KR20150137007A - 기어 전동 장치 및 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치 - Google Patents

기어 전동 장치 및 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 기어 전동 장치의 상태를 계측하는 기술을 개시하는 것이다.
사용도 측정 장치(10)는, 기어 전동 장치[기어 전동 기구(4)]의 사용도를 측정한다. 사용도 측정 장치(10)는, 진동 주기 계측부(16)와 비교부(18)를 구비하고 있다. 진동 주기 계측부(16)는, 기어 전동 장치의 입력부측의 회전 상태와 출력부측의 회전 상태 중 적어도 한쪽을 나타내는 상태 신호의 진동 주기를 계측한다. 비교부(18)는, 기어 전동 장치의 초기 운전 기간 중에 계측된 제1 진동 주기와 기어 전동 장치를 소정 시간 운전한 후에 계측된 제2 진동 주기를 비교한다. 진동 주기 계측부(16)는, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 후의 상태 신호의 제1 진동 주기 및 제2 진동 주기를 계측한다.

Description

기어 전동 장치 및 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치{GEAR TRANSMISSION DEVICE AND USAGE RATE MEASURING APPARATUS FOR MEASURING USAGE RATE OF GEAR TRANSMISSION DEVICE}
본 명세서는, 기어 전동 장치 및 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치에 관한 기술을 개시한다.
모터와 워크(피구동 부재) 사이에 배치되고, 모터의 토크를 워크에 전달하는 기어 전동 장치가 알려져 있다. 기어 전동 장치는, 사용에 따라 열화되므로, 유지 보수, 교환 등을 행하는 것이 필요하다. 이를 위해, 기어 전동 장치에 이상이 발생하고 있는지 여부의 판단, 혹은, 가까운 장래에 기어 전동 장치에 이상이 발생할지 여부의 예지를 행하는 것이 필요하다. 일본 특허 출원 공개 소63-123105호 공보에서는, 이상이 발생하고 있지 않은 기어 전동 장치를 미리 소정 조건에서 구동하고, 워크의 구동 패턴을 계측하고, 구동 패턴의 기준값을 기억해 둔다. 또한, 기어 전동 장치에 이상이 발생하고 있을 때의 워크의 구동 패턴을 계측하고, 구동 패턴의 변화에 기초하여 임계값을 설정해 둔다. 일본 특허 출원 공개 소63-123105호 공보에서는, 기어 전동 장치를 소정 시간 운전한 후에, 기준값을 계측하였을 때와 동일한 조건에서 기어 전동 장치를 구동하고, 기준값에 대한 워크의 구동 패턴의 변화와 임계값을 비교하여, 기어 전동 장치의 상태를 판단하고 있다. 이하, 일본 특허 출원 공개 소63-123105호 공보를 특허문헌 1이라 칭한다.
특허문헌 1에서는, 기어 전동 장치에 이상이 발생하고 있는(가까운 장래에 이상이 발생할)지 여부를 판단하기 위해, 기어 전동 장치를 소정 시간 운전한 후에, 기어 전동 장치의 운전을 정지하고, 기준값을 계측하였을 때와 동일한 조건에서 기어 전동 장치를 구동하는 것이 필요하다. 즉, 기어 전동 장치의 상태를 오프라인으로 검사하는 것이 필요하다. 본 명세서는, 상기 과제를 해결하는 것이며, 기어 전동 장치의 상태를 온라인으로 측정하는 기술을 개시한다.
본 명세서가 개시하는 기술은, 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치에 관한 것이다. 그 사용도 측정 장치는, 진동 주기 계측부와, 비교부를 구비하고 있다. 진동 주기 계측부는, 기어 전동 장치의 입력부측의 회전 상태와 출력부측의 회전 상태 중 적어도 한쪽을 나타내는 상태 신호의 진동 주기를 계측한다. 비교부는, 기어 전동 장치의 초기 운전 기간 중에 계측된 제1 진동 주기와 기어 전동 장치를 소정 시간 운전한 후에 계측된 제2 진동 주기를 비교한다. 이 사용도 측정 장치에서는, 진동 주기 계측부는, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 후의 상태 신호의 제1 진동 주기 및 제2 진동 주기를 계측한다.
「기어 전동 장치의 사용도」라 함은, 예를 들어 정격 토크로 기어 전동 장치를 운전한 경우에 수명을 맞이할 때의 사용수(운전 시간)를 한계값 100으로 하였을 때에, 현재의 기어 전동 장치의 열화가 한계값 100에 대해 어느 정도 진행되어 있는지를 나타내는 지표를 말한다. 중량이 무거운 워크를 구동하는 경우, 중량이 가벼운 워크를 구동하는 경우와 비교하여, 기어 전동 장치의 운전 시간이 동일해도 사용도는 커지는 경우가 많다. 사용도를 측정함으로써, 현상의 워크를 계속해서 구동한 경우의 기어 전동 장치의 수명을 예측할 수 있다. 즉, 기어 전동 장치의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 또한, 사용도는, 한계값 100에 대한 비율로 나타낼 수도 있고, 한계값 100과의 차로 나타낼 수도 있다.
「기어 전동 장치의 입력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호」라 함은, 예를 들어 기어 전동 장치에 토크를 전달하는 모터에의 공급 전류, 그 모터의 출력축의 회전각에 대응하는 신호, 그 모터의 출력축의 출력 토크에 대응하는 신호, 기어 전동 장치의 입력축의 회전각에 대응하는 신호 등을 말한다. 또한, 「기어 전동 장치의 출력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호」라 함은, 예를 들어 기어 전동 장치의 출력부의 회전각에 대응하는 신호, 기어 전동 장치의 출력부의 출력 토크에 대응하는 신호, 기어 전동 장치의 출력부에 장착된 피구동 부재의 가속도에 대응하는 신호 등을 말한다.
「기어 전동 장치의 초기 운전 기간」이라 함은, 워크를 기어 전동 장치에 장착한 상태에서 기어 전동 장치의 동작을 확인하는 테스트 운전 기간 및 기어 전동 장치가 실제로 워크를 구동하는 작업을 개시하고 나서 기어 전동 장치에 열화가 발생하기 전까지의 기간을 포함하는 것을 말한다.
상기한 사용도 측정 장치는, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 후의 상태 신호를 계측한다. 기어 전동 장치가 구동을 정지하면, 기어 전동 장치의 입력부측 및 출력부측은 회전하지 않는다. 그러나, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 직후는, 기어 전동 장치는 구동하고 있지 않음에도 불구하고, 잠시 동안 상기한 상태 신호가 계속해서 발생한다. 상기한 사용도 측정 장치는, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 직후의 잔류 신호의 진동 주기를 계측한다. 또한, 「기어 전동 장치가 구동을 정지한 후」라 함은, 기어 전동 장치의 운전을 종료한 직후뿐만 아니라, 구동과 정지를 반복하면서 운전하고 있는 기어 전동 장치의 정지 중도 포함한다. 또한, 상기한 사용도 측정 장치는, 1개의 상태 신호를 계측하는 형태에 한정되는 것이 아니라, 복수의 상태 신호(예를 들어, 모터에의 공급 전류와 기어 전동 장치의 출력부의 회전각에 기초하는 신호)를 계측하는 형태도 포함한다.
상기한 사용도 측정 장치는, 기어 전동 장치의 운전을 종료한 직후, 혹은, 구동과 정지를 반복하면서 운전하고 있는 기어 전동 장치의 정지 중[정지(靜止) 중]에 기어 전동 장치의 사용도를 측정한다. 그로 인해, 기어 전동 장치를 운전하고 있었던 상황인 상태에서, 기어 전동 장치의 상태를 측정할 수 있다. 구체적으로는, 상기한 사용도 측정 장치는, 기어 전동 장치로부터 워크를 제거하고, 사용도를 측정하기 위한 기준 중량물을 기어 전동 장치에 장착하는 등의 작업을 행할 필요가 없다. 즉, 상기한 사용도 측정 장치는, 온라인으로 기어 전동 장치의 상태를 측정할 수 있다. 또한, 상기한 진동 주기는, 기어 전동 장치의 열화에 따라 변동한다. 보다 구체적으로는, 기어 전동 장치의 열화가 진행되면, 진동 주기가 길어진다. 그로 인해, 제1 진동 주기에 대한 제2 진동 주기의 변화량(또는 변화율)을 계측하면, 기어 전동 장치의 사용도를 측정할 수 있다.
도 1은 산업용 로봇의 외관을 나타내는 도면.
도 2는 기어 전동 장치의 운전 중의 모터의 출력 토크를 나타내는 도면.
도 3은 도 2의 부분 확대도를 나타내는 도면.
도 4는 기어 전동 장치의 운전 사이클수와, 진동 주기의 변화의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 기어 전동 장치의 블록도를 나타내는 도면.
도 1은 산업용 로봇(30)의 외관을 나타내고 있다. 본 명세서가 개시하는 기어 전동 장치는, 예를 들어 산업용 로봇(30)의 관절 부분에 사용된다. 산업용 로봇(30)은, 제1 관절(31)과, 제2 관절(32)과, 제3 관절(33)과, 제4 관절(34)과, 제5 관절(35)과, 제6 관절(36)을 갖고 있다. 즉, 산업용 로봇(30)은, 6축의 회전 운동을 조합하여 동작한다. 제1 관절(31)은 설치면에 고정되어 있고, 중심축(CL1)의 주위를 회전 가능하고, 제2 관절(32)은 중심축(38)의 주위를 회전 가능하고, 제3 관절(33)은 중심축(40)의 주위를 회전 가능하고, 제4 관절(34)은 중심축(CL2)의 주위를 회전 가능하고, 제5 관절(35)은 중심축(42)의 주위를 회전 가능하고, 제6 관절(36)은 중심축(CL3)의 주위를 회전 가능하다. 제6 관절(36)의 선단에는, 로봇 핸드(도시 생략)가 고정되고, 워크(피구동 부재)를 운반하거나 한다. 또한, 예를 들어 제1 관절(31)에 있어서는, 제6 관절(36)에 장착되는 부품(로봇 핸드, 피구동 부재)에 더하여, 제1∼제5 관절도 워크라 할 수 있다. 즉, 제1 관절(31)의 경우, 제1 관절(31)보다도 로봇 선단측에 장착된 부품의 전부가 워크이다. 이것은, 제2∼제6 관절에 대해서도 마찬가지이다.
관절(31∼36)의 각각에는, 기어 전동 장치가 내장되어 있다. 기어 전동 장치는, 전형적으로는 감속 장치이다. 제1 관절(31), 제2 관절(32) 및 제3 관절(33)은, 산업용 로봇(30)의 기본 3축이라고 불리고 있다. 제4 관절(34), 제5 관절(35) 및 제6 관절(36)은, 산업용 로봇(30)의 손목 3축이라고 불리고 있다. 관절(34, 35 및 36)은, 로봇의 전완(52)의 선단 부분을 형성하고 있다. 제4 관절(34)은, 견부(44)에 장착되어 있는 모터(46)의 회전수를 감속하여 제4 관절(34)보다도 선단측의 부재를 중심축(CL2)의 주위로 회전시킨다. 제5 관절(35)은, 견부(44)에 장착되어 있는 모터(48)의 회전수를 감속하여 제5 관절(35)보다도 선단측의 부재를 중심축(42)의 주위로 회전시킨다. 제6 관절(36)은, 견부(44)에 장착되어 있는 모터(50)의 회전수를 감속하여 제6 관절(36)보다도 선단측의 부재를 중심축(CL3) 주위로 회전시킨다. 마찬가지로, 산업용 로봇(30)은, 제1 관절(31), 제2 관절(32) 및 제3 관절(33)의 각각을 구동하기 위한 모터(도시 생략)도 구비하고 있다.
도 2 및 도 3은 제1 관절(31)에 내장되어 있는 기어 전동 장치를 운전하고 있을 때의 모터의 출력 토크의 변화를 나타내고 있다. 도 2는 구동과 정지를 반복하는 기어 전동 장치에 있어서, 기어 전동 장치가 구동을 개시하고 나서, 구동을 정지하고, 다음 구동을 개시하기 전까지를 1 사이클로 하였을 때의, 2 사이클분의 출력 토크의 변화를 나타내고 있다. 기간 t1은 기어 전동 장치가 구동을 개시하고 나서 정지할 때까지의 시간이며, 기간 t2는 기어 전동 장치가 정지하고 있는 동안의 시간이다. 도 3은 기어 전동 장치가 정지하고 있는 동안(기간 t2)의 모터의 출력 토크의 확대도를 나타내고 있다. 도 2 및 도 3은 운전 개시 직후(1 사이클째), 100만 사이클 경과 후 및 200만 사이클 경과 후의 모터의 출력 토크를 나타내고 있다. 도 2 및 도 3에 있어서, 그래프의 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 모터의 출력 토크를 나타내고 있다. 도 3의 곡선 60은 운전 개시 직후, 곡선 62는 100만 사이클 경과 후, 곡선 64는 200만 사이클 경과 후의 모터의 출력 토크를 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 기어 전동 장치가 구동하고 있지 않은 동안(정지 중)이라도, 모터의 출력 토크는 약간 변화한다. 기간 t2에 있어서의 모터 토크의 진동 주기는, 사이클수의 증가에 수반하여 커지고 있다. 즉, 기어 전동 장치에 열화가 발생하기 전(초기 운전 기간 중)에 계측한 진동 주기(이하, 제1 진동 주기라 칭하는 경우가 있음)와 비교하여, 기어 전동 장치의 열화가 진행된 진동 주기(이하, 제2 진동 주기라 칭하는 경우가 있음)는 커진다. 즉, 기어 전동 장치의 열화가 진행되면, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 후의 모터 토크의 진동 주기(모터 토크의 잔류 진동의 진동 주기)가, 기어 전동 장치에 열화가 발생하고 있지 않을 때의 진동 주기와 비교하여 커진다. 초기 구동 기간 중의 진동 주기(제1 진동 주기)에 대한 현재의 진동 주기(제2 진동 주기)의 변화를 계측함으로써, 기어 전동 장치의 열화 상태를 판단할 수 있다. 즉, 기어 전동 장치의 사용도를 판단할 수 있다.
도 4는 기어 전동 장치의 운전 사이클수와, 진동 주기의 변화의 관계를 나타내고 있다. 그래프의 횡축은 운전 사이클수를 나타내고, 종축은 제1 진동 주기와 제2 진동 주기의 비(제2 진동 주기/제1 진동 주기)를 나타내고 있다. 즉, 그래프의 종축은, 제1 진동 주기를 「1」로 하였을 때의, 제1 진동 주기에 대한 제2 진동 주기의 비를 나타내고 있다. 이하의 설명에서는, 제2 진동 주기를 제1 진동 주기로 제산한 수치를, 비교값이라 칭한다. 또한, 도 4는 기어 전동 장치를 500만 사이클까지 운전하고 있는 동안에, 50만 사이클마다 진동 주기를 계측한 결과에 기초하는 그래프이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 비교값은, 운전 사이클수의 증가에 수반하여 증가하고 있다. 이 결과는, 기어 전동 장치에 열화가 발생하면, 비교값이 증가하는 것을 나타내고 있다. 그로 인해, 상기한 기어 전동 장치에 있어서, 미리 기어 전동 장치에 이상이 발생할 때의 비교값(이하, 임계값이라 칭함)을 측정해 두면, 현재의 비교값을 산출함으로써, 기어 전동 장치의 사용도, 잔여 수명을 예측할 수 있다.
[실시예]
도 5는 기어 전동 장치(2)를 나타내고 있다. 도 5는 기어 전동 장치(2)가 워크(14)를 구동하는 형태를 나타내고 있다. 기어 전동 장치(2)는, 기어 전동 기구(4)와, 모터(6)와, 모터 제어 장치(8)와, 사용도 측정 장치(10)를 구비하고 있다. 기어 전동 기구(4)에는, 모터(6) 및 워크(14)가 장착되어 있다. 이러한 기어 전동 장치(2)가, 상기한 산업용 로봇(30)의 각 관절(31∼36)에 내장되어 있다. 모터 제어 장치(8)와 모터(6) 사이에 전류계(20)가 배치되어 있고, 모터(6)에 제1 인코더(22)가 접속되어 있고, 기어 전동 기구(4)에 제2 인코더(24)가 접속되어 있고, 기어 전동 기구(4)와 워크(14) 사이에 토크 센서(26)가 배치되어 있고, 워크(14)에 가속도 센서(28)가 접속되어 있다. 전류계(20) 및 제1 인코더(22)는, 기어 전동 기구(4)의 입력부측에 배치되어 있다. 제2 인코더(24), 토크 센서(26) 및 가속도 센서(28)는, 기어 전동 기구(4)의 출력부측에 배치되어 있다.
모터(6)는, 모터 제어 장치(8)로부터의 출력 신호에 기초하여 구동한다. 구체적으로는, 배선(1)에 의해, 모터 제어 장치(8)에 내장되어 있는 전류 증폭기(도시 생략)로부터 모터(6)에 전류가 공급된다. 모터(6)의 출력축(도시 생략)은, 기어 전동 기구(4)의 입력축(도시 생략)에 접속되어 있다. 그로 인해, 전류계(20)를 사용하여 모터(6)에의 공급 전류를 검출함으로써, 기어 전동 기구(4)의 입력부측[전형적으로는 기어 전동 기구(4)의 입력축]의 회전 상태를 계측할 수 있다. 전류계(20)에서 검출된 전류값은, 배선(5)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다. 모터(6)에의 공급 전류는, 기어 전동 기구(4)의 입력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호의 일례이다.
제1 인코더(22)는, 모터(6)의 출력축의 회전각을 검출한다. 제1 인코더(22)가 검출한 정보는, 배선(3)을 통해, 모터 제어 장치(8)에 피드백된다. 구체적으로는, 제1 인코더(22)는, 모터(6)의 출력축의 회전각에 대응하는 신호(전류)를, 모터 제어 장치(8)에 입력한다. 모터 제어 장치(8)는, 제1 인코더(22)로부터의 입력 신호에 따라, 모터(6)에의 출력 신호[모터(6)에의 공급 전류]를 조정한다. 제1 인코더(22)의 출력 신호는, 배선(9)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에도 입력된다. 제1 인코더(22)의 출력 신호는, 기어 전동 기구(4)의 입력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호의 일례이다.
모터 제어 장치(8)가 모터(6)에 출력한 신호의 종류는, 배선(7)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다. 구체적으로는, 사용도 측정 장치(10)에는, 모터 제어 장치(8)가 모터(6)를 구동하는 신호를 출력하고 있는 것인지, 모터(6)를 정지하는 신호를 출력하고 있는 것인지가 입력된다. 환언하면, 모터(6)[기어 전동 기구(4)]가 기간 t1과 기간 t2 중 어느 상태인지가, 배선(7)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다(도 2도 참조).
모터(6)의 출력 토크(출력축의 회전 토크)는, 기어 전동 기구(4)에 의해 증폭된다[모터(6)의 출력축의 회전수가 감속됨]. 기어 전동 기구(4)의 출력부에는, 제2 인코더(24)가 접속되어 있다. 제2 인코더(24)는, 기어 전동 기구(4)의 출력축의 회전각을 검출한다. 제2 인코더(24)는 기어 전동 기구(4)의 출력부의 회전각에 대응하는 신호(전형적으로 전류)를 생성하고, 그 신호가, 배선(11)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다. 제2 인코더(24)의 출력 신호는, 기어 전동 기구(4)의 출력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호의 일례이다.
토크 센서(26)는, 기어 전동 기구(4)의 출력 토크를 검출한다. 토크 센서(26)는, 기어 전동 기구(4)의 출력 토크에 대응하는 신호(전형적으로 전류)를 생성하고, 그 신호가, 배선(13)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다. 토크 센서(26)의 출력 신호는, 기어 전동 기구(4)의 출력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호의 일례이다.
가속도 센서(28)는, 워크(14)의 가속도를 검출한다. 또한, 워크(14)는 기어 전동 기구(4)의 출력부에 고정되어 있으므로, 가속도 센서(28)는, 기어 전동 기구(4)의 출력부의 가속도를 검출하고 있다고 할 수도 있다. 가속도 센서(28)는, 워크(14)의 가속도에 대응하는 신호(전형적으로 전류)를 생성하고, 그 신호가, 배선(15)을 통해, 사용도 측정 장치(10)에 입력된다. 가속도 센서(28)의 출력 신호는, 기어 전동 기구(4)의 출력부측의 회전 상태를 나타내는 상태 신호의 일례이다.
사용도 측정 장치(10)는, 주파수 분석부(16)와, 비교부(18)를 구비하고 있다. 주파수 분석부(16)는, 진동 주기 계측부의 일례이다. 주파수 분석부의 일례로서, 오실로스코프를 들 수 있다. 주파수 분석부(16)에서는, 이하에 기재하는 처리 (1)∼(5) 중 적어도 하나가 행해진다[처리 (1)∼(5)의 복수, 처리 (1)∼(5)의 전부가 행해지는 경우도 있음].
처리 (1) : 주파수 분석부(16)가, 기어 전동 기구(4)의 출력부가 정지하고 있을 때[모터 제어 장치(8)가 모터(6)를 정지하는 신호를 출력하고 있을 때]의 모터(6)에의 출력 신호(전류)에 기초하여, 진동 주기를 계측한다. 즉, 주파수 분석부(16)는, 기간 t2의 진동 주기를 계측한다. 모터(6)에의 출력 신호는, 전류계(20)에서 검출된다. 비교부(18)는, 기어 전동 기구(4)의 1 사이클째(초기 운전 기간)의 기간 t2의 동안에 모터(6)에 출력된 출력 신호에 기초하여 계측한 진동 주기(제1 진동 주기 Ts1)와, 주파수 분석부(16)에서 계측한 최신(x1 사이클째)의 기간 t2의 동안의 진동 주기(제2 진동 주기 Tx1)의 비교를 행한다. 구체적으로는, 제2 진동 주기 Tx1을 제1 진동 주기 Ts1로 제산하여 비교값 Ta1을 산출하고, 비교부(18)에 기억되어 있는 임계값 Tt와의 비교를 행한다. 즉, 이하 (a), (b) 중 어느 쪽인지를 판정한다.
(a) Tx1/Ts1＝Ta1＞Tt
(b) Tx1/Ts1＝Ta1≤Tt
처리 (2) : 주파수 분석부(16)가, 기어 전동 기구(4)의 출력부가 정지하고 있을 때의 제1 인코더(22)로부터의 출력 신호(전류)에 기초하여, 진동 주기를 검출한다. 제1 인코더(22)는, 모터(6)의 출력축의 회전각에 기초하여 출력 신호를 생성한다. 비교부(18)는, 기어 전동 기구(4)의 1 사이클째의 기간 t2의 동안에 검출된 모터(6)의 출력축의 회전각에 기초하여 계측한 진동 주기(제1 진동 주기 Ts2)와, 주파수 분석부(16)에서 계측한 최신(x2 사이클째)의 기간 t2의 동안의 진동 주기(제2 진동 주기 Tx2)의 비교를 행한다. 구체적으로는, 제2 진동 주기 Tx2를 제1 진동 주기 Ts2로 제산하여 비교값 Ta2를 산출하고, 비교부(18)에 기억되어 있는 임계값 Tt와의 비교를 행한다. 즉, 이하 (c), (d) 중 어느 쪽인지를 판정한다.
(c) Tx2/Ts2＝Ta2＞Tt
(d) Tx2/Ts2＝Ta2≤Tt
처리 (3) : 주파수 분석부(16)가, 기어 전동 기구(4)의 출력부가 정지하고 있을 때의 제2 인코더(24)로부터의 출력 신호(전류)에 기초하여, 진동 주기를 검출한다. 제2 인코더(24)는, 기어 전동 기구(4)의 출력축의 회전각에 대응하는 출력 신호를 생성한다. 비교부(18)는, 기어 전동 기구(4)의 1 사이클째의 기간 t2의 동안에 검출된 모터(6)의 출력축의 회전각에 기초하여 계측한 진동 주기(제1 진동 주기 Ts3)와, 주파수 분석부(16)에서 계측한 최신(x3 사이클째)의 기간 t2의 동안의 진동 주기(제2 진동 주기 Tx3)의 비교를 행한다. 구체적으로는, 제2 진동 주기 Tx3을 제1 진동 주기 Ts3으로 제산하여 비교값 Ta3을 산출하고, 비교부(18)에 기억되어 있는 임계값 Tt와의 비교를 행한다. 즉, 이하 (e), (f) 중 어느 쪽인지를 판정한다.
(e) Tx3/Ts3＝Ta3＞Tt
(f) Tx3/Ts3＝Ta3≤Tt
처리 (4) : 주파수 분석부(16)가, 기어 전동 기구(4)의 출력부가 정지하고 있을 때의 토크 센서(26)로부터의 출력 신호(전류)에 기초하여, 진동 주기를 검출한다. 토크 센서(26)는, 기어 전동 기구(4)의 출력축과 워크(14) 사이에서, 기어 전동 기구(4)의 출력축으로부터 워크(14)에 가해지는 토크에 대응하는 신호(전류)를 생성한다. 비교부(18)는, 기어 전동 기구(4)의 1 사이클째의 기간 t2의 동안에 검출된 기어 전동 기구(4)의 출력축으로부터의 출력 토크에 기초하여 계측한 진동 주기(제1 진동 주기 Ts4)와, 주파수 분석부(16)에서 계측한 최신(x4 사이클째)의 기간 t2의 동안의 진동 주기(제2 진동 주기 Tx4)의 비교를 행한다. 구체적으로는, 제2 진동 주기 Tx4를 제1 진동 주기 Ts4로 제산하여 비교값 Ta4를 산출하고, 비교부(18)에 기억되어 있는 임계값 Tt와의 비교를 행한다. 즉, 이하 (g), (h) 중 어느 쪽인지를 판정한다.
(g) Tx4/Ts4＝Ta4＞Tt
(h) Tx4/Ts4＝Ta4≤Tt
처리 (5) : 주파수 분석부(16)가, 기어 전동 기구(4)의 출력부가 정지하고 있을 때의 가속도 센서(28)로부터의 출력 신호(전류)에 기초하여, 진동 주기를 검출한다. 가속도 센서(28)는, 워크(14)의 가속도에 대응하는 출력 신호를 생성한다. 비교부(18)는, 기어 전동 기구(4)의 1 사이클째의 기간 t2의 동안에 검출된 워크(14)의 가속도에 기초하여 계측한 진동 주기(제1 진동 주기 Ts5)와, 주파수 분석부(16)에서 계측한 최신(x5 사이클째)의 기간 t2의 동안의 진동 주기(제2 진동 주기 Tx5)의 비교를 행한다. 구체적으로는, 제2 진동 주기 Tx5를 제1 진동 주기 Ts5로 제산하여 비교값 Ta5를 산출하고, 비교부(18)에 기억되어 있는 임계값 Tt와의 비교를 행한다. 즉, 이하 (i), (j) 중 어느 쪽인지를 판정한다.
(i) Tx5/Ts5＝Ta5＞Tt
(j) Tx5/Ts5＝Ta5≤Tt
상기 처리 (1)∼(5)는, 진동 주기를 계측하기 위한 신호(전류)가 다르다. 검출하는 대상이 다르므로, 각각의 제1 진동 주기 Ts1∼Ts5의 형상 및 각각의 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5의 형상은 다르다. 그러나, 상기 처리 (1)∼(5)의 어느 경우나, 제2 진동 주기를 제1 진동 주기로 제산하므로, 동일한 사이클수로 계산한 경우, 비교값 Ta1∼Ta5는 실질적으로 동일한 값으로 된다. 그로 인해, 처리 (1)∼(5) 중 적어도 하나를 행하면, 제2 진동 주기의 제1 진동 주기에 대한 비율을 계측할 수 있다. 그로 인해, 이하의 설명에서는, 처리 (1)을 실시하는 예에 대해 설명하고, 처리 (2)∼(5)에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
또한, 임계값 Tt는, 실험 등에 의해 미리 설정된 상수이다. 임계값 Tt는, 기어 전동 장치(기어 전동 기구)에 이상이 발생할지 여부를 판단하기 위해 사용되는 상수이다. 구체적으로는, 기어 전동 장치에 부하를 장착하고, 기어 전동 장치에 이상이 발생할 때까지 구동과 정지를 반복해서 행하고, 기어 전동 장치의 출력부가 정지하고 있을 때(기간 t2)의 진동 주기를 계속해서 검출한다. 기어 전동 장치에 이상이 발생하였을 때의 진동 주기 Tb를 초기 운전 기간 중의 진동 주기 Tsb로 제산하고, 임계값 Tt를 결정한다(Tt＝Tb/Tsb). 또한, 안전을 위해, 기어 전동 장치에 이상이 발생하는 y 사이클 전의 진동 주기 Ty를 사용하여 임계값 Tt를 결정해도 된다. 즉, Tt＝Ty/Tsb로 해도 된다.
통지부(12)는, 램프와 스피커를 구비하고 있다(도시 생략). 비교부(18)의 판정 결과가 (b), (d), (f), (h), (j)인 경우, 통지부(20)의 램프는 녹색으로 빛난다. 비교부(18)의 판정 결과가 (a), (c), (e), (g), (i)인 경우, 통지부(12)의 램프가 적색으로 빛남과 함께, 스피커로부터 경고음이 발신된다. 이에 의해, 기어 전동 기구(4)에 이상이 발생하였을 때(예를 들어, 수명을 맞이하였을 때)에, 유지 보수 등을 행할 수 있다.
또한, 통지부(12)는, 기어 전동 장치의 사용도를 표시하는 표시부(도시 생략)를 더 구비하고 있어도 된다. 표시부는, 예를 들어 처리 (1)을 행하는 경우, 1 사이클째의 비교값 Ta1(Ta1＝1)을 0％로 하고, 임계값 Tt를 100％로 하였을 때에, 현재(x1 사이클째)의 비교값 Ta1이 임계값 Tt의 몇 ％에 상당하는지를 나타내도 된다. 이에 의해, 현상의 기어 전동 장치의 사용도를 알 수 있다. 즉, 기어 전동 장치의 잔여 수명을 예측할 수 있다.
제1 인코더(22)는, 기어 전동 기구(4)의 입력부에 장착해도 된다. 또한, 모터(6)와 제1 인코더(22)가 일체여도 된다. 즉, 인코더를 구비하는 모터에 의해 기어 전동 기구를 구동해도 된다. 이 경우, 제1 인코더(22)를 생략할 수 있다. 예를 들어, 처리 (1)만을 행하는 경우, 제1 인코더(22), 제2 인코더(24), 토크 센서(26) 및 가속도 센서(28)를 생략해도 된다. 실시하는 처리에 따라, 전류계(20), 제1 인코더(22), 제2 인코더(24), 토크 센서(26) 및 가속도 센서(28) 중 적어도 하나를 배치하면 된다. 실시하는 처리[처리 (1)∼(5)]의 수가 증가함에 따라, 보다 정확한 사용도를 얻을 수 있다. 또한, 실시하는 처리가 적어짐에 따라, 사용도 측정 장치(10)의 구조를 간단하게 할 수 있음과 함께, 측정 기기[전류계(20), 제1 인코더(22), 제2 인코더(24), 토크 센서(26) 및 가속도 센서(28)]의 수를 적게 할 수 있다.
상기한 x1∼x5 사이클은, 동일한 사이클이어도 되고, 다른 사이클이어도 된다. 또한, 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5를 계측하는 타이밍은, 기어 전동 기구(4)가 구동을 정지할 때마다(각 사이클마다) 행해도 되고, 소정의 사이클마다 행해도 된다. 또한, 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5를 계측하는 타이밍은, 기어 전동 기구(4)가 운전을 개시하고 나서 소정 시간 경과한 후의, 최초에 구동을 정지하였을 때여도 된다. 혹은, 1일의 운전이 끝난 직후에 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5를 계측해도 된다. 즉, 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5를 계측하는 타이밍은 임의로 설정할 수 있다.
산업용 로봇(30)의 각 관절(31∼36)에는 기어 전동 기구(기어 전동 장치)(4)만을 내장하고, 모터(6), 모터 제어 장치(8), 사용도 측정 장치(10) 등은, 산업용 로봇(30)과 다른 장소에 배치해도 된다. 또한, 기존의 기어 전동 장치에 대해 사용도 측정 장치(10)를 접속함으로써, 기존의 기어 전동 장치의 사용도를 예측할 수도 있다. 즉, 기어 전동 장치와 사용도 측정 장치(10)는, 각각 별체의 장치여도 된다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은, 기어 전동 장치를 사용하는 장치라면, 상기한 로봇의 관절 이외에도 적용할 수 있다.
제1 진동 주기 Ts1∼Ts5는, 1 사이클째 이후에 계측해도 된다. 즉, 거의 사용 전과 동일한 상태(열화가 발생하고 있지 않은 상태)의 기어 전동 기구(4)에 대해 제1 진동 주기 Ts1∼Ts5를 계측하면 된다. 이 경우, 제1 진동 주기 Ts1∼Ts5는, 기어 전동 기구(4)의 운전을 개시하고 나서 10만 사이클 이내에 계측하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5만 사이클 이내, 더욱 바람직하게는 1만 사이클 이내, 특히 바람직하게는 1000 사이클 이내에 계측하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 기어 전동 기구(4)는, 구동과 정지의 반복 운전을 500만 사이클 반복해도 이상이 발생하지 않도록 설계되어 있다. 그로 인해, 10만 사이클 이내에 제1 진동 주기 Ts1∼Ts5를 계측하면, 비교값 Ta1∼Ta5의 값은 거의 동일한 값을 나타낸다. 또한, 제1 진동 주기 Ts1∼Ts5는, 기어 전동 장치(2)의 테스트 가동 중에 계측해도 된다.
기어 전동 장치(2)의 이점을 설명한다. 상기한 바와 같이, 기어 전동 장치(2)에서는, 기어 전동 장치(2)의 구동을 정지한 직후의 진동 주기(제1 진동 주기 Ts1∼Ts5, 제2 진동 주기 Tx1∼Tx5)에 기초하여, 기어 전동 장치(2)의 잔여 수명, 이상 등을 검지할 수 있다. 그로 인해, 기어 전동 장치(2)는, 기어 전동 장치(2)의 운전 중과 동일한 상황에서 기어 전동 장치(2)의 잔여 수명, 이상 등을 검지할 수 있다. 즉, 기어 전동 장치(2)는, 워크(14) 등을 제거하는 일 없이, 온라인으로 잔여 수명, 이상 등을 검지할 수 있다. 또한, 모터(6)가 정지하고 있는 동안(기간 t2)의 진동 주기를 계측하므로, 계측하는 진동 주기는, 워크(14)의 구동 속도의 영향을 받는 일은 없다. 또한, 워크(14)를 구동하는 거리, 시간의 영향도 받지 않는다.
또한, 예를 들어 기어 전동 장치의 수명 등을 모터의 출력 토크의 크기에 기초하여 온라인으로 판단하는 경우, 모터의 출력 토크가 워크의 구동 속도에 따라 변화하므로, 실제의 워크의 구동 속도에 대응한 임계값을 설정해 두는 것이 필요하다. 워크의 구동 속도를 변화시키는 경우, 구동 속도마다 복수의 임계값을 설정하는 것이 필요하다. 또한, 예를 들어 기어 전동 장치가 정속 회전하고 있을 때의 모터의 출력 토크의 크기에 기초하여 수명 등을 판단하려고 하면, 워크를 구동하는 거리, 시간이 제한되어 버린다. 그에 반해, 기어 전동 장치(2)는, 모터의 출력축이 정지하고 있는(즉, 워크도 정지하고 있는) 동안의 진동 주기에 기초하여 비교값 Ta(Ta1∼Ta5)를 산출하므로, 워크의 구동 속도, 구동 거리, 구동 시간에 관계없이 비교값 Ta와 임계값 Tt의 비교를 행할 수 있다. 즉, 임계값 Tt를 설정하였을 때의 워크의 구동 속도가 사용 시의 워크의 구동 속도와 달라도, 기어 전동 장치(2)의 잔여 수명, 이상 등을 검지할 수 있다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구 범위에 기재된 기술에는, 이상에서 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시의 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수의 목적을 동시에 달성하는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.
2 : 기어 전동 장치
4 : 기어 전동 기구
6 : 모터
8 : 모터 제어 장치
10 : 사용도 측정 장치
12 : 통지 수단
14 : 피구동 부재
16 : 진동 주기 측정부
18 : 비교부

Claims (8)

  1. 기어 전동 장치의 사용도를 측정하는 사용도 측정 장치이며,
    기어 전동 장치의 입력부측의 회전 상태와 출력부측의 회전 상태 중 적어도 한쪽을 나타내는 상태 신호의 진동 주기를 계측하는 진동 주기 계측부와,
    기어 전동 장치의 초기 운전 기간 중에 계측된 제1 진동 주기와 기어 전동 장치를 소정 시간 운전한 후에 계측된 제2 진동 주기를 비교하는 비교부를 구비하고 있고,
    진동 주기 계측부는, 기어 전동 장치가 구동을 정지한 후의 상태 신호의 제1 진동 주기 및 제2 진동 주기를 계측하는, 사용도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상태 신호는, 기어 전동 장치에 접속되어 있는 모터에의 공급 전류인, 사용도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상태 신호는, 기어 전동 장치에 접속되어 있는 모터의 출력축의 회전각에 기초하여 생성되는, 사용도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상태 신호는, 기어 전동 장치의 출력부의 회전각에 기초하여 생성되는, 사용도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상태 신호는, 기어 전동 장치의 출력부의 토크에 기초하여 생성되는, 사용도 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상태 신호는, 기어 전동 장치의 출력부에 장착된 피구동 부재의 가속도에 기초하여 생성되는, 사용도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제1 진동 주기와 제2 진동 주기를 비교하여, 제2 진동 주기가 제1 진동 주기에 대해 소정값을 초과하였을 때에 기어 전동 장치의 이상을 통지하는 통지 수단을 구비하고 있는, 사용도 측정 장치.
  8. 모터와,
    기어 전동 기구와,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 사용도 측정 장치를 구비하고 있는, 기어 전동 장치.
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