(57)【要約】【課題】  流体圧アクチュエータの形状に制約がかからず、設備設計の自由度を向上することができるとともに、安価な流体圧アクチュエータの動作量検出装置を提供すること。【解決手段】  ピストン１０２により内部が第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とに区画された複動型シリンダ１０１を備える流体圧アクチュエータ１０の、ピストン１０２の位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０において、第１圧力作用室１０３の圧力値を検出する第１圧力変換器２０２と、第２圧力作用室１０４の圧力値を検出する第２圧力変換器２０３と、第１・第２圧力変換器２０２，２０３により検出された圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出するピストン位置検出プログラム２０１２ａを備える制御部２０１と、を備えること、を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンにより内部が第１圧力作用室と第２圧力作用室とに区画された複動型シリンダを備え、前記第１圧力作用室または前記第２圧力作用室において、流体の流入および流出が行われることで前記ピストンの移動が行われる流体圧アクチュエータの、前記ピストンの位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値を検出する圧力検出器と、前記圧力検出器により検出された圧力値に基づき、前記ピストンの移動量を算出するピストン位置検出プログラムを備える制御部と、を備えること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記流体圧アクチュエータは、前記第１圧力作用室または前記第２圧力作用室に流入する流体の流量を調整することにより前記ピストンの移動速度を制御するメータイン制御が行われること、
前記ピストン位置検出プログラムは、前記第１圧力作用室と前記第２圧力作用室とのうち、流体が流入する側の圧力値に基づき、前記ピストンの移動量を算出すること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記流体圧アクチュエータは、前記第１圧力作用室または前記第２圧力作用室から流出する流体の流量を調整することにより前記ピストンの移動速度を制御するメータアウト制御が行われること、
前記ピストン位置検出プログラムは、前記第１圧力作用室と前記第２圧力作用室とのうち、流体が流出される側の圧力値に基づき、前記ピストンの移動量を算出すること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記ピストン位置検出プログラムは、
前記圧力検出器により検出された前記第１圧力作用室または前記第２圧力作用室の圧力値の、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、前記圧力値の変動量を、前記制御部が備える記憶部に予め記憶された所定の補正値に基づいて、前記ピストンの移動量に変換することで、前記ピストンの移動量を算出すること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記補正値とは、前記複動型シリンダの径と前記ピストンのストロークおよび移動時間とにより定まる第１補正値と、前記ピストンの所定のストロークと前記複動型シリンダの径により定まる第２補正圧力値との比により定まる第２補正値と、を備えること、
前記第１補正値は、圧力値であり、前記ピストンの移動開始時点をゼロとし、前記ピストンの移動完了時点の第１補正圧力値まで、時間経過に比例して増大する値であること、
前記第１補正圧力値は、前記第２補正圧力値から、前記所定のストロークをもつ前記ピストンを、前記所定の移動時間で動作させた際の、第１圧力作用室または第２圧力作用室の、前記ピストンの移動開始時点の圧力値と前記ピストンの移動完了時点の圧力値との差分を減じた値であること、
前記ピストン位置検出プログラムは、
前記圧力検出器により検出された、前記第１圧力作用室または前記第２圧力作用室の圧力値に基づき、前記ピストンの移動開始時点の圧力値を基準として、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、
対応する時間の、前記第１補正値と、前記圧力値の変動量と、の和を算出し、
算出した前記和に前記第２補正値を乗じることで、前記ピストンの移動量を算出すること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、
前記流体圧アクチュエータは、前記第１圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第１配管と、前記第２圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第２配管と、を備え、
前記圧力検出器は、前記第１配管上と、前記第２配管上と、にそれぞれ配設されていること、
を特徴とする流体圧アクチュエータの動作量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンにより内部が第１圧力作用室と第２圧力作用室とに区画された複動型シリンダを備え、第１圧力作用室または第２圧力作用室において、流体の流入および流出が行われることでピストンの移動が行われる流体圧アクチュエータの、ピストンの位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、食品工場などで使用されるロボットアームやエアハンドの制御には、複動型シリンダを有する流体圧アクチュエータが用いられる。
複動型シリンダの内部は、ピストンにより、第１圧力作用室と第２圧力作用室とに区画され、第１圧力作用室と第２圧力作用室のそれぞれに、圧縮空気を給気または排気する配管の一端が接続されている。該配管のもう一端には切換弁を介して圧縮空気供給源が接続され、第１圧力作用室への給気と、第２圧力作用室への給気を切換弁によって切り換えることで、ピストンがシリンダ内を往復運動する。
【０００３】
上記のような複動型シリンダにおいては、特許文献１に開示されるような磁歪センサにより、ピストンの位置を検出することが行われている。
例えば、ピストンに永久磁石を組み込み、さらに複動型シリンダのシリンダチューブ外周面に、軸心方向に沿って磁歪線を配設する。磁歪線は、電流パルスが与えられると軸方向全域に円周向の磁場が生じ、そこにピストンに組み込まれた永久磁石が近接すると、永久磁石の磁場と磁歪センサの円周方向の磁場とが合成された磁場が発生し、磁歪線の、当該合成された磁場が発生した部位には、ねじり歪が発生する。発生したねじり歪が、振動として磁歪線上を伝播するため、この伝播時間を計測することで、永久磁石の位置を検出することが可能となり、永久磁石が組み込まれているピストンの位置を検出することが可能となるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２９４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記先行技術には次のような問題があった。
上記の磁歪センサは、棒状の磁歪線を備えているため、例えばロボットハンドのような直線運動をしない流体圧アクチュエータに取り付けることが困難であるなど、磁歪センサの形状により流体圧アクチュエータの形状に制約がかかってしまい、例えば、食品工場などで使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が損なわれていた。
また、磁歪線の長さを流体圧アクチュエータのピストンの動作ストロークに合わせた長さとしなければならないため、ストロークが異なる複数の流体圧アクチュエータを用いる場合には、それぞれのストロークに合わせた磁歪線を用意しなければならないため、製造コストの増大につながるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、流体圧アクチュエータの形状に制約がかからず、設備設計の自由度を向上することができるとともに、安価な流体圧アクチュエータの動作量検出装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータの動作検出装置は、次のような構成を有している。
（１）ピストンにより内部が第１圧力作用室と第２圧力作用室とに区画された複動型シリンダを備え、第１圧力作用室または第２圧力作用室において、流体の流入および流出が行われることでピストンの移動が行われる流体圧アクチュエータの、ピストンの位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値を検出する圧力検出器と、圧力検出器により検出された圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出するピストン位置検出プログラムを備える制御部と、を備えること、を特徴とする。
【０００８】
（２）（１）に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室または第２圧力作用室に流入する流体の流量を調整することによりピストンの移動速度を制御するメータイン制御が行われること、ピストン位置検出プログラムは、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流入する側の圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とする。
【０００９】
（３）（１）に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室または第２圧力作用室から流出する流体の流量を調整することによりピストンの移動速度を制御するメータアウト制御が行われること、ピストン位置検出プログラムは、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流出される側の圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とする。
【００１０】
（４）（１）乃至（３）いずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、ピストン位置検出プログラムは、圧力検出器により検出された第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値の、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、圧力値の変動量を、制御部が備える記憶部に予め記憶された所定の補正値に基づいて、ピストンの移動量に変換することで、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とする。
【００１１】
（５）（４）に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、補正値とは、複動型シリンダの径とピストンのストロークおよび移動時間とにより定まる第１補正値と、ピストンの所定のストロークと複動型シリンダの径により定まる第２補正圧力値との比により定まる第２補正値と、を備えること、第１補正値は、圧力値であり、ピストンの移動開始時点をゼロとし、ピストンの移動完了時点の第１補正圧力値まで、時間経過に比例して増大する値であること、第１補正圧力値は、第２補正圧力値から、所定のストロークをもつピストンを、所定の移動時間で動作させた際の、第１圧力作用室または第２圧力作用室の、ピストンの移動開始時点の圧力値とピストンの移動完了時点の圧力値との差分を減じた値であること、ピストン位置検出プログラムは、圧力検出器により検出された、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値に基づき、ピストンの移動開始時点の圧力値を基準として、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、対応する時間の、第１補正値と、圧力値の変動量と、の和を算出し、算出した和に第２補正値を乗じることで、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とする。
【００１２】
（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第１配管と、第２圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第２配管と、を備え、圧力検出器は、第１配管上と、第２配管上と、にそれぞれ配設されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアクチュエータの動作検出装置は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を有する。
（１）ピストンにより内部が第１圧力作用室と第２圧力作用室とに区画された複動型シリンダを備え、第１圧力作用室または第２圧力作用室において、流体の流入および流出が行われることでピストンの移動が行われる流体圧アクチュエータの、ピストンの位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値を検出する圧力検出器と、圧力検出器により検出された圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出するピストン位置検出プログラムを備える制御部と、を備えること、を特徴とするので、流体圧アクチュエータの形状に制約がかからず、設備設計の自由度を向上することができるとともに、安価な流体圧アクチュエータの動作量検出装置とすることができる。
【００１４】
すなわち、制御部は、ピストン位置検出プログラムを実行することで、圧力検出器により検出した、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値に基づいてピストン位置を算出することができるため、例えば磁歪センサを流体圧アクチュエータに取り付けるというように、ピストン位置を検出するための特別なセンサを用いる必要がない。センサを用いる必要がないため、センサの形状により、流体圧アクチュエータの形状に制約がかからず、例えば食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
【００１５】
また、圧力検出器は汎用性があり、ストロークが異なる複数の流体圧アクチュエータを用いる場合でも、磁歪センサのようにそれぞれの流体圧アクチュエータのストロークに合わせた複数の磁歪センサを用意しなければならないということはなく、製造コストが増大するおそれがない。
【００１６】
（２，３）（１）に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室または第２圧力作用室に流入する流体の流量を調整することによりピストンの移動速度を制御するメータイン制御が行われること、ピストン位置検出プログラムは、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流入する側の圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出すること、または、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室または第２圧力作用室から流出する流体の流量を調整することによりピストンの移動速度を制御するメータアウト制御が行われること、ピストン位置検出プログラムは、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流出される側の圧力値に基づき、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とするので、流体圧アクチュエータで、メータイン制御が行われる場合、または、メータアウト制御が行われる場合において、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値に基づき、ピストンの位置を算出することができる。メータイン制御が行われる場合、または、メータアウト制御が行われる場合の双方において、ピストン位置の検出が可能であれば、メータイン制御と、メータアウト制御と、それぞれの特徴を考慮して、自由に使い分けることができるため、例えば、食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
【００１７】
ここで、ピストン位置を検出するためには、メータイン制御が行われる場合、メータアウト制御が行われる場合、ともに第１圧力作用室または第２圧力作用室のうち、流入または流出する流体の流量が制御される側の圧力値を検出することが必要である。その理由を以下に述べる。
メータイン制御の場合は、第１圧力作用室または第２圧力作用室に流入する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流入する側の圧力値が制御される。また、メータアウト制御の場合は、第１圧力作用室または第２圧力作用室から流出する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室と第２圧力作用室とのうち、流体が流出される側の圧力値が制御される。圧力値が制御されることによって、ピストンの移動速度が制御されるため、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値のうち、制御される側の圧力値を検出し、ピストン位置を算出することで、精度よくピストンの位置を検出することが可能となるからである。
【００１８】
（４，５）（１）乃至（３）いずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、ピストン位置検出プログラムは、圧力検出器により検出された第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値の、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、圧力値の変動量を、制御部が備える記憶部に予め記憶された所定の補正値に基づいて、ピストンの移動量に変換することで、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とし、補正値とは、複動型シリンダの径とピストンのストロークおよび移動時間とにより定まる第１補正値と、ピストンの所定のストロークと複動型シリンダの径により定まる第２補正圧力値との比により定まる第２補正値と、を備えること、第１補正値は、圧力値であり、ピストンの移動開始時点をゼロとし、ピストンの移動完了時点の第１補正圧力値まで、時間経過に比例して増大する値であること、第１補正圧力値は、第２補正圧力値から、所定のストロークをもつピストンを、所定の移動時間で動作させた際の、第１圧力作用室または第２圧力作用室の、ピストンの移動開始時点の圧力値とピストンの移動完了時点の圧力値との差分を減じた値であること、ピストン位置検出プログラムは、圧力検出器により検出された、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値に基づき、ピストンの移動開始時点の圧力値を基準として、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、対応する時間の、第１補正値と、圧力値の変動量と、の和を算出し、算出した和に第２補正値を乗じることで、ピストンの移動量を算出すること、を特徴とするので、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値により、ピストンの移動量を精度よく検出することが可能である。従来から、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値と、ピストンの位置との間には、何らかの関係があると想定されていたものの、圧力値からピストンの位置を精度良く検出できるものとは考えられていなかった。そのような中、出願人は、第１圧力作用室または第２圧力作用室の圧力値を、上記のように補正値に基づいて変換することで得られる値によって、精度よくピストン位置を検出できることを実験により導き出した。
【００１９】
また、上記のような変換を行うことで、流体圧アクチュエータの動作量検出装置に内蔵されるＣＰＵの情報処理遅延の発生を防ぐことができる。
磁歪センサを用いずにピストンの位置を検出する装置として、出願人は、特願２０１７−２３５０７４の流体圧アクチュエータの動作量検出装置を提案している。当該装置は、第１圧力作用室の圧力値または第２圧力作用室の圧力値の変化量の微分により、ピストンの速度変化量を算出し、当該速度変化量の積分によりピストンの移動量を算出するものである。
しかし、ピストンの移動に伴う圧力値の変化量は微少であるため、ノイズにより計算精度が悪化するおそれがあることから、実際の計算処理においては、移動平均等のフィルタ処理が必要となり、流体圧アクチュエータの動作量検出装置に内蔵されるＣＰＵに処理遅延が生じるおそれがあった。  
そこで、本発明のように、予め記憶されている補正値を用いて、圧力値の和算、除算、乗算を行うのみで、ピストンの移動量に変換することが可能なものとすれば、外乱ノイズの影響を受けにくく、従来生じていたフィルタ処理によるＣＰＵの情報処理遅延の発生を防止することができる。
【００２０】
（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置において、流体圧アクチュエータは、第１圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第１配管と、第２圧力作用室に通じ、流体を流入または流出させる第２配管と、を備え、圧力検出器は、第１配管上と、第２配管上と、にそれぞれ配設されていること、を特徴とするので、圧力検出器の配設位置の自由度が高く、設備設計の自由度が高くなる。
すなわち、パスカルの原理により、第１圧力作用室の内壁と、第１圧力作用室に通じる第１配管の内壁に加わる圧力は均一であり、第２圧力作用室の内壁と、第２圧力作用室に通じる第２配管の内壁に加わる圧力は均一である。したがって、第１圧力作用室に通じる第１配管上に配設された圧力検出器は、第１配管の長短に関わらず、第１圧力作用室の圧力値を検出可能であり、第２圧力作用室に通じる第２配管上に配設された圧力検出器は、第２配管の長短に関わらず、第２圧力作用室の圧力値を検出可能である。よって、圧力検出器は、流体圧アクチュエータの近傍に配設する必要がないため、圧力検出器の配設の自由度が高く、設備設計の自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】流体圧アクチュエータの動作量検出装置を用いた流体圧アクチュエータ監視システムの回路図である。
【図２】流体圧アクチュエータの動作量検出装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】メータアウト制御を行う場合の第１補正値の求め方を表す図である。
【図４】第１圧力作用室または第２圧力作用室のうち、排気側の圧力値の変動量からピストンの移動量に変換する方法を表す図である。
【図５】ピストンの駆動中に異常が発生した場合のピストンの移動量を表す参考図である。
【図６】メータイン制御を行う場合の第１補正値の求め方を表す図である。
【図７】第１圧力作用室または第２圧力作用室のうち、給気側の圧力値の変動量からピストンの移動量に変換する方法を表す図である。
【図８】流体圧アクチュエータ監視システムの回路図の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０を用いた流体圧アクチュエータ監視システム１の回路図である。流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０は、流体圧アクチュエータ１０を構成する複動型シリンダ１０１の内部に摺動可能に保持されるピストン１０２の、複動型シリンダ１０１内での位置を検出する装置として機能する。
【００２３】
複動型シリンダ１０１の内部は、ピストン１０２により、第１圧力作用室１０３と、第２圧力作用室１０４とに区画されている。また、ピストン１０２の第２圧力作用室側端面１０２ｂには、操作ロッド１０５が接続されており、操作ロッド１０５は、複動型シリンダ１０１の第２圧力作用室側端面１０１ｂの挿通孔を貫通し、複動型シリンダ１０１の外部に延出している。
【００２４】
第１圧力作用室１０３には、圧縮空気を給気または排気する第１配管１１の一端が接続されており、第１配管１１のもう一端は、切換弁１３の第１接続ポート１３１に接続されている。
そして、第２圧力作用室１０４には、圧縮空気を給気または排気する第２配管１２の一端が接続されており、第２配管１２のもう一端は、切換弁１３の第２接続ポート１３２に接続されている。
また、第１配管１１上には、逆止弁１４１Ａと流量調整弁１４２Ａとからなる流量調整部１４Ａが設けられ、かつ、第２配管１２上には、逆止弁１４１Ｂと流量調整弁１４２Ｂとからなる流量調整部１４Ｂが設けられている。
【００２５】
切換弁１３は、圧縮空気を入力する入力ポート１３３を有し、入力ポート１３３には給気配管１５の一端が接続され、給気配管１５のもう一端は、圧縮空気供給源１６に接続されている。
【００２６】
切換弁１３は、ダブルソレノイド型電磁弁であり、外部からソレノイド１３４Ａ、１３４Ｂに電気信号が与えられることで、内部の弁体（図示せず）が駆動する。
ソレノイド１３４Ａに電気信号が与えられると、切換弁１３の弁体が、ソレノイド１３４Ａ側に引き寄せられ、入力ポート１３３と、第１接続ポート１３１が連通するとともに、第２接続ポート１３２が外部に開放される。
入力ポート１３３と、第１接続ポート１３１が連通することで、圧縮空気供給源１６から供給される圧縮空気が、入力ポート１３３から切換弁１３に入力され、第１接続ポート１３１から出力される。第１接続ポート１３１から出力された圧縮空気は、第１配管１１を流れ、複動型シリンダ１０１の第１圧力作用室１０３に給気される。
【００２７】
第１圧力作用室１０３に圧縮空気が給気されることで、第１圧力作用室１０３内部の圧力が上昇し、ピストン１０２の第１圧力作用室側端面１０２ａが押圧され、ピストン１０２が前進方向（図１中右方向）に移動する。ピストン１０２が前進方向に移動するとともに、第２圧力作用室１０４の排気が始まり、第２配管１２、第２接続ポート１３２、切換弁１３およびサイレンサ１７Ｂを介して、第２圧力作用室１０４に給気されていた圧縮空気が外部に排出される。
【００２８】
一方、ソレノイド１３４Ｂに電気信号が与えられると、切換弁１３の弁体が、ソレノイド１３４Ｂ側に引き寄せられ、入力ポート１３３と、第２接続ポート１３２が連通するとともに、第１接続ポート１３１が外部に開放される。
入力ポート１３３と、第２接続ポート１３２が連通することで、圧縮空気供給源１６から供給される圧縮空気が、入力ポート１３３から切換弁１３に入力され、第２接続ポート１３２から出力される。第２接続ポート１３２から出力された圧縮空気は、第２配管１２を流れ、複動型シリンダ１０１の第２圧力作用室１０４に給気される。
【００２９】
第２圧力作用室１０４に圧縮空気が給気されることで、第２圧力作用室１０４内部の圧力が上昇し、ピストン１０２の第２圧力作用室側端面１０２ｂが押圧され、ピストン１０２が後進方向（図１中左方向）に移動する。ピストン１０２が後進方向に移動するとともに、第１圧力作用室１０３の排気が始まり、第１配管１１、第１接続ポート１３１、切換弁１３およびサイレンサ１７Ａを介して、第１圧力作用室１０３に給気されていた圧縮空気が外部に排出される。
【００３０】
以上のように、切換弁１３のソレノイド１３４Ａ、Ｂへの通電によって弁体を駆動させることで、第１圧力作用室１０３への圧縮空気の給気と、第２圧力作用室１０４への圧縮空気の給気とを切り換えることができ、該切り換えの繰り返しによりピストン１０２が往復運動を行うことができる。そして、ピストン１０２の往復運動に伴い、ピストン１０２の第２圧力作用室側端面１０２ｂに接続された操作ロッド１０５が往復運動を行う。
【００３１】
ピストン１０２の往復運動の動作速度の制御は、流量調整部１４Ａ，１４Ｂにおいて、圧縮空気の流量を調整することで行われる。
図１は、ピストン１０２の駆動時に、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４から排気される圧縮空気の流量を調整することで、ピストン１０２の動作速度の制御（以下、メータアウト制御）を行うための回路である。
詳しく説明すると、流量調整部１４Ａ，１４Ｂの逆止弁１４１Ａ，１４１Ｂは、切換弁１３側から流体圧アクチュエータ１０側への一方向のみ圧縮空気を流すことが可能であり、逆方向の圧縮空気の流れは、弁体（図示せず）によりせき止めるようになっている。
【００３２】
例えば、第１配管１１から第１圧力作用室１０３に圧縮空気を給気しようとする場合、第１配管１１上の流量調整部１４Ａの逆止弁１４１Ａは、第１圧力作用室１０３へ向かう圧縮空気の流れを許容するため、圧縮空気が第１圧力作用室１０３へ給気される。圧縮空気が第１圧力作用室１０３へ給気され、ピストン１０２が移動するに伴い、第２圧力作用室１０４から第２配管１２へ圧縮空気が排気される。このとき、第２配管１２上の流量調整部１４Ｂの逆止弁１４１Ｂは、第２圧力作用室１０４から排気される圧縮空気をせき止めるため、圧縮空気は、流量調整弁１４２Ｂを通過する。したがって、流量調整弁１４２Ｂを絞っておくことで、その弁開度に応じて圧縮空気の流量が制限され、ピストン１０２の移動速度が制御されるのである。
【００３３】
逆に、第２配管１２から第２圧力作用室１０４に圧縮空気を給気しようとする場合、第２配管１２上の流量調整部１４Ｂの逆止弁１４１Ｂは、第２圧力作用室１０４へ向かう圧縮空気の流れを許容するため、圧縮空気が第２圧力作用室１０４へ給気される。圧縮空気が第２圧力作用室１０４へ給気され、ピストン１０２が移動するに伴い、第１圧力作用室１０３から第１配管１１へ圧縮空気が排気される。このとき、第１配管１１上の流量調整部１４Ａの逆止弁１４１Ａは、第１圧力作用室１０３から排気される圧縮空気をせき止めるため、圧縮空気は、流量調整弁１４２Ａを通過する。したがって、流量調整弁１４２Ａを絞っておくことで、その弁開度に応じて圧縮空気の流量が制限され、ピストン１０２の移動速度が制御されるのである。
【００３４】
第１配管１１および第２配管１２上であって、流量調整部１４Ａ，１４Ｂと流体圧アクチュエータ１０との間には、ピストン１０２の、複動型シリンダ１０１内での位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０が接続されている。
【００３５】
図２は、流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０の構成を示すブロック図である。流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０は、制御部２０１と、圧力検出器としての第１圧力変換器２０２および第２圧力変換器２０３と、ＡＤ変換部２０４と、表示部２０５と、設定部２０６と、記憶部２０７と、信号回路２０８と、通信回路２０９と、を備えている。そして、制御部２０１は、ＣＰＵ２０１１と、メモリ２０１２とを備え、メモリ２０１２には、ピストン１０２の複動型シリンダ１０１内での移動量を算出するためのピストン位置検出プログラム２０１２ａが記憶されている。
【００３６】
第１圧力変換器２０２は、第１配管１１に接続され、第１配管１１の圧力値を検出する。そして、第２圧力変換器２０３は、第２配管１２に接続され、第２配管１２の圧力値を検出する。パスカルの原理により、第１圧力作用室１０３の内壁と、第１圧力作用室１０３に通じる第１配管１１の内壁に加わる圧力は均一であり、第２圧力作用室１０４の内壁と、第２圧力作用室１０４に通じる第２配管１２の内壁に加わる圧力は均一である。したがって、第１配管１１および第２配管１２において圧力値を検出することは、第１圧力作用室１０３および第２圧力作用室１０４の圧力値を検出するのと同義である。また、第１配管１１，第２配管１２の長短に関わらず、第１圧力変換器２０２，第２圧力変換器２０３は、第１圧力作用室１０３，第２圧力作用室１０４の圧力値を検出可能である。よって、第１圧力変換器２０２，第２圧力変換器２０３は、流体圧アクチュエータ１０の近傍に配設する必要がないため、第１圧力変換器２０２，第２圧力変換器２０３の配設の自由度が高く、設備設計の自由度が高くなる。
【００３７】
第１圧力変換器２０２および第２圧力変換器２０３は、ＡＤ変換部２０４を介し制御部２０１に接続されている。
第１圧力変換器２０２および第２圧力変換器２０３が検出した圧力値は、電気信号に変換され、出力される。当該電気信号は、アナログ信号であるため、ＡＤ変換部２０４によりデジタル信号に変換された後、制御部２０１に出力される。
【００３８】
圧力値が制御部２０１に入力されると、ＣＰＵ２０１１が、メモリ２０１２からピストン位置検出プログラム２０１２ａを読み出し、ピストン位置検出プログラム２０１２ａを実行することで、入力された圧力値に基づいて、ピストン１０２の複動型シリンダ１０１内での移動量を算出する。
【００３９】
制御部２０１には、表示部２０５と、設定部２０６と、記憶部２０７と、信号回路２０８と、通信回路２０９と、が接続されており、記憶部２０７には、圧力値からピストン１０２の移動量を算出するための所定の補正値（詳細は後述）が予め記憶されており、ＣＰＵ２０１１が、圧力値からピストン１０２の移動量を算出するに際し、記憶部２０７から所定の補正値を読み出してくる。所定の補正値は、複動型シリンダ１０１の径と、ピストン１０２のストロークおよび移動時間（動作タクト）と、に応じて定まるものであり、作業者が設定部２０６により、複動型シリンダ１０１の径と、ピストン１０２のストロークおよび移動時間の情報を入力することで、ピストン位置検出プログラム２０１２ａの実行時に、入力された情報に応じた補正値が選択され、ピストン１０２の移動量の算出に用いられる。
【００４０】
表示部２０５には、ＣＰＵ２０１１が算出したピストン１０２の移動量や、駆動するピストン１０２が複動型シリンダ１０１内部の第１圧力作用室側端面１０１ａ、または、第２圧力作用室側端面１０１ｂに、ピストン１０２が到達したこと等を表示することが可能である。また、通信回路２０９を通じて、設定部２０６により入力した内容、表示部２０５に表示される内容、ピストン１０２の移動量の波形データ等を外部に出力することも可能である。
【００４１】
また、信号回路２０８は、流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０の外部との信号の授受を行う。例えば、信号回路２０８が、外部から流体圧アクチュエータ１０の始動または停止のトリガ信号を受信することで、制御部２０１は、ピストン１０２の移動量の波形データ取り込みの開始や停止を制御する。その他、作業者がピストン１０２の移動量を予め定めている場合には、駆動するピストン１０２が予め定められた移動量に達したときに、外部に信号出力することで、作業者に通知することも可能である。
【００４２】
次に、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出する方法について、図３および図４を用いて説明する。
なお、図３および図４中の時点ｔ０は、圧縮空気供給源１６から圧縮空気の給気が開始された時点であり、時点ｔ１は、ピストン１０２が移動を開始した時点であり、時点ｔ２は、ピストン１０２が、複動型シリンダ１０１の、第１圧力作用室側端面１０１ａまたは第２圧力作用室側端面１０１ｂに到達し、移動が完了した時点である。
【００４３】
本実施例においては、メータアウト制御を行っており、ピストン１０２の移動量の算出は、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４のうち、排気される側の圧力値を、記憶部２０７に予め記憶されている所定の補正値に基づき、移動量に変換することで行われる。
【００４４】
ここで、所定の補正値とは、複動型シリンダ１０１の径，ピストン１０２のストロークおよび移動時間により定まる第１補正値ＣＶ１１と、ピストン１０２のストロークおよび移動時間と、の比により定まる第２補正値ＣＶ１２と、を指す。第１補正値ＣＶ１１と、第２補正値ＣＶ１２とは、予め記憶部２０７に記憶されており、ピストン位置検出プログラム２０１２ａの実行時に、読み出されて計算に用いられる。
【００４５】
まず、第１補正値ＣＶ１１について説明する。
第１補正値ＣＶ１１は、圧力値であり、図３（ｂ）に示すように、ピストン１０２の移動を開始する時点ｔ１を０ＭＰａとし、ピストン１０２の移動が完了する時点ｔ２の第１補正圧力値ＣＰ１１まで、時間経過に比例して増大する値である。
【００４６】
第１補正値ＣＶ１１は、以下のようにして求められる。
所定のストロークをもつピストン１０２を、所定の移動時間で動作させた場合の、第１圧力作用室１０３と、第２圧力作用室１０４とのうち、ピストン１０２の駆動により圧縮空気が排気される側の圧力作用室の圧力値波形Ｐ１１を検出する。
圧力値波形Ｐ１１を検出した後、時点ｔ１での圧力値と、時点ｔ２での圧力値の差分ΔＰ１１を算出する。
そして、予め記憶部２０７に記憶されている第２補正圧力値ＣＰ１２から差分ΔＰ１１を減じ、第１補正圧力値ＣＰ１１を算出する。第２補正圧力値ＣＰ１２とは、複動型シリンダ１０１の径により定まる値であり、出願人が実験により導き出した値である。例えば、Φ２５のシリンダ径であれば、０．３５Ｍｐａであり、シリンダ径毎に個別の値が設定されている。そして、作業者が、設定部２０６により、使用する流体圧アクチュエータ１０のシリンダ径を入力することで、入力されたシリンダ径に対応する第２補正圧力値ＣＰ１２が読み出され、計算に用いられる。
算出された第１補正圧力値ＣＰ１１を時点ｔ２における圧力値として、時点ｔ１の０ＭＰａから時点ｔ２の第１補正圧力値ＣＰ１１まで、時間経過に比例して増大する値が第１補正値ＣＶ１１となる。ここで、第１補正値ＣＶ１１は、時点ｔ１から時間経過に伴い変動する値であるため、時点ｔ１以後の所定の時間における第１補正値ＣＶ１１をΔＣＶ１１とする。
【００４７】
次に、第２補正値ＣＶ１２について説明する。
第２補正値ＣＶ１２は、ピストン１０２のストロークと、複動型シリンダ１０１の径により定まる第２補正圧力値ＣＰ１２と、の比により定まる値である。
作業者が、設定部２０６により、使用する流体圧アクチュエータ１０のシリンダ径や、ピストン１０２のストロークを入力することで、入力されたシリンダ径や、ピストン１０２のストローク応じた第２補正値ＣＶ１２が算出され、記憶部２０７に記憶される。
【００４８】
次に、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値から、どのようにピストン１０２の移動量へ変換が行われるのか説明する。
図４（ａ）に示す圧力値波形Ｐ１１は、第１補正値ＣＶ１１，第２補正値ＣＶ１２を求めた所定のストローク、所定の移動時間と同一のストローク、移動時間で作動する流体圧アクチュエータ１０の、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、排気が行われている側の圧力値の波形である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、ｔ１時点での圧力値Ｐ１を基準とした、時間経過に伴い変動する圧力値の変動量ΔＰ１１１を算出する。
なお、圧力値波形Ｐ１１の示す値が圧力値Ｐ１を上回るときの変動量ΔＰ１１１は正の値であり、下回るときの変動量ΔＰ１１１は負の値となる。
【００５０】
次に、予め求めておいた第１補正値ＣＶ１１を記憶部２０７より読み出し、図４（ｂ）に示すように、所定の時間におけるΔＣＶ１１に、対応する時間の圧力値波形Ｐ１１の変動量ΔＰ１１１を加え、圧力値波形Ｐ１２を求める（例えば、ｔ１の１０秒後のΔＣＶ１１の値には、ｔ１の１０秒後のΔＰ１１１の値を加える）。
圧力値波形Ｐ１２の示す値が、ΔＰ１１１が正の値であるときには、第１補正値ＣＶ１１を上回る値となり、ΔＰ１１１が負の値であるときには、第１補正値ＣＶ１１を下回る値となる。
【００５１】
最後に、移動量の単位ｍｍから、圧力値の単位ＭＰａに変換を行う。予め求めておいた第２補正値ＣＶ１２を記憶部２０７より読み出し、圧力値波形Ｐ１２に第２補正値ＣＶ１２を乗じることで、図４（ｃ）に示すピストン１０２の移動量ＰＤ１１に変換される。例えば、図４（ｂ）における最大の圧力値Ｐ２に第２補正値ＣＶ１２を乗じた値が、ピストン１０２の移動量に変換された値である。
【００５２】
なぜこのように第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値から、ピストン１０２の移動量に変換が可能であるのか、以下に説明する。
まず、圧力値波形Ｐ１１が表す圧力値の変化率（ｄＰ／ｄｔ）は、下記の数１のように表される。
【００５３】
【数１】
2020112166.tif 000003
【００５４】
【数２】
2020112166.tif 000004
【００５５】
【数３】
2020112166.tif 000005
【００５６】
ここで、「Ｍ」は圧縮空気の質量（ｋｇ）を、「Ｒ」はガス定数を、「Ｔ」は温度（Ｋ）を、「Ｐ」は第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値（Ｐａ）を、「Ｖ」は第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の容積（ｍ３）を、「Ａ」はピストン１０２の押圧面積（ｍ２）を、「Ｌ」はピストン１０２のストローク（ｍ）を、「Ｙ」はピストン１０２の移動量（ｍ）を意味する。
数１は、気体の状態方程式Ｍ＝ＰＶ／ＲＴの両辺を時間微分したものである数２に、ピストン１０２の移動量と圧力作用室の体積との関係を表すＶ＝Ａ（Ｌ−Ｙ）の両辺を時間微分したものである数３を代入し、整理したものである。数１の右辺の第１項は、負の値であり、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち排気される側の圧力値が、排気が進むにつれ、低下しようとすることを表している。例えば、図４（ａ）において破線で示されるような、時点ｔ１の圧力値Ｐ１から低下していく値を指す。
一方で、数１の右辺の第２項は、正の値であり、ピストン１０２が移動するに伴い、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、排気される側の圧力作用室の空間は圧縮されるため、圧力値が上昇しようすることを表している。これら、低下しようとする圧力値と、上昇しようとする圧力値を合成したものが、圧力値波形Ｐ１１と考えられる。
【００５７】
第１補正値ＣＶ１１により行われる、圧力値波形Ｐ１１から圧力値波形Ｐ１２への変換は、圧力値波形Ｐ１１の傾きを矯正する意味をもっており、圧力値波形Ｐ１１の傾きが矯正されることで、排気が進むにつれ低下しようとする圧力値、すなわち数１の右辺の第１項が相殺される。すると、圧力値の変化率（ｄＰ／ｄｔ）は、下記の数４のように表すことができると考えられる。
【００５８】
【数４】
2020112166.tif 000006
【００５９】
数４の右辺は、ピストン１０２の移動量Ｙの時間微分値とその係数により表されていると言え、ピストン１０２の移動量Ｙの時間微分値に当該係数を乗じた値が圧力値Ｐの時間微分値と等しいことを意味する。
当該係数が、第２補正値ＣＶ１２の逆数に相当するものと考えれば、上述のように、圧力値波形Ｐ１１から変換された圧力値波形Ｐ１２に第２補正値ＣＶ１２を乗じることで、図４（ｃ）に示すピストン１０２の移動量ＰＤ１１に変換されることとなる。
【００６０】
以上のように算出された移動量ＰＤ１１の波形は、時点ｔ１から時点ｔ２の間において、磁歪センサで同ストローク、同移動時間で駆動するピストン１０２の移動量を表した波形Ｄ１１と、ほぼ同一となる。
このことから、従来のように、磁歪センサを用いずとも、第１圧力変換器２０２により検出する第１圧力作用室１０３の圧力値、または、第２圧力変換器２０３により検出する第２圧力作用室１０４の圧力値によって、ピストン１０２の位置を検出することが可能であることが分かる。磁歪センサを用いる必要がないため、従来のように、磁歪センサの形状により、流体圧アクチュエータ１０の形状に制約がかからず、例えば食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
また、第１圧力変換器２０２および第２圧力変換器２０３は汎用性があり、ストロークが異なる複数の流体圧アクチュエータ１０を用いる場合でも、磁歪センサのようにそれぞれの流体圧アクチュエータ１０のストロークに合わせた複数の磁歪センサを用意しなければならないということはなく、製造コストが増大するおそれがない。
【００６１】
また、予め記憶されている第１補正値ＣＶ１１や第２補正値ＣＶ１２を用いて、圧力値の和算、除算、乗算を行うのみで、ピストン１０２の移動量に変換することが可能なものとすれば、外乱ノイズの影響を受けにくく、従来生じていたフィルタ処理によるＣＰＵ２０１１の情報処理遅延の発生を防止することができる。
【００６２】
さらに、このピストン位置検出プログラム２０１２ａによれば、ピストン１０２の駆動中に、ピストン１０２と複動型シリンダ１０１の内面との摩擦力が過剰となったり、ピストン１０２に接続された操作ロッド１０５が障害物に衝突したり等、ピストン１０２の駆動に異常が生じた場合であっても、ピストン１０２の位置を正確に検出することが可能である。
例えば、図５は、出願人が行った実験結果を表すグラフである。波形Ｄ１２は、ピストン１０２が、第１圧力作用室側端面１０１ａから第２圧力作用室側端面１０１ｂに向かって移動する場合、すなわち、操作ロッド１０５が複動型シリンダ１０１から突出する方向に駆動する場合において、ピストン１０２が駆動を開始した時点ｔ１から、ピストン１０２が駆動を開始した時点ｔ２までの間の時点ｔ３で、故意に操作ロッド１０５を障害物に衝突させた場合を表すものである。時点ｔ３で、操作ロッド１０５が障害物に衝突し、ピストン１０２の移動速度が落ちたため、時点ｔ３以降の波形Ｄ１２の傾きが、時点ｔ３以前と比べてなだらかになっている。
これに対し、図５に示す波形ＰＤ１２は、波形Ｄ１２を検出すると同時に検出した第２圧力作用室１０４の圧力値の変動量を、第１補正値ＣＶ１１と、第２補正値ＣＶ１２とに基づいて、ピストン１０２の移動量に変換した波形である。波形ＰＤ１２が、波形Ｄ１２とほぼ同一の挙動を見せていることが分かる。したがって、ピストン位置検出プログラム２０１２ａによれば、ピストン１０２が正常に駆動している場合のみならず、その駆動に異常が発生した場合であっても、ピストン１０２の位置を正確に検出することが可能であることが分かる。
【００６３】
なお、メータアウト制御を行う場合、流量調整部１４Ａ，１４Ｂは、流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０と、切換弁１３との間に配設する必要はない。図８に示すように、サイレンサ１７Ａ，１７Ｂと、切換弁１３との間に配設しても良い。このような配置であっても、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４から排気される圧縮空気の流量を調整可能である。
【００６４】
以上は、流体圧アクチュエータ１０のメータアウト制御を行う場合を説明しているが、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４に給気される圧縮空気の流量を調整することで、ピストン１０２の動作速度の制御（以下、メータイン制御）を行う場合においても、同様にピストン１０２の移動量の算出が可能である。
メータイン制御を行う場合、流量調整部１４Ａ，１４Ｂの逆止弁１４１Ａ，１４１Ｂは、流体圧アクチュエータ１０側から、切換え弁側への一方向のみ圧縮空気を流すことが可能であり、逆方向の圧縮空気の流れは、弁体（図示せず）によりせき止められるようになっている。
【００６５】
例えば、第１配管１１から第１圧力作用室１０３に圧縮空気を給気しようとする場合、第１配管１１上の流量調整部１４Ａの逆止弁１４１Ａは、第１圧力作用室１０３へ向かう圧縮空気の流れをせき止めるため、圧縮空気は、流量調整弁１４２Ａを通過し、第１圧力作用室１０３に給気される。したがって、流量調整弁１４２Ａを絞っておくことで、その弁開度に応じて圧縮空気の流量が制限され、ピストン１０２の移動速度が制御されるのである。圧縮空気が第１圧力作用室１０３へ給気され、ピストン１０２が移動するに伴い、第２圧力作用室１０４から第２配管１２へ圧縮空気が排気される。このとき、第２配管１２上の流量調整部１４Ｂの逆止弁１４１Ｂは、切換弁１３に向かう圧縮空気の流れを許容する。
【００６６】
逆に、第２配管１２から第２圧力作用室１０４に圧縮空気を給気しようとする場合、第２配管１２上の流量調整部１４Ｂの逆止弁１４１Ｂは、第２圧力作用室１０４へ向かう圧縮空気の流れをせき止めるため、圧縮空気は、流量調整弁１４２Ｂを通過し、第２圧力作用室１０４に給気される。したがって、流量調整弁１４２Ｂを絞っておくことで、その弁開度に応じて圧縮空気の流量が制限され、ピストン１０２の移動速度が制御されるのである。圧縮空気が第２圧力作用室１０４へ給気され、ピストン１０２が移動するに伴い、第１圧力作用室１０３から第１配管１１へ圧縮空気が排気される。このとき、第１配管１１上の流量調整部１４Ａの逆止弁１４１Ａは、切換弁１３に向かう圧縮空気の流れを許容する。
その他の回路構成および流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０の構成は、図１に示すメータアウト制御の場合と同様である。
【００６７】
次に、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出する方法について、図６および図７を用いて説明する。
なお、図６および図７中の時点ｔ０は、圧縮空気供給源１６から圧縮空気の給気が開始された時点であり、時点ｔ１は、ピストン１０２が移動を開始した時点であり、時点ｔ２は、ピストン１０２が、複動型シリンダ１０１の、第１圧力作用室側端面１０１ａまたは第２圧力作用室側端面１０１ｂに到達し、移動が完了した時点である。
【００６８】
メータイン制御を行う場合、ピストン１０２の移動量の算出は、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４のうち、給気される側の圧力値を、記憶部２０７に予め記憶されている所定の補正値に基づき、移動量に変換することで行われる。
【００６９】
ここで、所定の補正値とは、複動型シリンダ１０１の径，ピストン１０２のストロークおよび移動時間により定まる第１補正値ＣＶ２１と、ピストン１０２のストロークおよび移動時間と、の比により定まる第２補正値ＣＶ２２と、を指す。
第１補正値ＣＶ２１と、第２補正値ＣＶ２２とは、予め記憶部２０７に記憶されており、ピストン位置検出プログラム２０１２ａの実行時に、読み出されて計算に用いられる。
【００７０】
まず、第１補正値ＣＶ２１について説明する。
第１補正値ＣＶ２１は、圧力値であり、図６（ｂ）に示すように、ピストン１０２の移動を開始する時点ｔ１を０ＭＰａとし、ピストン１０２の移動が完了する時点ｔ２の第１補正圧力値ＣＰ２１まで、時間経過に比例して増大する値である。
【００７１】
第１補正値ＣＶ２１は、以下のようにして求められる。
所定のストロークをもつピストン１０２を、所定の移動時間で動作させた場合の、第１圧力作用室１０３と、第２圧力作用室１０４とのうち、ピストン１０２の駆動により圧縮空気が給気される側の圧力作用室の圧力値波形Ｐ２１を検出する。
圧力値波形Ｐ２１を検出した後、時点ｔ１での圧力値と、時点ｔ２での圧力値の差分ΔＰ２１を算出する（図６（ａ）参照）。
そして、予め記憶部２０７に記憶されている第２補正圧力値ＣＰ２２から差分ΔＰ２１を減じ、第１補正圧力値ＣＰ２１を算出する。第２補正圧力値ＣＰ２２とは、複動型シリンダ１０１の径により定まる値であり、出願人が実験により導き出した値である。例えば、Φ２５のシリンダ径であれば、０．３５Ｍｐａであり、シリンダ径毎に個別の値が設定されている。そして、作業者が、設定部２０６により、使用する流体圧アクチュエータ１０のシリンダ径を入力することで、入力されたシリンダ径に対応する第２補正圧力値ＣＰ２２が読み出され、計算に用いられる。
算出された第１補正圧力値ＣＰ２１を時点ｔ２における圧力値として、時点ｔ１の０ＭＰａから時点ｔ２の第１補正圧力値ＣＰ２１まで、時間経過に比例して増大する値が第１補正値ＣＶ２１となる。ここで、第１補正値ＣＶ２１は、時点ｔ１から時間経過に伴い変動する値であるため、時点ｔ１以後の所定の時間における第１補正値ＣＶ２１をΔＣＶ２１とする。
【００７２】
次に、第２補正値ＣＶ２２について説明する。
第２補正値ＣＶ２２は、ピストン１０２のストロークと、複動型シリンダ１０１の径により定まる第２補正圧力値ＣＰ１２と、の比により定まる値である。
作業者が、設定部２０６により、使用する流体圧アクチュエータ１０のシリンダ径や、ピストン１０２のストロークを入力することで、入力されたシリンダ径や、ピストン１０２のストローク応じた第２補正値ＣＶ２２が算出され、記憶部２０７に記憶される。
【００７３】
次に、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値から、どのようにピストン１０２の移動量へ変換が行われるのか説明する。
図７（ａ）に示す圧力値波形Ｐ２１は、第１補正値ＣＶ２１，第２補正値ＣＶ２２を求めた所定のストローク、所定の移動時間と同一のストローク、移動時間で作動する流体圧アクチュエータ１０の、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、給気が行われている側の圧力値の波形である。
【００７４】
まず、図７（ａ）に示すように、ｔ１時点での圧力値Ｐ３を基準とした、時間経過に伴い変動する圧力値の変動量ΔＰ２１１を算出する。
なお、圧力値波形Ｐ２１の示す値が圧力値Ｐ１を上回るときの変動量ΔＰ２１１は正の値であり、下回るときの変動量ΔＰ２１１は負の値となる。
【００７５】
次に、予め求めておいた第１補正値ＣＶ２１を記憶部２０７より読み出し、図７（ｂ）に示すように、所定の時間におけるΔＣＶ２１に、対応する時間の圧力値の変動量ΔＰ２１１を加え、圧力値波形Ｐ２２を求める（例えば、ｔ１の１０秒後のΔＣＶ２１の値には、ｔ１の１０秒後のΔＰ２１１の値を加える）。ここで、メータアウト制御を行う場合と異なる点は、圧力値波形Ｐ１２の示す値が、ΔＰ２１１が負の値であるときには、第１補正値ＣＶ１１を上回る値となり、ΔＰ１１１が負の値であるときには、第１補正値ＣＶ１１を下回る値となる点である。後述の数５に示す通り、ピストン１０２の移動に伴う圧力の上昇・低下の極性が、メータアウト制御を行う場合の数１と異なるためである。
【００７６】
最後に、移動量の単位ｍｍから、圧力値の単位ＭＰａに変換を行う。予め求めておいた第２補正値ＣＶ２２を記憶部２０７より読み出し、圧力値波形Ｐ２２に第２補正値ＣＶ２２を乗じることで、図７（ｃ）に示すピストン１０２の移動量ＰＤ２１に変換される。例えば、図７（ｂ）における時点ｔ２における圧力値Ｐ４に第２補正値ＣＶ２２を乗じた値が、ピストン１０２の移動量に変換された値である。
【００７７】
なぜこのように第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値から、ピストン１０２の移動量に変換が可能であるのか、以下に説明する。
まず、圧力値波形Ｐ２１が表す圧力値の変化率（ｄＰ／ｄｔ）は、下記の数５のように表される。
【００７８】
【数５】
2020112166.tif 000007
【００７９】
数５の導き方は、数１と同様であるが、メータイン制御を行う場合、ピストン１０２の移動に伴う圧力の上昇・低下の極性が、メータアウト制御を行う場合と判定するため、右辺に示すそれぞれの項の符号が数１とは異なっている。
すなわち、数５の右辺の第１項は、正の値であり、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４に給気されるにつれ、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の給気される側の圧力値が上昇しようとすることを表している。例えば、図７（ａ）において破線で示されるような、時点ｔ１の圧力値Ｐ３から上昇していく値を指す。
一方で、数５の右辺の第２項は、負の値であり、ピストン１０２が移動するに伴い、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、給気される側の圧力作用室の空間が拡大し、圧力値が低下しようすることを表している。これら、上昇しようとする圧力値と、低下しようとする圧力値を合成したものが、圧力値波形Ｐ２１と考えられる。
【００８０】
第１補正値ＣＶ２１により行われる、圧力値波形Ｐ２１から圧力値波形Ｐ２２への変換は、圧力値波形Ｐ２１の傾きを矯正する意味をもっており、圧力値波形Ｐ２１の傾きが矯正されることで、排気が進むにつれ上昇しようとする圧力値、すなわち数１の右辺の第１項が相殺される。すると、圧力値の変化率（ｄＰ／ｄｔ）は、上記の数４のように表すことができると考えられる。
【００８１】
数４の右辺は、ピストン１０２の移動量Ｙの時間微分値とその係数により表されていると言え、ピストン１０２の移動量Ｙの時間微分値に当該係数を乗じた値が圧力値Ｐの時間微分値と等しいことを意味する。
当該係数が、第２補正値ＣＶ２２に相当するものと考えれば、上述のように、圧力値波形Ｐ２１から変換された圧力値波形Ｐ２２に第２補正値ＣＶ２２を乗じることで、図７（ｃ）に示すピストン１０２の移動量ＰＤ２１に変換されることとなる。
【００８２】
このように算出された移動量ＰＤ２１の波形は、時点ｔ１から時点ｔ２の間において、磁歪センサで同ストローク、同移動時間で駆動するピストン１０２の移動量を表した波形Ｄ２１と、ほぼ同一となる。
よって、メータイン制御を行う場合であっても、従来のように、磁歪センサを用いずとも、ピストン１０２の位置を検出することが可能である。メータイン制御が行われる場合、または、メータアウト制御が行われる場合の双方において、ピストン１０２の位置の検出が可能であるため、メータイン制御と、メータアウト制御と、それぞれの特徴を考慮して、自由に使い分けることができるため、例えば、食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
【００８３】
ここで、ピストン１０２の位置を検出するためには、メータイン制御が行われる場合、メータアウト制御が行われる場合、ともに第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、流入または流出する流体の流量が制御される側の圧力値を検出することが必要である。その理由を以下に述べる。
メータイン制御の場合は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４に流入する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が流入する側の圧力値が制御される。また、メータアウト制御の場合は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４から流出する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が流出される側の圧力値が制御される。圧力値が制御されることによって、ピストン１０２の移動速度が制御されるため、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値のうち、制御される側の圧力値を検出し、ピストン１０２の位置を算出することで、精度よくピストン１０２の位置を検出することが可能となるからである。
【００８４】
また、このピストン位置検出プログラム２０１２ａによれば、メータアウト制御を行う場合と同様に、ピストン１０２の駆動中に、ピストン１０２と複動型シリンダ１０１の内面との摩擦力が過剰となったり、ピストン１０２に接続された操作ロッド１０５が障害物に衝突したり等、ピストン１０２の駆動に異常が生じた場合であっても、ピストン１０２の位置を正確に検出することが可能である。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータの動作検出装置２０によれば、
（１）ピストン１０２により内部が第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とに区画された複動型シリンダ１０１を備え、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４において、流体の流入および流出が行われることでピストン１０２の移動が行われる流体圧アクチュエータ１０の、ピストン１０２の位置を検出する流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０において、第１圧力作用室１０３の圧力値を検出する第１圧力変換器２０２と、第２圧力作用室１０４の圧力値を検出する第２圧力変換器２０３と、第１・第２圧力変換器２０２，２０３により検出された圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出するピストン位置検出プログラム２０１２ａを備える制御部２０１と、を備えること、を特徴とするので、流体圧アクチュエータ１０の形状に制約がかからず、設備設計の自由度を向上することができるともに、安価な流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０とすることができる。
【００８６】
すなわち、制御部２０１は、ピストン位置検出プログラム２０１２ａを実行することで、第１・第２圧力変換器２０２，２０３により検出した、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値に基づいてピストン１０２の位置を算出することができるため、例えば磁歪センサを流体圧アクチュエータ１０に取り付けるというように、ピストン１０２の位置を検出するための特別なセンサを用いる必要がない。センサを用いる必要がないため、センサの形状により、流体圧アクチュエータ１０の形状に制約がかからず、例えば食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
【００８７】
また、圧力変換器は汎用性があり、ストロークが異なる複数の流体圧アクチュエータ１０を用いる場合でも、磁歪センサのようにそれぞれの流体圧アクチュエータのストロークに合わせた複数の磁歪センサを用意しなければならないということはなく、製造コストが増大するおそれがない。
【００８８】
（２，３）（１）に記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０において、流体圧アクチュエータ１０は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４に流入する流体の流量を調整することによりピストン１０２の移動速度を制御するメータイン制御が行われること、ピストン位置検出プログラム２０１２ａは、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が流入する側の圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出すること、または、流体圧アクチュエータ１０は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４から流出する流体の流量を調整することによりピストン１０２の移動速度を制御するメータアウト制御が行われること、ピストン位置検出プログラム２０１２ａは、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が排出される側の圧力値に基づき、ピストン１０２の移動量を算出すること、を特徴とするので、流体圧アクチュエータ１０で、メータイン制御が行われる場合、または、メータアウト制御が行われる場合において、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値に基づき、ピストン１０２の位置を算出することができる。メータイン制御が行われる場合、または、メータアウト制御が行われる場合の双方において、ピストン１０２の位置の検出が可能であれば、メータイン制御と、メータアウト制御と、それぞれの特徴を考慮して、自由に使い分けることができるため、例えば、食品工場で使用されるロボットアームやエアハンド等の設備設計の自由度が向上する。
【００８９】
ここで、ピストン１０２の位置を検出するためには、メータイン制御が行われる場合、メータアウト制御が行われる場合、ともに第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４のうち、流入または流出する流体の流量が制御される側の圧力値を検出することが必要である。その理由を以下に述べる。
メータイン制御の場合は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４に流入する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が流入する側の圧力値が制御される。また、メータアウト制御の場合は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４から流出する流体の流量が調整されることで、第１圧力作用室１０３と第２圧力作用室１０４とのうち、流体が流出される側の圧力値が制御される。圧力値が制御されることによって、ピストン１０２の移動速度が制御されるため、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値のうち、制御される側の圧力値を検出し、ピストン１０２の位置を算出することで、精度よくピストン１０２の位置を検出することが可能となるからである。
【００９０】
（４，５）（１）乃至（３）いずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０において、ピストン位置検出プログラム２０１２ａは、第１・第２圧力変換器２０２，２０３により検出された第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値の、時間経過に伴う圧力値の変動量を算出し、圧力値の変動量を、制御部２０１が備える記憶部２０７に予め記憶された所定の補正値に基づいて、ピストン１０２の移動量に変換することで、ピストン１０２の移動量を算出すること、を特徴とし、補正値とは、複動型シリンダ１０１の径とピストン１０２のストロークおよび移動時間とにより定まる第１補正値ＣＶ１１，ＣＶ２１と、ピストン１０２の所定のストロークと複動型シリンダ１０１の径により定まる第２補正圧力値ＣＰ１２，ＣＰ２２との比により定まる第２補正値ＣＶ１２，ＣＶ２２と、を備えること、第１補正値ＣＶ１１，ＣＶ２１は、圧力値であり、ピストン１０２の移動開始時点をゼロとし、ピストン１０２の移動完了時点の第１補正圧力値ＣＰ１１，ＣＰ２１まで、時間経過に比例して増大する値であること、第１補正圧力値ＣＰ１１，ＣＰ２１は、第２補正圧力値ＣＰ１２，ＣＰ２２から、所定のストロークをもつピストン１０２を、所定の移動時間で動作させた際の、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の、ピストン１０２の移動開始時点の圧力値とピストン１０２の移動完了時点の圧力値との差分を減じた値であること、ピストン位置検出プログラム２０１２ａは、第１・第２圧力変換器２０２，２０３により検出された、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値に基づき、ピストン１０２の移動開始時点の圧力値を基準として、時間経過に伴う圧力値の変動量ΔＰ１１１，ΔＰ２１１を算出し、対応する時間の、第１補正値ＣＶ１１，ＣＶ２１と、圧力値の変動量ΔＰ１１１，ΔＰ２１１と、の和を算出し、算出した和に第２補正値ＣＶ１２，ＣＶ２２を乗じることで、ピストン１０２の移動量を算出すること、を特徴とするので、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値により、ピストン１０２の移動量を精度よく検出することが可能である。従来から、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値と、ピストン１０２の位置との間には、何らかの関係があると想定されていたものの、圧力値からピストン１０２の位置を精度良く検出できるものとは考えられていなかった。そのような中、出願人は、第１圧力作用室１０３または第２圧力作用室１０４の圧力値を、上記のように補正値に基づいて変換することで得られる値によって、精度よくピストン１０２の位置を検出できることを実験により導き出した。
【００９１】
また、上記のような変換を行うことで、流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０に内蔵されるＣＰＵ２０１１の情報処理遅延の発生を防ぐことができる。
磁歪センサを用いずにピストン１０２の位置を検出する装置として、出願人は、特願２０１７−２３５０７４の流体圧アクチュエータの動作量検出装置を提案している。当該装置は、第１圧力作用室の圧力値または第２圧力作用室の圧力値の変化量の微分により、ピストンの速度変化量を算出し、当該速度変化量の積分によりピストンの移動量を算出するものである。
しかし、ピストンの移動に伴う圧力値の変化量は微少であるため、ノイズにより計算精度が悪化するおそれがあることから、実際の計算処理においては、移動平均等のフィルタ処理が必要となり、流体圧アクチュエータの動作量検出装置に内蔵されるＣＰＵに処理遅延が生じるおそれがあった。  
そこで、本発明のように、予め記憶されている補正値を用いて、圧力値の和算、除算、乗算を行うのみで、ピストン１０２の移動量に変換することが可能なものとすれば、外乱ノイズの影響を受けにくく、従来生じていたフィルタ処理によるＣＰＵ２０１１の情報処理遅延の発生を防止することができる。
【００９２】
（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体圧アクチュエータの動作量検出装置２０において、流体圧アクチュエータ１０は、第１圧力作用室１０３に通じ、流体を流入または流出させる第１配管１１と、第２圧力作用室１０４に通じ、流体を流入または流出させる第２配管１２と、を備え、第１・第２圧力変換器２０２，２０３は、第１配管１１上と、第２配管１２上と、にそれぞれ配設されていること、を特徴とするので、第１・第２圧力変換器２０２，２０３の配設位置の自由度が高く、設備設計の自由度が高くなる。
すなわち、パスカルの原理により、第１圧力作用室１０３の内壁と、第１圧力作用室１０３に通じる第１配管１１の内壁に加わる圧力は均一であり、第２圧力作用室１０４の内壁と、第２圧力作用室１０４に通じる第２配管１２の内壁に加わる圧力は均一である。したがって、第１圧力作用室１０３に通じる第１配管１１上に配設された、第１圧力変換器２０２は、第１配管１１の長短に関わらず、第１圧力作用室１０３の圧力値を検出可能であり、第２圧力作用室１０４に通じる第２配管１２上に配設された、第２圧力変換器２０３は、第２配管１２の長短に関わらず、第２圧力作用室１０４の圧力値を検出可能である。よって、第１・第２圧力変換器２０２，２０３は、流体圧アクチュエータ１０の近傍に配設する必要がないため、第１・第２圧力変換器２０２，２０３の配設の自由度が高く、設備設計の自由度が高くなる。
【００９３】
なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施例においては、流体圧アクチュエータ１０として、圧縮空気により作動する空気圧アクチュエータを例として挙げているが、油圧アクチュエータとしても良い。そのほか、流体圧アクチュエータ１０は必ずしも操作ロッド１０５を有している必要もなく、平行ハンド等の複動型シリンダを有するアクチュエータへの応用が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  流体圧アクチュエータ
２０  流体圧アクチュエータの動作量検出装置
１０１  複動型シリンダ
１０２  ピストン
１０３  第１圧力作用室
１０４  第２圧力作用室
２０１  制御部
２０２  第１圧力変換器
２０３  第２圧力変換器
２０１２ａ  ピストン位置検出プログラム
【図１】
2020112166.tif 000008
【図２】
2020112166.tif 000009
【図３】
2020112166.tif 000010
【図４】
2020112166.tif 000011
【図５】
2020112166.tif 000012
【図６】
2020112166.tif 000013
【図７】
2020112166.tif 000014
【図８】
2020112166.tif 000015