JPH0575603U - 位置検出器付きシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ピストンの前進後退が切替わる時にロータリエ
ンコーダのずれによって生じる誤差を原点位置まで復帰
しなくても補正でき、また、温度変化によってリセット
やオフセットの位置が変化しない位置検出器を具備する
位置検出器付きシリンダである。 【構成】ピストンを検出するオフセット用検出素子をシ
リンダの途中に設け、ピストンがこのオフセット用検出
素子の位置に達する度にカウンタの値をオフセットパル
ス数に補正する。また、オフセット位置検出回路とし
て、オフセット用検出素子の出力のピークで検出信号を
出力させ、このオフセット位置検出回路の検出信号出力
に基づいてカウンタの値をオフセットパルス数に補正す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、油圧や空気圧で進退するピストンのストロークをエンコーダでパル ス化し、このパルスをカウントしてピストンのストロークを検出するシリンダに 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、位置検出器付きシリンダは、図８に示すように、ロッド（４）に連結さ れたピストン（２）がシリンダ（１）内に進退自在に挿入され、シリンダ（１） のロッド（４）の突出側にロータリエンコーダ（８）が設けられていた。また、 ピストン（２）には磁石（３）が内蔵されており、シリンダ（１）の外側面であ ってピストン（２）の原点に相当する位置に原点用磁気検出素子（７）が設けら れていた。

【０００３】 前記ロータリエンコーダ（８）には、前記ロッド（４）の表面に接触して転動 するローラ（９）が設けられており、このロータリエンコーダ（８）は、ローラ （９）が無理なく転動するように、ローラ（９）をロッド（４）に適当な圧力で 圧接するようにばね（１０）を介して取付けられていた。

【０００４】 原点用磁気検出素子（７）の出力は、図７（ａ）に示すような特性を有してお り、この波形を図７（ｂ）に示すように閾値Ｓでパルス化し、このパルスの立上 りでロータリエンコーダ（８）からのパルスのカウントをリセットする。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述の位置検出器付きシリンダは、上述のように、ロータリエンコーダ（８） がばね（１０）を介してローラ（９）をロッド（４）に圧接するように取付けら れているが、この圧接圧力の妨げとならないように前後左右にも僅かながら自由 度を有している。このようなロータリエンコーダ（８）の取付け状態でピストン （２）を進退させると、ロータリエンコーダ（８）はピストン（２）進行方向に 引っ張られて前記自由度の分だけ移動してしまう。

【０００６】 このロータリエンコーダ（８）の自由度は、ピストン（２）が一端停止した後 再び同じ方向に移動する場合には、進行方向への自由度を失っているためにほと んど問題にならないが、一端停止した後逆方向に移動する場合には、この自由度 の分だけロータリエンコーダ（８）が引っ張られて移動しローラ（９）が転動せ ず、この間ロータリエンコーダ（８）からはパルスが出力されないという問題点 があった。

【０００７】 具体的な例を簡単に説明すると、前記自由度が０．２ｍｍであった場合、ある 位置からロータリエンコーダ（８）の出力に基づいて５０ｍｍ前進してＡ点で一 端停止し、さらに５０ｍｍ前進してＢ点で再び停止し、ここから５０ｍｍ後退し てＡ点で停止させようとすると、停止位置は正確なＡ点ではなくＡ点からさらに ０．２ｍｍ後退した位置になる。

【０００８】 実際には、このように単純ではなく、ロータリエンコーダ（８）の取り付け状 態や、前進から後退へ切り替わるか、後退から前進へ切り替わるかによって生じ る誤差が異なり、ピストン（２）の進退を繰り返しているうちに前記誤差の差が 累積されて大きな累積誤差となってゆくという問題点があった この誤差の累積を防止するためには、ピストン（２）が１回あるいは数回前進 後退した後には必ずピストン（２）を原点位置まで戻してリセットしなければな らないという問題点があった。

【０００９】 さらに、磁気検出素子（７）は、図７（ａ）に示す出力特性を有するが、この 特性は温度が上昇すると破線で示すようにその出力が下がり、図７（ｂ）に破線 で示すようにパルスの幅が狭くなるなり、常に同じ位置を原点として検出するこ とが困難であるという問題点があった。特に、装置の初動時には、油圧ポンプの 昇温による差動油の昇温や圧力により、シリンダ（１）の温度が上昇して安定し ない。

【００１０】 本考案は、ピストンの前進後退の切り替わり時にエンコーダのずれによって生 じる誤差を原点位置まで復帰しなくても補正でき、また、温度変化によってリセ ットやオフセットの位置が変化しない位置検出器を具備する位置検出器付きシリ ンダを得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は以上のような問題点を解決するためになされたもので、前記ピストン を検出するオフセット用検出素子をシリンダの途中に設け、ピストンがこのオフ セット用検出素子の位置に達する度にカウンタの値をオフセットパルス数に補正 するようにしたものである。また、オフセット位置検出回路は、オフセット用検 出素子の出力のピークで検出信号を出力するようにし、このオフセット位置検出 回路の検出信号出力に基づいてカウンタの値をオフセットパルス数に補正するよ うにしたものである。

【００１２】

【作用】

オフセット検出回路により、温度変化によって変化しないオフセット位置検出 信号を生成し、カウンタの値を常にオフセット用検出素子の位置で正確なオフセ ットパルス数に補正する。

【００１３】

【実施例】

つぎに、本考案による位置検出器付き油圧シリンダの一実施例を図１ないし図 ８に基づいて説明する。 図１は、本考案による位置検出器付き油圧シリンダの従断面図であり、ロッド （４）に連結されたピストン（２）がシリンダに（１）に進退自在に挿入されて おり、シリンダ（１）の両端にはソレノイドバルブを介して油圧ポンプ（図示せ ず）に接続される差動油の第１導入口（５）および第２導入口（６）が設けられ ている。

【００１４】 このシリンダ（１）のロッド（４）の突出側にはロータリエンコーダ（８）が 設けられている。ピストン（２）の内部には磁石（３）が内蔵されており、シリ ンダ（１）の外側面であってピストン（２）の原点に相当する位置に原点用磁気 検出素子（７）が設けられている。また、シリンダ（１）の外側面には、任意の 位置に移動することができるオフセット用磁気検出素子（１１）が設けられてい る。

【００１５】 前記ロータリエンコーダ（８）には、前記ロッド（４）の表面に接触して転動 するローラ（９）が設けられ、このローラ（９）が無理なく転動するように、ロ ーラ（９）をロッド（４）に圧接するようにばね（１０）を介して多少の上下動 が可能に取付けられている。

【００１６】 図２に示すように、ロータリエンコーダ（８）の出力は、カウンタ（１３）に 接続され、カウンタ（１３）の出力はＣＰＵ（１２）に接続されている。前記オ フセット用磁気検出素子（１１）は、オフセット位置検出回路（１４）を介して ＣＰＵ（１２）に接続され、原点用磁気検出素子（７）は原点位置検出回路（１ ５）を介してカウンタ（１３）のリセット端子に接続されている。

【００１７】 オフセット位置検出回路（１４）は、図７（ａ）に示す波形の中心のピークＰ やＰ’を検出して検出出力を得られるものであればどのようなものでもよく、下 記に限られるものではないが、その例を図３および図４に示しておく。

【００１８】 図３に例示したオフセット位置検出回路（１４）は、オフセット用磁気検出素 子（１１）の出力がプリアンプ（１６）に接続され、このプリアンプ（１６）の 出力がピーク検知器（１７）に入力されるとともに、比較器（１８）を介してア ンド回路（１９）の一方の入力端子に接続され、ピーク検知器（１７）の出力は アンド回路（１９）の他方の入力端子に接続されている。比較器（１８）の閾値 は分圧抵抗器（２０）によって設定される。

【００１９】 この図３のオフセット位置検出回路（１４）の作用を簡単に説明する。 オフセット用磁気検出素子（１１）からの信号がプリアンプ（１６）で必要なレ ベルに増幅される。この信号が分圧抵抗器（２０）で設定された閾値と比較され てアンド回路（１９）の一方の端子に入力するとともに、ピーク位置がピーク検 知器（１７）で検出されてアンド回路（１９）の他方の端子に入力される。する とアンド回路（１９）からは、分圧抵抗器（２９）で設定された閾値より高いピ ークが入力されたときだけ検出パルスが出力される。分圧抵抗器（２０）の閾値 を図７（ａ）の両側のピークより高く設定することにより中央のピークで検出パ ルスが出力される。

【００２０】 図４に例示したオフセット位置検出回路（１４）は、オフセット用磁気検出素 子（１１）の出力がプリアンプ（１６）に接続され、このプリアンプ（１６）の 出力がピーク検知器（１７）に接続されている。ピーク検知器（１７）の出力は 一方でアンド回路（１９）の一方の入力端子に接続され、他方で反転器（２１） を介してフリップフロップ回路（２２）に接続されている。

【００２１】 フリップフロップ回路（２２）の出力は、前記アンド回路（１９）の他方の入 力端子に接続され、アンド回路（１９）の出力は、遅延回路（２４）とオア回路 （２３）を介してフリップフロップ回路（２２）のリセット端子に接続されてい る。前記オア回路（２３）には、さらに強制リセット用の任意の入力端子が接続 されている。

【００２２】 この図４のオフセット位置検出回路（１４）の作用を簡単に説明する。 オフセット用磁気検出素子（１１）からの信号がプリアンプ（１６）で必要なレ ベルに増幅され、ピーク検知器（１７）は、図７（ａ）に示す一方の片側の低い ピーク、中央のピークＰ（またはＰ’）、他方の片側の低いピークの順に検出し てそれぞれ検出信号が出力される。フリップフロップ回路（２２）の出力Ｑは、 初期状態でハイにリセットされている。

【００２３】 ピーク検知器（１７）により検出された最初のピーク（例えば、左側の低いピ ーク）の検出信号がフリップフロップ回路（２２）に入力されて、出力Ｑがロー に反転する。このとき、アンド回路（１９）には、ピーク検知器（１７）からの ピーク検出信号が入力されるが、フリップフロップ回路（２２）の出力Ｑがロー に反転してしまうため出力はローのままである。

【００２４】 つぎに、ピーク検知器（１７）により検出された２番目のピーク（中央のピー ク）の検出信号がフリップフロップ回路（２２）に入力されて、出力Ｑがハイに 反転する。このとき、アンド回路（１９）には、ピーク検出回路（１７）からの ピーク検出信号が入力されるとともに、フリップフロップ回路（２２）の出力Ｑ がハイに反転するためピーク検出器（１７）からのピーク検出信号の間、アンド 回路（１９）の出力はハイとなり、これが図７（ａ）に示す中央のピークの検出 信号となる。

【００２５】 アンド回路（１９）から中央のピーク位置を示す検出信号が出力されると、遅 延回路（２４）とオア回路（２３）を介して、３番目のピーク（右側の低いピー ク）の検出後に設定された遅延時間後に、フリップフロップ回路（２２）は初期 状態にリセットされる。

【００２６】 以上のオフセット位置検出回路（１４）に用いられるピーク検知器（１７）は 入力波形の任意のピークを検出して検出出力を得られるものであればどのような ものでもよく、下記に限られるものではないが、その例を図５および図６に示し ておく。

【００２７】 図５に例示したピーク検知器（１７）は、入力信号を積分回路（２７）で積分 し、この積分波形を入力信号を閾値として比較器（２８）で比較する積分回路方 式のものである。 また、図６に例示したピーク検知器（１７）は、入力信号の最大値をピークホ ールド回路（２９）で保持し、入力信号を閾値として最大値を比較器（３０）で 比較するピークホールド式のものである。

【００２８】 つぎに、以上の実施例の位置検出器付き油圧シリンダの作用を説明する。 ピストン（２）は、第１導入口（５）から油圧ポンプの圧力を第１チャンバー （２５）に導入し、第２導入口（６）を開放することにより前進し、このときの ピストン（２）の前進速度は、油圧ポンプの流量や絞り弁（図示せず）、第１導 入口（５）の絞り量（太さ）で決定される。

【００２９】 ピストン（２）は、第２導入口（６）から油圧ポンプの圧力を第２チャンバー （２６）に導入し、第１導入口（５）を開放することにより後退し、このときの ピストン（２）の後退速度は、前進速度と同様に決定される。 これらの第１、第２チャンバー（２５）（２６）への油圧導入は、ソレノイド バルブ（図示せず）がＣＰＵ（１２）からの信号によって制御されて行われる。

【００３０】 測長を始める前には、進退によって最も多くピストン（２）の通過する位置に オフセット用磁気検出素子（１１）をセットし、この位置を正確に測定するため に以下の手順によるティーチングを行う。

【００３１】 まず、図１の鎖線で示すように、ピストン（２）が左端（原点）に寄せられて いる初期状態から、ピストン（２）を前進させる。ピストン（２）が前進を始め ると、原点用磁気検出素子（７）から図７（ａ）に示すような信号が出力され、 原点位置検出回路（１５）からは図７（ｂ）に示すパルス信号が出力される。こ の図７（ｂ）のパルス信号の立上りで、カウンタ（１３）がリセットされる。

【００３２】 ピストン（２）が前進すると、ローラ（９）がロッド（４）の表面を転動して ピストン（２）の移動量に比例した数のパルスがパルスエンコーダ（８）からカ ウンタ（１３）に入力され、カウンタ（１３）は、前記リセット後からオフセッ ト用磁気検出素子（１１）が磁石（３）の磁気を検出してオフセット位置検出回 路（１４）から検出パルスが出力されるまでのオフセットパルス数を計数する。

【００３３】 このオフセットパルス数はＣＰＵ（１２）内に記憶される。このティーチング 中は、ピストン（２）を途中で反転させて後退させてはならず、一端停止なども 避けた方が良い。ティーチングの開始から終了まで一定速度でピストン（２）を 移動させるのが最も良い結果が得られる。

【００３４】 つぎに、測長動作について説明する。 カウンタ（１３）は、ピストン（２）の前進後退に従ってパルスエンコーダ（８ ）からのパルスを加算または減算して、ピストン（２）の現在位置を常に保持し つづける。

【００３５】 ピストン（２）の前進中に、このピストン（２）がオフセット用磁気検出素子 （１１）の位置に達すると、これが検出されてオフセット位置検出回路（１４） から検出パルスがＣＰＵ（１２）に出力される。ＣＰＵ（１２）は、この検出パ ルスを受けて、前記ティーチングで得たオフセットパルス数にカウンタ（１３） を補正するオフセット信号を出力し、カウンタ（２）はこのオフセット信号によ ってオフセット用磁気検出素子（１１）の位置に対応する正確なパルス数に補正 される。このオフセットはピストン（２）がオフセット用磁気検出素子（１１） の位置を前進しながら通過する度に行われる。

【００３６】 以上の実施例では、ピストン（２）がオフセット用磁気検出素子（１１）の位 置に達したときに、カウンタ（１３）をオフセットするようにしたが、本考案は これに限られるものではない。例えば、ピストン（２）がオフセット用磁気検出 素子（１１）の位置に達したときのカウンタ（１３）の値を記憶しておき、次回 のピストン（２）の反転などのときに、記憶したカウンタ（１３）の値とオフセ ットパルス数との差をカウンタ（２）に加減算するようにしても良く、次回のカ ウンタ（１３）のデータのサンプリングまでに誤差を補正すれば良い。

【００３７】 以上の実施例では、ティーチングで得た正確なオフセットパルス数を、ＣＰＵ （１２）内に記憶するようにしたが、本考案はこれに限られるものではなく、カ ウンタ（１３）内に記憶するようにしても良いし、その他の記憶回路に記憶する ようにしても良い。

【００３８】 以上の実施例では、測長の前にティーチングを行うようにしたが、必ずしもテ ィーチングをする必要はなく、オフセット用磁気検出素子（１１）の位置を基準 点として任意の値をオフセットパルス数として記憶させるようにしても良い。

【００３９】 以上の実施例では、カウンタ（１３）のオフセットをピストン（２）がオフセ ット用磁気検出素子（１１）の位置を前進しながら通過するときに行うようにし たが、本考案はこれに限られるものではなく、後退しながら通過するときに行う ようにしても良いし、前進後退いずれのときも行うようにしても良い。

【００４０】 以上の実施例では、原点用磁気検出素子（７）の出力信号処理回路として従来 と同様の出力をするものを使用したが、本考案はこれに限られるものではなく、 オフセット用磁気検出素子（１１）と同様に、検出信号のピークの中心を検出す るものを用いても良い。このようにすれば、さらに正確な測長をすることができ る。

【００４１】

【考案の効果】

本考案は以上のように、シリンダの途中に、オフセット用の磁気検出素子を設 け、この磁気検出素子の位置を通過の度に、ピストンの進退にともなって生じる 誤差を補正するようにしたので、カウンタの値が常に正確な値に保持され誤差が 累積することがないという効果を有する。

【００４２】 また、シリンダの途中でカウンタの値を正確な値にオフセットするため、前進 後退の度にピストンを原点位置まで復帰させる必要がないとうい効果を有する。 さらに、磁気検出素子の信号処理回路をピークの頂点を検出して信号を出力す るようにしたので、温度変化によって検出出力の位置が変化することがないとい う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による測長器のシリンダの断面図であ
る。

【図２】本考案による測長器の制御回路の位置実施例を
示すブロック図である。

【図３】オフセット位置検出回路の一実施例を示す回路
図である。

【図４】オフセット位置検出回路の他の実施例を示す回
路図である。

【図５】ピーク検知器の一実施例を示す回路図である。

【図６】ピーク検知器の他の実施例を示す回路図。

【図７】（ａ）は磁気検出素子の出力を示す特性図、
（ｂ）は磁気検出素子の出力を半値幅でパルス化したと
きの特性図である。

【図８】従来の測長器を示す断面図である。

【符号の説明】

（１）…シリンダ、（２）…ピストン、（３）…磁石、
（４）…ロッド、（５）（６）…差動油の導入口、
（７）…原点用磁気検出素子、（８）…ロータリエンコ
ーダ、（９）…ローラ、（１０）…ばね、（１１）…オ
フセット用磁気検出素子、（１２）…Ａ／Ｄ変換器、
（１３）…カウンタ、（１４）…オフセット位置検出回
路、（１５）…原点位置検出回路、（１６）…プリアン
プ、（１７）…ピーク検知器、（１８）…比較器、（１
９）…アンド回路、（２０）…分圧抵抗器、（２１）…
反転器、（２２）…フリップフロップ回路、（２３）…
オア回路、（２４）…遅延回路、（２５）…第１チャン
バー、（２６）…第２チャンバー、（２７）…積分回
路、（２８）…比較器、（２９）…分圧抵抗器、（３
０）…比較器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロッドに連結されたピストンをシリンダ内
   に進退自在に挿入し、シリンダのロッド突出側にロッド
   の進退に従ってパルスを出力するエンコーダを設け、こ
   のエンコーダのパルス出力をカウンタで計数するように
   したものにおいて、 前記ピストンを検出するオフセット用検出素子をシリン
   ダの途中に設け、ピストンがこのオフセット用検出素子
   の位置に達する度に前記カウンタの値をオフセットパル
   ス数に補正することを特徴とする位置検出器付きシリン
   ダ。
2. 【請求項２】ピストンに内蔵された磁石と、磁気検出素
   子からなるオフセット用検出素子と、このオフセット用
   検出素子の出力のピークで検出信号を出力するオフセッ
   ト位置検出回路とを具備し、このオフセット位置検出回
   路の検出信号出力に基づいてカウンタの値をオフセット
   パルス数に補正することを特徴とする請求項(１)記載の
   位置検出器付きシリンダ。