WO2016189608A1 - 故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

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昌樹 久野
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Definitions

  • the present invention relates to a failure diagnosis apparatus for a mechanical apparatus having a motor as a drive source for an operation axis and a method thereof.
  • Patent Document 1 is disclosed as a failure diagnosis method for an articulated industrial robot.
  • the movement position of the robot joint axis and the disturbance torque applied to the joint axis are detected at predetermined intervals during the operation of the robot, and the average value of the disturbance torque at each detected movement position is detected. Seeking. Then, the average value is compared with the set threshold value, and if the average value exceeds the set threshold value, the robot is diagnosed as having an abnormality or failure. In this way, since the failure was diagnosed based on whether or not the disturbance torque exceeded a certain set threshold value in the past, the robot drive system was not affected regardless of the robot's operating posture or the weight of the workpiece held by the robot hand. An abnormality was detected.
  • the disturbance torque value may fluctuate due to the effect of maintenance.
  • the failure diagnosis is performed using a fixed threshold without excluding the influence of maintenance, the failure diagnosis may occur frequently even though it is normal. There was a problem that the accuracy was lowered.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to eliminate the influence of maintenance and improve the failure diagnosis accuracy only when the maintenance performed has an effect on the disturbance torque. It is an object of the present invention to provide a fault diagnosis apparatus and method capable of performing the same.
  • the failure diagnosis apparatus and method provide a change in disturbance torque value before and after maintenance is performed when maintenance is performed on the operation axis. Is calculated.
  • the failure determination threshold is reset only when the change in the disturbance torque value is greater than the predetermined threshold.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a failure diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the procedure for obtaining the disturbance torque.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining fluctuations in the disturbance torque value before and after maintenance is performed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of disturbance torque selection processing by the failure diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of failure diagnosis processing by the failure diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the failure diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the failure diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a failure diagnosis system including a failure diagnosis apparatus according to the present embodiment.
  • a failure diagnosis system 100 includes a robot 1, a robot control device 2, a failure diagnosis device 3, and a production management device 4.
  • the robot 1 is a teaching playback type multi-axis machine and a multi-joint type robot.
  • the robot 1 may be a uniaxial machine instead of a multi-axis machine.
  • the robot 1 includes a plurality of motor drive systems as joint axes that are operation axes.
  • FIG. 1 shows a motor drive system for one axis.
  • the robot arm 5 is driven via a speed reducer 8 by a servo motor (hereinafter simply referred to as a motor) 6.
  • the motor 6 is accompanied by a pulse coder (pulse generator or encoder) 7 which is a detector of rotational angle position and speed.
  • the robot control device 2 includes an operation control unit 9, a communication unit 10, a servo control unit 11, and a servo amplifier unit 14.
  • the servo control unit 11 includes a disturbance torque calculation unit 12 and a state data acquisition unit 13, and drives the motor 6 via the servo amplifier unit 14 in response to a command from the higher-level operation control unit 9.
  • the pulse coder 7 attached to the motor 6 forms a feedback loop for the control processing of the rotational angle position and speed of the motor 6 with the servo control unit 11.
  • the servo control unit 11 includes a processor that performs processing for controlling the rotation angle position, speed, and current of the motor 6, a ROM that stores a control program, and a set value And a nonvolatile storage unit for storing various parameters. Further, the servo control unit 11 includes a RAM for temporarily storing data during the arithmetic processing, a register for counting the position feedback pulses from the pulse coder 7 and detecting the absolute rotation angle position of the motor 6.
  • the operation control unit 9 is positioned above the servo control unit 11 and directly controls the operation of the robot 1.
  • the communication unit 10 exchanges necessary data with, for example, a LAN or the like with the communication unit 15 of the failure diagnosis apparatus 3 to be described later.
  • the state data acquisition unit 13 has a function of periodically collecting various data related to the operation state of each joint axis of the robot 1. The collected data includes data indicating the collection period.
  • the disturbance torque calculation unit 12 has a function of calculating a disturbance torque value based on the data acquired by the state data acquisition unit 13. Since the servo control unit 11 is configured to include the disturbance torque calculation unit 12 and the state data acquisition unit 13, the disturbance torque value obtained by the calculation of the disturbance torque calculation unit 12 is diagnosed via the communication unit 10. It is output to the device 3. With this configuration, the servo control unit 11 is in the form of a so-called software servo.
  • the failure diagnosis apparatus 3 includes a communication unit 15, a disturbance torque selection unit 16, a disturbance torque database 17, a failure diagnosis unit 18, and a maintenance result database 19.
  • the failure diagnosis apparatus 3 includes a general-purpose electronic circuit including a microcomputer, a microprocessor, and a CPU, and peripheral devices such as a memory. Therefore, by executing a specific program, the failure diagnosis apparatus 3 operates as the communication unit 15, the disturbance torque selection unit 16, and the failure diagnosis unit 18.
  • the communication unit 15 has a function of exchanging necessary data with the communication units 10 and 20 of the robot control device 2 and the production management device 4 described above via, for example, a LAN.
  • the disturbance torque selection unit 16 has a function of acquiring necessary production information from the production management device 4 and selecting a value to be stored among disturbance torque values collected according to the operation status of the robot 1.
  • the disturbance torque database 17 has a function of sequentially storing the disturbance torque values selected by the disturbance torque selection unit 16. Therefore, the disturbance torque value for the past is accumulated in the disturbance torque database 17.
  • the maintenance record database 19 has a function for storing the maintenance record for each joint axis when the maintenance is performed on the robot 1. Accordingly, the past maintenance record data is accumulated in the maintenance record database 19.
  • the failure diagnosis unit 18 has a function of actively executing failure diagnosis based on the disturbance torque value. Since the failure diagnosis unit 18 is provided with a memory function, data obtained by accessing the disturbance torque database 17 and the maintenance result database 19 are temporarily stored, and failure diagnosis is performed based on these data. Execute. In particular, the failure diagnosis unit 18 acquires the movement position of each operation axis and the disturbance torque value for each movement position applied to each operation axis at a predetermined cycle, and the failure is detected when the acquired disturbance torque value is greater than a failure determination threshold value. Diagnose. Furthermore, the failure diagnosis unit 18 includes a maintenance influence determination unit 25. When maintenance is performed, the failure diagnosis unit 18 determines the influence of maintenance and resets the failure determination threshold value.
  • the maintenance influence determination unit 25 calculates a change in disturbance torque value before and after the maintenance is performed when maintenance is performed on the operation axis, and the calculated change in the disturbance torque value is greater than a predetermined threshold value.
  • the failure determination threshold is reset only when it is larger.
  • the maintenance influence determination unit 25 calculates the change rate of the disturbance torque value as the change of the disturbance torque value.
  • the average value of the disturbance torque value after a predetermined period has elapsed from the date of the maintenance is calculated. For example, as shown in FIG. 3, when the maintenance execution date is N, the average value of the disturbance torque value is calculated using data from the (N + 2) th day after the maintenance execution date. This is because the disturbance torque value changes greatly as shown in FIG. 3 immediately after the maintenance is performed, and therefore the more accurate average value can be calculated by calculating the average value after the change has settled. In FIG. 3, the case of using data after two days after the maintenance execution date has been described. However, the period until the disturbance torque value is stabilized after the maintenance is different according to the contents of maintenance and the operation axis maintained. Therefore, a predetermined period after maintenance is performed may be set according to each case.
  • the production management device 4 is a device that manages production information including, for example, the operation status of a production line in a factory, and includes a communication unit 20 and a production information database 21.
  • the communication unit 20 exchanges necessary data with the communication unit 15 of the failure diagnosis apparatus 3 via, for example, a LAN.
  • the production information database 21 has a function of storing collected various production information. Therefore, the production information database 21 stores various types of production information for the past.
  • the production information includes information such as emergency stop information and maintenance results of the robot 1 and incidental equipment.
  • a disturbance torque (disturbance load torque) applied to the motor 6 that drives each joint axis of the robot 1 is detected, and an abnormality of the corresponding motor drive system is determined as a failure of the robot based on the disturbance torque value. Diagnose.
  • the procedure for obtaining this disturbance torque is roughly as follows.
  • the actual speed Vr of the motor 6 obtained from the speed feedback signal from the pulse coder 7 is differentiated to obtain the acceleration, and this acceleration is multiplied by all the inertia J applied to the motor 6.
  • An acceleration torque Ta is obtained.
  • the obtained acceleration torque Ta is subtracted from the torque command Tc to the motor 6 obtained by the speed loop process of the servo control unit 11, and the moment M is further subtracted to obtain the disturbance torque Tb.
  • the disturbance torque TG is obtained by removing a random component of the disturbance by performing a predetermined filtering process.
  • the servo control unit 11 executes such processing every predetermined sampling period to obtain the disturbance torque TG.
  • the servo control unit 11 includes a register, and this register obtains the absolute position of the motor 6 by counting the position feedback pulses from the pulse coder 7 every predetermined sampling period. Therefore, the servo control unit 11 detects the absolute position of the motor 6 from the register, and obtains the rotation angle position (movement position) of the joint shaft driven by the motor 6 from the absolute position of the motor 6. Further, the servo control unit 11 obtains the disturbance torque TG by performing the process of FIG. 2 as described above.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of disturbance torque selection processing by the disturbance torque selection unit 16.
  • step S ⁇ b> 1 the disturbance torque selection unit 16 acquires the disturbance torque value calculated by the robot control device 2.
  • This disturbance torque value is a value for each movement position of each operation axis.
  • information indicating the period during which the disturbance torque value is collected is also acquired.
  • step S ⁇ b> 2 the disturbance torque selection unit 16 obtains equipment emergency stop information from the production information database 21 of the production management device 4.
  • step S3 the disturbance torque selection unit 16 determines whether or not an emergency stop of the equipment has occurred within the acquired disturbance torque value collection period. If it is determined that an emergency stop has occurred, the process proceeds to step S4. . On the other hand, if it is determined that an emergency stop has not occurred, the process proceeds to step S5.
  • step S4 the disturbance torque selection unit 16 deletes only the disturbance torque value at the time of occurrence of the emergency stop from the acquired disturbance torque value, and proceeds to step S5.
  • step S5 the disturbance torque selection unit 16 records the acquired disturbance torque value in the disturbance torque database 17, and ends the disturbance torque selection process according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of failure diagnosis processing by the failure diagnosis unit 18.
  • the failure diagnosis unit 18 collectively acquires the latest disturbance torque value and the disturbance torque value of the same month last year on the day of diagnosis from the disturbance torque database 17.
  • the failure diagnosis unit 18 calculates at least one (or more) of the average value, the variance value, and the median value based on the disturbance torque value of the same month of the previous year on the day of diagnosis, Based on this, a failure determination threshold value is calculated and set. For example, any one of the average value, the variance value, and the median value may be set as the failure determination threshold value, or a plurality of them may be set as the failure determination threshold value.
  • step S13 the failure diagnosis unit 18 calculates at least one (or more than one) of the average value, variance value, and median value of the latest disturbance torque values, and the value is the failure set in step S12. It is determined whether or not it is equal to or less than a determination threshold value. Then, if the calculated value of the average value, variance value, and median of the most recent disturbance torque values is equal to or less than the failure determination threshold, it is determined that no failure has occurred, and the failure diagnosis processing according to the present embodiment is immediately performed. Exit. On the other hand, if the calculated value of the average value, variance value, and median value of the most recent disturbance torque values is larger than the failure determination threshold value, it is determined that there is a possibility of failure, and the process proceeds to step S14.
  • step S14 the failure diagnosis unit 18 determines whether or not the maintenance has been performed within the last three months based on the data stored in the maintenance result database 19. If maintenance has not been performed, it is determined that a failure has occurred and the process proceeds to step S21. On the other hand, if the maintenance has been carried out within the last three months, the process proceeds to step S15 in order to determine the influence of the maintenance.
  • step S15 the maintenance influence determination unit 25 calculates the change rate of the disturbance torque value before and after the maintenance is performed for all the operation axes of the robot on which the maintenance is performed.
  • a robot in which maintenance has been performed has a plurality of motion axes, and there are motion axes in which maintenance has been performed and motion axes in which maintenance has not been performed. This is because there are motion axes that need to be frequently maintained and other motion axes that do not need to be maintained for a long time.
  • the change rate of the disturbance torque value is calculated for all of these operating axes. Instead of the rate of change of the disturbance torque value, the difference between the disturbance torque values before and after maintenance is performed may be calculated.
  • step S16 the maintenance influence determination unit 25 determines whether or not the rate of change of the disturbance torque value calculated in step S15 is equal to or less than a predetermined threshold value. It is determined that a failure has occurred and the process proceeds to step S21. On the other hand, if the change rate of the disturbance torque value is larger than the predetermined threshold value, it is determined that there is an influence of maintenance, and the process proceeds to step S17. That is, in this step, it is determined whether or not the disturbance torque value has greatly changed due to the influence of maintenance on all the motion axes of the robot that has undergone maintenance.
  • the failure diagnosis unit 18 calculates at least one of a mean value, a variance value, and a median value of disturbance torque values after maintenance is performed, and determines a failure based on the calculated value. Calculate and reset the threshold. At this time, when calculating the average value, the variance value, and the median value of the disturbance torque values after the maintenance is performed, the disturbance torque values after the lapse of a predetermined period from the maintenance execution date are used. As described with reference to FIG. 3, immediately after maintenance is performed, the disturbance torque value may change greatly and is not stable.
  • step S18 the failure diagnosis unit 18 determines whether or not there is a seasonal variation in the disturbance torque value of the joint shaft. If there is no seasonal variation, the process proceeds to step S20. If there is a seasonal variation, the failure diagnosis unit 18 proceeds to step S19. move on.
  • whether or not the disturbance torque value has a seasonal variation can be determined by, for example, the degree of correlation between the change in the outside air temperature for each season and the disturbance torque value. And the disturbance torque value data can be compared.
  • step S19 the failure diagnosis unit 18 resets the failure determination threshold by multiplying the failure determination threshold reset in step S17 by a constant (coefficient) according to seasonal variation.
  • step S20 the failure diagnosis unit 18 determines whether at least one of a mean value, a variance value, or a median value of the most recent disturbance torque values of the joint axis is a reset failure determination threshold value or It is determined whether or not the failure determination threshold value is reset again. If the calculated value of the average value, variance value, or median value of the most recent disturbance torque values is equal to or less than the failure determination threshold value, it is determined that no failure has occurred, and the failure diagnosis processing according to the present embodiment Exit. On the other hand, if the calculated value of the average value, variance value, or median value of the most recent disturbance torque values is larger than the failure determination threshold value, it is determined that a failure has occurred and the process proceeds to step S21.
  • step S ⁇ b> 21 the failure diagnosis unit 18 displays a failure alarm for the joint axis on a display screen of a monitor (not shown) attached to the failure diagnosis apparatus 3, and performs failure diagnosis processing according to the present embodiment. Exit.
  • the failure diagnosis apparatus 3 when maintenance is performed, a change in disturbance torque value before and after the maintenance is performed is calculated, and the change in disturbance torque value is a predetermined threshold value. If it is larger, the failure determination threshold is reset.
  • the failure determination threshold is reset. For example, as shown in FIG. 6 (b), when the failure determination thresholds L1 and L2 are respectively set for the reference value S1 of the disturbance torque before the maintenance is performed, when the maintenance is performed, a new standard is set. The failure determination threshold values L3 and L4 are reset with respect to the value S2. As a result, even when maintenance is performed, it is possible to prevent erroneous determination and improve failure diagnosis accuracy.
  • the failure determination threshold may be relaxed substantially. As a result, no alarm is generated. There was a risk of overlooking the failure. For example, as shown in FIG. 7A, when the failure determination thresholds L1 and L2 are respectively set for the disturbance torque reference value S1 before maintenance, a new reference value after maintenance is executed. S2 and failure determination thresholds L3 and L4 are set. However, since the failure progresses slowly, the disturbance torque value also gradually increases. Therefore, when the failure determination threshold is reset using the disturbance torque values before and after maintenance is performed, the failure determination threshold L1 is changed to the failure determination threshold L3 even though maintenance does not affect the disturbance torque. , The threshold value is relaxed. As a result, if the operation is continued as it is, the disturbance torque does not reach the failure determination threshold L3, and a failure occurs without generating an alarm.
  • the failure diagnosis apparatus 3 when maintenance is performed, a change in disturbance torque value before and after the maintenance is performed is calculated, and the change in disturbance torque value is a predetermined threshold value. Only when it is larger, the failure determination threshold is reset.
  • the failure determination threshold is reset. For example, as shown in FIG. 7B, when the failure determination thresholds L1 and L2 are set for the disturbance torque reference value S1 before maintenance, the disturbance torque is affected even if maintenance is performed. If there is no maintenance, the reference value S1 and the failure determination thresholds L1 and L2 are not reset. As a result, an alarm is generated when the disturbance torque value reaches the failure determination threshold value L1, so that the failure can be prevented in advance.
  • the failure determination threshold can be reset to eliminate the influence of the maintenance, so that the failure diagnosis accuracy can be improved.
  • the rate of change of the disturbance torque value is calculated as the change of the disturbance torque value, so that the influence of the implemented maintenance on the disturbance torque can be accurately detected. .
  • the influence of maintenance can be eliminated only when the maintenance performed has an influence on the disturbance torque, it is possible to improve the diagnostic accuracy of the failure.
  • the change in the disturbance torque value before and after the maintenance is performed is calculated even for the operation axis in which the maintenance is not performed, and the change in the disturbance torque value is a predetermined value.
  • the failure determination threshold is reset only when it is larger than the threshold.
  • the change in the disturbance torque value is calculated using the disturbance torque value before maintenance is performed and the disturbance torque value after a predetermined period has elapsed from the maintenance date. . Accordingly, since the change in the disturbance torque value can be calculated except during a period in which the disturbance torque changes greatly immediately after maintenance, the failure diagnosis accuracy can be improved.
  • the failure determination threshold value is reset using at least one of the average value, the variance value, or the median value of the disturbance torque values after the maintenance is performed.

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Abstract

　本発明の故障診断装置は、動作軸の駆動源としてモータを備えた機械装置について、所定周期毎に動作軸の移動位置と動作軸にかかる外乱トルク値とを取得し、取得した外乱トルク値が故障判定閾値より大きい場合に故障と診断する。そして、動作軸に対して保全が実施されている場合に、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出し、この外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ故障判定閾値を再設定する。

Description

故障診断装置及び故障診断方法
　本発明は、動作軸の駆動源としてモータを備えた機械装置の故障診断装置及びその方法に関する。
　多関節型の産業用ロボットの故障診断方法として、従来では特許文献１が開示されている。特許文献１に開示された故障診断方法では、ロボットの動作中において所定周期毎にロボット関節軸の移動位置及び関節軸にかかる外乱トルクを検出し、検出された移動位置毎の外乱トルクの平均値を求めている。そして、この平均値と設定閾値とを比較し、平均値が設定閾値を超えている場合に、ロボットが異常または故障であると診断していた。このように、従来では外乱トルクが一定の設定閾値を超えたか否かによって故障を診断していたので、ロボットの動作姿勢やロボットハンドで把持するワーク等の重さに関係なく、ロボット駆動系の異常を検出していた。
特開平９－１７４４８２号公報
　しかしながら、各動作軸にグリスを更油してグリス粘度が変化するような保全が実施されると、保全による影響で外乱トルク値が変動する場合がある。このような場合に、保全の影響を除外せずに一定の設定閾値を用いて故障の診断を行っていると、正常であるにも関わらず異常と診断される場合が多発して故障の診断精度が低下してしまうという問題点があった。
　また、その一方で、全ての保全が外乱トルクに影響を与えるわけではないので、保全を実施するたびに設定閾値を変化させていると、故障を検知し損なう可能性があるという別の問題点もあった。
　そこで、本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、実施された保全が外乱トルクに影響がある場合のみ、保全の影響を排除して故障の診断精度を向上させることのできる故障診断装置及びその方法を提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る故障診断装置及びその方法は、動作軸に対して保全が実施されている場合に、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出する。そして、この外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ故障判定閾値を再設定する。
図１は、本発明の一実施形態に係る故障診断システムの全体構成を示すブロック図である。 図２は、外乱トルクを求める手順を説明するためのブロック図である。 図３は、保全が実施された前後の外乱トルク値の変動を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る故障診断装置による外乱トルク選定処理の手順を示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態に係る故障診断装置による故障診断処理の手順を示すフローチャートである。 図６は、本発明の一実施形態に係る故障診断装置による効果を説明するための図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る故障診断装置による効果を説明するための図である。
　以下、本発明を適用した一実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
［故障診断システムの構成］
　図１は、本実施形態に係る故障診断装置を備えた故障診断システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る故障診断システム１００は、ロボット１と、ロボット制御装置２と、故障診断装置３と、生産管理装置４とから構成される。ロボット１は、機械装置の一例として、多軸機械のティーチングプレイバック型で、尚且つ多関節型のロボットである。ただし、ロボット１は、多軸機械ではなく、一軸の機械であってもよい。
　ロボット１は、動作軸である関節軸として複数のモータ駆動系を備えているが、図１では一軸分のモータ駆動系を示している。ロボットアーム５はサーボモータ（以下、単にモータと言う）６により減速機８を介して駆動される。モータ６には、回転角位置および速度の検出器であるパルスコーダ（パルスジェネレータまたはエンコーダ）７が付帯されている。
　ロボット制御装置２は、動作統括制御部９と、通信部１０と、サーボ制御部１１と、サーボアンプ部１４とを備えている。サーボ制御部１１は、外乱トルク演算部１２と、状態データ取得部１３とを含んでおり、上位の動作統括制御部９からの指令を受けてサーボアンプ部１４を介してモータ６を駆動する。モータ６に付帯するパルスコーダ７は、モータ６の回転角位置および速度の制御処理のためのフィードバックループを、サーボ制御部１１との間で形成している。
　サーボ制御部１１は、外乱トルク演算部１２や状態データ取得部１３の他に、モータ６の回転角位置、速度、電流を制御するための処理を行うプロセッサ、制御プログラムを記憶するＲＯＭ、設定値や各種パラメータを記憶する不揮発性記憶部を備えている。また、サーボ制御部１１は、演算処理中におけるデータを一時記憶するＲＡＭ、パルスコーダ７からの位置フィードバックパルスを計数してモータ６の絶対回転角位置を検出するためのレジスタ等を備えている。
　また、ロボット１は多関節であるので、図１のようなモータ駆動系が関節軸の数だけ必要となるが、図１では一軸分のみを図示して、それ以外のモータ駆動系は図示省略している。また、図１のモータ６と減速機８との間に変速歯車列が介装されることもある。
　動作統括制御部９は、サーボ制御部１１の上位に位置してロボット１の動作の直接的な制御を司っている。通信部１０は、後述する故障診断装置３の通信部１５との間で、例えばＬＡＮ等により必要なデータの授受を行う。また、状態データ取得部１３は、ロボット１の各関節軸の作動状態に関する各種のデータを定期的に収集する機能を有する。収集されたデータには、収集期間を示すデータが含まれている。外乱トルク演算部１２は、状態データ取得部１３が取得したデータに基づいて外乱トルク値を演算する機能を有する。これら外乱トルク演算部１２および状態データ取得部１３を含むようにサーボ制御部１１が構成されているので、外乱トルク演算部１２の演算によって求められた外乱トルク値は通信部１０を介して故障診断装置３に出力される。この構成により、サーボ制御部１１はいわゆるソフトウェアサーボの形態をなしている。
　故障診断装置３は、通信部１５と、外乱トルク選定部１６と、外乱トルクデータベース１７と、故障診断部１８と、保全実績データベース１９とを備えている。ここで、故障診断装置３は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路とメモリ等の周辺機器から構成されている。したがって、特定のプログラムを実行することにより、故障診断装置３は、通信部１５、外乱トルク選定部１６、故障診断部１８として動作する。
　通信部１５は、先に述べたロボット制御装置２および生産管理装置４のそれぞれの通信部１０、２０との間で例えばＬＡＮ等により必要なデータの授受を行う機能を有する。外乱トルク選定部１６は、生産管理装置４から必要な生産情報を取得するとともに、ロボット１の稼働状況に応じて収集した外乱トルク値のうち記憶すべき値を選別する機能を有する。また、外乱トルクデータベース１７は、外乱トルク選定部１６で選別された外乱トルク値を逐次記憶しておく機能を有する。したがって、この外乱トルクデータベース１７には過去分の外乱トルク値が蓄積されることになる。
　保全実績データベース１９は、ロボット１に対して保全を実施した場合に、その保全実績を各関節軸毎に記憶しておくための機能を有する。したがって、保全実績データベース１９には過去分の保全実績データが蓄積されることになる。
　故障診断部１８は、外乱トルク値に基づいて能動的に故障診断を実行する機能を有する。この故障診断部１８にはメモリ機能を具備させてあるため、外乱トルクデータベース１７および保全実績データベース１９にそれぞれアクセスして得られたデータを一時的に記憶し、それらのデータをもとに故障診断を実行する。特に、故障診断部１８は、所定周期毎に各動作軸の移動位置と各動作軸にかかる移動位置毎の外乱トルク値とを取得し、取得した外乱トルク値が故障判定閾値より大きい場合に故障と診断する。さらに、故障診断部１８は、保全影響判断部２５を備えており、保全が実施されると、保全の影響を判断して故障判定閾値を再設定する。
　保全影響判断部２５は、動作軸に対して保全が実施されている場合に、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出し、算出された外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ故障判定閾値を再設定する。ここで、保全影響判断部２５は、外乱トルク値の変化として、外乱トルク値の変化率を算出する。
　具体的には、次式で求めることができる。
外乱トルク値の変化率＝（保全実施前の平均値－保全実施後の平均値）／（保全実施前の平均値）
　ただし、外乱トルク値の変化としては、変化率だけでなく、保全実施前の平均値と保全実施後の平均値の差分を算出してもよく、その他に保全を実施する前後で外乱トルク値の変化を表すものであれば、その他の数値を算出してもよい。
　また、保全実施後の外乱トルク値の平均値を算出する場合には、保全の実施日から所定期間経過した以降の外乱トルク値の平均値を算出する。例えば、図３に示すように、保全実施日がＮである場合に、保全実施日の翌々日である（Ｎ＋２）日目以降のデータを用いて外乱トルク値の平均値を算出する。これは、保全を実施した直後は、図３に示すように外乱トルク値が大きく変化するので、その変化が落ち着いた後に平均値を算出したほうが、より正確な平均値を算出できるためである。尚、図３では、保全実施日の翌々日以降のデータを用いる場合について説明したが、保全の内容や保全した動作軸に応じて、保全実施後に外乱トルク値が安定するまでの期間が相違する。そのため、それぞれの場合に応じて保全実施後の所定期間を設定すればよい。
　生産管理装置４は、例えば工場における生産ラインの稼働状況等を含む生産情報の管理を行う装置であり、通信部２０と、生産情報データベース２１とを備えている。通信部２０は、故障診断装置３の通信部１５との間で例えばＬＡＮ等により必要なデータの授受を行う。生産情報データベース２１は、収集した各種の生産情報を記憶しておく機能を有する。したがって、生産情報データベース２１には過去分の各種の生産情報が蓄積されることになる。なお、生産情報には、ロボット１や付帯設備の緊急停止情報や保全実績等の情報が含まれる。
　ここで、本実施形態では、ロボット１の各関節軸を駆動するモータ６にかかる外乱トルク（外乱負荷トルク）を検出し、この外乱トルク値に基づき該当するモータ駆動系の異常をロボットの故障として診断する。この外乱トルクを求める手順は概略次の通りである。
　図２のブロック図に示すように、パルスコーダ７からの速度フィードバック信号により求められるモータ６の実速度Ｖｒを微分して加速度を求め、この加速度に対してモータ６にかかる全てのイナーシャＪを乗じて加速度トルクＴａを求める。次に、求めた加速度トルクＴａを、サーボ制御部１１の速度ループ処理で求められるモータ６へのトルク指令Ｔｃから減じ、さらにモーメントＭを減じて外乱トルクＴｂを求める。この後、所定のフィルタリング処理を施すことによって外乱の不規則成分を除去して外乱トルクＴＧを求める。このような処理をサーボ制御部１１が所定のサンプリング周期毎に実行して外乱トルクＴＧを求めることになる。
　より具体的に、サーボ制御部１１はレジスタを備えており、このレジスタは所定のサンプリング周期毎にパルスコーダ７からの位置のフィードバックパルスを計数してモータ６の絶対位置を求めている。そこで、サーボ制御部１１はレジスタからモータ６の絶対位置を検出し、このモータ６の絶対位置からモータ６が駆動する関節軸の回転角位置（移動位置）を求める。さらに、サーボ制御部１１は、先に説明したように図２の処理を行って外乱トルクＴＧを求めることになる。
　［外乱トルク選定処理］
　次に、図４を参照して、本実施形態に係る故障診断装置３の外乱トルク選定部１６による外乱トルク選定処理を説明する。図４は、外乱トルク選定部１６による外乱トルク選定処理の処理手順を示すフローチャートである。
　図４に示すように、ステップＳ１において、外乱トルク選定部１６は、ロボット制御装置２で演算された外乱トルク値を取得する。この外乱トルク値は、各動作軸の移動位置毎の値である。また、このとき同時に、外乱トルク値が収集された期間を示す情報についても取得する。
　次に、ステップＳ２において、外乱トルク選定部１６は、生産管理装置４の生産情報データベース２１から設備の緊急停止情報を取得する。ステップＳ３において、外乱トルク選定部１６は、取得した外乱トルク値の収集期間内に設備の緊急停止が発生したか否かを判断し、緊急停止が発生したと判定した場合にはステップＳ４に進む。一方、緊急停止が発生しなかったと判定した場合にはステップＳ５に進む。
　ステップＳ４において、外乱トルク選定部１６は、取得した外乱トルク値のうち緊急停止発生時の外乱トルク値のみを削除してステップＳ５に進む。ステップＳ５において、外乱トルク選定部１６は、取得した外乱トルク値を外乱トルクデータベース１７に記録して本実施形態に係る外乱トルク選定処理を終了する。
　このような処理によって外乱トルク値を選定したことにより、外乱トルクデータベース１７には設備の緊急停止による異常値を排除した外乱トルク値のみが記憶・蓄積されることになる。
　［故障診断処理］
　次に、図５を参照して、本実施形態に係る故障診断装置３の故障診断部１８による故障診断処理を説明する。図５は、故障診断部１８による故障診断処理の処理手順を示すフローチャートである。
　図５に示すように、ステップＳ１１において、故障診断部１８は、外乱トルクデータベース１７から直近の外乱トルク値および診断を行う日の前年同月の外乱トルク値を一括して取得する。ステップＳ１２において、故障診断部１８は、診断を行う日の前年同月の外乱トルク値に基づいて、それらの平均値、分散値および中央値のうちの少なくとも一つ（複数でも可）を算出し、それに基づいて故障判定閾値を算出・設定する。例えば、平均値、分散値、中央値のうちのいずれか一つを故障判定閾値として設定してもよいし、これらのうちの複数を故障判定閾値として設定してもよい。
　ステップＳ１３において、故障診断部１８は、直近の外乱トルク値の平均値、分散値および中央値のうちの少なくともいずれか一つ（複数でも可）を算出し、その値がステップＳ１２で設定した故障判定閾値以下であるか否かを判断する。そして、直近の外乱トルク値の平均値、分散値および中央値のうち算出した値が故障判定閾値以下であれば、故障は発生していないと判断して、直ちに本実施形態に係る故障診断処理を終了する。一方、直近の外乱トルク値の平均値、分散値および中央値のうち算出した値が故障判定閾値より大きい場合には、故障の可能性があると判断してステップＳ１４に進む。
　ステップＳ１４において、故障診断部１８は、保全実績データベース１９に蓄積されているデータをもとに、直近３か月以内に保全が実施されているか否かを判断する。そして、保全が実施されていなければ、故障が発生していると判断してステップＳ２１に進む。一方、直近３か月以内に保全が実施されていれば、保全の影響を判断するためにステップＳ１５に進む。
　ステップＳ１５において、保全影響判断部２５は、保全が実施されたロボットの全ての動作軸について、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化率を算出する。保全が実施されたロボットには、複数の動作軸があり、保全が実施された動作軸もあれば、保全が実施されていない動作軸もある。これは、頻繁に保全する必要のある動作軸もあれば、長期間保全する必要のない動作軸もあるためである。ここでは、これらの動作軸の全てについて、外乱トルク値の変化率を算出する。尚、外乱トルク値の変化率ではなく、保全が実施された前後の外乱トルク値の差分を算出してもよい。
　ステップＳ１６において、保全影響判断部２５は、ステップＳ１５で算出された外乱トルク値の変化率が所定の閾値以下であるか否かを判断し、所定の閾値以下であれば保全の影響はなく、故障が発生していると判断してステップＳ２１に進む。一方、外乱トルク値の変化率が所定の閾値より大きい場合には保全の影響があると判断してステップＳ１７に進む。すなわち、本ステップでは、保全が実施されたロボットのすべての動作軸に対して、保全の影響によって外乱トルク値が大きく変化しているか否かを判定している。
　ステップＳ１７において、故障診断部１８は、保全実施後の外乱トルク値の平均値、分散値および中央値のうちの少なくともいずれか一つ（複数でも可）を算出し、その値に基づいて故障判定閾値を算出・再設定する。このとき、保全実施後の外乱トルク値の平均値、分散値および中央値を算出する場合には、保全実施日から所定期間経過した以降の外乱トルク値を用いて算出する。図３を用いて説明したように、保全が実施された直後は、外乱トルク値が大きく変化している場合があり、安定していないためである。
　ステップＳ１８において、故障診断部１８は、関節軸の外乱トルク値に季節変動があるか否かを判断し、季節変動がない場合にはステップＳ２０に進み、季節変動がある場合にはステップＳ１９に進む。ここで、外乱トルク値に季節変動があるか否かの判断は、例えば季節毎の外気温の変化と外乱トルク値との間の相関度合いによって判断することができ、別に蓄積されている外気温のデータと外乱トルク値のデータとを照合することによって判断することができる。
　ステップＳ１９において、故障診断部１８は、ステップＳ１７で再設定された故障判定閾値に季節変動に応じた定数（係数）を乗じて、故障判定閾値を再再設定する。
　ステップＳ２０において、故障診断部１８は、関節軸の直近の外乱トルク値の平均値、分散値または中央値のうちの少なくともいずれか一つ（複数でも可）が、再設定された故障判定閾値または再再設定された故障判定閾値以下であるか否かを判断する。そして、直近の外乱トルク値の平均値、分散値または中央値のうち算出された値が、故障判定閾値以下であれば、故障が発生していないと判断して本実施形態に係る故障診断処理を終了する。一方、直近の外乱トルク値の平均値、分散値または中央値のうち算出された値が、故障判定閾値より大きい場合には、故障が発生していると判断してステップＳ２１に進む。
　ステップＳ２１において、故障診断部１８は、故障診断装置３に付属して設置された図示外のモニタの表示画面上に、関節軸についての故障アラームを表示して、本実施形態に係る故障診断処理を終了する。
　［実施形態の効果］
　次に、本実施形態に係る故障診断装置３による効果を説明する。まず、多軸機械の動作軸に対して保全を実施すると、外乱トルク値に大きな波形変化が生じる場合がある。従来では、このような場合に故障判定閾値を固定していたので、保全を実施した後に動作軸が正常であるにも関わらず、故障と誤判定される場合があった。例えば、図６（ａ）に示すように、保全実施前の外乱トルクの基準値Ｓ１に対して故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ設定されている。この場合に、保全が実施されて外乱トルク値が大きく変化しても、故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２を固定したままにしていると、保全実施後に故障と誤判定されてアラームが発生してしまう。
　これに対して、本実施形態に係る故障診断装置３では、保全が実施されている場合に、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出し、外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合に故障判定閾値を再設定する。例えば、図６（ｂ）に示すように、保全実施前の外乱トルクの基準値Ｓ１に対して故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ設定されている場合に、保全が実施されると、新たな基準値Ｓ２に対して故障判定閾値Ｌ３、Ｌ４を再設定する。これにより、保全が実施された場合でも、誤判定を防止して故障の診断精度を向上させることができる。
　しかし、外乱トルクに影響を与えない保全が実施された場合に故障判定閾値を再設定してしまうと、実質的に故障判定閾値を緩和してしまう場合があり、その結果、アラームが発生せずに故障を見逃してしまう恐れがあった。例えば、図７（ａ）に示すように、保全実施前の外乱トルクの基準値Ｓ１に対して故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ設定されている場合に、保全が実施された後に新たな基準値Ｓ２と故障判定閾値Ｌ３、Ｌ４を設定する。しかし、故障はゆっくりと進行するため、外乱トルク値も徐々に上昇していくことになる。したがって、保全が実施された前後の外乱トルク値を用いて故障判定閾値を再設定すると、保全が外乱トルクに影響を及ぼしていないにも関わらず、故障判定閾値Ｌ１は故障判定閾値Ｌ３に変更され、閾値が緩和されることになる。その結果、このまま運転を続けると、外乱トルクは故障判定閾値Ｌ３に到達することなく、アラームが発生しないまま故障が発生することになる。
　これに対して、本実施形態に係る故障診断装置３では、保全が実施されている場合に、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出し、外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ故障判定閾値を再設定する。例えば、図７（ｂ）に示すように、保全実施前の外乱トルクの基準値Ｓ１に対して故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ設定されている場合に、保全が実施されても外乱トルクに影響がない保全であれば、基準値Ｓ１と故障判定閾値Ｌ１、Ｌ２を再設定しない。この結果、外乱トルク値が故障判定閾値Ｌ１に達した時点でアラームが発生するので、故障を未然に防止することができる。これにより、実施された保全が外乱トルクに影響がある場合のみ、故障判定閾値を再設定して保全の影響を排除できるので、故障の診断精度を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る故障診断装置３によれば、外乱トルク値の変化として外乱トルク値の変化率を算出するので、実施された保全による外乱トルクへの影響を正確に検出することができる。これにより、実施された保全が外乱トルクに影響がある場合のみ、保全の影響を排除できるので、故障の診断精度を向上させることができる。
　さらに、本実施形態に係る故障診断装置３では、保全が実施されていない動作軸に対しても、保全が実施された前後の外乱トルク値の変化を算出し、外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ故障判定閾値を再設定する。これにより、保全が実施されていない動作軸に対しても、保全の影響がある場合には、故障判定閾値を再設定して保全の影響を排除できるので、故障の診断精度を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る故障診断装置３では、保全を実施する前の外乱トルク値と保全の実施日から所定期間経過した以降の外乱トルク値とを用いて、外乱トルク値の変化を算出する。これにより、保全直後に外乱トルクが大きく変化する期間を除いて、外乱トルク値の変化を算出できるので、故障の診断精度を向上させることができる。
　さらに、本実施形態に係る故障診断装置３では、保全が実施された後の外乱トルク値の平均値、分散値または中央値の少なくとも１つを用いて故障判定閾値を再設定する。これにより、保全の影響を反映させた故障判定閾値を再設定できるので、誤判定を防止して故障の診断精度を向上させることができる。
　上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなるであろう。
　１　ロボット
　２　ロボット制御装置
　３　故障診断装置
　４　生産管理装置
　５　ロボットアーム
　６　サーボモータ（モータ）
　７　パルスコーダ
　８　減速機
　９　動作統括制御部
　１０、１５、２０　通信部
　１１　サーボ制御部
　１２　外乱トルク演算部
　１３　状態データ取得部
　１４　サーボアンプ部
　１６　外乱トルク選定部
　１７　外乱トルクデータベース
　１８　故障診断部
　１９　保全実績データベース
　２１　生産情報データベース
　２５　保全影響判断部
　１００　故障診断システム

Claims (6)

  1. 　動作軸の駆動源としてモータを備えた機械装置について、所定周期毎に前記動作軸の移動位置と前記動作軸にかかる外乱トルク値とを取得し、前記外乱トルク値が故障判定閾値より大きい場合に故障と診断する故障診断装置において、
    　前記動作軸に対して保全が実施されている場合に、前記保全が実施された前後の前記外乱トルク値の変化を算出する保全影響判断部と、
    　前記外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ前記故障判定閾値を再設定する故障診断部と
    を備えたことを特徴とする故障診断装置。
  2. 　前記保全影響判断部は、前記外乱トルク値の変化として、前記外乱トルク値の変化率を算出することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
  3. 　前記保全影響判断部は、前記保全が実施された機械装置の動作軸のうち前記保全が実施されていない動作軸に対して、前記保全が実施された前後の前記外乱トルク値の変化を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の故障診断装置。
  4. 　前記保全影響判断部は、前記保全を実施する前の外乱トルク値と前記保全の実施日から所定期間経過した以降の外乱トルク値とを用いて、前記外乱トルク値の変化を算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の故障診断装置。
  5. 　前記故障診断部は、前記保全が実施された後の外乱トルク値の平均値、分散値または中央値の少なくとも１つを用いて、前記故障判定閾値を再設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の故障診断装置。
  6. 　動作軸の駆動源としてモータを備えた機械装置について、所定周期毎に前記動作軸の移動位置と前記動作軸にかかる外乱トルク値とを取得し、前記外乱トルク値が故障判定閾値より大きい場合に故障と診断する故障診断装置による故障診断方法において、
    　前記故障診断装置は、
    　前記動作軸に対して保全が実施されている場合に、前記保全が実施された前後の前記外乱トルク値の変化を算出し、
    　前記外乱トルク値の変化が所定の閾値より大きい場合にのみ前記故障判定閾値を再設定することを特徴とする故障診断方法。
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