JP5479612B1 - シリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法 - Google Patents
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Abstract
シリンダ内の油の高い圧力がかかる場合であっても、シリンダのストローク位置を精度高く計測するため、演算処理部400は、ピストンの移動に伴う第1磁力センサ301の電圧値V1及び第2磁力センサ302の検出結果を少なくとも用いてストローク位置Sdの原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、ストロークエンド当接検出システム500の検出結果をもとにピストンがストロークエンドに当接した場合、この当接直後における第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出結果を用いたストローク位置Sdの原点位置をリセットする補正処理を行わないようにしている。
Description
この発明は、シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法に関する。
油圧シリンダ等のシリンダチューブの内部をロッドとともに直動するピストンに永久磁石を設けるとともに、シリンダチューブの外部に磁力センサを設け、磁力センサを通過する磁力を検出することによって、シリンダのピストンの位置を計測するものがある。
例えば、シリンダヘッドに、ロッドの直動量を回転量として検出するロータリエンコーダを設けるとともに、シリンダチューブの途中にあってチューブ外周面にリセット用磁力センサを設け、このリセット用磁力センサで、チューブ内部を直動するピストンに固定された磁石で発生した磁力を検出して、その磁力がピーク値に達したときに、ロータリエンコーダの検出値から得られる計測位置を原点位置にリセットするものがある。
ここで、油圧シリンダのチューブは磁性材料で構成されているため、チューブ内部で発生した磁気がチューブを介してチューブ外部の磁力センサに到達するまでに一定の時間遅れ(伝達遅れ)がある。一方、シリンダチューブ内部のピストンが移動する速度は一定ではなく、このため磁力センサ(リセットセンサ)で検出される磁力がピークに達した時に演算処理によって得られるストローク位置は、ピストン移動速度によっては真のストローク位置(原点位置)からずれたものとなる。
このため、特許文献1では、ピストンのリセットセンサ直下の通過速度と原点位置からの位置ずれ量(ピーク位置補正量)との対応関係を事前に取得してテーブル形式で記憶しておき、各ストローク時にリセットセンサ直下の通過速度を検出し原点位置を補正するようにしている。
ところで、特許文献1では、ピストン移動速度の影響を排除してストローク位置を計測できるようになったが、油圧シリンダでは、200〜400kg/cm2の高い圧力がかかる場合が有り、これによって磁化されたチューブに大きな歪が発生して、その表面磁力が低下し、リセットセンサで検出される磁力波形のピーク位置も変化し、検出精度が低下する場合があった。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリンダ内の油の高い圧力がかかる場合であっても、シリンダのストローク位置を精度高く計測することができるシリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置であって、前記直動部材のストローク位置を検出するストローク位置センサと、前記直動部材に設けられた磁石と、前記シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサと、前記直動部材がストロークエンドに当接したことを検出するストロークエンド当接検出システムと、前記直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記ストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の1回目の前記補正処理を行わせない処理を行う演算処理部と、を備えたことを特徴とする。
また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記ストロークエンド当接検出システムは、リリーフバルブの作動検出センサであることを特徴とする。
また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記磁力センサは、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記シリンダチューブ内の圧力変化に依存する前記シリンダチューブの磁化状態履歴を磁力変化として検出する第1磁力センサと、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記直動部材の直動方向に対して前記第1磁力センサから離間配置された第2磁力センサとを有し、前記第1磁力センサで検出される磁力と前記第2磁力センサで検出される波形のピーク位置に対する前記シリンダチューブの磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量との関係を示す磁化補正テーブルと、前記直動部材の移動速度と前記第2磁力センサで検出される波形のピーク位置からのずれ量である速度補正量との関係を示す速度補正テーブルと、を備え、前記演算処理部は、前記第1磁力センサの磁力を検出し前記磁化補正テーブルをもとに前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記磁化補正量を求め、前記ストローク位置の変化をもとに前記直動部材の移動速度を求め前記速度補正テーブルをもとに前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記速度補正量を求め、前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置を示す前記ストローク位置に前記磁化補正量と前記速度補正量とを加えて補正した補正ストローク位置を求め、該補正ストローク位置をもとに前記ストローク位置の原点位置をリセットすることを特徴とする。
また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記演算処理部は、前記ストロークエンド当接検出システムが前記直動部材のストロークエンドに当接したことを検出した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットすることを特徴とする。
また、この発明にかかるシリンダ位置計測方法は、シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサを用いて前記シリンダチューブ内部を直動する直動部材の原点位置を補正して前記直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測方法であって、前記直動部材がストロークエンドに当接したか否かを判断する判断ステップと、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断しない場合は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記直動部材の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断した場合は、少なくとも該当接後の1回目の前記補正処理を行わせない処理を行う処理ステップと、を含むことを特徴とする。
また、この発明にかかるシリンダ位置計測方法は、上記の発明において、前記直動部材のストロークエンドに当接した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットするストロークエンドリセット処理ステップをさらに含むことを特徴とする。
この発明によれば、演算処理部が、直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う磁力センサの検出値を用いてストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の1回目の前記補正処理を行わせない処理を行うようにしているので、シリンダ内の油の高い圧力がかかった場合に適切に対応処理でき、シリンダのストローク位置を精度高く計測することができる。
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
(シリンダの構造)
図1は、この発明の実施の形態であるシリンダの構成を示す縦断面図である。図1に示すように、シリンダ200の壁であるシリンダチューブ250には、ピストン201が摺動自在に設けられている。ピストン201には、ロッド202が取り付けられている。ロッド202は、シリンダヘッド203に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド203とピストン201とシリンダ200内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室204Hを構成する。ピストン201を介してシリンダヘッド側油室204Hとは反対側の油室がシリンダボトム側油室204Bを構成している。
図1は、この発明の実施の形態であるシリンダの構成を示す縦断面図である。図1に示すように、シリンダ200の壁であるシリンダチューブ250には、ピストン201が摺動自在に設けられている。ピストン201には、ロッド202が取り付けられている。ロッド202は、シリンダヘッド203に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド203とピストン201とシリンダ200内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室204Hを構成する。ピストン201を介してシリンダヘッド側油室204Hとは反対側の油室がシリンダボトム側油室204Bを構成している。
シリンダヘッド203には、ロッド202との隙間を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室204Hに入り込まないようにするロッドシール205a、ダストシール205bが設けられている。
シリンダチューブ250には、油圧ポート206H、206Bが形成されている。油圧ポート206Hを介して、シリンダヘッド側油室204Hに圧油が供給され、またはシリンダヘッド側油室204Hを介して圧油が排出される。あるいは、油圧ポート206Bを介して、シリンダボトム側油室204Bに圧油が供給され、またはシリンダボトム側油室204Bから油圧ポート206Bを介して圧油が排出される。
シリンダヘッド側油室204Hに圧油が供給され、シリンダボトム側油室204Bから圧油が排出されることによって、ロッド202が縮退し、あるいは、シリンダヘッド側油室204Hから圧油が排出され、シリンダボトム側油室204Bに圧油が供給されることによって、ロッド202が伸張する。これによって、ロッド202は、図1の左右方向に直動する。
シリンダヘッド側油室204Hの外部にあって、シリンダヘッド203に密接した位置に、ストローク位置センサ100を覆い、内部に収容するケース207が形成される。ケース207は、シリンダヘッド203にボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド203に固定される。すなわち、ケース207(ストローク位置センサ100)は、シリンダチューブ250に簡易に取り付け、取り外しを行うことができる。
ストローク位置センサ100を構成する回転ローラ110は、その表面がロッド202の表面に接触し、ロッド202の直動に応じて回転自在に設けられる。すなわち、回転ローラ110によって、ロッド202の直線運動が回転運動に変換される。
回転ローラ110は、その回転中心軸110cが、ロッド202の直動方向に対して、直交するように配置される。ケース207には、ロッド202との隙間を密封し、塵埃等のコンタミが回転ローラ110とロッド202との間に入り込まないようにするダストシール208が設けられている。これにより、回転ローラ110とロッド202との間に塵埃等が入り込んで、回転ローラ110が動作不良となるような事態を回避することができる。すなわち、ストローク位置センサ100は、ケース207に設けられたダストシール208と、シリンダヘッド203に設けられたダストシール205bとによる防塵構造が形成されている。
ストローク位置センサ100は、回転ローラ110と、回転ローラ110の回転量を検出する図示しない回転センサ部とを有する。この回転センサ部で検出された回転ローラ110の回転量を示す信号は、演算処理部400に送られ、シリンダ200のロッド202のストローク位置に変換される。
ストローク位置センサ100の回転ローラ110とロッド202との間では、滑り(スリップ)が発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置センサ100の検出結果から得られるロッド202の計測位置と、ロッド202の実際の位置との間には、誤差(滑りによる累積誤差)が生じる。そこで、このストローク位置センサ100の検出結果から得られる計測位置を、原点位置(基準位置)にリセットするために、シリンダチューブ250の外部には、リセットセンサとしての磁力センサ300が設けられる。
ピストン201には、磁力線を生成する磁石350が設けられている。磁石350は、ピストン201、ロッド202の直動方向に沿ってS極、N極が配置されるように、ピストン201に設けられる。なお、磁石350は、ピストン201、ロッド202の直動方向に対して垂直な方向に沿って、S極、N極が配置されるように、ピストン201に設けてもよい。
磁力センサ300は、ピストン201の直動方向に沿って所定距離、離間されて配置された2個の磁力センサ(第1磁力センサ301、第2磁力センサ302)からなる。第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302は、磁石350で生成された磁力線を透過して、磁力(磁束密度)を検出し、磁力に応じた電気信号(電圧)を出力する。第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302は、既知の原点位置に設けられている。第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出結果に基づいて、ストローク位置センサ100の検出結果から得られる計測位置が、原点位置(基準位置)にリセットされる。
なお、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出位置に基づいて、ピストン201、ロッド202の絶対移動距離を計測することができる。例えば、ストローク位置センサ100の回転ローラ110の経年変化によって消耗すると、ストローク位置センサ100の検出回転量から得られるロッド202の移動距離は、実際のロッド202の移動距離よりも小さくなるが、ピストン201が第1磁力センサ301、第2磁力センサ302間を移動したときにストローク位置センサ100の検出回転量から得られる移動距離L´と、実際の2個の第1磁力センサ301、第2磁力センサ302間の距離Lとの比率L/L´に基づいて、ストローク位置センサ100の検出回転量から得られる移動距離を補正することができる。
また、第1磁力センサ301、第2磁力センサ302としては、例えば、ホールICが用いられる。
第1磁力センサ301、第2磁力センサ302は、ひさし310に装着されている。ひさし310は、バンド320に装着されている。バンド320は、シリンダチューブ250の外周に固定される。バンド320は、磁性材料によって構成されている。バンド320の材料としては、一般構造用鉄鋼材等、通常容易に入手できる磁性材料を使用することができる。
図2は、図1のA−A線断面図であり、シリンダチューブ250の横断面図を示している。バンド320は、シリンダチューブ250の外周に圧接されて固定される。バンド320は、シリンダチューブ250の外径に応じた断面半円弧状のバンド部材320A、320Bからなる。バンド部材320Aとバンド部材320Bとは、ボルト321によって締結され、この締結によってシリンダチューブ250の外周に圧接される。一方のバンド部材320Aには、ひさし310が装着されている。このため、シリンダチューブ250にネジ穴を形成したり、シリンダチューブ250の外周を溶接するなどの加工、処理を施すことなく、シリンダチューブ250の外周に、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を固定することができる。また、シリンダチューブ250に加工、処理を施す必要がないため、シリンダチューブ250の厚さを、最低限の厚さに維持することができる。
また、バンド320のシリンダチューブ250への固定位置の変更が容易かつ簡単に行え、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を、シリンダチューブ250の長手方向(ピストン201、ロッド202の直動方向)の任意の位置に、容易かつ簡単に装着することができる。
なお、演算処理部400には、ストローク位置センサ100から回転量ω、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302が検出した磁力を示す電圧値V1,V2、ストロークエンド当接検出システム500からピストン201がストロークエンドに当接したか否かを示す信号SEが入力される。このストロークエンド当接検出システム500は、具体的には、図示しない油圧ポンプのリリーフバルブが作動したか否かを検出するセンサである。このリリーフバルブが作動した場合、ピストン201は、ストロークエンドに当接している。また、ストロークエンド当接検出システム500は、ピストン201がストロークエンド方向に移動しており、かつ、ストローク位置センサ100が一定時間以上、回転を停止しており、かつ、ストローク位置がストロークエンドの近傍にある、ことを条件にピストン201がストロークエンドに当接していることを検出するようにしてもよい。
(集磁構造)
図3−1〜図3−4は、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302とひさし310の構造を示す図である。図3−1は、図1に示したシリンダチューブ250の縦断面図を拡大して示している。図3−2は、図3−1のA矢視図である。図3−3は、図3−1のZ矢視図である。また、図3−4は、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の各面を定義する図である。
図3−1〜図3−4は、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302とひさし310の構造を示す図である。図3−1は、図1に示したシリンダチューブ250の縦断面図を拡大して示している。図3−2は、図3−1のA矢視図である。図3−3は、図3−1のZ矢視図である。また、図3−4は、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の各面を定義する図である。
第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302は、直方体形状の部材であり、底面300B、上面300T、前面300F、左側面300L、右側面300R、後面300Gを有している。一方、磁石350は、ピストン201のシリンダヘッド側油室204Hに臨む面に、ホルダリング351によって固定されている。
ホルダリング351と磁石350をピストン201に共締めすることで、磁石350がピストン201に固定される。
ひさし310は、磁性材料で構成されており、第1磁力センサ301、第2磁力センサ302の上面300T、後面300Gを覆うように配置されている。ひさし310は、炭素鋼、一般構造用鉄鋼材等、通常容易に入手できる磁性材料を使用することができる。
ひさし310と、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302との配置は、図3−1において図中、左右対称な位置関係にあるため、一方の第1磁力センサ301を代表して説明する。
ひさし310のバンド固定面310Aは、バンド部材320Aに固定される。ひさし310のチューブ接着面310Bは、シリンダチューブ250の外周面に密着される。
第1磁力センサ301は、モールド材303に囲まれるようにモールド材303と一体形成されている。第1磁力センサ301を含むモールド材303は、第1磁力センサ301の上面300T、後面300G側が、ひさし310の上面固定面310T、後面固定面310Rにそれぞれ固定されている。また、第1磁力センサ301の底面300B側がシリンダチューブ250の外周面に密着されている。第1磁力センサ301の前面300F、左右側面300L,300R側には、真ちゅう板311が設けられている。
すなわち、シリンダチューブ250の外周面に、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の底面300Bを配置して、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を、ひさし310によって覆うようにしたため、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の上面300T側、後面300G側に関しては、磁性材料(ひさし310)が配置されるが、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の前面300F側、左右側面300L、300R側に関しては、磁性材料は配置されず、磁性材料から開放された構造となっている。
ひさし310には、端子312を備えた端子台313が内蔵されている。また、ひさし310には、図示しないハーネスが挿通される穴であって、端子312に連通する挿通穴314が形成されている。第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302と、端子312とは、図示しない電気信号線によって接続される。端子312には、ひさし310の外部から、挿通穴314を介して、ハーネスが接続される。このハーネスは、演算処理部400に接続される。
ひさし310があることによって、磁石350のN極を起点として磁力線は、シリンダチューブ250、第1磁力センサ301あるいは第2磁力センサ302、ひさし310を透過し、第2磁力センサ302あるいは第1磁力センサ301を介して、磁石350のS極に戻る経路を生成する。
一方、バンド320は、磁性材料で構成されているため、シリンダチューブ250の外周方向の磁力線の経路となり、磁力線は、バンド320を透過して、シリンダチューブ250の外周方向の1点箇所に設けられた第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302に集中的に集められる。
すなわち、ひさし310及びバンド320によって、磁石350が発生した磁力が第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302に集中的に集まる集磁構造を形成しているので、磁力を確実に検出することができる。この結果、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出結果に基づくロッド202の位置計測精度を高めることができる。
(第1磁力センサ及び第2磁力センサの出力波形)
図4−1〜図4−3は、ピストン201に取り付けられた磁石350が第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の下方を通過する際の磁力線の状態を示す図である。図4−1に示すように、磁石350が第2磁力センサ302に近づいた場合、磁力線は、第1磁力センサ301、ひさし310、第2磁力センサ302の順に通過する。
図4−1〜図4−3は、ピストン201に取り付けられた磁石350が第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の下方を通過する際の磁力線の状態を示す図である。図4−1に示すように、磁石350が第2磁力センサ302に近づいた場合、磁力線は、第1磁力センサ301、ひさし310、第2磁力センサ302の順に通過する。
その後、図4−2に示すように、磁石350が第1磁力センサ301と第2磁力センサ302との中間位置に到達すると、磁力線は、第2磁力センサ302、ひさし310、第1磁力センサ301の順に通過する。すなわち、図4−1の場合に比べて、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を透過する磁力線の方向が逆転している。
さらに、図4−3に示すように、磁石350が第1磁力センサ301に近づいた場合、磁力線は、図4−2と同様に、第2磁力センサ302、ひさし310、第1磁力センサ301の順に通過する。
ここで、図4−1〜図4−3において、右側の矢印は、第2磁力センサ302が検出する磁力の大きさを示し、左側の矢印は、第1磁力センサ301が検出する磁力の大きさ及び方向を示している。
図5を参照して、具体的に、ストローク位置(ストローク量)が変化して磁石350が移動した場合における第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出波形について説明する。
図5に示すように第2磁力センサ302による検出出力のストローク量依存性は、特性曲線L2のようになり、磁石350が直下に位置するストローク位置P2で最大のピーク値をとるとともに、ストローク位置P2を過ぎた位置でも下に凸の最小のピーク値をとる。すなわち、第2磁力センサ302は、2つのピーク値をとる。一方、第1磁力センサ301による検出出力のストローク量依存性は、特性曲線L1のようになり、磁石350が直下に位置するストローク位置P1で最大のピーク値をとる。この第1磁力センサ301の場合には、1つのピーク値を出力する。
このような第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の検出出力波形が異なるのは、磁石350の位置に対して、ピストン201及びロッド202が直動方向に対して非対称構造となっているためである。
ここで、図5では、ピストン201の移動速度による検出出力波形のずれを示しており、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の各ピーク値は、ピストンの移動速度が増大するに従って、ピーク値の検出位置に遅れが生ずるずれが発生している。
一方、図6では、加圧による検出出力波形のずれを示しており、第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302の各ピーク値は、圧力の増大に伴ってずれが発生している。
図7に示すように、ピストン201の速度Vによる第2磁力センサ302のピーク位置のずれ量(速度補正量ΔSv)は、速度Vの増大に伴って速度補正量ΔSvが増大する対応関係を有し、この対応関係は、速度補正テーブル423として、演算処理部400に予め保持される。
ここで、図5における第1磁力センサ301の領域E1、第2磁力センサ302の領域E2、及び図6における第2磁力センサ302の領域E3では、速度Vあるいは圧力が変化しても、大きな検出出力変化はない。一方、図6における第1磁力センサ301の領域E4では、圧力が変化すると、大きな検出出力変化が発生している。
そこで、第1磁力センサ301の領域E4における検出出力変化に対する第2磁力センサ302のピーク位置のずれ量(圧力補正量ΔSp)の関係を求めると、図8に示す対応関係をもつことがわかった。すなわち、第1磁力センサ301の領域E4における検出出力が大きくなるに従って、圧力補正量ΔSpが大きくなる対応関係を得ることができた。領域E4における検出出力の増大変化は、圧力の増大変化に対応するため、結果的に、図8に示す対応関係は、圧力変化に対応する第2磁力センサ302のピーク位置のずれ量の変化を示していることとなる。この対応関係は、圧力補正テーブル413として、演算処理部400に予め保持される。なお、第1磁力センサ301が領域E4で検出する増大変化は、詳細には、シリンダチューブ250内の圧力変化に依存するシリンダチューブ250の磁化状態履歴を磁力変化として検出したものである。その意味で、圧力補正テーブル413は、磁力補正テーブルであると言える。また、圧力補正量ΔSpは、第2磁力センサ302で検出される波形のピーク位置に対するシリンダチューブ250の磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量であると言える。
すなわち、この実施の形態では、第1磁力センサ301を、第2磁力センサ302のピーク値補正のためのシリンダチューブ250の磁化状態履歴センサとして用いるようにしている。そして、第1磁力センサ301のピーク値を用いてストローク位置のリセット処理を行う際、速度補正テーブル423と圧力補正テーブル413とを用いてストローク位置を補正し、この補正したストローク位置によってリセット処理を行うようにしている。
(加圧時のシリンダチューブの磁化状態変化)
ここで、図9(a)に示すシリンダ200への加圧前の磁化状態は、図9(b)に示すように、加圧によって磁化状態が小さくなる変化が生じる。すなわち、加圧によって、シリンダチューブ250に歪が発生し、シリンダチューブ250の表面磁力が変化する。特に、ピストン201がストロークエンドに当接した場合には、大きな圧力がシリンダチューブ250内にかかり、シリンダチューブ250の表面磁力が大きく変化する。この表面磁力の大きな変化は、リセット検出位置に大きなずれ量を発生させる。このため、この実施の形態では、ピストン201がストロークエンドに当接した場合、この当接直後は、シリンダチューブ250の表面磁力が大きく変化している状態であるため、リセットセンサ(第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302)によるリセット処理を行わないようにしている。
ここで、図9(a)に示すシリンダ200への加圧前の磁化状態は、図9(b)に示すように、加圧によって磁化状態が小さくなる変化が生じる。すなわち、加圧によって、シリンダチューブ250に歪が発生し、シリンダチューブ250の表面磁力が変化する。特に、ピストン201がストロークエンドに当接した場合には、大きな圧力がシリンダチューブ250内にかかり、シリンダチューブ250の表面磁力が大きく変化する。この表面磁力の大きな変化は、リセット検出位置に大きなずれ量を発生させる。このため、この実施の形態では、ピストン201がストロークエンドに当接した場合、この当接直後は、シリンダチューブ250の表面磁力が大きく変化している状態であるため、リセットセンサ(第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302)によるリセット処理を行わないようにしている。
なお、図9(b)に示すように一旦磁化が低下しても、例えば、その後、シリンダチューブ250内をピストン201に設けられた磁石350が通過するとシリンダチューブ250の磁化が元の大きさに戻る。
(演算処理部の構成及びリセット処理)
図10は、演算処理部400の構成を示すブロック図である。また、図11は、演算処理部400によるリセット処理手順を示すフローチャートである。図10及び図11を参照し、第1磁力センサ301、第2磁力センサ302、ストローク位置センサ100、及びストロークエンド当接検出システム500の検出結果を用いたストローク位置のリセット処理について説明する。
図10は、演算処理部400の構成を示すブロック図である。また、図11は、演算処理部400によるリセット処理手順を示すフローチャートである。図10及び図11を参照し、第1磁力センサ301、第2磁力センサ302、ストローク位置センサ100、及びストロークエンド当接検出システム500の検出結果を用いたストローク位置のリセット処理について説明する。
まず、リセット制限部434は、ストロークエンド当接検出システム500からの信号SEをもとに、ピストン201がストロークエンドに当接したか否かを判断する(ステップS101)。リセット制限部434は、ピストン201がストロークエンドに当接した場合(ステップS101,Yes)、リセット位置設定部433に対して、このストロークエンドとなったストローク位置をもとに原点位置をリセットする(ステップS102)。
その後、リセットセンサ通過判定部432の判定結果をもとに、ストロークエンドに当接した後、ピストン201に取り付けられた磁石350が磁力センサ300を1回通過したか否かを判断する(ステップS103)。そして、磁石350が磁力センサ300を1回通過していない場合(ステップS103,No)、このステップS103の判断処理を繰り返し、磁力センサ300の検出結果を用いたリセット処理を行わない。
たとえば、図12は、ブルドーザのブレードリフト用のリフトシリンダの概要構成を示している。図12(a)では、シリンダチューブ250内が加圧され、ピストン201がストロークエンドに当接している。そして、図12(b)に示すように、ピストン201がストロークエンドに当接した直後に、磁石350が第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を通過しても、この第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を用いたリセット処理を行わないようしている。
なお、ステップS103では、磁石350が磁力センサ300を1回通過したか否かを判断するようにしているが、この通過は、少なくとも1回であればよく、例えば、磁石350が磁力センサ300を2回以上通過したか否かを判断するようにしてもよい。2回以上の通過を条件とすることによって、シリンダチューブ250の磁化状態を一層、確実に元に戻せるからである。
一方、ストロークエンドに当接していない場合(ステップS101,No)、あるいは、磁石350が磁力センサ300を1回通過している場合(ステップS103,Yes)には、磁力センサ300の検出結果を用いたリセット処理を行う。
このリセット処理は、まず、ストローク位置変換部401が、ストローク位置センサ100が出力する回転量ωをロッド202あるいはピストン201の直動量であるストローク位置Sdに変換し、ストローク位置Sdを取得し、このストローク位置Sdを圧力補正条件判定部411、速度算出部421、及び加算部430に出力する(ステップS201)。
その後、圧力補正条件判定部411は、ストローク位置Sdが領域E4に示すようにシリンダチューブ250の磁化状態を検出できる所定範囲内であるか否かを判断する(ステップS202)。さらに圧力補正量演算部412は、ストローク位置Sdが所定範囲内である場合(ステップS202,Yes)、第1磁力センサ301が検出した電圧値V1を記憶する(ステップS203)。圧力補正量演算部412は、電圧値V1を記憶した後、あるいはストローク位置Sdが所定範囲内でない場合(ステップS202,No)、圧力補正テーブル413及び電圧値V1を用いて圧力補正量ΔSpを算出し、加算部430に出力する(ステップS204)。
その後、速度算出部421は、入力されたストローク位置Sdを時間微分して速度Vを算出し、この速度Vを速度補正量演算部422に出力する(ステップS205)。その後、速度補正量演算部422は、速度補正テーブル423及び速度Vを用いて速度補正量ΔSvを算出し、加算部430に出力する(ステップS206)。
その後、加算部430は、ストローク位置Sdに圧力補正量ΔSp及び速度補正量ΔSvを加算してストローク位置Sdを補正した補正ストローク位置Scを波形記憶部431に出力し、波形記憶部431は、この補正ストローク位置Scと、入力される第2磁力センサ302が検出した電圧値V2とを対応づけて記憶する(ステップS207)。すなわち、補正ストローク位置Scに対する電圧値V2の履歴を保持する。
その後、リセットセンサ通過判定部432は、電圧値V2が最大ピークとなった後、所定距離移動したか否かを判断する(ステップS208)。すなわち、磁石350が第2磁力センサ302を通過したか否かを判断する。
リセット位置設定部433は、電圧値V2が最大ピークとなった後、所定距離移動した場合(ステップS208,Yes)、この最大ピークとなった電圧値V2に対応する補正ストローク位置Scを実ストローク位置としてリセット(原点位置補正)し(ステップS209)、ステップS101に移行して上述した処理を繰り返す。一方、リセット位置設定部433は、電圧値V2が最大ピークとなった後、所定距離移動していない場合(ステップS208,No)、未だ、電圧値V2が最大ピークとなっていないため、そのままステップS101に移行して上述した処理を繰り返す。
なお、上述した処理では、ステップS202〜S204の圧力に基づいた補正量算出処理を行った後、ステップS205,S206の速度に基づいた補正量算出処理を行うようにしているが、これに限らず、ステップS205,S206の速度に基づいた補正量算出処理を行った後、ステップS202〜S204の圧力に基づいた補正量算出処理を行うようにしてもよい。
また、リセットは、リセットセンサ(第2磁力センサ302)の位置をもとに原点位置を補正するが、実際は、さらにシリンダ系座標上の原点位置に変換する。
さらに、上述した磁力センサ300を用いたリセット処理は、ピストン201の片方向のストローク移動のときのみに、行うことが好ましい。これは、片方向のストローク移動からピストン201を戻す際、シリンダチューブ250の磁化状態が磁石350の移動によって消去されるため、圧力補正の必要性が少ないからである。
また、リセット位置設定部433によるリセット処理時における原点位置補正は、例えば、過去10回の補正ストローク位置を記憶しておき、過去10回の平均補正ストローク位置によって原点位置補正を行うようにしてもよい。
(変形例)
上述した実施の形態では、第1磁力センサ301を、磁化状態履歴センサとして用い、第2磁力センサ302の圧力補正量ΔSpを求めるようにしていたが、リセット処理に対して、2つの第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を用いず、第1磁力センサ301のみを用いて行うようにしてもよい。
上述した実施の形態では、第1磁力センサ301を、磁化状態履歴センサとして用い、第2磁力センサ302の圧力補正量ΔSpを求めるようにしていたが、リセット処理に対して、2つの第1磁力センサ301及び第2磁力センサ302を用いず、第1磁力センサ301のみを用いて行うようにしてもよい。
すなわち、第1磁力センサ301を、磁化状態履歴センサとして用いるとともに、第1磁力センサ301のピーク値によってリセット処理を行う。したがって、図13に示すように、圧力補正テーブル413に対応する圧力補正テーブル513に替える。この圧力補正テーブル513は、第1磁力センサ301の電圧値V1に対する第1磁力センサ301のピーク値のずれ量を圧力補正量ΔSpとしている。また、速度補正テーブル423に替えて、速度補正テーブル523を備える。この速度補正テーブル523は、速度Vに対する第1磁力センサ301のピーク値のずれ量を速度補正量ΔSvとしている。さらに、第1磁力センサ301のピーク値をもとにリセット処理を行うため、波形記憶部431及びリセットセンサ通過判定部432に、第1磁力センサ301の電圧値V1が入力される。
100 ストローク位置センサ
110 回転ローラ
110c 回転中心軸
200 シリンダ
201 ピストン
202 ロッド
203 シリンダヘッド
204H シリンダヘッド側油室
204B シリンダボトム側油室
205a ロッドシール
205b,208 ダストシール
206H,206B 油圧ポート
207 ケース
250 シリンダチューブ
300 磁力センサ
301 第1磁力センサ
302 第2磁力センサ
303 モールド材
310 ひさし
311 真ちゅう板
312 端子
313 端子台
314 挿通穴
320 バンド
320A,320B バンド部材
350 磁石
351 ホルダリング
400 演算処理部
401 ストローク位置変換部
411 圧力補正条件判定部
412 圧力補正量演算部
413,513 圧力補正テーブル
421 速度算出部
422 速度補正量演算部
423,523 速度補正テーブル
431 波形記憶部
432 リセットセンサ通過判定部
433 リセット位置設定部
434 リセット制限部
500 ストロークエンド当接検出システム
ω 回転量
Sd ストローク位置
Sc 補正ストローク位置
V 速度
V1,V2 電圧値
ΔSp 圧力補正量
ΔSv 速度補正量
110 回転ローラ
110c 回転中心軸
200 シリンダ
201 ピストン
202 ロッド
203 シリンダヘッド
204H シリンダヘッド側油室
204B シリンダボトム側油室
205a ロッドシール
205b,208 ダストシール
206H,206B 油圧ポート
207 ケース
250 シリンダチューブ
300 磁力センサ
301 第1磁力センサ
302 第2磁力センサ
303 モールド材
310 ひさし
311 真ちゅう板
312 端子
313 端子台
314 挿通穴
320 バンド
320A,320B バンド部材
350 磁石
351 ホルダリング
400 演算処理部
401 ストローク位置変換部
411 圧力補正条件判定部
412 圧力補正量演算部
413,513 圧力補正テーブル
421 速度算出部
422 速度補正量演算部
423,523 速度補正テーブル
431 波形記憶部
432 リセットセンサ通過判定部
433 リセット位置設定部
434 リセット制限部
500 ストロークエンド当接検出システム
ω 回転量
Sd ストローク位置
Sc 補正ストローク位置
V 速度
V1,V2 電圧値
ΔSp 圧力補正量
ΔSv 速度補正量
Claims (6)
- シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置であって、
前記直動部材のストローク位置を検出するストローク位置センサと、
前記直動部材に設けられた磁石と、
前記シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサと、
前記直動部材がストロークエンドに当接したことを検出するストロークエンド当接検出システムと、
前記直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記ストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の1回目の前記補正処理を行わせない処理を行う演算処理部と、
を備えたことを特徴とするシリンダ位置計測装置。 - 前記ストロークエンド当接検出システムは、リリーフバルブの作動検出センサであることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ位置計測装置。
- 前記磁力センサは、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記シリンダチューブ内の圧力変化に依存する前記シリンダチューブの磁化状態履歴を磁力変化として検出する第1磁力センサと、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記直動部材の直動方向に対して前記第1磁力センサから離間配置された第2磁力センサとを有し、
前記第1磁力センサで検出される磁力と前記第2磁力センサで検出される波形のピーク位置に対する前記シリンダチューブの磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量との関係を示す磁化補正テーブルと、
前記直動部材の移動速度と前記第2磁力センサで検出される波形のピーク位置からのずれ量である速度補正量との関係を示す速度補正テーブルと、
を備え、
前記演算処理部は、前記第1磁力センサの磁力を検出し前記磁化補正テーブルをもとに前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記磁化補正量を求め、前記ストローク位置の変化をもとに前記直動部材の移動速度を求め前記速度補正テーブルをもとに前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記速度補正量を求め、前記第2磁力センサが検出する波形のピーク位置を示す前記ストローク位置に前記磁化補正量と前記速度補正量とを加えて補正した補正ストローク位置を求め、該補正ストローク位置をもとに前記ストローク位置の原点位置をリセットすることを特徴とする請求項1または2にシリンダ位置計測装置。 - 前記演算処理部は、前記ストロークエンド当接検出システムが前記直動部材のストロークエンドに当接したことを検出した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のシリンダ位置計測装置。
- シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサを用いて前記シリンダチューブ内部を直動する直動部材の原点位置を補正して前記直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測方法であって、
前記直動部材がストロークエンドに当接したか否かを判断する判断ステップと、
前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断しない場合は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記直動部材の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断した場合は、少なくとも該当接後の1回目の前記補正処理を行わせない処理を行う処理ステップと、
を含むことを特徴とするシリンダ位置計測方法。 - 前記直動部材がストロークエンドに当接した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットするストロークエンドリセット処理ステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載のシリンダ位置計測方法。
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CN105182267B (zh) * | 2015-10-13 | 2017-11-14 | 三峡大学 | 一种基于Labview控制磁传感器标定系统 |
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