JP2018059549A - シリンダの動作状態監視装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリンダの近傍にセンサを設置することなく、シリンダ本体内の一端又は他端へのピストンの到達を検出する。
【解決手段】監視装置10を構成する検出器54のマイクロコンピュータ62は、第1圧力値P1を時間微分して第1時間微分値dP1を算出し、又は、第2圧力値P2を時間微分して第2時間微分値dP2を算出する。そして、マイクロコンピュータ62は、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2のうち、少なくとも一方の時間微分値に基づいて、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したか否かを判定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、シリンダ本体と、シリンダ本体内の一端と他端との間を往復移動可能なピストンと、ピストンと一体に連結されたピストンロッドとを有するシリンダの動作状態監視装置に関する。
シリンダは、シリンダ本体と、該シリンダ本体内の一端と他端との間で往復移動するピストンと、該ピストンと一体に連結されたピストンロッドとを有する。シリンダ本体内の一端とピストンとの間には第1シリンダ室が形成され、シリンダ本体内の他端とピストンとの間には第2シリンダ室が形成される。ここで、流体供給源から第1シリンダ室に流体を供給し、又は、第2シリンダ室に流体を供給することにより、ピストン及びピストンロッドをシリンダ本体内の一端と他端との間で往復移動させることができる。特許文献1には、このようなシリンダにおいて、ピストンロッドに磁石を内蔵させ、シリンダ本体の一端及び他端に該磁石の磁気を検知する位置検出センサを設けることが開示されている。
特許第3857187号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、シリンダの近傍に位置検出センサが設置されているので、例えば、食品関係の設備にシリンダを使用した場合、食品等に対する洗浄液をシリンダが浴びると、位置検出センサ及び該位置検出センサの配線が腐食する可能性がある。そこで、位置検出センサ及びその配線の耐液性を確保しようとすれば、コストがかかる。
従って、シリンダにセンサを設置できない環境下においても、シリンダ本体内を往復移動するピストンの一端又は他端への到達を検出できるようにする必要がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、シリンダの近傍にセンサを設置することなく、シリンダ本体内の一端又は他端へのピストンの到達を検出することができるシリンダの動作状態監視装置を提供することを目的とする。
本発明は、シリンダ本体内の一端とピストンとの間に第1シリンダ室が形成されると共に、前記シリンダ本体内の他端と前記ピストンとの間に第2シリンダ室が形成され、流体供給源から前記第1シリンダ室に流体が供給され、又は、前記流体供給源から前記第2シリンダ室に流体が供給されることで、ピストンロッドに連結された前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端と他端との間で往復移動するシリンダの動作状態監視装置に関する。
そして、上記の目的を達成するため、本発明に係るシリンダの動作状態監視装置は、前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室の圧力の時間微分値に基づいて、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定する判定部をさらに有する。
前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したときに、前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室から流体が排出され、又は、前記流体供給源から流体が供給されることに起因して、前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室の圧力は、時間経過に伴って変化する。
そこで、本発明では、このような圧力の時間変化に着目し、前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室の圧力の時間微分値に基づいて、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定する。すなわち、少なくとも一方のシリンダ室の圧力の時間微分値を用いて、前記シリンダ本体内の一端又は他端への前記ピストンの到達を判定する。
この場合、前記流体供給源から前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室への流体の供給経路の圧力を検出すれば、前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室の圧力を検出することが可能となる。従って、前記シリンダの近傍に前記圧力を検出するセンサを設置することが不要となる。従って、本発明では、前記シリンダの近傍にセンサを設置することなく、前記シリンダ本体内の一端又は他端への前記ピストンの到達を検出することが可能となる。
ここで、前記動作状態監視装置は、前記第1シリンダ室に流体を給排する第1配管内の圧力を第1圧力値として検出する第1圧力検出部、及び/又は、前記第2シリンダ室に流体を給排する第2配管内の圧力を第2圧力値として検出する第2圧力検出部をさらに有する。この場合、前記判定部は、前記第1シリンダ室の圧力に応じた前記第1圧力値の時間微分値、及び/又は、前記第2シリンダ室の圧力に応じた前記第2圧力値の時間微分値に基づいて、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定すればよい。
このように、前記第1配管に前記第1圧力検出部が設けられる一方で、前記第2配管に前記第2圧力検出部が設けられるので、前記シリンダの近傍へのセンサの設置、及び、該センサに対する配線が不要となる。この結果、食品関係の設備に前記シリンダを好適に用いることができ、その洗浄工程でのセンサ及び配線の腐食等の発生を回避することができる。
また、前記第1圧力値をセンシングする前記第1圧力検出部、及び、前記第2圧力値をセンシングする前記第2圧力検出部の精度のバラツキや温度特性等による検出レベルの変化に対応するため、前記第1圧力値及び/又は前記第2圧力値の時間微分値に基づいて前記シリンダ本体内の一端又は他端に前記ピストンが到達したか否かを判定することにより、前記判定部での判定結果がバラツキ等の影響を受けないようにすることができる。
この場合、前記判定部は、前記第1圧力値及び前記第2圧力値が大気開放側の圧力値に変化するときの時間微分値の変化から、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したと判定すればよい。前記第1圧力値又は前記第2圧力値が前記大気開放側の圧力値に変化する際、前記時間微分値は、時間経過に伴って急激に変化する。この急激な変化を捉えることにより、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したことを一層精度良く検出することが可能となる。
あるいは、前記判定部は、前記第1圧力値又は前記第2圧力値のうち、いずれか一方の圧力値が、前記流体供給源が供給する流体の圧力値、又は、大気開放側の圧力値に変化するときの時間微分値の変化から、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したと判定してもよい。いずれか一方の圧力値が、前記流体供給源が供給する流体の圧力値、又は、前記大気開放側の圧力値に変化する際、前記時間微分値は、時間経過に伴って変化する。そこで、この変化を捉えることにより、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したことを精度良く検出することが可能となる。
本発明によれば、ピストンがシリンダ本体内の一端又は他端に到達したときの第1シリンダ室又は第2シリンダ室の圧力の時間変化に着目し、第1シリンダ室又は第2シリンダ室の圧力の時間微分値に基づいて、ピストンがシリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定する。すなわち、少なくとも一方のシリンダ室の圧力の時間微分値を用いて、シリンダ本体内の一端又は他端へのピストンの到達を判定する。
この場合、流体供給源から第1シリンダ室又は第2シリンダ室への流体の供給経路の圧力を検出することにより、第1シリンダ室又は第2シリンダ室の圧力を検出することが可能である。従って、シリンダの近傍に圧力を検出するセンサを設置することが不要となる。従って、本発明では、シリンダの近傍にセンサを設置することなく、シリンダ本体内の一端又は他端へのピストンの到達を検出することが可能となる。
本実施形態に係る監視装置のブロック図である。 図1の検出器の内部構成を示すブロック図である。 本実施形態のフローチャートである。 第1圧力値、第2圧力値、微分値及び指令信号の時間変化を示すタイミングチャートである。 図3のフローチャートの変形例である。
本発明に係るシリンダの動作状態監視装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
[1.本実施形態の構成]
図1は、本実施形態に係るシリンダの動作状態監視装置10(以下、本実施形態に係る監視装置10ともいう。)のブロック図である。監視装置10は、シリンダ12の動作状態の監視装置として機能する。
シリンダ12は、シリンダ本体14と、該シリンダ本体14の内部で移動自在に設けられたピストン16と、ピストン16に連結されたピストンロッド18とを有する。この場合、シリンダ本体14内において、図1の左側の一端とピストン16との間には第1シリンダ室20が形成され、図1の右側の他端とピストン16との間には第2シリンダ室22が形成されている。
なお、図1において、ピストンロッド18は、ピストン16における第2シリンダ室22に臨む側面に連結され、該ピストンロッド18の先端は、シリンダ本体14の右端から外部に延出している。従って、シリンダ12は、片軸型のシリンダである。
シリンダ本体14の側面における第1シリンダ室20側には、第1ポート24が形成され、該第1ポート24に第1配管26の一端部が接続されている。一方、シリンダ本体14の側面における第2シリンダ室22側には、第2ポート28が形成され、該第2ポート28に第2配管30の一端部が接続されている。
第1配管26の他端部は、切替弁32の第1接続ポート34に接続されている。また、第2配管30の他端部は、切替弁32の第2接続ポート36に接続されている。切替弁32の供給ポート38には、供給配管40が接続されている。供給配管40は、流体供給源42に接続され、該供給配管40の途中には、減圧弁44が設けられている。
切替弁32は、単動型の5ポート電磁弁であり、外部から指令信号(電流)がソレノイド46に供給されることにより駆動する。
具体的に、指令信号がソレノイド46に供給されていない非通電時には、供給ポート38と第2接続ポート36とが連通すると共に、第1接続ポート34が外部に開放される。これにより、流体供給源42から供給された流体は、減圧弁44によって所定圧力に変換され、供給配管40を介して切替弁32の供給ポート38に供給される。圧力変換後の該流体(圧力流体)は、供給ポート38、第2接続ポート36、第2配管30及び第2ポート28を介して、第2シリンダ室22に供給される。
この結果、該圧力流体によってピストン16が第1シリンダ室20側に押圧されて矢印C方向に移動すると共に、ピストン16によって押圧された第1シリンダ室20内の流体(圧力流体)が第1ポート24から第1配管26、第1接続ポート34及び切替弁32を介して外部に排出される。
一方、指令信号がソレノイド46に供給される通電時には、供給ポート38と第1接続ポート34とが連通すると共に、第2接続ポート36が外部に開放される。これにより、流体供給源42から供給され、減圧弁44によって所定圧力に変換された圧力流体は、供給配管40から供給ポート38、第1接続ポート34、第1配管26及び第1ポート24を介して、第1シリンダ室20に供給される。
この結果、該圧力流体によってピストン16が第2シリンダ室22側に押圧されて矢印D方向に移動すると共に、ピストン16によって押圧された第2シリンダ室22内の圧力流体が第2ポート28から第2配管30、第2接続ポート36及び切替弁32を介して外部に排出される。
このように、切替弁32の切替動作に起因して、流体供給源42から第1配管26を介して第1シリンダ室20に圧力流体を供給し、又は、第2配管30を介して第2シリンダ室22に圧力流体を供給することにより、ピストン16及びピストンロッド18を矢印C方向及び矢印D方向に往復移動させることができる。すなわち、シリンダ12は、複動型のシリンダである。
なお、本実施形態において、矢印C方向に沿ってシリンダ本体14内の一端にピストン16が移動したときのピストンロッド18の先端位置をA位置、矢印D方向に沿ってシリンダ本体14内の他端にピストン16が移動したときのピストンロッド18の先端位置をB位置とする。また、以下の説明において、ソレノイド46の通電時(切替弁32のオン時)に、ピストン16がシリンダ本体14内の一端から矢印D方向に沿って他端に移動する場合を「前進」ともいう。さらに、シリンダ本体14内の他端にピストン16が到達し、且つ、ピストンロッド18の先端位置がB位置に到達する場合、ストローク端である該他端及びB位置を「第1エンド端」ともいう。
一方、以下の説明において、ソレノイド46の非通電時(切替弁32のオフ時)に、ピストン16がシリンダ本体14内の他端から矢印C方向に沿って一端に移動する場合を「後退」ともいう。また、シリンダ本体14内の一端にピストン16が到達し、且つ、ピストンロッド18の先端位置がA位置に到達する場合、ストローク端である該一端及びA位置を「第2エンド端」ともいう。
また、本実施形態において、切替弁32は、図1に示す電磁弁に限定されることはなく、他の種類の周知の電磁弁であってもよい。また、切替弁32は、単動型の電磁弁に代えて、複動型の周知の電磁弁を使用してもよい。以下の説明では、図1に示す単動型の5ポート電磁弁が切替弁32である場合について説明する。
このように、シリンダ12が構成されている場合において、本実施形態に係る監視装置10は、前述の流体供給源42、減圧弁44及び切替弁32等に加え、第1圧力センサ50(第1圧力検出部)、第2圧力センサ52(第2圧力検出部)及び検出器54をさらに有する。
第1圧力センサ50は、第1配管26内の圧力流体の圧力値(第1圧力値)P1を逐次検出し、検出した第1圧力値P1に応じた第1圧力信号を検出器54に出力する。第2圧力センサ52は、第2配管30内の圧力流体の圧力値(第2圧力値)P2を逐次検出し、検出した第2圧力値P2に応じた第2圧力信号を検出器54に出力する。
なお、第1配管26は、第1シリンダ室20に接続されているため、第1圧力値P1は、第1シリンダ室20の圧力に応じた圧力値である。また、第2配管30は、第2シリンダ室22に接続されているため、第2圧力値P2は、第2シリンダ室22の圧力に応じた圧力値である。さらに、第1圧力センサ50及び第2圧力センサ52は、公知の種々の圧力検出手段を採用可能であるが、これらの圧力検出手段についての説明は省略する。
検出器54は、第1圧力信号及び第2圧力信号が逐次入力される場合に、第1圧力信号に応じた第1圧力値P1と、第2圧力信号に応じた第2圧力値P2とに基づいて、シリンダ本体14の一端(第2エンド端)又は他端(第1エンド端)にピストン16が到達したか否かの判定処理を行う。この判定処理の結果として、検出器54は、ピストン16が第1エンド端に到達したことを示す信号(第1エンド端信号)、又は、ピストン16が第2エンド端に到達したことを示す信号(第2エンド端信号)を出力する。
検出器54における上述の判定処理の詳細については後述する。
図2は、検出器54の内部構成を示すブロック図である。検出器54は、第1圧力信号及び第2圧力信号を用いて、所定のデジタル信号処理(判定処理)を行うことにより、第1エンド端信号又は第2エンド端信号等を生成する。
検出器54は、入出力インターフェース部60、マイクロコンピュータ62(判定部)、操作部64、表示部66、メモリ部68及びタイマ70を備える。
入出力インターフェース部60は、第1圧力信号及び第2圧力信号を逐次取り込み、第1圧力信号の示す第1圧力値P1及び第2圧力信号の示す第2圧力値P2をマイクロコンピュータ62に出力する。また、後述するように、マイクロコンピュータ62が第1圧力値P1又は第2圧力値P2に基づき第1エンド端信号又は第2エンド端信号を生成した場合、入出力インターフェース部60は、第1エンド端信号又は第2エンド端信号を外部に出力する。
操作部64は、監視装置10及びシリンダ12のユーザが操作する操作パネル、操作ボタン等の操作手段である。ユーザは、操作部64を操作することにより、マイクロコンピュータ62でのデジタル信号処理(判定処理)に必要な所定値を設定することができる。なお、設定作業は、監視装置10やシリンダ12等を含むシステムをユーザが構築し、その後の試運転時に、シリンダ12の動作条件出しを行いながら、ユーザが操作部64を操作することにより実行してもよい。あるいは、外部との通信等により、入出力インターフェース部60を介して、所定値が設定又は変更されてもよい。
マイクロコンピュータ62は、入出力インターフェース部60から逐次入力された第1圧力値P1又は第2圧力値P2に対して時間微分を行うことにより、第1圧力値P1の第1時間微分値dP1、又は、第2圧力値P2の第2時間微分値dP2を算出する。なお、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2は、第1圧力値P1又は第2圧力値P2の時間微分であるため、本来であればdP1/dt又はdP2/dtと表記すべきであるが、説明の簡素化のため、dP1又はdP2と表記する。なお、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2は、微分演算に関する公知の数値計算法により算出することができる。
そして、マイクロコンピュータ62は、算出した第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2が、時間経過に対して正方向又は負方向に急激に変化したか否かを調べ、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2が急変し、その絶対値|dP1|又は|dP2|が最大となった時点(正方向又は負方向の最大値となった時点)を、シリンダ本体14内の一端(第2エンド端)又は他端(第1エンド端)にピストン16が到達した時点であると判定する。
この結果、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の他端へのピストン16の到達を検知した場合、ピストン16及びピストンロッド18が第1エンド端に到達したことを示す第1エンド端信号を生成する。一方、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端へのピストン16の到達を検知した場合、ピストン16及びピストンロッド18が第2エンド端に到達したことを示す第2エンド端信号を生成する。生成された第1エンド端信号又は第2エンド端信号は、入出力インターフェース部60を介して外部に出力される。
また、マイクロコンピュータ62は、入出力インターフェース部60を介して切替弁32のソレノイド46に指令信号を供給することが可能である。表示部66は、ユーザの操作部64の操作により設定された所定値を表示し、又は、マイクロコンピュータ62での判定処理の結果を表示する。メモリ部68は、操作部64で設定された所定値を格納する。
タイマ70は、マイクロコンピュータ62からソレノイド46への指令信号の供給開始時刻で計時を開始し、当該時刻からピストン16の第1エンド端への到達時点までを移動時間Tとしてメモリ部68に記憶する。あるいは、タイマ70は、指令信号の供給停止時刻で計時を開始し、当該時刻からピストン16の第2エンド端への到達時点までを移動時間Tとしてメモリ部68に記憶してもよい。
[2.本実施形態の動作]
本実施形態に係る監視装置10は、以上のように構成される。次に、監視装置10の動作について、図3〜図5を参照しながら説明する。この説明では、必要に応じて、図1及び図2も参照しながら説明する。
ここでは、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2に基づいて、シリンダ本体14内の一端又は他端にピストン16が到達したか否かを検出器54のマイクロコンピュータ62が判定する場合について説明する。
図3は、マイクロコンピュータ62での判定処理を示すフローチャートである。図4は、図1のシリンダ12において、ピストン16及びピストンロッド18を矢印D方向及び矢印C方向に往復移動させたときの第1圧力値P1、第2圧力値P2、第1時間微分値dP1、第2時間微分値dP2及び指令信号の時間変化を示すタイミングチャートである。図5は、図3の判定処理の変形例を示すフローチャートである。ここでは、図4のタイミングチャートを説明した後に、図3及び図5の判定処理を順に説明する。
図4において、ピストン16の前進動作の場合、図1の切替弁32のオフ時(時点t0前の時間帯)には、流体供給源42から減圧弁44、供給ポート38、第2接続ポート36及び第2配管30を介して第2シリンダ室22に圧力流体が供給される。これにより、ピストン16は、シリンダ本体14内の一端に押圧される。一方、第1シリンダ室20は、第1配管26及び第1接続ポート34を介して大気に連通しているので、第1シリンダ室20の流体は、第1配管26から切替弁32を介して排出されている。従って、時点t0前の時間帯では、第1圧力値P1が略0(大気開放側の圧力値)であると共に、第2圧力値P2が所定圧力値(減圧弁44から出力される圧力流体の圧力値Pv)となる。
次に、時点t0で図2のマイクロコンピュータ62からソレノイド46に指令信号を供給すると、切替弁32が駆動してオンとなる。この結果、切替弁32での接続状態が切り替わり、流体供給源42から減圧弁44、供給ポート38、第1接続ポート34及び第1配管26を介した第1シリンダ室20への圧力流体の供給が開始される。一方、第2シリンダ室22が第2配管30及び第2接続ポート36を介して大気に連通することにより、第2配管30から切替弁32を介した外部への第2シリンダ室22の圧力流体の排出が開始される。
これにより、時点t1から、第1配管26内の圧力流体の第1圧力値P1は、時間経過に伴って急激に増加すると共に、第2配管30内の圧力流体の第2圧力値P2は、時間経過に伴って急激に減少する。時点t2で第1圧力値P1が第2圧力値P2を上回る。
その後、時点t3で、第1圧力値P1は、所定圧力値(例えば、時点t1以前の第2圧力値P2(圧力値Pv))まで上昇し、ピストン16は、矢印D方向への前進を開始する。この場合、ピストン16が矢印D方向への前進を開始すると、第1シリンダ室20の体積変化によって、第1圧力値P1は圧力値Pvから下降すると共に、第2圧力値P2も減少する。
なお、図4では、時点t3で第1圧力値P1が圧力値Pvまで上昇する場合を例示しているが、実際には、第1圧力値P1が圧力値Pvまで上昇する前にピストン16が矢印D方向への前進を開始する場合もある。以下の説明では、第1圧力値P1又は第2圧力値P2が圧力値Pv又はその近傍の値にまで上昇した後にピストン16が前進又は後退を開始する場合について説明する。
ピストン16の前進中、第1シリンダ室20及び第2シリンダ室22の体積変化により、第1圧力値P1及び第2圧力値P2は、時間経過に伴って緩やかに減少する。この場合、第1圧力値P1及び第2圧力値P2は、略一定の第1差圧(P1−P2)を維持しながら減少する。
時点t4でピストン16がシリンダ本体14内の他端(第1エンド端)に到達すると、第2シリンダ室22の体積は略0となる。そのため、時点t4以降、第2圧力値P2は、略0(大気圧)に低下すると共に、第1圧力値P1は、圧力値Pvに向かって上昇する。すなわち、ピストン16がシリンダ本体14内の他端に到達すると、第1差圧は、一定値から急激に増加する。
その後、時点t5で図2のマイクロコンピュータ62からソレノイド46への指令信号の供給を停止すると、切替弁32が駆動を停止してオフとなる。この結果、切替弁32のバネの弾発力によって、切替弁32での接続状態が切り替わり、流体供給源42から減圧弁44、供給ポート38、第2接続ポート36及び第2配管30を介した第2シリンダ室22への圧力流体の供給が開始される。一方、第1シリンダ室20が第1配管26及び第1接続ポート34を介して大気に連通することにより、第1配管26から切替弁32を介した外部への第1シリンダ室20の圧力流体の排出が開始される。
これにより、時点t6から、第2配管30内の圧力流体の第2圧力値P2は、時間経過に伴って急激に増加する。一方、第1配管26内の圧力流体の第1圧力値P1は、時点t6から、時間経過に伴って急激に減少を開始する。この結果、時点t7で第2圧力値P2が第1圧力値P1を上回る。
その後、時点t8で、第2圧力値P2は、所定圧力値(例えば、圧力値Pv)まで上昇し、ピストン16は、矢印C方向への後退を開始する。この場合、第2シリンダ室22の体積変化によって、第2圧力値P2は圧力値Pvから下降すると共に、第1圧力値P1も減少する。
ピストン16の後退中、第1シリンダ室20及び第2シリンダ室22の体積変化により、第1圧力値P1及び第2圧力値P2は、時間経過に伴って緩やかに減少する。この場合、第1圧力値P1及び第2圧力値P2は、略一定の第2差圧(P2−P1)を維持しながら減少する。
なお、前進動作時の第1差圧の絶対値|P1−P2|と、後進動作時の第2差圧の絶対値|P2−P1|とは、互いに異なる大きさとなる。これは、図1のピストン16における第2シリンダ室22の側面(右側面)にピストンロッド18が連結されることにより、ピストン16における第1シリンダ室20の側面(左側面)と右側面との間で、受圧面積が異なることに起因したものである。
時点t9でピストン16がシリンダ本体14内の一端に到達すると、第1シリンダ室20の体積は略0となる。そのため、時点t9以降、第1圧力値P1は、略0(大気圧)に低下すると共に、第2圧力値P2は、圧力値Pvに向かって上昇する。すなわち、ピストン16がシリンダ本体14内の一端に到達すると、第2差圧は、一定値から急激に増加する。
一方、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2は、第1圧力値P1及び第2圧力値P2の時間微分であり、時間変化に伴って、下記のように変化する。
すなわち、時間経過に伴って第1圧力値P1及び第2圧力値P2が上昇又は低下する場合、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2は、正方向又は負方向に変化する。また、時間経過に伴って第1圧力値P1及び第2圧力値P2が一定の割合で変化する場合、又は、時間経過に対する変化がない場合、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2は、略0の値を維持する。
具体的に、先ず、ピストン16の前進動作時について説明する。
t0〜t3の時間帯において、第1時間微分値dP1は、第1圧力値P1の急激な上昇に伴って正方向に変化する。次に、第1時間微分値dP1は、時点t3直後の第1圧力値P1の急激な減少に伴って負方向に変化する。その後、第1時間微分値dP1は、略0の値を維持する。そして、時点t4で第1圧力値P1が上昇したとき、第1時間微分値dP1は、正方向に変化し、その後、第1圧力値P1が所定圧力値(圧力値Pv)で飽和すると、略0の値に低下する。
一方、t0〜t3の時間帯で第2圧力値P2が急激に低下するため、第2時間微分値dP2は、負方向に変化する。その後、第2時間微分値dP2は、略0の値を維持する。そして、時点t4で第2圧力値P2が大気圧まで急激に低下するとき、第2時間微分値dP2は、負方向に急変し、その後、略0の値に変化する。
次に、ピストン16の後退動作時について説明する。
t5〜t8の時間帯で第1圧力値P1が急激に低下するため、第1時間微分値dP1は、負方向に変化する。その後、第1時間微分値dP1は、略0の値を維持する。そして、時点t9で第1圧力値P1が大気圧まで急激に低下するとき、第1時間微分値dP1は、負方向に急変し、その後、略0の値に変化する。
一方、t5〜t8の時間帯において、第2時間微分値dP2は、第2圧力値P2の急激な上昇に伴って正方向に変化する。また、第2時間微分値dP2は、時点t8直後の第2圧力値P2の急激な減少に伴って負方向に変化する。その後、第2時間微分値dP2は、略0の値を維持する。そして、時点t9で第2圧力値P2が上昇したとき、第2時間微分値dP2は、正方向に変化し、その後、略0の値に低下する。
そして、本実施形態では、ピストン16の往復移動の動作中、上述した第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2の正方向又は負方向への変化を捉えることにより、シリンダ本体14内の一端(第2エンド端)又は他端(第1エンド端)にピストン16が到達したか否かを判定する。
すなわち、図1の第1圧力センサ50が検出した第1圧力値P1、及び、第2圧力センサ52が検出した第2圧力値P2は、図2の入出力インターフェース部60を介して、マイクロコンピュータ62に逐次入力される。そこで、マイクロコンピュータ62は、第1圧力値P1及び第2圧力値P2が入力される毎に、図3に示す判定処理を実行する。
図3は、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2の負方向への急変を捉えることにより、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達を判定するための処理である。
具体的に、図3のステップS1において、マイクロコンピュータ62は、逐次入力される第2圧力値P2の時間変化から第2時間微分値dP2を算出し、算出した第2時間微分値dP2が負方向に急変したか否かを判定する。なお、第2時間微分値dP2の算出方法としては、例えば、第2圧力値P2の前回値と今回値との差分を求め、前回値の入力時刻と今回値の入力時刻との時間差で該差分を除算することにより、第2時間微分値dP2を簡易的に算出することができる。
第2時間微分値dP2が負方向に急変していた場合(ステップS1:YES)、次のステップS2において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端から他端に向かってピストン16が前進し、第2時間微分値dP2が負方向に急変して、その絶対値が最大となった時点t4で、該他端にピストン16が到達した(ピストンロッド18がB位置に到達した)と判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、ピストン16が該他端に到達したことを示す第1エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力する。また、マイクロコンピュータ62は、その判定結果を表示部66に表示し、第1エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
一方、ステップS1で第2時間微分値dP2の負方向への急変が発生していない場合(ステップS1:NO)、ステップS3において、マイクロコンピュータ62は、前述した第2時間微分値dP2と同様の算出方法により、第1圧力値P1を用いて第1時間微分値dP1を算出し、算出した第1時間微分値dP1が負方向に急変したか否かを判定する。
第1時間微分値dP1が負方向に急変していた場合(ステップS3:YES)、次のステップS4において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の他端から一端に向かってピストン16が後退し、第1時間微分値dP1が負方向に急変して、その絶対値が最大となった時点t9で、該一端にピストン16が到達した(ピストンロッド18がA位置に到達した)と判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、ピストン16が該一端に到達したことを示す第2エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力する。また、マイクロコンピュータ62は、その判定結果を表示部66に表示し、第2エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
第1時間微分値dP1の負方向への急変が発生していない場合(ステップS3:NO)、次のステップS5において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端又は他端にピストン16が到達していない(一端と他端との間にピストン16がある)と判定する。
そして、本実施形態において、ピストン16の往復移動の動作中、マイクロコンピュータ62は、第1圧力値P1及び第2圧力値P2が入力される毎に、図3の判定処理を繰り返し実行し、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達の有無を判定する。
なお、図4に示すように、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2は、1回の往復動作において、正方向又は負方向に複数回変化している。例えば、時点t4、t9以外に、時点t3、t6で第1時間微分値dP1が負方向に変化し、時点t1、t8で第2時間微分値dP2が負方向に変化している。時点t1、t3、t6、t8は、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達時点ではないため、マイクロコンピュータ62では、これらの時点t1、t3、t6、t8での誤判定を防止する必要がある。
そこで、マイクロコンピュータ62は、下記のようなフィルタリング処理(第1〜第3の処理)を行うことにより、時点t1、t3、t6、t8を判定対象から除外することが望ましい。
すなわち、時点t4での第2時間微分値dP2の負方向への変化は、ピストン16の前進動作における3回目の負方向への変化であり、一方で、時点t9での第1時間微分値dP1の負方向への変化は、ピストン16の後退動作における3回目の負方向への変化である。
そこで、第1の処理として、マイクロコンピュータ62は、前進動作における時点t1、t3での1回目及び2回目の負方向への変化を無視し(図3の処理を実行せず)、時点t4における3回目の負方向への変化に対して、図3の処理を実行すればよい。また、マイクロコンピュータ62は、後退動作における時点t6、t8での1回目及び2回目の負方向への変化を無視し(図3の処理を実行せず)、時点t9における3回目の負方向への変化に対して、図3の処理を実行すればよい。
また、前進動作において、2回目の負方向への変化から時点t4までの時間帯では、第2時間微分値dP2は、略0に維持される。一方、後進動作において、2回目の負方向への変化から時点t9までの時間帯では、第1時間微分値dP1は、略0に維持される。
そこで、第2の処理として、マイクロコンピュータ62は、前進動作及び後退動作において、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2が略0に維持されるまでは図3の処理を実行せず、略0に維持されたときに、図3の処理の実行を開始すればよい。
さらに、時点t1、t3は、指令信号の出力開始直後の時点であり、一方で、時点t6、t8は、指令信号の出力停止直後の時点である。そこで、第3の処理として、マイクロコンピュータ62は、指令信号の出力を開始する時点t0からの所定時間(例えば、時点t0から時点t3までの時間)、及び、指令信号の出力を停止する時点t5からの所定時間(例えば、時点t5から時点t8までの時間)、図3の判定処理を停止すればよい。
従って、第1〜第3の処理について、いずれか1つの処理を実行することにより、マイクロコンピュータ62は、時点t4、t9でシリンダ本体14の一端又は他端にピストン16が到達したことを確実に検知することができる。
上述した図3の処理は、第1圧力値P1及び第2圧力値P2の双方の圧力値を用いた場合であり、第1圧力センサ50及び第2圧力センサ52が必須である。
これに対して、図5の処理は、第1圧力値P1又は第2圧力値P2のうち、いずれか一方の圧力値を用いる処理である。すなわち、図5の処理は、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2のうち、いずれか一方の時間微分値を用いて、該時間微分値の正方向又は負方向への急変を捉えることにより、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達を判定する。つまり、図5の処理は、第1圧力センサ50又は第2圧力センサ52のうち、1台のセンサしか配設されていない場合、あるいは、いずれか一方のセンサに故障等の異常がある場合に適用される。なお、図5において、図3と同様の処理については、同じステップの番号を付けて説明する。
先ず、第1時間微分値dP1を用いた場合について説明する。
図5のステップS6において、マイクロコンピュータ62は、第1圧力値P1を用いて第1時間微分値dP1を算出し、第1時間微分値dP1が正方向に急変したか否かを判定する。
第1時間微分値dP1が正方向に急変していた場合(ステップS6:YES)、次のステップS2において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端から他端に向かってピストン16が前進し、第1時間微分値dP1が正方向に急変することにより、その絶対値が最大となった時点t4で、該他端にピストン16が到達したと判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、第1エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力すると共に、その判定結果を表示部66に表示し、第1エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
一方、ステップS6で第1時間微分値dP1の正方向への急変が発生していない場合(ステップS6:NO)、ステップS7において、マイクロコンピュータ62は、第1時間微分値dP1が負方向に急変したか否かを判定する。
第1時間微分値dP1が負方向に急変していた場合(ステップS7:YES)、次のステップS4において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の他端から一端に向かってピストン16が後退することにより、第1時間微分値dP1が負方向に急変して、その絶対値が最大となった時点t9で、該一端にピストン16が到達したと判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、第2エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力すると共に、その判定結果を表示部66に表示し、第2エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
第1時間微分値dP1の負方向への急変が発生していない場合(ステップS7:NO)、次のステップS5において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端と他端との間にピストン16があると判定する。
この場合も、ピストン16の往復移動の動作中、マイクロコンピュータ62は、第1圧力値P1が入力される毎に、図5の判定処理を繰り返し実行し、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達の有無を判定する。
次に、第2時間微分値dP2を用いた場合について説明する。
図5のステップS6において、マイクロコンピュータ62は、第2圧力値P2を用いて第2時間微分値dP2を算出し、第2時間微分値dP2が負方向に急変したか否かを判定する。
第2時間微分値dP2が負方向に急変していた場合(ステップS6:YES)、次のステップS2において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端から他端に向かってピストン16が前進することにより、第2時間微分値dP2が負方向に急変し、その絶対値が最大となった時点t4で、該他端にピストン16が到達したと判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、第1エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力すると共に、その判定結果を表示部66に表示し、第1エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
一方、ステップS6で第2時間微分値dP2の負方向への急変が発生していない場合(ステップS6:NO)、ステップS7において、マイクロコンピュータ62は、第2時間微分値dP2が正方向に急変したか否かを判定する。
第2時間微分値dP2が正方向に急変していた場合(ステップS7:YES)、次のステップS4において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の他端から一端に向かってピストン16が後退することにより、第2時間微分値dP2が正方向に急変し、その絶対値が最大となった時点t9で、該一端にピストン16が到達したと判定する。
そして、マイクロコンピュータ62は、第2エンド端信号を生成し、入出力インターフェース部60を介して外部に出力すると共に、その判定結果を表示部66に表示し、第2エンド端へのピストン16の到達をユーザに通知する。
第2時間微分値dP2の正方向への急変が発生していない場合(ステップS7:NO)、次のステップS5において、マイクロコンピュータ62は、シリンダ本体14内の一端と他端との間にピストン16があると判定する。
この場合も、ピストン16の往復移動の動作中、マイクロコンピュータ62は、第2圧力値P2が入力される毎に、図5の判定処理を繰り返し実行し、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達の有無を判定する。
なお、図5の処理においても、図3の処理と同様に、第1〜第3の処理を実行することが望ましい。この場合、時点t1で第1時間微分値dP1が正方向に変化し、時点t3、t6で第1時間微分値dP1が負方向に変化し、時点t6で第2時間微分値dP2が正方向に変化し、時点t1、t8で第2時間微分値dP2が負方向に変化している。
そこで、第1の処理では、マイクロコンピュータ62は、前進動作における時点t1での1回目の正方向の変化や、時点t1、t3での1回目及び2回目の負方向への変化を無視し(図5の処理を実行せず)、時点t4での正方向又は負方向への変化に対して図5の処理を実行する。また、マイクロコンピュータ62は、後退動作における時点t6での1回目の正方向の変化や、時点t6、t8での1回目及び2回目の負方向への変化を無視し(図5の処理を実行せず)、時点t9での正方向又は負方向への変化に対して、図5の処理を実行する。
また、第2の処理では、マイクロコンピュータ62は、前進動作及び後退動作において、第1時間微分値dP1及び第2時間微分値dP2が略0に維持されるまでは図5の処理を実行せず、略0に維持されたときに、図5の処理の実行を開始する。
さらに、第3の処理では、マイクロコンピュータ62は、指令信号の出力を開始する時点t0からの所定時間(時点t0から時点t3までの時間)、及び、指令信号の出力を停止する時点t5からの所定時間(時点t5から時点t8までの時間)、図5の判定処理を停止する。
従って、図5の処理においても、第1〜第3の処理のうち、いずれか1つの処理を実行することにより、マイクロコンピュータ62は、時点t4、t9で、シリンダ本体14の一端又は他端にピストン16が到達したことを確実に検知することができる。
[3.本実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態に係る監視装置10においては、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したときに、第1シリンダ室20又は第2シリンダ室22から流体が排出され、又は、流体供給源42から流体が供給されることに起因して、第1シリンダ室20又は第2シリンダ室22の圧力は、時間経過に伴って変化する。
そこで、このような圧力の時間変化に着目し、マイクロコンピュータ62は、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2に基づいて、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したか否かを判定する。
この場合、流体供給源42から第1シリンダ室20又は第2シリンダ室22への流体の供給経路(第1配管26、第2配管30)の第1圧力値P1又は第2圧力値P2を検出することにより、第1シリンダ室20又は第2シリンダ室22の圧力値を検出することが可能となる。従って、シリンダ12の近傍に圧力を検出するセンサを設置することが不要となる。これにより、本実施形態では、シリンダ12の近傍にセンサを設置することなく、シリンダ本体14内の一端又は他端へのピストン16の到達を検出することが可能となる。この結果、食品関係の設備にシリンダ12を好適に用いることができ、その洗浄工程でのセンサ及び配線の腐食等の発生を回避することができる。
また、本実施形態では、第1圧力値P1をセンシングする第1圧力センサ50、及び、第2圧力値P2をセンシングする第2圧力センサ52の精度のバラツキや温度特性等による検出レベルの変化に対応するため、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2に基づいてシリンダ本体14内の一端又は他端にピストン16が到達したか否かを判定することにより、マイクロコンピュータ62での判定結果がバラツキ等の影響を受けないようにすることができる。
この場合、マイクロコンピュータ62は、図3の処理のように、第1圧力値P1又は第2圧力値P2が大気開放側の圧力値(大気圧)となるときの時間微分値の負方向への変化から、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したと判定する。第1圧力値P1又は第2圧力値P2が大気圧に変化する際、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2は、時間経過に伴って負方向に急激に変化する。この急激な変化を捉えることにより、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したことを一層精度良く検出することが可能となる。
あるいは、マイクロコンピュータ62は、図5の処理のように、第1圧力値P1又は第2圧力値P2のうち、いずれか一方の圧力値が、流体供給源42が供給する流体の圧力値Pv又は大気圧となるときの、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2の変化から、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したと判定可能である。いずれか一方の圧力値が、圧力値Pv又は大気圧に変化する際、第1時間微分値dP1又は第2時間微分値dP2は、時間経過に伴って正方向又は負方向に変化する。そこで、この変化を捉えることにより、ピストン16がシリンダ本体14内の一端又は他端に到達したことを精度良く検出することが可能となる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
10…監視装置 12…シリンダ
14…シリンダ本体 16…ピストン
18…ピストンロッド 20…第1シリンダ室
22…第2シリンダ室 24…第1ポート
26…第1配管 28…第2ポート
30…第2配管 32…切替弁
34…第1接続ポート 36…第2接続ポート
38…供給ポート 40…供給配管
42…流体供給源 44…減圧弁
46…ソレノイド 50…第1圧力センサ
52…第2圧力センサ 54…検出器
60…入出力インターフェース部 62…マイクロコンピュータ
64…操作部 66…表示部
68…メモリ部 70…タイマ

Claims (4)

  1. シリンダ本体内の一端とピストンとの間に第1シリンダ室が形成されると共に、前記シリンダ本体内の他端と前記ピストンとの間に第2シリンダ室が形成され、流体供給源から前記第1シリンダ室に流体が供給され、又は、前記流体供給源から前記第2シリンダ室に流体が供給されることで、ピストンロッドに連結された前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端と他端との間で往復移動するシリンダの動作状態監視装置において、
    前記第1シリンダ室又は前記第2シリンダ室の圧力の時間微分値に基づいて、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定する判定部をさらに有することを特徴とするシリンダの動作状態監視装置。
  2. 請求項1記載のシリンダの動作状態監視装置において、
    前記第1シリンダ室に流体を給排する第1配管内の圧力を第1圧力値として検出する第1圧力検出部、及び/又は、前記第2シリンダ室に流体を給排する第2配管内の圧力を第2圧力値として検出する第2圧力検出部をさらに有し、
    前記判定部は、前記第1シリンダ室の圧力に応じた前記第1圧力値の時間微分値、及び/又は、前記第2シリンダ室の圧力に応じた前記第2圧力値の時間微分値に基づいて、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したか否かを判定することを特徴とするシリンダの動作状態監視装置。
  3. 請求項2記載のシリンダの動作状態監視装置において、
    前記判定部は、前記第1圧力値及び前記第2圧力値が大気開放側の圧力値に変化するときの時間微分値の変化から、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したと判定することを特徴とするシリンダの動作状態監視装置。
  4. 請求項2記載のシリンダの動作状態監視装置において、
    前記判定部は、前記第1圧力値又は前記第2圧力値のうち、いずれか一方の圧力値が、前記流体供給源が供給する流体の圧力値、又は、大気開放側の圧力値に変化するときの時間微分値の変化から、前記ピストンが前記シリンダ本体内の一端又は他端に到達したと判定することを特徴とするシリンダの動作状態監視装置。
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