專利名稱：載荷控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)裝置的載荷控制系統(tǒng)，該氣動(dòng)系統(tǒng)用于例如FA(工廠自動(dòng)化)中。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，工廠自動(dòng)化發(fā)展迅速，氣動(dòng)裝置已經(jīng)應(yīng)用在各種工業(yè)產(chǎn)品的加工過(guò)程中。由于從氣壓源(air pressure source)供給壓力調(diào)節(jié)器(pressure regulator)的空氣是被空氣壓縮機(jī)壓縮過(guò)的壓縮空氣，所以壓力調(diào)節(jié)器必須能防止氣壓源供給的壓縮空氣脈動(dòng)且需要降低壓縮空氣的壓力到所需壓力。此外，輸出側(cè)的氣壓必須保持恒定，即便氣壓源產(chǎn)生的氣壓改變。為了實(shí)現(xiàn)該控制，通常使用一種被動(dòng)式壓力調(diào)節(jié)器(passive-type pressure regulator)。另外，研制出了具有高精度的保證流量的壓力調(diào)節(jié)器(日本未審專利公開H11-95843)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題工業(yè)產(chǎn)品的精度發(fā)展迅速，且更迫切地需求更高精度的氣動(dòng)裝置。換言之，即使氣壓源產(chǎn)生的氣體壓力變化，所得到的降低壓力的空氣也需要是穩(wěn)定的；另外，需要確保敏感的且精確的流量，從而保證氣動(dòng)裝置所產(chǎn)生的氣壓，該氣動(dòng)裝置由壓力調(diào)節(jié)器供給的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，從而盡可能地不允許該壓力從預(yù)設(shè)值發(fā)生改變。
為此，本發(fā)明提供一種能夠控制由氣動(dòng)裝置產(chǎn)生的控制壓力的載荷控制系統(tǒng)，其具有高精度且還能夠?qū)毫ψ兓龀鰺o(wú)延遲的反應(yīng)。
解決該問(wèn)題的技術(shù)手段為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明特征在于一種載荷控制系統(tǒng)，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(diào)節(jié)器主體(pressure regulator body)，其輸入初級(jí)壓力的氣體并以次級(jí)壓力輸出氣體，以供給所述氣缸裝置；壓力調(diào)節(jié)器(pressure regulator)，包括壓力調(diào)節(jié)螺釘，連接所述壓力調(diào)節(jié)器主體，用于在輸出側(cè)設(shè)定所述次級(jí)壓力，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(rotationaldriving device)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)所述壓力調(diào)節(jié)螺釘以調(diào)節(jié)所述次級(jí)壓力的大小，和一對(duì)布置在所述壓力調(diào)節(jié)螺釘和所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置之間的柔性件(flexible members)，大致相對(duì)布置，且在所屬柔性件相互靠近或遠(yuǎn)離的運(yùn)動(dòng)的方向上具有柔性，其中所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在所述成對(duì)柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該對(duì)柔性件之一相連接，且所述壓力調(diào)節(jié)螺釘在所述成對(duì)柔性件中另一個(gè)的突起部分的大致中心的位置與該成對(duì)柔性件中另一個(gè)連接；以及控制器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器的所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，從而當(dāng)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(hào)和所述壓力信號(hào)之一時(shí)，載荷信號(hào)和壓力信號(hào)之一保持設(shè)定值。
為了更實(shí)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(shè)定壓力，其中所述壓力調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器主體并以保持恒定設(shè)定壓力的方式控制它操作。
該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)(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(hào)和所述壓力信號(hào)之一計(jì)算驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，以脈沖-驅(qū)動(dòng)(pulse-drive)所述步進(jìn)電機(jī)。
技術(shù)效果根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器被驅(qū)動(dòng)以進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)時(shí)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器以進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)操作的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有后沖(backlash)，因此可以進(jìn)行敏感的、迅速的以及精確的壓力調(diào)節(jié)控制。
圖1是應(yīng)用于本發(fā)明的載荷控制系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖；圖2是作為使用圖1所示載荷控制系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器的局部剖面正視圖；圖3是圖2所示的該電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器的側(cè)視圖；以及圖4是在應(yīng)用于本發(fā)明的載荷控制系統(tǒng)實(shí)施例中測(cè)壓元件震動(dòng)的情況下表示響應(yīng)特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是應(yīng)用于本發(fā)明的載荷控制系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖。氣缸裝置10被配置成通過(guò)固定在活塞桿12端部的壓力板13和附加件14(attachment)來(lái)擠壓測(cè)壓元件20(load cell)，該側(cè)壓元件被固定到活塞桿12的端部，該活塞桿從氣缸體11向下伸出。壓縮機(jī)100供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器40初級(jí)壓力的壓縮空氣，該初級(jí)壓力的壓縮空氣被該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40來(lái)減壓成次級(jí)壓力的壓縮空氣，因而該次級(jí)壓力被設(shè)置用于供給氣缸裝置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(lái)測(cè)量載荷。傳感器14a測(cè)得的載荷或壓力信號(hào)(載荷信號(hào)或壓力信號(hào))被驅(qū)動(dòng)控制電路30進(jìn)行處理，以驅(qū)動(dòng)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40來(lái)調(diào)節(jié)次級(jí)壓力。
輸入給驅(qū)動(dòng)控制電路30的載荷或壓力信號(hào)被放大器31放大，通過(guò)低通濾波器32從該放大信號(hào)中除去高頻部分。從低通濾波器32輸出的信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器33轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，PID(比例積分微分)補(bǔ)償器34根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器33輸入的數(shù)字信號(hào)來(lái)計(jì)算出輸入給脈沖變換電路35的脈沖控制輸入。隨后，用于驅(qū)動(dòng)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40的脈沖信號(hào)(驅(qū)動(dòng)脈沖)由脈沖變換電路35生成。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40由PID控制通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器36所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
圖2示出了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40的局部剖面正視圖，圖3示出了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40的側(cè)視圖。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40具有壓力調(diào)節(jié)器主體60，用來(lái)當(dāng)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40輸出從壓縮機(jī)100輸入的初級(jí)壓力的壓縮空氣時(shí)(在圖2中如箭頭IN所示)，調(diào)節(jié)輸出側(cè)的次級(jí)壓力的壓縮空氣，作為次級(jí)壓力的壓縮空氣(在圖2中由箭頭OUT所示)，還具有壓力調(diào)節(jié)螺釘61，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41和連接接頭50(coupling joint)。壓力調(diào)節(jié)螺釘61連接壓力調(diào)節(jié)器主體60以在輸出側(cè)設(shè)定次級(jí)壓力，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41被設(shè)置為通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)螺釘61來(lái)調(diào)整次級(jí)壓力的調(diào)節(jié)程度，連接接頭50設(shè)置在壓力調(diào)節(jié)螺釘61和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41之間，以將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41的旋轉(zhuǎn)力傳遞給壓力調(diào)節(jié)螺釘61。
壓力調(diào)節(jié)器主體60被設(shè)計(jì)成能通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)螺釘61，以使在軸線方向移動(dòng)壓力調(diào)節(jié)螺釘61，因而在壓力調(diào)節(jié)器主體60的輸出側(cè)調(diào)節(jié)次級(jí)壓力。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41具有用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源的電機(jī)。在該載荷控制系統(tǒng)的特定實(shí)施例中，控制旋轉(zhuǎn)角度極其精確，且能夠遙控的步進(jìn)電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源。
連接接頭50通過(guò)連接件43連接到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41的電機(jī)軸42上。連接接頭50具有一對(duì)柔性碗形(bowl-shaped)件51和52(半球形/穹頂形)，其相對(duì)布置，在該碗形件51和52的突起部分(冠部)之間具有預(yù)定間隙以使頂部(冠部)之間的距離在相互靠近或遠(yuǎn)離的方向能夠改變。成對(duì)的碗形件51和52具有一對(duì)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的圓形孔中并且固定到碗形件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(zhuǎn)，固定到壓力調(diào)節(jié)螺釘61的突起端上的連接件62插入到碗形件52的圓形孔中并固定到碗形件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(zhuǎn)動(dòng)。
成對(duì)碗形件51和52的圓形外邊緣通過(guò)環(huán)形固定件53連接并固定到一起，從而使得碗形件51和52可以在電機(jī)軸42轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)以整體轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)在旋轉(zhuǎn)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(jié)合到一起。例如，碗形件51和52圍繞環(huán)形孔的邊緣可以在相互接觸之后相互熔接(fusion-bonded)在一起。
驅(qū)動(dòng)控制電路30被連接至旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41。因此，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路30輸出的脈沖信號(hào)逐步旋轉(zhuǎn)以通過(guò)電機(jī)軸42和連接接頭50來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)螺釘61，從而調(diào)節(jié)次級(jí)壓力。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置41的電機(jī)軸42旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力調(diào)節(jié)螺釘61通過(guò)連接件43、成對(duì)碗形件51和52以及連接件62轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以通過(guò)操作壓力調(diào)節(jié)螺釘61來(lái)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器主體60輸出側(cè)的次級(jí)壓力，其中壓力調(diào)節(jié)螺釘61上下移動(dòng)，同時(shí)根據(jù)壓力調(diào)節(jié)螺釘61的引導(dǎo)而轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管電機(jī)軸42在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不在軸向上移動(dòng)，但是電機(jī)軸42使成對(duì)碗形件51和52在軸向上變形，從而使壓力調(diào)節(jié)螺釘61朝著或遠(yuǎn)離電機(jī)軸42移動(dòng)。此時(shí)，成對(duì)碗形件51和52不會(huì)后沖且很難在圍繞電機(jī)軸42的扭轉(zhuǎn)力作用下變形，從而可以將電機(jī)軸42的轉(zhuǎn)動(dòng)以一比一的速度比傳遞給壓力調(diào)節(jié)螺釘61而不會(huì)有延遲。
本實(shí)施例的載荷控制系統(tǒng)的操作特性在圖4表中示出。在該圖中，P表示在傳統(tǒng)的被動(dòng)式載荷控制系統(tǒng)中的曲線，A表示本實(shí)施例的主動(dòng)式載荷控制系統(tǒng)的曲線，其中這兩個(gè)曲線各示出了在測(cè)壓元件20震動(dòng)的情況下的響應(yīng)特性。從圖4中可看出，根據(jù)本實(shí)施例的載荷控制系統(tǒng)，即便測(cè)壓元件20的載荷變化，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)器40也可以以消除測(cè)壓元件20載荷變化的方式迅速操作以保持恒定的載荷和壓力。
盡管傳統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器主體具有不同種類的結(jié)構(gòu)可以選擇作為壓力調(diào)節(jié)器主體60，但是需要高精度和快速響應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)器作為壓力調(diào)節(jié)器主體60。
柔性連接接頭50不只限于用成對(duì)碗形件51和52，并且可以成形為圓錐形；接頭外緣可以為多邊形。
驅(qū)動(dòng)控制電路30可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)或者類似裝置，因此控制系統(tǒng)不只限于PID控制。
(按照條約第19條的修改)1.一種載荷控制系統(tǒng)包括氣缸裝置，包括載荷傳感器和壓力傳感器之一；壓力調(diào)節(jié)器主體，其輸入初級(jí)壓力的氣體并以次級(jí)壓力輸出氣體，該次級(jí)壓力氣體被供給所述氣缸裝置；壓力調(diào)節(jié)器，包括壓力調(diào)節(jié)螺釘，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述壓力調(diào)節(jié)螺釘在所述壓力調(diào)節(jié)器主體的輸出側(cè)設(shè)置次級(jí)壓力，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，和一對(duì)柔性件，該柔性件被設(shè)置在所述壓力調(diào)節(jié)螺釘和所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置之間，其間具有預(yù)定間隙而大致相對(duì)布置，并且在所述成對(duì)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(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在所述成對(duì)柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該成對(duì)柔性件之一相連接，所述壓力調(diào)節(jié)螺釘在另一個(gè)所述成對(duì)柔性件的突起部分的大致中心的位置與該成對(duì)柔性件中的另一個(gè)連接相連接；以及控制器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器的所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，以在接受到信號(hào)變化時(shí)，分別取消發(fā)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(hào)和電壓力信號(hào)之一的該信號(hào)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的載荷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣缸裝置用作載荷施加裝置，以給工件施加設(shè)定壓力，以及其中，所述壓力調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器主體并以保持設(shè)定壓力恒定的方式控制其操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的載荷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，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(hào)和所述壓力信號(hào)之一計(jì)算驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，以脈沖驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種載荷控制系統(tǒng)包括氣缸裝置，包括載荷傳感器和壓力傳感器之一；壓力調(diào)節(jié)器主體，其輸入初級(jí)壓力的氣體并以次級(jí)壓力輸出氣體，該次級(jí)壓力氣體被供給所述氣缸裝置；壓力調(diào)節(jié)器，包括壓力調(diào)節(jié)螺釘，連接至所述壓力調(diào)節(jié)器主體，用于在輸出側(cè)設(shè)定所述次級(jí)壓力，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其旋轉(zhuǎn)所述壓力調(diào)節(jié)螺釘以調(diào)整所述次級(jí)壓力的調(diào)節(jié)程度，和一對(duì)布置在所述壓力調(diào)節(jié)螺釘和所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置之間的柔性件，大致相對(duì)布置，且在所述成對(duì)柔性件相互靠近或遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)的方向上具有柔性，其中所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在所述成對(duì)柔性件之一的突起部分的大致中心的位置與該成對(duì)柔性件之一相連接，所述壓力調(diào)節(jié)螺釘在另一個(gè)所述成對(duì)柔性件的突起部分的大致中心的位置與該成對(duì)柔性件中的另一個(gè)連接相連接；以及控制器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器的所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(hào)和壓力信號(hào)之一時(shí)，載荷信號(hào)和壓力信號(hào)之一保持設(shè)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的載荷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣缸裝置用作載荷施加裝置，以給工件施加設(shè)定壓力，以及其中，所述壓力調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器主體并以保持設(shè)定壓力恒定的方式控制其操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的載荷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，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(hào)和所述壓力信號(hào)之一計(jì)算驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，以脈沖驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)。
全文摘要
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種載荷控制系統(tǒng)，其高精度地控制氣動(dòng)裝置的壓力，并且能夠無(wú)延時(shí)的適應(yīng)壓力變化。解決問(wèn)題的技術(shù)手段壓力調(diào)節(jié)螺釘(61)用于設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器主體(60)的次級(jí)壓力，該壓力調(diào)節(jié)器主體給氣缸裝置(10)提供次級(jí)壓力的壓縮空氣，并通過(guò)碗形件(51)和(52)連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(41)的電機(jī)軸(42)，碗形件(51)、(52)在相互靠近和遠(yuǎn)離的方向上具有柔性，以及驅(qū)動(dòng)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(hào)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(41)的電機(jī)軸(42)和碗形件(51、52)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)螺釘(61)，從而使壓力信號(hào)保持設(shè)定值。
文檔編號(hào)F16D3/74GK101031853SQ20058003310
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者珍田寬, 中西光章 申請(qǐng)人:藤倉(cāng)橡膠工業(yè)株式會(huì)社