流体压力执行器的动作量检测装置
技术领域
本发明涉及检测装置技术领域，尤其涉及一种流体压力执行器的动作量检测装置，所述检测流体压力执行器具有内部被活塞划分为第一压力作用室和第二压力作用室的双作用缸，在第一压力作用室或第二压力作用室中进行流体的流入及流出，由此进行活塞的移动。
背景技术
例如，在食品工厂等当中使用的机械臂、气爪的控制中使用具有双作用缸的流体压力执行器。
双作用缸的内部被活塞划分为第一压力作用室和第二压力作用室，第一压力作用室和第二压力作用室上分别连接有进行压缩空气的进气或排气的管道的一端。该管道的另一端经由切换阀连接有压缩空气供给源，通过切换阀来切换对第一压力作用室的进气与对第二压力作用室的进气，由此，活塞在缸内往复运动。
在上述那样的双作用缸中，进行有通过专利文献1揭示那样的磁致伸缩传感器来检测活塞的位置的操作。
例如，在活塞中装入永磁铁，进而在双作用缸的缸筒外周面沿轴心方向配设磁致伸缩线。当磁致伸缩线被施加电流脉冲时，会在整个轴向区域上产生圆周方向的磁场，当装在活塞中的永磁铁接近该磁场时，产生永磁铁的磁场与磁致伸缩传感器的圆周方向的磁场的合成磁场，在磁致伸缩线的产生了该合成磁场的部位产生扭转形变。产生的扭转形变以振动形式在磁致伸缩线上传播，因此，通过测量该传播时间，可以检测永磁铁的位置，从而能检测装有永磁铁的活塞的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平9-329409号公报
发明内容
然而，上述现有技术存在如下问题。
上述磁致伸缩传感器配备有棒状的磁致伸缩线，因此难以安装在例如机械手这样的不进行直线运动的流体压力执行器上等，从而因磁致伸缩传感器的形状而制约了流体压力执行器的形状，损害了例如食品工厂等当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度。
此外，必须将磁致伸缩线的长度设为与流体压力执行器的活塞的动作行程一致的长度，因此，在使用不同行程的多个流体压力执行器的情况下，必须准备与各行程一致的磁致伸缩线，所以有导致制造成本增大之虞。
本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种不会制约流体压力执行器的形状、可以提高设备设计的自由度而且价格低廉的流体压力执行器的动作量检测装置。
为了解决上述问题，本发明的执行器的动作检测装置具有如下构成。
(1)一种流体压力执行器的动作量检测装置，其检测流体压力执行器的活塞的位置，所述流体压力执行器具有活塞和内部被该活塞划分为第一压力作用室和第二压力作用室的双作用缸，在第一压力作用室或第二压力作用室中进行流体的流入及流出，由此进行活塞的移动，该流体压力执行器的动作量检测装置的特征在于，具有：压力检测器，其检测第一压力作用室或第二压力作用室的压力值；以及控制部，其具有根据压力检测器检测到的压力值来算出活塞的移动量作为所述流体压力执行器的动作量的活塞位置检测程序。
(2)根据(1)所述的流体压力执行器的动作量检测装置，其特征在于，流体压力执行器受到进气节流(Meter-in)控制，即，调整流入至第一压力作用室或第二压力作用室的流体的流量，由此控制活塞的移动速度，控制部基于活塞位置检测程序、根据第一压力作用室和第二压力作用室当中流体流入那一侧的压力值来算出活塞的移动量。
(3)根据(1)所述的流体压力执行器的动作量检测装置，其特征在于，控制部进行排气节流(Meter-out)控制，即，调整从流体压力执行器的第一压力作用室或第二压力作用室流出的流体的流量，由此控制活塞的移动速度，控制部基于活塞位置检测程序、根据第一压力作用室和第二压力作用室当中流体流出那一侧的压力值来算出活塞的移动量。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的流体压力执行器的动作量检测装置，其特征在于，控制部基于活塞位置检测程序来算出压力检测器检测到的第一压力作用室或第二压力作用室的压力值的、伴随时间经过而来的压力值的变动量，根据控制部配备的存储部中预先存储的规定修正值将压力值的变动量转换为活塞的移动量，由此算出活塞的移动量。
(5)根据(4)所述的流体压力执行器的动作量检测装置，其特征在于，所谓修正值，包括由双作用缸的内径和活塞的行程及移动时间决定的第一修正值、以及由活塞的规定行程与由双作用缸的内径决定的第二修正压力值的比决定的第二修正值，第一修正值为压力值，是将活塞的移动开始时间点设为零、到活塞的移动完成时间点的第一修正压力值为止与时间经过成比例地增大的值，第一修正压力值是从第二修正压力值减去使具有规定行程的活塞以规定移动时间动作时的、第一压力作用室或第二压力作用室的活塞的移动开始时间点的压力值与活塞的移动完成时间点的压力值的差分而得的值，控制部基于活塞位置检测程序、根据压力检测器检测到的第一压力作用室或第二压力作用室的压力值而以活塞的移动开始时间点的压力值为基准来算出伴随时间经过而来的压力值的变动量，并算出对应时间的第一修正值与压力值的变动量的和，对算出的和乘以第二修正值，由此算出活塞的移动量。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的流体压力执行器的动作量检测装置，其特征在于，流体压力执行器具有：第一管道，其通往第一压力作用室，使流体流入或流出；以及第二管道，其通往第二压力作用室，使流体流入或流出；压力检测器分别配设在第一管道上和第二管道上。
发明的效果
通过具有上述构成，本发明的执行器的动作检测装置具有如下作用、效果。
通过上述(1)的构成，能够制成不会制约流体压力执行器的形状、可以提高设备设计的自由度而且价格低廉的流体压力执行器的动作量检测装置。
即，控制部可以通过执行活塞位置检测程序而根据压力检测器检测到的第一压力作用室或第二压力作用室的压力值来算出活塞位置，因此，无须像例如将磁致伸缩传感器安装在流体压力执行器上那样使用检测活塞位置用的特殊传感器。由于无须使用传感器，因此不会因传感器的形状而制约流体压力执行器的形状，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此外，压力检测器有通用性，即便在使用不同行程的多个流体压力执行器的情况下，也不会像磁致伸缩传感器那样必须准备与各流体压力执行器的行程一致的多个磁致伸缩传感器，从而没有制造成本增大之虞。
通过上述(2)、(3)的构成，在流体压力执行器中进行进气节流控制的情况或者进行排气节流控制的情况下，可以根据第一压力作用室或第二压力作用室的压力值来算出活塞的位置。在进行进气节流控制或者进行排气节流控制这两种情况下，只要能检测活塞位置，便可以考虑各自的特征来自由地区分使用进气节流控制和排气节流控制，因此，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此处，为了检测活塞位置，在进行进气节流控制的情况、进行排气节流控制的情况下都必须检测第一压力作用室或第二压力作用室当中流入或流出的流体的流量受到控制那一侧的压力值。下面叙述其原因。
其原因在于，在进气节流控制的情况下，对流入至第一压力作用室或第二压力作用室的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室和第二压力作用室当中流体流入那一侧的压力值。此外，在排气节流控制的情况下，对从第一压力作用室或第二压力作用室流出的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室和第二压力作用室当中流体流出那一侧的压力值。通过控制压力值，活塞的移动速度得到控制，因此，通过检测第一压力作用室或第二压力作用室的压力值当中受到控制那一侧的压力值、算出活塞位置，能够高精度地检测活塞的位置。
通过上述(4)、(5)的构成，可以利用第一压力作用室或第二压力作用室的压力值来高精度地检测活塞的移动量。一直以来都认为第一压力作用室或第二压力作用室的压力值与活塞的位置之间存在某种关系，但并未考虑过可以利用压力值来高精度地检测活塞的位置。在这种背景下，本发明申请人通过实验推导出以下事实：像上述那样根据修正值对第一压力作用室或第二压力作用室的压力值进行转换，利用由此得到的值，可以高精度地检测活塞位置。
此外，通过进行上述那样的转换，能够防止流体压力执行器的动作量检测装置中内置的CPU的信息处理延迟的发生。
作为不使用磁致伸缩传感器而检测活塞的位置的装置，本发明申请人已提出有日本专利申请公开2019-100512的流体压力执行器的动作量检测装置。该装置是通过第一压力作用室的压力值或者第二压力作用室的压力值的变化量的微分来算出活塞的速度变化量，通过该速度变化量的积分来算出活塞的移动量。
但是，伴随活塞的移动而来的压力值的变化量比较微小，因此有因噪声而导致计算精度变差之虞，所以，在实际的计算处理中需要移动平均等滤波处理，从而有流体压力执行器的动作量检测装置中内置的CPU发生处理延迟之虞。
因此，若是像本发明这样做到只是使用预先存储的修正值来进行压力值的加法运算、除法运算、乘法运算便能转换为活塞的移动量，则不易受到干扰噪声的影响，能够防止以往会发生的滤波处理造成的CPU的信息处理延迟。
通过上述构成(6)，压力检测器的配设位置的自由度高，设备设计的自由度提高。
即，根据帕斯卡原理，施加至第一压力作用室的内壁和通往第一压力作用室的第一管道的内壁的压力是均匀的，施加至第二压力作用室的内壁和通往第二压力作用室的第二管道的内壁的压力是均匀的。因而，通往第一压力作用室的第一管道上配设的压力检测器不论第一管道的长短如何都能检测第一压力作用室的压力值，通往第二压力作用室的第二管道上配设的压力检测器不论第二管道的长短如何都能检测第二压力作用室的压力值。因此，压力检测器无须配设在流体压力执行器附近，所以压力检测器的配设的自由度高，设备设计的自由度提高。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为使用流体压力执行器的动作量检测装置的流体压力执行器监视系统的回路图。
图2为表示流体压力执行器的动作量检测装置的控制构成的框图。
图3为表示进行排气节流控制的情况下的第一修正值的求法的图。
图4为表示从第一压力作用室或第二压力作用室中的排气侧的压力值的变动量转换为活塞的移动量的方法的图。
图5为表示活塞的驱动中发生了异常的情况下的活塞的移动量的参考图。
图6为表示进行进气节流控制的情况下的第一修正值的求法的图。
图7为表示从第一压力作用室或第二压力作用室中的进气侧的压力值的变动量转换为活塞的移动量的方法的图。
图8为表示流体压力执行器监视系统的回路图的变形例的图。
附图标记说明
10流体压力执行器
20流体压力执行器的动作量检测装置
101 双作用缸
102 活塞
103 第一压力作用室
104 第二压力作用室
201 控制部
202 第一压力变换器
203 第二压力变换器
2012a 活塞位置检测程序
具体实施方式
下面一边参考附图，一边对本发明的流体压力执行器的动作量检测装置(以下也简称为“动作量检测装置”)20的实施方式进行详细说明。
图1为使用流体压力执行器的动作量检测装置20的流体压力执行器监视系统1的回路图。流体压力执行器的动作量检测装置20作为检测可滑动地保持在构成流体压力执行器10的双作用缸101内部的活塞102在双作用缸101内的位置的装置而发挥功能。
双作用缸101的内部被活塞102划分为第一压力作用室103和第二压力作用室104。此外，在活塞102的第二压力作用室侧端面(第二端面)102b连接有操作杆105，操作杆105贯通双作用缸101的第二压力作用室侧内壁面(第二内壁面)101b的插通孔而延伸到双作用缸101外部。
第一压力作用室103上连接有进行压缩空气的进气或排气的第一管道11的一端，第一管道11的另一端连接到切换阀13的第一连接口131。
并且，第二压力作用室104上连接有进行压缩空气的进气或排气的第二管道12的一端，第二管道12的另一端连接到切换阀13的第二连接口132。
此外，第一管道11上设置有由止回阀141A和流量调整阀142A构成的流量调整部14A，而且，第二管道12上设置有由止回阀141B和流量调整阀142B构成的流量调整部14B。
切换阀13具有输入压缩空气的输入口133，输入口133上连接有进气管道15的一端，进气管道15的另一端连接到压缩空气供给源16。
切换阀13为双螺线管型电磁阀，通过从外部对螺线管134A、134B施加电信号使得内部的阀芯(未图示)驱动。
当对螺线管134A施加电信号时，切换阀13的阀芯被吸引至螺线管134A侧，输入口133与第一连接口131连通，而且第二连接口132朝外部开放。
输入口133与第一连接口131连通使得从压缩空气供给源16供给的压缩空气从输入口133输入至切换阀13，并从第一连接口131输出。从第一连接口131输出的压缩空气流过第一管道11而给送至双作用缸101的第一压力作用室103。
通过对第一压力作用室103给送压缩空气，第一压力作用室103内部的压力上升，活塞102的第一压力作用室侧端面(第一端面)102a受到推压，活塞102朝前进方向(图1中为右方)移动。在活塞102朝前进方向移动的同时，第二压力作用室104的排气开始，之前给送到第二压力作用室104的压缩空气经由第二管道12、第二连接口132、切换阀13及消声器17B排出至外部。
另一方面，当对螺线管134B施加电信号时，切换阀13的阀芯被吸引至螺线管134B侧，输入口133与第二连接口132连通，而且第一连接口131朝外部开放。
输入口133与第二连接口132连通使得从压缩空气供给源16供给的压缩空气从输入口133输入至切换阀13，并从第二连接口132输出。从第二连接口132输出的压缩空气流过第二管道12而给送至双作用缸101的第二压力作用室104。
通过对第二压力作用室104给送压缩空气，第二压力作用室104内部的压力上升，活塞102的第二端面102b受到推压，活塞102朝后退方向(图1中为左方)移动。在活塞102朝后退方向移动的同时，第一压力作用室103的排气开始，之前给送到第一压力作用室103的压缩空气经由第一管道11、第一连接口131、切换阀13及消声器17A排出至外部。
如上所述，通过借助对切换阀13的螺线管134A或螺线管134B的通电来驱动阀芯，可以切换压缩空气朝第一压力作用室103的给送与压缩空气朝第二压力作用室104的给送，通过反复进行该切换，活塞102可以进行往复运动。于是，随着活塞102的往复运动，连接在活塞102的第二端面102b的操作杆105进行往复运动。
活塞102的往复运动的动作速度的控制是通过在流量调整部14A或流量调整部14B中调整压缩空气的流量来进行。
图1是在活塞102的驱动时调整从第一压力作用室103或第二压力作用室104排出的压缩空气的流量、由此进行活塞102的动作速度的控制(以下记作排气节流控制)用的回路。
详细进行说明，流量调整部14A、14B的止回阀141A、141B只能在从切换阀13侧到流体压力执行器10侧这一个方向上流动压缩空气，反方向的压缩空气的流动被阀芯(未图示)堵住。
例如，在要从第一管道11对第一压力作用室103给送压缩空气的情况下，由于第一管道11上的流量调整部14A的止回阀141A容许去往第一压力作用室103的压缩空气的流动，因此压缩空气得以给送至第一压力作用室103。随着压缩空气给送至第一压力作用室103、活塞102移动，压缩空气从第二压力作用室104排出至第二管道12。此时，由于第二管道12上的流量调整部14B的止回阀141B将从第二压力作用室104排出的压缩空气堵住，因此压缩空气通过流量调整阀142B。因而，通过调整好流量调整阀142B的节流度，便会根据其阀开度来限制压缩空气的流量，从而控制活塞102的移动速度。
反过来，在要从第二管道12对第二压力作用室104给送压缩空气的情况下，由于第二管道12上的流量调整部14B的止回阀141B容许去往第二压力作用室104的压缩空气的流动，因此压缩空气得以给送至第二压力作用室104。随着压缩空气给送至第二压力作用室104、活塞102移动，压缩空气从第一压力作用室103排出至第一管道11。此时，由于第一管道11上的流量调整部14A的止回阀141A将从第一压力作用室103排出的压缩空气堵住，因此压缩空气通过流量调整阀142A。因而，通过调整好流量调整阀142A的节流度，便会根据其阀开度来限制压缩空气的流量，从而控制活塞102的移动速度。
在第一管道11及第二管道12上而且是流量调整部14A、14B与流体压力执行器10之间连接有检测活塞102在双作用缸101内的位置(也就是流体压力执行器10的动作量)的、流体压力执行器的动作量检测装置20。
图2为表示流体压力执行器的动作量检测装置20的构成的框图。该动作量检测装置20具有控制部201、作为压力检测器的第一压力变换器202及第二压力变换器203、AD转换部204、显示部205、设定部206、存储部207、信号电路208以及通信电路209。并且，控制部201具有CPU 2011和存储器2012，存储器2012中存储有用于算出活塞102在双作用缸101内的移动量的活塞位置检测程序2012a。
第一压力变换器202连接在第一管道11上，检测第一管道11的压力值。并且，第二压力变换器203连接在第二管道12上，检测第二管道12的压力值。根据帕斯卡原理，施加至第一压力作用室103的内壁的压力与施加至通往第一压力作用室103的第一管道11的内壁的压力是均匀的，施加至第二压力作用室104的内壁的压力与施加至通往第二压力作用室104的第二管道12的内壁的压力是均匀的。因而，在第一管道11及第二管道12上检测压力值与检测第一压力作用室103及第二压力作用室104的压力值的意义相同。此外，不论第一管道11、第二管道12的长短如何，第一压力变换器202、第二压力变换器203都能检测第一压力作用室103、第二压力作用室104的压力值。因此，第一压力变换器202、第二压力变换器203无须配设在流体压力执行器10附近，所以第一压力变换器202、第二压力变换器203的配设的自由度高，设备设计的自由度提高。
第一压力变换器202及第二压力变换器203经由AD转换部204连接到控制部201。
第一压力变换器202及第二压力变换器203检测到的压力值转换为电信号而输出。该电信号为模拟信号，因此通过AD转换部204转换成数字信号，之后输出至控制部201。
当压力值输入至控制部201时，CPU 2011从存储器2012中读出并执行活塞位置检测程序2012a，由此，根据输入的压力值来算出活塞102在双作用缸101内的移动量。
控制部201上连接有显示部205、设定部206、存储部207、信号电路208及通信电路209，存储部207中预先存储有利用压力值算出活塞102的移动量用的规定修正值(详情于后文叙述)，CPU 2011在利用压力值算出活塞102的移动量时，从存储部207中读出规定修正值。规定修正值是根据双作用缸101的内径和活塞102的行程及移动时间(动作节拍)而定，由作业人员借助设定部206输入双作用缸101的内径和活塞102的行程及移动时间的信息，由此，在活塞位置检测程序2012a的执行时选择与输入的信息相应的修正值而用于活塞102的移动量的算出。另外，存储部207也可以内置于控制部201中。
显示部205上可以显示CPU 2011算出的活塞102的移动量、进行驱动的活塞102已到达双作用缸101内部的第一压力作用室侧内壁面(第一内壁面)101a或第二内壁面101b的内容等。此外，也可以通过通信电路209将利用设定部206输入的内容、显示部205上显示的内容、活塞102的移动量的波形数据等输出至外部。
此外，信号电路208进行与动作量检测装置20外部的信号收发。例如，信号电路208从外部接收流体压力执行器10的起动或停止的触发信号，由此，控制部201对活塞102的移动量的波形数据导入的开始和停止进行控制。另外，在作业人员预先定下了活塞102的移动量的情况下，还可以在进行驱动的活塞102达到了预先定下的移动量时向外部输出信号、由此通知作业人员。
接着，使用图3及图4，对根据第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值来算出活塞102的移动量的方法进行说明。
再者，图3及图4中的时间点t0是开始从压缩空气供给源16给送压缩空气的时间点，时间点t1是活塞102开始移动的时间点，时间点t2是活塞102到达双作用缸101的第一内壁面101a或第二内壁面101b而完成移动的时间点。
本实施例中进行的是排气节流控制，活塞102的移动量的算出是通过根据存储部207中预先存储的规定修正值将第一压力作用室103和第二压力作用室104当中排气那一侧的压力值转换为移动量来进行。
此处，所谓规定修正值，是指由双作用缸101的内径、活塞102的行程及移动时间决定的第一修正值CV11和后文叙述的第二修正值CV12。第一修正值CV11和第二修正值CV12预先存储在存储部207中，在活塞位置检测程序2012a的执行时加以读出而用于计算。
首先，对第一修正值CV11进行说明。
第一修正值CV11为压力值，如图3(b)所示，是将开始活塞102的移动的时间点t1设为0MPa、到活塞102的移动完成的时间点t2的第一修正压力值CP11为止与时间经过成比例地增大的值。
第一修正值CV11以如下方式求出。
检测使具有规定行程的活塞102以规定移动时间动作的情况下的、第一压力作用室103和第二压力作用室104当中因活塞102的驱动而排出压缩空气那一侧的压力作用室的压力值波形P11。
在检测到压力值波形P11后，算出时间点t1上的压力值与时间点t2上的压力值的差分ΔP11。
继而，从预先存储在存储部207中的第二修正压力值CP12减去差分ΔP11，算出第一修正压力值CP11。所谓第二修正压力值CP12，是由双作用缸101的内径(缸径)决定的值，是由本发明申请人通过实验推导出的值。例如，若是φ25mm的缸径，则为0.35Mpa，针对每一缸径设定了不同值。于是，由作业人员借助设定部206输入所使用的流体压力执行器10的缸径，由此读出与输入的缸径相对应的第二修正压力值CP12而用于计算。
将算出的第一修正压力值CP11作为时间点t2上的压力值，从时间点t1的0MPa起到时间点t2的第一修正压力值CP11为止与时间经过成比例地增大的值便成为第一修正值CV11。此处，第一修正值CV11是从时间点t1起随着时间经过而变动的值，因此，将时间点t1之后的规定时间上的第一修正值CV11设为ΔCV11。
接着，对第二修正值CV12进行说明。
第二修正值CV12是由活塞102的行程与由双作用缸101的内径决定的第二修正压力值CP12的比决定的值。
由作业人员借助设定部206输入所使用的流体压力执行器10的缸径、活塞102的行程，由此算出与输入的缸径、活塞102的行程相应的第二修正值CV12而存储在存储部207中。
接着，对如何从第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值转换为活塞102的移动量进行说明。
图4(a)所示的压力值波形P11是以与求出了第一修正值CV11、第二修正值CV12的规定行程及规定移动时间相同的行程及移动时间进行工作的流体压力执行器10的第一压力作用室103或第二压力作用室104当中进行排气那一侧的压力值的波形。
首先，如图4(a)所示，算出以时间点t1上的压力值P1为基准的、随着时间经过而变动的压力值的变动量ΔP111。
再者，压力值波形P11所示的值超过压力值P1时的变动量ΔP111为正值，低于压力值P1时的变动量ΔP111为负值。
接着，从存储部207中读出预先求出的第一修正值CV11，如图4(b)所示，对规定时间上的ΔCV11加上对应时间的压力值波形P11的变动量ΔP111，求出压力值波形P12(例如，对t1的10秒后的ΔCV11的值加上t1的10秒后的ΔP111的值)。
在ΔP111为正值时，压力值波形P12所示的值成为超过第一修正值CV11的值，在ΔP111为负值时，压力值波形P12所示的值成为低于第一修正值CV11的值。
最后，从压力值的单位MPa转换为移动量的单位mm。从存储部207中读出预先求出的第二修正值CV12，对压力值波形P12乘以第二修正值CV12，由此转换为图4(c)所示的活塞102的移动量PD11。例如，对图4(b)中的最大压力值P2乘以第二修正值CV12得到的值是转换成活塞102的移动量的值。
下面说明为何能如此从第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值转换为活塞102的移动量。
首先，压力值波形P11所示的压力值的变化率(dP/dt)像下述式1那样表示。
(式1)
(式2)
(式3)
此处，“M”意指压缩空气的质量(kg)，“R”意指气体常数，“T”意指温度(K)，“P”意指第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值(Pa)，“V”意指第一压力作用室103或第二压力作用室104的容积(m3)，“A”意指活塞102的推压面积(m2)，“L”意指活塞102的行程(m)，“Y”意指活塞102的移动量(m)。
式1是在对气体的状态方程M＝PV/RT的两边进行时间微分得到的式2中代入对表示活塞102的移动量与压力作用室的体积的关系的V＝A(L－Y)的两边进行时间微分得到的式3加以整理而得。式1右边的第一项(「(-RT/V)×(dM/dt)」)为负值，表现了第一压力作用室103或第二压力作用室104当中排气那一侧的压力值随着排气的推进而欲降低这一内容。例如指图4(a)中虚线所示那样的、从时间点t1的压力值P1起不断降低的值。
另一方面，式1右边的第二项(「(P/V)×A×(dY/dt)」)为正值，表现了随着活塞102移动而第一压力作用室103或第二压力作用室104当中排气那一侧的压力作用室的空间被压缩、因此压力值欲上升这一内容。这些欲降低的压力值和欲上升的压力值的合成值视为压力值波形P11。
借助第一修正值CV11进行的从压力值波形P11向压力值波形P12的转换具有矫正压力值波形P11的斜率的意义，通过矫正压力值波形P11的斜率，随着排气的推进而欲降低的压力值也就是式1右边的第一项被抵消。于是，认为压力值的变化率(dP/dt)可以像下述式4那样表示。
(式4)
式4的右边可以说是由活塞102的移动量Y的时间微分值及其系数来表示的，意指对活塞102的移动量Y的时间微分值乘以该系数得到的值与压力值P的时间微分值相等。
若是将该系数视为相当于第二修正值CV12的倒数，则如上所述，通过对从压力值波形P11转换而得的压力值波形P12乘以第二修正值CV12来转换为图4(c)所示的活塞102的移动量PD11。
以上述方式算出的移动量PD11的波形在时间点t1到时间点t2之间与通过磁致伸缩传感器来表示以相同行程、相同移动时间进行驱动的活塞102的移动量的波形D11大致相同。
由此得知，即便不像以往那样使用磁致伸缩传感器，也可以利用第一压力变换器202检测到的第一压力作用室103的压力值或者第二压力变换器203检测到的第二压力作用室104的压力值来检测活塞102的位置。由于无须使用磁致伸缩传感器，因此不会像以往那样因磁致伸缩传感器的形状而制约流体压力执行器10的形状，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此外，第一压力变换器202及第二压力变换器203有通用性，即便在使用不同行程的多个流体压力执行器10的情况下，也不会像磁致伸缩传感器那样必须准备与各流体压力执行器10的行程一致的多个磁致伸缩传感器，从而没有制造成本增大之虞。
此外，若是做到只是使用预先存储的第一修正值CV11和第二修正值CV12来进行压力值的加法运算、除法运算、乘法运算便能转换为活塞102的移动量，则不易受到干扰噪声的影响，能够防止以往会发生的滤波处理造成的CPU 2011的信息处理延迟。
进而，根据该活塞位置检测程序2012a，即便在活塞102的驱动中活塞102与双作用缸101的内面的摩擦力过度或者活塞102上连接的操作杆105碰到障碍物等活塞102的驱动发生了异常的情况下，也能准确地检测活塞102的位置。
例如，图5为表示本发明申请人得到的实验结果的图表。波形D12表示如下情况：在活塞102从第一内壁面101a朝第二内壁面101b移动也就是操作杆105朝从双作用缸101突出的方向驱动的情况下，在活塞102开始驱动的时间点t1到活塞102完成驱动的时间点t2之间的时间点t3故意使操作杆105碰撞障碍物。在时间点t3，操作杆105碰到障碍物，活塞102的移动速度降低，因此，时间点t3之后的波形D12的斜率比时间点t3之前平缓。
相对于此，图5所示的波形PD12是根据第一修正值CV11和第二修正值CV12将检测波形D12的同时检测到的第二压力作用室104的压力值的变动量转换为活塞102的移动量得到的波形。得知，波形PD12表现出与波形D12大致相同的行为。因而得知，根据活塞位置检测程序2012a，不仅在活塞102正常驱动的情况下，在其驱动发生了异常的情况下也能准确地检测活塞102的位置。
再者，在进行排气节流控制的情况下，流量调整部14A、14B无须配设在动作量检测装置20与切换阀13之间。如图8所示，也可配设在消声器17A、17B与切换阀13之间。即便是这种配置，也能调整从第一压力作用室103或第二压力作用室104排出的压缩空气的流量。
以上对进行流体压力执行器10的排气节流控制的情况进行了说明，但在通过使用图1所示的流体压力执行器监视系统，调节给送至第一压力作用室103或第二压力作用室104的压缩空气的流量来进行活塞102的动作速度的控制(以下记作进气节流控制)的情况下也同样能算出活塞102的移动量。
在进行进气节流控制的情况下，流量调整部14A、14B的止回阀141A、141B只能在从流体压力执行器10侧到切换阀13侧这一个方向上流动压缩空气，反方向的压缩空气的流动被阀芯(未图示)堵住。
例如，在要从第一管道11对第一压力作用室103给送压缩空气的情况下，由于第一管道11上的流量调整部14A的止回阀141A将去往第一压力作用室103的压缩空气的流动堵住，因此压缩空气通过流量调整阀142A而给送至第一压力作用室103。因而，通过调整好流量调整阀142A的节流度，便会根据其阀开度来限制压缩空气的流量，从而控制活塞102的移动速度。随着压缩空气给送至第一压力作用室103、活塞102移动，压缩空气从第二压力作用室104排出至第二管道12。此时，第二管道12上的流量调整部14B的止回阀141B容许去往切换阀13的压缩空气的流动。
反过来，在要从第二管道12对第二压力作用室104给送压缩空气的情况下，由于第二管道12上的流量调整部14B的止回阀141B将去往第二压力作用室104的压缩空气的流动堵住，因此压缩空气通过流量调整阀142B而给送至第二压力作用室104。因而，通过调整好流量调整阀142B的节流度，便会根据其阀开度来限制压缩空气的流量，从而控制活塞102的移动速度。随着压缩空气给送至第二压力作用室104、活塞102移动，压缩空气从第一压力作用室103排出至第一管道11。此时，第一管道11上的流量调整部14A的止回阀141A容许去往切换阀13的压缩空气的流动。
其他的回路构成以及流体压力执行器的动作量检测装置20的构成与图1所示的排气节流控制的情况相同。
接着，使用图6及图7，对根据第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值来算出活塞102的移动量的方法进行说明。
再者，图6及图7中的时间点t0是开始从压缩空气供给源16给送压缩空气的时间点，时间点t1是活塞102开始移动的时间点，时间点t2是活塞102到达双作用缸101的第一内壁面101a或第二内壁面101b而完成移动的时间点。
在进行进气节流控制的情况下，活塞102的移动量的算出是通过根据存储部207中预先存储的规定修正值将第一压力作用室103和第二压力作用室104当中进气那一侧的压力值转换为移动量来进行。
此处，所谓规定修正值，是指由双作用缸101的内径、活塞102的行程及移动时间决定的第一修正值CV21和后文叙述的第二修正值CV22。
第一修正值CV21和第二修正值CV22预先存储在存储部207中，在活塞位置检测程序2012a的执行时加以读出而用于计算。
首先，对第一修正值CV21进行说明。
第一修正值CV21为压力值，如图6(b)所示，是将开始活塞102的移动的时间点t1设为0MPa、到活塞102的移动完成的时间点t2的第一修正压力值CP21为止与时间经过成比例地增大的值。
第一修正值CV21以如下方式求出。
检测使具有规定行程的活塞102以规定移动时间动作的情况下的、第一压力作用室103和第二压力作用室104当中因活塞102的驱动而被给送压缩空气那一侧的压力作用室的压力值波形P21。
在检测到压力值波形P21后，算出时间点t1上的压力值与时间点t2上的压力值的差分ΔP21(参考图6(a))。
继而，从预先存储在存储部207中的第二修正压力值CP22减去差分ΔP21，算出第一修正压力值CP21。所谓第二修正压力值CP22，是由双作用缸101的内径决定的值，是由本发明申请人通过实验推导出的值。例如，若是
将算出的第一修正压力值CP21作为时间点t2上的压力值，从时间点t1的0MPa起到时间点t2的第一修正压力值CP21为止与时间经过成比例地增大的值便成为第一修正值CV21。此处，第一修正值CV21是从时间点t1起随着时间经过而变动的值，因此，将时间点t1之后的规定时间上的第一修正值CV21设为ΔCV21。
接着，对第二修正值CV22进行说明。
第二修正值CV22是由活塞102的行程与由双作用缸101的内径决定的第二修正压力值CP22的比决定的值。
由作业人员借助设定部206输入所使用的流体压力执行器10的缸径、活塞102的行程，由此算出与输入的缸径、活塞102的行程相应的第二修正值CV22而存储在存储部207中。
接着，对如何从第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值转换为活塞102的移动量进行说明。
图7(a)所示的压力值波形P21是以与求出了第一修正值CV21、第二修正值CV22的规定行程及规定移动时间相同的行程及移动时间进行工作的流体压力执行器10的第一压力作用室103或第二压力作用室104当中进行进气那一侧的压力值的波形。
首先，如图7(a)所示，算出以时间点t1上的压力值P3为基准的、随着时间经过而变动的压力值的变动量ΔP211。
再者，压力值波形P21所示的值超过压力值P3的变动量ΔP211为正值，低于压力值P3的变动量ΔP211为负值。
接着，从存储部207中读出预先求出的第一修正值CV21，如图7(b)所示，对规定时间上的ΔCV21加上对应时间的压力值的变动量ΔP211，求出压力值波形P22(例如，对t1的10秒后的ΔCV21的值加上t1的10秒后的ΔP211的值)。此处，与进行排气节流控制的情况的不同点在于，压力值波形P22示的值，在ΔP211为负值时，成为超过第一修正值CV21的值；在ΔP211为正值时，成为低于第一修正值CV21的值。在原因在于，如后文叙述的式5所示，伴随活塞102的移动而来的压力的上升、降低的极性与进行排气节流控制的情况下的式1不一样。
最后，从压力值的单位MPa向移动量的单位mm进行转换。从存储部207中读出预先求出的第二修正值CV22，对压力值波形P22乘以第二修正值CV22，由此转换为图7(c)所示的活塞102的移动量PD21。例如，对图7(b)中的时间点t2上的压力值P4乘以第二修正值CV22得到的值是转换成活塞102的移动量的值。
下面说明为何能如此从第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值转换为活塞102的移动量。
首先，压力值波形P21所示的压力值的变化率(dP/dt)像下述式5那样表示。
(式5)
式5的推导方法与式1相同，但在进行进气节流控制的情况下，伴随活塞102的移动而来的压力的上升及降低的极性，也就是右边所示各项的符号，与进行排气节流控制的情况下的式1不一样。
即，式5右边的第一项(「(RT/V)×(dM/dt)」)为正值，表现了随着对第一压力作用室103或第二压力作用室104的进气、第一压力作用室103或第二压力作用室104当中进气那一侧的压力值欲上升这一内容。例如指图7(a)中虚线所示那样的、从时间点t1的压力值P3起不断上升的值。
另一方面，式5右边的第二项(「(-P/V)×A×(dY/dt)」)为负值，表现了随着活塞102移动、第一压力作用室103或第二压力作用室104当中进气那一侧的压力作用室的空间扩大而压力值欲降低这一内容。将这些欲上升的压力值与欲降低的压力值的合成值视为压力值波形P21。
借助第一修正值CV21进行的从压力值波形P21向压力值波形P22的转换具有矫正压力值波形P21的斜率的意义，通过矫正压力值波形P21的斜率，随着进气的推进而欲上升的压力值也就是式5右边的第一项被抵消。于是，认为压力值的变化率(dP/dt)可以像上述式4那样表示。
式4的右边可以说是由活塞102的移动量Y的时间微分值及其系数来表示的，意指对活塞102的移动量Y的时间微分值乘以该系数得到的值与压力值P的时间微分值相等。
若是将该系数视为相当于第二修正值CV22，则如上所述，通过对从压力值波形P21转换而得的压力值波形P22乘以第二修正值CV22来转换为图7(c)所示的活塞102的移动量PD21。
如此算出的移动量PD21的波形在时间点t1到时间点t2之间与通过磁致伸缩传感器来表示以相同行程、相同移动时间进行驱动的活塞102的移动量的波形D21大致相同。
因此，在进行进气节流控制的情况下，也是即便不像以往那样使用磁致伸缩传感器也能检测活塞102的位置。在进行进气节流控制或者进行排气节流控制这两种情况下都能检测活塞102的位置，因此，可以考虑各自的特征来自由地区分使用进气节流控制和排气节流控制，所以，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此处，为了检测活塞102的位置，在进行进气节流控制的情况、进行排气节流控制的情况下都必须检测第一压力作用室103或第二压力作用室104当中流入或流出的流体的流量受到控制那一侧的压力值。下面叙述其原因。
其原因在于，在进气节流控制的情况下，对流入至第一压力作用室103或第二压力作用室104的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体流入那一侧的压力值。此外，在排气节流控制的情况下，对从第一压力作用室103或第二压力作用室104流出的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体流出那一侧的压力值。通过控制压力值，活塞102的移动速度得到控制，因此，通过检测第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值当中受到控制那一侧的压力值、算出活塞102的位置，能够高精度地检测活塞102的位置。
此外，根据该活塞位置检测程序2012a，与进行排气节流控制的情况一样，即便在活塞102的驱动中活塞102与双作用缸101的内面的摩擦力过度或者活塞102上连接的操作杆105碰到障碍物等活塞102的驱动发生了异常的情况下，也能准确地检测活塞102的位置。
(1)如以上所说明，根据本实施方式的执行器的动作检测装置20，其检测流体压力执行器10的活塞102的位置，所述流体压力执行器10具有活塞102和内部被活塞102划分为第一压力作用室103和第二压力作用室104的双作用缸101，在第一压力作用室103或第二压力作用室104中进行流体的流入及流出，由此进行活塞102的移动，该动作量检测装置20具有：第一压力变换器202，其检测第一压力作用室103的压力值；第二压力变换器203，其检测第二压力作用室104的压力值；以及控制部201，其具有根据第一压力变换器202或第二压力变换器203检测到的压力值来算出活塞102的移动量作为流体压力执行器的动作量的活塞位置检测程序2012a。由此，能够制成不会制约流体压力执行器10的形状、可以提高设备设计的自由度而且价格低廉的流体压力执行器的动作量检测装置20。
即，控制部201可以通过执行活塞位置检测程序2012a而根据第一压力变换器202或第二压力变换器203检测到的第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值来算出活塞102的位置，因此，无须像例如将磁致伸缩传感器安装在流体压力执行器10上那样使用检测活塞102的位置用的特殊传感器。由于无须使用传感器，因此不会因传感器的形状而制约流体压力执行器10的形状，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此外，压力变换器有通用性，即便在使用不同行程的多个流体压力执行器10的情况下，也不会像磁致伸缩传感器那样必须准备与各流体压力执行器的行程一致的多个磁致伸缩传感器，从而没有制造成本增大之虞。
(2)根据(1)所述的流体压力执行器的动作量检测装置20，其中，流体压力执行器10受到进气节流控制，即，调整流入至第一压力作用室103或第二压力作用室104的流体的流量，由此控制活塞102的移动速度，控制部201基于活塞位置检测程序2012a、根据第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体流入那一侧的压力值来算出活塞102的移动量。或者，(3)控制部201进行排气节流控制，即，调整从流体压力执行器10的第一压力作用室103或第二压力作用室104流出的流体的流量，由此控制活塞102的移动速度，控制部201基于活塞位置检测程序2012a、根据第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体排出那一侧的压力值来算出活塞102的移动量。由此，在流体压力执行器10中进行进气节流控制的情况或者进行排气节流控制的情况下，可以根据第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值来算出活塞102的位置。在进行进气节流控制或者进行排气节流控制这两种情况下，只要能检测活塞102的位置，便可以考虑各自的特征来自由地区分使用进气节流控制和排气节流控制，因此，使得例如食品工厂当中使用的机械臂、气爪等设备设计的自由度提高。
此处，为了检测活塞102的位置，在进行进气节流控制的情况、进行排气节流控制的情况下都必须检测第一压力作用室103或第二压力作用室104当中流入或流出的流体的流量受到控制那一侧的压力值。下面叙述其原因。
其原因在于，在进气节流控制的情况下，对流入至第一压力作用室103或第二压力作用室104的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体流入那一侧的压力值。此外，在排气节流控制的情况下，对从第一压力作用室103或第二压力作用室104流出的流体的流量进行调整，由此控制第一压力作用室103和第二压力作用室104当中流体流出那一侧的压力值。通过控制压力值，活塞102的移动速度得到控制，因此，通过检测第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值当中受到控制那一侧的压力值、算出活塞102的位置，能够高精度地检测活塞102的位置。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的流体压力执行器的动作量检测装置20，其中，控制部201基于活塞位置检测程序2012a来算出第一压力变换器202或第二压力变换器203检测到的第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值的、伴随时间经过而来的压力值的变动量，根据控制部201配备的存储部207中预先存储的规定修正值将压力值的变动量转换为活塞102的移动量，由此算出活塞102的移动量。(5)所谓该修正值，包括由双作用缸101的内径和活塞102的行程及移动时间决定的第一修正值CV11、CV21、以及由活塞102的规定行程与由双作用缸101的内径决定的第二修正压力值CP12、CP22的比决定的第二修正值CV12、CV22。第一修正值CV11、CV21为压力值，是将活塞102的移动开始时间点设为零、到活塞102的移动完成时间点的第一修正压力值CP11、CP21为止与时间经过成比例地增大的值。第一修正压力值CP11、CP21是从第二修正压力值CP12、CP22减去使具有规定行程的活塞102以规定移动时间动作时的、第一压力作用室103或第二压力作用室104的活塞102的移动开始时间点的压力值与活塞102的移动完成时间点的压力值的差分而得的值。控制部201基于活塞位置检测程序2012a、根据第一压力变换器202及第二压力变换器203检测到的第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值而以活塞102的移动开始时间点的压力值为基准来算出伴随时间经过而来的压力值的变动量ΔP111、ΔP211，并算出对应时间的第一修正值CV11、CV21与压力值的变动量ΔP111、ΔP211的和，对算出的和乘以第二修正值CV12、CV22，由此算出活塞102的移动量。通过上述构成，可以利用第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值来高精度地检测活塞102的移动量。一直以来都认为第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值与活塞102的位置之间存在某种关系，但并未考虑过可以利用压力值来高精度地检测活塞102的位置。在这种背景下，本发明申请人通过实验推导出如下事实：像上述那样根据修正值对第一压力作用室103或第二压力作用室104的压力值进行转换，利用由此得到的值，可以高精度地检测活塞102的位置。
此外，若是做到只是使用预先存储的修正值来进行压力值的加法运算、除法运算、乘法运算便能转换为活塞102的移动量，则不易受到干扰噪声的影响，能够防止以往会发生的滤波处理造成的CPU 2011的信息处理延迟。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的流体压力执行器的动作量检测装置20，其中，流体压力执行器10具有：第一管道11，其通往第一压力作用室103，使流体流入或流出；以及第二管道12，其通往第二压力作用室104，使流体流入或流出；第一压力变换器202及第二压力变换器203分别配设在第一管道11上和第二管道12上。由此，第一压力变换器202及第二压力变换器203的配设位置的自由度高，设备设计的自由度提高。
即，根据帕斯卡原理，施加至第一压力作用室103的内壁和通往第一压力作用室103的第一管道11的内壁的压力是均匀的，施加至第二压力作用室104的内壁和通往第二压力作用室104的第二管道12的内壁的压力是均匀。因而，配设在通往第一压力作用室103的第一管道11上的第一压力变换器202不论第一管道11的长短如何都能检测第一压力作用室103的压力值，配设在通往第二压力作用室104的第二管道12上的第二压力变换器203不论第二管道12的长短如何都能检测第二压力作用室104的压力值。因此，第一压力变换器202及第二压力变换器203无须配设在流体压力执行器10附近，所以第一压力变换器202及第二压力变换器203的配设的自由度高，设备设计的自由度提高。
再者，本实施方式只是示例，丝毫不限定本发明。因而，本发明当然可以在不脱离其主旨的范围内进行各种改良、变形。
例如，在本实施例中，作为流体压力执行器10，是以借助压缩空气进行工作的气动执行器为例来进行列举的，但也可设为液压执行器。另外，流体压力执行器10也并非必须具有操作杆105，可以在平行手等具有双作用缸的执行器中加以应用。
