CN101275597B - 单作用气缸的定位控制机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单作用气缸的定位控制装置。该单作用气缸的定位控制装置，在对单作用主气缸的压力室和空气源加以连结的空气流路中连接有电磁操作式自动压力调整阀，该自动压力调整阀用于输出与通电量相对应的气压，该定位控制装置具有控制器，该控制器从主气缸的活塞位置与复位弹簧加载力的关系以及供给到压力室的气压与该气压作用在活塞上的作用力的关系中，得出该活塞的位置与气压间的关系，并以此方式构成控制器，在向该控制器输入活塞的动作目标位置时，该控制器以使上述自动压力调整阀输出与目标位置相对应的气压的方式控制上述自动压力调整阀的通电量，使得该活塞移动到目标位置，并停止在这一位置。

Description

单作用气缸的定位控制机构
技术领域
本发明涉及一种定位控制机构，其对于工件的运送、装夹或加工等中使用的气缸的动作位置可任意地进行定位控制，换言之，本发明涉及一种可任意地改变或调整力作用在工件上的作用点位置的气缸的定位控制机构，特别是涉及一种用于单作用气缸的控制机构。
背景技术
在工件的运送、装夹或加工等作业中所使用的执行机构，可被空气、液压或电等能量驱动而动作。其中，利用电能的电动式执行机构在可自由改变或调整动作位置这点上具有优势，但其构造复杂，尤其是在能获得直线动作的执行机构中，其结构更显复杂。此外，执行机构想要得到大作用力，就不可避免使其大型化和能耗较高，而且，由于在使执行机构维持在一定的停止位置时，其间不得不持续地向其供电，因此，就节约能源的层面而言，其能量损失较大。此外，在通过杆等向负载加载作用力时，不仅执行机构的动力传递部受到直接冲击而易导致机械性损失，也容易给负载带来不必要的反作用力。
另一方面，作为利用空气的执行机构，气缸已广为知晓。气缸是将压缩空气的能量转换为活塞的直线运动的机构，包括双作用气缸和单作用气缸，其中，双作用气缸通过向活塞两侧的压力室内交替供给空气，使该活塞往复移动；单作用气缸通过对活塞两侧中一侧的压力室供给和从压力室排出空气，并通过设置在活塞的另一侧的弹簧的加载力，使活塞往复移动。与上述电动式执行机构相比，不论是哪种形式的气缸都可以轻松地得到直线运动，因此，它们被广泛使用在各种工作工序中。
但是，就上述气缸而言，通常，活塞的动作行程被以机械的方式确定，活塞在由止动件等限定的前进端位置和后退端位置之间往复动作，对上述动作行程(动作位置)进行改变或调整是很困难的。特别是对上述动作行程进行任意地改变或调整是很难的。因此，一般会根据作业内容分别使用具有不同动作行程的气缸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单作用气缸，其可通过具有压力调整装置的结构简单的定位控制机构，根据作业内容来任意地改变或调整活塞的动作位置。
为了实现上述目的，本发明的定位控制机构具有：单作用主气缸，其在活塞两侧具有压力室和复位弹簧，该活塞被供给到上述压力室的气压和上述复位弹簧的加载力往复驱动；具有空气源的空气供给部；压力调整装置，其介于上述空气供给部和上述主气缸的压力室之间；电控上述压力调整装置的控制器。
上述压力调整装置由输出与通电量相对应的气压的电磁操作式自动压力调整阀构成。
而且，上述控制器具有用于输入上述活塞的动作目标位置的输入装置，该控制器从上述活塞的位置与复位弹簧加载力的关系以及供给到压力室的气压与该气压作用在活塞上的作用力的关系，得出该活塞的位置与气压的关系，在通过上述输入装置输入活塞的动作目标位置时，该控制器对上述自动压力调整阀的通电量加以控制，以使上述自动压力调整阀输出与这一目标位置相对应的气压，使得该活塞移动到目标位置并停止在这一位置。
本发明优选在对上述压力调整装置和主气缸压力室加以连结的空气流路中连接有二通式停止用电磁阀，该电磁阀由上述控制器进行开闭控制，当欲使上述活塞移动时，该电磁阀被打开，使上述空气流路导通，当欲使上述活塞停止时，该电磁阀被关闭，将空气封存在上述压力室内。
本发明优选上述主气缸具有测长传感器，该测长传感器检测活塞的动作位置，并将位置信号反馈到上述控制器。
本发明所提供的另一种单作用气缸的定位控制装置中，上述压力调整装置具有：二通式供给用电磁阀，其连接在对上述空气供给部和压力室加以连结的空气流路上，用于开闭该空气流路；二通式排气用电磁阀，其用于使上述压力室和大气间连通或断开；压力传感器，其用于检测上述压力室内的气压，而且，上述控制器具有用于输入上述活塞的动作目标位置的输入装置，该控制器从上述活塞的位置与复位弹簧加载力的关系以及供给到压力室的气压与该气压作用在活塞上的作用力的关系，得出该活塞的位置与气压的关系，在通过上述输入装置输入活塞的动作目标位置时，以使上述传感器检测到的压力室内的气压成为与活塞目标位置相对应的大小的方式，打开或关闭控制上述供给用电磁阀和排气用电磁阀，调整压力室内的气压，由此，使该活塞移动到目标位置，并停止在这一位置。
本发明优选在上述压力调整装置上设有与主气缸并联的单作用从气缸，该从气缸被上述控制器经由上述压力调整装置以与上述主气缸同步的方式定位控制。
在如上所述的情况下，优选在对上述压力调整装置和上述从气缸的压力室加以连结的空气流路中连接有二通式停止用电磁阀，该停止用电磁阀以与上述主气缸连接的停止用电磁阀同步的方式被上述控制器控制。
本发明优选在上述空气供给部具有用于将气压保持在设定压力的调压阀。
根据本发明，使用由压力调整装置和控制器组成的简单的定位控制机构，对于单作用气缸中的活塞的动作位置，一概不需进行机械的调整等，而是能够根据作业内容任意地进行改变或调整。
附图说明
图1是表示本发明的定位控制机构的第1实施方式的连接图。
图2是表示本发明的定位控制机构的第2实施方式的连接图。
图3是表示本发明的定位控制机构的第3实施方式的连接图。
图4是表示本发明的定位控制机构的第4实施方式的连接图。
图5是表示本发明的定位控制机构的第5实施方式的连接图。
图6是表示本发明的定位控制机构的第6实施方式的连接图。
具体实施方式
图1中以符号表示本发明单作用气缸的定位控制机构的第1实施方式。该第1实施方式的定位控制机构1A中，附图标记2表示由单作用气缸构成的主气缸；附图标记3表示用于向该主气缸2供给压缩空气的空气供给部；附图标记4表示介于该空气供给部3和上述主气缸2之间的压力调整装置；附图标记5表示对该压力调整装置4进行电控的控制器。
上述主气缸2中，在活塞10的两侧中的一侧具有压力室11，在另一侧具有复位弹簧12，在供给到上述压力室11内的压缩空气的作用力以及上述复位弹簧12的加载力的作用下，上述活塞10在该主气缸2内部被沿直线往复驱动。上述活塞10的一侧连接有作业用的杆13，该杆13从该主气缸2的顶端向外部延伸，通过杆13与工件的抵接，对该工件产生用于进行运送、装夹或是加工等的作用力。
上述空气供给部3具有供给压力空气的空气源15、带有排出冷凝水功能的过滤器17、油雾分离器18、以及将气压保持在设定压力的调压阀19，其中，过滤器17、油雾分离器18、调压阀19被按顺序连接在用于连结该空气源15和上述主气缸2压力室11的空气流路16中。
上述压力调整装置4由电磁操作式自动压力调整阀构成，该自动压力调整阀可输出与通电量大小相对应的气压，由二通式电磁比例控制阀4a和先导式减压阀4b组合构成。因此，在下面的说明中，自动压力调整阀也使用附图标记4进行表示。
上述控制器5具有输入装置6，该输入装置6用于输入上述活塞10的动作目标位置。此外，在该控制器5中，对如下关系预先进行数值化或公式化并进行存储，这些关系包括上述活塞10的位置和复位弹簧12的加载力的关系以及供给到上述压力室11内的气压和作用在活塞10上的作用力的关系，然后从上述关系中求出气压和活塞10的位置的关系。然后，在通过上述输入装置6向该控制器5输入活塞10的动作目标位置时，该控制器5从上述气压和活塞10的位置关系计算出与目标位置对应的气压，控制上述自动压力调整阀4的通电量，以使自动压力调整阀4输出这一压力的空气。
从上述自动压力调整阀4输出的空气流入到上述主气缸2的压力室11，对活塞10起作用，使该活塞10移位到目标位置。然后，由于在活塞10抵达目标位置时，上述空气产生的作用力与复位弹簧12的加载力平衡，因此，上述活塞10停止在这一位置，并被保持为停止状态。
上述活塞10的动作目标位置包括前进端和后退端这两个位置的情况下，上述控制器5计算出与上述两个目标位置相对应的高低两个气压，根据这两个压力控制上述自动压力调整阀4的通电量，由此，使该活塞10在上述两个目标位置间往复移动。
在上述这种情况下，在上述活塞10从后退端移动到前进端的前进行程中，供向上述自动压力调整阀4的通电量增大，从该调整阀4输出高压空气，在该高压空气的作用下，上述活塞10边压缩复位弹簧12边前行，在抵达目标位置时，由空气产生的作用力与复位弹簧12的加载力平衡，活塞10停止在这一位置。
此外，在上述活塞10从上述前进端移动到后退端的后退行程中，供向上述自动压力调整阀4的通电量减小，来自该调整阀4的输出压下降，因此上述活塞10在复位弹簧12的加载力的推动下后退，在抵达后退端时，由空气产生的作用力与复位弹簧12的加载力平衡，活塞10停止在这一位置。
上述空气流路16上连接有速度控制器20，该速度控制器20是由可调节流阀20a和止回阀20b并联而成的。该速度控制器20通过可调节流阀20a对流入上述压力室11的或从该压力室11流出的空气流量进行限制，以此来调整上述活塞10的动作速度，而该速度控制器20并不是必须设置的机构。
如此，采用上述定位控制机构，通过由压力调整装置4和控制器5构成的简单结构，对于上述单作用气缸中活塞10的动作位置，一概不需进行机械的调整等，而是能够根据作业内容任意地进行改变或调整。
图2中表示本发明的定位控制机构的第2实施方式。该第2实施方式的定位控制机构1B与上述第1实施方式的定位控制机构1A相比，区别点在于，在对压力调整装置4和主气缸2加以连结的流路16上连接有二通式主停止用电磁阀23，用于控制该流路的通断。
上述主停止用电磁阀23与控制器5电连接，由该控制器5进行开闭控制，在上述活塞10处于前进行程和后退行程时，该主停止用电磁阀23被切换为开状态，使上述空气流路16呈连通状态，在上述活塞10停止在前进端或后退端的位置时，如图2所示，该主停止用电磁阀23被切换为闭状态，切断上述空气流路16，空气被封闭在主气缸2的压力室11内。由此，能更加稳定地将活塞10保持在主气缸2中的停止位置。
另外，由于上述第2实施方式的上述机构以外的结构大致与第1实施方式相同，因此，对于这些主要的结构相同部分标注与第1实施方式相同的附图标记，并省略对于它们的结构和功能的说明。
图3中表示本发明的定位控制机构的第3实施方式，该第3实施方式的定位控制机构1C与上述第2实施方式的定位控制机构1B的区别点在于，主气缸2具有用于检测气缸10的动作位置的测长传感器25。
上述测长传感器25通过检测测长杆26的位移，在整个行程上检测上述活塞10的动作位置，而该测长杆26安装在活塞10上，与该活塞10一起移动，此外，测长传感器25与控制器5电连接，向该控制器5反馈检测信号。
由上述测长传感器25进行的测长杆26的位移检测是通过采用磁、电或光学手段读取装在该测长杆26上的刻度进行的，但并不限于使用这样的测长杆26的检测方法，还可以使用其它的检测方法。
从上述测长传感器25反馈到控制器5的检测信号被使用在上述活塞10的动作位置确认、或与定位控制相关联的其它控制机器的控制等中。或者，上述反馈信号还可以使用在上述自动压力调整阀4的控制中。通过同时采用由该测长传感器25得到的检测位置信息来控制自动压力调整阀4，可以进一步提高定位精度。
另外，上述测长传感器25还可适用于上述第1实施方式的定位控制机构1A。
图4中表示本发明的定位控制机构的第4实施方式。本第4实施方式的定位控制机构1D所具有的结构为，在上述第2实施方式的定位控制机构1B的基础上，在上述压力调整装置4和控制器5上，连接有与主气缸2、主停止用电磁阀23并联的1组以上的从气缸2a、从停止用电磁阀23a。这些从气缸2a和从停止用电磁阀23a具有与上述主气缸2、主停止用电磁阀23相同的结构。
另外，本第4实施方式的上述机构以外的结构大致与第2实施方式的相同，因此，对这些主要的结构相同部分标注与第2实施方式相同的附图标记，省略对它们的结构及功能的说明。
本第4实施方式中，通过上述控制器5和一个压力调整装置4，效仿对主气缸2及主停止用电磁阀23的控制，与主气缸2及主停止用电磁阀23同步地对上述从气缸2a及从停止用电磁阀23a进行定位控制。但是，本第4实施方式中，也可以省去上述主停止用电磁阀23和从停止用电磁阀23a。
图5中表示本发明的定位控制机构的第5实施方式。本第5实施方式的定位控制机构1E所具有的结构为，在上述第3实施方式的定位控制机构1C的基础上，在上述压力调整装置4和控制器5上，连接有与主气缸2、主停止用电磁阀23并联的1组以上的从气缸2a、从停止用电磁阀23a。
就上述从气缸2a而言，除了不具备测长传感器25及测长杆26这点之外，具有与上述主气缸2相同的结构。
本第5实施方式的上述机构以外的结构大致与第3实施方式相同，对于这些主要的结构相同部分标注与第3实施方式相同的附图标记，省略它们的结构说明。
在本第5实施方式中，也通过上述控制器5、一个压力调整装置4，以仿效主气缸2及主停止用电磁阀23的方式，与主气缸2及主停止用电磁阀23同步地控制上述从气缸2a、从停止用电磁阀23a。但是，在本第5实施方式中，也可以省去上述主停止用电磁阀23及从停止用电磁阀23a。
图6中表示本发明的定位控制机构的第6实施方式。本第6实施方式的定位控制机构1F在压力调整装置4的结构上与上述第1实施方式的定位控制机构1A不同。换言之，本第6实施方式的压力调整装置4包括：二通式供给用电磁阀28，其被连接在用于连结空气供给部3和压力室11的空气流路16中，用于开闭该流路；二通式排气用电磁阀29，其用于连通或切断上述压力室11与大气间的连接；压力传感器30，其用于检测上述压力室11内的气压。该供给用电磁阀28、排气用电磁阀29、压力传感器30都与控制器5电连接。
就上述控制器5而言，以下几点与上述第1实施方式中的相同，即，具有用于输入活塞10的动作目标位置的输入装置6；通过上述活塞10的位置和复位弹簧12的加载力的关系以及供给到上述压力室11内的气压和作用在活塞10上的作用力的关系，求出气压和活塞10位置的关系。但是，本实施方式6与第1实施方式间也存在着如下不同点：以使由上述压力传感器30检测出的压力室11内的气压成为与活塞10的动作目标位置相对应的压力的方式，开闭控制上述供给用电磁阀28、排气用电磁阀29，从而调整压力室11内的气压，据此，使该活塞10移动到目标位置，并停止在这一位置。
换言之，在通过上述输入装置6输入作为目标位置的活塞10的前进端、后退端的位置时，活塞10被在上述两位置间往复驱动，在该活塞10的前进行程中，通过上述控制器5，使上述供给用电磁阀28打开，使主气缸2的压力室11与空气供给部3连通，同时使上述排气用电磁阀29关闭，该压力室11与大气间的连通被阻断。由此，从空气供给部3向上述压力室11供给空气，上述活塞10和杆13边压缩复位弹簧边前行。
上述压力室11内的气压变化由上述压力传感器30实时检测，在该气压达到与动作目标位置相对应的压力时，上述供给用电磁阀28被控制器5切换为闭状态，空气被封存在上述压力室11内。由此，上述活塞10停止在这一位置，并被保持在停止状态。
此外，在上述活塞10从上述前进端后退的后退行程中，使上述供给用电磁阀28关闭，并使排气用电磁阀29打开，上述压力室11被向大气开放，由此，上述活塞10和杆13在复位弹簧12的加载力的作用下后退。当上述压力室11内的气压达到与后退位置相对应的压力时，上述排气用电磁阀29被控制器5切换为闭状态，空气被封存在上述压力室11内。由此，上述活塞10停止在这一位置，并被保持为停止状态。
另外，本第6实施方式的上述机构以外的结构大致与第1实施方式的相同，因此，对于这些主要的结构相同部分标注与第1实施方式相同的附图标记，省略对它们的结构和功能的说明。
本第6实施方式中，也可以在上述主气缸2上设置有在图3的第3实施方式中使用的测长传感器25，可根据从该测长传感器25反馈到控制器5的检测信号，确认上述活塞10的动作位置，控制上述压力调整装置4，或是对与定位控制相关联的其它控制机器进行控制等。
此外，本第6实施方式中，还可以以与上述主气缸2并联的方式，设置像上述第4、第5实施方式那样的从气缸2a，通过上述主气缸2用的压力调整装置4的供给用电磁阀28、排气用电磁阀29，仿效该主气缸2的控制，与主气缸2同步地对从气缸2a进行定位控制。在这种情况下，各从气缸2a与空气供给部3、控制器5之间，可以分别并联地连接有结构上与上述主气缸2用的压力调整装置4相同、由供给用电磁阀28和排气用电磁阀29构成的从气缸用的压力调整装置。
上述各实施方式中，上述主停止用电磁阀23、从停止用电磁阀23a、供给用电磁阀28、排气用电磁阀29可以分别设置在气缸2、从气缸2a之外的位置上，它们还可以分别安装在各自对应的主气缸2、从气缸2a上。此外，也可以将控制器5装在主气缸2上。另外，在设置上述速度控制器20的情况下，可以将之装在对应的主气缸2或从气缸2a上。

Claims (7)

1.一种单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，具有：单作用主气缸，其在活塞两侧具有压力室和复位弹簧，该活塞被供给到上述压力室的气压和上述复位弹簧的加载力往复驱动；具有空气源的空气供给部；压力调整装置，其介于上述空气供给部和上述主气缸的压力室之间；电控上述压力调整装置的控制器，
上述压力调整装置由输出与通电量相对应的气压的电磁操作式自动压力调整阀构成，
上述控制器具有用于输入上述活塞的动作目标位置的输入装置，该控制器从上述活塞的位置与复位弹簧加载力的关系以及供给到压力室的气压与该气压作用在活塞上的作用力的关系，得出该活塞的位置与气压的关系，在通过上述输入装置输入活塞的动作目标位置时，该控制器对上述自动压力调整阀的通电量加以控制，以使上述自动压力调整阀输出与这一目标位置相对应的气压，使得该活塞移动到目标位置并停止在这一位置。
2.如权利要求1所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，在对上述压力调整装置和主气缸压力室加以连结的空气流路中连接有二通式主停止用电磁阀，该主停止用电磁阀由上述控制器进行开闭控制，当欲使上述活塞移动时，该主停止用电磁阀被打开，使上述空气流路导通，当欲使上述活塞停止时，该主停止用电磁阀被关闭，将空气封存在上述压力室内。
3.如权利要求1或2所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，上述主气缸具有测长传感器，该测长传感器检测活塞的动作位置，并将位置信号反馈到上述控制器。
4.如权利要求1或2所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，在上述压力调整装置上设有与主气缸并联的单作用从气缸，该从气缸被上述控制器经由上述压力调整装置以与上述主气缸同步的方式定位控制。
5.如权利要求2所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，在上述压力调整装置上设有与主气缸并联的单作用从气缸，在对上述压力调整装置和上述从气缸的压力室加以连结的空气流路中连接有二通式从停止用电磁阀，上述控制器以与上述主停止用电磁阀同步的方式控制该从停止用电磁阀，以此来与上述主气缸同步地进行上述从气缸的定位控制。
6.如权利要求5所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，上述主气缸具有测长传感器，该测长传感器检测活塞的动作位置，并将该位置信号反馈到上述控制器。
7.如权利要求1、2、5、6的任意一项所述的单作用气缸的定位控制机构，其特征在于，上述空气供给部具有用于将气压保持在设定压力的调压阀。
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