KR20200076712A - 기계 장치의 열화 진단 장치, 열화 진단 장치에서 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법, 및 기계 장치의 열화 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

열화 진단 장치는 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단 장치이다. 열화 진단 장치는, 기계 장치의 가동에 따라 기어에 사용되는 그리스에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향을, 미리 기억해 두는 기억부와, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 판정부를 구비한다.

Description

기계 장치의 열화 진단 장치, 열화 진단 장치에서 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법, 및 기계 장치의 열화 진단 방법
본 발명은, 기계 장치의 열화 진단 장치, 열화 진단 장치에 있어서 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법, 및 작업자에 의해 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법에 관한 것이다.
예컨대, 자동차 산업 등의 흐름 작업에 의한 생산 라인에는 대량의 로봇이 사용되고 있다. 로봇에는, 구름 베어링이나 감속기가 대량으로 이용되고 있고, 이러한 부품이 고장나면 로봇이 동작하지 못하게 되어, 생산 라인에 큰 영향을 준다. 이러한 중대한 손해를 방지하기 위해, 고장날 것 같은 부품을 발견하여 고장이 발생하기 전에 보수하는 예방 보전을 실시하는 것이 바람직하다. 베어링이나 감속기의 이상(異常)은 진동이나 이들에 연결된 전동기의 전류의 이상에 의해 온라인으로 검지할 수 있다. 그러나, 진동이나 전류에 이상이 발생했을 때에는 이미 감속기 등은 고장 직전인 경우가 많아, 예방 보전에 이용되는 지표로서는 충분하지 않다.
구름 베어링이나 감속기는, 운전 시간에 따라 전동부 등이 마모되어 윤활용의 그리스에 섞이게 된다. 이들 부품은 이상 마모에 의한 고장이 많아, 이상 마모가 생기면 그리스 중에 보다 대량의 철분이 섞이게 되기 때문에, 그리스 중의 철분량을 측정하여 이상을 예지하는 방법이 개발되고 있다. 예컨대, 특허 문헌 1에는, 구름 베어링이나 감속기에 내장된 센서에 의해 그리스 철분 함유량을 검지하여, 고장을 예지하는 온라인용 고장 예지 장치가 개시되어 있다.
특허문헌1: 일본특허공개 제2008-249549호
그러나, 상기 종래 기술에서는, 그리스 중의 철분량은 마모의 진행에 따라 서서히 증가하여, 감속기 등이 고장 상태가 되기 직전에 철분의 이상 증가로서 검지된다. 이 때문에, 이상 마모의 발생 단계보다도 이전의 단계에서는 고장에 이르기까지의 열화의 경향을 파악하지 못하여, 고장의 예측 정밀도에는 한계가 있었다. 이것은 베어링이나 감속기가 설치된 로봇에 한정하지 않고, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치 전반에 공통되는 과제이다.
본 발명은 상기 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 기계 장치의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측 가능한 열화 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 장치는, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단 장치에 있어서, 상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향을, 미리 기억하여 두는 기억부와, 상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 판정부를 구비한다. 여기서 첨가제의 소비율이란, 제품 출하 시의 첨가제의 함유량에 대한 석출된 첨가제의 양의 비율이다. 윤활제는, 윤활용의 그리스나 기름을 포함한다.
상기 구성에 의하면, 기계 장치의 가동에 따른 첨가제의 소비율의 변화 경향을 미리 기억하여 두는 것에 의해, 이상 마모가 발생하기 이전의 단계에서 고장에 이르기까지의 열화의 경향을 파악할 수 있으므로, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 기계 장치의 열화를 진단할 수 있다. 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 것에 의해, 기계 장치의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
또한, 상기 첨가제의 소비율의 변화 경향은, 선형적인 증가 경향이다. 상기 구성에 의하면, 첨가제의 소비율의 변화 경향을 직선으로 근사할 수 있으므로, 첨가제의 소비율이 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하기 쉽다. 예측 정밀도가 향상된다. 또한, 첨가제의 소비율의 변화 경향은 측정 결과로부터 발견할 수 있다. 또한, 첨가제의 소비율의 변화 경향이 선형적인 증가 경향이라는 것은, 엄밀한 의미에서의 선형 증가로 한정되지 않는다. 예컨대, 측정치가 증가한 후, 일단 약간 감소하고, 그 후, 거의 선형적으로 증가하는 경우도 포함된다.
상기 첨가제의 소비율은, 상기 동력 전달 기구의 출력에 관한 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽의 함수로 표현되고, 상기 열화 진단 장치는, 상기 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽에 관한 시계열 데이터를 취득하는 데이터 취득부를 더 구비하고, 상기 판정부는, 취득한 시계열 데이터에 기초하여, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하도록 해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 출력은 부하에 따라 변동하기 때문에, 첨가제의 소비율은, 출력에 관한 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽의 함수로 표현할 수 있다. 이러한 값을 상시 감시하고, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정할 수 있다. 예측 정밀도가 향상한다.
상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고, 상기 지령치가, 상기 모터의 전류 지령치라도 좋다.
상기 구성에 의하면, 예컨대 모터와 감속기(동력 전달 기구)를 구비한 로봇에 있어서, 첨가제의 소비율은, 모터의 전류 지령치의 함수(예컨대 2차 함수)로 표현할 수 있으므로, 전류 지령치를 상시 감시하고, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
또한, 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전각을 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고, 상기 측정치가, 상기 인코더의 검출치라도 좋다.
상기 구성에 의하면, 예컨대 모터와 감속기(동력 전달 기구)를 구비한 로봇에 있어서, 첨가제의 소비율은, 인코더의 검출치(측정치)로부터 얻어지는 모터 회전각의 각속도의 함수(예컨대 2차 함수)로 표현할 수 있으므로, 인코더의 검출치를 상시 감시하고, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다. 또한, 첨가제의 소비율을, 모터의 전류 지령치와, 인코더의 검출치(측정치)로부터 얻어지는 모터 회전각의 각속도의 함수로 표현하고, 전류 지령치와 인코더의 검출치의 양쪽을 감시하는 것에 의해, 상기 함수의 시간 적분치를 산출해도 좋다.
상기 첨가제는, 극압제를 포함하고, 상기 극압제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향이라도 좋다. 상기 구성에 의하면, 첨가제에 포함되는 극압제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향이므로, 예측 정밀도가 향상한다. 또한 극압제로는, 내마모제를 포함해도 좋다.
또한, 상기 첨가제의 소비율이, 상기 모터의 전류 지령치, 및 상기 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 상기 첨가제의 온도의 측정치의 함수인 제2 함수의 합인 제3 함수로 표현되고, 상기 데이터 취득부가, 상기 모터의 전류 지령치, 상기 인코더의 검출치, 및 상기 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하고, 상기 판정부가, 취득된 시계열 데이터에 기초하여, 상기 제3 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 상기 첨가제의 소비율을, 상기 모터의 전류 지령치, 및 상기 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 상기 윤활제의 온도의 함수인 제2 함수의 합으로 표현할 수 있으므로, 모터의 전류 지령치 및 인코더의 검출치와 함께, 윤활제의 온도를 상시 감시하고, 상기 제3 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다. 여기서 제2 함수는, 상기 윤활제의 온도와, 단위 시간당 첨가제의 잔존률과의 함수라도 좋다.
또한, 상기 기계 장치가, 상기 인코더에 설치된 온도 센서를 더 구비하고 있어도 좋다. 상기 데이터 취득부에 상기 온도 센서로 검출된 온도 데이터가 입력되고, 상기 데이터 취득부가 상기 온도 센서로 검출된 상기 인코더의 온도로부터 선형적인 상관 관계에 기초하여, 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득해도 좋다. 상기 구성에 의해, 산업용 로봇에 있어서 새로운 센서를 추가하지 않고, 인코더 온도의 검출치로부터 그리스의 온도를 추산할 수 있다.
상기 열화 진단 장치는, 상기 판정부에 의한 판정 결과를 출력하는 출력부를 더 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 다른 형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 방법은, 기억부와, 판정부를 구비한 열화 진단 장치에서 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법에 있어서, 상기 기계 장치는, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치되고, 상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향을, 미리 상기 기억부에 기억하여 두는 단계와, 상기 판정부에 의해, 상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 방법은, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단 방법에 있어서, 상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율을 측정하는 단계와, 상기 첨가제의 소비율의 측정치에 기초하여, 첨가제의 소비율의 변화 경향을 도출하는 단계와, 상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을, 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 이상과 같이 설명한 구성을 구비하여, 감속기 등의 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 장치의 구성을 도시한 기능 블록도다.
도 2는, 도 1의 열화 진단 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 3은, 도 1의 열화 진단 장치에 있어서 사용되는 첨가제 소비율의 변화 경향을 도시한 그래프이다.
도 4는, 내구 시험에 있어서의 그리스의 철분 농도의 시간 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는, 내구 시험에 있어서의 첨가제 소비율의 시간 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은, 내구 시험에 있어서의 철분 농도와 첨가제 소비율과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은, 조건을 변경했을 경우의 내구 시험에 있어서의 첨가제 소비율과 철분 농도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 장치의 구성을 도시한 기능 블록도다.
도 9는, 도 8의 열화 진단 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 10은, 도 8의 열화 진단 장치에 있어서 산출되는 전류 지령치의 함수의 시간 적분치를 도시한 그래프이다.
도 11은, 열화 진단 결과의 표시 화면의 일례이다.
도 12는, 상이한 부하로 복수 회 실시한 내구 시험에 있어서의 전류 지령치와 첨가제 소비율의 시간 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은, 도 12의 내구 시험에 있어서의 전류 지령치와 첨가제 소비 속도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 14는, 본 발명의 제3 실시형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 장치의 구성을 도시한 기능 블록도다.
도 15는, 도 14의 열화 진단 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 16은, 인코더의 온도와, 그리스의 온도의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 17은, 그리스의 열 열화 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
(본 발명의 기초가 된 식견(1))
본 발명자들은, 감속기가 설치된 산업용 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측하는 것이 가능하도록 열심히 검토했다. 산업용 로봇에 사용되는 감속기는, 운전 시간에 따라 전동부 등이 마모되어 윤활용의 그리스에 섞이게 된다. 이들 부품은 이상 마모에 의한 고장이 많아, 이상 마모가 생기면 그리스 중에 보다 대량의 철분이 섞이게 된다. 그리스 중의 철분량(마모량)은, 감속기의 가동에 의한 마모의 진행에 따라, 서서히 증가하여, 고장 상태가 되기 전에 이상 마모에 의해 철분이 급격하게 증가하는 것이 알려져 있다. 종래부터, 이러한 철분 함유량의 변화 경향에 기초하여, 센서에 의해 마모량(그리스 철분 함유량)을 검지하여, 고장을 예지하는 고장 예지 방법이 있었다. 그러나, 종래의 방법에서는, 이상 마모에 의한 철분의 이상 증가를 검지하는 것에 의해, 고장을 예지하기 때문에, 이상 마모의 발생 단계보다도 이전 단계에서는 고장에 이르기까지의 열화의 경향을 파악하지 못하여, 고장의 예측 정밀도에는 한계가 있었다.
한편, 그리스 중에는 첨가제가 일정량 용해되어 있지만, 기계 장치의 가동과 함께 서서히 고체화되어 가고, 그 결과, 그리스의 성능이 열화한다. 그래서 본 발명자들은, 그리스의 열화에 주목하여, 산업용 로봇의 감속기의 내구 시험을 실시했다. 산업용 로봇으로서, 6축 다관절 로봇이 이용되었다. 내구 시험은, 로봇에게, 제2 관절의 감속기 및 모터에 큰 부하가 걸리는 자세를 취하게 해서 실시되었다. 즉, 로봇 암을 거의 수평 상태로 뻗은 자세로 실시되었다. 그리고, 내구 시험의 과정에 있어서, 제2 관절의 감속기의 마모 상태가 확인되었다. 마모 상태의 확인은, 정기적으로 감속기의 그리스로부터 그 철분 농도를 확인하는 것에 의해 실시되었다. 또한, 마모 상태의 확인에 맞추어 그리스에 포함되는 첨가제의 소비율을 측정했다. 여기서 첨가제의 소비율이란, 제품 출하 시의 첨가제의 함유량에 대한 석출된 첨가제의 양의 비율이다. 또한 첨가제에는, 마찰 조정제(MoDTP: Mo계)나 극압제(ZnDTP: Zn계), 내마모제 등이 포함되지만, 여기에서는, 분석 대상을 원소 P로 하고, 형광 X선 분석법을 이용하여, 본래, 용해되어 있어야 할 첨가제(P 성분)가 슬러지로서 석출된 양을 측정했다. 측정 결과에 기초하여 첨가제의 소비율을 산출했다.
도 4 내지 도 6은, 내구 시험의 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도 4 내지 도 6에 있어서, X축은 로봇(머신명: BX200)의 제2 관절(JT2)의 감속기의 가동 일수를 나타내고 있다. 도 4는, 내구 시험에 있어서의 그리스 중에 포함되는 철분 농도(%)의 시간 변화를 도시한 그래프이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 그리스 중의 철분량(마모량)은, 감속기의 가동에 의한 마모의 진행에 따라, 서서히 증가하여, 고장 상태가 되기 전에 이상 마모에 의해 철분이 급격하게 증가한다. 도 5는, 내구 시험에 있어서의 첨가제 소비율(%)의 시간 변화를 도시한 그래프이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 첨가제(P 성분)의 소비율(%)은, 시험 개시부터 100일을 경과하기까지 선형적으로 증가하고 있어, 직선으로 근사할 수 있다. 즉, 첨가제의 소비율의 변화 경향은, 첨가제의 소비율의 측정 결과로부터 발견할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 발명자들은, 첨가제의 소비율의 변화 경향은 선형적인 증가 경향인 것을 발견했다.
도 6은, 철분 농도와 첨가제 소비율과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 6에 있어서, 흰 동그라미는 도 4의 철분 농도(%)의 측정 결과를 나타내고, 검은 동그라미는 도 5의 첨가제 소비율(%)의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 철분 농도는, 감속기의 가동에 의한 마모의 진행에 따라, 서서히 증가하여, 고장 상태가 되기 전에 이상 마모에 의해 철분이 급격하게 증가한다. 한편, 첨가제의 소비율은, 선형적으로 증가한다. 즉, 첨가제는, 고장 직전의 마모량(철분 농도)의 급격한 증가에 앞서, 선형적으로 소비하여, 첨가제의 완전 소비(소비율 100%)에 의해 고장(이상 마모)이 발생하고 있다.
본 발명자들은, 상기 내구 시험의 결과의 유효성을 확인하기 위해, 조건을 변경하여 추가의 시험을 실시했다. 구체적으로는, 로봇의 종류나, 관절, 로봇의 설치 장소, 실시 시기를 변경하여 실시했다. 도 7은, 조건을 변경했을 경우의 내구 시험에 있어서의 첨가제 소비율과 철분 농도와의 관계를 도시한 그래프이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 동일한 관절(JT2)의 감속기라도 로봇의 종류(머신명: BX300)가 다르면 첨가제 소비율의 수치가 다르다. 또한, 동일한 종류의 로봇(머신명: BX200)이라도 다른 관절(JT3)의 감속기라면 첨가제 소비율의 측정치가 다르다. 발명자들은, 측정 결과로부터, 로봇의 종류나 감속기가 다른 경우라도, 어떠한 첨가제 소비율도 선형적으로 증가하는 변화 경향인 것을 발견했다. 또한, 첨가제의 소비율의 변화 경향이 선형적인 증가 경향이라는 것은, 엄밀한 의미에서의 선형 증가로 한정되지 않는다. 도 7의 측정 결과는, 측정치가 증가한 후, 일단 약간 감소하고, 그 후, 선형적으로 증가하는 경우도 포함하고 있다. 이러한 경우에도 1 또는 2 이상의 직선으로 근사하는 것이 가능하기 때문에 선형적인 증가 경향에 포함된다. 이러한 내구 시험의 결과로부터, 본 발명자들은, 첨가제는, 고장 직전의 감속기의 마모량(철분 농도)의 급격한 증가에 앞서, 선형적으로 소비한다는 변화 경향과, 첨가제의 완전 소비(소비율 100%)에 의해 고장(이상 마모)이 생기는 것을 발견했다.
이러한 식견에 의하면, 첨가제의 소비율의 선형적인 변화 경향을 미리 기억하여 두는 것에 의해, 이상 마모가 발생하기 이전의 단계에서 고장에 이르기까지의 열화의 경향을 파악할 수 있으므로, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 기계 장치의 열화를 진단할 수 있다.
또한, 이상의 식견을, 베어링이나 감속기가 설치된 로봇에게 한정하지 않고, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치(예컨대 유압 펌프)의 열화 진단에도 적용할 수 있는 것은 분명하다.
본 발명자들은, 이상의 식견에 기초하여 본 발명을 생각해 냈다. 이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면을 통해서 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 중복된 설명을 생략한다.
(제1 실시형태)
[구성]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태와 관련되는 기계 장치의 열화 진단 장치의 구성을 도시한 기능 블록도이다. 우선, 열화 진단 장치(1)의 대상인 감속기(12) 및 해당 감속기(12)를 구비한 기계 장치(10)에 대해 설명한다.
기계 장치(10)는, 동작부(11)와, 동작부(11)를 구동하는 모터(13)와, 모터(13)의 회전 동력을 감속하여 동작부(11)에 전달하는 감속기(12)와, 모터(13)의 회전 위치를 검출하는 인코더(15)와, 모터(13)에 공급하는 전력(여기에서는 전류)을 제어하여, 모터(13)의 회전을 제어하는 모터 제어부(14)를 포함한다.
기계 장치(10)는, 동작부(11)를 포함하는 것이면 좋다. 기계 장치(10)로써, 전형적으로는 산업용 로봇을 들 수 있다. 기계 장치(10)로써, 이외에, 공작 기계 등이 예시된다.
감속기(12)는, 모터(13)의 회전 동력을 감속하여 동작부(11)에 전달하는 것이면 좋다. 감속기(12)는, 예컨대, 입력축의 회전 동력을 감속 기구(도시하지 않음)에 따라 감속하여, 감속한 회전 동력을, 출력축(12a)에 출력한다. 입력축으로써, 도 1에는, 모터(13)의 회전축(13a)이 예시되어 있지만, 예컨대, 다른 동작부의 출력축이라도 좋다. 또한, 감속 기구로써, 전형적으로는 톱니바퀴 감속 기구가 예시되지만, 그 이외의 감속 기구라도 좋다. 본 실시 형태에서는, 감속기(12)의 기어에는 윤활제로써 그리스가 사용되지만, 윤활용 기름이라도 좋다.
모터(13)는 서보 모터이며, 브러시리스 모터, 직류 모터라도 좋다. 그러나, 유도 전압기 등의 다른 모터라도 좋다. 서보 모터가 이용되는 경우는, 인코더(15)를 병용하여, 동작부(11)의 위치 제어가 진행된다. 모터(13)의 설치 장소는, 기계 장치(10)의 정지부라도, 동작부라도 좋다. 산업용 로봇의 경우, 모터(13)는, 제1 관절을 제외하고, 각 관절에 있어서 각 관절보다 앞의 암 부재를 구동하기 위해 설치되므로, 제1 관절 이외의 관절에서는 모터(13)는 동작부에 설치된다. 제1 관절에서는 정지부에 설치된다.
인코더(15)는, 모터(13)의 회전축(13a)에 설치된다. 인코더(15)는, 모터(13)의 회전각(회전 위치)(21)을 검출하는 것이면 좋다. 또한, 모터(13)가, 유도 전압기 등에 의해 구성되어, 동작부(11)의 위치 제어가 실시되지 않는 경우는, 예컨대, 인코더(15)를 대신하여 회전수 검지기가 이용된다.
모터 제어부(14)는, 모터(13)에, 전압 또는 전류가 제어되는(도 1에서는 전류가 제어됨) 전력을 공급하여, 모터(13)를 구동한다. 모터 제어부(14)는, 주지된 것이므로, 그 구체적인 설명을 생략한다. 도 1에서는, 모터 제어부(14)가 전류 센서(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 모터(13)에 공급하는 전류(모터(13)의 부하 전류)를 검지하여, 그 검지한 전류(22)를 컨트롤러(20)에 출력한다. 전류 센서는, 모터 제어부(14)의 외부에 설치되어도 좋다.
컨트롤러(20)는, 인코더(15)로부터 입력되는 모터(13)의 회전각(21)과 모터 제어부(14)의 전류 센서로부터 입력되는 모터 전류(22)에 기초하여, 전류 지령치(23)를 생성하고, 그것을 모터 제어부(14)에 출력한다. 전형적으로는 컨트롤러(20)는, 로봇 컨트롤러일 수 있다. 모터 제어부(14)는, 전류 지령치(23)에 따른 전류의 전력을 모터(13)에 출력한다. 이리하여, 컨트롤러(20)는, 모터(13)의 회전각 및 토크를 피드백 제어한다.
다음에, 열화 진단 장치(1)를 설명한다. 열화 진단 장치(1)는, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 기계 장치(10)의 열화를 진단한다. 본 실시 형태에서는, 열화 진단 장치(1)는, 연산 장치로 구성된다. 연산 장치로서는, 예컨대, 퍼스널 컴퓨터, 마이크로 컨트롤러 등의 프로그램(소프트웨어)에 따라 동작하는 것 이외에, 논리 회로, 전자 회로 등의 하드웨어가 예시된다. 열화 진단 장치(1)는, 여기에서는, 프로그램에 따라 동작하는 연산기로 구성된다. 열화 진단 장치(1)(연산기)는, 연산부와 기억부를 구비하고, 연산부가 기억부에 저장된 미리 정해진 프로그램을 판독하여 실행하는 것에 의해, 미리 정해진 동작을 실시한다. 열화 진단 장치(1)는, 기억부(2)와, 판정부(3)와, 출력부(4)를 포함한다. 또한, 판정부(3)는, 상술한 미리 정해진 프로그램이 실행되는 것에 의해서 실현되는 기능부이며, 실제에서는 상기 연산기가 판정부(3)로서 동작한다. 또한, 열화 진단 장치(1)는 본 실시 형태에서는 컨트롤러(20)와 통신 가능하게 접속되어, 기계 장치(10)의 가동 상황에 관한 데이터를 수신 가능하게 구성된다.
기억부(2)는, 감속기(12)의 가동에 따라, 기어에 사용되는 그리스에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향에 관한 데이터를, 미리 기억하여 두도록 구성된다. 기억부(2)에 기억되는 데이터는, 후술하는 열화 진단에 이용된다.
판정부(3)는, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다. 본 실시 형태에서는, 판정부(3)는, 컨트롤러(20)로부터 기계 장치(10)의 가동 상황에 관한 데이터를 취득하고, 기억부(2)에 기억된 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 현재의 첨가제의 소비율을 산출한다. 그리고, 현재의 첨가제 소비율이, 미리 설정된 임계치에 도달할 때까지의 기간을 산출하여, 사용의 잔여 시간(또는 그리스 잔여 수명)을 판정한다.
출력부(4)는, 판정부(3)에 의한 판정 결과(사용의 잔여 시간 또는 그리스 잔여 수명)를 출력한다. 출력부(4)는, 예컨대 판정 결과를 표시하는 표시기 또는 경보기, 판정 결과를 외부에 송신하는 송신기, 판정 결과를 인쇄하는 인쇄기 등으로 구성된다.
[동작]
다음에, 이상과 같이 구성된 열화 진단 장치(1)의 동작을 설명한다. 또한, 열화 진단 장치(1)의 동작은, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법이기도 하다. 도 2는, 도 1의 열화 진단 장치(1)의 동작을 도시한 흐름도이다. 또한, 동작에 앞서, 열화 진단 장치(1)의 기억부(2)에는, 감속기(12)의 가동에 따라, 기어에 사용되는 그리스에 배합된 첨가제의 소비율의 변화 경향이, 미리 기억되어 있다.
우선, 기계 장치(10)인 로봇이 동작된다. 이 상태에 있어서, 열화 진단 장치(1)는, 컨트롤러(20)로부터 기계 장치(10)(로봇)의 가동 상황에 관한 데이터(사이클 수)를 취득한다(도 2의 단계(S11)).
다음에, 열화 진단 장치(1)는, 기억부(2)에 미리 기억된 첨가제 소비율의 변화 경향에 관한 데이터를 판독한다(도 2의 단계(S12)). 도 3은, 첨가제 소비율의 변화 경향에 관한 데이터의 일례를 도시한 그래프이다. 또한, 도 3 데이터는, 상기 내구 시험의 결과(도 6 참조)에 기초하여 작성된 것이다. 도 3에 있어서, X축은 로봇(머신명: BX200)의 제2 관절(JT2)의 감속기(12)의 가동(사이클 수)을 나타내고, Y축은 감속기(12)에 사용되는 그리스에 포함되는 철분 농도(%)와 함께 첨가제(P 성분)의 소비율(%)을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 첨가제의 소비율의 변화 경향은, 선형적인 증가 경향이며, 직선으로 근사되어 있다.
다음에, 열화 진단 장치(1)는, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 기계 장치(10)의 열화를 진단한다. 구체적으로는, 판정부(3)는, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다(도 2의 단계(S13)). 판정부(3)는, 컨트롤러(20)로부터 기계 장치(10)(로봇)의 가동 상황에 관한 데이터를 취득하고, 기억부(2)로부터 판독된 첨가제의 소비율의 변화 경향(도 3의 직선)에 기초하여, 현재의 첨가제의 소비율(도 3에서는 30%)을 산출한다. 그리고, 현재의 첨가제 소비율(도 3에서는 30%)이, 미리 설정된 임계치(도 3에서는 첨가제 소비율 90%)에 도달할 때까지의 기간을 산출하여, 사용의 잔여 시간(또는 그리스 잔여 수명)을 판정한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 임계치는 첨가제 소비율 90%로 설정했지만, 그리스의 종류나 감속기의 구성 부품 등의 그 외의 요인에 의해 적절하게 변경되어도 좋다.
마지막으로, 열화 진단 장치(1)는, 판정 결과를 출력한다(도 2의 단계(S14)). 구체적으로는, 출력부(4)는, 판정부(3)에 의한 판정 결과(사용의 잔여 시간 또는 그리스 잔여 수명)를 출력한다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법(도 2 참조)은, 열화 진단 장치(1)(도 1 참조)에 있어서 실행되는 열화 진단 장치(1)의 동작이었지만, 본 실시 형태의 열화 진단 방법은 작업자에 의해서 실행되어도 좋다. 예컨대 도 2의 단계(S11 내지 S14)의 모든 동작을 작업자가 실행해도 좋고, 일부의 동작(예컨대 단계(S12 및 S13))을 작업자가 실행해도 좋다. 또한, 작업자에 의해서 열화 진단 방법이 실행되는 경우는, 상술한 첨가제의 소비율을 측정하는 단계, 및 첨가제의 소비율의 측정치에 기초하여 첨가제의 소비율의 변화 경향을 도출하는 단계를 포함해도 좋다.
[작용 효과]
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 기계 장치(10)의 가동에 따른 첨가제의 소비율의 변화 경향을 미리 기억하여 두는 것에 의해, 이상 마모가 발생하기 이전의 단계에서 고장에 이르기까지의 열화의 경향을 파악할 수 있으므로, 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 기계 장치의 열화를 진단할 수 있다. 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 임계치에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 것에 의해, 기계 장치(10)의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
또한, 첨가제의 소비율의 변화 경향은, 선형적인 증가 경향이므로, 첨가제의 소비율의 변화 경향을 직선으로 근사할 수 있다(도 3 참조). 이에 따라, 첨가제의 소비율이 미리 설정된 임계치에 도달할 때까지의 기간을 판정하기 쉬워진다.
(본 발명의 기초가 된 식견(2))
본 발명자들은, 로봇의 잔여 수명의 예측 정밀도를 더욱 향상하기 위해 열심히 검토했다. 일반적으로 산업용 로봇이 많은 종류의 동작을 실시하는 경우, 출력은 부하에 따라 변동한다. 그래서 본 발명자들은, 산업용 로봇의 감속기의 내구 시험을, 감속기 및 모터에 다른 부하를 가하면서 복수 회 실시했다. 도 12는, 다른 부하로 복수 회 실시한 내구 시험에 있어서의 전류 지령치와 첨가제 소비율과의 관계를 도시한 그래프이다. 상단의 그래프는, 내구 시험에 있어서의 전류 지령치(I2(A))의 시간 변화를 나타낸다. 하단의 그래프는, 전류 지령치(I(A))에 따른 첨가제 소비율(%)의 측정치의 시간 변화를 나타낸다. 또한, 전류 지령치(I2)는 실효치이지만, 피크치라도 좋고, 실전류(실측치)라도 좋다.
도 12의 그래프에 도시한 바와 같이, 전류 지령치(I2(A))가 30~36(A)의 범위에 있는 경우는, 첨가제는 거의 선형적으로 소비된 결과, 첨가제 소비율(%)이 100일 전후의 가동으로 완전하게 소비되어 있다. 전류 지령치(I2(A))가 24~26(A)의 범위에 있는 경우는, 첨가제는 거의 선형적으로 소비된 결과, 첨가제 소비율(%)은 250일을 넘는 가동으로 완전하게 소비되어 있다. 전류 지령치(I2(A))가 22~24(A)의 범위에 있는 경우는, 첨가제는 거의 선형적으로 소비된 결과, 첨가제 소비율(%)은 350일을 넘는 가동으로 완전하게 소비되어 있다. 전류 지령치(I2(A))가 20~22(A)의 범위에 있는 경우는, 첨가제는 거의 선형적으로 소비된 결과, 첨가제 소비율(%)은 400일을 넘는 가동으로 완전하게 소비되어 있다. 전류 지령치(I2(A))가 18~20(A)의 범위에 있는 경우는, 첨가제는 거의 선형적으로 소비된 결과, 첨가제 소비율(%)은 500일을 넘는 가동으로 완전하게 소비되어 있다.
또한, 본 발명자들은, 첨가제에 포함되는 성분 중 극압제와 마찰 조정제의 각각의 소비율에 대해 시험을 실시하여, 유효성에 대해 확인을 실시했다. 그 결과, 극압제의 소비율의 선형성, 및 전류 지령치와의 상관성에 대해 확인할 수 있었다. 한편, 마찰 조정제의 소비율은, 전류 지령치(I2(A))와 함께 급격하게 감소했기 때문에, 마찰 조정제와 전류 지령치와의 상관성에 대해서는 확인할 수 없었다. 따라서, 본 발명자들은, 첨가제의 성분 중에서, 극압제(소비율)가 열화 진단에 대한 기여율이 높다고 결론지었다. 따라서, 이하에서는, 첨가제의 소비율이란, 엄밀하게는, 극압제의 소비율을 의미한다. 또한 극압제에는, 내마모제를 포함해도 좋다.
이상과 같이, 첨가제는, 전류 지령치(I2(A))에 따라 거의 선형적으로 소비되지만, 전류 지령치(I2(A))가 큰 경우는 부하(출력)도 크기 때문에, 첨가제의 소비 속도는 빨라지지만, 전류 지령치(I2(A))가 작아짐에 따라 첨가제의 소비 속도는 느려지고 있다. 도 13은, 도 12의 내구 시험에 있어서의 전류 지령치(I2(A))와 첨가제 소비율(%)의 측정치에 기초한 첨가제의 소비 속도(%/일)와의 관계를 도시한 그래프이다. 도 13에 있어서, 그래프 중의 동그라미는 측정치를 나타내고, 파선은 회귀 분석에 의해 도출된 관계식을 나타낸다. 여기에서는 최소 제곱법에 의해 전류 지령치(I2(A))와 첨가제의 소비 속도(%/일)가 적용된 관계식(1)을 도출했다.
첨가제의 소비 속도(%/일)=R×(I2)2 ...(1)
여기서 R는 계수를 나타내며, I2는 전류 지령치의 평균치를 나타낸다. 식(1) 로부터, 첨가제의 소비 속도(%/일)는, 전류 지령치(I2(A))의 2차 함수(포물선)로 표현할 수 있다. 또한 첨가제의 소비 속도(%/일)는, 첨가제 소비율(%)의 측정치에 기초하고 있기 때문에, 첨가제의 소비 속도(%/일)와 전류 지령치(I2(A))와의 관계는, 엄밀한 의미로의 2차 함수(포물선)로 표현되는 경우로 한정되지 않고, 일정한 상관 관계로 표현할 수 있으면 좋다. 본 발명자들은, 내구 시험의 결과로부터, 전류 지령치(I2(A))와 첨가제 소비율(%)에는 상관 관계가 인정되는 것을 발견했다.
이러한 식견에 의하면, 산업용 로봇에 있어서, 첨가제의 소비율은, 모터의 전류 지령치의 함수로 표현할 수 있으므로, 전류 지령치를 상시 감시하고, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
또한, 이상의 식견을, 베어링이나 감속기가 설치된 로봇에게 한정하지 않고, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치(예컨대 유압 펌프)에도 적용할 수 있는 것은 분명하다.
본 발명자들은, 이상의 식견에 기초하여 본 발명을 생각해 냈다. 이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면을 통해서 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 중복된 설명을 생략한다.
(제2 실시형태)
다음에, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 열화 진단 장치의 기본적인 구성은, 제1 실시형태와 같다. 이하에서는, 제1 실시형태와 공통되는 구성의 설명은 생략하고, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태와 관련되는 열화 진단 장치(1A)의 구성을 도시한 기능 블록도다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 실시형태(도 1)와 비교하면, 열화 진단 장치(1A)가 전류 지령치의 시계열 데이터를 취득하는 전류 지령치 취득부(5)를 더 구비한 점이 다르다.
전류 지령치 취득부(5)는, 여기에서는, 컨트롤러(20)로부터 입력되는 전류 지령치(23)를 취득한다(그리고, 일시적으로 보존한다). 또한, 전류 지령치는, 모터의 부하 전류에 대한 측정치의 편차에 따른 지령 신호이며, 모터의 부하 전류로써 손색없는 결과를 얻을 수 있다.
판정부(3A)는, 전류 지령치 취득부(5)에 의해 취득한 전류 지령치의 시계열 데이터에 기초하여, 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다.
[동작]
다음에, 이상과 같이 구성된 열화 진단 장치(1A)의 동작을 설명한다. 한편, 열화 진단 장치(1A)의 동작은, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법이기도 하다. 도 9는, 도 8의 열화 진단 장치(1A)의 동작을 도시한 흐름도이다.
우선, 기계 장치(10)인 로봇이 동작된다. 이 상태에 있어서, 열화 진단 장치(1A)는, 컨트롤러(20)로부터 전류 지령치(23)의 시계열 데이터를 취득한다(도 9의 단계(S21)).
다음에, 열화 진단 장치(1A)는, 전류 지령치 취득부(5)에 의해 취득한 전류 지령치의 시계열 데이터에 기초하여, 첨가제의 소비율을 나타내는 함수의 시간 적분치를 산출한다(도 9의 단계(S22)). 또한, 첨가제의 소비율은, 상술한 바와 같이, 전류 지령치의 2차 함수(식(1) 참조)로 표현된다.
다음에, 열화 진단 장치(1A)는, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다(도 9의 단계(S23)). 도 10은, 열화 진단 장치(1A)에 있어서 산출되는 전류 지령치(I2)의 함수의 시간 적분치를 도시한 그래프이다. 도 10에 있어서, 실선은 첨가제 소비율을 나타내고, 파선은 그리스 잔여 수명을 나타내고, 빗금은 함수의 적분치를 나타낸다. 도 10에 도시한 바와 같이, 판정부(3A)는, 전류 지령치 취득부(5)에 의해 취득한 전류 지령치(I2)의 시계열 데이터에 기초하여, 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 임계치(첨가제 소비율의 70%)에 도달할 때까지의 기간을 산출하여, 사용의 잔여 시간(또는 그리스 잔여 수명)을 판정한다. 또한 본 실시 형태에서는, 임계치는 첨가제 소비율 70%로 설정했지만, 그리스의 종류나 감속기의 구성 부품 등의 그 외의 요인에 의해 적절하게 변경되어도 좋다.
마지막으로, 열화 진단 장치(1A)는, 판정 결과를 출력한다(도 9의 단계(S24)). 구체적으로는, 출력부(4)는, 판정부(3)에 의한 판정 결과(사용의 잔여 시간 또는 그리스 잔여 수명)를 출력한다. 도 11은, 열화 진단 결과의 표시 화면의 일례이다. 도 11에 도시한 바와 같이, X축은 가동 일수가 표시되고, Y축은 전류 지령치의 실효치가 표시되어 있다. 화면에 아래 쪽에는, 현재의 그리스 잔여 수명(10%), 및 사용 잔여 시간(16일)이 표시되어 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법(도 9 참조)은, 열화 진단 장치(1A)(도 8 참조)에 있어서 실행되는 열화 진단 장치(1A)의 동작이었지만, 본 실시 형태의 열화 진단 방법은 작업자에 의해 실행되어도 좋다. 예컨대 도 9의 단계(S21 내지 S24)의 모든 동작을 작업자가 실행해도 좋고, 일부의 동작(예컨대 단계(S22 및 S23))을 작업자가 실행해도 좋다. 또한, 작업자에 의해 열화 진단 방법이 실행되는 경우는, 전류 지령치(I2(A))와 첨가제 소비율(%)과의 사이의 일정한 상관 관계를 도출하는 단계도 포함해도 좋다.
[작용 효과]
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 첨가제의 소비율을, 모터의 전류 지령치의 2차 함수(식(1) 참조)로 표현할 수 있으므로, 전류 지령치를 상시 감시하고, 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측하는 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 최소 제곱법에 의해 첨가제 소비율과 전류 지령치와의 관계식을 도출했지만, 그 외의 회귀 분석 방법으로 관계식을 도출해도 좋다. 또한, 첨가제 소비율은, 전류 지령치의 2차 함수에 한정하지 않고, 3차 이상의 함수로 표현해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 첨가제의 소비율은, 전류 지령치의 함수(전류 지령치의 제곱의 함수)로 표현했지만, 감속기의 출력은 부하에 따라 변동하기 때문에, 전류 지령치의 함수에 한정되지 않는다. 환언하면, 첨가제의 소비율은, 출력에 관한 지령치 및 측정치의 적어도 한쪽의 함수로 표현해도 좋다. 구체적으로는, 첨가제의 소비율은, 모터 전류(22)의 함수(예컨대 모터 전류(22)의 측정치의 제곱의 함수)로서 표현해도 좋고, 인코더(15)로부터 입력되는 모터(13)의 회전각에 기초하여 산출되는 각속도의 함수(예컨대 각속도의 제곱의 함수)로서 표현해도 좋다. 또한, 전류 지령치와 회전각의 각속도의 양쪽의 함수(예컨대 전류×각속도의 함수)로 표현해도 좋다. 이에 의해, 이러한 값을 상시 감시하고, 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정할 수 있다.
(본 발명의 기초가 된 식견(3))
본 발명자들은, 로봇의 잔여 수명의 예측 정밀도를 더욱 향상하기 위해, 첨가제의 소비율에 영향을 주는 그 외의 요인으로서 그리스(윤활제)의 온도에 주목했다. 산업용 로봇에서는, 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더에 온도 감시용의 온도 센서가 설치된다. 그래서 본 발명자들은, 우선, 인코더의 온도 센서로 검출된 온도와, 그 때의 그리스의 온도를 측정하고, 양자의 관계에 대해 조사했다. 도 16은, 인코더의 온도와, 그리스의 온도의 측정 결과를 도시한 그래프이다. 여기에서는 세로축이 그리스의 온도를 나타내고, 가로축이 인코더의 온도를 나타내고 있다. 여기에서는 로봇에게 일정한 동작을 반복하여 실시하게 함으로써 내구 시험을 실시했다. 그래프는, 로봇에게 상이한 동작을 반복하여 실시하게 했을 경우의 2개의 시험 결과(마름모형의 플롯 및 사각형의 플롯)를 나타내고 있다. 인코더의 온도 상승에 비례하여, 감속기 내의 그리스의 온도도 상승하고 있다. 즉, 온도 센서로 검출된 인코더의 온도와, 그리스의 온도와는 선형적인 상관 관계가 있는 것을 알 수 있었다. 이에 의해, 양자의 선형적인 상관 관계로부터, 산업용 로봇에 있어서 새로운 센서를 추가하지 않고, 인코더 온도의 검출치로부터 그리스의 온도를 추산할 수 있다.
다음에, 발명자들은, 그리스의 온도가, 그리스에 포함되는 첨가제의 소비율에 어떻게 영향을 주는지를 조사했다. 구체적으로는, 그리스의 열 열화 시험을 실시하여, 그리스를 일정 시간 가열했을 때의 첨가제의 소비율의 변화를 확인했다. 여기에서는 그리스의 온도가 60℃, 80℃, 그리스의 온도가 120℃ 상태로부터, 일정 시간 그리스를 가열하면서 측정을 실시했다. 도 17은, 그 결과를 도시한 그래프이다. 세로축은 첨가제의 소비율을 나타내고, 가로축은 가열 시간을 나타내고 있다. 첨가제의 소비율은, 그리스의 온도가 60℃(그래프 중의 사각형의 플롯)와 80℃(그래프 중의 삼각형의 플롯)에서는 장시간 가열해도 낮은 상태이다. 이에 대해, 그리스의 온도가 120℃(그래프 중의 환형의 플롯)에서는 가열하는 것에 의해 급격하게 상승하고 있다. 첨가제의 소비율은, 그리스의 온도가 70℃ 이하이면 가열의 영향은 무시할 수 있지만, 그리스의 온도가 70℃를 넘으면 가열의 영향이 현저하게 된다. 이러한 시험 결과로부터, 그리스의 온도가 60℃에서 120℃의 범위에 있어서, 공지의 방법인 아레니우스 식을 이용하여, 첨가제의 반응 속도를 추정할 수 있다. 첨가제의 소비율 중에, 그리스의 온도에 의존하는 함수를, 윤활제의 온도에 있어서의 반응의 속도 정수와, 단위 시간당 첨가제의 잔존율의 곱으로 표현할 수 있다.
이에 의해, 첨가제의 소비율은, 그리스의 온도에 의존하는 함수와, 그리스의 온도에 의존하지 않는 함수로 나눌 수 있다. 여기서 첨가제의 소비율은, 감속기의 일(토크와 감속기의 축의 각속도의 곱)에 비례한다고 생각할 수 있으므로, 첨가제의 소비율 중에서, 그리스의 온도에 의존하지 않는 함수는, 모터의 전류 지령치, 및 감속기의 축의 각속도의 함수로 표현할 수 있다. 또한 감속기의 축의 각속도는, 모터의 회전각의 각속도로부터 산출할 수 있으므로, 그리스의 온도에 의존하지 않는 함수는, 모터의 전류 지령치, 및 모터의 회전각의 각속도의 함수로 표현할 수 있다.
따라서, 이상의 식견에 의하면, 산업용 로봇에 있어서, 첨가제의 소비율은, 모터의 전류 지령치, 및 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 윤활제의 온도의 측정치의 함수인 제2 함수의 합으로 표현할 수 있으므로, 모터의 전류 지령치, 인코더의 검출치와 함께, 윤활제의 온도를 상시 감시하고, 이 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
또한, 이상의 식견을, 베어링이나 감속기가 설치된 로봇에게 한정하지 않고, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치(예컨대 유압 펌프)에도 적용할 수 있는 것은 분명하다.
본 발명자들은, 이상의 식견에 기초하여 본 발명을 생각해냈다. 이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면을 통해서 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 중복된 설명을 생략한다.
(제3 실시형태)
다음에, 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 열화 진단 장치의 기본적인 구성은, 제2 실시형태와 같다. 이하에서는, 제2 실시형태와 공통되는 구성의 설명은 생략하고, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
도 14는, 본 발명의 제3 실시형태와 관련되는 열화 진단 장치(1B)의 구성을 도시한 기능 블록도다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제2 실시형태(도 8)와 비교하면, 열화 진단 장치(1B)가, 그리스의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는 온도 데이터 취득부(6)을 더 구비한 점이 다르다.
또한, 인코더(15)에는 온도 감시용의 온도 센서(16)가 설치되고, 컨트롤러(20)는, 온도 센서(16)로 검출된 인코더(15)의 온도 데이터를 취득한다(그리고, 일시적으로 보존한다). 컨트롤러(20)는, 인코더(15)의 온도의 값이 미리 정해진 온도(예컨대 90℃) 이상이 되면 로봇의 동작을 정지하는 안전 기능을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(20)는, 온도 센서(16)로 검출된 인코더(15)의 온도의 값으로부터 선형적인 상관 관계에 기초하여, 그리스의 온도를 추산하고, 그리스 온도의 추산치(24)를 온도 데이터 취득부(6)에 출력하도록 되어 있다.
온도 데이터 취득부(6)는, 컨트롤러(20)로부터 입력되는 그리스 온도의 추산치(24)를 취득하고, 그리스 온도의 추산치(24)에 관한 시계열 데이터를 판정부(3B)에 출력한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열화 진단 장치(1B)가, 감속기(12)의 축의 각속도를 취득하는 각속도 취득부(7)를 더 구비하고 있다. 컨트롤러(20)는, 모터(13)의 회전각(21)으로부터 감속기(12)의 축의 각속도(25)를 산출하고, 이것을 각속도 취득부(7)에 출력하도록 구성되어 있다.
각속도 취득부(7)는, 감속기(12)의 축의 각속도(25)를 취득하고, 감속기(12)의 축의 각속도(25)에 관한 시계열 데이터를 판정부(3B)에 출력한다.
판정부(3B)는, 입력된 시계열 데이터에 기초하여, 함수(제1 함수와 제2 함수의 합)의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다.
[동작]
다음에, 이상과 같이 구성된 열화 진단 장치(1B)의 동작을 설명한다. 한편, 열화 진단 장치(1B)의 동작은, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법이기도 하다. 도 15는, 도 14의 열화 진단 장치(1B)의 동작을 도시한 흐름도이다.
우선, 기계 장치(10)인 로봇이 동작된다. 이 상태에 있어서, 열화 진단 장치(1B)는, 컨트롤러(20)로부터 전류 지령치(23), 및 감속기(12)의 축의 각속도(25)의 시계열 데이터를 취득한다(도 15의 단계(S21-1)). 한편, 열화 진단 장치(1B)는, 컨트롤러(20)로부터 그리스의 온도의 추산치(24)의 시계열 데이터를 취득한다(도 15의 단계(S21-2))
다음에, 열화 진단 장치(1B)는, 모터의 전류 지령치(23), 및 감속기(12)의 축의 각속도(25)의 함수인 함수와, 그리스 온도의 추산치(24)의 함수인 함수와의 합으로 표현되는 함수의 시간 적분치를 산출한다(도 15의 단계(S22-1)).
다음에, 열화 진단 장치(1B)는, 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정한다(도 15의 단계(S23)).
마지막으로, 열화 진단 장치(1B)는, 판정 결과를 출력한다(도 15의 단계(S24)). 구체적으로는, 출력부(4)는, 판정부(3B)에 의한 판정 결과(사용의 잔여 시간 또는 그리스 잔여 수명)를 출력한다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 열화 진단 방법(도 15 참조)은, 열화 진단 장치(1B)(도 14 참조)에 있어서 실행되는 열화 진단 장치(1B)의 동작이었지만, 본 실시 형태의 열화 진단 방법은 작업자에 의해서 실행되어도 좋다. 예컨대 도 15의 단계(S21-1 내지 S24)의 모든 동작을 작업자가 실행해도 좋고, 일부의 동작(예컨대 단계(S21-1 및 S21-2))을 작업자가 실행해도 좋다.
[작용 효과]
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 첨가제의 소비율을, 모터의 전류 지령치(23), 및 감속기(12)의 축의 각속도(25)의 함수인 제1 함수와, 그리스 온도의 추산치(24)의 함수인 제2 함수의 합으로 표현할 수 있으므로, 모터의 전류 지령치, 인코더의 검출치와 함께, 그리스의 온도를 상시 감시하고, 이 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 로봇의 잔여 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
상기한 설명으로부터, 당업자에게 있어서는, 본 발명의 많은 개량 또는 다른 실시형태가 명확하다. 따라서, 상기한 설명은, 예시로서만 해석되어야 하고, 본 발명을 실행하는 최선의 양태를 당업자에게 교시하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은, 감속기 등의 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단에 유용하다.
1, 1A, 1B 열화 진단 장치 2 기억부 3,3A, 3B 판정부
4 출력부 5 전류 지령치 취득부 6 온도 데이터 취득부
7 각속도 취득부 10 기계 장치 11 동작부
12 감속기 12a 출력축 13 모터
13a 회전축 14 모터 제어부 15 인코더
16 온도 센서 20 컨트롤러 21 회전각
22 전류 23 전류 지령치 24 그리스의 온도
25 감속기의 축의 각속도

Claims (30)

  1. 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단 장치에 있어서,
    상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향을, 미리 기억하여 두는 기억부와,
    상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 판정부를 구비한, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,　
    상기 첨가제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 　
    상기 첨가제의 소비율은, 상기 동력 전달 기구의 출력에 관한 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽의 함수로 표현되고,
    상기 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽에 관한 시계열 데이터를 취득하는 데이터 취득부를 더 구비하고,
    상기 판정부는, 취득된 시계열 데이터에 기초하여, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 지령치가, 상기 모터의 전류 지령치인, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,　
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전각을 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 측정치가, 상기 인코더의 검출치인, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,　
    상기 첨가제는, 극압제를 포함하고,
    상기 극압제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 기계 장치가, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전각을 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 첨가제의 소비율이, 상기 모터의 전류 지령치, 및 상기 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 상기 윤활제의 온도의 함수인 제2 함수의 합인 제3 함수로 표현되고,
    상기 데이터 취득부가, 상기 모터의 전류 지령치, 상기 인코더의 검출치, 및 상기 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하고,
    상기 판정부는, 취득된 시계열 데이터에 기초하여, 상기 제3 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 함수는, 상기 윤활제의 온도와, 단위 시간당 첨가제의 잔존률과의 함수인, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 상기 인코더에 설치된 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 데이터 취득부에는, 상기 온도 센서로 검출된 온도 데이터가 입력되고,
    상기 데이터 취득부는, 상기 온도 센서로 검출된 상기 인코더의 온도의 값으로부터 선형적인 상관 관계에 기초하여, 상기 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정부에 의한 판정 결과를 출력하는 출력부를 더 구비한, 기계 장치의 열화 진단 장치.
  11. 기억부와, 판정부를 구비한 열화 진단 장치에서 실행되는 기계 장치의 열화 진단 방법에 있어서,
    상기 기계 장치는, 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치되고,
    상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율이 변화하는 변화 경향을, 미리 상기 기억부에 기억하여 두는 단계와,
    상기 판정부에 의해, 상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는 단계를 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 첨가제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 첨가제의 소비율은, 상기 동력 전달 기구의 출력에 관한 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽의 함수로 표현되고,
    데이터 취득부에 의해, 상기 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 판정부에 의해 판정하는 단계에서는, 취득한 시계열 데이터에 기초하여, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 지령치가, 상기 모터의 전류 지령치인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전각을 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 측정치가, 상기 인코더의 검출치인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는, 극압제를 포함하고,
    상기 극압제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기계 장치가, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 첨가제의 소비율이, 상기 모터의 전류 지령치, 및 상기 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 상기 윤활제의 온도의 함수인 제2 함수의 합인 제3 함수로 표현되고,
    상기 데이터 취득 단계에서는, 상기 데이터 취득부에 의해, 상기 모터의 전류 지령치, 상기 인코더의 검출치, 및 상기 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 판정 단계에서는, 상기 판정부에 의해, 취득한 시계열 데이터에 기초하여, 상기 제3 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 함수는, 상기 윤활제의 온도와, 단위 시간당 첨가제의 잔존률과의 함수인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 상기 인코더에 설치된 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 데이터 취득 단계에서는, 상기 데이터 취득부에 상기 온도 센서로 검출된 온도 데이터가 입력되고, 해당 데이터 취득부에 의해, 상기 온도 센서로 검출된 상기 인코더의 온도로부터 선형적인 상관 관계에 기초하여, 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    출력부에 의해, 상기 판정부에 의한 상기 판정 결과를 출력하는 단계를 더 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  21. 기어를 통해 동력을 전달하는 동력 전달 기구가 설치된 기계 장치의 열화 진단 방법에 있어서,
    상기 기계 장치의 가동에 따라, 상기 기어에 사용되는 윤활제에 배합된 첨가제의 소비율을 측정하는 단계와,
    상기 첨가제의 소비율의 측정치에 기초하여, 첨가제의 소비율의 변화 경향을 도출하는 단계와,
    상기 첨가제의 소비율의 변화 경향에 기초하여, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을, 판정하는 단계를 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 첨가제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 첨가제의 소비율은, 상기 동력 전달 기구의 출력에 관한 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽의 함수로 표현되고,
    상기 지령치 및 측정치 중 적어도 한쪽에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 판정 단계에서는, 취득한 시계열 데이터에 기초하여, 상기 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 지령치가, 상기 모터의 전류 지령치인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전각을 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 측정치가, 상기 인코더의 검출치인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는, 극압제를 포함하고,
    상기 극압제의 소비율의 변화 경향이, 선형적인 증가 경향인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 기계 장치가, 동작부를 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전 동력을 감속하여 동작부에 전달하도록 설치된 감속기와, 상기 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더와, 상기 모터에 공급하는 전류를 제어하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 구비하고,
    상기 첨가제의 소비율이, 상기 모터의 전류 지령치, 및 상기 모터의 회전각의 각속도의 함수인 제1 함수와, 상기 윤활제의 온도의 함수인 제2 함수의 합인 제3 함수로 표현되고,
    상기 데이터 취득 단계에서는, 상기 모터의 전류 지령치, 상기 인코더의 검출치, 및 상기 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 판정 단계에서는, 취득한 시계열 데이터에 기초하여, 상기 제3 함수의 시간 적분치를 산출하는 것에 의해, 상기 첨가제의 소비율이, 미리 설정된 값에 도달할 때까지의 기간을 판정하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 함수는, 상기 윤활제의 온도와, 단위 시간당 첨가제의 잔존률과의 함수인, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 기계 장치는, 상기 인코더에 설치된 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 데이터 취득 단계에서는, 상기 온도 센서로 검출된 온도 데이터를 취득하고, 상기 온도 센서로 검출된 상기 인코더의 온도로부터 선형적인 상관 관계에 기초하여, 윤활제의 온도에 관한 시계열 데이터를 취득하는 단계를 더 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정 결과를 출력부에 출력하는 단계를 더 포함하는, 기계 장치의 열화 진단 방법.

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