CN107061383A - 伺服气缸系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种伺服气缸系统，其能够改善气缸起动时的响应性，并能够实现位置控制性能的均匀化及维持。伺服气缸系统(1)具有气缸(3)、伺服阀(2)、位置检测传感器(4)和控制器(5)，其中，向伺服阀(2)输出指令电压以使控制对象(9)从预定的初始位置(HP)起移动，并在控制对象(9)通过从初始位置(HP)起离开了预定量的示教位置(X1、X2)时检测出驱动开始指令电压(Y1、Y2)并对其进行存储，在输入了使控制对象(9)从当前位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，将驱动开始指令电压(Y1、Y2)与输入了动作指示之后最先基于偏差所计算出的第一指令电压相加而计算出第二指令电压，并将第二指令电压输出至伺服阀(2)。

Description

伺服气缸系统
技术领域
本发明涉及伺服气缸系统，其通过根据位置检测单元所检测出的控制对象的检测位置与目标位置之间的偏差而从控制器向伺服阀输出指令电压，从而对气缸的压力室进行压缩空气的进排气，并由此对控制对象的位置进行控制。
背景技术
伺服气缸系统通过伺服阀而实施向气缸的压力室供给的压缩空气的进排气，从而使控制对象相对于气缸而进退。控制对象的位置由位置检测单元而检测出。控制器通过输入位置检测单元所检测出的检测位置，并将其与目标位置进行比较，并且基于它们的偏差而对向伺服阀输出的指令电压进行PID控制，从而对控制对象的位置进行反馈控制。由于所涉及的伺服气缸系统紧凑、轻型且成本低，因此在以半导体制造设备为代表的广泛领域中被使用(例如参照专利文献1、专利文献2等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-35107号公报
专利文献2：日本特开2006-57724号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在以往的伺服气缸系统中存在以下的问题。例如，在将伺服气缸系统使用于半导体制造设备的情况下，伴随着半导体的微小化，伺服气缸系统被要求以高精度对控制对象的位置进行控制。但是，伺服气缸系统因气缸、伺服阀、位置检测单元的特性不同而会在产品间产生响应性上的差别，因此不容易使位置控制性能在产品间均匀化。此外，伺服气缸系统由于例如气缸、伺服阀的滑动部的磨损等经长时间而劣化的原因，存在响应性发生变化而无法维持位置控制性能的情况。
以往，为了容许伺服气缸系统的响应性的差别和变化、或是为了消除响应性的差别和变化，控制器需要对PID参数进行调节。但是，对于前者，伺服气缸系统的位置控制精度降低。对于后者，PID参数的调节变得复杂，从而调节需要较多的时间。
本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种伺服气缸系统，该伺服气缸系统能够改善响应性，从而能够实现位置控制性能的均匀化及维持。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，本发明的一个方式具有如下那样的结构。
(1)一种伺服气缸系统，具有：气缸，其根据压力室的压力而使控制对象在直线方向上进退；伺服阀，其对所述压力室进排压缩空气；位置检测单元，其对所述控制对象的位置进行检测；控制器，其输入所述位置检测单元所检测出的检测位置，求出与目标位置之间的偏差，并基于所述偏差而向所述伺服阀输出指令电压，所述伺服气缸系统的特征在于，所述控制器具有：示教单元，其向所述伺服阀输出指令电压以使所述控制对象从预定的初始位置起而移动，并且检测出所述控制对象通过从所述初始位置起离开了预定量的示教位置时的指令电压，并将其作为驱动开始指令电压而进行存储；起动时电压调节单元，其在输入了使所述控制对象从当前的位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，将所述驱动开始指令电压与输入了所述动作指示之后最先基于所述偏差所计算出的第一指令电压相加而计算出第二指令电压，并将所述第二指令电压输出至所述伺服阀。
此处，“从规定的初始位置起移动”包括：使控制对象从预定的初始位置起向从气缸伸出的方向移动的情况；使控制对象从预定的初始位置起向往气缸侧后退的方向移动的情况；还有使控制对象以从预定的初始位置向从气缸突出的方向移动之后又朝着气缸侧后退的方式而往复地移动的情况。
在上述结构中，控制器通过示教单元使伺服气缸系统的结构部件实际地运转并向伺服阀输出指令电压，从而使控制对象从初始位置起而移动。此时，控制器检测出控制对象通过从初始位置起离开了预定量的示教位置时的指令电压，并将其作为驱动开始指令电压而进行存储。因此，驱动开始指令电压成为该伺服气缸系统能够使气缸切实地起动的值。
控制器在输入了使控制对象从当前的位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，基于位置检测单元所检测出的检测位置与目标位置之间的偏差而向伺服阀输出指令电压。此时，控制器通过将利用上述的示教动作而存储了的驱动开始指令电压与由起动时电压调节单元在输入了动作指示之后最先基于偏差所计算出的第一指令电压相加，从而计算出第二指令电压，并将该第二指令电压输出至伺服阀。气缸由于被施加与第一指令电压相比而较大的第二指令电压，因此当对伺服阀输出第二指令电压时立即起动，从而使控制对象从当前的位置起朝向目标位置开始移动。气缸和伺服阀在起动时需要较大的力，但是在起动后则容易顺畅地动作。因此，伺服气缸系统在气缸起动之后，根据控制器基于检测位置与目标位置的偏差而输出的指令电压使控制对象向目标位置移动。
以此方式，由于上述结构的伺服气缸系统在输入动作指示之后，向伺服阀输出与最先仅基于偏差而计算出的第一指令电压相比而较大的第二指令电压，因此，即使构成伺服气缸系统的气缸、伺服阀等结构部件的特性在产品之间不同、或经长时间而劣化，也能够使气缸响应性良好地起动。因此，上述结构的伺服气缸系统能够根据产品的特性、劣化状态而改善响应性，能够使位置控制性能在产品间均匀化，并且能够维持初始的位置控制性能。
(2)在(1)所记载的结构中，优选为，所述示教单元将所述示教位置设定在根据向所述初始位置移动之前的所述控制对象的位置而产生的所述驱动开始指令电压之差变小的范围内。
在上述结构中，不论示教动作开始时控制对象在哪个位置停止，通过示教动作所检测出的驱动开始指令电压之差都会变小。因此，不论实施示教动作时的控制对象的位置为何处，在使控制对象向目标位置移动的情况下，都能够向伺服阀输出与在输入了动作指示之后最先仅基于偏差所计算出的第一指令电压相比而较大的第二指令电压，从而使气缸立即起动。由此，根据上述结构，即使不根据控制对象的位置而改变示教动作和通常动作的控制，也能够改善响应性。
(3)在(1)或(2)所述的结构中，优选为，所述示教单元具有准备单元，所述准备单元在使所述控制对象向所述初始位置移动之前，向所述伺服阀输出指令电压，以使所述控制对象移动至向所述气缸相反侧最大程度地伸出的最大伸出位置。
在上述结构中，由于具有对于在示教动作时实施稳定的控制而言足够的距离，因此与使控制对象从最大伸出位置以外的位置起到达初始位置的情况相比，能够降低超调量，从而能够使控制对象尽快地到达初始位置。由此，根据上述结构，能够使控制对象以短时间而高精度地到达初始位置。
发明效果
因此，根据本发明，能够提供伺服气缸系统，该伺服气缸系统能够改善气缸起动时的响应性，从而能够实现位置控制性能的均匀化及维持。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的的伺服气缸系统的电路图。
图2是示教程序的流程图。
图3是说明示教动作的曲线图，在横轴示出时间，在左侧纵轴示出位置，在右侧纵轴示出指令电压。
图4是说明因控制对象的移动开始位置的差别而引起的气缸动作方式的不同的图。
图5是说明因示教动作开始时控制对象的位置的差别而引起的上升用及下降用驱动开始指令电压的不同的图。
图6是对图5的A部进行了放大的图。
图7是示出示教规定移动量试验的结果的图。
图8是示出示教位置试验的结果的图。
图9是示出通常动作程序的流程图的图。
具体实施方式
以下，基于附图而对本发明的伺服气缸系统的实施方式进行说明。在以下的说明中，首先说明伺服气缸系统1的概要结构。接着对示教动作进行说明。然后对通常动作进行说明。之后，说明在示教动作开始时使控制对象9向下限位置移动之后又向初始位置HP移动的理由。然后，说明确定示教规定移动量Z以及第一及第二示教位置X1、X2(示教位置的一个示例)的方法。最后，说明本实施方式的伺服气缸系统1的作用效果。
＜伺服气缸系统的概要结构＞
图1是本发明实施方式所涉及的的伺服气缸系统1的电路图。伺服气缸系统1包括伺服阀2、气缸3、位置检测传感器4以及控制器5，该伺服气缸系统1对控制对象9的位置进行控制。伺服气缸系统1的特征在于，控制器5所存储的示教程序5a(参照后述的图2)和通常动作程序5b(尤其是后述图9的S26～S29、S31所示的起动时电压调节单元)。
如图1所示，气缸3以使控制对象9在上下方向上进退的方式被配置。在气缸3中，活塞33以能够滑动的方式被装填在气缸主体31中。气缸主体31的压力室32被活塞33气密性地划分为第一压力室32a和第二压力室32b。气缸主体31以与第一压力室32a连通的方式而形成有第一操作口31a，且以与第二压力室32b连通的方式而开设有第二操作口31b。在气缸3中，第一及第二操作口31a、31b经由第一及第二进排通道6b、6c而连接于伺服阀2，从而第一及第二压力室32a、32b的内压被控制。在活塞33上连结有输出杆34。控制对象9被结合于输出杆34的顶端部，并与活塞33一体地进退。
在这样的气缸3中，根据第一压力室32a的内压所引起的向下的力加上控制对象9的重量而得到的力与第二压力室32b的内压所引起的向上的力之差，活塞33在气缸主体31内进行往复直线运动，从而使控制对象9下降(伸出)或是上升(后退)。位置检测传感器4被安装于气缸主体31的侧面，其根据活塞33的位置而检测出控制对象9的位置。
伺服阀2是公知的方向切换阀。伺服阀2被构成为，当从控制器5输出的指令电压被施加于电磁螺线管23时，阀芯22与指令电压成比例地在壳体21内移动，从而对第一口21a、第二口21b、第三口21c以及排气流道21d之间的连通状态进行切换。
第一～第三口21a～21c被开设于壳体21上。第一口21a经由输入通道6a而连接于压缩空气供给源。第二口21b经由第一进排通道6b而连接于气缸3的第一操作口31a。第三口21c经由第二进排通道6c而连接于气缸3的第二操作口31b。排气流道21d连接于未图示的排气口。阀芯22在没有指令电压被施加于电磁螺线管23时，通过压缩弹簧24、25而被配置于使第一口21a与第二口21b、第三口21c的任一个都不连通的中立位置处。在该状态下，伺服阀2不对第一及第二压力室32a、32b进行压缩空气的进排气。在该情况下，在气缸3中，由于在输出杆34的下端部结合有控制对象9，因此活塞33因控制对象9的重量而下降并抵接于气缸主体31的下端面。
另一方面，阀芯22在指令电压被施加于电磁螺线管23时，根据该指令电压而向第一位置或第二位置移动。在第一位置处，第二口21b连通于第一口21a，第三口21c连通于排气流道21d。在该情况下，在气缸3中，由于向第一压力室32a供给压缩空气，并从第二压力室32b排出压缩空气，因此使控制对象9下降。另一方面，在第二位置处，第三口21c连通于第一口21a，第二口21b连通于排气流道21d。在该情况下，在气缸3中，由于向第二压力室32b供给压缩空气，并从第一压力室32a排出压缩空气，因此使控制对象9上升。另外，伺服阀2通过阀芯22与指令电压成比例地移动来调节开度，从而控制压缩空气的进排气量。
位置检测传感器28检测出阀芯22的位置。比较部26和调节部27对从控制器5被输出至伺服阀2的指令电压进行调节，以使位置检测传感器28所检测出的阀芯22的位置与控制器5的指令一致。
控制器5是公知的微型计算机。控制器5经由位置检测线7而与位置检测传感器4电连接，从而输入由位置检测传感器4所检测出的控制对象的位置(检测位置)。此外，控制器5经由指令电压输出线8而连接于伺服阀2，从而将控制伺服阀2动作的指令电压输出至伺服阀2。控制器5将示教程序5a和通常动作程序5b存储在存储器中。关于示教程序5a和通常动作程序5b的详细情况将在后文进行说明。
气缸3能够在物理上使控制对象9下降(伸出)至活塞33抵接于气缸主体31的下端面(将此时的控制对象9的位置称为“下端位置”)。此外，气缸3能够在物理上使控制对象9上升(后退)至活塞33抵接于气缸主体31的上端面(将此时的控制对象9的位置称为“上端位置”)。将该控制对象9的物理上的移动范围称为“物理的移动范围”。但是，伺服气缸系统1通过对第一及第二压力室32a、32b的内压进行调节来驱动气缸3，从而对控制对象9的位置进行控制。因此，伺服气缸系统1只能在与物理的移动范围相比而较小的范围内对控制对象9的位置进行控制。将该控制范围称为“可控制范围”。因此，在以下的说明中，将利用压力室32的压力下而使活塞33向气缸主体31的下端面侧进行了最大限度移动时的控制对象9的位置(可控制范围中的最低位置、能够控制为使控制对象9最大程度伸出的位置)称为“下限位置(最大伸出位置的一个示例)”，将利用压力室32的压力而使活塞33向气缸主体31的上端侧进行了最大限度移动时的控制对象9的位置(可控制范围中的最高位置、能够控制为使控制对象9最大程度后退的位置)称为“上限位置”。
关于示教动作
下面，基于图2及图3对示教动作进行说明。图2是示教程序5a的流程图。图3是说明示教动作的曲线图，在横轴示出时间，在左侧纵轴示出由位置检测传感器4检测出的控制对象9的位置，在右侧纵轴示出控制器5输出至伺服阀2的指令电压。
示教动作是通过控制器5执行图2所示的示教程序5a来进行的。在示教动作中，使伺服气缸系统1实际运转来检测出为了使气缸3起动而必需的驱动开始指令电压，并存储于控制器5。示教动作在电源刚刚接通后必须实施1次。而且，为了维持产品性能也希望定期地实施。
控制器5在示教动作开始后首先在图2的步骤1(以下简记为“S1”)中使控制对象9向下限位置移动。具体而言，如图3所示，控制器5输出指令电压，以使伺服阀2的阀芯22向第一位置的方向移动。在气缸3中，第一压力室32a被加压，且第二压力室32b被减压，从而控制对象9开始下降。控制器5向伺服阀2输出指令电压，以使控制对象9越接近下限位置，则气缸3越减缓控制对象9的下降速度从而使控制对象9高精度地停止在下限位置处。
然后，在图2的S2中，控制器5使控制对象9向初始位置(HP)移动。此处，所谓初始位置HP，是指在检测出驱动开始指令电压的情况下作为使气缸3起动的基准的位置。在本实施方式中，将上限位置设为初始位置HP。下面具体地说明本处理，如图3所示，控制器5输出使伺服阀2的阀芯22向第二位置的方向移动的指令电压。由此，在气缸3中，由第二压力室32b的内压引起的向上的力变得大于由第一压力室32a的内压引起的向下的力加上控制对象9的重量而得到的力，因此活塞33与控制对象9一体地上升。
如图2的S3所示，控制器5在控制对象9到达初始位置HP后等待1秒。具体而言，如图3的S3所示，当控制器5输入位置检测传感器4的检测位置，并对控制对象9到达了初始位置HP(上限位置)进行确认时，输出指令电压以使控制对象9停止在初始位置HP处。由此，指令电压和控制对象9的位置较为稳定。另外，该待机时间可以任意地设定。
在图2的S4中，控制器5使控制对象9开始下降示教规定移动量Z。此处，所谓示教规定移动量Z是指，为了检测出驱动开始指令电压而使控制对象9从初始位置HP起下降(伸出)及上升(后退)的距离。此外，将控制对象9从初始位置HP起仅移动了示教规定移动量Z后所处的位置称为“示教规定移动位置”。示教规定移动量Z通过后述的方法来确定。在本实施方式中，将示教规定移动量Z设为4mm。具体而言，如图3所示，控制器5输出使伺服阀2的阀芯22向第一位置侧移动的指令电压。在气缸3中，当由第一压力室32a的内压所引起的向下的力加上控制对象9的重量而得到的力变得大于由第二压力室32b的内压所引起的向上的力时，活塞33就与控制对象9一体地开始下降。
控制器5在S5中对控制对象9是否通过了第一示教位置X1进行判断。此处，所谓第一示教位置X1是指，将气缸3使控制对象9开始下降时控制器5所输出的指令电压检测出的位置。第一示教位置X1被设定在初始位置HP与第一示教规定移动位置之间。第一示教位置X1的确定方法将在后文中进行说明。在本实施方式中，将从初始位置HP起下降了0.7mm后所处的位置设为第一示教位置X1。
如图2及图3所示，控制器5在控制对象9通过第一示教位置X1之前(S5：否)不检测指令电压，而向伺服阀2输出用于使控制对象9下降的指令电压。另一方面，若控制对象9通过了第一示教位置X1(S5：是)，则控制器5在S6中将当前输出至伺服阀2的指令电压作为下降用驱动开始指令电压Y1(驱动开始指令电压的一个示例)而进行保存。以此方式，由于控制器5使构成该伺服气缸系统1的气缸3、伺服阀2、位置检测传感器4运转来检测出气缸3使控制对象9开始下降时的下降用驱动开始指令电压Y1并将其存储，因此，能够识别出反映了系统结构部件的当时的特性和状态的下降用驱动开始指令电压Y1。
之后，控制器5在图2的S7中对控制对象9是否到达了示教规定移动位置进行判断。如图2及图3所示，在控制对象9到达示教规定移动位置之前(S7：否)，控制器5为了让气缸3使控制对象9下降而向伺服阀2输出指令电压。另一方面，当控制器5判断为控制对象9到达了示教规定移动位置(S7：是)时，待机4秒。即，控制器5向伺服阀2输出指令电压，以使控制对象9在示教规定移动位置停止4秒。由此，指令电压和控制对象9的位置较为稳定。该待机时间可以任意地设定。
然后，在图2的S9中，控制器5使控制对象9向着初始位置HP开始上升(后退)。具体而言，如图3所示，控制器5输出指令电压，以使伺服阀2的阀芯22向第二位置侧移动。在气缸3中，当由第二压力室32b的内压所引起的向上的力变得大于由第一压力室32a的内压所引起的向下的力加上控制对象9的重量而得到的力时，活塞33与控制对象9一体地开始上升。
并且，在图2的S10中，控制器5对控制对象9是否通过了第二示教位置X2进行判断。此处，所谓第二示教位置X2是指，将气缸3使控制对象9开始上升时控制器5所输出的指令电压检测出的位置。第二示教位置X2被设定在示教规定移动位置与示教位置HP之间。第二示教位置X2通过后述的确定方法来确定。在本实施方式中，将第二示教位置X2设为从初始位置HP起下降了3.3mm后所处的位置(从示教规定移动位置上升了0.7mm后所处的位置)。
如图2及图3所示，控制器5在控制对象9通过第二示教位置X2之前(S10：否)不检测输出至伺服阀2的指令电压，而向伺服阀2输出用于让气缸3使控制对象9上升的指令电压。另一方面，若控制对象9通过了第二示教位置X2(S10：是)，则控制器5在S11中检测出当前输出至伺服阀2的指令电压，并将其作为上升用驱动开始指令电压Y2(驱动开始指令电压的一例)而进行保存。由此，由于控制器5实际上使用气缸3、伺服阀2以及位置检测传感器4来检测出上升用驱动开始指令电压Y2并将其存储，因此，能够识别反映了系统结构部件的当时的特性和状态的上升用驱动开始指令电压Y2。
然后，如图2所示，在S12中，控制器5对控制对象9是否到达了初始位置HP进行判断。在控制对象9未到达初始位置HP的情况下(S12：否)，控制器5如图3所示向伺服阀2持续输出指令电压以便让气缸3使控制对象9上升。另一方面，如图2所示，在判断为控制对象9到达了初始位置HP的情况下(S12：是)，结束处理。具体而言，如图3所示，当位置检测传感器4经由活塞33而检测出控制对象9的上限位置时，控制器5控制伺服阀2的指令电压，以便在上限位置处停止。在该情况下，气缸3以将控制对象9配置于初始位置HP(上限位置)处的状态而停止。由此，在进行后述的通常动作之时，气缸3和伺服阀2容易开始动作。
关于通常动作
接下来说明通常动作。控制器5通过执行通常动作程序5b而使控制对象9从当前的位置起向目标位置移动。
即，如图9的S21所示，控制器5在例如操作者按下开始开关时接受动作指示。然后，控制器5在S22中确认控制对象9的当前位置。具体而言，控制器5输入由位置检测传感器4经由活塞33所检测出的控制对象9的检测位置。然后，在S23中，控制器5计算出控制对象9的当前位置与目标位置之间的偏差(从当前位置起至目标位置为止的距离)。然后，控制器5在S24中对偏差是否大于0进行判断。
控制器5在偏差大于0的情况下(S24：是)，在S25中计算与偏差相应的指令电压。该指令电压仅基于位置检测传感器4的检测位置而被计算出，而并不反映驱动开始指令电压。
然后，在S26中，控制器5对是否开始动作进行判断。具体而言，控制器5根据是否为接受了动作指示之后(参照S1)的最先(第一次)的指令电压控制来进行判断。控制器5在判断为本次的控制为开始动作的情况下(S26：是)，在S27中对是使控制对象9上升还是下降进行判断。由于在控制对象9上升的情况和下降的情况，气缸3实际开始动作时所需的驱动开始指令电压(上升用驱动开始指令电压Y2、下降用驱动开始指令电压Y1)不同，因此需要确认控制对象9移动的方向。
在使控制对象9上升的情况下(S27：是)，控制器5在S28中将接受到使气缸3上升的动作指示之后最先(第一次)计算出的第一指令电压与通过示教动作而存储的上升用驱动开始指令电压Y2相加，从而计算出第二指令电压。然后，在S29中，控制器5将第二指令电压输出至伺服阀2。由此，对伺服阀2，在施加使气缸3切实地开始上升的上升用驱动开始指令电压Y2的基础上，在输入动作指示后又立即施加与第一指令电压相比而较大的第二指令电压。因此，在气缸3中，即使结构部件的特性与其他产品不同、或是结构部件劣化，从而仅通过对伺服阀2施加第一指令电压而并不开始上升，也能够在对伺服阀2施加第二指令电压时立即开始上升。因此，从第二指令电压被输出直到气缸3使控制对象9开始上升为止的响应时间被极力地缩短。之后，返回到S22。
另一方面，在使控制对象9下降的情况下(S27：否)，控制器5在S31中将为了使气缸3下降而接受动作指示之后最先(第一次)计算出的第一指令电压与通过示教动作而存储的下降用驱动开始指令电压Y1相加，从而计算出第二指令电压。然后，在S29中，控制器5将第二指令电压输出至伺服阀2。由此，对伺服阀2，在施加使气缸3切实地开始下降的下降用驱动开始指令电压Y1的基础上，又施加与第一指令电压相比而较大的第二指令电压。因此，在气缸3中，即使结构部件的特性与其他产品不同、或是结构部件劣化，从而仅通过对伺服阀2施加第一指令电压而并不开始下降，也能够在对伺服阀2施加第二指令电压时立即开始下降。因此，从第二指令电压被输出直到气缸3使控制对象9下降为止的响应时间被极力地缩短。之后，返回到S22。
控制器5返回到S22，而使控制对象9向着目标位置移动。具体而言，控制器5在S22～S24中求出控制对象9的当前位置与目标位置之间的偏差，并对偏差是否大于0进行判断。由于在控制对象9未到达目标位置的情况下，偏差大于0(S24：是)，因此控制器5在S25中计算出与检测位置和目标位置之间的偏差相应的指令电压。在该时间点，由于气缸3处于开始动作之后，而不是开始动作(不是输入动作指示之后最先的指令电压控制)(S26：否)，因此在S30中，将在S25中所计算出的指令电压保持原样地作为第二指令电压而输出至伺服阀2。之后，返回到S22。通过反复进行该处理，从而控制对象9向着目标位置移动。即，控制器5在气缸3开始动作之后，与公知技术同样地基于位置检测传感器4所检测出的检测位置而对控制对象9的位置进行反馈控制。当控制对象9到达目标位置，且控制对象9的当前位置与目标位置之间的偏差变为0(S24：否)时，控制器5结束处理。
关于在示教动作时使控制对象9向下限位置移动之后又向初始位置HP移动的理由
如图2的S1、S2所示，示教程序5a使控制对象9暂时向下限位置移动之后又向初始位置HP(上限位置)移动。这是为了在示教动作时让气缸3使控制对象9以短时间稳定地移动至初始位置HP。基于图4对此进行具体说明。图4是说明因控制对象的移动开始位置的差别所引起的气缸移动方式不同的图。
如图4(a)所示，气缸3如图中P1所示在使控制对象9从上端位置起向初始位置HP移动的情况下，如图中P2所示使控制对象9下降为超过初始位置HP。然后，气缸3如图中P3所示使控制对象9向着初始位置HP上升之后，使控制对象9稳定于初始位置HP处。
此外，例如图4(b)所示，气缸3如图中P11所示在使控制对象9从初始位置HP与下限位置之间的位置向初始位置HP移动的情况下，如图中P12所示，使控制对象9上升为超过初始位置HP。然后，气缸3如图中P13所示，使控制对象9向着初始位置HP下降之后，使控制对象9稳定于初始位置HP处。
再例如图4(c)所示，气缸3如图中P21所示在使控制对象9从下限位置起移动的情况下，由于存在对于实施稳定的控制而言足够的距离，所以能够降低超调量，使控制对象9尽快地稳定于初始位置HP处。
因此，在示教动作时，若使控制对象向下限位置移动之后又向初始位置HP移动，则能够降低使控制对象9到达初始位置HP时的超调量，从而使其尽快地到达并稳定于初始位置HP处。
关于示教规定移动量及示教位置的确定方法
接下来，参照图5～图8来说明示教规定移动量及示教位置的确定方法。首先对确定示教规定移动量及示教位置的必要性进行说明。
发明者们关于1个伺服气缸系统1针对第一事例、第二事例以及第三事例而执行示教程序5a，从而实施调查控制器5所输出的指令电压的变动的实验，其中，第一事例将示教动作开始时的控制对象9的位置作为上端位置；第二事例将示教动作开始时的控制对象9的位置作为上端位置与下端位置之间的中间位置；第三事例将示教动作开始时的控制对象9的位置作为下端位置。其结果如图5所示。图5是说明因示教动作开始时控制对象的位置的差别所引起的上升用及下降用驱动开始指令电压的不同的图，在横轴示出时间，在左侧纵轴示出控制对象9的位置，在右侧纵轴示出控制器5向伺服阀2输出的指令电压。
如图5所示，在第一～第三事例中，根据示教动作开始时控制对象9的位置而在控制对象9的位置变动和指令电压的变动上产生差别。
图6是对图5的A部进行了放大的图。如图中实线所示，在第一事例中，控制对象9从初始位置HP起下降至第一示教位置X1时的指令电压Y11为5.225V。如图中虚线所示，在第二事例中，控制对象9从初始位置HP起下降至第一示教位置X1时的指令电压Y12为5.177V。如图中双点划线所示，在第三事例中，控制对象9从初始位置HP起下降至第一示教位置X1时的指令电压Y13为5.110V。由此，根据示教动作开始时控制对象9的位置，从而在下降用驱动开始指令电压Y11～Y13中产生0.115V的差。
此外，如图中细实线所示，在第一事例中，控制对象9从示教规定移动位置起上升至第二示教位置X2时的指令电压Y21为4.140V。如图中细虚线所示，在第二事例中，控制对象9从示教规定移动位置起上升至第二示教位置X2时的指令电压Y22为4.125V。如图中细的双点划线所示，在第三事例中，控制对象9从示教规定移动位置起上升至第二示教位置X2时的指令电压Y23为4.135V。可见，根据示教动作开始时控制对象9的位置，在上升用驱动开始指令电压Y21～Y23中产生0.015V的差。
以此方式，示教动作因示教动作开始时控制对象9的位置的差别而产生下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差。若该下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差较大，则在通常动作时，可能无法改善气缸3起动时的响应性。具体而言，若在通常动作开始时控制对象9位于上端位置处的情况下，不向伺服阀2输出根据第一事例而存储的下降用驱动开始指令电压Y11(5.225V)，则气缸3不会开始下降。但是，在根据第三事例而实施了示教动作的情况下，对于在通常动作开始时将控制对象9配置于上端位置的气缸3，即使控制器5将下降指令开始电压Y13(5.110V)输出至伺服阀2，指令电压也会不足，从而气缸3无法响应性良好地开始下降。由此，希望使根据控制对象9的位置而产生的下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差极力地减小。这是为了减少根据示教动作开始时控制对象9的位置而在通常动作时气缸3起动时候的响应性出现偏差的情况。
因此，发明者们以减小在示教动作时根据控制对象9的位置而产生的下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差的方式而确定示教规定移动量Z和第一及第二示教位置X1、X2。基于图7及图8来说明该确定方法。
首先，说明确定示教规定移动量的方法。发明者们实施调查示教规定移动量Z与下降用驱动开始指令电压Y1和上升用驱动开始指令电压Y2之间的关系的示教规定移动量试验。在示教规定移动量试验中，除了示教动作开始时的控制对象9的位置不同的点和示教规定移动量Z不同的点以外，以相同的示教动作测定下降用驱动开始指令电压Y1和上升用驱动开始指令电压Y2。
在该试验中，在将初始位置HP设为上限位置的点、将第一示教位置X1设为从初始位置HP起下降了0.7mm后所处的位置的点、将第二示教位置X2设为从初始位置HP起下降了3.3mm后所处的位置(从示教规定移动位置起上升了0.7mm后所处的位置)的点上是共通的。另一方面，在示教动作开始时控制对象9的位置为上端位置、上端位置与下端位置之间的中间位置、下端位置这一点上是不同的。此外，在示教规定移动量Z为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm这一点上是不同的。
在试验中，按照各示教规定移动量Z，而测量将示教动作开始时的控制对象9的位置设为上端位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2、将示教动作开始时控制对象9的位置设为中间位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2、以及将示教动作开始时控制对象9的位置设为下端位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2。并且，按照各示教规定移动量Z，而计算出基于控制对象9的位置的下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差。其结果如图7所示。
如图7所示，在示教规定移动量为1mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.173V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.136V。在示教规定移动量为2mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.096V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.037V。在示教规定移动量为3mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.047V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.014V。在示教规定移动量为4mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.033V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.006V。在示教规定移动量为5mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.036V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.005V。在示教规定移动量为6mm的情况下，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.034V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.007V。
由此，在示教规定移动量Z为1mm以上且小于4mm的范围中，下降用驱动开始指令电压Y1之差(实线)和上升用驱动开始指令电压Y2之差(虚线)都显示出减少趋势。另一方面，若示教规定移动量Z成为4mm以上，则下降用驱动开始指令电压Y1之差(实线)和上升用驱动开始指令电压Y2之差(虚线)都较为稳定。由此，通过将示教规定移动量Z设为4mm以上，从而能够同时减小根据示教动作开始时控制对象9的位置而产生的下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差。
接下来说明确定第一及第二示教位置X1、X2的方法。发明者们进行示教位置试验，该示教位置试验调查第一及第二示教位置X1、X2与指令电压之间的关系。在示教位置试验中，除了使控制对象9向初始位置HP移动之前的位置不同这一点以及示教位置不同这一点，以相同的示教动作而检测出下降用驱动开始指令电压Y1和上升用驱动开始指令电压Y2。
在该试验中，在将初始位置HP设为上限位置这一点和将示教规定移动量Z设为4mm这一点上是共通的。另一方面，在将第一示教位置X1设为从初始位置HP起下降了0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm后所处的位置这一点、和将第二示教位置X2设为从示教规定移动位置起上升了0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm后所处的位置(从初始位置HP起下降了3.6mm、3.5mm、3.4mm、3.3mm、3.2mm、3.1mm后所处的位置)这一点上是不同的。
在试验中，按照第一及第二示教位置X1、X2，而测量将示教动作开始时控制对象9的位置设为上端位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2、将示教动作开始时控制对象9的位置设为中间位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2、以及将示教动作开始时控制对象9的位置设为下端位置的情况下的下降用驱动开始指令电压Y1及上升用驱动开始指令电压Y2。然后，按照第一及第二示教位置X1、X2，而计算出下降用驱动开始指令电压Y1之差和上升用驱动开始指令电压Y2之差。其结果如图8所示。
如图8所示，在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.4mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.4mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.054V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.007V。在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.5mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.5mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.044V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.006V。在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.6mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.6mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.036V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.005V。在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.7mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.7mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.030V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.007V。在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.8mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.8mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.029V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.006V。在第一示教位置X1为从初始位置HP起下降了0.9mm后所处的位置、第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了0.9mm后所处的位置中，下降用驱动开始指令电压Y1之差为0.030V，上升用驱动开始指令电压Y2之差为0.007V。
由此，若将第一示教位置X1设为距初始位置HP为0.4mm以上且小于0.7mm，则下降用驱动开始指令电压Y1之差(实线)显示出减少趋势。但是，若将第一示教位置X1设为从初始位置HP起下降了0.7mm以上后所处的位置，则下降用驱动开始指令电压Y1之差(实线)较为稳定。由此，通过将第一示教位置X1设为从初始位置HP起下降了0.7mm以上后所处的位置，从而能够减小根据示教动作开始时控制对象9的位置而产生的下降用驱动开始指令电压Y1之差。
相对于此，上升用驱动开始指令电压Y2之差(虚线)根据第二示教位置X2的不同而并未发现较大的差异。由此，第二示教位置X2可以根据第一示教位置X1而自由地确定。因此，为了容易地进行控制，也可以使第二示教位置X2为从示教规定移动位置起上升了与从初始位置HP到第一示教位置的距离相同的距离后的位置。
以此方式，示教规定移动量Z与第一及第二示教位置X1、X2被确定为，以使在示教动作开始时根据控制对象9的位置而产生的下降用驱动开始指令电压Y1和上升用驱动开始指令电压Y2之差变小(稳定)。因此，即使示教动作开始时控制对象9的位置不同，也能够减小下降用驱动开始指令电压Y1和上升用驱动开始指令电压Y2之差。因此，不论实施示教动作时的控制对象9的位置在哪里，在向伺服阀2输出下降用驱动开始指令电压Y1的基础上又输入与第一指令电压相比而较大的第二指令电压时，均能够减小从输出第二指令电压时至气缸3使控制对象9开始下降为止的响应时间的偏差。此外，不论实施示教动作时控制对象9的位置在哪里，在向伺服阀2输出上升用驱动开始指令电压Y2的基础上又输入第二指令电压时，均能够减小从输出第二指令电压时至气缸3使控制对象9开始上升为止的响应时间的偏差。
关于作用效果
如以上所说明的那样，在本实施方式中，伺服气缸系统1具有：气缸3，其根据压力室32的压力而使控制对象9在直线方向上进退；伺服阀2，其对压力室32进行压缩空气的进排气；位置检测传感器4(位置检测单元的一个示例)，其对控制对象9的位置进行检测；控制器5，其输入位置检测传感器4所检测出的检测位置，求出与目标位置之间的偏差，并基于偏差而向伺服阀2输出指令电压，该伺服气缸系统1的特征在于，控制器5具有示教程序5a(示教单元的一个示例)和通常动作程序5b(尤其是图9的S26～S29、S31、起动时电压调节单元的一个示例)，在所述示教程序5a中，向伺服阀2输出指令电压以使控制对象9从预定的初始位置HP起移动(下降到示教规定移动位置之后又从示教规定移动位置上升到初始位置HP)，检测出控制对象9通过从初始位置HP起离开预定量的示教位置(从初始位置HP向下降侧离开第一规定量(0.7mm)的第一示教位置X1、及从初始位置HP起向下降侧离开第二规定量(3.3mm)(从示教规定移动位置起向上升侧离开0.7mm)的第二示教位置X2)时的指令电压，并将其作为驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1、上升用驱动开始指令电压Y2)而进行存储；在通常动作程序5b中，在输入了使控制对象9从当前的位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，将驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1或上升用驱动开始指令电压Y2)与输入了动作指示之后最先基于偏差所计算出的第一指令电压相加而计算出第二指令电压，并将第二指令电压输出至伺服阀2。
在上述实施方式的伺服气缸系统1中，控制器5通过执行示教程序5a而使伺服气缸系统1的结构部件实际运转并向伺服阀2输出指令电压，从而使控制对象9从初始位置HP起移动(下降到示教规定移动位置后又从示教规定移动位置上升到初始位置HP)。此时，控制器5检测控制对象9通过从初始位置HP起离开了预定量的示教位置(从初始位置HP起向下降侧离开第一预定量(0.7mm)的第一示教位置X1、及从初始位置HP向下降侧离开第二规定量(3.3mm)(从示教规定移动位置起向上升侧离开0.7mm)的第二示教位置X2)时的指令电压，并将其作为驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1或上升用驱动开始指令电压Y2)而进行存储。因此，驱动开始指令电压成为该伺服气缸系统1能够可靠地使气缸3起动(开始下降或者开始上升)的值。
控制器5在输入了使控制对象9从当前的位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，基于位置检测传感器4所检测出的检测位置与目标位置的偏差而向伺服阀2输出指令电压。此时，控制器5通过根据通常动作程序5b的S26～S29、S31(参照图9)，并将利用上述的示教动作而存储的驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1或上升用驱动开始指令电压Y2)与在输入了动作指示之后最先基于偏差计算出的第一指令电压相加，从而计算出第二指令电压，并将该第二指令电压输出至伺服阀2。气缸3由于被施加与第一指令电压相比而较大的第二指令电压，因此当向伺服阀2输出第二指令电压时立即起动，从而使控制对象9从当前的位置起朝向目标位置开始移动。气缸3和伺服阀2在起动时需要较大的力，但是在起动后则容易顺畅地动作。因此，伺服气缸系统1在气缸3起动之后，根据控制器5基于检测位置与目标位置之间的偏差而输出的指令电压，从而使控制对象9向目标位置移动。
以此方式，在上述构成的伺服气缸系统1中，当输入了动作指示时，向伺服阀2输出与最先仅基于偏差计算出的第一指令电压相比而较大的第二指令电压，因此，即使构成伺服气缸系统1的气缸3、伺服阀2等结构部件的特性在产品之间存在不同、或经长时间而劣化，也能够使气缸3响应性良好地起动(开始下降或开始上升)。因此，上述构成的伺服气缸系统1能够根据产品的特性和劣化状态来改善响应性，能够使位置控制性能在产品间均匀化，并且能够维持初始的位置控制性能。
此外，在本实施方式的伺服气缸系统1中，示教程序5a将示教位置(第一或第二示教位置X1、X2)设定在根据向初始位置HP移动之前控制对象9的位置而产生的驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1、上升用驱动开始指令电压Y2)之差变小的范围内。因此，不论示教动作开始时控制对象9停止在哪个位置，通过示教动作检测出的驱动开始指令电压(下降用驱动开始指令电压Y1或上升用驱动开始指令电压Y2)之差都会变小。因此，不论实施示教动作时的控制对象9的位置在何处，在使控制对象9向目标位置移动的情况下，都能够向伺服阀输出与输入动作指示后最先仅基于偏差计算出的第一指令电压相比而较大的第二指令电压，从而使气缸3立即起动(开始下降或开始上升)。由此，根据本实施方式的伺服气缸系统1，即使不根据控制对象9的位置来改变示教动作和通常动作的控制，也能够改善响应性。
此外，在本实施方式的伺服气缸系统1中，示教程序5a具有准备单元(参照图2的S1、S2)，该准备单元在使控制对象9向初始位置HP移动之前，向伺服阀2输出指令电压，以使控制对象9移动至作为最大程度伸出(下降)位置的最大伸出位置(下限位置)。由此，伺服气缸系统1由于具有对于在示教动作时实施稳定的控制而言足够的距离，因此与使控制对象9从最大伸出位置(下限位置)以外的位置起到达初始位置HP的情况相比，能够降低超调量，从而能够使控制对象9尽快地到达初始位置HP。由此，根据本实施方式的伺服气缸系统1，能够使控制对象9以短时间而高精度地到达初始位置HP。
因此，根据本实施方式的伺服气缸系统1，能提供能够改善气缸3起动时的响应性，从而能够实现位置控制性能的均匀化及维持的伺服气缸系统1。
另外，本发明并不限于上述实施方式，能够进行各种应用。
(1)例如，在上述实施方式中，通过根据活塞33的位置而检测出控制对象9的位置的位置检测传感器4而构成位置检测单元。相对于此，位置检测单元也可以检测输出杆34的位置或压力室32的压力从而检测出控制对象9的位置，还可以直接检测出控制对象9的位置。此外，位置检测单元也可以被构成为，通过传感器而检测气缸3的活塞33的位置、压力室32的压力、输出杆34的位置，并将其检测结果输出至控制器5，从而控制器5根据检测结果而计算出控制对象9的位置。
(2)例如，在上述实施方式中，通过1个伺服阀2而控制向第一及第二压力室32a、32b供给的压缩空气。相对于此，也可以在第一操作口31a和第二操作口31b上分别设置1个进排气阀，并通过这一对进排气阀而构成伺服阀。
(3)例如，虽然在上述实施方式中，示教程序5a向伺服阀2输出指令电压，以使控制对象9向下限位置移动之后又向初始位置HP移动，但是，也可以向伺服阀2输出指令电压，以使控制对象9向下限位置以外的位置(例如上限位置、与下限位置相比略微(例如0.1mm)靠上的位置等)移动之后又向初始位置移动。
在上述实施方式中，气缸3被配置为使输出杆34朝下突出。相对于此，气缸3也可以被配置为使输出杆34朝上突出，还可以被配置为使输出杆34在水平方向上往复运动。
虽然在上述实施方式中，采用通过1次示教动作而检测出下降用及上升用驱动开始指令电压并将其存储，但是，下降用驱动开始指令电压和上升用驱动开始指令电压也可以通过个别的示教动作而检测出并将其存储。
虽然在上述实施方式中，将初始位置HP设为上限位置，但是，只要在可控制范围内，初始位置HP可以设定在任意的位置(例如下限位置、上限位置与下限位置之间的中间位置等)。在该情况下，与本实施方式一样，在示教动作时易于对控制对象9的位置进行控制。
符号说明
1 伺服气缸系统；
2 伺服阀；
3 气缸；
4 位置检测传感器(位置检测单元的一个示例)；
5 控制器；
5a 示教程序(示教单元、准备单元的一个示例)；
5b 通常动作程序(起动时电压调节单元的一个示例)；
9 控制对象；
32 压力室；
HP 初始位置；
X1 第一示教位置(示教位置的一个示例)；
X2 第二示教位置(示教位置的一个示例)；
Y1 下降用驱动开始指令电压(驱动开始指令电压的一个示例)；
Y2 上升用驱动开始指令电压(驱动开始指令电压的一个示例)。

Claims (3)

1.一种伺服气缸系统，具有：
气缸，其根据压力室的压力而使控制对象在直线方向上进退；
伺服阀，其对所述压力室进行压缩空气的进排气；
位置检测单元，其对所述控制对象的位置进行检测；
控制器，其输入所述位置检测单元所检测出的检测位置，求出与目标位置之间的偏差，并基于所述偏差而向所述伺服阀输出指令电压，
所述伺服气缸系统的特征在于，
所述控制器具有：
示教单元，其向所述伺服阀输出指令电压以使所述控制对象从预定的初始位置起移动，并且检测出所述控制对象通过从所述初始位置起离开了预定量的示教位置时的指令电压，并将其作为驱动开始指令电压而进行存储；
起动时电压调节单元，其在输入了使所述控制对象从当前的位置起向目标位置移动的动作指示的情况下，将所述驱动开始指令电压与输入了所述动作指示之后最先基于所述偏差所计算出的第一指令电压相加而计算出第二指令电压，并将所述第二指令电压输出至所述伺服阀。
2.如权利要求1所述的伺服气缸系统，其特征在于，
所述示教单元将所述示教位置设定在根据向所述初始位置移动之前的所述控制对象的位置而产生的所述驱动开始指令电压之差变小的范围内。
3.如权利要求1或2所述的伺服气缸系统，其特征在于，
所述示教单元具有准备单元，所述准备单元在使所述控制对象向所述初始位置移动之前，向所述伺服阀输出指令电压，以使所述控制对象移动至向所述气缸相反侧最大程度地伸出的最大伸出位置。
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