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技術 検出装置及びクランプ装置

出願人 アズビル株式会社
発明者 田中雅人喜入信博
出願日 2019年3月7日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-041152
公開日 2020年9月10日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-145600
状態 未査定
技術分野 磁界電界応動スイッチ 電子的スイッチII
主要キーワード 最上限値 ステンレスカバー 判定性能 トリガ装置 検出面内 検出用コイル 電磁誘導作用 コレットチャック
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能とする。

解決手段

近接スイッチ1は、導電性を有し、近接スイッチ1が有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体と、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル101と、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる発振回路104と、発振回路104による発振の振幅検波する検波回路105と、検波回路105により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路106と、比較回路106による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路107と、比較回路106に対する複数の閾値を設定する設定入力部109とを有する。

概要

背景

従来から、金属等のように導電性を有する検出体の存在又は接近を判定する近接スイッチ(近接センサ)が知られている(例えば特許文献1参照)。近接スイッチは、検出部で、検出体の存在又は接近に伴う検出用コイルインピーダンス又はQ値等の変化を検出することで、検出体の存在又は接近を判定する。Q値は、電磁誘導作用によるインダクタンス損失を示す値であり、Q値が高い程損失が小さいことを表す。
また、使用目的によっては、近接スイッチは、検出体と近接スイッチにおける基準点との間の距離を検出する。基準点は、例えば、検出部先端ステンレスカバーのうちの、検出体と向き合う面上の点である。

また、金属の種別に応じた閾値を用いることで、特定の金属から構成された検出体に対して判定性能の向上を図った近接スイッチも知られている(例えば特許文献2参照)。なお、この近接スイッチでは、用いる閾値は1つであり、実用時には複数の金属のうちの1種類の金属に対して検出可能としている。

概要

単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能とする。近接スイッチ1は、導電性を有し、近接スイッチ1が有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体と、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル101と、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる発振回路104と、発振回路104による発振の振幅検波する検波回路105と、検波回路105により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路106と、比較回路106による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路107と、比較回路106に対する複数の閾値を設定する設定入力部109とを有する。

目的

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能な検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

近接スイッチと、導電性を有し、前記近接スイッチが有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体とを備え、前記近接スイッチは、筐体内において前記検出面に対向配置された検出用コイルと、発振して前記検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、前記発振回路による発振の振幅検波する検波回路と、前記検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、前記比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有することを特徴とする検出装置

請求項2

前記比較回路は、前記検波回路により検波された振幅を、第1の閾値と、当該第1の閾値とは異なる値である第2の閾値と、当該第1の閾値と当該第2の閾値との間の値である第3の閾値と、上限値と、それぞれ比較し、前記出力回路は、前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が、前記第1の閾値と前記第2の閾値から構成される第1の出力範囲内であるかを示す信号と、前記第3の閾値と上限値から構成される第2の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力することを特徴とする請求項1記載の検出装置。

請求項3

前記検出体は、前記検出面に対して対向面が微小である棒形状に構成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の検出装置。

請求項4

軸方向に移動することでワークの着脱を行うクランプと、前記クランプに連結された移動軸と、請求項1から請求項3のうちの何れか1項記載の検出装置とを備え、前記検出体は、前記移動軸に対して当該移動軸に垂直な向きに取付けられたことを特徴とするクランプ装置

技術分野

0001

この発明は、近接スイッチを備えた検出装置及びクランプ装置に関する。

背景技術

0002

従来から、金属等のように導電性を有する検出体の存在又は接近を判定する近接スイッチ(近接センサ)が知られている(例えば特許文献1参照)。近接スイッチは、検出部で、検出体の存在又は接近に伴う検出用コイルインピーダンス又はQ値等の変化を検出することで、検出体の存在又は接近を判定する。Q値は、電磁誘導作用によるインダクタンス損失を示す値であり、Q値が高い程損失が小さいことを表す。
また、使用目的によっては、近接スイッチは、検出体と近接スイッチにおける基準点との間の距離を検出する。基準点は、例えば、検出部先端ステンレスカバーのうちの、検出体と向き合う面上の点である。

0003

また、金属の種別に応じた閾値を用いることで、特定の金属から構成された検出体に対して判定性能の向上を図った近接スイッチも知られている(例えば特許文献2参照)。なお、この近接スイッチでは、用いる閾値は1つであり、実用時には複数の金属のうちの1種類の金属に対して検出可能としている。

先行技術

0004

特開2010−216863号公報
特開2017−130897号公報

発明が解決しようとする課題

0005

従来の近接スイッチでは、用いる閾値は1つであるため、検出体の状態を複数区別して検出できない。よって、検出体の状態を複数区別して検出したい場合には、複数の近接スイッチを用いる必要がある。例えば、従来の近接スイッチを用いてコレットチャッククランプ又はターレットクランプ等のクランプの開閉を検出したい場合、複数の近接スイッチを用いる必要がある。

0006

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能な検出装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

この発明に係る検出装置は、近接スイッチと、導電性を有し、近接スイッチが有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体とを備え、近接スイッチは、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイルと、発振して検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、発振回路による発振の振幅検波する検波回路と、検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有することを特徴とする。

発明の効果

0008

この発明によれば、上記のように構成したので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能となる。

図面の簡単な説明

0009

実施の形態1に係る検出装置の構成例を示す図である。
実施の形態1における近接スイッチの構成例を示す図である。
実施の形態1に係る検出装置において、出力回路が有する2つの出力端子からの出力と、検出体の位置との対応関係の一例を示す図である。
図4Aは、実施の形態1に係る検出装置において、検出体が近接スイッチが有する検出面の中心位置(0mm)に位置する場合を示す図であり、図4Bは図4Aの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
図5Aは、実施の形態1に係る検出装置において、検出体が近接スイッチが有する検出面の中心位置から3.2mmの地点に位置する場合を示す図であり、図5Bは図5Aの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
図6Aは、実施の形態1に係る検出装置において、検出体が近接スイッチが有する検出面の中心位置から6.4mmの地点に位置する場合を示す図であり、図6Bは図6Aの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
図7Aは、実施の形態1に係る検出装置において、検出体が近接スイッチが有する検出面の中心位置から9.6mmの地点に位置する場合を示す図であり、図7Bは図7Aの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
実施の形態1における近接スイッチに対する閾値設定を説明するための図である。
実施の形態1に係る検出装置の適用先であるクランプ装置の構成例を示す図である。
図10A、図10Bは実施の形態1に係る検出装置をクランプ装置に適用した場合での検出体の位置とクランプの開閉との関係の一例を示す図であり、図10Aはクランプが開状態である場合を示す図であり、図10Bはクランプが閉状態である場合を示す図である。

実施例

0010

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る検出装置の構成例を示す図である。
検出装置は、検出体2の位置を検出する。検出装置は、図1に示すように、近接スイッチ1及び検出体2を備えている。

0011

近接スイッチ1は、検出体2の位置を検出可能とする。すなわち、近接スイッチ1は、検出体2の位置により出力が変わる。近接スイッチ1は、センサヘッドである検出部11と、一端が検出部11の入出力端に接続されたケーブル12と、ケーブル12の他端に接続された複数の出力ピン13とを有している。なお、近接スイッチ1では、IO−Link等のように、出力ピン13の本数が限られている。また、近接スイッチ1が有する複数の出力ピン13のうち、信号出力利用可能な出力ピン13は2本である。また、近接スイッチ1のより詳細な構成例については後述する。

0012

検出体2は、近接スイッチ1が有する検出面(検出部11の端面)に対して径方向に移動可能な物体である。すなわち、検出体2としては、近接スイッチ1が有する検出面に対して対向面が微小であり且つ微小な移動を行う物体を想定している。また、検出体2は、金属等のように導電性を有する物体である。検出体2は、例えば、近接スイッチ1が有する検出面に対して対向面が微小である棒形状(針形状を含む)に構成されている。

0013

次に、近接スイッチ1の構成例について、図2を参照しながら説明する。
近接スイッチ1は、図2に示すように、検出用コイル101、電源102、安定化電源回路103、発振回路104、検波回路105、比較回路106、出力回路107、2系統トランジスタ108(トランジスタ108a及びトランジスタ108b)、及び設定入力部109を備えている。また、近接スイッチ1には、2系統の抵抗3(抵抗3a及び抵抗3b)が接続されている。

0014

検出用コイル101は、コア(不図示)に対して円筒状に巻線され、検出部11の筐体内において検出面に対向配置されている。
安定化電源回路103は、電源102から供給された電力により動作し、発振回路104、検波回路105及び比較回路106に対して所定の電圧の電力を供給する。

0015

発振回路104は、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる。検出用コイル101が発生する高周波磁界に検出体2が近づくと、検出体2に誘導電流が流れて熱損失が発生し、検出用コイル101のインピーダンス又はQ値等が変化して発振回路104による発振が減衰する。なお、発振回路104は、検出体2が最も近づいた場合でも発振を維持し、検出用コイル101のインピーダンス又はQ値等の変化に応じて発振の振幅が変化するように構成されていてもよい。
また、近接スイッチ1が有する検出面に微小な検出体2が対向している場合、検出体2が検出面の中心付近に位置する場合には検出体2が検出用コイル101から遠いためQ値は高く、検出体2が検出面の端に位置する場合には検出体2が検出用コイル101に近いためQ値は低くなる。

0016

検波回路105は、発振回路104による発振の振幅を検波する。すなわち、検波回路105は、発振回路104による発振の振幅を直流化して整流する。

0017

比較回路106は、検波回路105により検波された振幅(検出値)を複数の閾値(第1の閾値〜第3の閾値及び上限値)とそれぞれ比較する。第2の閾値は、第1の閾値とは異なる値の閾値である。第3の閾値は、第1の閾値と第2の閾値との間の値の閾値である。なお、各閾値(第1の閾値〜第3の閾値)は設定入力部109により設定される。

0018

出力回路107は、比較回路106による各閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が各出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する。各出力範囲は、各閾値から構成される範囲である。
具体的には、出力回路107は、検波回路105により検波された振幅が第1の出力範囲内である場合に、2つの出力端子のうちの一方からオン信号を出力する。また、出力回路107は、検波回路105により検波された振幅が第2の出力範囲内である場合に、2つの出力端子のうちの他方からオン信号を出力する。第1の出力範囲は、第1の閾値と第2の閾値から構成される範囲である。また、第2の出力範囲は、第3の閾値と上限値から構成される範囲である。すなわち、第1の出力範囲と第2の出力範囲は互いに一部が重複している。出力回路107が有する2つの出力端子からの出力と、検出体2の位置との対応関係の一例を図3に示す。

0019

図3では、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方からの出力(第1の出力)として、オン信号が出力されている状態をONとし、オン信号が出力されていない状態をOFFとしている。また、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方からの出力(第2の出力)として、オン信号が出力されている状態をONとし、オン信号が出力されていない状態をOFFとしている。

0020

トランジスタ108aは、ゲート端子が、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方に接続され、エミッタ端子が電源102のプラス端子に接続されている。トランジスタ108aは、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方からのオン信号により駆動する。

0021

トランジスタ108bは、ゲート端子が、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方に接続され、エミッタ端子が電源102のプラス端子に接続されている。トランジスタ108bは、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方からのオン信号により駆動する。

0022

設定入力部109は、比較回路106に対する各閾値を設定する。設定入力部109は、各閾値を、近接スイッチ1が用いられる現場で設定可能である。設定入力部109は、トリガ受付部1091及び閾値設定部1092を有している。

0023

トリガ受付部1091は、トリガの入力を受付ける。トリガ受付部1091としては、例えば、外部端末からの情報を受信する通信部、又は、押しボタン等の設定用トリガ装置等を用いることができる。

0024

閾値設定部1092は、検波回路105により検波された振幅の値をトリガ受付部1091によりトリガの入力が受付けられる度に検出し、当該検出した各振幅の値に基づいて、比較回路106に対する各閾値を設定する。なお、閾値設定部1092は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。

0025

この際、閾値設定部1092は、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定する。
又は、閾値設定部1092は、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定してもよい。

0026

なお、抵抗3aは、一端がトランジスタ108aのコレクタ端子に接続され、他端が電源102のマイナス端子に接続されている。抵抗3aは、トランジスタ108aが駆動することで電源102から電力が供給される。
また、抵抗3bは、一端がトランジスタ108bのコレクタ端子に接続され、他端が電源102のマイナス端子に接続されている。抵抗3bは、トランジスタ108bが駆動することで電源102から電力が供給される。
抵抗3a,3bとしては、例えばPLC(Programmable Logic Controller)又はリレー等の負荷が挙げられる。

0027

そして、この近接スイッチ1により、抵抗3a及び抵抗3bに供給される電力から、検出領域に存在する検出体2の位置を検出できる。図1に示すように近接スイッチ1が2つの出力を有する場合、図3に示すように、検出体2の位置が4つの範囲(第1の範囲〜第4の範囲)のうちのどの範囲であるかを検出可能となる。

0028

次に、実施の形態1における設定入力部109による各閾値(第1の閾値〜第3の閾値)の設定方法について説明する。図4〜7は、検出体2の近接スイッチ1に対する位置が変化した場合での、近接スイッチ1での検出値の変化の一例を示す図である。図4〜7では、棒形状である検出体2を用い、この検出体2を図4に示す位置から右側に移動させた場合を示している。図4〜7に示すグラフにおいて、横軸は検出体2の位置を示し、縦軸は近接スイッチ1での検出値を示している。検出体2の位置は、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置からの径方向の位置である。

0029

また以下では、作業者が実際に検出を行いたい位置に検出体2を置いて近接スイッチ1がその際の検出値を得て、閾値設定部1092が、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値(第2の出力範囲を構成する上限値)を除く値である閾値としてそれぞれ設定する場合を示す。

0030

この場合、図4に示すように、まず、作業者は、検出体2を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置の地点に位置させる(第1の位置)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号401に示す第1の検出値)を得る。
次いで、図5に示すように、作業者は、検出体2を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置から径方向に約3.2mmの地点に位置させる(第2の位置)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号501に示す第2の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第1の検出値と第2の検出値との間の値を、第1の出力範囲を構成する下限値(符号801に示す第1の閾値)として設定する。

0031

次いで、図6に示すように、作業者は、検出体2を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置から径方向に約6.4mmの地点に位置させる(第3の位置)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号601に示す第3の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第2の検出値と第3の検出値との間の値を、第2の出力範囲を構成する下限値(符号802に示す第3の閾値)として設定する。

0032

次いで、図7に示すように、作業者は、検出体2を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置から径方向に約9.6mmの地点に位置させる(第4の位置)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号701に示す第4の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第3の検出値と第4の検出値との間の値を、第1の出力範囲を構成する上限値(符号803に示す第2の閾値)として設定する。
以上により、設定入力部109は、第1の出力範囲及び第2の出力範囲を構成する各閾値を設定できる。

0033

上記では、検出体2を出力範囲を構成する下限値及び上限値の間の位置(すなわち、実際に検出体2の検出を行いたい位置)に置いて閾値を設定する場合を示した。しかしながら、閾値の設定方法はこれに限らず、検出体2を出力範囲を構成する下限値及び上限値の位置において閾値を設定してもよい。

0034

このように、実施の形態1に係る検出装置では、近接スイッチ1が有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体2を用い、この検出体2との間で複数位置チューニングを行う(例えば検出値の中間値を自動的に閾値に設定する)。これにより、実施の形態1に係る検出装置では、単一の近接スイッチ1で、検出体2の位置を複数の範囲で区別して検出可能となり、従来の複数の近接スイッチを用いた場合と同等の機能が得られる。

0035

なお、検出体2は、近接スイッチ1が有する検出面に対して対向面が微小である棒形状に構成されていることが好ましい。

0036

次に、実施の形態1に係る検出装置の適用例について示す。
実施の形態1に係る検出装置は、例えば図9に示すように、軸方向に移動することでワーク(不図示)の着脱を行うクランプ51を有するクランプ装置5に適用可能である。このクランプ装置5としては、例えばコレットチャッククランプ又はターレットクランプが挙げられる。
クランプ装置5は、図9に示すように、軸方向に移動することでワークの着脱を行うクランプ51と、クランプ51に連結された移動軸52とを有している。そして、図10に示すように、検出体2は、移動軸52に対して当該移動軸52に垂直な向きに取付けられる。

0037

このように、実施の形態1に係る検出装置が、軸方向に移動することでワークの着脱を行うクランプ51を有するクランプ装置5に適用されることで、検出体2が取付けられる移動軸52はクランプ51の開閉に応じて移動するため、検出装置はクランプ51の開閉を検出可能となる。

0038

すなわち、例えば図10Aに示すように、検出体2が近接スイッチ1が有する検出面の端に位置している場合にはクランプ51が開いていると判定できる。また、例えば図10Bに示すように、検出体2が近接スイッチ1が有する検出面の中心付近に位置している場合にはクランプ51が閉じていると判定できる。
なお図10では、検出装置が有する近接スイッチ1において、近接スイッチ1が有する検出面内の2ポイントでチューニングを行った場合を示している。それに対し、検出体2が近接スイッチ1が有する検出面から外れた場合も含めて3ポイントでチューニングしてもよい。

0039

以上のように、この実施の形態1によれば、検出装置は、近接スイッチ1と、導電性を有し、近接スイッチ1が有する検出面に対して径方向に移動可能な検出体2とを備え、近接スイッチ1は、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル101と、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる発振回路104と、発振回路104による発振の振幅を検波する検波回路105と、検波回路105により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路106と、比較回路106による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路107と、比較回路106に対する複数の閾値を設定する設定入力部109とを有する。これにより、実施の形態1に係る検出装置は、単一の近接スイッチ1で、検出体2の状態を複数区別して検出可能となる。

0040

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

0041

1近接スイッチ
2検出体
3,3a,3b抵抗
5クランプ装置
11 検出部
12ケーブル
13出力ピン
51クランプ
52移動軸
101検出用コイル
102電源
103安定化電源回路
104発振回路
105検波回路
106比較回路
107出力回路
108,108a,108bトランジスタ
109設定入力部
1091トリガ受付部
1092閾値設定部

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