載荷控制系統的製作方法

2023-05-26 22:18:01 1

專利名稱：載荷控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣動裝置的載荷控制系統，該氣動系統用於例如FA(工廠自動化)中。
背景技術：
近年來，工廠自動化發展迅速，氣動裝置已經應用在各種工業產品的加工過程中。由於從氣壓源(air pressure source)供給壓力調節器(pressure regulator)的空氣是被空氣壓縮機壓縮過的壓縮空氣，所以壓力調節器必須能防止氣壓源供給的壓縮空氣脈動且需要降低壓縮空氣的壓力到所需壓力。此外，輸出側的氣壓必須保持恆定，即便氣壓源產生的氣壓改變。為了實現該控制，通常使用一種被動式壓力調節器(passive-type pressure regulator)。另外，研製出了具有高精度的保證流量的壓力調節器(日本未審專利公開H11-95843)。

發明內容
本發明要解決的問題工業產品的精度發展迅速，且更迫切地需求更高精度的氣動裝置。換言之，即使氣壓源產生的氣體壓力變化，所得到的降低壓力的空氣也需要是穩定的；另外，需要確保敏感的且精確的流量，從而保證氣動裝置所產生的氣壓，該氣動裝置由壓力調節器供給的壓縮空氣驅動，從而儘可能地不允許該壓力從預設值發生改變。
為此，本發明提供一種能夠控制由氣動裝置產生的控制壓力的載荷控制系統，其具有高精度且還能夠對壓力變化做出無延遲的反應。
解決該問題的技術手段為了解決上述問題，本發明特徵在於一種載荷控制系統，包括具有載荷傳感器和壓力傳感器之一的氣缸裝置(pneumatic cylinderdevice)；壓力調節器主體(pressure regulator body)，其輸入初級壓力的氣體並以次級壓力輸出氣體，以供給所述氣缸裝置；壓力調節器(pressure regulator)，包括壓力調節螺釘，連接所述壓力調節器主體，用於在輸出側設定所述次級壓力，旋轉驅動裝置(rotationaldriving device)，該旋轉驅動裝置旋轉所述壓力調節螺釘以調節所述次級壓力的大小，和一對布置在所述壓力調節螺釘和所述旋轉驅動裝置之間的柔性件(flexible members)，大致相對布置，且在所屬柔性件相互靠近或遠離的運動的方向上具有柔性，其中所述旋轉驅動裝置在所述成對柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該對柔性件之一相連接，且所述壓力調節螺釘在所述成對柔性件中另一個的突起部分的大致中心的位置與該成對柔性件中另一個連接；以及控制器，用來驅動所述壓力調節器的所述旋轉驅動裝置，從而當接收到分別從所述氣缸裝置的載荷傳感器和壓力傳感器輸出的所述載荷信號和所述壓力信號之一時，載荷信號和壓力信號之一保持設定值。
為了更實用的目的，該氣缸裝置用作載荷施加裝置(load imposingdevice)，其給工件施加設定壓力，其中所述壓力調節器驅動所述壓力調節器主體並以保持恆定設定壓力的方式控制它操作。
該旋轉驅動裝置包括步進電機(stepping motor)，其中所述控制器包括PID控制器，所述PID控制器從所述載荷傳感器和所述壓力傳感器分別輸出的所述載荷信號和所述壓力信號之一計算驅動所述步進電機的驅動脈衝，以脈衝-驅動(pulse-drive)所述步進電機。
技術效果根據本發明，當壓力調節器被驅動以進行壓力調節時，因為驅動壓力調節器以進行壓力調節操作的驅動機構沒有後衝(backlash)，因此可以進行敏感的、迅速的以及精確的壓力調節控制。


圖1是應用於本發明的載荷控制系統實施例的方塊圖；圖2是作為使用圖1所示載荷控制系統的壓力調節器實施例的電機驅動壓力調節器的局部剖面正視圖；圖3是圖2所示的該電機驅動調節器的側視圖；以及圖4是在應用於本發明的載荷控制系統實施例中測壓元件震動的情況下表示響應特性的曲線圖。
具體實施例方式
圖1是應用於本發明的載荷控制系統實施例的方塊圖。氣缸裝置10被配置成通過固定在活塞杆12端部的壓力板13和附加件14(attachment)來擠壓測壓元件20(load cell)，該側壓元件被固定到活塞杆12的端部，該活塞杆從氣缸體11向下伸出。壓縮機100供給電機驅動壓力調節器40初級壓力的壓縮空氣，該初級壓力的壓縮空氣被該電機驅動的壓力調節器40來減壓成次級壓力的壓縮空氣，因而該次級壓力被設置用於供給氣缸裝置10。氣缸裝置10的附加件14具有傳感器14a(載荷傳感器或壓力傳感器)來測量載荷。傳感器14a測得的載荷或壓力信號(載荷信號或壓力信號)被驅動控制電路30進行處理，以驅動該電機驅動的壓力調節器40來調節次級壓力。
輸入給驅動控制電路30的載荷或壓力信號被放大器31放大，通過低通濾波器32從該放大信號中除去高頻部分。從低通濾波器32輸出的信號被A/D轉換器33轉換成數位訊號，PID(比例積分微分)補償器34根據從A/D轉換器33輸入的數位訊號來計算出輸入給脈衝變換電路35的脈衝控制輸入。隨後，用於驅動該電機驅動的壓力調節器40的脈衝信號(驅動脈衝)由脈衝變換電路35生成。該電機驅動的壓力調節器40由PID控制通過電機驅動驅動器36所產生的脈衝信號驅動。
圖2示出了電機驅動的壓力調節器40的局部剖面正視圖，圖3示出了電機驅動的壓力調節器40的側視圖。該電機驅動的壓力調節器40具有壓力調節器主體60，用來當該電機驅動的壓力調節器40輸出從壓縮機100輸入的初級壓力的壓縮空氣時(在圖2中如箭頭IN所示)，調節輸出側的次級壓力的壓縮空氣，作為次級壓力的壓縮空氣(在圖2中由箭頭OUT所示)，還具有壓力調節螺釘61，旋轉驅動裝置41和連接接頭50(coupling joint)。壓力調節螺釘61連接壓力調節器主體60以在輸出側設定次級壓力，旋轉驅動裝置41被設置為通過轉動壓力調節螺釘61來調整次級壓力的調節程度，連接接頭50設置在壓力調節螺釘61和旋轉驅動裝置41之間，以將旋轉驅動裝置41的旋轉力傳遞給壓力調節螺釘61。
壓力調節器主體60被設計成能通過旋轉壓力調節螺釘61，以使在軸線方向移動壓力調節螺釘61，因而在壓力調節器主體60的輸出側調節次級壓力。
旋轉驅動裝置41具有用作旋轉驅動源的電機。在該載荷控制系統的特定實施例中，控制旋轉角度極其精確，且能夠遙控的步進電機作為旋轉驅動源。
連接接頭50通過連接件43連接到旋轉驅動裝置41的電機軸42上。連接接頭50具有一對柔性碗形(bowl-shaped)件51和52(半球形/穹頂形)，其相對布置，在該碗形件51和52的突起部分(冠部)之間具有預定間隙以使頂部(冠部)之間的距離在相互靠近或遠離的方向能夠改變。成對的碗形件51和52具有一對圓形孔作為連接孔，分別形成在該碗形件51和52的頂部(冠部)中心處。連接件43插入到碗形件51的圓形孔中並且固定到碗形件51圓形孔周圍的邊緣處，從而使得碗形件51可以隨連接件43旋轉，固定到壓力調節螺釘61的突起端上的連接件62插入到碗形件52的圓形孔中並固定到碗形件52圓形孔周圍的邊緣處，從而使得碗形件52可以隨連接件62轉動。
成對碗形件51和52的圓形外邊緣通過環形固定件53連接並固定到一起，從而使得碗形件51和52可以在電機軸42轉動時以整體轉動而不會在旋轉方向上翹曲。需注意的是，碗形件51和52可以不用固定件53就能結合到一起。例如，碗形件51和52圍繞環形孔的邊緣可以在相互接觸之後相互熔接(fusion-bonded)在一起。
驅動控制電路30被連接至旋轉驅動裝置41。因此，步進電機根據驅動控制電路30輸出的脈衝信號逐步旋轉以通過電機軸42和連接接頭50來轉動壓力調節螺釘61，從而調節次級壓力。因此，當旋轉驅動裝置41的電機軸42旋轉時，壓力調節螺釘61通過連接件43、成對碗形件51和52以及連接件62轉動，從而可以通過操作壓力調節螺釘61來調節壓力調節器主體60輸出側的次級壓力，其中壓力調節螺釘61上下移動，同時根據壓力調節螺釘61的引導而轉動。儘管電機軸42在轉動時不在軸向上移動，但是電機軸42使成對碗形件51和52在軸向上變形，從而使壓力調節螺釘61朝著或遠離電機軸42移動。此時，成對碗形件51和52不會後衝且很難在圍繞電機軸42的扭轉力作用下變形，從而可以將電機軸42的轉動以一比一的速度比傳遞給壓力調節螺釘61而不會有延遲。
本實施例的載荷控制系統的操作特性在圖4表中示出。在該圖中，P表示在傳統的被動式載荷控制系統中的曲線，A表示本實施例的主動式載荷控制系統的曲線，其中這兩個曲線各示出了在測壓元件20震動的情況下的響應特性。從圖4中可看出，根據本實施例的載荷控制系統，即便測壓元件20的載荷變化，該電機驅動的壓力調節器40也可以以消除測壓元件20載荷變化的方式迅速操作以保持恆定的載荷和壓力。
儘管傳統的壓力調節器主體具有不同種類的結構可以選擇作為壓力調節器主體60，但是需要高精度和快速響應的壓力調節器作為壓力調節器主體60。
柔性連接接頭50不只限於用成對碗形件51和52，並且可以成形為圓錐形；接頭外緣可以為多邊形。
驅動控制電路30可以是個人計算機或者類似裝置，因此控制系統不只限於PID控制。
(按照條約第19條的修改)1.一種載荷控制系統包括氣缸裝置，包括載荷傳感器和壓力傳感器之一；壓力調節器主體，其輸入初級壓力的氣體並以次級壓力輸出氣體，該次級壓力氣體被供給所述氣缸裝置；壓力調節器，包括壓力調節螺釘，通過旋轉所述壓力調節螺釘在所述壓力調節器主體的輸出側設置次級壓力，旋轉驅動裝置，和一對柔性件，該柔性件被設置在所述壓力調節螺釘和所述旋轉驅動裝置之間，其間具有預定間隙而大致相對布置，並且在所述成對的柔性件彼此靠近和原理的方向上具有柔性，其中所述旋轉驅動裝置在所述成對柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該成對柔性件之一相連接，所述壓力調節螺釘在另一個所述成對柔性件的突起部分的大致中心的位置與該成對柔性件中的另一個連接相連接；以及控制器，用來驅動所述壓力調節器的所述旋轉驅動裝置，以在接受到信號變化時，分別取消發生在從所述氣缸裝置的載荷傳感器和壓力傳感器輸出的電載荷信號和電壓力信號之一的該信號變化。
2.根據權利要求1的載荷控制系統，其特徵在於，所述氣缸裝置用作載荷施加裝置，以給工件施加設定壓力，以及其中，所述壓力調節器驅動所述壓力調節器主體並以保持設定壓力恆定的方式控制其操作。
3.根據權利要求1的載荷控制系統，其特徵在於，所述旋轉驅動裝置包括步進電機，其中所述控制器包括PID控制器，和其中所述PID控制器從所述載荷傳感器和所述壓力傳感器分別輸出的所述載荷信號和所述壓力信號之一計算驅動所述步進電機的驅動脈衝，以脈衝驅動所述步進電機。
權利要求
1.一種載荷控制系統包括氣缸裝置，包括載荷傳感器和壓力傳感器之一；壓力調節器主體，其輸入初級壓力的氣體並以次級壓力輸出氣體，該次級壓力氣體被供給所述氣缸裝置；壓力調節器，包括壓力調節螺釘，連接至所述壓力調節器主體，用於在輸出側設定所述次級壓力，旋轉驅動裝置，其旋轉所述壓力調節螺釘以調整所述次級壓力的調節程度，和一對布置在所述壓力調節螺釘和所述旋轉驅動裝置之間的柔性件，大致相對布置，且在所述成對柔性件相互靠近或遠離運動的方向上具有柔性，其中所述旋轉驅動裝置在所述成對柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該成對柔性件之一相連接，所述壓力調節螺釘在另一個所述成對柔性件的突起部分的大致中心的位置與該成對柔性件中的另一個連接相連接；以及控制器，用來驅動所述壓力調節器的所述旋轉驅動裝置，以使在接收到分別從所述氣缸裝置的載荷傳感器和壓力傳感器輸出的載荷信號和壓力信號之一時，載荷信號和壓力信號之一保持設定值。
2.根據權利要求1的載荷控制系統，其特徵在於，所述氣缸裝置用作載荷施加裝置，以給工件施加設定壓力，以及其中，所述壓力調節器驅動所述壓力調節器主體並以保持設定壓力恆定的方式控制其操作。
3.根據權利要求1的載荷控制系統，其特徵在於，所述旋轉驅動裝置包括步進電機，其中所述控制器包括PID控制器，和其中所述PID控制器從所述載荷傳感器和所述壓力傳感器分別輸出的所述載荷信號和所述壓力信號之一計算驅動所述步進電機的驅動脈衝，以脈衝驅動所述步進電機。
全文摘要
技術問題本發明的目的是提供一種載荷控制系統，其高精度地控制氣動裝置的壓力，並且能夠無延時的適應壓力變化。解決問題的技術手段壓力調節螺釘(61)用於設定壓力調節器主體(60)的次級壓力，該壓力調節器主體給氣缸裝置(10)提供次級壓力的壓縮空氣，並通過碗形件(51)和(52)連接旋轉驅動裝置(41)的電機軸(42)，碗形件(51)、(52)在相互靠近和遠離的方向上具有柔性，以及驅動控制電路(30)接收從氣缸裝置(10)的壓力傳感器(14a)輸出的壓力信號，通過旋轉驅動裝置(41)的電機軸(42)和碗形件(51、52)轉動驅動壓力調節螺釘(61)，從而使壓力信號保持設定值。
文檔編號F16D3/74GK101031853SQ20058003310
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月22日 優先權日2004年9月30日
發明者珍田寬, 中西光章 申請人:藤倉橡膠工業株式會社