ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
CLAMP DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к зажимному устройству для зажатия обрабатываемой детали с помощью поворотного зажимного рычага.
Предпосылки создания изобретения
Из предшествующего уровня техники известно, что при сварке деталей, например, автомобиля, для зажатия этих деталей используется зажимное устройство. В зажимном устройстве этого типа под действием давления текучей среды поршень цилиндра перемещается в осевом направлении. При этом с помощью коленно-рычажного механизма, соединенного со штоком поршня, зажимной рычаг поворачивается на заданный угол, соответствующий величине перемещения поршня, и переключается между состоянием зажатия, при котором обеспечивается возможность зажатия обрабатываемой детали, и состоянием разжатия, при котором обеспечивается возможность освобождения обрабатываемой детали (например, см. опубликованную японскую выложенную патентную заявку №2001-113468, и опубликованную европейскую патентную заявку №0636449).
Кроме того, в зажимном устройстве, раскрытом в опубликованной японской выложенной патентной заявке №2001-113468, с кулачковым блоком, соединенным со штоком поршня, соединен объект обнаружения и положение зажимного рычага при повороте обнаруживается за счет обнаружения этого объекта с помощью двух датчиков определения положения, установленных на боковой поверхности зажимного блока.
Сущность изобретения
В описанном выше техническом решении, известном из уровня техники, состояние поворотного зажимного рычага при повороте опосредованно обнаруживается за счет обнаружения положения объекта обнаружения, перемещающегося при совершении хода вместе со штоком поршня. Другими словами, непосредственно поворотное движение поворотного зажимного рычага не обнаруживается. Поэтому на соотношение соответствия между положением объекта обнаружения и положением поворотного зажимного рычага (точность обнаружения состояния поворотного зажимного рычага при повороте) оказывает влияние точность механической обработки коленно-рычажного механизма и точность сборки. Следовательно, при таком опосредованном способе обнаружения повышение точности обнаружения состояния поворотного зажимного рычага при его повороте представляется затруднительным.
Задача настоящего изобретения заключается в создании зажимного устройства, обеспечивающего при простой конструкции возможность непосредственного и чрезвычайно точного обнаружения состояния поворотного зажимного рычага при его повороте.
Для решения поставленной задачи зажимное устройство в соответствии с настоящим изобретением представляет собой зажимное устройство, предназначенное для зажатия обрабатываемой детали с помощью поворотного зажимного рычага, содержащее: зажимной блок; блок привода, установленный на зажимном блоке; поворотный вал, совершающий поворотное движение как одно целое с поворотным зажимным рычагом за счет действия блока привода, и блок, предназначенный для определения положения поворотного зажимного рычага при повороте, причем, блок для определения положения поворотного зажимного рычага содержит кулачок, размещенный на поворотном валу и включающий в себя заданную поверхность кулачка, такой формы, что расстояние по радиусу от центра поворотного вала до поверхности кулачка изменяется вдоль окружного направления, и датчик для определения положения поверхности кулачка, предназначенный для обнаружения положения поверхности кулачка, перемещающейся в соответствии с поворотом поворотного вала.
При такой конструкции датчик для определения положения поверхности кулачка обнаруживает положение поверхности кулачка, установленного на поворотном валу, совершающем поворотное движение как одно целое с поворотным зажимным рычагом, и поэтому при такой простой конструкции обеспечивается возможность непосредственного и чрезвычайно точного обнаружения состояния поворотного зажимного рычага при повороте.
Зажимное устройство, описанное выше, может включать в себя блок принятия решения, предназначенный для принятия решения о нахождении или ненахождении зажимного устройства в состоянии зажатия, осуществляемого на основе сравнения между выходным сигналом датчика для определения положения поверхности кулачка и заданным пороговым значением зажатия, или для принятия решения о нахождении или ненахождении зажимного устройства в состоянии разжатия, осуществляемого на основе сравнения между выходным сигналом датчика для определения положения поверхности кулачка и заданным пороговым значением разжатия.
При такой конструкции обеспечивается возможность беспрепятственного и надежного принятия решения о состоянии зажатия и о состоянии разжатия.
Зажимное устройство может дополнительно содержать механизм регулирования диапазона углов поворота, предназначенный для регулирования диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага.
При такой конструкции обеспечивается возможность зажатия различных обрабатываемых деталей, имеющих разную форму и разные размеры.
В зажимном устройстве, описанном выше, кулачок может быть выполнен из металлического материала, а датчик для определения положения поверхности кулачка может быть датчиком расстояния индукционного типа.
При такой конструкции чувствительность к магнитному полю постоянного тока, генерируемому при сварке, является более низкой по сравнению со случаем использования магнитного датчика обнаружения, и поэтому обеспечивается возможность более стабильной работы датчика для определения положения поверхности кулачка даже при использовании зажимного устройства в условиях сварки.
В рассмотренном выше зажимном устройстве датчик для определения положения поверхности кулачка может быть размещен в зажимном блоке, выполненном из материала, содержащего металл.
При такой конструкции обеспечивается возможность уменьшения массы зажимного устройства по сравнению со случаем размещения датчика для определения положения поверхности кулачка вне зажимного блока. Кроме того, зажимной блок выполняет функцию магнитного экрана, и поэтому обеспечивается возможность снижения воздействия магнитного поля постоянного тока, генерируемого при сварке.
Зажимное устройство может дополнительно содержать индикатор зажатия, который установлен с возможностью визуального отслеживания снаружи и включается при принятом блоком принятия решения решении о состоянии зажатия, и индикатор разжатия, который установлен с возможностью визуального отслеживания снаружи и включается при принятом блоком принятия решения решении о состоянии разжатия.
При такой конструкции за счет визуального отслеживания индикатора зажатия и индикатора разжатия со стороны пользователя обеспечивается возможность беспрепятственного подтверждения состояния зажатия и состояния разжатия обрабатываемой детали.
Зажимное устройство может дополнительно содержит блок задания операций с кнопкой калибровки с возможностью управления со стороны пользователя, и блок задания пороговых значений, предназначенный для задания порогового значения зажатия, осуществляемого на основе выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка в случае первой операции с блоком задания операций с кнопкой калибровки, и для задания порогового значения разжатия, осуществляемого на основе выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка в случае второй операции с блоком задания операций с кнопкой калибровки.
При такой конструкции обеспечивается возможность беспрепятственного задания порогового значения зажатия и порогового значения разжатия в соответствии с формой и размерами обрабатываемой детали, подвергаемой зажатию.
В описанном выше зажимном устройстве блок привода имеет гильзу цилиндра, поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в гильзе цилиндра вдоль осевого направления под действием давления текучей среды, и шток поршня, соединенный с этим поршнем, причем шток поршня снабжен рычажным механизмом, предназначенным для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в поворотное движение поворотного вала, а блок для определения положения поворотного зажимного рычага включает в себя объект обнаружения, перемещающийся при совершении хода вместе со штоком поршня, и датчик для определения положения объекта обнаружения, который обнаруживает положение объекта обнаружения в состоянии зажатия, причем при принятом решении о состоянии зажатия блок принятия решения сравнивает выходной сигнал датчика для определения положения объекта обнаружения с пороговым значением для создания заданного зажимного усилия и на основе сравнения с пороговым значением принимает решение о состоянии создания или несоздания зажимного усилия.
При такой конструкции в состоянии зажатия обрабатываемой детали обеспечивается возможность беспрепятственного и надежного принятия решения о состоянии создания или несоздания зажимного усилия (о состоянии создания или несоздания заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали).
В зажимном устройстве на участке объекта обнаружения, обращенном к датчику для определения положения объекта обнаружения, сформирована поверхность обнаружения, наклоненная относительно оси штока поршня, а блок задания порогового значения задает пороговое значение зажимного усилия на основе выходного сигнала датчика для определения положения объекта обнаружения в случае третьей операции с блоком задания операций с кнопкой калибровки.
При такой конструкции обеспечивается возможность беспрепятственного задания порогового значения зажимного усилия без изменения положения датчика для определения положения объекта обнаружения.
Зажимное устройство может дополнительно включать в себя индикатор зажимного усилия, который установлен с возможностью визуального отслеживания снаружи и включается при принятом блоком принятия решения решении о состоянии зажимного усилия.
При такой конструкции за счет визуального отслеживания индикатора зажимного усилия пользователь получает возможность беспрепятственного узнавания о состоянии создания заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали.
Зажимное устройство может дополнительно содержать блок вычисления скорости, выполненный с возможностью вычисления угловой скорости поворотного зажимного рычага, осуществляемого на основе выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка, и блок сравнения по скорости, который принимает решение равенстве или более низком значении угловой скорости, вычисленной блоком вычисления скорости, чем заданное пороговое значение скорости.
При такой конструкции угловая скорость поворотного зажимного рычага вычисляется с использованием выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка, и поэтому даже в случае отсутствия нового датчика для обнаружения угловой скорости поворотного зажимного рычага обеспечивается возможность принятия решения о равенстве или более низком значении угловой скорости поворотного зажимного рычага, чем пороговое значение скорости.
Зажимное устройство может дополнительно включать в себя индикатор скорости, который установлен с возможностью визуального отслеживания снаружи и включается при принятом блоком сравнения по скорости решении о более высоком значении угловой скорости, чем пороговое значение скорости.
При такой конструкции за счет визуального наблюдения индикатора скорости пользователь получает возможность беспрепятственной проверки равенства или более низкого значения угловой скорости поворотного зажимного рычага, чем пороговое значение скорости.
В описанном выше зажимном устройстве в случае, когда выходной сигнал датчика для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона зажатия, определяемого пороговым значением зажатия, а угловая скорость или угловое ускорение поворотного зажимного рычага равно нулю, блок принятия решения может принять решение о состоянии зажатия зажимного устройства.
При такой конструкции даже в случае, когда пороговое значение зажатия задано с отклонением в сторону разжатия относительно выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка в состоянии полного зажатия (в состоянии стопорения поворотного зажимного рычага в контакте с обрабатываемой деталью), обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного зажатия.
В рассмотренном выше зажимном устройстве в случае, когда выходной сигнал датчика для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона зажатия, определяемого пороговым значением зажатия, а угловая скорость или угловое ускорение поворотного зажимного рычага в течение заданного промежутка времени равно нулю, блок принятия решения может принять решение о состоянии зажатия.
При такой конструкции, даже в случае затухающих колебаний поворотного зажимного рычага при зажатии обрабатываемой детали, обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного зажатия.
В описанном выше зажимном устройстве в случае, когда выходной сигнал датчика для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона разжатия, определяемого пороговым значением разжатия, а угловая скорость или угловое ускорение равно нулю, блок принятия решения может принять решение о состоянии разжатия.
При такой конструкции, даже если пороговое значение разжатия задано с отклонением в сторону зажатия относительно выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка в состоянии полного разжатия (в состоянии стопорения поворотного зажимного рычага без контакта с обрабатываемой деталью), обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного разжатия.
В описанном выше зажимном устройстве в случае, когда выходной сигнал датчика для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона разжатия, определяемого пороговым значением разжатия, а угловая скорость или угловое ускорение в течение заданного промежутка времени равно нулю, блок принятия решения может принять решение о состоянии разжатия.
При такой конструкции даже в случае затухающих колебаний поворотного зажимного рычага при разжатии обрабатываемой детали обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного разжатия.
Зажимное устройство может дополнительно включать в себя блок вычисления скорости, который вычисляет угловую скорость или угловое ускорение на основе выходного сигнала датчика для определения положения поверхности кулачка.
При такой конструкции даже в случае отсутствия нового датчика для обнаружения угловой скорости или углового ускорения поворотного зажимного рычага обеспечивается возможность беспрепятственного получения угловой скорости или углового ускорения поворотного зажимного рычага.
В соответствии с настоящим изобретением датчик для определения положения поверхности кулачка обнаруживает положение поверхности кулачка, установленного на поворотном валу, совершающем поворотное движение как одно целое с поворотным зажимным рычагом, и поэтому при простой конструкции обеспечивается возможность непосредственного и чрезвычайно точного обнаружения состояния поворотного зажимного рычага при повороте.
Указанные выше задачи, признаки и преимущества станут более очевидными из приводимого ниже подробного описания вариантов осуществления, сопровождаемого ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид спереди зажимного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид зажимного устройства, представленного на фиг. 1, в перспективе в частично разобранном состоянии;
Фиг. 3 - продольный поперечный разрез зажимного устройства, представленного на фиг. 1, в состоянии зажатия;
Фиг. 4 - блок-схема зажимного устройства согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 5 - продольный поперечный разрез зажимного устройства, представленного на фиг. 3, в состоянии разжатия;
Фиг. 6 - график взаимного соотношения расстояния между поверхностью кулачка, показанной на фиг. 3 и катушкой обнаружения и обнаруженного резонансного импеданса;
Фиг. 7 - продольный поперечный разрез зажимного устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения в состоянии зажатия;
Фиг. 8 - блок-схема зажимного устройства согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 9 - продольный поперечный разрез зажимного устройства, представленного на фиг. 7, в состоянии разжатия;
Фиг. 10 - график взаимного соотношения расстояния между поверхностью обнаружения и катушкой обнаружения и обнаруженного резонансного импеданса;
Фиг. 11 - блок-схема зажимного устройства согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12А - схематический поперечный разрез кулачка, показанного на фиг. 11, в первом состоянии;
Фиг. 12В - схематический поперечный разрез указанного кулачка во втором состоянии;
Фиг. 13 - график взаимного соотношения расстояния между поверхностью кулачка, показанного на фиг. 11, и катушкой обнаружения и обнаруженным резонансным импедансом;
Фиг. 14А - первая временная диаграмма для объяснения операции зажатия зажимного устройства, показанного на фиг. 11;
Фиг. 14В - вторая временная диаграмма для объяснения операции разжатия указанного зажимного устройства;
Фиг. 15А - третья временная диаграмма для объяснения операции зажатия зажимного устройства, показанного на фиг. 11;
Фиг. 15В - четвертая временная диаграмма для объяснения операции разжатия указанного зажимного устройства;
Фиг. 16А - пятая временная диаграмма для объяснения операции зажатия зажимного устройства, показанного на фиг. 11;
Фиг. 16В - шестая временная диаграмма для объяснения операции разжатия указанного зажимного устройства;
Фиг. 17А - схематический поперечный разрез кулачка согласно первому модифицированному примеру;
Фиг. 17В - схематический поперечный разрез кулачка согласно второму модифицированному примеру; и
Фиг. 17С - схематический поперечный разрез кулачка согласно третьему модифицированному примеру.
Описание вариантов осуществления
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи рассматриваются предпочтительные варианты осуществления зажимного устройства в соответствии с настоящим изобретением. При этом в приводимом ниже описании направление поворота (по часовой стрелке и против часовой стрелки) поворотного зажимного рычага относится к направлениям, показанным на фиг. 3, 5, 7 и 9.
Первый вариант осуществления
Как показано на фиг. 1-3, зажимное устройство 10А согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя: блок 12 привода; зажимной блок 14, соединенный с блоком 12 привода; рычажный механизм 16, размещенный в зажимном блоке 14; поворотный зажимной рычаг 17, совершающий поворотное движение через рычажный механизм 16 за счет действия блока 12 привода; блок 18 для определения положения поворотного зажимного рычага, который обнаруживает положение поворотного зажимного рычага 17 при повороте; и блок 20 управления.
Блок 12 привода выполнен в виде гидро(пневмо)цилиндра и включает в себя: гильзу 22 цилиндра плоской трубчатой формы; торцевой блок 24, который закрывает открытый участок гильзы 22 цилиндра со стороны одного торца (в направлении стрелки А); поршень 26, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении в гильзе 22 цилиндра; крышку 28 штока, предназначенную для закрывания открытого участка гильзы 22 цилиндра со стороны другого торца (в направлении стрелки В); и шток 30 поршня, соединенный с поршнем 26.
Гильза 22 цилиндра не ограничивается плоской трубчатой формой, и может принимать любую форму, такую как правильная цилиндрическая форма или эллиптическая цилиндрическая форма. Гильза 22 цилиндра снабжена первым портом 34, сообщающимся с первой камерой 32 цилиндра, сформированной между торцевым блоком 24 и поршнем 26, а также вторым портом 38, сообщающимся со второй камерой 36 цилиндра, сформированной между поршнем 26 и крышкой 28 штока.
К первому порту 34 и ко второму порту 38 подключен трубопровод (непоказанный) для подвода и отвода сжатой текучей среды (рабочей текучей среды), обеспечивающей возвратно-поступательное движение поршня 26. Торцевой блок 24, гильза 22 цилиндра и крышка 28 штока объединены в одно целое с помощью множества крепежных болтов 40.
Практически по центру в торцевой блок 24 вкручен регулировочный болт 42 (механизм регулирования диапазона углов поворота), предназначенный для регулирования диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17 за счет регулирования хода поршня 26. Вкручивание регулировочного болта 42 позволяет регулировать длину выступания первой камеры 32 цилиндра. На головке этого болта, располагающейся внутри первой камеры 32 цилиндра, смонтирован демпфер 44, предназначенный для демпфирования удара поршня 26 и гашения ударного шума. Фиксация положения регулировочного болта 42 на торцевом блоке 24 обеспечивается с помощью накрученной на него контргайки 46.
В канавке на внешней окружной поверхности поршня 26 смонтирована кольцевая уплотнительная прокладка 48 для поршня. На центральном участке поршня 26 одним своим концом закреплен штока 30 поршня. На центральном участке крышки 28 штока сформировано отверстие 50 для штока, через которое вставлен шток 30 поршня. На поверхности стенки отверстия 50 для штока смонтированы кольцевая уплотнительная прокладка 52 для штока и пылезащитное уплотнение 54.
Зажимной блок 14 соединен с другим торцом крышки 28 штока и выполнен из металлического материала, включающего в себя, например, железо, нержавеющую сталь, алюминий или т.п. Зажимной блок 14 снабжен кронштейном 56 для фиксации положения зажимного устройство 10А на неподвижном элементе конструкции (непоказанном).
Как показано на фиг. 2, зажимной блок 14 включает в себя раму 58 с открытыми с обеих сторон участками, пару щитков 60, закрепленных на раме 58 с помощью множества винтовых элементов 59 для закрытия открытых участков рамы 58. В результате в зажимном блоке 14 формируется камера, в которой могут быть размещены другой конец штока 30 поршня и рычажный механизм 16. С другим концом штока 30 поршня соединен вилочный шарнир 62.
В вилочном шарнире 62 сформирована канавка 64 с практически Т-образным поперечным сечением, проходящая в направлении перпендикуляра к осевому направлению штока 30 поршня, в которой монтируется другой торец штока 30 поршня. Кроме того, в вилочном шарнире 62 сформировано отверстие, в которое вставляется палец 66 шарнира, проходящий вдоль направления перпендикуляра к щитку 60 (в направлении перпендикуляра к поверхности листа бумаги с фиг. 3).
Рычажный механизм 16 преобразует возвратно-поступательное движение поршня 26 в поворотное движение поворотного вала 82, описываемого ниже. Рычажный механизм 16 включает в себя первое звено 68, установленное с возможностью свободного поворота на вилочном шарнире 62 через палец 66 шарнира, второе звено 72, установленное с возможностью свободного поворота на первом звене 68 через первый палец 70, и поддерживающий рычаг 76, установленный с возможностью свободного поворота на втором звене 72 через второй палец 74.
В первом звене 68 на расстоянии друг от друга сформированы отверстие, через которое вставляется палец 66 шарнира, и отверстие, через которое вставляется первый палец 70. Во втором звене 72 на расстоянии друг от друга сформированы отверстие, через которое вставляется первый палец 70, и отверстие, через которое вставляется второй палец 74.
На поддерживающем рычаге 76 закреплен поворотный вал 82, поддерживаемый с помощью подшипника 80, вставленного в отверстие 78 щитка 60. Первый палец 70, второй палец 74 и поворотный вал 82 размещены параллельно пальцу 66 шарнира. На торце поворотного вала 82 закреплена поддерживающая стойка 86 для рычага, на которой монтируется поворотный зажимной рычаг 17. То есть поворотный вал 82 поворачивается как одно целое с поворотным зажимным рычагом 17.
Прямолинейное движение штока 30 поршня передается на вилочный шарнир 62, первое звено 68, второе звено 72 и поддерживающий рычаг 76, в результате чего этот поддерживающий рычаг 76 поворачивается и перемещается на заданный угол вместе с поворотным валом 82. Таким образом обеспечивается поворот поворотного зажимного рычага 17, установленного через поддерживающую стойку 86 для рычага на поворотном вале 82.
Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления поблизости от рычажного механизма 16 установлен направляющий ролик 88. Направляющий ролик 88 установлен с возможностью свободного вращения относительно пальца 92, вставленного в отверстие 90 зажимного блока 14, через множество тел 94 качения. При этом вращение направляющего ролика 88 обеспечивается за счет контакта с заданной рабочей поверхностью 96 второго звена 72, входящего в состав рычажного механизма 16, при повороте этого второго звена 72.
Рабочая поверхность 96 второго звена 72, сформирована так, что угол α контакта между рабочей поверхностью 96 и направляющим роликом 88 остается в процессе контакта с направляющим роликом 88 постоянным. В данном случае угол α контакта представляет собой угол между сегментом L1 линии, перпендикулярной к оси направляющего ролика 88, параллельным оси штока 30 поршня, и касательной линией L2 к рабочей поверхности 96 направляющего ролика 88.
В результате в процессе контакта рабочей поверхности 96 второго звена 72 с направляющим роликом 88 обеспечивается возможность непрерывного создания практически постоянного зажимного усилия на обрабатываемой детали. Другими словами, обеспечивается возможность относительного расширения эффективного диапазона создания заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали (диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17). Это позволяет создать заданное зажимное усилие на обрабатываемой детали без избыточного повышения давления текучей среды в цилиндре даже при сравнительно большом разбросе размеров обрабатываемой детали.
Блок 18 для определения положения поворотного зажимного рычага имеет кулачок 98, закрепленный на внешней окружной поверхности поворотного вала 82, и датчик 102 для определения положения поверхности кулачка, предназначенный для обнаружения положения поверхности 100 кулачка 98. Кулачок 98 имеет такую форму, что расстояние по радиусу от центра поворотного вала 82 до поверхности 100 кулачка изменяется вдоль окружного направления. Кроме того, кулачок 98 выполнен из металлического материала с потерями на вихревые токи, например, из железа или т.п.
Как показано на фиг. 4, в рассматриваемом варианте осуществления датчик 102 для определения положения поверхности кулачка, выполненный в виде датчика расстояния индукционного типа, включает в себя катушку 104 обнаружения, установленную в непосредственной близости от поверхности 100 кулачка, колебательный контур 106, электрически соединенный с катушкой 104 обнаружения, и схему 108 обнаружения, электрически соединенную с колебательным контуром 106.
Катушка 104 обнаружения размещена так, что ее поверхность обращена к поверхности 100 кулачка. Колебательный контур 106 возбуждает в катушке 104 обнаружения колебания заданной частоты. На основе выходного сигнала колебательного контура 106 схема 108 обнаружения обнаруживает резонансный импеданс. То есть датчик 102 для определения положения поверхности кулачка обнаруживает изменение расстояния d1 между поверхностью 100 кулачка и катушкой 104 обнаружения, вызываемое поворотом поворотного вала 82, в виде изменения резонансного импеданса, и таким образом обнаруживает положение поверхности 100 кулачка (положение поворотного зажимного рычага 17 при повороте).
Блок 20 управления располагается в коробке 110 (см. фиг. 3), установленной на зажимном блоке 14, а датчик 102 для определения положения поверхности кулачка электрически соединен с этим блоком проволочным выводом или т.п. Коробка 110 снабжена блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки, нажатие которой может осуществляться пользователем снаружи, разъемом 114, к которому может быть подключен кабель или т.п., соединенный с внешним устройством (с блоком электропитания или т.п.), и блоком 116 отображения, установленным с возможностью визуального отслеживания снаружи. Блок 16 отображения включает в себя индикатор 118 подачи электропитания, индикатор 120 разжатия, индикатор 122 зажатия и индикатор 123 скорости.
Блок 20 управления включает в себя блок 124 принятия решения, блок 125 вычисления скорости, блок 127 сравнения по скорости, блок 126 задания порогового значения и выходной блок 128.
Блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия на основе сравнения резонансного импеданса, обнаруженного с помощью схемы 108 обнаружения в составе датчика 102 для определения положения поверхности кулачка (на основе обнаруженного резонансного импеданса, именуемого далее как Z1), с пороговым значением Za зажатия, а на основе сравнения обнаруженного резонансного импеданса Z1 с пороговым значением Zb разжатия блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия.
Блок 125 вычисления скорости вычисляет угловую скорость поворотного зажимного рычага 17 (поворотного вала 82) на основе обнаруженного резонансного импеданса Z1. В частности, блок 125 вычисления скорости вычисляет угловую скорость в результате постоянного дифференцирования обнаруженного резонансного импеданса Z1 (с использованием разности). Блок 127 сравнения по скорости принимает решение о равенстве или более низком значении угловой скорости поворотного зажимного рычага 17, вычисленной блоком 125 вычисления скорости, чем заданное пороговое значение скорости. При этом пороговое значение скорости предварительно запоминается в памяти (непоказанной) блока 20 управления. Кроме того, блок 127 сравнения по скорости может принять решение о превышении или непревышении угловой скорости поворотного зажимного рычага 17, вычисленной блоком 125 вычисления скорости, порогового значения скорости.
Блок 126 задания порогового значения задает пороговое значение Za зажатия на основе выходного сигнала (на основе обнаруженного резонансного импеданса Z1) схемы 108 обнаружения при первой операции с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки, а на основе обнаруженного резонансного импеданса Z1 при второй операции с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки блок 126 задания порогового значения задает пороговое значение Zb разжатия.
Пороговое значение Za зажатия и пороговое значение Zb разжатия, заданные блоком 126 задания порогового значения, запоминаются в памяти. Выходной блок 128 обеспечивает включение и выключение индикатора 120 разжатия, индикатора 122 зажатия и индикатора 123 скорости.
Зажимное устройство 10А согласно рассматриваемому варианту осуществления имеет конструкцию, в основном соответствующую описанной выше, и ниже приводится описание процесса его работы и технических эффектов. При этом состояние разжатия, показанное на фиг. 5, считается начальным состоянием, и в этом начальном состоянии задаются пороговое значения Za зажатия и пороговое значении Zb разжатия, которые запоминаются в памяти.
Сначала пользователь прикрепляет кронштейн 56 зажимного устройства 10А к неподвижному элементу конструкции (непоказанному). Кроме того, за счет подключения кабеля к разъему 114 зажимное устройство 10А соединяется с внешним устройством (с источником электропитания или т.п.). В результате в блок 20 управления начинает подаваться электропитание, и включается индикатор 118 подачи электропитания. В начальном состоянии индикатор 120 разжатия является включенным, индикатор 122 зажатия и индикатор 123 скорости выключены, а поршень 26 располагается со стороны одного торца гильзы 22 цилиндра и находится в контакте с демпфером 44.
В случае зажатия обрабатываемой детали сжатая текучая среда подается в первый порт 34 в состоянии, при котором второй порт 38 открыт в атмосферу. При этом, как показано на фиг. 3, поршень 26 перемещается в сторону крышки 28 штока (в направлении стрелки В). Через шток 30 поршня и вилочный шарнир 62 прямолинейное движение поршня 26 передается на рычажный механизм 16, и в результате поворота поддерживающего рычага 76, входящего в состав рычажного механизма 16, поворотный вал 82 и поворотный зажимной рычаг 17 поворачиваются как одно целое в направлении по часовой стрелке.
При этом кулачок 98, закрепленный на поворотном валу 82, также поворачивается как одно целое с поворотным валом 82, расстояние d1 между поверхностью 100 кулачка и катушкой 104 обнаружения уменьшается, и значение обнаруженного резонансного импеданса Z1 становится меньше (см. фиг. 6).
В случае, когда значение обнаруженного резонансного импеданса Z1 больше, чем пороговое значение Zb разжатия, блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия. При этом выходной блок 128 поддерживает индикатор 120 разжатия включенным.
Когда при дальнейшем перемещении поршня 26 в сторону крышки 28 штока и дальнейшем повороте поворотного вала 82, значение обнаруженного резонансного импеданса Z1 становится равным или больше, чем пороговое значение Za зажатия и равным или меньше, чем пороговое значение Zb разжатия, блок 124 принятия решения принимает решение о промежуточном состоянии (о переходном состоянии от состояния разжатия в состояние зажатия). При принятом блоком 124 принятия решения решении о промежуточном состоянии выходной блок 128 выключает индикатор 120 разжатия. В результате за счет визуального отслеживания выключенных индикатора 120 разжатия и индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность беспрепятственного подтверждения промежуточного состояния обрабатываемой детали.
Затем, когда вследствие дальнейшего поворота поворотного вала 82 поворотный зажимной рычаг 17 приводится в контакт с обрабатываемой деталью, и значение обнаруженного резонансного импеданса Z1 становится меньше, чем пороговое значение Za зажатия, блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия. При принятом блоком 124 принятия решения решении о состоянии зажатия выходной блок 128 включает индикатор 122 зажатия, оставляя индикатор 120 разжатия выключенным. В результате визуального отслеживания включенного индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность подтверждения того, что обрабатываемая деталь находится в состоянии зажатия.
Кроме того, блок 125 вычисления скорости вычисляет угловую скорость поворотного зажимного рычага 17 (скорость зажатия) в момент времени, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает порогового значения Za зажатия (или непосредственно перед достижением этого значения). При этом блок 127 сравнения по скорости принимает решение о равенстве или более высоком значении скорости зажатия, чем пороговое значение скорости (пороговое значение скорости зажатия).
При принятом блоком 127 сравнения по скорости решении о более высоком значении скорости зажатия, чем пороговое значение скорости зажатия, выходной блок 128 включает индикатор 123 скорости. Это позволяет пользователю регулировать скорость подачи сжатой текучей среды, чтобы получить оптимальную скорость зажатия. Следовательно, обеспечивается возможность предотвращения чрезмерно высокой скорости зажатия, царапания поворотного зажимного рычага 17 и обрабатываемой детали и т.д. и повреждения элементов конструкции (например, рычажного механизма 16 и т.д.) зажимного устройства 10А.
В этом состоянии зажатия поршень 26 далее перемещается в сторону крышки 28 штока и рабочая поверхность 96 второго звена 72 приводится в контакт с направляющим роликом 88, в результате чего на обрабатываемой детали создается заданное зажимное усилие. При этом в период до прекращения перемещения поршня 26 в сторону крышки 28 штока на обрабатываемой детали поддерживается практически постоянное зажимное усилие.
В то же время в случае освобождения обрабатываемой детали из состояния зажатия сжатая текучая среда подается во второй порт 38 в состоянии, при котором первый порт 34 открыт в атмосферу. При этом, как показано на фиг. 5, поршень 26 перемещается в сторону торцевого блока 24. Через шток 30 поршня и вилочный шарнир 62 прямолинейное движение поршня 26 передается на рычажный механизм 16, и в результате поворота поддерживающего рычага 76, входящего в состав рычажного механизма 16, поворотный вал 82 и поворотный зажимной рычаг 17 поворачиваются как одно целое в направлении против часовой стрелки.
При этом кулачок 98, закрепленный на поворотном валу 82 также поворачивается как одно целое с поворотным валом 82, расстояние d1 между поверхностью 100 кулачка и катушкой 104 обнаружения увеличивается, и увеличивается обнаруженный резонансный импеданс Z1 (см. фиг. 6).
Когда значение обнаруженного резонансного импеданс Z1 становится равным или больше, чем пороговое значение Za зажатия, и равным или меньше, чем пороговое значение Zb разжатия, блок 124 принятия решения принимает решение о промежуточном состоянии (о переходном состоянии от состояния зажатия в состояние разжатия). При принятом блоком 124 принятия решения решении о промежуточном состоянии выходной блок 128 выключает индикатор 120 разжатия. В результате за счет визуального отслеживания выключенных индикатора 120 разжатия и индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность беспрепятственного подтверждения промежуточного состояния обрабатываемой детали.
Затем, когда вследствие дальнейшего перемещения поршня 26 в сторону торцевого блока 24 значение обнаруженного резонансного импеданса Z1 становится больше, чем пороговое значение Zb разжатия, блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия. При принятом блоком 124 принятия решения решении о состоянии разжатия выходной блок 128 включает индикатор 120 разжатия, оставляя индикатор 122 зажатия выключенным.
В результате визуального отслеживания включения индикатора 122 разжатия пользователь получает возможность подтверждения того, что обрабатываемая деталь находится в состоянии разжатия. После того, так как поршень 26 приводится в контакт с демпфером 44, перемещение поршня 26 в сторону торцевого блока 24 прекращается. Прекращается и поворотное движение поворотного вала 82 и поворотного зажимного рычага 17.
Кроме того, блок 125 вычисления скорости вычисляет угловую скорость поворотного зажимного рычага 17 (скорость разжатия) в момент времени, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает порогового значения Zb разжатия (или непосредственно перед достижением этого значения). После этого блок 127 сравнения по скорости принимает решение о равенстве или более низком значении скорости разжатия, чем пороговое значение скорости (пороговое значение скорости разжатия). При этом пороговое значение скорости разжатия может быть таким же или отличаться от порогового значения скорости зажатия.
При принятом блоком 127 сравнения по скорости решении о более высоком значении скорости разжатия, чем пороговое значение скорости разжатия, выходной блок 128 включает индикатор 123 скорости. Это позволяет пользователю регулировать скорость подачи сжатой текучей среды, чтобы получить оптимальную скорость разжатия. Следовательно, обеспечивается возможность предотвращения чрезмерно высокой скорости разжатия и повреждения элементов конструкции (например, рычажного механизма 16 и т.д.) зажимного устройства 10А.
В описанном выше зажимном устройстве 10А, например, регулирование диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17, а также задание пороговое значения Za зажатия и порогового значения Zb разжатия осуществляется в соответствии с формой и размерами обрабатываемой детали.
Регулирование диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17 осуществляется за счет вкручивания регулировочного болта 42, обеспечивающего изменение длины выступания первой камеры 32 цилиндра. В результате изменяется длина хода поршня 26, и поэтому изменяется диапазон углов поворота поворотного вала 82 и поворотного зажимного рычага 17, совершающих поворотное движение через рычажный механизм 16 за счет прямолинейного движения поршня 26.
При этом в случае целесообразности расширения диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается уменьшение длины выступания регулировочного болта 42 в первую камеру 32 цилиндра, а в случае целесообразности сужения диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается увеличение длины выступания регулировочного болта 42 в первую камеру 32 цилиндра.
В случае изменения порогового значения Za зажатия под действием давления текучей среды обеспечивается перемещение поршня 26 в сторону крышки 28 штока, за счет чего поворотный зажимной рычаг 17 приводится в контакт с обрабатываемой деталью, и происходит зажатие этой обрабатываемой детали. Затем в этом состоянии пользователь непрерывно нажимает на кнопку блока 112 задания операций с кнопкой калибровки (удерживает ее в нажатом состоянии) в течение заданного промежутка времени (например, в течение 3 секунд) или больше (первая операция). В результате на основе значения обнаруженного при этом резонансного импеданса Z1 задается новое пороговое значение Za зажатия, и это значение запоминается в памяти блока 20 управления.
Изменение же порогового значения Zb разжатия осуществляется в состоянии, при котором поворотный зажимной рычаг 17 располагается в положении с заданным углом поворота (с углом разжатия). При этом пользователь нажимает на кнопку блока 112 задания операций с кнопкой калибровки в течение времени менее заданного промежутка времени (например, приблизительно в течение 1 секунды). В результате на основе значения обнаруженного при этом резонансного импеданса Z1 задается новое пороговое значение Zb разжатия, и это значение запоминается в памяти блока 20 управления.
Как указано выше, даже при изменении формы и размеров обрабатываемой детали, в результате нажатия кнопки блока 112 задания операций с кнопкой калибровки в состоянии, при котором поворотный зажимной рычаг 17 располагается в положении с заданным углом поворота, обеспечивается возможность беспрепятственного повторного задания порогового значения Za зажатия и порогового значения Zb разжатия. Кроме того, за счет изменения длительности нажатия кнопки 112 калибровки с помощью одной кнопки блока 112 задания операций с кнопкой калибровки обеспечивается возможность задания как порогового значения Za зажатия, так и порогового значения Zb разжатия.
Согласно рассматриваемому варианту осуществления положение поверхности 100 кулачка 98, установленного на поворотном валу 82, совершающем поворотное движение как одно целое с поворотным зажимным рычагом 17, обнаруживается с помощью датчика 102 для определения положения поверхности кулачка, и поэтому при простой конструкции обеспечивается возможность непосредственного и чрезвычайно точного обнаружения состояния поворотного зажимного рычага 17 при повороте.
Кроме того, блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия обрабатываемой детали на основе сравнения между выходным сигналом (между обнаруженным резонансным импедансом Z1) датчика 102 для определения положения поверхности кулачка и пороговым значением Za зажатия, а на основе сравнения обнаруженного резонансного импеданса Z1 и порогового значения Zb разжатия блок 124 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия обрабатываемой детали. Поэтому обеспечивается возможность беспрепятственного и надежного принятия решения о состоянии зажатия и о состоянии разжатия.
Кроме того, так как задание порогового значения Za зажатия и порогового значения Zb разжатия осуществляется на основе обнаруженного резонансного импеданса при нажатии на кнопку блока 112 задания операций с кнопкой калибровки, то обеспечивается возможность беспрепятственного задания порогового значения Za зажатия и порогового значения Zb разжатия.
Кроме того, в результате регулирования длины выступания регулировочного болта 42 в первую камеру 32 цилиндра за счет вкручивания регулировочного болта 42 обеспечивается возможность регулирования диапазона углов поворота поворотного зажимного рычага 17 (максимального угла раствора поворотного зажимного рычага 17 со стороны разжатия).
В рассматриваемом варианте осуществления кулачок 98 выполнен из металлического материала, а датчик 102 для определения положения поверхности кулачка является датчиком расстояния индукционного типа. Таким образом, чувствительность к магнитному полю постоянного тока, генерируемому при сварке, является более низкой по сравнению со случаем использования в качестве датчика 102 для определения положения поверхности кулачка, например, магнитного датчика обнаружения, и поэтому обеспечивается возможность более стабильной работы датчика 102 для определения положения поверхности кулачка даже при использовании зажимного устройства 10А в условиях сварки.
Кроме того, так как датчик 102 для определения положения поверхности кулачка располагается в зажимном блоке 14, выполненном из материала, включающего в себя металл, то за счет эффекта магнитного экрана обеспечивается возможность снижения воздействия магнитного поля постоянного тока, генерируемого при сварке. Кроме того, обеспечивается возможность уменьшения массы зажимного устройства 10A по сравнению со случаем размещения датчика 102 для определения положения поверхности кулачка вне зажимного блока 14.
Кроме того, так как индикатор 122 зажатия и индикатор 120 разжатия установлены так, что могут визуально отслеживаться пользователем, то обеспечивается возможность беспрепятственного подтверждения состояния зажатия и состояния разжатия обрабатываемой детали.
В рассматриваемом варианте осуществления угловая скорость (скорость зажатия и скорость разжатия) поворотного зажимного рычага 17 вычисляется с использованием выходного сигнала датчика 102 для определения положения поверхности кулачка. Поэтому даже в случае отсутствия нового датчика для обнаружения угловой скорости поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается возможность принятия решения решение о равенстве или более низком значении угловой скорости поворотного зажимного рычага 17, чем пороговое значение скорости.
Второй вариант осуществления
Ниже приводится описание зажимного устройства 10В согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. При этом во втором варианте осуществления элементы конструкции, аналогичные элементам конструкции рассмотренного выше зажимного устройства 10А согласно первому варианту осуществления, обозначены теми же самыми номерами позиций, и подробное описание этих позиций не приводится. Это также относится к третьему варианту осуществления, описание которого приводится ниже.
Как показано на фиг. 7, блок 140 для определения положения поворотного зажимного рычага в составе зажимного устройства 10В согласно рассматриваемому варианту осуществления включает в себя вилочный шарнир 142 (объект обнаружения), перемещающийся при совершении хода вместе со штоком 30 поршня, и датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142.
Вилочный шарнир 142 выполнен из металлического материала с потерями на вихревые токи, например, из железа или т.п. На участке вилочного шарнира 142 сформирована наклонная поверхность 146, располагающаяся в состоянии зажатия обрабатываемой детали с противоположной от поворотного вала 82 стороны (с левой стороны на фиг. 7) с наклоном в направлении расположения первого звена 68 (в направлении стрелки В) в сторону расположения поворотного вала 82 (в правую сторону на фиг. 7).
Датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142, размещенный в зажимном блоке 14, обнаруживает положение наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 в состоянии зажатия обрабатываемой детали. Как показано на фиг. 8, датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142, выполненный в виде датчика расстояния индукционного типа, включает в себя катушку 148 обнаружения, колебательный контур 150 и схему 152 обнаружения и имеет ту же конструкцию, что и описанный выше датчик 102 для определения положения поверхности кулачка.
Таким образом, так как вилочный шарнир 142 выполнен из металлического материала, а датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142, являющийся датчиком расстояния индукционного типа, располагается в зажимном блоке 14, обладающем эффектом магнитного экрана, то воздействие магнитного поля постоянного тока, генерируемого при сварке, снижается и обеспечивается возможность более стабильной работы датчика 144.
Катушка 148 обнаружения размещена так, что в состоянии зажатия обрабатываемой детали поверхность этой катушки располагается поблизости от наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 напротив этой поверхности. То есть датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 обнаруживает изменение расстояния 62 между наклонной поверхностью 146 и катушкой 148 обнаружения, вызываемое возвратно-поступательным движением поршня 26, в виде изменения резонансного импеданса, и таким образом обнаруживает положение наклонной поверхности 146 в состоянии зажатия обрабатываемой детали.
Блок отображения 154 включает в себя индикатор 156 зажимного усилия, установленный с возможностью визуального отслеживания снаружи. При принятом решении о состоянии зажатия блок 160 принятия решения, входящий в состав блока 158 управления, принимает решение о состоянии создания или несоздания зажимного усилия на основе сравнения выходного сигнала датчик 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 с заданным пороговым значением Zc зажимного усилия.
Блок 162 задания порогового значения задает заданное пороговое значение Za зажатия, пороговое значение Zb разжатия и пороговое значение Zc зажимного усилия. В частности, блок 162 задания порогового значения задает в качестве порогового значения Zc зажимного усилия значение обнаруженного резонансного импеданса Z2 датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 в результате последовательного двукратного нажатия кнопки блока 112 задания операций с кнопкой калибровки (третья операция) при состоянии зажатия обрабатываемой детали поворотным зажимным рычагом 17 с заданным зажимным усилием. Таким образом обеспечивается возможность беспрепятственного изменения порогового значения Zc зажимного усилия в зависимости от формы и размеров обрабатываемой детали, подлежащей зажатию. Пороговое значение Zc зажимного усилия, заданное блоком 162 задания порогового значения, запоминается в памяти (не показанной) блока 158 управления.
Как указано выше, в рассматриваемом варианте осуществления обеспечивается возможность задания всех значений - порогового значения Za зажатия, порогового значения Zb разжатия и порогового значения Zc зажимного усилия с помощью одной кнопки блока 112 задания операций с кнопкой калибровки. При принятом блоком 160 принятия решения решении о состоянии зажимного усилия выходной блок 164 включает индикатор 156 зажимного усилия.
В зажимном устройстве 10В согласно рассматриваемому варианту осуществления, когда поршень 26 перемещается в сторону крышки 28 штока под действием давления текучей среды, шток 30 поршня и вилочный шарнир 142 перемещаются в сторону первого звена 68 (в направлении стрелки В), а поворотный вал 82 и поворотный зажимной рычаг 17 поворачиваются как одно целое в направлении по часовой стрелке.
При перемещении вилочного шарнира 142 в положение напротив катушки 148 обнаружения, входящей в состав датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142, обнаруженный резонансный импеданс Z2 выводится из схемы 152 обнаружения в блок 158 управления.
При принятом решении о состоянии зажатия обрабатываемой детали на основе обнаруженного резонансного импеданса Z1 датчика 102 для определения положения поверхности кулачка блок 160 принятия решения принимает решение о создании или несоздании зажимного усилия на основе сравнения обнаруженного резонансного импеданса Z2 датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 с пороговым значением Zc зажимного усилия. То есть, когда обнаруженный резонансный импеданс Z2 имеет значение, равное или превышающее пороговое значение Zc зажимного усилия, блок 160 принятия решения принимает решение о несоздании заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали.
Затем вследствие дальнейшего перемещения поршня 26 в сторону крышки 28 штока расстояние d2 между наклонной поверхностью 146, входящей в состав вилочного шарнира 142, и катушкой 148 обнаружения, входящей в состав датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142, уменьшается, и значение обнаруженного резонансного импеданса Z2 становится меньше (см. фиг. 10). После этого, когда значение обнаруженного резонансного импеданса Z2 становится меньше, чем пороговое значение Zc зажимного усилия, блок 160 принятия решения принимает решение о состоянии зажимного усилия. При принятом блоком 160 принятия решения решении о состоянии зажимного усилия выходной блок 164 включает индикатор 156 зажимного усилия. В результате визуального отслеживания включения индикатора 156 зажимного усилия пользователь получает возможность беспрепятственного подтверждения состояния зажимного усилия.
Согласно рассматриваемому варианту осуществления при принятом решении о состоянии зажатия обрабатываемой детали блок 160 принятия решения принимает решение о создании или несоздании заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали на основе сравнение выходного сигнала датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 с пороговым значением Zc зажимного усилия. Поэтому обеспечивается возможность беспрепятственного и надежного принятия решения о состоянии надежного создания или несоздания заданного зажимного усилия на обрабатываемой детали.
Кроме того, наклонная поверхность 146 вилочного шарнира 142 наклонена в сторону расположения поворотного вала 82 в направлении первого звена 68. Другими словами, так как наклонная поверхность 146 вилочного шарнира 142 наклонена относительно оси штока 30 поршня, то расстояние d2 между катушкой 148 обнаружения датчика 144 расстояния до наклонной поверхности 146 вилочного шарнира 142 и наклонной поверхностью 146 может изменяться постепенно. Таким образом, обеспечивается возможность беспрепятственного задания порогового значения Zc зажимного усилия без изменения положения датчика 144.
Третий вариант осуществления
Ниже приводится описание зажимного устройства 10С согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 11, блок 168 для определения положения поворотного зажимного рычага зажимного устройства 10С согласно рассматриваемому варианту осуществления включает в себя кулачок 170. Как показано на фиг. 12А и 12В, кулачок 170 имеет такую форму, что расстояние по радиусу от центра поворотного вала 82 до поверхности 172 кулачка постепенно увеличивается вдоль окружного направления. Кроме того, кулачок 170 выполнен из металлического материала с потерями на вихревые токи, например из железа или т.п. Поверхность 172 кулачка располагается вокруг всей внешней окружной поверхности (в диапазоне 360°) кулачка 170. Другими словами, кулачок 170 снабжен ступенчатым участком 174, соединяющим участок поверхности 172 кулачка с минимальным радиусом и участок поверхности 172 кулачка с максимальным радиусом между собой.
Расстояние между поверхностью 172 кулачка и катушкой 104 обнаружения в состоянии полного зажатия (в состоянии стопорения поворотного зажимного рычага 17 в контакте с обрабатываемой деталью) составляет d1a (см. фиг. 12А). Расстояние между поверхностью 172 кулачка и катушкой 104 обнаружения в состоянии полного разжатия (в состоянии стопорения поворотного зажимного рычага без контакта с обрабатываемой деталью) составляет d1b (см. фиг. 12В).
Кулачок 170 закреплен на внешней окружной поверхности поворотного вала 82 так, что расстояние d1a меньше, чем расстояние d1b, а ступенчатый участок 174 в процессе поворота поворотного зажимного рычага 17 не располагается напротив катушки 104. В случае использования такого кулачка 170, как показано на фиг. 13, обнаруженный резонансный импеданс Z1 уменьшается линейно (как линейная функция) с уменьшением расстояния d1 между поверхностью 172 кулачка и катушкой 104 обнаружения.
Как показано на фиг. 11, блок 176 управления зажимного устройства 10С включает в себя блок 125 вычисления скорости, блок 127 сравнения по скорости, выходной блок 128, блок 178 задания порогового значения и блок 182 принятия решения.
Блок 178 задания порогового значения задает в качестве порогового значения Za зажатия значение, полученное в результате суммирования величины перемещения с обнаруженным резонансным импедансом Z1 при первой операции с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки. В рассматриваемом варианте осуществления первая операция с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки выполняется в состоянии полного зажатия, поэтому блок 178 задания порогового значения суммирует величину смещения с обнаруженным резонансным импедансом Z1 в состоянии полного зажатия (именуемым как резонансный импеданс Za0 зажатия) и задает это значение в качестве порогового значения Za зажатия.
Кроме того, блок 178 задания порогового значения задает в качестве порогового значения Zb разжатия значение, полученное, в результате вычитания величины перемещения из обнаруженного резонансного импеданса Z1 при второй операции с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки. В рассматриваемом варианте осуществления вторая операция с блоком 112 задания операций с кнопкой калибровки выполняется в состоянии полного разжатия, поэтому блок 178 задания порогового значения вычитает величину смещения из обнаруженного резонансного импеданса Z1 в состоянии полного разжатия (именуемого как резонансный импеданс Zb0 разжатия) и задает это значение в качестве порогового значения Zb разжатия.
В случае, когда выходной сигнал (обнаруженный резонансный импеданс Z1) датчика 102 для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона зажатия, определяемого пороговым значением Za зажатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости продолжает в течение заданного периода времени сохранять нулевое значение, блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия. В данном случае допустимый диапазон зажатия представляет собой диапазон между резонансным импедансом Za0 зажатия и пороговым значением Za зажатия.
В случае, когда выходной сигнал (обнаруженный резонансный импеданс Z1) датчика 102 для определения положения поверхности кулачка находится в пределах допустимого диапазона разжатия, определяемого пороговым значением Zb разжатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости продолжает в течение заданного времени сохранять нулевое значение, блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия. В данном случае допустимый диапазон разжатия представляет собой диапазон между резонансным импедансом Zb0 разжатия и пороговым значением Zb разжатия. Заданное время, используемое в блоке 182 принятия решения, может быть задано произвольно.
Кроме того, в случае, когда угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, продолжает в течение заданного времени сохранять ненулевое значение, блок 182 принятия решения принимает решение о промежуточном состоянии (о переходном состоянием между состоянием зажатия и состоянием разжатия).
В рассматриваемом варианте осуществления в случае зажатия обрабатываемой детали в зажимном устройстве 10С в начальном состоянии (в состоянии разжатия) сжатая текучая среда подается в первый порт 34 в состоянии, при котором второй порт 38 открыт в атмосферу. При этом, как показано на фиг. 14А, в момент Т1 времени поворотный вал 82 и поворотный зажимной рычаг 17 начинают поворачиваться как одно целое в направлении по часовой стрелке.
То есть в момент Т1 времени в поворотном зажимном рычаге 17 развивается угловая скорость, и поэтому блок 182 принятия решения принимает решение о промежуточном состоянии. При этом выходной блок 128 выключает индикатор 120 разжатия (обесточивает индикатор 120 разжатия). В результате за счет визуального отслеживания выключенных индикатора 120 разжатия и индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность беспрепятственного подтверждения промежуточного состояния зажимного устройства 10С.
По истечении момента Т1 времени в момент Т2 времени обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает порогового значения Zb разжатия, в момент ТЗ времени - порогового значения Za зажатия, а в момент Т4 времени - резонансного импеданса Za0 зажатия (расположенного в пределах допустимого диапазона зажатия).
В момент Т4 времени поворотный зажимной рычаг 17 приводится в контакт с обрабатываемой деталью, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, приобретает нулевое значение. При этом в течение периода времени от момента Т4 времени до момента Т5 времени угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение. Поэтому в момент Т5 времени блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия, а выходной блок 128 включает индикатор 122 зажатия (включает электропитание индикатора 122 зажатия), оставляя индикатор 120 разжатия выключенным. В результате визуального отслеживания включения индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность подтверждения того, что обрабатываемая деталь находится в состоянии зажатия.
В то же время в случае разжатия обрабатываемой детали в зажимном устройстве 10С в состоянии зажатия сжатая текучая среда подается во второй порт 38 в состоянии, при котором первый порт 34 открыт в атмосферу. При этом, как показано на фиг. 14 В, в момент времени Т11 поворотный вал 82 и поворотный зажимной рычаг 17 начинают поворачиваться как одно целое в направлении против часовой стрелки.
То есть в момент времени T11 в поворотном зажимном рычаге 17 развивается угловая скорость, и поэтому блок 182 принятия решения определяет промежуточное состояние. При этом выходной блок 128 выключает индикатор 122 зажатия (обесточивает индикатор 122 зажатия). В результате за счет визуального отслеживания выключенных индикатора 120 разжатия и индикатора 122 зажатия пользователь получает возможность беспрепятственного подтверждения промежуточного состояния зажимного устройства 10С.
По истечении момента Т11 времени в момент Т12 обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает времени порогового Za значения, в момент Т13 - порогового значения Zb разжатия, а в момент Т14 времени - резонансного импеданса Zb0 разжатия (расположенного в пределах допустимого диапазона разжатия).
В момент Т14 времени поршень 26 приводится в контакт с демпфером 44, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, приобретает нулевое значение. При этом в течение периода времени с момента Т14 времени до момента Т15 времени, угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение. Поэтому в момент Т15 времени блок 182 принятия решения принимает решение о состояния разжатия, а выходной блок 128 включает индикатор 120 разжатия (включает электропитание индикатора 120 разжатия), оставляя индикатор 122 зажатия выключенным. В результате визуального отслеживания включения индикатора 120 разжатия пользователь получает возможность подтверждения того, что обрабатываемая деталь находится в состоянии полного разжатия.
Согласно рассматриваемому варианту осуществления блок 178 задания порогового значения задает в качестве порогового значения Za зажатия значение, полученное в результате суммирования величины перемещения с резонансным импедансом Za0 зажатия. Поэтому даже в случае наличия температурной зависимости датчика 102 для определения положения поверхности кулачка обеспечивается возможность надежного обнаружения резонансного импеданса Z1, значение которого меньше, чем пороговое значение Za зажатия.
Кроме того, блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона зажатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, продолжает в течение заданного периода времени сохранять нулевое значение.
Следовательно, даже в случае, когда пороговое значение Za зажатия задано с отклонением в сторону разжатия относительно резонансного импеданса Za0 зажатия, обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного зажатия.
Согласно рассматриваемому варианту осуществления блок 178 задания порогового значения задает в качестве порогового значения Zb разжатия значение, полученное в результате вычитания перемещения из резонансного импеданса Zb0 разжатия. Поэтому даже в случае наличия температурной зависимости датчика 102 для определения положения поверхности кулачка обеспечивается возможность надежного обнаружения резонансного импеданса Z1, значение которого больше, чем пороговое значение Zb разжатия.
Кроме того, блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона разжатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, продолжает в течение заданного периода времени сохранять нулевое значение.
Следовательно, даже в случае, когда пороговое значение Zb разжатия задано с отклонением в сторону зажатия относительно резонансного импеданса Zb0 разжатия, обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного разжатия.
В рассматриваемом варианте осуществления, например, в случае затухающих колебаний поворотного вала 82 при приведении поворотного зажимного рычага 17 в контакт с обрабатываемой деталью, обнаруженный резонансный импеданс Z1 и угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, также совершают затухающие колебания (см. фиг. 15А). В этом случае затухающие колебания обнаруженного резонансного импеданса Z1 и угловой скорости прекращаются в момент Т6 времени.
При этом в течение периода времени от момента Т6 времени до момента Т7 времени угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение. Поэтому в момент Т7 времени блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия. Следовательно, обеспечивается возможность предотвращения принятия решения о состоянии зажатия в период затухающих колебаний поворотного зажимного рычага 17. То есть даже в случае затухающих колебаний поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного зажатия. Таким образом, обеспечивается возможность предотвращения колебаний выходного сигнала выходного блока 128, подаваемого в индикатор 122 зажатия, и мигания этого индикатора 122 зажатия.
Кроме того, например, в случае затухающих колебаний поворотного вала 82 при приведении поршня 26 в контакт с демпфером 44 обнаруженный резонансный импеданс Z1 и угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, также совершают затухающие колебания (см. фиг. 15В). В этом случае затухающие колебания обнаруженного резонансного импеданса Z1 и угловой скорости прекращаются в момент Т16 времени.
При этом в течение периода времени с момента Т16 времени до момента Т17 времени угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение. Поэтому в момент Т17 времени блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия. То есть даже в случае затухающих колебаний поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного разжатия. Таким образом, обеспечивается возможность предотвращения колебаний выходного сигнала выходного блока 128, подаваемого в индикатор 120 разжатия, и мигания этого индикатора 120 разжатия.
В рассматриваемом варианте осуществления, например, в случае возникновения зазора по окружности поворотного вала 82 и т.п. вследствие старения и износа зажимного устройства 10С происходит уменьшение резонансного импеданса Za0 зажатия и увеличение резонансного импеданса Zb0 разжатия (см. фиг. 16А и 16В). На фиг. 16А и 16В графики, соответствующие поворотному валу 82 и т.п. в случае отсутствия зазора по окружности, показаны штрихпунктирными линиями с двумя точками, а графики, соответствующие поворотному валу 82 и т.п. с зазором по окружности, - сплошными линиями.
В случае зажатия обрабатываемой детали таким зажимным устройством 10С, как показано на фиг. 16А, в момент Т2а времени обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает порогового значения Zb разжатия, в момент Т3а времени - порогового значения Za зажатия, а в момент Т4а времени - резонансного импеданса Za0 зажатия (расположенного в пределах допустимого диапазона зажатия).
В момент Т4а времени поворотный зажимной рычаг 17 приводится в контакт с обрабатываемой деталью, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17, вычисленная блоком 125 вычисления скорости, приобретает нулевое значение. При этом в течение периода времени с момента Т4а времени до момента Т5а времени угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение. Поэтому в момент Т5а времени блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии зажатия, а выходной блок 128 включает индикатор 122 зажатия (включает электропитание индикатора 122 зажатия), оставляя индикатор 120 разжатия выключенным.
В то же время в случае разжатия обрабатываемой детали, как показано на фиг. 16В, обнаруженный резонансный импеданс Z1 достигает в момент Т12а времени порогового значение Za зажатия, в момент Т13а - порогового значения Zb разжатия, а в момент Т14а времени - резонансного импеданса Zb0 расжатия (расположенного в пределах допустимого диапазона разжатия).
Кроме того, в момент Т14а времени поршень 26 приводится в контакт с демпфером 44, и угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 вычисленная блоком 125 вычисления скорости, приобретает нулевое значение. При этом в течение периода времени с момента Т14а до момента Т15а времени угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 продолжает сохранять нулевое значение в течение заданного промежутка времени. Поэтому в момент Т15а времени блок 182 принятия решения принимает решение о состоянии разжатия, и выходной блок 128 включает индикатор 120 разжатия (включает электропитание индикатора 120 разжатия), оставляя индикатор 122 зажатия выключенным.
Как указано выше, в рассматриваемом варианте осуществления, даже в случае возникновения зазора по окружности поворотного вала 82 и т.п. возможность надежного и беспрепятственного принятия решения о состоянии полного зажатия обеспечивается без повторного задания порогового значения Za зажатия и порогового значения Zb разжатия.
Согласно рассматриваемому варианту осуществления блок 125 вычисления скорости вычисляет угловую скорость поворотного зажимного рычага 17 в результате постоянного дифференцирования выходного сигнала датчика 102 для определения положения поверхности кулачка (обнаруженного резонансного импеданса Z1) (с использованием разности). Поэтому даже в случае отсутствия нового датчика для обнаружения угловой скорости поворотного зажимного рычага 17 обеспечивается возможность беспрепятственного получения угловой скорости поворотного зажимного рычага.
В рассматриваемом варианте осуществления блок 182 принятия решения может принять решение о состоянии зажатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона зажатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 имеет нулевое значение. В этом случае, так как принятие решения о состоянии зажатия может быть осуществлено в момент приобретения угловой скоростью поворотного зажимного рычага 17 нулевого значения, то обеспечивается возможность сокращения времени, требуемого для принятия решения.
Кроме того, блок 182 принятия решения может принять решение о состоянии разжатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона разжатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 имеет нулевое значение. В этом случае, так как принятие решения о состоянии разжатия может быть осуществлено в момент приобретения угловой скоростью поворотного зажимного рычага 17 нулевого значения, то обеспечивается возможность сокращения времени, требуемого для принятия решения.
В рассматриваемом варианте осуществления блок 182 принятия решения может принять решение о состоянии зажатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона зажатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 имеет нулевое значение (продолжает сохранять нулевое значение в течение заданного периода времени). Крое того, блок 182 принятия решения может принять решение о состоянии разжатия в случае, когда обнаруженный резонансный импеданс Z1 находится в пределах допустимого диапазона разжатия, а угловая скорость поворотного зажимного рычага 17 имеет нулевое значение (продолжает сохранять нулевое значение в течение заданного периода времени). При этом угловое ускорение поворотного зажимного рычага 17 может быть вычислено блоком 125 вычисления скорости в результате постоянного двукратного дифференцирования обнаруженного резонансного импеданса Z1. В этом случае также достигается тот же технический эффект, что и в случае использования угловой скорости.
Зажимные устройства 10А-10С не ограничиваются описанными выше конструкциями. Например, зажимные устройства 10А-10С могут быть снабжены кулачком 190а согласно первому модифицированному примеру, в котором поверхность 192а кулачка на внешней окружной поверхности образована пластиной дугообразной формы (см. фиг. 17А). В этом случае кулачок 190а может быть закреплен на поворотном валу 82, например, с помощью винта или т.п. (непоказанного).
Кроме того, зажимные устройства 10А-10С могут быть снабжены кулачком 190b согласно второму модифицированному примеру, в котором поверхность 192b кулачка на внешней окружной поверхности образована так называемым эксцентриковым кулачком (см. фиг. 17В). Кроме того, зажимные устройства 10А-10С могут быть снабжены кулачком 190с согласно третьему модифицированному примеру, в котором поверхность 192 с кулачка на внешней окружной поверхности имеет в поперечном сечении эллиптическую форму (см. фиг. 17С). Само собой разумеется, что кулачки 190а-190с выполнены из металлического материала, такого как железо или т.п., с потерями на вихревые токи. Как описано выше, в случае использования кулачков 190а-190с в соответствии с модифицированными примерами с первого по третий также достигаются вышеописанные технические эффекты и преимущества.
Вместо кулачка 98 зажимные устройства 10А и 10В могут включать в себя кулачок 170 зажимного устройства 10С. Кроме того, вместо кулачка 170 зажимное устройство 10С может быть снабжено кулачком 98. В этих случаях также достигаются вышеописанные технические эффекты и преимущества.
В зажимных устройствах 10A-10С диапазон углов поворота поворотного зажимного рычага 17 может регулироваться в результате замены гильзы 22 цилиндра на гильзу цилиндра с более длинной или короткой длиной, чем вся длина гильзы 22 цилиндра. Кроме того, блок привода может быть образован, например, электродвигателем или т.п.
Зажимное устройство в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, и, само собой разумеется, что предполагается возможность различных конструкций, не выходящих за пределы сущности и объема настоящего изобретения.