利用空气平衡器进行收缩动作的定位装置的制作方法

专利名称：利用空气平衡器进行收缩动作的定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及考虑了安全性搭载在机床或三维测量装置等装置上的进行收缩动作的定位装置。
背景技术：
机床或三维测量装置能够进行任意的定位控制，为了缩短加工时间或测量时间，进行高速驱动的情况也很多。考虑到安全性，这些装置搭载有即使在驱动过程中也进行紧急停止的功能。除了在按压紧急停止开关而通过手动使装置紧急停止的情况 、由于伺服马达的过负荷等导致装置发出警报并自动停止的情况下装置会紧急停止，在由于停电等导致失去电源等情况下，装置也会紧急停止。作为通常的紧急停止方法，使所有的轴减速工作，通过施加制动保持位置并停止。但是，在机床的各轴正在高速驱动过程中进行紧急停止的情况下，会由于惯性移动一定程度的距离，才能通过制动来停止，因此，不一定总能安全地停止。凡是加工过程中的机床，就有可能发生工具与工件之间的碰撞，凡是测量过程中的三维测量装置，就有可能发生探头(probe)与测定物之间的碰撞。为了使装置在上述高速驱动时的紧急停止的情况下也安全停止，提出了维持伺服马达的控制，直至各轴完全停止的方法。图24表示的是现有技术中紧急停止处理的流程图。判断是否是由于停电导致紧急停止，在紧急停止的情况下，从不间断电源(uninterruptible power source、UPS)开始电源供给,维持各轴的控制进行减速停止,收缩至安全的位置，对所有的轴施加制动。然后通过停止所有轴的控制来完成紧急停止。该技术中，通过直至各轴完全停止之前维持伺服马达的控制的方式在本来的驱动路径的中途使各轴的控制停止后移动至安全的位置并使制动器工作。在由于停电等失去电源的情况下，通过从分开设置的不间断电源(UPS)以及减速动作产生的再生能量接受一定时间的电源供给，使各轴的控制安全停止(参照日本特开平8-54914号公报、日本特开平8-227307号公报)。另外，在日本特开2006-177437号公报、日本特开2006-214536号公报中公开了如下技术在精密机床或精密测定器等中，空气平衡结构适用于补偿在垂直轴上移动的可动部的自重的机构。如上述的日本特开平8-54914号公报以及日本特开平8-227307号公报中公开的那样，在进行紧急停止的情况下，维持机床或三维测量装置等装置的各轴的控制，在本来的驱动路径的中途使各轴停止之后，移动至安全的位置，使制动器工作。在由于停电等失去电源的情况下，通过从分开设置的电池(不间断电源)以及减速动作产生的再生能量接受一定时间的电源供给，使各轴安全停止。该方法在安全性、通用性上优异，另一方面，还需要设置高价的电池、再生电源的电路，为了配备再生电源的电路等，需要大规模的控制电路、电源电路的变更。另外，在例如由于加工程序的错误导致工具碰撞工件而发出过负荷警报的情况下，如果维持错误的工具路径来停止，则损害增大。并且，在由于地震等从外部施加了超出各轴驱动力的大的加速度的情况下，还存在不能维持路径的问题。

发明内容
因此，本发明的目的在于，鉴于上述以往技术的问题点，提供一种能够不依赖外部动力地使垂直轴可靠地进行收缩动作的定位装置。本发明的定位装置具备驱动垂直轴的伺服马达、控制该伺服马达的控制装置、以及抵消所述垂直轴的自重的空气平衡器。该定位装置还具有空气供给源，该空气供给源向所述空气平衡器供给空气；压力调整装置，该压力调整装置使用从所述空气供给源供给的空气调整所述空气平衡器的压力；空气平衡器压力变更部，该空气平衡器压力变更部用于当所述定位装置由于紧急停止、停电或者其它操作导致所述伺服马达的励磁被解除时，对所述空气平衡器的压力进行变更，使所述垂直轴在避免追随所述垂直轴移动的结构部分与其它结构物碰撞或者减少碰撞的方向移动。 根据本发明，通过将本来用于抵消垂直轴的自重而搭载的空气平衡器也利用于紧急停止时的收缩动作，能够以低价格提高定位装置的安全性。所述空气平衡器压力变更部能够通过空气平衡器的压力变化而产生所述伺服马达的推力以上的力。根据该实施方式，由于空气平衡器能够容易地产生垂直轴的驱动力以上的推力，因此相比通过控制进行收缩动作，能够实现更高速的收缩动作，而且，即使在由于地震等承受了超出控制的驱动力的外力的情况下，能够进行安全的收缩动作的可能性也很高。所述空气平衡器压力变更部能够是与空气平衡器连接的压力调整装置。根据该实施方式，能够通过空气平衡器的压力变化而产生所述伺服马达的推力以上的力。所述空气平衡器压力变更部能够由能够存留一定量压力比空气平衡器的压力高或者低的空气的空气箱和阀构成，该空气箱能够经由所述阀并通过配管而与所述空气平衡器连接。如果持续改变空气平衡器的压力，则垂直轴无止境地运动，如果收缩动作过大，则还有可能有损安全性，因此希望收缩动作只移动确保安全所必要的距离。根据该实施方式，在紧急停止时，打开阀，直至空气箱内成为与空气平衡器相同的压力，垂直轴进行收缩动作，但是不会移动得更远，也就是，能够使收缩动作为一定的距离。所述垂直轴具备制动装置，该制动装置在供给空气压力时使得制动器被解除，在释放空气压力时使得制动器工作，向所述制动装置供给的空气从远高于所述空气平衡器的压力的空气源经由阀供给，所述阀具备放掉阀闭合时的剩余压力的排气端口，并且能够具备当所述阀闭合时使所述制动装置的剩余压力经由阀的所述排气端口流入所述空气平衡器的管路。根据该实施方式，由于制动器在空气被释放时工作，因此即使在停电时也保持制动。即，通过固定垂直轴的可动部从而确保安全的制动器本来的作用也能够兼具上述实施方式中的“空气箱”的作用。空气驱动的制动器在制动器内部或者中途的配管中存留有高压的空气(剩余压力)，当制动器工作时，该空气被排出。利用被排出的空气，暂时提高空气平衡器的压力，来进行垂直轴的收缩动作，因此，能够在制动器工作的条件下确实地(由于没有电信号处理，因此停电时也可以)使垂直轴进行收缩动作。能够除了所述垂直轴之外还有至少一个直线轴或者旋转轴,该直线轴或者旋转轴具备制动装置，该制动装置在供给空气压力时使得制动器被解除，在释放空气压力时使得制动器工作，各个阀同时开闭，并且具备当闭合阀时使各个制动器的剩余压力经由所述排气端口流入空气平衡器的管路。根据该实施方式，在轴为多个的情况下，通过使从各个轴的制动器排出的剩余压力的空气都被导入空气平衡器，在制动器工作时向空气平衡器输送更多的空气，由此，垂直轴的收缩动作更加高速，而且收缩时产生的力也增大。能够使连接所述制动装置与所述阀的空气配管的至少一个是能够在配管内存留空气的结构。
根据该实施方式，为了进一步加快垂直轴的收缩动作，有必要进一步增多在制动器工作时向空气平衡器输送的空气的流量。而且，由于存留在制动器与阀之间的空气配管中的空气经由阀的排气端口流入空气平衡器，因此该空气配管越长或者越粗则空气的量越增加。在空气配管的中途连接箱并蓄积空气也能得到相同效果。所述垂直轴的制动装置能够为如下结构在使制动器工作时排出的空气的管路中安装有节流阀，通过限制所述排出的空气的流速，使垂直轴的制动器的工作时间延迟。根据该实施方式，在由于停电导致空气源(压缩机)停止的情况下，空气平衡器的压力成为零。即使在该情况下，支撑自重的量的保持力对于垂直轴的制动器也是必要的，具有非常强力的保持力。因此，如果垂直轴的制动器的动作迅速，则存在垂直轴的收缩动作在不充分的位置停止的可能性。为了解决该问题，只有垂直轴通过在制动器的管路中增设节流阀使制动器工作延迟，从而能够获取垂直轴收缩充分的距离的时间。而且，如果在垂直轴高速进行收缩动作过程中通过制动器进行锁定，那么冲击传递给可动部、制动器，有可能导致装置的故障、精度恶化，但是通过使垂直轴的制动延迟，则能够防止。所述阀能够为电磁阀，该电磁阀的电源为接通时，向制动装置供给空气，制动器被解除，电磁阀为断开时，制动器工作。根据该实施方式，向各轴的制动器的空气供给通过电磁阀进行电控制，只要是在电源OFF时制动器工作的方式，制动器即使在停电时也工作，因此，停电后垂直轴自动进行收缩动作。所述空气平衡器能够与精密减压阀的二次侧连接，进行压力调整，使得所述空气平衡器的压力恒定。根据该实施方式，如果抵消垂直轴的自重的空气平衡器的压力发生变动，则成为伺服马达的负荷，因此，为了总是保持恒定压力，需要精密减压阀，该精密减压阀作为即使失去电源也保持相同压力设定值的装置即使在停电时也有效。并且，能够相对于垂直轴的收缩动作迅速地使空气平衡器室的压力稳定。本发明的定位装置通过具备以上所述的结构，能够提供不依赖外部动力地确实使垂直轴进行收缩动作的定位装置。


本发明的上述以及其它目的和特征根据参照附图进行的以下的实施方式的说明得以明确。这些图分别如下。图I是表示作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的机床的图。图2是表示作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的三维测量装置的图。图3是说明工具或测量探头处于不能通过垂直轴从工件或被测定物收缩的姿势的图。图4A以及图4B是表示在本发明的定位装置的第一实施方式中搭载的垂直轴的一个例子的主视图以及侧视图。图5是表示图4B的A-A剖面的图。
图6是表示空气平衡器室内的压力与空气平衡器的驱动力之间的关系的一个例子的图。图7是说明本发明的定位装置的第二实施方式的图。图8是说明图7的定位装置中的阀通过其截止栓的位置将空气箱与空气源连接的状态的图。图9是说明图7的定位装置中的阀通过其截止栓的位置将空气箱与空气平衡器室连接的状态的图。图10是说明本发明的定位装置的第三实施方式的图。图IlA以及图IlB是图10的B-B剖视图，是说明图10的定位装置中的制动装置分别处于制动器解除时以及制动器工作时的状态的图。图12是说明图10的定位装置中的制动阀打开、处于正在驱动机床或三维测量装置的状态的图。图13是说明图10的定位装置中的制动阀闭合、机床或三维测量装置处于紧急停止的状态的图。图14是说明作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的、搭载有三个直线轴的三维测量装置的第四实施方式的图。图15是说明作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的、搭载有三个直线轴的三维测量装置的第五实施方式的图。图16是表示在图15中记载的定位装置(搭载有三个直线轴的三维测量装置)中没有变更配管、但是追加了空气箱的、第五实施方式的一个变形例子的图。图17是通过流程图说明从对定位装置开始紧急停止的处理直至制动为止必需的顺序的图。图18是表示在图16中表示的定位装置(搭载有三个直线轴的三维测量装置)追加了节流阀56的第五实施方式的又一变形例子的图。图19是说明图12或者图13中表示的制动阀构成为电磁阀、并且处于该电磁阀打开状态的图。图20是说明图19的制动用的电磁阀闭合、制动器正在工作的状态的图。图21是表示在本发明的定位装置的第六实施方式中搭载的垂直轴的一个例子的首1J视图。图22是说明收缩动作的距离、可动部的速度、空气平衡器的驱动力以正弦波形变化的图形。图23是说明精密减压阀与空气平衡器连接状态下的、收缩工作、速度、驱动力的变化的图形。图24是现有技术中紧急停止的流程图。
具体实施例方式在进行机床的加工或者三维测量装置的测量时，工具或者测量探头以垂直的姿势被固定的装置很多。这样的装置只要使垂直轴向上方瞬时收缩，则能够安全停止的可能性很大。在使用空气平衡器作为抵消垂直轴的自重的机构的情况下，通过改变该空气平衡器的压力能够瞬时产生很大的力。这被利用为紧急停止时的垂直轴的收缩动作。在作为紧急停止时改变空气平衡器的压力的方法而在各轴的制动器中利用空气压力的装置中，能够利用该制动器的排气。考虑到安全性，通常制动器在没有动力的状态下也能够持续工作，因此，空气压力式的制动器为如下方式在解除制动时被供给空气压力，在制动器进行工作时，释放空气压力。使制动器工作的空气压力通过电磁阀来0N/0FF。通过将在各轴的制动器进行动作的瞬间从制动器释放的空气压力引导向垂直轴的空气平衡器室，在制动器工作的瞬间，空气平衡器室的压力增高，垂直轴向上方运动。另外，为了防止在垂直轴充分收缩之前垂直轴的制动器本身制动，在垂直轴的制动器配管中安装有节流阀，能够使制动器的动作(空气压力释放时间)迟于其它轴。只要是该方式，就能够不依赖于外部动力、也不追加新的控制回路地在制动器进行动作的条件下可靠地使垂直轴进行收缩工作。另外，由于新追加的部件仅为配管和节流阀，因此价格非常低，并且，也容易配备到装置上。图I表示的是作为定位装置的一个例子的机床。图I中所示的机床是搭载有X轴2、Y轴4以及Z轴6的正交三轴结构。而且，Y轴4上固定有安装工具10的主轴8。Z轴6是在铅直方向延伸的垂直轴。在底座I上配置X轴2，在该X轴2上配置有Z轴6。工件12固定于该Z轴6。在Y轴4的前端朝向铅直方 向下方安装有主轴8。能够通过X轴2和Y轴4使工具10相对于工件12在水平面两轴方向移动。而且，通过Z轴6使工具10相对于工件12相对移动。X轴2、Y轴4、Z轴6上分别搭载的制动器(X轴制动器3、Y轴制动器5、Z轴制动器7)是用于通过固定装置的可动部来确保安全的机构。尤其是在通过直线马达(线性马达)驱动各轴的装置中，如果该直线马达的控制停止，则成为各轴轻易进行动作的状态，因此，在装置的安全方面，制动器是必需的。但是，即使搭载有制动器，在机床的各轴处于驱动时制动器工作的状况下，装置的各轴不一定总是安全停止。在机床加工工件12的过程中，存在产生工具10与工件12的碰撞的可能性。根据碰撞的程度，会由于碰撞产生工具10或工件12的破损,有时还会导致主轴8或机床本身损坏。即使在机床的各轴驱动过程中也使各轴安全停止的方法之一为使各轴瞬时收缩至不会发生碰撞的位置后通过制动器使各轴停止。在图I的机床的轴结构中，工具10的姿势总是垂直(铅直方向朝下)，不会发生变化。因此，只要使垂直轴、也就是固定有工件12的Z轴6向下收缩充分的距离，工具10与工件12之间的间隔距离增大，就不会产生碰撞。
图2表示的是作为定位装置的一个例子的三维测量装置。图2中的三维测量装置是搭载有X轴2、Y轴4、Z轴6的正交三轴结构。Z轴6是铅直方向的垂直轴，在该Z轴6上，测量探头14朝向铅直方向下方地进行安装。在底座I上配置Y轴4，在该Y轴4上配置X轴2。测定物16固定在X轴2上。能够通过X轴2和Y轴4使测定物16相对于测量探头14在水平面两轴方向相对移动。而且，通过Z轴6使测量探头14相对于测定物16在铅直方向移动。X轴2、Y轴4、Z轴6上分别搭载的制动器(X轴制动器3、Y轴制动器5、Z轴制动器7)是用于通过固定装置的可动部来确保安全的机构。尤其是在通过直线马达驱动各轴的装置中，如果该直线马达的控制停止，则成为各轴轻易进行动作的状态，因此，在装置的安全方面，制动器是必需的。对于三维测量装置而言，如果在测量过程中紧急停止，也存在测量探头14与测定 物16碰撞产生破损、或者由于碰撞导致三维测量装置的精度恶化的可能性。图2的三维测量装置的垂直轴、也就是Z轴6的搭载位置不同于图I的机床的情况，通过使该Z轴6向上(铅直向上)收缩能够增大测量探头14与测定物16之间的间隔距离，因此能够使三维测量
装置安全停止。图I的机床或图2的三维测量装置有时为如下轴结构不仅能够进行任意的定位，而且能够通过旋转轴任意地改变角度(姿势)。图3表示的是在垂直轴的驱动方向上不能进行收缩的例子。在工具10或者测量探头14以朝向正侧面的姿势对图3中所示形状的工件12或者测定物16进行加工或者测量的情况下，无论垂直轴向上、下哪个方向收缩都会产生碰撞。因此，图3中所示的工具10或测量探头14为通过垂直轴不能从工件12或被测定物16收缩的姿势，该情况下，有必要使工具10或测量探头14从工件12或被测定物16在水平方向收缩。另外，图3中所示工件12或被测定物16具备不能通过垂直轴从工具10或测量探头14收缩的形状。姿势和形状的组合可以考虑到多种，例如倾斜的凹形状加工等，因此，为了进行对应于所有这些组合的收缩动作，不仅仅机械结构复杂，而且控制的面也非常复杂。但是，对于实际使用的机床或三维测量装置而言，图I或图2这样的、工具10或测量探头14的姿势被固定在垂直方向的轴结构的情况居多。另外，即使是姿势能够自由改变的轴结构，在实际的加工和测量中，也是以垂直姿势使用居多。于是，在本发明中将轴的收缩动作限定为垂直方向(铅直方向)的收缩动作，目的在于提供一种定位装置，特别是能够容易进行搭载有空气平衡器的垂直轴的收缩动作。使用图4A (主视图)以及图4B (侧视图)说明在本发明的定位装置的第一实施方式中搭载的垂直轴的一个例子。该定位装置是可动部21相对于固定部20在铅直方向(上下方向)移动的结构。压力调整装置46与空气源(压缩机)44连接，来自空气源44的压缩空气经由空气配管60向压力调整装置46供给。供给到压力调整装置46的压缩空气经由与空气平衡器连接的配管70向空气平衡器供给。关于该空气平衡器，使用图5进行说明。来自控制装置40的对压力调整进行指令的电信号经由用于压力调整的信号线80输入压力调整装置46，控制压力调整装置46的动作。紧急停止开关42是用于通过手动紧急停止的开关，若按压该开关，则控制装置40的控制停止，成为紧急停止状态。关于图4A以及图4B中所示的定位装置的第一实施方式，进一步使用表示图4B的A-A剖面的图5进行说明。垂直轴的可动部21是斗形形状，是在该可动部21的内表面插入了具有长方体形状的固定部20的结构。可动部21与固定部20接触的面是轴承面22。通过在该轴承面采用例如空气轴承，从而使可动部21相对于固定部20保持数y m的间隔被支撑(参照图21)。该空气轴承的轴承面还具有密封流体的功能，因此，由固定部20与可动部21包围的空间成为密闭结构。为了将该密闭结构的空间作为空气平衡器使用，空气平衡器室23经由与空气平衡器连接的空气配管70而与压力调整装置46连接。压力调整装置46经由空气配管60与空气源(压缩机)44连接，能够任意调整空气平衡器室23的压力(即，压力调整装置46构成“空气平衡器压力变更部”)。该结构中，通 过调整压力调整装置46使得空气平衡器室23的压力与可动部21的重量均衡，从而能够抵消可动部21的自重。该可动部21能够通过直线马达等驱动装置(未图示)进行在铅直方向(上下方向)定位的驱动，通过空气平衡器能够在接近无负载的状态下进行驱动。而且，这样的结构在之前作为在先技术文献提供的日本特开2006-177437号公报以及日本特开2006-214536号公报中公开。5中所示定位装置的第一实施方式中，“空气平衡器压力变更部”如上所述由压力调整装置46构成。例如，图4A的紧急停止开关42被按压时，通过从控制装置40向压力调整装置46发送改变压力的信号，空气平衡器室23内的压力变化，垂直轴进行收缩工作。这样，该实施方式中，通过利用空气平衡器来进行垂直轴的收缩动作，能够不另外追加装置地以低价格提高定位装置的安全性。如上所述，在能产生远大于通常伺服马达的力的方面，利用空气平衡器来进行垂直轴的收缩动作的方式也具有优点。通过更大的力进行收缩动作时，即使是重量(惯性)大的可动部21也能更加高速地收缩，有助于防止可动部21碰撞。图6是表示空气平衡器室23内的压力与空气平衡器的驱动力之间的关系的一个例子的图。设垂直轴的可动部的重量为lOOKg，空气平衡器室23的截面积(可动部由于空气压力承受向上方向的力的面积)为500cm2，那么，如果空气平衡器室23的压力(表压)为0. 2Kgf/cm2 (=0. 02MPa),则将可动部21推上去的力为0. 2X500=100 (Kgf),与可动部21
的重量均衡。在将可动部21推上去的力与可动部21的重量均衡的状态下，空气平衡器的驱动力为零，通过在该状态下进行通常的由伺服马达进行的位置控制，则可动部21的自重、空气平衡器的驱动力不会成为马达的负荷。这样，如图6所示，空气平衡器仅比大气压(绝对压力下约为l.OKgf/cm2)提高20%压力，具有能够产生IOOKgf这样大的力的优点。设搭载于垂直轴上的驱动机构(例如直线马达)的最大推力为5kgf，那么，如果使空气平衡器中压力变化为0. OlKgf/cm2以上，则能够容易地产生最大推力以上的力。例如，在使静止的IOOKg的可动部收缩IOmm的情况下，在最大推力为5kgf时，需要0. 2秒。另一方面，如果通过空气平衡器产生20kgf，则能够将上述可动部收缩IOmm缩短至0. I秒。通过空气平衡器产生20kgf的力时的压力为0. 24kgf/cm2，相对于原来的空气平衡器压力仅变化20%压力，就能够得到相比控制驱动装置的情况使收缩时间减半这样的效果。另外，在由于地震等对装置施加了大的加速度的情况下，会很容易地施加超出控制的最大推力的力，有时依靠电控制不再能够进行可动部的收缩工作。这种情况下，只要是能够以更大的力进行收缩动作的空气平衡器，就能够避免可动部的碰撞，或者使碰撞的损害为最小限度。此处，针对通过电控制和空气平衡器进行的可动部的收缩动作进行补充说明。压力的传播速度为音速，但是实际上，由于装置中使用的中途管路的阻力等，流量会受到限制，因此，估计空气平衡器的压力达到最大为止需要0. I秒(如果中途配管充分粗且短，则接近音速)。
另一方面，通过电控制能够瞬时产生最大推力，因此如果通过推力的上升时间进行比较，则确实是通过电控制进行的可动部的收缩动作快于通过空气平衡器进行的可动部的收缩动作。但是，如同图6的说明，收缩动作的时间还依赖于最大推力，因此，收缩的距离越长,则最大推力大的空气平衡器越有利。实际上，与各种条件都存在关系，但是，在通常使用的机床或三维测量装置等装置中，如果可动部的收缩距离为5 10mm以上，则空气平衡器快(换言之，收缩动作的时间短)。在5中所示的定位装置的第一实施方式中，在紧急停止时，空气平衡器室23的压力设定本身通过压力调整装置46发生了改变，因此，只要不使空气平衡器室23的压力还原，可动部的收缩动作就会持续。因此，在改变空气平衡器室23的压力而进行恒定距离的收缩动作之后，必须按照使空气平衡器室23恢复到原来压力这样的顺序从控制装置40向压力调整装置46输出信号。因此，来自控制装置40的对压力调整进行指令的电信号经由用于压力调整的信号线80输入压力调整装置46，压力调整装置46的动作受到控制。使用图7说明本发明的定位装置的第二实施方式中搭载的垂直轴的一个例子。该实施方式中进行恒定距离的收缩动作。压力调整装置46与空气平衡器室23经由与空气平衡器连接的空气配管70连接。压力调整装置46经由空气配管60与空气源44连接。阀48经由空气配管61与空气源44连接，阀48与空气平衡器室23经由与该空气平衡器室23连接的空气配管71连接。另外，阀48经由空气配管62与空气箱50连接。控制装置40进行阀48的开闭控制和压力调整装置46的控制。压力调整装置46仅用于使空气平衡器室23的压力与可动部21的重量均衡的目的，与紧急停止时的动作无关。如图8所示，图7的阀48具有截止栓49，由与空气源44连接的路径、与空气箱50连接的路径、与空气平衡器室23连接的路径这三条路经构成。与空气箱50连接的阀48在图2中所示轴结构的装置的驱动时通过使截止栓49位于图8中所示的位置来如图8所示地连接空气箱50和空气源44，因此，空气箱50内为高压。紧急停止开关42被按压时，来自该紧急停止开关42的信号经由信号线81输入控制装置40。于是，接收到该信号的控制装置40将指令信号经由信号线82输入阀48。阀48中的截止栓49根据该指令信号移动，因此，阀48截断来自空气源44的高压空气的供给，如图9所示地连接空气箱50和空气平衡器室23。空气箱50内的高压空气经由阀48、与空气平衡器连接的空气配管71流入空气平衡器室23。通过该流入的空气，空气平衡器室23的压力暂时提高，但是随着可动部21的收缩动作，空气平衡器室23的压力还原，可动部21的收缩动作在进行恒定距离后结束。例如，如果空气箱50的容量为0. IL (升)，空气源44的压力为0. 62Mpa(绝对压力0. 72Mpa)，那么，使用上述的空气平衡器室23的值，当空气箱50的空气膨胀为6倍体积(=0. 6L)时，压力下降为六分之一，与原来的空气平衡器室23的压力同为0. 02Mpa (绝对压力0. 12Mpa)。因此，空气平衡器室23中流入膨胀的体积量的空气0. 5L (从膨胀后的体积减去原来箱的体积后的值的体积)，可动部21只上升体积增加量的10mnin图7的实施方式是使空气箱50内压力高于空气平衡器室23、使可动部21在铅直方向朝上收缩的情况，但是如果取消阀48与空气源44的连接，则驱动时的空气箱50的压力为大气压。该情况下，空气箱50的压力低于空气平衡器室23，因此使可动部在铅直方向朝下收缩(其结果为，与图I中所示轴结构的装置对应)。但是，由于空气平衡器室23与空气箱50之间的压力差小(约为0. 2Mpa)，因此使垂直轴通过收缩动作下降IOmm时 的空气箱50的容量需要为3L。这样，垂直轴的朝下的收缩存在空气箱50的容量增大这样的缺点。使用图10说明本发明的定位装置的第三实施方式中搭载的垂直轴的一个例子。制动装置25安装在可动部21侧，制动器导轨26安装在固定部20侧。制动器为通过空气压力工作的方式，制动装置25经由与制动器连接的空气配管72与制动阀52连接。空气源44的空气经由分支配管、即空气配管63向压力调整装置46和制动阀52供给。另夕卜，制动阀52经由与空气平衡器连接的空气配管71与空气平衡器室23连接。压力调整装置46经由与空气平衡器连接的配管70与空气平衡器室23连接。控制装置40进行制动阀52的开闭和压力调整装置46的压力控制。来自控制装置40的指令信号经由制动器的信号线83输入制动阀52。来自控制装置40的对压力调整进行指令的信号经由用于压力调整的信号线80输入压力调整装置46。另外，通过按压紧急停止开关42而经由信号线81向控制装置40输入紧急停止信号。而且，关于制动阀52的动作，使用图12、图13在后文叙述。使用图IlA以及图IlB说明图10的定位装置中的制动装置处于制动器解除时以及制动器工作时的状态。从空气源44经由制动阀52向制动装置25供给充分高压的空气后，如图IlA所示，压力作用在缸体27内的活塞28，弹簧29缩短，制动器被解除。反之，空气从缸体27内被排出时，如图IlB所示，活塞28通过弹簧29的力被推出，通过活塞28上配备的制动块30将制动器导轨26从两侧挟住，从而使制动器工作。该方式的优点在于即使由于停电等导致作为空气源44的压缩机停止，也能通过弹簧29的力保持制动器。另外，如图IlA所示，之所以在制动器导轨26的左右配置缸体27、活塞28、弹簧29的组合从而使制动装置25为左右对称的结构，是为了通过对制动器导轨26从左右以相同的力挟持从而不会在制动器工作时对轴承施加大的力。尤其是参照图5所述的空气轴承是摩擦接近于零的理想轴承，并且轴承的刚性相比滚动轴承等较低，因此在制动器工作时负荷不会施加在轴承上，因此，在该制动装置中是所希望的轴承。使用图12说明图10的定位装置中的制动阀52打开、处于正在驱动机床或三维测量装置的状态。制动阀52具有截止栓53，由与空气源44连接的路径、与制动装置25连接的路径、与空气平衡器室23连接的路径这三条路径构成，按照该截止栓53的位置，三条路径中只有两条路径相互连通。在装置驱动时，阀为打开状态，排气端口 59—侧由截止栓53堵塞，与空气源44连接的路径和与制动装置25连接的路径连通。此时，从空气源44向制动装置25供给高压空气，制动器被解除。使用图13说明图10的定位装置中的制动阀闭合、机床或三维测量装置处于紧急停止的状态。在紧急停止时，阀为闭合状态，截止栓53处于堵塞空气源44侧的位置，与制动装置25连接的路径和与空气平衡器室23连接的路径连通。在该状态下，制动装置25侧的剩余压力从排气端口放掉，存留在制动装置25侧的高压空气经由排气端口 59流向压力低的空气平衡器室23。最终向制动装置25供给的空气压力下降至与空气平衡器相同，压力充分下降，因此，制动器工作。从具有存留空气的容积的意义上讲，制动装置25内的缸体27的空间和将制动阀52与制动装置25连接起来的空气配管72 (参照图10)相当于图7中所示定位装置(第二实施方式)中的空气箱50，基于相同原理，在紧急停止时垂直轴进行收缩动作。也就是，在图10中所示的定位装置(第三实施方式)中，该制动装置25为如下结构除了固定垂直轴 的可动部21这一本来作用之外，还兼具向空气平衡器室23供给用于进行收缩动作的空气的作用。该结构的优点在于，不再需要如图7中所示定位装置(第二实施方式)那样另外准备用于垂直轴的收缩动作的空气箱50。本来，制动装置25是作为固定可动部21的安全装置所不可缺少的装置。在不仅垂直轴承受重力影响，尤其是驱动装置为直线马达的情况下，如果在没有制动器的状态下马达的励磁中断，则会轻易地产生运动，因此，从安全上讲，制动器是必需的。本发明的定位装置的结构以在垂直轴上搭载有空气平衡器室23为前提，但是，在使用空气的装置中使用的制动器通常是空气驱动，大多采用图11的结构的制动器。因此，本发明的定位装置的特征在于，不是为了可动部(垂直轴)的收缩动作而采用空气驱动的制动器，而是在搭载有空气平衡器室23的装置中本来就搭载有上述的空气驱动的制动器，因此将该制动器用于其收缩动作。另外，制动装置25兼作空气箱50的另一个优点在于，在制动器工作的时刻，垂直轴肯定进行收缩动作。只要是搭载有制动器的垂直轴，只要按压紧急停止开关42，就成为制动器工作的回路。通常，考虑到安全，制动器在由于停电等即使在失去电源时也能使装置停止，因此，在停电时，制动器也工作。使用图14说明作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的、搭载有三个直线轴的三维测量装置的第四实施方式。三维测量装置搭载有X轴2、Y轴4、Z轴6这三个直线轴。在作为垂直轴的Z轴6上搭载有与图5同样的空气平衡器，而且在X轴2、Y轴4、Z轴6上分别搭载有图11中所示的制动器和图12、图13中所示的制动阀52 (X轴制动阀52x、Y轴制动阀52y、Z轴制动阀52z)。而且，这三个制动阀52x、52y、52z的排气端口通过通用的空气配管(与空气平衡器连接的配管71)与空气平衡器室23连接。在紧急停止时，控制三个制动阀52x、52y、52z全部为同时闭合的状态(图13)。而且，控制装置40 (参照图10)控制X轴制动阀52x、Y轴制动阀52y、Z轴制动阀52z的开闭动作。与只具有垂直轴的图10的定位装置相比，图14的三维测量装置搭载有三个制动器(X轴制动器3、Y轴制动器5、Z轴制动器7)，在紧急停止时，各制动器的排压从排气端口被排出，从而通过与空气平衡器连接的空气配管71流入空气平衡器室23的空气的流量也成为三倍。如针对图7的定位装置(第二实施方式)在上文说明的那样，在通过空气平衡器使垂直轴向上收缩IOmm的情况下，需要0. IL的空气箱，但是难以如图10的定位装置(第三实施方式)那样只通过一个制动器和制动器配管来得到0. IL的容量。于是，通过汇总三个轴的量，从而使得单轴的每个制动器约为33cc，成为能够实现的容量。另外，在图14的三维测量装置中，对于三个制动器(X轴制动器3、Y轴制动器5、Z轴制动器7)使用了三个制动阀52x、52y、52z，但是在紧急停止时以外的装置的运用上，如果没有必要使各个制动器3、5、7独立地工作，则可以只通过一个阀来使X轴、Y轴、Z轴的制动器同时进行动作。使用图15说明作为本发明所涉及的定位装置的一个例子的、搭载有三个直线轴的三维测量装置的第五实施方式。三维测量装置搭载有X轴2、Y轴4、Z轴6这三个直线轴。定位装置是与图2中所 示装置相同的结构。在该实施方式的定位装置中，也如上所述，制动器内和制动器配管的容量对于通过空气平衡器进行可动部的收缩动作是重要的。空气驱动式的制动器如果仅用于本来的制动器动作，则没有必要考虑在配管中的压力损失(由于空气在制动器解除过程中、工作过程中不流动，因此没有压力损失)，因此，通常使用内径较细的空气配管。例如，如果制动器的配管的内径为￠2. 5mm,长度为2m,那么，其容积为10cc。关于图11中的左右缸体27的有效容积，两侧共计为3cc的容积。于是，将制动器的配管的容积和左右缸体27的有效容积相加，则每轴为13cc，三轴总计也只有39cc。于是，如图15所示，使X轴2、Y轴4、Z轴6各轴制动器的配管72x’、72y’、72z’增粗且增长,使内径为4. Omm,长度为2. 5mm。该情况下,每轴为40cc,三轴总计为120cc,成为超过所述的必要容量0. IL的容量。而且，符号72x’表示与X轴制动器连接的粗长的空气配管、72y’表示与Y轴制动器连接的粗长的空气配管、72z’表示与Z轴制动器连接的粗长的空气配管。图16表示在图15中表示的定位装置(搭载有三个直线轴的三维测量装置)中没有变更配管、但是追加了空气箱54的、第五实施方式的一个变形例子。如图15所示那样通过使制动器的配管72x’、72y’、72z’增粗增长来增加容积的方法虽然价格低，但是根据装置不同，也存在没有容纳配管的空间的情况。因此，可以更直接地通过在制动器的配管的中途安装空气箱54来增加容积。在图16中，在与Y轴4的制动器连接的空气配管72y的中途追加有80cc的空气箱54。该空气箱54的80cc的容量和原有的39cc的容量相加总共119cc，成为超过必要容量的0. IL的容量。使用图17的流程图说明从对定位装置开始紧急停止的处理直至制动为止的必要顺序。各轴的制动器的阀同时开闭。因此，各轴的制动器同时工作。此处的问题在于至垂直轴的制动器工作为止的时间与至垂直轴的收缩动作结束为止的时间之间的关系。如图17的流程图所示，在垂直轴的收缩动作结束以后垂直轴的制动器进行工作是正确的顺序。以下，根据各步骤进行说明。步骤SA100 :对各轴进行的控制停止，制动阀闭合。步骤SA102 :垂直轴以外的制动器工作，制动器的排压流入空气平衡器。
步骤SA104 :垂直轴的收缩动作结束。步骤SA106 :垂直轴的制动器工作。 但是，根据上述的收缩动作的原理，在制动器的阀闭合的同时，垂直轴的收缩动作开始，同时制动器也工作，因此，在收缩动作的途中，制动器工作。如图6所说明的那样，由于空气平衡器产生很大的力，因此如果制动器的保持力弱，则空气平衡器的力大于该保持力，存在即使制动器正在工作也继续进行收缩动作的可能性。但是，考虑到垂直轴的制动器这一用途，即使在停电时空气源停止、空气平衡器完全失效的状况下，也要求垂直轴的制动器具有支撑可动部的重量IOOKg的保持力。因此，垂直轴的制动器保持力是强力，只要垂直轴的制动器工作，垂直轴就不能进行收缩动作。另外，如果在可动部的收缩动作中途由于强力的制动将可动部锁定，那么，由于急停止导致大的冲击作用在可动部和制动器上。这有时也会成为装置精度恶化、制动器故障 的原因，因此需要在确实使垂直轴的收缩结束之后使垂直轴的制动器工作的机构。图18表示在图16中表示的定位装置(搭载有三个直线轴的三维测量装置)追加了节流阀56的第五实施方式的又一变形例子。该节流阀56被称作速度控制器，能够将流速控制为一定量以下。此处所谓的限制流速是指限制每单位时间流过的空气的流量。通过该节流阀56，在垂直轴(Z轴6)的制动器的阀(Z轴制动阀52z)关闭后，限制从制动器的缸体27 (参照图11)流出的空气的流速。限制空气的流速后，缸体27内的压力随时间经过而逐渐降低，因此，能够延迟通过弹簧29按压活塞28使制动器工作的时间。由于作为垂直轴的Z轴6以外的轴、即X轴2以及Y轴4的制动用配管中没有设置这种节流阀56，因此制动阀(X轴制动阀52x、Y轴制动阀52y)闭合后，制动器马上工作，并且，制动器的排压(排气)流入空气平衡器室23。通过采用该方式，能够确实地在垂直轴(Z轴6)的收缩动作完成后使该垂直轴(Z轴6)的制动器工作，因此，能够实现上述的图17的流程图的流程。而且，节流阀56的安装位置如图18所示那样越接近垂直轴(Z轴6)的制动器则制动器配管内的空气的大部分用于垂直轴的收缩动作，因此不会造成浪费。使用图19说明本发明的定位装置中使用的制动阀52 (参照图12、图13)构成为电磁阀、并且处于该电磁阀打开状态(制动器被解除的状态)。图19中所示的制动用的电磁阀52a通常向内部搭载的线圈52b通电来进行阀52c的开闭。对该线圈52b通电后，固定铁心52d成为电磁铁，为了吸引可动部铁心52e，阀52c在图19中靠左，排气端口 52f关闭。同时，空气源44与制动装置25的管路连通，如虚线箭头所示，空气从空气源44向制动器供给，制动器被解除。图20表示图19的制动用的电磁阀52a闭合、制动器工作的状态。切断向线圈52b的电源后，由于固定铁心52d失去磁力，因此通过内置的弹簧52g使得阀52c在图20中被拉回到靠右侧。阀52c处于图20中所示位置后，制动装置25的排压经由排气端口 52f流入空气平衡器室23。失去电源后，电磁阀52a必定成为图20所示的状态，因此停电时的电磁阀52a成为阀闭合的状态。因此，即使在由于停电等动力、控制装置等的信号全部被切断的状态下，电磁阀52a也闭合，垂直轴必定进行收缩动作。这意味着图17的流程图中所示的紧急停止的一系列流程不需要电源地自动执行，能够实现可靠性非常高的垂直轴的收缩动作。使用图21说明在本发明的定位装置的第六实施方式中搭载的垂直轴的一个例子。从空气源44经由配管75向设在可动部21的配管76供给空气。向空气轴承供给的空气被排入空气平衡器室23内。另外，该空气源44经由空气配管73向垂直轴的制动用电磁阀52a供给空气。该制动用电磁阀52a经由制动用的空气配管72与制动器连接。另夕卜，制动用电磁阀52a的排气端口经由配管74与空气平衡器室23连接。精密减压阀58的二次侧58d经由配管78与空气平衡器室23连接。制动用电磁阀52a的排气端口经由配管74与空气平衡器连接。符号76是空气轴承的配管。符号77表示从空气轴承(向空气平衡器室23)的排气。符号78是连接空气平衡器与精密减压阀(58)的二次侧(58d)的配管。
关于所述的停电时的垂直轴的收缩动作，控制空气平衡器的压力的压力调整装置
46(例如图10中表示的压力调整装置46)在停电时也保持空气平衡器的压力这一前提是必要的。在停电的同时将空气平衡器室23的空气排放这样的压力调整装置46不能进行垂直轴的收缩动作。作为具有不使用电力地将压力保持恒定的功能的压力调整装置46，具有精密减压阀58。精密减压阀58从一次侧58b取入高压空气，手动转动调整把手58a，从二次侧58d输出调压后的空气，这是通常的使用方法。但是，在如图5中所示的定位装置那样的通过空气轴承密封空气平衡器的情况下，由于从密封部分总有空气(空气轴承的排气)向空气平衡器室23供给，因此，不需要如图21那样向精密减压阀58的一次侧58b供给空气。S卩，可以将一次侧58b堵塞。该情况下的精密减压阀58进行从精密减压阀58的排气端口 58c排放空气平衡器的多余空气的动作，使得二次侧58d的空气压力恒定。能够精密控制二次侧58d的压力的类型、尤其是称为“精密减压阀”，用于如空气平衡器那样不允许稍微的压力变化的用途。而且，在作为可动部的垂直轴的重量变动那样的装置中，在该精密减压阀58的调整把手58a上安装步进马达(未图示)，能够根据垂直轴的重量自动控制二次侧58d的压力，使得垂直轴的马达负荷为最小。步进马达在其分解能的范围内即使切断电源也能保持位置，因此，精密减压阀58的压力设定得以维持。停电时，压缩机等空气源44也停止，但是并非供给压力马上为零，可以认为通过压缩机主体、途中配管中存留的空气能够至少供给几秒。因此，刚停电后的空气平衡器室23至少在几秒内通过精密减压阀58保持为一定压力。图17的流程图中表示的紧急停止时的垂直轴的收缩动作的流程在广2秒结束，垂直轴的制动器工作以后，即使空气平衡器压力完全为零，可动部的位置也不会移动。因此，通过具备精密减压阀58，从空气压力的观点可以说即使在停电时也能确实执行垂直轴的收缩动作。在通过空气轴承这样的无摩擦的轴承保持的可动部21中，如果瞬间改变密闭空间、即空气平衡器室23的压力，则空气平衡器进行作为空气弹簧的举动。如果垂直轴的可动部21完全没有衰减要素，则收缩动作的距离、可动部21的速度、空气平衡器的驱动力以正弦波变化，成为图22的图形所示的相位关系。由图22可知，由于在收缩距离最大时可动部21的速度为零，因此,为了使垂直轴的制动器在该瞬间工作，看似通过图18的节流阀56延迟制动器的工作时间即可。但是，在设正弦波的周期为T秒时，由于实际上T=O. 3、. 6秒，是很短的时间，因此，所述的施加制动的时刻为T/2=0. 15、. 3秒后，瞅准该瞬间使制动器工作是非现实的。另外，在T/2秒后的时亥IJ，空气平衡器的驱动力为朝下最大，从该点上也可以说也不优选该状态下使制动器工作。在如图21的定位装置那样其精密减压阀58与空气平衡器室23连接的状态下，可动部的收缩动作的距离和可动部的速度和空气平衡器的驱动力如图23的图表所示。如上所述，精密减压阀58总是在抑制空气平衡器的压力变化的方向进行动作。因此，精密减压阀58作为压力变动的衰减要素发挥作用，因此，T’秒后，垂直轴的收缩动作、速度、驱动力都稳定(成为变动少的平稳的值)。由于实际的T’为0. 5^2. 0秒，因此调整图18的节流阀56使垂直轴的制动器的工作延迟2. 0秒以上即可。这样的调整并不是特别困难。由于通过暂时改变空气平衡器的压力来执行的是收缩动作，因此，也可以认为使空气平衡器的压力保持恒定的减压阀会妨碍可动部的收缩动作。可动部的收缩动作中最重要的是空气平衡器的压力(驱动力)的上升，可以说收缩速度由该压力(驱动力)的上升决 定。通过比较图22的图形和图23的图形可知，紧急停止刚刚开始后的举动完全相同，没有看到有无减压阀58带来的影响。这是由于减压阀58的响应速度略迟于压力变化，但是几乎不会由于该响应的延迟导致减压阀58妨碍可动部的收缩动作。因此，即使减压阀与空气平衡器连接，也可以认为收缩动作没有问题地进行。如上所述，本发明的定位装置通过限定为垂直轴的驱动方向、尤其是朝上方向的垂直轴的收缩动作，能够不附加高价装置地简单地实现可靠性高的紧急停止时的垂直轴的收缩动作。另外，原理上讲，能够以大于马达的驱动力的力进行驱动工作，在这方面也比现有的方式优异。
权利要求
1.一种定位装置，其具备驱动垂直轴的伺服马达、控制该伺服马达的控制装置、以及抵消所述垂直轴的自重的空气平衡器，该定位装置的特征在于， 具有: 空气供给源，该空气供给源向所述空气平衡器供给空气； 压力调整装置，该压力调整装置使用从所述空气供给源供给的空气调整所述空气平衡器的压力；以及 空气平衡器压力变更部，该空气平衡器压力变更部用于当所述定位装置由于紧急停止、停电或者其它操作导致所述伺服马达的励磁被解除时，对所述空气平衡器的压力进行变更，使所述垂直轴在避免追随所述垂直轴移动的结构部分与其它结构物碰撞或者减少碰撞的方向移动。
2.根据权利要求I所述的定位装置，其特征在于， 所述空气平衡器压力变更部通过空气平衡器的压力变化来产生所述伺服马达的推力以上的力。
3.根据权利要求I所述的定位装置，其特征在于， 所述空气平衡器压力变更部是与空气平衡器连接的压力调整装置。
4.根据权利要求I所述的定位装置，其特征在于， 所述空气平衡器压力变更部由能够存留一定量压力比空气平衡器的压力高或者低的空气的空气箱和阀构成，该空气箱经由所述阀并通过配管而与所述空气平衡器连接。
5.根据权利要求I所述的定位装置，其特征在于， 所述垂直轴具备制动装置，该制动装置在供给空气压力时使得制动器被解除，在释放空气压力时使得制动器工作，向所述制动装置供给的空气从远高于所述空气平衡器的压力的空气源经由阀供给， 所述阀具备放掉阀闭合时的剩余压力的排气端口，并且具备当所述阀闭合时使所述制动装置的剩余压力经由阀的所述排气端口流入所述空气平衡器的管路。
6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于， 除了所述垂直轴之外还有至少一个直线轴或者旋转轴，该直线轴或者旋转轴具备制动装置，该制动装置在供给空气压力时使得制动器被解除，在释放空气压力时使得制动器工作，各个阀同时开闭，并且具备当闭合阀时使各个制动器的剩余压力经由所述排气端口流入空气平衡器的管路。
7.根据权利要求6所述的定位装置，其特征在于， 连接所述制动装置与所述阀的空气配管的至少一个是能够在配管内存留空气的结构。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的定位装置，其特征在于， 所述垂直轴的制动装置为如下结构在使制动器工作时排出的空气的管路中安装有节流阀，通过限制所述排出的空气的流速，使垂直轴的制动器的工作时间延迟。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的定位装置，其特征在于， 所述阀为电磁阀，该电磁阀的电源为接通时，向制动装置供给空气，制动器被解除，电磁阀为断开时，制动器工作。
10.根据权利要求I所述的定位装置，其特征在于， 所述空气平衡器与精密减压阀的二次侧连接，进行压力调整，使得所述空气平衡器的压力恒定。
全文摘要
本发明涉及利用空气平衡器进行收缩动作的定位装置。定位装置在由于紧急停止、停电、其它操作使得伺服马达的励磁被解除时，使用从空气供给源供给的空气变更用于抵消由该伺服马达驱动的垂直轴的自重的空气平衡器的压力，使该垂直轴移动。
文档编号B23Q5/58GK102950501SQ20121027340
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月2日 优先权日2011年8月18日
发明者蛯原建三 申请人:发那科株式会社