JP2022069978A - エアシリンダの検知方法およびエアシリンダの検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常検知の正確さを担保できるとともに、少ないデータで、且つ、管理が容易なエアシリンダの異常予兆を検知する検知方法および検知装置を提供する。【解決手段】検知装置１は、エアシリンダ１０１のストロークから移動時間を求め、前記移動時間から動作のばらつきに関わる２種以上の統計値を演算し、前記２種以上の統計値についてマハラノビス距離を演算し、前記マハラノビス距離が前記エアシリンダの異常予兆を判定する閾値の範囲外であるときに、前記エアシリンダの異常予兆と判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、エアシリンダの異常予兆を検知するエアシリンダの検知方法およびエアシリンダの検知装置に関する。

従来、エアシリンダの異常検知方法として、可動部の動作開始部と動作終了部に設置された磁気センサにより、動作開始から動作終了までの移動時間を測定し、可動部の速度が設定していた上限値よりも速い、または下限値よりも遅い場合に異常と判定していた。エアシリンダに異常が発生したことを検知していたのでは、対応が遅れ、修理に要する時間が長くなる。例えば、エアシリンダを製造装置等に用いた場合、製造装置の稼働率が大きく下がることになる。

そこで、異常が発生する前に、異常予兆を検知することが求められていた。例えば、工作機械の故障予知方法および装置として、過去の動作時間の最大値と最小値を表示し、現在の動作時間と比較することにより故障を予知する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特公平０７－００４７３１号公報

エアシリンダの故障で典型的なものは、パッキンの摩耗によるエア漏れである。程度の軽いエア漏れであれば、明らかな動作遅れが確認された場合でも、流量調整弁を操作することにより、正常な動作時間での動作へと復帰させることができる。すなわち、エア漏れの程度が軽ければ、エアの流量を増やすことにより、動作の遅れを解消することができるので、見た目には正常に動作しているエアシリンダでも、エア漏れが進行し、故障の発生が近づいているものが存在している。このため、故障予兆を検知するためにエアシリンダの可動部の移動時間を監視しても、異常予兆を検知しにくい。そこで、移動時間のばらつきに関わる統計値を算出し、異常を検知することが行われている。具体的には、移動時間の範囲（最大値－最小値）、分散、標準偏差、変動係数、四分位範囲などが用いられる。特に、検知の精度を高めるため、複数種の統計値を用いて、多元的に異常の度合いを判定することが行われている。しかし、複数種の統計値を管理する必要があるため、管理が煩雑になる問題がある。

また、エア漏れに対しては、圧力検知による方法も考えられるが、流体用圧力センサのコストや取り付け、特に数百台といったように、多数のシリンダを使用する設備では、それにかかるコストや労力を考慮すると、採用しにくい。

そこで本発明は、異常検知の正確さを担保できるとともに、少ないデータで、且つ、管理が容易なエアシリンダの異常予兆を検知する検知方法および検知装置を提供することを目的とする。

本実施形態の一態様によれば、エアシリンダの検知方法は、エアシリンダのストロークから移動時間を求め、前記移動時間から動作のばらつきに関わる２種以上の統計値を演算し、前記２種以上の統計値についてマハラノビス距離を演算し、前記マハラノビス距離が前記エアシリンダの異常予兆を判定する閾値の範囲外であるときに、前記エアシリンダの異常予兆と判定する。

本実施形態の一態様によれば、エアシリンダの検知装置は、エアシリンダのストロークから移動時間を求める移動時間演算部と、記憶した移動時間から動作のばらつきに関わる２種以上の統計値を演算するとともに、前記２種以上の統計値からマハラノビス距離を演算する統計値演算部と、前記統計値演算部で演算したマハラノビス距離が、前記エアシリンダの異常予兆を判定する閾値の範囲外であるときに、前記エアシリンダの異常予兆と判定する診断部と、を備える。

本発明によれば、異常予兆の正確さを担保できるとともに、少ないデータで、且つ、管理が容易なエアシリンダの異常予兆を検知する検知方法および検知装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る検知装置のシステム構成を模式的に示す説明図。 同検知装置の構成を示すブロック図。 同検知装置で求めた複数種の統計値の例を示すグラフ。 同統計値から求めたマハラノビス距離の例を示すグラフ。 同検知装置を用いたエアシリンダの異常予兆の検知方法の一例を示す流れ図。

本発明の一実施形態に係るエアシリンダ１０１の検知装置１について図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエアシリンダ１０１の異常予兆を検知する検知装置１、及び、エアシリンダ１０１を用いる装置１００のシステム構成を模式的に示す説明図である。図２は、一実施形態に係る検知装置１の構成例、及び、エアシリンダ１０１を用いる装置１００の構成例を示すブロック図である。図３は、検知装置１で求めた３種の統計値の例を示すグラフであり、図４は、３種の統計値から求めたマハラノビス距離の例を示すグラフである。図５は、検知装置１を用いたエアシリンダ１０１の異常予兆を検知する検知方法の一例を示す流れ図である。

検知装置１は、例えば、複数種の統計値から求めたマハラノビス距離に基づいて、装置１００に用いられるエアシリンダ１０１の異常予兆を検知する装置である。

先ず、装置１００の一例について図１及び図２を用いて説明する。装置１００は、例えば、構成品として、単数又は複数のエアシリンダ１０１を有する工作機械や製造装置等である。

具体例として、装置１００は、単数又は複数のエアシリンダ１０１と、エアシリンダ１０１に圧縮空気を供給するエアポンプ１０２と、エアシリンダ１０１及びエアポンプ１０２を接続する配管１０３と、配管１０３に設けられた弁１０４と、エアポンプ１０２及び弁１０４を制御する制御装置１１０と、を備える。

エアシリンダ１０１は、空気圧によって可動部が移動するアクチュエータである。エアシリンダ１０１は、単動式であってもよく、複動式であってもよい。エアシリンダ１０１は、シリンダ１０１ａと、シリンダ１０１ａ内に設けられたピストン（可動部）と、ピストンに設けられたロッド（可動部）１０１ｂと、ピストンに設けられたパッキンと、を備える。エアシリンダ１０１は、ピストンが空気圧によって移動することで、ロッド１０１ｂが移動する。

単動式のエアシリンダ１０１は、ピストンの往復動のうち一方の移動が空気圧により行われ、他方の移動が例えばコイルスプリング等の付勢部材による押圧により行われる。複動式のエアシリンダ１０１は、ピストンの往復動が空気圧により行われる。パッキンは、摺動シールである。パッキンは、ピストンにより区画されたシリンダ１０１ａ内の２つの空間を密封する。

エアポンプ１０２は、エアシリンダ１０１を駆動する圧縮空気をエアシリンダ１０１に吐出する。

配管１０３は、エアポンプ１０２及びエアシリンダ１０１を流体的に接続する。エアシリンダ１０１が単動式の場合、配管は、エアポンプ１０２とエアシリンダ１０１の１つのポートとを接続する。エアシリンダ１０１が複動式の場合、配管は、エアポンプ１０２とエアシリンダ１０１の２つのポートとを接続する。

弁１０４は、圧縮空気の流れを制御することで、エアシリンダ１０１の駆動を制御する制御弁である。例えば、弁１０４は、開度を調整することで、圧縮空気の流量を調整可能な流量調整弁である。また、弁１０４は、配管１０３を開閉し、エアポンプ１０２から供給される圧縮空気をエアシリンダ１０１に供給する開閉弁である。また、弁１０４は、配管１０３の流路を切り換える切替弁であってもよい。また、弁１０４は、開閉弁、流量弁及び切替弁を有する構成でもよい。

制御装置１１０は、少なくともエアシリンダ１０１の駆動を制御する。例えば、制御装置１１０は、エアポンプ１０２及び弁１０４を制御することで、エアシリンダ１０１に所定の動作を行わせる。また、制御装置１１０は、装置１００を構成する他の構成を制御する。ここで、他の構成とは、例えば、装置１００が工作機械や製造装置である場合には、モータ、他のエアシリンダ、ポンプ、各種弁、ヒータ等の各種構成である。

具体例として、制御装置１１０は、２つの磁気センサ１１１と、入力部１１２と、表示部１１３と、インターフェース１１４と、通信部１１５と、メモリ１１６と、プロセッサ１１７と、を備える。

磁気センサ１１１は、例えば、エアシリンダ１０１のストロークの開始位置と終端位置を検出可能に、エアシリンダ１０１の二箇所に設けられる。ここでストロークとは、エアシリンダ１０１の一動作である。より具体的には、エアシリンダ１０１を装置に用い、そして、エアシリンダ１０１の往復動の一方が装置１００に使用される場合には、ストロークは、装置１００に使用される方向のエアシリンダ１０１の一動作を意味する。

２つの磁気センサ１１１は、エアシリンダ１０１の可動部であるピストン又はロッド１０１ｂの動作開始部と動作終了部に設けられる。２つの磁気センサ１１１の一方は、エアシリンダ１０１のストローク開始位置におけるピストン又はロッド１０１ｂを検出する。そして、２つの磁気センサ１１１の他方は、ピストン又はロッド１０１ｂのエアシリンダ１０１のストローク終端位置におけるピストン又はロッド１０１ｂを検出する。

また、ストロークの開始位置は、エアシリンダ１０１の動作指令があったときのピストン又はロッド１０１ｂの位置であり、終端位置とは、エアシリンダ１０１が動作し、ピストン又はロッド１０１ｂが終端に移動した位置である。各磁気センサ１１１は、例えば、インターフェース１１４を介して、プロセッサ１１７へ検出信号を出力する。

磁気センサ１１１は、ストロークの開始位置又は終端位置を検出し、検出信号を制御装置１１０に出力する。磁気センサ１１１がエアシリンダ１０１の動作位置を検出すると、検出信号は制御装置に取り込まれ、制御装置からデータ収集装置に送られる。

入力部１１２は、例えば、ボタンを含む操作パネル、タッチパネル、キーボード、マウス等のユーザ入力を受け付ける装置と、圧力センサ、マイクロフォン、カメラ等のセンサとの、少なくともいずれかを有する。入力部１１２は、エアシリンダ１０１の駆動パラメータ等の各種設定、装置１００の各装置の設定等の任意のユーザからの指令であるユーザ入力を受け付ける装置である。

表示部１１３は、例えば、液晶ディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスを有する。また、表示部１１３は、表示デバイスに代えて、又は、表示デバイスに加えて、スピーカ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）点灯部等を有していても良い。

インターフェース１１４は、磁気センサ１１１や弁１０４、外部端末等に電気的に接続可能な端子又は回路である。

通信部１１５は、プロセッサ１１７により制御され、検知装置１等の外部装置と通信可能な任意の通信インターフェースである。通信部１１５は、有線通信技術又は無線通信技術を用いて、検知装置１と通信を行う。具体例として、通信部１１５は、ＢＬＥ規格（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの規格）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線通信技術、またはＵＳＢなどの有線通信技術を用いて、検知装置１に接続できる。なお、通信部１１５は、ＢＬＥ規格の通信とは別に、基地局及びネットワークを介して管理サーバや他の通信端末に通信可能なモバイル端末の通常の通信インターフェースを含んでもよい。例えば、通信部１１５は、プロセッサ１１７の通信制御回路１１７ａにより制御され、磁気センサの検出信号を含む各種情報、パラメータ、各種プログラム、及び、これらデータやプログラムを変更する変更指示を検知装置１の後述する通信部１１に送信する。

メモリ１１６は、記憶部である。メモリ１１６は、データの読出及び書込が可能である。メモリ１１６は、プロセッサ１１７によって使用されるデータ、エアシリンダ１０１の運転データやエアシリンダ１０１の制御に用いる各種データやプログラム等を格納する。また、メモリ１１６は、装置１００の他の構成を制御する各種データやプログラム等を格納する。

メモリ１１６は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）（登録商標）、ＲＯＭ（Read only memory）又はＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。また、メモリ１１６は、フラッシュメモリを搭載したＳＳＤ（Solid State Drive）を含む。

プロセッサ１１７は、エアシリンダ１０１を含む装置１００の各構成を制御する制御部である。プロセッサ１１７は、マイコン、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、またはその他の汎用または専用のプロセッサなどであってもよい。プロセッサ１１７は、例えば、通信部１１５の通信制御、表示部１１３の表示制御、エアシリンダ１０１の処理制御などの任意の処理を行う。図２に示すように、プロセッサ１１７は、例えば、インターフェース１１４等を介して、エアポンプ１０２、弁１０４及び各磁気センサ１１１等に接続される。

プロセッサ１１７は、例えば、処理回路とメモリとを含む。プロセッサ１１７は、例えば、メモリとしての不揮発性のＥＥＰＲＯＭ領域や揮発性のＤＲＡＭ領域等の記憶領域を含む。また、プロセッサ１１７は、メモリ１１６又は記憶領域に記憶されたプログラム等を実行することで、通信部１１５を介した通信を制御する通信制御回路１１７ａ、及び、エアポンプ１０２や弁１０４等を介してエアシリンダ１０１の駆動を含む装置１００を制御する処理回路１１７ｂとして機能する。なお、プロセッサ１１７内の各部の機能分担は、便宜的なものであり、適宜、変更可能である。

次に、検知装置１について、図１及び図２を用いて説明する。検知装置１は、データ収集装置２と、データ解析装置３と、を備える。検知装置１は、制御装置１１０とともにエアシリンダ１０１の異常予兆の検知を行う検知システムを構成する。

データ収集装置２は、エアシリンダ１０１の複数回のストロークにおける制御装置１１０の通信部１１５から出力された磁気センサ１１１の検出信号を受信する。データ収集装置２は、移動時間演算部２ａを有する。移動時間演算部２ａは、磁気センサ１１１で検出されたエアシリンダ１０１のストロークの開始位置及び終端位置における検出信号から、ピストン（ロッド１０１ｂ）の移動時間を演算し、該移動時間データをデータ解析装置３に送信する。

データ解析装置３は、統計値演算部３ａ及び診断部３ｂを有する。また、データ解析装置３は、記憶部を有する。記憶部は、統計値演算部３ａ又は診断部３ｂに設けられても良い。データ解析装置３は、制御装置１１０から受信した移動時間データを該記憶部に記憶する。記憶された所定数のデータから、統計値演算部３ａは、ばらつきに関する複数種の統計値及びマハラノビス距離を演算する。

具体例として、統計値演算部３ａは、統計値としての移動時間の範囲（最大値と最小値の差）、分散、標準偏差、四分位範囲のうち、２種以上の統計値を演算する。そして、統計値演算部３ａは、演算された複数種の統計値についてマハラノビス距離を算出する。

マハラノビス距離については、エアシリンダの動き始めからの所定数のデータの集合を基準データ集合として設定し、この基準データ集合からのマハラノビス距離を演算する。演算されたマハラノビス距離のデータは、診断部３ｂに出力される。

診断部３ｂは、設定された閾値を参照し、統計値演算部３ａで演算されたマハラノビス距離が閾値の範囲内であるか否かを判定する。診断部３ｂは、マハラノビス距離が閾値の範囲内であれば正常に動作していると判定する。診断部３ｂは、マハラノビス距離が閾値の範囲外である場合には異常予兆であると判定する。データ解析装置３又は診断部３ｂは、異常予兆の判定結果（情報）を表示装置への表示等により外部に出力する。なお、異常予兆の判定結果は、表示装置への表示に限らず、例えば、異常予兆の情報を外部端末に送信する構成であってもよい。

閾値は、例えば、データ解析装置３に設けられた記憶部に記憶される。ここで、閾値は、過去のデータに基づき、マハラノビス距離がその値を超えると、その時点から所定回数の動作後に、エアシリンダ１０１に異常または故障が発生する値に設定される。

具体例を挙げて閾値について、図３及び図４を用いて説明する。例えば、図３に、所定数の移動時間データから、ばらつきに関する３種の統計値を算出したグラフを示す。図３における３種の統計値は、範囲、標準偏差、四分位範囲である。

また、図３の各統計値は、左側の範囲Ｘに軽度のエア漏れが発生したエアシリンダ１０１に対し、エアシリンダ１０１に供給する圧縮空気の流量を増加させることにより、移動時間の遅れを解消した状態で動作させ、その移動時間から演算した統計値を示す。すなわち、範囲Ｘにおいて統計値を取得したエアシリンダ１０１は、軽度のエア漏れは発生しているものの、移動時間は正常なエアシリンダである。

なお、図３の中央付近の時点Ｙで、エアシリンダ１０１に、可動部の移動時間が正常でない異常または可動部が移動しない故障が発生し、エア漏れのない正常なエアシリンダ１０１に交換した。そして、図３の時点Ｙから右側の範囲Ｚは、エア漏れのない正常なエアシリンダ１０１の移動時間から演算した統計値を示す。

範囲Ｘ及び範囲Ｚの統計値のデータを比較すると、範囲Ｘの統計値のばらつきが、範囲Ｚの統計値のばらつきよりも大きくなっていることが分かる。

また、図４に、図３に示した３種の統計値から算出したマハラノビス距離のグラフを示す。図４の時点Ｙから左側の範囲Ｘは、軽度のエア漏れの発生したエアシリンダ１０１（交換前のエアシリンダ１０１）から求めた３種の統計値から演算したマハラノビス距離のグラフである。また、図４の時点Ｙから右側の範囲Ｚは、交換後のエアシリンダ１０１から求めた３種の統計値から演算したマハラノビス距離のグラフである。

図４に示すように、範囲Ｘのマハラノビス距離は、範囲Ｚのマハラノビス距離よりも、マハラノビス距離の値が大きく、また、マハラノビス距離のばらつきも大きい。即ち、交換後の正常なエアシリンダ１０１に対応するマハラノビス距離は、パッキンの損傷がなく、結果、マハラノビス距離の値自体が小さく、ばらつきも小さいことが分かる。

この点からも明らかなように、軽度のエア漏れが発生したエアシリンダ１０１では、ばらつきに関わる範囲、標準偏差、四分位範囲の値が、正常時と比べて大きくなっている。そして、これらの統計値から算出したマハラノビス距離の値も、エア漏れのない状態と比べてマハラノビス距離の値及びばらつきが大きくなる。また、パッキンからの軽度なエア漏れ等が生じていても圧縮空気の流量の調整によって移動時間が正常なエアシリンダ１０１である場合でも、エアシリンダ１０１の動作を重ねると、マハラノビス距離の値が大きく、また、マハラノビス距離のばらつきも大きくなる。

このように、パッキンからの軽度なエア漏れ等が生じていても圧縮空気の流量の調整によって、移動時間を正常の範囲としたエアシリンダ１０１である場合でも、マハラノビス距離は、エア漏れ等が生じていない正常なエアシリンダ１０１のマハラノビス距離と、値やばらつきが異なる。そして、パッキンからの軽度なエア漏れ等が生じているエアシリンダ１０１は、使用を継続すると、その後、流量調整を行っても移動時間が正常でないか、又は、移動しなくなる異常又は故障が生じる。

よって、閾値は、図３の範囲Ｚに示すばらつきに関わる正常なエアシリンダ１０１の複数種の統計値から演算したマハラノビス距離の値、又は、パッキンからの軽度なエア漏れ等が生じた初期段階のエアシリンダ１０１の複数種の統計値から演算したマハラノビス距離の値から上限の閾値を設定することが望ましい。

この閾値から、統計値演算部３ａで検出したマハラノビス距離が外れると、エアシリンダ１０１が、パッキンからの軽度なエア漏れ等が生じていても圧縮空気の流量の調整によって、移動時間が正常な状態であることを判定できる。即ち、閾値は、エアシリンダ１０１から求められるマハラノビス距離がその値を超えると、その時点から所定回数の動作後に、エアシリンダ１０１に異常または故障が発生する値となる。

このようなデータ収集装置２及びデータ解析装置３は、複数の処理端末により構成されていてもよく、同じ処理端末で構成されていてもよい。処理端末は、例えば、ＰＣ、モバイル端末（例えば、タブレット、スマートフォン、ラップトップ、フィーチャーフォンなど）等が挙げられる。しかしながら、処理端末は、これらに限られない。例えば、検知装置１（データ収集装置２及びデータ解析装置３）は、装置１００の制御装置１１０が検知装置１としての機能を発揮する構成であってもよい。

本実施形態においては、検知装置１は、例えば、１つの処理端末により構成され、該処理端末がデータ収集装置２及びデータ解析装置３としての機能を発揮する例を用いて説明する。以下、検知装置１の具体例の構成を説明する。

図２に示すように、検知装置１は、例えば、通信部１１と、入力部１２と、インターフェース１３と、表示部１４と、メモリ１５と、プロセッサ１６と、を備える。

通信部１１は、プロセッサ１６により制御され、有線通信技術又は無線通信技術を用いて、制御装置１１０の通信部１１５、及び、他の処理端末と通信可能な任意の通信インターフェースである。通信部１１は、例えば、通信モジュール又は通信基板等として実装されていてもよい。通信モジュールは、例えばコネクタを介して制御装置１１０の通信部１１５や制御基板等に着脱自在に設けられてもよい。具体的には、通信部１１は、例えば、ＢＬＥ規格、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＮＦＣ等の無線通信技術、又はＵＳＢ等の有線通信技術を用いて、制御装置１１０の通信部１１５と接続できる。

入力部１２は、例えば、ボタンを含む操作パネル、タッチパネル、キーボード、マウス、等のユーザ入力を受け付ける装置と、圧力センサ、マイクロフォン、カメラなどのセンサとの、少なくともいずれかを有する。入力部１２は、エアシリンダ１０１の駆動パラメータ等の各種設定、装置１００の各装置の設定等の任意のユーザからの指令であるユーザ入力を受け付ける装置である。

インターフェース１３は、処理端末、各種センサ等の外部装置に電気的に接続可能な端子又は回路である。

表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスを有する。表示部１４は、異常判定の結果（情報）を表示する表示装置として機能する。また、表示部１４は、表示デバイスに代えて、又は、表示デバイスに加えて、スピーカ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）点灯部等を有していても良い。

メモリ１５は、記憶部である。検知装置１がデータ解析装置３の機能を発揮する構成であることから、例えば、メモリ１５はデータ解析装置３の記憶部を構成する。メモリ１５は、データの読出及び書込が可能である。メモリ１５は、プロセッサ１６によって使用されるデータ、エアシリンダ１０１の運転データ、エアシリンダ１０１の異常予兆の検知制御に用いる各種データやプログラム等を格納する。また、メモリ１５は、処理端末としての検知装置１の他の構成を制御する各種データやプログラム等を格納する。

メモリ１５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）（登録商標）、ＲＯＭ（Read only memory）又はＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。また、メモリ１５は、フラッシュメモリを搭載したＳＳＤ（Solid State Drive）を含む。

プロセッサ１６は、マイコン、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、またはその他の汎用または専用のプロセッサなどであってもよい。プロセッサ１６は、例えば、通信部１１の通信制御、表示部１４の表示制御、エアシリンダ１０１の異常予兆検出の処理制御などの任意の処理を行う。図２に示すように、プロセッサ１６は、例えば、通信部１１やインターフェース１３を介して、制御装置１１０や外部装置等に接続される。

プロセッサ１６は、例えば、処理回路とメモリとを含む。プロセッサ１６は、例えば、メモリとしての不揮発性のＥＥＰＲＯＭ領域や揮発性のＤＲＡＭ領域等の記憶領域１６ａを含む。また、プロセッサ１６は、メモリ１５又は記憶領域１６ａに記憶されたプログラム等を実行することで、ピストン（ロッド１０１ｂ）の移動時間を演算する移動時間演算回路１６ｂ、ばらつきに関する複数種の統計値及び演算された複数種の統計値についてのマハラノビス距離を演算する統計値演算回路１６ｃ、及び、マハラノビス距離が閾値の範囲内であるか否かを判定する診断回路１６ｄとして機能する。

即ち、プロセッサ１６は、プログラム等を実行することで、移動時間演算回路１６ｂ、統計値演算回路１６ｃ及び診断回路１６ｄが、移動時間演算部２ａ、統計値演算部３ａ及び診断部３ｂとしての機能を発揮する。なお、プロセッサ１６内の各部の機能分担は、便宜的なものであり、適宜、変更可能である。

次に、このように構成された検知装置１を用いたエアシリンダ１０１の異常予兆の検知方法について、図５に示す流れ図を用いて説明する。

まず、プロセッサ１６は、通信部１１を介して、制御装置１１０の通信部１１５から出力された磁気センサ１１１の検出信号を受信し、複数回のストロークの開始位置及び終端位置の情報（ストローク位置）を取得する（ステップＳＴ１１）。次いで、移動時間演算回路１６ｂは、磁気センサ１１１で複数回検出されたエアシリンダ１０１のストロークの開始位置及び終端位置における検出信号から、ストローク時間としてのピストン（ロッド１０１ｂ）の移動時間である移動時間データを演算する（ステップＳＴ１２）。また、移動時間演算回路１６ｂは、移動時間データを統計値演算回路１６ｃに送信する。統計値演算回路１６ｃ又はプロセッサ１６は、メモリ１５又は記憶領域１６ａに、演算した移動時間データを記憶する（ステップＳＴ１３）。

統計値演算回路１６ｃは、メモリ１５又は記憶領域１６ａに記憶された所定数の移動時間データから、ばらつきに関する複数種の統計値を演算する（ステップＳＴ１４）。そして、統計値演算回路１６ｃは、演算した複数種の統計値を診断回路１６ｄに送信する。

また、統計値演算回路１６ｃは、演算した複数種の統計値に基づいてマハラノビス距離を演算する（ステップＳＴ１５）。統計値演算回路１６ｃは、演算したマハラノビス距離をメモリ１５又は記憶領域１６ａに記憶する。また、統計値演算回路１６ｃは、演算されたマハラノビス距離のデータを診断回路１６ｄに出力する。

診断回路１６ｄは、統計値演算回路１６ｃで演算されたマハラノビス距離が閾値の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。

マハラノビス距離が閾値の範囲内である場合（ステップＳＴ１６のＹＥＳ）には、診断回路１６ｄは、エアシリンダ１０１が正常と判定する（ステップＳＴ１７）。そして、ステップＳＴ１１に戻り、プロセッサ１６は、再びエアシリンダ１０１の検出信号を受信し、ステップＳＴ１１以降の工程を実行する。

マハラノビス距離が閾値の範囲外である場合（ステップＳＴ１６のＮＯ）には、診断回路１６ｄは、エアシリンダ１０１の異常予兆であると判定する（ステップＳＴ１８）。プロセッサ１６又は診断回路１６ｄは、エアシリンダ１０１のステップＳＴ１７の正常判定及びステップＳＴ１８の異常予兆判定の結果を表示部１４に表示する（ステップＳＴ１９）。そして、ステップＳＴ１１に戻り、プロセッサ１６は、再びエアシリンダ１０１の検出信号を受信し、ステップＳＴ１１以降の工程を実行する。なお、判定結果の表示部１４への表示は、例えば、ステップＳＴ１８の異常予兆判定のみ行ってもよい。

なお、ステップＳＴ１９において、プロセッサ１６又は診断回路１６ｄがエアシリンダ１０１のステップＳＴ１７の正常判定及びステップＳＴ１８の異常予兆判定の結果を表示部１４に表示する構成とした。しかし、プロセッサ１６は、ステップＳＴ１９に加え、又は、ステップＳＴ１９に替えて、通信部１１を介して、制御装置１１０や、管理システムや管理センター等の外部端末に異常予兆判定の情報を出力する構成としてもよい。

このように構成された検知装置１によれば、複数種の統計値からマハラノビス距離を求め、該マハラノビス距離が所定回数の動作後にエアシリンダ１０１が異常となる閾値の範囲外であるときに、異常予兆を判定する。よって、検知装置１は、エアシリンダ１０１に異常が実際に発生する前に、異常予兆を検知することができる。

また、検知装置１により実際に異常が発生する前に異常予兆の検知ができることから、異常予兆判定後、エアシリンダ１０１の交換又は修理の準備等の対応を行える。即ち、検知装置１によって異常予兆を行うことで、エアシリンダ１０１の異常が実際に発生する前に適切な対応をとることができる。よって、エアシリンダ１０１の異常発生後に要するエアシリンダ１０１の交換や修理の時間を低減できるため、装置１００の稼働停止時間を抑制できる。即ち、検知装置１によれば、装置１００としての機械や製造ライン等の稼働率の低下を防止できる。

また、検知装置１は、２以上の統計値からマハラノビス距離を演算し、このマハラノビス距離を用いて異常予兆の判定を行う。このため、検知装置１は、１つの統計値を用いるよりも、正確な異常予兆の検知が可能となる。

また、従来技術のように、複数種の統計値を用いて異常予兆の判定を行うと、多元的な管理が必要となる。しかしながら、本実施形態においては、検知装置１は、複数種の統計値に基づいてマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離を異常予兆の判定に用いる構成であることから、管理が簡便になる。

上述したように本発明の一実施形態に係る検知装置１によれば、複数種の統計値から求めたマハラノビス距離を用いてエアシリンダの異常予兆を検知することで、異常予兆の正確さを担保できるとともに、管理が容易となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…検知装置、２…データ収集装置、２ａ…移動時間演算部、３…データ解析装置、３ａ…統計値演算部、３ｂ…診断部、１１…通信部、１２…入力部、１３…インターフェース、１４…表示部、１５…メモリ、１６…プロセッサ、１６ａ…記憶領域、１６ｂ…移動時間演算回路、１６ｃ…統計値演算回路、１６ｄ…診断回路、１００…装置、１０１…エアシリンダ、１０１ａ…シリンダ、１０１ｂ…ロッド、１０２…エアポンプ、１０３…配管、１０４…弁、１１０…制御装置、１１１…磁気センサ、１１２…入力部、１１３…表示部、１１４…インターフェース、１１５…通信部、１１６…メモリ、１１７…プロセッサ、１１７ａ…通信制御回路、１１７ｂ…処理回路。

Claims (6)

1. エアシリンダのストロークから移動時間を求め、
   前記移動時間から動作のばらつきに関わる２種以上の統計値を演算し、
   前記２種以上の統計値についてマハラノビス距離を演算し、
   前記マハラノビス距離が前記エアシリンダの異常予兆を判定する閾値の範囲外であるときに、前記エアシリンダの異常予兆と判定する、
   エアシリンダの検知方法。
2. 前記統計値は、範囲、分散、標準偏差、変動係数、四分位範囲から選択される２種以上の統計値を含む、請求項１に記載のエアシリンダの検知方法。
3. 前記エアシリンダの異常予兆を判定後、前記異常予兆の情報を外部に出力する、請求項１又は請求項２に記載のエアシリンダの検知方法。
4. エアシリンダのストロークから移動時間を求める移動時間演算部と、
   記憶した移動時間から動作のばらつきに関わる２種以上の統計値を演算するとともに、前記２種以上の統計値からマハラノビス距離を演算する統計値演算部と、
   前記統計値演算部で演算したマハラノビス距離が、前記エアシリンダの異常予兆を判定する閾値の範囲外であるときに、前記エアシリンダの異常予兆と判定する診断部と、
   を備えるエアシリンダの検知装置。
5. 前記統計値は、範囲、分散、標準偏差、変動係数、四分位範囲から選択される２種以上の統計値を含む、請求項４に記載のエアシリンダの検知装置。
6. 前記エアシリンダの異常予兆を判定後、前記異常予兆の情報を外部に出力する、請求項４又は請求項５に記載のエアシリンダの検知装置。
   

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