JPH09198123A - モータを動力源とする機械の動作状態モニタ装置およびモータを動力源とする機械の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータを動力源として用いている機械全体の
異常を検出し、また、異常発生箇所の推定を行う異常診
断方法を提供する。 【解決手段】 回転軸５３の一定回転角ごとに、モータ
５１の消費電力を測定し、該測定結果が予め決められた
電力範囲から外れた場合に、異常ありと判断し、その時
の回転軸５３の回転角からその時動作している動作箇所
を求め、求めた箇所が異常発生箇所と推定することを特
徴とするモータを動力源とする機械の異常診断方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを動力源と
する機械の状態を診断するために、該機械の動作状態を
モニタする動作状態モニタ装置、および該機械の状態を
診断する異常診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータを動力源とする機械に発生
した異常の有無を診断するための方法としては、特開平
６−３０４８００号公報、特開昭６３−３３３９８号公
報に開示されているように、振動法、超音波法、応力超
音波法などがあり、それぞれ測定装置が市販されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来の診断方
法およびそのための測定装置の応用範囲は、定常回転機
械、例えばポンプや吸排気装置のファンなど、または真
空装置や圧力容器、もしくはモータ単体など、比較的高
速回転するような機械の異常を検知するためのものであ
り、この様な機械の診断に適したものである。

【０００４】しかしながら、モータの回転運動が往復運
動に変換され、また、間欠動作を行い、さらに、衝撃加
重が加わるといった、負荷、変位、速度、加速度などが
逐次変化する複合動作機械では、振動や変位量の傾向管
理だけでは、機械全体としての異常の有無を検知し、そ
の診断を行うことができなかった。

【０００５】そこで本発明の目的は、モータを動力源と
して用いている機械、特に、往復運動する動作部位を有
する複合動作機械全体の異常を検知し、異常発生箇所の
推定を行うために、機械の動作状態をモニタするモニタ
装置を提供し、また、このような機械の異常の有無を検
知して、異常発生箇所を推定するための異常診断方法を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、モータを動力源として、少
なくとも該モータによる回転運動を伝達する回転軸と、
該回転軸の回転運動を往復運動に転換する運動方向転換
手段と、該運動方向転換手段に接続されて往復運動する
動作部位と、を有する機械の動作状態をモニタするため
の動作状態モニタ装置であって、前記回転軸の動作量を
測定する回転軸動作量測定手段と、前記モータの消費電
力を測定するモータ消費電力測定手段と、前記動作部位
の動作量を測定する動作部位動作量測定手段と、前記モ
ータ消費電力測定手段が測定した前記モータの消費電力
を記憶するモータ消費電力記憶手段と、前記動作部位動
作量測定手段が測定した動作部位の動作量を記憶する動
作量記憶手段と、前記モータ消費電力測定手段が測定す
る前記モータの消費電力を前記回転軸動作量測定手段が
測定する回転軸動作量の一定間隔ごとに、前記消費電力
記憶手段に記憶させ、かつ前記動作部位動作量測定手段
が測定する動作部位の動作量を前記回転軸動作量測定手
段が測定する回転軸動作量の一定間隔ごとに、前記動作
量記憶手段に記憶させる制御手段と、よりなることを特
徴とする動作状態モニタ装置である。

【０００７】また請求項２記載の本発明は、請求項１記
載の動作状態モニタ装置において、前記機械が、プレス
機械用搬送装置であって、前記往復運動する動作部位に
よってワークを保持するものであることを特徴とする動
作状態モニタ装置である。

【０００８】また上記目的を達成するための請求項３記
載の本発明は、モータを動力源として、少なくとも該モ
ータによる回転運動を伝達する回転軸と、該回転軸の回
転運動を往復運動に転換する運動方向転換手段と、該運
動方向転換手段に接続されて往復運動する動作部位と、
を有する機械の状態を診断するための異常診断方法であ
って、前記回転軸の動作量を測定し、該測定した回転軸
の動作量の一定間隔ごとに、前記モータの消費電力を測
定し、該測定したモータの消費電力が予め決められた消
費電力範囲から外れた場合に、前記機械に異常があると
判断し、該異常があると判断したときの前記モータ消費
電力が測定された前記回転軸の動作量から、その回転軸
の動作量のときに動作している動作箇所を、予め定めら
れている前記動作部位の動作線図から求め、該求めた動
作箇所に異常があると推定することを特徴とする異常診
断方法である。

【０００９】さらに上記目的を達成するための請求項４
記載の本発明は、モータを動力源として、少なくとも該
モータによる回転運動を伝達する回転軸と、該回転軸の
回転運動を往復運動に転換する運動方向転換手段と、該
運動方向転換手段に接続されて往復運動する動作部位
と、を有する機械の状態を診断するための異常診断方法
であって、前記回転軸の動作量を測定し、該測定した回
転軸の動作量の一定間隔ごとに、前記モータの消費電力
と、前記動作部位の動作量とを測定し、該測定したモー
タの消費電力が予め決められた消費電力範囲から外れた
場合に、前記機械に異常があると判断し、該異常がある
と判断したときの前記モータ消費電力が測定された前記
回転軸の動作量から、その回転軸の動作量のときに動作
している動作箇所を、前記測定した動作部位の動作量か
ら求め、該求めた動作箇所に異常があると推定すること
を特徴とする異常診断方法である。

【００１０】また請求項５記載の本発明は、請求項３ま
たは請求項４記載の異常診断方法において、前記予め決
められた消費電力範囲が、前記回転軸の１回転を１回の
測定として、前記測定したモータ消費電力を順次記憶
し、該記憶を元に、前記回転軸の動作量ごとに、前記測
定したモータ消費電力の度数分布を求め、該求めた度数
分布から前記消費電力範囲を決定するものであることを
特徴とする異常診断方法である。

【００１１】さらに請求項６記載の本発明は、請求項３
〜５のいずれか一つに記載の異常診断方法において、前
記機械が、プレス機械用搬送装置であって、前記往復運
動する動作部位によってワークを保持するものであるこ
とを特徴とする異常診断方法である。

【００１２】

【発明の効果】上述のように構成された本発明は、請求
項ごとに以下のような効果を奏する。請求項１記載の本
発明によれば、モータの消費電力を測定して、その測定
結果をモータの回転運動を伝達する回転軸動作量の一定
間隔ごとに記憶し、かつこの回転軸動作量の一定間隔ご
とに動作部位の動作量を記憶することとしたので、回転
軸の動作量を基準として消費電力の変化と動作部位の動
作位置と関係が分かる。したがって、負荷、変位、速
度、加速度などが逐次変化するような複合動作機械であ
っても、例えば機械に何等かの異常が発生してモータの
消費電力が変化したときの動作部位の箇所を推定するこ
とが可能となる。

【００１３】請求項２記載の本発明によれば、プレス機
械用搬送装置において、前記請求項１に記載の発明と同
様に、モータの消費電力を測定して、その測定結果を回
転軸動作量の一定間隔ごとに記憶することとしたので、
消費電力が変化した位置とプレス機械用搬送装置の各動
作部位の動作位置との関係がわかり、前記請求項１記載
の発明の効果と同様の効果を奏する。

【００１４】請求項３記載の本発明によれば、モータの
消費電力を回転軸の動作量を基準に測定し、測定した消
費電力が予め決められた範囲から外れた場合に異常あり
と判断して、その時の動作部位を回転軸の動作量を基準
に予め決められた動作線図から求め、これを異常箇所と
推定することとしたので、負荷、変位、速度、加速度な
どが逐次変化するような複合動作機械であっても、機械
の故障や不具合など、異常の発生を早期に、しかもその
異常発生箇所の推定まで行うことが可能となり、機械の
保守点検作業の効率化が図れる。

【００１５】請求項４記載の本発明によれば、モータの
消費電力と動作部位の動作量とを回転軸の動作量を基準
に測定し、測定した消費電力が予め決められた範囲から
外れた場合に異常ありと判断して、その時の動作部位を
回転軸の動作量を基準にして測定した動作部位の動作量
から求め、これを異常箇所と推定することとしたので、
負荷、変位、速度、加速度などが逐次変化するような複
合動作機械であっても、機械の故障や不具合など、異常
の発生を早期に、しかもその異常発生箇所の推定まで行
うことが可能となり、機械の保守点検作業の効率化が図
れる。

【００１６】請求項５記載の本発明は、前記請求項３ま
たは４記載の異常診断方法において、異常の有無を判断
する基準を、測定したモータ消費電力を記憶し、その度
数分布から求めることとしたので、機械の経時変化や、
機械が扱うワークが変更になった場合に、機械にかかる
負荷が変化したために起こるモータの消費電力の変化な
ど、機械の異常とは異なる要因によるモータ消費電力の
変化を異常と判断することがなく、より効率的な異常診
断を行うことができる。

【００１７】請求項６記載の本発明によれば、前記請求
項３〜５のいずれか一つに記載の発明をプレス機械用搬
送装置に適用することで、プレス機械用搬送装置のよう
な複合動作機械の異常診断を効率的に行うことができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。

【００１９】図１は、本発明を適用した動作状態モニタ
装置（以下、単にモニタ装置と称する）を説明するため
のブロック図であり、図２は、このモニタ装置によって
その動作状態をモニタし、かつその異常の有無を診断す
るトランスファープレスマシンのワーク搬送機械を示す
斜視図である。なお、同じ機能を有する部材については
同一の符号を付した。

【００２０】このモニタ装置は、被モニタ機械のモータ
５１の消費電力を測定する電力測定器１１（モータ消費
電力測定手段）、回転軸５３の回転角度を測定する回転
角度測定器１２（回転軸動作量測定手段）、動作部位５
５の動作量を測定する動作量センサ１３（動作部位動作
量測定手段）、電力測定器１１、回転角度測定器１２お
よび動作量センサ１３から信号を受けて、モータ５１の
消費電力と動作部位５５の動作量を回転軸５３の回転角
度を基準に記憶装置１５（モータ消費電力記憶手段およ
び動作量記憶手段）に記憶させ、かつ統計処理などを行
うモニタ装置本体１４（制御手段）よりなり、モニタ装
置本体１４の働きによって回転角度測定器１２が測定す
る回転軸５３の回転角度が予め定められた一定回転角度
ごとに、モータ５１の消費電力と動作部位５５の動作量
が記憶装置１５に記憶される。

【００２１】モニタ装置本体１４としては、例えばパソ
コンが用いられ、モニタ結果を表示するディスプレイ１
６やプリンタ（不図示）などが設けられている。また、
記憶装置１５は長期に亘りデータを記憶する必要がある
場合にはハードディスク、光磁気ディスク（ＭＯ）や磁
気テープなどが好適であるが、フロッピーディスクやそ
の他どのような記憶媒体を用いるものであってもよく、
特に限定されるものではない。

【００２２】次に、このモニタ装置を用いた異常診断方
法について説明するが、ここで、診断を行う対象である
図２に示したトランスファープレスマシンのワーク搬送
機械（以下、単に搬送機械と称する）の概要を説明す
る。

【００２３】搬送機械は、動力源であるモータ５１の駆
動力が減速機５２を経て回転軸５３に伝達され、この回
転軸５３の回転がクランク・カム機構６０によって往復
運動に転換されて、フィードバー７０を動作させている
（モータ５１はこの図面上図示できる位置にないため記
号として示した）。

【００２４】モータ５１は、３相交流モータで、回転ス
ピードは３００ＲＰＭ以下の低速回転モータであり、こ
のモータ５１に、その消費電力を測定する電力計１１が
設けられている。また、モータ５１の動力を減速機５２
を経て伝達する回転軸５３には、回転軸５３の動作量と
して、その回転角度を測定するためにパルスエンコーダ
などの回転角度測定器１２が設けられている。

【００２５】クランク・カム機構６０は、クランク６１
とカム６２により回転軸５３の回転運動を往復運動に転
換してフィードバー７０を間欠的に往復動作させると共
に、クランク６３とカム６４およびそれに続く動作機構
によって上下動（上下の往復運動）させる。そして、回
転軸５３の１回転の動作で、フィードバー７０の動作が
１サイクルする。また、各クランクには、フィードバー
７０が滑らかに動作するように空圧や油圧シリンダーに
よるダンパー６５が設けられている。

【００２６】フィードバー７０は、前記図１における動
作部位であり、両方のフィードバー７０に橋渡されたク
ロスバー７１が設けられていて、各クロスバー７１に
は、それぞれワーク７５を真空吸着するためのバキュー
ムカップ７２が設けられ、このフィードバー７０の動作
によって、ワークピックアップ装置８０から送り出され
たワーク７５を、ムービングボルスター９０上で順次搬
送する。そして、このフィードバー７０にはその動作量
を測定するための動作量センサ１３が設けられていて、
往復運動の動作量と、上下動の動作量が測定される。動
作量センサ１３としては、例えば、このフィードバー７
０を動作させるための各クランクに設けられたダンパー
６５の出限や入限を測定するリミットスイッチや、フィ
ードバー７０の動きに追従して抵抗値が変化する摺動抵
抗などである。

【００２７】この搬送機械の異常診断は、まず、モニタ
装置本体１４の制御により、回転軸５３の回転角度を回
転角度測定器１２により測定して、測定した回転角度が
０．５度となるごと、すなわち、回転軸５３の回転角度
０．５度刻みで、電力計１１が測定する消費電力と、動
作量センサ１３が測定するフィードバー７０の動作量と
を記憶装置１５に記憶する。

【００２８】通常、機械の動作に異常が発生した場合に
は、動作部位に余計な負荷が加わったり、また逆に、こ
れまで負荷がかかっていた部位の負荷がなくなったりす
るので、その動力源であるモータの電力消費が変化す
る。

【００２９】ここで、重要な点は、消費電力と動作量を
回転軸の回転角度を基準として記憶する点である。この
ように回転軸の回転角度を基準とすれば、回転角度から
その角度に対応するフィードバー７０の１サイクル中の
動作量（動作位置）を対応付けすることができるため、
消費電力の変化から、後述するように異常部位を推定す
ることができるのである。

【００３０】しかし、モータの消費電力は、負荷、変
位、速度、加速度などが逐次変化する複合動作機械では
動作部位の動き従って常に変化するため、そのままでは
正常な状態での変化であるのか、異常が発生したための
変化であるのか不明である。したがって、正常動作であ
るかどうかを判断するための基準が必要である。

【００３１】そこで、本実施の形態では、フィードバー
７０の１サイクル、すなわち、回転軸５３が１回転をす
る間の測定を１回の測定として、記憶装置１５に記憶
し、この記憶した測定結果を統計処理することにより基
準とする。

【００３２】モータの消費電力の測定結果をグラフに表
したものが図３である。図示するように、消費電力は各
回の測定ごとに０．５度刻みで記憶されることとなる。
そして、記憶した消費電力を回転角度ごとに度数分布を
求めて、上限および下限を決定する。例えば、ある角度
Ａのときの度数分布を図４に示す。このような度数分布
表を０．５刻みの全ての回転角度ごとに作成し、それぞ
れの回転角度ごとに、例えばσや３σなどの値を上限下
限として決定すれば、図５に示すように、正常な状態で
のばらつきを考慮した範囲が決定される。

【００３３】そして、このようにして得られた上限下限
の範囲内（図５）にモータの消費電力が収まっていれば
その機械に異常がないものと診断することができる。

【００３４】次に、異常がある場合の異常発生箇所の推
定ついて説明する。

【００３５】図６および図７は、それぞれ異常がある場
合の消費電力を回転軸の回転角度ごとに描いた波形（電
力波形）に、このとき同時に収集した回転角度ごとのフ
ィードバー７０の動作量をプロットした図面である。な
お、動作量はフィード方向と上下（リフト）方向とに分
けてプロットしている。

【００３６】まず、図６から分かるように、角度約１３
５度付近から２７０度にかけて消費電力の異常波形が見
られる。そして、この部分でフィードバー７０は、フィ
ード方向にもリフト方向にも動作していおらず、カムが
アイドル状態である。したがって、異常箇所としては、
フィードバー７０自体の動作と関係していない部分、例
えば減速機５２内のギアや回転軸５３からクランク・カ
ム機構６０に動力を伝えるためのギアまたはカム表面の
異常などが推定される。

【００３７】次に、図７に示した場合には、角度約２７
５度から３１５度にかけて消費電力の異常波形が見られ
る。この部分でフィードバー７０は、フィード方向の侵
入動作とリフト方向の下降動作が行われているので、侵
入動作または下降動作に何等かの異常があると推定され
るが、特に注目されるのは、リフト方向の下降動作の始
まりと消費電力の異常波形の始まりがほぼ一致している
点である。したがって、下降動作において異常がある確
率が高いと判断できる。すなわち、この場合には、フィ
ードバー７０が下降動作中に摺動部分でのかじりの発生
や下降動作を行うためのギア部分などに異常があると推
定できる。

【００３８】そして、図６および図７に示したように、
フィードバー７０自体の動作に何等異常が見られない場
合には、これらの異常は搬送機械自体の動作から容易に
見分けることができないものであるが、本発明のモニタ
装置によって、上記の通り、その異常の発見ならびに異
常箇所の推定をなし得る。

【００３９】なお、以上説明した本実施の形態では、機
械の動作部位であるフィードバー７０の動作をセンサに
よって測定して、これをモータ消費電力と重ね合わせる
ことで、異常がある場合に異常発生箇所を推定したが、
これに限らず、例えば、動作部位の動作については実際
に測定せず、単に設計上の動作線図をモータ消費電力の
測定結果に重ねて上記同様に異常発生箇所の推定を行っ
てもよい。

【００４０】また、モータ消費電力の測定に際し、回転
軸の回転角度を基準にしたが、これは、例えば、回転軸
の回転角度に代えて、モータ自体の回転角度や回転数な
どを基準にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用したモニタ装置を説明するため
のブロック図である。

【図２】 トランスファープレスマシンのワーク搬送機
械を示す斜視図である。

【図３】 上記モニタ装置によってモータ消費電力を測
定した結果を示す図面である。

【図４】 図３中の角度Ａにおける度数分布を示す図面
である。

【図５】 本発明を適用した異常診断の基準となるモー
タ消費電力の上限下限を示す図面である。

【図６】 本発明を適用した異常診断結果の一例を示す
図面である。

【図７】 本発明を適用した異常診断結果の他の一例を
示す図面である。

【符号の説明】

１１…電力測定器、 １２…回転角度測定器、 １３…動作量センサ、 １４…モニタ装置本体、 １５…記憶装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬尾 和也 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを動力源として、少なくとも該モ
   ータによる回転運動を伝達する回転軸と、該回転軸の回
   転運動を往復運動に転換する運動方向転換手段と、該運
   動方向転換手段に接続されて往復運動する動作部位と、
   を有する機械の動作状態をモニタするための動作状態モ
   ニタ装置であって、 前記回転軸の動作量を測定する回転軸動作量測定手段
   と、 前記モータの消費電力を測定するモータ消費電力測定手
   段と、 前記動作部位の動作量を測定する動作部位動作量測定手
   段と、 前記モータ消費電力測定手段が測定した前記モータの消
   費電力を記憶するモータ消費電力記憶手段と、 前記動作部位動作量測定手段が測定した動作部位の動作
   量を記憶する動作量記憶手段と、 前記モータ消費電力測定手段が測定する前記モータの消
   費電力を前記回転軸動作量測定手段が測定する回転軸動
   作量の一定間隔ごとに、前記消費電力記憶手段に記憶さ
   せ、かつ前記動作部位動作量測定手段が測定する動作部
   位の動作量を前記回転軸動作量測定手段が測定する回転
   軸動作量の一定間隔ごとに、前記動作量記憶手段に記憶
   させる制御手段と、よりなることを特徴とする動作状態
   モニタ装置。
2. 【請求項２】 前記機械が、プレス機械用搬送装置であ
   って、前記往復運動する動作部位によってワークを保持
   するものであることを特徴とする請求項１記載の動作状
   態モニタ装置。
3. 【請求項３】 モータを動力源として、少なくとも該モ
   ータによる回転運動を伝達する回転軸と、該回転軸の回
   転運動を往復運動に転換する運動方向転換手段と、該運
   動方向転換手段に接続されて往復運動する動作部位と、
   を有する機械の状態を診断するための異常診断方法であ
   って、 前記回転軸の動作量を測定し、 該測定した回転軸の動作量の一定間隔ごとに、前記モー
   タの消費電力を測定し、 該測定したモータの消費電力が予め決められた消費電力
   範囲から外れた場合に、前記機械に異常があると判断
   し、 該異常があると判断したときの前記モータ消費電力が測
   定された前記回転軸の動作量から、その回転軸の動作量
   のときに動作している動作箇所を、予め定められている
   前記動作部位の動作線図から求め、該求めた動作箇所に
   異常があると推定することを特徴とする異常診断方法。
4. 【請求項４】 モータを動力源として、少なくとも該モ
   ータによる回転運動を伝達する回転軸と、該回転軸の回
   転運動を往復運動に転換する運動方向転換手段と、該運
   動方向転換手段に接続されて往復運動する動作部位と、
   を有する機械の状態を診断するための異常診断方法であ
   って、 前記回転軸の動作量を測定し、 該測定した回転軸の動作量の一定間隔ごとに、前記モー
   タの消費電力と、前記動作部位の動作量とを測定し、 該測定したモータの消費電力が予め決められた消費電力
   範囲から外れた場合に、前記機械に異常があると判断
   し、 該異常があると判断したときの前記モータ消費電力が測
   定された前記回転軸の動作量から、その回転軸の動作量
   のときに動作している動作箇所を、前記測定した動作部
   位の動作量から求め、該求めた動作箇所に異常があると
   推定することを特徴とする異常診断方法。
5. 【請求項５】 前記予め決められた消費電力範囲が、前
   記回転軸の１回転を１回の測定として、前記測定したモ
   ータ消費電力を順次記憶し、 該記憶を元に、前記回転軸の動作量ごとに、前記測定し
   たモータ消費電力の度数分布を求め、該求めた度数分布
   から前記消費電力範囲を決定するものであることを特徴
   とする請求項３または請求項４記載の異常診断方法。
6. 【請求項６】 前記機械が、プレス機械用搬送装置であ
   って、前記往復運動する動作部位によってワークを保持
   するものであることを特徴とする請求項３〜５のいずれ
   か一つに記載の異常診断方法。