(57)【要約】【課題】  機器の運転を継続しながら故障の原因を判別することが出来る診断方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る機器の故障診断方法は、可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた対象機器の診断を行なう方法であって、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定し、初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた対象機器の診断を行なう方法であって、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定し、初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する機器診断方法。
【請求項２】
可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた対象機器の診断を行なう方法であって、
対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定する第１ステップと、
初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に統計処理を施すことによって、初期化動作の回数とバックラッシュ値の関係を表わすバックラッシュモデルを導出する第２ステップと、
導出されたバックラッシュモデルと初期化動作の度に得られるバックラッシュ値とに基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する第３ステップ
とを有している機器診断方法。
【請求項３】
第２ステップで導出されるバックラッシュモデルは１次関数であって、第３ステップでは、該バックラッシュモデルを表わす１或いは複数のパラメータと、該バックラッシュモデルによって算出されるバックラッシュ値と、初期化動作によって測定されるバックラッシュ値とに基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する請求項２に記載の機器診断方法。
【請求項４】
可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた機器を対象として、駆動機構の寿命を予測する方法であって、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定し、初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に基づいて、駆動機構の寿命を予測する機器の寿命予測方法。
【請求項５】
可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた対象機器の駆動機構の寿命を予測する方法であって、
対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定する第１ステップと、
初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に統計処理を施すことによって、初期化動作の回数とバックラッシュ値の関係を表わすバックラッシュモデルを導出する第２ステップと、
導出されたバックラッシュモデルに基づいて駆動機構の寿命を予測する第３ステップ
とを有している機器の寿命予測方法。
【請求項６】
第２ステップで導出されるバックラッシュモデルは１次関数であって、第３ステップでは、該バックラッシュモデルによって予測される将来のバックラッシュ値が所定の閾値を越える時点を駆動機構の寿命と予測する請求項５に記載の機器の寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部を往復駆動する各種機器を対象として、異常状態の診断や寿命の予測を行なう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可動部を駆動機構によって往復駆動する各種機器において、駆動機構は、ギア式動力伝達機構、チェーン式動力伝達機構、ネジを用いた締結機構等の複数の機構を組み立てて構成されている。
この様な機器においては、駆動機構の組立誤差、ギアの摩耗、チェーンの伸び、ネジの緩み等の各種原因によって故障が発生することになる。例えばギアの摩耗が進むにつれてバックラッシュが増大し、バックラッシュが過大になると、機構に大きなガタツキが生じて、故障の原因となる。
そこで従来、不要なバックラッシュを取り除くための装置が種々提案されている(例えば特許文献１、２参照)。
【特許文献１】特開２００３−２６９５７９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の装置によって適正に除去し得るバックラッシュの大きさには限界があり、ギアの摩耗が大きく進んだ場合、機器が故障に至ることは避けることが出来ない。又、機器の故障には、上述の如くギアの摩耗以外に種々の原因が存在し、これらの原因で機器が突然に故障して停止する事態は避けねばならない。
そこで、機器が重大な故障に至るまでの適切な時期にメンテナンスを行なって、故障の原因を除去することが必要になる。又、機器が寿命に至る時期を予測することも、突然の運転停止を回避する上で重要である。
【０００４】
ところが、機器の運転を継続しながら故障の原因を調べ、或いは機器の寿命を予測することの出来る有効な方法はこれまでに知られていない。
そこで本発明の目的は、機器の運転を継続しながら故障の原因を判別することが出来る診断方法と、機器の運転を継続しながら機器の寿命を予測することが出来る寿命予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る機器の診断方法は、可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた対象機器の診断を行なう方法であって、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定し、初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する。
【０００６】
より具体的には、本発明に係る機器診断方法は、
対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定する第１ステップと、
初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に統計処理を施すことによって、初期化動作の回数とバックラッシュ値の関係を表わすバックラッシュモデルを導出する第２ステップと、
導出されたバックラッシュモデルと初期化動作の度に得られるバックラッシュ値とに基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する第３ステップ
とを有している。
【０００７】
例えば、第２ステップで導出されるバックラッシュモデルは１次関数であって、第３ステップでは、該バックラッシュモデルを表わす１或いは複数のパラメータと、該バックラッシュモデルによって算出されるバックラッシュ値と、初期化動作によって測定されるバックラッシュ値とに基づいて、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定する。
【０００８】
上記本発明の機器診断方法において、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行した場合、駆動機構に生じている組立誤差、ギアの摩耗、チェーンの伸び、ネジの緩み等が原因で、可動部の復帰位置と初期位置との間に位置ずれが発生するので、この位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定すれば、該バックラッシュ値の時系列が上述の各種の故障原因を表わしていることになる。
【０００９】
例えば駆動機構を構成するギアやチェーンの空回りが発生した場合、バックラッシュの実測値は、バックラッシュモデルによって算出されるバックラッシュ値との間に大きな差を生じることになる。又、駆動機構の組立誤差が大きくなった場合は、初期化動作の回数が比較的少ない時期に、バックラッシュの実測値自体が大きな値となる。又、ギアの摩耗、チェーンの伸び、或いはネジの緩みが著しいときは、初期化動作の回数が比較的多くなった時期に、バックラッシュの実測値自体が大きな値となる。又、ネジの緩みが増大傾向となったときは、バックラッシュの実測値がバックラッシュモデルに対して大きくばらつくことになる。又、ギアの摩耗やチェーンの伸びが増大傾向となったときは、バックラッシュモデルを１次関数で表わしたときの傾きが大きな正の値となる。更に、ギアが膨張傾向にあるときは、バックラッシュモデルを１次関数で表わした場合の傾きが負の値となる。
【００１０】
この様に、駆動機構に発生している異常状態に応じて、導出されるバックラッシュモデルやバックラッシュの実測値が異なる値や傾向を示すことになる。
そこで、バックラッシュの実測値に基づいてバックラッシュモデルを導出し、そのバックラッシュモデルやバックラッシュの実測値や傾向を評価すれば、駆動機構に発生している異常状態の種別を判定することが出来る。
【００１１】
本発明に係る機器の寿命予測方法は、可動部と該可動部を往復駆動する駆動機構とを具えた機器を対象として、駆動機構の寿命を予測する方法であって、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定し、初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に基づいて、駆動機構の寿命を予測する。
【００１２】
より具体的には、本発明に係る機器の寿命予測方法は、
対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行して、可動部の復帰位置と所定の初期位置との位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定する第１ステップと、
初期化動作の繰り返しによって得られるバックラッシュ値の時系列に統計処理を施すことによって、初期化動作の回数とバックラッシュ値の関係を表わすバックラッシュモデルを導出する第２ステップと、
導出されたバックラッシュモデルに基づいて駆動機構の寿命を予測する第３ステップ
とを有している。
【００１３】
上記本発明の機器の寿命予測方法において、対象機器の可動部を所定の初期位置から往復移動させた後に初期位置に向けて復帰させる初期化動作を実行した場合、駆動機構に生じている組立誤差、ギアの摩耗、チェーンの伸び、ネジの緩み等が原因で、可動部の復帰位置と初期位置との間に位置ずれが発生するので、この位置ずれを駆動機構のバックラッシュ値として測定すれば、該バックラッシュ値の時系列の傾向が、上述の各種異常状態の進行度を表わしていることになる。
【００１４】
そこで、バックラッシュの実測値に基づいてバックラッシュモデルを導出すれば、そのバックラッシュモデルによって予測される将来のバックラッシュ値が所定の閾値を越える時点を、駆動機構の寿命と予測することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る機器の診断方法及び寿命予測方法によれば、機器の運転を継続しながら故障の原因を判別し、或いは機器の寿命を予測することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る機器の診断方法及び寿命予測方法を、マイクロプレート上の試料を培養するインキュベータに実施した例について、具体的に説明する。
該インキュベータは、図１２に示す如く、フロント開閉扉(10)によって開閉することが可能なチャンバー(11)を具え、該チャンバー(11)の内部には、インキュベータアセンブリ(12)が収容されると共に、該チャンバー(11)の側壁に開設したマイクロプレート挿入口(16)には、マイクロプレート(18)をチャンバー(11)内へ搬入するためのマイクロプレート搬入機構(17)が接続されている。
【００１７】
チャンバー(11)の奥部には、チャンバー内の温度、湿度及びＣＯ２濃度を調整するための環境調整装置(図示省略)が配備されており、チャンバー(11)の奥方の壁面には、環境調整装置から得られる環境調整のためのガスをチャンバー内の中央空間へ向けて吹き出すためのファンを具えた吹き出し口(図示省略)が開設されている。
【００１８】
インキュベータアセンブリ(12)は、マイクロプレート搬送機構(14)の両側に左右一対のスタッカーユニット(15)(15)を配備して構成されている。マイクロプレート搬送機構(14)は、ギア式動力伝達機構、チェーン式動力伝達機構等の機構によって、搬送テーブル(50)を互いに直交する３軸方向に往復駆動するものである。各スタッカーユニット(15)には、複数のマイクロプレート(18)を収容するための複数のスタッカー(19)が配列されている。
【００１９】
マイクロプレート(18)は、マイクロプレート搬入機構(17)によってチャンバー(11)内に搬入され、搬送テーブル(50)上へ移された後、マイクロプレート搬送機構(14)によって所定のスタッカー(19)まで搬送され、該スタッカー(19)に収容される。又、１つのスタッカー(19)に収容されているマイクロプレート(18)は、搬送テーブル(50)上に設置された状態で、マイクロプレート搬送機構(14)によってマイクロプレート挿入口(16)に向けて搬送された後、マイクロプレート搬入機構(17)に移されて、チャンバー(11)外へ搬出される。
【００２０】
上述の如く、マイクロプレート搬送機構(14)は、搬送テーブル(50)を初期位置から所定のスタッカー位置へ移動させた後に初期位置へ復帰させる動作を繰り返すが、マイクロプレート搬送機構(14)に生じている組立誤差、ギアの摩耗、チェーンの伸び、ネジの緩み等が原因で、搬送テーブル(50)の復帰位置は初期位置からずれることになる。そこで、マイクロプレート搬送機構(14)を更に動作させて、搬送テーブル(50)を初期位置に復帰させる初期化動作(原点調整)が実行される。
ここで、初期化動作においてマイクロプレート搬送機構(14)のモータのエンコーダから得られるパルスをカウントすれば、該カウント値に基づいて、マイクロプレート搬送機構(14)に生じているバックラッシュ値を算出することが出来る。
【００２１】
図１に示す如く、上述のインキュベータを対象機器(１)として、該対象機器(１)の動作を制御する制御回路(２)に、本発明に係る故障診断・寿命予測装置(３)が接続され、該故障診断・寿命予測装置(３)の診断結果及び予測結果は、ディスプレイ等の出力装置(４)から出力される。
【００２２】
制御回路(２)は、上述の初期化動作の度に、初期化動作においてマイクロプレート搬送機構(14)のモータのエンコーダから得られるパルスをカウントする。故障診断・寿命予測装置(３)は、初期化動作の度に、制御回路(２)からカウント値を取得し、該カウント値からバックラッシュ値を算出して、図４に示す故障診断手続を実行する。
【００２３】
図４に示す故障診断手続においては、先ず［処理１］にて、現在のバックラッシュデータｘ(ｎ)を含むＴ個のサンプルデータを取得する。ここで、図２に示す如くサンプリング時間をｔｓとすると、ｋ回目の初期化動作における時刻tは次式で表わされる。
t = ｋ・ｔｓ
以下、離散時間ｋ・ｔｓにおけるバックラッシュ値をｘ(ｋ)と表わす。
【００２４】
そして、サンプル数をＴ、現在のバックラッシュ値をｘ(ｎ)とすると、現在値を含む最新のＴ個のバックラッシュ値は次式で表わされる。
ｘ(ｎ−Ｔ＋ｋ)    但し、ｋ＝１、２、・・・Ｔ
【００２５】
図４に示す如く、［処理２］においては、取得したＴ個(例えば１０００個)のバックラッシュデータｘ(ｎ)を用いてバックラッシュモデルを導出する。
本実施例では、図３に示す如く初期化回数の増加につれてバックラッシュ値が線形的に増大するバックラッシュモデルを採用することとして、バックラッシュモデルを次の１次関数式で近似し、最小自乗法によってモデルの導出を行なう。
ｙＴ(ｎ)＝αｎ＋βｎ・ｎ
ここで、ｎは現在の初期化回数、ｙＴ(ｎ)はｎ回目の初期化動作から以前のＴ区間についてのバックラッシュ値、αｎは切片、βｎは傾きである。
【００２６】
尚、Ｔ個のサンプル数を取得するまでは、取得した個数分(ｋ＝１、２、・・・Ｔ−１)のバックラッシュデータを用いて上記と同様の処理を行なうものとする。
【００２７】
次に、図４の条件１において、現在のバックラッシュ値ｘ(ｎ)とバックラッシュモデルから算出したバックラッシュ値ｙＴ(ｎ)との差の絶対値［ｙＴ(ｎ)−ｘ(ｎ)］が所定の閾値δ１(例えば０.５ｍｍ)を越えたかどうかを判断し、イエスと判断されたときは、診断１として、ギアやチェーンの空回り、オイル切れ、或いは異物混入と診断し、故障レベルＥとする。
【００２８】
次に、条件２ａでは、バックラッシュ値ｘ(ｎ)が所定の限界値δ２(例えば３．０ｍｍ)を越えたかどうかを判断し、イエスと判断されたときは、更に条件２ｂにて、現在の初期化回数ｎが所定の閾値Ｎ(例えば１０００回)を下回っているかどうかを判断する。この判断結果がイエスのときは、診断２として、メカニズムの組立誤差と診断し、故障レベルＥとする。又、条件２ｂの判断結果がノーのときは、診断３として、ギアの摩耗やチェーンの伸びが大きく、或いはネジの緩みが大きいと診断し、故障レベルＥとする。
【００２９】
次に、条件３では、現在のバックラッシュ値を含むサンプル数Ｔ個分の標準偏差σＴが所定の閾値δ３(例えば０.１)を越えているかどうかを判断し、イエスと判断されたときは、診断４として、ネジの緩み傾向が発生し、異物が混入し、或いはオイルが少量になったものと診断し、故障レベルＤとする。
【００３０】
次に、条件４では、バックラッシュモデルの傾きβｎが所定の閾値ε１(例えば０.０００５)を越えているかどうかを判断し、イエスと判断されたときは、診断５として、ギアの摩耗傾向が発生し、或いはチェーンの伸びが発生したものと診断し、故障レベルＣとする。
【００３１】
更に、条件５では、バックラッシュモデルの傾きβｎが所定の閾値−ε２(例えば−０.０００５)を下回っているかどうかを判断し、イエスと判断されたときは、診断６として、ギアの膨張傾向が発生したものと診断し、故障レベルＢとする。
そして、条件５でノーと判断されたとき、診断７として、正常と診断し、故障レベルＡとする。
【００３２】
診断結果が故障レベルＡのときは正常であるので、そのまま運転を継続する。故障レベルＢのときは正常とみなす。故障レベルＣのときは、“注意”を表示する。故障レベルＤのときは、“警告”を表示して、監視を促す。更に、故障レベルＥのときは、緊急停止の後、メンテナンスを要求する。
【００３３】
図５〜図１１は、インキュベータにおいて実測したバックラッシュ値の７種類の変動波形(時系列)を表わしており、これらの波形に対して本発明の故障診断を実施し、本発明の故障診断の結果とインキュベータに実際に生じている故障(異常状態)との照合を行なった。
【００３４】
図５の波形は、駆動機構のスライド部における潤滑油が少なくなり、滑りが悪くなったときに現れる波形である。潤滑油が少なくなると、バックラッシュ値が一定値を示さないため、結果として振動的な波形となる。この場合、初期化動作の回数が増えるに従って、潤滑油が不足してくるため、振動の激しさが増大する。また同様に、ギアやチェーンの空回り、異物混入によっても、波形に急激な変化が発生し、分散が大きくなると考えられる。
本発明の故障診断によれば、上述の条件１でイエスと判断され、ギアやチェーンの空回り、オイル切れ、或いは異物混入と診断される。
【００３５】
図６の波形は、初期化動作の回数が１０００回を越える以前に、バックラッシュ値が所定の閾値(メンテナンスが必要であると思われるバックラッシュ値、例えば３.０ｍｍ)を越えている例である。
本発明の故障診断によれば、上述の条件２ａでイエス、条件２ｂでイエスと判断されて、メカニズムの組み立て誤差と診断される。
【００３６】
図７の波形は、右上がりの傾向が長期に続き、初期化動作の回数が１０００回を越えた後に、バックラッシュ値が所定の閾値(メンテナンスが必要であると思われるバックラッシュ値、例えば３.０ｍｍ)を越えている例である。
本発明の故障診断によれば、上述の条件２ａでイエス、条件２ｂでノーと判断されて、ギアの摩耗が大、チェーンの伸びが大、或いはネジの緩みが大と診断される。
【００３７】
図８の波形は、チェーンの伸びと共にネジの緩みが起こった場合の波形であって、初期化動作が約２５０回までの期間は、チェーンの伸びに伴って徐々に波形が右上がりになっており、その後、チェーンのネジ止め部分が緩み始めたために、バックラッシュ値の分散が大きくなっている。
本発明の故障診断によれば、上述の条件３でイエスと判断されて、ネジの緩み傾向が発生し、或いはオイルが少量になったものと診断される。
【００３８】
図９の波形は、ギアの磨耗やチェーンの伸びに伴ってバックラッシュ値がほぼ線形的に右上がりに増大しており、ネジの緩み等の他の要因がないため、波形の振幅もそれほど大きくなく、線形性を持っているのが特徴である。
本発明の故障診断によれば、条件４でイエスと判断されて、ギアの磨耗が発生し、或いはチェーンが伸び傾向にあると診断される。
【００３９】
図１０の波形は、バックラッシュ値が少しずつ減少している右下がりの傾向が現われており、周囲の湿度の影響によってギアが膨張したときの波形である。
本発明の故障診断によれば、条件５でイエスと判断されて、ギアが膨張傾向にあると診断される。
【００４０】
図１１の波形は、正常波形の例である。ギア、チェーン、ネジ等に機構的な問題がないため、バックラッシュ値が一定値を示している。波形に大きな変動も無く、また分散も許容範囲内に収まっている。
本発明の故障診断によれば、条件５でノーと判断されて、正常と診断される。
【００４１】
更に、本発明に係る故障診断・寿命予測装置(３)においては、図３に示すバックラッシュモデルを表わす１次関数の値が所定の閾値(装置の機能が略完全に停止するときのバックラッシュ値)を越える時点が駆動機構の寿命と予測される。
【００４２】
本発明による故障診断の結果と、インキュベータに実際に生じていた故障原因とは、何れの波形においてもよく一致しており、本発明の故障診断方法の妥当性が裏付けられる。
従って、本発明に係る機器の診断方法及び寿命予測方法によれば、機器の運転を継続しながら故障の原因を判別することが出来、更には機器の寿命を予測することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る機器の故障診断を行なうための装置構成を示すブロック図である。
【図２】バックラッシュ値の時系列変動を表わすグラフである。
【図３】１次関数によってバックラッシュモデルを表わした例を示すグラフである。
【図４】本発明の故障診断手続を表わすフローチャートである。
【図５】バックラッシュの第１の変動波形を示すグラフである。
【図６】バックラッシュの第２の変動波形を示すグラフである。
【図７】バックラッシュの第３の変動波形を示すグラフである。
【図８】バックラッシュの第４の変動波形を示すグラフである。
【図９】バックラッシュの第５の変動波形を示すグラフである。
【図１０】バックラッシュの第６の変動波形を示すグラフである。
【図１１】バックラッシュの第７の変動波形を示すグラフである。
【図１２】インキュベータの構成を表わす斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
(１)  対象機器
(２)  制御回路
(３)  故障診断・寿命予測装置
(４)  出力装置
【図１】
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【図２】
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【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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【図１２】
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