JP6761869B2 - Hydraulic cylinder with stroke position detection function - Google Patents
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Description
本発明は、回転ローラを支持するローラ支持部が傾斜するストローク位置検出センサでストローク位置を計測するとともにリセット用位置検出センサでストローク位置をリセットする場合に、ストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができるストローク位置検出機能付き油圧シリンダに関する。このストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、例えば、情報化建機(ICT建機)である油圧ショベルの作業機用アームシリンダやブームシリンダのストロークを正確に検出するために用いられる。 According to the present invention, when the stroke position is measured by the stroke position detection sensor in which the roller support portion supporting the rotating roller is tilted and the stroke position is reset by the reset position detection sensor, the measurement stroke measured by the stroke position detection sensor is used. The present invention relates to a hydraulic cylinder with a stroke position detection function that can reduce an error from an actual stroke. This hydraulic cylinder with a stroke position detection function is used, for example, to accurately detect the stroke of a working machine arm cylinder or boom cylinder of a hydraulic excavator which is an information and technology construction machine (ICT construction machine).
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。 A permanent magnet is provided on the piston that moves directly inside the cylinder tube such as a hydraulic cylinder together with the rod, and a magnetic force sensor is provided on the outside of the cylinder tube to detect the magnetic force passing through the magnetic force sensor to determine the position of the cylinder piston. There is something to measure.
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。 For example, the cylinder head is provided with a rotary encoder that detects the amount of linear motion of the rod as the amount of rotation, and a magnetic force sensor for resetting is provided on the outer peripheral surface of the tube in the middle of the cylinder tube. Some magnets detect the magnetic force generated by a magnet fixed to a linearly moving piston, and when the magnetic force reaches the peak value, the measurement position obtained from the detected value of the rotary encoder is reset to the origin position.
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。 Here, since the tube of the hydraulic cylinder is made of a magnetic material, there is a certain time delay (transmission delay) before the magnetism generated inside the tube reaches the magnetic force sensor outside the tube via the tube. On the other hand, the speed at which the piston inside the cylinder tube moves is not constant, so the stroke position obtained by arithmetic processing when the magnetic force detected by the magnetic force sensor (reset sensor) reaches its peak is true depending on the piston movement speed. It is deviated from the stroke position (origin position) of.
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。 Therefore, in
なお、特許文献2には、シリンダブロックの外周面に、周方向に間隔をもって複数の被検出凹部を設け、シリンダブロックが回転するときに電磁ピックアップ式の回転センサが被検出凹部を検出することによってシリンダブロックの回転数を計測するものが記載されている。 In
ところで、シリンダチューブに設けられるストローク位置検出センサはピストンロッドに押圧されて回転する回転ローラの回転量をストローク量に変換してピストンロッドのストローク位置を計測する。回転ローラとピストンロッドとの間では、滑り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検出センサの検出結果から得られるピストンロッドのストローク位置と、ピストンロッドの実ストローク位置との間には、滑りによる累積誤差が生じる。このため、ストローク位置検出センサの検出結果から得られるストローク位置を、原点位置(基準位置)にリセットするために、別途、ピストンロッドに設けられた被検出部を検出してストローク位置をリセットするリセット用位置検出センサが設けられる。 By the way, the stroke position detection sensor provided in the cylinder tube measures the stroke position of the piston rod by converting the rotation amount of the rotating roller that is pressed by the piston rod and rotates into the stroke amount. It is inevitable that slippage will occur between the rotating roller and the piston rod, and this slippage will occur between the stroke position of the piston rod obtained from the detection result of the stroke position detection sensor and the actual stroke position of the piston rod. Causes a cumulative error due to slippage. Therefore, in order to reset the stroke position obtained from the detection result of the stroke position detection sensor to the origin position (reference position), a reset that separately detects the detected portion provided on the piston rod and resets the stroke position. A position detection sensor is provided.
一方、回転ローラはローラ支持部に支持され、このローラ支持部がケースに対し、ピストンロッドの直動方向に対して垂直な方向から押圧バネなどを介して押圧される。このため、ローラ支持部とケースとの間の摺動面には隙間が存在する。この隙間の存在によって、ローラ支持部は、ピストンロッドの直動方向に対して傾斜し、ストローク位置検出センサが検出するストローク位置に誤差が生じる。この誤差は、ピストンロッドの直動方向に対してそれぞれ発生するため、誤差をなしと仮定した計測ストロークに対して、双方向に発生し、誤差範囲は、一方の傾き誤差の2倍となり、この範囲が許容誤差となる。 On the other hand, the rotating roller is supported by the roller support portion, and the roller support portion is pressed against the case from a direction perpendicular to the linear motion direction of the piston rod via a pressing spring or the like. Therefore, there is a gap on the sliding surface between the roller support portion and the case. Due to the existence of this gap, the roller support portion is tilted with respect to the linear motion direction of the piston rod, and an error occurs in the stroke position detected by the stroke position detection sensor. Since this error occurs in each of the linear motion directions of the piston rod, it occurs in both directions with respect to the measurement stroke assuming that there is no error, and the error range is twice the inclination error of one of them. The range is the tolerance.
しかし、この傾きによる誤差が生じた状態、すなわちローラ支持部が傾いた状態でストローク位置がリセットされた後、ローラ支持部が逆方向に傾くと、誤差の無い計測ストローク位置から一方の傾き誤差の2倍の誤差が発生し、上述した許容誤差の範囲から逸脱した大きな誤差が発生し、計測ストロークの精度が悪くなる。 However, if the stroke position is reset in a state where an error occurs due to this tilt, that is, the roller support is tilted, and then the roller support is tilted in the opposite direction, one tilt error from the measurement stroke position without error A double error occurs, a large error deviating from the above-mentioned tolerance range occurs, and the accuracy of the measurement stroke deteriorates.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転ローラを支持するローラ支持部が傾斜するストローク位置検出センサでストローク位置を計測するとともにリセット用位置検出センサでストローク位置をリセットする場合に、ストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができるストローク位置検出機能付き油圧シリンダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and when the stroke position is measured by the stroke position detection sensor in which the roller support portion supporting the rotating roller is tilted and the stroke position is reset by the reset position detection sensor. It is an object of the present invention to provide a hydraulic cylinder with a stroke position detection function capable of reducing an error between a measurement stroke measured by a stroke position detection sensor and an actual stroke.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、シリンダチューブ内を直動するピストンロッドのストローク位置を計測するストローク位置検出機能付き油圧シリンダであって、ピストンロッドと、前記ピストンロッドの直動に伴って回転する回転ローラをローラ支持部で支持し、前記回転ローラの回転をもとに前記ピストンロッドのストローク位置を検出し、さらに前記ローラ支持部に取り付けられ前記ピストンロッドの地肌の所定位置に設けられたリセット位置に対応する被検出部を検出するリセット用位置検出センサを有したストローク位置検出センサを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention is a hydraulic cylinder with a stroke position detection function that measures the stroke position of a piston rod that moves linearly in the cylinder tube. Therefore, the piston rod and the rotating roller that rotates with the linear motion of the piston rod are supported by the roller support portion, the stroke position of the piston rod is detected based on the rotation of the rotating roller, and further, the roller. It is characterized by including a stroke position detection sensor having a reset position detection sensor that is attached to a support portion and detects a detected portion corresponding to a reset position provided at a predetermined position on the surface of the piston rod.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラの回転中心軸より下方に設けられることを特徴とする。 Further, the hydraulic cylinder with a stroke position detecting function according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reset position detecting sensor is provided below the rotation center axis of the rotating roller.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラと同一の支点で支えられていることを特徴とする。 Further, the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reset position detection sensor is supported by the same fulcrum as the rotating roller.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサと前記回転ローラとは、前記ピストンロッドの直動方向に対して平行な直線上に配置されることを特徴とする。 Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor and the rotary roller are arranged on a straight line parallel to the linear motion direction of the piston rod. It is characterized by that.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは磁気センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする。 Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor is a magnetic sensor, and the detected portion is in a groove provided on the surface of the piston rod. It is characterized in that the portion is surface-treated with a non-magnetic material.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは渦電流センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の金属であり、前記ピストンロッドの材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする。 Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor is an eddy current sensor, and the detected portion is in a groove provided on the surface of the piston rod. It is a metal of the above, and is characterized by having a resistance value lower than that of the material of the piston rod.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記ピストンロッドの摺動表面の色と異なることを特徴とする。 Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor is an optical sensor, and the detected portion is colored on the sliding surface of the piston rod. It is a portion, and the color of the colored portion is different from the color of the sliding surface of the piston rod.
また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする。
Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor is an optical sensor, and the detected portion is a light provided on the sliding surface of the piston rod. It is characterized by being a reflective member or a light absorbing member.
本発明によれば、リセット用位置検出センサとストローク位置検出センサとがローラ支持部で一体に配置されるため、ローラ支持部が傾いてもストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができる。 According to the present invention, since the reset position detection sensor and the stroke position detection sensor are integrally arranged at the roller support portion, even if the roller support portion is tilted, the measurement stroke measured by the stroke position detection sensor and the actual stroke The error can be reduced.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[実施の形態1]
(シリンダの構造)
図1は、本発明の実施の形態1であるストローク位置検出機能付き油圧シリンダ(以下、油圧シリンダという)1の外観構成を示す図である。また、図2は、図1に示した油圧シリンダ1の詳細構成を示す断面図である。さらに、図3は、図2に示したストローク位置検出センサ10の詳細構成を示す拡大図である。[Embodiment 1]
(Cylinder structure)
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a hydraulic cylinder with a stroke position detection function (hereinafter, referred to as a hydraulic cylinder) 1 according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the
図1及び図2に示すように、直動部材であるピストンロッド3は、油圧シリンダ1の壁であるシリンダチューブ2に、ピストン20を介して摺動自在に設けられている。ピストン20は、ピストンロッド3のシリンダボトム9側近傍に取り付けられている。また、ピストンロッド3は、シリンダヘッド8に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド8とピストン20とシリンダチューブ2の内壁とピストンロッド3とによって画成された室は、シリンダヘッド側油室13Hを構成する。また、シリンダボトム9とピストン20とシリンダチューブ2の内壁とピストンロッド3とによって画成された室は、シリンダボトム側油室13Bを構成する。シリンダヘッド側油室13Hとシリンダボトム側油室13Bとは、ピストン20を介して、シリンダチューブ2内でそれぞれが対向した位置となる。シリンダヘッド側油室13Hには、シリンダヘッド8の近傍に設けられた油圧ポート4を介して作動油LHが流出入する。また、シリンダボトム側油室13Bには、シリンダボトム9の近傍に設けられた油圧ポート5を介して作動油LBが流出入する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the
作動油LH,LBは、図示しない操作レバーの操作量に対応した流量調整弁の調整によって図示しない油圧ポンプからの作動油の流量及び方向が切り替えられる。作動油LHが油圧ポート4を介してシリンダヘッド側油室13Hに流入すると、作動油LHがピストン20をシリンダボトム9側に押すことによってピストンロッド3がシリンダボトム9側に移動する。そして、シリンダボトム側油室13B内の作動油LBは、油圧ポート5を介して図示しない作動油タンクに流出する。一方、作動油LBが油圧ポート5を介してシリンダボトム側油室13Bに流入すると、作動油LBがピストン20をシリンダヘッド8側に押すことによってピストンロッド3がシリンダヘッド8側に移動する。そして、シリンダヘッド側油室13H内の作動油LHは、油圧ポート4を介して図示しない作動油タンクに流出する。この結果、ピストンロッド3は、作動油LH,LBの流入によってシリンダチューブ2内を直動方向ARに往復動することになる。 For the hydraulic oils LH and LB, the flow rate and direction of the hydraulic oil from the hydraulic pump (not shown) can be switched by adjusting the flow rate adjusting valve corresponding to the operation amount of the operating lever (not shown). When the hydraulic oil LH flows into the cylinder head
シリンダヘッド8には、ピストンロッド3との間隙を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室13Hに入り込まないようにするロッドシール30及びダストシール32が設けられている。 The
(ストローク位置検出機構)
シリンダヘッド8の外部には、ストローク位置検出センサ10が設けられる。ストローク位置検出センサ10は、ケース11に覆われる。ケース11は、シリンダヘッド8にボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド8に固定される。すなわち、ストローク位置検出センサ10及びケース11は、シリンダチューブ2に簡易に取り付け、取り外しを行うことができる。(Stroke position detection mechanism)
A stroke
ストローク位置検出センサ10を構成する回転ローラ12は、その表面がピストンロッド3の表面に接触し、ローラ支持部13に支持されてピストンロッド3の往復動に応じて回転自在に設けられる。すなわち、ピストンロッド3の直線移動量は、回転ローラ12によって回転量に変換される。 The surface of the
回転ローラ12は、その回転中心軸12Cが、ピストンロッド3の往復動方向に対して、直交するように配置される。ケース11には、ピストンロッド3との間隙を密封し、塵埃等のコンタミが回転ローラ12とピストンロッド3との間に入り込まないようにするダストシール31が設けられている。これにより、回転ローラ12とピストンロッド3との間に塵埃等が入り込んで、回転ローラ12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、ストローク位置検出センサ10は、ケース11に設けられたダストシール31と、シリンダヘッド8に設けられたダストシール32とによる防塵構造が形成されている。 The
ローラ支持部13とケース11との間には押圧バネ14が配置される。押圧バネ14は、ローラ支持部13を介して回転ローラ12をピストンロッド3側に押圧し、回転ローラ12がピストンロッド3に対して滑りがないようにしている。 A
ストローク位置検出センサ10は、回転ローラ12の回転量を検出する図示しない回転センサ部を有する。この回転センサ部で検出された回転ローラ12の回転量を示す信号は、演算処理部7に送られ、ピストンロッド3のストローク位置に変換される。演算処理部7は、演算したストローク位置を図示しないコントローラに出力する。なお、演算処理部7は、ストローク位置検出センサ10内に設けてもよい。 The stroke
ストローク位置検出センサ10の回転ローラ12とピストンロッド3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検出センサ10の検出結果から得られるピストンロッド3のストローク位置と、ピストンロッド3の実ストローク位置との間には、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検出センサ10の検出結果から得られるストローク位置を、原点位置(基準位置)にリセットするために、ローラ支持部13にリセット用位置検出センサ15が設けられる。リセット用位置検出センサ15は、回転ローラ12の回転中心軸12Cより下方(ピストンロッド3側)に設けられている。これは、ローラ支持部13の下方の方がピストンロッド3に近く、より正確に被検出部40を検出できるからである。また、リセット用位置検出センサ15は、ローラ支持部13によって、回転ローラ12と同一の支点で支えられている。さらに、リセット用位置検出センサ15と回転ローラ12とは、ピストンロッド3の直動方向ARに対して平行な直線上に配置される。 It is inevitable that slip will occur between the
このリセット用位置検出センサ15は、ピストンロッド3の所定表面位置に設けられた被検出部40の一端位置を検出する。図4(a)に示すように、本実施の形態1のリセット用位置検出センサ15は、直動方向ARに配置されたホール素子などの磁気センサS1,S2を有する。リセット用位置検出センサ15の上部には磁石41が配置される。また、ピストンロッド3は磁性体で形成され、その上に非磁性体43の膜が形成される。この膜の厚さは50μm程度でよいため、例えば深さ50μmの溝42の部分では100μm程度になる。溝42は、ピストンロッド3の地肌(表面)の一部に設けられる。非磁性体43は、この溝42を含めた地肌全体に対する表面処理(メッキ処理)によって形成される。 The reset
(リセット処理)
図4(a)に示すように、ストローク方向がA1である場合、磁気センサS1,S2の順で被検出部40を検出する。磁気センサS1,S2は、被検出部40に差し掛かると磁性体の減少によって磁界が減少し、ホール素子のホール電圧が小さくなる。この結果、磁気センサS1,S2は、図4(b)に示す出力波形LS1,LS2をそれぞれ出力する。出力波形LS1は、磁気センサS1の検出結果であり、出力波形LS2は、磁気センサS2の検出結果である。図4(c)に示すように、リセット用位置検出センサ15は、出力波形LS1から出力波形LS2を減算した差分波形LΔVを演算処理部7に出力する。差分波形LΔVのピーク間の距離は、被検出部40の溝42の幅W1によって決まるという特徴がある。(Reset process)
As shown in FIG. 4A, when the stroke direction is A1, the detected
ここで、演算処理部7は、差分波形LΔVが最大となる位置をリセット位置dとすることができる。本実施の形態1では、差分波形の第1計測値から前記所定距離(被検出部40の幅W1)分、後方にある差分波形の第2計測値を減算した値を第1計測値の評価値として求め、各ストローク位置を各評価値で重み付け平均処理した値をリセット位置として算出する。図4(d)は、ストローク位置に対する評価値の変化を示す図である。この評価値の変化をストローク位置で重み付け平均処理を行うとリセット位置dが求まる。このように、差分波形LΔVのピーク間距離が被検出部40の溝42の幅W1であるという特徴を利用することにより、外乱に影響を受けずにリセット位置を求めることができる。 Here, the arithmetic processing unit 7 can set the position where the difference waveform LΔV is maximum as the reset position d. In the first embodiment, the evaluation of the first measured value is obtained by subtracting the second measured value of the difference waveform behind the predetermined distance (width W1 of the detected unit 40) from the first measured value of the difference waveform. It is calculated as a value, and the value obtained by weighting and averaging each stroke position with each evaluation value is calculated as the reset position. FIG. 4D is a diagram showing changes in the evaluation value with respect to the stroke position. When the change in the evaluation value is weighted and averaged at the stroke position, the reset position d can be obtained. As described above, by utilizing the feature that the inter-peak distance of the difference waveform LΔV is the width W1 of the
図5は、重み付け平均処理を説明する説明図である。図5(a)〜(d)に示した差分波形LΔVは、図4(c)に対応するものであり、サンプリング点SP1〜SP7を有する。図5(a)では、サンプリング点SP4の第1計測値からサンプリング点SP1の第2計測値を減算すると評価値「0」が得られる。図5(b)では、サンプリング点SP5の第1計測値からサンプリング点SP2の第2計測値を減算すると評価値「3」が得られる。図5(c)では、サンプリング点SP6の第1計測値からサンプリング点SP3の第2計測値を減算すると評価値「3」が得られる。図5(d)では、サンプリング点SP7の第1計測値からサンプリング点SP4の第2計測値を減算すると評価値「0」が得られる。すなわち、図5(e)に示した評価値が得られる。なお、評価値を求めるための減算処理の際、サンプリング点間の距離は幅W1としているが、幅W1に相当するサンプリング点が存在しない場合は、幅W1に最も近いサンプリング点で代用する。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the weighted averaging process. The difference waveform LΔV shown in FIGS. 5A to 5D corresponds to FIG. 4C and has sampling points SP1 to SP7. In FIG. 5A, the evaluation value “0” is obtained by subtracting the second measured value of the sampling point SP1 from the first measured value of the sampling point SP4. In FIG. 5B, the evaluation value “3” is obtained by subtracting the second measurement value of the sampling point SP2 from the first measurement value of the sampling point SP5. In FIG. 5C, the evaluation value “3” is obtained by subtracting the second measurement value of the sampling point SP3 from the first measurement value of the sampling point SP6. In FIG. 5D, the evaluation value “0” is obtained by subtracting the second measurement value of the sampling point SP4 from the first measurement value of the sampling point SP7. That is, the evaluation value shown in FIG. 5 (e) is obtained. In the subtraction process for obtaining the evaluation value, the distance between the sampling points is set to the width W1, but if there is no sampling point corresponding to the width W1, the sampling point closest to the width W1 is used instead.
ここで、評価値が所定値、例えば「2」を超えた場合に、被検出部40のシリンダボトム側の端部位置P1であるリセット位置dを求める重み付け平均処理を行う。サンプリング点SP4〜SP7の各サンプリング時点のストローク位置が「1mm」、「2mm」、「3mm」、「4mm」である場合、各ストローク位置を各評価値「0」、「3」、「3」、「0」で次式のように重み付平均処理を行ってリセット位置dを推定によって求める。
d=(1mm×0+2mm×3+3mm×3+4mm×0)/(0+3+3+0)=2.5mmHere, when the evaluation value exceeds a predetermined value, for example, "2", a weighted averaging process is performed to obtain the reset position d, which is the end position P1 on the cylinder bottom side of the detected
d = (1 mm x 0 + 2 mm x 3 + 3 mm x 3 + 4 mm x 0) / (0 + 3 + 3 + 0) = 2.5 mm
そして、演算処理部7は、求めたリセット位置dでストローク位置をリセットする。具体的には、リセット位置dが原点(ストローク位置=0mm)である場合、現ストローク位置からリセット位置d(=2.5mm)を減算した値を真のストローク位置(原点)として補正する。 Then, the arithmetic processing unit 7 resets the stroke position at the obtained reset position d. Specifically, when the reset position d is the origin (stroke position = 0 mm), the value obtained by subtracting the reset position d (= 2.5 mm) from the current stroke position is corrected as the true stroke position (origin).
ここで、図6に示したフローチャートを参照して、演算処理部7によるリセット処理手順について説明する。なお、この処理は、各サンプリング間隔ごとに行う。まず、演算処理部7は、ストローク位置検出センサ10が検出したストローク位置と、2つのリセット用位置検出センサである磁気センサS1,S2が検出した各出力波形(各出力)とを保持する(ステップS101)。その後、演算処理部7は、2つの出力波形の差分をとった差分波形を算出し、この差分波形を保持する(ステップS102)。 Here, the reset processing procedure by the arithmetic processing unit 7 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This process is performed at each sampling interval. First, the arithmetic processing unit 7 holds the stroke position detected by the stroke
その後、上述した図5(a)〜(d)に示したように、現在のサンプリング点における評価値を算出する(ステップS103)。さらに、算出した評価値は所定値以上、例えば「2」以上であるか否かを判断する(ステップS104)。 After that, as shown in FIGS. 5A to 5D described above, the evaluation value at the current sampling point is calculated (step S103). Further, it is determined whether or not the calculated evaluation value is equal to or greater than a predetermined value, for example, “2” or more (step S104).
評価値が所定値以上である場合(ステップS104,Yes)には、現サンプリング点から前後所定数のサンプリング点(現サンプリング点から前後所定距離)のストローク位置を、各サンプリング点の評価値を重み付け平均した値をリセット位置dとして算出する(ステップS105)。その後、算出したリセット位置dでストローク位置をリセットし(ステップS106)、現サンプリング点における処理を終了する。一方、評価値が所定値以上でない場合(ステップS104,No)には、そのまま現サンプリング点における処理を終了する。そして、各サンプリング時点毎に上述した処理を繰り返す。 When the evaluation value is equal to or higher than the predetermined value (step S104, Yes), the stroke positions of a predetermined number of sampling points before and after the current sampling point (predetermined distance before and after the current sampling point) are weighted by the evaluation value of each sampling point. The average value is calculated as the reset position d (step S105). After that, the stroke position is reset at the calculated reset position d (step S106), and the processing at the current sampling point is completed. On the other hand, if the evaluation value is not equal to or greater than a predetermined value (step S104, No), the process at the current sampling point is terminated as it is. Then, the above-described processing is repeated at each sampling time point.
なお、評価値の算出は、毎回行わなくてもよい。例えば、2つの出力波形のいずれかが低下したことをトリガにして評価値の算出を開始するようにしてもよい。 The evaluation value does not have to be calculated every time. For example, the calculation of the evaluation value may be started by triggering that one of the two output waveforms is lowered.
(リセット用位置検出センサの配置)
本実施の形態1では、上述したようにリセット用位置検出センサ15をストローク位置検出センサ10のローラ支持部13に配置している。これは、図7の状態1の模式図に示すように、ローラ支持部13が上下動するため、ローラ支持部13とケース11との摺動面に隙間ΔGを設けている。この結果、ピストンロッド3の摺動時に回転ローラ12及びローラ支持部13はピストンロッド3の直動方向に対して斜めに傾いてしまう場合がある。このローラ支持部13の傾きはストロークの誤差となる。(Arrangement of reset position detection sensor)
In the first embodiment, as described above, the reset
図7は、リセット用位置検出センサ15をストローク位置検出センサ10のローラ支持部13に配置した場合におけるストローク位置検出センサ10の計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図7では、ローラ支持部13の傾きがない中立の状態(状態1)、状態1からローラ支持部13が正方向(ピストンロッド3に対するストローク方向)に傾いた状態2、状態2でリセット用位置検出センサ15がリセット位置を検出した状態3、状態3後の状態2からローラ支持部13が負方向(ピストンロッド3に対するストローク方向とは逆方向)に傾いた状態4となった場合の模式図及び計測ストロークと実ストロークとの検出特性を示している。なお、検出特性に示した直線L1は中立の状態のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線L2は、ローラ支持部13の正方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線L3は、ローラ支持部13の負方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the measured stroke of the stroke
まず、状態1ではピストンロッド3が基準位置、すなわち被検出部40が実ストローク0の位置にあり、ローラ支持部13も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「0」である。このとき、リセット用位置検出センサ15が検出する位置は基準位置に対して正方向(ストローク方向)の距離「B」にある。ストローク位置検出センサ10は、被検出部40の位置を基準位置「0」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。 First, in the
その後、ピストンロッド3が正方向に伸長すると直線L1に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部13が正方向に傾斜した状態2になると、ストローク位置検出センサ10は傾斜によって回転ローラ12が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「A」を余分に計測するため、計測ストロークは「+A」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線L2に沿って変化する。 After that, when the
この状態2でリセット用位置検出センサ15がリセット位置である被検出部40を検出する状態3では、実ストロークは「B−A」であるが、計測ストロークは「B」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「+A」の誤差がある。 In the
さらに、この状態3から状態4に移行すると、ローラ支持部13が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部13が負方向(逆ストローク方向)に傾斜し、回転ローラ12が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−2A」を余分に計測する。このため、計測ストロークは実ストロークに対して「−A」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−A」の誤差となる。 Further, when the
これに対し、図8に示すように、リセット用位置検出センサ115がローラ支持部113に配置されない場合、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A外となり、ストローク計測の精度が低くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, when the reset
図8は、リセット用位置検出センサ115がローラ支持部113に配置されない従来の構成の場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図8における状態1〜4は、図7における状態1〜4と同じである。なお、回転ローラ112、ローラ支持部113は、回転ローラ12、ローラ支持部13にそれぞれ対応する。リセット用位置検出センサ115は、リセット用位置検出センサ15に対応し、シリンダチューブに配置されて、ピストン20に配置された磁石である被検出部141を検出する。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the measured stroke and the actual stroke of the stroke position detection sensor in the case of the conventional configuration in which the reset
まず、図8の状態1ではピストンロッド3が基準位置、すなわち被検出部141が実ストローク0の位置にあり、ローラ支持部113も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「0」である。このとき、リセット用位置検出センサ115が検出する位置は基準位置に対して正方向(ストローク方向)の距離「B」にある。ストローク位置検出センサは、被検出部141の位置を基準位置「0」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。 First, in the
その後、ピストンロッド3が正方向に伸長すると直線L1に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部113が正方向に傾斜した状態2になると、ストローク位置検出センサは傾斜によって回転ローラ112が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「A」を余分に計測するため、計測ストロークは「+A」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線L2に沿って変化する。 After that, when the
この状態2でリセット用位置検出センサ115がリセット位置である被検出部141を検出する状態3では、ストローク位置センサによる計測ストロークは「B+A」であるが、リセット用位置検出センサ115のリセットによって計測ストロークは「B」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークと同じ「B」となる。 In the
さらに、この状態3から状態4に移行すると、ローラ支持部113が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部113が負方向(逆ストローク方向)に傾斜し、回転ローラ112が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−2A」を余分に計測する。このため、計測ストロークは、リセットされた実ストロークに対して「−2A」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−2A」の誤差となる。 Further, when the
すなわち、図8の状態3に示すように、ローラ支持部113が正方向に傾いた状態でリセット用位置検出センサ115がリセット位置を検出すると、計測ストローク「B」は実ストローク「B」にリセットされるが、ローラ支持部113が傾いた状態でのリセットとなる。そして、状態4になると、ローラ支持部113の傾きが正方向から負方向に変わるので計測ストロークは、直線L1から「2A」分、減少(「−2A」)し、誤差ΔEの範囲外に、はみ出してしまう。 That is, as shown in the
本実施の形態1では、ローラ支持部13が正方向あるいは負方向にそれぞれ最大傾斜の状態になっても、リセット用位置検出センサ15がローラ支持部13に配置されているため、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。 In the first embodiment, even if the
[実施の形態2]
上述した実施の形態1では、2つの磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態2では、1つの磁気センサS3を用いてリセット位置dを検出している。[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, two magnetic sensors S1 and S2 are used, but in the second embodiment, the reset position d is detected by using one magnetic sensor S3.
図9は、本発明の実施の形態2で用いられるリセット用位置検出センサ15の構成と出力波形を示す図である。図9に示すように、リセット用位置検出センサ15は、1つの磁気センサS3で被検出部40を検出している。磁気センサS3は、図9(b)に示した出力波形LS3を出力する。演算処理部7は、出力波形LS3の立上がり位置をリセット位置dとして検出する。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration and an output waveform of the reset
[実施の形態3]
上述した実施の形態1では、リセット用位置検出センサ15として磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態3では、リセット用位置検出センサ15として渦電流センサS51,S52を用いている。[Embodiment 3]
In the first embodiment described above, the magnetic sensors S1 and S2 are used as the reset
図10に示すように、渦電流センサS51,S52は、コイルであり、ピストンロッド3の被検出部40aは、ピストンロッド3の材質よりも抵抗値が低い金属、例えば銅を用いている。 As shown in FIG. 10, the eddy current sensors S51 and S52 are coils, and the detected
演算処理部7に対応する演算処理部57は、渦電流センサS51,S52に対応して、発振回路50、共振回路51a,51b、検波回路52a,52b、増幅回路53a,53b、差動増幅回路54を有する。共振回路51a,51bはそれぞれ渦電流センサS51,S52に接続され、発振回路50からの発振周波数に対応した高周波の共振周波数を生成し、渦電流センサS51,S52からそれぞれ共振周波数の磁界を生成している。検波回路52a,52bはそれぞれ共振回路51a,51bの共振波形を検波する。増幅回路53a,53bは検波波形をそれぞれ増幅する。差動増幅回路54は、増幅回路53aが出力した増幅波形から増幅回路53bが出力した増幅波形を減算した差分波形を出力する。そして、演算処理部57は、この差分波形をもとに実施の形態1と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。 The arithmetic processing unit 57 corresponding to the arithmetic processing unit 7 corresponds to the eddy current sensors S51 and S52, and corresponds to the oscillation circuit 50, the resonance circuits 51a and 51b, the detection circuits 52a and 52b, the
被検出部40aは、渦電流センサS51,S52が近づくと、被検出部40a内に渦電流を生成してインピーダンスが増大する。被検出部40aのインピーダンスが増大すると、共振回路51a,51bの共振周波数が変化するため、検波回路52a,52bが検出する検波波形の振幅は小さくなる。このため、図11(a)に示すように、増幅回路53a,53bが出力する増幅波形L53a,L53bは被検出部40aの近接によって電圧が低下する。 When the eddy current sensors S51 and S52 approach each other, the detected
差動増幅回路54は、上述したように増幅波形L53aから増幅波形L53bを減算した差分波形L53ΔVを生成する。差分波形L53ΔVのピーク値間の幅W5は被検出部40aの幅W5に相当する。この差分波形L53ΔVは、図4(c)に示した差分波形LΔVに相当するものである。 The differential amplifier circuit 54 generates a differential waveform L53ΔV obtained by subtracting the amplification waveform L53b from the amplification waveform L53a as described above. The width W5 between the peak values of the difference waveform L53ΔV corresponds to the width W5 of the detected
[実施の形態4]
上述した実施の形態3では、2つの渦電流センサS51,S52を用いていたが、本実施の形態4では、1つの渦電流センサS52を用いてリセット位置dを検出している。[Embodiment 4]
In the third embodiment described above, two eddy current sensors S51 and S52 are used, but in the fourth embodiment, the reset position d is detected by using one eddy current sensor S52.
図12は、本発明の実施の形態4である渦電流センサS52を用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図12に示したリセット用位置検出センサは、図10に示した渦電流センサS51を削除し、演算処理部57内の共振回路51a、検波回路52a、増幅回路53a、差動増幅回路54を削除したものである。したがって、演算処理部57に対応する演算処理部57´は、図13に示すように、増幅回路53bが出力する増幅波形L53bの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。 FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor using the eddy current sensor S52 according to the fourth embodiment of the present invention. In the reset position detection sensor shown in FIG. 12, the eddy current sensor S51 shown in FIG. 10 is deleted, and the resonance circuit 51a, the detection circuit 52a, the amplifier circuit 53a, and the differential amplifier circuit 54 in the arithmetic processing unit 57 are deleted. It was done. Therefore, as shown in FIG. 13, the arithmetic processing unit 57'corresponding to the arithmetic processing unit 57 detects the rising position of the amplification waveform L53b output by the
[実施の形態5]
上述した実施の形態1では、リセット用位置検出センサ15として磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態5では、リセット用位置検出センサ15として光センサを用いている。光センサは、図14に示すように、発光素子S60、2つの受光素子S61a,S61bを有する。すなわち、本実施の形態5のリセット用位置検出センサは、発光素子S60及び受光素子S61aを1つの光センサとし、発光素子S60及び受光素子S61bを1つの光センサとする2つの光センサを有する。[Embodiment 5]
In the first embodiment described above, the magnetic sensors S1 and S2 are used as the reset
演算処理部7に対応する演算処理部67は、発光素子S60を発光させる投光回路60、受光素子S61a,S61bからの受光信号を受光する受光回路61a,61b、受光回路61aの出力波形から受光回路61bの出力波形を減算した差分波形を出力する差動増幅回路62を有する。演算処理部67は、この差分波形をもとに実施の形態1と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。 The arithmetic processing unit 67 corresponding to the arithmetic processing unit 7 receives light from the output waveforms of the
被検出部40bは、着色部であり、着色部の色はピストンロッド3の摺動表面の色と異なる。具体的には黒色であり、光を吸収するようにしている。被検出部40bが光の反射位置に近づくと、受光回路61a,61bの反射量が減少し、図15(a)に示すように、出力波形L61a,L61bの電圧は小さくなる。図15(b)に示すように、差動増幅回路62は、出力波形L61aから出力波形L61bを減算した差分波形L62ΔVを生成する。差分波形L62ΔVのピーク値間の幅W6は被検出部40bの幅W6に相当する。この差分波形L62ΔVは、図4(c)に示した差分波形LΔVに相当するものである。 The detected
なお、被検出部40bは、光を反射する反射部材であってもよい。また、所定の色で着色された部材であってもよい。所定の色で着色された場合、受光素子S61a,S61bは、所定の色のみを受光できることが好ましい。 The detected
[実施の形態6]
上述した実施の形態5では、2つの光センサを用いていたが、本実施の形態6では、図16に示すように発光素子S60及び受光素子S61bからなる1つの光センサを用いてリセット位置を検出している。[Embodiment 6]
In the above-described fifth embodiment, two optical sensors are used, but in the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, one optical sensor including the light emitting element S60 and the light receiving element S61b is used to set the reset position. It is being detected.
図16は、本発明の実施の形態6である1つの光センサを用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図16に示したリセット用位置検出センサは、図14に示した受光素子S61aを削除し、演算処理部67内の受光回路61a及び差動増幅回路62を削除したものである。したがって、演算処理部67に対応する演算処理部67´は、図17に示すように、受光回路61bが出力する出力波形L61bの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。 FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor using one optical sensor according to the sixth embodiment of the present invention. The reset position detection sensor shown in FIG. 16 is obtained by deleting the light receiving element S61a shown in FIG. 14 and deleting the
なお、2つのリセット用位置検出センサを用いた実施の形態3,5は、図6に示した実施の形態1のリセット処理を適用することができる。また、実施の形態2〜6は、リセット用位置検出センサをローラ支持部13に配置することによって、実施の形態1に示したように、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。なお、本発明は、油圧ショベルだけでなく、ブルドーザ、ローダ、グレーダ等の作業機を有する建設機械、産業車両に適用されることは言うまでもない。 The reset processing of the first embodiment shown in FIG. 6 can be applied to the third and fifth embodiments using the two reset position detection sensors. Further, in the second to sixth embodiments, the reset position detection sensor is arranged on the
1 油圧シリンダ、2 シリンダチューブ、3 ピストンロッド、4,5 油圧ポート、7,57,57´,67,67´ 演算処理部、8 シリンダヘッド、9 シリンダボトム、10 ストローク位置検出センサ、11 ケース、12,112 回転ローラ、12C 回転中心軸、13H シリンダヘッド側油室、13B シリンダボトム側油室、13
ローラ支持部、14 押圧バネ、15,115 リセット用位置検出センサ、20 ピストン、30 ロッドシール、31,32 ダストシール、40,40a,40b 被検出部、41 磁石、42 溝、43 非磁性体、50 発振回路、51a,51b 共振回路、52a,52b 検波回路、53a,53b 増幅回路、54,62 差動増幅回路、60 投光回路、61a,61b 受光回路、141 被検出部、AR 直動方向、d リセット位置、L1〜L3 直線、L53a,L53b 増幅波形、L53ΔV,L62ΔV,LΔV 差分波形、L61a,L61b, LS1,LS2,LS3 出力波形、LH,LB 作動油、P1 端部位置、S1,S2,S3 磁気センサ、S51,S52 渦電流センサ、S60 発光素子、S61a,S61b 受光素子、SP1〜SP7
サンプリング点、W1,W5,W6 幅、ΔE 誤差、ΔG 隙間。1 Hydraulic cylinder, 2 Cylinder tube, 3 Piston rod, 4, 5 Hydraulic port, 7, 57, 57', 67, 67' Arithmetic processing unit, 8 Cylinder head, 9 Cylinder bottom, 10 Stroke position detection sensor, 11 Case, 12,112 rotary roller, 12C rotary center shaft, 13H cylinder head side oil chamber, 13B cylinder bottom side oil chamber, 13
Roller support, 14 pressing spring, 15,115 position detection sensor for reset, 20 piston, 30 rod seal, 31,32 dust seal, 40,40a,40b Detected part, 41 magnet, 42 groove, 43 non-magnetic material, 50 Oscillation circuit, 51a, 51b resonance circuit, 52a, 52b detection circuit, 53a, 53b amplifier circuit, 54,62 differential amplifier circuit, 60 floodlight circuit, 61a, 61b light receiving circuit, 141 detected part, AR linear motion direction, d Reset position, L1 to L3 straight line, L53a, L53b amplification waveform, L53ΔV, L62ΔV, LΔV difference waveform, L61a, L61b, LS1, LS2, LS3 output waveform, LH, LB hydraulic oil, P1 end position, S1, S2 S3 magnetic sensor, S51, S52 eddy current sensor, S60 light emitting element, S61a, S61b light receiving element, SP1 to SP7
Sampling point, W1, W5, W6 width, ΔE error, ΔG gap.
Claims (8)
ピストンロッドと、
前記ピストンロッドの直動に伴って回転する回転ローラをローラ支持部で支持し、前記回転ローラの回転をもとに前記ピストンロッドのストローク位置を検出し、さらに前記ローラ支持部に取り付けられ前記ピストンロッドの地肌の所定位置に設けられたリセット位置に対応する被検出部を検出するリセット用位置検出センサを有したストローク位置検出センサを備えたことを特徴とするストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。A hydraulic cylinder with a stroke position detection function that measures the stroke position of a piston rod that moves linearly in the cylinder tube.
With the piston rod
A rotating roller that rotates with the linear motion of the piston rod is supported by a roller support portion, the stroke position of the piston rod is detected based on the rotation of the rotating roller, and the piston is further attached to the roller support portion. A hydraulic cylinder with a stroke position detection function, which is provided with a stroke position detection sensor having a reset position detection sensor that detects a detected portion corresponding to a reset position provided at a predetermined position on the surface of the rod.
前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。The reset position detection sensor is a magnetic sensor.
The stroke position according to any one of claims 1 to 4, wherein the detected portion is a portion that has been surface-treated with a non-magnetic material in a groove provided on the surface of the piston rod. Hydraulic cylinder with detection function.
前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の金属であり、前記ピストンロッドの材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。The reset position detection sensor is an eddy current sensor.
The device to be detected is any one of claims 1 to 4, wherein the detected portion is a metal in a groove provided on the surface of the piston rod, and has a resistance value lower than that of the material of the piston rod. Hydraulic cylinder with stroke position detection function.
前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記ピストンロッドの摺動表面の色と異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。The reset position detection sensor is an optical sensor.
The detected portion is a colored portion provided on the sliding surface of the piston rod, and the color of the colored portion is different from the color of the sliding surface of the piston rod, according to claims 1 to 4. The hydraulic cylinder with the stroke position detection function described in any one.
前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。The reset position detection sensor is an optical sensor.
The hydraulic pressure with a stroke position detecting function according to any one of claims 1 to 4, wherein the detected portion is a light reflecting member or a light absorbing member provided on the sliding surface of the piston rod. Cylinder.
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