JP7081535B2 - エアクランプ装置の故障診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、エアクランプ装置の故障診断方法に関する。

管路を流れる流体の漏れを検出する方法が検討されている。特許文献１には、管路にサージ圧発生手段と圧力検出手段を配置し、管路の敷設前後でのサージ圧を比較することで管路を流れる流体の漏れの有無を判別する方法が開示されている。

特許第４３９４５２０号公報

ところで、ワークを固定するクランプアームとクランプアームを駆動するアクチュエータであるエアシリンダを備えるエアクランプ装置が知られている。エアクランプ装置は、エア供給源よりエアシリンダに対してエアを供給するとクランプアームによってワークが固定され、エアシリンダからエアを排出するとクランプアームによるワークの固定が解除される。エア供給源とエアシリンダとの間の配管やエアシリンダ自身からエアが漏れていると、エアシリンダが適正に動作しなくなり、クランプアームによりワークを適正に固定することができなくなる。このため、エアクランプ装置において、エア漏れの程度を適正に検出して故障診断する方法が望まれている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、故障診断を行う際に、配管にサージ圧発生手段と圧力検出手段を配置する必要があるが、これらを配置すると、コストが増大し、設置のためのスペースが必要になるという問題があった。また、製造工程において、エアシリンダ装置の稼働中にエア漏れを検出させると、そのための時間を要し、生産性が低下するという問題があった。このため、製造工程においてエアシリンダ装置が稼働している際に突発的に発生するエア漏れを検出できないという問題がある。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、エアクランプ装置のエア漏れを、検出装置を用いずに毎回検出することができる、エアクランプ装置の故障診断方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様に係るエアクランプ装置の故障診断方法は、ワークを固定するクランプアームと、エアの供給と排出により作動するアクチュエータであり前記クランプアームを駆動させるエアシリンダと、を備えるエアクランプ装置の故障診断方法であって、前記エアクランプ装置の正常時に、前記エアシリンダへのエアの供給を停止している間隔と前記エアシリンダにエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す第１回帰直線、及び、前記エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきである第１ばらつきを予め取得する第１のステップと、前記エアクランプ装置を製造工程で稼働させている時に、前記エアシリンダへのエアの供給を停止している間隔と前記エアシリンダにエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す第２回帰直線、及び、前記エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきである第２ばらつきを取得する第２のステップと、前記第１回帰直線と前記第２回帰直線とを比較し、前記第１回帰直線に対する前記第２回帰直線のずれの程度に応じて、前記エアクランプ装置が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する第３のステップと、前記第３のステップにおいて故障と判定された場合に、前記第１ばらつきと前記第２ばらつきとを比較することにより故障の程度を判定する第４のステップと、を備える。

上記方法では、エアの供給を停止している間隔とエアシリンダにエアを供給した際に生じるサージ圧との関係より、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する。このようにすることで、エアシリンダにエアの供給と停止を間欠的に繰り返す場合にもエアシリンダや配管からのエア漏れを適切に検出することができる。また、故障であると判定された場合に、エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきより、故障の程度を判定する。このように故障の軽重を判定することで、装置を直ちに停止する必要があるか仕掛かり中の処理が完了してから停止すれば良いかを判別できる。

本発明によれば、エアクランプ装置のエア漏れを、検出装置を用いずに毎回検出することができる。

本実施の形態に係るエアクランプ装置の故障診断方法における、診断対象であるエアクランプ装置の構成、及び、診断のための機器の構成について示すブロック図である。 製造工程における電磁弁の開閉動作の一例を示す模式図である。 製造工程において稼働しているエアクランプ装置が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する処理について説明するグラフである。 製造工程において稼働しているエアクランプ装置において故障が生じていると判定された場合に、故障の程度を判定する処理について説明するグラフである。 本実施の形態に係るエアクランプ装置の故障診断方法の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

まず、図１を参照して本実施の形態に係るエアクランプ装置の故障診断方法における、診断対象であるエアクランプ装置の構成、及び、診断のための機器の構成について説明する。ここで、エアクランプ装置は、製造工程において対象物であるワークを固定するための装置である。

図１は、本実施の形態に係るエアクランプ装置の故障診断方法における、診断対象であるエアクランプ装置５０の構成、及び、診断のための機器の構成について示すブロック図である。図１に示すように、エアクランプ装置５０は、クランプアーム５１と、エアシリンダ５２と、配管５３と、電磁弁５４と、制御部５５と、を備えている。

クランプアーム５１は、ワークを固定するためのものである。エアシリンダ５２は、エアの供給と排出により作動するアクチュエータであり、クランプアーム５１を駆動させる。エアシリンダ５２に対してエアを供給するとクランプアーム５１によってワークが固定され、エアシリンダ５２からエアを排出するとクランプアーム５１によるワークの固定が解除される。

エアはエア供給源６１より配管５３を介してエアシリンダ５２に供給される。配管５３における、エアシリンダ５２とエア供給源６１との間には、電磁弁５４が設けられている。電磁弁５４を開にすることによりエアシリンダ５２にエアが供給され、電磁弁５４を閉にすることによりエアシリンダ５２へのエアの供給が停止する。

制御部５５は、製造工程において、電磁弁５４の開閉を制御する。図２は、製造工程における電磁弁５４の開閉動作の一例を示す模式図である。図２において、横軸は経過時間［ｓｅｃ］、縦軸は電磁弁５４の状態（開か、閉か）である。図２に示すように、製造工程において、制御部５５（図１参照）の指令により、電磁弁５４の開閉が繰り返される。Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、エアシリンダ５２（図１参照）へのエアの供給を停止している間隔を示す。

再び図１を参照し、本実施の形態に係る、エアクランプ装置の故障診断方法に用いる機器について説明する。演算装置１０は、本実施の形態に係る、エアクランプ装置の故障診断方法に関する処理を行うためのものである。演算装置１０は、ＣＰＵなどの演算部１１と、メモリなどの記憶部１２と、を備える、一般的なパーソナルコンピュータである。また、圧力計６２は、配管５３におけるエアシリンダ５２と電磁弁５４との間に配置されており、エアシリンダ５２におけるエアの圧力を測定する。表示装置６３は、診断結果を表示するもので、例えばディスプレイである。

配管５３やエアシリンダ５２自身からエアが漏れていると、エアシリンダ５２が適正に動作しなくなり、クランプアーム５１によりワークを適正に固定することができなくなる。このため、エアクランプ装置５０において、エア漏れの程度を適正に検出して故障診断を行う必要がある。演算部１１は、記憶部１２に記憶されたデータ、圧力計６２により取得された圧力値、及び、電磁弁５４の開閉状況に基づいてエアクランプ装置の故障診断を行う。

次に、本実施の形態に係る、エアクランプ装置の故障診断方法について具体的に説明する。なお、以下の説明においては図１についても適宜参照する。
図３は、製造工程において稼働しているエアクランプ装置５０が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する処理について説明するグラフである。図３において、横軸がエアシリンダ５２へのエアの供給を停止している間隔［ｓｅｃ］、縦軸がエアシリンダ５２にエアを供給した際に生じるサージ圧［ＭＰａ］である。

図３中のＬ１は第１回帰直線である。第１回帰直線Ｌ１は、エアクランプ装置５０の正常時に、エアシリンダ５２へのエアの供給を停止している間隔とエアシリンダ５２にエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す回帰直線である。図３中のＬ２、Ｌ３、Ｌ４は、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定するための閾線である。

エアクランプ装置５０を製造工程で稼働させている時に、エアシリンダ５２へのエアの供給を停止している間隔とエアシリンダ５２にエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す回帰直線を、第２回帰直線とする。第２回帰直線が閾線Ｌ２と閾線Ｌ３の間にある場合には、エアクランプ装置５０は正常であると判定する。

第２回帰直線が閾線Ｌ２と閾線Ｌ４の間にある場合には、エアクランプ装置５０には故障の予兆があると判定する。ここで、故障の予兆があるとは、エアクランプ装置５０において、修理等の処置をしなければならない訳ではないが、正常時に対してエアの漏れがやや多く、経過の観察が必要な場合を意味する。

第２回帰直線が閾線Ｌ４を下回っている場合には、エアクランプ装置５０に故障が生じていると判定する。ここで、エアクランプ装置５０に故障が生じている、とは、正常時に対してエアの漏れが多く、修理等の処置をしなければならない場合を意味する。

このように、第１回帰直線Ｌ１に対する第２回帰直線のずれの程度に応じて、エアクランプ装置５０が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する。なお、第２回帰直線が閾線Ｌ３を上回っている場合には、エアクランプ装置５０において、エアの漏れは生じていないが、エアシリンダ５２の動作不良など、エアの漏れ以外の不具合が生じている可能性が高いと考えられる。

エアクランプ装置５０に故障が生じていると判定された場合には、さらに故障の程度を判定する処理を行う必要がある。図４は、正常な状態のエアクランプ装置５０において、電磁弁５４を開いてエアシリンダ５２にエアを供給したときのエアの圧力の絶対値の推移について示すグラフである。図４の上段には、電磁弁５４を開にしてからの経過時間とエアシリンダ５２に供給されたエアの圧力の絶対値との関係を示す。図４の下段には、電磁弁５４を開にしてからの経過時間と電磁弁５４の状態との関係を示す。また、図４の上段のグラフにおいて、横軸が電磁弁５４を開にしてからの経過時間［ｓｅｃ］、縦軸がエアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値［ＭＰａ］である。図４の下段のグラフにおいて、横軸が電磁弁５４を開にしてからの経過時間［ｓｅｃ］、縦軸が電磁弁５４の状態（開か、閉か）である。

電磁弁５４を開にした直後、エアシリンダ５２に供給されたエアの圧力の絶対値は急上昇する。なお、エアの圧力の絶対値が急上する期間は１ｓｅｃより短い。その後、エアの圧力の絶対値は安定する。そして、電磁弁５４を閉にするとエアの圧力の絶対値は下降してゼロになる。図４の上段のグラフ中に示された、安定期間Ｗ５は、エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間である。図４に示す、電磁弁５４を開にしてから閉にするまでの区間を１サイクルとする。

予め、正常な状態のエアクランプ装置５０において、電磁弁５４を開にしてから閉にするまでの区間を所定サイクル数Ｎ繰り返す。つまり、図４に示す、電磁弁５４を開にしてから閉にするまでの区間をＮ回繰り返す。ここで、所定サイクル数Ｎは、例えば２０である。そして、それぞれのサイクルにおいて、エアシリンダ５２に供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力を算出し、所定サイクル数Ｎ間での平均圧力のばらつき（第１ばらつき）を取得する。つまり、Ｎ個の平均圧力が得られるので、データ数Ｎの平均圧力についてばらつきを算出する。

同様にして、エアクランプ装置５０を製造工程で稼働させている時に、エアシリンダ５２に供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力を所定サイクルＮ分算出する。そして、所定サイクル数Ｎ間でのばらつきである第２ばらつきを取得する。エアクランプ装置５０が故障と判定された場合には、第１ばらつきと第２ばらつきとを比較し、第１ばらつきと第２ばらつきとの差に応じて故障の程度を判定する。つまり、第１ばらつきと第２ばらつきとの差が、第１閾値以下であれば軽微故障、第１閾値を超えていれば重大故障と判定する。なお、第２ばらつきが、例えば３σを超えている場合に重大故障と判定する、といった具合に、統計処理の手法に基づいて軽微故障か重大故障かを判定するようにしてもよい。

次に、本実施の形態に係る、エアクランプ装置の故障診断方法の処理の流れについて以下で説明する。なお、以下の説明においては図１についても適宜参照する。
図５は、本実施の形態に係る、エアクランプ装置の故障診断方法の処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、まず、エアクランプ装置５０の正常時に、第１回帰直線、及び、第１ばらつきを予め取得する（ステップＳ１０１）。続いて、エアクランプ装置５０を製造工程で稼働させている時に第２回帰直線、及び、第２ばらつきを取得する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２に続いて、第１回帰直線と第２回帰直線とを比較し、エアクランプ装置５０が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、正常であると判定された場合には、処理をステップＳ１０２に戻す。ステップＳ１０３において、故障の予兆があると判定された場合には、故障の予兆があることを表示装置６３等に表示し、経過を観察しつつ（ステップＳ１０４）、処理をステップＳ１０２に戻す。

ステップＳ１０３において、故障であると判定された場合には、第１ばらつきと第２ばらつきとを比較し、重大故障か、軽微故障か、を判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、軽微故障であると判定された場合には、仕掛かり中の処理の完結後にエアクランプ装置５０を停止して原因究明と復旧作業を実施する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５において、重大故障であると判定された場合には、エアクランプ装置５０を直ちに停止して原因究明と復旧作業を実施する（ステップＳ１０７）。

以上により、本実施の形態に係るエアクランプ装置の故障診断方法では、エアの供給を停止している間隔とエアシリンダ５２にエアを供給した際に生じるサージ圧との関係より、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する。このようにすることで、エアクランプ装置のエア漏れを、検出装置を用いずに毎回検出することができる。また、故障であると判定された場合に、エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきより、故障の程度を判定する。このように故障の軽重を判定することで、装置を直ちに停止する必要があるか仕掛かり中の処理が完了してから停止すれば良いかを判別できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 演算装置
１１ 演算部
１２ 記憶部
５０ エアクランプ装置
５１ クランプアーム
５２ エアシリンダ
５３ 配管
５４ 電磁弁
５５ 制御部
６１ エア供給源
６２ 圧力計
６３ 表示装置

Claims (1)

1. ワークを固定するクランプアームと、エアの供給と排出により作動するアクチュエータであり前記クランプアームを駆動させるエアシリンダと、を備えるエアクランプ装置の故障診断方法であって、
   前記エアクランプ装置の正常時に、前記エアシリンダへのエアの供給を停止している間隔と前記エアシリンダにエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す第１回帰直線、及び、前記エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきである第１ばらつきを予め取得する第１のステップと、
   前記エアクランプ装置を製造工程で稼働させている時に、前記エアシリンダへのエアの供給を停止している間隔と前記エアシリンダにエアを供給した際に生じるサージ圧との関係を示す第２回帰直線、及び、前記エアシリンダに供給されたエアの圧力の絶対値が安定している所定期間における平均圧力の所定サイクル数間でのばらつきである第２ばらつきを取得する第２のステップと、
   前記第１回帰直線と前記第２回帰直線とを比較し、前記第１回帰直線に対する前記第２回帰直線のずれの程度に応じて、前記エアクランプ装置が、正常か、故障の予兆があるか、故障か、を判定する第３のステップと、
   前記第３のステップにおいて故障と判定された場合に、前記第１ばらつきと前記第２ばらつきとを比較することにより故障の程度を判定する第４のステップと、を備える、エアクランプ装置の故障診断方法。

Images