JP2020085550A

JP2020085550A - 異常検知装置、異常検知方法、および異常検知システム

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Publication number: JP2020085550A
Application number: JP2018217110A
Authority: JP
Inventors: 克行木村; Katsuyuki Kimura; 仁友定; Jin Tomosada
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: WO2020105334A1; JP6879284B2

Abstract

【課題】利便性に優れた異常検知装置等実現する。【解決手段】異常検知装置（６）は、エアシリンダ（５）のピストン（５３１）の押出時間および引戻時間を取得する動作時間取得部（６１１）と、前記押出時間および前記引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで前記エアシリンダにおける異常の有無を検知する異常検知部（６１５）と、を備えており、前記異常検知部は、前記押出時間を横軸とし、前記引戻時間を縦軸とした二次元平面の上に計測点を基準点とともにプロットしたときに、異常範囲内に前記計測点がプロットされた場合、前記エアシリンダの異常を検知する。【選択図】図１

Description

本発明はエアシリンダにおける異常を検知する異常検知装置等に関する。

駆動することによって各種動作を実行するエアシリンダに対して、異常の有無を検知する異常検知装置が従来技術として知られている。例えば、特許文献１には装置の駆動源がオンオフ切換されてから該装置の稼動状態に応じた検出信号が変化するまでの時間差の、標準データに対する変動量に基づいて該装置の故障を診断するシステムが開示されている。

特開２００２−２９７２３７号公報

しかしながら、上述のような従来技術は故障以外の要因によって装置の駆動源の動作時間が変動することが考慮されていない。例えば、周囲温度が変化した場合における動作時間の変動が考慮されていない。それゆえ、周囲温度の変化による動作時間の変動を、装置の異常と誤判定する可能性がある。

本開示の一態様は前記の問題に鑑みてなされたものであり、周囲温度の変化を考慮してエアシリンダの異常を適切に検知することができる、利便性に優れた異常検知装置等を実現することができる。

本発明は、前述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

すなわち、本開示の一側面に係る異常検知装置は、ピストンを有するエアシリンダの異常を検知する異常検知装置であって、前記ピストンの押し出しに要する押出時間および引き戻しに要する引戻時間を取得する動作時間取得部と、前記押出時間および前記引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで前記エアシリンダにおける異常の有無を検知する異常検知部と、を備えており、前記異常検知部は、前記押出時間を横軸とし、前記引戻時間を縦軸とした二次元平面の上に、前記動作時間取得部が新たに取得した押出時間および引戻時間に応じた計測点を、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を示す基準点とともにプロットしたときに、前記基準点からの距離が第１距離以上、かつ前記基準点の温度変化を表す所定の温度直線よりも押出時間が小さくかつ引戻時間が大きい側に設定され、かつ前記所定の温度直線を避けて設定された異常範囲内に前記計測点がプロットされた場合、前記エアシリンダの異常を検知する。

この構成によれば、異常検知装置はエアシリンダにおける異常を、二次元平面における計測点および基準点の位置関係に基づいて検知することができる。例えば、エアシリンダの周囲温度の変化では計測点がプロットされることがない領域に異常範囲を設定することにより、温度変化による計測点の変化（正常な変化）とエアシリンダの異常とを区別して検知することができる。したがって、例えば圧力センサや温度センサ等の追加部材を用いることなく周囲温度の変化を考慮してエアシリンダの異常を検知することができる、利便性に優れた異常検知装置を実現することができる。

前記一側面に係る異常検知装置において、前記異常検知部は、前記二次元平面において、前記所定の温度直線のうち、押出時間および引戻時間の両方が前記基準点以上である部分が、前記基準点と前記計測点とを結ぶ線分に重なるまで前記基準点を中心として反時計回りに回転させたときの角度が、０°より大きくかつ１８０°未満である第１閾値から、前記第１閾値より大きくかつ１８０°未満である第２閾値までの間であることを、前記エアシリンダが異常であると判定する１つの条件としてもよい。この構成によれば、パッキンの異常に起因するエアシリンダの異常を適切に検知することができる。

前記一側面に係る異常検知装置において、前記二次元平面において、前記基準点から前記第１距離未満の領域、および前記所定の温度直線よりも押出時間が大きくかつ引戻時間が小さい側の領域は前記エアシリンダが正常であることを示す正常領域に設定されており、前記異常検知部は、前記計測点が前記正常領域内にプロットされた場合、前記エアシリンダは正常であると判定してもよい。この構成によれば、パッキンの異常に起因して計測点は前記所定の温度直線よりも押出時間が大きくかつ引戻時間が小さい側には移動しない。そのため、この構成によれば、他の要因による計測点の変化に基づいてエアシリンダが異常であると誤判定することを避けることができる。

前記一側面に係る異常検知装置において、前記異常検知部は、前記角度が前記第１閾値から該第１閾値以上かつ前記第２閾値未満である第３閾値までの間であれば前記エアシリンダにおいてピストンパッキンが異常であると判定し、前記角度が前記第３閾値から前記第２閾値までの間であれば前記エアシリンダにおいてロッドパッキンが異常であると判定してもよい。この構成によれば、異常検知装置は二次元平面上で、基準点と計測点とを結ぶ線分が所定の温度直線となす角度に応じて異常の種類を区別して検知することができる。

前記一側面に係る異常検知装置において、前記二次元平面における前記基準点の座標を設定する基準点設定部をさらに備えており、前記基準点設定部は前記二次元平面において、前記角度が前記第１閾値未満または前記第２閾値より大きく、かつ前記距離が第２距離以上の領域に設定された再設定領域に、前記計測点がプロットされた場合、前記基準点の前記座標を再設定してもよい。この構成によれば、異常の検知に適切ではない基準点が設定されていた場合は該基準点を再設定することができる。例えば、エアシリンダの異常ではなく温度変化に起因して基準点が移動した場合、変化した温度に応じた基準点を再設定することができる。これにより、異常状態と正常状態とを適切に判別することができる。

前記一側面に係る異常検知装置において、前記第２距離は前記第１距離未満であり、前記基準点設定部は前記二次元平面において、前記角度が前記第１閾値未満または前記第２閾値より大きく、かつ前記距離が前記第２距離以上である場合、前記基準点の前記座標を再設定してもよい。この構成によれば、異常の検知に適切ではない基準点が設定されていた場合は該基準点を再設定することができる。例えば、周囲温度が変化した場合に、基準点を温度変化に追従して再設定することが容易となる。異常検知と基準点の再設定の判定とを個別の閾値を用いて行うことができるため、より早期のタイミングで基準点の再設定を行うことができる。

本開示の一側面に係る異常検知システムは、前記一側面に係る異常検知装置と、ピストンを有する１つ以上のエアシリンダと、電磁弁によって前記１つ以上のエアシリンダに供給する気体を制御するマニホールドと、前記電磁弁の開閉を制御する制御装置と、を備えている。

本開示の一側面に係る異常検知方法は、ピストンを有するエアシリンダの異常を検知する異常検知方法であって、前記ピストンの押し出しに要する押出時間および引き戻しに要する引戻時間を取得する動作時間取得ステップと、前記押出時間および前記引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで前記エアシリンダにおける異常の有無を検知する異常検知ステップと、を有しており、前記異常検知ステップでは、前記押出時間を横軸とし、前記引戻時間を縦軸とした二次元平面の上に、前記動作時間取得部が新たに取得した押出時間および引戻時間に応じた計測点を、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を示す基準点とともにプロットしたときに、前記基準点からの距離が第１距離以上、かつ前記基準点の温度変化を表す所定の温度直線よりも押出時間が小さくかつ引戻時間が大きい側に設定され、かつ前記所定の温度直線を避けて設定された異常範囲内に前記計測点がプロットされた場合、前記エアシリンダの異常を検知する。

本発明の一態様によれば、周囲温度の変化を考慮してエアシリンダの異常を適切に検知することができる、利便性に優れた異常検知装置等を実現することができる。

本開示の一側面の異常検知システムの要部構成の概要を示すブロック図である。本発明の一側面のエアシリンダの概要を示す模式図であり、（ａ）はエアシリンダの概要を示し、（ｂ）はエアシリンダにおける押出時間および引戻時間の定義を示している。本発明の一側面のエアシリンダにおけるパッキン異常の例であり、（ａ）は押出工程におけるパッキン異常を示し、（ｂ）は引戻工程におけるパッキン異常を示す。本発明の一側面の異常検知装置にて用いる、押出時間を横軸とし、引戻時間を縦軸とした二次元平面の一例を示す模式図である。本発明の一側面の異常検知装置において、エアシリンダの周囲温度が１０℃から４０℃に変化した場合の押出時間および引戻時間の変化を示すグラフである。本発明の一側面の異常検知装置において、パッキン異常が生じている場合の押出時間および引戻時間の変化を示すグラフであり、（ａ）はピストンパッキン異常の場合を示し、（ｂ）はロッドパッキン異常の場合を示す。本発明の一側面の異常検知装置が実行する処理の一例を示すフローチャートであり、（ａ）は初期設定処理のフローを示し、（ｂ）はエアシリンダの動作を監視する監視処理のフローを示す。図７の（ｂ）から呼び出される基準点更新処理のフローを示す。本発明の一側面の異常検知装置において、２つの閾値を用いて基準値を再設定するか否かを判定する概要を示す模式図である。本発明の一態様の異常検知装置にて用いる二次元平面の具体例を示す。押出時間および引戻時間の組み合わせに応じて第１距離が変化する例を示す模式図である。

§１構成例
（異常検知システムの構成）
図１は、本開示の一側面の異常検知システム１００の要部構成の概要を示すブロック図である。異常検知システム１００は、コンプレッサ１、レギュレータ２、排出口３、マニホールド４、エアシリンダ５、異常検知装置６、および表示装置７を備えている。なお、図１において実線はデータの流れを示し、点線は気体の流れを示している。

異常検知システム１００は、気体の流入出によって駆動する１つ以上のエアシリンダ５の少なくともいずれかの異常を異常検知装置６にて検知するシステムである。異常検知装置６は、エアシリンダ５の異常を検知すると、表示装置７を用いてユーザに該異常を通知する。エアシリンダ５には、コンプレッサ１によって加圧され、レギュレータ２によって圧力が調整された気体が、マニホールド４に設けられた電磁弁の開閉に伴って供給される。また、エアシリンダ５からは電磁弁の開閉に伴って、不要となった気体が排出口３より排出される。マニホールド４における電磁弁の開閉は異常検知装置６によって制御されるため、異常検知装置６は１つ以上のエアシリンダ５における駆動を制御する制御装置としても機能する。

コンプレッサ１は、気体を加圧してレギュレータ２に供給することができる。レギュレータ２は、コンプレッサ１から供給された気体の圧力を所望の値に調整した後、マニホールド４に供給することができる調整器である。排出口３は、エアシリンダ５の内部の圧力を調整するために不要となった気体をマニホールド４を介して受け付け、外部に排出することができる。

マニホールド４は、異常検知装置６の制御にしたがって開閉することが可能な１つ以上の電磁弁を備えた流路である。マニホールド４は、異常検知装置６の制御部６１から電磁弁の開閉指示を受け付けると、対応する電磁弁を開閉させ、開閉させた電磁弁と連通するエアシリンダ５のシリンダ５３との間で気体を流入出させることができる。マニホールド４には１つ以上のエアシリンダ５が接続されてもよく、異常検知装置６からの指示にしたがって、特定のエアシリンダ５と連通する特定の電磁弁を開閉してもよい。

エアシリンダ５は、センサ５１およびシリンダ５３を備えており、シリンダ５３は、ピストン５３１、ロッド５３３、ピストンパッキン５３５、およびロッドパッキン５３７を備えている。エアシリンダ５は、マニホールド４との間で気体を流入出させることでシリンダ５３の内部に配されたピストン５３１を摺動させることができる。エアシリンダ５は、ピストン５３１に一端が接続されたロッド５３３の他端に図示しない各種機構を接続してもよく、ピストン５３１の摺動に応じて該機構を動作させてもよい。

センサ５１は、シリンダ５３の内部においてピストン５３１が後述する引戻し終端位置または押出し終端位置に位置することを検知すると、異常検知装置６に通知することができる。センサ５１は、例えばピストン５３１の位置をスイッチのＯＮ／ＯＦＦで示すリミットスイッチであってもよい。

シリンダ５３は、エアシリンダ５の内部に円筒状に形成された内壁面を有するように形成されており、両端の近傍には気体が流入出するためのポートが設けられている。シリンダ５３は、マニホールド４における電磁弁の開閉に伴ってポートから気体を流入出させることにより、内部の気体圧力を調整することができる。シリンダ５３の一端は閉塞されており、他端はロッド５３３がシリンダ５３を貫通できるようにロッド５３３の大きさに応じた穴が設けられている。

ピストン５３１は、シリンダ５３の内部を摺動可能に配置された栓状の部材であり、ピストン５３１の一端側にはロッド５３３が接続されている。シリンダ５３の内部においてピストン５３１は、該ピストン５３１を挟んで対向するシリンダ５３の内部領域における気体圧力の差に応じてシリンダ５３の内部を摺動する。

ロッド５３３は、一端がピストン５３１の一端側に接続された棒状の部材であり、ピストン５３１の摺動に合わせて移動することができる。ロッド５３３はシリンダ５３の一端に設けられた穴を貫通するように配置されており、ピストン５３１の摺動に合わせてシリンダ５３の端部から突き出る量が変化する。

ピストンパッキン５３５は、ピストン５３１を挟んで対向するシリンダ５３の内部領域の間で気体が移動することを防止するためにピストン５３１に固定されたパッキンである。ピストンパッキン５３５は、例えばゴムや樹脂等によって形成されたＯリングであってもよい。

ロッドパッキン５３７は、シリンダ５３の一端に設けられた、ロッド５３３の大きさに応じた穴とロッド５３３との間の隙間から気体が外部に移動することを防止するためにシリンダ５３の一端に固定されたパッキンである。ピストンパッキン５３５と同様に、ロッドパッキン５３７は、例えばゴムや樹脂等によって形成されたＯリングであってもよい。

異常検知装置６は、ピストン５３１を有するエアシリンダ５の異常を検知する装置であり、制御部６１を備えている。制御部６１は、動作時間取得部６１１、基準点設定部６１３、異常検知部６１５、および異常通知部６１７を備えている。

制御部６１は、異常検知装置６の各部を統括して制御する。制御部６１は、マニホールド４に対して電磁弁の開閉指示を送信し、マニホールド４が有する特定の電磁弁を開閉させることができる。制御部６１は、センサ５１からピストン５３１が後述する引戻し終端位置または押出し終端位置に位置することに関する通知を受け付けることができる。

動作時間取得部６１１は、制御部６１がセンサ５１から受信した通知に基づいて、エアシリンダ５のシリンダ５３におけるピストン５３１の押し出しに要する押出時間および引き戻しに要する引戻時間を含む、ピストン５３１の動作時間を取得することができる。より具体的には、動作時間取得部６１１は、後述する引戻し終端位置にあるピストン５３１が、後述する押出し終端位置まで移動するまでに要した時間を押出時間として取得する。また、押出し終端位置にあるピストン５３１が引戻し終端位置まで移動するまでに要した時間を引戻時間として取得する。動作時間取得部６１１は、取得した押出時間および引戻時間について、基準点を設定または再設定する場合は基準点設定部６１３に送信し、それ以外の場合は異常検知部６１５に送信する。例えば、動作時間取得部６１１は、基準点を再設定するか否かを示す更新フラグがＯＮであれば押出時間および引戻時間の送信先を基準点設定部６１３とし、更新フラグがＯＦＦであれば異常検知部６１５とする。

基準点設定部６１３は、異常検知部６１５がエアシリンダ５の異常を検知するために用いる、押出時間を横軸とし、引戻時間を縦軸とした二次元平面における基準点の座標を設定（再設定）することができる。ここで、基準点は押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間に応じて二次元平面の上に設定された点である。基準点の詳細については後述する。

基準点設定部６１３が基準点の座標を設定（再設定）する条件は、どのようなものであってもよい。例えば、後述する二次元平面の上に動作時間取得部６１１から受信した押出時間および引戻時間に応じた計測点をプロットしたときに、二次元平面に設定された再設定領域上に該計測点がプロットされた場合に、基準点の座標を設定（再設定）してもよい。

異常検知部６１５は、動作時間取得部６１１が取得した、エアシリンダ５のシリンダ５３の内部におけるピストン５３１の押出時間および引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで該エアシリンダ５における異常の有無を検知することができる。異常通知部６１７は、エアシリンダ５に異常が発生したことを検知した場合、該異常を異常通知部６１７に通知することができる。異常検知部６１５による異常検知の具体例については後述する。

異常通知部６１７は、異常検知部６１５においてエアシリンダ５に異常が発生したことが検知されると、異常検知部６１５から受信した通知にしたがって表示装置７に対して異常に関する情報を送信することができる。異常通知部６１７は、例えばエアシリンダ５において動作時間が変動した場合や、異常検知部６１５においてパッキン異常が検知された場合に異常に関する情報を送信する。

表示装置７は、異常検知装置６と通信可能に接続されたディスプレイである。表示装置７は、異常通知部６１７から異常に関する情報を受信すると、受信した情報を映像として表示することができる。表示装置７は、異常検知装置６と別の装置であってもよいし、異常検知装置６と一体に形成されてもよい。

（エアシリンダの概要）
図２は、本発明の一側面のエアシリンダ５の概要を示す模式図であり、図２の（ａ）はエアシリンダ５の概要を示し、図２の（ｂ）はエアシリンダ５における押出時間および引戻時間の定義を示している。

エアシリンダ５の概要を、図２の（ａ）に示す。エアシリンダ５には円筒状のシリンダ５３が形成されており、シリンダ５３の両端部は図示しないポートを介してマニホールド４との間で気体を流入出できるようになっている。エアシリンダ５の内部にはピストンパッキン５３５を備えたピストン５３１が摺動可能に設けられており、ピストン５３１の一端側にはロッド５３３の端部が接続されている。ロッド５３３は一端がシリンダ５３の端部に設けられた穴を貫通しており、穴の周囲にはロッドパッキン５３７が固定されている。図示の例ではシリンダ５３とは別の封止部材によってシリンダ５３の一端が閉塞されており、ロッド５３３は封止部材に設けられた穴を貫通するようになっている。しかしながら、シリンダ５３の一端を閉塞し、ロッド５３３が穴を貫通するのであれば封止部材を用いなくてもよい。

図示の例において、シリンダ５３の端部付近には２つのセンサ５１が設けられている。ここで、ピストン５３１によって区画されたシリンダ５３の内部領域のうち、ロッド５３３が存在しない領域を引戻領域とし、ロッド５３３が存在する領域を押出領域とする。そして、引戻領域の圧力が押出領域の圧力未満となってピストン５３１が引戻領域を圧縮するように移動する工程を引戻工程とし、引戻領域の圧力が押出領域の圧力より大きくなってピストン５３１が押出領域を圧縮するように移動する工程を押出工程とする。すなわち、引戻工程においてロッド５３３はシリンダ５３の内部に引き戻され、押出工程においてロッド５３３はシリンダ５３の外部に押し出される。

引戻工程において、ピストン５３１が引戻領域を限界まで圧縮したときの該ピストン５３１の位置を引戻し終端位置とし、押出工程において、ピストン５３１が押出領域を限界まで圧縮したときの該ピストン５３１の位置を押出終端位置とする。センサ５１は、ピストン５３１が引戻し終端位置または押出し終端位置に位置するときは、その旨を外部に通知する。

エアシリンダ５における押出時間および引戻時間の定義について、図２の（ｂ）を用いて示す。図示の例において、「シリンダ動作」の「出端」および「戻端」は押出工程および引戻工程の終了をそれぞれ示している。「入力」の「Ｅｎａｂｌｅ」、「押出し」、および「引戻し」は、ロッド５３３の端部に接続された各種機構について、「利用可能であるか否か」、「ロッド５３３の押出しによって駆動中であるか否か」、および「ロッド５３３の引戻しによって駆動中であるか否か」をそれぞれ示している。「押出し終端位置」および「引戻し終端位置」は、ピストン５３１が押出し終端位置に位置するか否か、および引戻し終端位置に位置するか否かをそれぞれ示している。

異常検知システム１００では、ピストン５３１が引戻し終端位置にある状態から異常検知装置６がマニホールド４を制御して押出工程を開始させて該ピストン５３１を押出し終端位置まで移動させた後、今度はマニホールド４を制御して引戻工程を開始させ、該ピストン５３１を引戻し終端位置まで移動させるまでに要した動作時間を１フレームとしている。また、１フレームのうち、引戻し終端位置にあるピストン５３１が押出し終端位置まで移動するまでに要した時間を押出時間とし、押出し終端位置にあるピストン５３１が引戻し終端位置まで移動するまでに要した時間を引戻時間とする。

（パッキン異常の具体例）
図３は、本発明の一側面のエアシリンダ５におけるパッキン異常の例であり、図３の（ａ）は押出工程におけるパッキン異常を示し、図３の（ｂ）は引戻工程におけるパッキン異常を示す。

押出工程におけるパッキン異常について、図３の（ａ）を用いて説明する。押出工程ではシリンダ５３の引戻領域内の気体の圧力を増大させることによって、ピストン５３１が押出領域を圧縮するように摺動し、結果として押出領域内の気体の圧力が増大する。このとき、ピストンパッキン５３５が経年劣化等の理由によって引戻領域と押出領域との間における気体の移動を防止できない状態であれば、押出領域内の気体の一部は引戻領域に漏出する。同様に、ロッドパッキン５３７が押出領域と外部との間における気体の移動を防止できない状態であれば、押出領域内の気体の一部は外部に漏出する。すなわち、ピストンパッキン５３５またはロッドパッキン５３７のいずれかに異常が発生している場合、押出工程において押出領域を圧縮するピストン５３１に反発する、押出領域内の気体の一部が漏出するので押出時間が短縮される。

引戻工程におけるパッキン異常について、図３の（ｂ）を用いて説明する。引戻工程ではシリンダ５３の押出領域内の気体の圧力を増大させることによって、ピストン５３１が引戻領域を圧縮するように摺動し、結果として引戻領域内の気体の圧力が増大する。このとき、ピストンパッキン５３５が引戻領域と押出領域との間における気体の移動を防止できない状態であれば、押出領域内の気体の一部は引戻領域に漏出する。同様に、ロッドパッキン５３７が押出領域と外部との間における気体の移動を防止できない状態であれば、押出領域内の気体の一部は外部に漏出する。すなわち、ピストンパッキン５３５またはロッドパッキン５３７のいずれかに異常が発生している場合、引戻工程において引戻領域を圧縮するピストン５３１を押す、押出領域内の気体の一部が漏出するので押出時間が延長される。

（二次元平面を用いた異常検知）
図４は、本発明の一側面の異常検知装置６にて用いる、押出時間を横軸とし、引戻時間を縦軸とした二次元平面の一例を示す模式図である。本構成例において、異常検知装置６の異常検知部６１５は、押出時間を横軸とし、引戻時間を縦軸とした二次元平面を用いてエアシリンダ５の異常を検知する。より具体的には、異常検知部６１５は動作時間取得部６１１から新たに押出時間および引戻時間を受信すると、受信した押出時間および引戻時間に応じた計測点を基準点とともに二次元平面上にプロットする。そして、異常検知部６１５は、基準点からの距離が後述する第１距離以上、かつ基準点の温度変化を表す所定の温度直線よりも押出時間が小さくかつ引戻時間が大きい側に設定され、かつ所定の温度直線を避けて設定された異常範囲内に計測点がプロットされた場合、エアシリンダ５の異常を検知する。

基準点は、基準点設定部６１３によって設定された、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を二次元平面の上にプロットした点である。押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間は、例えば正常動作中のエアシリンダ５を所定回数または所定時間だけ動作させたときの押出時間の平均値および引戻時間の平均値がそれぞれ設定される。なお、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間は予め設定されたものであってもよいし、必要に応じて都度設定されたものであってもよい。

図示の例において、「温度高」および「温度低」は基準点がエアシリンダ５の周囲温度の変化に応じて移動する方向を示している。すなわち、基準点は二次元平面において「温度高」および「温度低」を通る所定の温度直線上を、エアシリンダ５の周囲温度の変動に応じて移動する。温度直線は、周囲温度に起因する基準点の変化を示す直線である。温度が高くなれば、押出時間および引戻時間は小さくなり、温度が低くなれば、押出時間および引戻時間は大きくなる。

Ｒ_Ｔｈは、押出時間と引戻時間の組み合わせに関わらずエアシリンダ５が正常であると異常検知部６１５が判定する範囲の境界線までの第１距離を示しており、図４では基準点を中心とした円の半径として示されている。Ｒ_ｐは、基準点から計測点までの距離を示している。θ_１、θ_２、およびθ_３は、異常検知部６１５においてエアシリンダ５が異常であると判定する異常範囲を示している。θ_１は０°より大きくかつ１８０°未満であり、θ_１＜θ_２＜θ_３である。周囲温度が変化しても基準点が異常範囲に含まれないよう、異常範囲は所定の温度直線を避けて設定されている。

異常検知部６１５は、二次元平面において、所定の温度直線のうち、押出時間および引戻時間の両方が基準点以上である部分が、基準点と計測点とを結ぶ線分に重なるまで基準点を中心として反時計回りに回転させたときの角度θ_ｐに基づいて、エアシリンダ５において発生した異常の種類を区別する。

異常検知部６１５は、距離Ｒ_ｐがＲ_Ｔｈより大きく、そして角度θ_ｐが第１閾値θ_１から第３閾値θ_２までの間であればエアシリンダ５においてピストンパッキン５３５が異常であると判定し、θ_ｐがθ_２から第２閾値θ_３までの間であればエアシリンダ５においてロッドパッキン５３７が異常であると判定してもよい。

一方、二次元平面において、基準点からの距離が第１距離Ｒ_Ｔｈ未満の領域、および所定の温度直線よりも押出時間が大きくかつ引戻時間が小さい側の領域はエアシリンダ５が正常であることを示す正常領域として設定してもよい。このとき、異常検知部６１５は、計測店が正常領域内にプロットされた場合、エアシリンダ５は正常であると判定してもよい。

なお、基準点の座標は基準点設定部６１３によって再設定されてもよい。例えば、基準点設定部６１３は二次元平面において、角度θ_ｐが第１閾値θ_１未満または第２閾値θ_３より大きく、かつ距離Ｒ_ｐが第２距離以上の領域に設定された再設定領域に、計測点がプロットされた場合、基準点の座標を再設定してもよい。ここで、第２距離は第１距離Ｒ_Ｔｈと同一の値であってもよいし互いに異なる値であってもよい。また、再設定領域は正常領域と少なくとも一部が重複してもよいし、互いに異なる領域が設定されてもよい。

（周囲温度変化による押出時間および引戻時間の変化）
図５は、本発明の一側面の異常検知装置６において、エアシリンダ５の周囲温度が１０℃から４０℃に変化した場合の押出時間および引戻時間の変化を示すグラフである。図示の例では、図２の（ｂ）で説明したフレームの実行回数（ピストン５３１の往復回数）を横軸とし、縦軸では押出時間および引戻時間をまとめて動作時間としている。

図に示すように、フレームの実行回数の増大とともに、押出時間および引戻時間がともに低下している。これは、エアシリンダ５の周囲温度が１０℃から４０℃にまで上昇することに合わせてシリンダ５３に新たに流入する気体の圧力が上昇することによる。押出領域および引戻領域における気体の圧力が上昇すると、ピストン５３１を移動させる力が増大するので、押出時間および引戻時間はともに短縮される。

（パッキン異常による押出時間および引戻時間の変化）
図６は、本発明の一側面の異常検知装置６において、パッキン異常が生じている場合の押出時間および引戻時間の変化を示すグラフであり、図６の（ａ）はピストンパッキン異常の場合を示し、図６の（ｂ）はロッドパッキン異常の場合を示す。図６の各図において、横軸および縦軸は図５に示した内容と同一である。

図６の（ａ）に示すように、異常検知装置６においてピストンパッキン５３５に異常がある場合は、フレームの実行回数の増大とともに、押出時間は短縮され、引戻時間は延長される。これは、図３の各図を用いて説明した理由によるものである。

また、図６の（ｂ）に示すように、異常検知装置６においてロッドパッキン５３７に異常がある場合もピストンパッキン５３５に異常がある場合と同様に、フレームの実行回数の増大とともに、押出時間は短縮され、引戻時間は延長される。これも、図３の各図を用いて説明した理由によるものである。

図６の各図に示したように、異常検知装置６においてピストンパッキン５３５に異常がある場合およびロッドパッキン５３７に異常がある場合では、いずれも押出時間が短縮され、引戻時間が延長される。しかしながら、異常の種類によって変化の割合が異なることから、ピストンパッキン異常とロッドパッキン異常は区別することができる。そのため、図４に示した二次元平面において、ピストンパッキン異常とロッドパッキン異常を別の範囲として示すことができる。

§２動作例
（初期設定処理および監視処理の流れ）
図７は、本発明の一側面の異常検知装置６が実行する処理の一例を示すフローチャートであり、図７の（ａ）は初期設定処理のフローを示し、図７の（ｂ）はエアシリンダ５の動作を監視する監視処理のフローを示す。

まず、図７の（ａ）を用いて、異常検知装置６における初期設定処理の流れについて説明する。はじめに、異常検知装置６の制御部６１はマニホールド４を制御することによってエアシリンダ５のピストン５３１を動作させる。そして、動作時間取得部６１１はセンサ５１からの通知に基づいて、押出時間および引戻時間を含む動作時間のデータを取得する（Ｓ１）。

Ｓ１の後、動作時間取得部６１１は基準点設定部６１３に基準点のデータを設定するよう指示し、基準点設定部６１３は指示にしたがって動作時間のデータから押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を設定し、これらを基準点のデータとして設定する（Ｓ２）。

Ｓ２の後、異常検知部６１５は基準点設定部６１３が設定した基準点のデータを二次元平面の上にプロットし、さらに第１距離Ｒ_Ｔｈや角度θ_１〜３といった各種閾値を設定する（Ｓ３）。その後、異常検知装置６は一連の処理を終了する。

次に、図７の（ｂ）を用いて、異常検知装置６がエアシリンダ５の動作を監視する監視処理の流れについて説明する。エアシリンダ５において押出工程および引戻工程が行われると、センサ５１はピストン５３１の移動を通知し、異常検知装置６の動作時間取得部６１１では該通知に基づいて、押出時間および引戻時間を含む動作時間のデータを取得する（Ｓ１１：動作時間取得ステップ）。動作時間取得部６１１はさらに、更新フラグがＯＮであるか否かを判定する（Ｓ１２）。更新フラグがＯＮであれば（Ｓ１２でＹＥＳ）、処理はＳ１３の基準点更新処理を実行して基準点のデータを再設定した後、Ｓ１４へ進む。一方、更新フラグがＯＮでなければ（Ｓ１２でＮＯ）、処理はＳ１４へ直接進む。

Ｓ１４において、異常検知部６１５は二次元平面上に基準点と、Ｓ１１で取得した動作時間のデータに応じた計測点をプロットし、図４で説明した距離Ｒ_ｐおよび角度θ_ｐを算出する（Ｓ１４）。そして、異常検知部６１５は、Ｓ１４で算出した距離Ｒ_ｐが、第１距離Ｒ_Ｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ１５：異常検知ステップ）。第１距離Ｒ_Ｔｈ以上ではないと判定した場合（Ｓ１５でＮＯ）、処理はＳ１１へ進み、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を再度実行する。一方、第１距離Ｒ_Ｔｈ以上であると判定した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、異常通知部６１７は異常検知部６１５からの通知に基づいて、エアシリンダ５の動作時間が変動した旨を表示装置７を用いてユーザに通知する。

Ｓ１６の後、異常検知部６１５はＳ１４で算出した角度θ_ｐが第１閾値θ_１以上かつ第２閾値θ_３以下であるか否かを判定する（Ｓ１７：異常検知ステップ）。θ_ｐがθ_１未満、またはθ_ｐがθ_３より大きいと判定した場合（Ｓ１７でＮＯ）、制御部６１は更新フラグをＯＮに設定する（Ｓ１８）。その後、処理はＳ１１へ進み、Ｓ１１〜Ｓ１８の処理を再度実行する。一方、θ_ｐがθ_１以上かつθ_３以下であると判定した場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、異常検知部６１５はさらに、θ_ｐがθ_１以上かつ第３閾値θ_２未満であるか否かを判定する（Ｓ１９：異常検知ステップ）。

Ｓ１９においてθ_ｐがθ_１未満、またはθ_ｐがθ_２以上であると判定した場合（Ｓ１９でＮＯ）、異常検知部６１５はエアシリンダ５がロッドパッキン異常であると判定する。そして、異常通知部６１７は異常検知部６１５からの通知に基づいて、エアシリンダ５のロッドパッキン異常について、表示装置７を用いてユーザに通知する（Ｓ２０）。一方、θ_ｐがθ_１以上かつθ_２未満であると判定した場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、異常検知部６１５はエアシリンダ５がピストンパッキン異常であると判定する。そして、異常通知部６１７は異常検知部６１５からの通知に基づいて、エアシリンダ５のピストンパッキン異常について、表示装置７を用いてユーザに通知する（Ｓ２１）。

（基準点更新処理の流れ）
図８は、図７の（ｂ）から呼び出される基準点更新処理のフローを示す。基準点更新処理は、図７の（ｂ）に示す監視処理において、Ｓ１３から呼び出されて一連の処理を実行した後、呼び出し元に戻るものである。

なお、以下の説明において、収集カウントは基準点更新処理が呼び出され、基準点の座標を再設定するために押出時間および引戻時間のデータを取得した回数を示している。また、指定回数は取得した複数の押出時間および引戻時間のデータを用いて押出時間および引戻時間の標準時間を算出するだけの十分な回数が設定されるものとする。例えば、指定回数が５００回であれば、基準点設定部６１３は５００個の押出時間および引戻時間を用いて押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を算出する。

まず、基準点更新処理が呼び出されると、基準点設定部６１３は現時点の収集カウントが指定回数に等しいか否かを判定する（Ｓ３１）。指定回数に等しくないと判定した場合（Ｓ３１でＮＯ）、制御部６１はエアシリンダ５に押出工程および引戻工程を実行させる。そして、動作時間取得部６１１は押出工程および引戻工程に応じた指定回数分の押出時間および引戻時間を含む動作時間のデータを取得し、図示しない記憶部に格納する（Ｓ３２）。その後、処理はＳ３４へ進む。一方、指定回数に等しいと判定した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、基準点設定部６１３は、これまでに収集した、記憶部に格納されている指定回数分の動作時間のデータを用いて押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を算出する。基準点設定部６１３は、算出した押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を用いて基準点のデータを再設定（上書き）する（Ｓ３３）。その後、処理はＳ３５へ進む。

Ｓ３４において基準点設定部６１３は収集カウントをインクリメントする（Ｓ３４）。その後、処理は呼び出し元へ戻る。また、Ｓ３５において基準点設定部６１３は更新フラグにＯＦＦを設定し（Ｓ３５）、さらに取集カウントを０に更新する（Ｓ３６）。その後、処理は呼び出し元に戻る。

以上の処理によって、異常検知装置６はエアシリンダ５における異常を、二次元平面における計測点および基準点の位置関係に基づいて検知することができる。また、異常検知装置６はエアシリンダ５について、ピストンパッキン異常とロッドパッキン異常とを区別して検知することができ、さらに基準点のデータを必要に応じて再設定することができる。これにより、圧力センサや温度センサ等の追加部材を用いることなく周囲温度の変化を考慮してエアシリンダ５の異常を検知することができる。

図７の（ｂ）において、異常検知装置６は、二次元平面において角度θ_ｐが第１閾値θ_１未満または第２閾値θ_３より大きく、かつ距離Ｒ_ｐが第１距離Ｒ_Ｔｈ以上である場合に更新フラグにＯＮを設定する構成であった。すなわち、再設定領域を設定するための第２距離が第１距離と等しい構成であった。しかしながら、例えば第１距離Ｒ_Ｔｈ未満である第２距離Ｒ_Ｔｈ２を用いて、更新フラグにＯＮを設定する条件をさらに詳細化してもよい。

図９は、本発明の一側面の異常検知装置において、２つの閾値を用いて基準値を再設定するか否かを判定する概要を示す模式図である。図示の例において、二次元平面における元の基準点の位置を「元の基準データ」として示し、再設定後の基準点の位置を「更新後の基準データ」として示す。また、「元の基準データ」において基準点を中心とした半径が第１距離Ｒ_Ｔｈである円を「異常検知用の円」として示し、基準点を中心とした半径が第２距離Ｒ_Ｔｈ２である円を「基準点更新用の円」として示す。

異常検知装置６は、二次元平面における基準点と計測点との間の位置関係について、第１距離Ｒ_Ｔｈと第２距離Ｒ_Ｔｈ２とを状況に応じて使い分けてもよい。異常検知装置６は、例えばエアシリンダ５における異常の発生の有無を判定する場合は第１距離Ｒ_Ｔｈを用い、基準点を再設定するか否かを判定する場合は第２距離Ｒ_Ｔｈ２を用いてもよい。具体的には、異常検知装置６は角度θ_ｐが第１閾値θ_１未満または第２閾値θ_３より大きく、かつ距離Ｒ_ｐが第２距離Ｒ_Ｔｈ２以上である場合に更新フラグにＯＮを設定してもよい。すなわち、基準点設定部６１３は二次元平面において、角度θ_ｐが第１閾値θ_１未満または第２閾値θ_３より大きく、かつ距離Ｒ_ｐが第２距離Ｒ_Ｔｈ２以上の領域に設定された再設定領域に、計測点がプロットされた場合、基準点の座標を再設定してもよい。第１距離Ｒ_Ｔｈ未満である第２距離Ｒ_Ｔｈ２を用いて基準点の再設定の要否を判定することにより、エアシリンダ５の周囲温度の変化に対する基準点の追従性を向上させることができる。

図１０は、本発明の一態様の異常検知装置６にて用いる二次元平面の具体例を示す。図１０では図４と同様に、基準点による所定の温度直線が計測され、ピストンパッキン異常の場合とロッドパッキン異常の場合とで計測点が明らかに異なる領域にプロットされることがわかる。

前述の説明において、二次元平面上において第１距離Ｒ_Ｔｈは、基準点を中心とする円として示されていたが、これに限定されなくてもよい。図１１は、押出時間および引戻時間の組み合わせに応じて第１距離が変化する例を示す模式図である。図示の例において、第１距離Ｒ_Ｔｈは所定の温度直線と平行な方向に長軸ａを有し、垂直な方向に短軸ｂを有する楕円として示されている。このように、正常領域はどのように設定されてもよい。

§３変形例
図４の二次元平面において、ピストンパッキン異常およびロッドパッキン異常を示すそれぞれの領域は互いに隣接するものであったが重複はしない構成であった。しかしながら、異常検知装置６は、例えば領域同士の境界付近ではピストンパッキン異常およびロッドパッキン異常の両方が発生したと判定し、表示装置７にピストンパッキン異常およびロッドパッキン異常の発生を通知してもよい。これにより、実際にピストンパッキン異常およびロッドパッキン異常の両方が発生していた場合に、適切に検知することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
異常検知装置６の制御ブロックは、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、異常検知装置６は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００異常検知システム
４マニホールド
５エアシリンダ
５３シリンダ
５３１ピストン
５３５ピストンパッキン
５３７ロッドパッキン
６異常検知装置（制御装置）
６１１動作時間取得部
６１３基準点設定部
６１５異常検知部

Claims

ピストンを有するエアシリンダの異常を検知する異常検知装置であって、
前記ピストンの押し出しに要する押出時間および引き戻しに要する引戻時間を取得する動作時間取得部と、
前記押出時間および前記引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで前記エアシリンダにおける異常の有無を検知する異常検知部と、を備えており、
前記異常検知部は、
前記押出時間を横軸とし、前記引戻時間を縦軸とした二次元平面の上に、前記動作時間取得部が新たに取得した押出時間および引戻時間に応じた計測点を、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を示す基準点とともにプロットしたときに、
前記基準点からの距離が第１距離以上、かつ前記基準点の温度変化を表す所定の温度直線よりも押出時間が小さくかつ引戻時間が大きい側に設定され、かつ前記所定の温度直線を避けて設定された異常範囲内に前記計測点がプロットされた場合、前記エアシリンダの異常を検知する、異常検知装置。
前記異常検知部は、前記二次元平面において、前記所定の温度直線のうち、押出時間および引戻時間の両方が前記基準点以上である部分が、前記基準点と前記計測点とを結ぶ線分に重なるまで前記基準点を中心として反時計回りに回転させたときの角度が、０°より大きくかつ１８０°未満である第１閾値から、前記第１閾値より大きくかつ１８０°未満である第２閾値までの間であることを、前記エアシリンダが異常であると判定する１つの条件とする、請求項１に記載の異常検知装置。
前記二次元平面において、前記基準点から前記第１距離未満の領域、および前記所定の温度直線よりも押出時間が大きくかつ引戻時間が小さい側の領域は前記エアシリンダが正常であることを示す正常領域に設定されており、
前記異常検知部は、前記計測点が前記正常領域内にプロットされた場合、前記エアシリンダは正常であると判定する、請求項１または２に記載の異常検知装置。
前記異常検知部は、
前記角度が前記第１閾値から該第１閾値以上かつ前記第２閾値未満である第３閾値までの間であれば前記エアシリンダにおいてピストンパッキンが異常であると判定し、
前記角度が前記第３閾値から前記第２閾値までの間であれば前記エアシリンダにおいてロッドパッキンが異常であると判定する、請求項２に記載の異常検知装置。
前記二次元平面における前記基準点の座標を設定する基準点設定部をさらに備えており、
前記基準点設定部は前記二次元平面において、前記角度が前記第１閾値未満または前記第２閾値より大きく、かつ前記距離が第２距離以上の領域に設定された再設定領域に、前記計測点がプロットされた場合、前記基準点の前記座標を再設定する、請求項４に記載の異常検知装置。
前記第２距離は前記第１距離未満であり、
前記基準点設定部は前記二次元平面において、前記角度が前記第１閾値未満または前記第２閾値より大きく、かつ前記距離が前記第２距離以上である場合、前記基準点の前記座標を再設定する、請求項５に記載の異常検知装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の異常検知装置と、
ピストンを有する１つ以上のエアシリンダと、
電磁弁によって前記１つ以上のエアシリンダに供給する気体を制御するマニホールドと、
前記電磁弁の開閉を制御する制御装置と、を備えている異常検知システム。
ピストンを有するエアシリンダの異常を検知する異常検知方法であって、
前記ピストンの押し出しに要する押出時間および引き戻しに要する引戻時間を取得する動作時間取得ステップと、
前記押出時間および前記引戻時間を、それぞれの標準時間と比較することで前記エアシリンダにおける異常の有無を検知する異常検知ステップと、を有しており、
前記異常検知ステップでは、
前記押出時間を横軸とし、前記引戻時間を縦軸とした二次元平面の上に、前記動作時間取得ステップにて新たに取得した押出時間および引戻時間に応じた計測点を、押出時間の標準時間および引戻時間の標準時間を示す基準点とともにプロットしたときに、
前記基準点からの距離が第１距離以上、かつ前記基準点の温度変化を表す所定の温度直線よりも押出時間が小さくかつ引戻時間が大きい側に設定され、かつ前記所定の温度直線を避けて設定された異常範囲内に前記計測点がプロットされた場合、前記エアシリンダの異常を検知する、異常検知方法。