JP5721350B2

JP5721350B2 - 生産設備の故障発生時の復旧方法

Info

Publication number: JP5721350B2
Application number: JP2010148404A
Authority: JP
Inventors: 勝彦吉野; 大三志賀; 徳彦須藤; 勲分藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012013469A

Description

この発明は、生産設備の故障発生時の復旧方法に関し、特に、直動軸受を用いて移動可能な走行台車上に設置された生産設備の故障発生時の復旧方法に関する。

従来、直動軸受を用いて移動可能な走行台車上に設置された生産設備が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ガイドレールと、ガイドレール上を直線移動するリニアガイド（可動部）とを有する直動軸受を含む走行台車上に設置された塗装ロボット（生産設備）が開示されている。この特許文献１では、支持部材の壁状に直立した側面に上下一対のガイドレールを平行に設けるとともに、一対の可動部を上下一対のガイドレールとそれぞれ係合させて走行台車を移動可能に構成している。また、塗装ロボットは、支持部材から離れる方向（ガイドレールの延びる移動方向と直交する方向）に張り出すように走行台車上に設置されている。そして、上記特許文献１による塗装ロボットは、走行台車によって支持部材に沿った左右方向に直線移動しながら、塗装対象物に対して塗装作業を行うように構成されている。

上記特許文献１に記載の構成を有する塗装ロボットでは、塗装ロボットおよび走行台車の荷重が直動軸受を構成するガイドレールおよび可動部に加わることになる。ここで、一般に、塗装ロボットなどの生産設備に用いる直動軸受の選定は、塗装ロボット（生産設備）および走行台車からの荷重を考慮した負荷条件下において、稼動時に想定される移動動作を実行させた場合に、同一製品のうち略９割が設定した走行距離（寿命）に到達すると考えられるＬ１０寿命を満たすか否かという寿命計算によって行われる。ただし、設計段階で直動軸受に作用する荷重を厳密に解析することは困難である。したがって、通常の寿命計算では、構成要素は全て剛体であると仮定され、各構成要素の変形による影響などは考慮されない。このため、寿命計算に用いられる直動軸受の荷重と、実際に直動軸受に作用する荷重とが相違するという前提の下、所定の安全係数などを乗じて算出された寿命計算に基づいて直動軸受の選定が行われる。また、従来では、塗装ロボット（生産設備）に故障が発生した場合に、どのような性能（剛性）を有する直動軸受を選定すればよいかという指針が得られず、事例の蓄積に基づく経験的な選定を行い、復旧作業を実施していた。

特開２０００−３４３００９号公報

しかしながら、本願発明者は、上記特許文献１のように、塗装ロボット（生産設備）が支持部材（直動軸受）から張り出すように設けられることによりガイドレール（案内レール）と可動部とを有する直動軸受に大きな荷重が作用しやすい場合には、Ｌ１０寿命の確率（同一製品うちの残りの略１割は計算寿命に到達しないこと）を考慮して余分な補償しろを設ける必要があるとともに、このような場合には、塗装ロボット（生産設備）に故障が発生した際に、従来の経験的な直動軸受の選定を行っても、最適な剛性を有する直動軸受を選定することが困難であるという問題点（課題）があることを見出した。

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あり、この発明の１つの目的は、生産設備に故障が発生した場合に、最適な剛性を有する直動軸受を選定することが可能な生産設備の故障発生時の復旧方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために本願発明者が鋭意検討した結果、上記した課題を解決可能な、以下のような復旧方法を見出した。すなわち、この発明の一の局面による生産設備の故障発生時の復旧方法は、案内レールと、案内レール上を直線移動する可動部とを有する直動軸受を用いて移動可能な走行台車上に設置された生産設備の故障発生時の復旧方法であって、故障発生時に直動軸受の変位を実際に測定するステップと、測定された直動軸受の変位に基づいて、直動軸受に加わる荷重と直動軸受の変位との関係を示したグラフを用いて直動軸受に加わる荷重を取得するステップと、取得した直動軸受に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定するステップと、選定した直動軸受に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を、故障の発生した走行台車の直動軸受と交換するステップとを備え、生産設備は、走行台車上に設置されるとともに多軸のロボットアームを有するロボットであり、直動軸受の変位を実際に測定するステップは、生産設備の故障発生時に変位センサを案内レールに設置するとともに、走行台車を移動させることなく、走行台車上に設置されたロボットのロボットアームを動作させる作業動作状態における案内レールに対する直動軸受の変位を実際に測定するステップを含む。

この発明の一の局面による生産設備の故障発生時の復旧方法では、上記のように、故障発生時に直動軸受の変位を実際に測定し、測定された直動軸受の変位に基づいて、直動軸受に加わる荷重と直動軸受の変位との関係を示したグラフを用いて直動軸受に加わる荷重を取得することによって、実際に測定される直動軸受の変位に基づいて直動軸受に加わる荷重が取得されるので、通常の寿命計算では考慮されない変形などの影響が反映された、直動軸受に実際に作用する荷重を取得することができる。そして、取得した直動軸受に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定することによって、生産設備の直動軸受に実際に作用する荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定することができるので、生産設備に故障が発生した場合に、最適な剛性を有する直動軸受を選定することができる。その結果、復旧時に最適な寿命を有する直動軸受に交換することができる。また、生産設備の実際の作業動作時に発生する慣性力などの影響を直動軸受の変位の測定値に反映させることができるので、測定された直動軸受の変位に基づいて直動軸受に加わる荷重を取得することによって、より正確に、生産設備の作業動作時に実際に直動軸受に作用する荷重を取得することができる。

上記一の局面による生産設備の故障発生時の復旧方法において、好ましくは、直動軸受の変位を実際に測定するステップは、生産設備を走行台車から取り外した状態を変位の基準として、生産設備を走行台車上に設置した状態における直動軸受の変位を測定するステップを含む。このように構成すれば、生産設備の重量に起因する直動軸受の変形（撓み）が発生しない状態を変位の基準として変位測定を行うことができる。これにより、通常の寿命計算では考慮されない生産設備の重量に起因する直動軸受の変形などの影響を変位の測定値に反映させることができるので、測定される直動軸受の変位に基づいて直動軸受に加わる荷重を取得することによって、実際に生産設備の直動軸受に作用する荷重を精度よく取得することができる。

上記一の局面による生産設備の故障発生時の復旧方法において、好ましくは、直動軸受の変位を実際に測定するステップは、直動軸受の可動部の移動方向を軸とした回転方向であるローリング方向の変位を少なくとも測定するステップを含む。ここで、案内レール上を可動部が直線移動する直動軸受では、構造上、ローリング方向に案内レールおよび可動部の変形が発生し易いので、この直動軸受のローリング方向の変位を測定することによって、変位が大きいために影響が大きいと考えられるローリング方向の変位に対応するローリング方向の荷重（モーメント）を取得することができる。

上記直動軸受のローリング方向の変位を少なくとも測定する構成において、好ましくは、直動軸受の変位を実際に測定するステップは、直動軸受の可動部の移動方向と直交する横方向を軸とした回転方向であるピッチング方向の変位と、直動軸受の可動部の移動方向と直交する上下方向を軸とした回転方向であるヨーイング方向の変位とをそれぞれ測定するステップをさらに含む。このように構成すれば、測定されたピッチング方向の変位とヨーイング方向の変位とに基づいて、ローリング方向の荷重（モーメント）に加えて、直動軸受に加わるピッチング方向の荷重（モーメント）とヨーイング方向の荷重（モーメント）とを取得することができる。これにより、ローリング方向、ピッチング方向およびヨーイング方向の各方向の実際の荷重（モーメント）に適合する剛性を有する直動軸受を選定することができる。

上記直動軸受のローリング方向の変位を少なくとも測定する構成において、好ましくは、直動軸受を選定するステップは、直動軸受の可動部の移動方向と直交する横方向の荷重と、直動軸受の可動部の移動方向と直交する上下方向の荷重との両方に対して略等しい剛性を有する直動軸受を選定するステップを含む。このように構成すれば、ローリング方向の荷重（モーメント）に対する剛性の大きな直動軸受を選定することができる。

上記一の局面による生産設備の故障発生時の復旧方法において、好ましくは、直動軸受を選定するステップは、取得した直動軸受に加わる荷重が作用する状態で所定の寿命を得ることが可能な直動軸受を選定するステップを含む。このように構成すれば、測定された直動軸受の変位に基づいて取得した直動軸受に加わる荷重が作用する状態を前提として、設定した寿命を得ることが可能な直動軸受を選定することができる。これにより、選定された直動軸受の寿命計算に用いる荷重を実際に直動軸受に加わる荷重と略一致させることができるので、故障発生時の復旧後には、寿命計算に用いる荷重と実際に直動軸受に加わる荷重との相違に起因して計算された寿命よりも短い期間で故障が発生するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法を説明するための塗装ロボットを示した模式図である。図１に示した一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法を説明するための塗装ロボットを示した模式図である。図１に示した塗装ロボットの直動軸受を説明するための模式図である。本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法における直動軸受の変位の測定方法を説明するための模式図である。本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法における直動軸受の変位の測定方法を説明するための模式図である。本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法における直動軸受の変位の測定方法を説明するための模式図である。本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法における直動軸受の変位の測定データを説明するためのグラフである。直動軸受に加わる荷重と直動軸受の変位との関係の一例を示したグラフである。直動軸受に加わるモーメントと直動軸受の変位との関係の一例を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による塗装ロボットの故障発生時の復旧方法について説明する。なお、本実施形態では、自動車の車体の塗装作業を行う塗装ロボットの故障発生時の復旧方法に本発明を適用した例について説明する。

まず、図１〜図３を参照して、本実施形態による復旧方法を適用する塗装ロボットについて説明する。図１および図２に示すように、塗装ロボット１０は、走行台車２０上に設置され、直動軸受２および３を介してＣ方向（図２参照）に直線移動可能なように構成されている。直動軸受２は、基部１に設けられたレール２１と、レール２１とＣ方向に直線移動可能に係合する３つの可動部２２ａ、２２ｂおよび２２ｃとを有している。また、直動軸受３は、基部１に設けられたレール３１と、レール３１とＣ方向に直線移動可能に係合する３つの可動部３２ａ、３２ｂおよび３２ｃとを有している。基部１（レール２１および３１）は、塗装対象物（車体）の搬送経路（Ｃ方向の直線経路）と略平行に設けられるとともに、搬送される塗装対象物に伴って塗装ロボット１０が直線移動しながら塗装作業を行うことが可能なように構成されている。また、図１に示すように、基部１はＬ字状の断面形状を有し、基部１の上面にレール２１が設けられるとともに、基部１の外側面にレール３１が設けられている。なお、塗装ロボット１０は、本発明の「生産設備」の一例である。また、レール２１および３１は、それぞれ、本発明の「案内レール」の一例である。

塗装ロボット１０は、基部１（レール２１および３１）の延びる移動方向（Ｃ方向）と直交する方向に正面側を向けて、基部１から側方に張り出すように設置されている。塗装ロボット１０は、たとえば６軸（６自由度）のロボットアーム１１と、塗装ガン（図示せず）が装着される手首部１２と、走行台車２０に固定的に取り付けられた台座１３とを主として備えている。塗装ロボット１０は、ロボットアーム１１の構造に応じた所定の可動範囲内で任意の位置に手首部１２（塗装ガン）を配置することが可能である。たとえば、塗装ロボット１０は、Ｌ軸１４回りの前方に角度α（図１参照）の範囲で回動可能に構成されているとともに、Ｓ軸１５回りの左右方向にそれぞれ角度β（図２参照）の範囲で回動可能に構成されている。このような構成により、塗装ロボット１０は、搬送される塗装対象物に伴って横方向（移動方向）に移動しながら、Ｌ軸１４およびＳ軸１５を含む各軸回りにロボットアーム１１を駆動することによって、塗装作業動作を行うように構成されている。

走行台車２０は、塗装ロボット１０を支持するとともに、２つの直動軸受２および３を用いてＣ方向に直線移動可能に構成されている。走行台車２０には、直動軸受２および３の合計６つの可動部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、３２ａ、３２ｂおよび３２ｃが設けられている。これにより、走行台車２０は、これらの可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃを介して基部１（レール２１および３１）に直線移動可能に取り付けられている。なお、走行台車２０は、図示しないボールネジなどを用いた駆動機構によって、レール２１およびレール３１に沿ったＣ方向に直線移動を行うように構成されている。

直動軸受２の３つの可動部２２ａ〜２２ｃは、基部１の上面に設けられたレール２１とそれぞれ所定の間隔を隔てて係合するように設けられている。また、直動軸受３の３つの可動部３２ａ〜３２ｃは、基部１の外側面に設けられたレール３１とそれぞれ所定の間隔を隔てて係合するように構成されている。このため、可動部２２ａ〜２２ｃは、上面が水平方向に対して平行となる状態で配置され、可動部３２ａ〜３２ｃは、上面が鉛直方向（Ｚ方向）に対して平行となる状態で配置されている。

図３に示すように、直動軸受２の可動部２２ａは、レール２１の両側面に形成された溝部２１ａと係合するように構成されている。可動部２２ａは、レール２１に沿ったＣ方向（アキシアル方向、移動方向）にのみ移動可能に構成されている。可動部２２ａは環状の溝（図示せず）内に配置された複数のボール（図示せず）を内蔵し、可動部２２ａの移動時にこれらのボールがレール２１と接触しながら環状の溝内で回転移動することにより、摩擦抵抗を軽減するように構成されている。したがって、可動部２２ａは、移動方向の荷重に対して小さな摩擦抵抗で移動する一方、上下方向（ラジアル方向および逆ラジアル方向、Ｂ方向）および横方向（Ａ方向）には移動することなく荷重を受けるように構成されている。なお、直動軸受２の可動部２２ｂ、２２ｃ、および、直動軸受３の可動部３２ａ〜３２ｃ（図２参照）は可動部２２ａと同一の構造を有するので、説明を省略する。

上記の塗装ロボット１０の移動機構において、直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）の選定は、ＩＳＯなどの規格により定められた寿命計算（Ｌ１０寿命）に基づいて行われる。Ｌ１０寿命は、直動軸受の走行距離を示す数値であって、同一の直動軸受（の製品群）を同一条件下で動作させた場合に、９０％の製品が算出された寿命計算値（走行距離）に問題なく到達する値であるとされる。つまり、同一の直動軸受を同一条件で使用した場合、９割の製品は算出されたＬ１０寿命（走行距離）に問題なく到達する一方、残りの１割の製品はＬ１０寿命に到達する前にフレーキング（剥離）などの破損が発生することになる。しかしながら、一般的に寿命計算では、直動軸受を含む構成要素は全て剛体と仮定され、構成要素の変形による影響は考慮されない。また、各機構の取付誤差の影響なども考慮されない。これらの点を検討して、本願発明者は、寿命計算値（Ｌ１０寿命）に比して顕著に早い段階で故障が発生する場合には、各構成要素（レールおよび可動部）の変形による影響などの一般的な寿命計算では考慮されない要因が影響して、寿命計算に用いられる荷重（負荷条件）よりも大きな荷重が直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）に作用している可能性があることを見出した。そこで、本願発明者は、本実施形態において、故障発生時に、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの変位を実際に測定し、測定された変位に基づいて可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃに作用する荷重を取得することにより、取得された荷重に適合する直動軸受を選定し、復旧（交換）を行うこととした。

次に、図３〜図６を参照して、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの変位の測定方法について説明する。

本実施形態では、図３に示すように、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ（図２参照）の変位の測定は、レール２１（３１）に対する上下方向（Ｂ方向（ラジアル方向および逆ラジアル方向））と、レール２１（３１）に対する横方向（Ａ方向）と、移動方向（Ｃ方向）を軸とした回転方向（ローリング方向、Ｍ_Ｃ方向）と、移動方向と直交する上下方向（Ｂ方向）を軸とした回転方向（ヨーイング方向、Ｍ_Ｂ方向）と、移動方向と直行する横方向（Ａ方向）を軸とした回転方向（ピッチング方向、Ｍ_Ａ方向）との各方向の変位について行う。

具体的には、図４および図５に示すように、レール２１に設けられた可動部２２ａおよび２２ｃの両側面に、一対のキー（金属板）４１および４２をそれぞれ可動部２２ａおよび２２ｃ（レール２１）と平行（図５参照）に取り付ける。また、一対のキー４１および４２の間のレール２１上の位置にセンサ取付治具４４を有するマグネットスタンド４３を設けるとともに、センサ取付治具４４に３つの変位センサ４５をそれぞれ固定する。この際、キー４１上面の点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ２（Ｐ７）と、キー４２上面の点Ｐ３（Ｐ８）との３点に対して変位センサ４５の測定子を当接させる。なお、点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ２（Ｐ７）は、Ｃ方向の直線上に位置する互いに間隔Ｌ１を隔てた点であり、点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ３（Ｐ８）は、横方向（Ａ方向）の直線上に位置する互いに間隔Ｌ２を隔てた点である。そして、各測定点Ｐ１（Ｐ６）〜Ｐ３（Ｐ８）の変位を実際に測定する。これにより、点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ２（Ｐ７）の測定値（変位）と点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ２（Ｐ７）の位置関係とに基づき、可動部２２ａ（２２ｃ）のピッチング方向の変位ｄＭ_Ａを測定するとともに、点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ３（Ｐ８）の測定値（変位）と点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ３（Ｐ８）の位置関係とに基づき、ローリング方向の変位ｄＭ_Ｃを測定することが可能である。また、点Ｐ１（Ｐ６）〜点Ｐ３（Ｐ８）の測定値に基づいて、可動部２２ａ（２２ｃ）の上下方向の変位ｄＢを測定する。

また、可動部２２ａおよび２２ｃの一方側面にセンサ取付治具４７を有するマグネットスタンド４６をそれぞれ取り付け、２つの変位センサ４８をセンサ取付治具４７にそれぞれ固定する。この際、レール２１の側面部であって、可動部２２ａおよび２２ｃの両側の点Ｐ４（Ｐ９）およびＰ５（Ｐ１０）の２点に対して変位センサ４８の測定子を当接させる。なお、図５において、これらのマグネットスタンド４６、センサ取付治具４７および変位センサ４８の図示を省略している。また、点Ｐ４（Ｐ９）および点Ｐ５（Ｐ１０）は、Ｃ方向の直線上に位置する互いに間隔Ｌ３を隔てた点である。そして、各測定点Ｐ４（Ｐ９）およびＰ５（Ｐ１０）の変位を実際に測定する。これにより、可動部２２ａ（２２ｃ）の両側の点Ｐ４（Ｐ９）および点Ｐ５（Ｐ１０）の測定値（変位）と点Ｐ４（Ｐ９）および点Ｐ５（Ｐ１０）の位置関係とに基づき、可動部２２ａ（２２ｃ）のヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂを測定することが可能である。なお、点Ｐ４（Ｐ９）およびＰ５（Ｐ１０）の測定値に基づいて可動部２２ａ（２２ｃ）の横方向の変位ｄＡも測定する。

また、図６に示すように、レール３１に設けられた可動部３２ａおよび３２ｃのそれぞれに対しても、同様にキー５１および５２を設けるとともに、レール３１に設置したマグネットスタンド５３およびマグネットスタンド５３に取り付けたセンサ取付治具５４を介して、３つの変位センサ５５をそれぞれ固定する。この際、キー５１上面側（レール３１に対する可動部３２ａおよび３２ｃの上方向（逆ラジアル方向）側）の点Ｐ１１（Ｐ１６）および点Ｐ１２（Ｐ１７）と、キー５２上面側（逆ラジアル方向側）の点Ｐ１３（Ｐ１８）との３点に対して各変位センサ５５の測定子を当接させる。なお、点Ｐ１１（Ｐ１６）〜点Ｐ１３（Ｐ１８）の各点の位置関係は、上記した点Ｐ１（Ｐ６）〜点Ｐ３（Ｐ８）の各点の位置関係と同様である。そして、各測定点Ｐ１１（Ｐ１６）〜Ｐ１３（Ｐ１８）の変位を実際に測定する。これにより、点Ｐ１１（Ｐ１６）および点Ｐ１２（Ｐ１７）の測定値（変位）と点Ｐ１１（Ｐ１６）および点Ｐ１２（Ｐ１７）の位置関係とに基づき、可動部３２ａ（３２ｃ）のピッチング方向の変位ｄＭ_Ａを測定するとともに、点Ｐ１１（Ｐ１６）および点Ｐ１３（Ｐ１８）の測定値（変位）と点Ｐ１１（Ｐ１６）および点Ｐ１３（Ｐ１８）の位置関係とに基づき、ローリング方向の変位ｄＭ_Ｃを測定することが可能である。また、点Ｐ１１（Ｐ１６）〜点Ｐ１３（Ｐ１８）の測定値に基づいて、可動部３２ａ（３２ｃ）の上下方向の変位ｄＢを測定する。

また、可動部３２ａおよび３２ｃの一方側面にセンサ取付治具５７を有するマグネットスタンド５６をそれぞれ取り付け、２つの変位センサ５８をセンサ取付治具５７にそれぞれ固定する。この際、レール３１の側面部であって、可動部３２ａおよび３２ｃの両側の点Ｐ１４（Ｐ１９）および点Ｐ１５（Ｐ２０）に対してセンサ取付治具５７に固定した各変位センサ５８の測定子を当接させる。なお、点Ｐ１４（Ｐ１９）および点Ｐ１５（Ｐ２０）の位置関係は、上記した点Ｐ４（Ｐ９）および点Ｐ５（Ｐ１０）の位置関係と同様である。そして、各測定点Ｐ１４（Ｐ１９）およびＰ１５（Ｐ２０）の変位を実際に測定する。これにより、点Ｐ１４（Ｐ１９）および点Ｐ１５（Ｐ２０）の測定値（変位）と点Ｐ１４（Ｐ１９）および点Ｐ１５（Ｐ２０）の位置関係とに基づき、可動部３２ａ（３２ｃ）のヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂを測定することが可能である。また、点Ｐ４（Ｐ９）およびＰ５（Ｐ１０）の測定値に基づいて可動部３２ａ（３２ｃ）の横方向の変位ｄＡも測定する。なお、可動部３２ａおよび３２ｃは基部１の側面側のレール３１に取り付けられているので、可動部２２ａおよび２２ｃと異なり、可動部３２ａおよび３２ｃの横方向Ａは鉛直方向（矢印Ｚ方向）と一致し、可動部３２ａおよび３２ｃの上下方向（ラジアル方向、逆ラジアル方向）は水平方向と一致する。

次に、図１〜図９を参照して、塗装ロボット１０の故障発生時の復旧手順について説明する。

まず、図４〜図６に示すように、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃに対して、上記のキー４１、４２、５１および５２をそれぞれ取り付ける。また、マグネットスタンド４３、４６、５３および５６を設置し、それぞれセンサ取付治具４４、４７、５４および５７を介して変位センサ４５、４８、５５および５８を固定する。

次に、一旦塗装ロボット１０を走行台車２０から取り外すとともに、各変位センサ４５、４８、５５および５８の測定値を０にリセットする。すなわち、直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に対する荷重を取り除いた状態を変位の基準値として設定する。

その後、塗装ロボット１０を走行台車２０に取り付け、塗装ロボット１０に実際の塗装作業動作を実行させながら、直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位測定を行う。塗装作業動作において、塗装ロボット１０は、Ｌ軸１４回りの前方に角度α（図１参照）の範囲内で上下に回動するとともに、Ｓ軸１５回りの左右方向にそれぞれ角度β（図２参照）の範囲内で回動（首振り）する。この結果、塗装ロボット１０および走行台車２０の重量と、塗装ロボット１０の慣性力とに起因して、直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に作用する荷重は変化する。この荷重の変化が、荷重を取り除いた状態でリセットした基準値からの各方向における変位となって計測される。このようにして、各変位センサ４５、４８、５５および５８の測定値に基づいて、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの上下方向の変位ｄＢと、横方向の変位ｄＡと、ローリング方向の変位ｄＭ_Ｃと、ヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂと、ピッチング方向の変位ｄＭ_Ａとが、それぞれ計測される。変位計測により、たとえば、ローリング方向の変位ｄＭ_Ｃと、ヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂと、ピッチング方向の変位ｄＭ_Ａとについて、図７に示す変位データが取得される。この図７に示す変位データでは、ローリング方向の変位ｄＭ_Ｃがヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂおよびピッチング方向の変位ｄＭ_Ａと比較して大きいことが分かる。

各方向の変位が測定されると、図８および図９に示すように、直動軸受に加わる各方向の荷重（モーメント）と変位量との関係を示すグラフ（剛性線図）を用いて、実際に直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重を取得する。この剛性線図は、直動軸受の製品毎に、製造元より提供を受けるか、または実際に直動軸受（同一製品）に対して試験を行うことにより取得する。本実施形態において、可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃについて、図８に示す剛性線図（荷重−変位曲線）では、たとえば、逆ラジアル方向（矢印Ｂ１方向、図３参照）に０．０１［ｍｍ］の変位ｄＢが測定された場合、約２［ｋＮ］の荷重が直動軸受の可動部に加わっていることを示している。同様に、横方向（Ａ方向）に０．０１［ｍｍ］の変位ｄＡが測定された場合、約３［ｋＮ］の荷重が直動軸受の可動部に加わっており、ラジアル方向（矢印Ｂ２方向、図３参照）に０．０１［ｍｍ］の変位ｄＢが測定された場合、約７［ｋＮ］の荷重が直動軸受の可動部に加わっていることを示している。また、図９に示す剛性線図（モーメント−変位（角度）曲線）では、たとえば、ローリング方向にｔａｎθ＝０．００５の変位ｄＭ_Ｃが測定された場合、約５０［Ｎ・ｍ］のモーメントが直動軸受の可動部に加わっていることを示している。同様に、ピッチング方向にｔａｎθ＝０．００５の変位ｄＭ_Ａが測定された場合、約４００［Ｎ・ｍ］のモーメントが直動軸受の可動部に加わっており、ヨーイング方向にｔａｎθ＝０．００５の変位ｄＭ_Ｂが測定された場合、約６００［Ｎ・ｍ］のモーメントが直動軸受の可動部に加わっていることを示している。なお、各方向における２点の測定点（たとえば、点Ｐ１（Ｐ６）および点Ｐ２（Ｐ７））間の距離Ｌ１の場合に、２点の測定点における変位量の差分をｘとすれば、ｔａｎθ＝ｘ／Ｌ１である。また、角度変位θが小さいとき、ｔａｎθ≒θとみなすことができる。これにより、各方向について実際に計測された変位を生じる場合に、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃに作用している荷重（モーメント）が取得される。

その後、取得された荷重（モーメント）に基づいて、取得した荷重（モーメント）が作用する状態で設計上の寿命（走行距離）を得ることが可能な直動軸受を選定する。取得された荷重（モーメント）が設計時に想定された負荷条件を上回る場合には、改めて、取得された荷重（モーメント）に基づく寿命計算を行い、設定したＬ１０寿命（走行距離）を得ることが可能な直動軸受を選定する。この際、横方向の荷重と、上下方向（ラジアル方向および逆ラジアル方向）の荷重との両方に対して略等しい剛性（定格荷重）を有する直動軸受（いわゆる４方向等荷重型の直動軸受）を選定する。また、取得された荷重（モーメント）が設計時の寿命計算において想定された荷重と同等の範囲内であれば、今回の故障は確率の問題（すなわち、Ｌ１０寿命において寿命に到達しない１０％の群に含まれること）、または、他の要因により故障に至った可能性がある。

直動軸受が選定されると、ロボット装置１０の可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃを、選定された新たな直動軸受に交換する復旧作業を行う。以上により、塗装ロボット１０の故障時の復旧が完了し、実際の塗装作業においても設計された寿命を得ることが可能な直動軸受に交換される。

本実施形態では、上記のように、故障発生時に直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位を実際に測定し、測定された直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位に基づいて、直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）に加わる荷重と直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）の変位との関係を示したグラフを用いて直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重を取得する。これにより、実際に測定される直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位に基づいて直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重が取得されるので、通常の寿命計算では考慮されない変形などの影響が反映された、直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に実際に作用する荷重を取得することができる。そして、取得した直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定することによって、塗装ロボット１０の直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）に実際に作用する荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定することができるので、塗装ロボット１０に故障が発生した場合に、最適な剛性を有する直動軸受を選定することができる。その結果、復旧時に最適な寿命を有する直動軸受に交換することができる。

また、本実施形態では、上記のように、塗装ロボット１０を走行台車２０から取り外した状態で測定値を０にリセットして（変位の基準として）、塗装ロボット１０を走行台車２０上に設置した状態における直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位を測定することによって、塗装ロボット１０の重量に起因する直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変形（撓み）が発生しない状態を変位の基準として変位測定を行うことができる。これにより、通常の寿命計算では考慮されない塗装ロボット１０の重量に起因する直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変形などの影響を変位の測定値に反映させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、走行台車２０上に設置された塗装ロボット１０の作業動作状態における直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位を実際に測定することによって、塗装ロボット１０の実際の作業動作時に発生する慣性力などの影響を直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位の測定値に反映させることができるので、測定された直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位に基づいて直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重を取得することによって、より正確に、塗装ロボット１０の作業動作時に実際に直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に作用する荷重を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの移動方向（Ｃ方向）を軸とした回転方向であるローリング方向（Ｍ_Ｃ方向）の変位ｄＭ_Ｃを測定する。ここで、レール２１（３１）上を可動部２２ａ〜２２ｃ（３２ａ〜３２ｃ）が直線移動する直動軸受２（３）では、構造上、ローリング方向に直動軸受２および３の変形が発生し易いので、この可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃのローリング方向の変位ｄＭ_Ｃを測定することによって、変位が大きいために影響が大きいと考えられるローリング方向の変位ｄＭ_Ｃに対応するローリング方向の荷重（モーメント）を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの移動方向と直交する横方向（Ａ方向）を軸とした回転方向であるピッチング方向（Ｍ_Ａ方向）の変位ｄＭ_Ａと、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの移動方向と直交する上下方向（Ｂ方向）を軸とした回転方向であるヨーイング方向（Ｍ_Ｂ方向）の変位ｄＭ_Ｂとをそれぞれ測定することによって、測定されたピッチング方向の変位ｄＭ_Ａとヨーイング方向の変位ｄＭ_Ｂとに基づいて、ローリング方向（Ｍ_Ｃ方向）の荷重（モーメント）に加えて、可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃに加わるピッチング方向（Ｍ_Ａ方向）の荷重（モーメント）とヨーイング方向（Ｍ_Ａ方向）の荷重（モーメント）とを取得することができる。これにより、ローリング方向、ピッチング方向およびヨーイング方向の各方向の実際の荷重（モーメント）に適合する剛性を有する直動軸受を選定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃの移動方向（Ｃ方向）と直交する横方向（Ａ方向）の荷重と、可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃの移動方向と直交する上下方向（Ｂ方向）の荷重との両方に対して略等しい剛性を有する直動軸受を選定することによって、ローリング方向の荷重（モーメント）に対する剛性の大きな直動軸受を選定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、取得した直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重が作用する状態で設計上の寿命を得ることが可能な直動軸受を選定することによって、測定された直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）の変位に基づいて取得した直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重が作用する状態を前提として、設計した寿命を得ることが可能な直動軸受を選定することができる。これにより、選定された直動軸受の寿命計算に用いる荷重を実際に直動軸受２および３（可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ）に加わる荷重と略一致させることができるので、故障発生時の復旧後には、寿命計算に用いる荷重と実際に直動軸受２および３（可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃ）に加わる荷重との相違に起因して、計算された寿命よりも短い期間で故障が発生するのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明を塗装ロボット１０の故障発生時の復旧に適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、案内レールと、案内レール上を直線移動する可動部とを有する直動軸受を用いて移動可能な走行台車上に設置された生産設備であれば、塗装ロボット１０以外の他の生産設備の故障発生時の復旧方法として適用可能である。したがって、たとえば、溶接ロボット、組み立てロボットおよびレシプロケータ（往復自動塗装機）などの故障発生時の復旧方法に本発明を適用してもよい。また、本発明の生産設備として、上記実施形態において示した塗装ロボット１０以外の塗装ロボットを用いてもよい。すなわち、塗装ロボットは、たとえば７軸（７自由度）以上のロボットアームを有していてもよいし、５軸（５自由度）以下のロボットアームを有していてもよい。

また、上記実施形態では、レール２１と係合する可動部２２ａ〜２２ｃを上面が水平となるように配置し、レール３１と係合する可動部３２ａ〜３２ｃを上面が垂直になるように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、直動軸受はどのように配置されていてもよい。したがって、可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃを全て上面が水平となるように配置してもよいし、可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃを全て上面が垂直となるように配置してもよい。また、レールを１本または３本以上設けて、それぞれ１または複数の可動部を配置してもよい。

また、上記実施形態では、走行台車２０に直動軸受２および３の可動部を合計６つ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、直動軸受の可動部を５つ以下または７つ以上設けてもよい。

また、上記実施形態では、直動軸受２および３の合計６つの可動部２２ａ〜２２ｃおよび３２ａ〜３２ｃのうち、両端の４つの可動部２２ａ、２２ｃ、３２ａおよび３２ｃの変位を計測した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、６つの可動部全ての変位を計測してもよい。また、５つまたは３つ以下の可動部の変位を計測してもよい。ただし、塗装ロボットの重心位置や塗装ロボットの塗装動作により、各可動部に作用する荷重はそれぞれ異なるので、各直動軸受（可動部）に実際に作用する荷重を精度よく取得するためには、より多くの可動部の変位を計測した方が好ましい。

また、上記実施形態では、上下方向（ラジアル方向および逆ラジアル方向、Ｂ方向）と、横方向（Ａ方向）と、ローリング方向（Ｍ_Ｃ方向）と、ヨーイング方向（Ｍ_Ｂ方向）と、ピッチング方向（Ｍ_Ａ方向）との各方向の変位について計測した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ローリング方向、ヨーイング方向およびピッチング方向の３方向（回転方向）についてのみ変位の測定を行ってもよいし、ローリング方向の変位のみを測定してもよい。

また、上記実施形態では、一旦塗装ロボット１０を走行台車２０から取り外して、直動軸受に対する荷重を取り除いた状態を変位の基準値として変位測定を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、塗装ロボットが設置された静止状態を変位の基準として、塗装ロボットの塗装作業動作状態における直動軸受の変位を計測してもよい。

また、上記実施形態では、塗装ロボット１０に実際の塗装作業動作を実行させながら、直動軸受の変位測定を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変位測定用の動作を塗装ロボットに実行させて、その変位測定用の動作状態における直動軸受の変位を計測してもよい。変位測定用の動作としては、たとえば塗装ロボットのロボットアームの各軸の可動範囲の限界の位置まで往復駆動するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、横方向の荷重と、上下方向（ラジアル方向および逆ラジアル方向）の荷重との両方に対して略等しい剛性を有する直動軸受（いわゆる４方向等荷重型）を選定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、取得された各方向の荷重（モーメント）に適合する直動軸受を選定すれば、４方向の剛性がそれぞれ異なるタイプの直動軸受を選定してもよい。

また、上記実施形態では、変位センサの測定子を各測定位置に直接接触させて直動軸受の変位測定を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、直動軸受（可動部）の各方向の変位を測定することが可能であれば、どのような方法で変位測定を実施してもよい。たとえば、レーザー変位計などを用いて非接触で変位測定を行ってもよい。

２、３直動軸受
１０塗装ロボット（生産設備）
２０走行台車
２１、３１レール（案内レール）
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ可動部
Ａ方向直動軸受の横方向
Ｂ方向直動軸受の上下方向
Ｃ方向直動軸受の可動部の移動方向
Ｍ_Ａ方向ピッチング方向
Ｍ_Ｂ方向ヨーイング方向
Ｍ_Ｃ方向ローリング方向

Claims

案内レールと、前記案内レール上を直線移動する可動部とを有する直動軸受を用いて移動可能な走行台車上に設置された生産設備の故障発生時の復旧方法であって、
故障発生時に前記直動軸受の変位を実際に測定するステップと、
測定された前記直動軸受の変位に基づいて、前記直動軸受に加わる荷重と前記直動軸受の変位との関係を示したグラフを用いて前記直動軸受に加わる荷重を取得するステップと、
取得した前記直動軸受に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を選定するステップと、
選定した前記直動軸受に加わる荷重に適合する剛性を有する直動軸受を、故障の発生した前記走行台車の前記直動軸受と交換するステップとを備え、
前記生産設備は、前記走行台車上に設置されるとともに多軸のロボットアームを有するロボットであり、
前記直動軸受の変位を実際に測定するステップは、前記生産設備の故障発生時に変位センサを前記案内レールに設置するとともに、前記走行台車を移動させることなく、前記走行台車上に設置された前記ロボットの前記ロボットアームを動作させる作業動作状態における前記案内レールに対する前記直動軸受の変位を実際に測定するステップを含む、生産設備の故障発生時の復旧方法。
前記直動軸受の変位を実際に測定するステップは、前記生産設備を前記走行台車から取り外した状態を変位の基準として、前記生産設備を前記走行台車上に設置した状態における前記直動軸受の変位を測定するステップを含む、請求項１に記載の生産設備の故障発生時の復旧方法。
前記直動軸受の変位を実際に測定するステップは、前記直動軸受の可動部の移動方向を軸とした回転方向であるローリング方向の変位を少なくとも測定するステップを含む、請求項１または２に記載の生産設備の故障発生時の復旧方法。
前記直動軸受の変位を実際に測定するステップは、前記直動軸受の可動部の移動方向と直交する横方向を軸とした回転方向であるピッチング方向の変位と、前記直動軸受の可動部の移動方向と直交する上下方向を軸とした回転方向であるヨーイング方向の変位とをそれぞれ測定するステップをさらに含む、請求項３に記載の生産設備の故障発生時の復旧方法。
前記直動軸受を選定するステップは、前記直動軸受の可動部の移動方向と直交する横方向の荷重と、前記直動軸受の可動部の移動方向と直交する上下方向の荷重との両方に対して略等しい剛性を有する直動軸受を選定するステップを含む、請求項３または４に記載の生産設備の故障発生時の復旧方法。
前記直動軸受を選定するステップは、取得した前記直動軸受に加わる荷重が作用する状態で所定の寿命を得ることが可能な直動軸受を選定するステップを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の生産設備の故障発生時の復旧方法。