(57)【要約】      （修正有）【課題】サーボモータを用いた転てつ機の転換動作の異常及びその要因を判定可能とする技術の実現。【解決手段】転換異常判定装置は、転てつ機から取得した転換トルクデータを、解錠工程、転換工程及び鎖錠工程といった３つの工程範囲に分割して解析する。例えば、各工程範囲について蓄積記憶された前記転換トルクデータに基づいて、ピーク解析や近似度解析を行う。そして、これらの工程範囲別の解析結果を用いて、転換異常の有無やその要因を判定する。【選択図】図２
2015009651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定回転数制御によるサーボモータの駆動力によって転換動作を行う転てつ機の一連の転換動作に係る転換トルクデータを取得するデータ取得手段と、
一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程での最大トルクを前記転換トルクデータから抽出する最大トルク抽出手段と、
前記工程それぞれの最大トルクが、前記工程それぞれにおける最大トルクの通常分布範囲内か否かを少なくとも用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する判定手段と、
を備えた転換異常判定解析装置。
【請求項２】
前記判定手段により正常と判定された前記転換トルクデータを蓄積記憶する記憶手段と、
前記蓄積記憶された前記転換トルクデータに基づいて、前記工程それぞれの前記通常分布範囲を決定する通常分布範囲決定手段と、
を更に備えた請求項１に記載の転換異常判定解析装置。
【請求項３】
前記蓄積記憶された前記転換トルクデータに基づいて、平均トルクカーブを算出する平均トルクカーブ算出手段を更に備え、
前記判定手段は、前記データ取得手段により取得された転換トルクデータのトルクカーブと前記平均トルクカーブとの近似度を算出する近似度算出手段を有し、当該算出した近似度を更に用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する、
請求項２に記載の転換異常判定解析装置。
【請求項４】
コンピュータを、
定回転数制御によるサーボモータの駆動力によって転換動作を行う転てつ機の一連の転換動作に係る転換トルクデータを取得するデータ取得手段、
一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程での最大トルクを前記転換トルクデータから抽出する最大トルク抽出手段、
前記工程それぞれの最大トルクが、前記工程それぞれにおける最大トルクの通常分布範囲内か否かを少なくとも用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する判定手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転てつ機の転換動作に異常が発生したか否かを判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータをサーボモータとした電気転てつ機が知られている。例えば、特許文献１には、サーボモータに付随するエンコーダからモータの回転数に比例した数のパルスを取得するとともにモータの負荷を測定することで、一連の転換動作（転換ストローク）に対するモータのトルク（転換トルク）を表すグラフが得られる点が記載されている。また、一連の転換動作（転換ストローク）に対するモータのトルク（転換トルク）から、転換動作に異常が発生したか否かを判定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０８３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、一連の転換動作におけるトルクのピークが、上限値及び下限値が定められた許容範囲内の場合に正常と判定し、許容範囲外の場合に異常と判定するものである。異常の要因としては、上限値を超えた場合を異物介在、下限値を下回った場合を構成部品の摩耗又は脱落としている。
【０００５】
しかしながら、転換動作の異常の要因には、その他にも、分岐負荷の上昇、過密着或いは低密着、環境温度変化に伴うグリス等の内部抵抗の増加、電気回路の断線或いは短絡等による異常、などの様々な要因がある。そのため、特許文献１の技術のように、単にトルクのピークが正常範囲内だからといって、転換動作に異常が生じていないと保証することはできない。要因によっては、トルクのピークが正常であったとしても、異常の可能性もあるからである。また、トルクのピークが上限値を超えた要因を、画一的に異物介在と決めつけることもできない。そこで、要因別の異常の判定ができれば、有意な転換異常判定となり得る。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、サーボモータを用いた転てつ機の転換動作の異常及びその要因を判定可能とする技術の実現にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための第１の発明は、
定回転数制御によるサーボモータ（例えば、図１のサーボモータ１２）の駆動力によって転換動作を行う転てつ機の一連の転換動作に係る転換トルクデータを取得するデータ取得手段（例えば、図１のトルクデータ取得部２１０）と、
一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程での最大トルクを前記転換トルクデータから抽出する最大トルク抽出手段（例えば、図１のピーク解析部２２１）と、
前記工程それぞれの最大トルクが、前記工程それぞれにおける最大トルクの通常分布範囲内か否かを少なくとも用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する判定手段（例えば、図１の転換異常要因判定部２３０）と、
を備えた転換異常判定解析装置である。
【０００８】
また、他の発明として、
コンピュータを、
定回転数制御によるサーボモータの駆動力によって転換動作を行う転てつ機の一連の転換動作に係る転換トルクデータを取得するデータ取得手段、
一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程での最大トルクを前記転換トルクデータから抽出する最大トルク抽出手段、
前記工程それぞれの最大トルクが、前記工程それぞれにおける最大トルクの通常分布範囲内か否かを少なくとも用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する判定手段、
として機能させるためのプログラム（例えば、図１の転換異常要因判定部２３０）を構成することとしてもよい。
【０００９】
この第１の発明等によれば、転てつ機の転換異常及びその要因を判定することができる。すなわち、一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程での最大トルクが、それぞれの工程における最大トルクの通常分布範囲内か否かを少なくとも用いて、転換異常及びその要因を判定する。転換異常の要因によってトルクの異常が表れる工程が異なるため、要因別に転換異常か否かを判定することができる。
【００１０】
また、第２の発明として、第１の発明において、
前記判定手段により正常と判定された前記転換トルクデータを蓄積記憶する記憶手段（例えば、図１の累積トルクデータ３３０）と、
前記蓄積記憶された前記転換トルクデータに基づいて、前記工程それぞれの前記通常分布範囲を決定する通常分布範囲決定手段（例えば、図１の転換異常要因判定部２３０）と、
を更に備えた転換異常判定解析装置を構成することとしてもよい。
【００１１】
この第２の発明によれば、正常と判定された転換トルクデータを蓄積記憶し、次回以降の判定基準のデータに利用することができる。第１の発明によれば、各種の要因に応じた転換異常の判定を行うことができる。そのため、正常と判定された場合には、それらの要因全てに対応する異常が無いとして、以降の判定基準のデータとすることができるのが第２の発明である。
【００１２】
また、第３の発明として、第２の発明において、
前記蓄積記憶された前記転換トルクデータに基づいて、平均トルクカーブを算出する平均トルクカーブ算出手段（例えば、図１の近似度解析部２２２）を更に備え、
前記判定手段は、前記データ取得手段により取得された転換トルクデータのトルクカーブと前記平均トルクカーブとの近似度を算出する近似度算出手段（例えば、図１の近似度解析部２２２）を有し、当該算出した近似度を更に用いて、前記転てつ機の転換異常及びその要因を判定する、
転換異常判定解析装置を構成することとしてもよい。
【００１３】
この第３の発明によれば、かつて正常と判定された転換トルクデータの平均トルクカーブが算出され、この平均トルクカードと、判定対象の転換トルクデータとの近似度が算出される。そして、その近似度を用いて、転換異常及びその要因が判定される。転換異常の要因によっては、突発的にトルクが異常値となるのではなく、転換動作の全体に亘ってトルクが異常となる場合がある。この場合にも、転換異常であることを判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】転換異常判定装置の機能構成図。
【図２】転換トルクデータの一例。
【図３】平均トルクデータの生成の説明図。
【図４】転換トルクデータと平均トルクデータとの近似の度算出の説明図。
【図５】転換トルクデータにおける最大変化量及び最大トルク値の算出の説明図。
【図６】転換異常要因テーブルのデータ構成例。
【図７】ピーク通常分布範囲の設定の説明図。
【図８】累積トルクデータのデータ構成例。
【図９】転換異常判定処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［機能構成］
図１は、本実施形態の転換異常判定装置１の機能構成である。この転換異常判定装置１は、例えば機器室に設置され、電気転てつ機（以下、単に「転てつ機」という）１０と通信接続されており、転てつ機１０から各種信号（動作電流や負荷トルク、転換状態、転換方向など）を受信して転てつ機１０の状態をモニターする。また、転てつ機１０の転換動作時の負荷トルクから転換異常が発生しているか否かを判定するとともに、その転換異常要因を判定する。転てつ機１０は、ポイント転換の駆動源としてサーボモータ１２を備え、サーボモータ１２は、動作電流を制御することで回転数を一定とする定回転数制御がなされる。つまり、サーボモータ１２の動作電流から負荷トルクが求められる。なお、サーボモータ１２が負荷トルクの値を出力する場合には、動作電流から負荷トルクを算出する処理は省略できる。また、サーボモータ１２は定回転数で作動するため、回転数や回転角度から動作かんのストローク位置（転換位置）を求めることができる。
【００１６】
図１に示すように、転換異常判定装置１は、操作部１１０と、表示部１２０と、音声出力部１３０と、通信部１４０と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成されるコンピュータシステムである。
【００１７】
操作部１１０は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等で実現される入力装置であり、操作入力に応じた入力信号を処理部２００に出力する。表示部１２０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬＤ（Electro-Luminescence Display）等で実現される表示装置であり、処理部２００からの表示信号に基づく各種画面表示を行う。音声出力部１３０は、例えばスピーカ等で実現される音声出力装置であり、処理部２００からの音声信号に基づく各種音声出力を行う。通信部１４０は、例えば無線通信モジュールやルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路で実現される通信装置であり、外部機器との間で所定のデータ通信を行う。
【００１８】
処理部２００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置で実現され、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、転換異常判定装置１の全体制御を行う。また、処理部２００は、トルクデータ取得部２１０と、トルクデータ解析部２２０と、転換異常要因判定部２３０とを有し、転換異常判定プログラム３１０に従った転換異常判定処理（図９参照）を行う。
【００１９】
トルクデータ取得部２１０は、転てつ機１０の１回の転換動作に係る転換トルクデータを取得する。具体的には、転てつ機１０のサーボモータ１２の動作電流から負荷トルクを算出するとともに、サーボモータ１２の回転数から動作かんのストローク位置（転換位置）を算出する。そして、各ストローク位置における負荷トルクの変化を示す転換トルクデータを生成する。
【００２０】
図２は、転換トルクデータの一例である。図２では、横軸を時刻ｔ、縦軸を負荷トルクＴとして、１回の転換動作におけるトルクカーブ（トルク波形）を示している。なお、サーボモータ１２は定回転数制御で作動するため、転換開始からの経過時間（時刻ｔ）はストローク位置（転換位置）を示す。理解の容易さを考慮して、以下においては、ストローク位置の代わりに、適宜、時刻ｔを用いて図示・説明する。また、本実施形態では、ストローク位置を、解錠工程（前半）、転換工程（中半）、及び、鎖錠工程（後半）の３つの工程範囲に分割して解析することを特徴の１つとしている。
【００２１】
トルクデータ解析部２２０は、ピーク解析部２２１と、近似度解析部２２２と、変化量解析部２２３とを有し、トルクデータ取得部２１０によって取得された転換トルクデータに対する解析を行う。
【００２２】
ピーク解析部２２１は、転換トルクデータのピーク値を算出する「ピーク解析」を行う。すなわち、図２に示すように、転換トルクデータにおける３つの工程範囲（解錠／転換／鎖錠）それぞれにおける負荷トルクの最大値を、該当する工程範囲におけるピークＰとする。
【００２３】
近似度解析部２２２は、転換トルクデータと、平均トルクデータとの近似度（相関値）を算出する「近似度解析」を行う。平均トルクデータは、過去の正常な（すなわち、転換異常が発生していない）複数の転換トルクデータを平均化したトルクデータである。具体的には、過去の正常な転換トルクデータの集合である累積トルクデータ３３０のうちから、転換トルクデータと転てつ機、及び、転換方向が同じデータを抽出する。
【００２４】
次いで、図３に示すように、抽出した複数（Ｎ個）の累積トルクデータ３３０それぞれに対して、各時刻ｔにおけるトルクＴｉ（ｔ）の平均値を算出して平均トルクデータとする。そして、図４に示すように、転換開始時刻ｔ０を合わせて、解析対象の転換トルクデータと平均トルクデータとのトルクの差異を求めることで、近似度を算出する。このとき、３つの工程範囲それぞれについて近似度を求める。近似度の算出は、例えば式（１）に従って算出する。
【数１】
2015009651.tif 000003
すなわち、時刻ｔにおけるトルクＴｉ（ｔ）と平均トルクＴａ（ｔ）との二乗平均平方根を工程範囲Ｒに亘って時間平均した値を、当該工程範囲における転換トルクデータと平均トルクデータとの近似度Ｄとする。
【００２５】
変化量解析部２２３は、転換トルクデータにおける急激なトルク変化を算出する「変化量解析」を行う。すなわち、図５に示すように、転換トルクデータにおいて、所定の短時間間隔Δｔ（０．０５秒程度）における負荷トルクの変化量ΔＴを算出し、これらのうちから最大のものを最大変化量とする。また、全期間における負荷トルクの最大値Ｔｍを求める「最大トルク解析」を行う。なお、最大トルク解析は、ピーク解析部２２１が、各工程範囲のピークＰの中から最大値を選択することで行ってもよい。
【００２６】
転換異常要因判定部２３０は、トルクデータ解析部２２０による転換トルクデータの解析結果をもとに、転てつ機１０の転換異常の有無を判定するとともに、異常有りと判定した場合には、転換異常要因を判定する。具体的には、転換異常要因テーブル３２０を参照して、４種類の解析項目（ピーク解析、近似度解析、変化量解析、及び、最大トルク解析）それぞれの解析結果が転換異常と判定する条件である異常判定条件を満たすか否かを判定し、これらの判定結果の組み合わせによって、転てつ機１０の転換異常の有無、及び、異常要因を判定する。
【００２７】
図６は、転換異常要因テーブル３２０のデータ構成の一例を示す図である。図６に示すように、転換異常要因テーブル３２０は、４つの解析項目３２１それぞれに、異常判定条件３２２と、転換異常要因３２３とを対応付けて格納している。転てつ機１０における転換動作の異常の要因には、異物の介在、分岐負荷の上昇、過密着或いは低密着、環境温度変化に伴うグリス等の内部抵抗の増加、電気回路の断線或いは短絡等などの様々な要因がある。
【００２８】
経験的に、生じた要因の種類によって転換トルクカーブの変化が異なることが知られており、この転換トルクカーブの特徴から生じている転換異常の要因が推定可能である。
【００２９】
まず、「ピーク解析」の解析結果を用いた異常判定は、ピーク解析結果である３つの転換工程それぞれのピークＰのうち、１つ以上のピークがピーク通常分布範囲外ならば、異常判定条件を満たすと判定する。
【００３０】
ピーク通常分布範囲は、正常な転換トルクデータにおけるピークＰの分布範囲であり、累積トルクデータ３３０を参照して生成する。すなわち、累積トルクデータ３３０のうちから、転換トルクデータと転てつ機、及び、転換方向が同じデータを抽出する。次いで、図７に示すように、抽出したこれらの累積トルクデータ３３０それぞれのピーク解析結果として得られている転換工程それぞれのピークＰを、転換トルクデータを定義する座標平面上にプロットする。そして、プロットしたこれらのピークＰの集合を含むようにピーク通常分布範囲Ｅを定める。３つの転換工程それぞれのピークＰのうち、１つ以上のピークがこのピーク通常分布範囲Ｅ外ならば、異常判定条件を満たすと判定する。
【００３１】
「近似度解析」の解析結果を用いた異常判定は、近似度解析結果である３つの転換工程それぞれの近似度のうち、１つ以上の近似度が、転換トルクデータと平均トルクデータとのトルクカーブの“差が大きい”とみなす所定の閾値以上ならば、異常判定条件を満たすと判定する。
【００３２】
「変化量解析」の解析結果を用いた異常判定は、変化量解析結果である最大変化量が、トルクカーブが急激な変化をしているとみなす所定の閾値以上であるならば、異常判定条件を満たすと判定する。
【００３３】
「最大トルク解析」の解析結果を用いた異常判定は、最大トルク解析の解析結果である最大トルク値が所定のトルク限界値以上であるならば、異常判定条件を満たすと判定する。
【００３４】
そして、これらの解析項目のうち、１つ以上の解析項目について異常判定条件を満たすならば、転換異常有りと判定する。転換異常有りと判定した場合には、異常判定条件を満たした解析項目の組み合わせ等をもとに、転換異常要因を判定する。また、３つの転換工程のうちの何れの転換工程において異常判定条件が満たされたのかを判定して、一連の転換動作のどの過程で転換異常が発生したかを推定する。
【００３５】
トルクデータ管理部２４０は、取得された転換トルクデータの管理を行う。すなわち、転換異常要因判定部２３０によって転換異常無しと判定された場合に、転換トルクデータを、対応する転てつ機の識別情報である転てつ機ＩＤや転換方向、取得日時、当該転換トルクデータに対するトルクデータ解析部２２０による解析結果と対応付けて、新たな累積トルクデータ３３０として蓄積記憶する。
【００３６】
図８は、累積トルクデータ３３０のデータ構成の一例を示す図である。図８によれば、累積トルクデータ３３０は、転換トルクデータ毎に生成され、データＩＤ３３１と、転てつ機ＩＤ３３２と、転換方向３３３と、転換トルクデータ３３４と、解析結果データ３３５とを格納している。
【００３７】
解析結果データ３３５は、解析項目それぞれに、解析結果を対応付けて格納している。
【００３８】
記憶部３００は、処理部２００が転換異常判定装置１を統合的に制御するための諸機能を実現するためのシステムプログラムや、本実施形態を実現するためのプログラムやデータ等を記憶するとともに、処理部２００の作業領域として用いられ、操作部１１０からの操作データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部３００には、転換異常判定プログラム３１０と、転換異常要因テーブル３２０と、累積トルクデータ３３０とが記憶される。
【００３９】
［処理の流れ］
図９は、転換異常判定処理の流れを説明するフローチャートである。転換異常判定処理は、処理部２００が転換異常判定プログラム３１０を実行することで実現される。先ず、トルクデータ取得部２１０が、転てつ機１０から転換トルクデータを取得する（ステップＳ１）。次いで、トルクデータ解析部２２０が、取得された転換トルクデータに対する解析処理を行う。すなわち、ピーク解析部２２１が、転換トルクデータにおける工程範囲それぞれのトルクの最大値（ピーク）を算出する「ピーク解析」を行う（ステップＳ３）。また、近似度解析部２２２が、累積トルクデータ３３０に基づいて、過去の正常な転換データを平均化した平均トルクデータを算出する（ステップＳ５）。そして、工程範囲それぞれについて、転換トルクデータと平均トルクデータとの近似度を算出する「近似度解析」を行う（ステップＳ７）。また、変化量解析部２２３が、転換トルクデータにおける最大変化量及び最大トルクを算出する「変化量解析」及び「最大トルク解析」を行う（ステップＳ９）。
【００４０】
続いて、転換異常要因判定部２３０が、解析結果に基づく転換異常の判定処理を行う。すなわち、ピーク解析部２２１が、正常時の転換トルクデータである累積トルクデータ３３０をもとに、ピーク通常分布範囲Ｅを算出する（ステップＳ１１）。そして、ピーク解析、近似度解析、変化量解析、及び、最大トルク解析のそれぞれの解析結果が、転換異常要因テーブル３２０で定められる異常判定条件を満たすか否かによって、転換異常の有無を判定する（ステップＳ１３）。
【００４１】
その結果、転換異常有りと判定したならば（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、転換異常要因テーブル３２０を参照して、異常判定条件を満たした解析条件の組み合わせ等に基づいて、転換異常要因を判定し（ステップＳ１７）、転換異常が発生した箇所を特定する（ステップＳ１９）。また、転換異常無しと判定したならば（ステップＳ１５：ＮＯ）、転換トルクデータを、解析結果とともに、新たな累積トルクデータ３３０として追加記憶する（ステップＳ２３）。
【００４２】
そして、異常の有無や、異常要因、異常箇所といった転換異常判定結果を、例えば表示部１２０に表示出力する（ステップＳ２１）。以上の処理を行うと、本処理を終了する。
【００４３】
［作用効果］
このように、本実施形態の転換異常判定装置１によれば、転てつ機１０から取得した転換トルクデータに対する解析として、ピーク解析、近似度解析、変化量解析、最大トルク解析といった複数の解析を行い、これらの解析結果によって、転換異常の有無やその要因を判定することができる。特に、本実施形態では、一連の転換動作における解錠工程、転換工程及び鎖錠工程それぞれの工程でのトルクのピーク値が、それぞれの工程におけるピーク通常分布範囲内か否かを用いて、転換異常及びその要因を判定する。転換異常の要因によってトルクの異常が表れる工程が異なるため、要因別に転換異常か否かを判定することができる。
【００４４】
なお、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。例えば、上述した負荷トルクを、所定の最大トルクに対する負荷トルクとする負荷トルク率に置き換えてもよく、負荷トルクとするか、負荷トルク率とするかは均等の範囲である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  転てつ機、１２  サーボモータ
１  転換異常判定装置
１１０  操作部、１２０  表示部、１３０  音声出力部、１４０  通信部
２００  処理部
２１０  トルクデータ取得部
２２０  トルクデータ解析部
２２１  ピーク解析部、２２２  近似度解析部、２２３  変化量解析部
２３０  転換異常要因判定部、２４０  トルクデータ管理部
３００  記憶部
３１０  転換異常判定プログラム
３２０  転換異常要因テーブル、３３０  累積トルクデータ
【図１】
2015009651.tif 000004
【図２】
2015009651.tif 000005
【図３】
2015009651.tif 000006
【図４】
2015009651.tif 000007
【図５】
2015009651.tif 000008
【図６】
2015009651.tif 000009
【図７】
2015009651.tif 000010
【図８】
2015009651.tif 000011
【図９】
2015009651.tif 000012