CN104254754B - 液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法 - Google Patents

Abstract

液压挖掘机(1)具备基体部、可动部、液压缸、位置传感器(10)、回转式编码器(20)和控制部(30)。回转式编码器(20)具有发光部(26)、受光部(27)、配置有多个透过部(25a)且与可动部相对于基体部的转动同步地转动的圆盘部(25)。受光部(27)基于透过了多个透过部(25a)的发光而输出与圆盘部(25)的转动角度相应地产生、且将圆盘部(25)的转动角度与可动部的转动角度相关联的脉冲信号。控制部(30)基于从回转式编码器(20)输出的脉冲信号，来修正由位置传感器(10)测定出的行程长度的偏差，从而计测液压缸的行程长度。由此，能得到能够准确地计测对作业机进行驱动的液压缸的行程长度的液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法。

Description

液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法

技术领域

本发明涉及一种液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法。

背景技术

作为作业机械的一种的液压挖掘机具有行驶体、在该行驶体上能够回旋的上部回旋体、该上部回旋体上的作业机。作业机具备：一端轴支承在基体部上的斗杆；一端由该斗杆的另一端轴支承的动臂；由该动臂的另一端轴支承的附件。斗杆、动臂、附件由液压缸驱动。为了检测该作业机的位置、姿势，而计测液压缸的行程。

例如，在日本特开2006-258730号公报(专利文献1)中，公开有一种具备位置传感器的液压挖掘机，该位置传感器通过活塞杆上的旋转辊的旋转来检测对作业机进行驱动的液压缸的活塞行程位置。由于在该旋转辊与活塞杆之间产生微小的滑动，因此在根据位置传感器的检测结果得到的行程位置与实际的行程位置之间会产生误差。因此，为了在基准位置对根据位置传感器的检测结果得到的行程位置进行矫正，而在液压缸的缸筒外表面的基准位置设有作为复位传感器的磁力传感器。在作业时，每次活塞通过基准位置，由位置传感器检测的行程位置都被矫正，从而能够进行准确的位置计测。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-258730号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述公报记载的磁力传感器通过由设于与活塞杆连接的活塞上的磁铁生成的磁力线透过该磁力传感器来检测磁力(磁通密度)，并输出与磁力(磁通密度)相应的电信号(电压)。然而，在该磁力传感器中，利用上述电压的峰值来检测行程位置，但是当活塞杆的移动速度较大时，存在无法准确地检测上述电压的峰值位置的情况。这种情况下，无法在基准位置准确地矫正根据位置传感器的检测结果得到的行程位置，因此存在无法准确地修正行程长度的偏差这样的问题。

另外，在驱动作业机的液压缸中进行动作的工作油在作业时油温常常达到100℃附近。复位传感器虽然安装于缸筒，但是由于缸筒的伴随着该油温的膨胀，传感器安装位置自身发生变动而成为计测误差的原因。从避免膨胀的影响的观点出发，复位传感器优选安装在活塞的收缩侧行程末端或其附近。

然而，在液压挖掘机中，其作业机的可动范围非常大，因此在现实的作业时，使活塞移动至行程末端的情况极少，若是安装于行程末端的复位传感器的话，作业时的矫正的频度很少，无法进行有效的矫正。为了提高矫正的频度，需要在活塞行程区域的中部安装复位传感器。然而，在该区域中，复位传感器安装位置的热膨胀引起的偏差造成的计测误差也较大，而且还是活塞最高速地进行动作的区域，因此上述的活塞杆移动速度引起的计测误差较大。

本发明是鉴于上述课题而做成的，其目的在于提供一种能够准确地计测对作业机进行驱动的液压缸的行程长度的液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法。

用于解决课题的手段

本发明的液压挖掘机具备基体部、可动部、液压缸、位置传感器、回转式编码器和控制部。基体部由车辆主体及斗杆中的任一个构成。可动部被支承为相对于基体部能够转动。液压缸将可动部支承为相对于基体部能够转动。位置传感器安装于液压缸而用于检测液压缸的行程长度。回转式编码器安装在基体部和可动部，具有发光部、能够接受来自发光部的发光的受光部、配置有使来自发光部的发光向受光部透过的多个透过部且与可动部相对于基体部的转动同步地转动的圆盘部。受光部基于透过了多个透过部的发光而输出与圆盘部的转动角度相应地产生、且将圆盘部的转动角度与可动部的转动角度相关联的脉冲信号。控制部基于从回转式编码器输出的脉冲信号，来修正由位置传感器测定出的行程长度的偏差，从而计测液压缸的行程长度。

根据本发明的液压挖掘机，控制部基于从回转式编码器输出的脉冲信号来修正由位置传感器测定出的行程长度的偏差。由于能够准确地检测该脉冲信号，因此，通过基于由回转式编码器输出的脉冲信号来修正由位置传感器测定出的行程长度的偏差，能够准确地修正行程长度的偏差而计测液压缸的行程长度。

在上述的液压挖掘机中，回转式编码器输出作为脉冲信号的A相脉冲信号、相位与A相脉冲信号相差90°的B相脉冲信号和在液压缸的行程末端以外的基准位置输出的Z相脉冲信号。在作业中，液压缸到达液压缸的行程末端的情况较少，因此，通过将液压缸的行程末端以外的位置设为基准位置，在作业中能够准确地计测行程长度。

在上述的液压挖掘机中，液压缸包括缸筒和在缸筒内相对于缸筒能够相对移动的活塞杆。回转式编码器在位于下述范围内的基准位置输出Z相脉冲信号，上述范围是比活塞杆的伸长侧的行程末端位置靠活塞杆的缸筒外的一方端侧、且比活塞杆的收缩侧的行程末端位置靠活塞杆的缸筒内的另一方端侧的范围。通过在该范围内设定基准位置，在作业中能够使行程位置在基准位置复位。由此，在作业中能够准确地修正行程长度的偏差。

在上述的液压挖掘机中，控制部对与输出了Z相脉冲信号之后的整数次的A相脉冲信号对应的基准行程长度进行存储。控制部根据基准行程长度来修正与整数次的A相脉冲信号相对应地由位置传感器测定出的行程长度的偏差。由此，将与相同整数次的A相脉冲信号对应的基准行程长度和由位置传感器测定出的行程长度进行比较，能够修正行程长度的偏差。而且，由于使用整数次的A相脉冲信号，因此能够抑制每一次的A相脉冲信号的基准行程长度及计测出的行程长度的误差的影响。

在上述的液压挖掘机中，基准行程长度及行程长度的测定中的圆盘部的转动方向相同。由此，能够排除因圆盘部的转动方向不同而产生的误差，因此能够进行更高精度的修正。

上述的液压挖掘机还具备：与安装于基体部的回转式编码器连接的第一杆；与可动部连接的第二杆；将第一杆和第二杆连接成转动自如的球关节。由此，能够减轻从可动部向安装于基体部的回转式编码器的负载及振动的传播。

本发明的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法具备以下的工序。测定液压缸的行程长度，该液压缸将可动部支承为相对于由车辆主体及斗杆中的任一个构成的基体部能够转动。输出与可动部相对于基体部的转动角度相关联的信号。基于信号来修正测定出的行程长度的偏差，从而计测液压缸的行程长度。由此，能够基于与可动部相对于基体部的转动角度相关联的信号来修正测定出的行程长度的偏差，从而计测液压缸的行程长度。

在上述的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法中包括以下的工序。在测定液压缸的行程长度的工序中，利用旋转传感器测定液压缸的行程长度作为旋转量。在输出信号的工序中，受光部基于透过了多个透过部的发光而形成脉冲信号并通过回转式编码器输出脉冲信号，该脉冲信号与圆盘部的转动角度相应地产生、且转动角度与液压缸的行程长度相关联，该圆盘部配置有使来自发光部的发光向受光部透过的多个透过部且与可动部相对于基体部的转动同步地转动。在计测液压缸的行程长度的工序中，利用控制部，基于从回转式编码器输出的脉冲信号来修正由旋转传感器测定出的行程长度的偏差。由于能够准确地检测该脉冲信号，因此，通过基于从回转式编码器输出的脉冲信号来修正由位置传感器测定出的行程长度的偏差，能够准确地修正行程长度的偏差而计测液压缸的行程长度。

本发明的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法包括以下的工序。在利用控制部进行修正的工序中，在液压缸停止时，基于从回转式编码器输出的脉冲信号，来修正由位置传感器测定出的行程长度的偏差。通过在液压缸停止时修正行程长度的偏差，能够准确地测定行程长度，因此能够高精度地修正行程长度。

本发明的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法包括以下的工序。在利用控制部进行修正的工序中，根据与从基准位置起的整数个脉冲信号对应的基准行程长度来修正与整数个脉冲信号相对应地由位置传感器测定出的行程长度的偏差。因此，能够始终在相同行程位置处进行矫正。其结果是，矫正的精度即计测的精度提高。

本发明的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法包括以下的工序。基准行程长度及行程长度的测定中的液压缸的活塞杆的相对于缸筒的移动方向相同。因此，使活塞杆相对于缸筒向同一移动方向移动来修正行程长度的偏差，因此能够排除在活塞杆相对于缸筒移动的方向不同时产生的位置传感器的滑动引起的行程长度的偏差。

【发明效果】

如以上说明那样，根据本发明，能够准确地修正行程长度的偏差，因此能够精确地计测液压挖掘机作业机的液压缸的行程长度。

附图说明

图1是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的结构的立体图。

图2是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压回路的图。

图3是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压缸、位置传感器、回转式编码器、计测用控制器的关系的图。

图4是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压缸与位置传感器的关系的图。

图5是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的位置传感器的图。

图6是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的回转式编码器的结构的立体图。

图7是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的回转式编码器的结构的剖视图。

图8是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的回转式编码器的发光部、受光部、圆盘部的关系的立体图。

图9是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的斗杆升降的情况的侧视图。

图10是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的对液压缸的行程长度的偏差进行修正的处理的图。

图11是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的矫正模式下的动作的侧视图。

图12是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程修正方法的矫正模式的流程图。

图13是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程修正方法的通常模式的流程图。

图14是图6的沿XIV-XIV线的简要剖视图。

图15是简要表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的安装于铲斗缸的磁力传感器的图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的实施方式。

首先，说明本发明的一实施方式的作业机械的结构。以下，说明作为能够应用本发明的思想的作业机械的一例的液压挖掘机。

参照图1，液压挖掘机1主要具有下部行驶体2、上部回旋体3和作业机4。下部行驶体2通过左右一对的履带2a的转动而能够自行移动。上部回旋体3回旋自如地设于下部行驶体2。作业机4起伏自如地轴支承于上部回旋体3的前方侧。该作业机4具有斗杆4a、动臂4b、作为附件的一例的铲斗4c、液压缸(铲斗缸4d、动臂缸4e、斗杆缸4f)等。

作业车辆主体主要由上述的下部行驶体2和上部回旋体3构成。上部回旋体3在前方左侧(车辆前侧)具有驾驶室5，在后方侧(车辆后侧)具有收纳发动机的发动机室6、平衡重7。在驾驶室5内配置有用于供操作员落座的驾驶席8。而且，在上部回旋体3的上表面设有天线9。需要说明的是，在本实施方式中，车辆的前后、左右以落座于配置在驾驶室5内的驾驶席8上的操作员为基准。

另外，在斗杆4a上安装有回转式编码器20。回转式编码器20如后述那样也安装于车辆主体。动臂4b相对于斗杆4a的转动经由轴支承于动臂4b的杆而向安装于斗杆4a的回转式编码器20传递，回转式编码器20输出与其转动角度对应的脉冲信号。斗杆4a相对于车辆主体1a的转动经由轴支承于斗杆4a的杆而向安装于车辆主体1a的回转式编码器20传递，回转式编码器20输出与其转动角度对应的脉冲信号。

参照图1及图2，对液压挖掘机的液压回路进行说明。

图2表示从电气式的操作杆装置101向控制用控制器30a输入电信号，并从控制用控制器30a向液压缸(斗杆缸)4f用的控制阀102供给控制电信号，由此驱动斗杆缸4f的结构。

在作业机4上设有斗杆4a、动臂4b、铲斗4c，通过驱动与它们对应的斗杆缸4f、动臂缸4e、铲斗缸4d，从而斗杆4a、动臂4b、铲斗4c分别进行动作。需要说明的是，在实际的液压挖掘机1中，针对各斗杆4a、动臂4b、铲斗4c来设置液压缸，但是在图2中为了便于说明，图示了斗杆缸4f而未图示其他缸。

斗杆缸4f以例如可变容量型的液压泵103为驱动源而被驱动。液压泵103由发动机3a驱动。液压泵103的斜板103a由伺服机构104驱动。伺服机构104与从控制用控制器30a输出的控制信号(电信号)相应地进行工作，使液压泵103的斜板103a变化至与控制信号对应的位置。而且，发动机3a的发动机驱动机构105与从控制用控制器30a输出的控制信号(电信号)相应地进行工作，使发动机3a以与控制信号对应的转速进行旋转。

液压泵103的喷出口经由喷出油路106而与控制阀102连通。控制阀102经由油路107、108而与斗杆缸4f的油室40B、40H连通。从液压泵103喷出的工作油经由喷出油路106向控制阀102供给，通过了控制阀102的工作油经由油路107或108而向斗杆缸4f的油室40B或油室40H供给。

在斗杆缸4f上安装有位置传感器10。位置传感器10是对活塞的行程进行计测的行程传感器。在车辆主体1a的轴支承斗杆4a的一端的部位安装有回转式编码器20。回转式编码器20检测斗杆4a的转动角，并与该转动角相应地输出脉冲信号。位置传感器10及回转式编码器20分别与计测用控制器30连接。

蓄电池109是使计测用控制器30、控制用控制器30a起动的电源。计测用控制器30与蓄电池109电连接。控制用控制器30a经由发动机点火开关110而与蓄电池109电连接。

当对发动机点火开关110进行接通操作时，蓄电池109与发动机3a的起动用马达(未图示)电连接而使发动机3a起动，并且蓄电池109与控制用控制器30a电连接而使控制用控制器30a起动。当对发动机点火开关110进行断开操作时，控制用控制器30a与蓄电池109的电连接被隔断，发动机3a停止，并且控制用控制器30a停止起动。

在计测用控制器30输入有表示发动机点火开关110的开关状态(接通、断开)的开关状态信号。当向计测用控制器30输入的开关状态信号为接通时，计测用控制器30成为起动状态，当向计测用控制器30输入的开关状态信号为断开时，计测用控制器30成为起动停止状态。

操作杆装置101具有例如设于驾驶室5内的操作杆101a和对表示操作杆101a的操作方向及操作量的操作信号进行检测的检测部101b。由检测部101b检测出的操作信号向控制用控制器30a输入。控制阀102经由电信号线而与控制用控制器30a连接。

当对操作杆101a进行操作时，操作杆101a的操作信号向控制用控制器30a输入，在控制用控制器30a生成用于使控制阀102动作的控制信号。控制信号从控制用控制器30a经由电信号线向控制阀102供给，使控制阀102的阀位置变化。

接下来，参照图3，对液压缸(铲斗缸4d、动臂缸4e、斗杆缸4f)、计测用控制器30和控制用控制器30a进行说明。

在动臂缸4e及斗杆缸4f分别安装有检测液压缸的行程量作为旋转量的位置传感器10。在铲斗缸4d安装有位置传感器10和磁力传感器20a。

在斗杆4a及车辆主体1a的支承动臂4b及斗杆4a的转动轴的部位分别安装有与动臂4b及斗杆4a的转动量(角度)相应地输出脉冲信号的回转式编码器20。脉冲信号为矩形波。

位置传感器10、回转式编码器20及磁力传感器20a与计测用控制器30电连接。在计测用控制器30中，基于位置传感器10、回转式编码器20及磁力传感器20a的检测信号，来计测铲斗缸4d、动臂缸4e、斗杆缸4f的行程长度。而且，在计测用控制器30中，基于计测出的各缸的行程，来运算铲斗4c的位置、姿势。

参照图4及图5，对位置传感器10进行说明。为了便于说明，对安装于斗杆缸4f的位置传感器10进行说明，但是在动臂缸4e上也安装有同样的位置传感器10。

斗杆缸4f具有缸筒4X和在缸筒4X内能够相对于缸筒4X相对移动的活塞杆4Y。在缸筒4X内滑动自如地设有活塞4V。在活塞4V上安装有活塞杆4Y。活塞杆4Y滑动自如地设于缸盖4W。由缸盖4W、活塞4V、缸内壁划分成的室构成缸盖侧油室40H。隔着活塞4V而与缸盖侧油室40H相反侧的油室构成缸底部侧油室40B。需要说明的是，在缸盖4W设有密封构件，该密封构件将缸盖4W与活塞杆4Y的间隙密封，以免尘埃等进入缸盖侧油室40H。

向缸盖侧油室40H供给工作油，并从缸底部侧油室40B将工作油排出，由此活塞杆4Y回缩。而且，从缸盖侧油室40H将工作油排出，并向缸底部侧油室40B供给工作油，由此活塞杆4Y伸长。即，活塞杆4Y沿图中左右方向进行直线运动。

在缸盖侧油室40H的外部，在与缸盖4W密接的部位设有覆盖位置传感器10并将位置传感器10收容在内部的壳体14。壳体14通过螺栓等连结于缸盖4W，从而固定于缸盖4W。

位置传感器10具有旋转辊11、旋转中心轴12和旋转传感器部13。旋转辊11设为其表面与活塞杆4Y的表面接触，且与活塞杆4Y的直线运动相应地自由旋转。即，通过旋转辊11，将活塞杆4Y的直线运动转换成旋转运动。旋转中心轴12以与活塞杆4Y的直线运动方向正交的方式配置。

旋转传感器部13构成为能够检测旋转辊11的旋转量(旋转角度)。表示由旋转传感器部13检测出的旋转辊11的旋转量(旋转角度)的信号经由电信号线向计测用控制器30发送，并由该计测用控制器30转换成斗杆缸4f的活塞杆4Y的位置(行程位置)。

旋转传感器部13具有磁铁13a和霍尔IC13b。作为检测介质的磁铁13a以与旋转辊11一体地旋转的方式安装于旋转辊11。磁铁13a与旋转辊11的绕旋转中心轴12的旋转相应地旋转。磁铁13a构成为与旋转辊11的旋转角度相应地交替地替换N极、S极。磁铁13a构成为使由霍尔IC13b检测的磁力(磁通密度)以旋转辊11的旋转一圈为一周期而周期性地变动。

霍尔IC13b是检测由磁铁13a生成的磁力(磁通密度)作为电信号的磁力传感器。霍尔IC13b沿着旋转中心轴12的轴向设于与磁铁13a分开规定距离的位置。

由霍尔IC13b检测出的电信号向计测用控制器30发送，在该计测用控制器30中，霍尔IC13b的电信号被转换成旋转辊11的旋转量、即斗杆缸4f的活塞杆4Y的位移量(行程长度)。具体而言，使用旋转辊11的旋转半径d，旋转辊11旋转一圈时的活塞杆4Y的直线运动的位移量计算为2πd。

主要参照图5，说明旋转辊11的旋转角度与由霍尔IC13b检测的电信号(电压)的关系。当旋转辊11旋转而磁铁13a与其相应地旋转时，与旋转角度相应地，透过霍尔IC13b的磁力(磁通密度)周期性地变化，作为传感器输出的电信号(电压)周期性地变化。根据从该霍尔IC13b输出的电压的大小，能够计测旋转辊11的旋转角度。

另外，对从霍尔IC13b输出的电信号(电压)的一周期反复的数量进行计数，由此能够计测旋转辊11的转速。并且，基于旋转辊11的旋转角度和旋转辊11的转速，能计测斗杆缸4f的活塞杆4Y的位移量(行程长度)。

接下来，参照图6～图8，对回转式编码器20进行说明。为了便于说明，说明与作为基体部的车辆主体1a和作为可动部的斗杆4a连接的回转式编码器20，但是如图1所示，在作为基体部的斗杆4a和作为可动部的动臂4b上也安装有回转式编码器20。可动部相对于基体部能够转动地被支承。而且，液压缸将可动部支承为相对于基体部能够转动。

回转式编码器20安装在作为基体部的车辆主体1a上。回转式编码器20经由第一杆51、第一及第二球关节52a、52b、第二杆53而与作为可动部的斗杆4a连接。回转式编码器20由于未与斗杆缸4f连接，因此不易受到工作油的作业时油温上升的影响。需要说明的是，关于第一杆51、第一及第二球关节52a、52b、第二杆53，在后面叙述。

主要参照图7及图8，回转式编码器20具有框体21、旋转轴22、轴承23、24、圆盘部25、发光部26和受光部27。在框体1内收容有将旋转轴22支承为旋转自如的轴承23、24、圆盘部25、发光部26和受光部27。旋转轴22的一方端部支承于轴承23、24，另一方端部与杆51连接。在框体21内，在旋转轴22上以与旋转轴22一体地旋转的方式连接有圆盘部25，并以夹着圆盘部25的方式配置发光部26和受光部27。

发光部26具有对受光部27发光的发光元件。受光部27具有能够接受来自发光部26的发光的四个受光元件27a。四个受光元件27a分别具有相同的宽度W，串联连接而呈弧状排列。受光元件27a将接受到的光量转换成电信号。在圆盘部25上配置有使来自发光部26的发光向受光部27透过的多个第一透过部25a。第一透过部25a是圆周方向的宽度为2W的沿径向延伸的大致矩形的狭缝，在圆盘部25的外周附近呈与该外周平行的环状以2W的间隔配置。在由第一透过部25a形成的环的内周配置一个透过部25b。透过部25b是沿径向延伸的大致矩形的狭缝。

圆盘部25借助第一及第二杆51、53与斗杆4a相对于车辆主体1a的转动同步地转动。四个受光元件27a分别与由于圆盘部25的旋转而透过第一、第二透过部25a、25b的光的光量相应地输出电信号。受光部27将来自串联相连的受光元件27a中的、隔开的第一个与第三个受光元件27a及第二个与第四个受光元件27a的电信号分别转换成与光透过了的第一透过部25a的数量对应的脉冲信号，并输出至计测用控制器30。在一个脉冲信号生成中利用来自两个受光元件27a的电信号是为了提高传感器相对于外光等的鲁棒性(Robustness)。

另外，当受光元件27a输出由透过了透过部25b的光产生的电信号时，受光部27输出对应的脉冲信号。即，受光部27输出与圆盘部25的转动角度相应地产生的三个脉冲信号。由于圆盘部25的转动角度与斗杆4a的转动角度相同，因此脉冲信号与斗杆缸4f的转动角度相应地输出。

具体而言，回转式编码器20是增量型，能够输出A相脉冲信号、相位与A相相差90°的B相脉冲信号、在圆盘部25的旋转一圈中产生一次的Z相脉冲信号(基准脉冲信号)。计测用控制器30对A相脉冲信号的脉冲数进行计数。计数值与斗杆缸4f的转动量成比例。计测用控制器30根据A相与B相的相位的差异来判定斗杆4a的旋转方向。而且，通过Z相脉冲信号来计测斗杆4a旋转的基准位置。将斗杆4a的可转动角度范围的大致中央设定为基准位置。设定基准位置存储在计测用控制器30中。Z相脉冲信号在透过了与Z相对应的透过部25a的发光由圆盘部25隔断时被输出。即，Z相脉冲信号在脉冲信号下降时被检测出。

回转式编码器20在斗杆4a转动区域的大致中央的角度输出Z相脉冲信号。即，回转式编码器20在斗杆缸4f的行程区域的大致中央输出Z相脉冲信号。在本实施方式中，编码器20的设定基准位置如上述那样，但也可以将液压缸的行程末端以外的任意的位置设为基准位置。更具体而言，回转式编码器20可以将与比活塞杆4Y的伸长侧的行程末端位置靠活塞杆4Y的缸筒4X外的一方端侧、且比活塞杆4Y的收缩侧的行程末端位置靠活塞杆4Y的缸筒4X内的另一方端侧的范围内对应的斗杆4a的转动角度作为基准位置来输出Z相脉冲信号。

接下来，说明利用计测用控制器进行的处理。

参照图9及图10，以斗杆4a升降的情况为例进行说明。伴随着斗杆缸4f的伸缩，斗杆4a进行升降。斗杆缸4f在斗杆4a上升最高时到达伸长侧的行程末端，在斗杆4a下降最低时到达收缩侧的行程末端。此时的斗杆缸4f的行程长度在位置传感器10中被测定为旋转辊11的旋转量。

在位置传感器10的旋转辊11(参照图4)与活塞杆4Y之间，无法避免产生微小的滑动(滑移)，由于该滑动而在根据位置传感器10的检测结果得到的活塞杆4Y的计测位置与活塞杆4Y的实际的位置之间会产生误差(由滑动引起的累积误差)。因此，为了对根据该位置传感器10的检测结果得到的行程计测值进行矫正，而设有作为复位传感器的回转式编码器20。旋转辊11和回转式编码器20与计测用控制器30连接，计测用控制器30基于从回转式编码器20输出的脉冲信号，对由位置传感器10测定出的行程长度进行矫正。

主要参照图10，说明包含该行程长度的矫正在内的计测。

当斗杆缸4f伸长时，斗杆4a上升。此时的斗杆缸4f的行程长度由位置传感器10测定出。另一方面，在回转式编码器20中，与斗杆4a的上升相应地斗杆4a相对于车辆主体1a转动，从而圆盘部25旋转。此时，透过了圆盘部25的透过部25a、25b的来自发光部26的发光由受光部27接收，由此从受光部27输出与圆盘部25的旋转角度相应的脉冲信号。从受光部27分别输出A相、B相、Z相的脉冲信号。Z相脉冲信号与斗杆4a的规定的转动角即基准角度相关联，在斗杆4a来到该基准角度的位置时被输出。

在计测用控制器30中，存储有回转式编码器20输出Z相脉冲信号时的、斗杆4a的姿势下的斗杆缸4f的行程长度作为存储基准位置P。存储基准位置P在后述的初期矫正时被矫正，而存储为矫正基准位置P’。

在斗杆缸4f的动作过程中，在检测Z相脉冲信号后，检测与规定的整数次的A相脉冲信号对应的斗杆缸4f的行程长度L1的收缩。长度L1是由位置传感器10检测出的长度。

在计测用控制器30中，存储有通过后述的初期矫正而运算存储的与规定的整数次脉冲的A相脉冲信号相对的基准行程长度L2。计测用控制器30运算计测行程长度L1与基准行程长度L2的差量L3。

计测用控制器30检测Z相脉冲信号而在斗杆缸4f动作之后停止时，通过上述差量L3对位置传感器10的计测值进行矫正。

换言之，在检测到作业机的斗杆4a到达基准的转动角的情况之后，检测从该转动角再转动规定角度的转动，并计测此期间的斗杆缸4f的行程长度。将该行程长度与在后述的初期矫正中通过预先存储的相同步骤测定的基准的行程长度进行比较来运算偏差。并且，在斗杆4a停止时，将该偏差算入计测值。

接下来，说明液压挖掘机的液压缸的行程计测所用的初期矫正。在初期矫正中，获取行程计测的矫正所用的基准的数据。初期矫正在进行基于液压挖掘机1的作业之前实施。

首先，参照图11及图12，说明基准位置(原点位置)的矫正。如上述那样，预先存储有与输出Z相脉冲信号时的斗杆4a的姿势对应的斗杆缸4f的行程的基准位置P。为了使该存储的基准位置更准确地与Z相脉冲信号输出对应，而在作业前进行矫正。

参照图11(a)，在液压挖掘机1的动臂4b伸长且斗杆4a上升最高的姿势(作业机初期姿势)下，矫正模式被开启(S10)。在该姿势下，斗杆缸4f的活塞杆4Y位于伸长侧的行程末端。动臂缸4e的活塞杆位于收缩侧的行程末端。

接下来，参照图11(b)，作业机动作(S11)，动臂4b弯曲。此时，图3所示的动臂缸4e以比通常作业时慢的速度且恒定的速度弯曲。在该动臂4b弯曲的过程(即，动臂缸4e伸长的过程)中，在动臂4b的可动旋转区域的大致中间的转动角度下输出Z相脉冲信号。计测用控制器30通过回转式编码器20的输出来运算从伸长侧行程末端到Z相脉冲信号输出的、动臂缸4e的行程，并将对应的距离收缩侧行程末端的行程存储为矫正基准位置P’，即，行程的矫正基准位置P’通过与动臂4b的转动角对应的脉冲信号的脉冲数来设定(S12)。

接下来，说明基准行程长度L2的获取。在输出Z相脉冲信号后，动臂缸4e继续向进一步伸长的方向动作。每计数10次A相脉冲信号向计测用控制器30存储位置传感器10的电信号，同样地进行总计15次存储。基于15次的电信号分别算出行程长度，并算出它们的平均值。这样，检测出矫正模式下的动臂缸4e的行程长度的平均值(S13)。如以上那样，计测用控制器30通过位置传感器10来计测与次数10次的A相脉冲信号对应的行程长度，并存储为基准行程长度L2。

进而，参照图11(c)，作业机动作(S11)，斗杆4a下降。此时，图10所示的斗杆缸4f以比通常作业时慢的速度且恒定的速度缩短。在该斗杆4a下降的过程(即，斗杆缸4f收缩的过程)中，在斗杆4a的可动旋转区域的大致中间的转动角度下输出Z相脉冲信号。计测用控制器30通过位置传感器10来计测从收缩侧行程末端到Z相脉冲信号输出的、斗杆缸4f的行程，并将该行程存储为矫正基准位置L2。这样获取作为矫正所用的初期值的矫正基准位置(S12)。然后，在输出Z相脉冲信号后，每计数10次A相脉冲信号向计测用控制器30存储位置传感器10的电信号，同样地进行总计15次存储。基于15次的电信号分别算出行程长度，并算出它们的平均值。这样，检测出矫正模式下的斗杆缸4f的行程长度的平均值(S13)。计测用控制器30通过位置传感器10来计测与来自回转式编码器20的10次的A相脉冲信号对应的行程长度，并存储为基准行程长度L2。然后，将矫正模式关闭(S14)。

在缸的缩短方向上进行斗杆缸4f的行程计测的基准位置矫正是因为，由于作业机位于比地面水平靠下方的位置，因此通常无法利用斗杆缸4f的收缩侧行程末端。

接下来，参照图13，详细说明通常作业时的行程的计测、尤其是矫正。首先，将通常模式开启(S20)。然后，作业机动作(S21)。在动作中，当动臂缸4e的转动角度成为基准角度时，通过回转式编码器20输出Z相脉冲信号(S22)。当动臂4b通过基准角度而进一步转动时(动臂缸4e进一步伸长时)，在回转式编码器20中输出Z相脉冲信号后，每计数10次A相脉冲信号向计测用控制器30存储位置传感器10的电信号，同样地进行总计15次存储。基于15次的电信号分别算出行程长度，并算出它们的平均值。这样，检测出动臂缸4e的每10次的脉冲信号的行程长度的平均值(S23)。

进而，作业机动作(S11)，斗杆4a下降。此时，图10所示的斗杆4a以比通常作业时快的速度缩短。当斗杆4a的转动角成为基准角度时，通过回转式编码器20输出Z相脉冲信号(S22)。利用位置传感器10测定通过基准角度后的行程长度。并且，在回转式编码器20中输出Z相脉冲信号后，每计数10次A相脉冲信号向计测用控制器30存储位置传感器10的电信号，同样地进行总计15次存储。基于15次的电信号分别算出行程长度，并算出它们的平均值。这样，检测出通常模式下的斗杆缸4f的每10次的脉冲信号的行程长度的平均值(S23)。

将矫正模式下的动臂缸4e的行程长度的平均值(基准行程长度L2)与通常模式下的动臂缸4e的行程长度的平均值进行比较(S24)。并且，基于矫正模式下的动臂缸4e的行程长度的平均值，对通常模式下的动臂缸4e的行程长度的平均值进行修正，由此来修正通常模式的行程长度的偏差(S25)。该行程长度的偏差的修正在液压缸(动臂缸4e、斗杆缸4f)停止的状态下进行。该液压缸停止的状态是指作业机的移动停止的状态。

需要说明的是，在上述实施方式中，使活塞杆4Y相对于缸筒4X朝向与初期值的设定时使活塞杆4Y相对于缸筒4X移动的方向相同的方向移动来修正行程长度的偏差。即，矫正模式下的动臂缸4e、斗杆缸4f的移动方向与通常模式下的动臂缸4e、斗杆缸4f的移动方向设定为相同方向，来修正行程长度的偏差。

接下来，参照图6及图14，说明第一杆51、第一及第二球关节52a、52b、第二杆53。第一杆51用于将斗杆4a的转动向回转式编码器20传递。第一杆51沿着与旋转轴22(参照图7)正交的方向延伸。第一杆51的一端与安装在车辆主体1a上的回转式编码器20的旋转轴22连接。第一杆51的另一端经由第一球关节52a而转动自如地与第二杆53的一端连接。第一球关节52a利用螺栓54固定于第一杆51。

第二杆53的一端经由第一球关节52a而与第一杆51连接，第二杆53的另一端经由第二球关节52b而与斗杆4a连接。第二杆53沿着斗杆4a延伸。第二球关节52b转动自如地安装于第二杆53，且安装于斗杆4a。第二球关节52b利用螺栓55固定于斗杆4a。

利用上述结构，回转式编码器20的旋转轴22进行与斗杆4a相对于车辆主体1a的转动量相同的旋转。而且，回转式编码器20与斗杆4a不是由一根杆连接，而是如上述那样由通过一个球关节连结的两根杆连接，由此能够减轻来自斗杆4a的负载、振动向编码器20的传播。减轻负载、振动的结果是能够防止回转式编码器20的破损，从而提高计测的精度。

接下来，参照图3及图15，说明设于铲斗缸4d的磁力传感器20a。

如上所述，在位置传感器10的旋转辊11与活塞杆4Y之间，无法避免产生微小的滑动(滑移)，因该滑动而在根据位置传感器10的检测结果得到的活塞杆4Y的计测位置与活塞杆4Y的实际的位置之间会产生误差(由滑动引起的累积误差)。与斗杆缸4f及动臂缸4e相比，铲斗缸4d不要求行程长度的检测精度。因此，在铲斗缸4d上安装有作为复位传感器的磁力传感器20a，该磁力传感器20a用于使根据位置传感器10的检测结果得到的行程位置复位成基准位置(原点位置)。

磁力传感器20a安装在缸筒4X的外部。磁力传感器20a具有沿着活塞4V的直线运动方向分开规定距离而配置的两个磁力传感器61、62。磁力传感器61、62设置在已知的基准位置(原点位置)。在活塞4V设有生成磁力线的磁铁63。磁力传感器61、62使由磁铁63生成的磁力线透过来检测磁力(磁通密度)，并输出与磁力(磁通密度)相应的电信号(电压)。由磁力传感器61、62检测出的信号向计测用控制器30发送，在该计测用控制器30中，基于磁力传感器61、62的检测结果，执行使根据位置传感器10的检测结果得到的行程位置向基准位置(原点位置)复位的处理。

控制用控制器30a经由通信终端41及天线9而能够与通信卫星43发送接收信息。与基于从通信卫星43通过通信终端41及天线9接收到的信息而检测出的作业机4的刃尖的水平及垂直位置相关的位置信息向控制用控制器30a及计测用控制器30发送，由此能够基于该位置信息自动控制作业机4的刃尖。

接下来，说明本实施方式的作用效果。

根据本发明一实施方式的液压挖掘机1，计测用控制器30基于从回转式编码器20输出的脉冲信号，来修正由位置传感器10测定出的行程长度的偏差。由于能够准确地检测该脉冲信号，因此，通过基于由回转式编码器20输出的脉冲信号来修正由位置传感器10测定出的行程长度的偏差，能够准确地计测行程长度。

在上述的液压挖掘机1中，回转式编码器20设置在不受工作油的温度的影响的车辆主体1a等上。由于以该回转式编码器20输出的与作业机的转动量对应的脉冲信号为基准来矫正位置传感器10的计测值，因此，在作业中能准确地修正行程长度的偏差，从而进行精确的行程长度的计测。

在上述的液压挖掘机1中，回转式编码器20在液压缸的行程末端以外的基准位置输出基准脉冲信号。在液压挖掘机中，在作业中液压缸到达液压缸的行程末端的情况较少，因此通过将液压缸的行程末端以外的位置设为基准位置，在作业中能够准确地计测行程长度。

在上述的液压挖掘机1中，回转式编码器20在位于下述范围内的基准位置输出Z相脉冲信号，上述范围是比活塞杆4Y的伸长侧的行程末端位置靠活塞杆4Y的缸筒4X外的一方端侧、且比活塞杆4Y的收缩侧的行程末端位置靠活塞杆4Y的缸筒4X内的另一方端侧的范围。通过将该范围内的位置设为基准位置，在作业中能够准确地计测行程长度。

在上述的液压挖掘机1中，将与相同整数次的A相脉冲信号对应的基准行程长度和由位置传感器10测定出的行程长度进行比较，能够修正行程长度的偏差。而且，由于使用整数次的A相脉冲信号，因此能够抑制每一次的A相脉冲信号的基准行程长度及计测出的行程长度的误差的影响。

在上述的液压挖掘机1中，基准行程长度及行程长度的测定中的圆盘部25的转动方向相同，因此能够排除因圆盘部25的转动方向不同而产生的误差，因此能够进行更高精度的修正。

上述的液压挖掘机1经由将第一球关节52a夹设于之间而连接的第一杆51和第二杆53，使作业机4的转动向回转式编码器20传播，通过回转式编码器20来计测其转动量。由此，来自作业机4的负载、振动未直接向回转式编码器20传播，因此转动量计测的精度高，而且，回转式编码器20的寿命变长。

本发明的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法具备以下的工序。利用位置传感器10来测定液压缸的行程长度作为旋转量，该液压缸将由斗杆4a及动臂4b中的任一个构成的可动部支承为相对于由车辆主体1a及斗杆4a中的任一个构成的基体部能够转动。利用受光部基于透过了多个透过部25a的发光形成脉冲信号，并通过回转式编码器20输出该脉冲信号，该脉冲信号与圆盘部25的转动角度相应地产生、且与作业机4的转动角度相关联，该圆盘部25配置有使来自发光部26的发光向受光部27透过的多个透过部25a且与可动部相对于基体部的转动同步地转动。基于从回转式编码器20输出的脉冲信号，利用控制部30来修正由位置传感器10测定出的行程长度的偏差。由于能够准确地检测该脉冲信号，因此，通过基于从回转式编码器20输出的脉冲信号来修正由位置传感器10测定出的行程长度的偏差，能够准确地修正行程长度的偏差而计测液压缸的行程长度。

在上述的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法中，在液压缸停止时，修正行程长度的偏差。通过在液压缸停止时修正行程长度的偏差，能够准确地计测行程长度。

在上述的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法中，根据由基准位置得出的与整数个脉冲信号对应的基准行程长度来修正与整数个脉冲信号相对应地由位置传感器10测定的行程长度的偏差。因此，能够始终在相同的行程位置处进行矫正。其结果是，矫正的精度、即计测的精度提高。

在上述的一实施方式的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法中，使活塞杆4Y相对于缸筒4X向同一方向移动来修正行程长度的偏差，因此能够排除在活塞杆4Y相对于缸筒4X移动的方向不同时产生的位置传感器10的滑动引起的行程长度的偏差。

应认为本次公开的实施方式全部的点为例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，包括与权利要求书等同意义及范围内的全部变更。

【符号说明】

1液压挖掘机，1a车辆主体，2下部行驶体，2a履带，3上部回旋体，3a发动机，3b回旋马达，4作业机，4a斗杆，4b动臂，4c铲斗，4d铲斗缸，4e动臂缸，4f斗杆缸，4V活塞，4W缸盖，4X缸筒，4Y活塞杆，5驾驶室，6发动机室，7平衡重，8驾驶席，9天线，10位置传感器，11旋转辊，12旋转中心轴，13旋转传感器部，13a、63磁铁，14壳体，20回转式编码器，20a、61磁力传感器，21框体，22旋转轴，23轴承，25圆盘部，25a透过部，26发光部，27受光部，30计测用控制器(控制部)，30a控制用控制器，40B缸底部侧油室，40H缸盖侧油室，51第一杆，52a第一球关节，52b第二球关节，53第二杆，101操作杆装置，101a操作杆，101b检测部，102控制阀，103液压泵，103a斜板，104伺服机构，105发动机驱动机构，106喷出油路，107、108油路，109蓄电池，110发动机点火开关。

Claims (12)

1.一种液压挖掘机，其具备：

基体部，其由车辆主体及斗杆中的任一个构成；

可动部，其被支承为相对于所述基体部能够转动；

液压缸，其将所述可动部支承为相对于所述基体部能够转动；

位置传感器，其安装于所述液压缸，用于检测所述液压缸的行程长度；

所述液压挖掘机的特征在于，该液压挖掘机还具备：

回转式编码器，其安装于所述基体部和所述可动部，具有发光部、能够接受来自所述发光部的发光的受光部、配置有使来自所述发光部的发光向所述受光部透过的多个透过部且与所述可动部相对于所述基体部的转动同步地转动的圆盘部，所述受光部基于透过了所述多个透过部的发光输出与所述圆盘部的转动角度相应地产生、且将所述圆盘部的转动角度与所述可动部的转动角度相关联的脉冲信号；

控制部，其基于从所述回转式编码器输出的所述脉冲信号，来修正由所述位置传感器测定出的行程长度的偏差，从而计测所述液压缸的行程长度。

2.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其中，

所述回转式编码器输出作为所述脉冲信号的A相脉冲信号、相位与所述A相脉冲信号相差90°的B相脉冲信号和在所述液压缸的行程末端以外的基准位置输出的Z相脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的液压挖掘机，其中，

所述液压缸包括缸筒和在所述缸筒内相对于所述缸筒能够相对移动的活塞杆，

所述回转式编码器在位于下述范围内的所述基准位置输出所述Z相脉冲信号，上述范围是比所述活塞杆的伸长侧的行程末端位置靠所述活塞杆的所述缸筒外的一方端侧、且比所述活塞杆的收缩侧的行程末端位置靠所述活塞杆的所述缸筒内的另一方端侧的范围。

4.根据权利要求2所述的液压挖掘机，其中，

所述控制部对与输出了所述Z相脉冲信号之后的整数次的所述A相脉冲信号对应的基准行程长度进行存储，

所述控制部根据所述基准行程长度来修正与所述整数次的所述A相脉冲信号对应地由所述位置传感器测定出的行程长度的偏差。

5.根据权利要求3所述的液压挖掘机，其中，

所述控制部对与输出了所述Z相脉冲信号之后的整数次的所述A相脉冲信号对应的基准行程长度进行存储，

所述控制部根据所述基准行程长度来修正与所述整数次的所述A相脉冲信号对应地由所述位置传感器测定出的行程长度的偏差。

6.根据权利要求4所述的液压挖掘机，其中，

所述基准行程长度及所述行程长度的测定中的所述圆盘部的转动方向相同。

7.根据权利要求5所述的液压挖掘机，其中，

所述基准行程长度及所述行程长度的测定中的所述圆盘部的转动方向相同。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的液压挖掘机，其中，

该液压挖掘机还具备：

与安装在所述基体部上的所述回转式编码器连接的第一杆；

与所述可动部连接的第二杆；

将所述第一杆和所述第二杆连接成转动自如的球关节。

9.一种液压挖掘机的液压缸的行程计测方法，其具备：

测定液压缸的行程长度的工序，该液压缸将可动部支承为相对于由车辆主体及斗杆中的任一个构成的基体部能够转动，

测定所述液压缸的行程长度的工序包括利用旋转传感器测定所述液压缸的行程长度作为旋转量的工序，

所述液压挖掘机的液压缸的行程计测方法的特征在于，该液压挖掘机的液压缸的行程计测方法还具备：

输出与所述可动部相对于所述基体部的转动角度相关联的信号的工序；

基于所述信号来修正测定出的行程长度的偏差从而计测所述液压缸的行程长度的工序，

输出所述信号的工序包括受光部基于透过了多个透过部的发光而形成脉冲信号并通过回转式编码器输出该脉冲信号的工序，该脉冲信号与圆盘部的转动角度相应地产生、且将所述转动角度与所述液压缸的行程长度相关联，该圆盘部配置有使来自发光部的发光向所述受光部透过的所述多个透过部且与所述可动部相对于所述基体部的转动同步地转动，

计测所述液压缸的行程长度的工序包括利用控制部基于从所述回转式编码器输出的所述脉冲信号，来修正由所述旋转传感器测定出的行程长度的偏差的工序。

10.根据权利要求9所述的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法，其中，

利用所述控制部进行修正的工序包括在所述液压缸停止时，基于从所述回转式编码器输出的所述脉冲信号，来修正由所述旋转传感器测定出的行程长度的偏差的工序。

11.根据权利要求9或10所述的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法，其中，

利用所述控制部进行修正的工序包括根据与从基准位置起的整数个所述脉冲信号对应的基准行程长度，来修正与上述整数个脉冲信号相对应地由所述旋转传感器测定出的行程长度的偏差的工序。

12.根据权利要求11所述的液压挖掘机的液压缸的行程计测方法，其中，

所述基准行程长度及所述行程长度的测定中的所述液压缸的活塞杆的相对于缸筒的移动方向相同。