎと反作用トルクＴ_ｅｘｔＮとを、逐次最小二乗法の処理の入力として取得する。物性データ生成部６２２は、慣性係数＾Ｍ_Ｎと粘性係数＾Ｂ_Ｎと弾性係数＾Ｋ_Ｎとを、逐次最小二乗法の処理結果の出力として算出する。すなわち、物性データ生成部６２２は、角加速度ｓ^２Θ_Ｎと角速度ｓΘ_Ｎと角度Θ_Ｎと反作用トルクＴ_ｅｘｔＮとを入力として逐次最小二乗法を実行することによって、式（５）における慣性係数Ｍと粘性係数Ｂと弾性係数Ｋとを推定する。物性データ生成部６２２は、定数項Ｃｏｎｓｔを更に推定してもよい。

図８は、トレンドグラフの例を示す図である。横軸は時間を示す。縦軸は、物性データを示す。制御部７２は、物性データを、所定の時間周期でデータ生成装置６から取得する。制御部７２は、予め定められたトレンドグラフ（物性データの曲線）における物性データと、取得された物性データとの差を、所定の時間周期で算出する。制御部７２は、算出された差が閾値以上である場合、算出された差を低減するように制御信号を生成する。

図８では、制御部７２は、物性データとして、例えば、慣性データ、粘性データ及び弾性データのうちの少なくとも一つを取得する。例えば、制御部７２は、予め定められた物性曲線１２−１と取得された物性データの物性曲線１２−２との差を、所定の時間周期で算出する。制御部７２は、予め定められた物性曲線１２−１と取得された物性データの物性曲線１２−３との差を、所定の時間周期で算出してもよい。制御部７２は、算出された差を低減するように、時刻ｔ４において部材２の回転速度を変更する制御信号を生成する。なお、制御部７２は、材料又は薬品の投入量を変更する制御信号を生成してもよい。

制御部７２は、正常時の物性曲線１２−１と異常時の物性曲線１２−２又は１２−３との差を低減するように、制御信号に含まれるパラメータの値に差をフィードバックして、そのパラメータの値を調整する。

これにより、制御部７２は、製品の製造中に製品の品質を調整することができる。図８では、時刻ｔ４よりも後の時刻ｔ２以降において、制御部７２は、物性設定値の上限から下限までの範囲に物性データの値を収束させることができる。制御部７２は、対象物１００の購入先又は産出地が変更となった場合、すなわち初期状態での対象物１００の物性が変更となった場合でも、対象物１００を用いる製品の品質を基準内にすることができる。制御部７２は、対象物１００を用いる製品の歩留まり率が低くなることを防ぐことができる。

制御部７２は、物性データのトレンドグラフにおいて、製造者によって定められた調整項目、反応転化率、凝固点、軟化点、分子量等のデータ群に検量線を物性データに基づいて引くことで、有用な情報をユーザに提供することができる。

次に、データ生成システム１の動作の例を説明する。
図９は、データ生成システム１の動作の例を示す図である。図９におけるステップＳ１０１からステップＳ１０４までの動作は、図６におけるステップＳ１０１からステップＳ１０４までの動作と同様である。図９におけるステップＳ２０３の動作は、図６におけるステップＳ１０６の動作と同様である。

物性データ生成部６２２は、例えば逐次最小二乗法によって、対象物１００の物性データを反力データに基づいて生成する（ステップＳ２０１）。通信部６１は、物性データを上位制御装置７に送信する（ステップＳ２０２）。通信部６１は、ステップＳ２０３に処理を進める。

以上のように、第２実施形態のデータ生成装置６は、通信部６１と、パラメータ生成部６２０と、反力データ生成部６２１と、物性データ生成部６２２とを備える。パラメータ生成部６２０は、駆動力信号に基づいて値データを生成する。パラメータ生成部６２０は、応答信号に基づいて速度データを生成する。反力データ生成部６２１は、対象物１００から部材２が受ける反力に関して、反力データを値データ及び速度データに基づいて生成する。物性データ生成部６２２は、反力データに基づいて、対象物１００の物性データ（例えば、慣性データ、粘性データ、弾性データ）を生成する。通信部６１は、物性データを通信部７１に送信する。

これによって、第２実施形態のデータ生成装置６は、部材２が受ける反力のデータを、歪ゲージを用いることなく生成することが可能である。第２実施形態の上位制御装置７は、物性データに基づく制御を実行することが可能である。

工場等の運転員は、撹拌等の工程における経過時間を計測しなくても、データ生成装置６によって推定された物性データに基づいて、その工程を効率的に進めることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、データ生成装置６は、制御装置５に備えられてもよい。
例えば、データ生成システム１は、電動機３を備える代わりに、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ（エアシリンダ）又は水圧アクチュエータを備えてもよい。この場合、駆動力信号は、例えば、油、水若しくは空気の圧力を表す信号、バルブ開閉率を表す信号又はアクチュエータ内差圧を表す信号である。
例えば、通信部６１は、電力供給装置４を介さずに、駆動力信号を受信してもよい。この一例としては、通信部６１は、部材２の駆動に関する電流測定値を、電流センサから直接受信してもよい。
例えば、電力供給装置４と制御装置５とは、一体化していてもよい。
例えば、各種センサ類１１０から取得された温度、圧力、若しくは、流量等の物理量データは、制御装置５を介さず直接に、上位制御装置７に入力されてもよい。

１…データ生成システム、２…部材、３…電動機、４…電力供給装置、５…制御装置、６…データ生成装置、７…上位制御装置、１０…温度曲線、１１…反力曲線、１２…物性曲線、６０…記憶部、６１…通信部、６２…生成部、７０…記憶部、７１…通信部、７２…制御部、７３…表示部、１００…対象物、１１０…各種センサ類、６２０…パラメータ生成部、６２１…反力データ生成部、６２２…物性データ生成部

Claims (7)

1. 駆動力との相関を有する信号に基づいて値データを生成し、前記駆動力によって駆動される部材の応答を表す信号に基づいて速度データを生成するパラメータ生成部と、
   予め定められた対象物から前記部材が受ける反力のデータを、前記値データ及び前記速度データに基づいて生成する反力データ生成部と
   を備えるデータ生成装置。
2. 前記対象物の物性データを前記反力のデータに基づいて生成する物性データ生成部を更に備える、請求項１に記載のデータ生成装置。
3. 前記値データは、電流値データである、請求項１又は請求項２に記載のデータ生成装置。
4. 前記速度データは、角速度データである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のデータ生成装置。
5. 前記部材は、回転軸であり、
   前記反力のデータは、反作用トルクのデータである、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のデータ生成装置。
6. データを生成するデータ生成装置と、上位制御装置とを備えるデータ生成システムであって、
   前記データ生成装置は、
   駆動力との相関を有する信号に基づいて値データを生成し、前記駆動力によって駆動される部材の応答を表す信号に基づいて速度データを生成するパラメータ生成部と、
   予め定められた対象物から前記部材が受ける反力のデータを、前記値データ及び前記速度データに基づいて生成する反力データ生成部と、
   前記反力のデータを送信する第１通信部とを備え、
   前記上位制御装置は、
   前記反力のデータを受信する第２通信部と、
   受信された前記反力のデータに基づく制御を実行する制御部とを備える、
   データ生成システム。
7. 前記データ生成装置は、前記対象物の物性データを前記反力のデータに基づいて生成する物性データ生成部を更に備え、
   前記第１通信部は、前記物性データを送信し、
   前記第２通信部は、前記物性データを受信し、
   前記制御部は、受信された前記物性データに基づく制御を実行する、
   請求項６に記載のデータ生成システム。

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