WO2021261368A1 - 寿命予測装置、産業用機械、プログラム作成システム及びプログラム - Google Patents

寿命予測装置、産業用機械、プログラム作成システム及びプログラム Download PDF

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WO2021261368A1
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life
cable
industrial machine
program
prediction device
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PCT/JP2021/022999
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秀倫 榑林
孔史 志村
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ファナック株式会社
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    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
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    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
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    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]

Definitions

  • the present invention relates to a cable life prediction device used in an industrial machine.
  • the cable of the moving part of the industrial machine deteriorates with the operation of the industrial machine, so it needs to be replaced regularly.
  • the replacement cycle has been determined on the assumption that the operating axis of the industrial machine operates at the maximum (see, for example, Patent Document 1).
  • the operation of the industrial machine differs depending on the work content, and the operation axis of the industrial machine does not always perform the maximum operation.
  • One aspect of the present disclosure is a cable life prediction device used in an industrial machine, and analyzes the amount of movement of the operation axis of the industrial machine based on an operation program for operating the industrial machine. It includes an operation amount analysis unit and a life calculation unit that calculates a predicted value of the cable life by applying a relational expression between the operation amount and the cable life based on the eye ring model to the operation amount. , A life prediction device.
  • Another aspect of the present disclosure is a cable life predictor used in an industrial machine, which analyzes the amount of motion of the motion axis of the industrial machine based on an motion program for operating the industrial machine.
  • the stress calculation unit that calculates the stress by applying the relationship between the motion amount and the stress generated in the cable to the motion amount, and the stress based on the Eyring model.
  • It is a life prediction device including a life calculation unit for calculating a predicted value of the life of the cable by applying a relational expression between the cable life and the cable life.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a life prediction system 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the life prediction system 1 includes a control device 20 including a life prediction device 10 and an industrial machine 30.
  • the control device 20 and the industrial machine 30 are communicably connected to each other.
  • the life prediction device 10 is a device that predicts the life of the cable used in the industrial machine 30.
  • the life prediction device 10 predicts the life of the cable used in the industrial machine 30 by using the data acquired from the control device 20 that controls the industrial machine 30.
  • the control device 20 is a device that controls the industrial machine 30.
  • the control device 20 can be realized by, for example, causing a computer device having a CPU, a memory, an input / output interface, and the like to execute an appropriate control program.
  • the control device 20 controls the spindle and the drive shaft of the industrial machine as a machine tool according to a machining program as a numerical control device.
  • the control device 20 operates the industrial machine 30 as a robot according to a given work program.
  • the control device 20 calculates the position or speed of each drive shaft of the industrial machine 30 required for performing the operation according to the work program for each time, and is required for each drive shaft of the industrial machine 30. Apply current.
  • the industrial machine is not limited to machine tools and robots, and may be, for example, an injection molding machine.
  • the industrial machine 30 is a machine having a drive unit whose drive is automatically controlled by the control device 20.
  • the industrial machine 30 when the industrial machine 30 is a machine tool, the industrial machine 30 has a spindle for rotating a tool and a feed shaft for moving a tool or a work (not shown), and holds the tool and the work.
  • the work is machined (for example, cutting) by moving it relatively.
  • the industrial machine 30 When the industrial machine 30 is a robot, the industrial machine 30 may be an articulated robot such as a 6-axis vertical articulated type or a 4-axis horizontal articulated type.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the industrial machine 30 when the industrial machine 30 is a robot.
  • the industrial machine 30 includes a first joint 31A, a second joint 31B, a third joint 31C, a fixed base 32A, a rotation base 32B, a first arm 33A, a second arm 33B, a wrist 34, and a cable 35.
  • the first joint 31A rotates the rotation base 32B around a vertical axis by rotationally driving the rotation base 32B while supporting it from below.
  • the second joint 31B is a joint that connects the rotation base 32B and the first arm 33A, and by rotationally driving, the first arm 33A is rotated around a horizontal axis.
  • the third joint 31C is a joint that connects the first arm 33A and the second arm 33B, and by rotationally driving the second arm 33B, the second arm 33B is rotated about a horizontal axis.
  • the wrist 34 is attached to the tip of the second arm 33B, has a function of changing the direction of the tool attached to the tip of the robot, and usually has a three-axis operation axis.
  • a tool (not shown) is attached to the tip of the wrist 34 and is used to perform various tasks.
  • the movable portion 35A is arranged in the first joint 31A
  • the movable portion 35B is arranged in the second joint 31B
  • the movable portion 35C is arranged in the third joint 31C.
  • the movable portion 35A is wired inside the robot and is attached to the fixed base 32A on the lower side and to the rotary base 32B on the upper side.
  • the movable portion 35B is wired so as to wrap around the second joint 31B, is fixed to the rotation base 32B on the lower side, and is fixed to the first arm 33A on the upper side.
  • the movable portion 35C is wired so as to wrap around the third joint 31C, is fixed to the first arm 33A on the lower side, and is fixed to the second arm 33B on the upper side.
  • the cable is wired so as to straddle the joint and be fixed to the front and rear arms. Therefore, the degree of bending of the cable of the movable part depends on the angle of only one joint. This is because when the cable of the movable part straddles multiple joints, the behavior of the cable is affected by the movement of the multiple joints, and the movement of the cable cannot be stabilized, which complicates the behavior of the cable. In order to avoid this, it is wired so as not to straddle multiple joints.
  • the movable portion 35A is wired inside the robot, the movable portion 35B is wired so as to wrap around the second joint 31B, and the movable portion 35C is wired so as to wrap around the third joint 31C.
  • the life of the cable 35 is predicted based on the degree to which the movable portion 35A, the movable portion 35B, and the movable portion 35C are deteriorated by the operation of the robot 30.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the control device 20 including the life prediction device 10.
  • the life prediction device 10 includes an operation amount analysis unit 101 and a life calculation unit 102.
  • the motion amount analysis unit 101 analyzes the motion amount of the motion axis of the industrial machine 30 based on the motion program for operating the industrial machine 30 acquired from the control device 20.
  • FIG. 4 shows an example of the above operation program.
  • the line written as "Idow” is a command statement relating to the operation of the industrial machine 30.
  • five teaching points of "Ichi [1]” to “Ichi [5]” are shown.
  • the control device 20 generates an operation passing through these teaching points based on the instruction of the operation program. Further, the control device 20 calculates to what angle each axis should move at a certain time point in order to realize the generated motion.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of the operation of the axis in one cycle of the operation program.
  • the motion amount analysis unit 101 analyzes the motion amount of the motion axis of the industrial machine 30 by acquiring the above calculation result from the control device 20 before actually operating the industrial machine 30.
  • the life calculation unit 102 calculates the predicted value of the life of the cable 35 by applying the relational expression between the operation amount and the cable life based on the eye ring model to the operation amount analyzed by the operation amount analysis unit 101. do.
  • the eye ring model applied to the present embodiment can be expressed by the following equation (1).
  • L r is the cable life (number of cycles) in actual operation
  • L t is the cable life (number of cycles) in the life test
  • ⁇ r is the operating angle in actual operation
  • ⁇ t is the operating angle in the life test
  • ⁇ is a constant.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams schematically showing a method of life test.
  • a resistance measuring instrument 50 is connected to the cable 35, and the number of cycles in which the resistance increases by 20% is counted while twisting the cable at a predetermined twist angle according to a plurality of load conditions.
  • Table 1 below shows examples of test results.
  • the "number of cycles" is the operation for one operation cycle. Referring to the program shown in FIG. 4, the program shown in FIG. 4 is executed up to the 19th line, and one cycle is until returning to the 5th line. In the life test of the cable 35, the operation of twisting or bending the cable 35 one reciprocatingly is one cycle.
  • the resistance of the copper wire is measured after soldering a plurality of core wires 35L included in the cable 35 in series. ..
  • FIG. 7 shows an example of a plotted graph.
  • the slope of the straight line that approximates the plot in the graph illustrated in FIG. 7 is ⁇ .
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the operating angle is set as the operating angle ⁇ a, and by applying the eye ring model, the life (cycle) of the cable can be calculated by the following equation (2).
  • L r is the cable life (number of cycles) in actual operation
  • L t is the cable life (number of cycles) in the life test
  • ⁇ t is the operating angle in the life test.
  • FIG. 9 is a graph showing a second operation example of the axis.
  • the life (cycle) of the cable can be calculated by the equation (3) based on the following Eyring model and the equation (4) based on the minor rule.
  • FIG. 10 is a graph showing a third operation example of the axis.
  • the axis moves irregularly during one cycle of the program.
  • the operating angle from the maximum value to the next maximum value, or the operating angle from the minimum value to the next maximum value ⁇ a1 , ⁇ a2 , ..., ⁇ ai is calculated.
  • these operation angles move the axis at the operation angles ⁇ a1 , ⁇ a2 , ..., ⁇ ai.
  • the number of times is counted as 0.5 times each.
  • the life (cycle) of the cable can be calculated by the equation (7) based on the following Eyring model and the equation (8) based on the minor rule.
  • the life calculation unit 102 calculates the predicted value of the life of the cable 35 by, for example, the above-mentioned methods [1.2.1 life calculation example 1] to [1.2.3 life calculation example 3].
  • control device 20 includes a storage unit 201, an operation calculation unit 202, and a machine drive unit 203 in addition to the life prediction device 10.
  • the storage unit 201 mainly stores a control program for controlling the industrial machine 30.
  • a control program for controlling the industrial machine 30.
  • the industrial machine 30 is a machine tool
  • a machining program is stored
  • the industrial machine 30 is a robot
  • a work program is stored.
  • the operation calculation unit 202 calculates a command value for operating the industrial machine 30 by analyzing the control program stored in the storage unit 201.
  • the machine drive unit 203 drives each axis included in the industrial machine 30 by using the command value calculated by the operation calculation unit 202.
  • the motion amount analysis unit 101 first analyzes the motion program of the industrial machine 30 acquired from the control device 20 to calculate the motion amount of each axis in one cycle of the motion program.
  • the life calculation unit 102 applies a relational expression between the operation amount and the cable life based on the eye ring model to the operation amount of each axis analyzed by the operation amount analysis unit 101.
  • the predicted value of the life of the cable 35 is calculated.
  • the life prediction system 1A includes a life prediction device 10A instead of the life prediction device 10. Since the basic overall configuration is the same as the configuration shown in FIG. 1, the illustration thereof is omitted. Further, in the following description, among the components included in the life prediction device 10A, the same components as the components included in the life prediction device 10 are shown using the same reference numerals, and the description of their functions will be omitted. ..
  • FIG. 11 is a functional block diagram of the life prediction device 10A. Unlike the life prediction device 10, the life prediction device 10A includes a life calculation unit 102A instead of the life calculation unit 102, and further includes a stress calculation unit 103.
  • the stress calculation unit 103 calculates the stress by applying the relationship between the operation amount and the stress generated in the cable 35 to the operation amount analyzed by the operation amount analysis unit 101.
  • the axial angle of each axis in the industrial machine 30 and the stress due to bending or twisting of the cable 35 are in a proportional relationship.
  • the axial angle of each axis is not necessarily proportional to the stress caused by bending or twisting the cable 35.
  • the relationship between the operating amount and the stress is calculated by the simulation software that calculates the behavior and stress of the cable 35, and the stress calculated from this relationship is used for the calculation of the cable life, as described later.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of motion (axis angle) and stress as a simulation result.
  • the stress calculation unit 103 applies the relationship between the motion amount exemplified in FIG. 12 and the stress to the motion amount exemplified in FIG. 5, so that the cable corresponding to each motion amount corresponds to each motion amount.
  • the stress generated in 35 is calculated.
  • the life calculation unit 102A calculates the predicted value of the life of the cable 35 by applying the relational expression between the stress based on the eye ring model and the life of the cable 35 to the stress calculated by the stress calculation unit 103.
  • the eye ring model applied to the present embodiment can be expressed by the following equation (9).
  • L r is the cable lifetime in actual operation (number of cycles)
  • L t is the cable life (number of cycles) in the life test
  • S r the stress in the actual operation
  • S t is , Stress in life test
  • ⁇ is a constant.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a method of life test.
  • the resistance measuring instrument 50 is connected to the cable 35, and the resistance is calculated while twisting the cable at a predetermined twist angle according to a plurality of load conditions and calculating the stress corresponding to the twist angle. Count the number of cycles that have increased by 20%. Table 2 below shows examples of test results.
  • FIG. 14 shows an example of a plotted graph.
  • the slope of the straight line that approximates the plot in the graph illustrated in FIG. 7 is ⁇ .
  • FIG. 15 is a graph showing an example of stress fluctuation.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the stress is set as the stress amplitude Sa, and the cable life (cycle) can be calculated by the following equation (10) by applying the eye ring model.
  • L r is the cable lifetime in actual operation (number of cycles)
  • L t is the cable life (number of cycles) in the life test
  • S t is the stress at life test.
  • the motion amount analysis unit 101 first analyzes the motion program of the industrial machine 30 acquired from the control device 20 to calculate the motion amount of each axis in one cycle of the motion program.
  • the stress calculation unit 103 calculates the stress by applying the relationship between the operation amount and the stress generated in the cable 35 to the operation amount analyzed by the operation amount analysis unit 101.
  • the life calculation unit 102A predicts the life of the cable 35 by applying the relational expression between the stress and the life of the cable based on the eye ring model to the stress calculated by the stress calculation unit 103. Calculate the value.
  • the 5th to 8th lines are commands for waiting for a signal.
  • the product always flows through the line.
  • signal waiting may occur. Therefore, it is desirable to calculate the life from the actual operation data.
  • the decrease in cable life from the start of operation to the present is obtained from the actual operation data.
  • the life prediction system 1B includes a life prediction device 10B instead of the life prediction device 10. Since the basic overall configuration is the same as the configuration shown in FIG. 1, the illustration thereof is omitted. Further, in the following description, among the components included in the life prediction device 10B, the same components as the components included in the life prediction device 10 are shown using the same reference numerals, and the description of their functions will be omitted. ..
  • FIG. 16 is a functional block diagram of the life prediction device 10B. Unlike the life prediction device 10, the life prediction device 10B has an operation amount analysis unit 101, a life calculation unit 102, an integrated operation amount analysis unit 104, a damage degree calculation unit 105, a remaining life calculation unit 106, and a warning display unit 107. To prepare for.
  • the integrated motion amount analysis unit 104 analyzes the integrated motion amount of the motion axis included in the industrial machine 30 based on the past motion records of the industrial machine 30.
  • the integrated operation amount analysis unit 104 starts from the operation angle up to the maximum value and the next minimum value, or the minimum value, when the operation program is analyzed in [1.2.3 Life calculation example 3].
  • the maximum value and the next minimum value are based on the record of the operation from the start of the robot operation to the present by the same method as the calculation of the operation angles ⁇ a1 , ⁇ a2 , ..., ⁇ ai up to the next maximum value.
  • the operating angle up to the value, or the operating angle from the minimum value to the next maximum value ⁇ a1 , ⁇ a2 , ..., ⁇ ai is calculated.
  • these operation angles move the axis at the operation angles ⁇ a1 , ⁇ a2 , ..., ⁇ ai.
  • the number of times is counted as 0.5 times each. It is expected that i will be 300,000 or more in one year.
  • the past motion record may be based on the operation command calculated in the control device 20, or may be based on the feedback from the position sensor provided in the industrial machine 30.
  • the damage degree calculation unit 105 determines the damage degree by applying the relational expression between the integrated operation amount based on the eye ring model and the damage degree of the cable to the integrated operation amount analyzed by the integrated operation amount analysis unit 104. calculate.
  • the degree of damage to the cable 35 is calculated by using the equation (11) based on the following Eyring model and the equation (12) based on the minor rule.
  • D is the degree of damage to the cable 35, and is a value of 0 ⁇ D ⁇ 1 when the cable 35 has not reached the end of its life.
  • L t is the cable life (cycle) in the life test.
  • ⁇ t is an operating angle in the life test.
  • the remaining life calculation unit 106 calculates the predicted value of the remaining life of the cable 35 from the predicted value of the cable life calculated by the life calculation unit 102 and the damage degree of the cable 35 calculated by the damage degree calculation unit 105. ..
  • the warning display unit 107 displays a warning on the display unit 120 described later when the remaining life calculated by the remaining life calculation unit 106 becomes less than the threshold value.
  • the life prediction device 10B includes a display unit 120.
  • the display unit 120 displays a warning, for example, as described above.
  • the display unit 120 can be realized by, for example, a liquid crystal monitor.
  • the motion amount analysis unit 101 first analyzes the motion program of the industrial machine 30 acquired from the control device 20 to calculate the motion amount of each axis in one cycle of the motion program.
  • the life calculation unit 102 applies a relational expression between the operation amount and the cable life based on the eye ring model to the operation amount of each axis analyzed by the operation amount analysis unit 101.
  • the predicted value of the life of the cable 35 is calculated.
  • the integrated motion amount analysis unit 104 analyzes the integrated motion amount of the motion axis included in the industrial machine 30 based on the past motion records of the industrial machine 30.
  • the damage degree calculation unit 105 calculates the damage degree by applying the relational expression between the integrated operation amount based on the eye ring model and the damage degree of the cable to the analyzed integrated operation amount.
  • the remaining life calculation unit 106 predicts the remaining life of the cable 35 from the predicted value of the cable life calculated by the life calculation unit 102 and the damage degree of the cable 35 calculated by the damage degree calculation unit 105. Is calculated.
  • the warning display unit 107 displays a warning on the display unit 120.
  • the life prediction device 10B generally has an integrated operation amount analysis unit 104, a damage degree calculation unit 105, a remaining life calculation unit 106, and a warning with respect to the life prediction device 10 according to the first embodiment.
  • the display unit 107 By adding the display unit 107, the predicted value of the remaining life of the cable 35 is calculated based on the operation record from the start of operation of the industrial machine 30 to the present, and when the remaining life is less than the threshold value, it is calculated. It issued a warning.
  • the life prediction device 10C generally has an integrated operation amount analysis unit 104, a damage degree calculation unit 105, a remaining life calculation unit 106, and a warning display with respect to the life prediction device 10A according to the second embodiment.
  • the part 107 the predicted value of the remaining life of the cable 35 is calculated based on the operation record from the start of operation of the industrial machine 30 to the present, and if the remaining life is less than the threshold value, a warning is given. Is what emits.
  • the life prediction system 1C includes a life prediction device 10C instead of the life prediction device 10. Since the basic overall configuration is the same as the configuration shown in FIG. 1, the illustration thereof is omitted. Further, in the following description, among the components included in the life prediction device 10C, the same components as the components included in the life prediction devices 10, 10A and 10B are shown using the same reference numerals and their functions. The explanation is omitted.
  • FIG. 17 is a functional block diagram of the life prediction device 10C. Unlike the life prediction device 10A, the life prediction device 10C has an operation amount analysis unit 101, a life calculation unit 102A, and a stress calculation unit 103, as well as an integrated operation amount analysis unit 104, a damage degree calculation unit 105, and a remaining life calculation unit 106. , A warning display unit 107 is provided.
  • the motion amount analysis unit 101 first analyzes the motion program of the industrial machine 30 acquired from the control device 20 to calculate the motion amount of each axis in one cycle of the motion program.
  • the stress calculation unit 103 calculates the stress by applying the relationship between the operation amount and the stress generated in the cable 35 to the operation amount analyzed by the operation amount analysis unit 101.
  • the life calculation unit 102A predicts the life of the cable 35 by applying the relational expression between the stress and the life of the cable based on the eye ring model to the stress calculated by the stress calculation unit 103. Calculate the value.
  • the integrated motion amount analysis unit 104 analyzes the integrated motion amount of the motion axis included in the industrial machine 30 based on the past motion records of the industrial machine 30.
  • the damage degree calculation unit 105 calculates the damage degree by applying the relational expression between the integrated operation amount based on the eye ring model and the damage degree of the cable to the analyzed integrated operation amount.
  • the remaining life calculation unit 106 predicts the remaining life of the cable 35 from the predicted value of the cable life calculated by the life calculation unit 102 and the damage degree of the cable 35 calculated by the damage degree calculation unit 105. Is calculated.
  • the warning display unit 107 displays a warning on the display unit 120.
  • the life prediction device is a cable life prediction device (for example, the above-mentioned "life prediction device 10") used in an industrial machine (for example, the above-mentioned "industrial machine 30").
  • An operation amount analysis unit (for example, the above-mentioned "operation amount analysis unit 101") that analyzes the operation amount of the operation axis of the industrial machine based on an operation program for operating the industrial machine.
  • a life calculation unit (for example, the above-mentioned "life calculation unit 102”) that calculates a predicted value of the cable life by applying a relational expression between the operation amount and the cable life based on the eye ring model to the operation amount. ”) And.
  • the replacement cycle of the cable 35 is changed. It can be lengthened.
  • the life prediction device is a cable life prediction device (for example, the above-mentioned “life prediction device 10A") used in an industrial machine (for example, the above-mentioned "industrial machine 30").
  • an operation amount analysis unit that analyzes the operation amount of the operation axis of the industrial machine based on the operation program for operating the industrial machine (for example, the above-mentioned "operation amount analysis unit 101").
  • the stress calculation unit for example, the above-mentioned “stress calculation unit 103" for calculating the stress by applying the relationship between the operation amount and the stress generated in the cable to the operation amount, and the eye for the stress.
  • a life calculation unit (for example, the above-mentioned “life calculation unit 102A”) for calculating a predicted value of the life of the cable by applying a relational expression between stress and cable life based on a ring model is provided.
  • the life prediction device is an integrated motion amount analysis unit (for example, the above-mentioned) that analyzes the integrated motion amount of the motion axis based on the past motion records of the industrial machine.
  • Integrated operation amount analysis unit 104 and the integrated operation amount are calculated by applying the relationship between the integrated operation amount and the damage degree of the cable based on the eye ring model.
  • Damage degree calculation unit for example, the above-mentioned "damage degree calculation unit 105"
  • the remaining life calculation unit for example, the remaining life calculation unit that calculates the predicted value of the remaining life of the cable from the predicted value of the life of the cable and the degree of damage.
  • the above-mentioned "remaining life calculation unit 106" may be further provided.
  • the life prediction device may include a warning display unit (for example, the above-mentioned "warning display unit 107") that displays a warning when the remaining life becomes less than the threshold value.
  • a warning display unit for example, the above-mentioned "warning display unit 107"
  • the cable is connected.
  • the predicted value of the life may be calculated.
  • the life prediction device 10 according to the first embodiment and the life prediction device 10A according to the second embodiment are not limited to the display unit.
  • the life prediction device 10 or 10A may include a display unit, and the life prediction value calculated by the life calculation unit 102 or 102A may be displayed on the display unit.
  • the display unit is not configured to be incorporated in the life prediction devices 10 to 10C. , May be separate from the life prediction devices 10 to 10C.
  • the display unit may be incorporated in the control device 20.
  • life prediction device 10C according to the first embodiment and the life prediction device 10C according to the fourth embodiment is described as being separate from the industrial machine 30, but the present invention is not limited thereto.
  • the life prediction device 10 to the life prediction device 10C may be integrated into the industrial machine 30 by incorporating them into the industrial machine 30.
  • the life prediction device 10C according to the first embodiment and the life prediction device 10C according to the fourth embodiment is a device that executes the life prediction of the cable as one function of the control device 20. Is not limited. For example, as one of the functions of a PC tool for studying the construction of a robot system offline, a function to estimate the life of the cable used in the robot by performing a simulation based on the operation data of one cycle of the robot is provided. It may be realized.
  • Each component included in the life prediction devices 10 to 10C and the life prediction systems 1 to 1C can be realized by hardware, software, or a combination thereof. Further, a data collection method performed in collaboration with each of the components included in the life prediction devices 10 to 10C and the life prediction systems 1 to 1C can also be realized by hardware, software, or a combination thereof. ..
  • what is realized by software means that it is realized by a computer reading and executing a program.
  • Non-temporary computer-readable media include various types of tangible storage mediums.
  • Examples of non-temporary computer-readable media include magnetic recording media (eg, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-. Includes R, CD-R / W, and semiconductor memory (eg, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
  • the program may also be supplied to the computer by various types of transient computer readable medium.
  • Examples of temporary computer-readable media include electrical, optical, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.

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Abstract

ユーザの保守の負担を軽減するために、ケーブルの本来の寿命である実力寿命を算出し、ケーブルの交換の周期を長くする。　産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置であって、産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部と、動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部と、を備える。

Description

寿命予測装置
　本発明は、産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置に関する。
　産業用機械の可動部のケーブルは、当該産業用機械の動作に伴って劣化するため、定期的な交換が必要である。従来、その交換周期は、産業用機械の動作軸が最大の動作をするという想定のもとに決められていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－２３３７６３号公報
　しかしながら、産業用機械の動作は作業内容によって異なり、産業機械の動作軸は必ずしも最大の動作をするわけではない。
　しかし、現状、産業用機械やその制御装置はケーブルの寿命を算出する手段を持たないため、産業用機械の動作軸が最大の動作をすると想定した周期で定期交換を行っている。その結果、ケーブルの本来の寿命である実力寿命より短い周期でケーブルの交換を行っている。
　ユーザの保守の負担を軽減するために、ケーブルの本来の寿命である実力寿命を算出し、ケーブルの交換の周期を長くすることが望ましい。
　本開示の一態様は、産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置であって、前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部と、前記動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部と、を備える、寿命予測装置である。
　本開示の別の態様は、産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置であって、前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部と、前記動作量に、動作量と前記ケーブルに生じる応力との関係を適用することにより、前記応力を算出する応力算出部と、前記応力に、アイリングモデルに基づいた応力とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部と、を備える、寿命予測装置である。
　一態様によれば、ユーザの保守の負担を軽減するために、ケーブルの本来の寿命である実力寿命を算出し、ケーブルの交換の周期を長くすることが可能となる。
一実施形態に係る寿命予測システムの全体構成図である。 一実施形態に係る産業用機械の外観図である。 一実施形態に係る寿命予測装置の機能ブロック図である。 一実施形態に係る動作プログラムの例を示す図である。 一実施形態に係る動作プログラム１サイクルでの軸の動作の例を示すグラフである。 一実施形態に係る寿命試験の方法の一例を示す図である。 一実施形態に係る寿命試験の方法の一例を示す図である。 一実施形態に係る捻回角度とケーブル寿命との関係を示すグラフである。 一実施形態に係る軸の動作例を示すグラフである。 一実施形態に係る軸の動作例を示すグラフである。 一実施形態に係る軸の動作例を示すグラフである。 一実施形態に係る寿命予測装置の機能ブロック図である。 一実施形態における軸角度と応力との関係を示すグラフである。 一実施形態に係る寿命試験の方法を示す図である。 一実施形態に係る応力とケーブル寿命との関係を示すグラフである。 一実施形態における応力の変動例を示すグラフである。 一実施形態に係る寿命予測装置の機能ブロック図である。 一実施形態に係る寿命予測装置の機能ブロック図である。
〔１　第１実施形態〕
　以下、本発明の第１実施形態について図１～図１０を参照して説明する。
〔１．１　全体構成〕
　図１は、本発明の第１実施形態に係る寿命予測システム１の全体構成を示す図である。図１に示すように、寿命予測システム１は、寿命予測装置１０を含む制御装置２０と、産業用機械３０とを備える。ここで、制御装置２０と、産業用機械３０とは、互いに通信可能に接続される。
　寿命予測装置１０は、産業用機械３０で用いられるケーブルの寿命を予測する装置である。とりわけ、寿命予測装置１０は、産業用機械３０を制御する制御装置２０から取得したデータを用いることにより、産業用機械３０で用いられるケーブルの寿命を予測する。
　制御装置２０は、産業用機械３０を制御する装置である。この制御装置２０は、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを実行させることによって実現することができる。
　とりわけ、産業用機械３０が工作機械である場合には、制御装置２０は、数値制御装置として、加工プログラムに従って、工作機械としての産業用機械の主軸及び駆動軸を制御する。
　また、産業用機械３０がロボットである場合には、制御装置２０は、与えられる作業プログラムに従ってロボットとしての産業用機械３０を動作させる。具体的には、制御装置２０は、作業プログラムに従う動作を行うために必要な産業用機械３０の各駆動軸の時間毎の位置又は速度を算出し、産業用機械３０の各駆動軸に必要な電流を印加する。
　なお、産業用機械は、工作機械及びロボットに制限されず、例えば、射出成形機であってもよい。
　産業用機械３０は、制御装置２０によって、その駆動が自動制御される駆動部を有する機械である。
　とりわけ、産業用機械３０が工作機械である場合には、産業用機械３０は、工具を回転させる主軸と、工具又はワーク（図示省略）を移動させる送り軸とを有し、工具とワークとを相対的に移動させてワークの加工（例えば、切削加工）を行う。
　また、産業用機械３０がロボットである場合には、産業用機械３０は、６軸垂直多関節型又は４軸水平多関節型等の多関節型ロボットであってもよい。
　図２は、産業用機械３０がロボットである場合の産業用機械３０の構成例を示す。産業用機械３０は、第１関節３１Ａ、第２関節３１Ｂ、第３関節３１Ｃと、固定ベース３２Ａと、回転ベース３２Ｂ、第１アーム３３Ａ、第２アーム３３Ｂ、手首３４、及びケーブル３５を備える。
　第１関節３１Ａは、回転ベース３２Ｂを下から支えながら回転駆動することにより、回転ベース３２Ｂを、垂直軸まわりに回転させる。
　第２関節３１Ｂは、回転ベース３２Ｂと第１アーム３３Ａとを接続する関節であり、回転駆動することにより、第１アーム３３Ａを、水平軸まわりに回転させる。
　第３関節３１Ｃは、第１アーム３３Ａと第２アーム３３Ｂとを接続する関節であり、回転駆動することにより、第２アーム３３Ｂを、水平軸まわりに回転させる。
　手首３４は、第２アーム３３Ｂの先端に取り付けられるものであり、ロボットの先端に取り付けられたツールの向きを変える働きを有し、３軸の動作軸を通常有する。
　図示されていないツールが、手首３４の先端に取り付けられ、各種の作業を実行するために用いられる。
　図２に示す例において、ケーブル３５については、第１関節３１Ａに可動部３５Ａが配置され、第２関節３１Ｂに可動部３５Ｂが配置され、第３関節３１Ｃに可動部３５Ｃが配置される。可動部３５Ａは、ロボット内部に配線され、下側において固定ベース３２Ａに取り付けられ、上側において回転ベース３２Ｂに取り付けられている。可動部３５Ｂは、第２関節３１Ｂを回り込むように配線され、下側において回転ベース３２Ｂに固定され、上側において第１アーム３３Ａに固定されている。可動部３５Ｃは、第３関節３１Ｃを回り込むように配線され、下側において第１アーム３３Ａに固定され、上側において第２アーム３３Ｂに固定されている。
　通常、ロボットのアームの関節部では、ケーブルは、関節を跨いで前後のアームに固定されるように配線される。従って、可動部のケーブルの曲がり具合は、一つの関節の角度のみに依存する。なぜなら、可動部のケーブルが複数の関節を跨ぐと、ケーブルの挙動が複数の関節の動きに影響され、ケーブルの動きを安定させることができなくなってしまうためであり、ケーブルの挙動が複雑化することを避けるために複数の関節を跨がないように配線される。
　寿命予測装置１０は、とりわけケーブル３５のうち、可動部３５Ａがロボット内部に配線され、可動部３５Ｂが第２関節３１Ｂを回り込むように配線され、可動部３５Ｃが第３関節３１Ｃを回り込むように配線されることにより、ロボット３０の動作によって、とりわけ可動部３５Ａ，可動部３５Ｂ及び可動部３５Ｃが劣化する度合いに基づいて、ケーブル３５の寿命を予測する。
〔１．２　寿命予測装置及び制御装置の構成〕
　図３は、寿命予測装置１０を備える制御装置２０の機能ブロック図である。
　寿命予測装置１０は、動作量解析部１０１と寿命算出部１０２とを備える。
　動作量解析部１０１は、制御装置２０から取得した、産業用機械３０を動作させるための動作プログラムに基づいて、産業用機械３０の動作軸の動作量を解析する。
　図４は、上記の動作プログラムの例を示す。図４に示す例においては、「イドウ」と書かれた行が、産業用機械３０の動作に関する命令文である。また、図４に示す動作プログラムにおいては、「イチ［１］」～「イチ［５］」の５つの教示点が示されている。
　制御装置２０は、動作プログラムの指示に基づいて、これらの教示点を通過する動作を生成する。更に、制御装置２０は、生成した動作を実現するために、各々の軸が、ある時点ごとに、どの角度に移動するべきかを計算する。図５は、動作プログラム１サイクルでの軸の動作の例を示すグラフである。
　動作量解析部１０１は、実際に産業用機械３０を動作させる前に、制御装置２０から上記の計算結果を取得することにより、産業用機械３０の動作軸の動作量を解析する。
　寿命算出部１０２は、動作量解析部１０１によって解析された動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
　ここで、本実施形態に適用するアイリングモデルは、以下の式（１）によって表すことが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、式（１）において、Ｌｒは、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｌｔは寿命試験でのケーブル寿命（サイクル数）、θｒは、実動作での動作角度、θｔは、寿命試験での動作角度、αは定数である。
　更に、Ｌｔ及びαを求めるために、事前に、以下のような寿命試験を実行しておく。
　図６Ａ及び図６Ｂは、寿命試験の方法を模式的に示す図である。図６Ａに示すように、ケーブル３５に抵抗測定器５０を接続し、ケーブルを複数の負荷条件に従って、所定の捻回角度で捻りながら、抵抗が２０％上昇したサイクル数をカウントする。以下の表１は、試験結果の例を示す。
　なお、ここで「サイクル数」とは、動作サイクル１サイクル分の動作のことである。図４に記載のプログラムを参照すると、図４に記載のプログラムを１９行目まで実行し、５行目に戻るまでが１サイクルである。ケーブル３５の寿命試験においては、ケーブル３５を１往復捻る、又は１往復曲げる動作が１サイクルである。
　また、ケーブル３５の抵抗を測定する際には、図６Ｂに示すように、ケーブル３５に含まれる複数本の心線３５Ｌをはんだ付けして全て直列にした上で、銅線の抵抗を測定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、表１に示す寿命試験の結果を、横軸を捻回角度の対数表示とし、縦軸をケーブル寿命の対数表示とするグラフにプロットする。図７は、プロットしたグラフの例を示す。図７に例示するグラフ中のプロットを近似した直線の傾きが－αとなる。
　以下、軸の動きに応じたケーブル寿命の算出例について説明する。
〔１．２．１　寿命算出例１〕
　図８は、軸の第１の動作例を示すグラフである。図８に示す例においては、プログラム１サイクル中において、動作角の極大値（＝最大値）と極小値（＝最小値）が１つずつ存在する。
　このとき、動作角の最大値と最小値との差を動作角θａとし、アイリングモデルを適用することで、以下の式（２）によりケーブルの寿命（サイクル）が計算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、式（２）において、Ｌｒは、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｌｔは寿命試験でのケーブル寿命（サイクル数）、θｔは、寿命試験での動作角度である。
　式（２）で算出される、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）ＬｒにサイクルタイムＣＴを乗じることで、実動作でのケーブル寿命（時間）が計算される。
〔１．２．２　寿命算出例２〕
　図９は、軸の第２の動作例を示すグラフである。図９に示す例においては、プログラム１サイクル中において、２種類の動作角θａ１，θａ２が存在する。
　動作角が図９に示す例のように変化する場合、最初に、動作角θａ１，θａ２を計算する。次に、動作角θａ１で軸が動く回数Ｎ１と、動作角θａ２で軸が動く回数Ｎ２とをカウントする。図９に示す例の場合、Ｎ１＝１，Ｎ２＝３となる。
　このとき、以下のアイリングモデルに基づく式（３）、及びマイナー則に基づく式（４）によりケーブルの寿命（サイクル）が計算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）で算出される、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）ＬｒにサイクルタイムＣＴを乗じることで、実動作でのケーブル寿命（時間）が計算される。
　なお、式（３）及び式（４）を一般化すると、以下の式（５）及び式（６）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
〔１．２．３　寿命算出例３〕
　図１０は、軸の第３の動作例を示すグラフである。図１０に示す例においては、プログラム１サイクル中において、軸が不規則な動きをする。
　このとき、最初に、極大値と次の極小値までの動作角、あるいは極小値から次の極大値までの動作角θａ１，θａ２，・・・，θａｉを算出する。なお、これらの動作角は、極大値から極小値に至る動作、あるいは、極小値から極大値に至る動作に対応するため、動作角θａ１，θａ２，・・・，θａｉで軸が動く回数を、それぞれ０．５回とカウントする。
　このとき、以下のアイリングモデルに基づく式（７）及びマイナー則に基づく式（８）によりケーブルの寿命（サイクル）が計算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（５）で算出される、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）ＬｒにサイクルタイムＣＴを乗じることで、実動作でのケーブル寿命（時間）が計算される。
　寿命算出部１０２は、例えば、上記の〔１．２．１　寿命算出例１〕～〔１．２．３　寿命算出例３〕の方法により、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
　図３に戻ると、制御装置２０は、上記の寿命予測装置１０に加え、記憶部２０１と、動作演算部２０２と、機械駆動部２０３とを備える。
　記憶部２０１は、主として、産業用機械３０を制御するための制御プログラムを記憶する。とりわけ、産業用機械３０が工作機械である場合には、加工プログラムを、産業用機械３０がロボットである場合には、作業プログラムを記憶する。
　動作演算部２０２は、記憶部２０１に記憶された制御プログラムを解析することにより、産業用機械３０を動作させるための指令値を演算する。
　機械駆動部２０３は、動作演算部２０２によって演算された指令値を用いて、産業用機械３０が備える各軸を駆動する。
〔１．３　第１実施形態の動作〕
　寿命予測装置１０においては、最初に動作量解析部１０１が、制御装置２０から取得した産業用機械３０の動作プログラムを解析することにより、当該動作プログラム１サイクルにおける各軸の動作量を算出する。
　次に、寿命算出部１０２が、動作量解析部１０１によって解析された各軸の動作量に対し、アイリングモデルに基づいた、動作量とケーブルの寿命との関係式等を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
〔２　第２実施形態〕
　以下、本発明の第２実施形態について図１１～図１５を参照して説明する。
〔２．１　全体構成〕
　本発明の第２実施形態に係る寿命予測システム１Ａは、第１実施形態に係る寿命予測システム１と異なり、寿命予測装置１０の代わりに寿命予測装置１０Ａを備える。なお、基本的な全体構成は、図１に示す構成と同様であるため、その図示は省略する。また、以下の説明において、寿命予測装置１０Ａが備える構成要素のうち、寿命予測装置１０が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示すと共に、その機能の説明を省略する。
〔２．２　寿命予測装置の構成〕
　図１１は、寿命予測装置１０Ａの機能ブロック図である。寿命予測装置１０Ａは、寿命予測装置１０と異なり、寿命算出部１０２の代わりに寿命算出部１０２Ａを備えると共に、更に、応力算出部１０３を備える。
　応力算出部１０３は、動作量解析部１０１によって解析された動作量に対して、動作量とケーブル３５に生じる応力との関係を適用することにより、当該応力を算出する。
　第１実施形態においては、産業用機械３０における各軸の軸角度と、ケーブル３５の曲げや捻りによる応力が比例関係にあることを前提としていた。しかし、実際には必ずしも、各軸の軸角度とケーブル３５の曲げや捻りによる応力とは比例関係とはならない。
　そこで、ケーブル３５の挙動や応力を計算するシミュレーションソフトにより、動作量と応力との関係を計算し、後述のように、この関係から算出される応力をケーブル寿命の計算に使用する。
　図１２は、シミュレーション結果としての、動作量（軸角度）と応力との関係を示すグラフである。第２実施形態においては、応力算出部１０３が、図１２に例示される動作量と応力との関係を、図５に例示される動作量に適用することにより、各動作量に対応する、ケーブル３５に生じる応力を算出する。
　寿命算出部１０２Ａは、応力算出部１０３によって算出された応力に、アイリングモデルに基づいた応力とケーブル３５の寿命との関係式を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
　ここで、本実施形態に適用するアイリングモデルは、以下の式（９）によって表すことが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　なお、式（９）において、Ｌｒは、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｌｔは寿命試験でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｓｒは、実動作での応力、Ｓｔは、寿命試験での応力、αは定数である。
　更に、Ｌｔ及びαを求めるために、事前に、以下のような寿命試験を実行しておく。
　図１３は、寿命試験の方法を模式的に示す図である。図１３に示すように、ケーブル３５に抵抗測定器５０を接続し、ケーブルを複数の負荷条件に従って、所定の捻回角度で捻りながら、当該捻回角度に対応する応力を算出しつつ、抵抗が２０％上昇したサイクル数をカウントする。以下の表２は、試験結果の例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　次に、表２に示す寿命試験の結果を、横軸を応力の対数表示とし、縦軸をケーブル寿命の対数表示とするグラフにプロットする。図１４は、プロットしたグラフの例を示す。図７に例示するグラフ中のプロットを近似した直線の傾きが－αとなる。
　以下、軸の動きに応じたケーブル寿命の算出例について説明する。
〔２．２．１　寿命算出例４〕
　図１５は、応力の変動例を示すグラフである。図１５に示す例においては、プログラム１サイクル中において、応力の極大値（＝最大値）と極小値（＝最小値）が１つずつ存在する。
　このとき、応力の最大値と最小値との差を、応力振幅Ｓａとし、アイリングモデルを適用することで、以下の式（１０）によりケーブルの寿命（サイクル）が計算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　なお、式（１０）において、Ｌｒは、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｌｔは寿命試験でのケーブル寿命（サイクル数）、Ｓｔは、寿命試験での応力である。
　式（１０）で算出される、実動作でのケーブル寿命（サイクル数）ＬｒにサイクルタイムＣＴを乗じることで、実動作でのケーブル寿命（時間）が計算される。
〔２．３　第２実施形態の動作〕
　寿命予測装置１０Ａにおいては、最初に動作量解析部１０１が、制御装置２０から取得した産業用機械３０の動作プログラムを解析することにより、当該動作プログラム１サイクルにおける各軸の動作量を算出する。
　次に、応力算出部１０３が、動作量解析部１０１によって解析された動作量に、動作量とケーブル３５に生じる応力との関係を適用することにより、応力を算出する。
　最後に、寿命算出部１０２Ａが、応力算出部１０３によって算出された応力に対し、アイリングモデルに基づいた、応力とケーブルの寿命との関係式等を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
〔３　第３実施形態〕
　以下、本発明の第３実施形態について図１６を参照して説明する。
　ソフトウェアが計算し指令した動作に対するモータの動作の遅れ、信号待ちによる停止時間、休日・夜間における稼働の停止、及び、視覚センサ等のセンサからの情報に基づいて軸の動作が補正されること等により、産業用機械３０の実際の動作は、動作プログラムを連続で繰り返し実行した場合の動作とは、完全には一致しない。
　ここで、図４に記載のプログラムを参照すると、５行目から８行目までは信号待ちの指令となっている。プログラムだけで寿命計算をする場合には、常に製品がラインを流れてくることを前提とする。しかし、実際には、図４に記載のプログラムに示すように、信号待ちが発生することがある。従って、実際の動作データから寿命の計算をすることが望まれる。
　そこで、本実施形態においては、稼働中の産業用機械については、稼働開始から現在までのケーブル寿命の低下を、実際の動作のデータから求める。
〔３．１　全体構成〕
　本発明の第３実施形態に係る寿命予測システム１Ｂは、第１実施形態に係る寿命予測システム１と異なり、寿命予測装置１０の代わりに寿命予測装置１０Ｂを備える。なお、基本的な全体構成は、図１に示す構成と同様であるため、その図示は省略する。また、以下の説明において、寿命予測装置１０Ｂが備える構成要素のうち、寿命予測装置１０が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示すと共に、その機能の説明を省略する。
〔３．２　寿命予測装置の構成〕
　図１６は、寿命予測装置１０Ｂの機能ブロック図である。寿命予測装置１０Ｂは、寿命予測装置１０と異なり、動作量解析部１０１、寿命算出部１０２に加えて、積算動作量解析部１０４、損傷度算出部１０５、余寿命算出部１０６、警告表示部１０７を備える。
　積算動作量解析部１０４は、産業用機械３０の過去の運動記録に基づいて、産業用機械３０が備える動作軸の積算動作量を解析する。
　具体的には、積算動作量解析部１０４は、〔１．２．３　寿命算出例３〕で、動作プログラムを解析した際の、極大値と次の極小値までの動作角、あるいは極小値から次の極大値までの動作角θａ１，θａ２，・・・，θａｉを算出したのと同様の方法により、ロボットの稼動開始から現在までの動作の記録に基づき、極大値と次の極小値までの動作角、あるいは極小値から次の極大値までの動作角θａ１，θａ２，・・・，θａｉを算出する。
　なお、これらの動作角は、極大値から極小値に至る動作、あるいは、極小値から極大値に至る動作に対応するため、動作角θａ１，θａ２，・・・，θａｉで軸が動く回数を、それぞれ０．５回とカウントする。なお、ｉは、１年間で３００，０００以上になることが見込まれる。
　また、過去の運動記録は、制御装置２０内で計算された動作指令に基づくものでも、産業用機械３０に備わった位置センサからのフィードバックに基づくものでもよい。
　損傷度算出部１０５は、積算動作量解析部１０４によって解析された積算動作量に、アイリングモデルに基づいた積算動作量と、ケーブルの損傷度との関係式を適用することにより、損傷度を算出する。
　具体的には、以下のアイリングモデルに基づく式（１１）及びマイナー則に基づく式（１２）を用いることにより、ケーブル３５の損傷度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　ここで、Ｄはケーブル３５の損傷度であり、ケーブル３５が寿命に達していない場合、０≦Ｄ＜１の値である。また、Ｌｔは、寿命試験でのケーブル寿命（サイクル）である。更に、θｔは、寿命試験での動作角度である。
　余寿命算出部１０６は、寿命算出部１０２によって算出されたケーブル寿命の予測値と、損傷度算出部１０５によって算出されたケーブル３５の損傷度とから、ケーブル３５の余寿命の予測値を算出する。
　具体的には、損傷度Ｄと、ケーブル寿命の予測値Ｌｒを、以下の式（９）に代入することにより、ケーブル３５の余寿命の予測値Ｌｒｍを算出する。
　Ｌｒｍ＝（１－Ｄ）×Ｌｒ　（９）
　警告表示部１０７は、余寿命算出部１０６によって算出された余寿命が閾値未満になった際に、後述の表示部１２０に警告を表示する。
　また、寿命予測装置１０Ｂは、表示部１２０を備える。表示部１２０は、例えば上記のように、警告を表示する。表示部１２０は、例えば液晶モニタによって実現することが可能である。
〔３．３　第３実施形態の動作〕
　寿命予測装置１０Ｂにおいては、最初に動作量解析部１０１が、制御装置２０から取得した産業用機械３０の動作プログラムを解析することにより、当該動作プログラム１サイクルにおける各軸の動作量を算出する。
　次に、寿命算出部１０２が、動作量解析部１０１によって解析された各軸の動作量に対し、アイリングモデルに基づいた、動作量とケーブルの寿命との関係式等を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
　次に、積算動作量解析部１０４が、産業用機械３０の過去の運動記録に基づいて、産業用機械３０が備える動作軸の積算動作量を解析する。
　次に、損傷度算出部１０５が、解析された積算動作量に、アイリングモデルに基づいた積算動作量と、ケーブルの損傷度との関係式を適用することにより、損傷度を算出する。
　次に、余寿命算出部１０６が、寿命算出部１０２によって算出されたケーブル寿命の予測値と、損傷度算出部１０５によって算出されたケーブル３５の損傷度とから、ケーブル３５の余寿命の予測値を算出する。
　最後に、余寿命が閾値未満になった際に、警告表示部１０７が表示部１２０に警告を表示する。
〔４　第４実施形態〕
　以下、本発明の第４実施形態について図１７を参照して説明する。
　本発明の第３実施形態に係る寿命予測装置１０Ｂは、第１実施形態に係る寿命予測装置１０に対し、概して、積算動作量解析部１０４、損傷度算出部１０５、余寿命算出部１０６、警告表示部１０７を付加することにより、産業用機械３０の稼動開始から現在までの動作の記録に基づいて、ケーブル３５の余寿命の予測値を算出し、余寿命が閾値未満である場合には、警告を発するものであった。
　一方、第４実施形態に係る寿命予測装置１０Ｃは、第２実施形態に係る寿命予測装置１０Ａに対し、概して、積算動作量解析部１０４、損傷度算出部１０５、余寿命算出部１０６、警告表示部１０７を付加することにより、産業用機械３０の稼動開始から現在までの動作の記録に基づいて、ケーブル３５の余寿命の予測値を算出し、余寿命が閾値未満である場合には、警告を発するものである。
〔４．１　全体構成〕
　本発明の第４実施形態に係る寿命予測システム１Ｃは、第１実施形態に係る寿命予測システム１と異なり、寿命予測装置１０の代わりに寿命予測装置１０Ｃを備える。なお、基本的な全体構成は、図１に示す構成と同様であるため、その図示は省略する。また、以下の説明において、寿命予測装置１０Ｃが備える構成要素のうち、寿命予測装置１０、１０Ａ、１０Ｂが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示すと共に、その機能の説明を省略する。
〔４．２　寿命予測装置の構成〕
　図１７は、寿命予測装置１０Ｃの機能ブロック図である。寿命予測装置１０Ｃは、寿命予測装置１０Ａと異なり、動作量解析部１０１、寿命算出部１０２Ａ、応力算出部１０３に加えて、積算動作量解析部１０４、損傷度算出部１０５、余寿命算出部１０６、警告表示部１０７を備える。
〔４．３　第４実施形態の動作〕
　寿命予測装置１０Ｃにおいては、最初に動作量解析部１０１が、制御装置２０から取得した産業用機械３０の動作プログラムを解析することにより、当該動作プログラム１サイクルにおける各軸の動作量を算出する。
　次に、応力算出部１０３が、動作量解析部１０１によって解析された動作量に、動作量とケーブル３５に生じる応力との関係を適用することにより、応力を算出する。
　次に、寿命算出部１０２Ａが、応力算出部１０３によって算出された応力に対し、アイリングモデルに基づいた、応力とケーブルの寿命との関係式等を適用することにより、ケーブル３５の寿命の予測値を算出する。
　次に、積算動作量解析部１０４が、産業用機械３０の過去の運動記録に基づいて、産業用機械３０が備える動作軸の積算動作量を解析する。
　次に、損傷度算出部１０５が、解析された積算動作量に、アイリングモデルに基づいた積算動作量と、ケーブルの損傷度との関係式を適用することにより、損傷度を算出する。
　次に、余寿命算出部１０６が、寿命算出部１０２によって算出されたケーブル寿命の予測値と、損傷度算出部１０５によって算出されたケーブル３５の損傷度とから、ケーブル３５の余寿命の予測値を算出する。
　最後に、余寿命が閾値未満になった際に、警告表示部１０７が表示部１２０に警告を表示する。
〔５　第１実施形態～第４実施形態が奏する効果〕
　（１）　上記の実施形態に係る寿命予測装置は、産業用機械（例えば、上記の「産業用機械３０」）で用いられるケーブルの寿命予測装置（例えば、上記の「寿命予測装置１０」）であって、前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部（例えば、上記の「動作量解析部１０１」）と、前記動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部（例えば、上記の「寿命算出部１０２」）と、を備える。
　これにより、ユーザの保守の負担を軽減するために、ケーブルの本来の寿命である実力寿命を算出し、ケーブルの交換の周期を長くすることが可能となる。
　とりわけ、産業用機械３０の動作から算出されるケーブル３５の適切な交換時期についての情報をユーザに提供し、ユーザの保守の負担を軽減することができる。
　また、特に回転動作をする動作軸においては、動作軸に配線されるケーブル３５の寿命は、動作量の影響が大きいため、とりわけ回転動作軸が多い産業用機械３０において、ケーブル３５の交換周期を長くすることが可能となる。
　（２）　また、上記の実施形態に係る寿命予測装置は、産業用機械（例えば、上記の「産業用機械３０」）で用いられるケーブルの寿命予測装置（例えば、上記の「寿命予測装置１０Ａ」）であって、前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部（例えば、上記の「動作量解析部１０１」）と、前記動作量に、動作量と前記ケーブルに生じる応力との関係を適用することにより、前記応力を算出する応力算出部（例えば、上記の「応力算出部１０３）と、前記応力に、アイリングモデルに基づいた応力とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部（例えば、上記の「寿命算出部１０２Ａ」）と、を備える。
　これにより、産業用機械３０を構成する構成要素の角度と、当該構成要素に配置されるケーブルの曲げや捻りによる応力が比例関係に無い場合にも、ユーザの保守の負担を軽減するために、ケーブルの本来の寿命である実力寿命を算出し、ケーブルの交換の周期を長くすることが可能となる。
　（３）　（１）又は（２）に記載の寿命予測装置は、産業用機械の過去の運動記録に基づいて、前記動作軸の積算動作量を解析する積算動作量解析部（例えば、上記の「積算動作量解析部１０４」）と、前記積算動作量に、前記アイリングモデルに基づいた、積算動作量と前記ケーブルの損傷度との関係を適用することにより、前記ケーブルの損傷度を算出する損傷度算出部（例えば、上記の「損傷度算出部１０５」）と、前記ケーブルの寿命の予測値と前記損傷度とから、前記ケーブルの余寿命の予測値を算出する余寿命算出部（例えば、上記の「余寿命算出部１０６」）と、を更に備えてもよい。
　これにより、過去における、産業用機械３０の実際の動作から算出されるケーブル３５の適切な交換時期についての情報をユーザに提供し、ユーザの保守の負担を軽減することができる。
　（４）　（３）に記載の寿命予測装置は、余寿命が閾値未満になった際に警告を表示する警告表示部（例えば、上記の「警告表示部１０７」）を備えてもよい。
　これにより、寿命予測装置１０Ｂ又は１０Ｃのオペレータは、適切なケーブルの交換時期を認識することが可能となる。
〔６　変形例〕
〔６．１　変形例１〕
　上記の第２実施形態に係る寿命予測装置１０Ａは、第１実施形態における寿命予測装置１０が実行する〔１．２．１　寿命算出例１〕の動作角を応力に置き換えた、〔２．２．１　寿命算出例４〕を実行することにより、ケーブルの寿命の予測値を算出する例について記載したが、これには限定されない。
　例えば、第１実施形態における寿命予測装置１０が実行する〔１．２．２　寿命算出例２〕及び〔１．２．３　寿命算出例３〕の動作角を応力に置きかえた方法により、ケーブルの寿命の予測値を算出してもよい。
〔６．２　変形例２〕
　第１実施形態に係る寿命予測装置１０及び第２実施形態に係る寿命予測装置１０Ａは、表示部を備えないとしたが、これには限定されない。例えば、寿命予測装置１０又は１０Ａが表示部を備え、寿命算出部１０２又は１０２Ａによって算出された寿命の予測値を表示部で表示してもよい。
　また、これらの場合、及び、第３実施形態に係る寿命予測装置１０Ｂ及び第４実施形態に係る寿命予測装置１０Ｃにおいて、表示部が寿命予測装置１０～１０Ｃに組み込まれた構成とするのではなく、寿命予測装置１０～１０Ｃとは別体としてもよい。あるいは、表示部が制御装置２０に組み込まれた構成としてもよい。
〔６．３　変形例３〕
　また、上記の第１実施形態に係る寿命予測装置１０～第４実施形態に係る寿命予測装置１０Ｃは、産業用機械３０と別体であるとしたが、これには限定されない。例えば、寿命予測装置１０～寿命予測装置１０Ｃが、産業用機械３０に組み込まれることにより、両者が一体化していてもよい。
〔６．４　変形例４〕
　また、上記の第１実施形態に係る寿命予測装置１０～第４実施形態に係る寿命予測装置１０Ｃは、制御装置２０の一機能として、ケーブルの寿命予測を実行する装置であったが、これには限定されない。例えば、オフラインでロボットシステムの構築検討をするようなＰＣ用ツールの一機能として、ロボットの１サイクルの動作データを元に、シミュレーションを行い、ロボットに使用されているケーブルの寿命を推定する機能を実現してもよい。
　上記の寿命予測装置１０～１０Ｃ及び寿命予測システム１～１Ｃに含まれる各構成部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記の寿命予測装置１０～１０Ｃ及び寿命予測システム１～１Ｃに含まれる各構成部のそれぞれの協働により行なわれるデータ収集方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
　プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　寿命予測システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　寿命予測装置
１０１　動作量解析部
１０２，１０２Ａ　寿命算出部
１０３　応力算出部
１０４　積算動作量解析部
１０５　損傷度算出部
１０６　余寿命算出部
１０７　警告表示部
１２０　表示部
２０１　記憶部

Claims (8)

  1. 　産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置であって、
    　前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部と、
    　前記動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部と、
    を備える、寿命予測装置。
  2. 　産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置であって、
    　前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析部と、
    　前記動作量に、動作量と前記ケーブルに生じる応力との関係を適用することにより、前記応力を算出する応力算出部と、
    　前記応力に、アイリングモデルに基づいた応力とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出部と、
    を備える、寿命予測装置。
  3. 　前記産業用機械の過去の運動記録に基づいて、前記動作軸の積算動作量を解析する積算動作量解析部と、
    　前記積算動作量に、前記アイリングモデルに基づいた、積算動作量と前記ケーブルの損傷度との関係を適用することにより、前記ケーブルの損傷度を算出する損傷度算出部と、
    　前記ケーブルの寿命の予測値と前記損傷度とから、前記ケーブルの余寿命の予測値を算出する余寿命算出部と、
    を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の寿命予測装置。
  4. 　前記余寿命が閾値未満になった際に警告を表示する警告表示部を更に備える、請求項３に記載の寿命予測装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の寿命予測装置と、
    　前記寿命を表示する寿命表示装置とを備える、産業用機械。
  6. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の寿命予測装置と、
    　前記寿命を表示する寿命表示装置とを備える、プログラム作成システム。
  7. 　コンピュータを、産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置として機能させるためのプログラムであって、前記プログラムを前記コンピュータ上で実行することにより、前記コンピュータに、
    　前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析処理と、
    　前記動作量に、アイリングモデルに基づいた動作量とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出処理と、
    を行わせるためのプログラム。
  8. 　コンピュータを、産業用機械で用いられるケーブルの寿命予測装置として機能させるためのプログラムであって、前記プログラムを前記コンピュータ上で実行することにより、前記コンピュータに、
    　前記産業用機械を動作させるための動作プログラムに基づいて、前記産業用機械の動作軸の動作量を解析する動作量解析処理と、
    　前記動作量に、動作量と前記ケーブルに生じる応力との関係を適用することにより、前記応力を算出する応力算出処理と、
    　前記応力に、アイリングモデルに基づいた応力とケーブルの寿命との関係式を適用することにより、前記ケーブルの寿命の予測値を算出する寿命算出処理と、
    を行わせるためのプログラム。
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