JP2005288610A - 位置検出方法、位置検出装置および位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアの元圧が変動しても正確な位置検出を行える位置検出装置を提供する。
【解決手段】定位置に基準体31を設け、この基準体31に対して、ワークＷに当接してワークＷとともに相対的に進退移動するワーク検知体34を設ける。基準体31とワーク検知体34との隙間にエアを加圧供給する給気手段41を設ける。給気手段41から基準体31とワーク検知体34との隙間に加圧供給したエアの背圧を検出する圧力検出手段53を設ける。この圧力検出手段53は、基準体31とワーク検知体34との間が密着した状態で給気手段41の元圧を検出し、ワーク検知体34を相対的に動かした後に同一の給気手段41から基準体31とワーク検知体34との間にエアを加圧供給した場合の背圧を検出し、元圧と背圧との差圧から基準体31に対するワーク検知体34の位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体の背圧を利用する位置検出方法、位置検出装置およびこの位置検出装置を用いた位置決め装置に関するものである。

工作機械などでワークを位置決めするときは、図９（ａ）に示されるように、所定の位置に設置された複数の載せ台１上にワークＷを載せ、ワークＷの端面に対向して設置された複数のクランプ爪２を回動することで、ワークＷを移動しながらクランプするようにしている（例えば、特許文献１参照）。

このとき、図９（ｂ）に示されるように、一側のクランプ爪２により押されたワークＷの先端部が載せ台１から浮上したまま、他側のクランプ爪３により係止される着座不良が発生することがある。

このようなワークＷの着座不良は、リミットスイッチや近接センサなどの電気スイッチにより検知可能であるが、このような電気スイッチは、図１０に示されるようにオン／オフ信号を出力し、そのオン／オフ信号と変位量との関係は、環境（温度、湿度など）の変化、経時変化による劣化などによって変化し、どの位置でオン／オフ作動しているか不確定である。すなわち、精度が悪く、現場での調整も容易でないため使いづらい。

一方、図１１に示されるように、空圧源４から加圧供給されたエアをノズル５よりワークＷに吹付け、そのエア背圧を圧力センサ６により検出して、ワークＷの着座不良を検知するエアマイクロメータがある（例えば、特許文献２参照）。
特許第３００５６９９公報（第２−３頁、図１） 特開平６−３１５７５５号公報（第２頁、図５）

空圧源４からノズル５に供給される元圧は、工場の始業時などに同時に複数台の設備が運転開始されたときに、一時的に変化したり、また、季節による変動や、レギュレータの経時変化もあり、実態として元圧は、ばらつく問題がある。このように元圧が変化した場合は、正確な位置検出を行えないので、元圧を常に所定の値に保つように調整する必要があるが、容易でない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、気体の元圧が変動しても正確な位置検出を行える位置検出方法、位置検出装置およびこの位置検出装置を用いた位置決め装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、基準体とこの基準体に対し相対的に進退する可動体との間が密着した状態で基準体と可動体との間に気体を加圧供給する給気手段の元圧を検出し、可動体を相対的に動かした後に同一の給気手段から基準体と可動体との間に気体を加圧供給した場合の背圧を検出し、元圧と背圧との差圧から基準体に対する可動体の位置を検出する位置検出方法であり、そして、給気手段からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体に対する可動体の正確な位置を検出できるので、給気手段での圧力設定が容易になる。

請求項２記載の発明は、定位置に設けられた基準体と、ワークに当接してワークとともに基準体に対し相対的に進退移動するワーク検知体と、基準体とワーク検知体との隙間に気体を加圧供給する給気手段と、基準体とこの基準体に対し相対的に進退するワーク検知体との間が密着した状態で基準体とワーク検知体との間に気体を加圧供給する給気手段の元圧を検出し、ワーク検知体を相対的に動かした後に同一の給気手段から基準体とワーク検知体との間に気体を加圧供給した場合の背圧を検出し、元圧と背圧との差圧から基準体に対するワーク検知体の位置を検出する圧力検出手段とを具備した位置検出装置であり、そして、給気手段からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体に対するワーク検知体の正確な位置を検出できるので、給気手段での圧力設定が容易になり、また、給気手段から供給された気体をワークに直接当てるのではなく、給気手段から基準体とワーク検知体との隙間に加圧供給された気体の元圧および背圧を検出し、これらの差圧から間接的にワーク位置を検出することで、ワーク表面の凹凸状態などによって背圧の検出に誤差が発生するおそれを防止し、正確なワーク位置を検出する。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の位置検出装置において、基準体とワーク検知体との間に一定の隙間を確保する凹溝を具備したものであり、そして、基準体とワーク検知体との間が密着状態に近い場合に起きる、隙間量が変化しても圧力変化が現われにくい不感帯の発生を凹溝によって防止する。

請求項４記載の発明は、ワークを載せる複数のワーク載せ台と、これらのワーク載せ台上のワークをクランプするクランプ機構と、クランプされたワークが全てのワーク載せ台に着座されていることを確認する前記請求項２または３記載の位置検出装置とを具備した位置決め装置であり、そして、クランプ機構によるクランプ動作後に、ワークが全てのワーク載せ台に正確に着座している状態を前記の位置検出装置により検出することで、クランプ機構に対する信頼性を確保する。

請求項１記載の発明によれば、給気手段からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体に対する可動体の正確な位置を検出できるので、給気手段での圧力設定を容易にできる。

請求項２記載の発明によれば、給気手段からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体に対するワーク検知体の正確な位置を検出できるので、給気手段での圧力設定が容易になり、また、給気手段から供給された気体をワークに直接当てるのではなく、給気手段から基準体とワーク検知体との隙間に加圧供給された気体の元圧および背圧を検出し、これらの差圧から間接的にワーク位置を検出することで、ワーク表面の凹凸状態などによって背圧の検出に誤差が発生するおそれを防止でき、正確にワーク位置を検出できる。

請求項３記載の発明によれば、基準体とワーク検知体との間が密着状態に近い場合に起きる、隙間量が変化しても圧力変化が現われにくい不感帯の発生を凹溝によって防止できる。

請求項４記載の発明によれば、クランプ機構によるクランプ動作後に、ワークが全てのワーク載せ台に正確に着座している状態を前記の位置検出装置により検出できるので、クランプ機構に対する信頼性を確保できる。

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態、図５に示された他の実施の形態、および図６乃至図８に示された参考図を参照しながら詳細に説明する。

図１乃至図３は、位置決め装置を示し、ベース11上に、ワークＷを載せる複数のワーク載せ台12が立設され、これらのワーク載せ台12上のワークＷをクランプするクランプ機構13が配設されている。全てのワーク載せ台12に、クランプされたワークＷが全てのワーク載せ台12に正確に着座されていることを確認する位置検出装置14がそれぞれ設けられている。

クランプ機構13は、図１および図３に示されるように、定位置に配置された固定台15に固定爪16が設けられ、一方、流体圧シリンダ17により固定爪16に対して進退するように回動される可動爪18が対向して設置されている。

この可動爪18を回動する機構は、流体圧シリンダ17のシリンダ本体に固定されたＬ形のブラケット21にリンク22の下端部が軸23により回動自在に連結され、このリンク22の上端部に軸24により可動爪18の中間部が回動自在に連結され、また、流体圧シリンダ17のピストンロッド25の上端部と可動爪18の後端部とが軸26により回転自在に連結されている。

図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、各ワーク載せ台12に設けられたワーク着座状態検出用の位置検出装置14は、ベース11の定位置に基準体31が固定設置され、この基準体31上にフランジ状の下部ガイド体32および上部ガイド体33が順次嵌着されて固定され、これらの下部ガイド体32および上部ガイド体33の内部には、ワークＷに当接してワークＷとともに基準体31に対し相対的に進退移動するシャフト状の可動体としてのワーク検知体34が上下方向擦動自在に嵌合されている。

このワーク検知体34の上端に設けられたワーク当接部35は、中間部に一体形成されたフランジ部36と係合するコイルスプリング37により上方に付勢されている。このワーク検知体34は、図４（ｂ）に示されるように、フランジ部36と上部ガイド体33との間に設けられた隙間38の範囲内で、当接したワークＷとともに基準体31に対し相対的に進退移動するものである。

図１に示されるように、基準体31とワーク検知体34との隙間に気体としてのエアを加圧供給する給気手段41が設けられている。

この給気手段41は、空圧源42がエア３点セット43およびレギュレータ44を介して接続された基準体31の一側面から、ワーク検知体34の下面と対向する基準体31の上面にわたって一側エア孔45が穿設され、また、基準体31の上面に開口した一側エア孔45の開口部近傍から、基準体31の他側面にわたって他側エア孔46が穿設されている。

さらに、レギュレータ44の出力管路47には、全閉状態により基準体31とワーク検知体34との間が密着した状態を擬似的に作り出すとともに全開状態への切換が可能な電磁弁48と、流量調整によりワーク検知体34の突出速度を調整するスピードコントローラ48aと、電磁弁48より給気手段41側の管路内のエア圧力を検出する圧力センサ49と、スピードコントローラ48aよりワーク載せ台12側の管路内のエア圧力を検出する圧力センサ50と、圧力センサ49により検出された元圧と圧力センサ50により検出された電磁弁48の全開状態での背圧とから差圧を演算処理する差圧演算部51と、演算された差圧を表示する表示装置52とを備えた圧力検出手段53が設けられている。

この圧力検出手段53は、基準体31とこの基準体31に対し相対的に進退するワーク検知体34との間が密着した状態を電磁弁48の全閉位置で作り出した上で、基準体31とワーク検知体34との間にエアを加圧供給する給気手段41の元圧を圧力センサ49で検出し、ワーク検知体34を相対的に動かした後に同一の給気手段41から全開状態に切換えた電磁弁48を経て基準体31とワーク検知体34との間にエアを加圧供給した場合の背圧を圧力センサ50で検出し、元圧と背圧との差圧から基準体31に対するワーク検知体34の位置を検出し、ワークＷの着座状態を判断するものである。

なお、図５に示されるように、ワーク検知体34の下端面には、基準体31とワーク検知体34との間に一定の隙間を確保する凹溝39を設けても良い。この凹溝39は、基準体31の上面に設けても良い。

次に、この実施の形態の作用効果を、図６乃至図８も参照しながら説明する。

ワークＷがワーク載せ台12上に載置されたら、クランプ機構13の流体圧シリンダ17のピストンロッド25を上昇させることで、図１および図３に２点鎖線から実線に示されるように、リンク22を固定爪16の側へ回動させながら、可動爪18の爪先端を固定爪16に向けて下降するように回動させ、この可動爪18と固定爪16とによってワークＷを挟圧して固定する。

このクランプ機構13によるクランプ動作によってワークＷが浮上するなどの着座不良が発生したら、この着座不良は圧力検出手段53により検出されるので、修正作業をしたり、クランプ機構13の再動作などで着座不良を解消する。

このときの着座不良の検出方法は、先ず、ワークＷがワーク検知体34に載せられる前に、電磁弁48を全閉位置に切換えて、基準体31とワーク検知体34との間が密着した状態を電磁弁48で作り出した上で、給気手段41の元圧を圧力センサ49により検出し、元圧データを取込む。次に、ワークＷがワーク検知体34に着座されたら、電磁弁48を全開状態に切換え、同一の給気手段41からこの電磁弁48およびスピードコントローラ48aを経て、基準体31とワーク検知体34との間にエアを加圧供給して、その背圧を圧力センサ50により検出し、密着測定データとして取込む。そして、差圧演算部51により、圧力センサ49で検出された元圧と、圧力センサ50で検出された背圧との差圧を演算し、この差圧から基準体31に対するワーク検知体34の位置を検出し、ワークＷの着座状態を判断して、表示装置52に表示する。

この検出方法は、給気手段41からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体31とワーク検知体34との間の隙間量を正確に測定できるので、給気手段41での圧力設定が容易になる。

これを、図６および図７により説明すると、図６に示されるようにワーク検知体34の浮上り量０のときの元圧Ｐa1，Ｐb1が異なると、例えば浮上り量0.02mmのときの背圧Ｐa2，Ｐb2も異なるが、これらの差圧ΔＰa，ΔＰbは、一定であるから（ΔＰa＝ΔＰb）、元圧が変動しても、逆に、差圧から正確な浮上り量の判定が可能となり、差圧演算部51は、差圧ΔＰa，ΔＰbが設定された範囲内であれば着座状態良好、範囲外であれば着座状態不良の判断をする。元圧は調整する必要もないが、差圧の幅は任意に設定できる。

これに対して、図７に示されるように、背圧のみを検出して、その背圧が設定圧力（しきい値）よりも低い場合を着座不良と判断する場合は、着座不良となるワーク検知体34の浮上り量が元圧Ｐa1，Ｐb1によって異なり、誤差が生ずるので、元圧が常に一致するように調整する必要がある。

また、位置検出装置14は、給気手段41から供給されたエアをワークＷに直接当てるのではなく、給気手段41から基準体31とワーク検知体34との隙間に加圧供給されたエアの元圧と背圧とを検出し、元圧と背圧との差圧から間接的にワーク位置を検出する。

このように、エアをワークＷに直接当てないで、ワーク検知体34の機械加工面にエアを吹きかけ、この機械加工面でのエア背圧を検出することで、ワーク表面の凹凸状態などによって圧力検出手段53に誤差が発生するおそれを防止し、正確なワーク位置を検出できる。

さらに、図５に示されるようにワーク検知体34に凹溝39を設けることで、図８に示されるように、基準体31とワーク検知体34との間が密着状態に近い場合に起きる、隙間量が変化しても圧力変化が現われにくい不感帯の発生を防止する。

すなわち、凹溝39を設けることで、図８における改良前の特性曲線を改良後の特性曲線に水平移動させることができ、これにより、不感帯の部分を削除して、浮上り量に比例する圧力特性のみを残すことができ、微小なワークＷの浮上り量も検出可能となる。

以上のように、給気手段41からの元圧が変動しても、元圧と背圧との差圧から基準体31に対するワーク検知体34の正確な位置を検出できるので、給気手段41での圧力設定を容易にできる。

また、給気手段41から供給された気体をワークＷに直接当てるのではなく、給気手段41から基準体31とワーク検知体34との隙間に加圧供給された気体の元圧および背圧を検出し、これらの差圧から間接的にワーク位置を検出することで、ワーク表面の凹凸状態などによって背圧の検出に誤差が発生するおそれを防止でき、正確にワーク位置を検出できる。

さらに、基準体31とワーク検知体34との間が完全密着状態で起きる、隙間量が変化しても圧力変化が現われにくい不感帯の発生を凹溝39によって防止できる。

そして、クランプ機構13によるクランプ動作後に、ワークＷが全てのワーク載せ台12に正確に着座している状態を各ワーク載せ台12の位置検出装置14により正確に検出できるので、クランプ機構13に対する信頼性を確保できる。

なお、本発明の位置検出方法および位置検出装置14は、着座不良の検出だけでなく、ワークＷの加工面などの位置を検出して加工量を演算するなどの用途にも適用できる。

本発明に係る位置検出装置および位置決め装置の一実施の形態を示す要部を破断した側面図である。 同上装置の平面図である。 同上装置の正面図である。 （ａ）は同上ワーク載せ台のワーク着座前の状態を示す断面図、（ｂ）はそのワーク着座後の状態を示す断面図である。 同上装置のワーク載せ台の他の実施の形態を示す断面図である。 同上装置において元圧と背圧との差圧からワーク検知体の浮上り量を類推する位置検出方法を説明するための特性図である。 背圧のみからワーク検知体の浮上り量を類推する方法の誤差を説明するための特性図である。 同上装置においてワーク検知体の凹溝の作用効果を説明するための特性図である。 （ａ）は従来の位置決め装置におけるクランプ機構のクランプ前の状態を示す説明図、（ｂ）はそのクランプ後のクランプミスを示す説明図である。 従来の位置検出に使われる電気スイッチの作動特性を示す特性図である。 従来のエアマイクロメータを示す断面図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
12 ワーク載せ台
13 クランプ機構
14 位置検出装置
31 基準体
34 可動体としてのワーク検知体
39 凹溝
41 給気手段
53 圧力検出手段

Claims (4)

1. 基準体とこの基準体に対し相対的に進退する可動体との間が密着した状態で基準体と可動体との間に気体を加圧供給する給気手段の元圧を検出し、
   可動体を相対的に動かした後に同一の給気手段から基準体と可動体との間に気体を加圧供給した場合の背圧を検出し、
   元圧と背圧との差圧から基準体に対する可動体の位置を検出する
   ことを特徴とする位置検出方法。
2. 定位置に設けられた基準体と、
   ワークに当接してワークとともに基準体に対し相対的に進退移動するワーク検知体と、
   基準体とワーク検知体との隙間に気体を加圧供給する給気手段と、
   基準体とこの基準体に対し相対的に進退するワーク検知体との間が密着した状態で基準体とワーク検知体との間に気体を加圧供給する給気手段の元圧を検出し、ワーク検知体を相対的に動かした後に同一の給気手段から基準体とワーク検知体との間に気体を加圧供給した場合の背圧を検出し、元圧と背圧との差圧から基準体に対するワーク検知体の位置を検出する圧力検出手段と
   を具備したことを特徴とする位置検出装置。
3. 基準体とワーク検知体との間に一定の隙間を確保する凹溝
   を具備したことを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
4. ワークを載せる複数のワーク載せ台と、
   これらのワーク載せ台上のワークをクランプするクランプ機構と、
   クランプされたワークが全てのワーク載せ台に着座されていることを確認する請求項２または３記載の位置検出装置と
   を具備したことを特徴とする位置決め装置。

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