JP2009275917A

JP2009275917A - エアシリンダ駆動装置

Info

Publication number: JP2009275917A
Application number: JP2009192777A
Authority: JP
Inventors: Terutsugu Matsubara; 輝次松原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】従来ＯＮ／ＯＦＦ制御で使われてきたロッドを有するエアシリンダを使い、精密な位置制御や力制御を行うことができるエアシリンダ駆動装置を提供する。
【解決手段】ロッドを有するエアシリンダ１と、エアシリンダ１に接続されるエアサーボ弁３と、エアサーボ弁３を駆動するコントローラ６と、エアシリンダ１のロッドに連結されその変位を検出する変位計７とを備え、コントローラ６は入力する指令信号と変位計７の変位信号との偏差を増幅してエアサーボ弁３を駆動し、前記偏差がゼロになるようにフィードバック制御する。またはエアシリンダ１のロッドに連結されそのロッドの負荷力を検出するロードセルを備え、コントローラ６は入力する指令信号とロードセルの負荷力信号との偏差を増幅してエアサーボ弁３を駆動し、前記偏差がゼロになるように制御する。前記ロードセルはロッドと負荷される部材との間に介設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品の疲労耐久試験機あるいは位置決め装置に関し、特には装置を構成するエアシリンダの駆動装置に関する。

従来、汎用のエアシリンダは負荷を所定距離移動させる目的、例えば材料試験における負荷機構として使用される。図３は、一般的なエアシリンダ駆動装置の概略を示す図である。図３において、エアシリンダ１は、チューブと、ピストンとロッドなどで構成され、一般的な汎用品である。圧縮空気源２は、圧縮空気を電磁弁３１へ供給する。圧縮空気の圧力は例えば０．３〜０．７ＭＰａである。電磁弁３１は、入力するＯＮ／ＯＦＦ制御信号に従って、エアシリンダ１へ接続されている２本のエア配管に対して給気・排気の切り替えをする。負荷対象物３２は固定用の治具９、１０により固定される。治具９はロッドの先端に締着され、治具１０はエアシリンダ１とともに筐体（図示しない）に定着される。

負荷対象物３２に圧縮方向の負荷加重を作用させるＯＮ／ＯＦＦ制御信号が入力した場合、電磁弁３１はエアシリンダ１の左の部屋に圧縮空気を給気すると同時に、エアシリンダ１の右の部屋の空気を大気へ放出する。負荷対象物３２に引張方向の負荷加重を作用させるＯＮ／ＯＦＦ制御信号が入力した場合は、左右の部屋の給気・排気を逆にする。ロッドの停止位置をエアシリンダ１のストロークエンド以外に設定する場合は、所定位置にストッパー（図示しない）を配設する。図３に示すエアシリンダ駆動装置は、ＯＮ／ＯＦＦ制御で作動する装置であり、精密な位置制御や力制御を行うのは困難を伴う。

しかし近年、サーボ機構を利用して位置制御・力制御特性を向上させるシステムも提案されており、空気圧を利用した高性能のアクチュエータの実用化が進められている。油圧式サーボと同様な制御システムを空気圧で構築し、精度の高い制御を実現した、疲労耐久試験機が提案されている。（例えば非特許文献１参照）

島津評論、第６２巻、第３・４号、２２７〜２３３（２００６）

従来ＯＮ／ＯＦＦ制御で使われてきたロッドを有するエアシリンダを使い、精密な位置制御や力制御を行うことができるエアシリンダ駆動装置を提供する。

圧縮空気源からの圧縮空気がバルブを介して供給されこの圧縮空気により作動するロッドを有するエアシリンダを備えたエアシリンダ駆動装置において、前記バルブをエアサーボ弁で構成するとともに、該エアサーボ弁を駆動制御するコントローラと、前記エアシリンダのロッドに連結されその変位を検出する変位計とを備え、前記コントローラは入力する指令信号と前記変位計の変位信号との偏差がゼロになるように制御する。前記変位計はエアシリンダに並列して設置することが望ましい。

圧縮空気源からの圧縮空気がバルブを介して供給されこの圧縮空気により作動するロッドを有するエアシリンダを備えたエアシリンダ駆動装置において、前記バルブをエアサーボ弁で構成するとともに、該エアサーボ弁を駆動制御するコントローラと、前記エアシリンダのロッドに連結されそのロッドの負荷力を検出するロードセルとを備え、前記コントローラは入力する指令信号と前記ロードセルの負荷力信号との偏差がゼロになるように制御する。前記ロードセルはロッドと負荷される部材との間に介設することが望ましい。

本発明のエアシリンダ駆動装置では、従来ＯＮ／ＯＦＦ制御で使われてきた汎用のエアシリンダがサーボ制御され、該エアシリンダのロッドは任意位置または任意負荷力で制御・駆動されるため、油圧を使用しない小形疲労耐久試験機あるいは位置決め装置への適用が期待できる。また、この小形疲労耐久試験機においては、主要部のアクチュエータが汎用のエアシリンダで構成されるため、安価な装置の提供が期待できる。

本発明のエアシリンダ駆動装置で変位計をエアシリンダに並列して設置した図である。本発明のエアシリンダ駆動装置でロードセルをロッドと負荷される部材との間に介設した図である。一般的なエアシリンダ駆動装置の概略を示す図である。

圧縮空気源より供給される圧縮空気は、フィルタを通過し清浄化され、レギュレータで一定圧力に調整される。

以下、本発明の２つの実施例について図を参照して説明する。

はじめに第１の実施例について図１を参照して説明する。図１は、本発明のエアシリンダ駆動装置で変位計をエアシリンダに並列して設置した図である。図１において、エアシリンダ１は、チューブと、ピストンとロッドなどで構成され、従来ＯＮ／ＯＦＦ制御で使われてきた汎用品である。前記チューブの内径は例えば８０ｍｍである。圧縮空気源２は、圧縮空気をエアサーボ弁３へ供給する。圧縮空気の圧力は例えば０．５ＭＰａである。エアサーボ弁３は入力する制御信号に応じて、エアシリンダ１へ接続されるエア配管４、５の空気流量を変え、制御信号の極性に応じてエア配管４、５に対する給気・排気の切り替えをする。エア配管４またはエア配管５からの排気は、エアサーボ弁３に配設された大気開口部３ａを介して大気に放出される。コントローラ６は、変位信号と指令信号との差を増幅し、制御信号としてエアサーボ弁３に送信しこれを駆動する。変位計７は、ロッドの変位を検出し、変位信号としてコントローラ６へ送信する。試験片８は固定用の治具９、１０により固定される。治具９はロッドの先端に配設され、治具１０は筐体（図示しない）に配設される。エアシリンダ１とエアサーボ弁３はベース板１１に固定され、ベース板１１は筐体（図示しない）に固定される。回り止め１２はロッドの回転防止のガイドとして機能する。

ロッドの位置（変位信号）が指令信号の示す位置より左にある場合は、コントローラ６はその差を増幅し、制御信号としてエアサーボ弁３へ送信する。エアサーボ弁３はエア配管４を介してエアシリンダ１の左の部屋に圧縮空気を給気すると同時にエア配管５を介して右の部屋の空気を排気しロッドの位置を右に移動させる。給気・排気の空気流量は制御信号により制御される。ロッドの位置（変位信号）が指令信号の示す位置より右にある場合は、制御信号の極性が反転し、エアサーボ弁３はエア配管５を介してエアシリンダ１の右の部屋に圧縮空気を給気すると同時にエア配管４を介して左の部屋の空気を排気しロッドの位置を左に移動させる。

本発明は以上の構成であるから、図１に示す装置は、コントローラ６に入力される指令信号（試験波形）と変位計７の変位信号との偏差を増幅してエアサーボ弁３を駆動し、前記偏差がゼロになるようにフィードバック制御する装置であり、容量が例えば２ｋＮでストロークが例えば±２５ｍｍの小形疲労耐久試験機として機能する。

つぎに第２の実施例について図２を参照して説明する。図２は、本発明のエアシリンダ駆動装置でロードセルをロッドと負荷される部材との間に介設した図である。図２において、エアシリンダ１は、チューブと、ピストンとロッドなどで構成され、従来ＯＮ／ＯＦＦ制御で使われてきた汎用品である。前記チューブの内径は例えば８０ｍｍである。圧縮空気源２は、圧縮空気をエアサーボ弁３へ供給する。圧縮空気の圧力は例えば０．５ＭＰａである。エアサーボ弁３は入力する制御信号に応じて、エアシリンダ１へ接続されるエア配管４、５の空気流量を変え、制御信号の極性に応じてエア配管４、５に対する給気・排気の切り替えをする。エア配管４またはエア配管５からの排気は、エアサーボ弁３に配設された大気開口部３ａを介して大気に放出される。コントローラ６は、負荷力信号と指令信号との差を増幅し、制御信号としてエアサーボ弁３に送信しこれを駆動する。ロードセル２１は、ロッドの先端に配設され、負荷力を検出し、負荷力信号としてコントローラ６へ送信する。試験片８は固定用の治具９、１０により固定される。治具９はロードセル２１を介してロッドの先端に配設され、治具１０は筐体（図示しない）に配設される。エアシリンダ１とエアサーボ弁３はベース板２２に固定され、ベース板２２は筐体（図示しない）に固定される。回り止め１２はロッドの回転防止のガイドとして機能する。

試験片８への力（負荷力信号）が指令信号の示す力より小さい場合は、コントローラ６はその差を増幅し、制御信号としてエアサーボ弁３へ送信する。エアサーボ弁３はエア配管４を介してエアシリンダ１の左の部屋に圧縮空気を給気すると同時にエア配管５を介して右の部屋の空気を排気しロッドを右に移動させる。給気・排気の空気流量は制御信号により制御される。試験片８への力（負荷力信号）が指令信号の示す力より大きい場合は、制御信号の極性が反転し、エアサーボ弁３はエア配管５を介してエアシリンダ１の右の部屋に圧縮空気を給気すると同時にエア配管４を介して左の部屋の空気を排気しロッドを左に移動させる。

本発明は以上の構成であるから、図２に示す装置は、コントローラ６に入力される指令信号（試験波形）とロードセル２１の負荷力信号との偏差を増幅してエアサーボ弁３を駆動し、前記偏差がゼロになるようにフィードバック制御する装置であり、容量が例えば２ｋＮでストロークが例えば±２５ｍｍの小形疲労耐久試験機として機能する。

図１に示す第１の実施例においては、装置は小形疲労耐久試験機として機能しているが、試験片８と、治具９、１０とを除去し、エアシリンダ１のロッドの先端に負荷対象物を配設することにより、装置は位置決め装置として機能する。このような位置決め装置にも本発明は適用可能である。
また、図１に示す第１の実施例では負荷力を検出するロードセルが配設されていないが、ロードセルを治具９とロッド先端との間に介設しその出力信号（負荷力信号）をコントローラ６へ送信するようにしてもよい。コントローラ６は送信される変位信号と負荷力信号を使い、試験片８の変形量と荷重の関係をサンプリングし、表示器に表示する。このような機能を有する小形疲労耐久試験機にも本発明は適用可能であり装置は図示例に限定されない。

部品の疲労耐久試験機あるいは位置決め装置に関し、特には装置を構成するエアシリンダの駆動装置に関する。

１エアシリンダ
２圧縮空気源
３エアサーボ弁
３ａ大気開口部
４エア配管
５エア配管
６コントローラ
７変位計
８試験片
９治具
１０治具
１１ベース板
１２回り止め
２１ロードセル
２２ベース板
３１電磁弁
３２負荷対象物

Claims

圧縮空気源からの圧縮空気がバルブを介して供給されこの圧縮空気により作動するロッドを有するエアシリンダを備えたエアシリンダ駆動装置において、前記バルブをエアサーボ弁で構成するとともに、該エアサーボ弁を駆動制御するコントローラと、前記エアシリンダのロッドに連結されその変位を検出する変位計とを備え、前記コントローラは入力する指令信号と前記変位計の変位信号との偏差がゼロになるように制御することを特徴とするエアシリンダ駆動装置。
圧縮空気源からの圧縮空気がバルブを介して供給されこの圧縮空気により作動するロッドを有するエアシリンダを備えたエアシリンダ駆動装置において、前記バルブをエアサーボ弁で構成するとともに、該エアサーボ弁を駆動制御するコントローラと、前記エアシリンダのロッドに連結されそのロッドの負荷力を検出するロードセルとを備え、前記コントローラは入力する指令信号と前記ロードセルの負荷力信号との偏差がゼロになるように制御することを特徴とするエアシリンダ駆動装置。
前記変位計を前記エアシリンダに並列して設置したことを特徴とする請求項１記載のエアシリンダ駆動装置。
前記ロードセルを前記ロッドと負荷される部材との間に介設したことを特徴とする請求項２記載のエアシリンダ駆動装置。