KR20190098244A - 관리 시스템 및 운동 안내 장치 - Google Patents

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유키 다나카
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유스케 아사노
가츠노리 고구레
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Abstract

운동 안내 장치를 사용하는 측, 및 그 운동 안내 장치를 공급(제조)하는 측의 양자에 있어서, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 정확하게 파악 가능한 동시에, 각각에 있어서의 운동 안내 장치의 관리에 관한 낭비를 가급적 억제한다. 궤도 부재와, 이동 부재와, 당해 이동 부재에 있어서 소정 수의 변위 방향에 있어서의 당해 이동 부재의 변위를 검출하는 복수의 변위 센서를 갖는 운동 안내 장치를 복수 갖고, 유저가 관리하는 소정 공간에 구비된 유저 설비를 관리하는 관리 시스템에 있어서, 복수의 운동 안내 장치의 각각에 대응하는 수명 관련 정보에 기초하여, 각 운동 안내 장치의 수명 도달률을 산출하고, 그 산출된 수명 도달률에 기초하여, 소정 기간 내에 교환의 대상이 되는, 당해 복수의 운동 안내 장치 중 전부 또는 일부의 교환 대상 장치를 결정한다. 그리고 유저 설비에 있어서 결정된 교환 대상 장치의 전부가 교환되는 교환 시기를 유저에게 통지한다.

Description

관리 시스템 및 운동 안내 장치
본 발명은, 궤도 부재와 이동 부재를 갖는 운동 안내 장치를 복수 갖는 유저 설비를 관리하기 위한 시스템, 및 당해 관리되는 유저 설비에 탑재되는 운동 안내 장치에 관한 것이다.
로봇이나 공작 기계, 반도체·액정 제조 장치 등의 각종 장치류에는, 일반적으로 가동 부위를 지지하기 위한 지지 장치가 다수 사용되고 있다. 예를 들어, 가동부가 회전 구동되는 축인 경우에는, 그 가동 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 사용되고, 또한 가동부가 직진 구동되는 경우에는, 그 가동부를 직진 가능하게 지지하는 운동 안내 장치가 사용된다. 이러한 가동부에서 사용되는 지지 장치에는, 가동부의 구동에 수반하여 다양하게 부하가 발생하므로, 적합한 가동 상태가 계속 가능한 기간, 즉 수명 기간이 존재한다. 바꾸어 말하면, 각종 장치류는, 가동부의 수명 기간에 의해 그 실질적인 가동이 제한되게 된다.
여기서, 특허문헌 1에는, 베어링을 다용하는 고객 기업에 있어서의, 사용 베어링의 상태의 진단과 교환용 베어링의 재고품의 관리를 행함과 함께, 당해 베어링의 생산 판매 기업에 있어서의 제조 관리를 행하기 위한 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다. 당해 기술에서는, 고객 기업의 기계에 내장된 베어링 등의 기계 부품에 진동이나 온도를 검출하는 복수의 센서가 마련되고, 그 복수의 센서의 검출값을 이용하여, 당해 기계 부품의 사용 상태나 남은 사용 가능 기간(수명)에 관한 판정 처리가 행해진다. 그리고 그 판정 결과에 기초하여, 고객 기업이나 당해 기계 부품의 생산 판매 기업을 위한 부품 관리 처리가 행해진다.
일본 특허 제4236022호 공보
로봇이나 공작 기계, 반도체·액정 제조 장치 등의 각종 장치류에는, 가동부의 진로를 안내하기 위한 운동 안내 장치가 사용된다. 예를 들어, 가동부가 직진하는 개소에는, 운동 안내 장치로서 리니어 가이드가 사용된다. 이러한 운동 안내 장치에서는, 각종 장치류가 가동되면, 거기서 사용되는 운동 안내 장치에는 변동 하중이 걸리게 된다. 이러한 변동 하중은, 운동 안내 장치를 구성하는 부품으로의 반복 하중이 되어, 부품의 피로 파괴 등의 요인이 되므로, 운동 안내 장치의 수명(즉, 운동 안내 장치가 가동 가능한 기간)에 무언가의 영향을 미치게 된다.
여기서, 운동 안내 장치가, 길이 방향을 따라 연장되는 궤도 부재와, 구름 이동 홈 내를 구름 이동 가능하게 배치된 구름 이동체를 통해 당해 궤도 부재에 대향하도록 배치되고, 또한 당해 궤도 부재의 당해 길이 방향을 따라 상대적으로 이동 가능한 이동 부재를 갖고 있는 경우, 이동 부재가 구름 이동체에 지지된 상태에서 궤도 부재에 대해 이동하게 된다. 이러한 경우, 이동 부재와 궤도 부재 사이에 개재되는 구름 이동체의 거동에 기인한 반복 하중이, 이동 부재에 걸리게 되지만, 종래 기술에서는 그 점이 충분히 고찰되어 있지 않아, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 정확하게 파악할 수 없었다.
그 때문에, 운동 안내 장치를 사용하는 측, 및 그 운동 안내 장치를 공급(제조)하는 측의 양자에 있어서, 운동 안내 장치를 어느 정도 정상적으로 사용할 수 있는 것인지 정확하게 그 수명을 파악하는 것이 사실상 곤란하다. 그 결과, 운동 안내 장치를 사용하는 측에서의 운동 안내 장치를 이용하는 각종 장치류의 가동 관리나, 운동 안내 장치를 공급(제조)하는 측에서의 운동 안내 장치의 제조 관리 등을 적합하게 행할 수 없어, 예측 불가 상태를 피하기 위해 운동 안내 장치의 사용에 관하여 비교적 큰 여유를 확보해야 해, 양자의 관리상의 낭비를 피할 수 없다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 운동 안내 장치를 사용하는 측, 및 그 운동 안내 장치를 공급(제조)하는 측의 양자에 있어서, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 정확하게 파악 가능한 동시에, 각각에 있어서의 운동 안내 장치의 관리에 관한 낭비를 가급적 억제하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 과제를 해결하기 위해, 운동 안내 장치에 있어서 발생하는, 그 수명과 관련되는 반복 하중을 파악하기 위해, 장치 내에서의 소정 수의 변위 방향에 있어서의 이동 부재의 변위를 검출하기 위한 센서를 복수 배치하는 구성을 채용하였다. 그리고 이 센서의 검출값을 이용함으로써, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 정확하게 산출할 수 있도록 하는 동시에, 운동 안내 장치를 사용하는 측과, 당해 운동 안내 장치를 제조하는 측 사이에서 그 수명에 관한 정보를 공유함으로써, 양자의 운동 안내 장치에 관한 관리의 효율화를 도모할 수 있다.
상세하게는, 본 발명은, 길이 방향을 따라 연장되는 궤도 부재와, 구름 이동 홈 내를 구름 이동 가능하게 배치된 구름 이동체를 통해 당해 궤도 부재에 대향하도록 배치되고, 또한 당해 궤도 부재의 당해 길이 방향을 따라 상대적으로 이동 가능한 이동 부재와, 당해 이동 부재에 있어서 소정 수의 변위 방향에 있어서의 당해 이동 부재의 변위를 검출하는 복수의 변위 센서를 갖는 운동 안내 장치를 복수 갖고, 유저가 관리하는 소정 공간에 구비된 유저 설비를 관리하는 관리 시스템이다. 그리고 당해 관리 시스템은, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각이 갖는 상기 복수의 변위 센서의 검출값에 기초하여 산출된, 당해 운동 안내 장치의 수명 도달률과 관련되는 수명 관련 정보를 수신하는 수신부와, 상기 수신부에 의해 수신된, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각에 대응하는 상기 수명 관련 정보에 기초하여, 각 운동 안내 장치의 수명 도달률을 산출하는 산출부와, 상기 산출부에 의해 산출된, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각의 수명 도달률에 기초하여, 상기 수신부에 의한 상기 수명 관련 정보의 수신 시기로부터 소정 기간 내에 교환의 대상이 되는, 당해 복수의 운동 안내 장치 중 전부 또는 일부의 교환 대상 장치를 결정하는 결정부와, 상기 유저 설비에 있어서 상기 결정부에 의해 결정된 상기 교환 대상 장치의 전부가 교환되는 교환 시기를 유저에게 통지하는 제조 관리부를 구비한다.
본 발명에 관한 관리 시스템은, 궤도 부재와 이동 부재를 갖는 운동 안내 장치이며, 거기에는 또한 이동 부재에 있어서 소정 수의 변위 방향에 있어서의 당해 이동 부재의 변위를 검출하는 복수의 변위 센서가 구비되어 있는 운동 안내 장치를 복수 갖는 유저 설비의 관리를 행하는 시스템이다. 이 복수의 변위 센서는, 이동 부재가 궤도 부재에 대해 상대 이동을 행할 때, 이동 부재에 걸리는 반복 하중을 산출 가능해지도록 정해진 소정 수의 변위 방향에 있어서, 이동 부재가 궤도 부재에 대해 어느 정도 변위되었는지를 검출한다. 그 때문에, 변위 센서가 검출 가능한 변위 방향에는, 궤도 부재에 대한 이동 부재의 이동 방향 자체는 포함되지 않는다.
이와 같이 운동 안내 장치에 탑재된 복수의 변위 센서로부터 출력된 그 검출값은, 수명 관련 정보의 산출 처리에 제공된다. 당해 수명 관련 정보는, 운동 안내 장치의 수명 도달률과 관련되는 정보이다. 여기서, 수명 도달률이라 함은, 운동 안내 장치가 최대 사용 가능 기간 중 어느 정도 이미 사용되어 있는지를 나타내는 비율이며, 예를 들어 수명 도달률이 100％가 되면 최대 사용 가능한 기간 전부를 다 사용하여 운동 안내 장치의 더 이상의 사용을 할 수 없는 상태에 있는 것을 의미한다. 수명 관련 정보는, 이 수명 도달률의 값 자체를 포함하는 정보여도 되고, 변위 센서의 검출값을 가공하여 생성된, 수명 도달률을 산출하기 위해 필요한 정보여도 되고, 수명 도달률을 산출 가능한 변위 센서의 검출값 자체를 포함하는 정보여도 된다. 그리고 본 발명에 관한 관리 시스템은, 수신부에 의해, 유저 설비가 구비하는 복수의 운동 안내 장치로부터 그 수명 관련 정보를 수신한다.
또한, 본 발명에 관한 관리 시스템에서는, 산출부가, 수신된 수명 관련 정보에 기초하여 각 운동 안내 장치의 수명 도달률을 산출한다. 상기한 바와 같이, 수명 관련 정보는, 운동 안내 장치에 탑재된 변위 센서의 검출값에 기초하는 것이므로, 말하자면 운동 안내 장치의 실제의 사용 상태를 반영하고 있는 정보이다. 따라서, 수명 관련 정보에 기초하여 산출되는 수명 도달 정보는, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 강하게 반영하고 있는 것이다. 그리고 결정부는, 이 산출된 수명 도달률에 기초하여 교환 대상 장치를 결정한다. 이 교환 대상 장치는, 운동 안내 장치를 사용할 수 없는 상태에 이르기 전이며, 운동 안내 장치에 공연히 긴 사용 가능 기간이 남지 않은 상태에서 교환이 가능해지는 소정 기간 내에, 교환의 대상이 되는 운동 안내 장치이며, 실제의 수명을 강하게 반영하는 수명 도달률을 이용하여 결정되므로, 운동 안내 장치의 관리상의 낭비가 발생하기 어렵다. 또한, 소정 기간에 따라서, 교환 대상 장치가 되는 운동 안내 장치의 수는 변동될 수 있다.
그리고 본 발명에 관한 관리 시스템에서는, 제조 관리부가, 그 교환 대상이 된 모든 운동 안내 장치의 교환 시기를 유저에게 통지함으로써, 유저는, 자기의 유저 설비에 있어서 모든 교환 대상 장치가 교환되는 타이밍을 공유할 수 있고, 유저측에서의 유저 설비의 사용 계획을 세우기 쉬워짐으로써, 운동 안내 장치의 효율적인 관리가 가능해진다. 한편, 관리 시스템측에서는, 결정부에 의해 실제의 가동 상태에 기초하는 수명 도달률을 근거로 하여 교환 대상 장치가 결정되므로, 교환 대상 장치의 제조 계획을 더 정확하게 세우기 쉬워진다. 따라서, 관리 시스템은, 유저측과 운동 안내 장치의 제조측의 양자에 대한, 운동 안내 장치의 관리 처리를 제공하는 것이라고 할 수 있다. 상기한 바와 같이, 결정된 교환 대상 장치는, 유저측에 있어서도, 제조측에 있어서도 관리상의 낭비가 발생하기 어려워지도록 결정되어 있으므로, 유저측에 있어서는, 예를 들어 운동 안내 장치의 교환을 위해 유저 설비의 정지 기간을 가급적 단축할 수 있고, 제조측에 있어서는, 예를 들어 유저에 대해 적시에 교환을 위한 새로운 운동 안내 장치를 제공할 수 있으므로, 여분의 재고를 떠안을 리스크를 저감할 수 있다.
운동 안내 장치를 사용하는 측, 및 그 운동 안내 장치를 공급(제조)하는 측의 양자에 있어서, 운동 안내 장치의 실제의 수명을 정확하게 파악 가능한 동시에, 각각에 있어서의 운동 안내 장치의 관리에 관한 낭비를 가급적 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 관리 시스템과 유저의 관리하에 있는 유저 제조 시스템의 상관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 유저 제조 시스템에 포함되는, 운동 안내 장치와 유저측 서버의 상관을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태의 운동 안내 장치의 외관 사시도이다.
도 4는 본 실시 형태의 운동 안내 장치의 내부 구조의 개요를 도시한 도면이다.
도 5의 (a)는 레일의 길이 방향으로부터 본 운동 안내 장치의 정면도이고, (b)는 B부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 관리 서버, 운동 안내 장치, 유저측 서버에 형성되는 기능부를 이미지화한 도면이다.
도 7은 운동 안내 장치에 있어서의 응력 정보 및 횟수 정보를 형성하기 위한 처리 플로를 나타낸 도면이다.
도 8은 캐리지에 외력이 작용할 때의, 센서의 출력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 9는 캐리지 내의 볼이 접촉하고 있는 부분을 도시한 도면이다.
도 10은 변위 5 성분이 발생하기 전의 내부 하중의 상태를 도시하는 도면이다.
도 11은 변위 5 성분이 발생한 후의 내부 하중의 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 캐리지가 레일을 이동할 때의 볼의 움직임을 도시한 도면이다.
도 13은 리니어 인코더에 의해 검출되는 캐리지의 위치를 횡축으로 하고, 센서에 의해 검출되는 변위를 종축으로 한 그래프이다.
도 14는 구름 이동면을 구분하는 가상의 구간의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 캐리지가 이동하고 있을 때에 구름 이동면에서 반복하여 발생하는 최대 전단 응력의 카운트값의 일례를 나타낸 도면이다.
도 16은 재료의 S-N 곡선의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 관리 시스템에서 실행되는, 교환 대상 장치를 결정하기 위한 결정 처리의 플로를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 관리 시스템이 갖는 제조 관리부에 의해 행해지는, 관리 서버, 공장, 유저측 서버 사이의 정보의 교환을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 기재가 없는 한은 발명의 기술적 범위를 그것들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
실시예 1
도 1은, 본 발명에 관한 유저가 소유하는 관리 공간에 설치되어 있는 유저 설비에서 사용되는 운동 안내 장치(1)를 제조하는 제조측 시스템(40)과, 그 유저 설비가 배치되어 유저가 의도하는 유저 제품을 제조하는 유저 제조 시스템(20, 30)의 상관을 개략적으로 도시하고 있다. 유저 제조 시스템(20, 30)에는, 공작 기계 등으로 대표되는 유저 제품을 제조하기 위한 설비 장치인 유저 설비가 배치되어 있고, 구체적으로는, 유저 제조 시스템(20)에는, 유저 설비(22, 23)가 포함되고, 유저 제조 시스템(30)에는, 유저 설비(32, 33, 34)가 포함되어 있다. 유저 설비(22)에서는, 그 설비를 구성함에 있어서 가동 부위를 지지하기 위한 운동 안내 장치(1)가 사용되고 있다. 또한, 본원 명세서에서는, 운동 안내 장치를 개별로 표현하는 경우에는, 참조 번호에 1에 이어서 각 개체를 식별하기 위해 알파벳을 기재하고, 운동 안내 장치를 총칭하여 표현하는 경우에는 참조 번호인 1만을 기재한다. 따라서, 유저 설비(22)에서는 4대의 운동 안내 장치(1a∼1d)가 사용되고, 유저 설비(23)에서는 4대의 운동 안내 장치(1e∼1h)가 사용되고 있다. 또한, 유저 제조 시스템(30)에 포함되는 유저 설비(32∼34)의 각각에 있어서도, 복수의 운동 안내 장치(1)가 사용되고 있다. 또한, 운동 안내 장치(1)의 상세한 구성에 대해서는, 후술한다.
또한, 유저 제조 시스템(20)에 있어서, 유저 설비(22, 23)의 각각은, 거기서 사용되고 있는 각 운동 안내 장치(1)에 탑재되어 있는 변위 센서의 검출값에 기초하는 정보 등을 송신 가능해지도록, 유저측 서버(21)에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 유저 제조 시스템(30)에 있어서, 유저 설비(32∼34) 각각은 유저측 서버(31)에 전기적으로 접속되어 있다.
그리고 제조측 시스템(40)에는 관리 서버(41)가 포함되고, 관리 서버(41)는, 유저 제조 시스템(20)의 유저측 서버(21), 및 유저 제조 시스템(30)의 유저측 서버(31) 각각과 통신 가능하게 접속되어 있다. 이에 의해, 관리 서버(41)는, 각 유저측 서버를 통해, 각 유저 제조 시스템에 설치되어 있는 유저 설비에서 사용되고 있는 운동 안내 장치에 관한 정보를 취득함과 함께, 각 유저측 서버에 대해 필요에 따라서 소정의 정보를 통지하는 것이 가능해진다. 또한, 관리 서버(41)는, 제조측 시스템(40)에 있어서, 유저에 제공하기 위해 운동 안내 장치(1)를 제조하는 공장(42)과도 통신 가능하게 접속되어 있다. 이에 의해, 관리 서버(41)는, 각 공장(42)에 대해 운동 안내 장치(1)를 제조하도록 지시를 내리거나, 그 운동 안내 장치(1)의 제조에 관한 정보(예를 들어, 제조의 진척 정보나, 제조 완료 시기에 관한 정보 등)를 취득하거나 하는 것이 가능해진다.
여기서, 운동 안내 장치(1)의 구조, 및 운동 안내 장치(1)에 탑재되어 있는 변위 센서의 검출값에 기초하는 정보 등의 흐름에 대해, 도 2∼도 5에 기초하여 설명한다. 또한, 당해 정보의 흐름에 관해서는, 대표적으로 유저 제조 시스템(20)에 포함되는 유저측 서버(21)와 운동 안내 장치(1) 사이의 흐름에 대해 설명한다. 운동 안내 장치(1)에 있어서, 부호 2a∼2d, 3a∼3d가 변위 센서, 부호 4가 리니어 인코더를 나타내고 있다.
먼저, 운동 안내 장치(1)의 구성을 설명한다. 운동 안내 장치(1)는, 레일(11)(본원에서 말하는 「궤도 부재」의 일례임)과, 레일(11)의 길이 방향을 따라 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지(12)(본원에서 말하는 「이동 부재」의 일례임)를 구비한다. 이 실시 형태에서는, 레일(11)이 유저 설비(22)의 베이스(7)에 설치되고, 캐리지(12)에 유저 설비(22)의 테이블(8)(도 11 참조)이 설치된다. 테이블(8)을 포함하는 가동부의 운동 방향은, 운동 안내 장치(1)에 의해 안내된다. 또한, 운동 안내 장치(1)를 상하 반전시켜, 캐리지(12)를 베이스(7)에 설치하고, 레일(11)을 테이블(8)에 설치할 수도 있다. 또한, 운동 안내 장치(1)는, 레일(11)의 길이 방향이 수평하지 않고, 수평면에 대해 경사지거나 혹은 직교하는 상태에서 사용되어도 된다.
도 3은, 운동 안내 장치(1)의 외관 사시도를 도시한다. 설명의 편의상, 레일(11)을 수평면에 배치하고, 레일(11)의 길이 방향으로부터 보았을 때의 방향, 즉 도 3에 도시하는 x축을 전후 방향, y축을 상하 방향, z축을 좌우 방향으로 하여 운동 안내 장치(1)의 구성을 설명한다. 물론, 운동 안내 장치(1)의 배치는, 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다.
레일(11)의 좌우의 양측 각각에는, 상하 2조의 구름 이동면(11a)이 마련된다. 구름 이동면(11a)의 단면은 원호상이다. 레일(11)의 상면에는, 레일(11)을 베이스(7)에 체결하기 위한 체결 부재가 관통되는 관통 구멍(11b)이 길이 방향을 따라 적당한 피치로 마련된다.
캐리지(12)는, 레일(11)의 상면에 대향하는 수평부(12-1)와, 레일(11)의 측면에 대향하는 한 쌍의 슬리브부(12-2)를 갖고, 단면 역ㄷ자 형상이다. 캐리지(12)는, 이동 방향의 중앙의 캐리지 본체(13)와, 캐리지 본체(13)의 이동 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 덮개 부재(14a, 14b)와, 한 쌍의 덮개 부재(14a, 14b)의 이동 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 센서 설치 부재(15a, 15b)(도 2 참조)를 구비한다. 덮개 부재(14a, 14b)는, 레일(11)의 상면에 대향하는 수평부(14-1)와, 레일(11)의 측면에 대향하는 한 쌍의 슬리브부(14-2)를 갖고, 단면 역ㄷ자 형상이다. 센서 설치 부재(15a, 15b)도, 레일(11)의 상면에 대향하는 수평부(15-1)와, 레일(11)의 측면에 대향하는 한 쌍의 슬리브부(15-2)를 갖고, 단면 역ㄷ자 형상이다(도 5의 (a) 참조). 덮개 부재(14a, 14b)는, 볼트 등의 체결 부재에 의해 캐리지 본체(13)에 체결된다. 센서 설치 부재(15a, 15b)는, 볼트 등의 체결 부재에 의해 캐리지 본체(13) 및 덮개 부재(14a, 14b)에 체결된다. 또한, 도 3, 도 4에서는, 센서 설치 부재(15a, 15b)가 생략되어 있다.
도 4는, 운동 안내 장치(1)의 내부 구조의 개요를 도시한 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(13)에는, 레일(11)의 4조의 구름 이동면(11a)에 대향하는 4조의 구름 이동면(13a)이 마련된다. 캐리지 본체(13)에는, 각 구름 이동면(13a)과 평행하게 복귀로(13b)가 마련된다. 덮개 부재(14a, 14b)에는, 각 구름 이동면(13a)과 각 복귀로(13b)를 연결하는 U자 형상의 방향 전환로(14c)가 마련된다. 방향 전환로(14c)의 내주측은, 캐리지 본체(13)와 일체의 단면 반원 형상의 내주부(13c)에 의해 구성된다. 레일(11)의 구름 이동면(11a)과 캐리지 본체(13)의 구름 이동면(13a) 사이의 부하 구름 주행로, 한 쌍의 방향 전환로(14c), 복귀로(13b)에 의해 트랙 형상의 순환로가 구성된다. 순환로에는, 복수의 볼(16)(본원에서 말하는 「구름 이동체」의 일례임)이 수용된다. 레일(11)에 대해 캐리지(12)가 상대적으로 이동하면, 이들 사이에 개재되는 볼(16)이 부하 구름 주행로를 구른다. 부하 구름 주행로의 일단부까지 구른 볼(16)은, 한쪽의 방향 전환로(14c)에 도입되고, 복귀로(13b), 다른 쪽의 방향 전환로(14c)를 경유하여, 부하 구름 주행로의 타단부에 복귀한다.
<센서의 구성>
여기서 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)는, 예를 들어 정전 용량식의 변위계이며, 레일(11)에 대한 캐리지(12)의 변위를 비접촉으로 검출한다(도 5의 (b)의 확대도 참조). 도 2에 도시하는 바와 같이, 캐리지(12)의 이동 방향의 양단부에는, 한 쌍의 센서 설치 부재(15a, 15b)가 설치된다. 한쪽의 센서 설치 부재(15a)에는, 4개의 변위 센서(2a∼2d)가 설치된다. 4개의 변위 센서(2a∼2d)는 레일(11)의 길이 방향에 있어서 동일한 위치에 배치된다. 다른 쪽의 센서 설치 부재(15b)에도, 4개의 변위 센서(3a∼3d)가 설치된다. 4개의 변위 센서(3a∼3d)는, 레일(11)의 길이 방향에 있어서 동일한 위치에 배치된다. 레일(11)의 길이 방향에 있어서의 변위 센서(2a∼2d)와 변위 센서(3a∼3d) 사이의 거리는 L1이다(도 2를 참조). 또한, 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)를 캐리지(12)의 이동 방향을 따라 서로 어긋나게 하여 배치하는 것도 가능하다.
도 5의 (a)는, 레일(11)의 길이 방향으로부터 본 센서 설치 부재(15a)를 도시한다. 상기한 바와 같이, 센서 설치 부재(15a)는 레일(11)의 상면(11c)에 대향하는 수평부(15-1)와, 레일(11)의 좌우 측면에 대향하는 한 쌍의 슬리브부(15-2)를 갖는다. 수평부(15-1)에는, 레이디얼 방향의 변위를 검출하는 2개의 변위 센서(2a, 2b)가 배치된다. 변위 센서(2a, 2b)는, 레일(11)의 상면(11c)에 간극을 두고 대향하고 있고, 레일(11)의 상면(11c)까지의 간극을 검출한다. 2개의 변위 센서(2a, 2b) 사이의 좌우 방향에 있어서의 거리는 L2이다.
한 쌍의 슬리브부(15-2)에는, 수평 방향의 변위를 검출하는 2개의 변위 센서(2c, 2d)가 배치된다. 변위 센서(2c, 2d)는, 레일(11)의 측면(11d)에 간극을 두고 대향하고 있고, 측면(11d)까지의 간극을 검출한다.
레일(11)을 수평면에 배치하였다고 가정한 상태에 있어서, 변위 센서(2a, 2b) 및 변위 센서(2c, 2d)는, 캐리지(12)의 상면(설치면)보다 하방에 배치된다. 캐리지(12)의 상면(설치면) 위에 테이블(8)을 설치하기 위함이다. 변위 센서(2a∼2d)의 케이블(2a1∼2d1)은, 센서 설치 부재(15a)의 슬리브부(15-2)로부터 좌우 방향으로 인출된다. 또한, 케이블(2a1∼2d1)을 센서 설치 부재(15a)의 전방면으로부터 전방으로(지면에 수직 방향으로) 인출할 수도 있다. 또한, 센서 설치 부재(15a)의 상면의 높이를 캐리지(12)의 상면(설치면)보다 낮게 하여, 센서 설치 부재(15a)의 상면과 테이블(8)의 간극을 케이블(2a1, 2b1)을 인출하는 간극으로서 이용할 수도 있다.
도 2에 도시하는 센서 설치 부재(15b)도, 센서 설치 부재(15a)와 마찬가지로, 수평부(15-1)와 한 쌍의 슬리브부(15-2)를 갖고, 변위 센서(3a∼3d)가 변위 센서(2a∼2d)에 각각 대응하는 위치에 배치된다.
<리니어 인코더의 구성>
리니어 인코더(4)는, 캐리지(12)의 x축 방향의 위치를 검출한다. 예를 들어, 리니어 인코더(4)는 유저 설비(22)의 베이스(7) 또는 레일(11)에 설치되는 스케일과, 유저 설비(22)의 테이블(8) 또는 캐리지(12)에 설치되고, 스케일을 판독하는 헤드를 구비한다. 또한, 레일(11) 상의 캐리지(12)의 위치를 검출하는 위치 검출 수단은, 리니어 인코더에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유저 설비(22)의 테이블(8)이 볼 나사 구동인 경우, 위치 검출 수단으로서, 볼 나사를 구동하는 모터의 각도를 검출하는 로터리 인코더를 사용할 수도 있다.
<운동 안내 장치, 유저측 서버, 관리 서버의 기능 구성>
도 6은, 운동 안내 장치(1), 유저측 서버(21), 관리 서버(41)의 기능 블록도를 도시한다. 또한, 관리 서버(41)가 하기의 기능부를 가짐으로써, 당해 관리 서버(41)가 본 발명의 관리 시스템에 상당하게 된다. 운동 안내 장치(1)는, 변위 센서(2a) 등의 검출값을 처리하기 위한 연산 장치나 일시적으로 기억하는 메모리 등을 갖고, 당해 연산 장치에 의해 소정의 제어 프로그램이 실행됨으로써 다양한 기능이 발휘된다. 또한, 유저측 서버(21), 관리 서버(41)도 연산 장치나 메모리 등을 갖고, 당해 연산 장치에 의해 소정의 제어 프로그램이 실행됨으로써 다양한 기능이 발휘된다. 그리고 도 6에 도시하는 기능 블록도는, 운동 안내 장치(1), 유저측 서버(21), 관리 서버(41)의 각각이 갖는 기능을 이미지화한 것이며, 또한 각 장치 사이의 기능부끼리의 상관에 대해서도 나타낸 것이다. 또한, 유저측 서버(31)도, 기본적으로는 유저측 서버(21)와 마찬가지의 기능을 갖고 있지만, 그 기능부의 도시는 생략한다.
운동 안내 장치(1)는, 기능부로서, 기록부(101), 장치측 산출부(102), 출력부(103)를 갖고 있다. 기록부(101)는, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)의 검출값인 캐리지(12)의 변위 정보를, 소정의 샘플링 주기마다 기록한다. 이때, 리니어 인코더(4)의 검출값도 캐리지(12)의 위치 정보로서, 기록부(101)가 소정의 샘플링 주기마다 기록한다. 또한, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)는 레일(11)에 대한 캐리지(12)의 변위량을 검출한다. 레일(11)에 대한 캐리지(12)의 변위량은, 캐리지(12)에 하중이 가해지고 있지 않은 무부하 상태에 있어서의 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)의 검출값으로부터의 차분이다. 그래서 기록부(101)는, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)에 의해 검출된 변위 정보의 값으로부터, 미리 기억된 무부하 상태에 있어서의 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)의 검출값을 뺀 값을, 레일(11)에 대한 캐리지(12)의 변위량으로서 기록한다.
또한, 장치측 산출부(102)는, 후술하는 바와 같이 관리 서버(41)측에서 산출되는 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률의, 그 산출에 사용되는 파라미터이며, 캐리지(12)의 이동 시에 발생하는 이동 시 응력에 관한 응력 정보와, 그 이동 시 응력의 반복 수에 관한 횟수 정보를 산출하는 기능부이다. 또한, 수명 도달률이라 함은, 운동 안내 장치(1)가 최대 사용 가능 기간 중 어느 정도 이미 사용되어 있는지를 나타내는 비율이며, 예를 들어 수명 도달률이 100％가 되면 최대 사용 가능한 기간의 전부를 다 사용하여, 운동 안내 장치(1)의 더 이상의 사용을 할 수 없는 상태에 있는 것을 의미한다. 그리고 응력 정보와 횟수 정보는 당해 수명 도달률을 산출하기 위해 사용되는 파라미터이며, 그 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 출력부(103)는, 장치측 산출부(102)에 의해 산출된 응력 정보나 횟수 정보를, 운동 안내 장치(1)가 접속되어 있는 유저측 서버(21)에 대해 송신하는 기능부이다. 또한, 출력부(103)는, 당해 운동 안내 장치(1)의 가동 이력에 관한 이력 정보나 그 운동 안내 장치(1)를 식별하기 위한 식별 정보도, 유저측 서버(21)에 대해 송신한다. 당해 이력 정보로서는, 캐리지(12)의 움직임에 연동하는 리니어 인코더(4)의 검출값을 이용할 수 있다.
다음으로, 유저측 서버(21)의 기능부에 대해 설명한다. 유저측 서버(21)는, 기능부로서, 수신부(201), 축적부(202), 송신부(203)를 갖고 있다. 수신부(201)는, 운동 안내 장치(1)가 갖는 출력부(103)로부터 송신된 각종 정보를 수신하는 기능부이다. 또한, 수신부(201)는, 유저 설비(22, 23)에서 사용되고 있는 각각의 운동 안내 장치(1)로부터 상기 응력 정보, 횟수 정보, 이력 정보, 식별 정보를 수신하도록 구성되어 있고, 수신한 각종 정보가 어느 운동 안내 장치(1)로부터 송신되어 온 정보인지를 판명할 수 있도록 되어 있다. 그리고 이 수신된 응력 정보 등은, 대응하는 식별 정보와의 대응 관계를 유지한 채, 축적부(202)에 의해 유저측 서버(21) 내에 기록된다. 또한, 송신부(203)는, 축적부(202)에 의해 축적된 응력 정보 등을, 대응하는 식별 정보와의 대응 관계를 유지한 상태에서 관리 서버(41)로 송신하는 기능부이다.
다음으로, 관리 서버(41)의 기능부에 대해 설명한다. 관리 서버(41)는, 기능부로서, 수신부(401), 시스템측 산출부(402), 결정부(403), 제조 관리부(404)를 갖고 있다. 수신부(401)는, 유저측 서버(21)이 갖는 송신부(203)로부터 송신된 각 운동 안내 장치(1)에 관한 각종 정보를, 그 식별 정보와 함께 수신하는 기능부이다. 그리고 이 수신부(401)가 수신하는 정보 중, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률과 관련되는 정보, 예를 들어 각 운동 안내 장치(1)의 식별 정보를 포함하는 상기 응력 정보나 횟수 정보 등은, 본 발명의 수명 관련 정보에 상당한다. 그리고 시스템측 산출부(402)는, 수신부(401)에 의해 수신된 수명 관련 정보에 기초하여, 대응하는 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 산출하는 기능부이다. 또한, 수명 도달률의 구체적인 산출에 대해서는 후술한다. 다음으로, 결정부(403)는, 시스템측 산출부(402)에 의해 산출된 각 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률에 기초하여, 유저 설비(22)에 있어서 교환의 대상이 되는 운동 안내 장치(1)를 결정하기 위한 기능부이다. 결정부(403)는, 도 17에 나타내는 결정 처리가 실행됨으로써 실현되는 기능부이며, 그 상세에 대해서는 후술한다. 다음으로, 제조 관리부(404)는, 결정부(403)에 의한 결정 결과에 기초하여, 유저에 대해 교환 시기에 관한 통지를 행하는 기능부이다. 또한, 제조 관리부(404)는, 제조측 시스템(40)에 있어서의 교환의 대상이 되는 운동 안내 장치(1)의, 공장(42)에서의 제조에 관한 관리 처리도 실현하는 기능부이다. 그리고 제조 관리부(404)에 의한 통지나 제조 관리에 관한 처리의 흐름은, 도 18에 나타나 있고, 그 상세에 대해서는 후술한다.
<장치측 산출부(102)의 상세>
여기서, 장치측 산출부(102)에 의한 처리 내용의 상세에 대해, 도 7∼도 15에 기초하여 설명한다. 장치측 산출부(102)는, 상기한 바와 같이, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 산출하기 위한 수명 관련 정보인 응력 정보와 횟수 정보를 산출한다. 이와 같이, 운동 안내 장치(1)에 있어서 응력 정보와 횟수 정보를 산출하도록 운동 안내 장치(1)를 구성함으로써, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 산출하는 부하의 일부를 그 운동 안내 장치(1)에 담당시키게 된다. 그 결과, 유저측 서버(21)를 통해 운동 안내 장치(1)로부터 관리 서버(41)로 송신되는 정보량을 압축함과 함께, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 산출하기 위해 관리 서버(41)에 걸리는 부하를 경감할 수 있다.
장치측 산출부(102)에 의한, 수명 관련 정보인 응력 정보와 횟수 정보의 산출 처리의 개략에 대해, 도 7에 기초하여 설명한다. 도 7에 나타내는 산출 처리는, 장치측 산출부(102)에 의해 소정의 시간 간격으로 반복하여 실행되는 처리이다. 우선, 운동 안내 장치(1)가 사용되고 있는 유저 설비(22)의 가동 중, 장치측 산출부(102)는 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)로부터 캐리지(12)의 변위량을 취득한다(S101). 그리고 장치측 산출부(102)는, S101에서 취득한 캐리지(12)의 변위량의 데이터를 기초로, 캐리지(12)에 작용하는 하중의 계산을 행한다(S102).
산출된 하중은, 캐리지 본체(13)의 구름 이동면(13a)의 각 부에 발생하는 응력의 계산에 사용된다. 구름 이동면(13a)의 각 부에 발생하는 응력을 계산하는 데 있어서, 장치측 산출부(102)는 먼저, 리니어 인코더(4)가 검출하는 캐리지(12)의 위치 정보를 기초로, 캐리지(12)가 이동 중인지 여부의 판정을 행한다(S103).
운동 안내 장치(1)의 수명을 나타내는 현상의 일례로서, 구름 이동면(13a)에 발생하는 비늘 형상의 박리(이하, 「플레이킹」이라고 함)를 들 수 있다. 플레이킹은, 구름 이동면(13a)보다 약간 깊은 위치에, 볼(16)의 하중을 받는 구름 이동면(13a)으로부터의 전단 응력이 반복하여 가해져, 구름 이동면(13a)을 형성하는 재료가 피로함으로써 발생한다. 여기서, 캐리지(12)의 이동 시의 웨이빙에 수반되는 반복 하중은, 구름 이동면(13a)보다 약간 깊은 위치에 전단 응력을 반복하여 발생시키는 주된 원인이라고 생각할 수 있다. 그래서 장치측 산출부(102)는, S103에서 긍정 판정이 행해진 경우, 변위 센서(2a) 등에 의해 검출되는 캐리지(12)의 변위량 및 위치 정보를 기초로, 웨이빙의 정점의 검출을 행한다(S104). 또한, S103에서 부정 판정되면, 본 산출 처리를 종료한다. 그리고 S104에서 웨이빙의 정점이 검출되면, 장치측 산출부(102)는 S102에서 산출한 하중을 기초로, 캐리지(12)가 이동하고 있을 때에 구름 이동면(13a)의 각 부에 발생하는 전단 응력을 계산하고, 응력의 크기와 구름 이동면(13a)의 부위마다 응력의 발생 횟수를 카운트하는 카운터에 대해 카운트값의 가산 처리를 행한다(S105). 또한, S104에서 웨이빙의 정점의 검출이 행해지지 않으면, 본 산출 처리를 종료한다.
S101로부터 S105까지의 일련의 처리를 갖는 상기 산출 처리가 반복하여 실행됨으로써, 웨이빙을 수반하여 캐리지(12)의 구름 이동면(13a)의 각 부에 반복하여 가해지는 전단 응력의 발생 횟수가, 응력의 크기와 구름 이동면(13a)의 부위마다 집계된다. 장치측 산출부(102)에 의해 산출된 이들의 전단 응력 및 발생 횟수에 관한 정보는, 본 발명의 수명 관련 정보인 응력 정보 및 횟수 정보에 상당하고, 출력부(103)에 의해 유저측 서버(21)가 갖는 수신부(201)로 송신되고, 또한 그 후, 송신부(203)에 의해 관리 서버(41)가 갖는 수신부(401)로 송신된다. 이러한 구성에 의해, 변위 센서(2a) 등의 검출값으로부터 운동 안내 장치(1) 내에서 수명 관련 정보가 생성되고, 그 후, 당해 수명 관련 정보는, 관리 서버(41)에 집약되게 된다.
다음으로, 상술한 산출 처리의 각 스텝의 처리 상세에 대해 설명한다.
<S101>
S101에서는, 운동 안내 장치(1)가 사용되고 있는 유저 설비(22)의 가동 중, 장치측 산출부(102)는, 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)로부터 캐리지(12)의 변위량을 취득한다. 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)의 계측값은 센서로부터 구름 이동면까지의 거리이므로, 장치측 산출부(102)는, 캐리지(12)에 하중이 가해지고 있지 않은 무부하 시의 센서로부터 구름 이동면까지의 거리를 기준으로 하고, 이 거리로부터의 차분을 캐리지(12)의 변위량으로서 취득한다.
<S102>
다음으로, S102에서는, 장치측 산출부(102)는, 캐리지(12)의 변위에 기초하여, 캐리지(12)에 작용하는 하중을 산출한다. 장치측 산출부(102)는, 하중을 산출 하는 데 있어서, 먼저, 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)로부터 취득한 캐리지(12)의 변위량에 기초하여, 캐리지(12)의 변위 5 성분을 산출한다. 다음으로, 장치측 산출부(102)는, 변위 5 성분에 기초하여, 복수의 볼(16) 각각에 작용하는 하중 및 접촉각을 산출한다. 다음으로, 장치측 산출부(102)는, 각 볼(16)의 하중 및 접촉각에 기초하여, 캐리지(12)에 작용하는 하중(외력 5 성분)을 산출한다. 상기한 3 공정을 상세하게 이하에 설명한다.
<공정 1: 캐리지의 변위 5 성분의 산출>
도 3에 도시하는 바와 같이, 운동 안내 장치(1)에 x-y-z 좌표축을 설정하면, x-y-z 좌표축의 좌표 원점에 작용하는 하중은, 레이디얼 하중인 Fy와, 수평 하중인 Fz이다. 캐리지(12)를 레일(11)에 압박하는 방향에서, 도 3의 y축의 정방향으로 작용하는 하중이 레이디얼 하중이다. 캐리지(12)를 레일(11)에 대해 횡방향으로 어긋나게 하는 방향에서, 도 3의 z축 정부 방향으로 작용하는 하중이 수평 하중이다.
또한, x-y-z 좌표축 주위의 모멘트는, 피칭 모멘트의 합계인 Ma와, 요잉 모멘트의 합계인 Mb와, 롤링 모멘트의 합계인 Mc이다. 캐리지(12)에는, 외력으로서, 레이디얼 하중 Fy, 피칭 모멘트 Ma, 롤링 모멘트 Mc, 수평 하중 Fz, 요잉 모멘트 Mb가 작용한다. 캐리지(12)에 이들 외력 5 성분이 작용하면, 캐리지(12)에는 각각에 대응하는 변위 5 성분, 즉 레이디얼 변위 α1(㎜), 피칭각 α2(rad), 롤링각 α3(rad), 수평 변위 α4(㎜), 요잉각 α5(rad)가 발생한다.
도 8은, 캐리지(12)에 외력이 작용할 때의, 변위 센서(2a∼2d)의 출력의 변화를 나타낸다. 도 8에 있어서 사선의 해칭이 부여된 화살표는, 출력이 변화되는 센서이고, 도 8에 있어서 백색의 화살표는, 출력이 변화되지 않는 센서이다. 캐리지(12)에 레이디얼 하중 Fy가 작용할 때, 캐리지(12)와 레일(11) 사이의 상하 방향의 간극이 레이디얼 하중 Fy의 크기에 따라서 변화된다. 변위 센서(2a, 2b)는, 이 상하 방향의 간극 변화(변위)를 검출한다. 또한, 센서 설치 부재(15b)(도 2 참조)에 설치되는 변위 센서(3a, 3b)도, 이 상하 방향의 변위를 검출한다.
캐리지(12)에 레이디얼 하중 Fy가 작용할 때, 캐리지(12)의 레이디얼 변위 α1은, 변위 센서(2a, 2b)가 검출한 변위를 A1, A2, 변위 센서(3a, 3b)가 검출한 변위를 A3, A4로 하면, 예를 들어 이하의 식으로 부여된다.
(수 1)
Figure pct00001
캐리지(12)에 수평 하중 Fz가 작용할 때, 캐리지(12)가 레일(11)에 대해 횡방향으로 어긋나고, 캐리지(12)의 한쪽의 슬리브부(12-2)와 레일(11)과의 사이의 수평 방향의 간극이 작아져, 캐리지(12)의 다른 쪽 슬리브부(12-2)와 레일(11)과의 사이의 수평 방향의 간극이 커진다. 변위 센서(2c, 2d)는, 이 수평 방향의 간극 변화(변위)를 검출한다. 또한, 센서 설치 부재(15b)(도 2 참조)에 설치되는 변위 센서(3c, 3d)도, 이 수평 방향의 변위를 검출한다. 캐리지(12)의 수평 변위 α4는, 변위 센서(2c, 2d)가 검출한 변위를 B1, B2, 변위 센서(3c, 3d)가 검출한 변위를 B3, B4로 하면, 예를 들어 이하의 식으로 부여된다.
(수 2)
Figure pct00002
캐리지(12)에 피칭 모멘트 Ma가 작용할 때, 변위 센서(2a, 2b)와 레일(11) 사이 간극이 커지고, 변위 센서(3a, 3b)와 레일(11) 사이의 간극이 작아진다. 피칭각 α2가 충분히 작다고 하면, 피칭각 α2(rad)는, 예를 들어 이하의 식으로 부여된다.
(수 3)
Figure pct00003
캐리지(12)에 롤링 모멘트 Mc가 작용할 때, 변위 센서(2a, 3a)와 레일(11) 사이의 간극이 작아지고, 변위 센서(2b, 3b)와 레일(11) 사이의 간극이 커진다. 롤링각 α3이 충분히 작다고 하면, 롤링각 α3(rad)은, 예를 들어 이하의 식으로 부여된다.
(수 4)
Figure pct00004
캐리지(12)에 요잉 모멘트 Mb가 작용할 때, 변위 센서(2c, 3d)와 레일(11) 사이의 간극이 작아지고, 변위 센서(2d, 3c)와 레일(11) 사이의 간극이 커진다. 요잉각 α5가 충분히 작다고 하면, 요잉각 α5(rad)는, 예를 들어 이하의 식으로 부여된다.
(수 5)
Figure pct00005
이상에 의해, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)가 검출하는 변위에 기초하여, 캐리지(12)의 변위 5 성분을 산출할 수 있다.
<공정 2: 각 볼에 작용하는 하중 및 접촉각의 산출>
캐리지(12) 내의 볼(16)이 접촉하고 있는 부분을 x축 방향으로 단면으로 한 상태를 도 9에 도시한다. 도 9에 의해, 각 볼 피치는, 1보다 조금 큰 값을 취하는 κ를 사용하여 κDa로 하고, 각 볼의 x 좌표가 결정되고, 그것을 Xi로 한다. 캐리지(12) 내의 볼(16)이 구름 이동하는 부분의 길이를 2Ux로 한다. 2Ux 내에 나열되는 볼 수를 유효 볼 수라고 하여 I로 한다. 캐리지(12)의 양단 부분에는, 반경 R이고 깊이가 λε이 되는 크라우닝 가공이라고 불리는 R 형상의 큰 곡면 가공이 실시되어 있다.
캐리지(12)에 외력 5 성분, 즉 레이디얼 하중 Fy, 피칭 모멘트 Ma, 롤링 모멘트 Mc, 수평 하중 Fz 및 요잉 모멘트 Mb가 작용하였을 때, 캐리지(12)에 변위 5 성분, 즉 레이디얼 변위 α1, 피칭각 α2, 롤링각 α3, 수평 변위 α4, 요잉각 α5가 발생하는 것으로서 이론식을 세운다.
캐리지(12)의 볼 번호 i에 있어서의 캐리지(12) 내 단면의, 변위 5 성분이 발생하기 전의 내부 하중의 상태를 도 10에, 변위 5 성분이 발생한 후의 내부 하중의 상태를 도 11에 각각 나타낸다. 여기서는, 캐리지(12)의 볼열 번호를 j, 볼열 내의 볼 번호를 i로 한다. 볼 직경은 Da, 레일(11)측, 캐리지(12)측 모두 구름 이동면과 볼(16)의 적합도를 f, 즉 구름 이동면 곡률 반경은 fDa로 한다. 또한, 레일측 구름 이동면 곡률 중심 위치를 Ar, 캐리지측 구름 이동면 곡률 중심 위치를 Ac로 하고, 그것들을 연결한 선과 z축이 이루는 각인 접촉각의 초기 상태를 γ로 한다. 또한, 레일(11)의 상측에 있는 2개의 구름 이동면을 각각 구르는 볼(16)끼리의 볼 중심간 거리를 2Uz12, 레일(11)의 하측에 있는 2개의 구름 이동면을 각각 구르는 볼(16)끼리의 볼 중심간 거리를 2Uz34, 레일(11)의 상측의 구름 이동면 및 하측의 구름 이동면을 각각 구르는 볼(16)끼리의 볼 중심간 거리를 2Uy로 한다.
볼(16)에는 예압이 작용하고 있다. 먼저, 예압의 원리에 대해 설명한다. 레일(11), 캐리지(12)의 대향하는 구름 이동면 사이에 끼워진 부분의 치수는, 레일(11), 캐리지(12)의 설계 시의 치수 및 구름 이동면의 기하 형상에 의해 결정된다. 거기에 들어갈 볼 직경이 설계 시의 볼 직경인데, 거기에 설계 시의 볼 직경보다 약간 큰 치수 Da+λ의 볼(16)을 내장하면, 볼(16)과 구름 이동면의 접촉부는 Hertz의 접촉론에 의해, 탄성 변형을 하고, 접촉면을 형성하여, 접촉 응력을 발생시킨다. 그렇게 하여 발생한 하중이 내부 하중이며, 예압 하중이다.
도 10에서는, 그 하중을 P0으로 나타내고 있고, 접촉부의 탄성 변형에 의한 레일(11), 캐리지(12) 사이의 상호 접근량을 δ0으로 나타내고 있다. 실제로는 볼 위치가 도 10의 일점 쇄선으로 그린, 레일(11), 캐리지(12)의 구름 이동면 사이의 중심 위치에 존재하지만, 양 구름 이동면의 볼(16)과의 적합도 f는 동등하므로, 볼(16)의 2개소의 접촉부에 발생하는 Hertz의 접촉론에 기초하는 여러 특성값이 동일하다. 이 때문에, 볼(16)을 레일측 구름 이동면 위치에 어긋나게 하여 그림으로써, 레일(11), 캐리지(12)의 구름 이동면 사이의 상호 접근량 δ0을 이해하기 쉽게 하고 있다.
통상, 예압 하중은, 캐리지 1개당 상측의 2열분(또는 하측 2열분)의 레이디얼 방향 하중으로서 정의하고 있으므로, 예압 하중 Ppre는 다음 식으로 표시된다.
(수 6)
Figure pct00006
다음으로, 이 상태로부터 운동 안내 장치(1)에 외력 5 성분이 작용하여, 변위 5 성분이 발생한 상태를 설명한다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 좌표 원점으로 한 운동 안내 장치(1)의 중심이 변위 5 성분인 레이디얼 변위 α1, 피칭각 α2, 롤링각 α3, 수평 변위 α4, 요잉각 α5에 의해 i번째 볼 위치에서의 레일(11)과 캐리지(12)의 상대 변위가 일어나 있다.
이때, 레일측 구름 이동면 곡률 중심은 움직이지 않지만, 캐리지(12)가 이동하므로, 캐리지측 구름 이동면 곡률 중심은 각 볼 위치에서 기하학적으로 이동한다. 그 모습은 캐리지측 구름 이동면 곡률 중심인 Ac가 Ac'로 이동하는 것으로서 나타내고 있다. 이 Ac가 Ac'로 이동한 양을 y 방향과 z 방향으로 나누어 생각하여, y 방향으로 이동한 양을 δy로 하고, z 방향으로 이동한 양을 δz로 하면, 이후 첨자는 i번째의 볼, j번째의 볼열을 나타내는 것으로 하여,
(수 7)
Figure pct00007
로 나타낼 수 있다. 여기서, zc, yc는, 점 Ac의 좌표이다.
다음으로, 레일(11)측과 캐리지(12)측의 구름 이동면 곡률 중심을 연결한 선이, 볼 하중의 법선 방향인 접촉각이 되므로, 초기 접촉각이었던 γj는 βij로 변화되고, 또한 이 양 구름 이동면 곡률 중심간 거리는, 당초의 Ar, Ac간의 거리로부터 Ar, Ac' 사이의 거리로 변화된다. 이 양 구름 이동면 곡률 중심간 거리의 변화가, 볼(16)의 양 접촉부에서의 탄성 변형이 되고, 도 10에서 설명하였을 때와 마찬가지로, 볼(16)을 레일측 구름 이동면 위치에 어긋나게 하여 그림으로써, 볼(16)의 탄성 변형량 δij가 구해진다.
이 Ar, Ac' 사이의 거리도 y 방향과 z 방향으로 나누어 생각하여, y 방향의 거리를 Vy로 하고, z 방향의 거리를 Vz로 하면, 전술한 δyij, δzij를 사용하여,
(수 8)
Figure pct00008
로 나타낼 수 있다. 이에 의해 Ar, Ac' 사이의 거리는,
(수 9)
Figure pct00009
이 되고, 접촉각 βij는,
(수 10)
Figure pct00010
가 된다. 이상으로부터 볼(16)의 탄성 변형량 δij는,
(수 11)
Figure pct00011
가 된다.
여기서, 도 9에 도시한 캐리지(12) 내의 볼(16)이 접촉하고 있는 부분을 x축 방향으로 단면으로 한 상태에 있어서, 크라우닝 가공 부분에 들어가 있는 볼(16)의 탄성 변형량 δij는, 캐리지(12)측의 구름 이동면 곡률 중심의 Ac'이 레일측 구름 이동면 곡률 중심 Ac로부터 이격되는 형상으로 되어 있고, 그만큼만 적어진다. 그것은 정확히 볼 직경을 그것에 적합한 형상으로 작게 한 것과 동등하다고 간주할 수 있으므로, 그 양을 λxi로서 상기 식 중에서 차감하고 있다.
Hertz의 접촉론에 의해 도입된 구름 이동체가 볼인 경우 탄성 접근량을 나타내는 식을 사용하면, 탄성 변형량 δij로부터 구름 이동체 하중 Pij가 하기의 식에 의해 구해진다.
(수 12)
Figure pct00012
여기서, Cb는 비선형의 스프링 상수(N/mm3/2)이며, 하기의 식으로 부여된다.
(수 13)
Figure pct00013
여기서, E는 종탄성 계수, 1/m은 푸아송비, 2K/πμ는 Hertz 계수, Σρ는 주곡률합이다.
이상에 의해, 캐리지(12)의 변위 5 성분 α1∼α5를 사용하여, 캐리지(12) 내의 모든 볼(16)에 대해, 접촉각 βij, 탄성 변형량 δij, 구름 이동체 하중 Pij를 식으로 나타낼 수 있게 된다.
또한, 상기에 있어서는, 이해하기 쉽게 하기 위해, 캐리지(12)를 강체로서 생각한 강체 모델 부하 분포 이론을 사용하고 있다. 이 강체 모델 부하 분포 이론을 확장하여, 캐리지(12)의 슬리브부(12-2)의 변형을 가미하기 위해 빔 이론을 적용한 캐리지 빔 모델 부하 분포 이론을 사용할 수도 있다. 또한, 캐리지(12)나 레일(11)을 FEM 모델로 한 캐리지 레일 FEM 모델 부하 분포 이론을 사용할 수도 있다.
<공정 3: 하중(외력 5 성분)의 산출>
다음은, 상기한 식을 사용하여 외력으로서의 5 성분, 즉 레이디얼 하중 Fy, 피칭 모멘트 Ma, 롤링 모멘트 Mc, 수평 하중 Fz, 요잉 모멘트 Mb에 관한 균형 조건식을 세우면 된다.
(수 14)
레이디얼 하중 Fy에 관하여,
Figure pct00014
(수 15)
피칭 모멘트 Ma에 관하여,
Figure pct00015
(수 16)
롤링 모멘트 Mc에 관하여,
Figure pct00016
여기서, ωij는, 모멘트의 암의 길이를 나타내고, 다음 식으로 부여된다. zr, yr은, 점 Ar의 좌표이다.
Figure pct00017
(수 17)
수평 하중 Fz에 관하여,
Figure pct00018
(수 18)
요잉 모멘트 Mb에 관하여,
Figure pct00019
이상의 식으로부터 캐리지(12)에 작용하는 하중(외력 5 성분)을 산출할 수 있다.
<S103>
다음으로, S103의 상세에 대해 설명한다. 장치측 산출부(102)는, 캐리지(12)가 이동 중인지 여부의 판정을 행한다. 캐리지(12)가 이동 중인지 여부는, 리니어 인코더(4)가 검출하는 캐리지(12)의 위치 정보를 기초로 판정할 수 있다. 장치측 산출부(102)는, 예를 들어 리니어 인코더(4)가 검출하는 캐리지(12)의 위치 정보가 시계열로 변화되고 있으면 캐리지(12)가 이동 중이라고 판정하고, 위치 정보가 시계열로 변화되고 있지 않으면 캐리지(12)가 정지 중이라고 판정한다.
<S104>
다음으로, S104의 상세에 대해 설명한다. 장치측 산출부(102)는, 기록부(101)에 추후 기록되어 있는 캐리지(12)의 변위량 및 위치 정보를 기초로, 웨이빙의 정점의 검출을 행한다.
여기서, 캐리지(12)의 이동에 수반하여 발생하는 웨이빙은, 레일(11)의 구름 이동면(11a) 및 캐리지 본체(13)의 구름 이동면(13a)과 볼(16) 사이에 발생하는 주기적인 상대 위치의 어긋남에 기인하는 캐리지(12)의 자세 변화나 진동(맥동)이다. 도 12는, 캐리지(12)가 레일(11)을 이동할 때의 볼(16)의 움직임을 도시한 도면이다. 캐리지(12)에는 복수의 볼(16)이 구비되지만, 이들 복수의 볼(16) 중 캐리지(12)를 지지하는 볼(16)은, 레일(11)의 구름 이동면(11a)과 캐리지 본체(13)의 구름 이동면(13a) 사이에 끼어 있는 볼(16)(도 12에 있어서 사선의 해칭이 부여되어 있는 볼(16))이다. 그리고 도 12의 (A)와 도 12의 (B)를 비교해 보면 알 수 있듯이, 레일(11)의 구름 이동면(11a)과 캐리지 본체(13)의 구름 이동면(13a) 사이에 끼어 있는 볼(16)의 수는, 레일(11)에 대한 캐리지(12)의 상대 이동에 수반하여 증감을 반복한다. 이 반복의 주기는, 캐리지(12)가 레일(11)에 대해 인접하는 볼(16)끼리의 피치와 동일한 양만큼 이동하는 주기와 일치한다. 따라서, 웨이빙의 정점은, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)에 의해 검출된 변위의 파형 중, 캐리지(12)가 레일(11)을 이동할 때에 구르는 볼(16)과 구름 이동면(11a, 13a) 사이의 상대 위치의 어긋남 주기에 일치하는 파의 정점이 되게 된다.
그래서 장치측 산출부(102)는, 웨이빙의 정점의 검출 시에, 먼저, 변위 5 성분 각각에 대해, 리니어 인코더(4)로부터 얻어지는 캐리지(12)의 레일(11) 상의 위치와, 각 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)로부터 얻어지는 변위량의 관계를 나타낸 데이터를 해석한다. 그리고 장치측 산출부(102)는, 캐리지(12)의 위치와 변위량의 관계를 나타낸 데이터 중에서 웨이빙을 나타내는 데이터의 유무를 판정한다. 웨이빙을 나타내는 데이터의 유무는, 예를 들어 횡축을 캐리지(12)의 레일(11) 상의 위치로 하고, 종축을 캐리지(12)의 변위량으로 한 그래프의 파형을 이미지화한 경우에, 볼(16)의 피치와 대략 동일 주기로 나타나는 피크가 있으면 웨이빙이 있다고 판정되고, 볼(16)의 피치와 대략 동일 주기로 나타나는 피크가 존재하지 않으면 웨이빙이 없다고 판정된다.
도 13은, 리니어 인코더(4)에 의해 검출되는 캐리지(12)의 레일(11) 상의 위치를 횡축으로 하고, 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)에 의해 검출되는 변위를 종축으로 한 그래프이다. 캐리지(12)에는 8개의 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d)가 구비되어 있고, 또한 캐리지(12)는 레일(11)을 왕복하므로, 캐리지(12)의 위치와 변위의 관계를 나타내는 선은, 본래 복수 존재한다. 그러나 이해를 용이하게 하기 위해, 도 13의 그래프에서는, 캐리지(12)의 위치와 변위의 관계를 1개의 꺾은선으로 나타내고 있다. 도 13의 그래프를 보면 알 수 있듯이, 캐리지(12)의 변위에는, 비교적 완만한 변위와 비교적 미세한 변위의 2종류의 진동 성분이 있는 것을 알 수 있다. 이 중, 전자인 비교적 완만한 변위는, 예를 들어 레일(11)의 구름 이동면(11a)의 정밀도 등에 기인하는 웨이빙 이외의 진동 성분이라고 생각할 수 있다. 한편, 후자인 비교적 미세한 변위는, 웨이빙에 기인하는 진동 성분이며, 캐리지(12)가 레일(11)을 이동하고 있을 때에 발생하는 변위이다. 도 13의 그래프에 나타내는 비교적 미세한 변위의 각 정점의 횡축의 간격은, 대략 볼(16)의 피치와 일치한다.
장치측 산출부(102)는, 도 13의 그래프에 나타내는 바와 같은, 캐리지(12)의 레일(11) 상의 위치와 변위량의 관계를 나타낸 데이터를 기초로, 볼(16)의 피치와 대략 동일 주기로 나타나는 미세한 웨이빙의 진동 성분을 검출하고, 당해 진동 성분의 파형의 정점의 검출을 행한다. 또한, 장치측 산출부(102)는, 복수의 변위 센서(2a∼2d, 3a∼3d) 중 어느 하나 이상의 센서에 의해 검출되는 변위의 데이터로부터 웨이빙이 검출되면, 당해 웨이빙의 파형의 정점을 검출한다.
<S105>
장치측 산출부(102)는, S104에서 웨이빙의 파형의 정점을 검출하면, S102에서 산출된 하중을 기초로, 캐리지(12)의 구름 이동면(13a)에 발생하는 최대 전단 응력(본원에서 말하는 「이동 시 응력」의 일례임)을 계산한다. 당해 이동 시 응력에 관한 정보가, 본원에서 말하는 응력 정보에 상당한다. 본 실시 형태에서는 구름 이동면(13a)의 국부적인 피로에 의한 수명을 파악하기 위해, 장치측 산출부(102)는 구름 이동면(13a)에 발생하는 최대 전단 응력의 계산을, 구름 이동면(13a)을 궤도의 방향을 따라 구분한 가상의 구간마다 행한다.
도 14는, 구름 이동면(13a)을 구분하는 가상의 구간의 일례를 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는 이해를 용이하게 하기 위해, 구름 이동면(13a)을 유효 볼 수로 분할한 가상의 구간마다 최대 전단 응력을 계산하는 경우에 대해 설명한다. 이와 같이 구분된 구름 이동면(13a)의 각 구간에 발생하는 전단 응력은, Hertz의 탄성 접촉론에 따라서, S102의 설명으로 나타낸 구름 이동체 하중 Pij 및 구체와 평면의 접촉 부분에 발생하는 변형의 해석 모델을 사용하여 미리 작성한 식에 따라서 산출할 수 있다.
다음으로, 장치측 산출부(102)는, 산출한 각 구간의 최대 전단 응력을 기초로, 최대 전단 응력의 발생 횟수를 응력의 크기마다 카운트한다. 도 15는, 캐리지(12)가 이동하고 있을 때에 구름 이동면(13a)에서 반복하여 발생하는 최대 전단 응력의 카운트값의 일례를 나타낸 도면이다. 장치측 산출부(102)는, 예를 들어 도 15에 나타내는 바와 같이, 응력의 크기를 50㎫마다 단계적으로 구분하고, 산출한 최대 전단 응력에 해당되는 구분의 카운터값을 1 웨이빙마다, 환언하면 도 13에 나타낸 웨이빙의 파형에 있어서 정점이 발생하는 타이밍마다, 1씩 가산한다. 따라서, 카운터값은, 캐리지(12)의 적산 이동 거리에 비례하여 증가한다. 구름 이동면(13a)을 피로시키는 응력의 발생 횟수가, 응력의 크기마다, 및 구간마다 집계됨으로써, 예를 들어 구름 이동면(13a)의 특정 구간에 있어서 국부적으로 반복되는 응력이 발생하는 경우라도, 구름 이동면(13a)의 국부적인 피로를 운동 안내 장치(1)의 수명 진단에 반영할 수 있는 진단용의 기초 데이터가 얻어진다.
<관리 서버(41)의 상세>
상기에서 설명한 바와 같이, 유저 설비(22)가 갖는 각각의 운동 안내 장치(1)에서는, 자신의 캐리지(12)에 걸리는 부하 진동에 기초하여 응력 정보 및 횟수 정보가 산출되고, 이들 정보가 유저측 서버(21)를 통해 관리 서버(41)로 송신된다. 이때, 응력 정보 및 횟수 정보가 어느 운동 안내 장치(1)와 관련된 정보인지 판별할 수 있도록, 대응하는 운동 안내 장치(1)의 식별 정보와 결합되어 당해 응력 정보 및 횟수 정보는 송신됨과 함께, 각 운동 안내 장치(1)가 갖는 리니어 인코더(4)에 의한 위치 정보도, 그 식별 정보와 결합되어 관리 서버(41)로 송신된다. 그래서, 이후에는, 관리 서버(41)에 있어서 행해지는 처리, 특히 관리 서버(41)가 갖는 시스템측 산출부(402)에 의한 각 운동 안내 장치의 수명 도달률의 산출 처리, 결정부(403)에 의한 교환 대상 장치의 결정 처리, 및 제조 관리부(404)에 의한 관리 처리에 대해 설명한다.
우선, 시스템측 산출부(402)에 의해 실행되는 운동 안내 장치의 수명 도달률의 산출 처리에 대해 설명한다. 시스템측 산출부(402)는, 유저측 서버(21)의 송신부(203)로부터 수신부(401)로 송신되어 온, 각 운동 안내 장치(1)의 수명 관련 정보인 응력 정보와 횟수 정보를 이용하여, 그 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 계산한다. 수명 도달률은, 구름 이동면(13a)의 구간마다 산출된다. 그리고 산출된 전 구간의 수명 도달률 중에서 가장 수명 도달률이 높은 값이 그 운동 안내 장치(1)에 대해 대표적으로 나타나는 수명 도달률이 된다. 수명 도달률은, 예를 들어 선형 누적 손상 법칙을 사용하여 산출된다. 도 16은, 재료의 S-N 곡선의 일례를 나타낸 도면이다. 선형 누적 손상 법칙은, 재료의 피로에 있어서, 물체가 응력을 반복하여 받을 경우에, 피로에 의해 손상에 이르기까지의 수명을 예측하는 것이므로, 캐리지(12)의 이동 중에 발생하는 웨이빙에 의한 재료의 피로의 파악에 유효하다. 선형 누적 손상 법칙에 따르면, 대상이 되는 재료의 S-N 곡선에 있어서의 특정 반복 응력에 대한 파단 반복 수를 Li, 재료에의 실제의 반복 수를 ni로 하면, 수명 도달률 D는 이하의 식으로 부여된다.
(수 19)
Figure pct00020
이와 같이 시스템측 산출부(402)는, 볼(16)이 캐리지(12)의 구름 이동면(13a)에 있어서의 반복 응력과 상관되는 웨이빙을 고려하여, 수명 관련 정보인 응력 정보 및 횟수 정보를, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률의 산출에 사용하고 있으므로, 이들 정보를 사용하지 않고 당해 수명 도달률을 산출하는 경우와 비교하여 매우 고정밀도인 산출 결과가 얻어진다. 또한, 운동 안내 장치(1)에 있어서는, 장치측 산출부(102)는 수명 관련 정보인 응력 정보 및 횟수 정보를, 변위 센서(2a) 등의 검출값을 이용하여 산출하기 때문에, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 산출하기 위한 장치 구성을 비교적 간편한 것으로 할 수 있다. 또한, 상기한 시스템측 산출부(402)는, 캐리지(12)의 구름 이동면(13a)을 궤도의 방향을 따라 구분한 가상의 구간마다 응력을 산출하고 있기 때문에, 구름 이동면(13a) 전체의 응력을 기초로 한 수명 진단보다 높은 진단 결과를 얻을 수 있다.
다음으로, 결정부(403)에 의한 교환 대상 장치의 결정 처리에 대해 설명한다. 교환 대상 장치라 함은, 유저 설비(22)에서 사용되고 있는 전체 운동 안내 장치(1) 중, 그 수명 도달률이 100％에 근접해 있어, 유저 설비(22)를 적합하게 가동시키기 위해 새로운 운동 안내 장치로의 교환이 바람직하다고 여겨지는 운동 안내 장치를 말한다. 또한, 유저 설비(22)에 있어서 운동 안내 장치(1)를 교환하기 위해서는, 유저 설비(22)의 가동을 일시적으로 정지시킬 필요가 있어, 그 정지 기간 중에는, 유저 설비(22)에 의한 유저 제품의 제조를 행할 수 없는 상태가 된다. 그 때문에, 운동 안내 장치(1)의 교환을 위한 유저 설비(22)의 정지 기간은 가급적 짧은 것이 바람직하다. 또한, 유저 설비(22)를 정지시키는 경우, 교환의 준비 시간을 포함하여 일정 기간의 시간을 요하는 경향이 있으므로, 교환 시에는 어느 정도의 수의 운동 안내 장치(1)를 모아서 교환하는 것이 바람직하다. 운동 안내 장치(1)를 하나씩 교환하면, 그 때마다 유저 설비(22)를 정지시키게 되어, 결과적으로, 유저 설비(22)의 가동률을 저하시켜, 그 유저 제품의 제조 효율을 저하시키게 되기 때문이다.
그래서 본 발명의 관리 서버(41)에서는, 결정부(403)에 의해, 운동 안내 장치(1)의 수명이 100％가 되기 전에 적합하게 새로운 운동 안내 장치로 교환하는 동시에, 그 교환 시에 유저 설비(22)의 정지 기간을 가급적 단축화하여 그 가동률이 낮아지는 것을 억제할 수 있고, 효율적인 운동 안내 장치(1)의 교환을 가능하게 하도록, 교환의 대상이 되는 운동 안내 장치(1)인 교환 대상 장치의 결정 처리가 행해진다. 구체적으로는, 결정부(403)에 의해 도 17에 나타내는 결정 처리가 행해진다. 또한, 당해 결정 처리는, 시스템측 산출부(402)에 의한 수명 도달률의 산출 처리에 동기하여 행해져도 되고, 당해 산출 처리와는 관계없이, 소정의 타이밍에 반복하여 행해져도 된다. 또한, 당해 결정 처리는, 도 1에 도시하는 유저 설비의 각각에 대해 행해지는 처리이다.
우선, S301에서는, 교환 플래그가 "0"인지 여부가 판정된다. 이 교환 플래그는, 결정 처리의 대상으로 되어 있는 유저 설비(본 실시예에서는, 대상으로 되어 있는 유저 설비를, 유저 설비(22)라고 하여 이하에 설명함)에 대해 설정되는 제어 플래그이며, 교환 플래그가 "0"인 경우에는, 유저 설비(22)에서의 교환 대상 장치가 결정하고 있지 않은 상태를 의미하고, 교환 플래그가 "1"인 경우에는, 유저 설비(22)에서의 교환 대상 장치가 결정하고 있는 상태를 의미하고 있다. 또한, 당해 교환 플래그는, 후술하는 바와 같이 S311에서 교환 대상 장치가 결정되고, 유저측에 있어서 그 교환 대상 장치의 교환이 완료되었을 때에 "0"으로 설정된다. 그 때문에, 그 교환 완료 직후에 실행된 결정 처리에서는, 교환 플래그는 "0"으로 되어 있다. S301에서 긍정 판정되면 S302로 진행되고, 부정 판정되면 본 결정 처리는 종료된다.
S302에서는, 시스템측 산출부(402)에 의해 산출된, 유저 설비(22)에서 사용되고 있는, 4개의 운동 안내 장치(1a∼1d)의 각각의 수명 도달률이 취득된다. 다음으로 S303에서는, 운동 안내 장치(1a∼1d)의 각각의 이동에 관한 이력 정보가 취득된다. 구체적으로는, 운동 안내 장치(1a∼1d)의 각각이 갖는 리니어 인코더(4)의 위치 정보의 시간 추이가 취득된다. 또한, 당해 위치 정보는, 운동 안내 장치(1a∼1d)의 각각의 출력부(103)로부터 유저측 서버(21)의 축적부(202)에 한 번 축적된 것이, 송신부(203)에 의해 관리 서버(41)의 수신부(401)에 송신된 것이다. S303의 처리가 종료되면, S304로 진행된다.
S304에서는, S302에서 취득된 수명 도달률에 기초하여, 유저 설비(22)에서 사용되고 있는 4개의 운동 안내 장치(1a∼1d) 중, 수명 도달률이 90％ 이상으로 되어 있는 장치가, 교환 대상 장치로서 추출된다. 그리고 S305에서는, S304에서 추출된 교환 대상 장치의 잔존 수명이 산출된다. 잔존 수명이라 함은, 교환 대상 장치의 수명 도달률이 100％에 도달할 때까지 남아 있는 기간을 의미한다. 구체적으로는, 교환 대상 장치의 잔존 수명은, 상기 이력 정보로부터 산출되는 리니어 인코더(4)의 사용 개시 시로부터 현 시점의 수명 도달률 D 산출 시까지의 경과 시간 Tint를 사용하여, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
잔존 수명＝(1－D)/D*Tint
그리고 S306에서는, 추출된 교환 대상 장치 중, 잔존 수명이 가장 짧은 교환 대상 장치의 잔존 수명이, Lmin으로서 특정된다.
다음으로, S307에서는, 교환 대상 장치의 제조에 요하는 상정 시간(제조 상정 시간) Tx가 산출된다. 제조 상정 시간 Tx의 산출에 있어서는, 관리 서버(41)가 운동 안내 장치(1)의 종류마다 그 제조에 요하는 기본적인 시간을 결합시킨 맵을 갖고 있고, 그 맵에 액세스함으로써 제조 상정 시간 Tx의 기본값이 산출된다. 또한, 그 기본값에 대해 공장(42)에 있어서의 해당되는 운동 안내 장치(1)의 제조 라인의 실제의 혼잡 정도가 고려되어, 최종적인 제조 상정 시간 Tx가 산출된다. 또한, 복수 종류의 운동 안내 장치(1)를 제조하는 경우에는, 동시 병행적인 제조가 가능하면 그 점을 고려하여, 최종적인 제조 상정 시간 Tx가 산출된다. S307의 처리가 종료되면, S308로 진행한다.
S308에서는, 유저 설비(22)에 있어서의 교환 대상 장치 교환에 요하는 상정 시간(교환 상정 시간) Ty가 산출된다. 교환 상정 시간 Ty의 산출에 있어서는, 관리 서버(41)가 유저 설비(22)에 있어서의 각 운동 안내 장치(1)의 교환에 요하는 기본적인 시간을 결합한 맵을 갖고 있고, 그 맵에 액세스함으로써 교환 상정 시간 Ty의 기본값이 산출된다. 운동 안내 장치(1)의 교환에 있어서는, 동일한 종류의 운동 안내 장치라도 그것이 사용되고 있는 설비 내의 부위가 상이하면, 그 교환에 요하는 시간이 변화될 수 있으므로, 원칙적으로, 당해 맵은, 유저 설비에 있어서 운동 안내 장치가 사용되고 있는 개소마다, 교환 상정 시간 Ty의 기본값이 설정되어 있다. 또한, 복수의 운동 안내 장치가 동시에 교환되는 경우에는, 시기를 어긋나게 하여 교환되는 경우와 비교하여 효율적인 교환이 가능해지므로, 그 효율화의 정도를 고려하여, 교환 상정 시간 Ty의 기본값에 대해 그 시간을 단축하는 수정이 행해진다. S308의 처리가 종료되면, S309로 진행한다.
S309에서는, S307에서 산출된 제조 상정 시간 Tx 및 S308에서 산출된 교환 상정 시간 Ty에 기초하여, S309의 판정 처리에서 사용되는 역치 L0이 보정된다. 역치 L0은, 유저 설비(22)에 있어서 동일한 타이밍에 교환되는 운동 안내 장치(1)를 결정하는 시기를, S306에서 특정된 최단의 잔존 수명 Lmin에 기초하여 판정하기 위한 역치이다. 예를 들어, 최단의 잔존 수명 Lmin이, 제조 상정 시간 Tx보다 긴 상태를 유지하면서, 유저 설비(22)에 대해 미리 설정되어 있는 운동 안내 장치의 교환에 요하는 허용 기간 내에 교환 상정 시간 Ty가 수렴되고, 또한 가능한 한 많은 운동 안내 장치(1)를 동일한 타이밍에 교환할 수 있도록 역치 L0이 보정된다. 이러한 교환에 관한 조건을 설정함으로써, 유저 설비(22)에 있어서 가급적 오래 운동 안내 장치(1)를 가동시킬 수 있고, 또한 그 교환에 요하는 시간을 단축화할 수 있게 된다. 이와 같이, 역치 L0은, 본원의 소정 기간 내에 교환되는 교환 대상 장치를 결정하기 위한 파라미터이다. S309의 처리가 종료되면, S310으로 진행한다.
S310에서는, S306에서 특정된 최단의 잔존 수명 Lmin이, S309에서 보정된 역치 L0보다 짧은지 여부가 판정된다. S310에서의 긍정 판정은, 교환 대상 장치의 제조와 유저 설비(22)에 있어서의 교환 대상 장치의 교환을 고려하면, 교환 대상 장치를 결정하는 시간적인 한계가 도달한 것을 의미한다. 그래서 S310에서 긍정 판정되면, S311에서, 유저 설비(22)에 있어서 사용되는 운동 안내 장치(1a∼1d) 중 어느 운동 안내 장치가 교환 대상 장치인지를 확정시킴과 함께, S312에서 교환 플래그를 "1"로 설정하고, 본 결정 처리를 종료한다. 또한, S310에서 부정 판정되면, S313에서 교환 플래그를 "0"인 채로 두고 본 결정 처리를 종료한다. 또한, 교환 플래그가 "1"로 설정되어 있는 동안은, 결정 처리가 반복된 경우라도, S301의 판정 처리에 의해, 확정된 교환 대상 장치가 변경되는 일은 없다.
다음으로, 제조 관리부(404)에 의한 관리 처리에 대해, 도 18에 기초하여 설명한다. 도 18에 나타내는 관리 서버(41), 공장(42), 유저측 서버(21) 사이의 정보의 교환은, 도 18에 나타내는 결정 처리에 의해 교환 플래그가 "1"로 설정된 경우의 것이다. 관리 서버(41)에 있어서, 교환 플래그가 "1"로 되면, 제조 관리부(404)에 의해, 공장(42)에 대해 교환 대상 장치인 운동 안내 장치의 제조 지시가 송신된다. 그 제조 지시를 받은 공장(42)에서는, 교환 대상 장치인 운동 안내 장치의 제조가 개시되게 된다. 또한, 이 공장(42)에서의 제조의 도중에, 관리 서버(41)로부터 유저측 서버(21)에 대해, 현재 제조하고 있는 운동 안내 장치의 교환 시기에 관한 통지가 행해진다. 예를 들어, 제조 지시를 공장(42)으로 송신한 시기에 제조 상정 시간 Tx를 가산한 시기를, 당해 교환 시기로서 통지할 수 있다. 또한, 다른 방법으로서, 최단의 잔존 수명 Lmin이 미리 설정되어 있는 소정 시간으로 된 시기에, 그 때의 잔존 수명 Lmin을 관리 서버(41)로부터 유저측 서버(21)에 대해 통지해도 된다. 이에 의해, 유저는, 자기가 소유하는 유저 설비(22)에 있어서, 사용되고 있는 운동 안내 장치(1)가 머지않아 교환해야 할 상태가 된 것을 파악할 수 있음과 함께, 그 통지에 기초하여, 유저 설비(22)에서의 교환의 준비를 도모할 수 있다.
또한, 공장(42)에서의 교환 대상 장치의 제조 과정에 있어서, 교환 시기의 유저측 서버(21)로의 상기 통지를 행한 후에, 공장(42)측에서 어림한 제조 완료 예정일이, 통지된 교환 예정일을 초과한 경우에는, 공장(42)으로부터 관리 서버(41)에 대해 통지를 행함과 함께, 그 통지를 받고 관리 서버(41)는, 공장(42)에 있어서의 당해 교환 대상 장치의 제조를 우선하도록 공장(42)에 대해 제조 관리의 지시를 내린다. 특히, 공장(42)에서는, 유저 설비(22)뿐만 아니라, 그 다른 유저 설비(23, 32∼34) 등에서 사용되고 있는 운동 안내 장치(1)의 제조도 행하고 있다. 그래서 상기 우선적인 제조 지시를 내리는 경우에는, 다른 유저 설비를 위한 운동 안내 장치로의 영향이 가급적 작아지도록, 또는 다른 유저 설비를 위한 운동 안내 장치에 관하여 미리 설정되어 있는 제조 지연의 허용 범위 내에 수렴되도록, 당해 제조 지시를 작성한다.
또한, 공장(42)에서 교환 대상 장치인 운동 안내 장치의 제조에 요하는 기간이 도 18에서는 tx로 나타나 있고, 그 제조가 완료되면, 그 완료 통지가, 공장(42)으로부터 관리 서버(41)에 대해 송신된다. 이 실제의 제조 기간 tx가, 제조 상정 시간 Tx와 상이한 경우에는, 그 차분에 관한 정보는 관리 서버(41)에서 기록되어, 앞으로의 S307에서의 제조 상정 시간의 산출 처리의 정밀도 향상에 이용된다.
그리고 공장(42)으로부터 제조 완료 통지를 관리 서버(41)가 수신하면, 관리 서버(41)는, 유저측 서버(21)에 대해, 제조된 운동 안내 장치의 발송에 관한 통지를 송신한다. 그 후, 유저측 서버(21)는, 유저 설비(22)에 대해 그 가동을 정지시키기 위한 설비 정지 지시를 내리고, 그것에 수반하여, 유저 설비(22)에 있어서 대상의 운동 안내 장치(1)의 교환 작업이 행해지게 된다. 그리고 그 교환 작업이 종료되면, 유저측 서버(21)로부터 관리 서버(41)에 대해 교환 완료를 알리기 위한 통지가 송신된다. 당해 교환 완료의 통지를 수신한 관리 서버(41)에서는, 그것을 트리거로 하여, 도 17에 나타내는 결정 처리(유저 설비(22)에 대응하는 결정 처리)를 위한 교환 플래그가 "1"로부터 "0"으로 변경된다.
본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 각 운동 안내 장치(1)에 탑재되어 있는 변위 센서의 검출값을 이용함으로써, 그 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률을 매우 정확하게, 또한 실시간으로 파악할 수 있다. 그 때문에, 그 수명 도달률에 기초한 교환 대상 장치의 결정, 및 당해 결정에 기초한 제조 관리와 유저로의 통지는, 시기적으로 매우 정밀도가 높은 것이다. 그 결과, 운동 안내 장치를 제조하는 측에 있어서는, 유저가 필요로 하는 타이밍에 운동 안내 장치(1)를 제조, 제공할 수 있으므로, 여분의 재고를 가질 필요가 없이, 유저의 요구에 대해 적확하게 따를 수 있다. 또한, 운동 안내 장치(1)를 이용하는 유저에 있어서는, 자기의 유저 설비(22)에 있어서 운동 안내 장치(1)를 낭비 없이 그 수명 가까이까지 이용할 수 있으므로, 운동 안내 장치(1)의 불필요한 교환을 피할 수 있는 동시에, 그 교환도 가능한 한 모아서 행해지기 때문에 교환에 요하는 시간을 단축화할 수 있어, 유저 설비(22)의 정지 시간을 짧게 할 수 있다.
<변형예>
상기한 실시예에서는, 운동 안내 장치(1)에 있어서, 장치측 산출부(102)에 의해 수명 관련 정보로서 응력 정보와 횟수 정보가 산출되고, 그 수명 관련 정보를 취득한 관리 서버(41)에 있어서, 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률이 시스템측 산출부(402)에 의해 산출되고 있다. 그 양태 대신에, 운동 안내 장치(1)에 있어서, 장치측 산출부(102)에 의해 응력 정보와 횟수 정보 외에도, 이들 정보에 기초하여 운동 안내 장치(1)의 수명 도달률 자체도 장치측 산출부(102)에 의해 산출되어도 된다. 이 경우, 당해 산출된 수명 도달률에 관한 정보와, 그 운동 안내 장치(1)의 식별 정보가 아울러 본 발명의 소정 생성 정보에 상당하고, 당해 소정 생성 정보가 유저측 서버(21)를 통해 관리 서버(41)로 송신된다. 이때, 관리 서버(41)의 시스템측 산출부(402)는, 그 송신되어 오는 소정 생성 정보를 수명 도달률의 정보로서 취득하게 된다.
1 : 운동 안내 장치
2a, 2b, 2c, 2d, 3a, 3b, 3c, 3d : 센서
4 : 리니어 인코더
5 : 데이터 로거
6 : 컴퓨터
11 : 레일
12 : 캐리지
15a, 15b : 센서 설치 부재
15-1 : 수평부
15-2 : 슬리브부
16 : 볼
20, 30 : 유저 제조 시스템
21, 31 : 유저측 서버
22, 23, 32, 33, 34 : 유저 설비
40 : 관리 시스템
41 : 관리 서버
42 : 공장

Claims (8)

  1. 길이 방향을 따라 연장되는 궤도 부재와, 구름 이동 홈 내를 구름 이동 가능하게 배치된 구름 이동체를 통해 당해 궤도 부재에 대향하도록 배치되고, 또한 당해 궤도 부재의 당해 길이 방향을 따라 상대적으로 이동 가능한 이동 부재와, 당해 이동 부재에 있어서 소정 수의 변위 방향에 있어서의 당해 이동 부재의 변위를 검출하는 복수의 변위 센서를 갖는 운동 안내 장치를 복수 갖고, 유저가 관리하는 소정 공간에 구비된 유저 설비를 관리하는 관리 시스템이며,
    상기 복수의 운동 안내 장치의 각각이 갖는 상기 복수의 변위 센서의 검출값에 기초하여 산출된, 당해 운동 안내 장치의 수명 도달률과 관련되는 수명 관련 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부에 의해 수신된, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각에 대응하는 상기 수명 관련 정보에 기초하여, 각 운동 안내 장치의 수명 도달률을 산출하는 산출부와,
    상기 산출부에 의해 산출된, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각의 수명 도달률에 기초하여, 소정 기간 내에 교환의 대상이 되는, 당해 복수의 운동 안내 장치 중 전부 또는 일부의 교환 대상 장치를 결정하는 결정부와,
    상기 유저 설비에 있어서 상기 결정부에 의해 결정된 상기 교환 대상 장치의 전부가 교환되는 교환 시기를 유저에게 통지하는 제조 관리부를 구비하는, 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제조 관리부는 또한, 상기 교환 대상 장치의 전부가 당해 교환 가능해지는 교환 시기까지 당해 교환 대상 장치의 전부를 제조 완료할 수 있도록 당해 교환 대상 장치의 모든 제조 공정을 관리하는, 관리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수신부는, 상기 유저 설비에 있어서의 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각의 가동 이력에 관한 이력 정보를 더 수신하고,
    상기 제조 관리부는, 상기 이력 정보 및 상기 교환 대상 장치 수명 도달률에 기초하여, 모든 상기 교환 대상 장치 중 소정의 교환 대상 장치의 남은 가동 가능 시간이 소정 시간이 되는 시기를 상기 교환 시기로서 유저에게 통지하는, 관리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수명 관련 정보는, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각에 있어서, 상기 복수의 변위 센서의 검출값으로부터 산출되는, 당해 운동 안내 장치에 있어서의 상기 이동 부재의 이동 시에 발생하는 이동 시 응력에 관한 응력 정보와, 당해 이동 시 응력의 반복 수에 관한 횟수 정보와, 당해 운동 안내 장치의 식별 정보를 포함하고,
    상기 산출부는, 상기 복수의 운동 안내 장치 중 상기 식별 정보에 대응하는 하나의 운동 안내 장치에 관하여, 당해 식별 정보에 대응하는 상기 응력 정보와 상기 횟수 정보의 상기 수신부에 의한 수신에 따라서 당해 하나의 운동 안내 장치의 수명 도달률을 갱신하는, 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 응력 정보는, 상기 이동 부재의 구름 이동면을 상기 궤도의 방향을 따라 구분한 가상의 구간마다, 당해 이동 부재가 이동하고 있을 때에 각 구간에 발생하는 응력이며, 상기 복수의 변위 센서의 검출값에 기초하여 산출되는 상기 이동 시 응력에 관한 정보이고,
    상기 횟수 정보는, 상기 이동 부재가 상기 궤도를 따라 이동할 때의 웨이빙에 수반하여 반복하여 발생하는 상기 이동 시 응력의 발생 횟수에 관한 정보이고,
    상기 산출부는, 상기 구간마다, 상기 응력 정보와 상기 횟수 정보에 기초하여 당해 하나의 운동 안내 장치의 수명 도달률을 산출하는, 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 이동 시 응력의 크기마다의 발생 횟수를 상기 구간마다 집계한 테이블의 데이터를 기초로, 상기 수명 도달률의 산출을 당해 구간마다 행하는, 관리 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수명 관련 정보는, 상기 복수의 운동 안내 장치의 각각에 있어서, 적어도 상기 변위 센서의 검출값으로부터 산출되는, 당해 운동 안내 장치에 있어서의 상기 이동 부재의 이동 시에 발생하는 이동 시 응력에 관한 응력 정보와, 당해 이동 시 응력의 반복 수에 관한 횟수 정보로부터 생성되는 당해 운동 안내 장치의 수명 도달률을 나타내는 정보인 소정 생성 정보, 및 당해 운동 안내 장치의 식별 정보를 포함하고,
    상기 산출부는, 상기 복수의 운동 안내 장치 중 상기 식별 정보에 대응하는 하나의 운동 안내 장치에 관하여, 당해 식별 정보에 대응하는 상기 소정 생성 정보의 상기 수신부에 의한 수신에 따라서 당해 소정 생성 정보를 당해 하나의 운동 안내 장치의 수명 도달률로서 취득하는, 관리 시스템.
  8. 길이 방향을 따라 연장되는 궤도 부재와, 구름 이동 홈 내를 구름 이동 가능하게 배치된 구름 이동체를 통해 당해 궤도 부재에 대향하도록 배치되고, 또한 당해 궤도 부재의 당해 길이 방향을 따라 상대적으로 이동 가능한 이동 부재를 갖는 운동 안내 장치이며,
    상기 이동 부재에 있어서 소정 수의 변위 방향에 있어서의 당해 이동 부재의 변위를 검출하는 복수의 변위 센서와,
    상기 복수의 변위 센서의 검출값에 기초하여, 상기 운동 안내 장치에 있어서의 상기 이동 부재의 이동 시에 발생하는 이동 시 응력에 관한 응력 정보, 및 당해 이동 시 응력의 반복 수에 관한 횟수 정보를 산출하는 산출부와,
    상기 응력 정보와 상기 횟수 정보에 기초하여, 상기 운동 안내 장치의 수명 도달률과 관련되는 수명 관련 정보를 생성하여 출력하는 출력부이며, 당해 수명 관련 정보는, 외부의 정보 처리 장치에 의한 당해 운동 안내 장치의 당해 수명 도달률의 산출 처리에 제공되고, 산출된 당해 수명 도달률은, 당해 외부의 정보 처리 장치에 의한 당해 운동 안내 장치의 교환 작업의 시기를 결정하는 결정 처리에 또한 제공되는 출력부를 구비하는, 운동 안내 장치.
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