KR101668826B1 - 액추에이터의 이상 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

이상 검출 시스템(10)을 구성하는 고장 검출 장치(14)는, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)로부터의 검지 신호에 기초하여, 액추에이터(18)의 일단부(26)와 타단부(28) 사이를 이동하는 피스톤(32)의 이동 시간(T3)를 산출하는 검출 시간 연산부(44)와, 이동 시간(T3)에 대하여 소정의 통계 연산을 행하는 통계 처리부(52)와, 통계 처리부(52)의 처리 결과에 기초하여, 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 이상 응답 검출부(56)를 가진다.

Description

액추에이터의 이상 검출 시스템{FAULT DETECTION SYSTEM FOR ACTUATOR}
본 발명은, 액추에이터의 가동부의 이동 시간에 기초하여, 해당 액추에이터의 이상을 검출하는 이상 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 압력 유체(예를 들면, 압력 기체)의 공급에 의하여 가동부가 변위하는 액추에이터에서는, 경험칙으로부터 판단되는 사용 빈도나 동작 횟수(동작 시간, 사용 시간)에 도달했을 때, 고장 전의 관리가 실시된다.
그러나, 종래는, 열화가 진행되고 있지 않은 정상인 액추에이터라도 관리에 의하여 교환되므로, 헛된 비용이 발생하고 있다. 또한, 시장에서는, 액추에이터의 가동부의 이동 시간(택트, tact)을 더욱 짧게 하고, 높은 택트화를 도모함으로써, 액추에이터를 이용한 설비의 생산성을 향상하고, 해당 설비에서 생산되는 제품의 비용을 저감하는 것이 요구되고 있다. 이를 위해서는, 작업자의 판단으로 관리 시간을 설정하는 것이 아니라, 자동적이며 수치적으로 액추에이터를 관리하고, 관리성을 향상시키는 것이 바람직하다.
또한, 일반적으로, 압력 유체를 이용한 액추에이터의 열화는, 해당 액추에이터에 따른 부하의 조건이나, 액추에이터를 포함한 공기압 기기 등의 유체압 기기의 경년 변화에 의하여 발생하는 것이라 생각되어진다. 그리고, 택트의 변화에 기인한 열화 등에 의한 액추에이터의 고장이 발생하기 전에, 해당 액추에이터에 이상이 발생한 것을 검출할 수 있으면, 유체압 기기를 라이프아웃값(end of life cycle) 전까지 이용할 수 있으며, 설비를 좋은 효율로 가동시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기와 같은 사용 빈도나 동작 횟수(동작 시간, 사용 시간)에 기초하여 관리를 실시하는 방법 대신에, 액추에이터의 이상을 자동적이고 수치적으로 검출하는 고장 예지 기능을 구비한 이상 검출 시스템이 다양하게 제안되고 있다.
도 9의 이상 검출 시스템(100)은, 압력 유체의 유량이나 압력의 변동을 측정함으로써, 액추에이터의 이상을 검출하는 것이다. 이러한 이상 검출 시스템(100)에 있어서, 유체압 원(102)으로부터 방향 절환 밸브(104)를 통하여 액추에이터(106)에 압력 유체가 선택적으로 공급된다. 실린더인 액추에이터(106)의 내부에는, 피스톤 로드(108)에 연결된 피스톤(110)이 액추에이터(106)의 일단부(116)와 타단부(118) 사이에서, 도 9의 좌우 방향으로 변위한다.
방향 절환 밸브(104)는, 솔레노이드(112) 및 스프링(114)를 가진 4 방향 5 포트의 단동식 전자기 밸브이다. 즉, 외부로부터의 제어 신호(동작 지령)가 공급됨에 의하여 솔레노이드(112)가 여자되면, 방향 절환 밸브(104)는, 유체압 원(102)으로부터 압력 유체를, 포트(120)를 통하여 액추에이터(106)의 일단부(116)로 공급함과 동시에, 타단부(118)의 유체(압력 유체)를, 포트(122)를 통하여 외부로 배기한다. 따라서, 피스톤(110)은, 일단부(116)로부터 타단부(118)를 향하여 변위한다.
한편, 제어 신호의 공급이 정지하면, 방향 절환 밸브(104)는, 스프링(114)의 작용에 의하여, 유체압 원(102)으로부터의 압력 유체를, 포트(122)를 통하여 타단부(118)로 공급함과 동시에, 일단부(116)의 압력 유체를, 포트(120)를 통하여 외부로 배기한다. 따라서, 피스톤(110)은, 타단부(118)로부터 일단부(116)를 향하여 변위한다.
그리고, 방향 절환 밸브(104)와 포트(120, 122)를 접속하는 배관(123, 125)의 도중에는, 교축 및 역류 방지 밸브를 병렬 접속하여 구성되는 커플링(124, 126)이 각각 배치되고 설치된다.
이 경우, 도 9에 있어서, 파선의 화살표로 도시된 바와 같이, 이상 검출 시스템(110)의 각 부로부터 외부로 압력 유체가 샐 가능성이 있다. 구체적으로, (1) 유체압 원(102), 방향 절환 밸브(104) 및 액추에이터(106) 사이의 각 배관(123, 125, 127), (2) 방향 절환 밸브(104), (3) 피스톤 로드(108) 및 해당 피스톤 로드(108)와 실린더 사이의 도시하지 않은 패킹, 및, (4) 커플링(124, 126), 으로부터 외부로 압력 유체가 샐 가능성이 있다. 또한, 액추에이터(106)의 내부에 있어서도, 피스톤(110) 및 해당 피스톤(110)과 실린더 사이의 도시하지 않은 패킹을 통하여, 일단부(116)와 타단부(118) 사이에서 압력 유체가 샐 가능성이 있다.
여기서, 이상 검출 시스템(100)에서는, 각 배관(123, 125, 127)에 도시하지 않은 유량계 및 압력계를 배치하고 설치하며, 각 유량계에서 압력 유체의 유량을 측정함과 동시에, 각 압력계에서 압력 유체의 압력을 측정한다. 따라서, 압력 유체의 유량 및 압력의 변동을 측정할 수 있으므로, 압력 유체가 새는 개소에서의 이상을 검출하고, 고장 전에 부품 교환을 행할 수 있게 된다.
한편, 도 10의 이상 검출 시스템(130)은, 피스톤(110)의 이동 시간에 기초하여 액추에이터(106)의 이상을 검출하는 것이다. 이러한 이상 검출 시스템(130)은, 전술한 이상 검출 시스템(100)의 각 구성 요소에 더하여, 출력부(132a)로부터 솔레노이드(112)에 제어 신호를 공급하는 PLC(Programmable Logic Controller) 등의 제어 장치(132)와, 액추에이터(106)의 일단부(116)에 배치된 제1 센서(134)와, 타단부(118)에 배치되는 제2 센서(136)를 더 가진다. 그리고, 이상 검출 시스템(130)에는, 커플링(124, 126, 도 9 참조)이 설치되어 있지 않다. 또한, 이상 검출 시스템(130)에 있어서, 액추에이터(106)의 일단부(116) 또는 타단부(118)로부터의 압력 유체의 배기 경로에는, 소음기(138, silencer)가 배치되고 설치되어 있다.
제1 센서(134)는, 일단부(116)에 변위한 피스톤(110)을 검지한다. 제2 센서(136)는, 타단부(118)에 변위한 피스톤(110)을 검지한다. 제어 장치(132)의 입력부(132b)에는, 제1 센서(134) 또는 제2 센서(136)에서의 피스톤(110)의 검지 결과를 나타내는 검지 신호가 입력된다. 따라서, 제어 장치(132)는, 방향 절환 밸브(104)에 제어 신호를 출력한 시점으로부터 검지 신호가 입력되기까지의 시점(피스톤(110)의 변위 동작이 완료하는 시점)까지의 시간(피스톤(110)의 이동 시간)을 계측하고, 계측한 이동 시간에 기초하여, 액추에이터(106)의 이상을 검출한다.
또한, 도 10의 이상 검출 시스템(130)과 같은 형태로, 액추에이터의 가동부의 이동 시간을 이용하여, 액추에이터의 이상을 검출하는 기술이 일본공개특허 특개평10-281113호 공보(이하, 제1 공보라 함) 및 일본공개특허 특개2002-174358호 공보(이하, 제2 공보라 함)에 개시되어 있다.
제1 공보에는, 액추에이터 및 피구동체의 동작 지령시로부터의 이동 속도 및 이동 시간을 계측하고, 계측한 이동 속도 및 이동 시간과, 정상 동작시의 이동 속도 및 이동 시간을 비교하여, 액추에이터 및 피구동체가 정상인지 아닌지를 판단하는 것이 개시되어 있다.
제2 공보에는, 전자기 밸브의 통전시로부터 복동 실린더의 피스톤이 스트로크 단부에 도달하기까지의 시간을 동작 시간으로 하여 계측하고, 계측한 동작 시간의 값이 소정값 이상이면 경보를 행하는 것이 개시되어 있다.
일본공개특허 특개평10-281113호 공보 일본공개특허 특개2002-174358호 공보
그러나, 도 9의 이상 검출 시스템(100)에서는, 액추에이터(106)를 포함하는 설비 전체를 일단 정지시킨 상태에서, 열화 등의 이상을 검출할 필요가 있다. 즉, 설비의 가동 중에 액추에이터(106)의 이상을 검출할 수 없다. 따라서, 이상 검출 시스템(100)에서는, 관리를 실시함으로써, 설비의 생산성이 매우 저하될 우려가 있다.
도 10의 이상 검출 시스템(130)에서는, 제어 장치(132), 제1 센서(134) 및 제2 센서(136)의 조합에 의하여, 액추에이터(106)의 응답(피스톤(110)의 이동 시간)을 계측한다. 따라서, 설비의 가동중이라도 액추에이터(106)의 이상을 검출할 수 있게 된다. 이 경우, 응답의 정밀도는, 제어 장치(132)의 처리 속도에 의존한다. 따라서, 소형이며 고속 동작을 하는 액추에이터(106)에서의 이상을 검출하는 경우에는, 높은 처리 속도를 가진 제어 장치(132)를 포함한 계측 시스템을 구축할 필요가 있으며, 비용이 높아진다. 또한, 제어 장치(132)에 PLC를 이용하기 때문에, 사용자(작업자)가 이상 검출 시스템(130)을 구축하여, PLC용의 콘트롤러 프로그램을 작성할 필요가 있으며, 작업자의 부담이 증대된다.
게다가, 1개의 설비에 복수의 액추에이터가 이용되고 있는 경우, 사용자는, 모든 액추에이터의 이동 시간을 측정하기 위한 콘트롤러 프로그램을 작성하여 PLC로 설정할 필요가 있으며, 수고가 뒤따른다. 또한, 이와 같은 콘트롤러 프로그램이나 측정 결과를 기억하기 위하여, 대용량의 메모리나, 고도의 프로그래밍 능력을 지닌 PLC가 필요하므로, 이상 검출 시스템(130)의 구축에 비용이 들게 된다.
그리고, 제1 공보 및 제2 공보에 개시되어 있는 기술에 관하여도, 도 10의 이상 검출 시스템(130)과 같은 형태의 문제가 야기되는 것이 고려된다.
본 발명은, 상기의 문제를 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 설비를 정지시키는 일이 없이, 액추에이터의 이상을 간단하고 용이하게 검출함으로써, 관리성을 향상시킬 수 있는 액추에이터의 이상 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템은, 해당 액추에이터의 가동부의 이동 시간에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상을 검출하는 시스템이며, 하기의 제1 내지 제9의 특징을 가진다.
즉, 제1의 특징에 있어서, 상기 이상 검출 시스템은, 제1 센서, 제2 센서 및 이상 검출 장치를 구비한다. 상기 제1 센서는, 상기 가동부의 변위 방향을 따라 상기 액추에이터의 일단부에 배치되고, 해당 일단부에 변위한 상기 가동부를 검지한다. 상기 제2 센서는, 상기 변위 방향을 따라 상기 액추에이터의 타단부에 배치되고, 해당 타단부에 변위한 상기 가동부를 검지한다.
상기 이상 검출 장치는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 검지 결과에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상을 검출한다.
구체적으로, 상기 이상 검출 장치는, 이동 시간 산출부, 통계 연산 처리부 및 이상 검출부를 가진다. 상기 이동 시간 산출부는, 상기 각 검지 결과에 기초하여, 상기 일단부와 상기 타단부 사이에서 상기 가동부가 이동하는 상기 이동 시간을 산출한다. 상기 통계 연산 처리부는, 산출된 상기 이동 시간에 대하여 소정의 통계 연산을 행한다. 상기 이상 검출부는, 상기 통계 연산 처리부의 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출한다.
상기의 제1 특징에 의하면, 상기 가동부의 이동 시간에 대하여 상기 통계 연산을 행하고, 그 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출한다. 따라서, 상기 액추에이터를 포함한 설비가 가동중이라도, 해당 설비를 정지시키는 일이 없이, 상기 액추에이터의 이상을 검출할 수 있다.
이러한 결과, 상기 설비의 생산성을 유지하면서, 상기 액추에이터의 이상을 온라인과 실시간으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 종래, 작업자의 판단으로 설정(정의)된 관리 시간을, 자동적이며 수치적으로 관리할 수 있게 된다. 즉, 작업자가 정기적으로 관리를 실시하지 않아도, 상기 이상 검출 시스템은, 상기 설비의 가동중에 자동적으로 관리를 실시하고, 상기 액추에이터로부터의 응답 정보인 상기 이동 시간에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상 발생을 간이적으로 판정한다. 게다가, 상기 이상 검출 시스템에서는, 상기 가동부의 이동 시간에 대한 상기 통계 연산의 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상 발생 유무를 수치적으로 판정(관리)할 수 있다.
이러한 결과, 본 발명에서는, 관리에 따른 공수가 삭감되고, 작업자의 부담을 현저히 경감할 수 있으며, 상기 액추에이터를 포함한 상기 설비의 관리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수치적으로 관리됨으로써, 관리를 담당하는 작업자에 대한 교육도 용이하게 된다.
그리고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 검지 결과에 기초하여 상기 가동부의 이동 시간을 산출하므로, 기존의 센서를 그대로 이용할 수 있다. 즉, 기존의 시스템에 대하여 상기 이상 검출 장치를 추가하는 것만으로, 상기 이상 검출 시스템을 구축할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 액추에이터의 이상을 간단하고 용이하며 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
제2의 특징에 있어서, 상기 이상 검출 장치는, 상기 이동 시간을 기억하는 제1 기억부와, 상기 처리 결과를 기억하는 제2 기억부를 더 가진다. 이 경우, 상기 이상 검출부는, 상기 제2 기억부에 기억된 상기 처리 결과를 적어도 읽어내고, 읽어낸 상기 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 것이 바람직하다.
제2의 특징에 의하면, 상기 제1 기억부에 상기 가동 시간이 기억(축적)되므로, 상기 가동부가 상기 일단부와 상기 타단부 사이에서 이동(왕복 이동)하는 경우라도, 상기 통계 연산 처리부는, 상기 제1 기억부로부터 상기 이동 시간을 순차적으로 읽어내어 상기 통계 연산을 실행할 수 있다. 또한, 상기 제2 기억부에 상기 처리 결과가 기억(축적)되므로, 상기 이상 검출부는, 상기 제2 기억부로부터 상기 처리 결과를 적절히 읽어내어 검출 처리를 행할 수도 있게 된다.
제3의 특징에 있어서, 상기 가동부의 정상인 이동 시간이 정상값으로서 상기 제1 기억부에 미리 기억되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 통계 연산 처리부는, 상기 이동 시간 산출부에서 산출된 이동 시간과, 상기 정상값과의 편차를 적어도 산출하고, 산출한 상기 편차를 통계 연산값으로서 상기 제2 기억부에 기억한다. 또한, 상기 이상 검출부는, 상기 통계 연산값을 상기 제2 기억부로부터 읽어내고, 읽어낸 상기 통계 연산값에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를 판정한다.
제3의 특징에 의하면, 미리 설정된 상기 정상값과, 실제로 산출된 상기 이동 시간과의 비교에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지가 판정되므로, 상기 액추에이터의 이상 발생을 정확히 판정할 수 있다. 즉, 상기 액추에이터가 열화하면, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 각 검지 결과에 기초하여 상기 이동 시간을 산출할 때마다, 상기 편차의 불균형이 커지게 된다. 따라서, 예를 들면, 상기 편차가 소정의 역치보다도 커지면, 상기 액추에이터의 이상이 발생했다고 용이하게 판정할 수 있다.
그리고, 상기 가동부의 정상인 이동 시간이라 함은, 상기 액추에이터의 열화나 고장 등의 이상이 발생하지 않은 상태(예를 들면, 설치 직후 또는 교환 직후의 액추에이터의 동작 초기 상태)에 있어서 상기 일단부와 상기 타단부 사이의 상기 가동부의 이동 시간을 말한다. 상기 정상인 이동 시간은, 작업자가 미리 설정하여도 좋으며, 또는 상기 이상 검출 장치의 제조시에 상기 제1 기억부에 기억시켜도 좋다.
또한, 상기 이상 검출 장치는, 제3의 특징 대신에, 하기의 제4의 특징과 같이 구성하여도 좋다.
즉, 제4의 특징에 있어서, 상기 가동부가 상기 변위 방향을 따라 이동할 때마다, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서가 상기 가동부를 검지하는 경우에, 상기 이동 시간 산출부는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서로부터 상기 각 검지 결과가 입력될 때마다, 상기 이동 시간을 산출하여 상기 제1 기억부에 기억한다.
이 경우, 상기 통계 연산 처리부는, 상기 이동 시간 산출부가 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부에 기억할 때마다, 상기 제1 기억부에 기억되어 있는 모든 상기 이동 시간의 데이터를 읽어내고, 읽어낸 상기 데이터의 평균값, 표준 편차 또는 분산을 산출하며, 산출한 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산을 통계 연간값으로 하여 상기 제2 기억부에 기억한다.
그리고, 상기 제2 기억부에는, 상기 가동부의 정상인 이동 시간의 평균값, 표준 편차 또는 분산이 정상값으로서 더 기억되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 이상 검출부는, 상기 통계 연산 처리부가 상기 통계 연산값을 상기 제2 기억부에 기억할 때마다, 상기 통계 연산값 및 상기 정상값을 상기 제2 기억부로부터 읽어내고, 상기 통계 연산값과 상기 정상값의 비교에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출할 수 있다.
따라서, 제4의 특징에 의하면, 상기 액추에이터의 가동중(상기 변위 방향을 따라 상기 가동부가 왕복 이동하는 중)에, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였는지 아닌지를, 실시간으로 용이하게 검출할 수 있다. 즉, 상기 통계 연산 처리부는, 실제로 산출된 상기 이동 시간의 데이터를 이용하여, 해당 데이터의 평균값, 표준 편차 또는 분산을 순차적으로 산출하고, 상기 통계 연산값으로서 상기 제2 기억부에 기억한다. 또한, 상기 이상 검출부는, 상기 제2 기억부에 기억된 상기 통계 연산값과 상기 정상값과의 비교에 기초하여, 상기 액추에이터의 이상 발생을 순차적으로 판정할 수 있다.
그리고, 상기 액추에이터가 열화하면, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 각 검출 결과에 기초하여 상기 이동 시간을 산출할 때마다, 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산의 불균형이 커진다. 따라서, 예를 들면, 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산이 소정의 역치보다도 커지면, 상기 액추에이터의 이상이 발생하였다고 용이하게 판정할 수 있다.
제5의 특징은, 제4의 특징의 일부 구성을 구체적으로 특정한 것이다. 즉, 제5의 특징에 있어서, 상기 액추에이터의 동작 초기 상태의 일정 기간, 상기 가동부를 상기 변위 방향을 따라 왕복 이동시키는 경우에, 상기 이동 시간 산출부는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서로부터 각 검지 결과가 입력될 때마다, 상기 가동부의 이동 시간을 산출하고, 산출한 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부에 기억한다.
이 경우, 상기 통계 연산 처리부는, 상기 제1 기억부에 기억되어 있는 모든 상기 이동 시간의 데이터를 읽어내고, 읽어낸 상기 데이터의 평균값, 표준 편차 또는 분산을 산출하고, 산출한 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산을 상기 정상값으로 하여 상기 제2 기억부에 기억한다.
제5의 특징에 의하면, 설비에 대한 상기 액추에이터의 설치 직후 또는 교환 직후의 상기 동작 초기 상태에 있어서, 상기 정상값이 자동적으로 산출되고, 상기 제2 기억부에 기억된다. 따라서, 상기 정상값을 좋은 효율로 설정할 수 있다.
제6의 특징은, 제2 내지 제5의 특징을 구체적으로 특정한 것이다.
즉, 제6의 특징에 있어서, 상기 이상 검출 시스템은, 외부로부터 제어 신호의 공급에 기초하여, 압력 유체를 상기 액추에이터의 일단부 또는 타단부에 선택적으로 공급하는 방향 절환 밸브를 더 구비한다. 이 경우, 상기 가동부는, 상기 액추에이터의 일단부 또는 타단부에 대한 상기 압력 유체의 선택적인 공급에 의하여, 상기 변위 방향을 따라 변위한다.
그리고, 상기 이동 시간 산출부는, 상기 방향 절환 밸브에 대한 상기 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 일측의 센서가 상기 가동부를 검지할 수 없게 된 시점까지의 제1 검지 시간과, 상기 공급 개시 시점으로부터 타측의 센서가 상기 가동부의 검지를 개시한 시점까지의 제2 검지 시간과의 시간차를, 상기 가동부의 이동 시간으로서 산출한다.
제6의 특징에 의하면, 상기 제1 검지 시간과 상기 제2 검지 시간과의 시간차를 상기 이동 시간으로서 산출함으로써, 해당 이동 시간을 용이하고 정확하게 산출할 수 있다.
제7의 특징에 있어서, 상기 이동 시간 산출부는, 상기 제1 검지 시간, 상기 제2 검지 시간 및 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부에 기억한다. 또한, 상기 통계 연산 처리부는, 상기 제1 검지 시간에 대하여 소정의 통계 연산을 행하고, 상기 통계 연산의 처리 결과를 상기 제2 기억부에 기억한다. 따라서, 상기 이상 검출부는, 상기 제2 기억부에 기억된 상기 제1 검지 시간에 대한 처리 결과를 읽어내고, 읽어낸 상기 처리 결과에 기초하여, 상기 방향 절환 밸브와 상기 액추에이터 사이에서 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출할 수 있다.
이와 같이, 제7의 특징에 의하면, 상기 액추에이터의 이상에 더하여, 상기 방향 절환 밸브와 상기 액추에이터 사이의 이상도 검출할 수 있게 된다. 그리고, 상기 제1 검지 시간에 대한 통계 연산은, 상기 이동 시간에 대한 통계 연산과 같은 형태의 처리(평균값, 표준 편차 또는 분산의 산출)라면 좋다.
제8의 특징에 있어서, 상기 이상 검출 시스템은, 상기 방향 절환 밸브에 상기 제어 신호를 공급하는 제어 장치를 더 구비한다. 이 경우, 상기 이상 검출 장치는, 상기 제어 장치로부터의 상기 제어 신호를 상기 방향 절환 밸브에 공급하고, 한편으로, 상기 이상 검출부에서의 검출 결과를 상기 제어 장치에 출력하는 출력 처리부를 더 가진다.
제8의 특징에 의하면, PLC 등으로 이루어진 상기 제어 장치는, 상기 이상 검출 장치를 통하여 상기 방향 절환 밸브에 상기 제어 신호를 공급하고, 한편으로, 상기 이상 검출 장치로부터 상기 검출 결과를 수취한다. 이러한 결과, 상기 제어 장치는, 상기 액추에이터의 이상을 온라인으로 파악(검출)할 수 있게 되며, 상기 검출 결과에 기초하여, 상기 제어 신호의 공급을 정지하는 등의 적절한 대응을 채택할 수 있다.
또한, 상기 이상 검출 장치에 있어서 상기 액추에이터의 이상을 검출하고, 상기 제어 장치에는, 상기 검출 결과만 출력된다. 따라서, 작업자는, 상기 액추에이터의 이상을 검출하기 위한 상기 제어 장치용의 콘트롤 프로그램을 작성하는 것이 불필요하게 된다. 이러한 결과, 상기 이상 검출 시스템의 구축에 따른 작업자의 부담을 저감할 수 있다.
제9의 특징에 있어서, 상기 이상 검출 시스템은, 상기 제1 기억부에 기억된 상기 이동 시간, 상기 제2 기억부에 기억된 상기 처리 결과, 및, 상기 이상 검출부에서의 처리 결과를 표시하는 표시부를 더 가진다.
제9의 특징에 의하면, 작업자는, 상기 표시부의 표시 내용을 시각적으로 인지함으로써, 상기 액추에이터의 이상 발생 등을 파악할 수 있으며, 설비의 정지나 상기 액추에이터의 교환 등의 적절한 대응을 신속하게 채택할 수 있다.
상기의 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시 형태의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 이상 검출 시스템(10)에 의하면, 피스톤(32)의 이동 시간(T3, T3f, T3r)에 대하여 통계 연산 처리를 행하고, 그 처리 결과에 기초하여 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출한다. 따라서, 액추에이터(18)를 포함한 설비가 가동중이라도, 해당 설비를 정지시키는 일이 없이, 액추에이터(18)의 이상을 검출할 수 있다. 이러한 결과, 설비의 생산성을 유지하면서, 액추에이터(18)의 이상을 온라인과 실시간으로 검출할 수 있게 된다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템의 구성도이다.
도 2는, 도 1의 이상 검출 시스템을 일부 변경한 구성도이다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 고장 검출 장치의 블록도이다.
도 4는, 도 1 및 도 2의 액추에이터에 관하여, 정상품과 이상 발생품과의 다름을 도시한 그래프이다.
도 5는, 도 1 및 도 2의 이상 검출 시스템의 동작을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 6은, 도 1의 이상 검출 시스템을 일부 변경한 구성도이다.
도 7은, 도 2의 이상 검출 시스템을 일부 변경한 구성도이다.
도 8은, 도 1, 도 2, 도 6 및 도 7의 이상 검출 시스템을 제2 공보의 시스템에 적용한 경우를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 9는, 종래 기술에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템의 구성도이다.
도 10은, 종래 기술에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템의 구성도이다.
본 발명에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템의 적절한 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하면서 이하 상세히 설명한다.
[이상 검출 시스템의 전체 구성]
본 실시 형태에 따른 액추에이터의 이상 검출 시스템(10, 이하 본 실시 형태에 따른 이상 검출 시스템(10)이라 함)은, 도 1과 같이, PLC 등의 제어 장치(12)와, 고장 검출 장치(14, 이상 검출 장치)와, 4 방향 5 포트의 복동식 전자기 밸브인 방향 절환 밸브(16)와, 유체압 실린더 등의 액추에이터(18)와, 액추에이터(18)의 외주면에 배치되고 설치된 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)를 구비한다.
그리고, 이상 검출 시스템(10)은, 도시하지 않은 설비에 조립되고, 해당 설비를 정지시키는 일이 없이, 상기 설비의 가동중(제품의 제조중)에, 액추에이터(18)의 열화 또는 고장 등의 이상을 자동적으로 검출할 수 있는 고장 예지 기능을 구비한 시스템이다.
제어 장치(12)는, 출력부(12a), 입력부(12b) 및 검출 결과 입력부(12c)를 가진다. 출력부(12a)는, 고장 검출 장치(14)를 통하여 방향 절환 밸브(16)의 솔레노이드(16a, 16b)에 제어 신호(제어 지령)를 공급한다. 입력부(12b)에는, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)에서의 검지 결과를 나타내는 검지 신호가, 고장 검출 장치(14)를 통하여 입력된다. 검출 결과 입력부(12c)에는, 고장 검출 장치(14)에 있어서 각 검지 신호에 기초하여 판정된 액추에이터(18)의 이상 발생 유무(검출 결과)를 나타낸 검출 신호가 입력된다.
방향 절환 밸브(16)는, 제어 장치(12)로부터 고장 검출 장치(14)를 통하여 솔레노이드(16a, 16b)에 공급되는 제어 신호에 의하여, 유체압 원(24)으로부터 공급되는 압력 유체를 액추에이터(18)의 일단부(26) 또는 타단부(28)에 선택적으로 출력한다. 즉, 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 공급된 경우, 방향 절환 밸브(16)는, 도 1에서 해당 방향 절환 밸브(16)를 도시한 2 개의 블록 중, 상측 블록의 상태가 된다. 또한, 솔레노이드(16b)에 제어 신호가 공급된 경우, 방향 절환 밸브(16)는, 하측 블록의 상태가 된다.
액추에이터(18)는, 전술한 바와 같이, 방향 절환 밸브(16)로부터의 압력 유체의 공급에 의하여, 피스톤 로드(30)에 연결된 피스톤(32, 가동부)이 도 1의 좌우 방향(변위 방향)으로 변위하는 유체압 실린더이다.
전술한 바와 같이, 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 공급되고, 해당 솔레노이드(16a)가 여자되면, 방향 절환 밸브(16)는, 상측 블록의 상태가 된다. 따라서, 유체압 원(24)으로부터 방향 절환 밸브(16), 배관(33) 및 포트(36)를 통하여 일단부(26)에 압력 유체가 공급됨과 동시에, 타단부(28)로부터 포트(38), 배관(35) 및 방향 절환 밸브(16)를 통하여 해당 타단부(28) 내의 압력 유체가 외부로 배기된다. 이러한 결과, 피스톤(32) 및 피스톤 로드(30)는, 일단부(26)로부터 타단부(28)를 향하여, 일체적으로 변위한다.
또한, 솔레노이드(16b)에 제어 신호가 공급되고, 해당 솔레노이드(16b)가 여자되면, 방향 절환 밸브(16)는, 하측 블록의 상태가 된다. 따라서, 유체압 원(24)으로부터 방향 절환 밸브(16), 배관(35) 및 포트(38)를 통하여 타단부(28)에 압력 유체가 공급됨과 동시에, 일단부(26)로부터 포트(36), 배관(33) 및 방향 절환 밸브(16)를 통하여 해당 일단부(26) 내의 압력 유체가 외부로 배기된다. 이러한 결과, 피스톤(32) 및 피스톤 로드(30)는, 타단부(28)로부터 일단부(26)를 향하여, 일체적으로 변위한다.
따라서, 제어 장치(12)로부터 고장 검출 장치(14)를 통하여 솔레노이드(16a)와 솔레노이드(16b)에 서로 번갈아 제어 신호를 공급하면, 일단부(26)와 타단부(28) 사이에서, 피스톤(32) 및 피스톤 로드(30)를 도 1의 좌우 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다.
그리고, 일단부(26) 또는 타단부(28)로부터의 압력 유체의 배출 경로 앞에는, 소음기(34, silencer)가 배치되고 설치되어 있다.
액추에이터(18)를 구성하는 유체압 실린더의 일단부(26)측의 외주면에는, 제1 센서(20)가 배치되고 설치되며, 한편으로, 유체압 실린더의 타단부(28)측 외주면에는, 제2 센서(22)가 배치되고 설치된다. 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)는, 리미트 스위치 또는 자기식 스위치이며, 피스톤(32)이 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)에 대향하는 위치에 변위할 때, 해당 피스톤(32)을 검지하고, 그 검지 결과를 검지 신호로서 고장 검출 장치(14)에 출력한다. 또한, 피스톤(32)의 변위에 의하여, 해당 피스톤(32)과 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)가 대향하고 있지 않았을 때, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)는, 검지 신호의 출력을 정지한다.
고장 검출 장치(14)는, 후술하는 바와 같이, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)로부터의 검지 신호를 이용하여 일단부(26)와 타단부(28) 사이에 있어서 피스톤(32)의 이동 시간을 산출하고, 산출한 이동 시간에 기초하여 액추에이터(18)의 열화 또는 고장 등의 이상 발생의 유무를 검출한다. 그리고, 고장 검출 장치(14)는, 액추에이터(18)에 이상이 발생한 것을 나타낸 검출 결과를, 검출 신호로서 검출 결과 입력부(12c)에 출력한다. 즉, 고장 검출 장치(14)는, 제어 장치(12)로부터 공급되는 제어 신호와, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)로부터의 각 검지 신호를 실시간으로 모니터함과 동시에, 설비의 가동 중에는, 액추에이터(18) 등의 이상 검출 처리를 연속적으로 행할 수 있게 된다.
그리고, 도 1은, 제어 장치(12)가 출력부(12a), 입력부(12b) 및 검출 결과 입력부(12c)를 가짐으로써, 제어 장치(12)와 고장 검출 장치(14) 사이에서, 각종 신호가 패럴렐 통신(parallel communication)으로 송수신되는 경우를 도시하고 있다. 이상 검출 시스템(10)은, 도 1의 구성에 한정되는 것은 아니며, 도 2와 같이, 제어 장치(12)에 통신부(39)를 설치하고, 해당 통신부(39)와 고장 검출 장치(14) 사이를 필드 버스(field bus) 등에 의하여 시리얼 접속하고, 각종 신호를 시리얼 통신에 의하여 송수신하여도 좋다.
[고장 검출 장치의 구성]
고장 검출 장치(14)는, 도 3과 같이, 센서 입력부(40), 출력 신호 입력부(42), 검출 시간 연산부(44, 이동 시간 산출부), 내부 타이머(46), 데이터 기억 처리부(48), 제1 데이터 기억부(50, 제1 기억부), 통계 처리부(52, 통계 연산 처리부), 제2 데이터 기억부(54, 제2 기억부), 이상 응답 검출부(56, 이상 검출부), 표시 처리부(58), 표시부(60), 출력 처리부(62), 및, 조작 입력부(64)를 가진다.
센서 입력부(40)에는, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22, 도 1 및 도 2 참조)로부터 검지 신호가 입력된다. 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20) 또는 제2 센서(22)로부터 검지 신호가 입력되었을 때(검지 신호의 신호 레벨이 로우(low) 레벨로부터 하이(high) 레벨로 절환했을 때), 검지 신호의 시작 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 또한, 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20) 또는 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 입력이 정지했을 때(검지 신호의 신호 레벨이 하이(high) 레벨로부터 로우(low) 레벨로 절환했을 때), 검지 신호의 꺼짐 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다.
출력 신호 입력부(42)에는, 제어 장치(12)의 출력부(12a)로부터 출력되는 제어 신호가 입력된다. 출력 신호 입력부(42)는, 입력된 제어 신호를 검출 시간 연산부(44) 및 출력 처리부(62)에 출력한다. 출력 처리부(62)는, 입력된 제어 신호를 솔레노이드(16a) 또는 솔레노이드(16b)에 출력한다.
검출 시간 연산부(44)는, 내부 타이머(46)의 시계 기능을 이용하여, 제어 신호가 입력된 시점으로부터 꺼짐 엣지의 검출 결과가 입력된 시점까지의 제1 시간(T1, 제1 검지 시간)을 산출한다. 또한, 검출 시간 연산부(44)는, 제어 신호가 입력된 시점으로부터 시작 엣지의 검출 결과가 입력된 시점까지의 제2 시간(T2, 제2 검지 시간)을 산출한다. 그리고, 검출 시간 연산부(44)는, 제1 시간(T1)과 제2 시간(T2)과의 시간차(T2-T1)을, 일단부(26)와 타단부(28) 사이의 피스톤(32) 이동 시간(T3)으로서 산출한다.
여기서, 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)은, 일단부(26)와 타단부(28) 사이에서의 피스톤(32)의 변위 방향에 대응하여, 하기와 같이 정의된다.
출력 처리부(62)로부터 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 출력됨으로써 기인하여, 일단부(26)측에 위치하는 피스톤(32)이 타단부(28)를 향하여 변위하는 경우, 제1 센서(20)는 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 공급되면서 소정 시간이 경과한 후에 피스톤(32)을 검지할 수 없게 되고, 검지 신호의 출력이 정지하게 된다. 따라서, 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지를 검출할 수 있다.
따라서, 제어 장치(12)로부터 솔레노이드(16a)까지의 사이, 제어 신호의 공급에 따른 시간 지연이 작으면, 일단부(26)로부터 타단부(28)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 제1 시간(T1)과, 제어 장치(12)로부터의 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 제1 센서(20)가 피스톤(32)을 검지할 수 없게 된 시점까지의 시간으로 간주할 수 있다.
또한, 타단부(28)에 대한 피스톤(32)의 이동에 의하여, 해당 피스톤(32)과 제2 센서(22)가 대향하면, 제2 센서(22)는, 피스톤(32)을 검지하고, 검지 신호의 출력을 개시한다. 따라서, 센서 입력부(40)는, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 시작 엣지를 검출할 수 있다. 따라서, 일단부(26)로부터 타단부(28)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 제2 시간(T2)은, 제어 장치(12)로부터의 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 제2 센서(22)가 피스톤(32)의 검지를 개시한 시점까지의 시간으로 간주할 수 있다.
따라서, 일단부(26)로부터 타단부(28)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 피스톤(32) 이동 시간(T3)은, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지의 시점과, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 시작 엣지의 시점 사이의 시간이 된다.
한편, 출력 처리부(62)로부터 솔레노이드(16b)에 제어 신호가 출력되는 것에 기인하여, 타단부(28)측에 위치하는 피스톤(32)이 일단부(26)를 향하여 변위하는 경우, 제2 센서(22)는 솔레노이드(16b)에 제어 신호가 공급되면서 소정 시간이 경과한 후에 피스톤(32)을 검지할 수 없게 되고, 검지 신호의 출력이 정지하게 된다. 따라서, 센서 입력부(40)는, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지를 검출할 수 있다.
따라서, 제어 장치(12)로부터 솔레노이드(16b)까지의 사이, 제어 신호의 공급에 따른 시간 지연이 작으면, 타단부(28)로부터 일단부(26)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 제1 시간(T1)은, 제어 장치(12)로부터의 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 제2 센서(22)가 피스톤(32)을 검지할 수 없게 된 시점까지의 시간으로 간주할 수 있다.
또한, 일단부(26)에 대한 피스톤(32)의 이동에 의하여, 해당 피스톤(32)과 제1 센서(20)가 대향하면, 제1 센서(20)는, 피스톤(32)을 검지하고, 검지 신호의 출력을 개시한다. 따라서, 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 시작 엣지를 검출할 수 있다. 따라서, 타단부(28)로부터 일단부(26)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 제2 시간(T2)은, 제어 장치(12)로부터의 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 제1 센서(20)가 피스톤(32)의 검지를 개시한 시점까지의 시간으로 간주할 수 있다.
따라서, 타단부(28)로부터 일단부(26)를 향하여 피스톤(32)이 변위할 때의 피스톤(32) 이동 시간(T3)은, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지의 시점과, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 시작 엣지의 시점 사이의 시간이 된다.
이와 같이 산출된 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)은, 검출 시간 연산부(44)로부터 데이터 기억 처리부(48)에 출력된다. 데이터 기억 처리부(48)는, 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)을 제1 데이터 기억부(50)에 기억(축적)한다.
그리고, 전술한 바와 같이, 이상 검출 시스템(10)은, 도시하지 않은 설비에 조립되어 있다. 여기서, 제어장치(12)로부터 고장 검출 장치(14)를 통하여 솔레노이드(16a, 16b)에 서로 번갈아 제어 신호가 공급됨으로써, 방향 절환 밸브(16)는, 액추에이터(18)의 일단부(26) 및 타단부(28)에 대하여 선택적으로 유체를 공급한다. 따라서, 피스톤(32)은, 액추에이터(18)의 내부에 있어서, 도 1 및 도 2의 좌우 방향으로 왕복 이동한다.
따라서, 실제로, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)는, 피스톤(32)을 각각 검지하고, 검지 결과를 나타내는 검지 신호를 센서 입력부(40)로 출력한다. 센서 입력부(40)는, 각 검지 신호의 꺼짐 엣지 또는 시작 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 따라서, 검출 시간 연산부(44)는, 솔레노이드(16a, 16b)에 제어 신호가 서로 번갈아 공급될 때마다, 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)을 산출하고, 데이터 기억 처리부(48)는, 산출된 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)을 제1 데이터 기억부(50)에 순차적으로 기억한다.
통계 처리부(52)는, 제1 데이터 기억부(50)에 기억되고 있는 모든 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)의 데이터를, 데이터 기억 처리부(48)를 통하여 읽어내고, 읽어낸 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)의 데이터에 대하여 소정의 통계 연산 처리를 실행한다. 통계 연산 처리의 결과는, 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 기억된다. 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된 통계 연산값을 적어도 읽어내고, 읽어낸 통계 연산값이 소정의 역치를 넘어서 있으면, 액추에이터(18) 등의 이상이 발생한 것으로 판정한다. 이상 응답 검출부(56)에서의 판정 결과는, 표시 처리부(58) 및 출력 처리부(62)에 출력된다. 표시 처리부(58)는, 상기 판정 결과에 대하여 소정의 표시 처리를 행하고, 표시부(60)에 표시시킨다. 출력 처리부(62)는, 입력된 판정 결과를 검출 신호로 하여 제어 장치(12)에 출력한다.
여기서, 통계 처리부(52)에 있어서 통계 연산 처리, 및, 이상 응답 검출부(56)에 있어서 판정 처리에 관한 2 개의 구체예(제1의 구체예, 제2의 구체예)에 관하여 설명한다.
[제1의 구체예]
제1의 구체예는, 미리 설정한 값과 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)을 이용하여 통계 처리부(52)로 통계 연산 처리를 행하고, 상기 통계 연산 처리로 얻어진 통계 연산값을 이용하여 이상 응답 검출부(56)로 판정 처리를 행하는 것이다.
제1의 구체예에 있어서, 미리 설정된 값이라 함은, 피스톤(32)의 정상인 이동 시간(T3n) 및 정상인 제1 시간(T1n, 정상값)을 말한다. 이 경우, 정상인 이동 시간(T3n)이라 함은, 액추에이터(18)의 열화나 고장 등의 이상이 발생하지 않은 상태(예를 들면, 설치 직후 또는 교환 직후의 액추에이터(18)의 동작 초기 상태)에 있어서 일단부(26)와 타단부(28) 사이의 피스톤(32)의 이동 시간(T3)을 말한다. 또한, 정상인 제1 시간(T1n)이라 함은, 액추에이터(18)의 열화나 고장 등의 이상이 발생하지 않은 상태에 있어서 제1 시간(T1)을 말한다.
즉, 도 4와 같이, 열화나 고장 등의 이상이 발생하지 않은 정상인 액추에이터(18, 실선으로 나타낸 '정상품')라면, 피스톤(32)의 동작 횟수에 관계없이, 이동 시간(T3, 도 4의 '스트로크 이동 시간')은, 대체로 일정 시간이 된다. 한편, 이상이 발생한 액추에이터(18, 파선으로 나타낸 '이상발생품1' 및 일점 쇄선으로 나타낸 '이상발생품2')의 경우, 피스톤(32)의 동작 횟수가 소정 횟수를 경과하면, 정상품과 비교하여, 이동 시간(T3)이 길어지게 된다.
즉, 이상 발생품1 및 이상 발생품2의 경우, 정상품과 비교하여, 피스톤(32)의 동작 시간(T3)의 불균형이 커지게 된다. 따라서, 정상품의 이동 시간(T3)과 이상 발생품1 및 이상 발생품2와의 편차는, 동작 횟수가 증가할 정도로 커지게 된다. 또한, 이상 발생품1 및 이상 발생품2의 이동 시간(T3)의 평균값, 표준 편차 및 분산에 관하여도, 동작 횟수가 증가하는 만큼, 정상품의 이동 시간(T3)의 평균치, 표준 편차 및 분산에 대한 불균형이 커지는 것을 예상할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 정상인 이동 시간(T3n) 및 정상인 제1 시간(T1n)을 미리 알고 있는 경우, 숫자 키패드 등으로 이루어진 조작 입력부(64)를 작업자가 조작하여, 정상인 이동 시간(T3n) 및 정상인 제1 시간(T1n)을 미리 설정한다. 설정된 정상인 이동 시간(T3n) 및 정상인 제1 시간(T1n)은, 정상값으로서, 제1 데이터 기억부(50)에 기억된다. 또한, 정상인 이동 시간(T3n) 및 정상인 제1 시간(T1n)은, 표시 처리부(58)를 통하여 표시부(60)에 표시되고, 게다가, 출력 처리부(62)를 통하여 제어 장치(12)에 출력된다.
따라서, 제1 구체예에 있어서, 피스톤(32)이 도 1 및 도 2의 좌우 방향을 따라 왕복 이동함으로써, 검출 시간 연산부(44)로 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)이 순차적으로 산출된다. 통계 처리부(52)는, 산출된 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)이 제1 데이터 기억부(50)에 기억될 때마다, 이번에 기억된 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)과, 미리 기억된 정상인 제1 시간(T1n) 및 정상인 이동 시간(T3n)을 제1 데이터 기억부(50)로부터 읽어낸다.
다음으로, 통계 처리부(52)는, 제1 시간(T1)과 정상인 제1 시간(T1n)과의 편차의 절대값 εT1(=|T1-T1n|)과, 이동 시간(T3)과 정상인 이동 시간(T3n)과의 편차의 절대값 εT3(=|T3-T3n|)을 산출한다. 산출된 각 절대값 εT1, εT3은, 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 기억된다.
다음으로, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된 각 절대값 εT1, εT3을 읽어내고, 읽어낸 각 절대값 εT1, εT3과 소정의 역치(TH1, TH3)를 비교한다.
이 경우, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εT3이 역치(TH3) 이내에 들어와 있다면(εT3 ≤TH3), 이동 시간(T3)이 정상인 응답 정보이므로, 액추에이터(18)가 정상이라고 판정한다. 한편, 절대값 εT3이 역치 TH3를 넘는다면(εT3>TH3), 이동 시간(T3)은 정상인 응답 시간이 되므로, 액추에이터(18)의 이상이 발생했다고 판정한다.
또한, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εT1이 역치(TH1) 이내에 들어와 있다면(εT1 ≤TH1), 제1 시간(T1)이 정상인 응답 정보이므로, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)이 정상이라고 판정한다. 한편, 절대값 εT1이 역치 TH1을 넘는다면(εT1>TH1), 이상 응답 검출부(56)는, 제1 시간(T1)이 이상인 응답 정보이므로, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)에 이상이 발생했다고 판정한다.
이상 응답 검출부(56)에서의 상기 판정 결과는, 표시 처리부(56)를 통하여 표시부(60)에 표시되므로, 작업자는, 액추에이터(18)의 이상 유무나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35) 이상 유무를 파악할 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 데이터 기억부(50)에는, 제1 시간(T1, T1n) 및 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3, T3n)이 기억되며, 제2 데이터 기억부(54)에는 절대값(εT1, εT3)이 기억되어 있다. 따라서, 표시부(60)는, 이상 응답 검출부(56)의 판정 결과와 함께, 제1 시간(T1, T1n), 제2 시간(T2), 이동 시간(T3, T3n), 절대값(εT1, εT3) 및 역치(TH1, TH3)을 표시하여도 좋다.
또한, 이상 응답 검출부(56)에서 상기 판정 결과는, 출력 처리부(62)를 통하여 제어 장치(12)에 검출 신호로서 출력된다. 따라서, 제어 장치(12)는, 액추에이터(18)의 이상, 또는 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35) 이상을 나타낸 판정 결과라면, 솔레노이드(16a, 16b)에 대한 제어 신호의 공급을 정지할 수 있다. 이 경우, 출력 처리부(62)는, 검출 신호에 병행하여, 제1 시간(T1, T1n), 제2 시간(T2), 이동 시간(T3, T3n), 절대값(εT1, εT3) 및 역치(TH1, TH3)의 각종 정보를 제어 장치(12)에 출력하여도 좋다.
[제2 구체예]
도 4와 같이, 피스톤(32)의 동작 횟수가 늘어나면, 정상품과 비교하여, 이상 발생품1 및 이상 발생품2의 이동 시간(T3)의 불균형이 커지게 된다. 따라서, 이상 발생품1 및 이상 발생품2의 이동 시간(T3)의 평균값, 표준 편차 및 분산은, 동작 횟수가 증가할 정도로 정상품의 이동 시간(T3)의 평균값, 표준 편차 및 분산에 대한 불균형이 커지는 것이 예상된다.
여기서, 제2 구체예에서는, 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)에 대한 통계 연산 처리를 통계 처리부(52)에서 행하고, 이상 응답 검출부(56)에서는, 통계 연산 처리에 의하여 얻어진 통계 연산값과, 미리 통계 연산 처리에 의하여 얻어진 정상값과 비교함으로써, 액추에이터(18) 등의 이상 발생 유무를 판정한다.
즉, 제2 구체예에 있어서, 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)에 대한 통계 연산 처리에 의하여 얻어진 통계 연산값이라 함은, 제1 시간(T1)의 평균값(AVE1), 표준 편차(σ1) 또는 분산(σ12)과, 이동 시간(T3)의 평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32)을 말한다.
또한, 미리 통계 연산 처리에 의하여 얻어진 정상값이라 함은, 정상인 액추에이터(18)에 관하여, 동작 초기 상태의 일정 기간을 보정 시간(calibration time)이라 하고, 해당 보정 시간내에 얻어진 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)에 대하여 통계 연산 처리에 의하여 산출된 평균값(AVE1n, AVE3n), 표준 편차(σ1n, σ3n) 또는 분산(σ12n, σ32n)을 말한다. 따라서, 제2의 구체예에 있어서 정상값이라 함은, 제4의 정상품으로 얻어진 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)에 대응한 평균값, 표준 편차 또는 분산을 말한다. 이러한 정상값은, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된다.
그리고, 제2의 구체예에 있어서, 피스톤(32)이 도 1 및 도 2의 좌우 방향을 따라 왕복 이동함으로써, 검출 시간 연산부(44)로 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)이 순차적으로 산출된다. 산출된 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)이 제1 데이터 기억부(50)에 기억될 때마다, 통계 처리부(52)는, 제1 데이터 기억부(50)에 기억되고 있는 모든 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)의 데이터를 읽어낸다.
다음으로, 통계 처리부(52)는, 읽어낸 모든 제1 시간(T1)의 데이터를 이용하여, 평균값(AVE1), 표준 편차(σ1) 또는 분산(σ12)을 산출함과 동시에, 읽어낸 모든 이동 시간(T3)의 데이터를 이용하여, 평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32)을 산출한다. 산출된 평균값(AVE1, AVE3), 표준 편차(σ1, σ3) 또는 분산(σ12, σ32)은, 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 일단 기억된다.
다음으로, 통계 처리부(52)는, 제2 데이터 기억부(54)로부터 평균값(AVE1n, AVE3n), 표준 편차(σ1n, σ3n) 또는 분산(σ12n, σ32n)을 읽어낸다.
다음으로, 통계 처리부(52)는, 평균값(AVE1, AVE3)과 평균값(AVE1n, AVE3n)과의 편차의 절대값 εAVE1(=|AVE1-AVE1n|), εAVE3(=|AVE3-AVE3n|)을 계산하거나, 표준 편차(σ1, σ3)와 표준 편차(σ1n, σ3n)와의 편차의 절대값 εσ1(=|σ1-σ1n|), εσ3(=|σ3-σ3n|)을 계산하거나, 또는, 분산(σ12, σ32)과 분산(σ12n, σ32n)과의 편차의 절대값 εσ12(=|σ12-σ12n|), εσ32(=|σ32-σ32n|)을 계산한다.
계산된 각 절대값 εAVE1, εAVE3, 각 절대값 εσ1, εσ3, 또는, 각 절대값 εσ12, εσ32도 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 기억된다.
이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된 각 절대값 εAVE1, εAVE3, 각 절대값 εσ1, εσ3, 또는, 각 절대값 εσ12, εσ32와, 소정의 역치 THAVE1, THAVE3, 역치 THσ1, THσ3, 또는, 역치 THσ12, THσ32와 비교한다.
이 경우, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εAVE3, εσ3, 또는, εσ32가 역치 THAVE3, THσ3, 또는, THσ32 이내에 들어와 있으면(εAVE3≤THAVE3, εσ3≤THσ3, 또는, εσ32≤THσ32 ), 이동 시간(T3)이 정상인 응답 정보이므로, 액추에이터(18)가 정상이라고 판정한다. 한편, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εAVE3, εσ3, 또는, εσ32가 역치 THAVE3, THσ3, 또는, THσ32를 넘어서 있으면(εAVE3>THAVE3, εσ3>THσ3, 또는, εσ32>THσ32 ), 이동 시간(T3)이 이상인 응답 정보이므로, 액추에이터(18)의 이상이 발생했다고 판정한다.
또한, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εAVE1, εσ1, 또는, εσ12가 역치 THAVE1, THσ1, 또는, THσ12 이내에 들어와 있으면(εAVE1≤THAVE1, εσ1≤THσ1, 또는, εσ12≤THσ12 ), 제1 시간(T1)이 정상인 응답 정보이므로, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)이 정상이라고 판정한다. 한편, 이상 응답 검출부(56)는, 절대값 εAVE1, εσ1, 또는, εσ12가 역치 THAVE1, THσ1, 또는, THσ12를 넘어서 있으면(εAVE1>THAVE1, εσ1>THσ1, 또는, εσ12>THσ12 ), 제1 시간(T1)이 이상인 응답 정보이므로, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)에 이상이 발생했다고 판정한다.
또한, 제2의 구체예에서도, 이상 응답 검출부(56)에서의 상기 판정 결과는, 표시 처리부(58)를 통하여 표시부(60)에 표시되므로, 작업자는, 액추에이터(18)의 이상 유무나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)의 이상 유무를 파악할 수 있다. 또한, 제2의 구체예에서도, 표시부(60)는, 이상 응답 검출부(56)의 판정 결과와 함께, 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)과, 상기의 통계 연산값 및 역치를 표시하여도 좋다.
그리고, 이상 응답 검출부(56)에서의 상기 판정 결과는, 출력 처리부(62)를 통하여 검출 신호로서 제어 장치(12)에 출력되므로, 제어 장치(12)는 액추에이터(18)의 이상, 또는, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)의 이상을 나타내는 판정 결과라면, 솔레노이드(16a, 16b)에 대한 제어 신호의 공급을 정지할 수 있다. 이 경우, 출력 처리부(62)는, 검출 신호와 함께, 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)과 상기의 통계 연산값 및 역치와의 각종 정보를 제어 장치(12)에 출력하여도 좋다.
그리고, 제2의 구체예에 있어서, 통계 처리부(52)는, 각 평균값(AVE1, AVE3), 각 표준 편차(σ1, σ3), 또는, 각 분산(σ12, σ32)만 산출하고, 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 기억하여도 좋다. 익 경우, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)로부터 각 평균값(AVE1, AVE3), 각 표준 편차(σ1, σ3) 또는 각 분산(σ12, σ32)과, 정상값인 각 평균값(AVE1n, AVE3n), 표준 편차(σ1n, σ3n), 또는, 분산(σ12n, σ32n)을 읽어내고, 읽어낸 통계 연산값과 정상값과의 편차의 절대값을 산출하여도 좋다. 따라서, 이상 응답 검출부(56)는, 산출한 편차의 절대값과 소정의 역치를 비교함으로써, 액추에이터(18)의 이상이나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)의 이상을 검지할 수 있다.
또한, 제2의 구체예에 있어서, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된 정상값으로서의 평균값(AVE1n, AVE3n), 표준 편차(σ1n, σ3n) 또는 분산(σ12n, σ32n)은, 정상인 액추에이터(18)의 동작 초기 상태의 일정 기간을 보정 시간으로 하고, 해당 보정 시간 내에, 위에서 서술한 평균값(AVE1, AVE3), 표준 편차(σ1, σ3) 또는 분산(σ12, σ32)의 산출 방법을 적용함으로써, 용이하게 얻어낼 수 있다.
단, 정상값을 얻어내는 경우에는, 보정 시간 내에 모든 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)의 데이터를 제1 데이터 기억부(50)에 기억시킨 후, 통계 처리부(52)가, 제1 데이터 기억부(50)에 기억되어 있는 모든 제1 시간(T1) 및 이동 시간(T3)의 데이터를 읽어내고, 읽어낸 데이터의 평균값(AVE1n, AVE3n), 표준 편차(σ1n, σ3n) 또는 분산(σ12n, σ32n)을 산출하여 제2 데이터 기억부(54)에 기억하면 좋다.
또한, 전술한 제1의 구체예에서는, 작업자가 조작 입력부(64)를 조작하여 정상값을 설정하고 있으나, 제2의 구체예와 같은 형태로, 보정 시간 내에 평균값(AVE1, AVE3)을 얻어내고, 해당 평균값(AVE1, AVE3)을 정상값으로서 제1 데이터 기억부(50)에 설정하여도 좋다.
[이상 검출 시스템의 동작]
본 실시 형태에 따른 이상 검출 시스템(10)은, 이상과 같이 구성된다. 다음으로, 이상 검출 시스템(10)의 동작에 관하여, 도 5를 참조하면서 설명한다. 그리고, 이러한 동작 설명에서는, 필요에 따라서, 도 1 내지 도 4도 참조하면서 설명한다.
도 5는, 일단부(26)에 위치하는 피스톤(32)을 타단부(28)까지 변위시키고, 그 후, 피스톤(32)을 일단부(26)까지 변위시키는 해당 피스톤(32)의 한 번 왕복의 동작을 나타낸 타이밍 차트이다.
이 경우, '전자기 밸브 A' 및 '전자기 밸브 B'는, 솔레노이드(16a, 16b)의 동작(여자, 비여자), 즉, 솔레노이드(16a, 16b)에 공급되는 제어 신호의 파형을 나타낸다. 또한, '압력 A' 및 '압력 B'는, 액추에이터(18)에 있어서 일단부(26)와 타단부(28)의 내부 압력을 각각 나타낸다. 그리고, T1f, T2f, T3f는, 일단부(26)로부터 타단부(28)를 향하여 피스톤(32)을 변위시켰을 때의 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)을 각각 나타낸다. 그리고, 또한, T1r, T2r, T3r는, 타단부(28)로부터 일단부(26)를 향하여 피스톤(32)을 변위시켰을 때의 제1 시간(T1), 제2 시간(T2) 및 이동 시간(T3)을 각각 나타낸다.
시점(t0)에서 제어 장치(12)로부터 고장 검출 장치(14)를 통하여 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 공급되면(제어 신호의 신호 레벨이 로우(low) 레벨로부터 하이(high) 레벨로 변화하면), 방향 절환 밸브(16)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 상측의 블록의 상태로 절환된다. 따라서, 유체압 원(24)으로부터 방향 절환 밸브(16), 배관(33) 및 포트(36)를 통하여, 액추에이터(18)의 일단부(26)에 압력 유체가 공급됨과 동시에, 타단부(28)로부터 포트(38), 배관(35), 방향 절환 밸브(16) 및 소음기(34)를 통하여 외부로 압력 유체가 배출된다. 이러한 결과, 일단부(26) 내의 압력은, 시점(t1)으로부터 급격히 상승한 후에 완만히 증가한다. 한편, 타단부(28) 내의 압력은, 시점(t1)으로부터 급격히 하강한 후에, 대략 일정하게 된다.
방향 절환 밸브(16)로부터 일단부(26)에 대한 압력 유체의 공급에 의하여, 일단부(26)에 위치하는 피스톤(32)은, 시점(t2)으로부터 타단부(28)를 향하여 변위한다. 이러한 결과, 시점(t2)에 있어서, 제1 센서(20)는, 피스톤(32)을 검지할 수 없게 되고, 고장 검출 장치(14)의 센서 입력부(40)에 대한 검지 신호의 출력을 정지한다(검지 신호의 신호 레벨이 하이(high) 레벨로부터 로우(low) 레벨로 변화한다).
따라서, 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 검출 시간 연산부(44)는, 내부 타이머(46)의 시계 기능에 의하여, 솔레노이드(16a)에 제어신호가 공급되는 시점(t0)으로부터 꺼짐 엣지가 검출된 시점(t2)까지의 시간을 제1 시간(T1f)으로서 산출한다. 산출된 제1 시간(T1f)은, 데이터 기억 처리부(48)를 통하여 제1 데이터 기억부(50)에 기억된다.
그 후, 피스톤(32)이 타단부(28)까지 변위하면, 제2 센서(22)는, 시점(t3)에 있어서 피스톤(32)을 검지하고, 센서 입력부(40)에 검지 신호를 출력한다(검지 신호의 신호 레벨이 로우(low) 레벨로부터 하이(high) 레벨로 변화한다). 따라서, 센서 입력부(40)는, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 시작 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 검출 시간 연산부(44)는, 내부 타이머(46)의 시계 기능에 의하여, 시점(t0)으로부터 시작 엣지가 검출된 시점(t3)까지의 시간을 제2 시간(T2f)으로서 산출함과 동시에, 제1 시간(T1f)과 제2 시간(T2f)과의 시간차를 피스톤(32)의 이동 시간(T3f, T3f=T2f-T1f)으로서 산출한다. 산출된 제2 시간(T2f) 및 이동 시간(T3f)은, 데이터 기억 처리부(48)를 통하여 제1 데이터 기억부(50)에 기억된다.
따라서, 통계 처리부(52)는, 제1 데이터 기억부(50)로부터 제1 시간(T1f) 및 이동 시간(T3f) 등을 읽어내고, 읽어낸 제1 시간(T1f) 및 이동 시간(T3f) 등에 대하여, 전술한 제1의 구체예 또는 제2의 구체예에서 소정의 통계 연산 처리를 실행하고, 연산 처리후의 통계 연산값을 제2 데이터 기억부(54)에 기억할 수 있다.
또한, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)로부터 통계 연산값을 읽어내고, 읽어낸 통계 연산값과 소정의 역치를 비교함으로써, 액추에이터(18)나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18, 의 포트(36)) 사이의 배관(33)에 이상이 발생하였는지 아닌지를 판정할 수 있다. 즉, 이동 시간(T3f)에 관한 통계 연산값이 역치를 넘어서 있으면, 이상 응답 검출부(56)는, 액추에이터(18)에 열화 또는 고장 등의 이상이 발생한 것으로 판정한다. 또한, 제1 시간(T1f)에 관한 통계 연산값이 역치를 넘어서 있으면, 이상 응답 검출부(56)는, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33)에 이상이 발생한 것으로 판정한다. 그리고, 이들 판정 결과는, 표시부(60)에 표시되고, 게다가, 출력 처리부(62)로부터 제어 장치(12)에 검출 신호로서 출력된다.
방향 절환 밸브(16)는, 도 1 및 도2와 같이, 복동식 전자기 밸브이므로, 시점(t4)에서 솔레노이드(16a)에 대한 제어 신호의 공급이 정지하여도, 해당 방향 절환 밸브(16)의 상태를 유지할 수 있다.
그 후, 시점(t5)에서 제어 장치(12)로부터 고장 검출 장치(14)를 통하여 솔레노이드(16b)에 제어 신호가 공급되면, 방향 절환 밸브(16)는, 도 1에 나타낸 하측의 블록의 상태로 절환된다. 따라서, 유체압 원(24)으로부터 방향 절환 밸브(16), 배관(35) 및 포트(38)를 통하여, 액추에이터(18)의 타단부(28)에 압력 유체가 공급됨과 동시에, 일단부(26)로부터 포트(36), 배관(33), 방향 절환 밸브(16) 및 소음기(34)를 통하여, 외부로 압력 유체가 배출된다. 이러한 결과, 타단부(28) 내의 압력은, 시점(t6)으로부터 급격히 상승한 후에 일정값으로 떨어진다. 한편, 일단부(26) 내의 압력은, 시점(t6)으로부터 급격히 하강한 후에, 완만하게 저하한다.
방향 절환 밸브(16)로부터 타단부(28)에 대한 압력 유체의 공급에 의하여, 타단부(28)에 위치하는 피스톤(32)은, 시점(t7)로부터 일단부(26)를 향하여 변위한다. 이러한 결과, 시점(t7)에 있어서, 제2 센서(22)는, 피스톤(32)을 검지할 수 없게 되며, 고장 검출 장치(14)의 센서 입력부(40)에 대한 검지 신호의 출력을 정지한다.
따라서, 센서 입력부(40)는, 제2 센서(22)로부터의 검지 신호의 꺼짐 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 검출 시간 연산부(44)는, 내부 타이머(46)의 시계 기능에 의하여, 솔레노이드(16b)에 제어신호가 공급되는 시점(t5)으로부터 꺼짐 엣지가 검출된 시점(t7)까지의 시간을 제1 시간(T1r)으로서 산출한다. 산출된 제1 시간(T1r)은, 데이터 기억 처리부(48)를 통하여 제1 데이터 기억부(50)에 기억된다.
그 후, 피스톤(32)이 일단부(26)까지 변위하면, 제1 센서(20)는, 시점(t8)에 있어서 피스톤(32)을 검지하고, 센서 입력부(40)에 검지 신호를 출력한다. 따라서, 센서 입력부(40)는, 제1 센서(20)로부터의 검지 신호의 시작 엣지를 검출하고, 검출 결과를 검출 시간 연산부(44)에 출력한다. 검출 시간 연산부(44)는, 내부 타이머(46)의 시계 기능에 의하여, 시점(t5)으로부터 시작 엣지가 검출된 시점(t8)까지의 시간을 제2 시간(T2r)으로서 산출함과 동시에, 제1 시간(T1r)과 제2 시간(T2r)과의 시간차를 피스톤(32)의 이동 시간(T3r, T3r=T2r-T1r)으로서 산출한다. 산출된 제2 시간(T2r) 및 이동 시간(T3r)은, 데이터 기억 처리부(48)를 통하여 제1 데이터 기억부(50)에 기억된다.
따라서, 통계 처리부(52)는, 제1 데이터 기억부(50)로부터 제1 시간(T1r) 및 이동 시간(T3r) 등을 읽어내고, 읽어낸 제1 시간(T1r) 및 이동 시간(T3r) 등에 대하여, 전술한 제1의 구체예 또는 제2의 구체예에서 소정의 통계 연산 처리를 실행하고, 연산 처리후의 통계 연산값을 제2 데이터 기억부(54)에 기억할 수 있다.
또한, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)로부터 통계 연산값을 읽어내고, 읽어낸 통계 연산값과 소정의 역치를 비교함으로써, 액추에이터(18)나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18)의 포트(36) 사이의 배관(35)에 이상이 발생하였는지 아닌지를 판정할 수 있다. 즉, 이동 시간(T3r)에 관한 통계 연산값이 역치를 넘어서 있으면, 이상 응답 검출부(56)는, 액추에이터(18)에 열화 또는 고장 등의 이상이 발생한 것으로 판정한다. 또한, 제1 시간(T1r)에 관한 통계 연산값이 역치를 넘어서 있으면, 이상 응답 검출부(56)는, 방향 절환 밸브(16)와 포트(38) 사이의 배관(35)에 이상이 발생한 것으로 판정한다. 그리고, 이들 판정 결과도, 표시부(60)에 표시되고, 게다가, 출력 처리부(62)로부터 제어 장치(12)에 검출 신호로서 출력된다.
이와 같이, 피스톤(32)이 일단부(26)로부터 타단부(28) 사이에서 한 번 왕복함으로써, 액추에이터(18)의 이상 검출 처리와, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18)의 포트(36, 38) 사이의 배관(33, 35)의 이상 검출 처리를 행할 수 있다. 따라서, 이상 검출 시스템(10)에서는, 액추에이터(18)를 포함하는 설비가 가동중이라도, 상기의 이상 검출을 행할 수 있다.
[본 실시 형태의 변형예]
도 6 및 도 7은, 도 1 및 도 2에 나타낸 복동식의 방향 절환 밸브(16)를 단동식으로 치환한 것이다. 따라서, 솔레노이드(16b)는, 스프링(16c)으로 치환된다. 도 6 및 도 7의 구성에서는, 솔레노이드(16a)에 제어 신호가 공급되면, 해당 솔레노이드(16a)가 여자되고, 방향 절환 밸브(16)는, 상측의 블럭의 상태가 된다. 한편, 솔레노이드(16a)에 대한 제어 신호의 공급이 정지하면, 솔레노이드(16a)가 삭자(削磁)되고(demagnetized), 방향 절환 밸브(16)는, 스프링(16c)의 작용에 의하여 하측의 블록의 상태가 된다.
여기서, 도 6 및 도 7의 구성에 의한 동작은, 도 5의 타이밍 차트에 있어서, 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 시점(t5)에서 솔레노이드(16a)에 대한 제어 신호의 공급이 정지되는 한편으로, 솔레노이드(16b)에 대한 제어 신호의 공급이 없는 점에서, 도 1 및 도 2의 구성에 의한 동작과는 다르다. 즉, 도 6 및 도 7의 구성은, 솔레노이드(16b)가 스프링(16c)으로 치환되어 있는 점 이외에는, 도 1 및 도 2의 구성과 같은 형태이므로, 도 1 및 도 2의 구성과 같이 동작한다.
도 8은 제2 공보의 시스템에 이상 검출 시스템(10)을 적용한 경우를 도시한 타이밍 차트이다. 이러한 타이밍 차트는, 제2 공보의 도 10의 타이밍 차트에, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)로부터의 검지 신호를 추가한 것이다. 따라서, 피스톤(32)의 변위 및 압력의 시간 변화에 관한 설명은, 제2 공보에 개시된 것이므로, 본 명세서에서는, 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, T4 내지 T7은, 제2 공보에 기재되어 있는 '밸브 작동 지연', '충전 영역', '가속 영역' 및 '등속 영역'에 각각 대응한다. 또한, 시점(t9)은, 도 5의 시점(t2)에 대응하고, 시점(t10)은, 가속 영역으로부터 등속 영역으로 변화하는 시점이며, 시점(t11)은, 피스톤(32)이 타단부(28)에 도달하여 정지한 시점이다.
이와 같이, 종래의 시스템에 이상 검출 시스템(10, 을 구성하는 고정 검출 장치(14))을 추가하는 것만으로, 액추에이터(18)의 이상이나, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)의 이상을, 용이하고, 간단하게 검출할 수 있으므로, 해당 이상 검출 시스템(10)을 낮은 비용으로 구축할 수 있다.
[본 실시 형태의 효과]
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 이상 검출 시스템(10)에 의하면, 피스톤(32)의 이동 시간(T3, T3f, T3r)에 대하여 통계 연산 처리를 행하고, 그 처리 결과에 기초하여 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출한다. 따라서, 액추에이터(18)를 포함한 설비가 가동중이라도, 해당 설비를 정지시키는 일이 없이, 액추에이터(18)의 이상을 검출할 수 있다. 이러한 결과, 설비의 생산성을 유지하면서, 액추에이터(18)의 이상을 온라인과 실시간으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 종래, 작업자의 판단으로 설정(정의)된 관리 시간을, 자동적이며 수치적으로 관리할 수 있게 된다. 즉, 작업자가 정기적으로 관리를 실시하지 않아도, 이상 검출 시스템(10)은, 설비의 가동중에 자동적으로 관리를 실시하고, 액추에이터(18)의 응답 정보인 이동 시간(T3, T3f, T3r)에 기초하여, 액추에이터(18)의 이상 발생을 판정한다. 게다가, 이상 검출 시스템(10)에서는, 이동 시간(T3, T3f, T3r)에 대한 통계 연산의 처리 결과에 기초하여, 액추에이터(18)의 이상 발생 유무를 수치적으로 판정(관리)할 수 있다.
이러한 결과, 본 실시 형태에서는, 관리에 따른 공수가 삭감되고, 작업자의 부담을 현저히 경감할 수 있으며, 액추에이터(18)를 포함한 설비의 관리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수치적으로 관리됨으로써, 관리를 담당하는 작업자에 대한 교육도 용이하게 된다.
그리고, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)의 검지 결과에 기초하여 이동 시간(T3, T3f, T3r)을 산출하므로, 기존의 센서(리미트 스위치, 자기식 스위치)를 그대로 이용할 수 있다. 즉, 기존의 시스템에 대하여 이상 검출 장치(14)를 추가하는 것만으로, 이상 검출 시스템(10)을 구축할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 액추에이터(18)의 이상을 간단하고 용이하며 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 제1 데이터 기억부(50)에 이동 시간(T3, T3f, T3r)이 기억(축적)되므로, 피스톤(32)이 일단부(26)와 타단부(28) 사이에서 왕복 이동하는 경우라도, 통계 처리부(52)는, 제1 데이터 기억부(50)로부터 이동 시간(T3, T3f, T3r)을 순차적으로 읽어내어 통계 연산을 실행할 수 있다. 또한, 제2 기억부(54)에 처리 결과가 기억(축적)되므로, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)로부터 처리 결과를 적절히 읽어내어 검출 처리를 행할 수도 있게 된다.
또한, 제1의 구체예와 같이, 미리 설정된 정상값(정상인 이동 시간(T3n))과, 실제로 산출된 이동 시간(T3, T3f, T3r)과의 비교에 기초하여, 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지가 판정되므로, 액추에이터(18)의 이상 발생을 정확히 판정할 수 있다. 즉, 액추에이터(18)가 열화하면, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)의 각 검지 결과에 기초하여 이동 시간(T3, T3f, T3r)을 산출할 때마다, 편차의 절대값 εT3의 불균형이 커지게 된다. 따라서, 예를 들면, 편차의 절대값(εT3)이 소정의 역치(TH3)보다도 커지면, 액추에이터(18)의 이상이 발생했다고 용이하게 판정할 수 있다.
그리고, 정상인 이동 시간(T3n)은, 액추에이터(18)의 열화나 고장 등의 이상이 발생하지 않은 상태(예를 들면, 설치 직후 또는 교환 직후의 액추에이터(18)의 동작 초기 상태)에 있어서 일단부(26)와 타단부(28) 사이의 피스톤(32)의 이동 시간(T3)이며, 작업자가 미리 설정하여도 좋으며, 또는, 이상 검출 장치(14)의 제조시에 제1 데이터 기억부(50)에 기억시켜도 좋다.
한편, 제2 구체예에서는, 액추에이터(18)의 가동중(피스톤(32)의 왕복 이동하는 중)에, 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를, 실시간으로 용이하게 검출할 수 있다. 즉, 통계 처리부(52)는, 실제로 산출된 이동 시간(T3, T3f, T3r)의 데이터를 이용하여, 해당 데이터의 평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32)을 순차적으로 산출하고, 통계 연산값으로서 제2 데이터 기억부(54)에 기억한다.
또한, 이상 응답 검출부(56)는, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된 통계 연산값(평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32))과 정상값(평균값(AVE3n), 표준 편차(σ3n) 또는 분산(σ32n))과의 비교에 기초하여, 구체적으로는, 통계 연산값 및 정상값의 편차의 절대값εAVE3, εσ3 또는 εσ32과, 소정의 역치 THAVE3, THσ3 또는 THσ32를 비교함으로써, 액추에이터(18)의 이상 발생을 순차적으로 판정할 수 있다.
또한, 액추에이터(18)가 열화하면, 제1 센서(20) 및 제2 센서(22)의 각 검출 결과에 기초하여 이동 시간(T3)을 산출할 때마다, 평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32)의 불균형이 커진다. 따라서, 평균값(AVE3), 표준 편차(σ3) 또는 분산(σ32)에 대응하는 절대값εAVE3, εσ3 또는 εσ32이, 소정의 역치 THAVE3, THσ3 또는 THσ32보다도 커지면, 액추에이터(18)의 이상이 발생하였다고 용이하게 판정할 수 있다.
제2의 구체예에서는, 설비의 액추에이터(18)의 설치 직후 또는 교환 직후의 동작 초기 상태에 있어서, 일정 기간을 보정 시간으로 함으로써, 정상값이 자동적으로 산출되고, 제2 데이터 기억부(54)에 기억된다. 따라서, 정상값을 좋은 효율로 설정할 수 있다.
또한, 제1 시간(T1)과 제2 시간(T2)과의 시간차를 이동 시간(T3)으로서 산출함으로써, 해당 이동 시간(T3)을 용이하고 정확하게 산출할 수 있다.
그리고, 이상 검출 시스템(10)은, 액추에이터(18)의 이상에 더하여, 제1 시간(T1)을 이용하고, 방향 절환 밸브(16)와 액추에이터(18) 사이의 배관(33, 35)의 이상도 검출할 수 있게 된다. 그리고, 제1 시간(T1)에 대한 통계 연산은, 이동 시간(T3, T3f, T3r)에 대한 통계 연산과 같은 형태의 처리(평균값, 표준 편차 또는 분산의 산출)라면 좋다.
또한, PLC 등으로 이루어진 제어 장치(12)는, 고정 검출 장치(14)를 통하여 방향 절환 밸브(16)의 솔레노이드(16a, 16b)에 제어 신호를 공급하고, 한편으로, 고장 검출 장치(14)로부터 액추에이터(18) 등의 이상 검출 결과가 검출 신호로서 입력된다. 이러한 결과, 제어 장치(12)는, 액추에이터(18) 등의 이상을 온라인으로 파악(검출)할 수 있게 되며, 이러한 검출 결과에 기초하여, 제어 신호의 공급을 정지하는 등의 적절한 대응을 채택할 수 있다.
또한, 고장 검출 장치(14)는, 액추에이터(18) 등의 이상을 검출하고,검출 신호를 제어 장치(12)에 출력하므로, 작업자는, 액추에이터(18) 등의 이상을 검출하기 위한 제어 장치(12)용의 콘트롤 프로그램을 작성하는 것이 불필요하게 된다. 이러한 결과, 이상 검출 시스템(10)의 구축에 따른 작업자의 부담을 저감할 수 있다.
또한, 작업자는, 표시부(60)의 표시 내용을 시각적으로 인지함으로써, 액추에이터(18)의 이상 발생 등을 파악할 수 있으며, 설비의 정지나 액추에이터(18)의 교환 등의 적절한 대응을 신속하게 채택할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 위에서 서술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하는 일이 없이, 다양한 구성을 채택하여 얻을 수 있음은 물론이다.

Claims (9)

  1. 액추에이터(18)의 가동부(32)의 이동 시간에 기초하여, 해당 액추에이터(18)의 이상을 검출하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10)에 있어서,
    상기 가동부(32)의 변위 방향을 따라 상기 액추에이터(18)의 일단부(26)에 배치되고, 타단부(28) 측으로부터 상기 일단부(26)에 변위한 상기 가동부(32)를 검지하는 제1 센서(20)와,
    상기 변위 방향을 따라 상기 액추에이터(18)의 타단부(28)에 배치되고, 상기 일단부(26) 측으로부터 상기 타단부(28)에 변위한 상기 가동부(32)를 검지하는 제2 센서(22)와,
    상기 제1 센서(20) 및 상기 제2 센서(22)의 검지 결과에 기초하여, 상기 액추에이터(18)의 이상을 검출하는 이상 검출 장치(14)와,
    외부로부터의 제어 신호의 공급에 기초하여, 압력 유체를 상기 액추에이터(18)의 일단부(26) 또는 타단부(28)에 선택적으로 공급하는 방향 절환 밸브(16)와,
    상기 방향 절환 밸브(16)와 상기 액추에이터(18)의 일단부(26)를 연결하고, 상기 압력 유체를 상기 일단부(26)에 공급하는 제1 배관(33)과,
    상기 방향 절환 밸브(16)와 상기 액추에이터(18)의 타단부(28)를 연결하고, 상기 압력 유체를 상기 타단부(28)에 공급하는 제2 배관(35)을 구비하며,
    상기 이상 검출 장치(14)는,
    상기 방향 절환 밸브(16)로부터 상기 제1 배관(33)을 거쳐서 상기 액추에이터(18)의 일단부(26)로의 상기 압력 유체의 공급, 또는 상기 방향 절환 밸브(16)로부터 상기 제2 배관(35)을 거쳐서 상기 액추에이터(18)의 타단부(28)로의 상기 압력 유체의 공급에 의해서, 상기 가동부(32)가 상기 변위 방향을 따라서 변위하는 경우에, 상기 방향 절환 밸브(16)로의 상기 제어 신호의 공급 개시 시점으로부터 상기 제1 센서(20) 및 상기 제2 센서(22) 중 어느 하나의 센서가 상기 가동부(32)를 검지할 수 없게 되는 시점까지의 제1 검지 시간과, 상기 공급 개시 시점으로부터 나머지 하나의 센서가 상기 가동부(32)의 검지를 개시하는 시점까지의 제2 검지 시간과의 시간 차이를, 상기 일단부(26)와 상기 타단부(28) 사이에서 상기 가동부(32)가 이동하는 상기 이동 시간으로서 산출하는 이동 시간 산출부(44)와,
    상기 이동 시간, 상기 제1 검지 시간 또는 상기 제2 검지 시간에 대하여 소정의 통계 연산을 행하는 통계 연산 처리부(52)와,
    상기 통계 연산 처리부(52)의 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터(18), 상기 제1 배관(33) 또는 상기 제2 배관(35)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 이상 검출부(56)를 갖고,
    상기 통계 연산 처리부(52)가 상기 제1 검지 시간에 대하여 상기 통계 연산을 행하는 경우에, 상기 이상 검출부(56)는, 상기 제1 검지 시간에 대하여 상기 통계 연산의 처리 결과에 기초하여, 상기 방향 절환 밸브(16)와 상기 액추에이터(18) 사이의 상기 제1 배관(33) 또는 상기 제2 배관(35)에 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상 검출 장치(14)는, 상기 이동 시간, 상기 제1 검지 시간 또는 상기 제2 검지 시간을 기억하는 제1 기억부(50)와, 상기 처리 결과를 기억하는 제2 기억부(54)를 더 가지며,
    상기 이상 검출부(56)는, 상기 제2 기억부(54)에 기억된 상기 처리 결과를 읽어내고, 읽어낸 상기 처리 결과에 기초하여, 상기 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 기억부(50)에는, 상기 가동부(32)의 정상인 이동 시간이 정상값으로서 미리 기억되고,
    상기 통계 연산 처리부(52)는, 상기 이동 시간 산출부(44)에서 산출된 이동 시간과, 상기 정상값과의 편차를 적어도 산출하고, 산출한 상기 편차를 통계 연산값으로서 상기 제2 기억부(54)에 기억하며,
    상기 이상 검출부(56)는, 상기 통계 연산값을 상기 제2 기억부(54)로부터 읽어내고, 읽어낸 상기 통계 연산값에 기초하여, 상기 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가동부(32)가 상기 변위 방향을 따라 이동할 때마다, 상기 제1 센서(20) 및 상기 제2 센서(22)가 상기 가동부(32)를 검지하는 경우에, 상기 이동 시간 산출부(44)는, 상기 제1 센서(20) 및 상기 제2 센서(22)로부터 상기 각 검지 결과가 입력될 때마다, 상기 이동 시간을 산출하여 상기 제1 기억부(50)에 기억하고,
    상기 통계 연산 처리부(52)는, 상기 이동 시간 산출부(44)가 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부(50)에 기억할 때마다, 상기 제1 기억부(50)에 기억되어 있는 모든 상기 이동 시간의 데이터를 읽어내고, 읽어낸 상기 데이터의 평균값, 표준 편차 또는 분산을 산출하며, 산출한 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산을 통계 연산값으로 하여 상기 제2 기억부(54)에 기억하며,
    상기 제2 기억부(54)에는, 상기 가동부(32)의 정상인 이동 시간의 평균값, 표준 편차 또는 분산이 정상값으로서 더 기억되고,
    상기 이상 검출부(56)는, 상기 통계 연산 처리부(52)가 상기 통계 연산값을 상기 제2 기억부(54)에 기억할 때마다, 상기 통계 연산값 및 상기 정상값을 상기 제2 기억부(54)로부터 읽어내고, 상기 통계 연산값과 상기 정상값의 비교에 기초하여, 상기 액추에이터(18)의 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 액추에이터(18)의 동작 초기 상태의 일정 기간, 상기 가동부(32)를 상기 변위 방향을 따라 왕복 이동시키는 경우에, 상기 이동 시간 산출부(44)는, 상기 제1 센서(20) 및 상기 제2 센서(22)로부터 각 검지 결과가 입력될 때마다, 상기 가동부(32)의 이동 시간을 산출하고, 산출한 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부(50)에 기억하며,
    상기 통계 연산 처리부(52)는, 상기 제1 기억부(50)에 기억되어 있는 모든 상기 이동 시간의 데이터를 읽어내고, 읽어낸 상기 데이터의 평균값, 표준 편차 또는 분산을 산출하고, 산출한 상기 평균값, 상기 표준 편차 또는 상기 분산을 상기 정상값으로 하여 상기 제2 기억부(54)에 기억하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 이동 시간 산출부(44)는, 상기 제1 검지 시간, 상기 제2 검지 시간 및 상기 이동 시간을 상기 제1 기억부(50)에 기억하고,
    상기 통계 연산 처리부(52)는, 상기 제1 검지 시간에 대하여 소정의 통계 연산을 행하고, 상기 통계 연산의 처리 결과를 상기 제2 기억부(54)에 기억하며,
    상기 이상 검출부(56)는, 상기 제2 기억부(54)에 기억된 상기 제1 검지 시간에 대한 처리 결과를 읽어내고, 읽어낸 상기 처리 결과에 기초하여, 상기 방향 절환 밸브(16)와 상기 액추에이터(18) 사이의 상기 제1 배관(33) 또는 상기 제2 배관(35)에 이상이 발생하였는지 아닌지를 검출하는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 방향 절환 밸브(16)에 상기 제어 신호를 공급하는 제어 장치(12)를 더 구비하며,
    상기 이상 검출 장치(14)는, 상기 제어 장치(12)로부터의 상기 제어 신호를 상기 방향 절환 밸브(16)에 공급하고, 한편으로, 상기 이상 검출부(56)에서의 검출 결과를 상기 제어 장치(12)에 출력하는 출력 처리부(62)를 더 가지는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 기억부(50)에 기억된 상기 이동 시간, 상기 제1 검지 시간 또는 상기 제2 검지 시간, 상기 제2 기억부(54)에 기억된 상기 처리 결과, 및, 상기 이상 검출부(56)에서의 처리 결과를 표시하는 표시부(60)를 더 가지는 것을 특징으로 하는 액추에이터(18)의 이상 검출 시스템(10).
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