JPH03237301A - 流体圧シリンダの位置検出装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気圧その他の流体圧シリンダのピストン
ロッド付置を検出する′３Ａ置に関し、特にアブソリュ
ート付置検出が可能なものに関する。

〔従来の技術〕

従来は六気圧シリンダその他流体ＦＦ、シリンダの動作
はフルストローク運動のみであったが、最近ではブレー
キ付シリンダを用いることによって任意のストローク中
間位置で停止ヒさせるようにすることが行なわれている
。そのような従来技術の一例を第１図及び第２図に示す
、シリンダ１にはブレーキ２が設けられており、ブレー
キ用電磁弁３の切換えによってブレーキ用シリンダ４が
作動し、これによりピストンロッド５にブレーキをかけ
るようになっている。６はシリンダ１のロッド駆動方向
を切換えるための方向制御弁であり、７は空気源、８，
９は駆動スピード制御用の絞り弁、である。シリンダの
ストローク位置を検出するための検出部１０は、ロッド
５に常時接触して該ロッド５の直線運動に追従して回転
するローラ］、　Ｏａと、このローラ１０ａの回転に応
性してインクリメンタルパルスを発生するインクリメン
タルエンコーダ１０ｂ　　（第２図）とを含んでいる。

シリンダロッド５が原点付置にあるとき、原点セットス
イッチ１１によってカウンタ１２をリセットし、以後エ
ンコーダ１０ｂから与えられるインクリメンタルパルス
を該カウンタ１２でカウントする。

カウンタ１２のカウント値はシリンダロッド位置を示し
ており、設定器１３で設定された各神動作の設定位置と
このカウント値とが比較回路１４で比較される。比較回
路１４の比較動作及びドライブ回路１６の動作はシーケ
ンス回路１５によって制御される。比較回路１４の出力
がドライブ回路１６に与えられ、方向制御弁６及びブレ
ーキ弁３を切換作動するためのドライブ信号が比較結果
に応じて該弁３，６に与えられる０例えば、所望のスト
ローク中間位置を設定器１３で設定し、検出部１０を用
いて測定したロッド５の現装置がこの設定位置に一致し
たときブレーキ弁３を切換えてブレーキ２を作動させ、
同時に方向制御弁７を中立位置に切換えて、ロッド５を
停止する・米国特許第３９５６９７３号に示されたシリ
ンダのピストンロッド位置検出装置は、ピストンロッド
の周囲に所定ピッチの凹曲部を螺旋状に設け、ピックア
ップコイルにより該凹凸部に応答したパルス列をピスト
ンロッド直線変位に応じて得るようにしたものである。

特開昭５０−１３７５４号公報に示されたシリンダ位置
検出装置は、ピストンロッド等の接触を機械的に検出す
るリミットスイッチの代わりに、シリンダ本体内の所定
位置に設置した１次及び２次コイルを利用して非接触で
ピストンが所定位置に１１！ＩＩＩしたか否かを検出す
るものであり、電磁結合された１次及び２次コイルの対
をシリンダ内に設け、ピストンロッドの移動に応じて移
動する高透磁率部材が１次及び２次コイルの電磁結合領
域内に侵入したか否かによって、ピストンが所定イ１′
Ｉ。

［（ストロークエンド）に達したかどうかを検出するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１図に示したような従来のピストンロッド位置検出装
置は、インクリメンタルパルスカウント方式で拉［検出
を行うため、位置検出精度に難があり１例えば、停電等
のｔ［’！遮断が起こった場合は、シリンダをｉ点に戻
さねばならない等の問題点がある。また、ロッド付置検
出部ｌＯはローラ１０ａとロッド５の摩擦によって変位
が伝達されるようになっていたため、スリップが起きた
場合。

位置検出が不正確となるという欠点があった。

また、特開昭５０−１３７５４号公報に示されたシリン
ダ位置検出装置は、ストロークエンドを検出することが
できるだけであり、ピストンロッド位置を連続的に検出
することはできなかった。

これに対して上記米国特許に示されたものは、ピックア
ップコイルにより得たパルス列をカウントすることによ
りピストンロッド位置を連続的に検出することが可能で
あるが、１個の凹凸部につきｌパルスの分解能であるた
め、検出分解能が極めて粗いという欠点がある。また、
上記と同様に。

インクリメンタルパルスカウントであるため、電源投入
時や停電復帰時にピストン位置を−１１，初期Ｑ　ｈ’
ｆｆｉに戻さねばないという不都合があった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ピストン
ロッド位置を高分解能で連続的にかつアブソリュートで
検出することができる流体床シリンダの＜ｔｙ　［検出
装置を提（Ｉｔ　Ｌ、ようとするものである。

〔ａ題を解決するための手段〕

この発明に係る流体圧シリンダの位置検出装置は、所定
の交流信号により励磁される１次コイルを少なくとも有
し、流体圧シリンダのシリンダ本体側に固定されて、該
シリンダのピストンロッドに対して相対的に移動可能な
コイル部と、前記ロッドの位置に応じて前記コイル部の
磁気回路における磁気抵抗を変化させるために、前記ロ
ッドに設けられた磁性体部と非磁性体部の繰返しからな
る磁気目盛部と、６１ｉ記磁気目盛部の前記コイル部に
対する相対的持直に応じた該コイル部における磁気抵抗
変化に基づき、前記ロッドの位置を示すデータを前記コ
イル部より取り出す検出回路とを具え、前記磁気目盛部
における前記磁性体部と非磁性体部の繰返しｌサイクル
の範囲における前記コイル部における磁気抵抗の連続的
変化に応じて前記ロッドの位置を連続的に検出すること
ができ。

かつ前記磁性体部と非磁性体部の繰返し複数サイクルに
わたって該検出が可能であることを特徴とするものであ
る。

一実施態様として、前記コイル部が、複数の１次コイル
及び２次コイルを有するものであり、前記検出回路が１
位相のずれた複数の基準交流信号によって前記各工法コ
イルを個別に励磁する回路と、前記各１次コイルに対応
する２次コイルの出力を合計して、前記ロッドの相対的
直線位置に従って前記基準交流信号を位相シフトした出
力信号を発生する出力回路と、前記基準交流信号の所定
の１つと前記出力回路からの出力信号との位相差を検出
し、検出したｒＩ″ｌ相差データを前記ロッド位置デー
タとして出力する回路とを有するものである。

更に一実施態様として、前記１次コイルが、前記ロッド
のｉ！！線変位方向に関して所定の距離だけ互いに離隔
して配置され、１８０°または３６０°以外の所定の位
相差（，６０／ｄ度）を持つ基準交流信号によって個別
に励磁される少なくとも２個の１次コイルからなるもの
であり、前記磁気目盛部における前記磁性体部と非磁性
体部の繰返しｌサイクルのピッチをＰとするとき、前記
各１次コイルの離隔距離をＰＸ　（ｎ±（１／ｄ））（
但し、ｎは任意の整数）に設定したことを特徴とするも
のである０例えば、基準交流信号として正弦波信号と余
弦波信号の２種類を使用するとすると、その位相差は９
０°＝３６０／４度であり、各１次コイルの離隔距離は
Ｐ×｛ｎ±（１／４））に設定する。

後述する実施例との対応を示すと、コイル部に相当する
ものが１次コイルＡ１〜Ｄ１と２次コイルＡ２〜Ｄ２と
をケーシング２２に収納して成る部分であり、磁気目盛
部に相当するものがピストンロッド２工の周囲に交互に
繰返し設けられた磁性リング２１ｂ及び非磁性スペーサ
２１ｃの部分であり、検出回路に相当するものが１次コ
イルＡ１〜Ｄ１を励磁する回路部分及び２次コイルＡ２
〜Ｄ２の出力を合計して取り出す回路部分とその位相ず
れを測定する変換回路２３の部分である。

〔作　　用〕

ピストンロッドには、磁性体部と非磁性体部の繰返しか
らなる磁気目盛部が設けられており、ピストンロッドの
位置に応じて該磁気目盛部に対するコイル部の相対的位
置関係が変化する。この磁気目盛部に対するコイル部の
相対的位置関係の変化に応じて、コイル部の磁気回路に
おける磁気抵抗が変化し、検出回路では、この磁気抵抗
変化に基づき、ロッド位置を示すデータをコイル部よす
取り出すことができる。

磁気目盛部における磁性体部と非磁性体部の繰返し１サ
イクルの範囲においてロッド位置が変化すると、コイル
部における磁気抵抗が１サイクルにわたって連続的に変
化し、これに応じてロッドの位置を該１サイクルの範囲
において連続的に検出することができる。この付置検出
データは該１サイクルの範囲ではアブソリュートなデー
タとして与えられる。また、磁気目感部において磁性体
部と非磁性体部は繰返し設けられているため、この繰返
し複数サイクルにわたる広い範囲でロッド位置検出が可
能である。

従って、この発明によれば、ピストンロッドイα匿を高
分解能で連続的にかつアブソリュートで検出することが
できる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例を詳細に
説明しよう。

第３図において、符号ｉ〜４，６〜９は第１図に示され
た同一符号のものと同じである。

第３図では、シリンダ１に対するピストンロッド２１の
相対的な直線付置を検出するための検出部２０は、非接
触で該ロッド位置を検出する可変磁気抵抗型の位置検出
器である。この検出部２０は、軸方向にずれた所定の配
置で配設された４個の１次コイルＡ１〜Ｄ１と、これに
対応して設けられた２次コイルＡ２〜Ｄ２とをケーシン
グ２２に収納して成るコイル部を含み、このコイル部は
シリンダ１の端部においてコイルの円筒空間がロッド２
１と同心になるように該ロッド２１を該コイル室間にス
ライド自７Ｅに貫通させた状態で固定されている。ロッ
ド２１は、シリンダ１内のピストン２１ｃを一端に取付
けた円柱形の心棒２１ａと、この心棒２１．　ａの周囲
に軸方向に交互に嵌着された複数の所定幅の環状の磁性
リング２１ｂ及び環状の非磁性スペーサ２１ｃと、これ
らの最外周に嵌着された円筒状の非磁性体から成るスリ
ーブ２１ｄとを含んでいる。非磁性スペーサ２１ｃは固
形の非磁性物質または空気である。−例としＰは任意の
数）であり、スペーサ２１ｃも同様であり、交互配列に
おける１ピッチ分の間隔はｒＰＪである。この実施例に
おいて、コイルは４つの相で動作するように設けられて
いる。これらの相を９！宜上Ａ　、　Ｂ　、　Ｃ，ｐ　
７；ｊる符号を用いて区別する。

ロッド２１の磁性リング２１ｂの位置に応じて各相Ａ−
Ｄに生じるリラクタンスが９０度づつずれるようになっ
ており、例えば人相をコサイン相とすると、Ｂ相はサイ
ン相、Ｃ相はマイナスコサイン相、Ｄ相はマイナスサイ
ン相、となるようになっでいる。忍３図の実施例では、
各相Ａ−Ｄ毎に個別ニ１　ｉコイルＡ１〜Ｄ１及び２次
コイルＡ２〜Ｄ２が設けられている。各コイルの長さは
磁性す「 飢３図の例では、人相のコイルＡ　１、−Ａ　２　　と
Ｃ相のコイルＣＩ　、Ｃ２とが隣合って設けられており
、Ｂ相のコイルＢ１．Ｂ２とＤ相のコイルＤＩ、Ｌ）２
も餉合って設けられている。また、Ａ相とＢ相またはＣ
相とυ相のコイルの間隔はｒＰ（ｎ！１）Ｊ（ｎは任意
の目然数）である。この構成によって、ロッド２１（詳
しくは磁性リング）の直ａ変位に応じて各相Ａ−Ｄにお
ける磁気回路のリラクタンスが変化し、しかもそのリラ
クタンス変化の位相は各相毎に９０度づつずれる（従っ
て人相とＣ相では１８０度ずれ、Ｂ相とＤ相とでも１８
０Ｍずれる）ようになっている。例えば人相とＣ相の１
次コイルＡ１及びＣ１を正弦信号ｓｉｎωｔによって互
いに逆相で励磁し、２次コイルＡ２及びＣ２の出力を同
相で加算する。Ｂ相とＤ相も上述と同様に、１次コイル
Ｂ１　、ＤＩを余弦信号ＣＯＳωｔで逆相励磁し、２欠
コイルＢ２．Ｄ２の出力を同相加算する。２次コイルの
出力は最終的に加算され、出力色°号Ｙを得る。一方、
これに限らず、人相とＣ相の１次コイルＡＩ　、（ｌを
正弦信号ｓｉｎωｔによって同相で励磁し、２次コイル
Ａ２．Ｃ２を逆相接続し、Ｂ相とＤ相の１次コイルＢｌ
、ＤＩを全５ＸＭ号ｅ０３ωｔによって同相で励磁し、
２次コイルＢ２．Ｄ２を逆相接続し、最終的に２次コイ
ル出力を加算するようにしてもよい。

検出部２０の出力毎号Ｙは、下記式に示すようにロッド
２１における磁性リング２１ｂの直罐位置ｆこ応じた位
相角φだけ基準交流信号（ａｉｎωｔまたはｃｏｓωｔ
）を位相シフトしたものとなる。

その理由は、各相Ａ−Ｄのリラクタンスが９０度づつず
れており、かつ一方の対（Ａ、Ｃ）と他方の対（Ｂ、Ｄ
）の励磁信号の成気的位相が９０度ずれているためであ
る。

Ｙ＝Ｋ　ｓｉｎ　（ωｔ　＋　＋Ｉｓ　）Ｋは祐釉の条
件に応じて定まる定数である。上記式で表わされた出力
侶ｇＹの基準信号ｓｉｎωｔｒこ対応する位相ずれφを
測定することにより、ロッド２１の位置を検出すること
ができる。

位相ずれ貨φが全駒２πのときのロッド２１の変位階は
磁性リング２１ｂの１ピツチ長Ｐに相当する。すなわち
、倍４！ｆＹｌｌ！：おける４気的位相ずれ埴φによれ
ば、距離Ｐの範囲内でのアブソリュートなｉＬＱ位Ｉ置
装検出できるのである。距離Ｐ８越えてアブソリュート
な直：泉位１置を求めたい場合は、適宜任意の手段（こ
の検出稍度は距離Ｐを１゛単位とする粗いものでもよい
）を併設してロッド２１］こおける個々の磁性リング２
１ｂの絶対番地を求め、この各リング２１ｂの絶対番地
と上述の位相ずｒＬφにもとづく直・嫉位置検出ｆ直と
の組合せを用いればよい。

第４−因において、検出部２０の出力４Ｎ号Ｙが変換回
路２６１こ与えられ、上述の４気的位相ずれ量φが測定
される。この測定値がロッド２１の現在位記（シリンダ
ストローク位置）を示すデータＤＸとして出力される。

ロッド２１の移動速度及び加速岐を検出するために速度
検出量に＠２４及び加速度検出回路２５が設けられてい
る。この実施例では、速度及び加速度検出用の専用のセ
ンサは設けられていす、ロッド位置検出データＤｘを利
用して連ザを瑛出し、検出した速度データＤｖを利用し
て加速度を検出するようになっている。そのために、位
置データＤｘが速度検出回路２４に入力され、速７ｆ検
出回路２４から出力された速度データＤｖが加速度検出
回路２５に入力される。

ロッド２１＋　、’％任意の位置で静止している場合は
位置データＤｘはその位置を示す値を維持し、変化しな
い。ロッド２１が成る速度で移動している場合は、位置
データＤｘの値はロッド位置の変化に従って時間的に変
化する。従って、速度検出回路２４において所定単位時
間（または期間）当りの位置データへの変化分を演算す
ることにより速度データＤｖが求まる。また、加速度検
出回路２５にεいて所定単位時間（または期間）当りの
速度データＤｖの変化分を演算することにより加速度デ
ータＤαが求められる。

オーバランＲＯＭ（もしくはＲＡＭ）２６は、様々な速
度値に対応するオーバラン量を予め記憶したものである
。同じく、オーバランＲＯＭ（もしくはＲＡＭ）２７は
、様々な加速度値に対応するオーバラン量を予め記憶し
たものである。ここで、オーバラン量とは、ブレーキ２
の作＠開始位置から実際にロッド２１が停止する位置ま
での距ＦＭであり、このオーバラン量を様々な速度及び
加速度に対応して予め測定しく学習させ）、これをＲＯ
Ｍ（またはＲＡＭ）２６，２７１こ阿己憶しておく。

現在の速度データ伽及び加速度データＤｃＬに応じてＲ
ＯＭ２６．２７から夫々読み出されたオーバラン童デー
タ０ＶＲ１，０ＶＲ２はオーバラン景演算回路２８に与
えられる。オーバラン量演算回Ｉ＠２８は、現速度に応
じた予測オーバラン量データＯＲ１と、現加速度に応じ
た予測オーバラン翫データＯＲ２と、設定器２９で設定
された移動設定値（目標値）　Ｓｘとをパラメータとし
て実際のオーバラン量を予測するデータＯＶＲを、計算
、選択、温合等を含む演算操作によって求める。

補償演算回路６０は、位置データＤｘの値をオーバラン
蓋予測データＱ　Ｖ　ＲＩｃ応じて増加または減少し、
予測されるオーバラン分を補償した値Ｄｘ。

に変更する。比較回路６１は、オーバラン補償済みのＩ
ＳＩ置データＤｘｏと設定器２９で設定された＃動設定
値Ｓｘつまり停止設定位置とを比較する。

この比較タイミングあるいは比較条件等はシーケンス回
路３２によってシリンダ１の全体のシーケンス動作に従
って制御される。比較回路６１の出力はドライブ回路３
３に与えられ、比較結果に応じて方向制御弁６．ブレー
キ弁３の切換駆動がなされる。

〔発明の効果〕

以上の通り、この発明によれば、ピストンロッドにおい
て磁性体部と非磁性体部の繰返しからなる磁気［Ｉ横部
を設け５この磁性体部と非磁性体部の繰返しｌサイクル
の範囲においてロッド位置が変化するとき、シリンダ本
体側に設けたコイル部における磁気抵抗が１サイクルに
わたって連続的に変化し、これに応じてロッドの位置を
該１サイクルの範囲において連続的に検出することがで
きるようにしたため、この拉ｉｄ検出データは該ｌサイ
クルの範囲ではアブソリュートなデータとして−ｔｉ−
ることかできると共に、磁性体部と非磁性体部の繰返し
複数サイクルにわたる広い範囲でロンド拉霞検出が可能
であり、従って、ピストンロッド位置を高分解能で連続
的にかつアブソリュートで検出することができる、とい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のブレーキ付空気圧シリンダの側断面図及
び流体Ｉ′Ｆ、回路図、第２図は第１図のブレーキ付空
気圧シリンダの位置決定の制御系の従来例を示す電気的
ブロック図、第３図はこの発明の一実施例に係るブレー
キ付空気シリンダの側断面図及び流体圧回路図、第４図
は同実施例におけるイな置決め制御系の一例を示す電気
的ブロック図。 である。 １・・・シリンダ、２・・・ブレーキ、３・・・ブレー
キ弁、４・・・ブレーキ用シリンダ、５．２１・・・ピ
ストンロッド、６・・・方向制御弁、７・・・空気源、
８，９・・・絞り弁、２０・・・位置検出部、２１ａ・
・・ロッドの心棒、２１ｂ・・・磁性リング、２１ｃ・
・・非磁性スペーサ、２１ｃｌ・・・非磁性スリーブ、
２１ｅ・・・ピストン、Ａ１〜Ｄ１・・・１次コイル、
Ａ２〜Ｄ２・・・２次コイル２２・・・コイル部のケー
シング、２３・・・変換回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　所定の交流信号により励磁される１次コイルを少な
   くとも有し、流体圧シリンダのシリンダ本体側に固定さ
   れて、該シリンダのピストンロッドに対して相対的に移
   動可能なコイル部と、 前記ロッドの位置に応じて前記コイル部の磁気回路にお
   ける磁気抵抗を変化させるために、前記ロッドに設けら
   れた磁性体部と非磁性体部の繰返しからなる磁気目盛部
   と、 前記磁気目盛部の前記コイル部に対する相対的位置に応
   じた該コイル部における磁気抵抗変化に基づき、前記ロ
   ッドの位置を示すデータを前記コイル部より取り出す検
   出回路と を具え、前記磁気目盛部における前記磁性体部と非磁性
   体部の繰返し１サイクルの範囲における前記コイル部に
   おける磁気抵抗の連続的変化に応じて前記ロッドの位置
   を連続的に検出することができ、かつ前記磁性体部と非
   磁性体部の繰返し複数サイクルにわたって該検出が可能
   であることを特徴とする流体圧シリンダの位置検出装置
   。 ２　前記コイル部が、複数の１次コイル及び２次コイル
   を有するものであり、 前記検出回路が、位相のずれた複数の基準交流信号によ
   って前記各１次コイルを個別に励磁する回路と、前記各
   １次コイルに対応する２次コイルの出力を合計して、前
   記ロッドの相対的直線位置に従って前記基準交流信号を
   位相シフトした出力信号を発生する出力回路と、前記基
   準交流信号の所定の１つと前記出力回路からの出力信号
   との位相差を検出し、検出した位相差データを前記ロッ
   ド位置データとして出力する回路とを有するものである
   特許請求の範囲第１項に記載の流体圧シリンダの位置検
   出装置。 ３　前記１次コイルが、前記ロッドの直線変位方向に関
   して所定の距離だけ互いに離隔して配置され、１８０°
   または３６０°以外の所定の位相差（３６０／ｄ度）を
   持つ基準交流信号によって個別に励磁される少なくとも
   ２個の１次コイルからなるものであり、前記磁気目盛部
   における前記磁性体部と非磁性体部の繰返し１サイクル
   のピッチをＰとするとき、前記各１次コイルの離隔距離
   をＰ×｛ｎ±（１／ｄ）｝（但し、ｎは任意の整数）に
   設定したことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の流体圧シリンダの位置検出装置。