歯車の摩耗検出装置
【課題】モータの制御系を利用して歯車の摩耗をより正確に検出する。
【解決手段】互いに噛み合う一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータが制御手段によって指令角度だけ回転駆動されたとき、当該モータの実際の回転角度を回転センサによって検出し、それら指令角度と検出角度とを比較して、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定する
【解決手段】互いに噛み合う一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータが制御手段によって指令角度だけ回転駆動されたとき、当該モータの実際の回転角度を回転センサによって検出し、それら指令角度と検出角度とを比較して、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定する
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車を駆動するモータを僅か回転させることによって歯車の摩耗を検出する構成の歯車の摩耗検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛み合う一対の歯車の摩耗を検出する方法として、特許文献１，２に開示された方法がある。特許文献１の方法は、歯車を駆動するモータの電流値を積分してその積分値の中から最大負荷量を選択し、この最大負荷量と、１サイクルでの歯車の噛み合い回数と、所定時間内のサイクル回数とを歯車磨耗量を求める式に代入して摩耗量を算出するというものである。
【０００３】
特許文献２の方法は、アーム先端のツールの位置座標データとアームの姿勢データとツールおよびアームの重量データから歯車の角度関数や角加速度関数などを算出すると共に、１サイクル中の歯車の歯面の噛み合い回数する。また、データ入力部から入力されるデータに基づいて、サイクル時間をパラメータとする負荷トルク関数と負荷慣性モーメント関数とを算出し、角加速度センサとから１サイクル中の歯車の負荷変動を導く。そして、噛合い回数と負荷変動から最大負荷を算出し、歯車摩耗量を算出するというものである。
【特許文献１】特開平７−１００７８２号公報
【特許文献２】特開平９−１３６２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２の摩耗量検出方法では、新たなセンセを付加することなく、モータを制御するための制御系を利用して歯車の摩耗量を検出することができる。しかしながら、これらの方法は、負荷量や歯面の噛み合い回数などから歯車の摩耗を計算する方法であって、摩耗量を直接的に検出するものではないため、正確性の点で問題がある。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、新たなセンサを付加することなく、モータの制御系を利用して歯車の摩耗をより正確に検出することができる歯車の摩耗検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１では、互いに噛み合う一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータが制御手段によって指令角度だけ回転駆動されたとき、当該モータの実際の回転角度を回転センサによって検出し、それら指令角度と検出角度とを比較して、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定するので、新たなセンサを付加することなく、モータの制御系を利用して歯車の摩耗の有無を検出することができる。
【０００７】
請求項２では、モータを正方向および逆方向に同じ角度だけ回転させる正回転指令信号および逆回転指令信号を出力することを、正回転指令信号に対する回転センサの検出角度と逆回転指令信号に対する回転センサの検出角度との差が所定値内となるまで繰り返すので、一方の歯車の１枚の歯が、他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置するように、当該他方の歯車を動かすことができる。したがって、請求項１の磨耗有り無しの計測を、歯の偏りのない状態で行い得るようになるので、計測の正確性が増す。
【０００８】
請求項３では、モータの正回転および逆回転のそれぞれに対して、回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するか否かを判断し、所定時間継続して同じ角度を検出しないときには、モータを、前回よりも大きい角度だけ正逆回転させるので、摩耗があっても、その摩耗量が大きくても、一方の歯車の１枚の歯が、他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置するように、他方の歯車を動かすことができる。
【０００９】
請求項４では、正回転指令信号または逆回転指令信号に対して、回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するとき、正回転指令信号および逆回転指令信号に応じた指令角度と正回転指令信号および逆回転指令信号に対する回転センサの検出角度を比較するので、一方の歯車の１枚の歯が他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置する状態から、回転指令信号によって正逆回転する状態が得られ、摩耗の有無をより正確に検出できる。更に、請求項４では、摩耗量を角度で量的に検出することが可能となる。
【００１０】
請求項５では、判定手段が摩耗ありと判定したとき、回転センサの検出角度から摩耗量を演算するので、どの程度摩耗したのかを具体的に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をロボットのアーム駆動装置における歯車減速装置に適用した一実施形態につき図面を参照しながら説明する。例えば、垂直多関節型ロボットでは、各アームは、互いに回転関節によって連結されている。そして、各アームは、アーム駆動装置によって回転駆動される。
図２は、アーム駆動装置１の一例を示しており、例えば、駆動対象アームの前段のアーム２内に配設されている。このアーム駆動装置１は、モータ３を駆動源とする歯車減速装置４を主体とするもので、入力軸としてのモータ３の回転軸５、中間軸６および出力軸７を備え、入力軸４に取着された小歯車８、中間軸６に取着された大歯車９、同じく中間軸６に取着された小歯車１０、出力軸７に取着された大歯車１１から構成されている。
【００１２】
これら歯車８〜１１のうち、回転軸５の小歯車８と中間軸６の大歯車９が噛合し、中間軸６の小歯車１０と出力軸７の大歯車１１が噛合している。したがって、回転軸５の回転は、１組の小歯車８と大歯車９によって減速されて中間軸６に伝えられ、この中間軸６の回転が更に別の１組の小歯車１０と大歯車１１によって減速されて出力軸７に伝えられる。そして、この出力軸７の回転によって次段のアーム（図示せず）が回転駆動される。
【００１３】
図１はモータ３の制御系を示すブロック図である。この図１に示すように、制御装置１２は、ＣＰＵ１３、駆動回路（駆動手段）１４、位置検出回路（位置検出手段）１５を備えている。そして、ＣＰＵ１３には、ロボット全体のシステムプログラムなどを記憶したＲＯＭ１６、ＲＡＭ１７、操作盤１８、パーソナルコンピュータ１９を接続するためのインターフェース２０が接続されている。
【００１４】
上記位置検出回路１５は、モータ３の回転位置を検出するためのもので、この位置検出回路１５には、モータ３の回転軸５の回転を検出するための回転センサとしてのロータリエンコーダ２１が接続されている。なお、図２には、モータ３およびロータリエンコーダ２１は、１個ずつしか図示していないが、実際には、各関節に対して一対一の関係で複数設けられているものである。
【００１５】
モータ３を回転駆動する場合、ＣＰＵ１３は、回転指令信号を駆動回路１４に出力する。これに対し、位置検出回路１５は、従来の制御構成と同様に、ロータリエンコーダ２１の検出信号によってモータ３の回転角度を検出し、その検出角度信号をフィードバック信号としてＣＰＵ１３および駆動回路１４に与える。駆動回路１４は、ＣＰＵ１３からの回転指令信号に応じた指令角度と、位置検出回路１５からのフィードバック信号に応じた検出角度とを比較し、その比較結果に応じてモータ３の回転を制御する。具体的には、駆動回路１４は、指令角度と検出角度とを比較し、その差分に応じた駆動電流をモータ３に供給する。これにより、モータ３は、回転軸５をＣＰＵ１３の指令角度と同一の回転角度となるように回転させる。したがって、ＣＰＵ１３は、位置検出回路１５および駆動回路１４の指令角度と検出角度とを比較して差分を出す加減算部と共に、モータ３を指令角度だけ回転するように制御する制御手段として機能する。
【００１６】
一方、パーソナルコンピュータ１９は、周知のように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有した制御部と、キーボードやマウスなどからなる操作部と、液晶ディスプレイなどからなる表示部（いずれも図示せず）とを有する。このパソコン１９には、互いに噛み合う一対の歯車の摩耗量を演算するためのプログラム（摩耗測定プログラム）が格納されている。
【００１７】
次に、このパソコン１９の摩耗測定プログラムを用いて歯車の摩耗を検出する場合の制御内容を図３のフローチャートをも参照して説明する。歯車減速装置４は、互いに噛み合う一対の歯車の組を２組有しているが、摩耗測定対象となる一対の歯車は、モータ３に直結された小歯車８とこの小歯車８に噛合する大歯車９である。ここで、モータ３に直結とは、入力軸をモータ３の回転軸５とは別の軸から構成し、この入力軸にモータ３の回転軸５を継手を介して結合したものも含むものとする。
【００１８】
本実施形態では、ＣＰＵ１３から回転指令信号を出力し、そのときのモータ３の回転軸５の実際の回転角度をロータリエンコーダ２１によって検出する。そして、回転指令信号に応じた指令角度とロータリエンコーダ２１の検出角度とを比較することによって摩耗の有無を判定し、更に、摩耗量を演算しようとするものである。回転指令信号としては、モータ３の回転軸５を、停止位置（基準位置）を角度０とし、この角度０の基準位置から正方向の角度＋θｎだけ回転させて元の基準位置に戻す正回転指令信号と、基準位置から逆方向の角度−θｎだけ回転させて元の基準位置に戻す逆回転指令信号とを１組にして出力する。この１組の正回転指令信号の指令角度＋θｎと逆回転指令信号の指令角度−θｎとは、回転方向が互いに逆となるだけで、その角度の大きさは同一である。
【００１９】
この１組の正回転指令信号の指令角度＋θｎおよび逆回転指令信号の指令角度−θｎの絶対値の大小は、添え字ｎで示される数字（ｎ＝１，２，３……）で表すこととし、｜θ１｜＜｜θ２｜＜｜θ３｜＜……のように数値が大きいほど大きい角度であるとする。なお、｜θ１｜、｜θ２｜、｜θ３｜、……は、予めパソコン１９のＲＯＭ（指令角度記憶手段）に記憶されているものとする。この指令角度の絶対値のうち、最も小さい｜θ１｜は、一対の歯車８，９の歯が摩耗量０のときのバックラッシュ内での小歯車８の回転角度の半分の大きさよりも所定量βだけ大きな値に設定されている。
【００２０】
ここで、以下の説明において、指令角度θ１のように示した場合は、絶対値での大きさを表し、＋θ１、−θ１のように示した場合には、正回転指令信号の指令角度、逆回転指令信号の指令信号を表すものとする。また、ＣＰＵ１３は、回転指令信号が、例えば＋θ１、−θ１の指令角度を内容とするものである場合、いきなり＋θ１、−θ１の指令角度を出力するのではなく、＋θ１、−θ１となるまで、或いは、＋θ１、−θ１の位置から基準位置に戻るまで、一定の率で漸増或いは漸減する指令角度をごく短い時間間隔で出力するものである。したがって、正回転指令信号および逆回転指令信号の指令角度の波形は、三角形となる。
【００２１】
さて、モータ３に直結された小歯車８と、この小歯車８に噛み合う大歯車９の摩耗の有無を検出するために、パソコン１９をロボットの制御装置１２のインターフェース２０に接続して摩耗測定プログラムを起動させる。すると、まず、パソコン１９は、指令信号の大きさを示す数値ｎを１にセットし（図３のステップＳ１）、指令する回転角度の大きさをθ１に定めて制御装置１２のＣＰＵ１３に対し、指令角度が＋θ１の正回転指令信号と、−θ１の逆回転指令信号を出力するようにコマンドを送信する（ステップＳ２）。
【００２２】
ロボットの制御装置１２のＣＰＵ１３は、上記コマンドを受信すると、駆動回路１４に指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とを順に出力する（ステップＳ３、ステップＳ５）。これにより駆動回路１４は、モータ３を、その回転軸５が停止位置（基準位置）から正方向にθ１だけ回転し、θ１回転したところで、逆方向に回転して元の基準位置に戻り且つこの基準位置から更に逆方向にθ１だけ回転するように駆動する。
【００２３】
このとき、ロータリエンコーダ２１は、実際の回転軸５の回転角度を所定の短時間毎に検出してその検出信号を位置検出回路１５に与え、位置検出回路１５は、ロータリエンコーダ２１による検出角度をＣＰＵ１３に与える（ステップＳ４、ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ１３は、正回転指令信号および逆回転指令信号の指令角度と、ロータリエンコーダ２１による検出角度をＲＡＭ１７に記憶し（指令値・検出値記憶手段）、且つそれら指令角度と検出角度をパソコン１９に送信する。
【００２４】
パソコン１は、制御装置１２のＣＰＵ１３から送信されてきた指令角度と検出角度により、それら指令角度の変化（指令角度波形）と検出角度の変化を示す波形（検出角度波形）を生成する（ステップＳ７：波形生成手段）。次いで、パソコン１は、指令値＋θｎ（ここでは＋θ１）になった時から一定時間経過ｔ１するまでの間の検出角度波形と、指令値−θｎ（ここでは−θ１）になった時から所定時間ｔ１経過するまでの間の検出角度波形が対称であるか否かを判断する（ステップＳ８：波形形状判定手段）。この場合の対称とは、完全に対称である外、両検出波形が互いに所定の誤差範囲内にある場合も含むものとする。したがって、このステップＳ８は、つきつめると、指令値が＋θｎになった時点から所定時間ｔ１内で、および指令値が−θｎになった時点から所定時間ｔ１内で、＋θ１および−θ１となった時から任意の時間経過した時点の検出角度の差が所定値内にあるか否かを判断することと等価となる。
【００２５】
ところで、θ１の正回転指令信号と逆回転指令信号とがＣＰＵ１３から出力されたとき、小歯車８と大歯車９との歯の噛み合い状態は様々である。理想的には、図４に示すように、小歯車８の１枚の歯８ａが大歯車９の隣り合う２枚の歯９ａ，９ｂの間の中央に位置した状態（歯の偏りがない状態）、つまり１枚の歯８ａの両側の隙間Ｇ１，Ｇ２が互いに等しい状態が現出され、この状態で、正回転指令信号および逆回転指令信号が出力されることが好ましい。
【００２６】
この理想的な状態の典型的な例として、小歯車８と大歯車９の回転中心点を結ぶ直線Ｃが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂの間（歯みぞ）の中央を通り、且つ、その歯みぞの中央に小歯車８の１枚の歯８ａが位置している場合を、図５（ａ）に示した。なお、歯の摩耗が０の場合、図５（ａ）において、歯８ａの両側の隙間Ｇ１，Ｇ２は、当初設定されたバックラッシュの１／２となる。
図４（ａ）の状態と図５（ａ）の状態とは、本発明の摩耗検出を適用する場合、条件として完全に同じではないが、ほぼ同等と考えられるので、以下では、小歯車８と大歯車９の回転中心を結ぶ直線Ｃが小歯車８の歯８ａの中央を通っている状態にあるとして説明する。
【００２７】
さて、指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とが順に出力された場合、小歯車８と大歯車９が上記理想的な状態にある場合、指令角度が＋θ１のときも、−θ１のときも、角度０の位置（歯８ａが存在する位置）から同じ角度（θ１−β）だけ回転したところで、歯８ａが歯９ａ或いは歯９ｂに当たる。そして、その回転位置で小歯車８が大歯車９から回転抵抗を受けるので、回転軸５はそれ以上回転しなくなる。
このため、指令値＋θ１になった時から所定時間ｔ１が経過するまでの間のロータリエンコーダ２１の検出角度の変化を示す波形（正側検出角度波形）と、指令値−θ１になった時から一定時間ｔ１が経過するまでの間のロータリエンコーダ２１の検出角度の変化を示す波形（逆側検出角度波形）とは、図５（ｂ）に示すように対称となる。
【００２８】
一方、例えば図６（ａ）に示すように、大歯車９が小歯車８に対し上記理想的な状態からずれていた場合には、歯８ａの両側の隙間Ｇ１、Ｇ２の大きさが異なるので、回転軸５が角度０の位置から正方向に回転する場合と逆方向に回転する場合とで、小歯車８の歯８ａが大歯車９の一方の歯９ａに当たるまでの回転角度と他方の歯９ｂに当たるまでの回転角度が異なることようになる。したがって、図６（ｂ）に示すように、上記の正側検出角度波形と逆側検出角度波形とは対称にならない。
【００２９】
このように正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが非対称であった場合（ステップＳ８で「ＮＯ」）、パソコン１９は、再び、指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とを出力するように制御装置１２のＣＰＵ１３にコマンドを送信し、ＣＰＵ１３から送信されてくる指令角度と検出角度とから指令角度波形および検出角度波形を生成し、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対象であるか否かを判定する（以上、ステップＳ３〜８）。
【００３０】
そして、パソコン１９は、正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが対称でなかった場合、その正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが対象となるまで、ステップＳ３〜ステップＳ８を繰り返し実行する。このように、指令角度の大きさを一定にしたまま、正回転指令信号と、逆回転指令信号とを出力する動作を繰り返すことにより、小歯車８の歯８ａが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂ間で往復移動（回動）する。これにより、隙間Ｇ１、Ｇ２のうち小なる隙間側の歯、図６の例では、歯９ａの方が、大間隙側の歯９ｂよりも、小歯車８の歯８ａから大きな当接力を受ける。
このため、図７（ａ）に示すように、大歯車９が隙間の大なる歯９ｂから隙間の小なる歯９ａに向かう方向に僅かずつ回転し、最終的には、図５（ａ）に示すように、歯８ａの両側の隙間Ｇ１、Ｇ２が同じ大きさになる。すると、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称になる。
【００３１】
以上のようにして、正側検出角度波形と逆側検出角度波形との対称性が検出されると（ステップＳ８で「ＹＥＳ」）、次に、パソコン１９は、指令値が＋θ１になった時点から所定時間ｔ２、ロータリエンコーダ２１の検出角度が同一角度である状態が継続するか否かを判断する（ステップＳ９）。なお、ｔ２は、指令角度の大きさが角度βだけ変化する時間に相当する時間以内に定められている。
【００３２】
このステップＳ９の意義は次の通りである。つまり、正側検出角度波形と逆側検出角度波形の対称性が確認されたことと、小歯車８の歯８ａが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当接したこととは必ずしも一致しない。例えば、図８（ａ）のように、歯の摩耗量が大きい場合、＋θ１、−θ１の指令角では、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂに当たらず、歯みぞ内で往復移動しているだけかも知れない。この場合の検出角度波形は、図８（ｂ）のようになり、正側検出角度波形と逆側検出角度波形は対称となる。しかし、これでは、磨耗量を検出することはできない。磨耗量を検出するためには、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当たらなければならない。
【００３３】
歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当たれば、検出角度が一定の状態が現出される。ステップＳ９では、この検出角度が一定の状態があること、換言すれば、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当接したことを検出するものである。なお、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に当たると、大歯車９が若干回転するが、その回転角度は、極々小さなものであるから、検出角度としては概ね一定の状態となるのである。
【００３４】
さて、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称であっても、指令値が＋θ１になった時点から所定時間ｔ２内のロータリエンコーダ２１の検出角度が同一角度である状態がｔ２時間継続されない場合（ステップＳ９で「ＮＯ」）、パソコン１９は、指令信号の大きさを示す数値ｎをインクリメントする（ステップＳ１０）。ここでは、ｎは「１」であったので、ステップＳ１０で「２」に変更されたこととなる。その後、パソコン１９は、前述のステップＳ２に戻り、指令する角度の大きさをθ１より一段階大きいθ２にセットして制御装置１２のＣＰＵ１３に指令角度が＋θ２、−θ２の正回転指令信号と逆回転指令信号を出力するようにコマンドを送信する。
【００３５】
すると、ロボットの制御装置１２のＣＰＵ１３が指令角度＋θ２の正回転指令信号と、指令角度−θ２の逆回転指令信号とを順に出力し、ロータリエンコーダ２１による検出角度をパソコン１９に送信し、パソコン１９は、正側検出角度波形と逆側検出角度波形の対称性が確認されたら、指令値＋θ２から所定時間ｔ２内で同一角度を維持する状態になるかを判断する。ｔ２時間同一角度が維持されなければ、パソコン１９は、指令の角度の大きさを示す数値を更に一段大きくし（ステップＳ１０）、その指令角度の正回転指令信号と逆回転指令信号を出力するようにコマンドをロボットの制御装置１２に送信し、制御装置１２から送られてくる検出角度情報から正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称で、且つ、正回転指令信号の指令値のピーク後、所定時間ｔ２だけ検出角度一定の状態が存在することが確認されるまで、指令角度を一段ずつ上げてモータ３を正逆方向に駆動し、回転軸５の実際の回転角度を検出するという動作を、繰り返す。
【００３６】
正回転指令信号の指令値のピーク後、所定時間ｔ２だけ検出角度一定の状態が存在することが確認されると（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、パソコン１９は、その時の指令角度θｎと予め定められた閾値角度θｙとを比較し、指令角度θｎが閾値角度θｙ（θ１−β）を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１：比較手段）。指令角度θｎが閾値角度θｙを超えていなければ、パソコン１９は、摩耗なしと判定し（ステップＳ１２：判定手段）、エンドとなる。なお、この場合の「摩耗なし」は、正しくは、ユーザが設定した摩耗の許容範囲内にあって問題となるような摩耗に至っていない状態にあることを言う。
【００３７】
指令角度θｎが閾値角度θｙを超えていた場合、パソコン１９は、摩耗ありと判断して検出角度の最大角度を摩耗角θｘとし（ステップＳ１３：判定手段、摩耗角検出手段）、次式に摩耗角θｘを代入して摩耗量を求め（ステップＳ１４：摩耗量演算手段）、エンドとなる。
摩耗量＝歯車の基準ピッチ円直径×π×２θｘ÷３６０
なお、上式での歯車の基準ピッチ円直径は、回転軸５に直結した歯車、本実施形態では小歯車８の基準ピッチ円直径Ｄ０（図４参照）である。
【００３８】
このように本実施形態によれば、歯車の摩耗の有無を、モータ３の制御系を利用して検出することができる。しかも、駆動側の小歯車８の歯８ａが従動側の大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂに当たるときのモータ３の回転軸５の回転角度によって歯車の摩耗量を検出するので、より正確に摩耗を検出できる。
【００３９】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限られるものではなく、次のような変更或いは拡張が可能である。
ステップＳ８は、指令値が＋θｎ、−θｎのときの検出角度の差、または、指令値が＋θｎ、−θｎになった時点から所定時間後の検出角度の差が所定値内であるか否かを判断することに変えても良い。
摩耗の有無を検出する機能だけに止めても良い。
１枚の歯８ａを２枚の歯９ａ，９ｂ間の中央にセットした状態で回転指令信号を出力すれば、回転指令信号は、正または逆のうちの一方だけで摩耗の有無と摩耗量の検出を行うことができる。
パソコン１９の機能は、制御装置１２のＣＰＵ１３が果たすようにしてパソコン１９を用いずとも歯車の摩耗検出が行い得るようにしても良い。
ロボットのアーム駆動装置の歯車を対象とする場合に限られず、歯車の摩耗を検出する場合に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態におけるモータの制御系の構成を示すブロック図
【図２】歯車減速装置の概略を示す断面図
【図３】摩耗検出のためのフローチャート
【図４】摩耗検査のための歯車の理想的な状態の一例を示す部分的な平面図
【図５】（ａ）は摩耗検査のための歯車の理想的な状態の他の例を示す部分的な平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図６】（ａ）は歯みぞ内に１枚の歯が偏って位置する例を示す平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図７】（ａ）は歯みぞ内の１枚の歯の偏りが是正されてゆく途中を示す平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図８】（ａ）は摩耗量が大きい場合の歯車の部分的な平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【符号の説明】
【００４１】
図面中、４は歯車減速装置、５は回転軸、６は中間軸、７は出力軸、８は小歯車、９は大歯車、１２は制御装置、１３はＣＰＵ（制御手段、比較手段、判定手段、摩耗量演算手段）、１４は駆動回路、１５は位置検出回路、１９はパソコン、２１はロータリーエンコーダ（回転センサ）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車を駆動するモータを僅か回転させることによって歯車の摩耗を検出する構成の歯車の摩耗検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛み合う一対の歯車の摩耗を検出する方法として、特許文献１，２に開示された方法がある。特許文献１の方法は、歯車を駆動するモータの電流値を積分してその積分値の中から最大負荷量を選択し、この最大負荷量と、１サイクルでの歯車の噛み合い回数と、所定時間内のサイクル回数とを歯車磨耗量を求める式に代入して摩耗量を算出するというものである。
【０００３】
特許文献２の方法は、アーム先端のツールの位置座標データとアームの姿勢データとツールおよびアームの重量データから歯車の角度関数や角加速度関数などを算出すると共に、１サイクル中の歯車の歯面の噛み合い回数する。また、データ入力部から入力されるデータに基づいて、サイクル時間をパラメータとする負荷トルク関数と負荷慣性モーメント関数とを算出し、角加速度センサとから１サイクル中の歯車の負荷変動を導く。そして、噛合い回数と負荷変動から最大負荷を算出し、歯車摩耗量を算出するというものである。
【特許文献１】特開平７−１００７８２号公報
【特許文献２】特開平９−１３６２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２の摩耗量検出方法では、新たなセンセを付加することなく、モータを制御するための制御系を利用して歯車の摩耗量を検出することができる。しかしながら、これらの方法は、負荷量や歯面の噛み合い回数などから歯車の摩耗を計算する方法であって、摩耗量を直接的に検出するものではないため、正確性の点で問題がある。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、新たなセンサを付加することなく、モータの制御系を利用して歯車の摩耗をより正確に検出することができる歯車の摩耗検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１では、互いに噛み合う一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータが制御手段によって指令角度だけ回転駆動されたとき、当該モータの実際の回転角度を回転センサによって検出し、それら指令角度と検出角度とを比較して、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、指令角度が検出角度よりも大きく、且つ、検出角度が予め定められた閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定するので、新たなセンサを付加することなく、モータの制御系を利用して歯車の摩耗の有無を検出することができる。
【０００７】
請求項２では、モータを正方向および逆方向に同じ角度だけ回転させる正回転指令信号および逆回転指令信号を出力することを、正回転指令信号に対する回転センサの検出角度と逆回転指令信号に対する回転センサの検出角度との差が所定値内となるまで繰り返すので、一方の歯車の１枚の歯が、他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置するように、当該他方の歯車を動かすことができる。したがって、請求項１の磨耗有り無しの計測を、歯の偏りのない状態で行い得るようになるので、計測の正確性が増す。
【０００８】
請求項３では、モータの正回転および逆回転のそれぞれに対して、回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するか否かを判断し、所定時間継続して同じ角度を検出しないときには、モータを、前回よりも大きい角度だけ正逆回転させるので、摩耗があっても、その摩耗量が大きくても、一方の歯車の１枚の歯が、他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置するように、他方の歯車を動かすことができる。
【０００９】
請求項４では、正回転指令信号または逆回転指令信号に対して、回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するとき、正回転指令信号および逆回転指令信号に応じた指令角度と正回転指令信号および逆回転指令信号に対する回転センサの検出角度を比較するので、一方の歯車の１枚の歯が他方の歯車の２枚の歯の間の中央に位置する状態から、回転指令信号によって正逆回転する状態が得られ、摩耗の有無をより正確に検出できる。更に、請求項４では、摩耗量を角度で量的に検出することが可能となる。
【００１０】
請求項５では、判定手段が摩耗ありと判定したとき、回転センサの検出角度から摩耗量を演算するので、どの程度摩耗したのかを具体的に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をロボットのアーム駆動装置における歯車減速装置に適用した一実施形態につき図面を参照しながら説明する。例えば、垂直多関節型ロボットでは、各アームは、互いに回転関節によって連結されている。そして、各アームは、アーム駆動装置によって回転駆動される。
図２は、アーム駆動装置１の一例を示しており、例えば、駆動対象アームの前段のアーム２内に配設されている。このアーム駆動装置１は、モータ３を駆動源とする歯車減速装置４を主体とするもので、入力軸としてのモータ３の回転軸５、中間軸６および出力軸７を備え、入力軸４に取着された小歯車８、中間軸６に取着された大歯車９、同じく中間軸６に取着された小歯車１０、出力軸７に取着された大歯車１１から構成されている。
【００１２】
これら歯車８〜１１のうち、回転軸５の小歯車８と中間軸６の大歯車９が噛合し、中間軸６の小歯車１０と出力軸７の大歯車１１が噛合している。したがって、回転軸５の回転は、１組の小歯車８と大歯車９によって減速されて中間軸６に伝えられ、この中間軸６の回転が更に別の１組の小歯車１０と大歯車１１によって減速されて出力軸７に伝えられる。そして、この出力軸７の回転によって次段のアーム（図示せず）が回転駆動される。
【００１３】
図１はモータ３の制御系を示すブロック図である。この図１に示すように、制御装置１２は、ＣＰＵ１３、駆動回路（駆動手段）１４、位置検出回路（位置検出手段）１５を備えている。そして、ＣＰＵ１３には、ロボット全体のシステムプログラムなどを記憶したＲＯＭ１６、ＲＡＭ１７、操作盤１８、パーソナルコンピュータ１９を接続するためのインターフェース２０が接続されている。
【００１４】
上記位置検出回路１５は、モータ３の回転位置を検出するためのもので、この位置検出回路１５には、モータ３の回転軸５の回転を検出するための回転センサとしてのロータリエンコーダ２１が接続されている。なお、図２には、モータ３およびロータリエンコーダ２１は、１個ずつしか図示していないが、実際には、各関節に対して一対一の関係で複数設けられているものである。
【００１５】
モータ３を回転駆動する場合、ＣＰＵ１３は、回転指令信号を駆動回路１４に出力する。これに対し、位置検出回路１５は、従来の制御構成と同様に、ロータリエンコーダ２１の検出信号によってモータ３の回転角度を検出し、その検出角度信号をフィードバック信号としてＣＰＵ１３および駆動回路１４に与える。駆動回路１４は、ＣＰＵ１３からの回転指令信号に応じた指令角度と、位置検出回路１５からのフィードバック信号に応じた検出角度とを比較し、その比較結果に応じてモータ３の回転を制御する。具体的には、駆動回路１４は、指令角度と検出角度とを比較し、その差分に応じた駆動電流をモータ３に供給する。これにより、モータ３は、回転軸５をＣＰＵ１３の指令角度と同一の回転角度となるように回転させる。したがって、ＣＰＵ１３は、位置検出回路１５および駆動回路１４の指令角度と検出角度とを比較して差分を出す加減算部と共に、モータ３を指令角度だけ回転するように制御する制御手段として機能する。
【００１６】
一方、パーソナルコンピュータ１９は、周知のように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有した制御部と、キーボードやマウスなどからなる操作部と、液晶ディスプレイなどからなる表示部（いずれも図示せず）とを有する。このパソコン１９には、互いに噛み合う一対の歯車の摩耗量を演算するためのプログラム（摩耗測定プログラム）が格納されている。
【００１７】
次に、このパソコン１９の摩耗測定プログラムを用いて歯車の摩耗を検出する場合の制御内容を図３のフローチャートをも参照して説明する。歯車減速装置４は、互いに噛み合う一対の歯車の組を２組有しているが、摩耗測定対象となる一対の歯車は、モータ３に直結された小歯車８とこの小歯車８に噛合する大歯車９である。ここで、モータ３に直結とは、入力軸をモータ３の回転軸５とは別の軸から構成し、この入力軸にモータ３の回転軸５を継手を介して結合したものも含むものとする。
【００１８】
本実施形態では、ＣＰＵ１３から回転指令信号を出力し、そのときのモータ３の回転軸５の実際の回転角度をロータリエンコーダ２１によって検出する。そして、回転指令信号に応じた指令角度とロータリエンコーダ２１の検出角度とを比較することによって摩耗の有無を判定し、更に、摩耗量を演算しようとするものである。回転指令信号としては、モータ３の回転軸５を、停止位置（基準位置）を角度０とし、この角度０の基準位置から正方向の角度＋θｎだけ回転させて元の基準位置に戻す正回転指令信号と、基準位置から逆方向の角度−θｎだけ回転させて元の基準位置に戻す逆回転指令信号とを１組にして出力する。この１組の正回転指令信号の指令角度＋θｎと逆回転指令信号の指令角度−θｎとは、回転方向が互いに逆となるだけで、その角度の大きさは同一である。
【００１９】
この１組の正回転指令信号の指令角度＋θｎおよび逆回転指令信号の指令角度−θｎの絶対値の大小は、添え字ｎで示される数字（ｎ＝１，２，３……）で表すこととし、｜θ１｜＜｜θ２｜＜｜θ３｜＜……のように数値が大きいほど大きい角度であるとする。なお、｜θ１｜、｜θ２｜、｜θ３｜、……は、予めパソコン１９のＲＯＭ（指令角度記憶手段）に記憶されているものとする。この指令角度の絶対値のうち、最も小さい｜θ１｜は、一対の歯車８，９の歯が摩耗量０のときのバックラッシュ内での小歯車８の回転角度の半分の大きさよりも所定量βだけ大きな値に設定されている。
【００２０】
ここで、以下の説明において、指令角度θ１のように示した場合は、絶対値での大きさを表し、＋θ１、−θ１のように示した場合には、正回転指令信号の指令角度、逆回転指令信号の指令信号を表すものとする。また、ＣＰＵ１３は、回転指令信号が、例えば＋θ１、−θ１の指令角度を内容とするものである場合、いきなり＋θ１、−θ１の指令角度を出力するのではなく、＋θ１、−θ１となるまで、或いは、＋θ１、−θ１の位置から基準位置に戻るまで、一定の率で漸増或いは漸減する指令角度をごく短い時間間隔で出力するものである。したがって、正回転指令信号および逆回転指令信号の指令角度の波形は、三角形となる。
【００２１】
さて、モータ３に直結された小歯車８と、この小歯車８に噛み合う大歯車９の摩耗の有無を検出するために、パソコン１９をロボットの制御装置１２のインターフェース２０に接続して摩耗測定プログラムを起動させる。すると、まず、パソコン１９は、指令信号の大きさを示す数値ｎを１にセットし（図３のステップＳ１）、指令する回転角度の大きさをθ１に定めて制御装置１２のＣＰＵ１３に対し、指令角度が＋θ１の正回転指令信号と、−θ１の逆回転指令信号を出力するようにコマンドを送信する（ステップＳ２）。
【００２２】
ロボットの制御装置１２のＣＰＵ１３は、上記コマンドを受信すると、駆動回路１４に指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とを順に出力する（ステップＳ３、ステップＳ５）。これにより駆動回路１４は、モータ３を、その回転軸５が停止位置（基準位置）から正方向にθ１だけ回転し、θ１回転したところで、逆方向に回転して元の基準位置に戻り且つこの基準位置から更に逆方向にθ１だけ回転するように駆動する。
【００２３】
このとき、ロータリエンコーダ２１は、実際の回転軸５の回転角度を所定の短時間毎に検出してその検出信号を位置検出回路１５に与え、位置検出回路１５は、ロータリエンコーダ２１による検出角度をＣＰＵ１３に与える（ステップＳ４、ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ１３は、正回転指令信号および逆回転指令信号の指令角度と、ロータリエンコーダ２１による検出角度をＲＡＭ１７に記憶し（指令値・検出値記憶手段）、且つそれら指令角度と検出角度をパソコン１９に送信する。
【００２４】
パソコン１は、制御装置１２のＣＰＵ１３から送信されてきた指令角度と検出角度により、それら指令角度の変化（指令角度波形）と検出角度の変化を示す波形（検出角度波形）を生成する（ステップＳ７：波形生成手段）。次いで、パソコン１は、指令値＋θｎ（ここでは＋θ１）になった時から一定時間経過ｔ１するまでの間の検出角度波形と、指令値−θｎ（ここでは−θ１）になった時から所定時間ｔ１経過するまでの間の検出角度波形が対称であるか否かを判断する（ステップＳ８：波形形状判定手段）。この場合の対称とは、完全に対称である外、両検出波形が互いに所定の誤差範囲内にある場合も含むものとする。したがって、このステップＳ８は、つきつめると、指令値が＋θｎになった時点から所定時間ｔ１内で、および指令値が−θｎになった時点から所定時間ｔ１内で、＋θ１および−θ１となった時から任意の時間経過した時点の検出角度の差が所定値内にあるか否かを判断することと等価となる。
【００２５】
ところで、θ１の正回転指令信号と逆回転指令信号とがＣＰＵ１３から出力されたとき、小歯車８と大歯車９との歯の噛み合い状態は様々である。理想的には、図４に示すように、小歯車８の１枚の歯８ａが大歯車９の隣り合う２枚の歯９ａ，９ｂの間の中央に位置した状態（歯の偏りがない状態）、つまり１枚の歯８ａの両側の隙間Ｇ１，Ｇ２が互いに等しい状態が現出され、この状態で、正回転指令信号および逆回転指令信号が出力されることが好ましい。
【００２６】
この理想的な状態の典型的な例として、小歯車８と大歯車９の回転中心点を結ぶ直線Ｃが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂの間（歯みぞ）の中央を通り、且つ、その歯みぞの中央に小歯車８の１枚の歯８ａが位置している場合を、図５（ａ）に示した。なお、歯の摩耗が０の場合、図５（ａ）において、歯８ａの両側の隙間Ｇ１，Ｇ２は、当初設定されたバックラッシュの１／２となる。
図４（ａ）の状態と図５（ａ）の状態とは、本発明の摩耗検出を適用する場合、条件として完全に同じではないが、ほぼ同等と考えられるので、以下では、小歯車８と大歯車９の回転中心を結ぶ直線Ｃが小歯車８の歯８ａの中央を通っている状態にあるとして説明する。
【００２７】
さて、指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とが順に出力された場合、小歯車８と大歯車９が上記理想的な状態にある場合、指令角度が＋θ１のときも、−θ１のときも、角度０の位置（歯８ａが存在する位置）から同じ角度（θ１−β）だけ回転したところで、歯８ａが歯９ａ或いは歯９ｂに当たる。そして、その回転位置で小歯車８が大歯車９から回転抵抗を受けるので、回転軸５はそれ以上回転しなくなる。
このため、指令値＋θ１になった時から所定時間ｔ１が経過するまでの間のロータリエンコーダ２１の検出角度の変化を示す波形（正側検出角度波形）と、指令値−θ１になった時から一定時間ｔ１が経過するまでの間のロータリエンコーダ２１の検出角度の変化を示す波形（逆側検出角度波形）とは、図５（ｂ）に示すように対称となる。
【００２８】
一方、例えば図６（ａ）に示すように、大歯車９が小歯車８に対し上記理想的な状態からずれていた場合には、歯８ａの両側の隙間Ｇ１、Ｇ２の大きさが異なるので、回転軸５が角度０の位置から正方向に回転する場合と逆方向に回転する場合とで、小歯車８の歯８ａが大歯車９の一方の歯９ａに当たるまでの回転角度と他方の歯９ｂに当たるまでの回転角度が異なることようになる。したがって、図６（ｂ）に示すように、上記の正側検出角度波形と逆側検出角度波形とは対称にならない。
【００２９】
このように正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが非対称であった場合（ステップＳ８で「ＮＯ」）、パソコン１９は、再び、指令角度＋θ１の正回転指令信号と、指令角度−θ１の逆回転指令信号とを出力するように制御装置１２のＣＰＵ１３にコマンドを送信し、ＣＰＵ１３から送信されてくる指令角度と検出角度とから指令角度波形および検出角度波形を生成し、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対象であるか否かを判定する（以上、ステップＳ３〜８）。
【００３０】
そして、パソコン１９は、正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが対称でなかった場合、その正側検出角度波形と逆側検出角度波形とが対象となるまで、ステップＳ３〜ステップＳ８を繰り返し実行する。このように、指令角度の大きさを一定にしたまま、正回転指令信号と、逆回転指令信号とを出力する動作を繰り返すことにより、小歯車８の歯８ａが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂ間で往復移動（回動）する。これにより、隙間Ｇ１、Ｇ２のうち小なる隙間側の歯、図６の例では、歯９ａの方が、大間隙側の歯９ｂよりも、小歯車８の歯８ａから大きな当接力を受ける。
このため、図７（ａ）に示すように、大歯車９が隙間の大なる歯９ｂから隙間の小なる歯９ａに向かう方向に僅かずつ回転し、最終的には、図５（ａ）に示すように、歯８ａの両側の隙間Ｇ１、Ｇ２が同じ大きさになる。すると、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称になる。
【００３１】
以上のようにして、正側検出角度波形と逆側検出角度波形との対称性が検出されると（ステップＳ８で「ＹＥＳ」）、次に、パソコン１９は、指令値が＋θ１になった時点から所定時間ｔ２、ロータリエンコーダ２１の検出角度が同一角度である状態が継続するか否かを判断する（ステップＳ９）。なお、ｔ２は、指令角度の大きさが角度βだけ変化する時間に相当する時間以内に定められている。
【００３２】
このステップＳ９の意義は次の通りである。つまり、正側検出角度波形と逆側検出角度波形の対称性が確認されたことと、小歯車８の歯８ａが大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当接したこととは必ずしも一致しない。例えば、図８（ａ）のように、歯の摩耗量が大きい場合、＋θ１、−θ１の指令角では、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂに当たらず、歯みぞ内で往復移動しているだけかも知れない。この場合の検出角度波形は、図８（ｂ）のようになり、正側検出角度波形と逆側検出角度波形は対称となる。しかし、これでは、磨耗量を検出することはできない。磨耗量を検出するためには、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当たらなければならない。
【００３３】
歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当たれば、検出角度が一定の状態が現出される。ステップＳ９では、この検出角度が一定の状態があること、換言すれば、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に均等に当接したことを検出するものである。なお、歯８ａが２枚の歯９ａ，９ｂの双方に当たると、大歯車９が若干回転するが、その回転角度は、極々小さなものであるから、検出角度としては概ね一定の状態となるのである。
【００３４】
さて、正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称であっても、指令値が＋θ１になった時点から所定時間ｔ２内のロータリエンコーダ２１の検出角度が同一角度である状態がｔ２時間継続されない場合（ステップＳ９で「ＮＯ」）、パソコン１９は、指令信号の大きさを示す数値ｎをインクリメントする（ステップＳ１０）。ここでは、ｎは「１」であったので、ステップＳ１０で「２」に変更されたこととなる。その後、パソコン１９は、前述のステップＳ２に戻り、指令する角度の大きさをθ１より一段階大きいθ２にセットして制御装置１２のＣＰＵ１３に指令角度が＋θ２、−θ２の正回転指令信号と逆回転指令信号を出力するようにコマンドを送信する。
【００３５】
すると、ロボットの制御装置１２のＣＰＵ１３が指令角度＋θ２の正回転指令信号と、指令角度−θ２の逆回転指令信号とを順に出力し、ロータリエンコーダ２１による検出角度をパソコン１９に送信し、パソコン１９は、正側検出角度波形と逆側検出角度波形の対称性が確認されたら、指令値＋θ２から所定時間ｔ２内で同一角度を維持する状態になるかを判断する。ｔ２時間同一角度が維持されなければ、パソコン１９は、指令の角度の大きさを示す数値を更に一段大きくし（ステップＳ１０）、その指令角度の正回転指令信号と逆回転指令信号を出力するようにコマンドをロボットの制御装置１２に送信し、制御装置１２から送られてくる検出角度情報から正側検出角度波形と逆側検出角度波形が対称で、且つ、正回転指令信号の指令値のピーク後、所定時間ｔ２だけ検出角度一定の状態が存在することが確認されるまで、指令角度を一段ずつ上げてモータ３を正逆方向に駆動し、回転軸５の実際の回転角度を検出するという動作を、繰り返す。
【００３６】
正回転指令信号の指令値のピーク後、所定時間ｔ２だけ検出角度一定の状態が存在することが確認されると（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、パソコン１９は、その時の指令角度θｎと予め定められた閾値角度θｙとを比較し、指令角度θｎが閾値角度θｙ（θ１−β）を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１：比較手段）。指令角度θｎが閾値角度θｙを超えていなければ、パソコン１９は、摩耗なしと判定し（ステップＳ１２：判定手段）、エンドとなる。なお、この場合の「摩耗なし」は、正しくは、ユーザが設定した摩耗の許容範囲内にあって問題となるような摩耗に至っていない状態にあることを言う。
【００３７】
指令角度θｎが閾値角度θｙを超えていた場合、パソコン１９は、摩耗ありと判断して検出角度の最大角度を摩耗角θｘとし（ステップＳ１３：判定手段、摩耗角検出手段）、次式に摩耗角θｘを代入して摩耗量を求め（ステップＳ１４：摩耗量演算手段）、エンドとなる。
摩耗量＝歯車の基準ピッチ円直径×π×２θｘ÷３６０
なお、上式での歯車の基準ピッチ円直径は、回転軸５に直結した歯車、本実施形態では小歯車８の基準ピッチ円直径Ｄ０（図４参照）である。
【００３８】
このように本実施形態によれば、歯車の摩耗の有無を、モータ３の制御系を利用して検出することができる。しかも、駆動側の小歯車８の歯８ａが従動側の大歯車９の２枚の歯９ａ，９ｂに当たるときのモータ３の回転軸５の回転角度によって歯車の摩耗量を検出するので、より正確に摩耗を検出できる。
【００３９】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限られるものではなく、次のような変更或いは拡張が可能である。
ステップＳ８は、指令値が＋θｎ、−θｎのときの検出角度の差、または、指令値が＋θｎ、−θｎになった時点から所定時間後の検出角度の差が所定値内であるか否かを判断することに変えても良い。
摩耗の有無を検出する機能だけに止めても良い。
１枚の歯８ａを２枚の歯９ａ，９ｂ間の中央にセットした状態で回転指令信号を出力すれば、回転指令信号は、正または逆のうちの一方だけで摩耗の有無と摩耗量の検出を行うことができる。
パソコン１９の機能は、制御装置１２のＣＰＵ１３が果たすようにしてパソコン１９を用いずとも歯車の摩耗検出が行い得るようにしても良い。
ロボットのアーム駆動装置の歯車を対象とする場合に限られず、歯車の摩耗を検出する場合に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態におけるモータの制御系の構成を示すブロック図
【図２】歯車減速装置の概略を示す断面図
【図３】摩耗検出のためのフローチャート
【図４】摩耗検査のための歯車の理想的な状態の一例を示す部分的な平面図
【図５】（ａ）は摩耗検査のための歯車の理想的な状態の他の例を示す部分的な平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図６】（ａ）は歯みぞ内に１枚の歯が偏って位置する例を示す平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図７】（ａ）は歯みぞ内の１枚の歯の偏りが是正されてゆく途中を示す平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【図８】（ａ）は摩耗量が大きい場合の歯車の部分的な平面図、（ｂ）は指令角度と検出角度の波形図
【符号の説明】
【００４１】
図面中、４は歯車減速装置、５は回転軸、６は中間軸、７は出力軸、８は小歯車、９は大歯車、１２は制御装置、１３はＣＰＵ（制御手段、比較手段、判定手段、摩耗量演算手段）、１４は駆動回路、１５は位置検出回路、１９はパソコン、２１はロータリーエンコーダ（回転センサ）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う一対の歯車の摩耗を検出する装置であって、
前記一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータと、
回転指令信号を出力し、前記モータの回転角度を検出する回転センサからの検出信号をフィードバック信号として前記モータが前記回転指令信号に応じた指令角度だけ回転するように当該モータを制御する制御手段と、
前記回転指令信号に応じた前記指令角度と前記回転センサの検出角度とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較により、前記指令角度が前記検出角度よりも大きく、且つ、前記検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、前記指令角度が前記検出角度よりも大きく、且つ、前記検出角度が予め定められた前記閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定する判定手段と、
を具備してなる歯車の摩耗検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転指令信号として、前記モータを正方向および逆方向に同じ角度だけ回転させる正回転指令信号および逆回転指令信号を出力することを、前記正回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度と前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度との差が所定値内となるまで繰り返す
ようにしてなる請求項１記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記正回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度と前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度との差が前記所定値内となったとき、前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するか否かを判断し、所定時間継続して同じ角度を検出しないときには、前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号を、前回よりも大きい指令角度にして出力することを、前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するまで繰り返す
ようにしてなる請求項２記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項４】
前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するとき、前記比較手段が前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号に応じた前記指令角度と前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度を比較する
ことを特徴とする請求項３記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項５】
前記判定手段が摩耗ありと判定したとき、前記回転センサの前記検出角度から摩耗量を演算する摩耗量演算手段を
備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項１】
互いに噛み合う一対の歯車の摩耗を検出する装置であって、
前記一対の歯車のうちの一方の歯車に直結されたモータと、
回転指令信号を出力し、前記モータの回転角度を検出する回転センサからの検出信号をフィードバック信号として前記モータが前記回転指令信号に応じた指令角度だけ回転するように当該モータを制御する制御手段と、
前記回転指令信号に応じた前記指令角度と前記回転センサの検出角度とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較により、前記指令角度が前記検出角度よりも大きく、且つ、前記検出角度が予め定められた閾値角度以下とされたとき、摩耗なしと判定し、前記指令角度が前記検出角度よりも大きく、且つ、前記検出角度が予め定められた前記閾値角度を超えているとされたとき、摩耗ありと判定する判定手段と、
を具備してなる歯車の摩耗検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転指令信号として、前記モータを正方向および逆方向に同じ角度だけ回転させる正回転指令信号および逆回転指令信号を出力することを、前記正回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度と前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度との差が所定値内となるまで繰り返す
ようにしてなる請求項１記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記正回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度と前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度との差が前記所定値内となったとき、前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するか否かを判断し、所定時間継続して同じ角度を検出しないときには、前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号を、前回よりも大きい指令角度にして出力することを、前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するまで繰り返す
ようにしてなる請求項２記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項４】
前記正回転指令信号または前記逆回転指令信号に対して、前記回転センサが所定時間継続して同じ角度を検出するとき、前記比較手段が前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号に応じた前記指令角度と前記正回転指令信号および前記逆回転指令信号に対する前記回転センサの検出角度を比較する
ことを特徴とする請求項３記載の歯車の摩耗検出装置。
【請求項５】
前記判定手段が摩耗ありと判定したとき、前記回転センサの前記検出角度から摩耗量を演算する摩耗量演算手段を
備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歯車の摩耗検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０７３６１（Ｐ２０１０−１０７３６１Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９７８５（Ｐ２００８−２７９７８５）
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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