KR20160130477A - 주행 차륜의 열화 검출 방법과 검출 시스템, 및 주행 대차 - Google Patents

Abstract

주행 차륜의 열화를 특별한 센서 등을 이용하지 않고 검출한다. 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하는 주행 대차의, 주행 차륜의 열화를 검출한다. 주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하고, 주행 모터의 토크와 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것에 기초하여 주행 차륜의 열화를 검출한다.

Description

주행 차륜의 열화 검출 방법과 검출 시스템, 및 주행 대차 {TRAVEL WHEEL DEGRADATION DETECTION METHOD AND DETECTION SYSTEM, AND TRAVEL CARRIAGE}

본 발명은 주행 대차의 주행 차륜에 대한 열화의 검출에 관한 것이다.

출원인은 클린룸 등의 천장 스페이스를 주행하는 천장 주행차를 개발하고, 제조하고 있다. 이러한 천장 주행차의 주행 대차부의 구조는, 예를 들면 특허 문헌 1(JP2002-308404A)에 개시되어 있다. 천장 주행차에는, 전후 한 쌍의 대차 유닛에 종동륜과 가이드 롤러가 마련되고, 전후 한 쌍의 대차 유닛을 가로지르도록 구동륜 유닛이 마련되어 있다. 그리고 구동륜 유닛에 주행 모터와 주행 차륜(주행 구동륜)이 마련되고, 주행 차륜은 주행 레일에 정해진 접촉 압력으로 접촉하도록 힘이 가해져 있다. 또한, 주행 차륜은 견고하며, 예를 들면 우레탄 고무제이다.

합성 수지의 주행 차륜은 주행을 거듭하면 마모에 의해 표면이 거칠어진다. 이를 방치하면, 주행 차륜의 표면이 박리되는 버스트 등의 트러블이 발생하여, 천장 주행차를 정지시켜 주행 차륜을 교환할 필요가 발생한다. 그런데 주행 차륜의 열화는 일정하지 않다. 이 때문에, 문제가 되는 정도의 열화가 발생하기 보다 충분히 전에 교환하거나, 교환이 늦어 주행 차륜에 버스트 등이 발생하여 정지한 천장 주행차 때문에 주행 경로가 통과 불능이 되는 위험을 무릅쓰거나 어느 하나를 선택하게 된다.

특허 문헌 2(JP3509330B)는 4륜의 자동차에 대하여 타이어의 감압을 그에 수반하는 타이어의 소경화로부터 검출하는 것을 개시하고 있다. 특허 문헌 2에서는, 구동륜의 슬립율을 구동륜과 종동륜과의 회전수의 비로부터 검출한다. 그리고 구동륜에 대한 토크와 슬립율을 플롯하면 토크가 0에서의 슬립율이 감압에 의한 소경화를 반영하고 있다고 한다. 그러나 이 방법은 주행 차륜의 표면의 마모 등에 의한 열화에는 유효하지 않다. 발명자는 이를 실험적으로 확인했다.

JP2002-308404A JP3509330B

본 발명의 과제는 주행 차륜의 열화를 특별한 센서 등을 이용하지 않고 검출하는 것에 있다.

본 발명은, 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하는 주행 대차의, 주행 차륜의 열화의 검출 방법으로서,

주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하는 단계와,

주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것에 기초하여 주행 차륜의 열화를 검출하는 단계

를 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하는 주행 대차의, 주행 차륜의 열화의 검출 시스템으로서,

주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하기 위한 수단과,

주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것에 기초하여 주행 차륜의 열화를 검출하기 위한 수단

을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하고, 또한 주행 차륜의 열화 검출용의 데이터를 수집하는 기능을 구비하는 주행 대차로서,

주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하기 위한 수단과,

주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것을 검출하여 기억하기 위한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

발명자는, 도 3(정상), 도 4(이상)에 나타내는 바와 같이, 주행 차륜의 열화를 슬립 속도와 토크를 성분으로 하는 적어도 2 차원의 공간에서의 궤적에 의해 검출할 수 있는 것을 발견했다. 즉 주행 차륜이 열화되면, 도 3의 A, B, C 등의 이상 영역을 궤적이 통과하므로, 이로부터 주행 차륜의 열화를 검출할 수 있다. 이에 대하여, 슬립율과 토크와의 궤적(도 9)으로부터는 의미가 있는 특징은 발견할 수 없다.

상기 이상 영역은, 예를 들면 슬립 속도에 대한 토크의 기울기가 기준치 이하의 영역이며, 특히 바람직하게는 감속 시에 슬립 속도에 대한 토크의 기울기가 기준치 이하의 영역이다. 주행 차륜이 열화되면, 도 3, 도 4에서의 슬립 속도에 대한 토크의 기울기가 감소하고, 특히 주행 대차의 감속 시의 기울기의 저하가 현저하다.

검출 대상이 되는 주행 차륜은 예를 들면 견고한 합성 수지제로, 본 발명에서는 예를 들면 주행 차륜의 마모에 의한 표면의 조면화 혹은 거칠기를 열화로서 검출한다.

또한 이상 영역을 1 회 통과한 시점에서 즉시 이상으로 하는 것이 아니라, 이상 영역을 통과한 횟수 등에 기초하여 판정하는 것이 바람직하다. 또한 이상 영역을 통과한 횟수에 더하여, 도 4의 라인(L1, L2)의 기울기를 가미하는 것이 바람직하다. 또한 이상 영역을 통과한 횟수의 추이, 혹은 이에 더하여 라인(L1, L2)의 기울기의 추이를 가미하여 주행 차륜의 열화의 정도를 판정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 주행 차륜이 새로운 것일 때의 토크와 슬립 속도의 궤적을 기준으로 하고, 이로부터 벗어나는 영역을 이상 영역으로 하면 된다. 이는 초기의 궤적을 정상인 궤적이라 간주하고, 주행 차륜의 사용에 수반하여 토크와 슬립 속도의 궤적이 초기의 궤적으로부터 어느 정도 시프트했는가에 따라 열화의 정도를 판정하는 것이다.

도 1은 실시예의 천장 주행차와 노치한 레일을 나타내는 측면도이다.
도 2는 주행 차륜의 열화 검출 시스템의 블록도이다.
도 3은 정상인 주행 차륜에서의 슬립 속도와 토크의 궤적을 나타내는 도이다.
도 4는 열화된 주행 차륜에서의, 슬립 속도와 토크의 궤적을 나타내는 도이다.
도 5는 접촉 압력을 바꾸었을 시의, 슬립 속도와 토크의 궤적을 나타내는 도이다.
도 6은 열화 검출의 초기 설정 알고리즘을 나타내는 순서도이다.
도 7은 열화의 검출 알고리즘을 나타내는 순서도이다.
도 8은 엔코더 신호와, 리니어 센서의 신호, 슬립율 및 토크의 파형도이다.
도 9는 토크와 슬립율과의 페어의 궤적을 나타내는 도이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 최적 실시예를 나타낸다. 본 발명의 범위는, 특허 청구의 범위의 기재에 기초하여, 명세서의 기재와 이 분야에서의 주지 기술을 참작하여 당업자의 이해에 따라 정해져야 한다.

[실시예]

도 1 ~ 도 7에 실시예를 나타낸다. 2는 천장 주행차로, 스태커 크레인, 무인 반송차 등의 주행 대차여도 되고, 1 륜 혹은 복수 륜의 견고하고 합성 수지제인 주행 차륜으로 주행하는 것이 주행 차륜의 열화 검출의 대상으로서 바람직하다. 4는 레일로, 예를 들면 클린룸의 천장 주행차에 마련되어 있다. 레일(4) 내에 천장 주행차(2)는 전후 한 쌍의 대차 유닛(6, 6)을 구비하고, 대차 유닛(6, 6) 사이에 구동륜 유닛(8)이 배치되어 있다. 10은 천장 주행차(2)의 본체부이다.

구동륜 유닛(8)은 구동륜인 주행 차륜(12)과 주행 모터(14)를 구비하고, 전후 양단을 대차 유닛(6, 6)에 연직축 둘레로 회동 가능하게 지지되고, 부세부(付勢部)(16)에 의해 정해진 접촉 압력으로 주행 차륜(12)이 레일(4)의 답면(踏面)(50)에 접하도록 가압되어 있다. 주행 차륜(12)은 견고한 우레탄 고무의 차륜으로, 답면(50)과의 마찰력에 의해 천장 주행차(2)를 주행시킨다. 대차 유닛(6, 6)은 종동륜(20)과 분기와 직진의 전환용의 가이드 롤러(22, 24)를 구비하고, 종동륜(20)은 답면(51)에 접한다. 또한 대차 유닛(6, 6)은 수전(受電) 유닛(28)을 구비하고, 크로스 롤러 베어링(30, 30)에 의해 본체부(10)를 지지하고 있다. 또한 주행 차륜은 상부가 아닌 저부가 레일과 접하는 것이어도 된다.

천장 주행차(2)는 리니어 센서(32)를 구비하고, 레일(4)에 설치된 자기 마크를 판독하여 천장 주행차(2)의 절대 위치를 검출한다. 또한 주행 모터(14)의 도시하지 않은 엔코더에 의해 주행 차륜(12)의 회전수를 검출한다. 또한 도시하지 않은 통신 유닛에 의해 지상측 컨트롤러와 통신한다. 본체부(10)는 래터럴 유닛(34)을 구비하고, θ 유닛(36)과 호이스트(38)를 주행 방향으로 수평면 내에서 직각으로 횡이동시키고, θ 유닛(36)은 호이스트(38)를 연직축 둘레로 회동시키고, 호이스트(38)는 척(41)을 구비하는 핸드(40)를 승강시킨다. 레일(4)은 답면(50, 51)을 구비하고, 리츠선 홀더(52, 52)에 의해 리츠선을 지지하고, 수전 유닛(28)에 비접촉으로 급전한다.

도 2에 주행 차륜의 열화 검출 시스템(60)을 나타내고, 주행 모터(14)로부터 출력 토크의 신호와 엔코더 신호를 취출하고, 엔코더 신호와 리니어 센서의 신호와의 차분을 차분부(61)에서 구함으로써 슬립 속도를 구한다. 또한 리니어 센서의 신호 대신에, 종동륜에 장착한 엔코더의 신호 등을 이용해도 된다. 또한 토크는 주행 모터(14)의 구동 전류 등으로부터 구할 수 있다.

토크와 슬립 속도와의 페어의 데이터에 대하여, 도 3에 나타내는 바와 같이 이상 영역이 정의되고, 정상 / 이상의 판정에서는 이 이외에, 도 4의 라인(L1, L2)의 기울기, 특히 라인(L1)의 기울기도 유효하다. 추출부(62)는, 토크와 슬립 속도와의 페어가 이상 영역에 있는 이상 데이터를 검출하면, 일시 메모리(64)에 그 개수를 카운팅한다. 예를 들면 1 회의 가속, 정속 주행, 감속, 정지의 사이클 중에서, 1 회라도 이상 영역을 통과하면 그 사이클을 이상으로 하고, 1 일당 이상인 사이클의 개수를 일시 메모리(64)에 기억한다. 또한 도 4의 라인(L1, L2)의 기울기를 구하기 위하여, 토크의 값마다 슬립 속도의 크기의 최대값을 기억한다. 이 최대값을 예를 들면 토크가 음인 영역에서 연결하면 도 4의 라인(L1)에 대응하는 기울기와 절편이 얻어지고, 토크가 양인 영역에서 연결하면 라인(L2)에 대응하는 기울기와 절편이 얻어진다. 기억부(66)는, 예를 들면 1 월마다, 1 일당 이상 데이터(이상 사이클)의 개수의 최대값과, 1 월 내에서의 토크의 값마다의 슬립 속도의 크기의 최대값을 기억한다.

레일에 그리스가 부착되어 있는 등의 주행 차륜 상태와는 관계 없는 트러블이 있으면, 토크와 슬립 속도의 궤적이 도 3 ~ 도 5에 나타낸 것으로부터 현저하게 변화하여, 이질의 궤적이 된다. 추출부(64)는, 1 사이클분의 궤적의 개형(槪形)을 검사한 다음, 타당한 개형의 궤적만을 처리하도록 해도 된다.

1 회의 이상 데이터의 검출에서 열화라고 판정하지 않은 것은 노이즈를 피하기 위함이며, 1 일당 이상 데이터의 최대수는 1 주간당이어도 되고, 또한 1 월에서의 이상 데이터의 개수의 총수 등이어도 된다. 기울기와 구배의 데이터, 혹은 기울기의 데이터를 추출하는 것은 정상 / 이상의 판정의 참고로 하기 때문에, 메모리(66)의 용량에 여유가 있으면 이상 데이터에 대한 도 4의 파형 자체를 기억해도 된다. 정상 / 이상의 판정에 특히 유효한 것은 감속 시의 영역(A, B), 특히 감속 시이며 또한 토크의 절대값이 궤적에서의 최대값의 40 % 이상의 영역(A)이다.

주행 차륜의 수명은 수년 정도이며, 사용 상황에 따라, 특히 커브 주행의 횟수에 따라 수명은 변동한다. 이 때문에 예를 들면 1 주간 ~ 3 개월마다 주행 차륜의 정상 / 이상을 판정하면 되고, 예를 들면 메인터넌스용의 에어리어에 천장 주행차가 도착했을 시 입출력(68)으로부터 기억부(66)의 데이터를 읽어내고, 통계 처리부(82) 혹은 진단부(84)를 구비하는 퍼스널 컴퓨터(80)와 모니터(81)에 의해, 주행 차륜의 이상을 검출한다. 또한 퍼스널 컴퓨터 대신에 다른 컴퓨터를 이용해도 된다.

통계 처리부(82)를 이용하여, 작업자가 모니터(81)의 표시로부터 시각적으로 정상 / 이상을 판정해도 된다. 이 경우, 통계 처리부(82)에 의해 1 월마다의 이상 데이터의 최대값의 추이, 라인(L1, L2)에 대응하는 기울기 등의 추이를 모니터(81)에 주행 차륜이 신품이었을 때부터 예를 들면 현재까지 표시한다. 또한 시스템(60)이 스스로 정상 / 이상을 판정하는 경우, 이들 데이터를 진단부(84)에서 평가하여 정상 / 이상을 판정한다. 이 이외에 천장 주행차가 주행 차륜의 정상 / 이상을 자기 진단해도 되고, 예를 들면 진단부(84)와 동일한 자기 진단부(70)를 천장 주행차 내에 마련하고, 이상이라고 판정하면 지상측 컨트롤러에 보고해도 된다.

도 3은 정상인 주행 차륜에서의 토크와 슬립 속도와의 궤적을 5 사이클분 나타내고, 도 4는 열화된 주행 차륜에서의 동일한 궤적을 나타낸다. 또한 도 3, 도 4에서 주행 차륜의 접촉 압력은 동일하게 하고 있으며, 궤적의 방향을 도 3, 도 4의 화살표로 나타낸다. 도 3, 도 4의 분명한 차이는, 슬립 속도에 대한 토크의 기울기가 열화에 의해 작아지는 것이다. 또한 정상인 주행 차륜에서도, 접촉 압력에 따라서는 가속 시의 슬립 속도의 최대값이 영역(C)측에 접근하는 예가 있었다. 이 때문에 이상의 검출에 감속 시에 영역(A, B) 혹은 영역(A)을 통과했는지 여부를 이용하면, 검출의 신뢰성이 증가된다.

주행 차륜은 처음에는 정상이며, 그 시점에서 도 3에 유사한 궤적이 다수 얻어진다. 이때, 정상인 궤적의 분포로부터 벗어나는 영역을 이상 영역으로 하고, 예를 들면 도 3의 영역(A, B, C)을 이상 영역으로서 이용할 수 있고, 이상 영역(A, B)을 이용하는 것이 바람직하며, 이상 영역(A)을 이용하는 것이 가장 바람직하다. 또한 주행 레일의 열화의 특징은 라인(L1, L2)의 기울기가 저하되는 것, 특히 라인(L1)의 기울기가 저하되는 것으로, 판정 시에 이들 기울기를 추출하고 초기값과 비교하면 정상 / 이상의 판정이 용이해진다.

토크와 슬립 속도의 궤적은 주행 차륜의 접촉 압력에 따라 변화하고, 접촉 압력을 저하시키면 도 5와 같이 궤적이 변화한다. 또한 도 5에서는, 실용상 상정되는 범위 전체에 걸쳐 접촉 압력을 변화시켜, 차륜은 열화가 진행된 것이다. 거기서 주행 차륜이 새로운 것일 때 도 3의 궤적을 학습하고, 이에 기초하여 이상 영역(A) 등을 정의하고, 또한 라인(L1) 혹은 그 기울기 등을 기억하는 것이 바람직하다.

도 6은 정상 / 이상의 판정을 위한 초기 설정을 나타내며, 주행 차륜의 교환 시의, 혹은 새로운 천장 주행차를 레일에 세팅할 시의 처리이다(단계(1)). 단계(2)에서 토크와 슬립 속도의 궤적을 측정하고, 단계(3)에서 이상 영역(A) 등을 정의하고, 라인(L1, L2) 혹은 라인(L1)의 초기값 혹은 라인(L1)의 기울기 등을 기억한다.

도 7은 주행 차륜의 열화 검출(정상 / 이상의 판정)을 나타내며, 단계(11)에서 이상 영역을 통과하는 사이클을 검출하고, 단계(12)에서 토크마다의 슬립 속도의 크기의 최대값을 추출함으로써, 라인(L1, L2) 혹은 라인(L1)에서 기울기가 최소가 되는 것을 추출한다. 단계(13)에서, 1 일에 이상 영역을 통과한 궤적의 수를 구하고, 1 월 내에서의 그 최대값(1 일당 이상 영역을 통과한 궤적의 수의 최대값)을 기억한다. 또한, 라인(L1, L2) 혹은 라인(L1)의 기울기의 1 월 내에서의 최소값을 기억한다.

천장 주행차가 메인터넌스용의 에어리어에 도착했을 시 등에, 기억부의 데이터를 읽어내고(단계(14)), 상기의 최대값과 상기의 라인의 기울기의 최소값으로부터 정상과 이상을 판정하여, 이상이면 주행 차륜을 교환하고 도 6의 수속을 실행한다(단계(15)). 이 판정은 이상 영역을 통과한 궤적의 수의 추이 및 라인(L1, L2), 혹은 라인(L1)의 기울기의 최소값의 추이로부터 정상과 이상을 판정하는 것이다.

도 8, 도 9는 열화된 주행 차륜에서의 토크와 슬립율을 나타내고, 도 8은 시간에 대한 이들의 파형을 나타내고, 도 9는 토크와 슬립율의 궤적을 나타내고, 도 9의 궤적은 특허 문헌 1에 기재되어 있는 궤적과는 완전히 상이하다. 도 8, 도 9에는 주행 차륜의 열화를 판정할 수 있는 것과 같은 특징은 보이지 않고, 또한 여기서는 나타내지 않지만, 정상인 주행 차륜에서도 도 9와 유사한 궤적이 얻어진다. 특허 문헌 1은 감압을 위하여 전륜과 후륜에서 차륜의 직경이 상이한 상황을 검출하고 있다고 상정되며, 그 경우 슬립율이 변화한다고 상정하는 것은 합리적이다. 실시예에서는 주행 차륜의 마모에 의한 표면의 조면화(粗面化)가 슬립 속도에 어떻게 영향을 줄지를 검토하고, 이를 토크와의 관계로 추출한다. 그리고 주행 차륜의 표면이 조면화되면, 슬립 속도에 대한 토크의 구배가 작아지는 것, 특히 주행 대차의 감속 시에 슬립 속도에 대한 토크의 구배가 작아지는 것을 발견하고 이로부터 주행 차륜의 열화를 검출할 수 있는 것이 판명되었다.

2 : 천장 주행차
4 : 레일
6 : 대차 유닛
8 : 구동륜 유닛
10 : 본체부
12 : 주행 차륜
14 : 주행 모터
16 : 부세부
20 : 종동륜
22, 24 : 가이드 롤러
28 : 수전 유닛
30 : 크로스 롤러 베어링
32 : 리니어 센서
34 : 래터럴 유닛
36 : θ 유닛
38 : 호이스트
40 : 핸드
41 : 척
50, 51 : 답면
52 : 리츠선 홀더
60 : 주행 차륜의 열화 검출 시스템
61 : 차분부
62 : 추출부
64 : 일시 메모리
66 : 기억부
68 : 입출력
70 : 자기 진단부
80 : 퍼스널 컴퓨터
81 : 모니터
82 : 통계 처리부
84 : 진단부

Claims (6)

1. 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하는 주행 대차의, 주행 차륜의 열화의 검출 방법으로서,
   주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하는 단계와,
   주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것에 기초하여 주행 차륜의 열화를 검출하는 단계를 실행하는 것
   을 특징으로 하는 주행 차륜의 열화 검출 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이상 영역은 슬립 속도에 대한 토크의 기울기가 기준치 이하의 영역인 것을 특징으로 하는 주행 차륜의 열화 검출 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 이상 영역은 상기 주행 대차의 감속 시의 영역인 것을 특징으로 하는 주행 차륜의 열화 검출 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   주행 차륜은 견고한 합성 수지제인 것을 특징으로 하는 주행 차륜의 열화 검출 방법.
5. 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하는 주행 대차의, 주행 차륜의 열화의 검출 시스템으로서,
   주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하기 위한 수단과,
   주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것에 기초하여 주행 차륜의 열화를 검출하기 위한 수단
   을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 주행 차륜의 열화 검출 시스템.
6. 주행 모터에 의해 회전하는 주행 차륜에 의해 주행하고, 또한 주행 차륜의 열화 검출용의 데이터를 수집하는 기능을 구비하는 주행 대차로서,
   주행 차륜의 회전수로부터 구한 속도와 주행 대차의 대지 속도와의 차를 슬립 속도로서 구하기 위한 수단과,
   주행 모터의 토크와 상기 슬립 속도가 토크와 슬립 속도를 성분으로 하는 공간에 있어서의 정해진 이상 영역을 통과한 것을 검출하여 기억하기 위한 수단
   을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 주행 대차.

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