KR20180033844A - Fault Diagnosis System of Industrial Robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대상물에 대한 제조공정을 수행하는 산업용 로봇의 고장을 진단하기 위한 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fault diagnosis system for an industrial robot for diagnosing a failure of an industrial robot performing a manufacturing process for an object.
일반적으로 선박, 차량, 건설기계, 핸드폰 등(이하, '대상물'이라 함)은 다양한 부품들이 조립됨으로써 제조된다. 예컨대, 대상물을 구성하는 부품에 대한 용접공정, 이송공정, 도장공정 등의 제조공정을 거쳐 대상물을 제조하는 공정이 이루어진다. 산업용 로봇은 복수개가 공정라인에 설치되어 상술한 제조공정을 수행할 수 있다.Generally, a ship, a vehicle, a construction machine, a cellular phone, etc. (hereinafter, referred to as an 'object') are manufactured by assembling various components. For example, a process of manufacturing an object through a manufacturing process such as a welding process, a transportation process, and a coating process for a component constituting an object is performed. A plurality of industrial robots can be installed in the process line to perform the above-described manufacturing process.
이러한 산업용 로봇은 설비집약형 LCD 제조공정이나 고밀도화된 자동차 제조공정 등 다양한 제조공정에서 핵심장비로 사용된다. 따라서, 최근에는 산업용 로봇의 고장에 대한 진단 시스템이 절실히 요구되고 있다.These industrial robots are used as core equipment in various manufacturing processes such as facility-intensive LCD manufacturing process and high-density automobile manufacturing process. Therefore, in recent years, a diagnostic system for the failure of an industrial robot is urgently required.
종래 기술에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 별도의 센서 없이 모터 등 부품에 공급되는 전류 신호로부터 로봇의 이상을 진단한다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 다음과 같은 문제가 있다.The fault diagnosis system of the industrial robot according to the prior art diagnoses an abnormality of the robot from a current signal supplied to a part such as a motor without a separate sensor. Accordingly, the conventional fault diagnosis system for industrial robots has the following problems.
첫째, 종래 기술에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 전류 신호를 이용하여 이상을 진단하므로, 하나의 부품으로부터 이상 전류 신호가 감지되면 이에 연계된 수많은 부품에서 이상 전류 신호가 발생된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 최초 이상 전류 신호가 발생된 부품을 판별하기 위하여 별도의 기술이 필요할 뿐만 아니라 고장 진단에 오랜 시간이 걸리고, 비용이 증대되는 문제가 있다.First, the fault diagnosis system of the industrial robot according to the related art diagnoses an abnormality using a current signal, so that when an abnormal current signal is detected from one component, an abnormal current signal is generated in many parts connected to the fault. Accordingly, in the fault diagnosis system of the industrial robot according to the related art, not only a separate technique is required to identify the part in which the first abnormal current signal is generated, but also it takes a long time to diagnose the trouble and the cost increases.
둘째, 종래 기술에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 전류 신호를 이용하여 이상을 진단하므로, 고장 진단의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.Second, the fault diagnosis system of the industrial robot according to the prior art diagnoses an abnormality using the current signal, and thus there is a problem that the accuracy of the fault diagnosis is low.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 산업용 로봇의 고장을 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fault diagnosis system for an industrial robot that can quickly and accurately diagnose a fault of an industrial robot.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention can include the following configuration.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템은 산업용 로봇의 크랭크축 베어링이 설치되는 RV기어박스; 상기 RV기어박스에 결합되고, 상기 크랭크축 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부에 연결되고, 상기 센서부가 감지한 진동신호를 제공받는 고장진단부를 포함할 수 있다. 상기 고장진단부는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 노이즈값 및 진폭변조값 중 적어도 하나를 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단할 수 있다.The fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention comprises: an RV gear box in which a crankshaft bearing of an industrial robot is installed; A sensor unit coupled to the RV gear box and sensing vibration of the crankshaft bearing; And a failure diagnosis unit connected to the sensor unit and receiving the vibration signal sensed by the sensor unit. The fault diagnosis unit may determine whether the industrial robot is faulty using at least one of a noise value and an amplitude modulation value of the vibration signal sensed by the sensor unit.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 고장진단부는 상기 진동신호의 노이즈값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 노이즈진단기구, 및 상기 진동신호의 진폭변조값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 진폭변조진단기구를 포함할 수 있다.In the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, the fault diagnosis unit may include a noise diagnosis mechanism for determining whether the industrial robot is faulty using the noise value of the vibration signal, And an amplitude modulation diagnostic device for determining whether the industrial robot is malfunctioning.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 노이즈진단기구는 상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬하는 노이즈정렬부재, 상기 회전방향별 가속도값을 추출하는 노이즈추출부재, 상기 회전방향별 가속도값에 대한 평균값을 도출하는 노이즈평균부재, 상기 노이즈추출부재가 추출한 회전방향별 가속도값에서 상기 노이즈평균부재가 도출한 평균값을 감산하여 잔여값을 도출하는 노이즈잔여부재, 및 상기 노이즈잔여부재가 도출한 잔여값을 알엠에스(RMS)하여 기준노이즈값을 도출하는 노이즈기준부재를 포함할 수 있다.In the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, the noise diagnosis device may include a noise sorting member for sorting the acceleration value of the crankshaft bearing according to the rotational direction, a noise extracting member for extracting the acceleration value by the rotational direction, A noise residual member for subtracting an average value derived by the noise average member from an acceleration value for each rotation direction extracted by the noise extracting member to derive a residual value, And a noise reference member for subjecting the residual value derived by the member to an RMS to derive a reference noise value.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 노이즈진단기구는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 노이즈값이 상기 기준노이즈값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 노이즈값이 상기 기준노이즈값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다.In the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, the noise diagnosis device may determine that the noise value of the vibration signal sensed by the sensor exceeds a predetermined reference noise value, If it is below the noise value, it can be judged as normal.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 진폭변조진단기구는 상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬하는 진폭변조정렬부재, 상기 회전방향별 주파수값을 분석하는 진폭변조주파수분석부재, 및 상기 진폭변조주파수분석부재가 분석한 주파수값으로 알브이에프(RVF)하여 기준진폭변조값을 도출하는 진폭변조기준부재를 포함할 수 있다.In the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, the amplitude modulation diagnostic apparatus may include an amplitude modulation aligning member for aligning an acceleration value of each crankshaft bearing according to a rotational direction, an amplitude modulation frequency analysis And an amplitude modulation reference member for deriving a reference amplitude modulation value by RVF at a frequency value analyzed by the amplitude modulation frequency analysis member.
본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 진폭변조진단기구는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다.In the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, the amplitude modulation diagnostic apparatus may determine that a failure occurs when the amplitude modulation value of the vibration signal detected by the sensor unit exceeds the reference amplitude modulation value, If the value is less than or equal to the reference amplitude modulation value, it can be judged as normal.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the following effects can be obtained.
본 발명은 RV기어박스에 설치된 센서를 이용하여 산업용 로봇의 고장을 진단하도록 구현됨으로써, 산업용 로봇의 고장을 신속하고 정확하게 진단할 수 있을 뿐만 아니라 제조공정이 지연되는 것을 최소화할 수 있다.The present invention is implemented to diagnose a failure of an industrial robot using a sensor installed in an RV gear box, thereby making it possible to quickly and accurately diagnose the failure of the industrial robot and to minimize the delay in the manufacturing process.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템의 개략적인 블록도
도 3은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 노이즈진단기구를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 노이즈진단기구가 기준노이즈값을 도출하는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 8은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 진폭변조진단기구를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 진폭변조진단기구가 기준진폭변조값을 도출하는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 12는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템이 크랭크축 베어링의 회전속도 50 deg/sec 에서 회전방향별로 측정한 고장민감도 그래프
도 13은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템이 크랭크축 베어링의 회전속도 100 deg/sec 에서 회전방향별로 측정한 고장민감도 그래프1 and 2 are schematic block diagrams of a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention
3 is a schematic block diagram for explaining a noise diagnostic apparatus in a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention
4 to 7 are schematic views for explaining a reference noise value derived by the noise diagnostic apparatus in the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention
8 is a schematic block diagram for explaining an amplitude modulation diagnostic apparatus in a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention
FIGS. 9 to 11 are schematic views for explaining an amplitude modulation diagnostic apparatus deriving a reference amplitude modulation value in a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention
FIG. 12 is a graph showing a failure sensitivity graph of a failure diagnosis system for an industrial robot according to the present invention, which is measured at a rotation speed of 50 deg / sec at a crankshaft bearing in each rotation direction
FIG. 13 is a graph showing a failure sensitivity graph of a failure diagnosis system for an industrial robot according to the present invention measured at a rotation speed of 100 deg / sec at a crankshaft bearing,
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the specification of the present invention, the same reference numerals as in the drawings denote the same elements, but they are numbered as much as possible even if they are shown in different drawings.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present specification should be understood as follows.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.
이하에서는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템의 개략적인 블록도, 도 3은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 노이즈진단기구를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 노이즈진단기구가 기준노이즈값을 도출하는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 8은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 진폭변조진단기구를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템에서 진폭변조진단기구가 기준진폭변조값을 도출하는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 1 is a schematic block diagram of a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention. FIG. 3 is a schematic block diagram for explaining a noise diagnosis apparatus in a fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention. FIG. 7 is a schematic view for explaining a reference noise value derived by the noise diagnostic apparatus in the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an amplitude modulation diagnosis Figs. 9 to 11 are schematic diagrams for explaining that the amplitude modulation diagnostic apparatus derives a reference amplitude modulation value in the fault diagnosis system for an industrial robot according to the present invention. Fig.
도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 산업용 로봇에 사용되고 있는 RV(revolutionary vector)기어박스의 고장을 진단하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 RV기어박스에 설치되는 진동센서가 감지한 크랭크축 베어링의 진동신호에 대한 노이즈(Noise)값과 진폭변조값 중 적어도 하나를 이용하여 RV기어박스의 고장 유무를 판단함으로써, 산업용 로봇의 고장 유무를 판단할 수 있다.1 to 11, a
이를 위해, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 크게 RV기어박스(2), 센서부(3) 및 고장진단부(4)를 포함한다.To this end, the fault diagnosis system (1) of the industrial robot according to the present invention mainly includes an RV gear box (2), a sensor unit (3) and a fault diagnosis unit (4).
산업용 로봇은 선박, 차량, 건설기계, 핸드폰 등(이하, '대상물'이라 함)을 구성하는 부품에 대한 용접공정, 이송공정, 도장공정 등의 제조공정을 수행할 수 있다. 상기 산업용 로봇은 RV기어박스(2)를 포함하고, 상기 RV기어박스(2)에는 크랭크축 베어링이 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 RV기어박스(2) 내부에 설치되는 크랭크축 베어링이 회전하는 경우 발생하는 진동신호를 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단할 수 있다.Industrial robots can perform manufacturing processes such as a welding process, a transportation process, and a painting process for parts constituting a ship, a vehicle, a construction machine, a mobile phone, and the like (hereinafter referred to as "object"). The industrial robot includes an
이하에서는 상기 RV기어박스(2), 상기 센서부(3) 및 상기 고장진단부(4)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the
도 1 내지 도 11을 참고하면, 상기 RV기어박스(2)에는 상기 산업용 로봇의 크랭크축 베어링(미도시)이 설치된다. 상기 RV기어박스(2)는 산업용 로봇의 감속기로 주로 사용된다. 상기 RV기어박스(2)는 높은 하중을 전달하거나 다양한 속도비를 얻기 위한 장치이다. 상기 RV기어박스(2)는 상기 산업용 로봇의 자유도를 높이기 위한 부품과 부품 사이에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 RV기어박스(2)는 복수개의 관절로 이루어진 암의 관절과 관절 사이, 산업용 로봇의 몸체를 구성하는 프레임과 상기 프레임의 방향을 전환하기 위한 선회부 사이 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. 상기 RV기어박스(2)는 상기 산업용 로봇의 각각 다른 위치에 복수개 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 RV기어박스(2)는 상기 산업용 로봇에서 중요한 역할을 담당한다. 상기 RV기어박스(2)가 고장나면, 상기 산업용 로봇은 작동이 중지될 수 있다. 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 RV기어박스(2)의 고장을 신속하고 정확하게 진단함으로써, 상기 산업용 로봇의 작동이 중지되는 시간(Downtime)을 최소화할 수 있다. 상기 크랭크축 베어링이 손상 내지 파손되는 정도가 커질수록 상기 RV기어박스(2)를 통해 전달되는 진동의 크기가 커질 수 있다.1 to 11, the
상기 크랭크축 베어링은 크랭크축을 지지하는 메인베어링과 커넥팅로드 대단부와 크랭크핀 사이에 끼워지는 핀베어링으로 구성된다. 상기 크랭크축 베어링으로 주로 분할형의 평면 베어링이 사용된다. 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 크랭크축 베어링이 마모되어 손상 내지 파손될 경우 발생하는 진동신호로부터 노이즈값을 추출하여 상기 노이즈값이 기준노이즈값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 노이즈값이 기준노이즈값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 크랭크축 베어링이 손상되었을 경우, 상기 노이즈값은 상기 기준노이즈값을 초과하여 커질 수 있다. 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 진동신호로부터 진폭변조값을 추출하여 상기 진폭변조값이 기준진폭변조값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진폭변조값이 기준진폭변조값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 크랭크축 베어링이 손상되었을 경우, 상기 진폭변조값은 상기 기준진폭변조값을 초과하여 커질 수 있다. 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 크랭크축 베어링의 진동신호의 노이즈값 및 진폭변조값 중 적어도 하나를 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단할 수 있다.The crankshaft bearing is constituted by a main bearing for supporting a crankshaft and a pin bearing fitted between a connecting rod large end portion and a crank pin. As the crankshaft bearing, mainly a split type planar bearing is used. The fault diagnosis system (1) of the industrial robot according to the present invention extracts a noise value from a vibration signal generated when the crankshaft bearing is worn and damaged or broken and judges that the crush shaft bearing fails if the noise value exceeds a reference noise value, If the noise value is less than the reference noise value, it can be determined as normal. For example, when the crankshaft bearing is damaged, the noise value may exceed the reference noise value. The fault diagnosis system (1) of the industrial robot according to the present invention extracts an amplitude modulation value from the vibration signal and judges that the amplitude modulation value is a failure when the amplitude modulation value exceeds a reference amplitude modulation value. When the amplitude modulation value is a reference amplitude modulation value It can be judged as normal. For example, if the crankshaft bearing is damaged, the amplitude modulation value may become larger than the reference amplitude modulation value. The
상기 센서부(3)는 상기 크랭크축 베어링의 진동을 감지하기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 센서부(3)는 상기 RV기어박스(2)에 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 센서부(3)는 가속도센서(Acceleration Sensor)일 수 있다. 상기 가속도센서는 출력신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정할 수 있다. 상기 센서부(3)는 상기 RV기어박스(2)에 서로 이격되게 복수개 결합됨으로써, 한 개만 설치될 경우에 비해 상기 크랭크축 베어링의 진동을 더 정확하게 감지할 수 있다. 상기 센서부(3)는 상기 크랭크축 베어링이 설치되는 크랭축에 설치되어 상기 크랭크축 베어링의 진동을 감지할 수도 있다. 상기 센서부(3)는 유선통신 및 무선통신 중 적어도 하나의 방법으로 상기 고장진단부(4)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 센서부(3)는 감지한 크랭크축 베어링의 진동신호를 상기 고장진단부(4)에 제공할 수 있다.The
상기 고장진단부(4)는 상기 센서부(3)에 연결되고, 상기 센서부(3)가 감지한 진동신호를 제공받을 수 있다. 상기 고장진단부(4)는 제공받은 진동신호로부터 노이즈값 및 진폭변조값을 추출하여 적어도 하나를 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단할 수 있다. 이를 위해, 상기 고장진단부(4)는 노이즈진단기구(41) 및 진폭변조진단기구(42)를 포함할 수 있다.The
상기 노이즈진단기구(41)는 상기 진동신호의 노이즈값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 것이다. 상기 노이즈(Noise)는 상기 크랭크축 베어링의 손상 내지 파손시 발생하는 진동, 소음 등을 포함할 수 있다. 상기 노이즈진단기구(41)는 상기 센서부(3)가 감지한 진동신호의 노이즈값이 기준노이즈값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 노이즈값이 기준노이즈값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다. 상기 기준노이즈값을 도출하기 위해 상기 노이즈진단기구(41)는 노이즈정렬부재(411), 노이즈추출부재(412), 노이즈평균부재(413), 노이즈잔여부재(414) 및 노이즈기준부재(415)를 더 포함할 수 있다.The noise
도 4를 참고하면, 상기 노이즈정렬부재(411)는 상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬할 수 있다. 예컨대, 상기 노이즈정렬부재(411)는 크랭크축이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도신호를 시간에 따른 회전방향별로 정렬할 수 있다. 도 4에서 는 상기 크랭크축 베어링이 비정상이면서 시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값이고, 는 상기 크랭크축 베어링이 정상이면서 반시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값이다. 도 4에서 가로축은 시간이고, 세로축은 가속도값이다.Referring to FIG. 4, the
도 5를 참고하면, 상기 노이즈추출부재(412)는 상기 노이즈정렬부재(411)가 정렬시킨 회전방향별 가속도값에서 회전방향별로 가속도값(Raw Signal)을 추출할 수 있다. 이에 따라, 상기 노이즈추출부재(412)는 상기 크랭크축이 시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값, 및 상기 크랭크축이 반시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값을 각각 추출할 수 있다.5, the
도 5를 참고하면, 상기 노이즈평균부재(413)는 상기 회전방향별 가속도값에 대한 평균값을 도출할 수 있다. 예컨대, 상기 노이즈평균부재(413)는 회전방향별 티에스에이(TSA, Time Synchronous Averaging)를 통해 평균값(Deterministic Signal)을 추출할 수 있다. 상기 평균값(Deterministic Signal)은 노이즈가 제거된 성분 중 특정 구간내의 평균을 의미한다. 도 5에서 가로축은 시간이고, 세로축은 평균값이다.Referring to FIG. 5, the noise
도 6을 참고하면, 상기 노이즈잔여부재(414)는 잔여값(Residual)을 도출할 수 있다. 상기 노이즈잔여부재(414)는 상기 노이즈추출부재(412)가 추출한 회전방향별 가속도값(Raw Signal)에서 상기 노이즈평균부재(413)가 도출한 평균값(Deterministic Signal)을 감산함으로써, 상기 잔여값(Residual)을 도출할 수 있다. 도 6에서 가로축은 시간이고, 세로축은 잔여값이다.Referring to FIG. 6, the noise
도 7을 참고하면, 상기 노이즈기준부재(415)는 기준노이즈값을 도출할 수 있다. 상기 노이즈기준부재(415)는 상기 노이즈잔여부재(414)가 도출한 잔여값(Residual)을 알엠에스(RMS, Root Mean Square)함으로써, 상기 기준노이즈값을 도출할 수 있다. 도 7에서 는 특정 구간에서의 기준노이즈값으로 상수일 수 있다. 은 특정 구간에서의 회전수이다. 는 특정 구간에서 번째 회전의 가속도값(Raw Signal)이다.Referring to FIG. 7, the
상기 노이즈진단기구(41)는 상기 기준노이즈값과 상기 센서부(3)가 감지한 진동신호의 노이즈값을 비교하여, 상기 감지한 노이즈값이 상기 기준노이즈값을 초과하면 상기 RV기어박스(2)가 고장인 것으로 판단하고 상기 감지한 노이즈값이 상기 기준노이즈값 이하이면 상기 RV기어박스(2)가 정상인 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.The noise
상기 진폭변조진단기구(42)는 상기 진동신호의 진폭변조값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 것이다. 상기 진폭변조는 상기 크랭축 베어링의 손상 내지 파손시 발생하는 단위시간당 진동수. 즉, 주파수를 포함할 수 있다. 상기 진폭변조진단기구(42)는 상기 센서부(3)가 감지한 진동신호의 진폭변조값이 기준진폭변조값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 진폭변조값이 기준진폭변조값 이하이면 정상으로 판단할 수 있다. 상기 기준진폭변조값을 도출하기 위해 상기 진폭변조진단기구(42)는 진폭변조정렬부재(421), 진폭변조주파수분석부재(422) 및 진폭변조기준부재(423)를 더 포함할 수 있다. The amplitude modulation
도 9를 참고하면, 상기 진폭변조정렬부재(421)는 상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬할 수 있다. 예컨대, 상기 진폭변조정렬부재(421)는 크랭크축이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도신호를 시간에 따른 회전방향별로 정렬할 수 있다. 상기 진폭변조정렬부재(421)는 상기 노이즈정렬부재(411)와 동일한 것일 수 있다. 도 9에서 는 상기 크랭크축 베어링이 비정상이면서 시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값이고, 는 상기 크랭크축 베어링이 정상이면서 반시계방향으로 회전할 경우에 발생하는 가속도값이다. 도 9에서 가로축은 시간이고, 세로축은 가속도값이다.Referring to FIG. 9, the amplitude
도 10을 참고하면, 상기 진폭변조주파수분석부재(422)는 상기 회전방향별 주파수값을 분석할 수 있다. 상기 진폭변조주파수분석부재(422)는 상기 진폭변조정렬부재(421)로부터 회전방향별로 가속도 데이터를 획득하여 각 가속도 데이터에 대한 주파수 분석을 수행할 수 있다. 상기 진폭변조주파수분석부재(422)는 지엠에프(Gear Mesh Frequency) 주변의 측대파(Side-Band)를 추출함으로써, 상기 가속도 데이터에 대한 주파수 분석을 수행할 수 있다. 상기 진폭변조가 발생하면, 상기 측대파(Side-Band)값이 커질 수 있다. 도 10에서 는 1초에 기어가 맞물리는 회수로, 기어의 회전속도에 따라 달라질 수 있다.Referring to FIG. 10, the amplitude modulation
도 11을 참고하면, 상기 진폭변조기준부재(423)는 기준진폭변조값을 도출할 수 있다. 상기 진폭변조기준부재(423)는 상기 진폭변조주파수분석부재(422)가 분석한 주파수값으로 알브이에프(RVF, Root Variance Frequency)하여 상기 기준진폭변조값을 도출할 수 있다. 도 11에서 는 특정 구간에서의 기준진폭변조값으로 상수일 수 있다. 는 주파수이고, 는 주파수의 진폭이다.Referring to FIG. 11, the amplitude
상기 진폭변조진단기구(42)는 상기 기준진폭변조값과 상기 센서부(3)가 감지한 진동신호의 진폭변조값을 비교하여, 상기 감지한 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값을 초과하면 상기 RV기어박스(2)가 고장인 것으로 판단하고 상기 감지한 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값 이하이면 상기 RV기어박스(2)가 정상인 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.The amplitude modulation
도 12는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템이 크랭크축 베어링의 회전속도 50 deg/sec 에서 회전방향별로 측정한 고장민감도 그래프, 도 13은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템이 크랭크축 베어링의 회전속도 100 deg/sec 에서 회전방향별로 측정한 고장민감도 그래프이다.FIG. 12 is a graph of a failure sensitivity of the industrial robot according to the present invention measured by the rotational direction at a rotational speed of 50 deg / sec at the rotational speed of the crankshaft bearing, FIG. 13 is a graph showing the failure sensitivity of the industrial robot according to the present invention, It is a graph of the failure sensitivity measured at the rotating speed of the bearing at 100 deg / sec for each direction of rotation.
도 12를 참고하면, 상기 그래프에서 가로축은 크랭크축 베어링의 회전방향에 따른 정상(, ) 및 비정상(, )을 나타내며, 세로축은 상기 가로축 변수에 대한 고장민감도를 나타낸다. 가장 상측에 위치한 그래프는 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도이고, 그 아래 위치한 그래프는 모터신호 기반(, )의 고장민감도이며, 가장 하측에 위치한 그래프는 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도이다. 도 12에 나타난 바와 같이, 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 50 deg/sec일 경우, 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도, 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도, 및 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도는 크기만 다를 뿐 유사한 패턴으로 나타난다. 즉, 상기 크랭크축 베어링이 정상이면서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우는 상기 크랭크축 베어링이 비정상이면서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우에 비해 고장민감도값이 낮다. 여기서, 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도 및 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도는 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도에 비해 높은 고장민감도값을 나타낸다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 50 deg/sec일 경우 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도를 측정함으로써, 상기 RV기어박스(2)에 대한 고장 유무를 정확하면서 신속하게 파악할 수 있다.12, in the graph, the abscissa indicates the normal (the direction in which the crankshaft bearing rotates) , ) And abnormal ( , ), And the vertical axis represents the fault sensitivity for the horizontal axis variable. The top graph shows the noise value based on the vibration signal ( ), And the graph located beneath it is the motor signal based ( , ), And the graph at the bottom of the graph shows the amplitude modulation value based on the vibration signal ). ≪ / RTI > As shown in FIG. 12, when the rotational speed of the crankshaft bearing is 50 deg / sec, the noise value based on the vibration signal , Fault sensitivity to the motor signal based ( , ), And the amplitude modulation value based on the vibration signal ( ) Has a similar pattern with only a different magnitude of the fault sensitivity. That is, when the crankshaft bearing rotates clockwise or counterclockwise in a normal state, the failure sensitivity value is lower than when the crankshaft bearing rotates in an unsteady clockwise or counterclockwise direction. Here, the noise value based on the vibration signal ) And the motor signal based (< RTI ID = 0.0 > , ) Is the amplitude modulation value based on the vibration signal ( ) With a higher failure sensitivity value than the failure sensitivity to the other. Accordingly, in the
도 13을 참고하면, 상기 그래프에서 가로축은 크랭크축 베어링의 회전방향에 따른 정상(, ) 및 비정상(, )을 나타내며, 세로축은 상기 가로축 변수에 대한 고장민감도를 나타낸다. 가장 상측에 위치한 그래프는 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도이고, 그 아래 위치한 그래프는 모터신호 기반(, )의 고장민감도이며, 가장 하측에 위치한 그래프는 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 100 deg/sec일 경우, 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도와 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도는 크기만 다를 뿐 유사한 패턴으로 나타난다. 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 100 deg/sec일 경우, 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도와 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도는 상기 크랭크축 베어링의 정상 또는 비정상에 상관없이 계속 증가하는 패턴을 보인다. 이에 따라, 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 100 deg/sec일 경우에는 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도와 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도를 측정하여, 상기 RV기어박스(2)에 대한 고장 유무를 파악할 수 없다. 반면, 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도는 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도와 상기 모터신호 기반(, )의 고장민감도 패턴과 다른 패턴으로 나타난다. 즉, 상기 크랭크축 베어링이 정상이면서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우는 상기 크랭크축 베어링이 비정상이면서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우에 비해 고장민감도값이 낮게 나타난다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 100 deg/sec일 경우 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도를 측정함으로써, 상기 RV기어박스(2)에 대한 고장 유무를 정확하면서 신속하게 파악할 수 있다.13, in the graph, the abscissa indicates the normal (in the direction of rotation of the crankshaft bearing) , ) And abnormal ( , ), And the vertical axis represents the fault sensitivity for the horizontal axis variable. The top graph shows the noise value based on the vibration signal ( ), And the graph located beneath it is the motor signal based ( , ), And the graph at the bottom of the graph shows the amplitude modulation value based on the vibration signal ). ≪ / RTI > As shown in FIG. 13, when the rotational speed of the crankshaft bearing is 100 deg / sec, the noise value based on the vibration signal ) And the motor signal based (< RTI ID = 0.0 > , ) Has a similar pattern with only a different magnitude of failure sensitivity. When the rotational speed of the crankshaft bearing is 100 deg / sec, the noise value based on the vibration signal ) And the motor signal based (< RTI ID = 0.0 > , ) Exhibits a continuously increasing pattern regardless of the normal or abnormal state of the crankshaft bearing. Accordingly, when the rotational speed of the crankshaft bearing is 100 deg / sec, the noise value based on the vibration signal ) And the motor signal based (< RTI ID = 0.0 > , The failure sensitivity of the
도 12 및 도 13을 비교하면, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 저속일 경우 상기 진동신호 기반의 노이즈값()에 대한 고장민감도를 측정하고, 상기 크랭크축 베어링의 회전속도가 고속일 경우 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도를 측정함으로써, 상기 RV기어박스(2)에 대한 고장 유무를 파악하여 상기 산업용 로봇에 대한 고장 유무를 신속, 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 진동신호 기반의 진폭변조값()에 대한 고장민감도를 측정함으로써, 상기 크랭크축 베어링의 회전속도에 상관없이 상기 크랭크축 베어링의 회전방향에 따른 고장 유무까지 파악할 수 있으므로 상기 산업용 로봇에 대한 보수 및 교체 작업 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 대상물에 대한 산업용 로봇의 제조공정이 지연되는 것을 최소화할 수 있다.12 and 13, the
도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 산업용 로봇을 제어하는 것으로, 상기 고장진단부(4)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 산업용 로봇이 고장으로 판단되면, 상기 제어부를 통해 상기 산업용 로봇의 작동을 중지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 고장 진단 시스템(1)은 상기 산업용 로봇이 고장일 경우 신속하게 상기 산업용 로봇의 작동을 중지시킴으로써, 상기 산업용 로봇에 대한 손상 내지 파손 정도를 줄여 보수 비용 및 교체 비용을 줄일 수 있다.Although not shown, the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.
1 : 산업용 로봇의 고장 진단 시스템
2 : RV기어박스
3 : 센서부
4 : 고장진단부
41 : 노이즈진단기구
411 : 노이즈정렬부재
412 : 노이즈추출부재
413 : 노이즈평균부재
414 : 노이즈잔여부재
415 : 노이즈기준부재
42 : 진폭변조진단기구
421 : 진폭변조정렬부재
422 : 진폭변조주파수분석부재
423 : 진폭변조기준부재1: Fault diagnosis system of industrial robot
2: RV gear box 3: sensor part
4: fault diagnosis section 41: noise diagnosis apparatus
411: Noise alignment member 412: Noise extraction member
413: noise average member 414: noise residual member
415: noise reference member 42: amplitude modulation diagnostic instrument
421: Amplitude modulation alignment member 422: Amplitude modulation frequency analysis member
423: Amplitude modulation reference member
Claims (6)
상기 RV기어박스에 결합되고, 상기 크랭크축 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부; 및
상기 센서부에 연결되고, 상기 센서부가 감지한 진동신호를 제공받는 고장진단부를 포함하고,
상기 고장진단부는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 노이즈값 및 진폭변조값 중 적어도 하나를 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.An RV gear box in which the crankshaft bearing of the industrial robot is installed;
A sensor unit coupled to the RV gear box and sensing vibration of the crankshaft bearing; And
And a fault diagnosis unit connected to the sensor unit and receiving the vibration signal sensed by the sensor unit,
Wherein the fault diagnosis unit determines whether the industrial robot is faulty using at least one of a noise value and an amplitude modulation value of the vibration signal sensed by the sensor unit.
상기 고장진단부는,
상기 진동신호의 노이즈값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 노이즈진단기구; 및
상기 진동신호의 진폭변조값을 이용하여 상기 산업용 로봇의 고장 유무를 판단하기 위한 진폭변조진단기구를 포함하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.The method according to claim 1,
The fault diagnosis unit,
A noise diagnostic device for determining whether the industrial robot is faulty using the noise value of the vibration signal; And
And an amplitude modulation diagnostic device for determining whether the industrial robot is faulty using the amplitude modulation value of the vibration signal.
상기 노이즈진단기구는,
상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬하는 노이즈정렬부재;
상기 회전방향별 가속도값을 추출하는 노이즈추출부재;
상기 회전방향별 가속도값에 대한 평균값을 도출하는 노이즈평균부재;
상기 노이즈추출부재가 추출한 회전방향별 가속도값에서 상기 노이즈평균부재가 도출한 평균값을 감산하여 잔여값을 도출하는 노이즈잔여부재; 및
상기 노이즈잔여부재가 도출한 잔여값을 알엠에스(RMS)하여 기준노이즈값을 도출하는 노이즈기준부재를 포함하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.3. The method of claim 2,
The noise diagnostic apparatus includes:
A noise aligning member for aligning the acceleration value of the crankshaft bearing in the rotational direction;
A noise extraction member for extracting the acceleration value by the rotation direction;
A noise average member for deriving an average value of the acceleration values by the rotation direction;
A noise residual member for subtracting an average value derived by the noise average member from an acceleration value for each rotation direction extracted by the noise extracting member to derive a residual value; And
And a noise reference member for performing RMS on the residual value derived by the noise residual member to derive a reference noise value.
상기 노이즈진단기구는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 노이즈값이 상기 기준노이즈값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 노이즈값이 상기 기준노이즈값 이하이면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.The method of claim 3,
Wherein the noise diagnostic apparatus determines that the noise value of the vibration signal sensed by the sensor unit is a failure when the noise value exceeds the reference noise value and determines that the noise value is normal when the noise value of the vibration signal is less than the reference noise value Fault diagnosis system of robot.
상기 진폭변조진단기구는,
상기 크랭크축 베어링의 회전방향별 가속도값을 정렬하는 진폭변조정렬부재;
상기 회전방향별 주파수값을 분석하는 진폭변조주파수분석부재; 및
상기 진폭변조주파수분석부재가 분석한 주파수값으로 알브이에프(RVF)하여 기준진폭변조값을 도출하는 진폭변조기준부재를 포함하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the amplitude modulation diagnostic apparatus comprises:
An amplitude modulation aligning member for aligning the acceleration value of the crankshaft bearing according to the rotational direction;
An amplitude modulation frequency analysis unit for analyzing the frequency value of each rotation direction; And
And an amplitude modulation reference member for deriving a reference amplitude modulation value by RVF at a frequency value analyzed by the amplitude modulation frequency analysis member.
상기 진폭변조진단기구는 상기 센서부가 감지한 진동신호의 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값을 초과하면 고장으로 판단하고, 상기 진동신호의 진폭변조값이 상기 기준진폭변조값 이하이면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 고장 진단 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the amplitude modulation diagnostic apparatus determines that the amplitude modulation value of the vibration signal sensed by the sensor unit exceeds a predetermined amplitude modulation value and determines that the amplitude modulation value is normal if the amplitude modulation value of the vibration signal is less than the reference amplitude modulation value Wherein the fault diagnosis system comprises:
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