JP4021354B2 - 寿命評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、減速機などの伝達機構や、その減速機のグリースなどの潤滑剤の寿命を評価する寿命評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の寿命評価装置は、サンプリング時間毎にサーボモータに指令しているモータトルクと回転数を利用して、減速機やグリースの寿命を計算するようにしている（以下の特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１２４８８９号公報（段落番号［０００６］から［０００８］、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の寿命評価装置は以上のように構成されているので、減速機やグリースの寿命を計算することができるが、その寿命を計算するに際して、その減速機の軸受温度やグリースの温度が考慮されていないため、減速機やグリースの寿命を正確に計算することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、減速機やグリースの寿命を正確に評価することができる寿命評価装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る寿命評価装置は、モータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の入力速度を演算する状態量演算手段と、上記モータのモータ電流とモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている同定した摩擦係数と伝達機構の温度の関係から上記伝達機構の構造部材であるグリースの温度を推定する温度推定手段と、上記温度推定手段により推定された構成部材の温度を考慮して、上記状態量演算手段での演算結果を補正し、補正された状態量から上記構造部材の寿命を評価する寿命評価手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、プログラム解析部１はメカニカルシステムの動作プログラムを解析し、指令値生成部２はプログラム解析部１の解析結果にしたがって指令値を生成する。モータ制御部３は指令値生成部２により生成された指令値にしたがってモータを制御する。即ち、指令値生成部２により生成された指令値に応じてモータに対する制御量（例えば、モータ電流やモータ速度の制御量）を更新し、モータの電流や速度等を制御する。
状態量演算部４はモータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の状態量を演算する状態量演算手段を構成している。例えば、伝達機構である減速機の入力速度や減速機に作用するトルクを演算する。温度推定部５はモータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量（例えば、モータ電流やモータ速度）に基づいて減速機のグリース（構成部材）の現在温度を推定する温度推定手段を構成している。この実施の形態１では、モータの状態量からグリースの現在温度を推定するものについて示すが、その状態量の代わりに、モータに対する制御量に基づいても同様の方法により現在温度を推定することができる。
【０００８】
評価用データ演算部６は状態量演算部４により演算された減速機の入力速度から現在のサンプリング期間における減速機の回転数ｒ０を演算するとともに、温度推定部５により推定されたグリースの温度を考慮して回転数ｒ０を補正し、補正後の回転数ｒを前回までの延べ回転数ｎｒ（ｋ−１）に加算して、現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）を演算する。評価用データ保存部７は評価用データ演算部６により演算された延べ回転数を保存する。現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数とを比較して、グリースの寿命を評価する。なお、評価用データ演算部６、評価用データ保存部７及び現在寿命評価部８から寿命評価手段が構成されている。
【０００９】
次に動作について説明する。
まず、プログラム解析部１は、メカニカルシステムの動作プログラムが与えられると、その動作プログラムを解析し、その解析結果を指令値生成部２に出力する。
指令値生成部２は、プログラム解析部１から動作プログラムの解析結果を受けると、その解析結果にしたがって指令値を生成する。
モータ制御部３は、指令値生成部２により生成された指令値にしたがってモータを制御する。即ち、指令値生成部２により生成された指令値に応じてモータに対する制御量（例えば、モータ電流やモータ速度の制御量）を更新し、モータの電流や速度等を制御する。これにより、モータ駆動力が減速機を介してメカニカルシステムに伝達され、メカニカルシステムが所定の動作を行う。
【００１０】
状態量演算部４は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量に基づいて減速機の状態量を演算する。例えば、減速機の入力速度や減速機に作用するトルクを演算する。
例えば、減速機がモータと直結されている場合、モータ速度を減速機の入力速度とし、また、モータ電流×トルク定数×減速比を減速機に作用するトルクとして演算する。
【００１１】
温度推定部５は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量に基づいて減速機のグリースの現在温度を推定する。
具体的には、次のようにして、減速機のグリースの現在温度を推定する。
まず、温度推定部５は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量であるモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
次に、そのクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数をキーにして、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と減速機の温度との関連情報が蓄えられているデータベースからグリースの現在温度を取得する。即ち、データベースに蓄えられているグリースの現在温度の中から、そのクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に近い４組のデータ（現在温度）を取得し、その４組のデータの平均値がグリースの現在温度であると推定する。
ただし、上記のデータベースは、予め、様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させて、それぞれの温度条件におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を求めることにより作成されているものとする。
【００１２】
評価用データ演算部６は、グリース温度とグリース交換時期に係る入力側総回転数との関係情報（関係情報は、例えば、減速機メーカーが公表している）を参照して、温度推定部５により推定された現在温度で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔを求める。
次に評価用データ演算部６は、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０（入力側総回転数Ｌｇｔ０は減速機メーカが公表している）を得ると、その入力側総回転数Ｌｇｔ０に対する入力側総回転数Ｌｇｔの総回転数比Ｘｔ＝Ｌｇｔ／Ｌｇｔ０を演算する。
【００１３】
次に評価用データ演算部６は、状態量演算部４により演算された減速機の入力速度から現在のサンプリング期間における減速機の回転数ｒ０を演算し、その総回転数比Ｘｔを用いて、減速機の回転数ｒ０を補正する。
そして、補正後の回転数ｒ＝ｒ０／Ｘｔを評価用データ保存部７に保存されている前回までの延べ回転数ｎｒ（ｋ−１）に加算して、現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）＝ｎｒ（ｋ−１）＋ｒを演算する。ここで、ｋは第ｋサンプル周期目を意味している。
現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）は次回の演算に用いるため評価用データ保存部７に保存される。ただし、グリース交換が行われた場合は、交換された軸の延べ回転数が０にリセットされる。
【００１４】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０とを比較して、グリースの寿命を評価する。
即ち、入力側総回転数Ｌｇｔ０に対する延べ回転数ｎｒ（ｋ）の比Ｙ＝ｎｒ（ｋ）／Ｌｇｔ０を演算し、その比Ｙが規定値を上回っている場合には、該当軸のグリースの交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００１５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、温度推定部５により推定されたグリースの温度を考慮して、状態量演算部４により演算された減速機の状態量からグリースの寿命を評価するように構成したので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確にグリースの寿命を評価することができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、モータの状態量から減速機の摩擦係数を同定し、その摩擦係数から温度を推定するように構成したので、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００１６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定し、現在寿命評価部８が現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０とを比較してグリースの寿命を評価するものについて示したが、グリースの現在温度の推定や、グリースの寿命評価を次のようにしてもよい。
【００１７】
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、基準温度におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に対する各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を求める。
そして、温度推定部５は、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を入力すると、グリースの現在温度を出力する神経回路網を内蔵し、先に求めた各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を入力して予め学習する。
【００１８】
次に、温度推定部５は、グリースを充填してメカニカルシステムを組み上げると、基準温度の条件で動作させることにより、そのメカニカルシステムの基準温度におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を測定する。
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
温度推定部５は、基準温度条件時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と、実作業時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数とを比較して、基準温度からの増分を求め、その増分を神経回路網に入力して、グリースの現在温度を推定する。
【００１９】
評価用データ演算部６は、上記実施の形態１と同様にして、減速機の補正後の回転数ｒを演算し、さらに、減速機の平均負荷トルクを算出する。
第ｋサンプル目の平均負荷トルクＴａｖ（ｋ）は次のようにして算出する。
Ｔａｖ（ｋ）＝（Ｔａｖａ（ｋ）／Ｔａｖｂ（ｋ））１／３ （１）
Ｔａｖａ（ｋ）
＝ｎ（１）×ｔ（１）×｜Ｔ（１）｜３
＋ｎ（２）×ｔ（２）×｜Ｔ（２）｜３
＋・・・・
＋ｎ（ｋ）×ｔ（ｋ）×｜Ｔ（ｋ）｜３
Ｔａｖｂ（ｋ）
＝ｎ（１）×ｔ（１）＋ｎ（２）×ｔ（２）＋・・・＋ｎ（ｋ）×ｔ（ｋ）
ただし、Ｔ（ｋ）は第ｋサンプルの減速機のトルク、ｎ（ｋ）は第ｋサンプルの減速機の回転数、ｔ（ｋ）はサンプル時間である。
【００２０】
評価用データ保存部７は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、Ｔａｖａ（ｋ），Ｔａｖｂ（ｋ）を保存する。ただし、グリースの交換が行われた場合は、交換された軸の延べ回転数を０にリセットする。
【００２１】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された平均負荷トルクＴａｖ（ｋ）と減速機の定格トルクＴｒ（ｋ）を比較する。
Ｔａｖ（ｋ）＜Ｔｒ（ｋ）の場合は、比較用総回転数ＬｇｔをＬｇｔ０とする。ここで、Ｌｇｔ０は基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数に相当する。
Ｔａｖ（ｋ）≧Ｔｒ（ｋ）の場合は、比較用総回転数ＬｇｔをＬｇｔ０×（Ｔｒ（ｋ）／Ｔａｖ（ｋ））３とする。
現在寿命評価部８は、比較用総回転数Ｌｇｔに対する延べ回転数ｎｒ（ｋ）の比Ｙ＝ｎｒ（ｋ）／Ｌｇｔを演算し、その比Ｙが規定値を上回っている場合には、該当軸のグリースの交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
これにより、この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００２２】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、基準温度におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に対する各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を求める。
そして、温度推定部５は、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を入力すると、グリースの現在温度を出力する神経回路網を内蔵し、先に求めた各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を入力して予め学習する。
【００２３】
次に、温度推定部５は、グリースを充填してメカニカルシステムを組み上げると、基準温度の条件で動作させることにより、そのメカニカルシステムの基準温度におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を測定する。
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
そして、温度推定部５は、基準温度条件時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と、実作業時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数とを比較して、基準温度からの増加率を求め、その増加率を神経回路網に入力して、グリースの現在温度を推定する。
この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、各種の温度条件（グリース温度ｔｇ）と粘性摩擦係数ｖｃを求める。
次に温度推定部５は、各種のグリース温度ｔｇと粘性摩擦係数ｖｃから、下記の線形関係式の係数ｋａ，ｋｂを求める。
ｔｇ＝ｋａ＋ｋｂ×ｖｃ （２）
【００２５】
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
温度推定部５は、その同定した粘性摩擦係数を式（２）に代入して、グリースの現在温度を算出する。
この実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２６】
実施の形態５．
図２はこの発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
温度測定部９は減速機の外部表面に取り付けられ、減速機の表面温度を測定する温度センサである。温度推定部１０は温度測定部９により測定された減速機の表面温度からグリースの現在温度を推定する。なお、温度測定部９及び温度推定部１０から温度推定手段が構成されている。
【００２７】
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、温度測定部９が減速機の表面温度ｔｓを測定すると、温度推定部１０が予め設定された減速機の表面温度とグリースの温度差△ｔｇを、減速機の表面温度ｔｓに加算して、グリースの現在温度ｔｓ＋△ｔｇを推定するようにしてもよい。
この場合、温度センサが必要になるが、温度推定部５の推定処理を簡略化することができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態６．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
即ち、温度推定部５は、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータを制御するサーボアンプの温度センサの測定温度と減速機のグリース温度との関係を求める。
そして、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５は、モータ制御部３から出力されたサーボアンプの温度センサの測定温度を入力し、上記の関係を参照して、温度センサの測定温度に対応する減速機のグリース温度を特定する。
この実施の形態６によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、グリースの寿命を評価するものについて示したが、減速機の軸受（構成部材）の寿命を評価するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
具体的には次の通りである。
状態量演算部４は、メカニカルシステムの各軸のモータ制御部３の位置や速度から、各軸の回転数ｎと各軸の軸受のラジアル荷重Ｆｒ、アキシャル荷重Ｆａを算出する。
【００３０】
評価用データ演算部６は、平均出力回転数Ｎａｖと温度条件を考慮した動等価ラジアル荷重Ｐを計算する。
即ち、評価用データ演算部６は、温度推定部５により推定された減速機の現在温度を入力すると（減速機の現在温度は、上記実施の形態１〜６と同様の方法により推定する）、減速機の現在温度を軸受部の温度Ｔｊと同一とみなし、その軸受温度Ｔｊにおける寿命温度補正係数ｆｗｔを軸受メーカーが提供しているデータを参照して算出する。
次に評価用データ演算部６は、モータ制御部３から位置指令と位置測定値を入力し、その位置指令から加速度指令を算出するとともに、その位置測定値から加速度を算出し、一定時間毎にそれぞれの最大値を算出する。
そして、加速度指令最大値と加速度最大値の比に応じて、次に加速度指令最大値と加速度最大値を算出するまでの間の寿命荷重補正係数ｆｗｋを求める。
【００３１】
次に評価用データ演算部６は、下記のようにして、第ｋサンプル目の平均ラジアル荷重Ｆｒａｖ（ｋ）と平均アキシャル荷重Ｆａａｖ（ｋ）を算出する。ただし、Ｆｒ（ｋ）は第ｋサンプルの軸受ラジアル荷重、Ｆａ（ｋ）は第ｋサンプルの軸受アキシャル荷重、ｎ（ｋ）は回転数、ｔ（ｋ）はサンプル時間、ｆｗｔ（ｋ）は寿命温度補正係数、ｆｗｋ（ｋ）は寿命荷重補正係数である。なお、ｃは玉軸受の場合は“３”、ころ軸受の場合は“１０／３”となる定数である。
【００３２】
【００３３】
また、評価用データ演算部６は、下記のようにして、第ｋサンプル目の平均回転数Ｎａｖ（ｋ）を演算する。
Ｎａｖａ（ｋ）＝Ｆｒａｖｂ（ｋ） （１０）
Ｎａｖｂ（ｋ）＝ｔ（１）＋ｔ（２）＋・・・＋ｔ（ｋ） （１１）
Ｎａｖ（ｋ）＝Ｎａｖａ（ｋ）／Ｎａｖｂ（ｋ） （１２）
次に、動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）を下記のようにして演算する。
Ｐ（ｋ）＝Ｘ×Ｆｒａｖ（ｋ）＋Ｙ×Ｆａａｖ（ｋ） （１３）
ここで、Ｘはラジアル荷重係数、Ｙはアキシャル荷重係数である。
評価用データ保存部７は、Ｆｒａｖａ（ｋ），Ｆｒａｖｂ（ｋ），Ｆａａｖａ（ｋ），Ｆａａｖｂ（ｋ），Ｎａｖａ（ｋ），Ｎａｖｂ（ｋ）を保存する。
【００３４】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）と平均回転数Ｎａｖ（ｋ）から比較値Ｌ（ｋ）を計算する。ただし、Ｐ０は基本動定格荷重である。
Ｌ（ｋ）＝１０６×（Ｐ０／Ｐ（ｋ））ｃ／６０／Ｎａｖ（ｋ） （１４）
現在寿命評価部８は、比較値Ｌ（ｋ）に対するＮａｖｂ（ｋ）の比Ｚ＝Ｎａｖｂ（ｋ）／Ｌ（ｋ）を演算し、その比Ｚが規定値を上回っている場合には、規定値以上の軸の軸受交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００３５】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、温度推定部５により推定された減速機の温度を考慮して、状態量演算部４により演算された減速機の状態量から減速機の軸受の寿命を評価するように構成したので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確に軸受の寿命を評価することができる効果を奏する。
また、この実施の形態７によれば、モータの状態量から減速機の摩擦係数を同定し、その摩擦係数から温度を推定するように構成したので、温度センサ等を付加することなく、軸受の現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００３６】
実施の形態８．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
即ち、温度推定部５は、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度とグリース温度上昇の関係を示すデータベースをあらかじめ作成する。
【００３７】
次に温度推定部５は、環境温度Ｔ１を設定し、メカニカルシステムの実作業が行われると、モータ制御部３から出力される各軸のモータ電流、モータ速度、モータ位置を入力し、その入力データに基づいて、各軸のモータトルクτｍ（ｋ）、モータ速度ｖｍ（ｋ）、減速機トルクτｇ（ｋ）、減速機速度ｖｇ（ｋ）を算出する。
次に温度推定部５は、各軸のモータトルクτｍ（ｋ）、モータ速度ｖｍ（ｋ）、減速機トルクτｇ（ｋ）、減速機速度ｖｇ（ｋ）から、モータの平均負荷トルクＴｍ（ｋ）、平均速度Ｖｍ（ｋ）、減速機の平均負荷トルクＴｇ（ｋ）、平均速度Ｖｂ（ｋ）を算出する。
【００３８】
そして、そのモータの平均負荷トルクＴｍ（ｋ）、平均速度Ｖｍ（ｋ）、減速機の平均負荷トルクＴｇ（ｋ）、平均速度Ｖｂ（ｋ）に最も近い組み合わせをデータベースから抽出し、その温度上昇値をＴ２とする。データベースから求めた温度上昇値Ｔ２と環境温度Ｔ１の和をグリース温度の推定値として評価用データ演算部６に出力する。
この実施の形態８によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態９．
上記実施の形態８では、温度推定部５以外の動作は上記実施の形態１と同様であるものについて示したが、温度推定部５の動作は上記実施の形態８と同様であって、状態量演算部４、評価用データ演算部６、評価用データ保存部７及び現在寿命評価部８の動作は上記実施の形態７と同様であってもよい。
この場合は、上記実施の形態７と同様の効果を奏することができる。
【００４０】
実施の形態１０．
図３はこの発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
温度推定部１１はモータ制御部３からモータの状態量を入力する代わりに、指令値生成部２から指令値を入力し、その指令値からモータの状態量を特定する。なお、温度推定部１１は温度推定手段を構成している。
【００４１】
この実施の形態１０では、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度と軸受温度の関係を示すデータベースをあらかじめ作成する。
また、様々な動作条件で動作させたときのクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数の測定も実施し、軸受温度とクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の関係を示すデータベースもあらかじめ作成し、環境温度Ｔ１を設定する。
【００４２】
温度推定部１１は、メカニカルシステムの実作業が行われると、指令値生成部２から各軸の位置指令と速度指令を入力する。次に、モータ制御部３を近似的に表現するモデルを用いて、各軸の位置指令と速度指令から各軸の位置と速度の推定値を計算する。
そして、温度推定部１１は、各軸の速度の推定値からモータ速度と減速機速度を算出する。さらに、メカニカルシステムのダイナミクスモデルと粘性摩擦係数及びクーロン摩擦係数を用いて、モータトルクと減速機に作用するトルクを計算する。粘性摩擦係数及びクーロン摩擦係数は１周期前の温度推定値からデータベースを用いて求める。
【００４３】
さらに、温度推定部１１は、そのモータトルク、モータ速度、減速機トルク及び減速機速度から、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度を算出する。
そして、そのモータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度の組み合わせに最も近いデータベースの値を温度上昇値Ｔ２とし、Ｔ１＋Ｔ２を軸受温度の推定値として評価用データ演算部６に出力する。
この実施の形態１０によれば、上記実施の形態７と同様に、温度センサ等を付加することなく、軸受の現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態１１．
図４はこの発明の実施の形態１１による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
短時間動作寿命評価部１２は温度推定部１１により推定された軸受温度と現在寿命評価部８により評価された軸受の寿命を参照して、メカニカルシステムが継続運転を実施したときに軸受の寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定する判定手段を構成している。短時間動作寿命評価結果保存部１３は短時間動作寿命評価部１２の評価結果を保存する。
【００４５】
次に動作について説明する。
この実施の形態１１では、プログラム解析部１は短時間寿命評価用のプログラムを２回実行する。まず、１回目の実行時に寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を温度推定部１１に送信し、寿命評価終了指令を処理すると、寿命評価終了指令を温度推定部１１に送信する。また、２回目の実行時に寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１２に送信し、寿命評価終了指令を処理すると、寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１２に送信する。
【００４６】
温度推定部１１は、寿命評価開始指令を受信してから寿命評価終了指令を受信するまでの間、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク及び平均速度を上記実施の形態１０と同様にして計算する。
温度推定部１１は、予めモータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク、平均速度と軸受温度のデータベースを作成し、データベースの中で、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク、平均速度の組み合わせに最も近いデータベースの温度を短時間動作評価用の温度Ｔｓとして短時間動作寿命評価部１２に出力する。また、上記実施の形態９と同様にして、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク及び平均速度の計算を常時実施し、現在の軸受温度の推定値をデータベースに基いて算出し、評価用データ演算部６に送信する。
【００４７】
短時間動作寿命評価部１２は、プログラム解析部１から寿命評価開始指令を受け取ると、寿命評価開始指令を受け取ったサンプル周期を第１周期として、式（３）〜式（１３）式に基いて動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）と平均回転数Ｎａｖ（ｋ）を算出し、プログラム解析部１から寿命評価終了指令を受け取るまで継続する。
寿命評価終了指令を受け取ったサンプル周期が第ｊ周期の場合、第ｊ周期の動等価ラジアル荷重Ｐ（ｊ）と平均回転数Ｈａｖ（ｊ）を用いてＬ（ｊ）を算出する。
Ｌ（ｊ）＝１０６×（Ｐ０／Ｐ（ｊ））ｃ／６０／Ｎａｖ（ｊ） （１５）
【００４８】
次に短時間動作寿命評価部１２は、軸受の目標寿命をＬ０として、現在寿命評価部８から出力される現在までの動作時間Ｎａｖｂ（ｋ）と現在の予測寿命Ｌ（ｋ）から、評価値ｗを算出する。
ｗａ＝（Ｌ０−Ｎａｖｂ（ｋ））／Ｌ（ｊ） （１６）
ｗｂ＝（Ｌ（ｋ）−Ｎａｖｂ（ｋ））／Ｌ（ｋ） （１７）
ｗ＝ｗａ／ｗｂ （１８）
【００４９】
短時間動作寿命評価部１２は、評価値ｗを算出すると、その評価値ｗを短時間動作寿命評価結果保存部１３に保存する。そして、メカニカルシステムのすべての軸において評価値ｗを算出し、少なくとも１つの軸における評価値ｗが予め規定した値を上回っている場合、速度・加速度などの動作条件の軽減を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００５０】
この実施の形態１１によれば、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる効果を奏する。
なお、実施の形態１１では、軸受の寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定するものについて示したが、同様の方法によりグリースの寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定するようにしてもよい。
【００５１】
実施の形態１２．
上記実施の形態１１では、プログラム解析部１が短時間寿命評価用のプログラムを２回実行するものについて示したが、次のようにしてもよい。
即ち、図５のプログラム解析部１は、温度が安定するまで待つために、予め規定されている時間が経過するまで、寿命評価開始指令及び寿命評価終了指令の処理を実施せず、プログラムの次の行の処理に移行する。また、温度条件推定部５の処理は上記実施の形態１と同一である。
プログラム動作開始後、予め規定されている時間が経過すると、寿命評価開始指令及び寿命評価終了指令がプログラムに記載されている場合に処理を実行する。寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１２に送信し、寿命評価終了指令を処理すると寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１２に送信する。
この実施の形態１２でも、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる。
【００５２】
実施の形態１３．
上記実施の形態１１では、短時間動作寿命評価部１２が軸受の目標寿命をＬ０として、現在寿命評価部８から出力される現在までの動作時間Ｎａｖｂ（ｋ）と現在の予測寿命Ｌ（ｋ）から評価値ｗを算出するものについて示したが、次のようにしてもよい。
【００５３】
即ち、図６の短時間動作寿命評価部１４は、まず、上記実施の形態１１と同様に、式（１７）を用いてＬ（ｊ）を計算する。
次に短時間動作寿命評価部１４は、軸受の目標寿命をＬ０として、評価値ｗ＝Ｌ（ｊ）／Ｌ０の計算をメカニカルシステムの全ての軸で実施し、各軸の評価値ｗの値を短時間動作寿命評価結果保存部１３に出力する。
そして、少なくとも１つの軸における評価値ｗが予め規定した値を上回っている場合、速度・加速度などの動作条件の軽減を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
これにより、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態１４．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その同定したクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
【００５５】
即ち、温度推定部５は、様々な動作速度における摩擦力と減速機のグリース温度との関係を示すデータベースを予め作成する。
温度推定部５は、メカニカルシステムの実作業が行われると、モータの状態量から減速機のクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定し、また、モータ速度から現在のモータ速度に最も近く、データベースにデータのある速度ｖｄを求める。
次に、温度推定部５は、その同定したクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と速度ｖｄから、現在のモータ速度に最も近いデータベースの速度における摩擦力Ｆを算出する。そして、その摩擦力Ｆと、その速度におけるデータベースから算出した摩擦力に最も近いデータベース記載の摩擦力Ｆ１，Ｆ２を求める。
【００５６】
温度推定部５は、摩擦力がＦ１，Ｆ２のときの温度をそれぞれＴ１，Ｔ２とし、グリースの現在温度Ｔを次のように算出する。
Ｔ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）×（Ｆ−Ｆ１）／（Ｆ２−Ｆ１） （１９）
この実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、モータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の入力速度を演算する状態量演算手段と、上記モータのモータ電流とモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている同定した摩擦係数と伝達機構の温度の関係から上記伝達機構の構造部材であるグリースの温度を推定する温度推定手段と、上記温度推定手段により推定された構成部材の温度を考慮して、上記状態量演算手段での演算結果を補正し、補正された状態量から上記構造部材の寿命を評価する寿命評価手段とを備えるようにしたので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確に構成部材の寿命を評価することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態１１による寿命評価装置を示す構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態１２による寿命評価装置を示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態１３による寿命評価装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ プログラム解析部、２ 指令値生成部、３ モータ制御部、４ 状態量演算部（状態量演算手段）、５ 温度推定部（温度推定手段）、６ 評価用データ演算部（寿命評価手段）、７ 評価用データ保存部（寿命評価手段）、８ 現在寿命評価部（寿命評価手段）、９ 温度測定部（温度推定手段）、１０ 温度推定部（温度推定手段）、１１ 温度推定部（温度推定手段）、１２，１４ 短時間動作寿命評価部（判定手段）、１３ 短時間動作寿命評価結果保存部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、減速機などの伝達機構や、その減速機のグリースなどの潤滑剤の寿命を評価する寿命評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の寿命評価装置は、サンプリング時間毎にサーボモータに指令しているモータトルクと回転数を利用して、減速機やグリースの寿命を計算するようにしている（以下の特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１２４８８９号公報（段落番号［０００６］から［０００８］、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の寿命評価装置は以上のように構成されているので、減速機やグリースの寿命を計算することができるが、その寿命を計算するに際して、その減速機の軸受温度やグリースの温度が考慮されていないため、減速機やグリースの寿命を正確に計算することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、減速機やグリースの寿命を正確に評価することができる寿命評価装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る寿命評価装置は、モータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の入力速度を演算する状態量演算手段と、上記モータのモータ電流とモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている同定した摩擦係数と伝達機構の温度の関係から上記伝達機構の構造部材であるグリースの温度を推定する温度推定手段と、上記温度推定手段により推定された構成部材の温度を考慮して、上記状態量演算手段での演算結果を補正し、補正された状態量から上記構造部材の寿命を評価する寿命評価手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、プログラム解析部１はメカニカルシステムの動作プログラムを解析し、指令値生成部２はプログラム解析部１の解析結果にしたがって指令値を生成する。モータ制御部３は指令値生成部２により生成された指令値にしたがってモータを制御する。即ち、指令値生成部２により生成された指令値に応じてモータに対する制御量（例えば、モータ電流やモータ速度の制御量）を更新し、モータの電流や速度等を制御する。
状態量演算部４はモータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の状態量を演算する状態量演算手段を構成している。例えば、伝達機構である減速機の入力速度や減速機に作用するトルクを演算する。温度推定部５はモータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量（例えば、モータ電流やモータ速度）に基づいて減速機のグリース（構成部材）の現在温度を推定する温度推定手段を構成している。この実施の形態１では、モータの状態量からグリースの現在温度を推定するものについて示すが、その状態量の代わりに、モータに対する制御量に基づいても同様の方法により現在温度を推定することができる。
【０００８】
評価用データ演算部６は状態量演算部４により演算された減速機の入力速度から現在のサンプリング期間における減速機の回転数ｒ０を演算するとともに、温度推定部５により推定されたグリースの温度を考慮して回転数ｒ０を補正し、補正後の回転数ｒを前回までの延べ回転数ｎｒ（ｋ−１）に加算して、現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）を演算する。評価用データ保存部７は評価用データ演算部６により演算された延べ回転数を保存する。現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数とを比較して、グリースの寿命を評価する。なお、評価用データ演算部６、評価用データ保存部７及び現在寿命評価部８から寿命評価手段が構成されている。
【０００９】
次に動作について説明する。
まず、プログラム解析部１は、メカニカルシステムの動作プログラムが与えられると、その動作プログラムを解析し、その解析結果を指令値生成部２に出力する。
指令値生成部２は、プログラム解析部１から動作プログラムの解析結果を受けると、その解析結果にしたがって指令値を生成する。
モータ制御部３は、指令値生成部２により生成された指令値にしたがってモータを制御する。即ち、指令値生成部２により生成された指令値に応じてモータに対する制御量（例えば、モータ電流やモータ速度の制御量）を更新し、モータの電流や速度等を制御する。これにより、モータ駆動力が減速機を介してメカニカルシステムに伝達され、メカニカルシステムが所定の動作を行う。
【００１０】
状態量演算部４は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量に基づいて減速機の状態量を演算する。例えば、減速機の入力速度や減速機に作用するトルクを演算する。
例えば、減速機がモータと直結されている場合、モータ速度を減速機の入力速度とし、また、モータ電流×トルク定数×減速比を減速機に作用するトルクとして演算する。
【００１１】
温度推定部５は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量に基づいて減速機のグリースの現在温度を推定する。
具体的には、次のようにして、減速機のグリースの現在温度を推定する。
まず、温度推定部５は、モータからモータ制御部３にフィードバックされる状態量であるモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
次に、そのクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数をキーにして、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と減速機の温度との関連情報が蓄えられているデータベースからグリースの現在温度を取得する。即ち、データベースに蓄えられているグリースの現在温度の中から、そのクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に近い４組のデータ（現在温度）を取得し、その４組のデータの平均値がグリースの現在温度であると推定する。
ただし、上記のデータベースは、予め、様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させて、それぞれの温度条件におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を求めることにより作成されているものとする。
【００１２】
評価用データ演算部６は、グリース温度とグリース交換時期に係る入力側総回転数との関係情報（関係情報は、例えば、減速機メーカーが公表している）を参照して、温度推定部５により推定された現在温度で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔを求める。
次に評価用データ演算部６は、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０（入力側総回転数Ｌｇｔ０は減速機メーカが公表している）を得ると、その入力側総回転数Ｌｇｔ０に対する入力側総回転数Ｌｇｔの総回転数比Ｘｔ＝Ｌｇｔ／Ｌｇｔ０を演算する。
【００１３】
次に評価用データ演算部６は、状態量演算部４により演算された減速機の入力速度から現在のサンプリング期間における減速機の回転数ｒ０を演算し、その総回転数比Ｘｔを用いて、減速機の回転数ｒ０を補正する。
そして、補正後の回転数ｒ＝ｒ０／Ｘｔを評価用データ保存部７に保存されている前回までの延べ回転数ｎｒ（ｋ−１）に加算して、現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）＝ｎｒ（ｋ−１）＋ｒを演算する。ここで、ｋは第ｋサンプル周期目を意味している。
現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）は次回の演算に用いるため評価用データ保存部７に保存される。ただし、グリース交換が行われた場合は、交換された軸の延べ回転数が０にリセットされる。
【００１４】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０とを比較して、グリースの寿命を評価する。
即ち、入力側総回転数Ｌｇｔ０に対する延べ回転数ｎｒ（ｋ）の比Ｙ＝ｎｒ（ｋ）／Ｌｇｔ０を演算し、その比Ｙが規定値を上回っている場合には、該当軸のグリースの交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００１５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、温度推定部５により推定されたグリースの温度を考慮して、状態量演算部４により演算された減速機の状態量からグリースの寿命を評価するように構成したので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確にグリースの寿命を評価することができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、モータの状態量から減速機の摩擦係数を同定し、その摩擦係数から温度を推定するように構成したので、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００１６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定し、現在寿命評価部８が現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数Ｌｇｔ０とを比較してグリースの寿命を評価するものについて示したが、グリースの現在温度の推定や、グリースの寿命評価を次のようにしてもよい。
【００１７】
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、基準温度におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に対する各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を求める。
そして、温度推定部５は、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を入力すると、グリースの現在温度を出力する神経回路網を内蔵し、先に求めた各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増分を入力して予め学習する。
【００１８】
次に、温度推定部５は、グリースを充填してメカニカルシステムを組み上げると、基準温度の条件で動作させることにより、そのメカニカルシステムの基準温度におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を測定する。
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
温度推定部５は、基準温度条件時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と、実作業時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数とを比較して、基準温度からの増分を求め、その増分を神経回路網に入力して、グリースの現在温度を推定する。
【００１９】
評価用データ演算部６は、上記実施の形態１と同様にして、減速機の補正後の回転数ｒを演算し、さらに、減速機の平均負荷トルクを算出する。
第ｋサンプル目の平均負荷トルクＴａｖ（ｋ）は次のようにして算出する。
Ｔａｖ（ｋ）＝（Ｔａｖａ（ｋ）／Ｔａｖｂ（ｋ））１／３ （１）
Ｔａｖａ（ｋ）
＝ｎ（１）×ｔ（１）×｜Ｔ（１）｜３
＋ｎ（２）×ｔ（２）×｜Ｔ（２）｜３
＋・・・・
＋ｎ（ｋ）×ｔ（ｋ）×｜Ｔ（ｋ）｜３
Ｔａｖｂ（ｋ）
＝ｎ（１）×ｔ（１）＋ｎ（２）×ｔ（２）＋・・・＋ｎ（ｋ）×ｔ（ｋ）
ただし、Ｔ（ｋ）は第ｋサンプルの減速機のトルク、ｎ（ｋ）は第ｋサンプルの減速機の回転数、ｔ（ｋ）はサンプル時間である。
【００２０】
評価用データ保存部７は、評価用データ演算部６により演算された現在までの延べ回転数ｎｒ（ｋ）と、Ｔａｖａ（ｋ），Ｔａｖｂ（ｋ）を保存する。ただし、グリースの交換が行われた場合は、交換された軸の延べ回転数を０にリセットする。
【００２１】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された平均負荷トルクＴａｖ（ｋ）と減速機の定格トルクＴｒ（ｋ）を比較する。
Ｔａｖ（ｋ）＜Ｔｒ（ｋ）の場合は、比較用総回転数ＬｇｔをＬｇｔ０とする。ここで、Ｌｇｔ０は基準温度Ｔ０で減速機を駆動した場合のグリース交換時期に係る入力側総回転数に相当する。
Ｔａｖ（ｋ）≧Ｔｒ（ｋ）の場合は、比較用総回転数ＬｇｔをＬｇｔ０×（Ｔｒ（ｋ）／Ｔａｖ（ｋ））３とする。
現在寿命評価部８は、比較用総回転数Ｌｇｔに対する延べ回転数ｎｒ（ｋ）の比Ｙ＝ｎｒ（ｋ）／Ｌｇｔを演算し、その比Ｙが規定値を上回っている場合には、該当軸のグリースの交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
これにより、この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００２２】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、基準温度におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数に対する各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を求める。
そして、温度推定部５は、クーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を入力すると、グリースの現在温度を出力する神経回路網を内蔵し、先に求めた各種の温度条件におけるクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の増加率を入力して予め学習する。
【００２３】
次に、温度推定部５は、グリースを充填してメカニカルシステムを組み上げると、基準温度の条件で動作させることにより、そのメカニカルシステムの基準温度におけるクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を測定する。
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
そして、温度推定部５は、基準温度条件時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と、実作業時のクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数とを比較して、基準温度からの増加率を求め、その増加率を神経回路網に入力して、グリースの現在温度を推定する。
この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。
即ち、温度推定部５は、予め様々な温度条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、各種の温度条件（グリース温度ｔｇ）と粘性摩擦係数ｖｃを求める。
次に温度推定部５は、各種のグリース温度ｔｇと粘性摩擦係数ｖｃから、下記の線形関係式の係数ｋａ，ｋｂを求める。
ｔｇ＝ｋａ＋ｋｂ×ｖｃ （２）
【００２５】
次に、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５が上記実施の形態１と同様に、モータ制御部３から出力されたモータ電流とモータ速度からクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定する。
温度推定部５は、その同定した粘性摩擦係数を式（２）に代入して、グリースの現在温度を算出する。
この実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２６】
実施の形態５．
図２はこの発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
温度測定部９は減速機の外部表面に取り付けられ、減速機の表面温度を測定する温度センサである。温度推定部１０は温度測定部９により測定された減速機の表面温度からグリースの現在温度を推定する。なお、温度測定部９及び温度推定部１０から温度推定手段が構成されている。
【００２７】
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、温度測定部９が減速機の表面温度ｔｓを測定すると、温度推定部１０が予め設定された減速機の表面温度とグリースの温度差△ｔｇを、減速機の表面温度ｔｓに加算して、グリースの現在温度ｔｓ＋△ｔｇを推定するようにしてもよい。
この場合、温度センサが必要になるが、温度推定部５の推定処理を簡略化することができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態６．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
即ち、温度推定部５は、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータを制御するサーボアンプの温度センサの測定温度と減速機のグリース温度との関係を求める。
そして、メカニカルシステムの実作業が行われると、温度推定部５は、モータ制御部３から出力されたサーボアンプの温度センサの測定温度を入力し、上記の関係を参照して、温度センサの測定温度に対応する減速機のグリース温度を特定する。
この実施の形態６によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、グリースの寿命を評価するものについて示したが、減速機の軸受（構成部材）の寿命を評価するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
具体的には次の通りである。
状態量演算部４は、メカニカルシステムの各軸のモータ制御部３の位置や速度から、各軸の回転数ｎと各軸の軸受のラジアル荷重Ｆｒ、アキシャル荷重Ｆａを算出する。
【００３０】
評価用データ演算部６は、平均出力回転数Ｎａｖと温度条件を考慮した動等価ラジアル荷重Ｐを計算する。
即ち、評価用データ演算部６は、温度推定部５により推定された減速機の現在温度を入力すると（減速機の現在温度は、上記実施の形態１〜６と同様の方法により推定する）、減速機の現在温度を軸受部の温度Ｔｊと同一とみなし、その軸受温度Ｔｊにおける寿命温度補正係数ｆｗｔを軸受メーカーが提供しているデータを参照して算出する。
次に評価用データ演算部６は、モータ制御部３から位置指令と位置測定値を入力し、その位置指令から加速度指令を算出するとともに、その位置測定値から加速度を算出し、一定時間毎にそれぞれの最大値を算出する。
そして、加速度指令最大値と加速度最大値の比に応じて、次に加速度指令最大値と加速度最大値を算出するまでの間の寿命荷重補正係数ｆｗｋを求める。
【００３１】
次に評価用データ演算部６は、下記のようにして、第ｋサンプル目の平均ラジアル荷重Ｆｒａｖ（ｋ）と平均アキシャル荷重Ｆａａｖ（ｋ）を算出する。ただし、Ｆｒ（ｋ）は第ｋサンプルの軸受ラジアル荷重、Ｆａ（ｋ）は第ｋサンプルの軸受アキシャル荷重、ｎ（ｋ）は回転数、ｔ（ｋ）はサンプル時間、ｆｗｔ（ｋ）は寿命温度補正係数、ｆｗｋ（ｋ）は寿命荷重補正係数である。なお、ｃは玉軸受の場合は“３”、ころ軸受の場合は“１０／３”となる定数である。
【００３２】
また、評価用データ演算部６は、下記のようにして、第ｋサンプル目の平均回転数Ｎａｖ（ｋ）を演算する。
Ｎａｖａ（ｋ）＝Ｆｒａｖｂ（ｋ） （１０）
Ｎａｖｂ（ｋ）＝ｔ（１）＋ｔ（２）＋・・・＋ｔ（ｋ） （１１）
Ｎａｖ（ｋ）＝Ｎａｖａ（ｋ）／Ｎａｖｂ（ｋ） （１２）
次に、動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）を下記のようにして演算する。
Ｐ（ｋ）＝Ｘ×Ｆｒａｖ（ｋ）＋Ｙ×Ｆａａｖ（ｋ） （１３）
ここで、Ｘはラジアル荷重係数、Ｙはアキシャル荷重係数である。
評価用データ保存部７は、Ｆｒａｖａ（ｋ），Ｆｒａｖｂ（ｋ），Ｆａａｖａ（ｋ），Ｆａａｖｂ（ｋ），Ｎａｖａ（ｋ），Ｎａｖｂ（ｋ）を保存する。
【００３４】
現在寿命評価部８は、評価用データ演算部６により演算された動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）と平均回転数Ｎａｖ（ｋ）から比較値Ｌ（ｋ）を計算する。ただし、Ｐ０は基本動定格荷重である。
Ｌ（ｋ）＝１０６×（Ｐ０／Ｐ（ｋ））ｃ／６０／Ｎａｖ（ｋ） （１４）
現在寿命評価部８は、比較値Ｌ（ｋ）に対するＮａｖｂ（ｋ）の比Ｚ＝Ｎａｖｂ（ｋ）／Ｌ（ｋ）を演算し、その比Ｚが規定値を上回っている場合には、規定値以上の軸の軸受交換を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００３５】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、温度推定部５により推定された減速機の温度を考慮して、状態量演算部４により演算された減速機の状態量から減速機の軸受の寿命を評価するように構成したので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確に軸受の寿命を評価することができる効果を奏する。
また、この実施の形態７によれば、モータの状態量から減速機の摩擦係数を同定し、その摩擦係数から温度を推定するように構成したので、温度センサ等を付加することなく、軸受の現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００３６】
実施の形態８．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
即ち、温度推定部５は、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度とグリース温度上昇の関係を示すデータベースをあらかじめ作成する。
【００３７】
次に温度推定部５は、環境温度Ｔ１を設定し、メカニカルシステムの実作業が行われると、モータ制御部３から出力される各軸のモータ電流、モータ速度、モータ位置を入力し、その入力データに基づいて、各軸のモータトルクτｍ（ｋ）、モータ速度ｖｍ（ｋ）、減速機トルクτｇ（ｋ）、減速機速度ｖｇ（ｋ）を算出する。
次に温度推定部５は、各軸のモータトルクτｍ（ｋ）、モータ速度ｖｍ（ｋ）、減速機トルクτｇ（ｋ）、減速機速度ｖｇ（ｋ）から、モータの平均負荷トルクＴｍ（ｋ）、平均速度Ｖｍ（ｋ）、減速機の平均負荷トルクＴｇ（ｋ）、平均速度Ｖｂ（ｋ）を算出する。
【００３８】
そして、そのモータの平均負荷トルクＴｍ（ｋ）、平均速度Ｖｍ（ｋ）、減速機の平均負荷トルクＴｇ（ｋ）、平均速度Ｖｂ（ｋ）に最も近い組み合わせをデータベースから抽出し、その温度上昇値をＴ２とする。データベースから求めた温度上昇値Ｔ２と環境温度Ｔ１の和をグリース温度の推定値として評価用データ演算部６に出力する。
この実施の形態８によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態９．
上記実施の形態８では、温度推定部５以外の動作は上記実施の形態１と同様であるものについて示したが、温度推定部５の動作は上記実施の形態８と同様であって、状態量演算部４、評価用データ演算部６、評価用データ保存部７及び現在寿命評価部８の動作は上記実施の形態７と同様であってもよい。
この場合は、上記実施の形態７と同様の効果を奏することができる。
【００４０】
実施の形態１０．
図３はこの発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
温度推定部１１はモータ制御部３からモータの状態量を入力する代わりに、指令値生成部２から指令値を入力し、その指令値からモータの状態量を特定する。なお、温度推定部１１は温度推定手段を構成している。
【００４１】
この実施の形態１０では、予め様々な動作条件でモータと減速機が組み合わされた駆動ユニットを動作させることにより、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度と軸受温度の関係を示すデータベースをあらかじめ作成する。
また、様々な動作条件で動作させたときのクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数の測定も実施し、軸受温度とクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数の関係を示すデータベースもあらかじめ作成し、環境温度Ｔ１を設定する。
【００４２】
温度推定部１１は、メカニカルシステムの実作業が行われると、指令値生成部２から各軸の位置指令と速度指令を入力する。次に、モータ制御部３を近似的に表現するモデルを用いて、各軸の位置指令と速度指令から各軸の位置と速度の推定値を計算する。
そして、温度推定部１１は、各軸の速度の推定値からモータ速度と減速機速度を算出する。さらに、メカニカルシステムのダイナミクスモデルと粘性摩擦係数及びクーロン摩擦係数を用いて、モータトルクと減速機に作用するトルクを計算する。粘性摩擦係数及びクーロン摩擦係数は１周期前の温度推定値からデータベースを用いて求める。
【００４３】
さらに、温度推定部１１は、そのモータトルク、モータ速度、減速機トルク及び減速機速度から、モータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度を算出する。
そして、そのモータの平均負荷トルク、平均速度と減速機の平均負荷トルク、平均速度の組み合わせに最も近いデータベースの値を温度上昇値Ｔ２とし、Ｔ１＋Ｔ２を軸受温度の推定値として評価用データ演算部６に出力する。
この実施の形態１０によれば、上記実施の形態７と同様に、温度センサ等を付加することなく、軸受の現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態１１．
図４はこの発明の実施の形態１１による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
短時間動作寿命評価部１２は温度推定部１１により推定された軸受温度と現在寿命評価部８により評価された軸受の寿命を参照して、メカニカルシステムが継続運転を実施したときに軸受の寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定する判定手段を構成している。短時間動作寿命評価結果保存部１３は短時間動作寿命評価部１２の評価結果を保存する。
【００４５】
次に動作について説明する。
この実施の形態１１では、プログラム解析部１は短時間寿命評価用のプログラムを２回実行する。まず、１回目の実行時に寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を温度推定部１１に送信し、寿命評価終了指令を処理すると、寿命評価終了指令を温度推定部１１に送信する。また、２回目の実行時に寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１２に送信し、寿命評価終了指令を処理すると、寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１２に送信する。
【００４６】
温度推定部１１は、寿命評価開始指令を受信してから寿命評価終了指令を受信するまでの間、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク及び平均速度を上記実施の形態１０と同様にして計算する。
温度推定部１１は、予めモータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク、平均速度と軸受温度のデータベースを作成し、データベースの中で、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク、平均速度の組み合わせに最も近いデータベースの温度を短時間動作評価用の温度Ｔｓとして短時間動作寿命評価部１２に出力する。また、上記実施の形態９と同様にして、モータの平均負荷トルク、平均速度、減速機の平均負荷トルク及び平均速度の計算を常時実施し、現在の軸受温度の推定値をデータベースに基いて算出し、評価用データ演算部６に送信する。
【００４７】
短時間動作寿命評価部１２は、プログラム解析部１から寿命評価開始指令を受け取ると、寿命評価開始指令を受け取ったサンプル周期を第１周期として、式（３）〜式（１３）式に基いて動等価ラジアル荷重Ｐ（ｋ）と平均回転数Ｎａｖ（ｋ）を算出し、プログラム解析部１から寿命評価終了指令を受け取るまで継続する。
寿命評価終了指令を受け取ったサンプル周期が第ｊ周期の場合、第ｊ周期の動等価ラジアル荷重Ｐ（ｊ）と平均回転数Ｈａｖ（ｊ）を用いてＬ（ｊ）を算出する。
Ｌ（ｊ）＝１０６×（Ｐ０／Ｐ（ｊ））ｃ／６０／Ｎａｖ（ｊ） （１５）
【００４８】
次に短時間動作寿命評価部１２は、軸受の目標寿命をＬ０として、現在寿命評価部８から出力される現在までの動作時間Ｎａｖｂ（ｋ）と現在の予測寿命Ｌ（ｋ）から、評価値ｗを算出する。
ｗａ＝（Ｌ０−Ｎａｖｂ（ｋ））／Ｌ（ｊ） （１６）
ｗｂ＝（Ｌ（ｋ）−Ｎａｖｂ（ｋ））／Ｌ（ｋ） （１７）
ｗ＝ｗａ／ｗｂ （１８）
【００４９】
短時間動作寿命評価部１２は、評価値ｗを算出すると、その評価値ｗを短時間動作寿命評価結果保存部１３に保存する。そして、メカニカルシステムのすべての軸において評価値ｗを算出し、少なくとも１つの軸における評価値ｗが予め規定した値を上回っている場合、速度・加速度などの動作条件の軽減を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
【００５０】
この実施の形態１１によれば、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる効果を奏する。
なお、実施の形態１１では、軸受の寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定するものについて示したが、同様の方法によりグリースの寿命が目標寿命を超えられるか否かを判定するようにしてもよい。
【００５１】
実施の形態１２．
上記実施の形態１１では、プログラム解析部１が短時間寿命評価用のプログラムを２回実行するものについて示したが、次のようにしてもよい。
即ち、図５のプログラム解析部１は、温度が安定するまで待つために、予め規定されている時間が経過するまで、寿命評価開始指令及び寿命評価終了指令の処理を実施せず、プログラムの次の行の処理に移行する。また、温度条件推定部５の処理は上記実施の形態１と同一である。
プログラム動作開始後、予め規定されている時間が経過すると、寿命評価開始指令及び寿命評価終了指令がプログラムに記載されている場合に処理を実行する。寿命評価開始指令を処理すると、寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１２に送信し、寿命評価終了指令を処理すると寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１２に送信する。
この実施の形態１２でも、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる。
【００５２】
実施の形態１３．
上記実施の形態１１では、短時間動作寿命評価部１２が軸受の目標寿命をＬ０として、現在寿命評価部８から出力される現在までの動作時間Ｎａｖｂ（ｋ）と現在の予測寿命Ｌ（ｋ）から評価値ｗを算出するものについて示したが、次のようにしてもよい。
【００５３】
即ち、図６の短時間動作寿命評価部１４は、まず、上記実施の形態１１と同様に、式（１７）を用いてＬ（ｊ）を計算する。
次に短時間動作寿命評価部１４は、軸受の目標寿命をＬ０として、評価値ｗ＝Ｌ（ｊ）／Ｌ０の計算をメカニカルシステムの全ての軸で実施し、各軸の評価値ｗの値を短時間動作寿命評価結果保存部１３に出力する。
そして、少なくとも１つの軸における評価値ｗが予め規定した値を上回っている場合、速度・加速度などの動作条件の軽減を促すメッセージをメカニカルシステムの制御盤に表示する。
これにより、短時間のテスト動作を行うだけで、当該動作を継続した場合に目標寿命を満たすかどうかの判別を、温度条件も考慮して正確に行うことができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態１４．
上記実施の形態１では、温度推定部５がモータの状態量から減速機の摩擦係数を同定して、その同定したクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数からグリースの現在温度を推定するものについて示したが、次のようにしてグリースの現在温度を推定するようにしてもよい。ただし、装置構成は図１と同じである。
【００５５】
即ち、温度推定部５は、様々な動作速度における摩擦力と減速機のグリース温度との関係を示すデータベースを予め作成する。
温度推定部５は、メカニカルシステムの実作業が行われると、モータの状態量から減速機のクーロン摩擦係数と粘性摩擦係数を同定し、また、モータ速度から現在のモータ速度に最も近く、データベースにデータのある速度ｖｄを求める。
次に、温度推定部５は、その同定したクーロン摩擦係数及び粘性摩擦係数と速度ｖｄから、現在のモータ速度に最も近いデータベースの速度における摩擦力Ｆを算出する。そして、その摩擦力Ｆと、その速度におけるデータベースから算出した摩擦力に最も近いデータベース記載の摩擦力Ｆ１，Ｆ２を求める。
【００５６】
温度推定部５は、摩擦力がＦ１，Ｆ２のときの温度をそれぞれＴ１，Ｔ２とし、グリースの現在温度Ｔを次のように算出する。
Ｔ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）×（Ｆ−Ｆ１）／（Ｆ２−Ｆ１） （１９）
この実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、温度センサ等を付加することなく、グリースの現在温度を推定することができる効果を奏する。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、モータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の入力速度を演算する状態量演算手段と、上記モータのモータ電流とモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている同定した摩擦係数と伝達機構の温度の関係から上記伝達機構の構造部材であるグリースの温度を推定する温度推定手段と、上記温度推定手段により推定された構成部材の温度を考慮して、上記状態量演算手段での演算結果を補正し、補正された状態量から上記構造部材の寿命を評価する寿命評価手段とを備えるようにしたので、温度条件が分からない場合や温度条件が変化する場合でも、正確に構成部材の寿命を評価することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態１１による寿命評価装置を示す構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態１２による寿命評価装置を示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態１３による寿命評価装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ プログラム解析部、２ 指令値生成部、３ モータ制御部、４ 状態量演算部（状態量演算手段）、５ 温度推定部（温度推定手段）、６ 評価用データ演算部（寿命評価手段）、７ 評価用データ保存部（寿命評価手段）、８ 現在寿命評価部（寿命評価手段）、９ 温度測定部（温度推定手段）、１０ 温度推定部（温度推定手段）、１１ 温度推定部（温度推定手段）、１２，１４ 短時間動作寿命評価部（判定手段）、１３ 短時間動作寿命評価結果保存部。
Claims (1)
- モータの駆動力をメカニカルシステムに伝達する伝達機構の入力速度を演算する状態量演算手段と、上記モータのモータ電流とモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている同定した摩擦係数と伝達機構の温度の関係から上記伝達機構の構造部材であるグリースの温度を推定する温度推定手段と、上記温度推定手段により推定された構成部材の温度を考慮して、上記状態量演算手段での演算結果を補正し、補正された状態量から上記構造部材の寿命を評価する寿命評価手段とを備えた寿命評価装置。
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