JPH0341124Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、持つたロツクアツプ機構付きシリン
ダの位置決め装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ロツクアツプ機構付きシリンダにおける
位置決めは必ずしも高精度で行うことができず、
位置決め精度が要求される場合には、位置決め制
御を高精度に行うための何等かの手段を講じる必
要があつた。

［考案が解決しようとする課題］ 本考案は、ロツクアツプ機構の動作特性を改善
し、それによつて上記空気圧シリンダの位置決め
精度の向上を図ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本考案の空気圧シリ
ンダ位置決め装置は、空気圧シリンダを、制御装
置からの電気的信号に比例した空気圧を出力する
電気−空気比例制御弁で制御する空気圧シリンダ
の位置決め装置において、上記空気圧シリンダ
は、シリンダロツドのロツクアツプ機構と、該ロ
ツドの位置を検出して上記制御装置に入力する位
置センサとを備え、上記制御装置は、位置センサ
から入力された現在のピストンロツドの位置と停
止設定位置との誤差を内部演算により求めて、そ
の誤差の減少に応じて上記電気−空気比例制御弁
に与える制御量を小さくすると共にロツクアツプ
機構の作動時期を定めるものとして構成し、上記
ロツクアツプ機構は、電流帰還増幅器よりなるサ
ーボアンプを介して上記制御装置からの電気的信
号により開閉される電気−空気圧制御弁により作
動が制御されるものとして構成したことを特徴と
するものである。

［作用］ 位置センサが検出したシリンダロツドの現在位
置が制御装置に入力されると、制御装置がピスト
ンロツドの現在位置と停止設定位置との誤差を内
部演算により求めて電気−空気比例制御弁に電気
信号を出力し、この電気信号は誤差が小さくなる
にしたがつて小さくなるので、シリンダロツドの
速度は、停止設定位置に近ずくにしたがつて小さ
くなる。

シリンダロツドが停止設定位置に近接すると、
制御装置が電流帰還増幅器よりなるサーボアンプ
を介して電気−空気圧制御弁に電気的信号を出力
し、ロツクアツプ機構を作動させてシリンダロツ
ドを停止させる。

この場合、シリンダロツドの駆動速度が小さい
ことと、電流帰還増幅器よりなるサーボアンプに
よりロツクアツプ機構の応答が高速化されている
こととによつて、空気圧シリンダが速やかに停止
するので、その位置決め精度が向上する。

［考案の効果］ 本考案の空気圧シリンダの位置決め装置は、制
御装置を、誤差の減少にしたがつて電気−空気圧
比例制御弁の制御量を小さくして停止設定位置に
近接したシリンダロツドの速度を小さくすること
と、サーボアンプを電流帰還増幅器としてロツク
アツプ機構の応答を高速化したこととによつて、
空気圧シリンダを速やかに停止させるので、その
位置決め精度を向上させることができる。

［実施例］ 以下に本考案の実施例を図面を参照しながら詳
述する。

第１図に示す空気圧シリンダの位置決め装置に
おいて、１は空気圧シリンダで、そのシリンダロ
ツド２を締付けることによつてブレーキをかける
ロツクアツプ機構３を備え、さらにそのシリンダ
ロツド２または負荷５の位置を検出するポテンシ
ョメータ等の位置センサ６を備え、その出力を
Ａ／Ｄ変換器を介してマイクロコンピユータ等か
らなる制御装置に入力できるように構成してい
る。

上記空気圧シリンダ１は、制御装置からの電気
的信号に比例した空気圧出力が得られるシリンダ
駆動用の５ポート形電気−空気比例制御弁１０に
よつてその駆動を制御されるもので、その比例制
御弁駆動用の一対の比例ソレノイドは、サーボア
ンプ、コントローラ及びＤ／Ａ変換器を介して上
記制御装置に接続し、また上記ロツクアツプ機構
３は制御装置からの電気的信号により開閉される
３ポート形電気−空気圧制御弁１１によつてその
作動を制御されるもので、その制御弁１１を作動
させるソレノイドは、サーボアンプ及びＤ／Ａ変
換器を介して上記制御装置に接続している。而し
て、上記制御装置にはCRT表示装置及び各種デ
ータを入力するためのキーボードを接続してい
る。

上記構成を有するロツクアツプ機構付き空気圧
シリンダの位置決め制御においては、まず、シリ
ンダロツド２の位置をセンサ６を用いて検出して
アナログ電圧信号に変換し、それがＡ／Ｄ変換器
を介して制御装置に入力される。

制御装置においては、入力された現在のシリン
ダロツド位置と停止設定位置との誤差を内部演算
により求め、この誤差に応じて比例制御弁１０に
与える制御量を求めると共に、ロツクアツプ機構
３の作動時期が定められる。そして、これらのデ
イジタル量の信号は、Ｄ／Ａ変換器においてアナ
ログ信号に変換し、サーボアンプを介して比例制
御弁１０及び１１に送ることにより、それらが駆
動される。

上記ロツクアツプ機構付き空気圧シリンダにお
いては、それを高速、高精度で位置決め制御する
ため、特に制御弁１１のサーボアンプに第２図に
示すような電流帰還増幅器を使用している。この
電流帰還増幅器は、ロツクアツプ機構の電気的特
性を改善し、その応答を高速化するもので、増幅
回路１３に上記制御弁１１のソレノイド１１ａを
接続すると共にその出力を帰還回路１４によつて
入力側に帰還させるように構成している。このた
め、過渡的には制御弁のソレノイドの両端に定格
電圧以上の電圧が加わり、それによつて電流の立
上りが改善され、定常状態では定格電流値となる
ように作動する。

シリンダロツドの停止後、停止位置と停止設定
位置とに偏差が生じている場合には、その偏差を
もとに前もつて定められている制御切換位置（後
述）が自動修正される。

制御装置に入力するデータは、停止設定位置
S_P，移動スピード切換位置S₁（ｊ），S₂（ｊ）（但
し、ｊは繰り返し回数を示す）、ロツクアツプ機
構作動位置S₃（ｊ）、移動スピードＶ、停止時間な
どである。これらのデータは、キーボードより入
力し、データの変更と照合、及び動作状態などは
CRT表示装置上でチエツクされる。

第３図には、制御プログラムのフローチヤート
を示している。同図について説明すると、まず、
周辺インターフエース・アダプタ（PIA）を介し
てＡ／Ｄ変換器から制御装置に一定時間ごとに、
例えば1m secごとに割り込みを発生させ、シリ
ンダロツドの位置を検出する。次に、この位置情
報から停止設定位置との誤差を演算し、その結果
に基づいて比例制御弁及び制御弁への制御量を決
定する。そして、サーボアンプを介して比例制御
弁における弁開口面積を制御し、また制御弁の開
閉を制御することにより、シリンダロツド、ロツ
クアツプ機構が作動する。

以上の動作を順次一定時間（1m sec）ごとに
繰り返すことにより、シリンダロツドの位置決め
制御を行う。

第４図は、シリンダロツドの現在位置Ｓ（ｊ）
に対する比例制御弁への制御量Ｃの信号、制御弁
への制御量Ｂの信号、及びこれらの制御量による
シリンダロツドの動作状態を示したものである。
制御量Ｃ及び制御量Ｂは、現在位置Ｓ（ｊ）と移
動スピード切換位置及びロツクアツプ機構作動位
置Si（ｊ）（ｉ＝１，２，３）の大小関係により次
式に従つて決定する。

ａ Ｓ（ｊ）≦S₁（ｊ） Ｃ＝C₁ Ｂ＝B₁ （Ｔ≦T₁） （ロツクアツプ機構作動） （Ｔ＞T₁） （ロツクアツプ機構解除） T₁：ロツクアツプ解除遅れ時間 ｂ S₁（ｊ）＜Ｓ（ｊ）≦S₂（ｊ） Ｃ＝C₂ Ｂ＝０ ｃ S₂（ｊ）＜Ｓ（ｊ）≦S₃（ｊ） Ｃ＝C₃ Ｂ＝０ ｄ S_P≧Ｓ（ｊ）＞S₃（ｊ） Ｃ＝C₃ （Ｖ≠０） ０ （Ｖ＝０） Ｂ＝B₁ シリンダロツドの停止位置と停止設定位置との
間に偏差が生じた場合には、その時の誤差、ある
いはそれ以前の誤差を用いて、第４図に示した制
御切換位置Si（ｊ）（ｉ＝１，２，３）を修正す
る。この修正の方法は、大きく二つの段階から成
り立つている。

(イ) 始動時の修正 始動時にシリンダ内の圧力、摩擦、負荷などの
状態により、シリンダロツドが停止設定位置を行
き過ぎて停止する場合がある。そこで、行き過ぎ
によるトラブルを予め防止するために、初回は２
mm程度手前でシリンダロツドを一旦停止させ、こ
れによりシリンダ内の圧力を均一にする。この時
の誤差は無視し、制御切換位置の修正は行わな
い。第２回目の動作からは、制御切換位置Si（ｊ）
（ｉ＝１，２，３）の修正を次式に基づいて行う。

Si（ｊ）＝Si（ｊ−１）＋Ｅ（ｊ−１） この修正は、誤差Ｅ（ｊ）が十分小さくなるま
で、あるいは指定回数ｎだけ行う。誤差Ｅ（ｊ）
が微小範囲に入るとSi（ｊ）の修正式は、次のも
のに変更する。

Si（ｊ）＝Si（ｊ−１）＋Ｅ（ｊ−１）／２ (ロ) 動作中の修正 始動時に、適切な制御切換位置Si（ｊ）が求ま
つても、長時間運転を繰り返すうちには、系の特
性変化、外乱等によりSi（ｊ）の値に対し修正の
必要が生ずる。そこで、ｊ≧ｎ＋１ に対して
は、Si（ｊ）の修正の式として、次式を採用する。

但し、ｍは適当な正の整数、ｋ＝１，２，３，
……である。

なお、第５図に上記自動学習機能についてのフ
ローチヤートを示している。

第６図は本考案による位置決め制御の実験例を
示すものである。使用したシリンダは、300mmス
トロークの複駆動型ロツクアツプ機構付きで、負
荷重量30Kg、移動方向は水平である。

同図Ａは、ピストン位置をシリンダ中央から
125mm、移動速度300mm／secで往復運動させた時
の各弁への制御信号、及びシリンダロツドの軌跡
である。また、同図Ｂ及びＣは、その時の右及び
左における停止位置のずれを示したものである。

実験結果によれば、最大負荷80Kg、角度変化
（０〜40度）において、停止精度は±0.15mm／
10H以内であつた。

以上に詳述した本考案の実施例によれば、次の
ような効果が期待できる。

(1) ロツクアツプ機構を制御することで、中間停
止を容易に行うことができる。

(2) 学習機能を負荷することで、高い停止精度の
多点位置決め制御が行える。

(3) 停止精度に基づいて、制御切換位置を逐次修
正する方法は、繰り返し動作の多い産業機械な
どの位置決め精度の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る空気圧シリンダの位置決
め装置の構成を示すブロツク図、第２図はそのサ
ーボアンプのブロツク構成図、第３図は制御プロ
グラムのフローチヤート、第４図はシリンダロツ
ドの現在位置に対する比例制御弁及び制御弁への
制御量の信号、及びこれらの制御量によるシリン
ダロツドの動作状態を示す線図、第５図は自動学
習機能についてのフローチヤート、第６図Ａ〜Ｃ
は本考案による位置決め制御の実験例を示す線図
である。 １……空気圧シリンダ、２……シリンダロツ
ド、３……ロツクアツプ機構、６……位置セン
サ、１０……電気−空気比例制御弁、１１……電
気−空気圧制御弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 空気圧シリンダを、制御装置からの電気的信号
   に比例した空気圧を出力する電気−空気比例制御
   弁で制御する空気圧シリンダの位置決め装置にお
   いて、 上記空気圧シリンダは、シリンダロツドのロツ
   クアツプ機構と、該ロツドの位置を検出して上記
   制御装置に入力する位置センサとを備え、 上記制御装置は、位置センサから入力された現
   在のピストンロツドの位置と停止設定位置との誤
   差を内部演算により求めて、その誤差の減少に応
   じて上記電気−空気比例制御弁に与える制御量を
   小さくすると共にロツクアツプ機構の作動時期を
   定めるものとして構成し、 上記ロツクアツプ機構は、電流帰還増幅器より
   なるサーボアンプを介して上記制御装置からの電
   気的信号により開閉される電気−空気圧制御弁に
   より作動が制御されるものとして構成した、 ことを特徴とする空気圧シリンダの位置決め装
   置。