卡盘装置的驱动系统及其控制方法与流程

本发明涉及能够经由开闭自如的指部来把持工件的卡盘装置的驱动系统及其控制方法。

背景技术：

以往，在输送等中使用在空气的供给作用下进行工件的把持和释放的卡盘装置，本申请人像日本特许第3932392号公报所公开的那样提出一种卡盘装置，通过在压缩空气的供给作用下使设置在卡盘主体的内部的活塞移位，伴随着该移位使把持部件进行开闭动作，能够把持和释放工件。

该卡盘装置通过向卡盘主体的内部供给压缩空气，使活塞向末端部件侧移动，从而与该活塞的顶端卡合的杆转动，与该杆的顶端卡合的把持部件以相互接近的方式移动而成为能够把持工件的把持状态。此时，活塞的移位由于与末端部件抵接而被限制，把持部件被维持在规定的把持位置。

另一方面，通过将压缩空气供给到相对于卡盘主体与上述情况相反的一侧的空间，从而活塞向远离上述末端部件的方向移动，与之相伴，上述杆向与上述情况相反的方向转动，从而成为上述把持部件以相互远离的方式移动的释放状态。

另外，在卡盘装置中，末端部件与卡盘主体的上端螺合，设置为能够调整沿着该轴向的位置。而且，在调整基于把持部件的把持位置的情况下，通过使末端部件旋转而调整轴向位置，从而调整上述活塞的沿着轴向的行程量，与之相伴，调整把持部件向相互接近的方向的移动量而从规定的位置调整把持位置。

然而，在上述的卡盘装置中，在进行把持位置的调整时，只能与末端部件的沿着轴向的可移动距离对应地调整把持部件的移动量(活塞的行程量)，而且作业者要对上述末端部件进行螺纹转动而进行调整，因此该调整作业繁杂，并且很难进行高精度的位置调整。另外，要求使用来自上位的控制器的电信号而进行把持部件的移动量的调整和开闭状态的选择。

技术实现要素：

本发明的一般的目的在于，提供卡盘装置的驱动系统及其控制方法，能够使作为把持部件的指部容易且高精度地停止在任意的位置。

本发明的方式提供驱动系统，用于驱动卡盘装置，该卡盘装置具有在流体的供给作用下沿轴向移位自如地设置的活塞，通过该活塞移位而能够对一对指部进行开闭，其中，该驱动系统具备：控制器；检测传感器，该检测传感器检测活塞的轴向位置；以及切换阀，该切换阀切换流体向卡盘装置的供给状态，切换阀是基于从控制器输入的控制信号而自由控制阀开度的伺服阀，通过使阀开度变化而控制活塞的移位量和指部的开闭量。

根据本发明，卡盘装置具备：通过向卡盘装置供给的流体而在轴向上移位的活塞、以及通过活塞移位而进行开闭动作的一对指部。包含该卡盘装置的驱动系统具有：检测活塞的轴向位置的检测传感器、以及切换流体向卡盘装置的供给状态的切换阀，该切换阀由基于从控制器输入的控制信号而自由控制阀开度的伺服阀构成，通过使阀开度变化而能够控制活塞的移位量和指部的开闭量。

因此，通过对由伺服阀构成的切换阀输入控制信号而自由地控制阀开度，通过切换流体向卡盘装置的供给状态而自由地控制活塞的移位方向和移位量，与之相伴，能够自由地控制一对指部的开闭量。

其结果为，与作业者通过使设置于卡盘主体的末端部件螺纹转动而在轴向上移位从而调整活塞的行程量，从而调整为使把持部件停止在任意的位置这样的以往的卡盘装置相比较，通过来自控制器的控制信号而自由地切换切换阀，能够使指部容易且高精度地停止在任意的位置。

从参照附图而说明的以下的实施方式的说明中容易地了解上述的目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的卡盘装置的驱动系统的概略电路结构图。

图2是构成图1的驱动系统的卡盘装置的整体剖视图。

图3是在图1的驱动系统中使切换阀从第一切换位置切换到第二切换位置而使把持部释放的情况下的概略电路结构图。

图4是在图1的驱动系统中使切换阀切换到第三切换位置而使把持部成为把持状态的情况下的概略电路结构图。

图5是示出图1的驱动系统中的对切换阀的阀指令信号与供给流量、排出流量和阀开度的关系的特性曲线图。

图6是分别示出在图1的驱动系统中，对控制器的指令信号、从该控制器对切换阀的阀指令信号和活塞位置信号与时间的关系的时序图。

图7是示出相对于图1的驱动系统设置了能够分别检测头侧缸室和杆侧缸室的压力的一组压力传感器的情况的概略电路结构图。

图8是示出相对于图1的驱动系统设置了能够检测头侧缸室与杆侧缸室的压力差的差压传感器的情况的概略电路结构图。

图9是示出具有一对切换阀的变形例的卡盘装置的驱动系统的概略电路结构图。

具体实施方式

如图1所示，用于对本发明的实施方式的卡盘装置12进行驱动的驱动系统10应用于在压缩空气的供给作用下进行开闭动作的卡盘装置12，包含切换压缩空气(流体)向该卡盘装置12的供给状态的切换阀14、基于所输入的指令信号而对上述切换阀14输出阀指令信号(控制信号)的控制器16。另外，驱动系统10在切换阀14的切换作用下将后述的第一端口66和第二端口70与卡盘装置12的第一主体口36和第二主体口38选择性地连接。另外，在控制器16中预先存储有用于预先驱动卡盘装置12的控制图。

首先，一边参照图1和图2一边对卡盘装置12的结构进行说明。

该卡盘装置12包含：形成为筒状的卡盘主体18、在该卡盘主体18的内部移位自如地设置的活塞20、具有经由与该活塞20的杆部22卡合的杆24a、24b而进行开闭动作的一对第一指部26和第二指部28的把持部30、以及设置于上述卡盘主体18的侧部的、检测上述活塞20的位置的检测传感器32。此外，上述的卡盘装置12是在压缩空气的供给作用下进行开闭动作的空气卡盘。

卡盘主体18例如形成为截面大致矩形状，在其内部形成有沿着轴向(箭头a、b方向)贯通的主体孔34，并且在该侧面开口出与上述主体孔34连通而供给、排出压力流体的第一主体口36和第二主体口38。

另外，主体孔34在卡盘主体18的一端部开口，由于嵌合有头罩40而被封堵，并且在该头罩与主体孔34的台阶部卡合的状态下通过卡止环42限制该头罩向开口的一端部侧(箭头a方向)的移动并进行保持。

而且，在主体孔34中，具备形成在后述的活塞20与头罩40之间的头侧缸室(缸室)44、在上述活塞20与卡盘主体18的另一端部之间划分出的杆侧缸室(缸室)46。

第一主体口36和第二主体口38在卡盘主体18的轴向(箭头a、b方向)上分开规定的间隔而设置，上述第一主体口36与头侧缸室44连通，上述第二主体口38与杆侧缸室46连通。而且，第一主体口36和第二主体口38分别经由第一配管68和第二配管72而与后述的切换阀14的第一端口66和第二端口70连接，在该切换阀14的切换作用下供给、排出压缩空气。

另一方面，在卡盘主体18的另一端部，以与该卡盘主体18的轴线大致正交的方式连结有板状的基体48，由此上述另一端部被堵塞，并且该基体具有供杆24a、24b的一部分插通的一对插通孔49a、49b。

另外，在基体48形成有导轨槽50，该导轨槽将构成把持部30的一对第一指部26和第二指部28引导为移位自如。该导轨槽50在基体48中形成在与卡盘主体18相反的一侧的侧面，沿着与该卡盘主体18的轴线大致正交的长边方向(图2中为箭头c方向)呈一条直线状延伸。

活塞20例如以其外周面沿着主体孔34的内周面滑动接触的方式在轴向(箭头a、b方向)上移位自如地设置，安装于该外周面的活塞密封件52与上述内周面抵接，并且与活塞密封件52相邻地设置有磁铁54。

而且，利用安装在卡盘主体18的侧面的检测传感器32来检测磁铁54的磁，并作为电信号向控制器16输出，由此计算上述活塞20的沿着轴向(箭头a、b方向)的轴向位置、移位速度。

另外，活塞20的一端面在主体孔34内面对头罩40，在另一端面具有缩径且朝向基体48侧(箭头b方向)延伸的杆部22，在该杆部22与上述另一端面的边界部位安装有由弹性材料构成的减震器55。该杆部22插通于相对于主体孔34缩径的杆孔56，并且在其顶端设置有与杆部22的轴向正交的连接销58。而且，一对杆24a、24b经由连接销58而转动自如地卡合在杆部22的顶端。

杆24a、24b以截面大致l字状设置成一对，相对于活塞20的轴线对称地配置，设置于卡盘主体18的支轴60a、60b插通于该杆的折曲的大致中央部，由此该杆被支承为转动自如。

另外，杆24a、24b的一端部经由半圆状的切口25a、25b而分别与连接销58卡合，截面变形的膨出成球状的另一端部27a、27b分别插入于构成把持部30的第一指部26和第二指部28的卡合孔61a、61b并被保持。

即，在活塞20(杆部22)的沿着轴向(箭头a、b方向)的移位作用下，一对杆24a、24b的一端部侧经由连接销58沿上述轴向移动，与之相伴，另一端部27a、27b侧以相互接近或者远离的方式以支轴60a、60b为支点转动。

把持部30具有沿着基体48的导轨槽50移位自如地设置的一对第一指部26和第二指部28，该第一指部26和第二指部28分别由块状的主体部62a、62b和爪部64a、64b构成，该主体部被上述导轨槽50引导，该爪部以与该主体部62a、62b分别大致正交的方式突出而把持工件。

而且，第一指部26和第二指部28以沿着基体48的导轨槽50相互接近、远离的方式移动自如地设置。此时，第一指部26和第二指部28以活塞20的轴线为中心对称地进行动作。

接下来，一边参照图1、图3和图4一边对切换阀14的结构进行说明。

该切换阀14例如由五端口伺服阀构成，该五端口伺服阀的未图示的阀芯根据来自控制器16的阀指令信号而进行开闭动作，该第一端口66经由第一配管68而与卡盘装置12的第一主体口36连接，第二端口70经由第二配管72而与第二主体口38连接。

另外，切换阀14中的供给口74经由第三配管76而与供给压缩空气的空气供给源(供给源)78连接，第一排气口80和第二排气口82分别与外部连通。

而且，切换阀14在处于图1所示的第一切换位置p1时，第一端口66和第二端口70与供给口74、第一排气口80和第二排气口82中的任一方都不连接。因此，压缩空气从空气供给源78向卡盘装置12的供给、压缩空气从该卡盘装置12的排出分别被切换阀14切断，该卡盘装置12成为停止的状态。

另外，在根据阀指令信号而切换的图3所示的切换阀14的第二切换位置p2，供给口74与第一端口66连通，与该供给口74连接的空气供给源78与卡盘装置12的第一主体口36连通而成为向头侧缸室44供给压缩空气的状态。同时，第二端口70与第二排气口82连通，由此成为卡盘装置12的第二主体口38与外部连通的状态。

并且，在根据阀指令信号而切换的图4所示的切换阀14的第三切换位置p3，第一端口66与第一排气口80连通，由此卡盘装置12的第一主体口36与外部连通，并且供给口74与第二端口70连通。由此，空气供给源78与卡盘装置12的第二主体口38连通而成为向杆侧缸室46供给压缩空气的状态。

即，上述的切换阀14例如能够根据阀指令信号而自由且连续地切换第一～第三切换位置p1～p3，该阀指令信号是基于由指令电压构成的指令信号而从控制器16输入的信号。具体而言，如图5所示，由于阀指令信号的值逐渐变大，因而按照第二切换位置p2、第一切换位置p1、第三切换位置p3的顺序进行切换。此外，该阀指令信号例如是用于在第一指部26和第二指部28的把持动作或者释放动作的时刻，将该打开量(移动量)输入给控制器16的信号。

本发明的实施方式的卡盘装置12的驱动系统10基本上像以上那样构成，接着对其动作和作用效果进行说明。此外，将图1所示的切换阀14处于第一切换位置p1的状态作为初始状态而进行说明。

在从该初始状态起使卡盘装置12的把持部30成为释放状态(打开)的情况下，对控制器16输入用于成为打开状态的指令信号，从该控制器16对切换阀14输入阀指令信号，由此未图示的阀芯移位，像图3所示那样切换到供给口74与第一端口66连接、并且第二端口70与第二排气口82连接的第二切换位置p2。

由此，来自空气供给源78的压缩空气通过第三配管76而流动到切换阀14的供给口74、第一端口66之后，通过第一配管68向卡盘装置12的第一主体口36供给。

而且，通过从第一主体口36向头侧缸室44供给的压缩空气，沿着卡盘主体18将卡盘装置12的活塞20向另一端部侧(箭头b方向)挤压而移动，伴随着该活塞20的移动，杆侧缸室46的压缩空气从第二主体口38通过第二配管72而排出，从切换阀14的第二端口70通过第二排气口82而排出到外部。

通过该活塞20向另一端部侧(箭头b方向)的移动，与杆部22卡合的一对杆24a、24b以支轴60a、60b为支点以另一端部27a、27b侧相互远离的方式转动，与之相伴，第一指部26和第二指部28沿着导轨槽50以相互远离的方式向外侧移动而成为释放状态。

另外，安装于活塞20的磁铁54的磁由设置于卡盘主体18的检测传感器32进行检测，并作为位置信号向控制器16输出，由此确认上述活塞20的沿着轴向的轴向位置。而且，基于活塞20的位置而确认第一指部26和第二指部28处于相互远离的打开位置(释放状态、打开)。

在该情况下，活塞20在移位到与主体孔34的端部抵接之后停止，第一指部26和第二指部28向外侧的移动量(打开量)也与该活塞20的轴向位置对应。

接下来，关于将包含处于上述的释放状态的第一指部26和第二指部28在内的把持部30切换到把持工件等的把持状态的情况进行说明。

首先，对控制器16输入用于使把持部30成为关闭状态的指令信号，从该控制器16对切换阀14输入阀指令信号而使阀芯(未图示)移位，由此如图4所示，切换到供给口74与第二端口70连接、且第一端口66与第一排气口80连接的第三切换位置p3。

由此，停止压缩空气从空气供给源78向第一主体口36的供给，另一方面，上述压缩空气在流动到切换阀14的供给口74、第二端口70之后，通过第二配管72向卡盘装置12的第二主体口38供给。

而且，通过从第二主体口38向杆侧缸室46供给的压缩空气，沿着卡盘主体18将卡盘装置12的活塞20向一端部侧(箭头a方向)挤压而移动。伴随着该活塞20的移动，头侧缸室44的压缩空气从第一主体口36通过第一配管68而排出，从切换阀14的第一端口66通过第一排气口80而排出到外部。

通过该活塞20向一端部侧(箭头a方向)的移动，一对杆24a、24b以支轴60a、60b为支点以另一端部27a、27b侧相互接近的方式转动，与之相伴，第一指部26和第二指部28沿着导轨槽50以相互接近的方式向内侧移动。由此，成为能够对在第一指部26的爪部64a与第二指部28的爪部64b之间配置的未图示的工件进行把持的把持状态。

另外，通过检测传感器32来检测安装于活塞20的磁铁54的磁，并作为位置信号向控制器16输出，由此确认上述活塞20的轴向位置，并且确认第一指部26和第二指部28处于相互接近的关闭位置(把持状态、关闭)。

在该情况下，活塞20向头罩40侧移动直到第一指部26和第二指部28把持工件、或者上述第一指部26和第二指部28相互接触为止。

接下来，一边参照图5和图6一边说明使由第一指部26和第二指部28构成的把持部30停止在处于释放位置与把持位置之间的任意的中间位置的情况。此外，这里，关于第一指部26和第二指部28从关闭位置(把持状态)停止在中间位置的情况进行说明。

此外，上述的图5是示出从控制器16对切换阀14的阀指令信号与第一端口66和第二端口70中的压缩空气的供给和排出状态的关系的特性曲线图。在该图5中，将表示压缩空气对第一端口66(第一主体口36)的供给、排出状态的特性曲线f1由实线表示，表示上述压缩空气对第二端口70(第二主体口38)的供给、排出状态的特性曲线f2由虚线表示。即，根据阀指令信号的值，压缩空气对第一端口66的供给、排出状态及其流量(开度)发生变化。关于第二端口70也是相同的。

首先，在第一指部26和第二指部28的关闭位置，成为关闭状态的指令信号向控制器16输入，基于该指令信号而输入用于使切换阀14以第一开度va打开的阀指令信号，由此切换到第三切换位置p3。另外，活塞20的轴向位置由检测传感器32进行检测，该轴向位置作为位置信号向控制器16输入，确认第一指部26和第二指部28处于关闭状态。

并且，从图5可知，在上述的第三切换位置p3，规定的阀指令信号中的第一端口66的开度与第二端口70的开度相同，通过该第一端口66而从卡盘装置12排出的压缩空气的流量(特性曲线f1)与通过上述第二端口70而向上述卡盘装置12供给的压缩空气的流量(特性曲线f2)大致相同。

接下来，将用于上述的把持部30的从关闭位置成为释放状态的指令信号输入给控制器16，将基于该指令信号而得到的阀指令信号从控制器16输入给切换阀14，由此以第二开度(第一阀开度)vb打开而切换到第二切换位置p2(参照图3)。而且，如图3所示，来自空气供给源78的压缩空气从供给口74经由第一端口66向第一主体口36供给，同时地，杆侧缸室46内的压缩空气从第二端口70通过第二排气口82而排出。

在该第二切换位置p2也是，规定的阀指令信号中的第一端口66的开度与第二端口70的开度相同，通过该第一端口66而向卡盘装置12供给的压缩空气的流量(特性曲线f1)与通过上述第二端口70而从上述卡盘装置12排出的压缩空气的流量(特性曲线f2)大致相同。

由此，在卡盘装置12中，活塞20开始向远离头罩40的方向(箭头b方向)移动，与之相伴，第一指部26和第二指部28开始沿着导轨槽50向相互远离的方向移动。

该活塞20的轴向位置的变化由检测传感器32进行检测，当检测出到达了相对于与第一指部26和第二指部28的中间位置对应的该活塞20的目标位置d而言、靠近跟前规定距离l的切换地点e时，从控制器16对切换阀14输出阀指令信号以按照第三开度(第三阀开度)vc打开。

该第三开度vc是从第二切换位置p2切换到了第三切换位置p3侧的开度，成为从第二主体口38向杆侧缸室46供给压缩空气、从头侧缸室44通过第一主体口36而排出压缩空气的状态，并且设定为比图6所示的杆侧、头侧切断更靠第一开度va侧的开度。

而且，在以上述的第三开度vc将切换阀14打开了规定时间t之后，根据来自控制器16的新的阀指令信号对切换阀14进行切换以成为第四开度(第二阀开度)vd，由此成为来自第一主体口36和第二主体口38的压缩空气的供给和排出停止的第一切换位置p1(参照图1)。

另外，通过将活塞20的轴向位置作为位置信号向控制器16输入，而确认第一指部26和第二指部28以在任意的中间位置打开的状态停止。

即，在第一指部26和第二指部28到达预先设定的中间位置(活塞20的目标位置d)的近前侧对切换阀14进行切换，以停止压缩空气对第一主体口36的供给、并向第二主体口38侧供给规定时间t的压缩空气，由此能够使上述活塞20的移位速度适当地减速，高精度地停止到规定的轴向位置(目标位置d)，与之相伴，使第一指部26和第二指部28高精度地停止在期望的中间位置。

另外，根据上述的切换阀14的第一开度va和第二开度vb来设定第一指部26和第二指部28的移位速度，并且根据第三开度vc、作为目标位置d近前侧的活塞20的沿着轴向的规定距离l、以该第三开度vc打开的规定时间t的值来决定上述第一指部26和第二指部28相对于中间位置的停止精度。

此外，例如根据卡盘主体18中的主体孔34的内径、活塞20的沿着轴向的行程量等卡盘装置12中的各条件的不同，上述的第一开度va、第二开度vb、第三开度vc、活塞20相对于目标位置d的规定距离l、规定时间t的最佳值不同，与该卡盘装置12的规格及其驱动条件对应地，预先存储于控制器16的控制图。

另外，将由检测传感器32检测出的活塞20的轴向位置、移位速度输出给控制器16，基于这些结果来变更对切换阀14的阀指令信号而适当地变更切换阀14的各阀开度，由此能够进行更高精度的第一指部26和第二指部28的开闭控制。

并且，也可以像图7所示的驱动系统90那样，在卡盘装置12中，分别设置有能够检测头侧缸室44(第一主体口36)和杆侧缸室46(第二主体口38)内的压力的压力传感器92a、92b，将由该压力传感器92a、92b检测出的上述头侧缸室44和上述杆侧缸室46的至少任意一方的压力输出给控制器16，将基于该压力而得到的阀指令信号输出给切换阀14，由此设定上述切换阀14的阀开度、切换时刻。

另外，也可以像图8所示的驱动系统100那样，设置有能够对头侧缸室44(第一主体口36)的压力与杆侧缸室46(第二主体口38)的压力的压力差进行检测的差压传感器102，将由该差压传感器102检测出的压力差输出给控制器16，将基于该压力差而得到的阀指令信号输出给切换阀14，由此设定上述切换阀14的阀开度、切换时刻。

这样，在驱动系统90、100中设置有压力传感器92a、92b或者差压传感器102，能够基于由该压力传感器92a、92b检测出的压力或者由上述差压传感器102检测出的压力差而高精度地控制第一指部26和第二指部28的开闭，并且能够适当地调整通过上述第一指部26和第二指部28来把持工件时的把持力。

另外，在卡盘装置12中，在头侧缸室44、杆侧缸室46的容积比较小的情况下，需要在短时间内迅速地切换压缩空气的供给和排出，因此，例如将利用线性马达在轴向上直接驱动滑阀(阀芯)的五端口空气伺服阀用作切换阀14是最佳的。

另一方面，不限于像上述的驱动系统10、90、100那样，切换压缩空气向卡盘装置12的供给状态的切换阀14由五端口伺服阀构成的情况，例如也可以像图9所示的驱动系统110那样，设置有由三端口伺服阀构成的一对切换阀112a、112b，将一个切换阀112a的输出口114a与卡盘装置12的第一主体口36连接，将另一个切换阀112b的输出口114b与卡盘装置12的第二主体口38连接。

在该驱动系统110中，在将卡盘装置12设为打开状态的情况下，从一个切换阀112a向第一主体口36供给压缩空气，通过另一个切换阀112b而从卡盘装置12向外部排出压缩空气，由此在活塞20的移位作用下将第一指部26和第二指部28设为释放状态(打开)。

另一方面，在将卡盘装置12设为关闭状态的情况下，从另一个切换阀112b向第二主体口38供给压缩空气，通过一个切换阀112a而从卡盘装置12向外部排出压缩空气，由此在活塞20的移位作用下将第一指部26和第二指部28设为把持状态(关闭)。

另外，也可以通过适当地切换控制压缩空气基于一个切换阀112a和另一个切换阀112b的向卡盘装置12的供给状态，而使第一指部26和第二指部28停止在任意的中间位置。

此外，本发明的卡盘装置12的驱动系统10、90、100、110及其控制方法并不限于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的情况下采取各种结构。