断線予兆検知方法、断線予兆検知装置及び作業用ロボット
【課題】ケーブルが、移動や経時変化等によりケーブル内部の導体が断線する場合に、断線する兆しを予め検知すること。
【解決手段】電圧変動検知部１１は、屈曲動作と復帰動作との繰り返し動作中に通電状態の導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値を測定する。変動時間検知部１２は、屈曲動作と復帰動作との繰り返し動作中に通電状態の導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下時間を測定する。予兆判定部１４は、測定された電圧降下値と電圧降下時間が閾値を上回ったか否かを判断する。そして、予兆判定部１４は、電圧降下値及び電圧降下時間のいずれかの測定値が閾値を上回ったと判断された場合には、表示部１５に検知情報を表示させる。
【解決手段】電圧変動検知部１１は、屈曲動作と復帰動作との繰り返し動作中に通電状態の導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値を測定する。変動時間検知部１２は、屈曲動作と復帰動作との繰り返し動作中に通電状態の導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下時間を測定する。予兆判定部１４は、測定された電圧降下値と電圧降下時間が閾値を上回ったか否かを判断する。そして、予兆判定部１４は、電圧降下値及び電圧降下時間のいずれかの測定値が閾値を上回ったと判断された場合には、表示部１５に検知情報を表示させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルにおける導体の断線予兆を検知する断線予兆検知方法、断線予兆検知装置及び断線予兆検知装置を備えた作業用ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、組み立てロボットや溶接ロボットなどの作業用ロボットには、電力供給用や制御用のケーブルが数多く使用されている。しかしながら組み立てロボット、溶接ロボットなどのように、長期間連続して同じ動作を繰り返すと、ケーブルの撚合導体は苛酷な曲げや捩りを受けることとなる。そのため、ケーブルには寿命があり、ケーブルの撚合導体の素線断線状態の早期検知は、生産機器を保守管理するうえで極めて重要である。
【０００３】
そこで、従来は、ケーブルに平行にケーブルよりも劣化しやすい劣化検出用ケーブルを設け、劣化検出用ケーブルの切断を検出する可動ケーブル劣化検出装置が提案されている（特許文献１参照）。この可動ケーブル劣化検出装置では、劣化検出用ケーブルの端子間に電圧を印加し、劣化検出用ケーブルに流れる電流値を検出して、断線の判断をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６２１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した可動ケーブル劣化検出装置では、劣化検出用ケーブルは必ずケーブルよりも劣化し易くなくてはならない。この劣化検出用ケーブルとケーブルとの劣化の程度の差が大きくなるほど、劣化検出用ケーブルは可動ケーブルが切断に至る時期よりも早く切断に至る。従って、劣化検出用ケーブルにはケーブルよりも僅かに劣化しやすいケーブルが要求される。
【０００６】
しかしながら、異なるケーブルの切断に至る時期は、ケーブルの置かれた環境やケーブル動作によって大きく変動する。また、ケーブルと劣化検出用ケーブルでは、配置される場所が僅かではあるが異なってくる。従って、ケーブルより僅かに劣化しやすいものを劣化検出用ケーブルとして選定することは非常に困難となる。即ち、ケーブルそのものの断線状態を検知していないので、間接的な予兆にすぎず、実際のケーブルの交換時期を想定するための信頼性は低い。
【０００７】
そこで、本発明は、ケーブルの繰り返しの曲げ動作や捩り動作により複数の素線からなる導体が断線する兆しを、直接ケーブルの変化から検知することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断工程と、前記判断工程により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、前記導体にパルス電圧を印加するパルス電圧印加工程と、前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断工程と、前記判断工程により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断手段と、前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、前記判断手段により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、前記導体にパルス電圧を印加する電源部と、前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断手段と、前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、前記判断手段により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、作業ロボットにおいて、固定部と、前記固定部に対して移動する可動部と、複数の素線からなる導体を有し、前記固定部と前記可動部との間に接続されるケーブルと、前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作との繰り返しによる前記導体の断線の予兆を検知する上記断線予兆検知装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の素線からなる導体が断線する予兆を、直接ケーブルの導体の電気抵抗値の変化に基づく値から検知しているので、断線予兆の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】可動部が移動したときのケーブルの屈曲部に発生する素線の状態と、ケーブルにおける電圧降下の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知を行うためのフローチャートである。
【図４】予兆判定部のメモリに記憶されるテーブルデータを作成する際の実験結果を示す図であり、（ａ）は可動部の移動回数に対する電圧降下値を示す図、（ｂ）は可動部の移動回数に対する電圧降下時間を示す図である。
【図５】ケーブルの導体の断線位置を特定するための各信号のタイミングチャート図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた回転装置を説明するための図であり、（ａ）は回転装置の概略構成を示す図、（ｂ）はケーブルにおける電圧降下の変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】ケーブルの接続状態を示す説明図である。
【図９】センサを使用した場合に検出抵抗器で検知される電圧の状態を示した図である。
【図１０】電圧変動検出部の概略構成を示す回路図であり、（ａ）は複数のコンパレータを有する電圧変動検出部を示す回路図、（ｂ）はＡ／Ｄコンバータを有する電圧変動検出部を示す回路図である。
【図１１】断線予兆判定を行うアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】断線予兆検知装置の一部分を示す回路図である。
【図１３】電圧変動検出部のフォトカプラの説明図であり、（ａ）は電圧変動検出部の回路図、（ｂ）はフォトカプラの特性を示す図である。
【図１４】検査パルスに対する応答パルスの変化を示した図である。
【図１５】作業用ロボットの全体を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第１実施形態では、図１に示すステージ２５上を可動部１８が繰り返し往復移動する移動装置５０に断線予兆検知装置１０を適用した場合について説明する。
【００１７】
まず、移動装置５０について説明する。移動装置５０は、ステージ２５上を機台２４を介して往復直線移動する繰り返し動作を行う可動部１８と、ステージ２５に対して固定して設けられた固定部１９と、固定部１９と可動部１８とを接続するケーブル２６と、を備えている。
【００１８】
ケーブル２６は、不図示のケーブルベアにより支持されている。そして、ケーブル２６は、屈曲部２６Ａで屈曲して配置され、機台２４（即ち可動部１８）の移動によりケーブル２６において屈曲部２６Ａの位置が移動するように構成されている。つまり、ケーブル２６の屈曲部２６Ａ以外の部分は真っ直ぐな真直部であり、ケーブル２６において屈曲部２６Ａの位置が移動することで、ケーブル２６の各位置において屈曲動作と復帰動作とを繰り返し行う。ここで、復帰動作とはケーブル２６を真っ直ぐな状態にする動作をいう。
【００１９】
また、移動装置５０は、可動部１８と共に機台２４を矢印Ｓ方向に往復駆動する駆動部としてのモータ２０と、モータ２０の可動子の位置を検知するエンコーダ２１と、モータ２０に駆動電流を供給するドライバー２２と、を備えている。ドライバー２２はコントローラと一体となっており、外部の指示系、例えば制御ＰＣ（不図示）からの制御信号によって駆動を行う。
【００２０】
また、移動装置５０は、ドライバー２２からの信号により機台２４（即ち可動部１８）の動作の繰り返し回数をカウントする繰り返し回数カウンタ（以下、「カウンタ」という）２３を備えている。このカウンタ２３により定常的に可動部１８の往路を辿る往動作及び復路を辿る復動作の動作回数を把握することができる。本第１実施形態では、カウンタ２３は、ケーブル２６の各位置における屈曲回数をカウントすることとなる。
【００２１】
ここで、図２に、可動部１８が移動したときの屈曲部２６Ａに発生する素線の状態と、ケーブル２６における電圧降下の変化を示す。ケーブル２６は、複数の素線２６ａを撚り合わせてなる導体２６ｂを不図示の絶縁体で絶縁被覆したものである。なお、この図２において、ケーブル２６の内部の断線状態をわかりやすくするために、模式的に各素線２６ａを平行に配置して図示した。図２には、素線２６ａの断線本数が僅かである場合（状態１）と、素線２６ａの断線本数が増加した場合（状態２）とを示している。
【００２２】
ケーブル２６に最も大きなストレスがかかるのは、ケーブル２６が屈曲している状態であり、屈曲部２６Ａでは素線２６ａの断線が発生しやすい。図２に示すケーブル２６の状態１では、ケーブル２６内の導体２６ｂの点Ａ１において、僅かに（例えば１本）素線２６ａが断線している様子を示している。
【００２３】
このとき、例えば１本の素線２６ａの断線により導体２６ｂの電気抵抗値が増加することから、ケーブル２６の導体２６ｂに印加された電圧は、基準電位Ｖｏから電圧降下値Ｖ１だけ電圧降下する。なお、各素線２６ａが断線していない状態における導体２６ｂの電位は、基準電位Ｖｏである。ケーブル２６が屈曲状態から復帰状態になった場合は、再び断線した素線２６ａの接続が回復し、通常の基準電位Ｖｏに戻る。また、そのときの電圧降下している時間（電圧降下時間）は、導通不良が発生している時間と対応し、電圧降下時間の幅はパルス幅ｔ１の信号として捕らえることができる。
【００２４】
なお、ケーブルベア等の移動機構では、ケーブル２６の素線２６ａの断線による電圧降下は屈曲時のみ発生し、電圧降下時間（パルス幅）は、移動する可動部１８の移動速度及び屈曲部２６Ａの径等の条件によって変化する。
【００２５】
次に図２に示すケーブル２６の状態２は、可動部１８の移動回数を重ねる毎に素線２６ａの断線本数が増加（例えば４本）した場合を示している。この場合、屈曲部２６Ａにおける断線状態での導体２６ｂの電気抵抗値は、状態１の場合よりも増加し、そのときの電圧降下値Ｖ２は、電圧降下値Ｖ１よりも増加する。
【００２６】
また、素線２６ａの断線本数が増えると、切断面の変化により、ケーブル２６が真っ直ぐな状態に復帰した場合に再び接続が回復するタイミングが異なる。そのため、ケーブル２６が復帰して接続が回復するまでの時間が長くなり、基準電位Ｖｏに戻るまでの時間（電圧降下時間）が長くなる。したがって、導通不良を起こしている電圧降下時間もパルス幅ｔ１よりも時間の長いパルス幅ｔ２として捕らえることができる。なお、図２において、理解を容易にするために電圧波形を模式的に示したが、実際は基準電位Ｖｏまで徐々に回復する。
【００２７】
そこで、本第１実施形態の移動装置５０は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作との繰り返しによる導体２６ｂの断線を予兆する断線予兆検知装置１０を備えている。ここで、導体２６ｂの断線を予兆するとは、図２のように、ケーブル２６内の複数の素線２６ａが移動もしくは腐食などによる経時的な変化で、導体２６ｂが断線する兆候を検知することである。また、導体２６ｂが断線するとは、全ての素線２６ａが断線することである。
【００２８】
断線予兆検知装置１０は、ケーブル２６に直列接続された抵抗値Ｒの検出抵抗器１７と、検出抵抗器１７を介してケーブル２６に電圧を印加する電源部２７と、を備えている。電源部２７は、ＤＣ電圧とＡＣ電圧の切り替えを可能に構成されており、またＡＣ電圧はパルス状の波形のほか、正弦波等の電圧も印加できるように構成されている。本第１実施形態では、電源部２７は、ＤＣ電圧を印加する。つまり、本第１実施形態のケーブル２６は、電源電圧が印加される電源ラインのケーブルである。
【００２９】
また、断線予兆検知装置１０は、電圧変動検知部１１、変動時間検知部１２、変化周期検知部１３、予兆判定部１４、表示部１５及び断線位置検知部１６を備えている。電圧変動検知部１１は、通電状態の導体２６ｂの抵抗変化による電圧変化を、検出抵抗器１７の端子間電圧から検知する。
【００３０】
この電圧変動検知部１１は、検出抵抗器１７の端子間電圧を検知することにより、導体２６ｂの電気抵抗値の変化によって通電状態の導体２６ｂにおいて基準電位Ｖｏから電圧降下した際の電圧降下値を求める。即ち、電圧変動検知部１１は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる電圧降下による電圧降下値（測定値）を測定する。
【００３１】
具体的には、電圧変動検知部１１は、検出抵抗器１７からのモニタ信号（以下、「予兆信号」という）をサンプリングする回路を有し、電圧値を定量的な値に変換し出力する。サンプリング回路はＡＤ変換回路を用いてもよく、サンプリングの周期も、カウンタ２３からの信号を、変化周期検知部１３を通して入力することで、可動部１８の動作回数に応じて設定が可能である。
【００３２】
また予め予兆信号の閾値設定を行い、閾値に対してモニタ値が大きい場合には所定の電圧を出力するような方式も取ることができる。閾値設定の場合には、出力は例えばデジタル的な信号として扱えるように、内部のデジタル出力用のコンパレータ回路を設けてもよい。電圧変動検知部１１は、ケーブル２６が移動状態の間逐次検出抵抗器１７の予兆信号を監視している。
【００３３】
変動時間検知部１２は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる電圧降下による電圧降下時間（測定値）を測定する。
【００３４】
具体的には、変動時間検知部１２は、電圧変動検知部１１からの出力信号を基に、ケーブル２６の内部の断線状態がどれくらいの期間おきているか検知するための回路が構成されている。例えば電圧変動検知部１１の出力がＡＤ変換後の定量的な値の場合には、データを電圧変動検知部１１のサンプリング周期に同期した内部クロック信号にて、ラッチもしくは一次的なメモリにストアする。次に取り込まれたデータをメモリ内のデータとで比較を行う。比較する周期は内部クロック毎に行い、比較データが連続している場合には、その時間の内部クロック数をカウントすることで電圧降下時間の検知ができる。
【００３５】
また、電圧変動検知部１１の出力が閾値設定によるコンパレータ信号の場合、例えばデジタル信号として１が出力された場合にも、内部クロック信号にてデジタル信号のラッチを行う。デジタル信号が１の状態を維持している期間の内部クロックのカウントを行うことで変動時間の検知を行うことが可能である。検出の分解能は、サンプリング周期の設定いかんにより任意に設定が可能である。以上の電圧変動検知部１１及び変動時間検知部１２が測定手段として機能する。
【００３６】
次に、変化周期検知部１３について説明する。変化周期検知部１３は、機台２４を移動させるドライバー２２からの駆動周期信号を、カウンタ２３を通して取り込む。この駆動周期信号を取り込むことにより可動部１８がどれ位の周期（駆動スピードを含む）で駆動しているかを把握することができる。また、変化周期検知部１３は、電圧変動検知部１１からの出力を取り込み、その信号の周期性を基に、ケーブル２６の導体２６ｂの断線で生じた信号であるか否かを判定することができる。
【００３７】
電圧変動検知部１１、変動時間検知部１２及び変化周期検知部１３のそれぞれの検知信号は個別に予兆判定部１４に出力される。本第１実施形態における予兆判定部１４は、ＣＰＵ１４ａ及びメモリ１４ｂを有し、ＣＰＵ１４ａがメモリ１４ｂ内のプログラムに基づいて動作するコンピュータである。なお、予兆判定部１４は、ＦＰＧＡのロジック回路で記述されたコンピュータであってもよい。
【００３８】
予兆判定部１４は、それぞれの信号を基に、予兆判定を行い（判断手段）、その結果を表示部１５に表示を行わせる（報知制御手段）と共に、屈曲回数を示す予兆判定値の算出を行い（予測手段）、その屈曲回数を表示部１５に表示させる。
【００３９】
予兆判定部１４のメモリ１４ｂには、予め実験により求めておいた、導体２６ｂが断線に至る前の状態の電圧降下値及び電圧降下時間が閾値として記憶されている。また、メモリ１４ｂには、予め実験により求めておいた、電圧降下値と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルと、電圧降下時間と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルとが記憶されている。
【００４０】
表示部１５は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を画像表示により報知するための報知手段である。本第１実施形態では、報知手段が表示部１５である場合について説明するが、報知手段が音声出力部であり、検知情報を音声により報知するようにしてもよい。
【００４１】
断線位置検知部１６は、移動する可動部１８によりケーブル２６上のどの位置で導体２６ｂの断線が生じているかを判定する。判定方法としては、エンコーダ２１からの位置信号と、ステージ２５上に設けられた原点信号または原点センサからの信号（不図示）と、予兆判定部１４からの信号とで位置の特定を行う。
【００４２】
次に、断線予兆検知装置１０によるケーブル２６の断線予兆検知方法について詳細に説明する。ここで、ケーブルベア内に実装されたケーブル２６での断線予兆を行う場合に、屈曲等によって現れる予兆信号の変化は、図２に示された電圧変動の波形と一致する。すなわち、屈曲回数が少ない場合においては、状態１のように電圧降下値及び電圧降下時間（パルス幅）も小さい。屈曲回数が増加した場合には、状態１から状態２のように電圧降下値と電圧降下時間の増加が見られる。
【００４３】
図３は本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置１０による断線予兆検知を行うためのフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図１の断線予兆検知装置１０内で構成されている各部の処理の流れを示したものである。まず、カウンタ２３は、可動部１８が繰り返し動作を開始した場合に、可動部１８の移動回数、即ちケーブル２６の屈曲回数のカウントを開始する（Ｓ１）。
【００４４】
次に、電圧変動検知部１１は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値を測定する（Ｓ２：測定工程）。また、変動時間検知部１２は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下時間を測定する（Ｓ３：測定工程）。
【００４５】
電圧降下値は、基準電位からどれだけ電圧降下したかを示す値である。電圧降下時間は、ハイレベルの電位と、ハイレベルよりも低いローレベルの電位との間の領域に電圧降下したときの時間である。
【００４６】
ここで、本第１実施形態では、導体２６ｂに定常電圧が印加されて導体２６ｂが通電状態となっているときに電圧降下値及び電圧降下時間（測定値）が測定される。つまり、導体２６ｂには、電源部２７により検出抵抗器１７を介して電源電圧である定常電圧が印加されている。
【００４７】
そして、ケーブル２６の導体２６ｂには、素線２６ａの断線がない状態では一定の基準電位となる電圧が印加される。素線２６ａの断線が生じた場合には、導体２６ｂにおいて電圧降下が生じるので、基準電位から電圧降下した電圧降下値及び電圧降下している期間である電圧降下時間が測定される。
【００４８】
次に、予兆判定部１４は、電圧変動検知部１１により測定された電圧降下値が、予め設定された閾値ｔｈ１を上回ったか否かを判断する（Ｓ４：判断工程）。また、変動時間検知部１２により測定された電圧降下時間が閾値ｔｈ２を上回ったか否かを判断する（Ｓ５：判断工程）。
【００４９】
そして、予兆判定部１４は、電圧降下値が閾値ｔｈ１を上回ったと判断した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、又は電圧降下時間が閾値ｔｈ２を上回ったと判断した場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、予兆判定値の算出を行う（Ｓ６：予測工程）。
【００５０】
つまり、予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が測定された時点を基準とする導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数を、測定値から予測する。具体的には、予兆判定部１４のＣＰＵ１４ａが予めメモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータを参照して、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）に対応する屈曲回数を求める。
【００５１】
次いで、予兆判定部１４は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を表示部１５に表示させると共に、表示部１５に屈曲回数を表示させる（Ｓ７：報知工程）。
【００５２】
表示部１５による表示の結果、オペレータにより可動部１８の繰り返し動作を継続するか否かが判断される。各測定値が閾値ｔｈ１，ｔｈ２以下の場合（Ｓ４：Ｎｏ、及びＳ５：Ｎｏ）には、継続して繰り返し動作が行われる。
【００５３】
したがって、導体２６ｂが断線する予兆を、電圧降下の電圧降下値又は電圧降下時間により検知する、すなわち、直接ケーブル２６を監視するようにしたので、ケーブル２６の導体２６ｂの予兆精度が向上する。
【００５４】
次に、予兆判定部１４のメモリ１４ｂに記憶されるテーブルデータを作成する際の実験結果について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は、可動部１８の移動回数（移動周期でも可）に対する電圧降下値を示したものである。なお、ここでの移動は、予め決められた一定の条件で行われる。本第１実施形態では、可動部１８の駆動速度（駆動周期）を１．５ｓｅｃ／往復とし、屈曲部の径を約５０ｍｍの条件として行った。
【００５５】
図４（ａ）において、縦軸は導体２６ｂの電圧降下値である。横軸はケーブル２６の断線予兆を示す予兆信号が初めて取得されてからの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）である。
【００５６】
また、図４（ａ）において、ケーブルＡはケーブル内部の配線数が少ない、いわゆる単線での電圧降下特性を比較例として示したものである。ケーブルＢは、一般的な撚り線、例えば鈴メッキ軟銅線の７本撚り等を使用した場合の電圧降下特性を示したもので、ケーブルＣはロボットケーブルと呼ばれる撚り線数が多いケーブル（撚り線数１０本以上）を使用した場合での電圧降下特性である。
【００５７】
ケーブルＡ，Ｂ，Ｃに印加する電源電圧はＤＣ＋２４Ｖとした。ケーブルＡ，Ｂ，Ｃの電圧降下値は、ケーブルの素線がすべて断線したときには、電圧降下値が電源電圧＋２４Ｖとなるような回路構成とした。
【００５８】
ケーブルＡにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約２０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線（電圧降下値として＋２４Ｖ）に至るまでの可動部１８の移動回数ａは約３００回となった。
【００５９】
一方、ケーブルＢにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約４０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線に至るまでの可動部１８の移動回数ｂは３００００回となった。また、ケーブルＣにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約５０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線に至るまでの可動部１８の移動回数ｃは５００００回となった。
【００６０】
ケーブルが断線に至る屈曲回数は、ケーブルの種類や実際に使用する条件によって異なるが、図４（ａ）に示したような移動回数に応じた電圧の変化傾向を予めケーブルの種類ごとに把握しておくことで、断線に至るまでのおよその移動回数を予測することができる。例えば、ある特定の電圧を閾値とし、初めてその閾値を上回る（超える）電圧降下が発生した時点での可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）をカウントしておくことで、導体２６ｂが断線に至るまでの可動部１８の移動回数を予測することができる。
【００６１】
本第１実施形態では、ケーブルＢ，Ｃにおける、閾値を上回る電圧降下が発生した時点（予兆開始信号）から導体２６ｂが断線に至るまでの、可動部１８の移動回数と電圧降下値とを対応付けたデータデーブルを予兆判定部１４のメモリ１４ｂに記憶させている。
【００６２】
これにより、電圧変動検知部１１にて検知した電圧から、導体２６ｂが断線に至るまでの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）を割り出すことが可能となる。例えば、図４（ａ）のケーブルＢにおいて、閾値を１２Ｖとした場合、初めて電圧降下値が１２Ｖ以上を検知したときの移動回数は約１００００回である。ケーブル２６の導体２６ｂが断線するのが約３００００回であり、初めて電圧降下値が１２Ｖ以上を検知したときの移動回数の約３倍の移動回数を要することがわかる。
【００６３】
次に、図４（ｂ）は、可動部１８の移動回数に対する電圧降下時間（パルス幅）を示したものである。縦軸は、電圧降下時間であり、横軸は、図４（ａ）と同様に、ケーブル２６の断線予兆を示す予兆信号が初めて取得されてからの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）である。可動部１８の移動回数が増加すると電圧降下時間も増加する傾向にある。図４（ｂ）では、ケーブルＢ，Ｃについての実験結果を示している。
【００６４】
導体２６ｂの電圧降下値が１２Ｖを上回った（超えた）場合の時点を初期値とした時、初期値から電圧降下時間を測定し、閾値２０ｍｓｅｃとなった時の移動回数ｄ，ｅについて測定した。その結果、ケーブルＢでは移動回数ｄは約１００００回程度、ケーブルＣでは移動回数ｅは３００００回程度となった。
【００６５】
ケーブルＢ，Ｃの実験結果から、ケーブル２６の導体２６ｂが断線に至るまでの傾向（電圧降下時間）が、ケーブル２６の種類に応じて異なることが判明した。したがって、本第１実施形態では、電圧降下時間と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルは、移動装置５０に使用されるケーブル２６の種類に対応するものが用いられる。
【００６６】
つまり、予め使用するケーブルが判っていれば、そのケーブルの種類に対応するデータテーブルをメモリ１４ｂに記憶させておけばよい。予兆判定部１４は、このデータテーブルを用いることで、測定した電圧降下時間に対する断線に至るまでの屈曲回数を予測することが可能となる。
【００６７】
なお、電圧降下時間の閾値を２０ｍｓｅｃとした理由は、電圧降下時間と電圧降下値との関係から、２０ｍｓｅｃの電圧降下時間での電圧降下値は２０〜２４Ｖに達しており、導体２６ｂがほぼ断線状態であることが実験で判ったからである。また、断線の初期時での電圧降下時間はμｓｅｃオーダであり高周波のサンプリング回路を必要とされるためである。但し、電圧降下時間の閾値は、上記の設定に限ったものでもなく任意に設定してもよい。以上、メモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータに基いて導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数を求めるようにしたので、断線予兆の精度が向上する。
【００６８】
次に、断線位置検知部１６の動作について、詳細に説明する。断線位置検知部１６は、エンコーダ２１が出力するエンコーダ信号により、可動部１８の基準位置に対する移動位置を特定し、閾値を上回った測定値を測定したときの可動部１８の移動位置により導体２６ｂの断線位置を特定する（断線位置検知工程）。この測定値とは、電圧降下値又は電圧降下時間である。
【００６９】
次に、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。可動部１８がモータ２０によってステージ２５上を所定の位置に位置決めする際に、まず基準位置である原点位置（不図示）に移動し、初期位置を確定する動作を行う。原点位置では、その位置に可動部１８がいることを検出するためのポジションセンサが設けられており、センサ信号を確認することで初期化動作が完了する。
【００７０】
原点位置での位置信号が検出されたことを確認し、所定の位置決め動作を行うためにモータ２０によって駆動が行われる。エンコーダ信号は可動部１８が移動した移動量に応じて出力値がカウントアップされる。
【００７１】
初期位置での位置信号とエンコーダ信号は、図１に示すドライバー２２を通して断線位置検知部１６に出力される。断線位置検知部１６は、入力した位置信号とエンコーダ信号を基に、原点位置に対する可動部１８の現在の移動位置を特定する。位置信号が入力された時点でエンコーダ信号のカウント値のリセットを行う。
【００７２】
予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が閾値を上回っていると判断したときには、ケーブル２６の導体２６ｂの断線予兆を検知したことを示す予兆信号を断線位置検知部１６に出力する。
【００７３】
断線位置検知部１６は、予兆信号をトリガとしてエンコーダ２１によるカウント値を内部回路においてラッチする。このエンコーダ２１のカウント値（又はエンコーダ信号の時間）Ｌは、可動部１８の移動位置に対応する。ラッチされた値はエンコーダ信号のＬ値を実際のステージ２５上の位置に変換した値とし、可動部１８がステージ２５上のどの位置にいるかを示している。
【００７４】
また、導体２６ｂの断線は、ケーブル２６の屈曲部２６Ａに発生することが予め確認されていることから、ステージ２５上における可動部１８の位置と、可動部１８から屈曲部２６Ａまでのケーブル長の関係が判っていれば、断線位置の大まかな特定は可能である。
【００７５】
従って、本第１実施形態では、予め可動部１８の移動位置に対するケーブル２６における屈曲部２６Ａの位置を測定しておき、断線位置検知部１６のメモリに記憶させてある。そして、断線位置検知部１６は、予兆信号を入力したときの可動部１８の移動位置からケーブル２６における断線位置を特定する。これにより、本第１実施形態では、図５のＬ値を基に断線位置検知部１６によって断線位置の特定を行うことができる。
【００７６】
以上第１実施形態では、断線予兆を、ケーブルの導体の抵抗変化を電圧降下値と電圧降下時間の測定で、屈曲の周期との関連性を特に考慮することなく可能にした。それは、例えば一回の測定からでも、断線に至る予兆を検知することが可能である。これらは、移動するケーブル条件、例えばロボットなどの往復直線運動や往復回転運動を行い、捩れを発生する機構等に対応して最も適した予兆手段を提供することが可能となった。
【００７７】
更に、往復直線運動を行う場合には、エンコーダ信号等を取り込んで、断線が発生しているおよその位置を特定できる。従って、ケーブルが中継のコネクタで結合されている場合に、特定された位置に対応するハーネス部分のみを実装交換することで、必要最低限の工数で済むという効果を奏する。
【００７８】
本実施例の適用としては、生産工程に必要な装置に限らず、電子機器の製品（移動を伴う機構を搭載したプリンターや、スキャナーなど）の適用にも可能とされる。
【００７９】
なお、図３に示した断線予兆の判断のフローチャートにおいて、電圧降下値及び電圧降下時間で判断する場合について説明したが、これに限らず、電圧降下値及び電圧降下時間のいずれか一方の測定値を用いて判断するようにしてもよい。
【００８０】
前述のようなケーブルベアを使って屈曲するケーブル２６の場合においては、電圧降下値で判定を行う方が、初期時の電圧降下時間が短いための予兆精度が良いと判断される。したがって、図３に示すステップＳ３，Ｓ４の処理は、省略してもよい。
【００８１】
以上の断線予兆検知方法においては、移動する条件に応じて、判断方法を選択することや、判断基準を電圧降下値や電圧降下時間において任意の閾値を設けて行う方法を用いてもよい。
【００８２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。なお、断線予兆検知装置の構成は上記第１実施形態の断線予兆検知装置と同一であるが、検知対象が異なる。図６は、本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた回転装置５０Ａを説明するための図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同様の符号を付してある。
【００８３】
本第２実施形態では、図６（ａ）に示す回転装置５０Ａを検知対象とするものであり、この回転装置５０Ａは、固定部１９Ａと、固定部１９Ａに対して回転移動する可動部としての回転部１８Ａと、を備えている。つまり、固定部１９Ａと回転部１８Ａとは、同一の軸上に配置されており、回転部１８Ａは、軸２８を回転中心として回転駆動される。なお、固定部１９Ａには、駆動部としてのモータ２０Ａが内蔵されており、モータ２０Ａの可動子である回転子に軸２８が固定されている。
【００８４】
固定部１９Ａと回転部１８Ａとの間には、上記第１実施形態と同様のケーブル２６が接続されており、固定部１９Ａに対して回転部１８Ａが往復回転移動することにより、ケーブル２６は、捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作をする。
【００８５】
ここで、復帰動作とは、ケーブル２６の捩れが解消する動作である。例えば、回転部１８Ａが初期位置Ｐ０から回転位置Ｐ１に回転移動した場合、ケーブル２６は捩れ動作となり、回転部１８Ａが回転位置Ｐ１から初期位置Ｐ０に回転移動した場合、ケーブル２６は復帰動作となる。回転部１８Ａがこの回転動作を繰り返すことにより、ケーブル２６は、捩れ動作と復帰動作とを繰り返すこととなる。そして、この繰り返し動作中に、ケーブル２６の導体２６ｂでは、図６（ｂ）に示すように、基準電位Ｖｏから電圧降下時間ｔ３に電圧降下値Ｖ３の電圧降下が発生する。
【００８６】
本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、断線予兆検知装置１０を図３に示すフローチャートに従って動作させ、断線予兆検知を行ってもよいが、図３に示すステップＳ２，Ｓ４を省略してもよい。
【００８７】
つまり、ケーブル２６が捩れ動作をする場合には、出力電圧が僅かであっても、電圧降下時間が数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃに至る場合がある。このような場合には、断線予兆検知方法としては、電圧降下時間による判断がふさわしい。
【００８８】
理由としては、電圧降下時間が長いことから、時間の検知がしやすくなるためと、初期時の電圧降下値がわずかであっても、ケーブル２６の捩れによる内部断線が急速に進行する可能性があるためである。
【００８９】
なお、本第２実施形態では、図３に示すステップＳ６において、屈曲回数を測定値から予測する代わりに、捩れ回数を測定値から予測する。つまり、予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が測定された時点を基準とする導体２６ｂが断線に至るまでの捩れ回数を、測定値から予測する。具体的には、予兆判定部１４のＣＰＵ１４ａが予めメモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータを参照して、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）に対応する捩れ回数を求める。
【００９０】
次いで、ステップＳ７において、予兆判定部１４は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を表示部１５に表示させると共に、表示部１５に捩れ回数を表示させる。以上の動作により、本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、導体２６ｂの断線予兆精度が向上する。
【００９１】
以上の断線予兆検知方法においては、移動する条件に応じて、判断方法を選択することや、判断基準を電圧降下値や電圧降下時間において任意の閾値を設けて行う方法を用いてもよい。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。断線予兆検知装置の構成は上記第１実施形態の断線予兆検知装置と略同一である。図７は、本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。上記第１、第２実施形態では、ケーブルが電源ラインの場合について説明したが、本第３実施形態では、ケーブルが信号ラインの場合について説明する。
【００９３】
本第３実施形態の移動装置５０Ｂは、可動部１８が固定部１９（ステージ２５）に対する基準位置を通過するのを検知するセンサ２９を備えている。このセンサ２９は、例えば近接センサである。このセンサ２９の検出対象である検出対象物３０は、金属等の検出体として構成されており、可動部１８の移動によりセンサ２９が検出対象物３０に接近するとセンサ２９がＯＮ状態を示すセンサ信号を出力する。
【００９４】
図８は、ケーブルの接続状態を示す説明図である。なお、可動部１８及び固定部１９は図示を省略している。可動部１８と固定部１９との間は、電源ラインを示すケーブル２６１と、信号ラインを示すケーブル２６２と、ＧＮＤラインを示すケーブル２６３とで接続されている。具体的には可動部１８に固定されたセンサ２９と断線予兆検知装置１０とがケーブル２６１と、ケーブル２６２と、ケーブル２６３とで接続されている。信号ラインを示すケーブル２６２には、センサ信号が伝送されるように構成されている。
【００９５】
センサ２９のＳＷ主回路２９ａは、多くは出力段の回路がいわゆるオープンコレクタタイプが採用されている。センサ２９は、検出対象物３０を検知したとき、ＳＷ主回路２９ａが動作して出力段であるトランジスタ２９ｂがＯＮすることで、信号ラインであるケーブル２６２の導体の電位が変化し、外部の負荷を駆動する方式をとる。なお、センサ２９は、近接センサに限定するものではなく、他の方式（リミットスイッチやフォトスイッチ）によるものでもよい。
【００９６】
図９は、センサ２９を使用した場合に検出抵抗器１７で検知される電圧の状態を示した図である。センサ信号の状態を判りやすくするために、センサＯＮとセンサＯＦＦとで状態を区別した。実際の電圧レベルで見た場合には、センサ２９がＯＮ状態ではセンサ信号は＋２４Ｖのハイレベル、センサ２９がＯＦＦ状態ではセンサ信号は０ＶのＧＮＤレベル（ローレベル）である。また、センサ信号は、断線予兆検知装置１０の電圧変動検知部１１及び変動時間検知部１２で検知される。
【００９７】
本第３実施形態では、センサ信号がハイレベルのときのみ、断線予兆の検知が可能となる。つまり、センサ信号がローレベルの時と、ケーブル２６２の導体の断線による信号の電圧降下値は同じ電位となるため、センサ２９がＯＦＦ時の断線予兆は実質的にセンサ動作中では不可能である。従って、センサ信号による断線予兆は、センサ２９がＯＮ状態の時のみ実施する。
【００９８】
また、図７に示す電圧変動検知部１１は、センサ信号がハイレベルの時のみにセンサ信号の電圧レベルを検知する。具体的には、センサ信号がハイレベルであることを捕らえた後、ＯＮ時のみをゲート信号として、センサ信号をＡＤ変換する方法を用いている。この方法を用いた結果、図９では、信号ラインであるケーブル２６２の導体で発生する電圧降下値を、センサ信号がハイレベルのときに、状態１から状態２の変化として捉えることができる。
【００９９】
また、上記第１実施形態と同様に、ケーブル２６２の導体における素線の断線が初期状態ではケーブル２６２の電気抵抗値による電圧降下値Ｖ１及び電圧降下時間ｔ１が小さい。その後、ケーブル２６２の繰り返し屈曲回数（又は捩れ回数）が増加するに連れてケーブル２６２の素線の断線状態が進行していくと、状態２のように電圧降下値Ｖ１よりも大きい電圧降下値Ｖ２へと増加する。また、電圧降下時間ｔ１よりも長い電圧降下時間ｔ２に広がっていくことが確認できる。
【０１００】
したがって、本第３実施形態では、センサ信号による断線予兆検知方法については、上記第１実施形態の図３に示すフローチャートと略同様である。そして、図３に示すステップＳ２では、センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間でケーブル２６２の導体が通電状態となっているときに電圧降下値を測定する。ステップＳ３では、センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間でケーブル２６２の導体が通電状態となっているときに電圧降下時間を測定する。
【０１０１】
また、本第３実施形態では、センサ２９がＯＮ状態の時に電圧降下値と電圧降下時間がセンサ信号内で発生した位置を特定していることから、センサ検知時に見られるチャタリング現象（センサＯＮ・ＯＦＦ時にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す誤動作）の区別をしている。即ち、センサＯＮまたはＯＦＦ時の近傍で且つ、振動する信号の周波数成分がある値より高い場合にはセンサのチャタリングと判断する。
【０１０２】
周波数の設定はセンサ２９の感度や、センサ２９の構成によって異なるためその都度変更する必要があるが、断線時での検出抵抗器１７からの予兆信号の周波数成分が低いため、本第３実施形態においては数ｋＨｚ程度の閾値とした。
【０１０３】
本第３実施形態における電圧変動検知部１１は、図１０（ａ）に示すように、複数のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを有しており、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ異なる基準電位となる電圧ライン３２，３３，３４に接続されている。なお、接続点３５は、予兆検知をしたいケーブル２６２を接続する接続点である。
【０１０４】
コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは電圧ライン３２，３３，３４に設定された基準電位と、検出抵抗器１７からの予兆信号と比較し、結果を出力する比較器である。これらコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより、ケーブル２６２の導体の電圧変化を閾値検出することが可能となる。
【０１０５】
各電圧ライン３２，３３，３４の基準電位は、便宜上ｈｉｇｈレベル、ｍｉｄｄｌｅレベル、ｌｏｗレベルと表記する。これら基準電位は、接続されるケーブル２６２の印加電圧の最小から最大電圧の幅の１／３〜１／８の値を境界として使うとよい。
【０１０６】
例えば、電圧幅が５Ｖであった場合、５×１／３，５×１／８＝１．７，０．６３となり、基準電位はそれぞれｈｉｇｈ＝３．３〜４．３８Ｖ，ｍｉｄｄｌｅ＝０．６４〜３．４Ｖ，ｌｏｗ＝０．６３〜１．６７Ｖに設定される。また、電圧幅が２４Ｖであった場合、基準電位はそれぞれｈｉｇｈ＝１６．０〜２１．０Ｖ，ｍｉｄｄｌｅ＝３．０〜１６．０Ｖ，ｌｏｗ＝３．０〜８．０Ｖに設定される。
【０１０７】
なお、これら基準電圧は、ケーブル２６２に重畳するノイズレベルで設定される。ケーブル２６２への印加電圧の最小値、最大値に基準電圧が近いほど、事前に断線予兆を検出できる可能性が高くなるが、誤検知の可能性も高くなる。
【０１０８】
予兆判定部１４は、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出力された結果を用いて、断線予兆を判定する。つまり、予兆判定部１４は、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃからの閾値出力信号を基に、ケーブルベア内のケーブル２６２の断線状態がどれくらいの期間おきているか検知するための回路が構成されている。
【０１０９】
例えば各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃからの出力信号を内部クロック信号にて、ラッチもしくは一次的なメモリにストアし、次に取り込まれたデータをメモリ内のデータとで比較を行う。比較する周期は内部クロック毎に行い、比較データが連続している場合には、その時間の内部クロック数をカウントすることで閾値出力時間の検知を行う。
【０１１０】
なお、検出の分解能は、サンプリング周期の設定いかんにより任意に設定が可能である。閾値出力時間の周期を計測する理由は、実装されたケーブル２６２での屈曲等によって現れる予兆信号が、図９の状態１，状態２のように現れるからである。
【０１１１】
図９の状態１，状態２は、０Ｖ付近を中心とした振幅とはならず、ノイズとは異なる。また、センサ２９がＯＦＦしたときの電位である０Ｖとも異なる。電圧降下値Ｖ１，Ｖ２は、接触抵抗と考えられる抵抗成分を介した電圧値であり、微少な時間幅数μから数百ｍＳｅｃだけ現れる。この電圧降下値Ｖ１，Ｖ２と電圧降下時間ｔ１，ｔ２は、断線の進行とともに大きく、長くなる。この実施データを基に、図３に示すステップＳ３，Ｓ５における断線予兆判定を行うアルゴリズムが図１１である。
【０１１２】
断線予兆検知装置１０の電源が投入された場合、図１１に示すように、起動から開始し、予兆判定部１４は、１μＳｅｃの波形を作成し、その波形の立ち上がり状態で検知処理に移行する（Ｓ１１）。ここで、予兆判定部１４は、起動以降の処理遅延を含んだ中で１μＳｅｃ毎にループを行う。次に、検知処理のループに移行した予兆判定部１４は、入力電圧レベルを規定した電圧変動検知部１１からの結果を読み取る（Ｓ１２）。
【０１１３】
予兆判定部１４は、その読み取った結果が測定開始ＯＮ状態の条件を満たしていれば、開始状態ＯＮのステータスとなる（Ｓ１３）。ここで、予兆判定部１４は、ステップＳ１３では、電圧変動検知部１１からの入力電圧レベルが、Ｌｏｗレベルのみ、Ｈｉｇｈレベルのみの判定では開始状態ではなく、ＥＮＤとなり、最初のステップＳ１１に戻る。また、予兆判定部１４は、ＬＯＷレベル−Ｍｉｄｌｅレベルの判定有りとＭｉｄｌｅレベル−Ｈｉｇｈレベルの判定有りの場合は、測定開始ＯＮ状態の条件を満たしていると判断し、開始状態ＯＮのステータスとなる。
【０１１４】
次に、予兆判定部１４は、測定範囲値を更新し（Ｓ１４）、測定値オーバーの場合、内部カウンタの値をリセットし（Ｓ１５）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、測定開始ＯＮ状態が前回の１μＳｅｃ処理から続いていた場合（更新状態という）、判断状態ＯＮとして更新状態にし（Ｓ１６，Ｓ１７）ＥＮＤに戻る。このとき、予兆判定部１４は、内部カウンタの値に１を足して更新し、１００を超えた場合（すなわち、１００μＳｅｃとなった場合）、判断状態ＯＮオーバーとなる。
【０１１５】
そして、予兆判定部１４は、判断状態回数に１を足して更新する（Ｓ１８）。ここで、予兆判定部１４は、内部カウンタが３を超えると断線判定を出力し（Ｓ１９）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、測定範囲値更新が更新状態ＯＦＦの場合（前回は更新状態だったが今回は更新条件に当てはまらなかった場合）、判断状態をＯＦＦに更新し（Ｓ２０）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、この値も１足して更新しており、３０を超えると判断状態ＯＦＦオーバーで内部カウンタをリセット処理実行し（Ｓ２１）、ＥＮＤに戻る。
【０１１６】
つまり、予兆判定部１４は、１μＳｅｃごとに処理を行うようにし、コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力結果レベルから、測定開始ＯＮ状態、ケーブル電圧がｌｏｗ、ｍｉｄｄｌｅ、ｈｉｇｈレベルかを判断する。そして、予兆判定部１４は、測定すべき範囲値であれば、１μＳｅｃごとにカウントを増加更新し、そうでなければリセットを行う。このカウンタ値が設定の値を超えた場合（本第３実施形態では、１００μＳｅｃ＝１００カウントに設定した）、判断状態回数をカウントアップさせる。
【０１１７】
予兆判定部１４は、この判断状態回数が設定値を超えた場合（本第３実施形態では３カウントに設定）、断線の予兆と判断し、表示部１５に断線予兆検知と表示させる。予兆判定部１４には、実施データを基に導き出された図１１に示す予兆判定のアルゴリズムが実装されている。なお、上記アルゴリズムはＣＰＵ内のプログラムで作成しても良いし、ＦＰＧＡのロジック回路で記述しても良い。
【０１１８】
ケーブルや可動部の状況によって異なるが、上記設定で断線予兆が初めて取得された移動回数は、約４０，０００回を超え、それが断線（Ｉ／Ｏ制御部の誤動作）に至るまでの移動回数は約５０，０００回となった。また別のケーブルでは、断線予兆検知が約１５，０００回、断線までの移動回数が約２０，０００回となった。上記の設定では、断線（Ｉ／Ｏ制御部が誤動作）に至るまでの回数（時間）があり、事前にケーブルの交換の予定立てを行うことが可能である。
【０１１９】
なお、図９の中での予兆波形から予兆判定部１４の基準電圧を高い電圧にし、変動している時間幅を長く設定すると、予兆検知から断線（Ｉ／Ｏ制御部の誤動作）に至るまでの回数（時間）を短くできる。つまり、ケーブル２６２の屈曲回数の増加に伴う予兆信号の変化で、屈曲回数が増えると状態１から状態２に電圧降下と電圧降下時間が増える。この関係を利用して、断線に至るまでの猶予時間（閾値）を調整することができる。
【０１２０】
したがって、電圧降下値の閾値を小さく、電圧降下時間の閾値を短くすれば、断線の初期の頃に予兆を捕らえることができ、断線までの回数（時間）を長く取ることができる。また、電圧降下値の閾値を大きく、電圧降下時間の閾値を長くすれば、断線の直前まで予兆の検知をせず、断線までの回数（時間）を短くできる。
【０１２１】
以上本第３実施形態では、ケーブル２６２の内部断線による断線の予兆を、ケーブル２６２の電圧降下値として検知し、電圧降下時間から判断する方法を用いている。これにより、ケーブル２６２の屈曲の周期との関連性を特に考慮することなく、例えば一回の予兆信号からでも、断線に至る予兆を検知することが可能となる。
【０１２２】
なお、図１０（ａ）に示した複数のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃに替えて、図１０（ｂ）のＡ／Ｄコンバータ４０を使用することもできる。図１０（ｂ）中の接続点３７は、予兆検知をしたいケーブルを接続する接続点、保護ダイオード３８は、Ａ／Ｄコンバータ４０に接続される前段にあるインピーダンス変換回路３９の保護のためにある。これら保護ダイオード３８やインピーダンス変換回路３９は、使用するＡ／Ｄコンバータ４０の性能規格値によっては必要ない。Ａ／Ｄコンバータ４０の変換結果は、予兆判定部１４へ出力される。
【０１２３】
図１０（ｂ）のＡ／Ｄコンバータ４０を使用した場合、予兆判定の電圧レベルはデジタル値として設定し、Ａ／Ｄ変換後のデジタル値を閾値として、演算によって判定を行うようになっている。なお、この閾値は上記第１実施形態の設定値と同様である。この場合、閾値はアルゴリズム内で自由に設定できるようになり、基準電位の回路での設計よりも簡便に設定値を変更できる。
【０１２４】
また、断線予兆検知を判定した後、予兆判定部１４は、表示部１５に判定結果の出力を行うだけでなく、図１２に示すように、制御コントローラへ接続される絶縁回路４５を駆動し、制御コントローラへ予兆判定の結果を伝達する。なお、図１２の場合、例としてフォトカプラを用いたが、絶縁トランスを用いて信号伝達しても良いし、伝達する信号を符号化し多数のケーブルでの予兆判定結果をまとめて伝達しても良い。
【０１２５】
このような形態とすることで、ケーブル２６２の内部断線による断線の予兆を、コントローラの種類や、被制御対象物の駆動電圧、供給電源の種類等の差異に関係なく、接続することが可能となる。このとき、制御コントローラは制御対象物への接続ケーブルの異常を断線に至る前に検知することが可能で、ケーブル２６２が原因の信号異常から来る動作異常も未然に防ぐことが可能となる。
【０１２６】
また、断線予兆検知をするためには、電圧変動検知部１１と対象とする断線予兆検知されるケーブルとは、電気的に接続をされていないと、断線予兆を示す信号を監視することができない。図１３（ａ）は絶縁されたケーブル２６２を断線予兆検知する回路である。フォトカプラ４６は図１３（ｂ）の様な電圧変換性能を持ち、検知対象とするケーブル２６２からの入力電圧に対して、あるオフセットを持った非線形の信号を出力する。
【０１２７】
図１３（ｂ）のような変換性能を持つフォトカプラに対しては、図１３（ａ）のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃのそれぞれ異なる基準電位を０．８〜１．１Ｖ，１．０〜３．２Ｖ，３．０〜４．３Ｖと設定した。
【０１２８】
図１３（ａ）のように、フォトカプラ４６の入力電圧−出力電圧変換性能を利用し、ケーブル２６２の内部断線による断線予兆を、被制御対象物の駆動電圧、供給電源の種類等の差異に関係なく、フォトカプラの絶縁能力と変換性能から断線予兆検知が可能となる。このとき、Ｉ／Ｏ制御コントローラは制御対象物への接続ケーブルの異常を断線に至る前に検知することが可能で、ケーブルが原因の信号異常から来る動作異常も未然に防ぐことが可能となる。
【０１２９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。断線予兆検知装置の構成は上記第３実施形態の断線予兆検知装置と略同一であり、上記第３実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１３０】
上記第１実施形態では、可動部と固定部との間に接続された検知対象のケーブルが、電源ＯＮ時での電源ラインを示すケーブルであり、上記第３実施形態では、検知対象のケーブルが、センサＯＮ時での信号ラインを示すケーブルである場合について説明した。本第４実施形態では、検知対象のケーブルが、ＧＮＤラインを示すケーブル、センサＯＦＦ時での信号ラインを示すケーブル、及び電源ＯＦＦ時での電源ラインを示すケーブルである場合について説明する。
【０１３１】
即ち、本第４実施形態では、ＯＦＦライン時で各ケーブルの断線予兆を行うものである。ここでいうＯＦＦラインとは、センサ信号系に電源が投入されない状態、つまり生産工程動作として開始前の状態を指す。なお、いずれのケーブルも、屈曲動作（又は捩れ動作）と復帰動作とを繰り返す。
【０１３２】
先ず、ＯＦＦライン時に断線予兆検知装置１０内で電源ラインへの＋２４Ｖのセンサ電源に印加ラインを切り替えて、電源部２７が、検査パルスとして、図１４に示したようなパルス状の波形のパルス電圧を印加する（パルス電圧印加工程）。切り替えラインには、電源配線とは別にインピーダンス測定用の検出抵抗器１７が設けられている。なお、切り替え部と検出抵抗器１７は、例えば電圧変動検知部１１内に構成されていてもよい。
【０１３３】
予兆判定部１４は、電源ラインに印加された検査パルスと、それに対する電流の応答パルスの結果を判定する。判定は電流の応答パルスに対する時定数の変化として捉える。つまり、予兆判定部１４は、パルス電圧をケーブルの導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する（測定工程）。
【０１３４】
以下、具体的に説明すると、可動部１８の初期時、すなわちケーブルの導体が断線なく正常の時には、電流の応答波形としては図１４の実線で示す波形となり、時定数τ＝τ１が得られる。
【０１３５】
ここで、電流の時定数の変化は、ケーブルの抵抗成分で決まる。具体的には、ケーブルの導体の電気抵抗値と検出抵抗器１７の電気抵抗値との合成抵抗値Ｒと、ケーブルの導体のインダクタンス値と検出抵抗器１７のインダクタンス値との合成インダクタンス値Ｌとで、ＬＲ直列回路が構成される。このＬＲ直列回路の電流の時定数τはτ＝Ｌ／Ｒで決定される。ケーブルの一部の素線に断線が発生した場合には、ケーブルの導体の電気抵抗値が増加（もしくはインダクタンスＬの変化）が見られることから、電流の時定数の変化としては、時定数τは、τ１からτ２に短くなる。
【０１３６】
この時の時定数の変化により、パルス電圧をケーブルの導体に印加した際の応答パルスの電流値が立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間Ｔが、Ｔ１からＴ２に短くなる。したがって、本第４実施形態では、予兆判定部１４は電流値の飽和時間Ｔを測定する。この時の飽和時間Ｔは、およそ６τ位に設定するとよい。
【０１３７】
そして、予兆判定部１４は、測定された飽和時間Ｔが閾値を下回ったか否かを判断する（判断工程）。次に、予兆判定部１４は、飽和時間Ｔが閾値を下回ったと判断した場合に、報知手段としての表示部１５に検知情報を表示（報知）させる（報知工程）。したがって、予兆判定部１４は、予測手段、判断手段及び報知制御手段として機能する。
【０１３８】
以上、本第４実施形態によれば、ケーブルの繰り返しの曲げ動作や捩り動作により複数の素線からなる導体が断線する兆しを、直接ケーブルの電気抵抗値の変化に基づく飽和時間から検知しているので、断線予兆の精度が向上する。
【０１３９】
また、パルス状の波形のパルス電圧をケーブルの導体に印加し、ケーブルの導体の抵抗変化として、電流の時定数に関係する飽和時間Ｔを測定している。この測定した飽和時間Ｔを用いて断線の予兆を行うことで、ケーブルがＯＦＦラインの場合でも予兆可能である。上記の方法は、センサの電源ライン以外にも信号ラインまたはＧＮＤラインにも適用が可能である。いずれも生産工程のＯＦＦラインでの測定となる。測定は移動回数が増加した場合の状況を見ながら、定期的もしくは点検時等に実施すればより効果的である。
【０１４０】
以上、本第４実施形態においては、可動部１８上にセンサ２９が設定された場合での予兆検知方法について述べた。上記の方法を行うことで、いままでセンサ信号がＯＦＦの場合に断線信号との区別がつかなかった課題に対して予兆を行うことが可能である。これにより、センサ信号でのケーブル導体の断線に対しての長時間停止に対する対策を事前に施すことが可能となり、断線予兆を検知することで最低減の工数で対策を行うことが可能である。
【０１４１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた作業用ロボットについて説明する。図１５は、作業用ロボットの全体を示す模式図である。なお、断線予兆検知装置１０は、上記第１〜第４実施形態の断線予兆検知装置である。図１５に示すように、作業用ロボット１００はハンド１０４により把持等の作業を行うものである。その作業用ロボット１００の多関節のアーム１０１の適所に断線予兆検知装置１０が設けられている。
【０１４２】
アーム１０１の基端部は、アーム１０１の長さ方向の軸線と直交する軸線ａ１を中心にベース２００に回転可能に固定されている。アーム１０１の先端部には、先端リンク１０２がアーム１０１の軸線と平行な軸線ａ２を中心に回転可能に固定されている。先端リンク１０２には、ハンド１０４がアーム１０１の軸線と直交する軸線ａ３を中心に回転可能に固定されている。
【０１４３】
従って、作業用ロボット１００の回転動作としては、アーム１０１が矢印ω方向に軸線ａ１を中心に回転する動作と、先端リンク１０２が矢印θ方向に軸線ａ２を中心に回転する動作と、ハンド１０４が矢印φ方向に軸線ａ３を中心に回転する動作に分類できる。
【０１４４】
ハンド１０４と断線予兆検知装置１０との間に二次側ケーブル１０７が接続され、アーム１０１とは別途に設置されているコントローラ１０５と断線予兆検知装置１０との間に一次側ケーブル１０６が接続されている。ハンド１０４は、ハンドモータ１０３により開閉動作が行われる。
【０１４５】
二次側ケーブル１０７は、いずれの回転軸の動作によっても、屈曲動作及び捩れ動作の負荷がかかっている。そのため、二次側ケーブル１０７はロボットケーブルを使用している。各ケーブル１０６，１０７は、複数の素線からなる導体を有している。
【０１４６】
本第５実施形態では、アーム１０１が固定部であるのに対して、先端リンク１０２が可動部であり、先端リンク１０２の回転移動により、ケーブル１０７には、捩れ動作が生じる。また、先端リンク１０２が固定部であるのに対して、ハンド１０４が移動部であり、ハンド１０４の揺動移動により、ケーブル１０７には、屈曲動作が生じる。断線予兆検知装置１０は、上記第１〜第４実施形態で示したものと同等の機能を有しており、断線予兆の判定を表示部１５（図１）で示すことが可能となる。
【０１４７】
ケーブル（ロボットケーブル）１０７の断線としては、特にθ軸の回転によるケーブルの捩れが発生する。アーム１０１を固定部とした時に、先端リンク１０２を可動部としての回転部とすると、図６に示した固定部と回転部を繋ぐケーブルへの回転による負荷とほぼ同じと判断される。従って、断線予兆検知装置１０にて検出される電圧変動波形としては図６で示された波形と同じものが得られる。
【０１４８】
これらのことから、図６に示されたケーブルの断線の予兆を示す波形では、電圧降下値の変化よりも、電圧降下時間の変化が顕著である。以上より、断線予兆検知装置１０では、変動時間検知部１２を用いて、予兆判定部１４によりケーブルの断線予兆を行うのがよい。
【０１４９】
なお、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１５０】
１０ 断線予兆検知装置
１１ 電圧変動検知部
１２ 変動時間検知部
１４ 予兆判定部
１５ 表示部
１６ 断線位置検知部
１８ 可動部
１８Ａ 回転部
１９ 固定部
１９Ａ 固定部
２０ モータ
２０Ａ モータ
２１ エンコーダ
２６ ケーブル
２６ａ 素線
２６ｂ 導体
２７ 電源部
２９ センサ
１００ 作業用ロボット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルにおける導体の断線予兆を検知する断線予兆検知方法、断線予兆検知装置及び断線予兆検知装置を備えた作業用ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、組み立てロボットや溶接ロボットなどの作業用ロボットには、電力供給用や制御用のケーブルが数多く使用されている。しかしながら組み立てロボット、溶接ロボットなどのように、長期間連続して同じ動作を繰り返すと、ケーブルの撚合導体は苛酷な曲げや捩りを受けることとなる。そのため、ケーブルには寿命があり、ケーブルの撚合導体の素線断線状態の早期検知は、生産機器を保守管理するうえで極めて重要である。
【０００３】
そこで、従来は、ケーブルに平行にケーブルよりも劣化しやすい劣化検出用ケーブルを設け、劣化検出用ケーブルの切断を検出する可動ケーブル劣化検出装置が提案されている（特許文献１参照）。この可動ケーブル劣化検出装置では、劣化検出用ケーブルの端子間に電圧を印加し、劣化検出用ケーブルに流れる電流値を検出して、断線の判断をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６２１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した可動ケーブル劣化検出装置では、劣化検出用ケーブルは必ずケーブルよりも劣化し易くなくてはならない。この劣化検出用ケーブルとケーブルとの劣化の程度の差が大きくなるほど、劣化検出用ケーブルは可動ケーブルが切断に至る時期よりも早く切断に至る。従って、劣化検出用ケーブルにはケーブルよりも僅かに劣化しやすいケーブルが要求される。
【０００６】
しかしながら、異なるケーブルの切断に至る時期は、ケーブルの置かれた環境やケーブル動作によって大きく変動する。また、ケーブルと劣化検出用ケーブルでは、配置される場所が僅かではあるが異なってくる。従って、ケーブルより僅かに劣化しやすいものを劣化検出用ケーブルとして選定することは非常に困難となる。即ち、ケーブルそのものの断線状態を検知していないので、間接的な予兆にすぎず、実際のケーブルの交換時期を想定するための信頼性は低い。
【０００７】
そこで、本発明は、ケーブルの繰り返しの曲げ動作や捩り動作により複数の素線からなる導体が断線する兆しを、直接ケーブルの変化から検知することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断工程と、前記判断工程により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、前記導体にパルス電圧を印加するパルス電圧印加工程と、前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断工程と、前記判断工程により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断手段と、前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、前記判断手段により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、前記導体にパルス電圧を印加する電源部と、前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断手段と、前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、前記判断手段により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、作業ロボットにおいて、固定部と、前記固定部に対して移動する可動部と、複数の素線からなる導体を有し、前記固定部と前記可動部との間に接続されるケーブルと、前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作との繰り返しによる前記導体の断線の予兆を検知する上記断線予兆検知装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の素線からなる導体が断線する予兆を、直接ケーブルの導体の電気抵抗値の変化に基づく値から検知しているので、断線予兆の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】可動部が移動したときのケーブルの屈曲部に発生する素線の状態と、ケーブルにおける電圧降下の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知を行うためのフローチャートである。
【図４】予兆判定部のメモリに記憶されるテーブルデータを作成する際の実験結果を示す図であり、（ａ）は可動部の移動回数に対する電圧降下値を示す図、（ｂ）は可動部の移動回数に対する電圧降下時間を示す図である。
【図５】ケーブルの導体の断線位置を特定するための各信号のタイミングチャート図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた回転装置を説明するための図であり、（ａ）は回転装置の概略構成を示す図、（ｂ）はケーブルにおける電圧降下の変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】ケーブルの接続状態を示す説明図である。
【図９】センサを使用した場合に検出抵抗器で検知される電圧の状態を示した図である。
【図１０】電圧変動検出部の概略構成を示す回路図であり、（ａ）は複数のコンパレータを有する電圧変動検出部を示す回路図、（ｂ）はＡ／Ｄコンバータを有する電圧変動検出部を示す回路図である。
【図１１】断線予兆判定を行うアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】断線予兆検知装置の一部分を示す回路図である。
【図１３】電圧変動検出部のフォトカプラの説明図であり、（ａ）は電圧変動検出部の回路図、（ｂ）はフォトカプラの特性を示す図である。
【図１４】検査パルスに対する応答パルスの変化を示した図である。
【図１５】作業用ロボットの全体を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第１実施形態では、図１に示すステージ２５上を可動部１８が繰り返し往復移動する移動装置５０に断線予兆検知装置１０を適用した場合について説明する。
【００１７】
まず、移動装置５０について説明する。移動装置５０は、ステージ２５上を機台２４を介して往復直線移動する繰り返し動作を行う可動部１８と、ステージ２５に対して固定して設けられた固定部１９と、固定部１９と可動部１８とを接続するケーブル２６と、を備えている。
【００１８】
ケーブル２６は、不図示のケーブルベアにより支持されている。そして、ケーブル２６は、屈曲部２６Ａで屈曲して配置され、機台２４（即ち可動部１８）の移動によりケーブル２６において屈曲部２６Ａの位置が移動するように構成されている。つまり、ケーブル２６の屈曲部２６Ａ以外の部分は真っ直ぐな真直部であり、ケーブル２６において屈曲部２６Ａの位置が移動することで、ケーブル２６の各位置において屈曲動作と復帰動作とを繰り返し行う。ここで、復帰動作とはケーブル２６を真っ直ぐな状態にする動作をいう。
【００１９】
また、移動装置５０は、可動部１８と共に機台２４を矢印Ｓ方向に往復駆動する駆動部としてのモータ２０と、モータ２０の可動子の位置を検知するエンコーダ２１と、モータ２０に駆動電流を供給するドライバー２２と、を備えている。ドライバー２２はコントローラと一体となっており、外部の指示系、例えば制御ＰＣ（不図示）からの制御信号によって駆動を行う。
【００２０】
また、移動装置５０は、ドライバー２２からの信号により機台２４（即ち可動部１８）の動作の繰り返し回数をカウントする繰り返し回数カウンタ（以下、「カウンタ」という）２３を備えている。このカウンタ２３により定常的に可動部１８の往路を辿る往動作及び復路を辿る復動作の動作回数を把握することができる。本第１実施形態では、カウンタ２３は、ケーブル２６の各位置における屈曲回数をカウントすることとなる。
【００２１】
ここで、図２に、可動部１８が移動したときの屈曲部２６Ａに発生する素線の状態と、ケーブル２６における電圧降下の変化を示す。ケーブル２６は、複数の素線２６ａを撚り合わせてなる導体２６ｂを不図示の絶縁体で絶縁被覆したものである。なお、この図２において、ケーブル２６の内部の断線状態をわかりやすくするために、模式的に各素線２６ａを平行に配置して図示した。図２には、素線２６ａの断線本数が僅かである場合（状態１）と、素線２６ａの断線本数が増加した場合（状態２）とを示している。
【００２２】
ケーブル２６に最も大きなストレスがかかるのは、ケーブル２６が屈曲している状態であり、屈曲部２６Ａでは素線２６ａの断線が発生しやすい。図２に示すケーブル２６の状態１では、ケーブル２６内の導体２６ｂの点Ａ１において、僅かに（例えば１本）素線２６ａが断線している様子を示している。
【００２３】
このとき、例えば１本の素線２６ａの断線により導体２６ｂの電気抵抗値が増加することから、ケーブル２６の導体２６ｂに印加された電圧は、基準電位Ｖｏから電圧降下値Ｖ１だけ電圧降下する。なお、各素線２６ａが断線していない状態における導体２６ｂの電位は、基準電位Ｖｏである。ケーブル２６が屈曲状態から復帰状態になった場合は、再び断線した素線２６ａの接続が回復し、通常の基準電位Ｖｏに戻る。また、そのときの電圧降下している時間（電圧降下時間）は、導通不良が発生している時間と対応し、電圧降下時間の幅はパルス幅ｔ１の信号として捕らえることができる。
【００２４】
なお、ケーブルベア等の移動機構では、ケーブル２６の素線２６ａの断線による電圧降下は屈曲時のみ発生し、電圧降下時間（パルス幅）は、移動する可動部１８の移動速度及び屈曲部２６Ａの径等の条件によって変化する。
【００２５】
次に図２に示すケーブル２６の状態２は、可動部１８の移動回数を重ねる毎に素線２６ａの断線本数が増加（例えば４本）した場合を示している。この場合、屈曲部２６Ａにおける断線状態での導体２６ｂの電気抵抗値は、状態１の場合よりも増加し、そのときの電圧降下値Ｖ２は、電圧降下値Ｖ１よりも増加する。
【００２６】
また、素線２６ａの断線本数が増えると、切断面の変化により、ケーブル２６が真っ直ぐな状態に復帰した場合に再び接続が回復するタイミングが異なる。そのため、ケーブル２６が復帰して接続が回復するまでの時間が長くなり、基準電位Ｖｏに戻るまでの時間（電圧降下時間）が長くなる。したがって、導通不良を起こしている電圧降下時間もパルス幅ｔ１よりも時間の長いパルス幅ｔ２として捕らえることができる。なお、図２において、理解を容易にするために電圧波形を模式的に示したが、実際は基準電位Ｖｏまで徐々に回復する。
【００２７】
そこで、本第１実施形態の移動装置５０は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作との繰り返しによる導体２６ｂの断線を予兆する断線予兆検知装置１０を備えている。ここで、導体２６ｂの断線を予兆するとは、図２のように、ケーブル２６内の複数の素線２６ａが移動もしくは腐食などによる経時的な変化で、導体２６ｂが断線する兆候を検知することである。また、導体２６ｂが断線するとは、全ての素線２６ａが断線することである。
【００２８】
断線予兆検知装置１０は、ケーブル２６に直列接続された抵抗値Ｒの検出抵抗器１７と、検出抵抗器１７を介してケーブル２６に電圧を印加する電源部２７と、を備えている。電源部２７は、ＤＣ電圧とＡＣ電圧の切り替えを可能に構成されており、またＡＣ電圧はパルス状の波形のほか、正弦波等の電圧も印加できるように構成されている。本第１実施形態では、電源部２７は、ＤＣ電圧を印加する。つまり、本第１実施形態のケーブル２６は、電源電圧が印加される電源ラインのケーブルである。
【００２９】
また、断線予兆検知装置１０は、電圧変動検知部１１、変動時間検知部１２、変化周期検知部１３、予兆判定部１４、表示部１５及び断線位置検知部１６を備えている。電圧変動検知部１１は、通電状態の導体２６ｂの抵抗変化による電圧変化を、検出抵抗器１７の端子間電圧から検知する。
【００３０】
この電圧変動検知部１１は、検出抵抗器１７の端子間電圧を検知することにより、導体２６ｂの電気抵抗値の変化によって通電状態の導体２６ｂにおいて基準電位Ｖｏから電圧降下した際の電圧降下値を求める。即ち、電圧変動検知部１１は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる電圧降下による電圧降下値（測定値）を測定する。
【００３１】
具体的には、電圧変動検知部１１は、検出抵抗器１７からのモニタ信号（以下、「予兆信号」という）をサンプリングする回路を有し、電圧値を定量的な値に変換し出力する。サンプリング回路はＡＤ変換回路を用いてもよく、サンプリングの周期も、カウンタ２３からの信号を、変化周期検知部１３を通して入力することで、可動部１８の動作回数に応じて設定が可能である。
【００３２】
また予め予兆信号の閾値設定を行い、閾値に対してモニタ値が大きい場合には所定の電圧を出力するような方式も取ることができる。閾値設定の場合には、出力は例えばデジタル的な信号として扱えるように、内部のデジタル出力用のコンパレータ回路を設けてもよい。電圧変動検知部１１は、ケーブル２６が移動状態の間逐次検出抵抗器１７の予兆信号を監視している。
【００３３】
変動時間検知部１２は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる電圧降下による電圧降下時間（測定値）を測定する。
【００３４】
具体的には、変動時間検知部１２は、電圧変動検知部１１からの出力信号を基に、ケーブル２６の内部の断線状態がどれくらいの期間おきているか検知するための回路が構成されている。例えば電圧変動検知部１１の出力がＡＤ変換後の定量的な値の場合には、データを電圧変動検知部１１のサンプリング周期に同期した内部クロック信号にて、ラッチもしくは一次的なメモリにストアする。次に取り込まれたデータをメモリ内のデータとで比較を行う。比較する周期は内部クロック毎に行い、比較データが連続している場合には、その時間の内部クロック数をカウントすることで電圧降下時間の検知ができる。
【００３５】
また、電圧変動検知部１１の出力が閾値設定によるコンパレータ信号の場合、例えばデジタル信号として１が出力された場合にも、内部クロック信号にてデジタル信号のラッチを行う。デジタル信号が１の状態を維持している期間の内部クロックのカウントを行うことで変動時間の検知を行うことが可能である。検出の分解能は、サンプリング周期の設定いかんにより任意に設定が可能である。以上の電圧変動検知部１１及び変動時間検知部１２が測定手段として機能する。
【００３６】
次に、変化周期検知部１３について説明する。変化周期検知部１３は、機台２４を移動させるドライバー２２からの駆動周期信号を、カウンタ２３を通して取り込む。この駆動周期信号を取り込むことにより可動部１８がどれ位の周期（駆動スピードを含む）で駆動しているかを把握することができる。また、変化周期検知部１３は、電圧変動検知部１１からの出力を取り込み、その信号の周期性を基に、ケーブル２６の導体２６ｂの断線で生じた信号であるか否かを判定することができる。
【００３７】
電圧変動検知部１１、変動時間検知部１２及び変化周期検知部１３のそれぞれの検知信号は個別に予兆判定部１４に出力される。本第１実施形態における予兆判定部１４は、ＣＰＵ１４ａ及びメモリ１４ｂを有し、ＣＰＵ１４ａがメモリ１４ｂ内のプログラムに基づいて動作するコンピュータである。なお、予兆判定部１４は、ＦＰＧＡのロジック回路で記述されたコンピュータであってもよい。
【００３８】
予兆判定部１４は、それぞれの信号を基に、予兆判定を行い（判断手段）、その結果を表示部１５に表示を行わせる（報知制御手段）と共に、屈曲回数を示す予兆判定値の算出を行い（予測手段）、その屈曲回数を表示部１５に表示させる。
【００３９】
予兆判定部１４のメモリ１４ｂには、予め実験により求めておいた、導体２６ｂが断線に至る前の状態の電圧降下値及び電圧降下時間が閾値として記憶されている。また、メモリ１４ｂには、予め実験により求めておいた、電圧降下値と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルと、電圧降下時間と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルとが記憶されている。
【００４０】
表示部１５は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を画像表示により報知するための報知手段である。本第１実施形態では、報知手段が表示部１５である場合について説明するが、報知手段が音声出力部であり、検知情報を音声により報知するようにしてもよい。
【００４１】
断線位置検知部１６は、移動する可動部１８によりケーブル２６上のどの位置で導体２６ｂの断線が生じているかを判定する。判定方法としては、エンコーダ２１からの位置信号と、ステージ２５上に設けられた原点信号または原点センサからの信号（不図示）と、予兆判定部１４からの信号とで位置の特定を行う。
【００４２】
次に、断線予兆検知装置１０によるケーブル２６の断線予兆検知方法について詳細に説明する。ここで、ケーブルベア内に実装されたケーブル２６での断線予兆を行う場合に、屈曲等によって現れる予兆信号の変化は、図２に示された電圧変動の波形と一致する。すなわち、屈曲回数が少ない場合においては、状態１のように電圧降下値及び電圧降下時間（パルス幅）も小さい。屈曲回数が増加した場合には、状態１から状態２のように電圧降下値と電圧降下時間の増加が見られる。
【００４３】
図３は本発明の第１実施形態に係る断線予兆検知装置１０による断線予兆検知を行うためのフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図１の断線予兆検知装置１０内で構成されている各部の処理の流れを示したものである。まず、カウンタ２３は、可動部１８が繰り返し動作を開始した場合に、可動部１８の移動回数、即ちケーブル２６の屈曲回数のカウントを開始する（Ｓ１）。
【００４４】
次に、電圧変動検知部１１は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値を測定する（Ｓ２：測定工程）。また、変動時間検知部１２は、ケーブル２６の屈曲動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作中に通電状態の導体２６ｂに生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下時間を測定する（Ｓ３：測定工程）。
【００４５】
電圧降下値は、基準電位からどれだけ電圧降下したかを示す値である。電圧降下時間は、ハイレベルの電位と、ハイレベルよりも低いローレベルの電位との間の領域に電圧降下したときの時間である。
【００４６】
ここで、本第１実施形態では、導体２６ｂに定常電圧が印加されて導体２６ｂが通電状態となっているときに電圧降下値及び電圧降下時間（測定値）が測定される。つまり、導体２６ｂには、電源部２７により検出抵抗器１７を介して電源電圧である定常電圧が印加されている。
【００４７】
そして、ケーブル２６の導体２６ｂには、素線２６ａの断線がない状態では一定の基準電位となる電圧が印加される。素線２６ａの断線が生じた場合には、導体２６ｂにおいて電圧降下が生じるので、基準電位から電圧降下した電圧降下値及び電圧降下している期間である電圧降下時間が測定される。
【００４８】
次に、予兆判定部１４は、電圧変動検知部１１により測定された電圧降下値が、予め設定された閾値ｔｈ１を上回ったか否かを判断する（Ｓ４：判断工程）。また、変動時間検知部１２により測定された電圧降下時間が閾値ｔｈ２を上回ったか否かを判断する（Ｓ５：判断工程）。
【００４９】
そして、予兆判定部１４は、電圧降下値が閾値ｔｈ１を上回ったと判断した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、又は電圧降下時間が閾値ｔｈ２を上回ったと判断した場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、予兆判定値の算出を行う（Ｓ６：予測工程）。
【００５０】
つまり、予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が測定された時点を基準とする導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数を、測定値から予測する。具体的には、予兆判定部１４のＣＰＵ１４ａが予めメモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータを参照して、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）に対応する屈曲回数を求める。
【００５１】
次いで、予兆判定部１４は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を表示部１５に表示させると共に、表示部１５に屈曲回数を表示させる（Ｓ７：報知工程）。
【００５２】
表示部１５による表示の結果、オペレータにより可動部１８の繰り返し動作を継続するか否かが判断される。各測定値が閾値ｔｈ１，ｔｈ２以下の場合（Ｓ４：Ｎｏ、及びＳ５：Ｎｏ）には、継続して繰り返し動作が行われる。
【００５３】
したがって、導体２６ｂが断線する予兆を、電圧降下の電圧降下値又は電圧降下時間により検知する、すなわち、直接ケーブル２６を監視するようにしたので、ケーブル２６の導体２６ｂの予兆精度が向上する。
【００５４】
次に、予兆判定部１４のメモリ１４ｂに記憶されるテーブルデータを作成する際の実験結果について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は、可動部１８の移動回数（移動周期でも可）に対する電圧降下値を示したものである。なお、ここでの移動は、予め決められた一定の条件で行われる。本第１実施形態では、可動部１８の駆動速度（駆動周期）を１．５ｓｅｃ／往復とし、屈曲部の径を約５０ｍｍの条件として行った。
【００５５】
図４（ａ）において、縦軸は導体２６ｂの電圧降下値である。横軸はケーブル２６の断線予兆を示す予兆信号が初めて取得されてからの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）である。
【００５６】
また、図４（ａ）において、ケーブルＡはケーブル内部の配線数が少ない、いわゆる単線での電圧降下特性を比較例として示したものである。ケーブルＢは、一般的な撚り線、例えば鈴メッキ軟銅線の７本撚り等を使用した場合の電圧降下特性を示したもので、ケーブルＣはロボットケーブルと呼ばれる撚り線数が多いケーブル（撚り線数１０本以上）を使用した場合での電圧降下特性である。
【００５７】
ケーブルＡ，Ｂ，Ｃに印加する電源電圧はＤＣ＋２４Ｖとした。ケーブルＡ，Ｂ，Ｃの電圧降下値は、ケーブルの素線がすべて断線したときには、電圧降下値が電源電圧＋２４Ｖとなるような回路構成とした。
【００５８】
ケーブルＡにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約２０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線（電圧降下値として＋２４Ｖ）に至るまでの可動部１８の移動回数ａは約３００回となった。
【００５９】
一方、ケーブルＢにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約４０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線に至るまでの可動部１８の移動回数ｂは３００００回となった。また、ケーブルＣにおける実験の結果、予兆信号が初めて取得された可動部１８の移動回数は約５０００回であり、予兆信号を取得した時点から断線に至るまでの可動部１８の移動回数ｃは５００００回となった。
【００６０】
ケーブルが断線に至る屈曲回数は、ケーブルの種類や実際に使用する条件によって異なるが、図４（ａ）に示したような移動回数に応じた電圧の変化傾向を予めケーブルの種類ごとに把握しておくことで、断線に至るまでのおよその移動回数を予測することができる。例えば、ある特定の電圧を閾値とし、初めてその閾値を上回る（超える）電圧降下が発生した時点での可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）をカウントしておくことで、導体２６ｂが断線に至るまでの可動部１８の移動回数を予測することができる。
【００６１】
本第１実施形態では、ケーブルＢ，Ｃにおける、閾値を上回る電圧降下が発生した時点（予兆開始信号）から導体２６ｂが断線に至るまでの、可動部１８の移動回数と電圧降下値とを対応付けたデータデーブルを予兆判定部１４のメモリ１４ｂに記憶させている。
【００６２】
これにより、電圧変動検知部１１にて検知した電圧から、導体２６ｂが断線に至るまでの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）を割り出すことが可能となる。例えば、図４（ａ）のケーブルＢにおいて、閾値を１２Ｖとした場合、初めて電圧降下値が１２Ｖ以上を検知したときの移動回数は約１００００回である。ケーブル２６の導体２６ｂが断線するのが約３００００回であり、初めて電圧降下値が１２Ｖ以上を検知したときの移動回数の約３倍の移動回数を要することがわかる。
【００６３】
次に、図４（ｂ）は、可動部１８の移動回数に対する電圧降下時間（パルス幅）を示したものである。縦軸は、電圧降下時間であり、横軸は、図４（ａ）と同様に、ケーブル２６の断線予兆を示す予兆信号が初めて取得されてからの可動部１８の移動回数（ケーブル２６の屈曲回数）である。可動部１８の移動回数が増加すると電圧降下時間も増加する傾向にある。図４（ｂ）では、ケーブルＢ，Ｃについての実験結果を示している。
【００６４】
導体２６ｂの電圧降下値が１２Ｖを上回った（超えた）場合の時点を初期値とした時、初期値から電圧降下時間を測定し、閾値２０ｍｓｅｃとなった時の移動回数ｄ，ｅについて測定した。その結果、ケーブルＢでは移動回数ｄは約１００００回程度、ケーブルＣでは移動回数ｅは３００００回程度となった。
【００６５】
ケーブルＢ，Ｃの実験結果から、ケーブル２６の導体２６ｂが断線に至るまでの傾向（電圧降下時間）が、ケーブル２６の種類に応じて異なることが判明した。したがって、本第１実施形態では、電圧降下時間と導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数とを対応付けたデータテーブルは、移動装置５０に使用されるケーブル２６の種類に対応するものが用いられる。
【００６６】
つまり、予め使用するケーブルが判っていれば、そのケーブルの種類に対応するデータテーブルをメモリ１４ｂに記憶させておけばよい。予兆判定部１４は、このデータテーブルを用いることで、測定した電圧降下時間に対する断線に至るまでの屈曲回数を予測することが可能となる。
【００６７】
なお、電圧降下時間の閾値を２０ｍｓｅｃとした理由は、電圧降下時間と電圧降下値との関係から、２０ｍｓｅｃの電圧降下時間での電圧降下値は２０〜２４Ｖに達しており、導体２６ｂがほぼ断線状態であることが実験で判ったからである。また、断線の初期時での電圧降下時間はμｓｅｃオーダであり高周波のサンプリング回路を必要とされるためである。但し、電圧降下時間の閾値は、上記の設定に限ったものでもなく任意に設定してもよい。以上、メモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータに基いて導体２６ｂが断線に至るまでの屈曲回数を求めるようにしたので、断線予兆の精度が向上する。
【００６８】
次に、断線位置検知部１６の動作について、詳細に説明する。断線位置検知部１６は、エンコーダ２１が出力するエンコーダ信号により、可動部１８の基準位置に対する移動位置を特定し、閾値を上回った測定値を測定したときの可動部１８の移動位置により導体２６ｂの断線位置を特定する（断線位置検知工程）。この測定値とは、電圧降下値又は電圧降下時間である。
【００６９】
次に、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。可動部１８がモータ２０によってステージ２５上を所定の位置に位置決めする際に、まず基準位置である原点位置（不図示）に移動し、初期位置を確定する動作を行う。原点位置では、その位置に可動部１８がいることを検出するためのポジションセンサが設けられており、センサ信号を確認することで初期化動作が完了する。
【００７０】
原点位置での位置信号が検出されたことを確認し、所定の位置決め動作を行うためにモータ２０によって駆動が行われる。エンコーダ信号は可動部１８が移動した移動量に応じて出力値がカウントアップされる。
【００７１】
初期位置での位置信号とエンコーダ信号は、図１に示すドライバー２２を通して断線位置検知部１６に出力される。断線位置検知部１６は、入力した位置信号とエンコーダ信号を基に、原点位置に対する可動部１８の現在の移動位置を特定する。位置信号が入力された時点でエンコーダ信号のカウント値のリセットを行う。
【００７２】
予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が閾値を上回っていると判断したときには、ケーブル２６の導体２６ｂの断線予兆を検知したことを示す予兆信号を断線位置検知部１６に出力する。
【００７３】
断線位置検知部１６は、予兆信号をトリガとしてエンコーダ２１によるカウント値を内部回路においてラッチする。このエンコーダ２１のカウント値（又はエンコーダ信号の時間）Ｌは、可動部１８の移動位置に対応する。ラッチされた値はエンコーダ信号のＬ値を実際のステージ２５上の位置に変換した値とし、可動部１８がステージ２５上のどの位置にいるかを示している。
【００７４】
また、導体２６ｂの断線は、ケーブル２６の屈曲部２６Ａに発生することが予め確認されていることから、ステージ２５上における可動部１８の位置と、可動部１８から屈曲部２６Ａまでのケーブル長の関係が判っていれば、断線位置の大まかな特定は可能である。
【００７５】
従って、本第１実施形態では、予め可動部１８の移動位置に対するケーブル２６における屈曲部２６Ａの位置を測定しておき、断線位置検知部１６のメモリに記憶させてある。そして、断線位置検知部１６は、予兆信号を入力したときの可動部１８の移動位置からケーブル２６における断線位置を特定する。これにより、本第１実施形態では、図５のＬ値を基に断線位置検知部１６によって断線位置の特定を行うことができる。
【００７６】
以上第１実施形態では、断線予兆を、ケーブルの導体の抵抗変化を電圧降下値と電圧降下時間の測定で、屈曲の周期との関連性を特に考慮することなく可能にした。それは、例えば一回の測定からでも、断線に至る予兆を検知することが可能である。これらは、移動するケーブル条件、例えばロボットなどの往復直線運動や往復回転運動を行い、捩れを発生する機構等に対応して最も適した予兆手段を提供することが可能となった。
【００７７】
更に、往復直線運動を行う場合には、エンコーダ信号等を取り込んで、断線が発生しているおよその位置を特定できる。従って、ケーブルが中継のコネクタで結合されている場合に、特定された位置に対応するハーネス部分のみを実装交換することで、必要最低限の工数で済むという効果を奏する。
【００７８】
本実施例の適用としては、生産工程に必要な装置に限らず、電子機器の製品（移動を伴う機構を搭載したプリンターや、スキャナーなど）の適用にも可能とされる。
【００７９】
なお、図３に示した断線予兆の判断のフローチャートにおいて、電圧降下値及び電圧降下時間で判断する場合について説明したが、これに限らず、電圧降下値及び電圧降下時間のいずれか一方の測定値を用いて判断するようにしてもよい。
【００８０】
前述のようなケーブルベアを使って屈曲するケーブル２６の場合においては、電圧降下値で判定を行う方が、初期時の電圧降下時間が短いための予兆精度が良いと判断される。したがって、図３に示すステップＳ３，Ｓ４の処理は、省略してもよい。
【００８１】
以上の断線予兆検知方法においては、移動する条件に応じて、判断方法を選択することや、判断基準を電圧降下値や電圧降下時間において任意の閾値を設けて行う方法を用いてもよい。
【００８２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。なお、断線予兆検知装置の構成は上記第１実施形態の断線予兆検知装置と同一であるが、検知対象が異なる。図６は、本発明の第２実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた回転装置５０Ａを説明するための図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同様の符号を付してある。
【００８３】
本第２実施形態では、図６（ａ）に示す回転装置５０Ａを検知対象とするものであり、この回転装置５０Ａは、固定部１９Ａと、固定部１９Ａに対して回転移動する可動部としての回転部１８Ａと、を備えている。つまり、固定部１９Ａと回転部１８Ａとは、同一の軸上に配置されており、回転部１８Ａは、軸２８を回転中心として回転駆動される。なお、固定部１９Ａには、駆動部としてのモータ２０Ａが内蔵されており、モータ２０Ａの可動子である回転子に軸２８が固定されている。
【００８４】
固定部１９Ａと回転部１８Ａとの間には、上記第１実施形態と同様のケーブル２６が接続されており、固定部１９Ａに対して回転部１８Ａが往復回転移動することにより、ケーブル２６は、捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作をする。
【００８５】
ここで、復帰動作とは、ケーブル２６の捩れが解消する動作である。例えば、回転部１８Ａが初期位置Ｐ０から回転位置Ｐ１に回転移動した場合、ケーブル２６は捩れ動作となり、回転部１８Ａが回転位置Ｐ１から初期位置Ｐ０に回転移動した場合、ケーブル２６は復帰動作となる。回転部１８Ａがこの回転動作を繰り返すことにより、ケーブル２６は、捩れ動作と復帰動作とを繰り返すこととなる。そして、この繰り返し動作中に、ケーブル２６の導体２６ｂでは、図６（ｂ）に示すように、基準電位Ｖｏから電圧降下時間ｔ３に電圧降下値Ｖ３の電圧降下が発生する。
【００８６】
本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、断線予兆検知装置１０を図３に示すフローチャートに従って動作させ、断線予兆検知を行ってもよいが、図３に示すステップＳ２，Ｓ４を省略してもよい。
【００８７】
つまり、ケーブル２６が捩れ動作をする場合には、出力電圧が僅かであっても、電圧降下時間が数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃに至る場合がある。このような場合には、断線予兆検知方法としては、電圧降下時間による判断がふさわしい。
【００８８】
理由としては、電圧降下時間が長いことから、時間の検知がしやすくなるためと、初期時の電圧降下値がわずかであっても、ケーブル２６の捩れによる内部断線が急速に進行する可能性があるためである。
【００８９】
なお、本第２実施形態では、図３に示すステップＳ６において、屈曲回数を測定値から予測する代わりに、捩れ回数を測定値から予測する。つまり、予兆判定部１４は、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）が測定された時点を基準とする導体２６ｂが断線に至るまでの捩れ回数を、測定値から予測する。具体的には、予兆判定部１４のＣＰＵ１４ａが予めメモリ１４ｂに記憶されたテーブルデータを参照して、測定値（電圧降下値又は電圧降下時間）に対応する捩れ回数を求める。
【００９０】
次いで、ステップＳ７において、予兆判定部１４は、導体２６ｂの断線の予兆を検知したことを示す検知情報を表示部１５に表示させると共に、表示部１５に捩れ回数を表示させる。以上の動作により、本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、導体２６ｂの断線予兆精度が向上する。
【００９１】
以上の断線予兆検知方法においては、移動する条件に応じて、判断方法を選択することや、判断基準を電圧降下値や電圧降下時間において任意の閾値を設けて行う方法を用いてもよい。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。断線予兆検知装置の構成は上記第１実施形態の断線予兆検知装置と略同一である。図７は、本発明の第３実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた移動装置の概略構成を示すブロック図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。上記第１、第２実施形態では、ケーブルが電源ラインの場合について説明したが、本第３実施形態では、ケーブルが信号ラインの場合について説明する。
【００９３】
本第３実施形態の移動装置５０Ｂは、可動部１８が固定部１９（ステージ２５）に対する基準位置を通過するのを検知するセンサ２９を備えている。このセンサ２９は、例えば近接センサである。このセンサ２９の検出対象である検出対象物３０は、金属等の検出体として構成されており、可動部１８の移動によりセンサ２９が検出対象物３０に接近するとセンサ２９がＯＮ状態を示すセンサ信号を出力する。
【００９４】
図８は、ケーブルの接続状態を示す説明図である。なお、可動部１８及び固定部１９は図示を省略している。可動部１８と固定部１９との間は、電源ラインを示すケーブル２６１と、信号ラインを示すケーブル２６２と、ＧＮＤラインを示すケーブル２６３とで接続されている。具体的には可動部１８に固定されたセンサ２９と断線予兆検知装置１０とがケーブル２６１と、ケーブル２６２と、ケーブル２６３とで接続されている。信号ラインを示すケーブル２６２には、センサ信号が伝送されるように構成されている。
【００９５】
センサ２９のＳＷ主回路２９ａは、多くは出力段の回路がいわゆるオープンコレクタタイプが採用されている。センサ２９は、検出対象物３０を検知したとき、ＳＷ主回路２９ａが動作して出力段であるトランジスタ２９ｂがＯＮすることで、信号ラインであるケーブル２６２の導体の電位が変化し、外部の負荷を駆動する方式をとる。なお、センサ２９は、近接センサに限定するものではなく、他の方式（リミットスイッチやフォトスイッチ）によるものでもよい。
【００９６】
図９は、センサ２９を使用した場合に検出抵抗器１７で検知される電圧の状態を示した図である。センサ信号の状態を判りやすくするために、センサＯＮとセンサＯＦＦとで状態を区別した。実際の電圧レベルで見た場合には、センサ２９がＯＮ状態ではセンサ信号は＋２４Ｖのハイレベル、センサ２９がＯＦＦ状態ではセンサ信号は０ＶのＧＮＤレベル（ローレベル）である。また、センサ信号は、断線予兆検知装置１０の電圧変動検知部１１及び変動時間検知部１２で検知される。
【００９７】
本第３実施形態では、センサ信号がハイレベルのときのみ、断線予兆の検知が可能となる。つまり、センサ信号がローレベルの時と、ケーブル２６２の導体の断線による信号の電圧降下値は同じ電位となるため、センサ２９がＯＦＦ時の断線予兆は実質的にセンサ動作中では不可能である。従って、センサ信号による断線予兆は、センサ２９がＯＮ状態の時のみ実施する。
【００９８】
また、図７に示す電圧変動検知部１１は、センサ信号がハイレベルの時のみにセンサ信号の電圧レベルを検知する。具体的には、センサ信号がハイレベルであることを捕らえた後、ＯＮ時のみをゲート信号として、センサ信号をＡＤ変換する方法を用いている。この方法を用いた結果、図９では、信号ラインであるケーブル２６２の導体で発生する電圧降下値を、センサ信号がハイレベルのときに、状態１から状態２の変化として捉えることができる。
【００９９】
また、上記第１実施形態と同様に、ケーブル２６２の導体における素線の断線が初期状態ではケーブル２６２の電気抵抗値による電圧降下値Ｖ１及び電圧降下時間ｔ１が小さい。その後、ケーブル２６２の繰り返し屈曲回数（又は捩れ回数）が増加するに連れてケーブル２６２の素線の断線状態が進行していくと、状態２のように電圧降下値Ｖ１よりも大きい電圧降下値Ｖ２へと増加する。また、電圧降下時間ｔ１よりも長い電圧降下時間ｔ２に広がっていくことが確認できる。
【０１００】
したがって、本第３実施形態では、センサ信号による断線予兆検知方法については、上記第１実施形態の図３に示すフローチャートと略同様である。そして、図３に示すステップＳ２では、センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間でケーブル２６２の導体が通電状態となっているときに電圧降下値を測定する。ステップＳ３では、センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間でケーブル２６２の導体が通電状態となっているときに電圧降下時間を測定する。
【０１０１】
また、本第３実施形態では、センサ２９がＯＮ状態の時に電圧降下値と電圧降下時間がセンサ信号内で発生した位置を特定していることから、センサ検知時に見られるチャタリング現象（センサＯＮ・ＯＦＦ時にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す誤動作）の区別をしている。即ち、センサＯＮまたはＯＦＦ時の近傍で且つ、振動する信号の周波数成分がある値より高い場合にはセンサのチャタリングと判断する。
【０１０２】
周波数の設定はセンサ２９の感度や、センサ２９の構成によって異なるためその都度変更する必要があるが、断線時での検出抵抗器１７からの予兆信号の周波数成分が低いため、本第３実施形態においては数ｋＨｚ程度の閾値とした。
【０１０３】
本第３実施形態における電圧変動検知部１１は、図１０（ａ）に示すように、複数のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを有しており、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ異なる基準電位となる電圧ライン３２，３３，３４に接続されている。なお、接続点３５は、予兆検知をしたいケーブル２６２を接続する接続点である。
【０１０４】
コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは電圧ライン３２，３３，３４に設定された基準電位と、検出抵抗器１７からの予兆信号と比較し、結果を出力する比較器である。これらコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより、ケーブル２６２の導体の電圧変化を閾値検出することが可能となる。
【０１０５】
各電圧ライン３２，３３，３４の基準電位は、便宜上ｈｉｇｈレベル、ｍｉｄｄｌｅレベル、ｌｏｗレベルと表記する。これら基準電位は、接続されるケーブル２６２の印加電圧の最小から最大電圧の幅の１／３〜１／８の値を境界として使うとよい。
【０１０６】
例えば、電圧幅が５Ｖであった場合、５×１／３，５×１／８＝１．７，０．６３となり、基準電位はそれぞれｈｉｇｈ＝３．３〜４．３８Ｖ，ｍｉｄｄｌｅ＝０．６４〜３．４Ｖ，ｌｏｗ＝０．６３〜１．６７Ｖに設定される。また、電圧幅が２４Ｖであった場合、基準電位はそれぞれｈｉｇｈ＝１６．０〜２１．０Ｖ，ｍｉｄｄｌｅ＝３．０〜１６．０Ｖ，ｌｏｗ＝３．０〜８．０Ｖに設定される。
【０１０７】
なお、これら基準電圧は、ケーブル２６２に重畳するノイズレベルで設定される。ケーブル２６２への印加電圧の最小値、最大値に基準電圧が近いほど、事前に断線予兆を検出できる可能性が高くなるが、誤検知の可能性も高くなる。
【０１０８】
予兆判定部１４は、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出力された結果を用いて、断線予兆を判定する。つまり、予兆判定部１４は、各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃからの閾値出力信号を基に、ケーブルベア内のケーブル２６２の断線状態がどれくらいの期間おきているか検知するための回路が構成されている。
【０１０９】
例えば各コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃからの出力信号を内部クロック信号にて、ラッチもしくは一次的なメモリにストアし、次に取り込まれたデータをメモリ内のデータとで比較を行う。比較する周期は内部クロック毎に行い、比較データが連続している場合には、その時間の内部クロック数をカウントすることで閾値出力時間の検知を行う。
【０１１０】
なお、検出の分解能は、サンプリング周期の設定いかんにより任意に設定が可能である。閾値出力時間の周期を計測する理由は、実装されたケーブル２６２での屈曲等によって現れる予兆信号が、図９の状態１，状態２のように現れるからである。
【０１１１】
図９の状態１，状態２は、０Ｖ付近を中心とした振幅とはならず、ノイズとは異なる。また、センサ２９がＯＦＦしたときの電位である０Ｖとも異なる。電圧降下値Ｖ１，Ｖ２は、接触抵抗と考えられる抵抗成分を介した電圧値であり、微少な時間幅数μから数百ｍＳｅｃだけ現れる。この電圧降下値Ｖ１，Ｖ２と電圧降下時間ｔ１，ｔ２は、断線の進行とともに大きく、長くなる。この実施データを基に、図３に示すステップＳ３，Ｓ５における断線予兆判定を行うアルゴリズムが図１１である。
【０１１２】
断線予兆検知装置１０の電源が投入された場合、図１１に示すように、起動から開始し、予兆判定部１４は、１μＳｅｃの波形を作成し、その波形の立ち上がり状態で検知処理に移行する（Ｓ１１）。ここで、予兆判定部１４は、起動以降の処理遅延を含んだ中で１μＳｅｃ毎にループを行う。次に、検知処理のループに移行した予兆判定部１４は、入力電圧レベルを規定した電圧変動検知部１１からの結果を読み取る（Ｓ１２）。
【０１１３】
予兆判定部１４は、その読み取った結果が測定開始ＯＮ状態の条件を満たしていれば、開始状態ＯＮのステータスとなる（Ｓ１３）。ここで、予兆判定部１４は、ステップＳ１３では、電圧変動検知部１１からの入力電圧レベルが、Ｌｏｗレベルのみ、Ｈｉｇｈレベルのみの判定では開始状態ではなく、ＥＮＤとなり、最初のステップＳ１１に戻る。また、予兆判定部１４は、ＬＯＷレベル−Ｍｉｄｌｅレベルの判定有りとＭｉｄｌｅレベル−Ｈｉｇｈレベルの判定有りの場合は、測定開始ＯＮ状態の条件を満たしていると判断し、開始状態ＯＮのステータスとなる。
【０１１４】
次に、予兆判定部１４は、測定範囲値を更新し（Ｓ１４）、測定値オーバーの場合、内部カウンタの値をリセットし（Ｓ１５）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、測定開始ＯＮ状態が前回の１μＳｅｃ処理から続いていた場合（更新状態という）、判断状態ＯＮとして更新状態にし（Ｓ１６，Ｓ１７）ＥＮＤに戻る。このとき、予兆判定部１４は、内部カウンタの値に１を足して更新し、１００を超えた場合（すなわち、１００μＳｅｃとなった場合）、判断状態ＯＮオーバーとなる。
【０１１５】
そして、予兆判定部１４は、判断状態回数に１を足して更新する（Ｓ１８）。ここで、予兆判定部１４は、内部カウンタが３を超えると断線判定を出力し（Ｓ１９）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、測定範囲値更新が更新状態ＯＦＦの場合（前回は更新状態だったが今回は更新条件に当てはまらなかった場合）、判断状態をＯＦＦに更新し（Ｓ２０）、ＥＮＤに戻る。予兆判定部１４は、この値も１足して更新しており、３０を超えると判断状態ＯＦＦオーバーで内部カウンタをリセット処理実行し（Ｓ２１）、ＥＮＤに戻る。
【０１１６】
つまり、予兆判定部１４は、１μＳｅｃごとに処理を行うようにし、コンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力結果レベルから、測定開始ＯＮ状態、ケーブル電圧がｌｏｗ、ｍｉｄｄｌｅ、ｈｉｇｈレベルかを判断する。そして、予兆判定部１４は、測定すべき範囲値であれば、１μＳｅｃごとにカウントを増加更新し、そうでなければリセットを行う。このカウンタ値が設定の値を超えた場合（本第３実施形態では、１００μＳｅｃ＝１００カウントに設定した）、判断状態回数をカウントアップさせる。
【０１１７】
予兆判定部１４は、この判断状態回数が設定値を超えた場合（本第３実施形態では３カウントに設定）、断線の予兆と判断し、表示部１５に断線予兆検知と表示させる。予兆判定部１４には、実施データを基に導き出された図１１に示す予兆判定のアルゴリズムが実装されている。なお、上記アルゴリズムはＣＰＵ内のプログラムで作成しても良いし、ＦＰＧＡのロジック回路で記述しても良い。
【０１１８】
ケーブルや可動部の状況によって異なるが、上記設定で断線予兆が初めて取得された移動回数は、約４０，０００回を超え、それが断線（Ｉ／Ｏ制御部の誤動作）に至るまでの移動回数は約５０，０００回となった。また別のケーブルでは、断線予兆検知が約１５，０００回、断線までの移動回数が約２０，０００回となった。上記の設定では、断線（Ｉ／Ｏ制御部が誤動作）に至るまでの回数（時間）があり、事前にケーブルの交換の予定立てを行うことが可能である。
【０１１９】
なお、図９の中での予兆波形から予兆判定部１４の基準電圧を高い電圧にし、変動している時間幅を長く設定すると、予兆検知から断線（Ｉ／Ｏ制御部の誤動作）に至るまでの回数（時間）を短くできる。つまり、ケーブル２６２の屈曲回数の増加に伴う予兆信号の変化で、屈曲回数が増えると状態１から状態２に電圧降下と電圧降下時間が増える。この関係を利用して、断線に至るまでの猶予時間（閾値）を調整することができる。
【０１２０】
したがって、電圧降下値の閾値を小さく、電圧降下時間の閾値を短くすれば、断線の初期の頃に予兆を捕らえることができ、断線までの回数（時間）を長く取ることができる。また、電圧降下値の閾値を大きく、電圧降下時間の閾値を長くすれば、断線の直前まで予兆の検知をせず、断線までの回数（時間）を短くできる。
【０１２１】
以上本第３実施形態では、ケーブル２６２の内部断線による断線の予兆を、ケーブル２６２の電圧降下値として検知し、電圧降下時間から判断する方法を用いている。これにより、ケーブル２６２の屈曲の周期との関連性を特に考慮することなく、例えば一回の予兆信号からでも、断線に至る予兆を検知することが可能となる。
【０１２２】
なお、図１０（ａ）に示した複数のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃに替えて、図１０（ｂ）のＡ／Ｄコンバータ４０を使用することもできる。図１０（ｂ）中の接続点３７は、予兆検知をしたいケーブルを接続する接続点、保護ダイオード３８は、Ａ／Ｄコンバータ４０に接続される前段にあるインピーダンス変換回路３９の保護のためにある。これら保護ダイオード３８やインピーダンス変換回路３９は、使用するＡ／Ｄコンバータ４０の性能規格値によっては必要ない。Ａ／Ｄコンバータ４０の変換結果は、予兆判定部１４へ出力される。
【０１２３】
図１０（ｂ）のＡ／Ｄコンバータ４０を使用した場合、予兆判定の電圧レベルはデジタル値として設定し、Ａ／Ｄ変換後のデジタル値を閾値として、演算によって判定を行うようになっている。なお、この閾値は上記第１実施形態の設定値と同様である。この場合、閾値はアルゴリズム内で自由に設定できるようになり、基準電位の回路での設計よりも簡便に設定値を変更できる。
【０１２４】
また、断線予兆検知を判定した後、予兆判定部１４は、表示部１５に判定結果の出力を行うだけでなく、図１２に示すように、制御コントローラへ接続される絶縁回路４５を駆動し、制御コントローラへ予兆判定の結果を伝達する。なお、図１２の場合、例としてフォトカプラを用いたが、絶縁トランスを用いて信号伝達しても良いし、伝達する信号を符号化し多数のケーブルでの予兆判定結果をまとめて伝達しても良い。
【０１２５】
このような形態とすることで、ケーブル２６２の内部断線による断線の予兆を、コントローラの種類や、被制御対象物の駆動電圧、供給電源の種類等の差異に関係なく、接続することが可能となる。このとき、制御コントローラは制御対象物への接続ケーブルの異常を断線に至る前に検知することが可能で、ケーブル２６２が原因の信号異常から来る動作異常も未然に防ぐことが可能となる。
【０１２６】
また、断線予兆検知をするためには、電圧変動検知部１１と対象とする断線予兆検知されるケーブルとは、電気的に接続をされていないと、断線予兆を示す信号を監視することができない。図１３（ａ）は絶縁されたケーブル２６２を断線予兆検知する回路である。フォトカプラ４６は図１３（ｂ）の様な電圧変換性能を持ち、検知対象とするケーブル２６２からの入力電圧に対して、あるオフセットを持った非線形の信号を出力する。
【０１２７】
図１３（ｂ）のような変換性能を持つフォトカプラに対しては、図１３（ａ）のコンパレータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃのそれぞれ異なる基準電位を０．８〜１．１Ｖ，１．０〜３．２Ｖ，３．０〜４．３Ｖと設定した。
【０１２８】
図１３（ａ）のように、フォトカプラ４６の入力電圧−出力電圧変換性能を利用し、ケーブル２６２の内部断線による断線予兆を、被制御対象物の駆動電圧、供給電源の種類等の差異に関係なく、フォトカプラの絶縁能力と変換性能から断線予兆検知が可能となる。このとき、Ｉ／Ｏ制御コントローラは制御対象物への接続ケーブルの異常を断線に至る前に検知することが可能で、ケーブルが原因の信号異常から来る動作異常も未然に防ぐことが可能となる。
【０１２９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る断線予兆検知装置による断線予兆検知方法について説明する。断線予兆検知装置の構成は上記第３実施形態の断線予兆検知装置と略同一であり、上記第３実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１３０】
上記第１実施形態では、可動部と固定部との間に接続された検知対象のケーブルが、電源ＯＮ時での電源ラインを示すケーブルであり、上記第３実施形態では、検知対象のケーブルが、センサＯＮ時での信号ラインを示すケーブルである場合について説明した。本第４実施形態では、検知対象のケーブルが、ＧＮＤラインを示すケーブル、センサＯＦＦ時での信号ラインを示すケーブル、及び電源ＯＦＦ時での電源ラインを示すケーブルである場合について説明する。
【０１３１】
即ち、本第４実施形態では、ＯＦＦライン時で各ケーブルの断線予兆を行うものである。ここでいうＯＦＦラインとは、センサ信号系に電源が投入されない状態、つまり生産工程動作として開始前の状態を指す。なお、いずれのケーブルも、屈曲動作（又は捩れ動作）と復帰動作とを繰り返す。
【０１３２】
先ず、ＯＦＦライン時に断線予兆検知装置１０内で電源ラインへの＋２４Ｖのセンサ電源に印加ラインを切り替えて、電源部２７が、検査パルスとして、図１４に示したようなパルス状の波形のパルス電圧を印加する（パルス電圧印加工程）。切り替えラインには、電源配線とは別にインピーダンス測定用の検出抵抗器１７が設けられている。なお、切り替え部と検出抵抗器１７は、例えば電圧変動検知部１１内に構成されていてもよい。
【０１３３】
予兆判定部１４は、電源ラインに印加された検査パルスと、それに対する電流の応答パルスの結果を判定する。判定は電流の応答パルスに対する時定数の変化として捉える。つまり、予兆判定部１４は、パルス電圧をケーブルの導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する（測定工程）。
【０１３４】
以下、具体的に説明すると、可動部１８の初期時、すなわちケーブルの導体が断線なく正常の時には、電流の応答波形としては図１４の実線で示す波形となり、時定数τ＝τ１が得られる。
【０１３５】
ここで、電流の時定数の変化は、ケーブルの抵抗成分で決まる。具体的には、ケーブルの導体の電気抵抗値と検出抵抗器１７の電気抵抗値との合成抵抗値Ｒと、ケーブルの導体のインダクタンス値と検出抵抗器１７のインダクタンス値との合成インダクタンス値Ｌとで、ＬＲ直列回路が構成される。このＬＲ直列回路の電流の時定数τはτ＝Ｌ／Ｒで決定される。ケーブルの一部の素線に断線が発生した場合には、ケーブルの導体の電気抵抗値が増加（もしくはインダクタンスＬの変化）が見られることから、電流の時定数の変化としては、時定数τは、τ１からτ２に短くなる。
【０１３６】
この時の時定数の変化により、パルス電圧をケーブルの導体に印加した際の応答パルスの電流値が立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間Ｔが、Ｔ１からＴ２に短くなる。したがって、本第４実施形態では、予兆判定部１４は電流値の飽和時間Ｔを測定する。この時の飽和時間Ｔは、およそ６τ位に設定するとよい。
【０１３７】
そして、予兆判定部１４は、測定された飽和時間Ｔが閾値を下回ったか否かを判断する（判断工程）。次に、予兆判定部１４は、飽和時間Ｔが閾値を下回ったと判断した場合に、報知手段としての表示部１５に検知情報を表示（報知）させる（報知工程）。したがって、予兆判定部１４は、予測手段、判断手段及び報知制御手段として機能する。
【０１３８】
以上、本第４実施形態によれば、ケーブルの繰り返しの曲げ動作や捩り動作により複数の素線からなる導体が断線する兆しを、直接ケーブルの電気抵抗値の変化に基づく飽和時間から検知しているので、断線予兆の精度が向上する。
【０１３９】
また、パルス状の波形のパルス電圧をケーブルの導体に印加し、ケーブルの導体の抵抗変化として、電流の時定数に関係する飽和時間Ｔを測定している。この測定した飽和時間Ｔを用いて断線の予兆を行うことで、ケーブルがＯＦＦラインの場合でも予兆可能である。上記の方法は、センサの電源ライン以外にも信号ラインまたはＧＮＤラインにも適用が可能である。いずれも生産工程のＯＦＦラインでの測定となる。測定は移動回数が増加した場合の状況を見ながら、定期的もしくは点検時等に実施すればより効果的である。
【０１４０】
以上、本第４実施形態においては、可動部１８上にセンサ２９が設定された場合での予兆検知方法について述べた。上記の方法を行うことで、いままでセンサ信号がＯＦＦの場合に断線信号との区別がつかなかった課題に対して予兆を行うことが可能である。これにより、センサ信号でのケーブル導体の断線に対しての長時間停止に対する対策を事前に施すことが可能となり、断線予兆を検知することで最低減の工数で対策を行うことが可能である。
【０１４１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る断線予兆検知装置を備えた作業用ロボットについて説明する。図１５は、作業用ロボットの全体を示す模式図である。なお、断線予兆検知装置１０は、上記第１〜第４実施形態の断線予兆検知装置である。図１５に示すように、作業用ロボット１００はハンド１０４により把持等の作業を行うものである。その作業用ロボット１００の多関節のアーム１０１の適所に断線予兆検知装置１０が設けられている。
【０１４２】
アーム１０１の基端部は、アーム１０１の長さ方向の軸線と直交する軸線ａ１を中心にベース２００に回転可能に固定されている。アーム１０１の先端部には、先端リンク１０２がアーム１０１の軸線と平行な軸線ａ２を中心に回転可能に固定されている。先端リンク１０２には、ハンド１０４がアーム１０１の軸線と直交する軸線ａ３を中心に回転可能に固定されている。
【０１４３】
従って、作業用ロボット１００の回転動作としては、アーム１０１が矢印ω方向に軸線ａ１を中心に回転する動作と、先端リンク１０２が矢印θ方向に軸線ａ２を中心に回転する動作と、ハンド１０４が矢印φ方向に軸線ａ３を中心に回転する動作に分類できる。
【０１４４】
ハンド１０４と断線予兆検知装置１０との間に二次側ケーブル１０７が接続され、アーム１０１とは別途に設置されているコントローラ１０５と断線予兆検知装置１０との間に一次側ケーブル１０６が接続されている。ハンド１０４は、ハンドモータ１０３により開閉動作が行われる。
【０１４５】
二次側ケーブル１０７は、いずれの回転軸の動作によっても、屈曲動作及び捩れ動作の負荷がかかっている。そのため、二次側ケーブル１０７はロボットケーブルを使用している。各ケーブル１０６，１０７は、複数の素線からなる導体を有している。
【０１４６】
本第５実施形態では、アーム１０１が固定部であるのに対して、先端リンク１０２が可動部であり、先端リンク１０２の回転移動により、ケーブル１０７には、捩れ動作が生じる。また、先端リンク１０２が固定部であるのに対して、ハンド１０４が移動部であり、ハンド１０４の揺動移動により、ケーブル１０７には、屈曲動作が生じる。断線予兆検知装置１０は、上記第１〜第４実施形態で示したものと同等の機能を有しており、断線予兆の判定を表示部１５（図１）で示すことが可能となる。
【０１４７】
ケーブル（ロボットケーブル）１０７の断線としては、特にθ軸の回転によるケーブルの捩れが発生する。アーム１０１を固定部とした時に、先端リンク１０２を可動部としての回転部とすると、図６に示した固定部と回転部を繋ぐケーブルへの回転による負荷とほぼ同じと判断される。従って、断線予兆検知装置１０にて検出される電圧変動波形としては図６で示された波形と同じものが得られる。
【０１４８】
これらのことから、図６に示されたケーブルの断線の予兆を示す波形では、電圧降下値の変化よりも、電圧降下時間の変化が顕著である。以上より、断線予兆検知装置１０では、変動時間検知部１２を用いて、予兆判定部１４によりケーブルの断線予兆を行うのがよい。
【０１４９】
なお、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１５０】
１０ 断線予兆検知装置
１１ 電圧変動検知部
１２ 変動時間検知部
１４ 予兆判定部
１５ 表示部
１６ 断線位置検知部
１８ 可動部
１８Ａ 回転部
１９ 固定部
１９Ａ 固定部
２０ モータ
２０Ａ モータ
２１ エンコーダ
２６ ケーブル
２６ａ 素線
２６ｂ 導体
２７ 電源部
２９ センサ
１００ 作業用ロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、
前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知方法。
【請求項２】
前記測定工程では、前記導体に定常電圧が印加されて前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項１に記載の断線予兆検知方法。
【請求項３】
前記導体には、前記可動部が前記固定部に対する基準位置を通過するのを検知するセンサによりセンサ信号が伝送され、
前記測定工程では、前記センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間で前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項１に記載の断線予兆検知方法。
【請求項４】
前記測定値が測定された時点を基準とする前記導体が断線に至るまでの屈曲回数又は捩れ回数を、前記測定値から予測する予測工程を備え、
前記報知工程では、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する際に、前記屈曲回数又は前記捩れ回数を報知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の断線予兆検知方法。
【請求項５】
前記駆動部が、エンコーダにより位置が検知される可動子を有するモータであり、
前記エンコーダが出力するエンコーダ信号により、前記可動部の基準位置に対する移動位置を特定し、前記閾値を上回った前記測定値を測定したときの前記可動部の移動位置により前記導体の断線位置を特定する断線位置検知工程を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断線予兆検知方法。
【請求項６】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、
前記導体にパルス電圧を印加するパルス電圧印加工程と、
前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知方法。
【請求項７】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、
前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断手段と、
前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、
前記判断手段により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、
を備えたことを特徴とする断線予兆検知装置。
【請求項８】
前記測定手段は、前記導体に定常電圧が印加されて前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項７に記載の断線予兆検知装置。
【請求項９】
前記導体には、前記可動部が前記固定部に対する基準位置を通過するのを検知するセンサによりセンサ信号が伝送され、
前記測定手段は、前記センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間で前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項７に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１０】
前記測定値が測定された時点を基準とする前記導体が断線に至るまでの屈曲回数又は捩れ回数を、前記測定値から予測する予測手段を備え、
前記報知制御手段は、前記報知手段に前記検知情報を報知させる際に、前記屈曲回数又は前記捩れ回数を報知させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１１】
前記駆動部が、エンコーダにより位置が検知される可動子を有するモータであり、
前記エンコーダが出力するエンコーダ信号により、前記可動部の基準位置に対する移動位置を特定し、前記閾値を上回った前記測定値を測定したときの前記可動部の移動位置により前記導体の断線位置を特定する断線位置検知手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１２】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、
前記導体にパルス電圧を印加する電源部と、
前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断手段と、
前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、
前記判断手段により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知装置。
【請求項１３】
固定部と、前記固定部に対して移動する可動部と、複数の素線からなる導体を有し、前記固定部と前記可動部との間に接続されるケーブルと、前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作との繰り返しによる前記導体の断線の予兆を検知する請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置と、を備えたことを特徴とする作業用ロボット。
【請求項１】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、
前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知方法。
【請求項２】
前記測定工程では、前記導体に定常電圧が印加されて前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項１に記載の断線予兆検知方法。
【請求項３】
前記導体には、前記可動部が前記固定部に対する基準位置を通過するのを検知するセンサによりセンサ信号が伝送され、
前記測定工程では、前記センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間で前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項１に記載の断線予兆検知方法。
【請求項４】
前記測定値が測定された時点を基準とする前記導体が断線に至るまでの屈曲回数又は捩れ回数を、前記測定値から予測する予測工程を備え、
前記報知工程では、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する際に、前記屈曲回数又は前記捩れ回数を報知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の断線予兆検知方法。
【請求項５】
前記駆動部が、エンコーダにより位置が検知される可動子を有するモータであり、
前記エンコーダが出力するエンコーダ信号により、前記可動部の基準位置に対する移動位置を特定し、前記閾値を上回った前記測定値を測定したときの前記可動部の移動位置により前記導体の断線位置を特定する断線位置検知工程を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断線予兆検知方法。
【請求項６】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知方法において、
前記導体にパルス電圧を印加するパルス電圧印加工程と、
前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記導体の断線の予兆を検知したことを報知する報知工程と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知方法。
【請求項７】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、
前記繰り返し動作中に通電状態の前記導体に生じる基準電位からの電圧降下の電圧降下値及び電圧降下時間の少なくとも一方の測定値を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記測定値が閾値を上回ったか否かを判断する判断手段と、
前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、
前記判断手段により前記測定値が前記閾値を上回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、
を備えたことを特徴とする断線予兆検知装置。
【請求項８】
前記測定手段は、前記導体に定常電圧が印加されて前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項７に記載の断線予兆検知装置。
【請求項９】
前記導体には、前記可動部が前記固定部に対する基準位置を通過するのを検知するセンサによりセンサ信号が伝送され、
前記測定手段は、前記センサ信号の電圧レベルがハイレベルの期間で前記導体が通電状態となっているときに前記測定値を測定することを特徴とする請求項７に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１０】
前記測定値が測定された時点を基準とする前記導体が断線に至るまでの屈曲回数又は捩れ回数を、前記測定値から予測する予測手段を備え、
前記報知制御手段は、前記報知手段に前記検知情報を報知させる際に、前記屈曲回数又は前記捩れ回数を報知させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１１】
前記駆動部が、エンコーダにより位置が検知される可動子を有するモータであり、
前記エンコーダが出力するエンコーダ信号により、前記可動部の基準位置に対する移動位置を特定し、前記閾値を上回った前記測定値を測定したときの前記可動部の移動位置により前記導体の断線位置を特定する断線位置検知手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置。
【請求項１２】
複数の素線からなる導体を有するケーブルが駆動部の駆動により移動する可動部と固定部との間に接続され、前記固定部に対する前記可動部の移動により前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作とを繰り返す繰り返し動作による前記導体の断線の予兆を検知する断線予兆検知装置において、
前記導体にパルス電圧を印加する電源部と、
前記パルス電圧を前記導体に印加した際の応答パルスが立ち上がる時点から飽和する時点までの飽和時間を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記飽和時間が閾値を下回ったか否かを判断する判断手段と、
前記導体の断線の予兆を検知したことを示す検知情報を報知する報知手段と、
前記判断手段により前記飽和時間が前記閾値を下回ったと判断された場合に、前記報知手段に前記検知情報を報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする断線予兆検知装置。
【請求項１３】
固定部と、前記固定部に対して移動する可動部と、複数の素線からなる導体を有し、前記固定部と前記可動部との間に接続されるケーブルと、前記ケーブルの屈曲動作又は捩れ動作と復帰動作との繰り返しによる前記導体の断線の予兆を検知する請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の断線予兆検知装置と、を備えたことを特徴とする作業用ロボット。
【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】
【公開番号】特開２０１２−６８１７１（Ｐ２０１２−６８１７１Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４３９４（Ｐ２０１０−２１４３９４）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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