專利名稱：利用空氣平衡器進(jìn)行收縮動(dòng)作的定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及考慮了安全性搭載在機(jī)床或三維測量裝置等裝置上的進(jìn)行收縮動(dòng)作的定位裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)床或三維測量裝置能夠進(jìn)行任意的定位控制，為了縮短加工時(shí)間或測量時(shí)間，進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)的情況也很多?？紤]到安全性，這些裝置搭載有即使在驅(qū)動(dòng)過程中也進(jìn)行緊急停止的功能。除了在按壓緊急停止開關(guān)而通過手動(dòng)使裝置緊急停止的情況 、由于伺服馬達(dá)的過負(fù)荷等導(dǎo)致裝置發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)停止的情況下裝置會(huì)緊急停止，在由于停電等導(dǎo)致失去電源等情況下，裝置也會(huì)緊急停止。作為通常的緊急停止方法，使所有的軸減速工作，通過施加制動(dòng)保持位置并停止。但是，在機(jī)床的各軸正在高速驅(qū)動(dòng)過程中進(jìn)行緊急停止的情況下，會(huì)由于慣性移動(dòng)一定程度的距離，才能通過制動(dòng)來停止，因此，不一定總能安全地停止。凡是加工過程中的機(jī)床，就有可能發(fā)生工具與工件之間的碰撞，凡是測量過程中的三維測量裝置，就有可能發(fā)生探頭(probe)與測定物之間的碰撞。為了使裝置在上述高速驅(qū)動(dòng)時(shí)的緊急停止的情況下也安全停止，提出了維持伺服馬達(dá)的控制，直至各軸完全停止的方法。圖24表示的是現(xiàn)有技術(shù)中緊急停止處理的流程圖。判斷是否是由于停電導(dǎo)致緊急停止，在緊急停止的情況下，從不間斷電源(uninterruptible power source、UPS)開始電源供給,維持各軸的控制進(jìn)行減速停止,收縮至安全的位置，對(duì)所有的軸施加制動(dòng)。然后通過停止所有軸的控制來完成緊急停止。該技術(shù)中，通過直至各軸完全停止之前維持伺服馬達(dá)的控制的方式在本來的驅(qū)動(dòng)路徑的中途使各軸的控制停止后移動(dòng)至安全的位置并使制動(dòng)器工作。在由于停電等失去電源的情況下，通過從分開設(shè)置的不間斷電源(UPS)以及減速動(dòng)作產(chǎn)生的再生能量接受一定時(shí)間的電源供給，使各軸的控制安全停止(參照日本特開平8-54914號(hào)公報(bào)、日本特開平8-227307號(hào)公報(bào))。另外，在日本特開2006-177437號(hào)公報(bào)、日本特開2006-214536號(hào)公報(bào)中公開了如下技術(shù)在精密機(jī)床或精密測定器等中，空氣平衡結(jié)構(gòu)適用于補(bǔ)償在垂直軸上移動(dòng)的可動(dòng)部的自重的機(jī)構(gòu)。如上述的日本特開平8-54914號(hào)公報(bào)以及日本特開平8-227307號(hào)公報(bào)中公開的那樣，在進(jìn)行緊急停止的情況下，維持機(jī)床或三維測量裝置等裝置的各軸的控制，在本來的驅(qū)動(dòng)路徑的中途使各軸停止之后，移動(dòng)至安全的位置，使制動(dòng)器工作。在由于停電等失去電源的情況下，通過從分開設(shè)置的電池(不間斷電源)以及減速動(dòng)作產(chǎn)生的再生能量接受一定時(shí)間的電源供給，使各軸安全停止。該方法在安全性、通用性上優(yōu)異，另一方面，還需要設(shè)置高價(jià)的電池、再生電源的電路，為了配備再生電源的電路等，需要大規(guī)模的控制電路、電源電路的變更。另外，在例如由于加工程序的錯(cuò)誤導(dǎo)致工具碰撞工件而發(fā)出過負(fù)荷警報(bào)的情況下，如果維持錯(cuò)誤的工具路徑來停止，則損害增大。并且，在由于地震等從外部施加了超出各軸驅(qū)動(dòng)力的大的加速度的情況下，還存在不能維持路徑的問題。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，鑒于上述以往技術(shù)的問題點(diǎn)，提供一種能夠不依賴外部動(dòng)力地使垂直軸可靠地進(jìn)行收縮動(dòng)作的定位裝置。本發(fā)明的定位裝置具備驅(qū)動(dòng)垂直軸的伺服馬達(dá)、控制該伺服馬達(dá)的控制裝置、以及抵消所述垂直軸的自重的空氣平衡器。該定位裝置還具有空氣供給源，該空氣供給源向所述空氣平衡器供給空氣；壓力調(diào)整裝置，該壓力調(diào)整裝置使用從所述空氣供給源供給的空氣調(diào)整所述空氣平衡器的壓力；空氣平衡器壓力變更部，該空氣平衡器壓力變更部用于當(dāng)所述定位裝置由于緊急停止、停電或者其它操作導(dǎo)致所述伺服馬達(dá)的勵(lì)磁被解除時(shí)，對(duì)所述空氣平衡器的壓力進(jìn)行變更，使所述垂直軸在避免追隨所述垂直軸移動(dòng)的結(jié)構(gòu)部分與其它結(jié)構(gòu)物碰撞或者減少碰撞的方向移動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明，通過將本來用于抵消垂直軸的自重而搭載的空氣平衡器也利用于緊急停止時(shí)的收縮動(dòng)作，能夠以低價(jià)格提高定位裝置的安全性。所述空氣平衡器壓力變更部能夠通過空氣平衡器的壓力變化而產(chǎn)生所述伺服馬達(dá)的推力以上的力。根據(jù)該實(shí)施方式，由于空氣平衡器能夠容易地產(chǎn)生垂直軸的驅(qū)動(dòng)力以上的推力，因此相比通過控制進(jìn)行收縮動(dòng)作，能夠?qū)崿F(xiàn)更高速的收縮動(dòng)作，而且，即使在由于地震等承受了超出控制的驅(qū)動(dòng)力的外力的情況下，能夠進(jìn)行安全的收縮動(dòng)作的可能性也很高。所述空氣平衡器壓力變更部能夠是與空氣平衡器連接的壓力調(diào)整裝置。根據(jù)該實(shí)施方式，能夠通過空氣平衡器的壓力變化而產(chǎn)生所述伺服馬達(dá)的推力以上的力。所述空氣平衡器壓力變更部能夠由能夠存留一定量壓力比空氣平衡器的壓力高或者低的空氣的空氣箱和閥構(gòu)成，該空氣箱能夠經(jīng)由所述閥并通過配管而與所述空氣平衡器連接。如果持續(xù)改變空氣平衡器的壓力，則垂直軸無止境地運(yùn)動(dòng)，如果收縮動(dòng)作過大，則還有可能有損安全性，因此希望收縮動(dòng)作只移動(dòng)確保安全所必要的距離。根據(jù)該實(shí)施方式，在緊急停止時(shí)，打開閥，直至空氣箱內(nèi)成為與空氣平衡器相同的壓力，垂直軸進(jìn)行收縮動(dòng)作，但是不會(huì)移動(dòng)得更遠(yuǎn)，也就是，能夠使收縮動(dòng)作為一定的距離。所述垂直軸具備制動(dòng)裝置，該制動(dòng)裝置在供給空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器被解除，在釋放空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器工作，向所述制動(dòng)裝置供給的空氣從遠(yuǎn)高于所述空氣平衡器的壓力的空氣源經(jīng)由閥供給，所述閥具備放掉閥閉合時(shí)的剩余壓力的排氣端口，并且能夠具備當(dāng)所述閥閉合時(shí)使所述制動(dòng)裝置的剩余壓力經(jīng)由閥的所述排氣端口流入所述空氣平衡器的管路。根據(jù)該實(shí)施方式，由于制動(dòng)器在空氣被釋放時(shí)工作，因此即使在停電時(shí)也保持制動(dòng)。即，通過固定垂直軸的可動(dòng)部從而確保安全的制動(dòng)器本來的作用也能夠兼具上述實(shí)施方式中的“空氣箱”的作用。空氣驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)器在制動(dòng)器內(nèi)部或者中途的配管中存留有高壓的空氣(剩余壓力)，當(dāng)制動(dòng)器工作時(shí)，該空氣被排出。利用被排出的空氣，暫時(shí)提高空氣平衡器的壓力，來進(jìn)行垂直軸的收縮動(dòng)作，因此，能夠在制動(dòng)器工作的條件下確實(shí)地(由于沒有電信號(hào)處理，因此停電時(shí)也可以)使垂直軸進(jìn)行收縮動(dòng)作。能夠除了所述垂直軸之外還有至少一個(gè)直線軸或者旋轉(zhuǎn)軸,該直線軸或者旋轉(zhuǎn)軸具備制動(dòng)裝置，該制動(dòng)裝置在供給空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器被解除，在釋放空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器工作，各個(gè)閥同時(shí)開閉，并且具備當(dāng)閉合閥時(shí)使各個(gè)制動(dòng)器的剩余壓力經(jīng)由所述排氣端口流入空氣平衡器的管路。根據(jù)該實(shí)施方式，在軸為多個(gè)的情況下，通過使從各個(gè)軸的制動(dòng)器排出的剩余壓力的空氣都被導(dǎo)入空氣平衡器，在制動(dòng)器工作時(shí)向空氣平衡器輸送更多的空氣，由此，垂直軸的收縮動(dòng)作更加高速，而且收縮時(shí)產(chǎn)生的力也增大。能夠使連接所述制動(dòng)裝置與所述閥的空氣配管的至少一個(gè)是能夠在配管內(nèi)存留空氣的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該實(shí)施方式，為了進(jìn)一步加快垂直軸的收縮動(dòng)作，有必要進(jìn)一步增多在制動(dòng)器工作時(shí)向空氣平衡器輸送的空氣的流量。而且，由于存留在制動(dòng)器與閥之間的空氣配管中的空氣經(jīng)由閥的排氣端口流入空氣平衡器，因此該空氣配管越長或者越粗則空氣的量越增加。在空氣配管的中途連接箱并蓄積空氣也能得到相同效果。所述垂直軸的制動(dòng)裝置能夠?yàn)槿缦陆Y(jié)構(gòu)在使制動(dòng)器工作時(shí)排出的空氣的管路中安裝有節(jié)流閥，通過限制所述排出的空氣的流速，使垂直軸的制動(dòng)器的工作時(shí)間延遲。根據(jù)該實(shí)施方式，在由于停電導(dǎo)致空氣源(壓縮機(jī))停止的情況下，空氣平衡器的壓力成為零。即使在該情況下，支撐自重的量的保持力對(duì)于垂直軸的制動(dòng)器也是必要的，具有非常強(qiáng)力的保持力。因此，如果垂直軸的制動(dòng)器的動(dòng)作迅速，則存在垂直軸的收縮動(dòng)作在不充分的位置停止的可能性。為了解決該問題，只有垂直軸通過在制動(dòng)器的管路中增設(shè)節(jié)流閥使制動(dòng)器工作延遲，從而能夠獲取垂直軸收縮充分的距離的時(shí)間。而且，如果在垂直軸高速進(jìn)行收縮動(dòng)作過程中通過制動(dòng)器進(jìn)行鎖定，那么沖擊傳遞給可動(dòng)部、制動(dòng)器，有可能導(dǎo)致裝置的故障、精度惡化，但是通過使垂直軸的制動(dòng)延遲，則能夠防止。所述閥能夠?yàn)殡姶砰y，該電磁閥的電源為接通時(shí)，向制動(dòng)裝置供給空氣，制動(dòng)器被解除，電磁閥為斷開時(shí)，制動(dòng)器工作。根據(jù)該實(shí)施方式，向各軸的制動(dòng)器的空氣供給通過電磁閥進(jìn)行電控制，只要是在電源OFF時(shí)制動(dòng)器工作的方式，制動(dòng)器即使在停電時(shí)也工作，因此，停電后垂直軸自動(dòng)進(jìn)行收縮動(dòng)作。所述空氣平衡器能夠與精密減壓閥的二次側(cè)連接，進(jìn)行壓力調(diào)整，使得所述空氣平衡器的壓力恒定。根據(jù)該實(shí)施方式，如果抵消垂直軸的自重的空氣平衡器的壓力發(fā)生變動(dòng)，則成為伺服馬達(dá)的負(fù)荷，因此，為了總是保持恒定壓力，需要精密減壓閥，該精密減壓閥作為即使失去電源也保持相同壓力設(shè)定值的裝置即使在停電時(shí)也有效。并且，能夠相對(duì)于垂直軸的收縮動(dòng)作迅速地使空氣平衡器室的壓力穩(wěn)定。本發(fā)明的定位裝置通過具備以上所述的結(jié)構(gòu)，能夠提供不依賴外部動(dòng)力地確實(shí)使垂直軸進(jìn)行收縮動(dòng)作的定位裝置。
本發(fā)明的上述以及其它目的和特征根據(jù)參照附圖進(jìn)行的以下的實(shí)施方式的說明得以明確。這些圖分別如下。圖I是表示作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的機(jī)床的圖。圖2是表示作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的三維測量裝置的圖。圖3是說明工具或測量探頭處于不能通過垂直軸從工件或被測定物收縮的姿勢的圖。圖4A以及圖4B是表示在本發(fā)明的定位裝置的第一實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子的主視圖以及側(cè)視圖。圖5是表示圖4B的A-A剖面的圖。
圖6是表示空氣平衡器室內(nèi)的壓力與空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。圖7是說明本發(fā)明的定位裝置的第二實(shí)施方式的圖。圖8是說明圖7的定位裝置中的閥通過其截止栓的位置將空氣箱與空氣源連接的狀態(tài)的圖。圖9是說明圖7的定位裝置中的閥通過其截止栓的位置將空氣箱與空氣平衡器室連接的狀態(tài)的圖。圖10是說明本發(fā)明的定位裝置的第三實(shí)施方式的圖。圖IlA以及圖IlB是圖10的B-B剖視圖，是說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)裝置分別處于制動(dòng)器解除時(shí)以及制動(dòng)器工作時(shí)的狀態(tài)的圖。圖12是說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)閥打開、處于正在驅(qū)動(dòng)機(jī)床或三維測量裝置的狀態(tài)的圖。圖13是說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)閥閉合、機(jī)床或三維測量裝置處于緊急停止的狀態(tài)的圖。圖14是說明作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的、搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置的第四實(shí)施方式的圖。圖15是說明作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的、搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置的第五實(shí)施方式的圖。圖16是表示在圖15中記載的定位裝置(搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置)中沒有變更配管、但是追加了空氣箱的、第五實(shí)施方式的一個(gè)變形例子的圖。圖17是通過流程圖說明從對(duì)定位裝置開始緊急停止的處理直至制動(dòng)為止必需的順序的圖。圖18是表示在圖16中表示的定位裝置(搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置)追加了節(jié)流閥56的第五實(shí)施方式的又一變形例子的圖。圖19是說明圖12或者圖13中表示的制動(dòng)閥構(gòu)成為電磁閥、并且處于該電磁閥打開狀態(tài)的圖。圖20是說明圖19的制動(dòng)用的電磁閥閉合、制動(dòng)器正在工作的狀態(tài)的圖。圖21是表示在本發(fā)明的定位裝置的第六實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子的首1J視圖。圖22是說明收縮動(dòng)作的距離、可動(dòng)部的速度、空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力以正弦波形變化的圖形。圖23是說明精密減壓閥與空氣平衡器連接狀態(tài)下的、收縮工作、速度、驅(qū)動(dòng)力的變化的圖形。圖24是現(xiàn)有技術(shù)中緊急停止的流程圖。
具體實(shí)施例方式在進(jìn)行機(jī)床的加工或者三維測量裝置的測量時(shí)，工具或者測量探頭以垂直的姿勢被固定的裝置很多。這樣的裝置只要使垂直軸向上方瞬時(shí)收縮，則能夠安全停止的可能性很大。在使用空氣平衡器作為抵消垂直軸的自重的機(jī)構(gòu)的情況下，通過改變?cè)摽諝馄胶馄鞯膲毫δ軌蛩矔r(shí)產(chǎn)生很大的力。這被利用為緊急停止時(shí)的垂直軸的收縮動(dòng)作。在作為緊急停止時(shí)改變空氣平衡器的壓力的方法而在各軸的制動(dòng)器中利用空氣壓力的裝置中，能夠利用該制動(dòng)器的排氣?？紤]到安全性，通常制動(dòng)器在沒有動(dòng)力的狀態(tài)下也能夠持續(xù)工作，因此，空氣壓力式的制動(dòng)器為如下方式在解除制動(dòng)時(shí)被供給空氣壓力，在制動(dòng)器進(jìn)行工作時(shí)，釋放空氣壓力。使制動(dòng)器工作的空氣壓力通過電磁閥來0N/0FF。通過將在各軸的制動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作的瞬間從制動(dòng)器釋放的空氣壓力引導(dǎo)向垂直軸的空氣平衡器室，在制動(dòng)器工作的瞬間，空氣平衡器室的壓力增高，垂直軸向上方運(yùn)動(dòng)。另外，為了防止在垂直軸充分收縮之前垂直軸的制動(dòng)器本身制動(dòng)，在垂直軸的制動(dòng)器配管中安裝有節(jié)流閥，能夠使制動(dòng)器的動(dòng)作(空氣壓力釋放時(shí)間)遲于其它軸。只要是該方式，就能夠不依賴于外部動(dòng)力、也不追加新的控制回路地在制動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作的條件下可靠地使垂直軸進(jìn)行收縮工作。另外，由于新追加的部件僅為配管和節(jié)流閥，因此價(jià)格非常低，并且，也容易配備到裝置上。圖I表示的是作為定位裝置的一個(gè)例子的機(jī)床。圖I中所示的機(jī)床是搭載有X軸2、Y軸4以及Z軸6的正交三軸結(jié)構(gòu)。而且，Y軸4上固定有安裝工具10的主軸8。Z軸6是在鉛直方向延伸的垂直軸。在底座I上配置X軸2，在該X軸2上配置有Z軸6。工件12固定于該Z軸6。在Y軸4的前端朝向鉛直方 向下方安裝有主軸8。能夠通過X軸2和Y軸4使工具10相對(duì)于工件12在水平面兩軸方向移動(dòng)。而且，通過Z軸6使工具10相對(duì)于工件12相對(duì)移動(dòng)。X軸2、Y軸4、Z軸6上分別搭載的制動(dòng)器(X軸制動(dòng)器3、Y軸制動(dòng)器5、Z軸制動(dòng)器7)是用于通過固定裝置的可動(dòng)部來確保安全的機(jī)構(gòu)。尤其是在通過直線馬達(dá)(線性馬達(dá))驅(qū)動(dòng)各軸的裝置中，如果該直線馬達(dá)的控制停止，則成為各軸輕易進(jìn)行動(dòng)作的狀態(tài)，因此，在裝置的安全方面，制動(dòng)器是必需的。但是，即使搭載有制動(dòng)器，在機(jī)床的各軸處于驅(qū)動(dòng)時(shí)制動(dòng)器工作的狀況下，裝置的各軸不一定總是安全停止。在機(jī)床加工工件12的過程中，存在產(chǎn)生工具10與工件12的碰撞的可能性。根據(jù)碰撞的程度，會(huì)由于碰撞產(chǎn)生工具10或工件12的破損,有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致主軸8或機(jī)床本身損壞。即使在機(jī)床的各軸驅(qū)動(dòng)過程中也使各軸安全停止的方法之一為使各軸瞬時(shí)收縮至不會(huì)發(fā)生碰撞的位置后通過制動(dòng)器使各軸停止。在圖I的機(jī)床的軸結(jié)構(gòu)中，工具10的姿勢總是垂直(鉛直方向朝下)，不會(huì)發(fā)生變化。因此，只要使垂直軸、也就是固定有工件12的Z軸6向下收縮充分的距離，工具10與工件12之間的間隔距離增大，就不會(huì)產(chǎn)生碰撞。
圖2表示的是作為定位裝置的一個(gè)例子的三維測量裝置。圖2中的三維測量裝置是搭載有X軸2、Y軸4、Z軸6的正交三軸結(jié)構(gòu)。Z軸6是鉛直方向的垂直軸，在該Z軸6上，測量探頭14朝向鉛直方向下方地進(jìn)行安裝。在底座I上配置Y軸4，在該Y軸4上配置X軸2。測定物16固定在X軸2上。能夠通過X軸2和Y軸4使測定物16相對(duì)于測量探頭14在水平面兩軸方向相對(duì)移動(dòng)。而且，通過Z軸6使測量探頭14相對(duì)于測定物16在鉛直方向移動(dòng)。X軸2、Y軸4、Z軸6上分別搭載的制動(dòng)器(X軸制動(dòng)器3、Y軸制動(dòng)器5、Z軸制動(dòng)器7)是用于通過固定裝置的可動(dòng)部來確保安全的機(jī)構(gòu)。尤其是在通過直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)各軸的裝置中，如果該直線馬達(dá)的控制停止，則成為各軸輕易進(jìn)行動(dòng)作的狀態(tài)，因此，在裝置的安全方面，制動(dòng)器是必需的。對(duì)于三維測量裝置而言，如果在測量過程中緊急停止，也存在測量探頭14與測定 物16碰撞產(chǎn)生破損、或者由于碰撞導(dǎo)致三維測量裝置的精度惡化的可能性。圖2的三維測量裝置的垂直軸、也就是Z軸6的搭載位置不同于圖I的機(jī)床的情況，通過使該Z軸6向上(鉛直向上)收縮能夠增大測量探頭14與測定物16之間的間隔距離，因此能夠使三維測量
裝置安全停止。圖I的機(jī)床或圖2的三維測量裝置有時(shí)為如下軸結(jié)構(gòu)不僅能夠進(jìn)行任意的定位，而且能夠通過旋轉(zhuǎn)軸任意地改變角度(姿勢)。圖3表示的是在垂直軸的驅(qū)動(dòng)方向上不能進(jìn)行收縮的例子。在工具10或者測量探頭14以朝向正側(cè)面的姿勢對(duì)圖3中所示形狀的工件12或者測定物16進(jìn)行加工或者測量的情況下，無論垂直軸向上、下哪個(gè)方向收縮都會(huì)產(chǎn)生碰撞。因此，圖3中所示的工具10或測量探頭14為通過垂直軸不能從工件12或被測定物16收縮的姿勢，該情況下，有必要使工具10或測量探頭14從工件12或被測定物16在水平方向收縮。另外，圖3中所示工件12或被測定物16具備不能通過垂直軸從工具10或測量探頭14收縮的形狀。姿勢和形狀的組合可以考慮到多種，例如傾斜的凹形狀加工等，因此，為了進(jìn)行對(duì)應(yīng)于所有這些組合的收縮動(dòng)作，不僅僅機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且控制的面也非常復(fù)雜。但是，對(duì)于實(shí)際使用的機(jī)床或三維測量裝置而言，圖I或圖2這樣的、工具10或測量探頭14的姿勢被固定在垂直方向的軸結(jié)構(gòu)的情況居多。另外，即使是姿勢能夠自由改變的軸結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的加工和測量中，也是以垂直姿勢使用居多。于是，在本發(fā)明中將軸的收縮動(dòng)作限定為垂直方向(鉛直方向)的收縮動(dòng)作，目的在于提供一種定位裝置，特別是能夠容易進(jìn)行搭載有空氣平衡器的垂直軸的收縮動(dòng)作。使用圖4A (主視圖)以及圖4B (側(cè)視圖)說明在本發(fā)明的定位裝置的第一實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子。該定位裝置是可動(dòng)部21相對(duì)于固定部20在鉛直方向(上下方向)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。壓力調(diào)整裝置46與空氣源(壓縮機(jī))44連接，來自空氣源44的壓縮空氣經(jīng)由空氣配管60向壓力調(diào)整裝置46供給。供給到壓力調(diào)整裝置46的壓縮空氣經(jīng)由與空氣平衡器連接的配管70向空氣平衡器供給。關(guān)于該空氣平衡器，使用圖5進(jìn)行說明。來自控制裝置40的對(duì)壓力調(diào)整進(jìn)行指令的電信號(hào)經(jīng)由用于壓力調(diào)整的信號(hào)線80輸入壓力調(diào)整裝置46，控制壓力調(diào)整裝置46的動(dòng)作。緊急停止開關(guān)42是用于通過手動(dòng)緊急停止的開關(guān)，若按壓該開關(guān)，則控制裝置40的控制停止，成為緊急停止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于圖4A以及圖4B中所示的定位裝置的第一實(shí)施方式，進(jìn)一步使用表示圖4B的A-A剖面的圖5進(jìn)行說明。垂直軸的可動(dòng)部21是斗形形狀，是在該可動(dòng)部21的內(nèi)表面插入了具有長方體形狀的固定部20的結(jié)構(gòu)?？蓜?dòng)部21與固定部20接觸的面是軸承面22。通過在該軸承面采用例如空氣軸承，從而使可動(dòng)部21相對(duì)于固定部20保持?jǐn)?shù)y m的間隔被支撐(參照?qǐng)D21)。該空氣軸承的軸承面還具有密封流體的功能，因此，由固定部20與可動(dòng)部21包圍的空間成為密閉結(jié)構(gòu)。為了將該密閉結(jié)構(gòu)的空間作為空氣平衡器使用，空氣平衡器室23經(jīng)由與空氣平衡器連接的空氣配管70而與壓力調(diào)整裝置46連接。壓力調(diào)整裝置46經(jīng)由空氣配管60與空氣源(壓縮機(jī))44連接，能夠任意調(diào)整空氣平衡器室23的壓力(即，壓力調(diào)整裝置46構(gòu)成“空氣平衡器壓力變更部”)。該結(jié)構(gòu)中，通 過調(diào)整壓力調(diào)整裝置46使得空氣平衡器室23的壓力與可動(dòng)部21的重量均衡，從而能夠抵消可動(dòng)部21的自重。該可動(dòng)部21能夠通過直線馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)進(jìn)行在鉛直方向(上下方向)定位的驅(qū)動(dòng)，通過空氣平衡器能夠在接近無負(fù)載的狀態(tài)下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而且，這樣的結(jié)構(gòu)在之前作為在先技術(shù)文獻(xiàn)提供的日本特開2006-177437號(hào)公報(bào)以及日本特開2006-214536號(hào)公報(bào)中公開。5中所示定位裝置的第一實(shí)施方式中，“空氣平衡器壓力變更部”如上所述由壓力調(diào)整裝置46構(gòu)成。例如，圖4A的緊急停止開關(guān)42被按壓時(shí)，通過從控制裝置40向壓力調(diào)整裝置46發(fā)送改變壓力的信號(hào)，空氣平衡器室23內(nèi)的壓力變化，垂直軸進(jìn)行收縮工作。這樣，該實(shí)施方式中，通過利用空氣平衡器來進(jìn)行垂直軸的收縮動(dòng)作，能夠不另外追加裝置地以低價(jià)格提高定位裝置的安全性。如上所述，在能產(chǎn)生遠(yuǎn)大于通常伺服馬達(dá)的力的方面，利用空氣平衡器來進(jìn)行垂直軸的收縮動(dòng)作的方式也具有優(yōu)點(diǎn)。通過更大的力進(jìn)行收縮動(dòng)作時(shí)，即使是重量(慣性)大的可動(dòng)部21也能更加高速地收縮，有助于防止可動(dòng)部21碰撞。圖6是表示空氣平衡器室23內(nèi)的壓力與空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。設(shè)垂直軸的可動(dòng)部的重量為lOOKg，空氣平衡器室23的截面積(可動(dòng)部由于空氣壓力承受向上方向的力的面積)為500cm2，那么，如果空氣平衡器室23的壓力(表壓)為0. 2Kgf/cm2 (=0. 02MPa),則將可動(dòng)部21推上去的力為0. 2X500=100 (Kgf),與可動(dòng)部21
的重量均衡。在將可動(dòng)部21推上去的力與可動(dòng)部21的重量均衡的狀態(tài)下，空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力為零，通過在該狀態(tài)下進(jìn)行通常的由伺服馬達(dá)進(jìn)行的位置控制，則可動(dòng)部21的自重、空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力不會(huì)成為馬達(dá)的負(fù)荷。這樣，如圖6所示，空氣平衡器僅比大氣壓(絕對(duì)壓力下約為l.OKgf/cm2)提高20%壓力，具有能夠產(chǎn)生IOOKgf這樣大的力的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)搭載于垂直軸上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如直線馬達(dá))的最大推力為5kgf，那么，如果使空氣平衡器中壓力變化為0. OlKgf/cm2以上，則能夠容易地產(chǎn)生最大推力以上的力。例如，在使靜止的IOOKg的可動(dòng)部收縮IOmm的情況下，在最大推力為5kgf時(shí)，需要0. 2秒。另一方面，如果通過空氣平衡器產(chǎn)生20kgf，則能夠?qū)⑸鲜隹蓜?dòng)部收縮IOmm縮短至0. I秒。通過空氣平衡器產(chǎn)生20kgf的力時(shí)的壓力為0. 24kgf/cm2，相對(duì)于原來的空氣平衡器壓力僅變化20%壓力，就能夠得到相比控制驅(qū)動(dòng)裝置的情況使收縮時(shí)間減半這樣的效果。另外，在由于地震等對(duì)裝置施加了大的加速度的情況下，會(huì)很容易地施加超出控制的最大推力的力，有時(shí)依靠電控制不再能夠進(jìn)行可動(dòng)部的收縮工作。這種情況下，只要是能夠以更大的力進(jìn)行收縮動(dòng)作的空氣平衡器，就能夠避免可動(dòng)部的碰撞，或者使碰撞的損害為最小限度。此處，針對(duì)通過電控制和空氣平衡器進(jìn)行的可動(dòng)部的收縮動(dòng)作進(jìn)行補(bǔ)充說明。壓力的傳播速度為音速，但是實(shí)際上，由于裝置中使用的中途管路的阻力等，流量會(huì)受到限制，因此，估計(jì)空氣平衡器的壓力達(dá)到最大為止需要0. I秒(如果中途配管充分粗且短，則接近音速)。
另一方面，通過電控制能夠瞬時(shí)產(chǎn)生最大推力，因此如果通過推力的上升時(shí)間進(jìn)行比較，則確實(shí)是通過電控制進(jìn)行的可動(dòng)部的收縮動(dòng)作快于通過空氣平衡器進(jìn)行的可動(dòng)部的收縮動(dòng)作。但是，如同圖6的說明，收縮動(dòng)作的時(shí)間還依賴于最大推力，因此，收縮的距離越長,則最大推力大的空氣平衡器越有利。實(shí)際上，與各種條件都存在關(guān)系，但是，在通常使用的機(jī)床或三維測量裝置等裝置中，如果可動(dòng)部的收縮距離為5 10mm以上，則空氣平衡器快(換言之，收縮動(dòng)作的時(shí)間短)。在5中所示的定位裝置的第一實(shí)施方式中，在緊急停止時(shí)，空氣平衡器室23的壓力設(shè)定本身通過壓力調(diào)整裝置46發(fā)生了改變，因此，只要不使空氣平衡器室23的壓力還原，可動(dòng)部的收縮動(dòng)作就會(huì)持續(xù)。因此，在改變空氣平衡器室23的壓力而進(jìn)行恒定距離的收縮動(dòng)作之后，必須按照使空氣平衡器室23恢復(fù)到原來壓力這樣的順序從控制裝置40向壓力調(diào)整裝置46輸出信號(hào)。因此，來自控制裝置40的對(duì)壓力調(diào)整進(jìn)行指令的電信號(hào)經(jīng)由用于壓力調(diào)整的信號(hào)線80輸入壓力調(diào)整裝置46，壓力調(diào)整裝置46的動(dòng)作受到控制。使用圖7說明本發(fā)明的定位裝置的第二實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子。該實(shí)施方式中進(jìn)行恒定距離的收縮動(dòng)作。壓力調(diào)整裝置46與空氣平衡器室23經(jīng)由與空氣平衡器連接的空氣配管70連接。壓力調(diào)整裝置46經(jīng)由空氣配管60與空氣源44連接。閥48經(jīng)由空氣配管61與空氣源44連接，閥48與空氣平衡器室23經(jīng)由與該空氣平衡器室23連接的空氣配管71連接。另外，閥48經(jīng)由空氣配管62與空氣箱50連接?？刂蒲b置40進(jìn)行閥48的開閉控制和壓力調(diào)整裝置46的控制。壓力調(diào)整裝置46僅用于使空氣平衡器室23的壓力與可動(dòng)部21的重量均衡的目的，與緊急停止時(shí)的動(dòng)作無關(guān)。如圖8所示，圖7的閥48具有截止栓49，由與空氣源44連接的路徑、與空氣箱50連接的路徑、與空氣平衡器室23連接的路徑這三條路經(jīng)構(gòu)成。與空氣箱50連接的閥48在圖2中所示軸結(jié)構(gòu)的裝置的驅(qū)動(dòng)時(shí)通過使截止栓49位于圖8中所示的位置來如圖8所示地連接空氣箱50和空氣源44，因此，空氣箱50內(nèi)為高壓。緊急停止開關(guān)42被按壓時(shí)，來自該緊急停止開關(guān)42的信號(hào)經(jīng)由信號(hào)線81輸入控制裝置40。于是，接收到該信號(hào)的控制裝置40將指令信號(hào)經(jīng)由信號(hào)線82輸入閥48。閥48中的截止栓49根據(jù)該指令信號(hào)移動(dòng)，因此，閥48截?cái)鄟碜钥諝庠?4的高壓空氣的供給，如圖9所示地連接空氣箱50和空氣平衡器室23?？諝庀?0內(nèi)的高壓空氣經(jīng)由閥48、與空氣平衡器連接的空氣配管71流入空氣平衡器室23。通過該流入的空氣，空氣平衡器室23的壓力暫時(shí)提高，但是隨著可動(dòng)部21的收縮動(dòng)作，空氣平衡器室23的壓力還原，可動(dòng)部21的收縮動(dòng)作在進(jìn)行恒定距離后結(jié)束。例如，如果空氣箱50的容量為0. IL (升)，空氣源44的壓力為0. 62Mpa(絕對(duì)壓力0. 72Mpa)，那么，使用上述的空氣平衡器室23的值，當(dāng)空氣箱50的空氣膨脹為6倍體積(=0. 6L)時(shí)，壓力下降為六分之一，與原來的空氣平衡器室23的壓力同為0. 02Mpa (絕對(duì)壓力0. 12Mpa)。因此，空氣平衡器室23中流入膨脹的體積量的空氣0. 5L (從膨脹后的體積減去原來箱的體積后的值的體積)，可動(dòng)部21只上升體積增加量的10mnin圖7的實(shí)施方式是使空氣箱50內(nèi)壓力高于空氣平衡器室23、使可動(dòng)部21在鉛直方向朝上收縮的情況，但是如果取消閥48與空氣源44的連接，則驅(qū)動(dòng)時(shí)的空氣箱50的壓力為大氣壓。該情況下，空氣箱50的壓力低于空氣平衡器室23，因此使可動(dòng)部在鉛直方向朝下收縮(其結(jié)果為，與圖I中所示軸結(jié)構(gòu)的裝置對(duì)應(yīng))。但是，由于空氣平衡器室23與空氣箱50之間的壓力差小(約為0. 2Mpa)，因此使垂直軸通過收縮動(dòng)作下降IOmm時(shí) 的空氣箱50的容量需要為3L。這樣，垂直軸的朝下的收縮存在空氣箱50的容量增大這樣的缺點(diǎn)。使用圖10說明本發(fā)明的定位裝置的第三實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子。制動(dòng)裝置25安裝在可動(dòng)部21側(cè)，制動(dòng)器導(dǎo)軌26安裝在固定部20側(cè)。制動(dòng)器為通過空氣壓力工作的方式，制動(dòng)裝置25經(jīng)由與制動(dòng)器連接的空氣配管72與制動(dòng)閥52連接。空氣源44的空氣經(jīng)由分支配管、即空氣配管63向壓力調(diào)整裝置46和制動(dòng)閥52供給。另夕卜，制動(dòng)閥52經(jīng)由與空氣平衡器連接的空氣配管71與空氣平衡器室23連接。壓力調(diào)整裝置46經(jīng)由與空氣平衡器連接的配管70與空氣平衡器室23連接。控制裝置40進(jìn)行制動(dòng)閥52的開閉和壓力調(diào)整裝置46的壓力控制。來自控制裝置40的指令信號(hào)經(jīng)由制動(dòng)器的信號(hào)線83輸入制動(dòng)閥52。來自控制裝置40的對(duì)壓力調(diào)整進(jìn)行指令的信號(hào)經(jīng)由用于壓力調(diào)整的信號(hào)線80輸入壓力調(diào)整裝置46。另外，通過按壓緊急停止開關(guān)42而經(jīng)由信號(hào)線81向控制裝置40輸入緊急停止信號(hào)。而且，關(guān)于制動(dòng)閥52的動(dòng)作，使用圖12、圖13在后文敘述。使用圖IlA以及圖IlB說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)裝置處于制動(dòng)器解除時(shí)以及制動(dòng)器工作時(shí)的狀態(tài)。從空氣源44經(jīng)由制動(dòng)閥52向制動(dòng)裝置25供給充分高壓的空氣后，如圖IlA所示，壓力作用在缸體27內(nèi)的活塞28，彈簧29縮短，制動(dòng)器被解除。反之，空氣從缸體27內(nèi)被排出時(shí)，如圖IlB所示，活塞28通過彈簧29的力被推出，通過活塞28上配備的制動(dòng)塊30將制動(dòng)器導(dǎo)軌26從兩側(cè)挾住，從而使制動(dòng)器工作。該方式的優(yōu)點(diǎn)在于即使由于停電等導(dǎo)致作為空氣源44的壓縮機(jī)停止，也能通過彈簧29的力保持制動(dòng)器。另外，如圖IlA所示，之所以在制動(dòng)器導(dǎo)軌26的左右配置缸體27、活塞28、彈簧29的組合從而使制動(dòng)裝置25為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，是為了通過對(duì)制動(dòng)器導(dǎo)軌26從左右以相同的力挾持從而不會(huì)在制動(dòng)器工作時(shí)對(duì)軸承施加大的力。尤其是參照?qǐng)D5所述的空氣軸承是摩擦接近于零的理想軸承，并且軸承的剛性相比滾動(dòng)軸承等較低，因此在制動(dòng)器工作時(shí)負(fù)荷不會(huì)施加在軸承上，因此，在該制動(dòng)裝置中是所希望的軸承。使用圖12說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)閥52打開、處于正在驅(qū)動(dòng)機(jī)床或三維測量裝置的狀態(tài)。制動(dòng)閥52具有截止栓53，由與空氣源44連接的路徑、與制動(dòng)裝置25連接的路徑、與空氣平衡器室23連接的路徑這三條路徑構(gòu)成，按照該截止栓53的位置，三條路徑中只有兩條路徑相互連通。在裝置驅(qū)動(dòng)時(shí)，閥為打開狀態(tài)，排氣端口 59—側(cè)由截止栓53堵塞，與空氣源44連接的路徑和與制動(dòng)裝置25連接的路徑連通。此時(shí)，從空氣源44向制動(dòng)裝置25供給高壓空氣，制動(dòng)器被解除。使用圖13說明圖10的定位裝置中的制動(dòng)閥閉合、機(jī)床或三維測量裝置處于緊急停止的狀態(tài)。在緊急停止時(shí)，閥為閉合狀態(tài)，截止栓53處于堵塞空氣源44側(cè)的位置，與制動(dòng)裝置25連接的路徑和與空氣平衡器室23連接的路徑連通。在該狀態(tài)下，制動(dòng)裝置25側(cè)的剩余壓力從排氣端口放掉，存留在制動(dòng)裝置25側(cè)的高壓空氣經(jīng)由排氣端口 59流向壓力低的空氣平衡器室23。最終向制動(dòng)裝置25供給的空氣壓力下降至與空氣平衡器相同，壓力充分下降，因此，制動(dòng)器工作。從具有存留空氣的容積的意義上講，制動(dòng)裝置25內(nèi)的缸體27的空間和將制動(dòng)閥52與制動(dòng)裝置25連接起來的空氣配管72 (參照?qǐng)D10)相當(dāng)于圖7中所示定位裝置(第二實(shí)施方式)中的空氣箱50，基于相同原理，在緊急停止時(shí)垂直軸進(jìn)行收縮動(dòng)作。也就是，在圖10中所示的定位裝置(第三實(shí)施方式)中，該制動(dòng)裝置25為如下結(jié)構(gòu)除了固定垂直軸 的可動(dòng)部21這一本來作用之外，還兼具向空氣平衡器室23供給用于進(jìn)行收縮動(dòng)作的空氣的作用。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，不再需要如圖7中所示定位裝置(第二實(shí)施方式)那樣另外準(zhǔn)備用于垂直軸的收縮動(dòng)作的空氣箱50。本來，制動(dòng)裝置25是作為固定可動(dòng)部21的安全裝置所不可缺少的裝置。在不僅垂直軸承受重力影響，尤其是驅(qū)動(dòng)裝置為直線馬達(dá)的情況下，如果在沒有制動(dòng)器的狀態(tài)下馬達(dá)的勵(lì)磁中斷，則會(huì)輕易地產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，因此，從安全上講，制動(dòng)器是必需的。本發(fā)明的定位裝置的結(jié)構(gòu)以在垂直軸上搭載有空氣平衡器室23為前提，但是，在使用空氣的裝置中使用的制動(dòng)器通常是空氣驅(qū)動(dòng)，大多采用圖11的結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器。因此，本發(fā)明的定位裝置的特征在于，不是為了可動(dòng)部(垂直軸)的收縮動(dòng)作而采用空氣驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)器，而是在搭載有空氣平衡器室23的裝置中本來就搭載有上述的空氣驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)器，因此將該制動(dòng)器用于其收縮動(dòng)作。另外，制動(dòng)裝置25兼作空氣箱50的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在制動(dòng)器工作的時(shí)刻，垂直軸肯定進(jìn)行收縮動(dòng)作。只要是搭載有制動(dòng)器的垂直軸，只要按壓緊急停止開關(guān)42，就成為制動(dòng)器工作的回路。通常，考慮到安全，制動(dòng)器在由于停電等即使在失去電源時(shí)也能使裝置停止，因此，在停電時(shí)，制動(dòng)器也工作。使用圖14說明作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的、搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置的第四實(shí)施方式。三維測量裝置搭載有X軸2、Y軸4、Z軸6這三個(gè)直線軸。在作為垂直軸的Z軸6上搭載有與圖5同樣的空氣平衡器，而且在X軸2、Y軸4、Z軸6上分別搭載有圖11中所示的制動(dòng)器和圖12、圖13中所示的制動(dòng)閥52 (X軸制動(dòng)閥52x、Y軸制動(dòng)閥52y、Z軸制動(dòng)閥52z)。而且，這三個(gè)制動(dòng)閥52x、52y、52z的排氣端口通過通用的空氣配管(與空氣平衡器連接的配管71)與空氣平衡器室23連接。在緊急停止時(shí)，控制三個(gè)制動(dòng)閥52x、52y、52z全部為同時(shí)閉合的狀態(tài)(圖13)。而且，控制裝置40 (參照?qǐng)D10)控制X軸制動(dòng)閥52x、Y軸制動(dòng)閥52y、Z軸制動(dòng)閥52z的開閉動(dòng)作。與只具有垂直軸的圖10的定位裝置相比，圖14的三維測量裝置搭載有三個(gè)制動(dòng)器(X軸制動(dòng)器3、Y軸制動(dòng)器5、Z軸制動(dòng)器7)，在緊急停止時(shí)，各制動(dòng)器的排壓從排氣端口被排出，從而通過與空氣平衡器連接的空氣配管71流入空氣平衡器室23的空氣的流量也成為三倍。如針對(duì)圖7的定位裝置(第二實(shí)施方式)在上文說明的那樣，在通過空氣平衡器使垂直軸向上收縮IOmm的情況下，需要0. IL的空氣箱，但是難以如圖10的定位裝置(第三實(shí)施方式)那樣只通過一個(gè)制動(dòng)器和制動(dòng)器配管來得到0. IL的容量。于是，通過匯總?cè)齻€(gè)軸的量，從而使得單軸的每個(gè)制動(dòng)器約為33cc，成為能夠?qū)崿F(xiàn)的容量。另外，在圖14的三維測量裝置中，對(duì)于三個(gè)制動(dòng)器(X軸制動(dòng)器3、Y軸制動(dòng)器5、Z軸制動(dòng)器7)使用了三個(gè)制動(dòng)閥52x、52y、52z，但是在緊急停止時(shí)以外的裝置的運(yùn)用上，如果沒有必要使各個(gè)制動(dòng)器3、5、7獨(dú)立地工作，則可以只通過一個(gè)閥來使X軸、Y軸、Z軸的制動(dòng)器同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作。使用圖15說明作為本發(fā)明所涉及的定位裝置的一個(gè)例子的、搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置的第五實(shí)施方式。三維測量裝置搭載有X軸2、Y軸4、Z軸6這三個(gè)直線軸。定位裝置是與圖2中所 示裝置相同的結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方式的定位裝置中，也如上所述，制動(dòng)器內(nèi)和制動(dòng)器配管的容量對(duì)于通過空氣平衡器進(jìn)行可動(dòng)部的收縮動(dòng)作是重要的?？諝怛?qū)動(dòng)式的制動(dòng)器如果僅用于本來的制動(dòng)器動(dòng)作，則沒有必要考慮在配管中的壓力損失(由于空氣在制動(dòng)器解除過程中、工作過程中不流動(dòng)，因此沒有壓力損失)，因此，通常使用內(nèi)徑較細(xì)的空氣配管。例如，如果制動(dòng)器的配管的內(nèi)徑為￠2. 5mm,長度為2m,那么，其容積為10cc。關(guān)于圖11中的左右缸體27的有效容積，兩側(cè)共計(jì)為3cc的容積。于是，將制動(dòng)器的配管的容積和左右缸體27的有效容積相加，則每軸為13cc，三軸總計(jì)也只有39cc。于是，如圖15所示，使X軸2、Y軸4、Z軸6各軸制動(dòng)器的配管72x’、72y’、72z’增粗且增長,使內(nèi)徑為4. Omm,長度為2. 5mm。該情況下,每軸為40cc,三軸總計(jì)為120cc,成為超過所述的必要容量0. IL的容量。而且，符號(hào)72x’表示與X軸制動(dòng)器連接的粗長的空氣配管、72y’表示與Y軸制動(dòng)器連接的粗長的空氣配管、72z’表示與Z軸制動(dòng)器連接的粗長的空氣配管。圖16表示在圖15中表示的定位裝置(搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置)中沒有變更配管、但是追加了空氣箱54的、第五實(shí)施方式的一個(gè)變形例子。如圖15所示那樣通過使制動(dòng)器的配管72x’、72y’、72z’增粗增長來增加容積的方法雖然價(jià)格低，但是根據(jù)裝置不同，也存在沒有容納配管的空間的情況。因此，可以更直接地通過在制動(dòng)器的配管的中途安裝空氣箱54來增加容積。在圖16中，在與Y軸4的制動(dòng)器連接的空氣配管72y的中途追加有80cc的空氣箱54。該空氣箱54的80cc的容量和原有的39cc的容量相加總共119cc，成為超過必要容量的0. IL的容量。使用圖17的流程圖說明從對(duì)定位裝置開始緊急停止的處理直至制動(dòng)為止的必要順序。各軸的制動(dòng)器的閥同時(shí)開閉。因此，各軸的制動(dòng)器同時(shí)工作。此處的問題在于至垂直軸的制動(dòng)器工作為止的時(shí)間與至垂直軸的收縮動(dòng)作結(jié)束為止的時(shí)間之間的關(guān)系。如圖17的流程圖所示，在垂直軸的收縮動(dòng)作結(jié)束以后垂直軸的制動(dòng)器進(jìn)行工作是正確的順序。以下，根據(jù)各步驟進(jìn)行說明。步驟SA100 :對(duì)各軸進(jìn)行的控制停止，制動(dòng)閥閉合。步驟SA102 :垂直軸以外的制動(dòng)器工作，制動(dòng)器的排壓流入空氣平衡器。
步驟SA104 :垂直軸的收縮動(dòng)作結(jié)束。步驟SA106 :垂直軸的制動(dòng)器工作。 但是，根據(jù)上述的收縮動(dòng)作的原理，在制動(dòng)器的閥閉合的同時(shí)，垂直軸的收縮動(dòng)作開始，同時(shí)制動(dòng)器也工作，因此，在收縮動(dòng)作的途中，制動(dòng)器工作。如圖6所說明的那樣，由于空氣平衡器產(chǎn)生很大的力，因此如果制動(dòng)器的保持力弱，則空氣平衡器的力大于該保持力，存在即使制動(dòng)器正在工作也繼續(xù)進(jìn)行收縮動(dòng)作的可能性。但是，考慮到垂直軸的制動(dòng)器這一用途，即使在停電時(shí)空氣源停止、空氣平衡器完全失效的狀況下，也要求垂直軸的制動(dòng)器具有支撐可動(dòng)部的重量IOOKg的保持力。因此，垂直軸的制動(dòng)器保持力是強(qiáng)力，只要垂直軸的制動(dòng)器工作，垂直軸就不能進(jìn)行收縮動(dòng)作。另外，如果在可動(dòng)部的收縮動(dòng)作中途由于強(qiáng)力的制動(dòng)將可動(dòng)部鎖定，那么，由于急停止導(dǎo)致大的沖擊作用在可動(dòng)部和制動(dòng)器上。這有時(shí)也會(huì)成為裝置精度惡化、制動(dòng)器故障 的原因，因此需要在確實(shí)使垂直軸的收縮結(jié)束之后使垂直軸的制動(dòng)器工作的機(jī)構(gòu)。圖18表示在圖16中表示的定位裝置(搭載有三個(gè)直線軸的三維測量裝置)追加了節(jié)流閥56的第五實(shí)施方式的又一變形例子。該節(jié)流閥56被稱作速度控制器，能夠?qū)⒘魉倏刂茷橐欢恳韵?。此處所謂的限制流速是指限制每單位時(shí)間流過的空氣的流量。通過該節(jié)流閥56，在垂直軸(Z軸6)的制動(dòng)器的閥(Z軸制動(dòng)閥52z)關(guān)閉后，限制從制動(dòng)器的缸體27 (參照?qǐng)D11)流出的空氣的流速。限制空氣的流速后，缸體27內(nèi)的壓力隨時(shí)間經(jīng)過而逐漸降低，因此，能夠延遲通過彈簧29按壓活塞28使制動(dòng)器工作的時(shí)間。由于作為垂直軸的Z軸6以外的軸、即X軸2以及Y軸4的制動(dòng)用配管中沒有設(shè)置這種節(jié)流閥56，因此制動(dòng)閥(X軸制動(dòng)閥52x、Y軸制動(dòng)閥52y)閉合后，制動(dòng)器馬上工作，并且，制動(dòng)器的排壓(排氣)流入空氣平衡器室23。通過采用該方式，能夠確實(shí)地在垂直軸(Z軸6)的收縮動(dòng)作完成后使該垂直軸(Z軸6)的制動(dòng)器工作，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)上述的圖17的流程圖的流程。而且，節(jié)流閥56的安裝位置如圖18所示那樣越接近垂直軸(Z軸6)的制動(dòng)器則制動(dòng)器配管內(nèi)的空氣的大部分用于垂直軸的收縮動(dòng)作，因此不會(huì)造成浪費(fèi)。使用圖19說明本發(fā)明的定位裝置中使用的制動(dòng)閥52 (參照?qǐng)D12、圖13)構(gòu)成為電磁閥、并且處于該電磁閥打開狀態(tài)(制動(dòng)器被解除的狀態(tài))。圖19中所示的制動(dòng)用的電磁閥52a通常向內(nèi)部搭載的線圈52b通電來進(jìn)行閥52c的開閉。對(duì)該線圈52b通電后，固定鐵心52d成為電磁鐵，為了吸引可動(dòng)部鐵心52e，閥52c在圖19中靠左，排氣端口 52f關(guān)閉。同時(shí)，空氣源44與制動(dòng)裝置25的管路連通，如虛線箭頭所示，空氣從空氣源44向制動(dòng)器供給，制動(dòng)器被解除。圖20表示圖19的制動(dòng)用的電磁閥52a閉合、制動(dòng)器工作的狀態(tài)。切斷向線圈52b的電源后，由于固定鐵心52d失去磁力，因此通過內(nèi)置的彈簧52g使得閥52c在圖20中被拉回到靠右側(cè)。閥52c處于圖20中所示位置后，制動(dòng)裝置25的排壓經(jīng)由排氣端口 52f流入空氣平衡器室23。失去電源后，電磁閥52a必定成為圖20所示的狀態(tài)，因此停電時(shí)的電磁閥52a成為閥閉合的狀態(tài)。因此，即使在由于停電等動(dòng)力、控制裝置等的信號(hào)全部被切斷的狀態(tài)下，電磁閥52a也閉合，垂直軸必定進(jìn)行收縮動(dòng)作。這意味著圖17的流程圖中所示的緊急停止的一系列流程不需要電源地自動(dòng)執(zhí)行，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性非常高的垂直軸的收縮動(dòng)作。使用圖21說明在本發(fā)明的定位裝置的第六實(shí)施方式中搭載的垂直軸的一個(gè)例子。從空氣源44經(jīng)由配管75向設(shè)在可動(dòng)部21的配管76供給空氣。向空氣軸承供給的空氣被排入空氣平衡器室23內(nèi)。另外，該空氣源44經(jīng)由空氣配管73向垂直軸的制動(dòng)用電磁閥52a供給空氣。該制動(dòng)用電磁閥52a經(jīng)由制動(dòng)用的空氣配管72與制動(dòng)器連接。另夕卜，制動(dòng)用電磁閥52a的排氣端口經(jīng)由配管74與空氣平衡器室23連接。精密減壓閥58的二次側(cè)58d經(jīng)由配管78與空氣平衡器室23連接。制動(dòng)用電磁閥52a的排氣端口經(jīng)由配管74與空氣平衡器連接。符號(hào)76是空氣軸承的配管。符號(hào)77表示從空氣軸承(向空氣平衡器室23)的排氣。符號(hào)78是連接空氣平衡器與精密減壓閥(58)的二次側(cè)(58d)的配管。
關(guān)于所述的停電時(shí)的垂直軸的收縮動(dòng)作，控制空氣平衡器的壓力的壓力調(diào)整裝置
46(例如圖10中表示的壓力調(diào)整裝置46)在停電時(shí)也保持空氣平衡器的壓力這一前提是必要的。在停電的同時(shí)將空氣平衡器室23的空氣排放這樣的壓力調(diào)整裝置46不能進(jìn)行垂直軸的收縮動(dòng)作。作為具有不使用電力地將壓力保持恒定的功能的壓力調(diào)整裝置46，具有精密減壓閥58。精密減壓閥58從一次側(cè)58b取入高壓空氣，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整把手58a，從二次側(cè)58d輸出調(diào)壓后的空氣，這是通常的使用方法。但是，在如圖5中所示的定位裝置那樣的通過空氣軸承密封空氣平衡器的情況下，由于從密封部分總有空氣(空氣軸承的排氣)向空氣平衡器室23供給，因此，不需要如圖21那樣向精密減壓閥58的一次側(cè)58b供給空氣。S卩，可以將一次側(cè)58b堵塞。該情況下的精密減壓閥58進(jìn)行從精密減壓閥58的排氣端口 58c排放空氣平衡器的多余空氣的動(dòng)作，使得二次側(cè)58d的空氣壓力恒定。能夠精密控制二次側(cè)58d的壓力的類型、尤其是稱為“精密減壓閥”，用于如空氣平衡器那樣不允許稍微的壓力變化的用途。而且，在作為可動(dòng)部的垂直軸的重量變動(dòng)那樣的裝置中，在該精密減壓閥58的調(diào)整把手58a上安裝步進(jìn)馬達(dá)(未圖示)，能夠根據(jù)垂直軸的重量自動(dòng)控制二次側(cè)58d的壓力，使得垂直軸的馬達(dá)負(fù)荷為最小。步進(jìn)馬達(dá)在其分解能的范圍內(nèi)即使切斷電源也能保持位置，因此，精密減壓閥58的壓力設(shè)定得以維持。停電時(shí)，壓縮機(jī)等空氣源44也停止，但是并非供給壓力馬上為零，可以認(rèn)為通過壓縮機(jī)主體、途中配管中存留的空氣能夠至少供給幾秒。因此，剛停電后的空氣平衡器室23至少在幾秒內(nèi)通過精密減壓閥58保持為一定壓力。圖17的流程圖中表示的緊急停止時(shí)的垂直軸的收縮動(dòng)作的流程在廣2秒結(jié)束，垂直軸的制動(dòng)器工作以后，即使空氣平衡器壓力完全為零，可動(dòng)部的位置也不會(huì)移動(dòng)。因此，通過具備精密減壓閥58，從空氣壓力的觀點(diǎn)可以說即使在停電時(shí)也能確實(shí)執(zhí)行垂直軸的收縮動(dòng)作。在通過空氣軸承這樣的無摩擦的軸承保持的可動(dòng)部21中，如果瞬間改變密閉空間、即空氣平衡器室23的壓力，則空氣平衡器進(jìn)行作為空氣彈簧的舉動(dòng)。如果垂直軸的可動(dòng)部21完全沒有衰減要素，則收縮動(dòng)作的距離、可動(dòng)部21的速度、空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力以正弦波變化，成為圖22的圖形所示的相位關(guān)系。由圖22可知，由于在收縮距離最大時(shí)可動(dòng)部21的速度為零，因此,為了使垂直軸的制動(dòng)器在該瞬間工作，看似通過圖18的節(jié)流閥56延遲制動(dòng)器的工作時(shí)間即可。但是，在設(shè)正弦波的周期為T秒時(shí)，由于實(shí)際上T=O. 3、. 6秒，是很短的時(shí)間，因此，所述的施加制動(dòng)的時(shí)刻為T/2=0. 15、. 3秒后，瞅準(zhǔn)該瞬間使制動(dòng)器工作是非現(xiàn)實(shí)的。另外，在T/2秒后的時(shí)亥IJ，空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力為朝下最大，從該點(diǎn)上也可以說也不優(yōu)選該狀態(tài)下使制動(dòng)器工作。在如圖21的定位裝置那樣其精密減壓閥58與空氣平衡器室23連接的狀態(tài)下，可動(dòng)部的收縮動(dòng)作的距離和可動(dòng)部的速度和空氣平衡器的驅(qū)動(dòng)力如圖23的圖表所示。如上所述，精密減壓閥58總是在抑制空氣平衡器的壓力變化的方向進(jìn)行動(dòng)作。因此，精密減壓閥58作為壓力變動(dòng)的衰減要素發(fā)揮作用，因此，T’秒后，垂直軸的收縮動(dòng)作、速度、驅(qū)動(dòng)力都穩(wěn)定(成為變動(dòng)少的平穩(wěn)的值)。由于實(shí)際的T’為0. 5^2. 0秒，因此調(diào)整圖18的節(jié)流閥56使垂直軸的制動(dòng)器的工作延遲2. 0秒以上即可。這樣的調(diào)整并不是特別困難。由于通過暫時(shí)改變空氣平衡器的壓力來執(zhí)行的是收縮動(dòng)作，因此，也可以認(rèn)為使空氣平衡器的壓力保持恒定的減壓閥會(huì)妨礙可動(dòng)部的收縮動(dòng)作?？蓜?dòng)部的收縮動(dòng)作中最重要的是空氣平衡器的壓力(驅(qū)動(dòng)力)的上升，可以說收縮速度由該壓力(驅(qū)動(dòng)力)的上升決 定。通過比較圖22的圖形和圖23的圖形可知，緊急停止剛剛開始后的舉動(dòng)完全相同，沒有看到有無減壓閥58帶來的影響。這是由于減壓閥58的響應(yīng)速度略遲于壓力變化，但是幾乎不會(huì)由于該響應(yīng)的延遲導(dǎo)致減壓閥58妨礙可動(dòng)部的收縮動(dòng)作。因此，即使減壓閥與空氣平衡器連接，也可以認(rèn)為收縮動(dòng)作沒有問題地進(jìn)行。如上所述，本發(fā)明的定位裝置通過限定為垂直軸的驅(qū)動(dòng)方向、尤其是朝上方向的垂直軸的收縮動(dòng)作，能夠不附加高價(jià)裝置地簡單地實(shí)現(xiàn)可靠性高的緊急停止時(shí)的垂直軸的收縮動(dòng)作。另外，原理上講，能夠以大于馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力的力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，在這方面也比現(xiàn)有的方式優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種定位裝置，其具備驅(qū)動(dòng)垂直軸的伺服馬達(dá)、控制該伺服馬達(dá)的控制裝置、以及抵消所述垂直軸的自重的空氣平衡器，該定位裝置的特征在于， 具有: 空氣供給源，該空氣供給源向所述空氣平衡器供給空氣； 壓力調(diào)整裝置，該壓力調(diào)整裝置使用從所述空氣供給源供給的空氣調(diào)整所述空氣平衡器的壓力；以及 空氣平衡器壓力變更部，該空氣平衡器壓力變更部用于當(dāng)所述定位裝置由于緊急停止、停電或者其它操作導(dǎo)致所述伺服馬達(dá)的勵(lì)磁被解除時(shí)，對(duì)所述空氣平衡器的壓力進(jìn)行變更，使所述垂直軸在避免追隨所述垂直軸移動(dòng)的結(jié)構(gòu)部分與其它結(jié)構(gòu)物碰撞或者減少碰撞的方向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位裝置，其特征在于， 所述空氣平衡器壓力變更部通過空氣平衡器的壓力變化來產(chǎn)生所述伺服馬達(dá)的推力以上的力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位裝置，其特征在于， 所述空氣平衡器壓力變更部是與空氣平衡器連接的壓力調(diào)整裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位裝置，其特征在于， 所述空氣平衡器壓力變更部由能夠存留一定量壓力比空氣平衡器的壓力高或者低的空氣的空氣箱和閥構(gòu)成，該空氣箱經(jīng)由所述閥并通過配管而與所述空氣平衡器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位裝置，其特征在于， 所述垂直軸具備制動(dòng)裝置，該制動(dòng)裝置在供給空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器被解除，在釋放空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器工作，向所述制動(dòng)裝置供給的空氣從遠(yuǎn)高于所述空氣平衡器的壓力的空氣源經(jīng)由閥供給， 所述閥具備放掉閥閉合時(shí)的剩余壓力的排氣端口，并且具備當(dāng)所述閥閉合時(shí)使所述制動(dòng)裝置的剩余壓力經(jīng)由閥的所述排氣端口流入所述空氣平衡器的管路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定位裝置，其特征在于， 除了所述垂直軸之外還有至少一個(gè)直線軸或者旋轉(zhuǎn)軸，該直線軸或者旋轉(zhuǎn)軸具備制動(dòng)裝置，該制動(dòng)裝置在供給空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器被解除，在釋放空氣壓力時(shí)使得制動(dòng)器工作，各個(gè)閥同時(shí)開閉，并且具備當(dāng)閉合閥時(shí)使各個(gè)制動(dòng)器的剩余壓力經(jīng)由所述排氣端口流入空氣平衡器的管路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定位裝置，其特征在于， 連接所述制動(dòng)裝置與所述閥的空氣配管的至少一個(gè)是能夠在配管內(nèi)存留空氣的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于， 所述垂直軸的制動(dòng)裝置為如下結(jié)構(gòu)在使制動(dòng)器工作時(shí)排出的空氣的管路中安裝有節(jié)流閥，通過限制所述排出的空氣的流速，使垂直軸的制動(dòng)器的工作時(shí)間延遲。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于， 所述閥為電磁閥，該電磁閥的電源為接通時(shí)，向制動(dòng)裝置供給空氣，制動(dòng)器被解除，電磁閥為斷開時(shí)，制動(dòng)器工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位裝置，其特征在于， 所述空氣平衡器與精密減壓閥的二次側(cè)連接，進(jìn)行壓力調(diào)整，使得所述空氣平衡器的壓力恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用空氣平衡器進(jìn)行收縮動(dòng)作的定位裝置。定位裝置在由于緊急停止、停電、其它操作使得伺服馬達(dá)的勵(lì)磁被解除時(shí)，使用從空氣供給源供給的空氣變更用于抵消由該伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的垂直軸的自重的空氣平衡器的壓力，使該垂直軸移動(dòng)。
文檔編號(hào)B23Q5/58GK102950501SQ20121027340
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者蛯原建三 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社