JP3186311B2 - ピストン停止検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ピストンに永久磁石
等の磁界発生手段を取り付けて、シリンダに設けられた
磁界検出手段で磁界の大きさを検出することによって、
ピストンの停止を検知するピストン停止検知装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動加工装置等においては、ワークを把
持する装置等にエアシリンダ等のシリンダ機構が用いら
れる。自動加工装置等をシーケンス制御するために、か
かるシリンダ機構の動作中におけるピストンの位置を検
出する装置が用いられる。このようなピストン位置の検
出装置の具体例としては、例えば特開昭６４−６９８０
６号公報に記載された流体圧シリンダのピストン位置検
出装置の発明がある。この公報に記載されたピストン位
置検出装置では、ピストンの外周部に永久磁石が取り付
けられており、この永久磁石による磁界がシリンダの外
周部に設けられた磁界検出手段で検出されることによっ
てピストンの位置が検出される。そして、このピストン
位置検出装置においては、検出精度を向上させるため
に、磁界検出手段としてのホール素子の感応方向が、ピ
ストンの移動方向と垂直に向くように取付けられてい
る。これによって、ピストンが検出される範囲が狭くな
り、より高い精度でピストン位置を検出することができ
る。

【０００３】自動加工装置等においては、かかるピスト
ン位置検出装置を応用して、ピストンの停止の検知も行
われる。このようなピストン停止検知装置の具体例につ
いて、図３および図４を参照して説明する。図３は従来
例のピストン停止検知装置を取り付けたワーク把持装置
を示す正面図であり、図４は従来例のピストン停止検知
装置を取り付けたワーク把持装置の動作を示すタイミン
グチャートである。図３において、参照符号１０２は、
ロボットのハンド部１０４の先端に取り付けられたワー
ク把持装置である。このワーク把持装置１０２は、駆動
装置１０６と、この駆動装置１０６によって開閉する一
対の把持爪１０８Ａおよび１０８Ｂを中心として構成さ
れている。駆動装置１０６は、圧縮エアによって内蔵さ
れたピストン（図示省略）がスライドするエアシリンダ
となっている。そして、このピストンの進退に伴って、
一対の把持爪１０８Ａ，１０８Ｂが開閉する。これによ
って、一対の把持爪１０８Ａ，１０８Ｂの内側にワーク
Ｗを把持し、あるいは開放することができる。

【０００４】図３に示されるように、この駆動装置１０
６の側面には、オートスイッチ１１０が取り付けられて
いる。このオートスイッチ１１０は、把持爪１０８Ａ，
１０８Ｂが矢印ＷＡ，ＷＢ方向へそれぞれ駆動されてワ
ークＷを把持した際の、前記エアシリンダ内でのピスト
ンの停止を検知するものである。このオートスイッチ１
１０によるピストン停止の検知は、上記公報に記載され
たピストン位置検出装置と同様の原理で行われる。すな
わち、内蔵されたピストンの外周部に永久磁石が取り付
けられており、この永久磁石による磁界がオートスイッ
チ１１０内に設けられた磁界検出手段で検出される。こ
こで、オートスイッチ１１０は、把持爪１０８Ａ，１０
８ＢがワークＷを把持した際にピストンが停止する位置
の近傍に取り付けられている。従って、ワークＷが把持
されてピストンが停止したときには、オートスイッチ１
１０内の磁界検出手段で検出される磁界が所定の大きさ
以上になる。これによって、オートスイッチ１１０から
ピストン停止検知信号が制御装置１１２に出力され、ワ
ークＷの把持が確認される。

【０００５】このようなピストン停止の検知方法におい
ては、ワークＷの寸法のばらつきによるピストン停止位
置のばらつきが問題となる。すなわち、ワークＷの寸法
によってワーク把持時の把持爪１０８Ａ，１０８Ｂの開
き具合が異なり、これに応じてピストンの停止位置も変
化する。従って、上記公報に記載されたピストン位置検
出装置のようにピストンの検出範囲を狭くすると、ピス
トンの停止位置がこの検出範囲からはみ出してしまうこ
とがある。このような場合には、ワーク寸法のばらつき
によるピストン停止位置の範囲の広がりに応じて、検出
と判断する磁界の大きさ（出力信号）のレベルを下げる
ことによって検出範囲を広くとることが行われている。
すなわち、図４のタイミングチャートに示されるよう
に、ワーク寸法のばらつきによって、ワークＷを把持し
た時の把持爪１０８Ａ，１０８Ｂの開き具合は、点Ｐ１
から点Ｐ２までの範囲内でばらつく。このうち把持爪１
０８Ａ，１０８Ｂが最も開いた点Ｐ１に対応するピスト
ンの位置が検出範囲に入るように、オートスイッチ１１
０の出力レベルが設定される。これによって、把持爪１
０８Ａ，１０８Ｂが閉じてワークＷを把持する途中で点
Ｐ１に達した時に、オートスイッチ１１０がＯＮとな
り、制御装置１１２に信号が出力される。

【０００６】しかしながら、このようにオートスイッチ
１１０の検出範囲を広くしたことによって、把持爪１０
８Ａ，１０８Ｂが点Ｐ１に到達しても、まだワークＷが
把持されていない可能性がある。そこで確実にワーク把
持の判断を行うため、図４に示されるように、オートス
イッチ１１０がＯＮの状態が一定時間Ｔだけ継続した時
点で、初めてワーク把持と判断して制御装置１１２をＯ
Ｎにする。これによって、ワーク寸法のばらつきに起因
して駆動装置１０６のピストンの停止位置がばらつく場
合でも、確実にピストンが停止した場合のみを検知する
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術においては、図４に示される点Ｐ２で実際にワーク
Ｗが把持されてピストンが停止した後も、時間ｔが経過
するまでは停止と判断されない。従って、この間は制御
装置１１２は次の動作を実行することができず、無駄な
待ち時間ｔが発生することになる。特に、自動加工装置
等においては、ワーク把持装置１０２のようなシリンダ
機構が多数使用されているために、全体としての無駄時
間は大きなものとなり、装置の運転効率が著しく低下す
るという問題点があった。そこで本発明においては、シ
リンダ内でのピストンの停止位置のばらつきがあって
も、無駄な待ち時間を作ることなく、かつ確実にピスト
ンの停止を検知することができるピストン停止検知装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明において
は、上記課題を解決するために、シリンダ内でスライド
するピストンの停止を検知する装置であって、前記ピス
トンに設けられた磁界発生手段と、前記ピストンが停止
する位置の近傍の前記シリンダに設けられ、磁界の大き
さに比例した信号を出力する磁界検出手段と、前記磁界
検出手段から出力される信号の大きさの変化率を演算す
る変化率演算手段と、該変化率演算手段により演算され
た変化率が零でかつ前記磁界検出手段から出力された信
号が所定の大きさ以上のときに停止検知信号を出力する
停止検知信号出力手段とを有するピストン停止検知装置
を創出した。ここで、変化率が零とは、信号処理におい
て零と判定される零に近い値をも含むものであり、数学
的に厳密に零であることを意味するものではない。

【０００９】

【作用】さて、上記構成を備えた本発明に係るピストン
停止検知装置においては、ピストンに磁界発生手段が、
シリンダに磁界検出手段がそれぞれ設けられている。磁
界検出手段はピストンの停止位置の近傍に設けられてお
り、磁界の大きさに比例した信号を出力する。さて、ピ
ストンがこの磁界検出手段の近傍で停止すると、ピスト
ンに設けられた磁界発生手段が磁界検出手段から所定距
離以内に近づくことになる。これによって、磁界検出手
段により検出される磁界は所定の大きさ以上になり、磁
界検出手段からの出力信号が所定の大きさ以上になる。
一方、ピストンが停止すると、磁界発生手段と磁界検出
手段との距離も一定に保たれる。従って、磁界検出手段
で検出される磁界の大きさは一定となり、磁界検出手段
からの出力信号の大きさも一定となる。この結果、変化
率演算手段によって演算される磁界検出手段からの出力
信号の変化率は零となり、このとき磁界検出手段からの
出力信号は所定の大きさ以上であるため、停止検知信号
出力手段から停止検知信号が出力される。これによっ
て、ピストンの停止後直ちに停止検知信号が出力され、
無駄な待ち時間を生ずることがない。しかも、磁界検出
手段からの出力信号の変化率が零という条件を加えるこ
とによって、実際にピストンが停止した場合のみを確実
に検知することができる。このようにして、ピストン停
止位置のばらつきがあっても無駄な待ち時間を作ること
なく、確実にピストンの停止を検知することができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明を具現化した一実施例につい
て、図１および図２を参照して説明する。図１は、本発
明に係るピストン停止検知装置の一実施例を示す図であ
る。図１（Ａ）は本実施例のピストン停止検知装置の全
体構成を示す図であり、図１（Ｂ）はピストン位置に対
するホール素子の出力電圧の特性を示す図である。図１
（Ａ）に示されるように、本実施例のピストン停止検知
装置２は、シリンダチューブ２０とこのシリンダチュー
ブ２０内にスライド可能に嵌合されたピストン１２を有
するエアシリンダ機構に設けられている。シリンダチュ
ーブ２０は非磁性材料からなり、ピストン１２の外周に
は磁界発生手段として永久磁石からなるマグネットリン
グ１４が装着されている。また、ピストン１２にはピス
トンロッド１０が固定されており、ピストンロッド１０
の他端には、駆動されるべき部材（図示省略）が取り付
けられている。

【００１１】シリンダチューブ２０の外周部には、図示
しない取付け具によって、センサ本体２２が取付け位置
変更可能に取り付けられている。このセンサ本体２２の
内部には基板２４が固定されている。そして、この基板
２４の下面には、磁界検出手段としてホール素子２６が
固定されている。このホール素子２６は板状に形成され
ており、素子面に対して垂直な方向の磁界に感応して、
その強さに応じた信号電圧を出力する特性を有する。こ
のホール素子２６の信号出力端子２８は、信号出力線３
０に接続されている。信号出力線３０はセンサ本体２２
の外部に取り出され、アンプ３２およびＡＤコンバータ
３４を介して、演算処理部３６に接続されている。ホー
ル素子２６の出力電圧はアンプ３２で増幅され、ＡＤコ
ンバータ３４でデジタル変換された後に、演算処理部３
６に入力される。演算処理部３６は、ＣＰＵ（中央処理
装置）およびＲＡＭ，ＲＯＭのメモリ装置を中心とした
コンピュータシステムであり、ホール素子２６からの出
力信号の演算処理を行う。

【００１２】次に、このホール素子２６から出力される
信号（出力電圧）の特性について、図１（Ｂ）を参照し
て説明する。図１（Ｂ）に示されるように、ホール素子
２６の出力電圧４０は、ピストン１２の位置の変化によ
って、ホール素子２６の取付け位置を中心として対称の
山形の曲線となる。すなわち、ピストン１２の中心がホ
ール素子２６の取付け位置の中心に対応する点Ｓに位置
するときにホール素子２６の出力電圧４０は最大とな
り、ピストン１２の中心が点Ｓから離れるに従って出力
電圧４０は減少する。従って、ピストン１２が移動して
点Ｓの近傍で停止すると、ホール素子２６の出力電圧５
０は、その停止位置に対応する一定の大きさとなる。こ
こで、ピストン１２がホール素子２６の取付け中心位置
（停止予定位置）Ｓの近傍にきたことを示す信号を出力
するために、図１（Ｂ）に示されるように出力電圧の基
準レベルＬが設定される。この基準レベルＬは、ピスト
ン１２の停止位置のばらつきが図１（Ｂ）の範囲Ｒ内に
確実に入るように設定される。

【００１３】このホール素子２６の出力電圧の演算処理
部３６における処理について、図２を参照して説明す
る。図２は、ホール素子２６の出力電圧に対する演算処
理の手順を示す説明図である。以下に説明する処理は、
図１（Ａ）に示される演算処理部３６において実行され
る。ピストン１２が図１（Ｂ）に示される範囲Ｒに入る
と、図２（Ａ）に示される出力電圧５０は、あらかじめ
設定された基準レベルＬを越える。これによって、図２
（Ｂ）に示されるピストン検知信号５２がＯＮになる。
同時に、図２（Ｃ）に示されるように、図２（Ａ）の出
力電圧５０の変化率（時間微分値）５４が演算される。
そして、図２（Ｂ）のピストン検知信号５２がＯＮで、
かつ図２（Ｃ）の出力電圧変化率５４が零という条件が
満たされると、図２（Ｄ）に示されるピストン停止検知
信号５６がＯＮとなる。

【００１４】さて、以上のような構成を有する本実施例
のピストン停止検知装置２におけるピストン停止の検知
の手順について、図１および図２を参照して説明する。
ピストン１２が図１（Ａ）の矢印Ｇの方向に移動する
と、図２（Ａ）に示されるように、出力電圧５０は次第
に傾きを大きくしながら増加する。これによって、図２
（Ｃ）に示される出力電圧変化率５４も、次第に増加し
ていく。続いて、ピストン１２がさらに矢印Ｇの方向に
移動することによって、図２（Ａ）の出力電圧５０は、
点５０ａにおいて基準レベルＬを越える。これによっ
て、図２（Ｂ）に示されるピストン検知信号５２が点５
２ａからＯＮになる。ピストン１２が図１（Ｂ）の範囲
Ｒ内で停止すると、図２（Ａ）に示されるように、停止
した点５０ｂから出力電圧５０は一定の値となる。これ
によって、図２（Ｃ）に示される出力電圧変化率５４
は、点５４ｂにおいて零となる。この結果、図２（Ｂ）
のピストン検知信号５２がＯＮで、かつ図２（Ｃ）の出
力電圧変化率５４が零という条件が満たされるため、図
２（Ｄ）に示されるように、点５６ｂにおいてピストン
停止検知信号５６がＯＮとなる。このようにして、ピス
トン１２の停止位置のばらつきがあっても、無駄な待ち
時間を作ることなく、かつ確実に、ピストン停止を検知
することができる。

【００１５】なお、本実施例においては、図２（Ｃ）に
示される出力電圧変化率５４が最初に零になった時点
で、ピストン停止検知信号５６をＯＮにしている。しか
し、演算処理部３６における信号処理の繰り返し時間間
隔が極めて短い場合には、図２（Ａ）に示される出力電
圧５０がまだ変化している途中でも、瞬間的に出力電圧
５０の変化率が零と判定される可能性がある。このよう
な場合には、図２（Ｃ）の出力電圧変化率５４が二回以
上の繰り返し処理で連続して零になったときに、ピスト
ン停止と判断する手法をとることもできる。これによっ
て、出力信号処理の繰り返し時間間隔を極めて短くした
場合でも、確実なピストン停止の判断を行うことができ
る。

【００１６】本実施例においては、磁界の大きさに比例
した信号を出力する磁界検出手段としてホール素子２６
を用いた例について説明したが、ＭＲ素子等の他の磁界
検出手段を使用してもよい。また、磁界発生手段として
永久磁石１４を用いた例について説明したが、電磁コイ
ル等の他の磁界発生手段を用いることもできる。ピスト
ン停止検知装置のその他の部分の構造，形状，大きさ，
材質，数，配置等についても、本実施例に限定されるも
のではない。

【００１７】さらに本実施例に固有の効果として、永久
磁石１４を取り付けたピストン１２とシリンダチューブ
２０は、従来使用されているオートスイッチ付きシリン
ダのシリンダ部と同様の構造であるため、オートスイッ
チを演算処理部３６が接続されたホール素子２６と交換
するだけで、容易に本実施例の構成を実現できる。ま
た、ホール素子２６を取付け位置変更可能にシリンダチ
ューブ２０の外周に取り付けているため、ピストン１２
の停止位置の大幅な変更があった場合でも直ちに対処で
きるという利点がある。

【００１８】

【発明の効果】本発明においては、ピストンに磁界発生
手段を、シリンダに磁界検出手段を設け、検出される磁
界の大きさとその変化率とからピストンの停止を判断す
るピストン停止検知装置を創出したために、ピストンの
停止位置のばらつきがあっても無駄な待ち時間を作るこ
となく、確実にピストンの停止を検知できる。これによ
って、シリンダ機構が多数使用される自動加工装置等の
運転効率を著しく向上させることができ、極めて実用的
なピストン停止検知装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストン停止検知装置の一実施例
を示す図である。

【図２】ピストン停止検知装置の一実施例における出力
信号の処理を示す図である。

【図３】従来例のピストン停止検知装置を取り付けたワ
ーク把持装置を示す正面図である。

【図４】従来例のピストン停止検知装置を取り付けたワ
ーク把持装置の動作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

２ ピストン停止検知装置 １２ ピストン １４ 磁界発生手段 ２０ シリンダ ２６ 磁界検出手段 ３６ 変化率演算手段 ３６ 停止検知信号出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 拓治 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４丁目２番 ２号 エスエムシー株式会社 筑波技術 センター内 (72)発明者 中村 武 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４丁目２番 ２号 エスエムシー株式会社 筑波技術 センター内 審査官 窪田 治彦 (56)参考文献 特開 平１−170801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−122902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−69806（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137803（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−91203（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 15/28 G01B 7/00 G01B 21/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内でスライドするピストンの停
   止を検知する装置であって、 前記ピストンに設けられた磁界発生手段と、 前記ピストンが停止する位置の近傍の前記シリンダに設
   けられ、磁界の大きさに比例した信号を出力する磁界検
   出手段と、 前記磁界検出手段から出力される信号の大きさの変化率
   を演算する変化率演算手段と、 該変化率演算手段により演算された変化率が零でかつ前
   記磁界検出手段から出力された信号が所定の大きさ以上
   のときに停止検知信号を出力する停止検知信号出力手
   段、とを有するピストン停止検知装置。