特許 7404146 回転状態判断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】回転状態判断装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/04 20190101AFI20231218BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

G01M13/04

G01M99/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020076312

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021175245

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000240341

【氏名又は名称】株式会社ヒラノテクシード

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】工藤 晨

(72)【発明者】

【氏名】大下 博史

(72)【発明者】

【氏名】日浅 丈夫

【審査官】森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－４３２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３００４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－６３８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ１３／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部に回転自在に支持された回転体を回転させるモータと、
ｔを測定時間として、前記モータの駆動電流を検出値Ｉ（ｔ）として検出する電流検出手段と、
前記モータのトルクＴ（ｔ）を検出するトルク検出手段と、
前記トルクＴ（ｔ）を電流値に換算して換算値Ｉｋ（ｔ）を求める換算手段と、
前記検出値Ｉ（ｔ）と前記換算値Ｉｋ（ｔ）とから推定回生電流ｄ（ｔ）を求め、この推定回生電流ｄ（ｔ）から測定時間範囲ｔ０内における合致率ｅを求め、前記合致率ｅが小さいほど前記回転体、又は、前記支持部の回転状態が悪いと判断する判断手段と、
を有する回転状態判断装置。

【請求項2】

前記換算値を、前記モータの定格電流をＩ０、前記モータの定格トルクＴ０とした場合に、前記換算手段は、前記換算値Ｉｋ（ｔ）を、

Ｉｋ（ｔ）＝Ｉ０＊Ｔ（ｔ）／Ｔ０

から求める請求項１に記載の回転状態判断装置。

【請求項3】

前記判断手段は、時間ｔにおける推定回生電流ｄ（ｔ）を、

ｄ（ｔ）＝｜Ｉｋ（ｔ）－Ｉ（ｔ）｜

から求め、前記測定時間範囲ｔ０内における、

ｄ（ｔ）＞ａ

を満足する数Ｃをカウントし（但し、ａは予め定めた許容範囲である）、このカウントＣから

合致率ｅ（％）＝（Ｃ０－Ｃ）／ＣＯ＊１００

を求める（但し、Ｃ０は前記測定時間範囲ｔ０で測定する数である）、
請求項２に記載の回転状態判断装置。

【請求項4】

前記判断手段は、
前記合致率ｅが、予め定めた正常基準値ｂより大きいときは正常であると判断し、小さいときには異常であると判断する、
請求項３に記載の回転状態判断装置。

【請求項5】

前記支持部は、軸受けであり、
前記回転体は、ロールである、
請求項１に記載の回転状態判断装置。

【請求項6】

支持部に回転自在に支持された回転体を回転させるモータの駆動電流を検出値Ｉ（ｔ）とトルクＴ（ｔ）を検出し、
前記トルクＴ（ｔ）を電流値に換算して換算値Ｉｋ（ｔ）を求め、
前記検出値Ｉ（ｔ）と前記換算値Ｉｋ（ｔ）とから推定回生電流ｄ（ｔ）を求め、
前記推定回生電流ｄ（ｔ）から測定時間範囲ｔ０内における合致率ｅを求め、
前記合致率ｅが小さいほど前記回転体、又は、前記支持部の回転状態が悪いと判断する、
回転状態判断方法。

【請求項7】

コンピュータに、
支持部に回転自在に支持された回転体を回転させるモータの駆動電流を検出値Ｉ（ｔ）とトルクＴ（ｔ）を検出し、
前記トルクＴ（ｔ）を電流値に換算して換算値Ｉｋ（ｔ）を求め、
前記検出値Ｉ（ｔ）と前記換算値Ｉｋ（ｔ）とから推定回生電流ｄ（ｔ）を求め、
前記推定回生電流ｄ（ｔ）から測定時間範囲ｔ０内における合致率ｅを求め、
前記合致率ｅが小さいほど前記回転体、又は、前記支持部の回転状態が悪いと判断する、
ことを実行させるための回転状態判断プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転状態判断装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、フィルムなどのウエブに塗工液を塗工するときに、この長尺状のウエブを搬送するためにロールが用いられている。例えば、ダイの近傍にバックアップロールを配し、ダイ内部の液溜め部にポンプから塗工液を圧送し、この液溜め部に通じるダイの吐出口から、バックアップロールによって抱えて搬送されているウエブに塗工液を塗工する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５５９３９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような塗工装置において、ロール自身やその軸受けに経時変化が生じたり組み付け精度などによって、回転障害が生じる場合がある。

【0005】

そこで本発明は上記問題点に鑑み、モータによって回転体を回転させる場合に、回転体やその回転体を支持する支持部の回転状態を判断できる回転状態判断装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、支持部に回転自在に支持された回転体を回転させるモータと、ｔを測定する時間として、前記モータの駆動電流を検出値Ｉ（ｔ）として検出する電流検出手段と、前記モータのトルクＴ（ｔ）を検出するトルク検出手段と、前記トルクＴ（ｔ）を電流値に換算して換算値Ｉｋ（ｔ）を求める換算手段と、前記検出値Ｉ（ｔ）と前記換算値Ｉｋ（ｔ）とから推定回生電流ｄ（ｔ）を求め、この推定回生電流ｄ（ｔ）から測定時間範囲ｔ０内における合致率ｅを求め、前記合致率ｅが低いほど前記回転体、又は、前記支持部の回転状態が悪いと判断する判断手段と、を有する回転状態判断装置である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、合致率ｅによって回転体又は支持部の回転状態を判断できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態を示す回転状態判断装置の説明図である。

【図2】合致率を求めるフローチャートである。

【図3】エアークラッチを用いた実験の説明図である。

【図4】ベアリングに障害がある場合の実験の説明図である。

【図5】エアークラッチを用いた場合の実験のデータを示す表である。

【図6】ベアリングに障害がある場合の実験結果のデータを示す表である。

【図7】実験１のグラフである。

【図8】実験２のグラフである。

【図9】実験３のグラフである。

【図10】実験４のグラフである。

【図11】実験５のグラフである。

【図12】実験６のグラフである。

【図13】実験７のグラフである。

【図14】実験８のグラフである。

【図15】実験９のグラフである。

【図16】実験１０のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態の回転状態判断装置１０について図１～図１６を参照して説明する。本実施形態の回転状態判断装置１０は、ウエブＷをロール１４で搬送する搬送装置１２に設けられている。

【0010】

（１）搬送装置１２
搬送装置１２について図１を参照して説明する。搬送装置１２は、ロール１４によってウエブＷを搬送する。長尺状のウエブＷとしては、例えば、フィルム、金属箔、紙、布帛などである。ロール１４は、例えば金属製、ゴム製である。

【0011】

水平な床に基台２０が載置され、基台２０から左右一対の脚部２２，２４が立設されている。左側の脚部２２にはボールベアリング（以下、「ベアリング」という）２６が設けられ、右側の脚部２４にはベアリング２８が設けられている。ロール１４から突出した左右一対の回転軸１６，１８は、それぞれ左右一対のベアリング２６，２８に回転自在に支持されている。これにより、ロール１４は水平方向に配されて回転し、ウエブＷを搬送する。

【0012】

ロール１４を回転させるモータ３０には減速装置３２が設けられ、減速装置３２から駆動軸３４が突出し、カップリング装置３６を介してロール１４の左側の回転軸１６と連結されている。モータ３０は、例えばＡＣサーボモータであり、駆動回路３８によって回転する。

【0013】

駆動回路３８は、制御部４０と接続され、駆動回路３８を介して回転方向、回転数を制御できる。また、駆動回路３８を通じて、モータ３０を回転させるための駆動電流Ｉ（ｔ）とトルクＴ（ｔ）を時系列で検出できる。

【0014】

コンピュータよりなる制御部４０は、作業員の操作によって、モータ３０の回転数と回転方向を制御でき、それに基づいてロール１４が回転して、ウエブＷを搬送する。制御部４０は、後から詳しく説明する合致率ｅを求める。合致率ｅは、正常基準値ｂより大きければ、ロール１４自身、又は、ロール１４を支持しているベアリング２６，２８の回転状態に正常であると判断できる数値である。この合致率ｅについて次に説明する。なお、「回転状態」とは、ロール１４に関しては、ロール１４が正常なときは回転状態が良いとなり、ロール１４自身の重さにバラツキがあり回転するときのバランスが悪い、又は、左右一対の回転軸１６，１８がずれて水平な軸に沿って回転できないときは回転状態が悪いとなり、ベアリング２６，２８に関しては、ベアリング２６，２８が正常なときは回転状態が良いとなり、ベアリング２６，２８のボールと内輪と外輪との間の油脂が足りなく、摩擦が発生するときは回転状態が悪いとなる。

【0015】

（２）合致率ｅ
発明者は、ロールやベアリングの回転状態について客観的に判断できるようにするための考察を行い、モータの回生電流に着目した。モータの回生電流は、ロールやベアリングなどの回転状態が悪いと増加する。しかし、この回生電流はモータから直接測定できないため、発明者はモータの駆動電流とトルクに着目し、この両方から回生電流と関係する合致率ｅを考えた。以下、その合致率ｅの定義について、合致率ｅを求める方法に従って説明する。図２のフローチャートは、制御部４０が合致率ｅを求めるために行う演算処理を説明したフローチャートである。

【0016】

ステップＳ１において、制御部４０は、カウントＣ＝０、時間ｔ＝０に初期化する。このカウントＣについては後から説明する。ｔは、測定時間範囲ｔ０内の測定しているときの時系列の時間である。そしてステップＳ２に進む。

【0017】

ステップＳ２において、制御部４０は、時間ｔにおけるモータ３０の駆動電流Ｉ（ｔ）とトルクＴ（ｔ）を測定する。このＩ（ｔ）とＴ（ｔ）は、駆動回路３８を通じて制御部４０が測定する。そしてステップＳ３に進む。

【0018】

ステップＳ３において、制御部４０は、検出したトルクＴ（ｔ）を電流値に対応する換算値Ｉｋ（ｔ）へ下記の（１）式を用いて換算する。

Ｉｋ（ｔ）＝Ｉ０＊Ｔ（ｔ）／Ｔ０ ・・・（１）

但し、Ｉ０はモータ３０の定格電流、モータ３０のＴ０は定格トルクである。そしてステップＳ４に進む。

【0019】

ステップＳ４において、制御部４０は、下記の（２）式を用いて推定回生電流ｄ（ｔ）を求め、その推定回生電流の許容範囲ａと比較する。

ｄ（ｔ）＝｜Ｉｋ（ｔ）－Ｉ（ｔ）｜＞ａ ・・・（２）

推定回生電流ｄ（ｔ）は、回生電流の値そのものでないが、この回生電流の値に関係する値となっている。ａは許容範囲であり、例えば駆動回路３８で測定する電流値の分解精度である。そして、推定回生電流ｄ（ｔ）が許容範囲ａよりも小さければ時間ｔにおける回転状態を良いとしてステップＳ６に進み（ｎの場合）、大きければ時間ｔにおける回転状態が悪いとしてステップＳ５に進む（ｙの場合）。

【0020】

ステップＳ５において、制御部４０は、カウントＣに１を増加させステップＳ６に進む。このカウントＣは、時間ｔにおける推定回生電流ｄ（ｔ）が、許容範囲ａよりも大きく、回転状態が悪いときをカウントする。

【0021】

ステップＳ６において、制御部４０は、時間をｔ＝ｔ＋１としてステップＳ７に進む。

【0022】

ステップＳ７において、時間ｔが、所定の測定時間範囲ｔ０（例えば８０秒）よりも大きければ測定が終了したとしてステップＳ８に進み、小さければ測定を続けるためステップＳ２に戻り再び測定を行う。

【0023】

ステップＳ８において、制御部４０は、測定時間範囲ｔ０内の合致率ｅ（％）を下記の（３）式から求め、合致率ｅ（％）と正常基準値ｂを比較する。

合致率ｅ＝（Ｃ０－Ｃ）／ＣＯ＊１００＝＞ｂ ・・・（３）

但し、Ｃ０は測定時間範囲ｔ０内において測定する数であり、ｂは回転状態が良いか悪いかの判断をするための予め定めた正常基準値であり、例えば９５％である。合致率ｅが、正常基準値ｂよりも大きいければ測定時間範囲ｔ０内の回転状態が良いとしてステップＳ９に進み（ｙの場合）、小さければ測定時間範囲ｔ０内の回転状態が悪いとしてステップＳ１０に進む（ｎの場合）。

【0024】

ステップＳ９において、制御部４０は、カウントＣが正常基準値ｂよりも大きいため、モータ３０に接続されたロール１４とベアリング２６，２８は正常であると判断し終了する。

【0025】

ステップＳ１０において、制御部４０は、カウントＣが正常基準値ｂよりも小さいため、ロール１４、ベアリング２６、又はベアリング２８に異常があると判断し終了する。

【0026】

この判断は、リアルタイムに常時行っていてもよいが、例えば１日に１回、１週間に１回、１ヶ月に１回それぞれ所定の測定時間範囲ｔ０を使って行ってもよい。

【0027】

この考え方が正しいことを、以下の実験１～１０で立証する。

【0028】

（３）実験１～６
発明者は上記理論を実証するために、合致率ｅに基いてロール１４の回転状態を判断する実験１～６を行った。この場合にロール１４に代えて、エアークラッチ４２に、カップリング装置３６に連結された回転軸４４を取り付けた。なお、この回転軸４４は、油脂が詰まった正常なベアリング２６，２８で回転自在に支持されている。

【0029】

そしてエアークラッチ４２には、０．０６ＭＰａの空気圧を掛けた場合（回転抵抗ありの場合）と、全くエアークラッチ４２を使用していない場合（回転抵抗なしの場合）の両方を実験した。０．０６ＭＰａの空気圧が掛かるときは、ロール１４に回転状態が悪い場合のモデルであり、全くエアークラッチ４２を使用していない場合にはロール１４の回転状態が良い場合のモデルである。なお、回転軸４４には、全く力が掛かっていない状態、すなわち、０Ｋｇとする。

【0030】

この実験結果を図５の表に示した。この実験１～６において、実験１、３、５はエアークラッチ４２を使用していない正常な状態、実験２、４、６はエアークラッチ４２を使用して障害のある状態である。そして実験１、２では回転軸４４の回転数が５０ｒｐｍ、実験３、４では１５０ｒｐｍ、実験５、６では３００ｒｐｍで回転させる。図７～図１２のグラフにおいて、縦軸は電流（Ａ）の値であり、横軸は時間ｔ（秒）である。また、黒丸は実際に検出した駆動電流の検出値Ｉ（ｔ）、白丸は換算値Ｉｋ（ｔ）を表している。

【0031】

実験１では、図７に示すように合致率ｅが１００％であり、正常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用していない正常な状態であると判断できている。

【0032】

実験２では、図８に示すように合致率ｅが８７．１％であり、正常基準値９５％よりも低く異常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用している異常な状態であると判断できている。

【0033】

実験３では、図９に示すように合致率ｅが１００％であり、正常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用していない正常な状態であると判断できている。

【0034】

実験４では、図１０に示すように合致率ｅが８８．９％であり、正常基準値９５％よりも低く異常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用している異常な状態であると判断できている。

【0035】

実験５では、図１１に示すように合致率ｅが１００％であり。正常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用していない正常な状態であると判断できている。

【0036】

実験６では、図１２に示すように合致率ｅが９２．２％であり、正常基準値９５％よりも低く異常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、エアークラッチ４２を使用している異常な状態であると判断できている。

【0037】

このように、エアークラッチ４２によって回転抵抗が発生した場合には、合致率ｅが正常基準値ｂよりも小さくなり、合致率ｅに基づいてロール１４の回転状態が悪いと判断できる。

【0038】

（４）実験７～１０
次に、ベアリング２６、合致率ｅに基いてベアリング２８の回転状態を判断する実験７～１０を行った。この場合には、ベアリング２６、ベアリング２８内部の油脂を抜いた場合を回転状態が悪いとし、従来通り油脂がある場合を正常とする。そして、ロール１４の重さの代わりに重り４６を回転軸４４に取り付けた。なお、この重り４６は、回転軸４４と共に回転可能する。

【0039】

実験７、９では油脂があり、実験８と実験１０では油脂がなしとする。また、運転条件としては、重り４６に関して３００ｋｇとし、実験４７と実験８では回転軸４４の回転数を２００ｒｐｍ、実験９と実験１０では３００ｒｐｍとする。この実験結果を図６の表に示した。図１３～図１６のグラフにおいて、縦軸は電流（Ａ）の値であり、横軸は時間ｔ（秒）である。また、黒丸は実際に検出した駆動電流の検出値Ｉ（ｔ）、白丸は換算値Ｉｋ（ｔ）を表している。

【0040】

実験７では、図１３に示すように合致率ｅが１００％であり正常であると判断できる。この実験では、ベアリング２６，２８に油脂がある正常な状態であると判断できている。

【0041】

実験８では、図１４に示すように合致率ｅが８８．４％であり、正常基準値９５％よりも低いため、異常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、ベアリング２６，２８に油脂がない異常な状態であると判断できている。

【0042】

実験９では、図１５に示すように合致率ｅが９７．１％であり、正常基準値９５％よりも高いため正常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、ベアリング２６，２８に油脂がある正常な状態であると判断できている。

【0043】

実験１０では、図１６に示すように合致率ｅが８３．３％であり、正常基準値９５％よりも低いため異常であると判断できる。この実験では、合致率ｅに基づく判断が、ベアリング２６，２８に油脂がない異常な状態であると判断できている。

【0044】

このように、ベアリング２６，２８においても回転状態が悪い場合には、合致率ｅに基づいて判断できる。

【0045】

（５）効果
本実施形態によれば、モータ３０の駆動電流とトルクを時系列に測定して合致率ｅを求めることにより、ロール１４やベアリング２６，２８の回転状態が良いか、又は、悪いかを判断できる。

【変更例】

【0046】

上記実施形態では、ロール１４で説明したが、モータで回転するロールであれば、塗工装置に用いられるものに限らず、他のロールでもよい。

【0047】

上記実施形態では、回転体としてロール１４、支持部としてベアリング２６，２８を用いたが、これに代えて開閉する扉と軸受け、ロボットが行う作業における腕を回転するモータと軸受けなどであってもよい。

【0048】

上記では本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１０・・・回転状態判断装置、１２・・・搬送装置、１４・・・ロール、１６・・・回転軸、１８・・・回転軸、２６・・・ベアリング、２８・・・ベアリング、３０・・・モータ、３２・・・減速装置、３４・・・駆動軸、３６・・・カップリング装置、３８・・・駆動回路、４０・・・制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】