JPS63254203A - 二重作動シリンダにおけるピストンの制御装置 - Google Patents

二重作動シリンダにおけるピストンの制御装置

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JPS63254203A
JPS63254203A JP63067042A JP6704288A JPS63254203A JP S63254203 A JPS63254203 A JP S63254203A JP 63067042 A JP63067042 A JP 63067042A JP 6704288 A JP6704288 A JP 6704288A JP S63254203 A JPS63254203 A JP S63254203A
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piston
control device
pressure
valve
piston rod
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クルト　ストール
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Festo SE and Co KG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二重作動シリンダのピストン用制御装置、特に
機能部材としてのピストンロッドかワークピースと当接
するよう構成された制御装置に関する。
そのような制御装置は広い応用範囲で使用されている。
例えば、シリンダのピストンロッドは溶接機の溶接電極
として作動するように構成することができる。又は、電
極の駆動部として用いることができる。他の応用例とし
ては巻上機の製造のため調整された当接部材として用い
ることができる。そのような場合、ピストンロッドが所
望の位置へ高速で移動することが好ましいのであるが、
よす穏やかな当接動作ののち高速な後退動作が要求され
る。例えば、溶接の場合、スパークの飛散や溶接電極の
消費を防ぐため穏やかに溶接電極は係合する。しかし、
それは増加した係合推進力を受ける。電極は溶接操作後
のワークピースから高速で離脱することも必要である。
もしそのようなピストンロッドを調整可能にワークに当
接させた場合、所望の位置に高速で移動して穏やかな当
接が行なわれる必要がある。又対向する高圧力に耐えう
るため、当接の位置へピストンロッドを固定するものか
必要でおる。更に、そのような操作及び制御の応用とし
てワークを操作するグリッパ−の動きの操作及びグリッ
パの作動が挙げられる。
しかし、これらのよく知られた制御装置及びシリンダ装
置は上記要求を十分に満足させるものではなく、技術的
にも複雑で高価なものであった。
本発明の目的は上述した型の制御装置を提供することに
あり、ワークピースはいつも正確に同じ位置にあるとは
限らないが、２手作動シリンダのピストンロッドは同ロ
ッドがワークピースと穏やかに当接する所望位置の近傍
まで非常に高速で移動する。そのためいくつかの操作か
ワークピースについて行なわれる。
以上の目的を達成するための本発明の要旨は、ピストン
の作動要素であるピストンロットかワークと当接するよ
うになっている場合の、二重作動シリンダ室内で１占動
するピストンの制御装置において、二つのシリンダ室の
圧力比の変化により、ピストンロツドの接合前にビスｌ
−ン速度を減少するだめの位置センサと、２つのシリン
ダ室の内生なくとも１つのシリンダ室の圧力を変化させ
ることにより接合の位置を検出する差圧スイッチとを含
み、その差圧スイッチは接合位置で操作を実行する装置
と機能的に接続することにある。
はんのわすか２．３の標準的要素を設けるだ【プて、即
ち、位置センサを備えたシリンダと、差圧スイッチと、
いくつかの制御弁を設けるだけで、低］ス１〜で構造の
簡単な装置を提供できる。この装置により本発明の上記
目的が満足される。これに関連し移動速度及び個々の位
置の変化は容易に行なわれる。更に位置又は要素の修正
なしに所定範囲内において、ピストンロッドが移動すべ
ぎ位置を変化させることが可能である。所望の位置への
高速動作及び穏やかな当接を得ることができる利点があ
る。
持Ｗ［請求の範囲にはさらに上記装置の開発及び改善か
述べられている。
当接か行なわれる前にピストン速度を減少させることに
より穏やかな所望の当接を確保する特に簡単な方法は、
ビス１へンロット側のシリンダ室からの流体の出口流通
断面を減少させる第１の弁を設けることにある。この弁
は好ましくは、二つの平行な出口通路の内の１つに設け
られ、他の出口通路には調整チョークか股（プられる。
その結果、速度の減少か可能となり、又、要求に応える
ため、簡単な方法で穏やかな当接か可能となる。
もしワークピース上に加わるピストンロツドの推力が当
接位置で増加ずべき場合は、例えば、ピストンロッドか
溶接電極として必要な場合は、第１の弁により右利に確
保される。どのような場合であっても、差圧スイッチか
らの信号により弁が開く。そのため出口の流通抵抗は減
少し、ワーク上により大きな推力を加えることかできる
。
一方、ビスｌへンロツドを種々な当接に適合するよう設
計する場合は、穏やかな当接の後、当接の位置を固定す
る係止装置か作動状態に置かれる。
これは好ましくは流体力により、及び第２の弁を介して
行なわれる。穏やかな当接のため、所望の接合位置へ非
常に正確に移動することができる。
係合後は非常に高いベアリング力が可能である。
接合の速度か遅いにもかかわらす非常に機敏に接合位置
に移動することができる。
係合位置での休止時間及び／又は係合位置での作動期間
を決定するため、感圧スイッチからの信号により起動さ
れるタイマを使用することか好適である。タイマのホー
ルド時間か終了すると２方向弁である第３の弁により内
側方向へ感圧スイッチかピストンロットの動ぎを反転ざ
ぜる。このことは自動化作用が可能でおることを意味し
ている。
反転するため、他のシリンダ室と接続する圧力源の圧力
より高い圧力下で流体源とシリンダ室とを接続する第３
の弁を介してピストンロッド側のシリンダ室に流体が供
給される。２つの流体源の圧力を設定することにより、
そのような圧力源は好ましくは電子制御装置により調整
可能な圧力制御器か好ましい。内側へ移動する速度（後
退速度）及びワークから離れるために必要な力を要求に
応するよう適合させることが可能である。
しかしながら、第３の弁を介して圧力流体源か−　］〇
　− らピストンロッド側のシリンダ室に流体を供給すること
により反転を生じさせる。他のシリンダ室と接続する第
４のバルブは圧力流体源から出力ダクトへ切り換える。
調整チョークをこの出力ダクトに使用することにより内
側方向の運動（後退運動）を調整可能である。
感圧スイッチは好ましくは２つのシリンダ室の間の圧力
差に応答するため差圧スイッチ型が好ましい。その結果
、反転のために使用される第４の弁の切換は、この感圧
スイッチからの復帰信号により簡単な方法で行なわれる
。
自動的に起きる多数のピストンセンサの行程を調整する
ためには、電子制御装置を備えることが有利である。２
回目の反転はそれぞれ位置センサからの信号により引き
起される。そのような多くの行程は例えば溶接操作中に
必要となる。これらの動作は溶接電極が当接する毎に非
常に高速で連続的に行なわれる。毎回要求される離脱力
はこの場合大きい。
センサ信号と圧力スイッチ信号に従って弁を操作するに
は、自由にプログラムされた制御システム、特にマイク
ロコンピュータが好ましい。そして、制御システムは同
時に接合位置にてホールド時間を設定し、又、自動的に
行なわれる往復数を設定することができる。
本発明の実施例は、第１図に示すように、二重作用シリ
ンダ１０．ピストン１１．これと接続するピストンロッ
ド１２を含む。シリンダの内部は、ピストン１１により
、ピストンロッド側のシリンダ室１３とピストンロッド
１２と反対側のシリンダ室１４に分割される。シリンダ
１０は流体をシリンダ室１３及び１４へ導く２つの接続
を介して作動する。流体は空気システム中のガス、又は
、流体システム中の液体である。
加圧流体の源１７は比例圧力制御弁１８を介して接続具
１６と連結し、更に、比例圧力制御弁１９及び３ポ一ト
２位置切換弁２０と直列で、接続具１５と連結する。弁
２０が作動すると、それは接続１５をチョーク弁形のチ
ョーク２１と連結する。流体はチョーク２１からマフラ
２２を通って排出される。弁２３は３ポ一ト２位置切換
弁であって、それが作動状態にある時、チョーク２１は
分流される。
電子制御装置２４は４つの制御ポートＡＯ，Ａ１、Ａ２
及びＡ３を有し、これらを介して、弁２０及び２３．比
例圧力制御弁１８及び１９が作動する。好ましくは、こ
の電子制御装置２４は自由にプログラムされ、特にマイ
クロコンピュータでもって設計されてもよい。
２つの位置センサ２５及び２６は、シリンダ１０上に設
けられ、ピストン１１の後退位置を示すセンサ信号を位
置センサ２５が発生し、一方、ピストンロッド１２が外
方に前進してワークピース２７と係合する時点の直前に
位置レンリー２６がセンサ位置信号を発生する。このピ
ストンセンサ２５及び２６は、図示せぬ磁石又はピスト
ン１１に固設された磁気リングと感応するリードスイッ
チの形状である。当然のことながら、ピストンセンサと
しては他のタイプを使用できる。例えば、ピストンロッ
ド１２上のマークを検出するセンサであってもよい。特
にこれらのシステムは磁気近接スイッチを含んでもよい
。２つの位置センサ２５及び２６のセンサ信号は電子制
御装置２４の２つの制御ポートＦ２及びＥＯに入力され
る。
接続具１５及び１６における流体圧力は差圧スイッチ２
８に加えられ、それにより予め与えられた差圧を示す制
御信号が電子制御装置２４の入力Ｆ１に供給される。そ
して始動スイッチ２９が電子制御装置２４の制御人力Ｅ
３と接続している。
第１図に示す本発明の第１実施例の動作を第２図の信号
図を参照して説明する。この信号図において、制御ポー
トＥＯ−Ｅ３に供給される信号はＥＯ−Ｅ３．制御出力
ＡＯ−Ａ３から出力される信号はＡＣ）−Ａ３と各々符
号が付される。この実施例においては電気スポット溶接
装置に好適に使用され、ピストンロッド１２は溶接電極
の形状か、又は、そのような電極のための駆動体として
使用される。そのような溶接のため電極は非常に高速で
周期的にワークピース２７と係合する。ワークピース２
７は、その上に多数のスポット溶接を形−１４＝ 成するため電極を通過する。この場合、溶接の動作は非
常に高速で行なわれるが、電極の消費及び火花の生成を
減らすため、減速下で緩やかな係合をすることが必要で
ある。係合位置になると、電極はワークへ強力に圧接し
、その後電極は素速くそれから離れる。
２つの比例圧力制御弁１８及び１９は作動中は常に制御
ポートＡ２及びＡ３を介して駆動される。
このため信号線図中には対応する制御信号は表われてい
ない。比例圧力制御弁１９の斤ツノは比例圧力制御弁１
Ｂの圧力より高いので、このような圧力がシリンダ上に
作用すると比例圧力制御弁１８は、ピストン後退位置で
保持される。制御出力Ａ２及びＡ３を介して、比例圧力
制御弁１８及び１９により設定される圧力は適宜修正さ
れ、そして、それぞれの状態に適合するよう変更される
。特に、両比例制御弁１８．１９の設定圧力差がピスト
ン１１の後退速度を制御し、一方、比例圧力制御弁１８
か、チョーク２１及び弁２３と協動してピストンロッド
の前進速度を制御する。時点ｔ１において始動スイッチ
２９が操作されると、始動信号「３及び制御信号ＡＯ及
びＡ１が出力側に発生する。このような制御信号ば弁２
０及び２３を切換える。従って、比例圧力制御弁１８の
圧力をシリンダ室１４か受ける一方、シリンダ室１３内
の流体が弁２０及び２３を介して排出される。そのため
ピストンロッド１２は外側へ素早く前進する。
ピストン１１が位置センサ２６に達する時、即ち、これ
はピストンロット１２がワーク２７との係合位置の直前
にあることと対応するものであるか、その時、制御信＠
Ａは、対応する位置信号ＦＯにより終了し、そのため、
弁２３は閉じる。シリンダ室１３から流れ込んだ流体は
今ヂョーク２１を通ることとなり、吐出抵抗の増加によ
りピストンロツド１２の前進速度は減少する。この減少
の程度はチョーク２１の流通断面積を変化することによ
り自由に設定できる。
時点ｔ３において、ピストンロッド１２はワークピース
２７と穏やかに圧接する。シリンダ室１３及び１４の圧
力差の増加によって、圧力スインチ２８が時点ｔ４で出
力信号Ｅ１を発生するまで、ワークピース２７上の圧力
は増加する。そのため電子制御装置２４に制御信号［１
が発生し、この信号が弁２３を再び開ける。この高速度
の開放はワークピース２７に対してピストンロッド１２
の圧力を急速に増大させる。
電子制御装置２４内の内部タイマがホールトタイムＴを
生じ、一方、ピストンロットは圧接状態に保持され、溶
接動作の実行が確保される。このあと、時点ｔ５におい
て、制御信号ＡＯ及びＡ１はオフとなり、このため、２
つの弁２０及び２３は図示の位置へ戻る。比例圧力制御
弁１９により発生ずる高圧力は、今度はシリンダ室１３
へ作用する。そのため時点ｔ６にて位置センサ２６に対
応する位置にピストン１１が到着し入力信号ＥＯが発生
する迄、ピストンロッド１２は再び高速で後退する。こ
の信号は制御信号ＡＯを介して今度は弁２０を切り換え
る。そのためピストンロット１２の作動方向か再び逆転
する。上述の動作か繰り返し行なわれることとなる。
電子制御装置２４においては、例えば、溶接動作を繰り
返すため、何回信号ＥＯを発生させるかがピストンロツ
ド１２の方向転換に影響を与えることとなる。又は、そ
の信号ＥＯから方向転換はもはやこれ以上性なわれなく
なることとなる。このことは簡単な計測手段により確認
することかできる。第２図に示す信号線図においては、
時点ｔ１０において３番目の信号ＥＯにより、ピストン
ロット１２の方向の転換は行なわれない。即ち、時点ｔ
ｌｏにおいては信号△Ｏが発生しないのでピストンロッ
ド１２は図示のように初期の位置に戻るのである。ここ
では位置センサ２５により信号Ｆ２′が発生し、これに
より一連の動作は終了するのである。
第３図に示ず第２実施例におい一′Ｃは、同−又は類似
の要素は同一番号が付されており、説明は省略する。同
一のものが電子制御装置２４の入力［と出力Ａに加えら
れる。第２実施例の制御装置によれば、ピストンロッド
１２が当接部材として動くよう調整可能な当接を構成し
ても良い。この場合まず最初に当接位置直前迄は素早い
移動が行なわれて、次に、減速されて、ワークピースと
穏やかな当接が行なわれる。そして当接位置はロックさ
れより大きい力で対向する。穏やかな当接のため予め設
定された位置が正確に移動され、かつ、検出される。
本発明の第１の実施例を拡張し、両端にて調整可能な終
端位置減衰装置がピストン１１に設（プられる。更に、
ピストンロッド１２のため係合装置３０が設けられる。
ここでは、非駆動状態において制御摩擦面がピストンロ
ッド１２を押圧する。
接続具３１を介してスプリング力に抗して働く圧力下で
そのような係合は、流体にＪ：り制御される。
本実施例においては比例圧力弁１８及び１９は設けられ
ておらず、圧力流体供給源１７は弁２０を介して直接シ
リンダ室１３と接続していると共に、弁３２を介してシ
リンダ室１４とも接続する。
弁３２は駆動状態では３ポ一ト２位置弁として作動する
。弁３２の非駆動状態においてはシリンダ室１４はチョ
ーク３３を介して排出管に開口しているマフラ３４と接
続し、チョーク３３は調整可能のチョーク弁の形状に設
計されている。
更に流体圧力源１７は弁３５を介して接続具３１と接続
し、弁３５は３ポ一ト２位置弁の形状である。この弁３
５は駆動状態においでは、排出管に開口しているマフラ
３６と接続具３１とを連通させる。
そして、弁２３は調整チョーク３７と直列に接続する。
第３図に示す本発明の第２実施例の動作を第４図の説明
図に基づいて説明する。始動スイッチ２９からの始動信
号により操作信号ＡＯ，Ａ１及びＡ４が電子制御装置２
４の出力に表われる。そのため弁２０．２３及び３２は
駆動されて、シリンダ室１３内の流体が並列に接続され
たチョーク２１及び３７を介して急速に排出される一方
、ピストンロット１２は高速で外部に向って移動する。
流体圧力源１７がシリンダ室１３と遮断され、シリンダ
室１４と連通ずる。
当接位置にピストンロッド１２が到着する直前に、時点
ｔ５でピストン１１はセンサ２６に到着する。位置セン
サ２６からの信号ＥＯに応答して弁２３の制御信号Ａ１
が終了する。この弁が閉じるためシリンダ室１３を離れ
た流体はチョーク２１を介して排出可能である。流れの
抵抗が増加するためピストンロッド１２の速度は減少す
る。
第１実施例と同様ワークピース２７上で接合が行なわれ
る。即ち、時点ｔ４においては、差圧スイッチ２８が信
号Ｅ１を発生し、これにより弁３５の制御信号Ａ５は終
了する。この結果係合装置３０から流体が排出され、そ
のため係合装置３０はピストンロッド１２を係合設定状
態でロックする。
電子制御装置２４で設定された所定時間経過後に、弁２
０の信号ＡＯは時点ｔ５で終了し、そのため弁２０はシ
リンダ室１３と流体圧力源１７とを再接続する。このた
めシリンダ室１３内は加圧流体で満たされ、所定時間後
に差圧スイッチ２８は時点ｔ６で開く。対応する信号Ｅ
１の終了により制御信号Ａ４が終了し制御信号へ５が開
始する。
この結果シリンダ室１４内の流体はチョーク３３を通っ
て排出可能となる。そして係合装置３０はそれに作用す
る圧力のため作動を延期する。従って、チョーク３３の
作動に応じてピストンロッド１２は非常に素早く後退す
る。
ピストン１１が位置センサ２６の位置に到達すると、こ
れに対応して発生する信号ＥＯがピストンロッドの作動
方向を反転する。これについては第１実施例で既述した
。もしここでその方向反転が望ましくないなら、ピスト
ンロットは再び接合位置から離隔して内側へ後退する。
そして、時点ｔ８にてこのピストンロッドが内側位置に
到達すると位置センサ２５は信号を発生し、それが次の
動作を妨げる。
【図面の簡単な説明】
第１図は溶接作業を実行するのに好適な発明の第１実施
例の回路図、第２図は第１実施例の動作を示すための信
号線図、第３図は例えば調整された接合として使用され
る第２実施例の回路図、第４図は第２実施例の動作を説
明するための信号線図を示す。 １０・・・２重作用シリンダ、１２・・・ピストンロッ
ド １３．１４・・・シリンダ室、１５．１６・・・接続１
７・・・流体源、１８．１９・・・比例圧力制御弁２０
．２３，３２．３５・・・弁 ２１．３３．３７・・・チョーク ２２．３４・・・マフラ、２４・・・電子制御装置２５
．２６・・・位置センサ、２７・・・ワークピース２Ｂ
・・・差汗スイッチ 代理人　　弁理士　　定立　勉（他２名）＝　　２３　
−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　ピストンの作動要素であるピストンロッドがワーク
    と当接するようになっている場合の、二重作動シリンダ
    室内で摺動するピストンの制御装置において、 ２つのシリンダ室の圧力比の変化によりピストンロッド
    の接合が行なわれる前にピストン速度を減少させるため
    の位置センサと、 ２つのシリンダ室の少なくとも１つの圧力の変化により
    接合の位置を検出すると共に、接合位置での操作を実行
    するよう適合された装置と機能的に接続する感圧スイッ
    チとを含む二重作動シリンダにおけるピストンの制御装
    置。 ２、上記位置センサはシリンダ上に固設され、ピストン
    に磁気的に感応する磁気センサである第１項に記載のピ
    ストンの制御装置。 ３、流体がピストンロッド側のシリンダ室を去るように
    ダクトの断面を減少させ、そして、ピストンの速度を減
    少させるように構成された第１の弁を含む第１項に記載
    のピストンの制御装置。 ４、２つの平行出力ダクトを含み、該１つの平行ダクト
    にチョークが設けられ、一方、他の１つの平行ダクトに
    第１の弁が設けられる第３項に記載のピストンの制御装
    置。 ５、上記装置は当接位置において操作を実行し、当該装
    置はワークピース上のピストンロッドの推力を増加させ
    るべく構成される第１項に記載のピストンの制御装置。 ６、上記推力を増加させる装置は、感圧スイッチからの
    信号に応答して開くよう構成された第１の弁を含む第５
    項に記載のピストンの制御装置。 ７、上記装置は、当接位置においてピストンロッドをロ
    ックする係合装置を含み、当接位置において、操作を実
    行する第１項に記載のピストンの制御装置。 ８、流体力により上記係合装置の操作を起させる第２の
    弁を含む第７項に記載のピストンの制御装置。 ９、上記係合装置は少なくともブレーキ及びグリップ面
    を有する１つの手段と、その操作のためのスプリング手
    段とを含み、上記流体力はスプリング手段に抗して作用
    する第８項に記載のピストンの制御装置。 １０、当接位置での時間を決定するため感圧スイッチか
    らの信号により作動するタイマを含む第１項に記載のピ
    ストンの制御装置。 １１、ピストンロッドを後退させるためそのホールド時
    間の終了後タイマにより切換え可能な２方式バルブとし
    て機能する第３の弁を含む第１０項に記載のピストンの
    制御装置。 １２、上記第３の弁はピストンロッド側のシリンダ室を
    切換えるため圧力流体の下で作動し、その圧力流体の圧
    力が他のシリンダ室に接続する流体源の圧力より高い第
    １１項に記載のピストンの制御装置。 １３、２つの流体源の圧力調整手段を含む第１２項に記
    載のピストンの制御装置。 １４、各流体源が電子制御装置の手段により設定可能な
    圧力レギュレータを含む第１３項に記載のピストンの制
    御装置。 １５、ピストンロッド側のシリンダ室を切換える第３の
    弁が作動のため圧力流体源と接続すると共に、上記制御
    装置は更に、他のシリンダ室と接続する第４の弁を含み
    、該第４の弁はピストンの移動方向を反転させるため圧
    力流体源から排出ダクトに切り換えるよう作動する第１
    １項に記載のピストンの制御装置。 １６、上記感圧センサは、２つのシリンダ室間の圧力差
    に応答する差圧スイッチである第１項に記載のピストン
    の制御装置。 １７、反転の作動のための第４の弁が、感圧スイッチの
    帰還信号により作動する第１５項に記載のピストンの制
    御装置。 １８、ピストンロッドの自動往復の数を設定する電子制
    御装置を含み、２度目の反転動作が位置センサからの信
    号により行なわれる第１項に記載のピストンの制御装置
    。 １９、ピストンロッドの引つ込みの設定に応答すると共
    にピストン動作の終了を起させる出力信号にを発生する
    第２の位置センサを含む第１項に記載のピストンの制御
    装置。 ２０、センサ信号及び感圧センサに応答して弁の操作を
    行なう自由プログラム制御装置を含む第１項に記載のピ
    ストンの制御装置。 ２１、位置センサはピストンと接続する磁性体と反応す
    る近接スイッチであり、上記制御装置はピストンを遅延
    するための第１の弁を含み、該弁は２つの平行ダクトの
    内の１つに設けられ、他の１つの平行ダクトはその中に
    調整チョークを含み、更にピストン制御装置は、 ピストンロッドにより実行される操作の期間を決定する
    タイマと、 位置センサと感圧スイッチからの信号に応答する自由プ
    ログラム制御装置としてのマイクロコンピュータを含む
    第２項記載のピストンの制御装置。
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