JP7750923B2 - 位置検出装置、エアシリンダ、ワークアンローダ、および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば工作機械に用いられる固定体に対して移動体が所定位置に配置されたことを検出する位置検出装置に関するものである。

特許文献１に示されるように出願人は、工作機械において各種工具が取り付けられ、使用される工具を所定角度に割り出すことが可能なタレットを利用したワークアンローダについて出願している。このワークアンローダはワーク主軸において加工が終了したワークを受けるバケットと、工具取付面に固定されるとともに、バケットをタレットの旋回軸と平行な揺動軸回りに揺動可能に支持する支持体と、バケットの底面部に形成された係合穴に対してピストンロッドが進退するようにタレットの機内先端側の突出部から半径方向に延びるように設けられたエアシリンダと、を備えたものである。

ピストンロッドの先端部が進出して係合穴に挿入されるとバケットの揺動が制限されたロック状態となる。逆に後ピストンロッドの先端部が後退して係合穴から退出するとバケットは自由に揺動できるロック解除状態となる。このワークアンローダは、ワークに対して工具を作用させるタレットを利用してその動きが制御されるため、各工程においてバケットがロック状態にあるかロック解除状態にあるかについてその情報を取得する必要がある。

このため、エアシリンダの一部をタレットの突出部の内部に配置するとともに、タレット内部に配置された近接センサによってピストンロッドがどの位置まで進出、あるいは、後退しているのかを検出している。

ところで、タレットについては小型化や高機能化の要望があるため、ピストンロッドの一部や近接センサ等をタレットの突出部の内部に配置することは難しくなりつつある。また、仮にタレットの突出部の内部に配置できたとしても、電子機器等をクーラント等から保護するためにタレットの内部は密閉されることもあり、そのような部分に近接センサからの信号取得するための電気配線を通すことも難しくなりつつある。

特開２０１６―１４４８５０号公報

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、電気配線を通すことができない場所に設けられたエアシリンダ等の各種アクチュエータの動きを検出することができ、例えば工作機械のタレットに対して好適に用いることができる位置検出装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る位置検出装置は、固定体に対して摺動する移動体が所定位置に配置されたことを検出する位置検出装置であって、前記固定体内に形成されており、前記固定体の摺動面に開口する流体充填部と、前記流体充填部の圧力を検知する圧力センサと、前記移動体が前記所定位置に配置された場合に前記流体充填部の開口と合致するように前記移動体に形成された検出凹部と、を備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記流体充填部の開口が前記所定位置以外に前記移動体がある場合には前記流体充填部内の圧力は所定圧に保たれるのに対して、前記移動体が前記所定位置に配置されて前記流体充填部の開口と前記検出凹部が合致した場合には当該流体充填部から流体が外部に流出して圧力を低下させることができる。したがって、前記移動体が前記所定位置に配置されたことは前記圧力センサで検知される圧力の低下により判定することが可能となる。また、前記固定体及び移動体が電気配線を通しにくい場所に設けられていたとしても前記流体充填部と連通しその圧力が伝搬する離れた場所に前記圧力センサを設ければよいので、従来のように近接センサを用いることができない場所でも移動体の位置を検出することが可能となる。

圧力に基づいて前記移動体の位置検知の具体態様としては、前記圧力センサで検知される圧力が閾値以下となった場合に前記移動体が前記所定位置に配置されたと判定する判定器をさらに備えたものがあげられる。

本発明に係る移動体の位置の検出原理を好適に適用できる具体例としては、本発明に係る位置検出装置と、シリンダチューブである前記固定体と、ピストンロッドである前記移動体と、を備えたエアシリンダが挙げられる。

ピストンロッドの先端部の位置を検出するのに必要な圧力変化を生じやすくするには、前記流体充填部が前記シリンダチューブの隔壁内に形成された内部配管であり、前記検出凹部が前記ピストンロッドの側面に形成されたリング状溝であればよい。

エアシリンダが回転する部位に配置されており、かつ、電気配線を通すことが難しい狭く密閉された空間しかない場合でも遠隔地に設けられた前記圧力センサで前記流体充填部の圧力を検知できるようにして、構成の自由度を高められるようにするには、前記内部配管は前記シリンダチューブの摺動面に開口する先端側開口と、前記シリンダチューブの端部に開口する基端側開口を具備し、前記圧力センサと、前記基端側開口との間に設けられたロータリージョイントをさらに備え、前記圧力センサが、前記ロータリージョイントを介して前記内部配管内の圧力を検知するように構成されていればよい。

本発明に係るエアシリンダの好適な適用例としては、工作機械のタレットに設けられるタレット旋回式のワークアンローダであって、ワーク主軸に把持されたワークを受け口から受け取るバケットと、前記バケットを前記タレットの工具取付面から前記タレットの旋回方向に揺動可能に支持する支持体と、前記タレットの旋回軸方向に突出するタレットヘッドと前記バケットとの間に設けられた請求項３記載のエアシリンダとを備え、前記エアシリンダの前記ピストンロッドの進退により前記バケットが自由に揺動できるロック解除状態と揺動が制限されるロック状態とが切替えらえるように構成されたワークアンローダやそれを用いた工作機械が挙げられる。

このように本発明に係る位置検出装置であれば、移動体の近傍に電気配線が必要となるセンサを設ける必要がなく、例えば工作機械のタレット内部のようにスペースが狭かったり、密閉されたりしている場所においても前記移動体の位置を検出することが可能となる。。

本発明の一実施形態におけるワークアンローダ及びそれを備えた工作機械の模式図。 図１のA-A線模式的断面図。 ワークアンローダのバケットがロック状態である場合の動きの一例を示す模式図。 ワークアンローダのバケットがロック解除状態である場合の動き一例を示す模式図。 ワークアンローダのバケットがロック解除状態である場合のピストンロッドの先端部位置の検出について説明する模式図。 ワークアンローダのバケットがロック状態である場合のピストンロッドの先端部位置の検出について説明する模式図。 ワークアンローダのバケットが空突き状態である場合のピストンロッドの先端部位置の検出について説明する模式図。

以下、本発明の一実施形態に係る工作機械２００、ワークアンローダ１００、エアシリンダ３、及び、位置検出装置について各図を参照しながら説明する。

図１及び図２において、工作機械２００は複合加工旋盤（複合加工機）であり、これは機械正面から見て、ベッドの左，右両端部にそれぞれ主軸台を配置するとともに、該左，右の主軸台の間に刃物台をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に配置した旋盤本体と、該旋盤本体の外周部を囲む機体カバーとを備えている。

主軸台は、ワークＷを把持するチャックが取り付けられた主軸を回転自在に支持した構造を有する。この主軸は、駆動モータにより回転駆動される。

刃物台は、ベッドにより移動可能に支持された刃物台本体と、該刃物台本体に搭載されたタレットTとを備えている。このタレットTは、外周部に所定間隔をあけて複数の工具が装着される概略八角柱状をなすタレットヘッドT２を旋回割り出し台T1により旋回割り出し可能に支持した構造を有し、所要の工具を鉛直上方の加工位置（ワーク受け取り位置）に回転割り出し位置決めし、該加工位置にクランプするように構成されている。なお、各図ではタレットヘッドT2の工具取付面TAに対して実際には工具が取り付けれているが、簡単のため口述するワークアンローダのみ表記し、工具については表記を省略している。

工作機械２００は、主軸のチャックに把持されたワークＷに、タレットTに装着された工具の何れかを作用させることにより所定の機械加工を施すように構成されている。

この工作機械２００は、加工済みワークＷを機外に払い出すワーク払い出し装置を備えている。この払い出し装置は、タレットTに配設され、チャックに把持された加工済みのワークＷを加工位置であるワーク受け取り位置にて受け取るバケット１と、該バケット１内のワークＷをタレットヘッドT2の旋回を利用してワーク払い出し位置に旋回させると共にシュータを介して収容する収容ボックスとを備えている。

バケット１は、受け口を有する断面概略Ｖ字状をなすものであり支持体２により支持されている。この支持体２は正面視上向きコ字形状をなし、その底板部分の一方がタレットヘッドＴ２の工具取付面ＴＡに対してボルト締め固定されている。また、支持体は口述するタレットヘッドＴ２の突出部Ｔ３に半径方向に突出するように設けられたエアシリンダ３に対してもう一方の底板部分が固定されている。

バケット１は、支持体２に対して揺動可能に支持されている。すなわち、タレットヘッドＴ２の旋回軸Ｌ１と平行な揺動軸Ｌ２周りに揺動可能に支持される。

さらにバケット１の底面部には係合穴１１が形成されており、エアシリンダ３の固定体であるシリンダチューブ３１に対して進退可能に摺動するピストンロッド３２の先端部が当該係合穴１１へ進出又は後退するように構成されている。ピストンロッド３２の先端部がバケット１の係合穴１１に挿入されている状態ではバケットの揺動軸L2周りの回転は制限されたロック状態となる。したがって、このロック状態ではタレットヘッドT2が旋回軸L1周りに旋回しても図３に示すようにバケット１の開口方向はタレットヘッドT2の半径方向外側を向いた状態が保たれる。一方、ピストンロッド３２が後退しその先端部がバケット１の係合穴１１の外側に出ている状態ではバケット１は揺動軸L2周りに自由に揺動できるロック解除状態となる。この状態では図４に示すようにバケット１の開口はタレットヘッドＴ２が所定角度範囲で旋回している間はほぼ上向きとなるように構成されている。すなわち、ワーク受け取り位置とワーク払い出し位置との間のタレット２の旋回範囲ではロック解除状態のバケット１の開口部は常に上向きとなり自然とはワークが下に落下しないように構成されている。

エアシリンダ３においてピストンロッドの先端部の位置がどこにあるかを検知する位置検出装置は、タレットの外部、より具体的にはＣＮＣの近傍等に設けられた第１圧力センサ、第２圧力センサを備えており、各圧力センサの出力に基づいてピストンロッドの状態が判定される。すなわち、タレットT内には電気配線を必要とするセンサ等は配置されていない。

まず、図５を参照しながらピストンロッドの先端部の位置を判定する位置検出装置の詳細について説明する。シリンダチューブ３１は横断面が概略円環状をなす筒状体であり、少なくとも一部の内側面においてピストンロッドの先端部が摺動する摺動面が形成されている。また、シリンダチューブ３１の隔壁内部には例えば圧縮空気等を流通させるとともに圧縮空気が充填される流体充填部３３が例えば細円筒状の内部管路として形成されている。流体充填部３３はシリンダチューブ３１の軸方向に沿って細穴を形成するとともに摺動面が形成されている領域においてシリンダチューブの半径方向に細穴を形成し、外側周面側の開口を閉塞させることで形成される。つまり、流体充填部３３は摺動面に開口する先端側開口３４と、バケット１とは反対側に配置されるシリンダチューブ３１の端面部に開口する基端側開口３６とを具備する空間である。基端側開口３６から圧縮空気が所定量流入される。ここで、先端側開口３４がピストンロッドの外側周面により閉塞されている状態では流体充填部３３内は加圧されることになる。一方、ピストンロッドの先端側外側周面の一部には環状の溝が検出凹部３５として形成されている。先端側開口３４と検出凹部３５とが合致している状態では流体充填部３３から一部空気が外部にでることになるので、その場合流体充填部３３内の圧力は所定圧よりも低下することになる。

本実施形態では図１に示すように一対の流体充填部３３とそれぞれの圧力を個別に測定する第１圧力センサP1及び第２圧力センサP2、各圧力センサP1及びP2の出力に基づいてピストンロッド３２の先端部の位置を判定する判定機Jを位置検出装置は備えている。ここで各圧力センサはエアシリンダ３及びタレットT内、又はその近傍には設けられておらず、流体充填部３３と連通しその圧力が伝搬し得る遠隔地に設けられている。具体的には例えば工作機械の天井部分などに各圧力センサP1及びP2は配置されており、流体充填部３３と各圧力センサP1及びP2との間は流路により接続されている。ここで、図１に示されるようにタレットTの突出部T3は旋回する部分であるとともに、密閉された空間であるため電気配線を通すことはできない。一方、突出部T3内にはロータリージョイントRJが設けられており、突出部T3の外部とエアシリンダ３の流体充填部との間の流体の輸送は可能としている。つまり、圧力センサP1及びP2はロータリージョイントRJを介して流体充填部３３内の圧力を検知するように構成されている。このため、突出部T3内には位置検出のためのセンサを設ける必要はなく、その信号を出力するための電気配線なども必要としない。

再び図５に戻ると先端側開口３４は３つあり、エアシリンダ３の軸方向に並んで設けられている。また、ピストンロッドに設けられている検出凹部３５については２つ設けられている。３つの先端側開口３４と２つの検出凹部３５が合致する状態の組み合わせにより、本実施形態の位置検出装置はピストンロッド３２の先端部の位置を３通り判定できるように構成されている。図５は、ピストンロッド３２が最も後退し、バケット１がロック解除状態となっている場合を検知している。すなわち、図５の左側の流体充填部３３の先端側開口３４とピストンロッド３２の先端側の検出凹部３５のみが合致しており、右側の流体充填部３３の２つの先端側開口３４はピストンロッドの側面で閉塞された状態となる。したがって、第１圧力センサP1の検出する圧力は所定圧力も低くなりOFF状態となり、一方第２圧力センサP2の検出する圧力は所定圧以上のON状態となる。判定機Jは第１圧力センサＰ１がＯＦＦ及び第２圧力センサＰ２がＯＮ状態の場合には、バケット１は図５に示すようにロック解除状態であると判定する。

図６はバケット１の係合穴１１に対してピストンロッド３２の先端部が挿入されている状態を示す。この場合は、左側の流体充填部３３の先端側開口３４はピストンロッド３２の外側面で閉塞されるため第１圧力センサＰ１で測定される圧力は閾値圧力よりも大きくなり、ＯＮ状態となる。一方、右側の流体充填部３３の下側の先端側開口３４は検出凹部３４と合致するので、圧力低下が生じ、第２圧力センサＰ２で検知される圧力は閾値圧力以下となり、OF状態となる。各圧力センサP１及びP2はこの出力の組み合わせの場合には判定器Jはバケット１がロック状態であると判定する。

最後に図７に示すようにバケット１が揺動している状態でピストンロッド３２が最大まで進出してしまい、係合穴１１に挿入されず空突きの状態になった場合には、左右の流体充填部３３の先端側開口部３４はそれぞれ別々の検出凹部３５と合致することにある。この場合には第１圧力センサP1及び第２圧力センサP2の双方はOFF状態となる。このような出力の組み合わせの場合は、判定器Jは空突き異常が発生しているとしてPLC等にアラートを発生させる。

このように本実施形態のワークアンローダ１００であれば、タレットTにおいて電気配線を通すことが難しい場所にエアシリンダ３を設けていてもそのピストンロッド３２の先端部の位置を流体の圧力に基づいて検知することが可能となる。したがって、加工済みのワークWの払い出し動作時にバケット１が確実にロック解除状態となっていることを判定したり、ワークWの加工時にはタレットTに取り付けられている工具による加工の邪魔にならないように確実にバケット１をロック状態にしたりできる。

その他の実施形態について説明する。流体充填部に充填されるのは圧縮空気等の気体が好ましいが液体であってもよい。また、気液混合体であってもよい。本発明に係るエアシリンダ及び位置検出装置はワークアンローダへの適用のみ限られるものではなく、工作機械におけるその他の用途に用いてもかまわない。検出凹部の形状については環状溝に限られるものではない。要するに先端側開口と検出凹部の位置が合致した状態で流体充填部内の圧力の低下を生じさせる凹み等の空洞であってもよい。その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行ってもかまわない。

２００・・・工作機械、１００・・・ワークアンローダ、１・・・バケット、２・・・支持体。３・・・エアシリンダ、３１・・・シリンダチューブ（固定体）３２・・・ピストンロッド（移動体）、３３・・・流体充填部、３４・・・先端側開口、３５・・・検出凹部

Claims (7)

1. 固定体に対して摺動する移動体が所定位置に配置されたことを検出する位置検出装置であって、
   前記固定体内に形成されており、前記固定体の摺動面にそれぞれ個別に開口する一対の流体充填部と、
   前記一対の前記流体充填部の圧力をそれぞれ個別に検知する第１圧力センサ及び第２圧力センサと、
   前記所定位置が複数設定されており、前記移動体がいずれかの所定位置に配置された場合に前記一対の流体充填部の開口の少なくとも一方と合致するように前記移動体に形成された一対の検出凹部と、を備え、
   前記一対の流体充填部の一方は、前記固定体の摺動面において１か所開口を有しており、
   前記一対の流体充填部の他方は、前記固定体の摺動面において前記移動体の摺動方向に対して並んで２か所開口を有している、位置検出装置。
2. 前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサで検知される圧力が閾値以下となった場合に、各検知結果の組み合わせに基づいて前記移動体が前記所定位置のいずれかに配置されたと判定する判定器をさらに備えた請求項１記載の位置検出装置。
3. 請求項１又は２記載の位置検出装置と、
   シリンダチューブである前記固定体と、
   ピストンロッドである前記移動体と、を備えたエアシリンダ。
4. 前記一対の流体充填部が前記シリンダチューブの隔壁内に個別に形成された一対の内部配管であり、
   前記検出凹部が前記ピストンロッドの側面に形成されたリング状溝である請求項３記載のエアシリンダ。
5. 前記一対の流体充填部が前記シリンダチューブの隔壁内に個別に形成された一対の内部配管であり、
   前記一対の内部配管はそれぞれ前記シリンダチューブの摺動面に開口する先端側開口と、前記シリンダチューブの端部に開口する基端側開口を具備し、
   前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサと、前記基端側開口のそれぞれとの間に設けられたロータリージョイントをさらに備え、
   前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサが、前記ロータリージョイントを介して前記一対の内部配管内の圧力をそれぞれ検知するように構成されている請求項３記載のエアシリンダ。
6. 工作機械のタレットに設けられるタレット旋回式のワークアンローダであって、
   ワーク主軸に把持されたワークを受け口から受け取るバケットと、
   前記バケットを前記タレットの工具取付面から前記タレットの旋回方向に揺動可能に支持する支持体と、
   前記タレットの旋回軸方向に突出するタレットヘッドと前記バケットとの間に設けられた請求項３記載のエアシリンダとを備え、
   前記エアシリンダの前記ピストンロッドの進退により前記バケットが自由に揺動できるロック解除状態と揺動が制限されるロック状態とが切替えられるように構成されたワークアンローダ。
7. 請求項６記載のワークアンローダを備えた工作機械。