JP5188088B2 - Failure prediction devices such as reducers - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受や減速機における故障を予知する装置に関し、特に軸受や減速機のグリースに含まれる鉄粉をオンラインで検出して摩耗による故障を予知する減速機等の故障予知装置に関する。 The present invention relates to a device for predicting a failure in a rolling bearing or a reduction gear, and more particularly, to a failure prediction device for a reduction gear or the like that detects an iron powder contained in grease of a bearing or a reduction gear online to predict a failure due to wear.
たとえば、自動車産業などの流れ作業による生産ラインには大量のロボットが使用されている。これらロボットが故障すると、生産に及ぼす影響が重大である。
ロボットには、転がり軸受や減速機が大量に用いられており、これらの部品が故障するとロボットが動かなくなり、生産ラインに大きな影響を与える。
なお、軸受や減速機の故障が重大な損害をもたらす分野は、ロボットに限らないことはいうまでもない。
For example, a large number of robots are used in production lines for flow work in the automobile industry and the like. If these robots fail, the impact on production is significant.
A lot of rolling bearings and speed reducers are used in the robot. If these parts break down, the robot stops moving, which has a great influence on the production line.
Needless to say, the field in which the failure of the bearing and the reduction gear causes serious damage is not limited to the robot.
こうした重大な損害を防ぐため、故障しそうな部品を見つけ出して故障する前に補修する予防保全を行うことが望まれる。軸受や減速機の異常は振動やこれらに連結された電動機の電流の異常によりオンラインで検知することができる。しかし、振動や電流に異常が発生したときには既に減速機等は故障寸前であることが多く、予防保全に用いる指標としては十分でない。 In order to prevent such serious damage, it is desirable to perform preventive maintenance that finds parts that are likely to fail and repairs them before they fail. Abnormalities in the bearings and the speed reducer can be detected online by vibrations and abnormalities in the current of the motor connected to them. However, when an abnormality occurs in vibration or current, the speed reducer or the like is already on the verge of failure and is not sufficient as an index used for preventive maintenance.
転がり軸受や減速機は運転時間にしたがって転動部などが摩耗し潤滑用のグリースに混ざるようになる。これら部品は異常摩耗による故障が多く、異常摩耗が生じるとグリース中により大量の鉄粉が混ざるようになることから、グリース中の鉄粉量を測定して異常を予知する方法が開発されている。グリース中の鉄粉量は摩耗の進行にしたがって徐々に増加するが、減速機などが故障状態になるかなり前に鉄粉の異常増加として検知することができる。したがって、グリース鉄粉濃度を利用すれば、十分な時間余裕を持って予防保全を行うことができる。 In rolling bearings and reduction gears, rolling parts are worn according to the operation time and become mixed with grease for lubrication. Many of these parts fail due to abnormal wear, and when abnormal wear occurs, a large amount of iron powder is mixed in the grease, so a method has been developed to predict the abnormality by measuring the amount of iron powder in the grease. . The amount of iron powder in the grease gradually increases as the wear progresses, but it can be detected as an abnormal increase in iron powder long before the speed reducer or the like enters a failure state. Therefore, if the grease iron powder concentration is used, preventive maintenance can be performed with a sufficient time margin.
グリース鉄粉濃度計やフェログラフィをこのような目的に利用することができる。フェログラフィは、減速機などからサンプリングした潤滑油中の鉄粉を溶剤に溶かして磁石の上に傾けたガラス板の上に流すと鉄粉を大きさ順に分類した状態で捕集することができるので、分取した鉄粉を分析することにより摩耗発生部位の摩耗量や摩耗状態を診断するものである。 A grease iron powder concentration meter and ferrography can be used for such purposes. In ferrography, iron powder in lubricating oil sampled from a speed reducer, etc., can be collected in a state in which the iron powder is sorted in order of size by flowing it over a glass plate tilted over a magnet after being dissolved in a solvent. Therefore, the amount of wear and the state of wear are diagnosed by analyzing the collected iron powder.
また、グリース鉄粉濃度計は、図8に示すように、逆接続した同じ形態をした2つの励磁コイルの一方にサンプリングした潤滑油を収納した容器を挿入すると、2つの励磁コイルの差出力を検知する検出コイルに容器中の鉄分濃度にしたがった誘導出力が得られる原理を利用した、いわゆる磁気バランス式電磁誘導型濃度計である。
これらの計器は、潤滑油をサンプリングしてオフラインで計測するもので、保全管理に用いるには不便であって、オンライン計測できる装置が望まれる。
In addition, as shown in FIG. 8, when the container containing the lubricating oil sampled is inserted into one of the two excitation coils having the same configuration connected in reverse, the grease iron powder concentration meter outputs the difference output between the two excitation coils. This is a so-called magnetic balance type electromagnetic induction type densitometer that utilizes the principle that an induction output according to the iron concentration in the container is obtained in the detection coil to be detected.
These instruments sample lubricant oil and measure it offline, which is inconvenient for use in maintenance management, and an apparatus capable of online measurement is desired.
特許文献1には、転がり軸受用に開発した、オンラインで使用する磁気バランス式電磁誘導型センサが開示されている。開示されたグリース鉄粉含有量検出センサは、1対の励磁コイルにそれぞれ触針が設けられていて、一方の触針を転がり軸受のシール部材に設けられた軸方向貫通孔を通してグリス内に挿入して使用する。グリス中に挿入された触針が鉄粉を含む磁気回路を形成し、他方の触針は空気中に磁気回路を形成するので、検知コイルには鉄粉の濃度に応じた不平衡起電力が発生する。この起電力を増幅して検知信号とする。
磁気バランスの要求から、触針が貫通させられるシール部材はたとえば合成樹脂など透磁率が空気と同じものでなければならないので、測定できる対象が限られ、たとえば減速機など鉄系のハウジングを持つものには適していない。
本発明が解決しようとする課題は、転がり軸受や減速機において、センサを内蔵させてグリース鉄粉含有量を検知し、故障予知するオンライン用の故障予知装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an on-line failure prediction device for detecting a grease iron powder content by incorporating a sensor in a rolling bearing or a speed reducer and for predicting the failure.
本発明の故障予知装置は、励磁コイルと検知コイルを空気中における相互インダクタンスがゼロになるように経絡して形成するセンサコイル部と励磁回路と測定回路とを備え、センサコイル部は測定対象部品内の潤滑グリースの液中に浸漬するとグリースが流通する1個の貫通孔を備えて、励磁コイルを励磁回路に接続して高周波電流を供給し、検知コイルの誘導電流が貫通孔中の鉄粉量に関連して変化することに基づいて測定回路でグリース中の鉄粉濃度を測定し、その結果から測定対象部品の故障予知をすることを特徴とする。 The failure prediction apparatus of the present invention includes a sensor coil part, an excitation circuit, and a measurement circuit that are formed by meriding an excitation coil and a detection coil so that mutual inductance in the air becomes zero, and the sensor coil part is a component to be measured. It has one through-hole through which grease flows when immersed in the lubricating grease inside, and the excitation coil is connected to the excitation circuit to supply high-frequency current. The induction current of the detection coil is the iron powder in the through-hole. The iron powder concentration in the grease is measured by a measurement circuit based on the change in relation to the quantity, and the failure prediction of the part to be measured is made based on the result.
空気中や比透磁率が1に近い純粋なグリース中では相互インダクタンスがゼロに近いので、励磁コイルを高周波で励磁しても検知コイルには電流が発生しない。しかし、センサコイル部は測定対象部品内の潤滑グリース中に浸漬され、励磁コイルと検知コイルを貫く貫通孔に潤滑グリースが流通するので、減速機や軸受など測定対象部品の摩耗が進んでグリース中の鉄粉濃度が大きくなると、貫通孔のある部分に磁束が偏り磁気バランスが崩れて相互インダクタンスが現れ、検知コイルに誘導電流が発生する。この誘導電流は鉄粉量に関連するので、測定結果から摩耗量を推定することができる。 Since the mutual inductance is close to zero in the air or in pure grease having a relative permeability close to 1, no current is generated in the detection coil even when the excitation coil is excited at a high frequency. However, the sensor coil part is immersed in the lubricating grease in the measurement target part, and the lubricating grease flows through the through-holes that penetrate the excitation coil and the detection coil. When the iron powder concentration increases, the magnetic flux is biased in the portion with the through hole, the magnetic balance is lost, and mutual inductance appears, and an induction current is generated in the detection coil. Since this induced current is related to the amount of iron powder, the amount of wear can be estimated from the measurement result.
減速機などは従来から蓄積された技術的知識から摩耗状態と寿命の関係が知られているので、鉄粉濃度から部品の寿命を推定することができる。
そこで、摩耗により劣化の進んだ減速機が見つかったときには、予防的に早期の補修を施すことにより、稼働中の突然の故障を防ぎ減速機の延命を図ることができる。
Since the reduction gear and the like are known from the technical knowledge accumulated so far, the relationship between the wear state and the life can be estimated from the iron powder concentration.
Therefore, when a reduction gear that has deteriorated due to wear is found, preventive early repairs can be performed to prevent sudden failures during operation and to extend the life of the reduction gear.
本発明第1の実施態様に係る故障予知装置のセンサコイル部は、第1巻線コイルと第2巻線コイルからなる第1コイル群と、これら1対の巻線コイルを囲繞する第3巻線コイルからなる第2コイル群を備える。第1巻線コイルと第2巻線コイルは合同になっていて互いに逆方向に電流が流れるように直列に結線され、第1巻線コイルにグリースが流通する貫通孔を備える一方、第2巻線コイルはメクラになっていてグリースが流れる通路を備えない。第1コイル群と第2コイル群は前記貫通孔を残して絶縁被覆を施して保護されている。第1コイル群と第2コイル群は、いずれか一方が励磁コイルとして励磁回路に接続され他方が検知コイルとして測定回路に接続される。 The sensor coil unit of the failure prediction apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a first coil group including a first winding coil and a second winding coil, and a third winding surrounding the pair of winding coils. A second coil group including wire coils is provided. The first winding coil and the second winding coil are congruent and connected in series so that current flows in opposite directions, and the first winding coil has a through-hole through which grease flows, while the second winding The wire coil is mekra and does not have a passage through which grease flows. The first coil group and the second coil group are protected by applying an insulating coating while leaving the through hole. One of the first coil group and the second coil group is connected to the excitation circuit as an excitation coil, and the other is connected to the measurement circuit as a detection coil.
なお、絶縁被覆は、グリースと同等の1に近い比透磁率を有する材料を用いて形成する。また、検知コイル側の被覆は十分厚くして、鉄粉を含むグリースが検知コイルに影響を与えないようにすることが好ましい。
センサコイル部は転がり軸受や減速機内のグリース中に浸漬するように設置される。
また、2個の巻線コイルを持った第1コイル群を励磁側に使っても、2個の巻線コイルと囲繞する第3の巻線コイルを励磁側に使っても良い。
巻線コイルはプリント基板上に印刷により形成することができる。
The insulating coating is formed using a material having a relative magnetic permeability close to 1 that is equivalent to grease. Moreover, it is preferable that the coating on the detection coil side is sufficiently thick so that grease containing iron powder does not affect the detection coil.
The sensor coil part is installed so as to be immersed in the grease in the rolling bearing or the speed reducer.
Further, the first coil group having two winding coils may be used on the excitation side, or the third winding coil surrounding the two winding coils may be used on the excitation side.
The winding coil can be formed on a printed board by printing.
第1巻線コイルと第2巻線コイルからなる第1コイル群と第3巻線コイルからなる第2コイル群で構成されるセンサコイル部は、転がり軸受や減速機の内部に、潤滑グリースに浸るように設置される。
第1巻線コイルの貫通孔には潤滑グリースが流入し、グリースに含まれる鉄分が第1巻線コイルと第3巻線コイルの間の相互インダクタンスに影響を与える。一方、第2巻線コイルは潤滑グリース中に浸されてもコイルを貫通する芯材が変わらないので、第3巻線との間の相互インダクタンスに大きな変化はない。
The sensor coil section composed of the first coil group consisting of the first winding coil and the second winding coil and the second coil group consisting of the third winding coil is used for lubricating grease inside the rolling bearing and reducer. Installed to immerse.
Lubricating grease flows into the through hole of the first winding coil, and iron contained in the grease affects the mutual inductance between the first winding coil and the third winding coil. On the other hand, even if the second winding coil is immersed in lubricating grease, the core material penetrating the coil does not change, so that there is no significant change in the mutual inductance with the third winding.
第1巻線コイルと第2巻線コイルはコイルを流れる電流の向きが逆になっているため、第3巻線コイルにおける総合的な相互インダクタンスは、第1巻線コイルと第2巻線コイルによる相互インダクタンスの差になる。したがって、第3巻線コイルの相互インダクタンスは、第2巻線コイルにおける相互インダクタンスを基準とした第1巻線コイルの相互インダクタンスの値となり、実質的にグリースに含まれる鉄分に対応して決まる値となる。 Since the direction of the current flowing through the first winding coil and the second winding coil is reversed, the total mutual inductance in the third winding coil is the first winding coil and the second winding coil. Due to the mutual inductance difference. Therefore, the mutual inductance of the third winding coil is a value of the mutual inductance of the first winding coil with reference to the mutual inductance in the second winding coil, and is a value determined substantially corresponding to the iron content contained in the grease. It becomes.
そこで、第1コイル群を励磁回路に接続し第2コイル群を測定回路に接続して、励磁回路から高周波電流を第1巻線コイルと第2巻線コイルに直列に流すと、貫通孔中の鉄粉量に対応した起電力が第3巻線コイルに発生し、測定回路から機器内のグリースに含まれる鉄粉濃度を表す出力信号を得ることができる。
なお、第3巻線コイルに高周波電流を流して、第1巻線コイルと第2巻線コイルに誘起される起電力の差を第1コイル群の端子間の起電力によって観察するようにしても、同じ結果を得ることができる。
Therefore, when the first coil group is connected to the excitation circuit, the second coil group is connected to the measurement circuit, and a high-frequency current is passed in series from the excitation circuit to the first winding coil and the second winding coil, An electromotive force corresponding to the amount of iron powder is generated in the third winding coil, and an output signal representing the concentration of iron powder contained in the grease in the device can be obtained from the measurement circuit.
A high-frequency current is passed through the third winding coil, and the difference in electromotive force induced between the first winding coil and the second winding coil is observed by the electromotive force between the terminals of the first coil group. Can also achieve the same result.
印刷回路技術を用いてプリント基板上に巻線コイルを形成すると、たとえば10μm程度の精度で極めて精密にコイルを形成することができるので、第1巻線コイルと第2巻線コイルは極めて正確な合同形あるいは対称形になり、微妙で難しい調整を行わなくても、簡単に両者間の電磁バランスを得ることができる。 When the winding coil is formed on the printed circuit board using the printed circuit technology, for example, the coil can be formed with high accuracy with an accuracy of about 10 μm. Therefore, the first winding coil and the second winding coil are extremely accurate. It becomes congruent or symmetric, and it is possible to easily obtain an electromagnetic balance between the two without performing delicate and difficult adjustments.
本発明第2の態様に係る故障予知装置は、第1巻線コイルと第2巻線コイルからなるセンサコイル部と、励磁回路と、測定回路とを備えるもので、センサコイル部の第1巻線コイルと第2巻線コイルは、対称軸を共有して互いに直交させて空気中では相互インダクタンスがゼロになるように配置され、共有された対称軸を通る貫通孔が第1巻線コイルと第2巻線コイルに挟まれた位置から対向する位置に当たる第1巻線コイルと第2巻線コイルに挟まれた位置まで形成され、第1巻線コイルと第2巻線コイルはこの貫通孔を残して絶縁被覆を施して保護される。 The failure prediction apparatus according to the second aspect of the present invention includes a sensor coil unit including a first winding coil and a second winding coil, an excitation circuit, and a measurement circuit. The wire coil and the second winding coil are arranged so as to be orthogonal to each other and share a symmetry axis so that the mutual inductance is zero in the air, and a through hole passing through the shared symmetry axis is connected to the first winding coil. The first winding coil and the second winding coil are formed from the position sandwiched between the second winding coil to the position sandwiched between the first winding coil and the second winding coil that are opposed to each other. It is protected by applying an insulating coating leaving behind.
第1巻線コイルが励磁回路に接続され、第2巻線コイルが出力測定回路に接続されて、貫通孔を通るグリース内の鉄粉を検知する。
センサコイル部は、1個の貫通孔が中心を貫く小さな球の形になっていて、減速機等の内部のグリース液面中に浸漬するように設置され、減速機の運転中は貫通孔をグリースが流通する。
The first winding coil is connected to the excitation circuit, and the second winding coil is connected to the output measurement circuit to detect iron powder in the grease passing through the through hole.
The sensor coil section is in the form of a small sphere with a single through-hole passing through the center, and is installed so as to be immersed in the grease liquid surface inside the reducer, etc. Grease is distributed.
本発明第2の故障予知装置のセンサコイル部は、空気中や純度の高いグリース中では第1巻線コイルを高周波励磁しても相互インダクタンスがゼロであるため第2巻線コイルには起電力が発生しないが、グリースに鉄粉が含まれるようになると第2巻線コイル中に発生する磁束が貫通孔内の鉄粉に引かれて非対称になり相互インダクタンスが生じるので、第2巻線コイルの両端の間に起電力を発生させる。こうして、この起電力は貫通孔内の鉄粉量と対応するので、電流測定値からグリース鉄粉濃度を知ることができる。 The sensor coil portion of the second failure prediction device of the present invention has an electromotive force in the second winding coil because the mutual inductance is zero even in the air or high-purity grease even if the first winding coil is excited at high frequency. However, when iron powder is contained in the grease, the magnetic flux generated in the second winding coil is attracted by the iron powder in the through hole and becomes asymmetrical, resulting in mutual inductance. An electromotive force is generated between both ends of the. Thus, since this electromotive force corresponds to the amount of iron powder in the through hole, the concentration of grease iron powder can be known from the measured current value.
本発明の故障予知装置は、センサ部が十分小型に形成できるので、減速機や軸受の中に予め設置しておくことができる。センサを設置した減速機等にグリースを充填して運転すれば、運転時間の経過に従い摩耗した鉄分がグリースに含まれた状態で、貫通孔を通って故障予知装置に検知され、鉄粉含有量から摩耗の進行具合が推定できる。摩耗状態から減速機などの寿命が推定できるので、事前に時間をとって補修することにより、減速機などの延命を図って効率的な運転を行うことができる。 The failure prediction device of the present invention can be installed in advance in a reduction gear or a bearing because the sensor portion can be formed sufficiently small. If a reduction gear equipped with a sensor is filled with grease and operated, the iron is contained in the grease as the operating time elapses, and is detected by the failure prediction device through the through-hole. From the above, the progress of wear can be estimated. Since the life of the speed reducer and the like can be estimated from the worn state, it is possible to extend the life of the speed reducer and carry out efficient operation by taking time to repair in advance.
本発明の故障予知装置は、減速機や減速ユニット、あるいは転がり軸受など、摩擦により摩耗した内壁や転動部の磁性体材料が粉末となって潤滑用グリースに混入するような部品を対象として、センサ部分を部品内部のグリースに浸漬する位置に設置して、いわゆる磁気バランス式電磁誘導法によってオンラインで磁性体粉末濃度を検知し、部品の故障を事前に予知して知らせる装置である。 The failure prediction device of the present invention is intended for parts such as a reduction gear, a reduction unit, or a rolling bearing, in which the magnetic material of the inner wall or rolling part worn by friction is mixed into the lubricating grease as a powder. This is a device in which the sensor part is installed at a position where it is immersed in the grease inside the part, and the magnetic powder concentration is detected online by the so-called magnetic balance type electromagnetic induction method to predict and notify in advance of the failure of the part.
以下、図面を用いて本発明の故障予知装置を実施例に基づいて詳細に説明する。
図1から図5は、本発明の第1実施例に係る故障予知装置の説明をする図面、図6と図7は本発明の第2実施例のセンサ部分を示す図面である。
なお、図8は従来のオフライン用グリース鉄粉濃度計の原理図である。
Hereinafter, the failure prediction apparatus of the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 5 are diagrams for explaining a failure prediction apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are drawings showing a sensor portion of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a principle diagram of a conventional off-line grease iron powder concentration meter.
図1は第1実施例のセンサコイル部の平面図、図2は図1におけるII−II切断断面図、図3は故障予知装置のブロック図、図4は本実施例の設置状態を示す断面図、図5は故障予知システムの構成図である。
本実施例の故障予知装置では、図1と図2に示すように、センサコイル部1は、回路基板10上にプリント回路技術によって形成された3個の巻線コイルで構成される。
FIG. 1 is a plan view of the sensor coil portion of the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of a failure prediction device, and FIG. FIG. 5 is a block diagram of the failure prediction system.
In the failure prediction apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の巻線コイル11と第2の巻線コイル12は、互いに合同形もしくは対称形で、電磁気的特性が全く同じになるように形成される。
プリント基板を製作する技術を適用すれば、10μm水準で正確に導線部及び絶縁部を形成することができるので、簡単に全く同形あるいは対称形であって電磁気的に等価の巻線コイルを形成することができる。このため、微妙な磁気バランス調整が不要になる。
また、プリント回路技術を用いることにより、減速機や軸受内部のごく狭い空間に設置できる極めて小型の薄いセンサコイル部1を製作することができる。
The first winding
If the technology for manufacturing a printed circuit board is applied, the conductive wire portion and the insulating portion can be accurately formed at a level of 10 μm, so that a completely identical or symmetric and electromagnetically equivalent winding coil is easily formed. be able to. This eliminates the need for delicate magnetic balance adjustment.
Further, by using the printed circuit technology, it is possible to manufacture an extremely small and thin
第1巻線コイル11の中心部には貫通孔14が設けられている。この貫通孔14は、センサコイル部1が減速機内に設置されたときに、潤滑油が流通する部分である。なお、第2巻線コイル12の中心部15は比透磁率が1に近いプリント基板材料で塞がれていて、グリースは第2巻線コイル12の芯部には侵入することができない。
A through
2つの巻線コイル11,12を囲繞して第3の巻線コイル13が形成されている。
巻線コイル11,12,13の上から保護被覆16が施されていて、減速機内に設置されたときに鉄粉等がコイルや電気配線部に直接接触しないようにしている。また、保護被覆16はたとえば合成樹脂などグリースと同等の透磁率を持つ材料で形成され、基準となる第2巻線コイル12の電磁気的特性をグリース中の鉄粉濃度の変化に対して安定させる機能も持っている。
また、第2巻線コイル12側の被覆16は十分厚くして、鉄粉を含むグリースが基準となる検知コイルに影響を与えないようになっている。
A third winding
A
Further, the
図3に示すように、第1巻線コイル11と第2巻線コイル12は直列接続した上、励磁コイルとして励磁回路2に接続される。また、第3巻線コイル13は検出コイルとして測定回路3に接続される。
第1巻線コイル11と第2巻線コイル12が対称形であるときは一方のコイルの巻き始め位置の端子と他方のコイルの巻き終わり位置の端子を接続し、両コイルが合同形であるときには対称位置にある1端子同士を接続する。
As shown in FIG. 3, the first winding
When the first winding
このように結線された巻線コイル11,12に励磁回路2から高周波電流を供給すると、両コイルに逆方向の同じ電流が流れる。したがって、両コイルが共に清浄なグリースに浸っているときには、等量の磁束がそれぞれ反対方向に生じるので、磁束が互いに相殺し、2つの巻線コイル11,12を一緒に囲っている第3巻線コイル13には結局磁束が発生しないことになり、測定回路3には検出信号が伝達されない。
When a high frequency current is supplied from the
グリースに鉄粉が含有されているときは、貫通孔を有する第1巻線コイル11の発生する磁束が、第2巻線コイル12で発生する逆方向の磁束より多くなるので、第3巻線コイル13はこの差分の磁束に応じて誘導された電流を測定回路3に伝送する。
When the iron powder is contained in the grease, the magnetic flux generated by the first winding
第3巻線コイル13の誘導電流は、貫通孔14における鉄粉量が多いほど大きくなり、電流値からグリース中の鉄粉量が推定できる。なお、励磁電流の周波数が高い方が検出感度も高いので、励磁電流周波数を用いて装置の感度調整を行うこともできる。
グリース中の鉄粉は、減速機内で摩耗により発生した鉄粉であるから、本実施例の故障予知装置の測定回路3の出力によって減速機内の摩耗状態が推定できる。
The induced current of the third winding
Since the iron powder in the grease is iron powder generated by wear in the speed reducer, the wear state in the speed reducer can be estimated from the output of the measurement circuit 3 of the failure prediction apparatus of the present embodiment.
図4は、ロボットアームに設備される減速機に本実施例のセンサコイル部を設置した状態を示す断面図である。
第1ロボットアーム52に回動可能に第2ロボットアーム53が接続され、第1ロボットアーム52には第2ロボットアーム53を軸周りに回転させるモータ51が設備されている。第1ロボットアーム52と第2ロボットアーム53の関節部にはモータ51の回転を逓減する減速機4が設けられている。
減速機4内には、潤滑用のグリース41が注入されていて、グリースレベル42が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the sensor coil unit of the present embodiment is installed in the speed reducer installed in the robot arm.
A second robot arm 53 is rotatably connected to the first robot arm 52, and the first robot arm 52 is provided with a motor 51 that rotates the second robot arm 53 about its axis. A speed reducer 4 that gradually reduces the rotation of the motor 51 is provided at the joint between the first robot arm 52 and the second robot arm 53.
Lubricating
第1ロボットアーム52が動くと減速機4が回転してグリースレベル42も変動するが、センサコイル部1は、減速機4内のグリースレベル42以下にあって常にグリースに漬かっている位置に固定され、常時グリース中の鉄粉濃度を検知するようにされる。
センサコイル部1で発生した電流は、通信線により測定回路3まで伝送される。測定回路3では、電流値と鉄粉濃度の関係を使って解析して減速機4の摩耗状態を推定し、結果を報知する。
When the first robot arm 52 moves, the speed reducer 4 rotates and the
The current generated in the
なお、第2巻線コイル12が鉄粉を含むグリースに囲まれると、コイルの周りに存在する鉄粉に影響されて検出感度を低下させるので、貫通孔14のある第1巻線コイル11のみがグリース中に漬かり、第2巻線コイル12の部分は空気中に出ているように、センサコイル部1を設置しても良い。
さらに、第1巻線コイル11と第2巻線コイル12に励磁電流を供給する代わりに、これらを囲繞する第3巻線コイル13に励磁電流を供給して、直列接続した第1巻線コイル11と第2巻線コイル12を検出コイルとして使用するようにしても良い。この方法では、モータなどから出る磁気ノイズが2つの逆巻コイルで相殺されるので、検出コイルの出力電流がノイズに影響されにくい利点がある。
If the second winding
Further, instead of supplying the exciting current to the first winding
図5は、ロボットの減速機について故障をオンラインで監視するシステムを表したブロック図である。
ロボットに設置された減速機4にそれぞれセンサコイル部1を組み込んで、センサ出力を測定回路3に伝送する。測定回路3は、センサコイル部1毎に信号増幅器を備えても良いがスキャナアンプを用いて共有化しても良い。測定回路3で生成した鉄粉濃度に対応する濃度値信号は、ロボットコントローラ31に伝送される。
ロボットコントローラ31は入出力装置、演算装置、記憶装置を備えた電子計算機で構成され、減速機の寿命を判断する故障予知演算装置が備えられる。
FIG. 5 is a block diagram showing a system for monitoring failure of a robot speed reducer online.
The
The
個々の減速機について、グリース中の鉄粉濃度計測データを、稼働中、定期的にロボットのコントローラに取り込み、予め与えた閾値と比較することで、個々の減速機の寿命を判断することができる。
たとえば、鉄粉濃度が0.5%〜1%の範囲では軽微な損傷が発生したと判断し、2%〜4%になると重度の損傷が発生したと判断する。判断結果はコントローラのモニタに表示することができる。
For each reducer, iron powder concentration measurement data in grease is periodically taken into the controller of the robot during operation, and the life of each reducer can be judged by comparing it with a predetermined threshold value. .
For example, if the iron powder concentration is in the range of 0.5% to 1%, it is determined that minor damage has occurred, and if it is 2% to 4%, it is determined that severe damage has occurred. The determination result can be displayed on the monitor of the controller.
本発明第2実施例の故障予知装置は、センサコイル部を2コイルを用いて球状に形成したもので、センサコイル部以外は上に説明した第1実施例の故障予知装置と変わらない。
図6は第2実施例のセンサ部分の透視図、図7は本実施例の作動原理を説明する概念図である。
The failure prediction apparatus according to the second embodiment of the present invention has a sensor coil section formed in a spherical shape using two coils, and other than the sensor coil section is the same as the failure prediction apparatus according to the first embodiment described above.
FIG. 6 is a perspective view of the sensor portion of the second embodiment, and FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operating principle of this embodiment.
本実施例のセンサコイル部6は、励磁コイル61と検出コイル62を中心軸を共有して直角に配置し、その中にグリースの流通する1本の貫通孔63を形成したものである。貫通孔63は励磁コイルと検出コイルに対して45度傾くように配置される。
センサコイル部6は貫通孔63を除いてグリースが侵入しない球形に形成されて、減速機などの潤滑グリースの液中に浸漬するように設置される。
In the sensor coil section 6 of this embodiment, the
The sensor coil portion 6 is formed in a spherical shape that does not allow the grease to enter except for the through-
図7(a)はコイルを貫通する磁束のバランスがとれている場合を示す。図に示すように、貫通孔63に鉄粉が存在しないときに励磁コイル61に励磁電流を流しても、発生した磁束はバランスがとれていて検出コイル62を横切る磁束がないので、検出コイル62における誘導電流はゼロで出力が出ない。
これに対して両コイルに45度で交叉する貫通孔63に流通するグリースに鉄粉が含まれる場合は、図7(b)に示すように、励磁コイル61に発生する磁束の通路が貫通孔63に引きずられてバランスが崩れ、検出コイル62に電流が流れて、信号が出力される。
信号の大きさは、貫通孔63内の鉄粉量に対応する。
FIG. 7A shows a case where the magnetic flux penetrating the coil is balanced. As shown in the figure, even if an exciting current is passed through the
On the other hand, when the iron powder is contained in the grease flowing through the through
The magnitude of the signal corresponds to the amount of iron powder in the through
検出信号は、図5に示したと同様に、増幅回路で増幅して濃度信号に変換し、デジタル化してロボットコントローラに送信される。ロボットコントローラは各減速機について寿命判定をして結果を表示する。
保全担当者は、寿命判断に基づいて寿命が問題になる減速機について、適正な保全計画を作成し、早期に対処することができる。
In the same manner as shown in FIG. 5, the detection signal is amplified by the amplifier circuit, converted into a concentration signal, digitized, and transmitted to the robot controller. The robot controller determines the life of each reduction gear and displays the result.
The maintenance staff can prepare an appropriate maintenance plan for the reduction gear whose life is a problem based on the life judgment, and can cope with it early.
本実施例のセンサコイル部6は、2つのコイルしか使用しないため、センサ部の体積を小さくすることができ、設置場所を選ばないので、各種部品に広く適用することができる。 Since the sensor coil unit 6 of the present embodiment uses only two coils, the volume of the sensor unit can be reduced and the installation location is not selected, so that it can be widely applied to various parts.
1 センサコイル部
10 回路基板
11 第1巻線コイル
12 第2巻線コイル
13 第3巻線コイル
14 貫通孔
15 中心部ダミー
16 保護被覆
2 励磁回路
3 測定回路
31 ロボットコントローラ
4 減速機
41 潤滑用グリース
42 グリースレベル
51 モータ
52 第1ロボットアーム
53 第2ロボットアーム
6 センサコイル部
61 励磁コイル
62 検出コイル
63 貫通孔
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