JP2010054413A - 着座距離判定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】披検出物までの距離が10μm以下の短い距離になってしまうと、背圧が上昇完了するまでに多くの時間が必要になり距離の判別に時間がかかる。
【解決手段】検出圧力を設定するレギュレータ１を内部または外部に設け、供給空気を遮断するための２ポート電磁弁２を設け、この二次側に圧力変換器（圧力センサ・圧力スイッチ・圧力トランデューサなど）３を設け、２ポート電磁弁２と圧力変換器３を制御する制御回路を設ける。検出物の検出面に用意した検出オリフィスまでの間の配管を行い、検出オリフィス５より被検出物に対し空気を流出させる。尚、２ポート電磁弁２はノーマルオープン又はノーマルクローズのどちらを使用しても良いが、この場合制御回路上で検出を行なう時に空気を遮断するよう制御すれば良い。尚、配管の内部に空気温度センサ、外部に温度センサを設けて圧力変換器３の温度による誤差に対し補正をかけても良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出したい物体との距離を短時間に判定し、尚且つ高精度な検出を行うことができる着座距離判定装置に関し、更に詳しくは、ワークなどの寸法精度、着座面への密着度や物体の有無（例：ドリル刃先の有無検出）をエアにより検出することで、耐環境性（耐熱、耐水性、耐粉塵）に優れ、安定して検出することができるもので、主として、切削液、粉塵、金属粉などが多い所での検出（工作機械、プレス機械、鋳造機械、成形機、製材機、その他各種自動化装置）、 非接触検出が必要な装置での検出（製造機械、ガラス加工機、プラスチック成形機など）、 耐環境性(耐熱、耐水性)が必要な装置での検出（鉄鋼プラント、タイヤ成形機、洗浄機など）寸法精度の自動判定（工作機械、研摩機、分別機、電気(電子)部品加工など）などの技術分野で使用される着座距離判定方法とその装置に関する。

従来、斯かる着座距離判定装置としては、例えば、検出したい物体の面に空気が通るオリフィスを設け、このオリフィスより圧縮空気を流し、被検出物との距離によって発生する背圧を圧力検出器で圧力の上昇値の違いを測定し、被検出物との距離の違いを判定していた（特許文献１及び２参照）。
特開２０００−１４１１６６号公報 特開平６−１１４６８５号公報

しかしながら、上述した従来の着座距離判定装置にあっては、例えば、披検出物までの距離が10μm以下の短い距離になってしまうと、背圧が上昇完了するまでに多くの時間が必要になり距離を判別するのに時間がかかってしまうといった問題があり、また、検出面に用意した検出オリフィスまでの配管が長く配管径が太いほど、圧力上昇に時間がかかり判定に時間がかかっていた。

更に、圧力の上昇による背圧の違いにより着座距離を検出する場合、背圧の変化の傾きは時間と共に変化してしまうので、判定時の誤差が生じ易く、特に判定する検出距離が短い場合（例えば、10μｍ以下のような場合）安定して検出することはできなかった。

また、検出距離の微調整のために、検出オリフィスとは別の場所に一定の微小流量を大気に放出することで調整を行うこともあり、空気の無駄な消費もあった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、検出したい物体との距離を短時間に判定することができると共に、仮令、判定する検出物と披検出物までの距離が短い時（10μm以下）でも安定して高精度な検出を行うことができる着座距離判定方法とその装置を提供することを目的としたものである。

上述の如き従来の問題点を解決し、所期の目的を達成するため本発明の要旨とする構成は、検出面のオリフィスから空気を流出させ、被検出物が着座した際に供給空気を止める第１行程と、被検出物との距離による圧力変化を測定する第２工程と、圧力が低下し始めた圧力Pから一定時間Tが経過した後の圧力P''までの圧力変化量△Pを測定し及び／又はこの時間Tと圧力変化量△Pにより圧力変化の傾きを求める第３工程と、予め測定しておいた検出したい距離の傾きと比較して合格範囲か不合格範囲かを比較し判定する第４工程とを有する着座距離判定方法に存する。

また、前記第３工程は、圧力変化量△Ｐのみを比較して若しくは圧力が低下し始めた圧力Ｐから圧力が低下した圧力値P1までの時間の変化量△Tで比較して圧力変化の傾きを求めても良い。

更に、前記第３工程は、検出オリフィスから流出する圧縮空気が音速領域の間、略一定の傾きで圧力が低下することを利用して圧力変化量△Pを測定するのが良い。

また、前記第４工程は、被検出物との距離が小さいほど圧力変化の傾きが小さく、距離が大きいほど圧力変化の傾きが大きくなる特性を用いて合格範囲か否かを比較し判定するのが良い。

更に、必要な情報や第４工程で得た判定結果を表示する表示手段及び／又はオープンコレクタ出力やリレー出力で外部に判定結果を出力する外部出力手段を備えるのが良い。

また、前記表示手段は、予めマイクロメータによって各隙間での傾きを記憶しておき、その傾きと第３工程で判定した傾きを比較することで、ダイレクトに現在の着座距離が何ミリ、何ミクロンという結果を表示するのが良い。

更に、本発明は圧力を設定するレギュレータと、供給空気を遮断するための２ポート電磁弁と、該２ポート電磁弁の二次側に設けられた圧力変換器とを備え、被検出物の検出面に用意した検出オリフィスまでの間に配管を設けて検出オリフィスより被検出物に対し空気を流出させる着座距離判定装置に存する。

また、前記配管の内部に空気温度センサを外部に温度センサを設けて圧力変換器の温度による誤差に対し補正を行うのが良い。

更に、必要な情報や判定した結果を表示させるための表示手段及び／又は判定結果を外部に出力する外部出力手段を備えるのが良い。

本発明は上述のように構成され、特に、検出物と披検出物までの距離が短い時（10μm以下）や配管の長さが長く、配管径が太くなるほど、被検出物までの距離を判定するのに時間がかかってしまう問題を、短時間に判定できるといった効果を奏するものであり、また、供給する圧縮空気の圧力が検出中に変動したとしても検出精度に影響を及ぼさずに判定を維持することができる。

更に、本発明は、検出オリフィス以外には余計な空気を消費させないよう、空気の無駄を削減し、高精度で小型、かつ低コストの着座距離判定装置を提供できるといった効果を奏する。

検出圧力を設定するレギュレータを外部又は内部に設け、供給空気を遮断するための２ポート電磁弁を設け、この二次側に圧力変換器を設ける。検出物の検出面に用意した検出オリフィスまでの間の配管を行い、検出オリフィスより被検出物に対し空気を流出させる。配管の内部に空気温度センサ、外部に温度センサを設けて圧力変換器の温度による誤差に対し補正をかけると共に、必要な情報や判定した結果を表示させるための表示手段及び／又は判定結果を外部に出力する外部出力手段を備えるのが良い。

次に、本発明に係る着座距離判定装置の実施の一例を図面を参照しながら説明する。図中Ａは、本発明に係る着座距離判定装置であり、この着座距離判定装置Ａは、図１に示すように、検出圧力を設定するレギュレータ１を内部又は外部に設け、供給空気を遮断するための２ポート電磁弁２を設け、この二次側に圧力変換器（圧力センサ・圧力スイッチ・圧力トランデューサなど）３を設け、２ポート電磁弁２と圧力変換器３を制御する制御回路を設ける。検出物の検出面に用意した検出オリフィスまでの間の配管を行い、検出オリフィス５より被検出物に対し空気を流出させる。尚、２ポート電磁弁２はノーマルオープン又はノーマルクローズのどちらを使用しても良いが、この場合制御回路上で検出を行なう時に空気を遮断するよう制御すれば良い。

尚、配管の内部に空気温度センサ、外部に温度センサを設けて圧力変換器３の温度による誤差に対し補正をかけても良い。

次に、本発明に係る着座距離判定装置の第２実施例を図２を参照しながら説明する。検出物周辺の切屑やゴミや水・油などのノズル目詰まりを防ぐために、検出圧力よりも低いブロー圧力を流出しておき、被検出物を検出する時に検出圧力兼高圧ブロー側の２ポート電磁弁をＯＮにした状態で２ポート電磁弁２をON／OFFさせて検出圧力を流出せしめる。

これにより、常時検出圧力をかける必要がなく低圧ブローにより目詰まりも防止でき、待機中の空気のエネルギーを最小限に抑えることができる。また、切屑やゴミや水など汚れがひどく、低圧ブローでは十分でない場合に、例えば、検出圧力を高圧ブローに必要な圧力にすることで、高圧ブロー兼検出圧力として測定することもできる。図２(ａ)は低圧ブローのレギュレータ１と検出圧力兼高圧ブロー用２ポート電磁弁６を設けた場合の回路例。図２(ｂ)は低圧ブローにレギュレータを用いずに低流量可変オリフィスを設けた場合の回路例。図２(ｃ)は２ポート電磁弁２がノーマルクローズの場合の一例を示す。

次に、本発明の着座距離測定方法の第１行程について説明する。初めに、検出面と被検出物の距離を判定したい検出距離に設定し、検出物のオリフィスから空気を流出させ、被検出物が着座した際に、供給空気を一次的に遮断する。遮断時間は、約200msec〜500msec間遮断し、その後は遮断を解除し検出圧力Pに戻る。この遮断時に、二次側の圧力低下が早い条件の時に、最低でも必要な圧力値で遮断信号を解除するのが良い。

次に、第２工程について説明する。被検出物との距離と配管ボリューム（配管径と配管長さ）により圧力低下度合いの圧力変化を測定する。圧力の変化は圧力の微小な変化を検出できるようにするため、圧力変換器（圧力センサ・圧力スイッチ・圧力トランデューサなど）のアナログ信号により得るのが望ましい。

次に、第３工程について説明する。検出圧力を加えて、２ポート電磁弁により空気を遮断すると、圧力が低下し始めるので、この圧力が低下し始めた圧力Pから一定時間Tが経過した後の圧力P'までの圧力変化量△Pを測定し、この圧力変化量△Pと時間Tにより傾きαを求める。この場合、判定結果を毎回T秒後に算出し得ることが出来るので、検出距離の判定時間を一定にすることが可能である。

また、より検出距離の精度を得るためには、２ポート電磁弁による応答時間の誤差による影響を無くすために、圧力が低下し始めた圧力Pより例えば数％低下後の圧力P1を基準とし、この基準の圧力P1からある一定の時間T1 経過後の圧力P1'までの圧力変化量△P1を求め、次工程で、時間T1と圧力変化量△P1により傾きαを求めるのが良い。尚、圧力変化量と時間の積による面積を求め比較しても良い。

また、簡略化する場合は、この圧力変化量△Ｐ又は△P1で比較しても良い。更に、圧力が低下し始めた圧力Ｐから、圧力が低下した圧力値P1までの時間の変化量△T又は圧力が低下した圧力値Pから、圧力が低下した圧力値Ｐ1とさらに圧力が低下した圧力値P2までの時間の変化量△Ｔで比較しても良い。

ここで求めた傾きαが小さいほど検出面と被検出物との隙間距離が狭く、大きいほど隙間距離が長いことを利用し、次工程で着座距離を判別する。

次に、第４工程について説明する。前工程で求めた傾きαと、予め測定しておいた着座距離の傾きβと比較して合格範囲か不合格範囲かを比較し判定する。例えば、図５に示すように、合格として判定したい検出距離の状態に検出物を設定し圧力変化の傾きβ1を求めておく。次に不合格として判定したい検出距離の状態に設定し、圧力変化の傾きβ2を求める。この二つの傾きの中心値を判定基準の傾きβとし、第３工程で求めた検出面と被検出物との圧力変化の傾きαがこの基準の傾きβよりも大きいか小さいかを判定し着座距離を判別する。より簡易的に基準を決めたい場合は傾きβ１又は傾きβ２を求めたものを判定基準の傾きβと置いても良いが、合格判定の着座距離での微小な誤差による誤検出を防ぐために補正値を考慮するほうが良い。

また、検出面と被検出物の距離をマスターゲージやマイクロメータで隙間を作り、複数の判定値を記憶させることで、検出面と被検出物との距離を判定した結果の値と比較し検出距離を数値に置き換えて判定させることもできる。例えば、マイクロメータを検出面に密着した状態の0μmから1μｍや10μmごとの隙間を作り、各隙間の判定値を記憶させていく。第３工程で得た傾きαとこの複数の判定値とを比較することで、着座距離が何μｍかを数値で直接表すことができる。

特に、判定精度を必要としない場合は、予め測定しておいた検出物までの配管径や長さとノズルの径、検出圧力等による条件での判定値を記憶しておき、この判定値との比較をさせることでおおよその着座距離を判定できる。

次に、第５工程について説明する。例えば、図７に示すように、圧力値P、傾きα、傾きβ、判定結果などを表示し、その他、必要な情報を表示部に出力し判定結果を外部に出力信号を出す。出力信号としてはオープンコレクタ出力やリレー出力やアナログ出力信号など外部に判定結果を出力することができる。

尚、本発明の着座距離判定方法及びその装置は、本実施例に限定されることなく、本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂するものである。例えば、図６に示すように、検出箇所が複数ある場合で連式を構成する場合、検出物毎に２ポート電磁弁２と圧力変換器３を設けることで、各検出距離を個別に判定することが可能となる。

また、システムの電気的な処理として、電磁弁を制御する機器は無接点（トランジスタ・SSR等）の物を用いても良い。有接点を用いても良いが有接点の場合、電磁弁を切り替える信号が無接点のものと比べて遅く応答時間が安定しない。

そのため、最終的な検出判定時間が数十msec無接点に比べて遅くなる。検出距離になったら、電磁弁を約200msec〜500msecほどの短時間でON／OFF制御させる。この時、検出圧力が、数％(約0.1〜1％)低下した圧力から一定の時間（例えば100〜150msec間）の圧力変化による傾きの違いを算出することにより、電磁弁の応答時間の誤差に影響することなく検出面と被検出物の距離を短時間に判別することができる。

また、より高精度に検出判定を行いたい場合は、検出圧力から低下する圧力P1を固定することで、同じ圧力からの変化量を求められるので、より高精度の検出が可能となる。

更に、制御をより簡略化させるためには、２ポート電磁弁を遮断した時間から、約40msec後から200msec間の圧力の変化による傾きを算出しても精度よく判定をすることが可能である。

この判定方法の場合、検出距離の判定時間を一定の時間にすることができる。しかし、圧力の変動や長期間放置後の一回目の検出結果が安定しないことがあるので、圧力変動を受けにくいように精度の良いレギュレータや長期間放置後は予め数回電磁弁を開閉させ初期運転を行う必要がある。

また、より高精度にしたい場合は、センサの温度変化による特性誤差を相殺させるために、空気通路内部又は外部の空気温度の結果をフィードバックして、補正させることでより高精度に着座距離を検出することができる。

例えば、本実施例で示す検出方式である圧力変化を検出する方法と、従来の方式である背圧を検出する方法を併用することにより、短時間に判定した後も従来の方法で引き続き検出距離を確認することで、先に検出した判定結果に誤りがあるかないかの再判定をすることにより、誤検出を防ぐと共に、より確実な検出を行うことができる。

本発明に係る着座距離判定装置の第１実施例を示す説明図である。 本発明に係る着座距離判定装置の第２実施例を示す説明図である。 本発明に係る着座距離判定方法における圧力変化量△Pと時間Tとの関係を示すグラフである。 本発明に係る着座距離判定方法における検出距離の基準値より隙間距離が狭いか長いかを判定する傾きを示す説明図である。 本発明に係る着座距離判定装置の第３実施例を示す説明図である。 本発明に係る着座距離判定装置の第４実施例を示す説明図である。 本発明に係る着座距離判定装置で使用する表示手段を示す説明図である。

符号の説明

１ レギュレータ
２ ２ポート電磁弁
３ 圧力変換器
４ 配管
５ 検出オリフィス
６ ２ポート電磁弁（検出圧力兼高圧ブロー用）

Claims (9)

1. 検出面のオリフィスから空気を流出させ、被検出物が着座した際に供給空気を止める第１行程と、被検出物との距離による圧力変化を測定する第２工程と、圧力が低下し始めた圧力Pから一定時間Tが経過した後の圧力P''までの圧力変化量△Pを測定し及び／又はこの時間Tと圧力変化量△Pにより圧力変化の傾きを求める第３工程と、予め測定しておいた検出したい距離の傾きと比較して合格範囲か不合格範囲かを比較し判定する第４工程とを有することを特徴とする着座距離判定方法。
2. 前記第３工程は、圧力変化量△Ｐだけで圧力変化の傾きを求め若しくは圧力が低下し始めた圧力Ｐから圧力が低下した圧力値P1までの時間の変化量△Tで比較して圧力変化の傾きを求めることを特徴とする請求項１に記載の着座距離判定方法。
3. 前記第３工程は、検出オリフィスから流出する圧縮空気が音速領域の間、略一定の傾きで圧力が低下することを利用して圧力変化量△Pを測定することを特徴とする請求項１に記載の着座距離判定方法。
4. 前記第４工程は、被検出物との距離が小さいほど圧力変化の傾きが小さく、距離が大きいほど圧力変化の傾きが大きくなる特性を用いて合格範囲か否かを比較し判定することを特徴とする請求項１に記載の着座距離判定方法。
5. 必要な情報や第４工程で得た判定結果を表示する表示手段及び／又はオープンコレクタ出力やリレー出力で外部に判定結果を出力する外部出力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の着座距離判定方法。
6. 前記表示手段は、予めマイクロメータによって各隙間での傾きを記憶しておき、その傾きと第３工程で判定した傾きを比較することで、ダイレクトに現在の着座距離が何ミリ、何ミクロンという結果を表示することを特徴とする請求項５に記載の著座距離判定方法。
7. 圧力を設定するレギュレータと、供給空気を遮断するための２ポート電磁弁と、該２ポート電磁弁の二次側に設けられた圧力変換器とを備え、被検出物の検出面に用意した検出オリフィスまでの間に配管を設けて検出オリフィスより被検出物に対し空気を流出させることを特徴とする着座距離判定装置。
8. 前記配管の内部に空気温度センサを外部に温度センサを設けて圧力変換器の温度による誤差に対し補正を行うことを特徴とする請求項７に記載の着座距離判定装置。
9. 必要な情報や判定した結果を表示させるための表示手段及び／又は判定結果を外部に出力する外部出力手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の着座距離判定装置。

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