KR102591291B1 - 액추에이터의 센싱 장치 및 액추에이터의 제어 시스템 - Google Patents

액추에이터의 센싱 장치 및 액추에이터의 제어 시스템 Download PDF

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가즈토 오가
쇼고 와쿠타
사토시 하라
도모후미 미즈노
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Abstract

축 방향으로 이동 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트를 구비하고, 상기 중공부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시켜, 해당 워크를 픽업하는 액추에이터에 적용되는 센싱 장치이다. 해당 센싱 장치는, 중공부를 부압으로 할 때 해당 중공부로부터 흡출되는 공기가 유통되는 통로인 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 유량 센서와, 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로 내의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다.

Description

액추에이터의 센싱 장치 및 액추에이터의 제어 시스템
본 발명은, 액추에이터의 센싱 장치 및 액추에이터의 제어 시스템에 관한 것이다.
워크의 픽업과 플레이스를 행하는 액추에이터로서, 중공의 샤프트의 선단부를 워크에 접촉시킨 상태에서, 샤프트 내를 부압으로 함으로써, 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시키는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).
일본 특허 공개 제2009-164347호 공보
상기 종래 기술과 같은 액추에이터에 의해 워크를 픽업하는 경우, 샤프트의 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있지 않으면, 워크를 픽업 위치로부터 플레이스 위치로 이동시키는 도중에 해당 워크를 낙하시켜 버리는 등의 문제를 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 워크의 픽업을 행하는 경우에는, 샤프트의 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지를 판정할 필요가 있다.
여기서, 샤프트의 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지를 판정하는 방법으로서는, 샤프트 내의 압력을 검출하는 압력 센서를 액추에이터에 설치하고, 샤프트 내의 공기를 흡인하기 시작한 후의 압력 센서의 검출값에 기초하여, 워크가 샤프트의 선단부에 흡착되어 있는지를 판정하는 방법을 생각할 수 있다.
그런데, 비교적 소형의 워크의 픽업을 행하는 경우에는, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착될 가능성이 있다. 그와 같은 경우에는, 흡착 노즐에 워크가 흡착되어 있는 상태와 흡착되어 있지 않은 상태에 있어서의 샤프트 내의 압력차가 작아지기 쉽기 때문에, 흡착 노즐에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지를 고정밀도로 판정하는 것이 곤란해질 가능성이 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 다종 다량의 워크의 흡착 판정을 적합하게 행함에 있어서 유효한 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 축 방향으로 이동 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트를 구비하고, 상기 중공부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시켜, 해당 워크를 픽업하는 액추에이터에 적용되는 센싱 장치이다. 해당 센싱 장치는, 상기 샤프트의 상기 중공부를 부압으로 할 때 해당 중공부로부터 흡출되는 공기가 유통되는 통로인 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 유량 센서와, 상기 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로 내의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다.
본 발명에 따르면, 다종 다량의 워크의 흡착 판정을 적합하게 행함에 있어서 유효한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 액추에이터의 외관도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 액추에이터의 내부 구조를 도시한 개략 구성도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 샤프트 하우징과 샤프트의 선단부의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 변형예에 있어서, 워크 W의 픽업을 행할 때의 액추에이터의 동작을 도시하는 흐름도이다.
본 발명에 관한 센싱 장치가 적용되는 액추에이터에 있어서는, 샤프트가, 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 샤프트의 선단부에는, 그 내부가 중공이 됨으로써 중공부가 형성되어 있다. 중공부에는 공기 통로가 연통되어 있고, 해당 중공부의 공기가 상기 공기 통로를 통해 흡출됨으로써, 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 액추에이터에 의하면, 샤프트의 선단부를 워크에 접촉시킨 상태에서 해당 선단부에 부압을 발생시킴으로써, 해당 선단부에 워크를 흡착시킬 수 있다. 그리고, 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시킨 상태에서, 해당 샤프트를 축 방향 상측으로 이동시키면, 워크의 픽업을 행할 수 있다.
또한, 상기 공기 통로의 도중에는, 해당 공기 통로 내를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 유량 센서와, 해당 공기 통로 내의 압력을 검출하는 압력 센서를 포함하는 센싱 장치가 배치된다. 이와 같은 센싱 장치에 의하면, 워크의 픽업을 행할 때, 유량 센서에 의해 검출되는 유량 및 또는 압력 센서에 의해 검출되는 압력을 이용하여, 샤프트 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지의 판정(흡착 판정)을 행하는 것이 가능해진다.
샤프트의 선단부에 워크가 접촉한 상태에서, 중공부의 공기가 흡출되면, 중공부의 공기량이 점차 감소되어 감으로써, 중공부의 압력이 점차 저하(중공부의 부압 정도가 점차 증가)되어 가고, 최종적으로는 중공부가 진공에 가까운 상태가 된다. 이와 같은 과정에 있어서, 중공부가 진공에 가까운 상태가 되기 전의 단계여도, 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시킬 수 있을 정도로 중공부의 압력이 저하되어 있으면, 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시킨 상태에서 해당 워크를 픽업하는 것이 가능해진다. 즉, 중공부의 압력이 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시킬 수 있을 정도로 저하되어 있는 것을 검출할 수 있으면, 중공부가 진공에 가까운 상태로 되기 전에 워크의 픽업을 행하는 것이 가능해져, 택트 타임의 단축을 도모할 수 있다. 그래서, 공기 통로에 압력 센서만을 설치하고, 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 소정 압력 이하인 것을 조건으로 하여, 샤프트의 선단부에 워크가 흡착되어 있다고 판정하는 방법을 생각할 수 있다. 여기에서 말하는 소정 압력은, 공기 통로 내의 압력이 해당 소정 압력 이하이면, 워크를 흡착시킬 수 있는 부압이 샤프트의 선단부에 발생하였다고 판정할 수 있는 압력이며, 예를 들어 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시킬 수 있는 압력의 최댓값으로부터 소정의 마진을 차감한 압력이다.
그런데, 비교적 소형의 워크를 픽업하는 경우 등은, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착될 가능성이 있다. 그 경우, 흡착 노즐에 워크가 흡착된 상태(흡착 노즐이 폐색된 상태)와 흡착 노즐에 워크가 흡착되지 않은 상태(흡착 노즐이 개방된 상태)에 있어서의 공기 통로 내의 압력차가 작아지기 쉽다. 그것에 수반하여, 상기 소정 압력이, 흡착 노즐에 워크가 흡착되어 있지 않은 상태에 있어서의 공기 통로 내의 압력에 가까운 압력이 된다. 또한, 압력 센서에 의해 검출되는 압력에는, 오차나 공차 등이 포함되는 경우가 있다. 따라서, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착되는 경우에 있어서는, 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 상기 소정 압력을 비교하는 방법으로 정밀도가 좋은 흡착 판정을 행하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 이에 반해, 상기 소정 압력보다도 충분히 낮은 압력(부압 정도가 충분히 큰 압력)인 판정용 압력을 설정해 두고, 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 해당 판정용 압력 이하까지 저하된 것을 조건으로 하여, 샤프트의 선단부에 워크가 흡착되어 있다고 판정하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 상기 중공부의 공기를 흡출하기 시작하고 나서부터 공기 통로 내의 압력이 상기 판정용 압력 이하로 저하될 때까지에 요하는 시간이 길어지기 때문에, 택트 타임이 불필요하게 증가되어 버린다는 문제가 있다.
이에 반해, 본 발명에 관한 센싱 장치에 의하면, 비교적 소형의 워크를 픽업하는 경우 등과 같이, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착되는 경우 등에, 유량 센서에 의해 검출되는 유량을 이용한 흡착 판정을 행할 수 있다. 여기서, 샤프트의 선단부에 워크가 접촉한 상태에서, 중공부의 공기가 흡출되면, 전술한 바와 같이, 중공부의 공기량이 점차 감소되어 감으로써, 중공부의 압력이 점차 저하(중공부의 부압 정도가 점차 증가)되어 간다. 이것에 수반하여, 공기 통로를 흐르는 공기의 유량은, 중공부의 압력 저하에 수반하여 점차 감소되어 간다. 즉, 샤프트의 선단부에 워크가 접촉한 상태에서, 중공부의 공기가 흡출되는 과정에 있어서는, 공기 통로를 흐르는 공기의 유량이 중공부의 압력과 상관된다. 따라서, 유량 센서에 의해 검출되는 유량이 소정 유량 이하까지 감소되어 있는 것을 조건으로 하여, 샤프트 선단부에 워크가 흡착되어 있다고 판정할 수 있다. 여기에서 말하는 소정 유량은, 유량 센서에 의해 검출되는 유량이 해당 소정 유량 이하까지 감소되어 있으면, 워크를 흡착시킬 수 있는 부압이 샤프트의 선단부에 발생하였다고 판정할 수 있는 유량이다. 바꾸어 말하면, 소정 유량은, 유량 센서에 의해 검출되는 유량이 해당 소정 유량 이하까지 감소되어 있으면, 공기 통로 내의 압력이 상기 소정 압력 이하로 저하되었다고 판정할 수 있는 유량이다. 이에 의해, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착되는 경우에 있어서도, 택트 타임의 불필요한 증가를 억제하면서, 워크의 흡착 판정을 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착되는 경우에 있어서, 워크의 흡착 판정을 보다 정확하게 행한다고 하는 관점에서 보면, 유량 센서에 의해 검출되는 유량이 소정 유량을 하회하고 있고, 또한 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 소정 압력을 하회하고 있는 것을 조건으로 하여, 샤프트의 선단부에 워크가 흡착되어 있다고 판정하도록 해도 된다. 이와 같은 방법에 의하면, 택트 타임의 증가를 적게 억제하면서, 샤프트의 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지를 보다 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 비교적 대형의 워크를 픽업하는 경우 등과 같이, 비교적 구경이 큰 흡착 노즐이 샤프트의 선단부에 장착되는 경우에는, 흡착 노즐에 워크가 흡착된 상태(흡착 노즐이 폐색된 상태)와 흡착 노즐에 워크가 흡착되어 있지 않은 상태(흡착 노즐이 개방된 상태)에 있어서의 공기 통로 내의 압력차가 커지기 쉽다. 그것에 수반하여, 상기 소정 압력은, 흡착 노즐에 워크가 흡착되어 있지 않은 상태에 있어서의 공기 통로 내의 압력보다 충분히 낮은 압력이 된다. 그 때문에, 압력 센서에 의해 검출되는 압력에 오차나 공차 등이 포함되어 있어도, 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 소정 압력을 비교하는 방법으로 정밀도가 좋은 흡착 판정을 행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 관한 센싱 장치를 이용하면, 샤프트의 선단부에 장착되는 흡착 노즐의 구경에 좌우되지 않고, 샤프트의 선단부에 워크가 적절하게 흡착되어 있는지를 고정밀도로 또한 신속하게 판정할 수 있다. 그것에 의해, 다종다양의 워크의 흡착 판정을 적합하게 행하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 기재가 없는 한은 발명의 기술적 범위를 그것들에만 한정한다는 취지는 아니다.
<실시 형태>
도 1은 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)의 외관도이다. 액추에이터(1)는 외형이 대략 직육면체인 하우징(2)을 갖고 있고, 하우징(2)에는, 덮개(200)가 설치되어 있다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)의 내부 구조를 도시한 개략 구성도이다. 하우징(2)의 내부에, 샤프트(10)의 일부를 수용하고 있다. 이 샤프트(10)의 선단부(10A)측은, 중공이 되도록 형성되어 있다. 샤프트(10) 및 하우징(2)의 재료에는, 예를 들어 금속(예를 들어 알루미늄)을 사용할 수 있지만, 수지 등을 사용할 수도 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치에 대하여 설명한다. 하우징(2)의 가장 큰 면의 긴 변 방향이며 샤프트(10)의 중심축(100)의 방향을 Z축 방향이라 하고, 하우징(2)의 가장 큰 면의 짧은 변 방향을 X축 방향이라 하고, 하우징(2)의 가장 큰 면과 직교하는 방향을 Y축 방향이라 한다. Z축 방향은 연직 방향이기도 하다. 또한, 이하에서는, 도 2에 있어서의 Z축 방향의 상측을 액추에이터(1)의 상측이라 하고, 도 2에 있어서의 Z축 방향의 하측을 액추에이터(1)의 하측이라 한다. 또한, 도 2에 있어서의 X축 방향의 우측을 액추에이터(1)의 우측이라 하고, 도 2에 있어서의 X축 방향의 좌측을 액추에이터(1)의 좌측이라 한다. 또한, 도 2에 있어서의 Y축 방향의 전방측을 액추에이터(1)의 전방측이라 하고, 도 2에 있어서의 Y축 방향의 후방측을 액추에이터(1)의 후방측이라 한다. 하우징(2)은, Z축 방향의 치수가 X축 방향의 치수보다도 길고, X축 방향의 치수가 Y축 방향의 치수보다도 길다. 하우징(2)은, Y축 방향과 직교하는 하나의 면(도 2에 있어서의 전방측의 면)에 상당하는 개소가 개구되어 있고, 이 개구를 덮개(200)에 의해 폐색하고 있다. 덮개(200)는, 예를 들어 나사에 의해 하우징(2)에 고정된다.
하우징(2) 내에는, 샤프트(10)를 그 중심축(100) 둘레로 회전시키는 회전 모터(20)와, 샤프트(10)를 그 중심축(100)을 따른 방향(즉, Z축 방향)으로 하우징(2)에 대하여 상대적으로 직동시키는 직동 모터(30)와, 에어 제어 기구(60)가 수용되어 있다. 또한, 하우징(2)의 Z축 방향의 하단부면(202)에는, 샤프트(10)가 삽입 관통된 샤프트 하우징(50)이 설치되어 있다. 하우징(2)에는, 하단부면(202)으로부터 해당 하우징(2)의 내부를 향하여 오목해지도록 오목부(202B)가 형성되어 있고, 이 오목부(202B)에 샤프트 하우징(50)의 일부가 삽입된다. 이 오목부(202B)의 Z축 방향의 상단부에는, Z축 방향으로 관통 구멍(2A)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(2A) 및 샤프트 하우징(50)을 샤프트(10)가 삽입 관통된다. 샤프트(10)의 Z축 방향 하측의 선단부(10A)는, 샤프트 하우징(50)으로부터 외부로 돌출되어 있다. 샤프트(10)는, 하우징(2)의 X축 방향의 중심 또한 Y축 방향의 중심에 마련되어 있다. 즉, 하우징(2)에 있어서의, X축 방향의 중심 및 Y축 방향의 중심을 통과하여 Z축 방향으로 연장되는 중심축과, 샤프트(10)의 중심축(100)이 겹치도록, 샤프트(10)가 마련되어 있다. 샤프트(10)는, 직동 모터(30)에 의해 Z축 방향으로 직선 이동함과 함께, 회전 모터(20)에 의해 중심축(100)의 둘레를 회전한다.
샤프트(10)의 선단부(10A)와 반대측의 단부(Z축 방향의 상측의 단부)인 기단부(10B)측은, 하우징(2) 내에 수용되어 있고, 회전 모터(20)의 출력축(21)에 접속되어 있다. 이 회전 모터(20)는, 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 회전 모터(20)의 출력축(21)의 중심축은, 샤프트(10)의 중심축(100)과 일치한다. 회전 모터(20)는, 출력축(21) 이외에, 고정자(22)와, 고정자(22)의 내부에서 회전하는 회전자(23)와, 출력축(21)의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더(24)를 갖는다. 회전자(23)가 고정자(22)에 대하여 회전함으로써, 출력축(21) 및 샤프트(10)도 고정자(22)에 대하여 연동하여 회전한다.
직동 모터(30)는, 하우징(2)에 고정된 고정자(31), 고정자(31)에 대하여 상대적으로 Z축 방향으로 이동하는 가동자(32)를 갖는다. 직동 모터(30)는, 예를 들어 리니어 모터이다. 고정자(31)에는 복수의 코일(31A)이 마련되고, 가동자(32)에는 복수의 영구 자석(32A)이 마련되어 있다. 코일(31A)은, Z축 방향으로 소정 피치로 배치되고, 또한, U, V, W상의 3개의 코일(31A)을 1조로 하여 복수 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이들 U, V, W상의 코일(31A)에 3상 전기자 전류를 흘림으로써 직동적으로 이동하는 이동 자계를 발생시켜, 고정자(31)에 대하여 가동자(32)를 직동적으로 이동시킨다. 직동 모터(30)에는 고정자(31)에 대한 가동자(32)의 상대 위치를 검출하는 리니어 인코더(38)가 마련되어 있다. 또한, 상기 구성 대신에, 고정자(31)에 영구 자석을 마련하고, 가동자(32)에 복수의 코일을 마련할 수도 있다.
직동 모터(30)의 가동자(32)와 회전 모터(20)의 고정자(22)는, 직동 테이블(33)을 개재하여 연결되어 있다. 직동 테이블(33)은, 직동 모터(30)의 가동자(32)의 이동에 수반하여 이동 가능하다. 직동 테이블(33)의 이동은, 직동 안내 장치(34)에 의해 Z축 방향으로 안내되고 있다. 직동 안내 장치(34)는, 하우징(2)에 고정된 레일(34A)과, 레일(34A)에 조립된 슬라이더 블록(34B)을 갖는다. 레일(34A)은, Z축 방향으로 연장되어 있고, 슬라이더 블록(34B)은, 레일(34A)을 따라서 Z축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
직동 테이블(33)은, 슬라이더 블록(34B)에 고정되어 있고, 슬라이더 블록(34B)과 함께 Z축 방향으로 이동 가능하다. 직동 테이블(33)은, 직동 모터(30)의 가동자(32)와 2개의 연결 암(35)을 개재하여 연결되어 있다. 2개의 연결 암(35)은, 가동자(32)의 Z축 방향의 양단부와, 직동 테이블(33)의 Z축 방향의 양단부를 연결하고 있다. 또한, 직동 테이블(33)은, 양단부보다도 중앙측에 있어서, 2개의 연결 암(36)을 개재하여 회전 모터(20)의 고정자(22)와 연결되어 있다. 또한, Z축 방향 상측의 연결 암(36)을 제1 암(36A)이라 하고, Z축 방향 하측의 연결 암(36)을 제2 암(36B)이라 한다. 또한, 제1 암(36A)과 제2 암(36B)을 구별하지 않는 경우에는, 간단히 연결 암(36)이라 한다. 직동 테이블(33)과 회전 모터(20)의 고정자(22)가, 해당 연결 암(36)을 개재하여 회전 모터(20)의 고정자(22)와 연결되어 있기 때문에, 직동 테이블(33)의 이동에 수반하여 회전 모터(20)의 고정자(22)도 이동한다. 또한, 연결 암(36)은, 단면이 사각이다. 각 연결 암(36)에 있어서의 Z축 방향의 상측을 향하는 면에는, 변형 게이지(37)가 고정되어 있다. 또한, 제1 암(36A)에 고정되는 변형 게이지(37)를 제1 변형 게이지(37A)라 하고, 제2 암(36B)에 고정되는 변형 게이지(37)를 제2 변형 게이지(37B)라 한다. 제1 변형 게이지(37A)와 제2 변형 게이지(37B)를 구별하지 않는 경우에는, 간단히 변형 게이지(37)라 한다. 또한, 본 실시 형태의 2개의 변형 게이지(37)는, 연결 암(36)의 Z축 방향의 상측을 향하는 면에 각각 마련되어 있지만, 이것 대신에, 연결 암(36)의 Z축 방향의 하측을 향하는 면에 각각 마련되어 있어도 된다.
에어 제어 기구(60)는, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압이나 부압을 발생시키기 위한 기구이다. 즉, 에어 제어 기구(60)는, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 샤프트(10) 내의 공기를 흡인함으로써, 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시킨다. 이에 의해 워크 W가 샤프트(10)의 선단부(10A)에 흡착된다. 또한, 샤프트(10) 내로 공기를 내보냄으로써, 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압을 발생시킨다. 이에 의해 샤프트(10)의 선단부(10A)로부터 워크 W를 탈리시킨다.
에어 제어 기구(60)는, 정압의 공기가 유통되는 정압 통로(61A)(일점쇄선 참조)와, 부압의 공기가 유통되는 부압 통로(61B)(이점쇄선 참조)와, 정압의 공기 및 부압의 공기에서 공용되는 공용 통로(61C)(파선 참조)를 갖는다. 정압 통로(61A)의 일단은, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에 마련된 정압용 커넥터(62A)에 접속되고, 정압 통로(61A)의 타단은 정압용의 전자 밸브(이하, 정압 전자 밸브(63A)라 함)에 접속되어 있다. 정압 전자 밸브(63A)는, 후술하는 컨트롤러(7)에 의해 개폐된다. 또한, 정압 통로(61A)의 일단측의 부분은 튜브(610)에 의해 구성되고, 타단측의 부분은 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 정압용 커넥터(62A)는, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)을 관통하고 있고, 정압용 커넥터(62A)에는 에어를 토출하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 외부로부터 접속된다.
부압 통로(61B)의 일단은, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에 마련된 부압용 커넥터(62B)에 접속되고, 부압 통로(61B)의 타단은 부압용의 전자 밸브(이하, 부압 전자 밸브(63B)라 함)에 접속되어 있다. 부압 전자 밸브(63B)는, 본 발명에 관한 밸브 장치에 상당하고, 후술하는 컨트롤러(7)에 의해 개폐된다. 또한, 부압 통로(61B)의 일단측의 부분은 튜브(620)에 의해 구성되고, 타단측의 부분은 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 부압용 커넥터(62B)는, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)을 관통하고 있고, 부압용 커넥터(62B)에는 에어를 흡인하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 외부로부터 접속된다.
공용 통로(61C)는 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 공용 통로(61C)의 일단은, 2개로 분기되어 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)에 접속되어 있고, 공용 통로(61C)의 타단은, 하우징(2)에 형성되어 있는 관통 구멍인 에어 유통로(202A)에 접속되어 있다. 에어 유통로(202A)는, 샤프트 하우징(50)에 통해 있다. 부압 전자 밸브(63B)를 개방하고 또한 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄함으로써, 부압 통로(61B)와 공용 통로(61C)가 연통되기 때문에, 공용 통로(61C) 내에 부압이 발생한다. 그렇게 하면, 에어 유통로(202A)를 통해 샤프트 하우징(50) 내로부터 공기가 흡인된다. 한편, 정압 전자 밸브(63A)를 개방하고 또한 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄함으로써, 정압 통로(61A)와 공용 통로(61C)가 연통되기 때문에, 공용 통로(61C) 내에 정압이 발생한다. 그렇게 하면, 에어 유통로(202A)를 통해 샤프트 하우징(50) 내에 공기가 공급된다.
상기 공용 통로(61C)에는, 본 발명에 관한 센싱 장치가 마련되어 있다. 즉, 상기 공용 통로(61C)에는, 해당 공용 통로(61C) 내의 공기의 압력을 검출하는 압력 센서(64)와, 해당 공용 통로(61C) 내의 공기의 유량을 검출하는 유량 센서(65)가 마련되어 있다. 그때, 압력 센서(64)는, 부압 전자 밸브(63B)와 유량 센서(65) 사이의 공용 통로(61C)에 배치된다. 바꾸어 말하면, 유량 센서(65)는, 압력 센서(64)보다도 샤프트(10)의 선단부(10A)에 가까운 위치에 배치된다. 또한, 압력 센서(64) 및 유량 센서(65)는, 반드시 공용 통로(61C)에 배치될 필요는 없고, 에어 유통로(202A)에 마련되어도 된다. 요컨대, 압력 센서(64) 및 유량 센서(65)는, 부압 전자 밸브(63B)와 샤프트(10)의 선단부(10A) 사이에 있어서 공기가 유통되는 경로(공기 통로)에 배치되면 된다.
여기서, 도 2에 도시한 액추에이터(1)에서는, 정압 통로(61A) 및 부압 통로(61B)의 일부가 튜브로 구성되고, 타부가 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있지만, 이에 한하지 않고, 모든 통로를 튜브로 구성할 수도 있고, 모든 통로를 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성할 수도 있다. 공용 통로(61C)에 대해서도 마찬가지로, 모두 튜브로 구성할 수도 있고, 튜브를 병용하여 구성할 수도 있다. 또한, 튜브(610) 및 튜브(620)의 재료는, 수지 등의 유연성을 갖는 재료여도 되고, 금속 등의 유연성을 갖지 않는 재료여도 된다. 또한, 정압 통로(61A)를 사용하여 샤프트 하우징(50)에 정압을 공급하는 대신에, 대기압을 공급해도 된다.
또한, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에는, 회전 모터(20)를 냉각하기 위한 공기의 입구가 되는 커넥터(이하, 입구 커넥터(91A)라 함) 및 하우징(2)으로부터의 공기의 출구가 되는 커넥터(이하, 출구 커넥터(91B)라 함)가 마련되어 있다. 입구 커넥터(91A) 및 출구 커넥터(91B)는, 각각 공기가 유통 가능하도록 하우징(2)의 상단부면(201)을 관통하고 있다. 입구 커넥터(91A)에는 에어를 토출하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 하우징(2)의 외부로부터 접속되고, 출구 커넥터(91B)에는 하우징(2)으로부터 유출되는 에어를 배출하는 튜브가 하우징(2)의 외부로부터 접속된다. 하우징(2)의 내부에는, 회전 모터(20)를 냉각하기 위한 공기가 유통되는 금속제의 파이프(이하, 냉각 파이프(92)라 함)가 마련되어 있고, 이 냉각 파이프(92)의 일단은, 입구 커넥터(91A)에 접속되어 있다. 냉각 파이프(92)는, 입구 커넥터(91A)로부터 Z축 방향으로 하우징(2)의 하단부면(202) 부근까지 연장되고, 해당 하단부면(202) 부근에 있어서 만곡하여 타단측이 회전 모터(20)를 향하도록 형성되어 있다. 이와 같이, Z축 방향의 하측으로부터 하우징(2) 내에 공기를 공급함으로써, 효율적인 냉각이 가능해진다. 또한, 냉각 파이프(92)는, 직동 모터(30)의 코일(31A)로부터 열을 빼앗도록, 해당 고정자(31)의 내부를 관통하고 있다. 고정자(31)에 마련되어 있는 코일(31A)로부터 보다 많은 열을 빼앗도록, 냉각 파이프(92)의 주위에 코일(31A)이 배치되어 있다.
하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에는, 전력을 공급하는 전선이나 신호선을 포함한 커넥터(41)가 접속되어 있다. 또한, 하우징(2)에는, 컨트롤러(7)(본 발명에 관한 제어 장치에 상당)가 마련되어 있다. 커넥터(41)로부터 하우징(2) 내에 인입되는 전선이나 신호선은, 컨트롤러(7)에 접속되어 있다. 컨트롤러(7)에는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM)이 구비되고, 이들은 버스에 의해 서로 접속된다. EPROM에는, 각종 프로그램이나 각종 테이블 등이 저장된다. EPROM에 저장된 프로그램을 CPU가 RAM의 작업 영역에 로드하여 실행하고, 이 프로그램의 실행을 통해, 회전 모터(20), 직동 모터(30), 정압 전자 밸브(63A), 부압 전자 밸브(63B) 등이 제어된다. 이에 의해, 소정의 목적에 합치한 기능이 CPU에 의해 실현된다. 또한, 압력 센서(64), 유량 센서(65), 변형 게이지(37), 로터리 인코더(24), 리니어 인코더(38)의 출력 신호가 컨트롤러(7)에 입력된다.
도 3은 샤프트 하우징(50)과 샤프트(10)의 선단부(10A)의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 샤프트 하우징(50)은, 하우징 본체(51)와, 2개의 링(52)과, 필터(53)와, 필터 고정부(54)를 갖는다. 하우징 본체(51)에는, 샤프트(10)가 삽입 관통되는 관통 구멍(51A)이 형성되어 있다. 관통 구멍(51A)은, Z축 방향으로 하우징 본체(51)를 관통하고 있고, 해당 관통 구멍(51A)의 Z축 방향의 상단은, 하우징(2)에 형성된 관통 구멍(2A)에 통해 있다. 관통 구멍(51A)의 직경은 샤프트(10)의 외경보다도 크다. 그 때문에, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면에는 간극이 마련되어 있다. 관통 구멍(51A)의 양단부에는, 구멍의 직경이 확대된 확경부(51B)가 마련되어 있다. 2개의 확경부(51B)에는, 각각 링(52)이 끼워 넣어져 있다. 링(52)은 통상으로 형성되어 있고, 링(52)의 내경은 샤프트(10)의 외경보다도 약간 크다. 그 때문에, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에도 간극이 형성된다. 따라서, 샤프트(10)가 링(52)의 내부를 Z축 방향으로 이동 가능하고, 또한, 샤프트(10)가 링(52)의 내부를 중심축(100) 둘레로 회전 가능하다. 단, 확경부(51B)를 제외한 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극보다도, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극쪽이 작다. 또한, Z축 방향 상측의 링(52)을 제1 링(52A)이라 하고, Z축 방향 하측의 링(52)을 제2 링(52B)이라 한다. 제1 링(52A)과 제2 링(52B)을 구별하지 않는 경우에는, 간단히 링(52)이라 한다. 링(52)의 재료에는, 예를 들어 금속 또는 수지를 사용할 수 있다.
하우징 본체(51)의 Z축 방향의 중앙부에는, X축 방향의 좌우 양방향으로 돌출된 돌출부(511)가 형성되어 있다. 돌출부(511)에는, 하우징(2)의 하단부면(202)과 평행한 면이며, 샤프트 하우징(50)을 하우징(2)의 하단부면(202)에 설치할 때, 해당 하단부면(202)과 접하는 면인 설치면(511A)이 형성되어 있다. 설치면(511A)은, 중심축(100)과 직교하는 면이다. 또한, 하우징(2)에 샤프트 하우징(50)을 설치하였을 때, 샤프트 하우징(50)의 일부이며 설치면(511A)보다도 Z축 방향의 상측의 부분(512)은, 하우징(2)에 형성된 오목부(202B)에 끼워지도록 형성되어 있다.
상기와 같이, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면에는 간극이 마련되어 있다. 그 결과, 하우징 본체(51)의 내부에는, 관통 구멍(51A)의 내면과, 샤프트(10)의 외면과, 제1 링(52A)의 하단부면과, 제2 링(52B)의 상단부면에 의해 둘러싸인 공간인 내부 공간(500)이 형성되어 있다. 또한, 샤프트 하우징(50)에는, 하우징(2)의 하단부면(202)에 형성되는 에어 유통로(202A)의 개구부와, 내부 공간(500)을 연통하여 공기의 통로가 되는 제어 통로(501)가 형성되어 있다. 제어 통로(501)는, X축 방향으로 연장되는 제1 통로(501A), Z축 방향으로 연장되는 제2 통로(501B), 제1 통로(501A) 및 제2 통로(501B)가 접속되는 공간이며 필터(53)가 배치되는 공간인 필터부(501C)를 갖는다. 제1 통로(501A)의 일단은 내부 공간(500)에 접속되고, 타단은 필터부(501C)에 접속되어 있다. 제2 통로(501B)의 일단은, 설치면(511A)에 개구되어 있고, 에어 유통로(202A)의 개구부에 접속되도록 위치가 맞추어져 있다.
또한, 제2 통로(501B)의 타단은 필터부(501C)에 접속된다. 필터부(501C)에는, 원통상으로 형성된 필터(53)가 마련되어 있다. 필터부(501C)는, 제1 통로(501A)와 중심축이 일치하도록 X축 방향으로 연장된 원주 형상의 공간이 되도록 형성되어 있다. 필터부(501C)의 내경과 필터(53)의 외경은 대략 동등하다. 필터(53)는, X축 방향으로 필터부(501C)에 삽입된다. 필터부(501C)에 필터(53)가 삽입된 후에, 필터 고정부(54)에 의해 필터(53)의 삽입구가 된 필터부(501C)의 단부가 폐색된다. 제2 통로(501B)의 타단은, 필터(53)의 외주면측으로부터 필터부(501C)에 접속되어 있다. 또한, 제1 통로(501A)의 타단은 필터(53)의 중심측과 통해 있다. 그 때문에, 제1 통로(501A)와 제2 통로(501B) 사이를 유통하는 공기는, 필터(53)를 통과한다. 따라서, 예를 들어 선단부(10A)에 부압을 발생시켰을 때, 내부 공간(500)에 공기와 함께 이물을 흡입하였다고 해도, 이 이물은 필터(53)에 의해 포집된다. 제2 통로(501B)의 일단에는, 시일제를 유지하도록 홈(501D)이 형성되어 있다.
돌출부(511)의 X축 방향의 양단부 부근에는, 해당 샤프트 하우징(50)을 하우징(2)에 볼트를 사용하여 고정할 때, 해당 볼트를 삽입 관통시키는 볼트 구멍(51G)이 2개 형성되어 있다. 볼트 구멍(51G)은, Z축 방향으로 돌출부(511)를 관통하여 설치면(511A)에 개구되어 있다.
샤프트(10)의 선단부(10A)측에는, 샤프트(10)가 중공이 되도록 중공부(11)가 형성되어 있다. 중공부(11)의 일단은, 선단부(10A)에서 개구되어 있다. 또한, 중공부(11)의 타단에는, 내부 공간(500)과 중공부(11)를 X축 방향으로 연통하는 연통 구멍(12)이 형성되어 있다. 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)가 Z축 방향으로 이동하였을 때의 스트로크의 전범위에 있어서, 내부 공간(500)과 중공부(11)가 연통되도록 연통 구멍(12)이 형성되어 있다. 따라서, 샤프트(10)의 선단부(10A)와, 에어 제어 기구(60)는, 중공부(11), 연통 구멍(12), 내부 공간(500), 제어 통로(501), 에어 유통로(202A)를 통해 연통되어 있다. 또한, 연통 구멍(12)은, X축 방향에 더하여 Y축 방향으로도 형성되어 있어도 된다.
상기와 같이 구성되는 샤프트(10) 및 샤프트 하우징(50)에 의하면, 직동 모터(30)를 구동하여 샤프트(10)를 Z축 방향으로 이동시켰을 때, 샤프트(10)가 Z축 방향의 어느 위치에 있어도, 연통 구멍(12)은 항상 내부 공간(500)과 중공부(11)를 연통한다. 또한, 회전 모터(20)를 구동하여 샤프트(10)를 중심축(100) 둘레로 회전시켰을 때, 샤프트(10)의 회전 각도가 중심축(100) 둘레의 어느 각도여도, 연통 구멍(12)은 항상 내부 공간(500)과 중공부(11)를 연통한다. 따라서, 샤프트(10)가 어떤 상태여도, 중공부(11)와 내부 공간(500)의 연통 상태가 유지되기 때문에, 중공부(11)는 항상 에어 제어 기구(60)에 통해 있게 된다. 그 때문에, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄하고 또한 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 중공부(11) 내의 공기를, 연통 구멍(12), 내부 공간(500), 제어 통로(501), 에어 유통로(202A), 및 공용 통로(61C)(이들 경로가 본 발명의 공기 통로에 상당)를 통해, 부압 통로(61B)로 흡인할 수 있다. 그 결과, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 중공부(11)에 부압을 발생시킬 수 있다. 즉, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시킬 수 있고, 그것에 의해, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 워크 W를 흡착할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에도 간극이 형성되어 있다. 그러나, 이 간극은, 내부 공간(500)을 형성하는 간극(즉, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극)보다도 작다. 그 때문에, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄하고, 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 내부 공간(500) 내의 공기가 흡인되어도, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이의 간극을 유통하는 공기의 유량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 워크 W를 샤프트(10)의 선단부(10A)에 흡착시킬 수 있는 부압을 샤프트(10)의 선단부(10A)에 발생시킬 수 있다. 한편, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 개방하고, 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄하면, 중공부(11)에 정압을 발생시킬 수 있다. 즉, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압을 발생시킬 수 있으므로, 샤프트(10)의 선단부(10A)로부터 워크 W를 신속하게 탈리시킬 수 있다.
(픽 앤드 플레이스 동작)
액추에이터(1)를 사용한 워크 W의 픽 앤드 플레이스에 대하여 설명한다. 픽 앤드 플레이스는, 컨트롤러(7)가 소정의 프로그램을 실행함으로써 행해진다. 또한, 워크 W의 픽업 앤드 플레이스를 행하는 경우에는, 워크 W의 크기에 따른 구경을 갖는 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착된다. 그리고, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉할 때까지는, 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)는 모두 폐쇄된 상태로 한다. 이 경우, 샤프트(10)의 선단부(10A) 및 흡착 노즐(70)의 압력은 대기압이 된다. 그리고, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 하측으로 이동시킨다. 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하면, 직동 모터(30)를 정지시킨다. 직동 모터(30)를 정지한 후에 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄된 상태로 유지하면서 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 중공부(11)로부터 부압 통로(61B)로 흡출되는 공기의 흐름이 허용되어, 샤프트(10)의 선단부(10A) 및 흡착 노즐(70)에 부압이 발생한다. 이에 의해, 워크 W를 흡착 노즐(70)에 흡착시킨다. 그 후, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 상측으로 이동시킨다. 이때, 필요에 따라서, 회전 모터(20)에 의해 샤프트(10)를 회전시킨다. 이와 같이 하여, 워크 W를 픽업할 수 있다.
다음에, 워크 W의 플레이스 시에는, 워크 W가 흡착 노즐(70)에 흡착되어 있는 상태의 샤프트(10)를 직동 모터(30)에 의해 Z축 방향의 하측으로 이동시킨다. 워크 W가 접지하면, 직동 모터(30)를 정지시킴으로써, 샤프트(10)의 이동을 정지시킨다. 또한, 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄함으로써, 중공부(11)로부터 부압 통로(61B)로 흡출되는 공기의 흐름을 차단함과 함께, 정압 전자 밸브(63A)를 개방함으로써, 펌프 등으로부터 정압 통로(61A)를 통해 중공부(11)에 공급되는 공기의 흐름을 허용한다. 이에 의해, 샤프트(10)의 선단부(10A) 및 흡착 노즐(70)에 정압을 발생시킨다. 그 후, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향의 상측으로 이동시킴으로써, 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W로부터 이격된다. 또한, 액추에이터(1)는, 워크 W의 플레이스 시에 중공부(11)로 공기가 공급되도록 구성되어 있으면 되고, 예를 들어 정압 통로(61A)의 일단을 대기 개방단으로 함으로써, 정압 전자 밸브(63A)가 개방되었을 때 상기 대기 개방단으로부터 정압 통로(61A)를 통해 중공부(11)로 공기가 도입되도록 구성되어도 된다.
여기서, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 것을 변형 게이지(37)를 사용하여 검출한다. 이하에서는, 이 방법에 대하여 설명한다. 또한, 워크 W의 플레이스 시에 있어서 워크 W가 접지한 것도 마찬가지로 하여 검출할 수 있다. 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하여 흡착 노즐(70)이 워크 W를 누르면, 샤프트(10)와 워크 W 사이에 하중이 발생한다. 즉, 샤프트(10)가 워크 W에 힘을 가하였을 때의 반작용에 의해, 샤프트(10)가 워크 W로부터 힘을 받는다. 이 샤프트(10)가 워크 W로부터 받는 힘은, 연결 암(36)에 대하여 변형을 발생시키는 방향으로 작용한다. 즉, 이때 연결 암(36)에 변형이 발생한다. 이 변형은, 변형 게이지(37)에 의해 검출된다. 그리고, 변형 게이지(37)가 검출하는 변형은, 샤프트(10)가 워크 W로부터 받는 힘과 상관 관계에 있다. 이 때문에, 변형 게이지(37)의 검출값에 기초하여, 워크 W로부터 샤프트(10)가 받는 힘, 즉, 샤프트(10)와 워크 W 사이에 발생한 하중을 검출할 수 있다. 변형 게이지의 검출값과 하중의 관계는 미리 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 구할 수 있다.
이와 같이, 변형 게이지(37)의 검출값에 기초하여 샤프트(10)와 워크 W 사이에 발생한 하중을 검출할 수 있기 때문에, 예를 들어 하중이 발생한 시점에서 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였다고 판단해도 되고, 오차 등의 영향을 고려하여, 검출된 하중이 소정 하중 이상인 경우에, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였다고 판단해도 된다. 또한, 소정 하중은, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였다고 판정되는 역치이다. 또한, 소정 하중을 워크 W의 파손을 억제하면서 워크 W를 보다 확실하게 픽업하는 것이 가능한 하중으로서 설정해도 된다. 또한, 소정 하중은, 워크 W의 종류에 따라 변경할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있는지의 판정(흡착 판정)은, 상기한 센싱 장치를 이용하여 행해진다. 이하에서는, 이 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 원칙적으로는, 압력 센서(64)에 의해 검출되는 압력에 기초하여 흡착 판정이 행해진다. 워크 W의 픽업 시에 있어서, 전술한 바와 같이 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 것이 검출되면, 컨트롤러(7)는, 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄된 상태로 유지하면서 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄된 상태로부터 개방된 상태로 전환한다. 이에 의해, 공용 통로(61C), 에어 유통로(202A), 제어 통로(501), 내부 공간(500), 및 연통 구멍(12)을 포함하는 공기 통로의 공기, 그리고 중공부(11)의 공기가 부압 통로(61B)로 흡출된다. 여기서, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 상태에서, 공기 통로 및 중공부(11)의 공기가 부압 통로(61B)로 흡출되면, 그것들 공기 통로 및 중공부(11)의 압력이 점차 저하되어 가게 된다. 그때, 컨트롤러(7)는, 압력 센서(64)를 이용하여 공용 통로(61C) 내의 압력을 모니터링함으로써, 공용 통로(61C) 내의 압력이 소정 압력 이하까지 저하되었는지를 판별한다. 여기에서 말하는 소정 압력은, 전술한 바와 같이, 공용 통로(61C) 내의 압력이 해당 소정 압력 이하까지 저하되어 있으면, 워크 W를 적정하게 흡착할 수 있는 부압이 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))에 발생하였다고 판정할 수 있는 압력이며, 흡착 노즐(70)의 구경에 따라서 미리 설정된다. 그때, 흡착 노즐의 구경이 큰 경우에는 작은 경우에 비해, 소정 압력이 보다 낮은 압력(부압 정도가 보다 커지는 압력)으로 설정된다. 또한, 흡착 노즐(70)의 구경은, 워크 W의 크기에 따라서 정해지기 때문에, 워크 W의 크기에 따라서 소정 압력이 설정되어도 된다. 그리고, 압력 센서(64)에 의해 검출되는 압력이 상기 소정 압력 이하까지 저하되어 있으면, 컨트롤러(7)는, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정한다. 그 경우, 컨트롤러(7)는, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 상측으로 이동시킴으로써, 워크 W의 픽업을 행한다.
또한, 상기와 같이 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정은, 워크 W의 사이즈가 비교적 큰 경우와 같이, 비교적 구경이 큰 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우에 행해진다. 이것은, 비교적 구경이 큰 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우에는, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 흡착되어 있는 상태(흡착 노즐(70)이 폐색된 상태)에 있어서의 공용 통로(61C)의 압력과 흡착 노즐(70)에 워크 W가 흡착되어 있지 않은 상태(흡착 노즐(70)이 개방된 상태)에 있어서의 공용 통로(61C)의 압력의 차가 커지기 쉽고, 또한 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))의 압력 변화가 공용 통로(61C) 내의 압력에 신속하게 반영되기 쉽기 때문에, 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정에 의해, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있는지를 고정밀도로 또한 신속하게 판정할 수 있기 때문이다. 이에 반해, 워크 W의 크기가 비교적 작은 경우와 같이, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우에는, 유량 센서(65)를 이용한 흡착 판정이 행해진다. 이것은, 흡착 노즐(70)의 구경이 비교적 작은 경우에는, 전술한 바와 같이, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 흡착되어 있는 상태(흡착 노즐(70)이 폐색된 상태)에 있어서의 공용 통로(61C)의 압력과 흡착 노즐(70)에 워크 W가 흡착되어 있지 않은 상태(흡착 노즐(70)이 개방된 상태)에 있어서의 공용 통로(61C)의 압력의 차가 작아지기 때문에, 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정에서는 정밀도가 좋은 판정을 신속하게 행하는 것이 곤란해질 가능성이 있기 때문이다.
비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착된 상태에서 워크 W의 픽업이 행해지는 경우에는, 컨트롤러(7)는, 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄된 상태로 유지하면서 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄된 상태로부터 개방된 상태로 전환한 후에, 유량 센서(65)를 이용하여 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량을 모니터링함으로써, 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량이 소정 유량 이하까지 감소되었는지를 판별한다. 여기에서 말하는 소정 유량은, 전술한 바와 같이, 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량이 해당 소정 유량 이하까지 감소되어 있으면, 워크 W를 적절하게 흡착할 수 있는 부압이 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))에 발생하였다고 판정할 수 있는 유량이다. 바꾸어 말하면, 소정 유량은, 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량이 해당 소정 유량 이하까지 저하되어 있으면, 공용 통로(61C) 내의 압력이 상기 소정 압력 이하로 저하되었다고 판정할 수 있는 유량이다. 그리고, 유량 센서(65)에 의해 검출되는 유량이 상기 소정 유량 이하까지 감소되어 있으면, 컨트롤러(7)는, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정한다. 그 경우, 컨트롤러(7)는, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 상측으로 이동시킴으로써, 워크 W의 픽업을 행한다.
또한, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착된 상태에서 워크 W의 픽업이 행해지는 경우에는, 압력 센서(64)와 유량 센서(65)의 양쪽을 이용하여 흡착 판정을 행하도록 해도 된다. 즉, 정압 전자 밸브(63A)가 폐쇄된 상태로 유지되면서 부압 전자 밸브(63B)가 폐쇄된 상태로부터 개방된 상태로 전환된 후에 있어서, 컨트롤러(7)는, 유량 센서(65)를 이용하여 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량을 모니터링함과 함께, 압력 센서(64)를 이용하여 공용 통로(61C) 내의 압력을 모니터링하도록 해도 된다. 그리고, 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량이 소정 유량 이하까지 감소되어 있고, 또한 공용 통로(61C) 내의 압력이 소정 압력 이하까지 저하되어 있는 것을 조건으로 하여, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정하도록 해도 된다.
(본 실시 형태에 관한 구성의 효과)
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)는, 공용 통로(61C) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(64)와 공용 통로(61C)를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 유량 센서(65)를 포함하는 센싱 장치를 구비하고 있다. 그 때문에, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 유량 센서(65) 및 또는 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정을 행하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 비교적 구경이 큰 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우(즉, 비교적 사이즈가 큰 워크 W를 픽업하는 경우)와 같이, 압력 센서(64)를 이용하여 정밀도가 좋은 흡착 판정을 신속하게 행할 수 있는 경우에는, 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정을 행하는 것이 가능해지는 한편, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우(즉, 비교적 사이즈가 작은 워크 W를 픽업하는 경우)와 같이, 압력 센서(64)를 이용하여 정밀도가 좋은 흡착 판정을 신속하게 행하는 것이 곤란한 경우에는, 유량 센서(65)를 이용한 흡착 판정, 또는 유량 센서(65)와 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정을 행하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 흡착 노즐(70)의 구경이나 워크 W의 사이즈 등에 좌우되지 않고, 정밀도가 좋은 흡착 판정을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 센싱 장치의 압력 센서(64) 및 유량 센서(65)는, 부압 전자 밸브(63B)보다도 샤프트(10)의 선단부(10A)에 가까운 위치(공용 통로(61C))에 배치되기 때문에, 선단부(10A)의 압력과의 상관이 높은 압력 및 유량을 정확하게 또한 신속하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 유량 센서(65) 및 또는 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정을 보다 정확하게 또한 보다 신속하게 행하는 것도 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 유량 센서(65)가 압력 센서(64)보다도 샤프트(10)의 선단부(10A)에 가까운 위치에 배치됨으로써, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우와 같이, 유량 센서(65)를 이용한 흡착 판정, 또는 유량 센서(65)와 압력 센서(64)를 이용한 흡착 판정이 행해지는 경우에, 선단부(10A)의 압력과의 상관이 높은 유량을 고정밀도로 신속하게 검출하는 것도 가능해진다. 특히, 유량 센서(65)와 압력 센서(64)의 양쪽을 이용하여 흡착 판정이 행해지는 경우에는, 압력 센서(64)보다도 유량 센서(65)쪽에 높은 응답성이 요구되기 때문에, 유량 센서(65)가 압력 센서(64)보다도 샤프트(10)의 선단부(10A)에 가까운 위치에 배치됨으로써, 선단부(10A)의 압력과의 상관이 높은 유량을 고응답으로 검출하는 것이 가능해진다. 따라서, 비교적 구경이 작은 흡착 노즐(70)이 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되는 경우에 있어서도, 정밀도가 양호한 흡착 판정을 신속하게 행할 수 있다.
(변형예)
상기 실시 형태에서는, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉할 때까지는, 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)가 폐쇄된 상태로 되고, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 것이 검출된 후에, 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 공기 통로 및 중공부(11) 내의 공기의 흡인이 개시되는 예에 대하여 설명하였다. 이에 반해, 본 변형예에서는, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하기 전의 단계에서, 부압 전자 밸브(63B)를 개방하여, 공기 통로 및 중공부(11) 내의 공기 흡인을 개시한다.
여기서, 워크 W의 픽업 시에 있어서의 액추에이터의 동작에 대하여, 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 워크 W의 픽업 시에 컨트롤러(7)에 의해 행해지는 처리 플로를 도시하는 도면이다.
도 4의 처리 플로에 있어서, 컨트롤러(7)는, 우선, 직동 모터(30)를 구동시킴으로써, 샤프트(10)의 Z축 방향 하측으로의 이동(강하)을 개시한다(스텝 S101). 또한, 이 시점에서는, 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)는 모두 폐쇄된 상태로 유지된다.
컨트롤러(7)는, 샤프트(10)의 강하를 개시한 시점으로부터 소정 시간이 경과하였는지를 판별한다(스텝 S102). 여기에서 말하는 「소정 시간」은, 샤프트(10)가 강하를 개시한 시점부터 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))가 워크 W에 접촉하는 시점까지에 요하는 시간(강하 시간)과, 부압 전자 밸브(63B)가 개방되기 시작한 시점부터 유량 센서(65)의 검출값이 변화되기 시작하는 시점(부압 통로(61B)로부터 인가되는 부압이 유량 센서(65)의 위치에 도달하는 시점)까지에 요하는 시간(응답 지연 시간)의 차에 상당하는 시간(=(강하 시간)-(응답 지연 시간))이다. 또한, 상기 강하 시간 및 상기 응답 지연 시간을 실험이나 시뮬레이션의 결과 등에 기초하여 미리 구해 둠으로써, 상기 소정 시간도 미리 연산해 둘 수 있다. 샤프트(10)의 강하를 개시한 시점으로부터 소정 시간이 아직 경과하지 않은 경우(스텝 S102에서 부정 판정된 경우)에는, 컨트롤러(7)는, 해당 스텝 S102의 처리를 반복하여 실행한다. 한편, 샤프트(10)의 강하를 개시한 시점으로부터 소정 시간이 경과한 경우(스텝 S102에서 긍정 판정된 경우)에는, 컨트롤러(7)는, 스텝 S103의 처리로 진행한다.
스텝 S103에서는, 컨트롤러(7)는, 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄된 상태로 유지하면서, 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄된 상태로부터 개방된 상태로 전환한다. 계속해서, 컨트롤러(7)는, 변형 게이지(37)를 이용하여, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였는지를 판별한다(스텝 S104). 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하지 않은 경우(스텝 S104에서 부정 판정된 경우)에는, 컨트롤러(7)는, 해당 스텝 S104의 처리를 반복하여 실행한다. 한편, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 경우(스텝 S104에서 긍정 판정된 경우)에는 컨트롤러(7)는, 스텝 S105의 처리로 진행한다.
스텝 S105에서는, 컨트롤러(7)는, 직동 모터(30)를 정지시킴으로써, 샤프트(10)의 Z축 방향 하측으로의 이동(강하)을 정지시킨다. 계속해서, 컨트롤러(7)는, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있는지를 판별한다(스텝 S106). 그때, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되어 있는 흡착 노즐(70)의 구경이 비교적 크면, 컨트롤러(7)는, 전술한 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 압력 센서(64)에 의해 검출되는 압력이 전술한 소정 압력 이하까지 저하되어 있는 것을 조건으로 하여, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정하면 된다. 또한, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 장착되어 있는 흡착 노즐(70)의 구경이 비교적 작으면, 컨트롤러(7)는, 전술한 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 유량 센서(65)에 의해 검출되는 유량이 전술한 소정 유량 이하까지 감소되어 있는 것을 조건으로 하여, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정해도 되고, 또는, 유량 센서(65)에 의해 검출되는 유량이 전술한 소정 유량 이하까지 감소되어 있고, 또한 압력 센서(64)에 의해 검출되는 압력이 전술한 소정 압력 이하까지 저하되어 있는 것을 조건으로 하여, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정해도 된다. 그리고, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S106에서 부정 판정된 경우)에는, 컨트롤러(7)는, 해당 스텝 S106의 처리를 반복하여 실행한다. 한편, 흡착 노즐(70)에 워크 W가 적절하게 흡착되어 있다고 판정된 경우(스텝 S106에서 긍정 판정된 경우)에는, 컨트롤러(7)는, 스텝 S107의 처리로 진행한다.
스텝 S107에서는, 컨트롤러(7)는, 직동 모터(30)를 구동시킴으로써, 샤프트(10)의 Z축 방향 상측으로의 이동(상승)을 개시함으로써, 워크 W의 픽업을 행한다.
상기 도 4에 도시한 수순으로 워크 W의 픽업이 행해진 경우, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하기 전의 타이밍이며, 또한 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉할 때 유량 센서(65)의 검출값이 변화되기 시작하도록 정해진 타이밍에, 부압 전자 밸브(63B)가 개방되게 된다. 이에 의해, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하는 타이밍에, 유량 센서(65)의 검출값이 변화되기 시작하게 된다. 그 결과, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였을 때, 또는 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 후의 빠른 시기에, 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))에 부압을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전술한 실시 형태에서 설명한 바와 같이 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 시점에서 부압 전자 밸브(63B)를 개방하는 경우에 비해, 보다 빠른 시기에 흡착 노즐(70)에 워크 W를 흡착시킬 수 있다.
따라서, 본 변형예에 의하면, 다종 다량의 워크 W의 흡착 판정을 보다 신속하게 행하는 것이 가능해지기 때문에, 픽업의 택트 타임을 보다 한층 더 짧게 할 수 있다.
또한, 전술한 도 4에서는, 부압 전자 밸브(63B)가 개방되기 시작한 시점부터 유량 센서(65)의 검출값이 변화되기 시작하는 시점까지에 요하는 시간(응답 지연 시간)에 비해, 샤프트(10)가 강하를 개시한 시점부터 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하는 시점까지에 요하는 시간(강하 시간)쪽이 긴 경우의 처리 플로를 예시하였지만, 강하 시간보다도 응답 지연 시간쪽이 길어지는 경우도 상정할 수 있다. 그 경우에는, 컨트롤러(7)는, 우선 부압 전자 밸브(63B)를 개방하고, 그 후의 소정 시간(=(응답 지연 시간)-(강하 시간))이 경과한 시점에서, 직동 모터(30)를 구동시킴으로써, 샤프트(10)의 Z축 방향 하측으로의 이동(강하)을 개시시키면 된다. 이에 의해, 강하 시간이 응답 지연 시간보다 긴 경우에 있어서도, 워크 W의 흡착 판정을 보다 신속하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 도 4에서는, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하기 전의 타이밍이며, 또한 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉할 때 유량 센서(65)의 검출값이 변화되기 시작하도록 정해진 타이밍에, 부압 전자 밸브(63B)가 개방되는 예에 대하여 설명하였지만, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하기 전의 타이밍이며, 또한 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉할 때 압력 센서(64)의 검출값이 변화되기 시작하도록 정해진 타이밍에, 부압 전자 밸브(63B)가 개방되도록 해도 된다. 그 경우도, 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉하였을 때, 또는 흡착 노즐(70)이 워크 W에 접촉한 후의 빠른 시기에, 샤프트(10)의 선단부(10A)(흡착 노즐(70))에 부압을 발생시킬 수 있다.
1: 액추에이터
2: 하우징
7: 컨트롤러
10: 샤프트
10A: 선단부
11: 중공부
20: 회전 모터
22: 고정자
23: 회전자
30: 직동 모터
31: 고정자
32: 가동자
36: 연결 암
37: 변형 게이지
50: 샤프트 하우징
60: 에어 제어 기구
61B: 부압 통로
61C: 공용 통로
63B: 부압 전자 밸브
64: 압력 센서
65: 유량 센서
70: 흡착 노즐
202A: 에어 유통로
500: 내부 공간
501: 제어 통로

Claims (5)

  1. 축 방향으로 이동 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트와, 상기 샤프트의 선단부측이 외부로 돌출되도록 상기 샤프트의 일부를 수용하는 하우징을 구비하고, 상기 중공부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시켜, 해당 워크를 픽업하는 액추에이터에 적용되는 센싱 장치이며,
    상기 하우징의 외부에 마련된 펌프와 상기 중공부의 사이의 상기 하우징 내에 배치되는 통로이며, 상기 샤프트의 상기 중공부를 부압으로 할 때에 상기 펌프에 의해 상기 중공부로부터 흡출되는 공기가 유통되는 통로인 공기 통로와,
    상기 하우징 내에서의 상기 공기 통로의 도중에 마련되고, 상기 중공부로부터 흡출되는 공기의 흐름을 차단 또는 허용하기 위한 밸브 장치와,
    상기 하우징 내에서의 상기 밸브 장치와 상기 중공부의 사이의 상기 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로 내의 압력을 검출하는 압력 센서와,
    상기 하우징 내에서의 상기 중공부와 상기 압력 센서의 사이의 상기 공기 통로의 도중에 마련되며, 해당 공기 통로를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 유량 센서를
    구비하는, 액추에이터의 센싱 장치.
  2. 제1항에 기재된 센싱 장치를 구비한 액추에이터의 제어 시스템이며,
    상기 유량 센서에 의해 검출되는 유량이 소정 유량 이하까지 감소되었을 때, 및 또는 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 소정 압력 이하까지 저하되었을 때, 상기 샤프트를 축 방향 상측으로 이동시킴으로써, 상기 워크의 픽업을 행하는 제어 장치를 구비하는, 액추에이터의 제어 시스템.
  3. 제1항에 기재된 센싱 장치를 구비한 액추에이터의 제어 시스템이며,
    상기 샤프트의 선단부가 상기 워크로부터 이격한 위치로부터 해당 샤프트의 선단부가 상기 워크에 접촉하는 위치를 향하여 상기 샤프트를 축 방향으로 이동시키는 경우에, 상기 샤프트의 선단부가 상기 워크에 접촉하기 전의 타이밍이며, 또한 상기 샤프트의 선단부가 상기 워크에 접촉할 때 상기 유량 센서 또는 상기 압력 센서 중 어느 한쪽의 검출값이 변화되기 시작하도록 정해진 타이밍에, 상기 중공부로부터 흡출되는 공기의 흐름이 차단 상태로부터 허용 상태로 변경되도록 상기 밸브 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하는, 액추에이터의 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
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