JP2814544B2 - ワーク位置決め装置の故障予測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車体組立時、ワークを位置決めする複数のワ
ーク位置決め装置の作動機構の故障を、総稼動距離に基
づき夫々個別に予測する方法に関するものである。

（従来の技術） ワーク位置決め装置を用いる車体組立装置としては、
例えば特開昭62−110581号公報に記載されたものがあ
る。この装置は車体組立ラインのメインボディ仮組ステ
ージに設置されたフレームに、複数のワーク位置決め装
置（ロボット）や溶接ロボットを設け、これらワーク位
置決め装置によりメインフロアパネル、左右ボディサイ
ドパネル、ルーフパネル等のメインボディを構成するワ
ークを位置決めし、その位置決め状態のワークを溶接ロ
ボットによりスポット溶接してメインボディの仮組立を
行うものである。

（発明が解決しようとする課題） このようなワーク位置決め装置を用いて、ワークの位
置決めを繰返すと、個々のワーク位置決め装置（ロボッ
ト）の作動機構は夫々総稼動距離に応じて経年劣化が進
行し、この経年劣化がある程度以上になると故障の発生
し易い状況に至る。そこで従来方法においてはこの状況
に対応する標準稼動距離（例えばサーボ機構のボールネ
ジなら数万km）を経験的に求め、１つの車体組立装置の
通算稼動時間（これは稼動距離に比例するものと推定す
る）がこの標準稼動距離に相当する時間に達したとき、
その組立装置のワーク位置決め装置の全数の保守点検を
行い、大部分の場合作動機構のユニット単位で全数新品
と交換していた。

しかしながらこの方法では、１つの車体組立装置に用
いる複数のワーク位置決め装置の作動機構に、使用部位
（X,Y,Z軸）による位置決め工程中の使用頻度のばらつ
きがある場合にも、安全性を考慮すると車体組立装置全
体中の最も使用頻度の大きいものを基準にして前記標準
稼動距離を定めさるを得ず、個々の位置決め装置の作動
機構の中には実際の稼動時間が前記標準稼動距離に相当
する時間に至らずまだ十分使用に耐えるものがあって
も、それを含めて全数新品と交換してしまうことから、
自動車の車体組立工場におけるワーク位置決め装置の多
大な使用数を考慮した場合、メンテナンス経費は全体と
して極めて大きいものになってしまう。

本発明は複数のワーク位置決め装置の各作動機構につ
いて、総稼動距離および負荷に基づき夫々個別に作動機
構毎に寿命を判定することにより、上述した問題を解決
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的のため、本発明のワーク位置決め装置の故障
予測方法は、車体または車体主要部を構成するワーク
を、サーボアンプ機能および演算処理機能を有するイン
テリジェントアンプならびに制御装置より成る制御系に
よるサーボ制御に基づき三次元座標系における所定位置
決め位置に位置決めするワーク位置決め装置の、三次元
座標系のX,Y,Z軸の作動機構の故障を夫々予測するに際
し、前記サーボ制御のために前記制御装置から入力され
る当該ワークの位置決め位置データに応じて生成するX,
Y,Z軸の位置決め目標値を計数手段により位置決め工程
毎に計数し、乗算手段によりこの計数値と、前記作動機
構からの当該位置決め時のフィードバック電流に応じて
重み付けした定数とを夫々乗算し、累積手段により前記
乗算より求まる値を累積値を夫々求め、比較手段により
この累積値と寿命設定値とを夫々比較し、X,Y,Z軸の何
れかにおいて前記累積値が寿命設定値を超えたとき、当
該軸の作動機構は故障が予測される状態にあると判定す
る、上記一連の処理を前記インテリジェントアンプ側で
行うことを特徴とするものである。

（作 用） 車体組立装置に設けた複数のワーク位置決め装置の三
次元座標系のX,Y,Z軸の作動機構は夫々、サーボアンプ
機能および演算処理機能を有するインテリジェントアン
プならびに制御装置より成る制御系によるサーボ制御に
基づきX,Y,Z軸方向に往復運動して、ワークを三次元座
標系における所定位置決め位置に位置決めする。

この際、計数手段は、当該ワークの位置決め目標値を
位置決め工程毎に計数する。この位置決め目標値は、前
記サーボ制御のために前記制御装置から入力される、組
立てるべき車種（したがって車体パネル形状）に応じて
設定される当該ワークの位置決め位置データ（位置教示
データ）に応じて前記インテリジェントアンプで生成す
るものであり、ワーク位置決め装置の三次元座標系のX,
Y,Z軸の作動機構の稼動距離に相当する。乗算手段は、
この計数値と、前記作動機構（例えばサーボモータ）か
らの当該位置決め時のフィードバック電流に応じて重み
付けした定数、つまり負荷の大きさに応じて重み付けし
た定数とを夫々乗算し、累積手段はこのようにしてワー
ク位置決め工程毎に求めた値を夫々累積する。

ここでこの累積値は前記三次元座標系のX,Y,Z軸の作
動機構の総稼動距離に実際に稼動中の負荷に応じた補正
を加味したものであるため、単なる総稼動距離を用いる
場合に比べてより寿命計算のためのデータとして適した
値となることから、比較手段はこの累積値と故障の発生
を予測される設定距離としての寿命設定値とを夫々比較
する。この比較の結果、X,Y,Z軸の何れかにおいてこの
累積値が寿命設定値を超えた場合には、当該軸の作動機
構は故障が予測される状態にある、つまり寿命に達した
と判定することができる（この判定結果を用いて、例え
ば警報出力を行って保守点検および新品交換の注意を促
すことができる）。

このようにして、寿命管理専用のセンサを用いること
なく、車体組立装置に多数用いられるワーク位置決め装
置の三次元座標系のX,Y,Z軸の作動機構の寿命の到来を
夫々個別に正確に予測することができるから、ワーク位
置決め装置のメンテナンス経費の大幅な節減を図ること
ができる。また、その際、上記一連の処理を前記インテ
リジェントアンプ側で行うから、上記制御装置として用
いる大型コンピュータ等の外部制御装置の負荷を軽減す
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法の一実施例に用いるワーク位置決
め装置の構成を例示する線図であり、図中４はワーク位
置決め装置を示す。

ワーク位置決め装置（以下ロケータと称す）４は、三
次元直交座標系のアプローチ軸および図示しない各種の
作業手段を具えて成り、車体組立ラインには複数のロケ
ータ４を設置するため、門型のフレーム２を設ける。こ
れらロケータ４をフレーム２に取付けるに際し、車体組
立装置を、各種の車種および車型に適用可能ならしめる
目的の下で、例えば、フレーム２の外側で搬送方向、言
い換えれば、第１図に示す三次元直交座標系のＹ軸方向
へ延在させて敷設したレール６と、このレール６に掛合
させたスライダ７とからなる直動ガイドの、そのスライ
ダ７に、ロケータ４のベース８を固定することにて行う
ことができ、このことによれば、それぞれのロケータ４
は、フレーム２に、その外側にて支持された状態で、レ
ール６の延在方向へ、組立られる車体の車種、車型に応
じて自由に水平移動することができる。

これらロケータ４は、この車体組立装置においては、
ワークとしてのサイドボディのサイドルーフレールを位
置決め保持するものであり、ベース８に貫通させてフレ
ーム２の内側へ突出させたアプローチ軸５を、組立てら
れる車体に対して進退駆動するため、言い換えれば、三
次元座標系のＸ軸方向へ駆動するため、そのアプローチ
軸５の後端にサーボモータ12を連結し、このサーボモー
タ12を、アプローチ軸５の内側に延在させた、ボールね
じのねじ軸13の後端に、カップリング14を介して連結
し、そして、このねじ軸13に、ベース８に固定したボー
ルナット15を螺合させる。なおここで、ねじ軸13の先端
部は、アプローチ軸５に固定した軸受16によって回転可
能に支持する。

かかる進退構造によれば、サーボモータ12を駆動して
ねじ軸13を回転させることにより、アプローチ軸５は、
そのねじ軸13と、ベース８に固定したボールナット15と
の作用に基づき、ベース８に対し、好ましくは、直動ガ
イドの案内下で、ねじ軸13とともに、Ｘ軸方向へ所要に
応じて進退運動することができる。

さらに、フレーム２に、上述したようにして取付けた
それぞれのロケータ４の、Ｙ軸方向への駆動をもたらす
べく、フレーム２の外側に、ボールねじのねじ軸９を取
付け、そして、このねじ軸９に螺合するボールナット10
および、このボールナット10をタイミングベルトその他
を介して回転駆動するサーボモータ11のそれぞれを、各
ロケータ４のベース８に取付ける。

さらにまた、このロケータ４では、アプローチ軸５の
先端に、それの進退方向と直交する方向、すなわち、三
次元座標系ではＺ軸方向へ進退駆動可能に手首部分17を
取付ける。

これがため、ここでは、アプローチ軸５の先端に固定
したブラケットに、サーボモータ18を取付け、そして、
このサーボモータ18に連結したねじ軸19を、手首部分17
に固定したボールナット20に螺合させる一方、これもま
たアプローチ軸側に取付けたレール21に、手首部分17に
固定したスライダ22を掛合させることによって、レール
21とスライダ22とからなる直動ガイドで、手首部分17を
アプローチ軸５に支持するとともに、定位置にて回転す
るねじ軸13に対し、ボールナット20を、手首部分17とと
もに進退運動させる。

このような手首部分17は、その中間部に、ブラケット
23を、垂直面内で回動可能に枢支してなる関節部24を有
しており、この関節部24は、手首部分17の基部材25に取
付けた車種切換シリンダ26を、そのピストンロッドにて
ブラケット23に連結することにより、所要に応じて作動
することができる。

そしてさらに、ブラケット23の先端には、ワークとし
てのサイドルーフレール27のアウターパネル27aに接触
して、それを位置決め支持する支持装置28を固定し、ま
た、このブラケット23の下方へ突出させて設けたヨーク
29には、クランプシリンダ30と、このクランプシリンダ
30に、トグル機構31を介して連結されて、サイドルーフ
レール27のインナーパネル27bに当接する、言い換えれ
ばサイドルーフレール27を支持装置28に押圧するクラン
プ爪32とをそれぞれ取付ける。

したがって、このロケータ４では、支持装置28および
クランプ爪32を、所要に応じて、三次元座標系の所要位
置へ移動させることができる他、車種切替シリンダ26の
作用によって、関節部24の周りで、垂直面内にて回動さ
せることができ、この故に、支持異装置28およびクラン
プ爪32は、所要の位置で、サイドルーフレール27をそれ
らの間に位置決め保持することができるとともに、その
サイドルーフレール27を、適宜位置へ変移させることが
できる。

第２図はロケータ４の制御系の構成を例示する線図で
あり、図中40はインテリジェントアンプを示す。

インテリジェントアンプ40は、コントローラ45と、サ
ーボアンプ50と、軸切換ユニット60とを具えて成るもの
であり、本願出願人が先に出願した特願昭63−143482号
明細書に記載のインテリジェントアンプの機能に、後述
する故障予測機能を追加したものである。ここで名称を
「インテリジェントアンプ」としたのは、一般的なサー
ボアンプ機能の他に、従来外部制御装置（例えば大型コ
ンピュータ）で行っていた種々の演算処理機能をアンプ
側に持たせたかである。なお、前記特願昭63−143482号
のインテリジェントアンプは、入出力インターフェース
としてのシリアル・パラレル変換器と、コントローラと
しての寿命実行用マイクロコンピュータおよびサーボコ
ントローラと、サーボアンプとを具えて成るものであ
り、命令実行用マイクロコンピュータは通信制御および
サーボコントローラの制御を行い、サーボコントローラ
は命令実行用マイクロコンピュータから出力される位置
決め目標値と、サーボモータの位置センサよりフィード
バックされる、実際に測定された位置データとの位置偏
差を目標速度に変換し、サーボアンプはこの目標速度
と、サーボモータの速度センサよりフィードバックされ
る、実際に測定された速度との速度偏差を増幅して、駆
動電流としてサーボモータに供給し、このようなフィー
ドバック制御によりインテリジェントアンプは位置決め
機能を発揮する。

本発明のインテリジェントアンプ40は、第２図に示す
ように、外部制御装置である制御装置70との通信制御お
よび命令実行用のコントローラ45が、制御装置70の教示
データ用メモリ71に記憶され、演算処理装置（CPU）72
の命令により通信インターフェース73を介して入力され
る、位置教示データ、すなわち所望の位置決め位置に相
当する設定値（この値は車種に応じて設定する）を受け
て、この設定値に対応する目標値をサーボアンプ50に出
力し、サーボアンプ50はこの目標値に基づき、軸切替ユ
ニット60を介してワークを位置決めするマニュピレータ
としてのX,Y,Z軸のサーボモータ12,11,18に対し夫々前
述した従来例と同様のサーボ制御を行うとともに、この
目標値に基づき後述する制御プログラムの実行によりサ
ーボ機構の故障予測を行なう。ここでサーボアンプ50
は、例えばインターフェース51,52、サーボ定数設定部5
3,54および増幅器55を具えて成るものとし、インターフ
ェース51は、サーボモータ12,11,18の回転数に応じたパ
ルスを検出するエンコーダ56（このエンコーダは常時位
置データを出力するアブソリュート型エンコーダであ
る）からの入力信号をサーボ定数設定部53,54およびコ
ントローラ45に入力し、インターフェース52はサーボモ
ータ電流をコントローラ45にフィードバック入力し、サ
ーボ定数設定部53はコントローラ45からの位置指令とイ
ンターフェース51からの入力とを比較して、それらの偏
差に応じて位置ループゲインを定めるサーボ定数Ｋを決
定し、速度指令として定数設定部54に入力し、定数設定
部54はこの入力とインターフェース51からの入力とを比
較して、それらの偏差に応じて速度ループゲインを定め
るサーボ定数Ｋ′を決定し、電流指令として増幅器55に
入力し、増幅器55はこの電流指令およびサーボモータか
らのフィードバック電流に基づきサーボモータ12,11,18
を作動させてワークの位置決めを行う。なお、軸切替ユ
ニット60は、X,Y,Zの各軸に対する入出力を所定期間毎
に切替える一種の電子スイッチであり、一般的には図示
しないブレーキとともに用いるものであるが、インテリ
ジェントアンプをマニュピレータの各可動軸毎に設ける
場合には省略することができる。さらに制御装置70は、
前記の他に、計測した位置データを記憶するメモリ74な
らびに、ペンダント75およびデータ監視用のモニタ76を
夫々接続する外部インターフェース77を具えるものとす
る（なおここでCPU72にインテリジェントアンプ40のコ
ントローラ45の前述した故障予測機能を具備させるよう
にしてもよい）。

コントローラ45は前記位置決め機能の他に、本発明方
法の故障予測機能を発揮するため、第３図の機能ブロッ
ク図に示すように構成する。すなわち、車種に応じて入
力された位置教示データに基づく位置決め目標値を計数
する計数手段80と，計数手段80の計数値と、サーボモー
タからのフィールドバック電流に応じて重み付けした定
数とを乗算する乗算手段81と、この乗算値を累積する累
積手段82と、この累積値と寿命設定値とを比較する比較
手段83と、この比較結果に基づき寿命の到来の有無を判
定して警報装置（例えば警報表示灯やアラーム）84に警
報出力する警報手段85とを具えて成るものとする（なお
この構成はソフトウェア、ハードウェアの何れの方法で
実現してもよい）。

コントローラ45は、エンコーダ56からのX,Y,Z軸に対
応するサーボモータの回転数およびサーボモータのフィ
ードバック電流、ならびに制御装置70からの位置教示デ
ータ（設定値）および寿命設定値を入力されて、第４図
の制御プログラムを実行してワーク位置決め装置のサー
ボ機械のX,Y,Z軸のサーボモータについて位置決め工程
毎に夫々本発明方法の故障予測を行う。

すなわちまずステップ101で当該ワークの車種に応じ
て入力された位置教示データに基づく位置決め目標値を
位置決め工程毎に計数し、ステップ102でこの計数値と
サーボモータからの当該位置決め時のフィードバック電
流に応じて重み付けした定数とを乗算する。

次のステップ103ではこのようにして位置決め工程毎
に求めた、前記乗算により基まる値を累積し、ステップ
104でこの累積値と寿命設定値とを比較する。ここでこ
の累積値が寿命設定値以下ならばこのワーク位置決め装
置のサーボ機構はまだ寿命に達していないので制御をそ
のまま終了し、この累積値が寿命設定値を超えたら、寿
命の到来によりこのサーボ機構は故障が予測される状態
にあると判定することができるから、ステップ105で警
報装置84に警報出力を行う。

上記第４図の制御の作用について説明する。

車体組立装置に設けた複数のワーク位置決め装置の作
動機構は、それぞれ制御装置70より入力された位置教示
データ（設定値）に基づく位置決め目標値により、車体
または車体主要部を構成するワーク、すなわち車体パネ
ルの所定方向、例えばX,Y,Z軸方向の位置決めを繰返し
ている。

ここである車種の組立を行うに際し、その車種に対応
するワークの位置決めを連続的に行うことになるが、第
４図の制御プログラムのステップ101の実行により１回
位置決めを行う度に、入力された位置教示データに基づ
く当該ワークの位置決め目標値を計数し、ステップ102
でこの計数値をモータ負荷に応じて重み付け、例えばモ
ータ電流（したがってモータ負荷）が120％ならばこの
計数値に1.2k（ｋは定数）を乗算して、サーボ機構の実
際の可動距離に負荷の大きさに比例する経年劣化の要素
を加味して、寿命計算の基礎のすべき距離データを得
る。

したがって、ステップ104はこの距離データの累積値
と、寿命設定値（この寿命設定値は例えば制御装置70の
教示データ用メモリ71に記憶され、CPUU72の命令により
通信インターフェース73を介してコントローラ45に入力
されるものとし、サーボ機構のボールネジを例に取ると
数万kmである）とを比較すれば、前記累積値が寿命設定
値を超えた場合には寿命の到来によりこのサーボ機構は
故障が予測される状態にあると判定することができ（逆
に寿命設定値以下ならば、まだ使用可能であると判定す
ることができ、当該サーボ機構をそのまま位置決めに使
用することができる）、この場合ステップ105で警報装
置84（例えば警報表示灯やアラーム）に警報出力を行っ
て保守点検および新品交換の注意を促す。

このようにして位置決め装置毎、さらにその位置決め
装置のX,Y,Z軸のサーボ機構毎に、稼動状況のばらつき
に応じて、車体組立装置に多数用いられるワーク位置決
め装置の作動機構の寿命の到来を夫々個別に正確に予測
することができるから、ワーク位置決め装置のメンテナ
ンス経費の大幅な節減を図ることができる。

（発明の効果） かくして本発明のワーク位置決め装置の故障予測方法
は、複数のワーク位置決め装置の各作動機構について、
総稼動距離および負荷に基づき夫々個別に作動機構毎に
寿命を判定するため、車体組立装置に多数用いられるワ
ーク位置決め装置の作動機構の寿命の到来を、寿命管理
専用のセンサを使用せずに夫々個別に正確に予測するこ
とができるから、ワーク位置決め装置のメンテナンス経
費の大幅な節減を図ることができる。また、その際、上
記一連の処理を前記インテリジェントアンプ側で行うか
ら、上記制御装置として用いる大型コンピュータ等の外
部制御装置の負荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例に用いるワーク位置決め
装置の構成を例示する線図、 第２図は同例のワーク位置決め装置の制御系の構成を例
示する線図、 第３図は同例のコントローラの機能ブロック線図、 第４図は本発明方法の一実施例の制御プログラムを示す
フローチャートである。 ４……ワーク位置決め装置（ロケータ） 11,12,18……サーボモータ 40……インテリジェントアンプ 45……コントローラ、50……サーボアンプ 60……軸切換ユニット、70……制御装置 80……計数手段、81……乗算手段 82……累積手段、85……警報手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23Q 17/00 B62D 65/00 B65G 43/00 B25J 19/06 G05D 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体または車体主要部を構成するワーク
   を、サーボアンプ機能および演算処理機能を有するイン
   テリジェントアンプならびに制御装置より成る制御系に
   よるサーボ制御に基づき三次元座標系における所定位置
   決め位置に位置決めするワーク位置決め装置の、三次元
   座標系のX,Y,Z軸の作動機構の故障を夫々予測するに際
   し、 前記サーボ制御のために前記制御装置から入力される当
   該ワークの位置決め位置データに応じて生成するX,Y,Z
   軸の位置決め目標値を計数手段により位置決め工程毎に
   計数し、 乗算手段によりこの計数値と、前記作動機構からの当該
   位置決め時のフィードバック電流に応じて重み付けした
   定数とを夫々乗算し、 累積手段により前記乗算より求まる値を累積値を夫々求
   め、 比較手段によりこの累積値と寿命設定値とを夫々比較
   し、 X,Y,Z軸の何れかにおいて前記累積値が寿命設定値を超
   えたとき、当該軸の作動機構は故障が予測される状態に
   あると判定する、上記一連の処理を前記インテリジェン
   トアンプ側で行うことを特徴とするワーク位置決め装置
   の故障予測方法。