JP2004295747A - 流体圧アクチュエータの原点決定方法及びそのための制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】０接点、原点センサが無くても０点（スタート点）を決定できる原点決定方法を提供する。
【解決手段】シリンダ内に収容されたピストンヘッドを持つピストン体と、シリンダ内でピストンヘッドを間にした一方の圧力室に定圧の流体を供給すると共に、他方の圧力室にはサーボ弁を介して制御された圧力の流体を供給するための流体回路と、ピストン体の位置を検出するための位置センサとを含む流体圧アクチュエータに適用される原点決定方法である。本方法は、サーボ弁をピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる位置センサの検出値Ａを仮の原点とする。次に、サーボ弁をピストン体が停止するまで給気側に駆動した後、再びピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる位置センサの検出値Ａ´を求め、（Ａ−Ａ´）があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別して入っていた時に検出値Ａ´を原点とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアアクチュエータにおける位置センサの原点決定方法及びそれを実行するための制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密位置決め装置用のエアアクチュエータの一例として、本出願人により以下のようなエアアクチュエータが提案されている。
【０００３】
図５を参照して、このエアアクチュエータを簡単に説明する。図５において、エアアクチュエータは、鉛直方向に延びるように固定配置される空気圧シリンダ１００と、この空気圧シリンダ１００内に静圧軸受け（図示せず）を介して非接触状態にてスライド可能に収容され、軸方向に延びるピストンロッド１０２を持つピストン体１０１と、空気圧シリンダ１００内でピストン体１０１のピストンヘッド１０３を間にした一方の圧力室、ここではロッド側圧力室１０５に定圧の圧縮空気を供給すると共に、他方の圧力室、つまりヘッド側圧力室１０６にはサーボ弁１１０を介して圧縮空気の流量を制御して供給するための流体圧回路とを備える。サーボ弁１１０は、周知のように給気、排気の機能を持つ。エアアクチュエータは更に、ロッド側圧力室１０５、ヘッド側圧力室１０６の圧力を検出するための第１、第２の圧力センサ１１１、１１２と、ピストン体１０１の位置を検出するための位置センサ（後述する）とを備える。
【０００４】
このエアアクチュエータは、図示しない制御装置により以下のように制御される。つまり、制御装置は、位置センサからの位置検出信号、位置指令値、速度指令値や加速度指令値に基づいてサーボ弁１１０を制御することでピストン体１０１の位置制御を行うと共に、第１、第２の圧力センサ１１１、１１２からの圧力検出信号や荷重指令値に基づいてサーボ弁１１０を制御することでピストン体１０１の荷重制御を行う。荷重制御というのは、ピストンロッド１０２の先端に装着されるチャック等の被駆動体に荷重指令値に基づく押付け荷重を付与する制御である（特許文献１参照）。
【０００５】
なお、位置センサは、図６を参照して、ヘッド側圧力室１０６側の空気圧シリンダ１００には、中心軸方向に孔１００ａが形成され、この孔１００ａにはピストンヘッド１０３の中心に固定されて中心軸方向に延びる位置センサ用ロッド１３１が挿入されていると共に、位置センサ用ロッド１３１と共にピストン体１０１の位置検出を行うためのセンサ部１３２が固定されている。位置センサは、例えば位置センサ用ロッド１３１に磁性体と非磁性体とが交互に配列形成されており、これが移動すると移動した磁性体の数がセンサ部１３２で検出される。このような位置センサ用ロッド１３１とセンサ部１３２とによる位置センサ１３０からの検出信号を用いてピストン体１０１の移動量あるいは位置が検出される。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００２−３０９５８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなエアアクチュエータにおいては、原点決定のための検出を以下のようにして行っている。ピストン体１０１側に０接点（図示せず）を設け、固定部側にはこれを検出するための原点センサ１２０を設けている。原点を検出するためにピストン体１０１を移動させ、原点センサ１２０で０接点を検出すると、その時の位置センサ１３０の検出値を初期値、つまり０点とすることでスタート点を決定している。
【０００８】
本発明の課題は、上記のような０接点、原点センサが無くても０点（スタート点）を決定できる原点決定方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、上記原点決定方法を自動化するための制御プログラムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、シリンダと、このシリンダ内にスライド可能に収容されたピストンヘッドを持つピストン体と、前記シリンダ内で前記ピストンヘッドを間にした一方の圧力室に定圧の流体を供給すると共に、他方の圧力室にはサーボ弁を介して制御された圧力の流体を供給するための流体回路と、前記ピストン体の位置を検出するための位置センサとを含む流体圧アクチュエータの原点決定方法であって、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａを仮の原点とし、次に、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで給気側に駆動した後、再び前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａ´を求め、（Ａ−Ａ´）があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別して入っていた時に前記検出値Ａ´を原点とすることを特徴とする流体圧アクチュエータの原点決定方法が提供される。
【００１１】
本原点決定方法においては特に、前記流体圧シリンダの前記他方の圧力室側に面している部分の軸方向延長線上には該他方の圧力室から離れる前記軸方向延長線方向に延びる孔が形成されており、一方、前記他方の圧力室側に面している前記ピストンヘッドの前記軸方向延長線上には位置検出用のロッドが前記軸方向延長線方向に延びかつ前記孔に挿入されるように設けられており、前記孔にはまた前記位置検出用のロッドが挿通するように組み合わされてその移動量を検出するためのセンサ部が固定されて前記ピストン体の位置を検出するための前記位置センサを構成している。
【００１２】
本発明によればまた、シリンダと、このシリンダ内にスライド可能に収容されたピストンヘッドを持つピストン体と、前記シリンダ内で前記ピストンヘッドを間にした一方の圧力室に定圧の流体を供給すると共に、他方の圧力室にはサーボ弁を介して制御された圧力の流体を供給するための流体回路と、前記ピストン体の位置を検出するための位置センサと、前記サーボ弁を制御するための制御装置とを含む流体圧アクチュエータにおける原点決定のための前記制御装置用制御プログラムであって、前記制御プログラムは、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａを仮の原点として記憶する第１のステップと、該第１のステップに続いて、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで給気側に駆動した後、再び前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａ´を記憶する第２のステップと、前記記憶された検出値Ａ、Ａ´を用いて（Ａ−Ａ´）の演算を行い、該演算結果があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別して入っていた時に前記検出値Ａ´を原点と決定する第３のステップとを含むことを特徴とする流体圧アクチュエータにおける原点決定のための制御プログラムが提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、前述した位置センサについて更に説明する。図４において、図６で説明した位置センサ１３０の検出精度は、位置センサ用ロッド１３１に配列形成された磁性体の間隔で決まると言える。一方、複数の磁性体、例えば１０個毎にピッチと呼ばれる間隔αが規定されている。一例を挙げると、１ピッチの間隔αは８．１９５ｍｍである。本形態における原点決定方法においては、原点は図４に示した一番下のピッチの間隔内のどこかに設定されれば良いということを前提としている。
【００１４】
図１、図２を参照して、本発明による原点決定方法を図６で説明したようなエアアクチュエータに適用した場合の実施の形態について説明する。以下では、オペレータが手動操作により原点決定を行う場合について説明する。
【００１５】
本エアアクチュエータは、流体回路から圧縮空気が供給されていない状態では、ピストンヘッド１０３は空気圧シリンダ１００内の任意の位置にある。この状態でサーボ弁を手動操作し、ピストン体１０１が停止するまで排気側に駆動する。これは図１（ａ）に示すように、ヘッド側圧力室１０６の空間がほぼ０、言い換えればピストン体１０１が上死点に到達することを意味する。図２（ａ）は排気側に駆動した場合のサーボ弁の弁開度変化を示す。なお、ピストン体１０１の停止は、位置センサ１３０の検出値を監視、つまり検出値が変化しなくなったことをもって知ることができる。そして、この時の位置センサ１３０の検出値Ａを読み取り、仮原点とする。
【００１６】
次に、図１（ａ）の状態からピストン体１０１が停止するまでサーボ弁を給気側に駆動する。その結果、ピストン体１０１は、今度は図１（ｂ）に示すように、ロッド側圧力室１０５がほぼ０、言い換えればピストン体１０１が下死点に到達した位置で停止する。図２（ｂ）は給気側に駆動した場合のサーボ弁の弁開度変化を示す。オペレータは、位置センサ１３０の検出値を監視することでピストン体１０１の停止を確認すると、再度サーボ弁を手動操作してピストン体１０１が停止するまで排気側に駆動する。そして、ピストン体１０１の停止を確認すると、その時の位置センサ１３０の検出値Ａ´を読み取る。
【００１７】
続いて、オペレータは、（Ａ−Ａ´）の演算を行い、その演算結果が上述したあらかじめ設定された値α内に収まっているかの判別を行う。値α内に収まっていれば、検出値Ａ´を原点として決定して、以後はこの検出値Ａ´を原点としてピストン体１０１の位置制御、つまりピストンロッド１０２の先端に取り付けられる被駆動体の位置制御が行われる。この位置制御は、図示しない制御装置により行われる。つまり、制御装置は、位置センサ１３０からの検出値や、図５で説明した２つの圧力センサからの検出値や、位置指令値、速度指令値、加速度指令値等に基づいて位置制御を行う。
【００１８】
ところで、（Ａ−Ａ´）≦αは、原点が図４で説明した一番下のピッチ内のどこかに設定されたことを意味する。言い換えれば、原点が図４で説明した一番下のピッチ内のどこかに設定されていれば、以後、制御装置はこの原点を０点として位置センサ１３０からの検出値に修正を加え、この修正値を使用して位置制御が行われることを意味する。
【００１９】
次に、上記の動作を自動で行うための制御プログラムについて説明する。この制御プログラムは制御装置の保有する記憶装置に格納されている。制御装置は、オペレータにより自動による原点決定が指示されると、記憶装置からこの制御プログラムを読み出して、図３に示すような手順により自動的に原点決定動作を実行する。
【００２０】
図３において、本原点決定動作は、原点決定を自動で行うことが指示されるとスタートする。ステップＳ１では、制御装置がサーボ弁をピストン体１０１が停止するまで排気側に駆動する。制御装置は、位置センサ１３０からの検出値を監視してピストン体１０１の停止の有無を判別する（ステップＳ２）。この判別は、検出値が一定時間変化しないことをもって行われる。ピストン体１０１が停止したことを判別すると、制御装置はその時に得られた位置センサ１３０の検出値Ａを読み取り、仮の原点として記憶装置に記憶する（ステップＳ３）。ステップＳ１〜Ｓ３はまとめて第１のステップと呼ばれても良い。
【００２１】
この第１のステップに続いて、制御装置はサーボ弁をピストン体が停止するまで給気側に駆動する（ステップＳ４）。制御装置は、位置センサ１３０からの検出値を監視してピストン体１０１の停止の有無を判別する（ステップＳ５）。ピストン体１０１の停止を判別したら、制御装置は再びピストン体が停止するまで排気側に駆動する（ステップＳ６）。制御装置は、位置センサ１３０からの検出値を監視してピストン体１０１の停止の有無を判別する（ステップＳ７）。ピストン体１０１が停止したことを判別すると、制御装置はその時に得られた位置センサ１３０の検出値Ａ´を読み取り、記憶装置に記憶する（ステップＳ８）。ステップＳ４〜Ｓ８はまとめて第２のステップと呼ばれても良い。
【００２２】
この第２のステップに続いて、制御装置は、記憶された検出値Ａ、Ａ´を用いて（Ａ−Ａ´）の演算を行い、この演算結果があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別する（ステップＳ９）。判別の結果、（Ａ−Ａ´）≦αであれば、検出値Ａ´を原点として決定する（ステップＳ１０）。一方、（Ａ−Ａ´）＞αの場合には、制御装置は位置センサ１３０に異常があるものと判別してアラームを発生する（ステップＳ１１）。この場合、オペレータは、アラームの発生原因を追及して発生原因を除去する。発生原因が除去されたら、再び自動による原点決定を指示して、制御装置により上記のステップを実行させる。ステップＳ９〜Ｓ１１はまとめて第３のステップと呼ばれても良い。
【００２３】
なお、上記のα（＝８．１９５ｍｍ）は一例であり、この値に限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による原点決定方法によれば、０接点及び原点センサが不要になり、センサの性能に依存することなく原点を創出することができる。
【００２５】
また、本発明による制御プログラムによれば、原点決定を自動化することができるので、原点決定に伴うオペレータの作業を簡略化して負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原点決定方法を説明するために本方法が適用されるエアアクチュエータの主要部の構造を示した断面図である。
【図２】本発明による方法が適用されるエアアクチュエータに備えられるサーボ弁の弁開度の変化を示した図である。
【図３】本発明による方法を制御プログラムにより自動で行う場合の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図４】本発明による方法が適用されるエアアクチュエータに備えられる位置センサの検出精度を説明するための図である。
【図５】本発明による方法が適用されるエアアクチュエータの概略構成を示した図である。
【図６】図５に示されたエアアクチュエータにおける位置センサの構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１００ 空気圧シリンダ
１０１ ピストン体
１０２ ピストンロッド
１０３ ピストンヘッド
１０５ ロッド側圧力室
１０６ ヘッド側圧力室
１３０ 位置センサ

Claims (3)

1. シリンダと、このシリンダ内にスライド可能に収容されたピストンヘッドを持つピストン体と、前記シリンダ内で前記ピストンヘッドを間にした一方の圧力室に定圧の流体を供給すると共に、他方の圧力室にはサーボ弁を介して制御された圧力の流体を供給するための流体回路と、前記ピストン体の位置を検出するための位置センサとを含む流体圧アクチュエータの原点決定方法であって、
   前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａを仮の原点とし、
   次に、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで給気側に駆動した後、再び前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａ´を求め、
   （Ａ−Ａ´）があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別して入っていた時に前記検出値Ａ´を原点とすることを特徴とする流体圧アクチュエータの原点決定方法。
2. 請求項１に記載の原点決定方法において、前記流体圧シリンダの前記他方の圧力室側に面している部分の軸方向延長線上には該他方の圧力室から離れる前記軸方向延長線方向に延びる孔が形成されており、一方、前記他方の圧力室側に面している前記ピストンヘッドの前記軸方向延長線上には位置検出用のロッドが前記軸方向延長線方向に延びかつ前記孔に挿入されるように設けられており、前記孔にはまた前記位置検出用のロッドが挿通するように組み合わされてその移動量を検出するためのセンサ部が固定されて前記ピストン体の位置を検出するための前記位置センサを構成していることを特徴とする流体圧アクチュエータの原点決定方法。
3. シリンダと、このシリンダ内にスライド可能に収容されたピストンヘッドを持つピストン体と、前記シリンダ内で前記ピストンヘッドを間にした一方の圧力室に定圧の流体を供給すると共に、他方の圧力室にはサーボ弁を介して制御された圧力の流体を供給するための流体回路と、前記ピストン体の位置を検出するための位置センサと、前記サーボ弁を制御するための制御装置とを含む流体圧アクチュエータにおける原点決定のための前記制御装置用制御プログラムであって、
   前記制御プログラムは、
   前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａを仮の原点として記憶する第１のステップと、
   該第１のステップに続いて、前記サーボ弁を前記ピストン体が停止するまで給気側に駆動した後、再び前記ピストン体が停止するまで排気側に駆動してその時に得られる前記位置センサの検出値Ａ´を記憶する第２のステップと、
   前記記憶された検出値Ａ、Ａ´を用いて（Ａ−Ａ´）の演算を行い、該演算結果があらかじめ定められた範囲α内に入っているかを判別して入っていた時に前記検出値Ａ´を原点と決定する第３のステップとを含むことを特徴とする流体圧アクチュエータにおける原点決定のための制御プログラム。

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