流体压力缸移动时间传感器

技术领域

本发明涉及一种测量气缸等流体压力缸的活塞移动规定行程所需的时间的传感器。

背景技术

以往，已知一种具备对安装于活塞的磁铁的磁力进行检测的传感器且检测活塞的位置的流体压力缸。

例如，日本专利第5889808号公报记载了一种在活塞安装一对磁铁且将两个接近开关配置于缸筒的外侧的流体压力缸的位置检测装置。该流体压力缸的位置检测装置通过使用同极相向的一对磁铁来增大检测的磁力的峰值。

然而，上述流体压力缸的位置检测装置需要两个接近传感器(磁传感器)。一般而言，如果有多个活塞的位置需要进行检测，则需要与之对应的数量的磁传感器。因此，在测量活塞从规定的第一位置移动至规定的第二位置所需的时间的情况下，需要两个磁传感器。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题。

本发明所涉及的流体压力缸移动时间传感器是如下这样的传感器：具备单一的磁传感器，该磁传感器检测磁铁的磁通密度，该磁铁安装于流体压力缸的活塞，流体压力缸移动时间传感器测量活塞移动规定行程所需的时间。磁铁配置为该磁铁的磁化方向与活塞的移动方向一致，磁传感器能够检测与活塞的移动方向垂直的方向的磁通密度。沿着活塞的移动方向的磁铁的位置与磁传感器检测的磁通密度的关系由具有正的极大值和负的极小值的曲线表示。将比正的极大值小的正的值设为第一阈值，并且将比负的极小值大的负的值设为第二阈值。将磁传感器检测的磁通密度超过第一阈值的时间点或者低于第一阈值的时间点设为起点和终点的一方，将磁传感器检测的磁通密度超过第二阈值的时间点或者低于第二阈值的时间点设为所述起点和所述终点的另一方。并且，流体压力缸移动时间传感器测量从起点到终点的时间。

根据上述流体压力缸移动时间传感器，通过将单一的1轴磁传感器检测的磁通密度与第一阈值及第二阈值进行比较，能够判定活塞移动规定行程时的起点和终点。

本发明所涉及的流体压力缸移动时间传感器能够基于单一的1轴磁传感器检测的磁通密度来判定起点和终点。因此，能够使用简单的结构的磁传感器来测量活塞移动规定行程所需的时间。

通过参照添附的附图说明的以下的实施方式的说明而使上述目的、特征以及优点容易了解。

附图说明

图1是表示具备本发明的流体压力缸移动时间传感器的流体压力缸的基本结构的图。

图2是表示图1的流体压力缸中的活塞位置与检测磁通密度的关系的图。

图3是用于说明使用磁通密度的阈值来判定起点和终点的方法的图。

图4是用于说明设定起点和终点的判定条件的方法的图。

图5是说明本发明的流体压力缸移动时间传感器的第一利用方式的图。

图6是用于说明本发明的流体压力缸移动时间传感器的第二利用方式的图。

图7是用于说明本发明的流体压力缸移动时间传感器的第三利用方式的图。

具体实施方式

图1表示具备本发明的实施方式所涉及的流体压力缸移动时间传感器10的流体压力缸14的基本结构。在流体压力缸14的活塞16安装有永磁体(磁铁)18。永磁体18的磁化方向与活塞16的移动方向(X方向)一致。流体压力缸移动时间传感器10具备能够检测永磁体18的磁通密度的磁传感器12，并且配置于流体压力缸14的缸筒20的外侧。

磁传感器12是由霍尔IC等构成的1轴磁传感器。磁传感器12检测相对于活塞16的移动方向垂直的方向(Y方向)上的磁通密度，而不检测活塞16的移动方向上的磁通密度。包括磁传感器12的流体压力缸移动时间传感器10沿着缸筒2-的长度方向(X方向)以位置能够调节的状态安装于缸筒20。流体压力缸移动时间传感器10具备由未图示的电路基板构成的控制部、运算部、存储部等。

图2表示沿着活塞16的移动方向的永磁体18的位置和磁传感器12检测出的磁通密度的关系。以下，将沿着活塞16的移动方向的永磁体18的位置称为“活塞位置”。另外，将磁传感器12检测的磁通密度称为“检测磁通密度”。将检测磁通密度为零时的活塞位置设为零。

在活塞位置为负的区域内，当活塞16从远离原点的位置出发并移动至原点时，检测磁通密度在正的值的范围内逐渐增大，在达到极大值M1后，大致线性地减少并成为零。在活塞位置为正的区域内，当活塞16从远离原点的位置出发并移动至原点时，检测磁通密度在负的值的范围内逐渐减小，在达到极小值M1后，大致线性地增加并成为零。

检测磁通密度在上述极大值附近与上述极小值附近之间大致线性地变化。在本发明中，为了方便说明，包括该线性变化的部分，均以曲线表示活塞位置与检测磁通密度的关系。表示活塞位置与检测磁通密度的关系的曲线关于原点对称。此外，在图2中，活塞位置在负的区域内检测磁通密度取正的值，活塞位置在正的区域内检测磁通密度取负的值。在永磁体18的磁极的朝向相反的情况下，活塞位置在负的区域内检测磁通密度取负的值，活塞位置在正的区域内检测磁通密度取正的值。以下，虽然以图2所示的曲线为基础进行说明，但是在永磁体18的磁极的朝向相反的情况下也同样。

本发明是测量活塞16移动规定行程所需的时间(以下，称为“活塞16的移动时间”)的传感器。如何判定活塞16移动规定行程时的时间轴的起点和终点是重要的。以下，参照图3，使用关于磁通密度的两个阈值来说明判定这些起点和终点的方法。

图3中除了与具体的数值一同表示活塞位置与检测磁通密度的关系，还表示关于磁通密度的两个阈值。在图3的例子中，当活塞位置为-7mm(毫米)时检测磁通密度为极大，极大值M1为5mT(毫特斯拉)。另外，当活塞位置为7mm时检测磁通密度为极小，极小值M2为-5mT。极小值M2的绝对值与极大值M1的绝对值相等。

将比上述极大值M1小的正的值设定为第一阈值T1，并且将比上述极小值M2大的负的值设定为第二阈值T2。第二阈值T2的绝对值可以是与第一阈值T1的绝对值相同的值，也可以是与第一阈值T1的绝对值不同的值。在图3的例子中，第一阈值T1为3.5mT，第二阈值为T2为-3.5mT，第二阈值T2的绝对值与第一阈值T1的绝对值相等。

在检测磁通密度为极大的活塞位置的前后，检测磁通密度与第一阈值T1相等。即，当活塞位置为第一位置P1和第二位置P2时，检测磁通密度与第一阈值T1相等。另外，在检测磁通密度为极小的活塞位置的前后，检测磁通密度与第二阈值T2相等。即，当活塞位置为第三位置P3和第四位置P4时，检测磁通密度与第二阈值T2相等。在图3的例子中，第一位置P1为-11mm，第二位置P2为-3mm，第三位置P3为3mm，第四位置P4为11mm。

首先，考虑活塞16从活塞位置为负的区域朝向正的区域移动的情况。如上所述，虽然在第一位置P1和而第二位置P2的两个活塞位置检测磁通密度与第一阈值T1相等，但是能够通过监视检测磁通密度的变化来判别在哪个位置检测磁通密度与第一阈值T1相等。即，当检测磁通密度从比第一阈值T1小的状态向比第一阈值T1大的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第一位置P1。当检测磁通密度从比第一阈值T1大的状态向比第一阈值T1小的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第二位置P2。

另外，虽然在第三位置P3和第四位置P4的两个活塞位置检测磁通密度与第二阈值T2相等，但是能够通过监视检测磁通密度的变化来判别在哪个位置检测磁通密度与第二阈值T2相等。即，当检测磁通密度从比第二阈值T2大的状态向比第二阈值T2小的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第三位置P3。当检测磁通密度从比第二阈值T2小的状态向比第二阈值T2大的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第四位置P4。

由于活塞16从负的区域朝向正的区域移动，因此将活塞16通过了第一位置P1的时间点，或者活塞16通过了第二位置P2的时间点判定为起点。将活塞16通过了第三位置P3的时间点或者活塞16通过了第四位置P4的时间点判定为终点。然后，通过测量从起点到终点的时间，能够测量活塞16的移动时间。

上述两个起点和上述两个终点的组合是任意的，共有四种组合。在四种组合中，在以第一位置P1为起点、第四位置P4为终点的情况下，起点处的活塞位置与终点处的活塞位置之间的距离最大。另外，在四种组合中，在以第二位置P2为起点、第三位置P3为终点的情况下，起点处的活塞位置与终点处的活塞位置之间的距离最小。以下，将起点处的活塞位置称为“起点位置”，将终点处的活塞位置称为“终点位置”。

接着，考虑活塞16从活塞位置为正的区域朝向负的区域移动的情况。如上所述，虽然在第四位置P4和第三位置P3的两个活塞位置检测磁通密度与第二阈值T2相等，但是能够通过监视检测磁通密度的变化来判别在哪个位置检测磁通密度与第二阈值T2相等。即，当检测磁通密度从比第二阈值T2大的状态向比第二阈值T2小的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第四位置P4。当检测磁通密度从比第二阈值T2小的状态向比第二阈值T2大的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第三位置P3。

另外，虽然在第二位置P2和第一位置P1的两个活塞位置检测磁通密度与第一阈值T1相等，但是能够通过监视检测磁通密度的变化来判别在哪个位置检测磁通密度与第一阈值T1相等。即，当检测磁通密度从比第一阈值T1小的状态向比第一阈值T1大的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第二位置P2。当检测磁通密度从比第一阈值T1大的状态向比第一阈值T1小的状态变化时，能够判断为活塞16通过了第一位置P1。

由于活塞16从正的区域朝向负的区域移动，因此将活塞16通过了第四位置P4的时间点，或者活塞16通过了第三位置P3的时间点判定为起点。将活塞16通过了第二位置P2的时间点或者活塞16通过了第一位置P1的时间点判定为终点。然后，通过测量从起点到终点的时间，能够测量活塞16的移动时间。

上述两个起点和上述两个终点的组合是任意的，共有四种组合。在四种组合中，在以第四位置P4为起点、第一位置P1为终点的情况下，起点位置与终点位置之间的距离最大。另外，在四种组合中，在以第三位置P3为起点、第二位置P2为终点的情况下，起点位置与终点位置之间的距离最小。

接着，对在起点位置和终点位置被指定的情况下设定包括第一阈值T1和第二阈值T2的起点和终点的判定条件的方法进行说明。以在被指定的起点位置与被指定的终点位置之间配置有磁传感器12为前提。

驱动流体压力缸14，使活塞16实际从被指定的起点位置移动至终点位置，并监视检测磁通密度。此外，虽然起点位置和终点位置与活塞位置有关，但是例如考虑从缸筒20向外部延伸的活塞杆22的端部的位置来代替活塞位置，则方便进行理解。

被指定的终点位置处的检测磁通密度的符号与被指定的起点位置处的检测磁通密度的符号不同。以下，对在前者的检测磁通密度为正的值且后者的检测磁通密度为负的值的情况和前者的检测磁通密度为负的值且后者的检测磁通密度为正的值的情况分开进行说明。

在被指定的起点位置处的检测磁通密度为正的值且被指定的终点位置处的检测磁通密度为负的值的情况下，将前者设定为第一阈值T1且将后者设定为第二阈值T2。如果在活塞16刚离开被指定的起点位置后检测磁通密度增大，则将“检测磁通密度超过第一阈值T1”设定为起点的判定条件。如果在活塞16刚离开被指定的起点位置后检测磁通密度减少，则将“检测磁通密度低于第一阈值T1”设定为起点的判定条件。

另外，如果检测磁通密度减少的同时活塞16到达了被指定的终点位置，则将“检测磁通密度低于第二阈值T2”设定为终点的判定条件。如果检测磁通密度增大的同时活塞16到达了被指定的终点位置，则将“检测磁通密度超过第二阈值T2”设定为终点的判定条件。

另一方面，在被指定的起点位置处的检测磁通密度为负的值且被指定的终点位置处的检测磁通密度为正的值的情况下，将前者设定为第二阈值T2且将后者设定为第一阈值T1。如果在活塞16刚离开被指定的起点位置后检测磁通密度减少，则将“检测磁通密度低于第二阈值T2”设定为起点的判定条件。如果在活塞16刚离开被指定的起点位置后检测磁通密度增大，则将“检测磁通密度超过第二阈值T2”设定为起点的判定条件。

另外，如果检测磁通密度增大的同时活塞16到达了被指定的终点位置，则将“检测磁通密度超过第一阈值T1”设定为终点的判定条件。如果检测磁通密度减少的同时活塞16到达了被指定的终点位置，则将“检测磁通密度低于第一阈值T1”设定为终点的判定条件。

这样，通过使活塞16实际从被指定的起点位置移动至被指定的终点位置，并监视检测磁通密度，能够求得起点和终点的判定条件。将包括第一阈值T1和第二阈值T2的这些起点和终点的判定条件存储于流体压力缸移动时间传感器10的存储部或者控制部。由此，之后在流体压力缸移动时间传感器10的运算部，能够容易地计算出活塞16的移动时间。

参照图4对根据上述方法来设定起点和终点的判定条件的具体例进行说明。作为起点位置，由用户指定相当于上述的P1的P1’(-12mm)。另外，作为终点位置，由用于指定相当于上述的P3的P3’(3mm)。当指定P1’和P3’时，用户不需要注意这些数值，例如简单地在两个部位指定活塞杆22的端部的位置即可。但是，磁传感器12必须至少配置于P1’与P3’之间。

使活塞16实际从P1’移动至P3’，并监视检测磁通密度。活塞位置为P1’时的检测磁通密度为3mT，并且监视到活塞16刚离开P1’后检测磁通密度超过3mT。在该情况下，将第一阈值T1设为3mT，并且将起点的判定条件设为“检测磁通密度超过第一阈值T1”。另外，活塞位置为P3’时的检测磁通密度为-4mT，并且监视到在检测磁通密度减少的同时活塞16到达了P3’。在该情况下，将第二阈值T2设为-4mT，并且将终点的判定条件设为“检测磁通密度低于第二阈值T2”。

在被指定的起点位置的被指定的终点位置有多组的情况下，对各组设定起点和终点的判定条件。例如，不仅是测量活塞16向一方向移动规定行程所需的时间，可列举想要测量活塞16向该一方向的相反方向移动相同的行程所需的时间的情况。

能够基于活塞16的移动时间求得活塞速度(活塞速度的平均值)。即，将活塞16的移动时间的倒数乘以相当于从起点位置到终点位置的距离的常数即可。在流体压力缸移动时间传感器10的运算部中，能够通过该方法计算出活塞速度。另外，如果在多个连续的区间求得活塞速度，能够检测活塞速度的变化。

接着，参照图5对本发明所涉及的压力缸移动时间传感器10的第一利用方式进行说明。第一使用方式是利用于判定对活塞16进行减速的减震器24的缓冲作用是否适当的方式。此外，在图5中，对于与图1的基本结构中的各部件相同或者等同的部件标注相同的参照符号。

在图5的例子中，减震器24是流体式减震器，并且在活塞杆22被拉入时的活塞16的行程末端附近发挥缓冲作用。磁传感器12配置于能够有效地检测永磁体18的磁通密度的磁通密度的变化的位置，该永磁体18在该行程末端附近安装于活塞16。适当设定起点和终点的判定条件，并测量活塞16的移动时间。此外。参照符号26表示固定于活塞杆22的端部的端板26。

在减震器24的缓冲作用适当的情况下，活塞16的移动时间处于由规定的上限值和下限值确定的基准时间的范围内。另一方面，在减震器24的缓冲作用太强的情况下，活塞16的移动时间比上限值长。另外，在减震器24的缓冲作用太弱的情况下，活塞16的移动时间比下限值短。当活塞16的移动时间在基准时间之外时，能够判断为减震器24的缓冲作用太强或者太弱。然后，向用户通知需要对减震器24进行调节。

接着，参照图6对本发明所涉及的流体压力缸移动时间传感器10的第二利用方式进行说明。第二利用方式是利用于基于活塞16的移动时间来求得活塞速度，并且用户对流体压力缸14所具备的速度控制器28进行调节的方式。此外，在图6中，对于与图1的基本结构中的各部件相同或者等同的部件标注相同的参照符号。

在图6的例子中，速度控制器28是对在流体压力缸14的活塞杆22压出时排出的空气的流量进行节流的测量的可变节流阀。速度控制器28配置于流体压力缸14的排出端口(未图示)。磁传感器12配置于在活塞杆22被压出时能够检测安装于活塞16的永磁体18的磁通密度的变化的位置。适当设定起点和终点的判定条件，并测量活塞16的移动时间。

使用相当于从起点位置到终点位置的距离的常数，将活塞16的移动时间换算成活塞速度，并且将该活塞速度显示于显示器(未图示)。用户看到显示的活塞速度，在活塞速度不是期望的值的情况下，手动地操作速度控制器28来调节空气的流路面积。

接着，参照图7对本发明所涉及的流体压力缸移动时间传感器10的第三利用方式进行说明。第三利用方式是利用于在压缩并夹持弹性体30的流体压力缸14中检测夹持了弹性体30的方式。此外，在图7中，对于与图1的基本结构中的各部件相同或者等同的部件标注相同的参照符号。

在图7的例子中，当活塞16向压出活塞杆22的方向驱动规定量时，固定于活塞杆22的端部的端板32与弹性体30抵接。当活塞杆22与弹性体30抵接时，活塞杆22受到弹性体20的反作用力，从而活塞速度减速。磁传感器12至少在包括活塞杆22与弹性体30抵接的位置的范围内配置于能够检测安装于活塞16的永磁体18的磁通密度变化的位置。

为了能够在多个连续的区间内求得活塞速度，对多组的起点和终点设定判定条件，并且测量活塞16在各区间移动所需的时间。然后，使用相当于各区间的距离的常数，将活塞16在各区间移动所需的时间分别换算成活塞速度。当活塞速度在相邻的区间内大幅减少时，能够判定为通过流体压力缸14夹持了弹性体30。

本发明所涉及的流体压力缸移动时间传感器10可以考虑上述第一利用方式～第三利用方式以外的各种利用方式。例如，可以考虑利用于在将活塞16的移动时间与基准时间进行比较而活塞16的移动时间不在基准时间内时，向用户通知发生了某种异常的方式。异常的原因能够根据流体压力缸14的使用方式来假定。例如，在通过流体压力缸14进行输送的情况下，由于异物的卡入、输送物的落下成为异常的原因的可能性较高，因此通知用户这一情况即可。

另外，还考虑利用于对测量活塞16的移动时间的次数进行计数，在其累计次数超过规定值时提示用户进行必要的维护的方式。一般而言，由于流体压力缸14的寿命大多受到由密封材料等构成的滑动部的影响，因此提示用户对于滑动部的维护即可。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下能够采用各种结构。