(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体アクチュエータを動作させる制御手段と、前記流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定する圧力計と、前記流体アクチュエータへ流入する流体の瞬間流量を測定する流量計と、前記圧力計にて測定した圧力と前記流量計にて測定した瞬間流量から求めた流速との積を計算した値に基づき流体アクチュエータの劣化を判断する劣化判断手段と、を備えており、
前記劣化判断手段において、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が前記流体アクチュエータに流入した直後の前記積算された値の増加度合い、前記積算された値が一定となったときの値、前記積算された値が一定の値を示す時間および前記積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、流体アクチュエータの劣化を判断することを特徴とする流体アクチュエータシステムの異常検出装置。
【請求項２】
流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定するステップと、前記流体アクチュエータへ流入する流体の瞬間流量を測定するステップと、前記流体アクチュエータの流体の圧力と流速との積を計算するステップと、前記積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップと、からなり、
前記積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップにおいて、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が前記流体アクチュエータに流入した直後の前記積算された値の増加度合い、前記積算された値が一定となったときの値、前記積算された値が一定の値を示す時間および前記積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、流体アクチュエータの不良を判断することを特徴とする流体アクチュエータシステムの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水圧、油圧、気圧等を用いる流体アクチュエータの異常、及び、流体アクチュエータに接続された機構部の異常を検出するための流体アクチュエータの異常検出装置及び流体アクチュエータの異常検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電子部品等の小部品の組立工程において、流体アクチュエータを搬送に用いることがある。ここでは、１台のマニホールドに複数の流体アクチュエータを配置し、該流体アクチュエータをシーケンシャルに駆動することで、部品を搬送させ、組立を行っている。ここで、流体アクチュエータは、使用に伴い内部に汚れが溜まり、動作速度が不安定になると共に推力が下がる等の劣化が生じる。また、流体アクチュエータ自身の劣化とは別に、流体アクチュエータにて駆動される機構部の劣化、或いは、流体アクチュエータと該シリンダにて突かれる機構部との軸芯の偏心により、流体アクチュエータによる搬送加工速度が低下する。該流体アクチュエータの劣化及び機構部の劣化等が発生した際、即ち、目視により流体アクチュエータの動作に異常が認められた際には、交換或いは調整のために組み立てラインをその都度停止させていた。
【０００３】
上述したライン停止を防ぐためには、流体アクチュエータ及び機構部の劣化を予測し、トラブルの発生する以前に、ラインの定期整備の際に、交換及び調整を行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流体アクチュエータの劣化は、静的な解析、即ち、流体アクチュエータの停止状態で行える気圧経路の流体（空気）漏れ等は判断できるが、動的な解析、即ち、動作状態でしか判別できない動作速度及び推力の低下等は解析できなかった。ここで、流体アクチュエータは、製造メーカにより寿命の指標が与えられる場合もあるが、寿命は、使用環境（例えば、煤塵の多い箇所等）により大きく異なるため、メーカの指標に基づき正確に予測することができなかった。更に、該流体アクチュエータにより駆動される機構部の劣化、及び、該機構部を調整することが必要となるタイミングは、全く予想不可能であった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、流体アクチュエータ及び流体アクチュエータに接続される機構部を動的に解析し得る流体アクチュエータの異常検出装置及び流体アクチュエータの異常検出方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の流体アクチュエータの異常検出装置は、上記目的を達成するため、流体アクチュエータを動作させる制御手段と、前記流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定する圧力計と、前記流体アクチュエータへ流入する流体の瞬間流量を測定する流量計と、前記圧力計にて測定した圧力と前記流量計にて測定した瞬間流量から求めた流速との積を計算した値に基づき流体アクチュエータの劣化を判断する劣化判断手段と、を備えており、前記劣化判断手段において、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が前記流体アクチュエータに流入した直後の前記積算された値の増加度合い、前記積算された値が一定となったときの値、前記積算された値が一定の値を示す時間および前記積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、流体アクチュエータの劣化を判断することを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項２の流体アクチュエータの異常検出方法は、流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定するステップと、前記流体アクチュエータへ流入する流体の瞬間流量を測定するステップと、前記流体アクチュエータの流体の圧力と流速との積を計算するステップと、前記積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップと、からなり、前記積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップにおいて、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が前記流体アクチュエータに流入した直後の前記積算された値の増加度合い、前記積算された値が一定となったときの値、前記積算された値が一定の値を示す時間および前記積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、流体アクチュエータの不良を判断することを技術的特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の流体アクチュエータの異常検出方法は、流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定するステップと、前記流体アクチュエータへ流入する流体の瞬間流量を測定するステップと、前記流体アクチュエータの流体の圧力と流速との積を計算するステップと、前記積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップと、からなることを技術的特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の流体アクチュエータの異常検出方法は、請求項３において、上述した積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断するステップにおいて、正常時に測定された圧力と瞬間流量に基づき計算された流速との積の計算値と、動作を繰り返した後に測定された圧力と瞬間流量に基づき計算された流速との積の計算値との間の変化量が大きい際に、流体アクチュエータの不良と判断することを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項１の流体アクチュエータの異常検出装置においては、制御手段が流体アクチュエータを動作させ、圧力計により流体アクチュエータに流入する流体の圧力を測定し、流量計により流体アクチュエータに流入する流体の瞬間流量を測定する。劣化判断手段が、該圧力と瞬間流量から求められた流速との積を計算した値（パターンマッチング）に基づき流体アクチュエータの劣化を判断する。流体アクチュエータが劣化、或いは、流体アクチュエータに連結された機構部に不具合が発生すると、流体アクチュエータの動作に必要な上記力（積の計算値）が高まるので、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が流体アクチュエータに流入した直後の積算された値の増加度合い、積算された値が一定となったときの値、積算された値が一定の値を示す時間および積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行うことで流体アクチュエータ及び機構部の劣化を検出できる。
【００１１】
請求項２の流体アクチュエータの異常検出方法においては、流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定すると共に、流体アクチュエータへの流体の瞬間流量を測定し、流体アクチュエータの流体の圧力と瞬間流量から求められた流速との積を計算する。そして、積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断する。ここで、流体アクチュエータが劣化、或いは、流体アクチュエータに連結された機構部に不具合が発生すると、流体アクチュエータの動作に必要な上記力（積の計算値）が高まる。このため、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が流体アクチュエータに流入した直後の積算された値の増加度合い、積算された値が一定となったときの値、積算された値が一定の値を示す時間および積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、該積の計算値の変化量（パターンマッチング）に基づき流体アクチュエータ及び機構部の良否を判断することができる。
【００１２】
請求項３の流体アクチュエータの異常検出方法においては、流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定すると共に、流体アクチュエータへの流体の瞬間流量を測定し、流体アクチュエータの流体の圧力と瞬間流量から求められた流速との積を計算する。そして、積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断する。ここで、流体アクチュエータが劣化、或いは、流体アクチュエータに連結された機構部に不具合が発生すると、流体アクチュエータの動作に必要な上記力（積の計算値）が高まる。このため、該積の計算値の変化量（パターンマッチング）に基づき流体アクチュエータ及び機構部の良否を判断することができる。
【００１３】
請求項４においては、積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断する際に、正常時に測定された圧力と瞬間流量に基づき計算された流速との積の計算値と、動作を繰り返した後に測定された圧力と瞬間流量に基づき計算された流速との積の計算値との間の変化量が大きい際に、流体アクチュエータの不良と判断する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係る流体アクチュエータの異常検出装置及び流体アクチュエータの異常検出方法について図を参照して説明する。
【００１５】
ここで、電磁弁３２により制御される流体アクチュエータ２０及び該流体アクチュエータにて駆動される機構部４０との構成について、図１を参照して説明する。図１（Ａ）は、流体アクチュエータ２０の上半分を切り欠いて示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す図である。流体アクチュエータ２０は、シリンダ２２と、ピストン２６と、ピストン２６に連結されたロッド２４かなり、シリンダ２２の通孔２２ａに配設されたシールパッキング２４ａと、ピストン２６に配設されたピストンパッキング２６ａとにより気密性が保たれるように構成されている。
【００１６】
一方、流体アクチュエータ２０にて駆動される機構部４０は、図１（Ｂ）に示すように被搬送物を載置して移動するプレート４２と、該プレート４２を支持する摺動板４６と、該摺動板４６をベアリング４８を介して摺動させるリニアレール４４とからなる。図１（Ａ）中に示すように流体アクチュエータ２０のロッド２４にて、リニアレール上をプレート４２が水平に移動させられる。
【００１７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、電磁弁３２による流体アクチュエータ２０の制御を示している。図２（Ａ）に示すように電磁弁３２により、ＡポートＡＰと排出管ＥＸＨ. Ａとが接続され、ＢポートＢＰとＰポートＰＰとが接続されることで、該ＰポートＰＰから供給される流体（空気）によってピストン２６が図中左側へ押され、ロッド２４を引き入れる。反対に、図２（Ｂ）に示すように流体アクチュエータ２０は、電磁弁３２により、ＡポートＡＰとＰポートＰＰとが接続され、ＢポートＢＰと排出管ＥＸＨ. Ｂとが接続されることで、該ＰポートＰＰから供給される流体（空気）によってピストン２６が図中右側へ押され、ロッド２４を流体アクチュエータから押し出す。
【００１８】
引き続き、流体アクチュエータ２０及び機構部４０を異常検出する異常検出装置の構成について、図３を参照して説明する。ここでは、図１及び図２を参照して上述したマニホールド３０に取り付けられている流体アクチュエータ２０及び機構部４０を取り外して、図２を参照して上述した電磁弁３２と同じ動作の異常検出用の電磁弁５０にて制御させ、本実施形態の異常検出装置を取り付け、寿命異常検出を行う。ここで、異常検出装置は、電磁弁５０のＰポートＰＰへの空気の瞬間流量を計測する流量計１２と、該電磁弁５０のＡポートＡＰから流体アクチュエータ内２０の気室Ａ側に流入する流体（空気）の圧力を測定する第１圧力計１４Ａと、該電磁弁５０のＢポートＢＰから流体アクチュエータ２０内の気室Ｂ側に流入する流体（空気）の圧力を測定する第２圧力計１４Ｂと、該電磁弁５０を制御すると共に第１、第２圧力計１４Ａ、１４Ｂ及び流量計１２からの測定値を入力して流体アクチュエータの劣化回数を測定するコンピュータ１０からなる。
【００１９】
本実施形態の異常検出の説明に先立ち、この異常検出方法の原理について説明する。本発明者は、流体アクチュエータに加えられる圧力と流速との積を計算した値（以下風力として参照する）が、流体アクチュエータを駆動するのに必要な入力値と相関関係を有するとの着想を持った。そして、この着想に基づき該風力を監視することで、流体アクチュエータ及び流体アクチュエータにて駆動される機構部の劣化、更には、流体アクチュエータ２０と機構部４０との軸芯のずれなど、負荷の増大を数値化することにより、異常箇所の調整、又は、交換が必要となるタイミングを予測することが可能になる図３に示す装置を発案した。
【００２０】
図３に示す異常検出装置により異常検出を行った結果について、図６乃至図４のグラフを参照して説明する。この異常検出では、流体アクチュエータ単体、即ち、流体アクチュエータに機構部４０を接続せず、該流体アクチュエータのみの劣化を判断すると共に、図３中に示すように流体アクチュエータ２０に機構部４０を連結した状態で異常検出を行った。
【００２１】
図５は、流体アクチュエータ２０に機構部４０を連結しない無負荷状態で、劣化の生じていない新品の流体アクチュエータのピストン２６を一往復させた際の測定結果のグラフである。ここでは、縦軸にアクチュエータ圧Ａ及びアクチュエータ圧Ｂと、風力とを示し、横軸に経過時間（ｓｅｃ）を示している。ここで、アクチュエータ圧Ａは、図３中に示すシリンダ内の気室Ａ側の圧力を意味し、圧力計１４Ａにて測定された圧力値であり、他方、アクチュエータ圧Ｂは、気室Ｂ側の圧力を意味し、圧力計１４Ｂにて測定された圧力値である。また、風力とは、圧力計１４Ａ及び圧力計１４Ｂにて測定された圧力値（Ｋｇ／ｃｍ2 ）に、流量計１２にて測定された瞬間流量を積分処理して求めた流速（ｃｍ3 ／ｓｅｃ）の積を計算した値（Ｋｇ・ｃｍ／ｓｅｃ）である。
【００２２】
ここでは、最初に、図２（Ｂ）に示すようＡポートＡＰとＰポートＰＰとを接続させ、ＢポートＢＰと排出管ＥＸＨ. Ｂとを接続させるよう電磁弁３２を切り替えることで、該ＰポートＰＰから供給される流体（空気）を気室Ａへ流入して、ピストン２６を図中右側へ押し、ロッド２４を流体アクチュエータから押し出し始める。そして、０．３５秒経過時にほぼ、ピストン２６の右端への移動が完了する。そのとき、図２（Ａ）に示すよう電磁弁３２により、ＡポートＡＰと排出管ＥＸＨ. Ａとを接続し、ＢポートＢＰとＰポートＰＰとを接続することで、該ＰポートＰＰから供給される流体（空気）を気室Ｂへ流入して、ピストン２６を図中左側へ押し、ロッド２４を引き入れ始める。該ピストン２６を押し始めてから移動を終了するまでにも約１．３秒を必要としている。
【００２３】
図５のグラフ中で、圧力と流速との積の計算値である風力は、上述したようにピストン２６を移動させるのに必要な入力値との相関関係を有する値となり、正常な流体アクチュエータを駆動するに必要な入力値と、正常な流体アクチュエータにて発生する入力パターンを示すことになる。
【００２４】
図６は、図３に示すように流体アクチュエータ２０に機構部４０を連結した負荷状態で、劣化の生じていない新品の流体アクチュエータのピストン２６を一往復させた際の測定結果のグラフである。当該図６中に示す風力のパターンは、図５中に示す無負荷の流体アクチュエータによる風力のパターンと異なっており、また、風力値が高まっていることが分かる。
【００２５】
図７は、内部が汚れた流体アクチュエータによる風力のパターンを示している。当該図７中に示す風力のパターンは、図５中に示す正常時の流体アクチュエータによる風力のパターンと異なっており、また、風力値が低下していることが分かる。風力値が低下しているのは、内部の汚れにより風速が低下しているからである。
【００２６】
図８は、ロッドパッキングが磨耗した際の風力のパターンを示している。当該図８中に示す風力のパターンは、図５中に示す正常時の流体アクチュエータによる風力のパターンと異なり、急峻に高まり、非常に高いピークから低下していることが分かる。
【００２７】
図９は、シリンダパッキングが磨耗（磨耗小）した際の風力のパターンを示している。当該図９中に示す風力のパターンは、図５中に示す正常時の流体アクチュエータによる風力のパターンと近似しているが、風力値がやや高くなっていることが分かる。
【００２８】
図１０は、シリンダパッキングが磨耗（磨耗大）した際の風力のパターンを示している。当該図１０中に示す風力のパターンは、図５中に示す正常時の流体アクチュエータによる風力のパターンと異なり、長期に渡り風力が高くなり、また、風力の値がやや高くなっていることが分かる。
【００２９】
上述した正常時及び磨耗時の風力量をグラフにして図１１に示す。また、各劣化時のパラメータを次の図表中に示す。
0003638429.tif 000002
【００３０】
図中に示すように風力量の変化パターンが異なるので、風力量の比較と風力変化パターンのパターンマッチングを行うことで、正常か否か、及び、劣化箇所の特定を行い得る。
ここで、パターンマッチングとして次の点を比較することできる。
（１）風力の最初の立ち上がり量がどれだけか
（２）風力が一定に成った後、再び風力が上昇しているかどうか
（３）風力一手の時間がどれだけか
（４）風力一定のときの風力がどれだけか
【００３１】
上述したパターンマッチングにより流体アクチュエータの寿命を動的に解析することができる。設備の定期点検の際に当該寿命の予測された流体アクチュエータを交換することで、組み立て作業中に流体アクチュエータに不具合が発生して、組み立てラインを停止して流体アクチュエータを交換する等の事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００３２】
ここで、図３に示すコンピュータ１０による流体アクチュエータのパターンマッチング処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。まず、コンピュータ１０は、電磁弁５０の切り替えタイミングになったかを判断し（Ｓ１２）、切り替えタイミングになると（Ｓ１２がＹｅｓ）、電磁弁を切り替える（Ｓ１４）。即ち、図２（Ａ）を参照して上述した状態に流体アクチュエータがある際には、図２（Ｂ）に示すようにポートを切り替え、反対に、図２（Ｂ）に示す状態では図２（Ａ）に示すようにポートを切り替える。そして、第１圧力計１４Ａ、第２圧力計１４Ｂ及び流量計１２からの圧力値及び瞬間流量値を入力する（Ｓ１８）。その後、入力した圧力値と瞬間流量に基づく流速値との積を計算（積分処理）して風力を求め（Ｓ２０）、求めた風力値の変化パターンと正常時の変化パターン（例えば、初期状態）と比較する（Ｓ２２）。ここで、パターンに変動がない場合には（Ｓ２２がＯＫ）、ステップ１２へ戻り測定を継続する。他方、パターンの差が大きくなると（Ｓ２２がＮＧ）、パターンマッチングにより磨耗箇所を特定し、処理を終了する。
【００３３】
本実施形態では、風力の変化パターンに基づき劣化を判断しているが、風力のピーク値の変動に基づき流体アクチュエータの劣化を判断することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の流体アクチュエータの異常検出装置によれば、制御手段が流体アクチュエータを動作させ、圧力計により流体アクチュエータに流入する流体の圧力を測定し、流量計により流体アクチュエータに流入する流体の瞬間流量を測定する。劣化判断手段が、該圧力と瞬間流量から求められた流速との積を計算した値（パターンマッチング）に基づき流体アクチュエータの劣化を判断する。流体アクチュエータが劣化、或いは、流体アクチュエータに連結された機構部に不具合が発生すると、流体アクチュエータの動作に必要な上記力（積の計算値）が高まるので、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が流体アクチュエータに流入した直後の積算された値の増加度合い、積算された値が一定となったときの値、積算された値が一定の値を示す時間および積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行うことで流体アクチュエータ及び機構部の劣化を検出できる。
【００３５】
請求項２の流体アクチュエータの異常検出方法よれば、流体アクチュエータへ流入する流体の圧力を測定すると共に、流体アクチュエータへの流体の流量を測定し、流体アクチュエータの流体の圧力と流量から求められた流速との積を計算する。そして、積の計算値の変化量に基づき流体アクチュエータの良否を判断することができる。このため、正常時に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンと、動作を繰り返した後に測定された圧力及び瞬間流量に基づき積算された値の変化パターンについて、流体が流体アクチュエータに流入した直後の積算された値の増加度合い、積算された値が一定となったときの値、積算された値が一定の値を示す時間および積算された値が一定の値を示した後の値の増大の有無の比較を行い、該積の計算値の変化量を測定することで流体アクチュエータ及び機構部の良否を動的に解析、即ち、動的な寿命を予測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、図１中のマニホールドに配置される流体アクチュエータを示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中に示す機構部のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、流体アクチュエータの動作を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る異常検出装置を構成を示す説明図である。
【図４】異常検出装置のコンピュータによる測定処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る異常検出装置による無負荷状態の良品流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図６】異常検出装置による負荷状態の良品流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図７】異常検出装置による無負荷状態の内部汚れ流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図８】異常検出装置による負荷状態の劣化品流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図９】異常検出装置による負荷状態の劣化品流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図１０】異常検出装置による負荷状態の劣化品流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【図１１】各状態に於ける劣化品流体アクチュエータの風力量を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  コンピュータ
１２  流量計
１４Ａ  第１圧力計
１４Ｂ  第２圧力計
２０  流体アクチュエータ
２２  シリンダ
２４  ロッド
２６  ピストン
３０  マニホールド（電磁弁集合配管台）
３２  電磁弁
５０  電磁弁
【図１】
0003638429.tif 000003
【図２】
0003638429.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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