(57)【要約】【課題】  簡単な構成で容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができるクランプ装置を提供する。【解決手段】  クランプ装置は、油圧シリンダ１に作動流体を供給することよりクランプアーム２を開閉駆動してワークＷをクランプするもので、クランプアーム２と、油圧シリンダ１と、油圧シリンダ１に作動油を供給する作動流体供給源３と、作動油の圧力Ｐを測定する圧力センサ４と、この圧力センサ４により測定された作動油の圧力Ｐに基づいて制御する制御手段５と、を備えてなる。制御手段５の判定手段６は、油圧シリンダ１への作動油の供給開始から供給完了までの間の所定範囲ａ‐bの時間に作動流体の圧力Ｐが所定の圧力Ｐ１に達したか否かを判定することにより、ワークＷを正常にクランプしたか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧シリンダに作動流体を供給することよりクランプ部材を開閉駆動してワークをクランプするクランプ装置であって、
流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定する圧力測定手段と、
該圧力測定手段により測定された作動流体の圧力の時間経過に伴う変化に基づいて、ワークを正常にクランプしたか否かを判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
判定手段は、流体圧シリンダに作動流体の供給開始から供給完了までの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かを判定することにより、ワークを正常にクランプしたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
【請求項３】
流体圧シリンダに作動流体を供給することよりクランプ部材を開閉駆動してワークをクランプするクランプ装置において、ワークを正常にクランプしたか否かを判定するクランプ確認方法であって、
流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定し、
該測定された作動流体の圧力の経時変化に基づいて、ワークを正常にクランプできたか否かを判定することを特徴とするクランプ装置のクランプ確認方法。
【請求項４】
ワークを正常にクランプできたか否かの判定は、流体圧シリンダへの作動流体の供給開始から供給完了するまでの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載のクランプ装置のクランプ確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを加工するために固定保持するためのクランプ装置およびクランプ確認方法に関し、特に、流体圧シリンダに作動流体を供給することによりクランプ部材を開閉駆動してワークをクランプするクランプ装置、および、このクランプ装置において、ワークを正常にクランプしたか否かを判定するクランプ確認方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ワークを自動で搬送して順次加工するラインにおいては、搬送されたワークを各加工工程で自動的に位置決め保持するよう構成されたクランプ装置が設けられる。
クランプ装置は、一般に、ワークＷを挟持するクランプ部材としてのクランプアーム２と、このクランプアーム２を開閉駆動する流体圧シリンダ１と、流体圧シリンダ１に作動流体を供給する作動流体供給源３と、を備えている（図１を参照）。そして、このようなクランプ装置においては、ワークＷが正常にクランプされたか否かを検出するために、作動流体供給源から流体圧シリンダに作動流体を供給してワークをクランプしたときの作動流体圧力（クランプ力）が適切であるかを検知するための圧力ゲージやプレッシャスイッチまたは圧力センサなどの圧力検知手段を設けると共に、クランプ部材が適切に開閉したかを検知すべくクランプ部材の移動量や流体圧シリンダの駆動ストロークを検出するためにリミットスイッチや、近接スイッチ、エアスイッチなど、あるいはリニアスケールやエンコーダなど（以下、これらをスイッチ類と称する）を設けることが従来から行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９８３７号公報
【０００４】
特許文献１には、積層された複数のワークを、上下部ワーク支持手段の少なくとも一方に設けられた液圧シリンダへ供給される液圧によりクランプして、ワークの内外周面を同時に加工するピストンリング加工機のワーククランプ装置において、上記液圧シリンダへ供給される液圧よりワークのクランプ力を検出するクランプ検出手段と、上記液圧シリンダに設けられたピストンのストロークよりワークのミスクランプ及びクランプ、アンクランプを検出するワーク検出手段と、上記各検出手段からの信号により正常、異常を判断する制御手段とを具備したことなどを特徴とするピストンリング加工機のワーククランプ装置が開示されている。そして、特許文献１には、プレッシャスイッチよりなるクランプ検出手段が設けられていて、このクランプ検出手段によりワークのクランプ、アンクランプ状態が検出できるようになっていることが記載され（段落番号００２４）、また、ミスクランプ検出量リミットスイッチと、クランプ検出量リミットスイッチと、アンクランプ検出用スイッチと、からなるスイッチ群をワーク検出手段のレバーの位置と対応して、設けることが記載されている（段落番号００２５、００２６）。
【０００５】
また、流体圧シリンダを用いるクランプ装置においては、作動流体供給源と流体圧シリンダとを接続する管路が膨張したり、作動流体自体の体積が温度によって膨張したり収縮して変化するなどの原因で、クランプ完了直後では作動流体の圧力が安定せず、圧力検知手段によってワークをクランプしたときの作動流体圧力を検知することが困難となる。そのため、従来のクランプ装置においては、タイマーをさらに設けるなどして、クランプ完了から所定時間経過して作動流体の圧力が安定たときに圧力検知手段によって検知することも従来から行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１にあっては、ワーク検出手段のレバーの位置と対応して、ミスクランプ検出量リミットスイッチと、クランプ検出量リミットスイッチと、アンクランプ検出用スイッチとを設ける必要があるため、設備コストがかかるという問題があった。また、他の従来の技術にあっても、クランプ部材の開閉を確認するための近接スイッチ、エアスイッチなどのスイッチ類を設ける必要があり、さらには安定した状態で作動流体の圧力を検知するためにタイマなどを設ける必要があるため、設備コストを低減させることが困難であった。さらに、これらのスイッチ類が発信する信号を処理するためのプログラムが複雑となるなどの問題があった。さらにまた、安定した状態で作動流体の圧力を検知するためにタイマを設けた場合にあっては、作動流体の圧力を検知するのがクランプ完了から所定時間経過したときとなるために、時間がかかるという問題があった。
さらに、ワークをクランプして切削加工を行うような場合、一般に、クーラントがワークと切削工具との間に供給され、また、切削加工により切り粉が発生する。上記従来の技術では、スイッチ類にクーラントがかかったり切粉が付着すると、これらのスイッチ類の誤作動を誘引してワークを正常にクランプしたか否かの判定が正確に行えなくなるという問題や、かかる問題を回避するために、スイッチ類を防水構造にしたり切り粉が付着しないような対策を講じる必要があった。
そして、上記従来の技術にあっては、いずれのものも、ワークを正常にクランプできないと判定することができたとしても、どのような原因によりワークを正常にクランプできなかったかを特定することはできなかった。
【０００７】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができ、しかも、ワークを正常にクランプできないと判定したときにその原因が何によるものであるかをある程度特定することができるクランプ装置およびそのクランプ確認方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１のクランプ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、流体圧シリンダに作動流体を供給することよりクランプ部材を開閉駆動してワークをクランプするクランプ装置であって、流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定する圧力測定手段と、該圧力測定手段により測定された作動流体の圧力の時間経過に伴う変化に基づいて、ワークを正常にクランプしたか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２のクランプ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、判定手段は、流体圧シリンダに作動流体の供給開始から供給完了までの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かを判定することにより、ワークを正常にクランプしたか否かを判定することを特徴とするものである。
また、請求項３のクランプ装置のクランプ確認方法に係る発明は、上記目的を達成するため、流体圧シリンダに作動流体を供給することよりクランプ部材を開閉駆動してワークをクランプするクランプ装置において、ワークを正常にクランプしたか否かを判定するクランプ確認方法であって、流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定し、該測定された作動流体の圧力の経時変化に基づいて、ワークを正常にクランプできたか否かを判定することを特徴とするものである。
請求項４のクランプ装置のクランプ確認方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項３に記載の発明において、ワークを正常にクランプできたか否かの判定は、流体圧シリンダへの作動流体の供給開始から供給完了するまでの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かを判定することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の発明では、流体圧シリンダに作動流体を供給してクランプ部材を閉駆動してワークをクランプするときに、流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を圧力測定手段によって測定する。測定された作動流体の圧力は、クランプ部材がワークに当接されてから上昇して、所定の圧力に達する。判定手段は、作動流体の圧力の時間経過に伴う変化に基づいて、ワークを正常にクランプしたか否かを判定する。
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、判定手段は、作動流体の圧力が予め設定された所定の値（しきい値）に達する時間を計測し、かかる時間が流体圧シリンダへの作動流体の供給開始から供給完了するまでの間で予め設定された所定範囲の時間（下限から上限までの時間）に入るか否かを判定する。そして、判定手段は、しきい値に達する計測時間が所定の範囲の時間に入る場合には正常にクランプしたと判定し、計測時間が所定の範囲の時間に入らない場合、すなわち下限時間よりも早いまたは上限時間よりも遅い場合には、異常と判定する。異常と判定された場合において、作動流体の圧力のしきい値に達する時間が下限時間よりも早い場合には、例えば切粉がクランプ部材とワークとの間に挟まれたり、ワークが適切にクランプ部材にクランプされるよう配置されていないなど、原因を想定することができ、作動流体の圧力のしきい値に達する時間が上限時間よりも遅い場合には、例えば、流体圧シリンダと作動流体圧供給源との間の配管の漏れやワークが搬送されておらずクランプ部材がクランプできないなど、原因を想定することができる。
また、請求項３の発明では、流体圧シリンダに作動流体を供給することよりクランプ部材を閉駆動してワークをクランプする。このとき、流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定すると、その測定された作動流体の圧力は、クランプ部材がワークに当接されてから上昇して、所定の圧力となる。そのため、測定された作動流体の圧力の経時変化に基づいて、ワークを正常にクランプできたか否かを判定する。
請求項４の発明では、請求項３に記載の発明において、作動流体の圧力が予め設定された所定の値（しきい値）に達する時間を計測し、かかる時間が流体圧シリンダへの作動流体の供給開始から供給完了するまでの間で予め設定された所定範囲の時間（下限から上限までの時間）に入るか否かにより、ワークを正常にクランプできたか否かを判定する。そして、計測時間が所定の範囲の時間に入る場合には正常にクランプしたと判定することができ、計測時間が所定の範囲の時間に入らない場合、すなわち下限時間よりも早いまたは上限時間よりも遅い場合には、異常と判定することができる。異常と判定した場合において、作動流体の圧力のしきい値に達する時間が下限時間よりも早い場合には、例えば切粉がクランプ部材とワークとの間に挟まれたり、ワークが適切にクランプ部材にクランプされるよう配置されていないなど、原因を想定することができ、作動流体の圧力のしきい値に達する時間が上限時間よりも遅い場合には、例えば、流体圧シリンダと作動流体圧供給源との間の配管の漏れやワークが搬送されておらずクランプ部材がクランプできないなど、原因を想定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、圧力測定手段と判定手段とを備え、判定手段が圧力測定手段により測定された作動流体の圧力の時間経過に伴う変化に基づいて、ワークを正常にクランプしたか否かを判定するものであるため、構成が簡単で、容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができるクランプ装置を提供することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、判定手段が流体圧シリンダに作動流体の供給開始から供給完了までの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かを判定することにより、ワークを正常にクランプしたか否かを判定するものであるため、構成が簡単で、容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができ、しかも、ワークを正常にクランプできないと判定したときにその原因が何によるものであるかをある程度特定することができるクランプ装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、流体圧シリンダに供給される作動流体の圧力を測定し、この測定された作動流体の圧力の経時変化に基づいて、ワークを正常にクランプできたか否かを判定するものであるため、構成が簡単で、容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができるクランプ装置のクランプ確認方法を提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項３に記載の発明において、ワークを正常にクランプできたか否かの判定を、流体圧シリンダへの作動流体の供給開始から供給完了するまでの間の所定範囲の時間に作動流体の圧力が所定の圧力に達したか否かにより行うものであるため、構成が簡単で、容易に且つ正確にワークを正常にクランプしたか否かを短時間で判定することができ、しかも、ワークを正常にクランプできないと判定したときにその原因が何によるものであるかをある程度特定することができるクランプ装置のクランプ確認方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のクランプ装置を実施するための最良の形態を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。
本発明のクランプ装置は、概略、流体圧シリンダ１に作動流体を供給することよりクランプ部材２を開閉駆動してワークＷをクランプするもので、ワークＷを挟持するクランプ部材としてのクランプアーム２と、このクランプアーム２を開閉駆動する流体圧シリンダ１と、流体圧シリンダ１に作動流体を供給する作動流体供給源３と、作動流体供給源３から流体圧シリンダ１に供給される作動流体の圧力Ｐを測定する圧力測定手段４と、この圧力測定手段４により測定された作動流体の圧力Ｐに基づいて制御する制御手段５と、を備えてなるもので、制御手段５は、圧力測定手段４により測定された作動流体の圧力Ｐの時間経過に伴う変化に基づいて、ワークＷを正常にクランプしたか否かを判定する判定手段６と、所定のシーケンシャル制御を行うプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７とを含むもので、判定手段６は、流体圧シリンダ１に作動流体の供給開始から供給完了までの間の所定範囲ａ‐bの時間に作動流体の圧力Ｐが所定の圧力Ｐ１に達したか否かを判定することにより、ワークＷを正常にクランプしたか否かを判定するものである。
【００１２】
図１に示すように、この実施の形態においては、ワークＷがレール１０上を搬送され、所定の位置で位置決め停止されて所定の加工が行われる。そして、この実施の形態におけるクランプ装置は、クランプアーム２の一端が搬送されたワークＷに当接されてこれをクランプするもので、クランプアーム２の中間部を回動可能に支持するブラケット１１と、クランプアーム２の他端にピストンロッド１５が連結された流体圧シリンダとしての油圧シリンダ１とを備えている。油圧シリンダ１は、切り替えバルブ１６を介して油圧ポンプなどの油圧供給源３が管路１７により接続されて、そのピストンロッド１５が伸長・退縮可能に駆動されるよう構成されている。したがって、この実施の形態では、油圧シリンダ１のピストンロッド１５を伸長駆動することによって、クランプアーム２の一端がワークＷを押え付けるようにしてクランプする。なお、クランプ装置は、この実施の形態に限定されることなく、例えば、流体圧シリンダ１は油圧シリンダに代えてエアシリンダを採用することもでき、あるいは、ワークＷを保持するパレットをクランプするものや、また、一対のクランプアームを開閉するものなど、流体圧シリンダ１に作動流体を供給することによって駆動されるものであれば本発明を適用することができる。
【００１３】
圧力測定手段４は、油圧シリンダ１と切り替えバルブ１６との間の管路１７に介装された油圧ゲージなどの圧力センサにより構成されている。
制御手段５の判定手段６は、圧力センサ４から出力されたアナログの油圧信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器８と、以下に説明する手順に従って演算を行う演算部９と、を備えている。
【００１４】
ここで、図２〜図４に基づいて、本発明のクランプ装置のクランプ確認方法を、上述したように構成されたクランプ装置の制御内容と共に以下に説明する。
ワークＷがレール１０上を搬送されて所定の位置に位置決め停止されると、自動的にまたは手動でＰＬＣ７からクランプ指令（ＯＮ）が切り替えバルブ１６に出力され（図４のＳ１）、油圧供給源３から作動油が油圧シリンダ１に供給されて、油圧シリンダ１のピストンロッド１５が伸長駆動され、クランプアーム２がワークＷのクランプを開始する。このとき、油圧センサ４は、油圧シリンダ１に供給される作動油の油圧Ｐを計測し、その圧力Ｐに応じたアナログの油圧信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器８では、アナログの油圧信号をデジタル変換して演算部９に出力する。また、ＰＬＣ７によるクランプ指令（ＯＮ）の信号は、判定手段６にも出力される。
【００１５】
演算部９には、クランプアーム２の一端が実際にワークＷに当接してクランプを開始するときの圧力（しきい値）Ｐ１、クランプアーム２が実際にワークＷのクランプを完了したときの圧力Ｐ２、および、油圧シリンダ１への作動油の供給開始からクランプが完了するまでの間の時間Ｔのなかで所定の範囲の時間（下限時間ａ、上限時間b）が設定され、これらの値がキーボードなどの入力装置を介して入力・記憶されている。
演算部９では、クランプ指令がＯＮとなったときから、圧力センサ４から出力された圧力Ｐの値がしきい値である圧力Ｐ１に達したときまでの到達時間ｔを計測し（図４のＳ２）、この計測された到達時間ｔが設定された下限時間ａより遅いかを判断する（図４のＳ３）。到達時間ｔが下限時間ａ以前の場合（図４のＳ３でＮＯの場合、すなわち、ａ≧ｔの場合）は、図３の（ｂ）に示すように、正常な状態（図３の（ａ））と比較して早くクランプが開始されたこととなり、例えば、切粉がクランプアーム２とワークＷとの間に挟まれたり、ワークＷがクランプアーム２に適切にクランプされるよう配置されていないなど、クランプ異常が原因と想定することができる。そのため、判定手段６は、クランプ異常信号を出力し、制御手段５に警告を発したり、設備全体の稼動を停止させるなどの対処を行わせる（図４のＳ７）。
【００１６】
計測された到達時間ｔが設定された下限時間ａよりも遅い場合、（図４のＳ３でＹＥＳの場合、すなわち、ａ＜ｔの場合）には、次いで、計測された到達時間ｔが設定された上限時間ｂよりも早いかを判断する（図４のＳ４）。作動流体の圧力Ｐのしきい値Ｐ１に達する時間ｔが上限時間ｂよりも遅い場合には、例えば、油圧シリンダ１と作動流体圧供給源３との間の配管１７の漏れやワークＷが所定の位置に搬送されておらずクランプアーム２がクランプできないないなど、原因を想定することができる。そのため、判定手段６は、圧力異常信号を出力し、制御手段５に警告を発したり、設備全体の稼動を停止させるなどの対処を行わせる（図４のＳ８）。
【００１７】
一方、図４のＳ３でＹＥＳ（ａ＜ｔ＞と判断でき、且つ、図４のＳ４でＹＥＳ（ｔ＜ｂ）と判断できた場合、すなわち計測された到達時間ｔが下限時間ａと上限時間ｂとの間にある）と判断された場合には、図３の（ａ）に示すように、正常な状態でワークＷをクランプすることができたものとして判断することができる。そのため、続いて、圧力Ｐが設定されたＰ２の値に達したかを判断し（図４のＳ５）、達していない場合（ＮＯの場合）には圧力ＰがＰ２に達するまで、油圧シリンダ１への作動油の供給を継続させて、圧力Ｐが設定されたＰ２の値に達したかを繰り返し判断する。そして、圧力Ｐが設定されたＰ２の値に達したと判断すると（図４のＳ５でＹＥＳの場合）、クランプ完了となり（図４のＳ６）、クランプしたワークＷに対する所定の加工を開始することが可能となる。なお、クランプ完了を判断するための圧力Ｐ２は、ワークＷを加工するために充分なクランプ力を得ることができる圧力であれば、必ずしも最高圧力に設定する必要はない。
ワークＷに所定の加工を施した後には、制御手段５は、ＰＬＣ７にクランプ解除信号を出力させて油圧シリンダ１のピストンロッド１５が退縮駆動するように切り替えバルブ１６を制御する。
【００１８】
本発明では、クランプアーム２や油圧シリンダ１の近傍に従来の技術のようなスイッチ類を設ける必要がないため、設備コストを低減させることができ、しかも、圧力センサ４により測定された圧力の経時変化に基づいて判定を行うという簡単なプログラムを判定手段６に入力するだけで、正確に短時間でクランプの確認を行うことができる。また、ワークＷを切削加工するような場合であっても、切削加工に必要なクーラントを供給することや切粉の発生などによる影響を受けることがなく、安定してワークＷのクランプを確認することができる。さらに、本発明では、異常が発生した場合であっても、その原因をある程度想定できるため、以上に対する対応が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のクランプ装置の実施の一形態を説明するために示したブロック図である。
【図２】本発明のクランプ装置の制御を説明するために示したラダー図である。
【図３】本発明のクランプ装置のクランプ確認方法を説明するために、正常な状態と異常が発生した状態とを示した、計測された圧力と時間の関係を示すグラフである。
【図４】本発明のクランプ装置のクランプ確認方法を説明するために制御内容を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
Ｗ：ワーク、  １：油圧シリンダ（流体圧シリンダ）、  ２：クランプアーム（クランプ部材）、  ３：油圧ポンプ（作動流体供給源）、  ４圧力センサ（圧力測定手段）、  ５：制御手段、  ６：判定手段、  ７：ＰＬＣ、  ８：Ａ／Ｄ変換器、  ９：演算部、Ｐ：作動油（作動流体）の圧力、  Ｐ１：クランプ開始圧力（しきい値）、  Ｐ２：クランプ完了圧力、  ａ：下限時間、  ｂ：上限時間、  ｔ：しきい値到達時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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