CN101031853A - 载荷控制系统 - Google Patents

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CN101031853A CNA2005800331018A CN200580033101A CN101031853A CN 101031853 A CN101031853 A CN 101031853A CN A2005800331018 A CNA2005800331018 A CN A2005800331018A CN 200580033101 A CN200580033101 A CN 200580033101A CN 101031853 A CN101031853 A CN 101031853A
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珍田宽
中西光章
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Abstract

技术问题：本发明的目的是提供一种载荷控制系统，其高精度地控制气动装置的压力，并且能够无延时的适应压力变化。解决问题的技术手段：压力调节螺钉(61)用于设定压力调节器主体(60)的次级压力，该压力调节器主体给气缸装置(10)提供次级压力的压缩空气，并通过碗形件(51)和(52)连接旋转驱动装置(41)的电机轴(42)，碗形件(51)、(52)在相互靠近和远离的方向上具有柔性，以及驱动控制电路(30)接收从气缸装置(10)的压力传感器(14a)输出的压力信号，通过旋转驱动装置(41)的电机轴(42)和碗形件(51、52)转动驱动压力调节螺钉(61)，从而使压力信号保持设定值。

Description

载荷控制系统
技术领域
本发明涉及一种气动装置的载荷控制系统，该气动系统用于例如FA(工厂自动化)中。
背景技术
近年来，工厂自动化发展迅速，气动装置已经应用在各种工业产品的加工过程中。由于从气压源(air pressure source)供给压力调节器(pressure regulator)的空气是被空气压缩机压缩过的压缩空气，所以压力调节器必须能防止气压源供给的压缩空气脉动且需要降低压缩空气的压力到所需压力。此外，输出侧的气压必须保持恒定，即便气压源产生的气压改变。为了实现该控制，通常使用一种被动式压力调节器(passive-type pressure regulator)。另外，研制出了具有高精度的保证流量的压力调节器(日本未审专利公开H11-95843)。
发明内容
本发明要解决的问题
工业产品的精度发展迅速，且更迫切地需求更高精度的气动装置。换言之，即使气压源产生的气体压力变化，所得到的降低压力的空气也需要是稳定的；另外，需要确保敏感的且精确的流量，从而保证气动装置所产生的气压，该气动装置由压力调节器供给的压缩空气驱动，从而尽可能地不允许该压力从预设值发生改变。
为此，本发明提供一种能够控制由气动装置产生的控制压力的载荷控制系统，其具有高精度且还能够对压力变化做出无延迟的反应。
解决该问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明特征在于一种载荷控制系统，包括具有载荷传感器和压力传感器之一的气缸装置(pneumatic cylinderdevice)；压力调节器主体(pressure regulator body)，其输入初级压力的气体并以次级压力输出气体，以供给所述气缸装置；压力调节器(pressure regulator)，包括压力调节螺钉，连接所述压力调节器主体，用于在输出侧设定所述次级压力，旋转驱动装置(rotationaldriving device)，该旋转驱动装置旋转所述压力调节螺钉以调节所述次级压力的大小，和一对布置在所述压力调节螺钉和所述旋转驱动装置之间的柔性件(flexible members)，大致相对布置，且在所属柔性件相互靠近或远离的运动的方向上具有柔性，其中所述旋转驱动装置在所述成对柔性件之一的突起部分的大致中心的位置与该对柔性件之一相连接，且所述压力调节螺钉在所述成对柔性件中另一个的突起部分的大致中心的位置与该成对柔性件中另一个连接；以及控制器，用来驱动所述压力调节器的所述旋转驱动装置，从而当接收到分别从所述气缸装置的载荷传感器和压力传感器输出的所述载荷信号和所述压力信号之一时，载荷信号和压力信号之一保持设定值。
为了更实用的目的，该气缸装置用作载荷施加装置(load imposingdevice)，其给工件施加设定压力，其中所述压力调节器驱动所述压力调节器主体并以保持恒定设定压力的方式控制它操作。
该旋转驱动装置包括步进电机(stepping motor)，其中所述控制器包括PID控制器，所述PID控制器从所述载荷传感器和所述压力传感器分别输出的所述载荷信号和所述压力信号之一计算驱动所述步进电机的驱动脉冲，以脉冲-驱动(pulse-drive)所述步进电机。
技术效果
根据本发明，当压力调节器被驱动以进行压力调节时，因为驱动压力调节器以进行压力调节操作的驱动机构没有后冲(backlash)，因此可以进行敏感的、迅速的以及精确的压力调节控制。
附图说明
图1是应用于本发明的载荷控制系统实施例的方块图；
图2是作为使用图1所示载荷控制系统的压力调节器实施例的电机驱动压力调节器的局部剖面正视图；
图3是图2所示的该电机驱动调节器的侧视图；以及
图4是在应用于本发明的载荷控制系统实施例中测压元件震动的情况下表示响应特性的曲线图。
具体实施方式
图1是应用于本发明的载荷控制系统实施例的方块图。气缸装置10被配置成通过固定在活塞杆12端部的压力板13和附加件14(attachment)来挤压测压元件20(load cell)，该侧压元件被固定到活塞杆12的端部，该活塞杆从气缸体11向下伸出。压缩机100供给电机驱动压力调节器40初级压力的压缩空气，该初级压力的压缩空气被该电机驱动的压力调节器40来减压成次级压力的压缩空气，因而该次级压力被设置用于供给气缸装置10。气缸装置10的附加件14具有传感器14a(载荷传感器或压力传感器)来测量载荷。传感器14a测得的载荷或压力信号(载荷信号或压力信号)被驱动控制电路30进行处理，以驱动该电机驱动的压力调节器40来调节次级压力。
输入给驱动控制电路30的载荷或压力信号被放大器31放大，通过低通滤波器32从该放大信号中除去高频部分。从低通滤波器32输出的信号被A/D转换器33转换成数字信号，PID(比例积分微分)补偿器34根据从A/D转换器33输入的数字信号来计算出输入给脉冲变换电路35的脉冲控制输入。随后，用于驱动该电机驱动的压力调节器40的脉冲信号(驱动脉冲)由脉冲变换电路35生成。该电机驱动的压力调节器40由PID控制通过电机驱动驱动器36所产生的脉冲信号驱动。
图2示出了电机驱动的压力调节器40的局部剖面正视图，图3示出了电机驱动的压力调节器40的侧视图。该电机驱动的压力调节器40具有压力调节器主体60，用来当该电机驱动的压力调节器40输出从压缩机100输入的初级压力的压缩空气时(在图2中如箭头IN所示)，调节输出侧的次级压力的压缩空气，作为次级压力的压缩空气(在图2中由箭头OUT所示)，还具有压力调节螺钉61，旋转驱动装置41和连接接头50(coupling joint)。压力调节螺钉61连接压力调节器主体60以在输出侧设定次级压力，旋转驱动装置41被设置为通过转动压力调节螺钉61来调整次级压力的调节程度，连接接头50设置在压力调节螺钉61和旋转驱动装置41之间，以将旋转驱动装置41的旋转力传递给压力调节螺钉61。
压力调节器主体60被设计成能通过旋转压力调节螺钉61，以使在轴线方向移动压力调节螺钉61，因而在压力调节器主体60的输出侧调节次级压力。
旋转驱动装置41具有用作旋转驱动源的电机。在该载荷控制系统的特定实施例中，控制旋转角度极其精确，且能够遥控的步进电机作为旋转驱动源。
连接接头50通过连接件43连接到旋转驱动装置41的电机轴42上。连接接头50具有一对柔性碗形(bowl-shaped)件51和52(半球形/穹顶形)，其相对布置，在该碗形件51和52的突起部分(冠部)之间具有预定间隙以使顶部(冠部)之间的距离在相互靠近或远离的方向能够改变。成对的碗形件51和52具有一对圆形孔作为连接孔，分别形成在该碗形件51和52的顶部(冠部)中心处。连接件43插入到碗形件51的圆形孔中并且固定到碗形件51圆形孔周围的边缘处，从而使得碗形件51可以随连接件43旋转，固定到压力调节螺钉61的突起端上的连接件62插入到碗形件52的圆形孔中并固定到碗形件52圆形孔周围的边缘处，从而使得碗形件52可以随连接件62转动。
成对碗形件51和52的圆形外边缘通过环形固定件53连接并固定到一起，从而使得碗形件51和52可以在电机轴42转动时以整体转动而不会在旋转方向上翘曲。需注意的是，碗形件51和52可以不用固定件53就能结合到一起。例如，碗形件51和52围绕环形孔的边缘可以在相互接触之后相互熔接(fusion-bonded)在一起。
驱动控制电路30被连接至旋转驱动装置41。因此，步进电机根据驱动控制电路30输出的脉冲信号逐步旋转以通过电机轴42和连接接头50来转动压力调节螺钉61，从而调节次级压力。因此，当旋转驱动装置41的电机轴42旋转时，压力调节螺钉61通过连接件43、成对碗形件51和52以及连接件62转动，从而可以通过操作压力调节螺钉61来调节压力调节器主体60输出侧的次级压力，其中压力调节螺钉61上下移动，同时根据压力调节螺钉61的引导而转动。尽管电机轴42在转动时不在轴向上移动，但是电机轴42使成对碗形件51和52在轴向上变形，从而使压力调节螺钉61朝着或远离电机轴42移动。此时，成对碗形件51和52不会后冲且很难在围绕电机轴42的扭转力作用下变形，从而可以将电机轴42的转动以一比一的速度比传递给压力调节螺钉61而不会有延迟。
本实施例的载荷控制系统的操作特性在图4表中示出。在该图中，P表示在传统的被动式载荷控制系统中的曲线，A表示本实施例的主动式载荷控制系统的曲线，其中这两个曲线各示出了在测压元件20震动的情况下的响应特性。从图4中可看出，根据本实施例的载荷控制系统，即便测压元件20的载荷变化，该电机驱动的压力调节器40也可以以消除测压元件20载荷变化的方式迅速操作以保持恒定的载荷和压力。
尽管传统的压力调节器主体具有不同种类的结构可以选择作为压力调节器主体60，但是需要高精度和快速响应的压力调节器作为压力调节器主体60。
柔性连接接头50不只限于用成对碗形件51和52，并且可以成形为圆锥形；接头外缘可以为多边形。
驱动控制电路30可以是个人计算机或者类似装置，因此控制系统不只限于PID控制。
 权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种载荷控制系统包括：
气缸装置，包括载荷传感器和压力传感器之一；
压力调节器主体，其输入初级压力的气体并以次级压力输出气体，该次级压力气体被供给所述气缸装置；
压力调节器，包括压力调节螺钉，通过旋转所述压力调节螺钉在所述压力调节器主体的输出侧设置次级压力，旋转驱动装置，和一对柔性件，该柔性件被设置在所述压力调节螺钉和所述旋转驱动装置之间，其间具有预定间隙而大致相对布置，并且在所述成对的柔性件彼此靠近和原理的方向上具有柔性，其中所述旋转驱动装置在所述成对柔性件之一的突起部分的大致中心的位置与该成对柔性件之一相连接，所述压力调节螺钉在另一个所述成对柔性件的突起部分的大致中心的位置与该成对柔性件中的另一个连接相连接；以及
控制器，用来驱动所述压力调节器的所述旋转驱动装置，以在接受到信号变化时，分别取消发生在从所述气缸装置的载荷传感器和压力传感器输出的电载荷信号和电压力信号之一的该信号变化。
2.根据权利要求1的载荷控制系统，其特征在于，
所述气缸装置用作载荷施加装置，以给工件施加设定压力，以及
其中，所述压力调节器驱动所述压力调节器主体并以保持设定压力恒定的方式控制其操作。
3.根据权利要求1的载荷控制系统，其特征在于，所述旋转驱动装置包括步进电机，
其中所述控制器包括PID控制器，和
其中所述PID控制器从所述载荷传感器和所述压力传感器分别输出的所述载荷信号和所述压力信号之一计算驱动所述步进电机的驱动脉冲，以脉冲驱动所述步进电机。

Claims (3)

1.一种载荷控制系统包括：
气缸装置，包括载荷传感器和压力传感器之一；
压力调节器主体，其输入初级压力的气体并以次级压力输出气体，该次级压力气体被供给所述气缸装置；
压力调节器，包括压力调节螺钉，连接至所述压力调节器主体，用于在输出侧设定所述次级压力，旋转驱动装置，其旋转所述压力调节螺钉以调整所述次级压力的调节程度，和一对布置在所述压力调节螺钉和所述旋转驱动装置之间的柔性件，大致相对布置，且在所述成对柔性件相互靠近或远离运动的方向上具有柔性，其中所述旋转驱动装置在所述成对柔性件之一的突起部分的大致中心的位置与该成对柔性件之一相连接，所述压力调节螺钉在另一个所述成对柔性件的突起部分的大致中心的位置与该成对柔性件中的另一个连接相连接；以及
控制器，用来驱动所述压力调节器的所述旋转驱动装置，以使在接收到分别从所述气缸装置的载荷传感器和压力传感器输出的载荷信号和压力信号之一时，载荷信号和压力信号之一保持设定值。
2.根据权利要求1的载荷控制系统，其特征在于，所述气缸装置用作载荷施加装置，以给工件施加设定压力，以及
其中，所述压力调节器驱动所述压力调节器主体并以保持设定压力恒定的方式控制其操作。
3.根据权利要求1的载荷控制系统，其特征在于，所述旋转驱动装置包括步进电机，
其中所述控制器包括PID控制器，和
其中所述PID控制器从所述载荷传感器和所述压力传感器分别输出的所述载荷信号和所述压力信号之一计算驱动所述步进电机的驱动脉冲，以脉冲驱动所述步进电机。
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