KR20060047815A

KR20060047815A - 변위량 측정장치

Info

Publication number: KR20060047815A
Application number: KR1020050039740A
Authority: KR
Inventors: 유이치 야마모토; 유키오 쇼지; 노부미 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 고마츠 세이사꾸쇼
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-05-18
Also published as: SE0501049L; CN100343620C; JP2005326302A; CN1696602A; US20050273288A1; SE527640C2; JP4358678B2; US7124045B2

Abstract

목적은, 변위 센서의 특성의 시간 경과에 따른 변화에 기인하는 변위량 측정치의 오차를 해소하고, 항상 높은 측정 정밀도를 유지할 수 있도록 하는 것에 있다. 변위 센서(10A)가 장착된 유압 밸브(300)가 상사점, 하사점, 중립점에 각각 위치한 시점을, 조작 레버(200)의 신호에 기초하여 검출하고, 검출된 시점에 변위 센서(10A)로부터 출력된 센서 신호치를 샘플치로서 취득하여, 취득한 상사점, 하사점, 중립점의 샘플치에 기초하여, 변위 센서(10A)의 특성의 시간 경과에 따른 변화의 경향을 계산하고, 그리고, 계산된 변화의 경향에 따른 방향으로, 변위량 계산용의 변환 테이블(111)의 설정을 변위 레인지 전역에 걸쳐서 수정한다.

Description

변위량 측정장치 {DISPLACEMENT AMOUNT MEASURING DEVICE}

도 1은, 본 발명에 따른 변위량 측정장치의 일실시형태에 적용되는 변위 센서의 일례의 단면도이다.

도 2는, 변위 센서(10)와 콘트롤러(100)가 적용된 간단한 유압 시스템의 일례를 나타내는 회로도이다.

도 3은, 콘트롤러(100)의 구성, 특히, 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀을 변위시키기 위한 제어, 및 이 제어와 병행하여 행해지는 제 1 변위 센서(10A)의 시간 경과에 따른 변화의 학습 제어를 행하기 위한 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4는, 콘트롤러(100)가 행하는 학습 제어의 처리의 흐름을 나타낸 플로우차트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10A, 10B : 변위센서

100 : 콘트롤러

111 : 센서 전압-변위 변환 테이블

113 : 학습제어

120 : 샘플링처리

130 : 이상판정처리

140 : 변환테이블 보정처리

200 : 조작입력장치

300 : 전자 비례 제어 밸브

600 : 차압센서

900 : 압력계

본 발명은, 가동체의 변위량에 따른 센서 신호를 출력하는 변위 센서를 이용하여 가동체의 변위량을 계측하는 변위량 측정장치에 관한 것이며, 특히, 변위 센서의 특성의 변화에 따라 변위량 측정장치를 교정하기 위한 기술에 관한 것이다.

일본 특허공개 2000-258109호는, 전자 밸브의 가동자와 연동하는 봉형상 자석과, 전자 밸브에 조립되는 케이스내에 유지된 자기감응소자(예를 들면 홀 IC)를 이용하여, 전자 밸브의 가동자의 변위량을 계측하는 변위량 측정장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에는, 또한, 케이스와 전자 밸브의 조립 완료 후에 한 번만, 중립 위치를 학습 제어에 의해서 교정하는 것, 및 이 한 번의 교정에 의해 조립 오차를 보정하는 것만으로 충분한 측정 정밀도를 확보할 수 있는 것이 기재되어 있다.

일본 특허공개 소58-193403호에는, 회전체의 회전과 연동하여 단위각도의 회전동작마다에 펄스신호를 발함과 동시에, 소정의 기준위치에서 기준 펄스 신호를 발생하는 각도 센서를 이용하여, 각도 센서로부터 입력된 펄스 신호를 계수(計數) 함으로써 기준 위치로부터의 각도치를 계산하여 기억하는 각도 검출 장치가 개시되어 있다. 이 각도 검출 장치는, 기준 펄스 신호가 입력되었을 때에 기억되어 있는 각도치를 제로로 리셋트함으로써, 각도치의 오차를 수정한다. 다만, 기준 펄스 신호가 입력되었을 때의 각도치가, 기준 위치로 간주할 수 있는 소정 상한치와 하한치 사이의 범위 외에 있는 경우에는, 각도치를 리셋트 하지 않는다. 그에 따라, 고주파 노이즈를 기준 펄스 신호와 오인하여 잘못 리셋트를 행하는 것을 방지한다.

일본 특허공개 2002-273642호에는, 공작기계의 볼나사 이송 구동을 보정하기 위해서, 가공전에 볼 나사를 스트로크 엔드까지 이동시켜 스트로크 엔드의 좌표치를 검출하고, 가공후에 다시 볼 나사를 스트로크 엔드까지 이동시켜 스트로크 엔드의 좌표치를 검출하며, 그리고, 가공전과 가공후의 스트로크 엔드의 좌표치의 차이(열팽창에 의한 주축의 신장량)에 기초하여, 볼 나사의 구동량을 보정한다.

일본 특허공개 2000-258109호에 기재된 변위량 측정장치에서는, 이 장치의 조립시에 한번만, 가동체의 중립위치의 초기 교정을 행할 뿐, 이후에는 일절 교정을 행하지 않는다. 그러나, 변위량 측정장치를 사용하고 있는 긴 기간 동안에, 자석이나 홀 IC 등의 대상물의 변위량을 최초로 감지하는 부품(본 명세서에서는, 변위 센서라고 한다)의 특성이 서서히 변화해 나간다. 예를 들면, 자석의 자력은 서서히 저하해 나가고, 자석의 위치가 어긋나는 경우도 있으며, 또한, 홀 IC의 게인 등의 회로 특성도 변화한다. 이러한 변위 센서의 특성이 시간이 흐름에 따라 변화함으로써, 변위량 측정장치의 측정 결과는 점차 큰 오차를 포함하게 된다.

일본 특허공개 소58-193403호에 기재된 각도 측정장치에서는, 회전체가 기준 위치에 위치할 때의 측정치를 제로로 리셋트함으로써, 펄스 신호의 계수 미스에 기인하는 각도 측정치의 오차를 해소할 수 있다. 그러나, 여기서 채택되고 있는 기준 위치에서의 측정치를 제로로 리셋트 한다고 하는 보정방법은, 특허 문헌 1에 기재된 변위량 측정장치와 같이, 변위 센서의 홀 IC로부터 출력되는 센서 신호치로부터 변위량을 결정하는 장치에서는, 변위 센서의 특성의 시간경과에 따른 변화에 기인하는 변위량 측정치의 오차를 해소할 수 없다. 즉, 변위 센서의 특성이 변화하면, 변위량과 센서 신호치와의 사이의 비선형인 관계가 변위 레인지 전역에 걸쳐 변화하기 때문에, 기준 위치라고 하는 한 점의 측정치만을 제로로 리셋트하여도, 변위 레인지 전역에 걸쳐서는 변위량 측정 결과의 오차를 수정할 수 없다.

일본 특허공개 2002-273642호에 기재된 볼 나사 이송 구동장치에서는, 가공전후의 스트로크 엔드의 좌표치의 차에 기초하여, 가공중의 주축의 열팽창에 기인하는 볼 이송량의 오차를 수정할 수 있다. 그러나, 스트로크 엔드라고 하는 한 점에서의 좌표치의 차만으로는, 특허 문헌 1에 기재된 변위량 측정장치와 같이, 변위 센서의 특성 변화에 의해 변위량과 센서 신호치와의 사이의 비선형인 관계가 변위 레인지 전역에 걸쳐 변화하는 것과 같은 장치에서는, 변위 레인지 전역에 걸쳐서는 변위량 측정 결과의 오차를 수정할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 변위량 측정장치에 있어서, 변위 센서의 특성의 시간경과에 따른 변화에 기인하는 변위량 측정치의 오차를 해소하여, 항상 높은 측정 정도를 유지할 수 있도록 하는 것에 있다.

본 발명에 따른, 변위량에 따른 값을 가진 센서 신호를 출력하는 변위 센서를 이용하여 상기 가동체의 변위량을 계측하는 변위량 측정장치는, 상기 변위 센서로부터 출력되는 상기 센서 신호의 값에 기초하여, 소정의 계산방법을 이용하여, 상기 가동체의 변위량을 계산하는 변위량 계산 수단과, 상기 가동체가 소정의 복수의 기준 위치에 각각 위치한 시점을 샘플링 포인트로서 검출하는 타이밍 수단과, 상기 타이밍 수단에 의해 검출된 각 샘플링 포인트에 상기 변위 센서로부터 출력된 상기 센서 신호의 값을, 각 기준 위치에 대응하는 샘플치로서 취득하는 샘플링 수단과, 상기 샘플링 수단에 의해 취득된 상기 복수의 기준 위치에 각각 대응하는 복수의 샘플치에 기초하여, 상기 변위 센서의 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향을 계산하고, 계산된 상기 변화의 경향에 따라, 상기 변위량 계산 수단의 상기 계산방법을 보정하는 보정 수단을 구비한다. 이 변위량 측정장치에 의하면, 가동체가 복수의 기준 위치에 각각 위치할 때의 센서 신호치에 기초하여, 변위 센서의 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향이 복수의 기준 위치가 존재하는 소정의 변위 레인지에 걸쳐서 파악되어, 거기에 기초하여 변위량의 계산방법이 수정되기 때문에, 소정의 변위 레인지에 걸쳐서 높은 측정 정도를 유지할 수 있다.

바람직한 실시형태에서는, 변위 센서의 변위 레인지의 양 끝단점, 즉 최대 변위점(상사점)과 최소변위점(하사점)에, 각각 기준 위치가 설정된다. 그에 따라, 변위 레인지 전역에 걸치는 보정이 용이하게 된다. 또한, 상사점과 하사점의 사이의 중립점에도 기준 위치를 설정함으로써, 보정의 정밀도를 보다 높일 수 있다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 타이밍 수단과 상기 샘플링 수단과 상기 보정 수단이, 상기 변위량 계산 수단과 병행하여 동작한다. 그에 따라, 상기 변위량 계측 수단이 변위량을 계산하고 있는 동안에 상기 변위량 계산 수단의 상기 계산방법이 순서대로 보정된다. 그 결과, 계측 동작을 계속하면서 항상 높은 측정 정밀도를 유지할 수 있다. 보정을 실시하는 계측 동작을 중단할 필요는 없다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 타이밍 수단이, 상기 가동체를 변위시키는 원인 요소 상태치를 감시하고, 상기 상태치가 소정의 기준 상태치로 소정 시간 이상 정지했는지의 여부를 판단하는 것에 의해, 상기 가동체가 상기 기준 위치에 위치했는지의 여부를 판단한다. 이에 따라, 가동체가 기준 위치에 확실하게 위치하고 있을 때를 파악할 수 있으므로, 보정의 정밀도가 좋아진다.

바람직한 실시형태에서는, 여러 가지 센서 신호치와 여러 가지 변위량과의 대응 관계가 설정된 변환 테이블을 이용하여, 변위량이 계산된다. 그리고, 상기 보정 수단이, 상기 복수의 기준 위치에 대응하는 샘플치와, 상기 변환 테이블로 설정된 상기 복수의 기준 위치에 대응하는 센서 신호치와의 사이의 차이를 구하여, 상기 차이를 작게 하는 방향으로, 상기 변환 테이블로 설정된 상기 여러 가지 변위량에 대응하는 상기 여러 가지의 센서 신호치를 보정한다. 이에 따라, 변위 센서의 특성 변화에 따라, 변환 테이블이 가지는 변환 특성(계산방법)을 변위 레인지 전역에 걸쳐서 보정할 수 있다.

[실시예]

도 1은, 본 발명에 따른 변위량 측정장치의 일실시 형태에 적용되는 변위 센 서의 일례의 단면도이다. 도면중에서, 사선의 해칭으로 나타낸 부품은, 자성 재료제의 부품이다. 속을 하얗게 나타낸 부품은, 영구자석(28)을 제외하고, 비자성 재료(예를 들면, 비자성 스텐레스강, 플라스틱, 고무 등)제의 부품이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 변위 센서(10)는, 센서 본체(12)와 가동 플러그(14)를 구비한다. 센서 본체(12)는, 전후단에 개구를 가진 통형상의 본체 하우징(16)을 가지며, 이 본체 하우징(16)의 후단에 본체 캡(18)을 씌울 수 있다. 본체 하우징(16)과 본체 캡(18)은 모두 자성 재료제이며, 센서 본체(12)의 바깥껍데기를 구성하고, 센서 본체(12)의 내부를 외부로부터 자기적으로 차단하는 기능을 가진다.

본체 하우징(16)내에는, 그 전단의 개구측으로부터 내압 슬리브(20)가 삽입되어 고정되고 있다. 내압 슬리브(20) 외측면의 다른 위치에, 1개 또는 복수개(이 실시형태에서는 예를 들면 2개)의 자기감응소자, 예를 들면 홀 IC(34A, 34B)가 고정되어 있다. 이러한 홀 IC(34A, 34B)로부터 출력되는 센서 신호는, 신호 케이블(37)을 통해서 센서 본체(12)의 외부로 꺼내지고, 본 발명에 따른 변위량 측정장치의 기능도 콘트롤러(100)에 입력된다.

내압 슬리브(20)는, 그 전단에 개구를 가지며, 그 안쪽에는, 내압 슬리브(20)의 벽에 의해서 둘러싸인 가늘고 긴 원기둥형상의, 가동 플러그(14)를 위한 이동 공간(30)을 가진다. 이 변위 센서(10)의 대표적인 용도는, 예를 들면, 유압 기계의 기름 유량 검출을 위한 차동 스풀의 변위량이나 유압 액츄에이터를 움직이기 위한 전자 비례 제어밸브의 스풀의 스트로크량의 검출 등이며, 이 유압 기계로의 용도에 있어서, 내압 슬리브(20) 안쪽의 이동 공간(30)은 고압의 작동유로 채워지고, 내압 슬리브(20)의 벽에는 고압의 유압이 가해진다. 내압 슬리브(20)는, 견뢰한 비자성재료(예를 들면, 비자성 스텐레스강)제이며, 이동 공간(30)으로부터의 고압의 유압에 견딜 수 있는 충분한 강도를 가진다.

가동 플러그(14)가, 내압 슬리브(20)의 전단의 개구로부터 이동 공간(30)내에 삽입된다. 가동 플러그(14)는 이동 공간(30)과 동축의 위치에 배치된다. 가동 플러그(14)는, 그 중심축(22)을 따라서 일정한 거리 범위내에서, 이동 가능하다. 가동 플러그(14)의 내압 슬리브(20) 내에 삽입된 부분의 바깥지름은, 내압 슬리브(20)의 안지름보다 약간 작고, 가동 플러그(14)의 바깥면과 내압 슬리브(20)의 내면과의 사이에는 미소한 틈새가 확보되고, 그에 따라, 가동 플러그(14)는 부드럽게 이동할 수 있다.

가동 플러그(14)의 본체는, 비자성 재료제의 거의 원기둥형의 샤프트(24)이다. 이 샤프트(24)의 전단부분(25)에는 나사가 형성되고 있고, 이 나사에 의해, 측정 대상의 가동체(예를 들면 상술한 유압 밸브의 스풀 등)에 결합된다. 샤프트(24)의 후반의 내압 슬리브(20)내에 삽입되는 부분(26)은, 영구자석(28)을 고정하기 위한 홀더가 되고 있다. 이 홀더(26)는 원통형으로서, 원기둥형의 내부 공간(26a)을 둘러싼 측벽(26b)을 가지며, 또, 후단에는 개구(26c)를 가진다. 이 홀더(26)의 내부 공간(26a)내에, 둥근 막대형상의 영구자석(28)이 수용되어 있다. 홀더(26)의 측벽(26b)의 후단 가장자리에는 복수의 돌기(26d)가 있다. 이러한 돌기(26d)는, 개구(26c)를 닫도록 안쪽으로 접어 구부려 영구자석(28)의 후단면에 맞닿 고, 홀더(24b)내에서 영구자석(28)을 중심축(22) 방향으로 움직이지 않게 고정한다. 또한, 다음에 설명하는 방법에 의해, 영구자석(28)은 홀더(26)내에서 이것과 동축의 위치에 고정된다.

영구자석(28)은, 중심축(22) 방향의 장소에 따라서 굵기(바깥지름)가 다른 형상으로 성형되어 있다. 예를 들면, 이 실시형태에서는, 영구자석(28)은, 축방향의 중앙 부분에서 가장 굵고, 거기로부터 양끝단을 향하여 테이퍼하는 방추모양의 형상으로 성형되어 있다. 이러한 영구자석(28)의 형상은, 영구자석(28)에 의해 형성되는 자계(33)의 강도{특히, 홀 IC(34A, 34B)에 의해 검출되는 자계 성분의 강도}의 분포를 소정의 특성(예를 들면, 가능한 한 선형에 가까운 특성이지만, 실제로는 비선형 특성이다)으로 하기 위해서 선택된 것이다. 그리고, 홀더(26)의 내부 공간(26a)은, 영구자석(28)이 가장 굵은 부분(이 실시형태에서는 중앙 부분)에 꼭 맞는 형상과 사이즈로 되어 있다. 따라서, 영구자석(28)은, 그 가장 굵은 중앙 부분에서, 홀더(26)의 측벽(26b)에 밀착하고 있다. 영구자석(28)의 가느다란 후단부에, 둥근 링형상의 스페이서(32)가 외부에서 삽입되고 있다. 스페이서(32)는, 그 내측면으로부터 영구자석(28)에 밀착함과 동시에, 그 바깥측면에서 홀더(26)의 측벽(26b)에 밀착하고 있다. 따라서, 영구자석(28)은, 그 가장 굵은 중앙 부분과 스페이서(32)가 장착된 후단의 두 부분에서, 그 축위치가 홀더(24b)의 중심축(22)에 일치하도록 고정된다. 스페이서(32)의 재질을 적절히 선택함으로써, 영구자석(28)에 가해지는 스트레스를 완화시키는 것도 가능하다.

홀더(26)의 내부 공간(26a)은, 영구자석(28)의 중앙부로부터 전방의 영역과 후방의 영역의 2개의 영역으로 나누어진다. 홀더(26)의 측벽(26b)의 1부분 또는 복수 부분에, 홀더(26)의 내부 공간(26a)의 전방 영역과 홀더(26)의 외부 공간{즉, 이동 공간(30)}을 연이어 통하는 압력 방출 구멍(26e)이 뚫려 있다. 또한, 스페이서(32)에는, 홀더(26)의 내부 공간(26a)의 후방 영역과 홀더(26)의 외부 공간{이동 공간(30)}을 연이어 통하는 압력 방출 홈(도시 생략)이 형성되고 있다. 상술한 유압 기계에서의 용도로는, 홀더(26)의 외부 공간{이동 공간(30)}은 고압의 작동유로 채워지고, 그리고, 특히 건설기계 등의 경우는, 그 작동유의 유압이 큰 폭으로 변동한다. 그러한 경우라 하더라도, 측벽(26b)의 압력 방출 구멍(26e) 및 스페이서(32)의 압력 방출 홈(32c)의 작용에 의해, 홀더(26)의 내부 공간(26a)과 외부 공간{이동 공간(30)}과의 사이의 압력차이는 작게 억제되므로, 이 압력차이가 과대해지는 것에 의한 불편이 방지된다.

콘트롤러(100)는, 상술한 변위 센서(10)의 2개의 홀 IC(34A, 34B)로부터 출력되는 센서 신호를 상시 입력하고, 그러한 센서 신호의 값을 평균화하여, 평균화된 센서 신호치에 기초하여, 가동체(예를 들면, 유압 액츄에이터를 움직이기 위한 전자 비례 제어밸브)의 변위량을 리얼타임으로 연산하여, 연산된 변위량을 이용하여 소정의 제어 동작(예를 들면, 상기 전자 비례 제어밸브의 조작 등)을 행한다. 여기서, 변위 센서(10)에서는, 시간경과에 따라, 영구자석(28)의 자계(33)의 강도가 저하하거나 영구자석(28)의 축위치가 어긋나거나 기울거나, 홀 IC(34A, 34B)의 자계 강도를 전압 신호로 변환하는 게인이 변화하거나 하여, 그 센싱 특성이 변화한다. 콘트롤러(100)는, 본 발명의 원리에 따라, 상기 변위 센서(10)의 센싱 특성 의 시간 경과에 따른 변화의 경향을 파악하고, 그 변화 경향에 따라 변위량의 연산 방법을 수정하여, 그에 따라, 항상 높은 변위량 측정 정밀도를 유지한다.

도 2는, 변위 센서(10)와 콘트롤러(100)가 적용된 극히 간단한 유압 시스템의 모델예를 나타내는 회로도이다.

도 2에 나타낸 예에서는, 도 1에서 설명한 구성을 가진 2개의 변위 센서(10A, 1OB)가 이용되고 있다. 제 1 변위 센서(10A)는, 전자 비례 제어 밸브(300)에 부착되고, 이 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀의 스트로크량의 검출에 이용된다. 여기서, 전자 비례 제어 밸브(300)는, 유압 펌프(400)로부터 공급되는 유압의 액츄에이터(500)로의 공급을 제어함으로써, 액츄에이터(500)를 구동하기 위해서 이용된다. 또, 제 2 변위 센서(10B)는, 차압 센서(600)에 부착되고, 이 차압 센서(600)의 스풀의 스트로크량의 검출에 이용된다. 여기서, 차압 센서(600)는, 유압 펌프(400)로부터 액츄에이터(500) 등에 공급되는 작동유의 유량을 검출하기 위해서 이용된다. 한편, 참조 번호 700은, 유압 펌프(400)의 언로드시의 유압(언로드압)을 소정치로 유지하기 위한 저압 릴리프 밸브를 가리키고, 참조 번호 800은, 최대 유압을 소정의 릴리프압으로 제한하기 위한 고압 릴리프 밸브를 가리키며, 또, 참조 번호 900은, 압력계를 가리킨다. 저압 릴리프 밸브(700)는, 언로드시에는, 콘트롤러(100)로부터의 신호가 오프가 되고, 스프링으로 세트된 압력이 되도록, 콘트롤러(100)에 의해서 제어된다.

콘트롤러(100)는, 사람에 의해 조작되는 조작입력장치(예를 들면 조작 레버)(200)로부터 조작 지령 신호를 입력하고, 이 조작 지령 신호에 따라서 전자 비례 제어 밸브(300)를 조작하여, 액츄에이터(500)의 움직임을 제어한다. 그 때, 콘트롤러(100)는, 제 1 변위 센서(10A)로부터 센서 신호를 입력하고, 입력된 센서 신호치에 기초하여, 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀의 스트로크량을 계산하여, 계산된 스트로크량이 목표 스트로크량이 되도록 전자 비례 제어 밸브(300)에 대한 조작량을 조절한다. 이 전자 비례 제어 밸브(300)를 제어하는 동작과 병행하여, 콘트롤러(100)는, 실질적으로 리얼타임으로, 제 1 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 시간 경과에 따른 변화를 학습하여, 그 학습 결과에 따라 제 1 변위 센서(10A)로부터의 센서 신호치에 기초하여 스트로크량(변위량)을 계산하기 위한 계산방법을 보정제어(이하, 학습 제어라고 한다)도 행한다.

이 학습 제어에서는, 콘트롤러(100)는, 조작 레버(200)로부터의 조작 지령 신호(예를 들면 전압 신호)의 레벨을 감시한다. 이 조작 지령 신호는, 전자 비례 제어밸브(300)의 스풀을 변위시키는 원인 요소이다. 콘트롤러(100)는, 이 조작 지령 신호를 감시하는 것으로, 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀이 소정의 복수의 기준 위치에 각각 위치하는 시점을 샘플링 포인트로서 검출한다. 예를 들면, 상사점(최대 스트로크 위치), 중립점(원점 위치) 및 하사점(최소 스트로크 위치)의 3개의 기준 위치가 설정되어 있다. 여기서, 상사점과 하사점은 변위 센서의 변위 레인지의 양 끝단점이며, 중립점은 변위 레인지의 중점이기 때문에, 변위 레인지 전역에 걸친 학습 제어에 적합하다.

조작 지령 신호의 레벨이 최대치로 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지했을 때, 콘트롤러(100)는, 스풀이 상사점에 위치하고 있다고 판단한다. 조작 지령 신호의 레벨이 중립치로 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지했을 때, 콘트롤러(100)는, 스풀이 중립점에 위치하고 있다고 판단한다. 또한, 조작 지령 신호의 레벨이 최소치로 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지했을 때, 콘트롤러(100)는, 스풀이 하사점에 위치하고 있다고 판단한다. 콘트롤러(100)는, 이러한 판단에 의해 검출한 샘플링 포인트로 제 1 변위 센서(10A)로부터의 센서 신호치를, 학습 제어용의 샘플치로서 기억한다. 콘트롤러(100)는, 그들 기억된 샘플치에 기초하여, 제 1 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 현재까지의 시간 경과에 따른 변화의 경향을 파악한다. 그리고, 콘트롤러(100)는, 파악된 시간 경과에 따른 변화의 경향에 따라, 제 1 변위 센서(10A)의 센서 신호치로부터 스트로크량(변위량)을 계산하기 위한 계산방법{예를 들면, 제 1 변위 센서(10A)의 센서 신호치와 스트로크량(변위량)을 대응시킨 변환 테이블}을 보정한다.

또한, 콘트롤러(100)는, 제 2 변위 센서(10B)로부터 센서 신호를 입력하고, 입력된 센서 신호치에 기초하여, 차압 센서(600)의 스풀의 스트로크량을 계산하여, 계산된 스트로크량을 이용해 도시되어 있지 않은 각종의 제어를 행한다. 이 제어 동작과 병행하여, 콘트롤러(100)는, 실질적으로 리얼타임으로, 제 2 변위 센서(10B)의 센싱 특성의 시간 경과에 따른 변화를 학습하고, 그 학습 결과에 따라 제 2 변위 센서(10B)로부터의 센서 신호치에 기초하여 스트로크량(변위량)을 계산하기 위한 계산방법을 보정한다고 하는 학습 제어도 행한다.

이 학습 제어에서는, 콘트롤러(100)는, 상술한 조작 지령 신호에 더하여, 압력계(900)에 의해 검출된 압력치를 감시한다. 이 압력치는, 차압 센서(600)의 스 풀을 변위시키는 원인 요소인 작동유의 유량(조임으로서의 차압) 상태를 나타내고 있다. 콘트롤러(100)는, 조작 레버(200)로부터의 조작 지령 신호와 함께 압력계(900)로부터의 압력치를 감시함으로써, 차압 센서(600)의 스풀이 소정의 복수의 기준 위치에 각각 위치하는 시점을 샘플링 포인트로서 검출한다. 예를 들면, 기준 위치로서 언로드시(제로 유량시, 제로 차압시)의 위치 및 최대압력시(최대 유량시, 최대 차압시)의 위치의 2개의 위치가 설정되어 있다. 여기서, 제로 차압시와 최대 차압시의 위치는, 차압 센서(600)의 사용시의 통상의 변위 레인지의 양 끝단점이기 때문에, 그 변위 레인지 전역에 걸친 학습 제어에 적합하다.

그리고, 조작 레버(200)로부터의 조작 지령 신호가 중립점에 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지함과 동시에 압력계(900)로부터의 압력치가 저압 릴리프 밸브(700)의 언로드압으로 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지했을 때, 콘트롤러(100)는, 스풀이 제로 차압시의 위치에 위치하고 있다고 판단한다. 또, 압력치가 고압 릴리프 밸브(800)의 릴리프압으로 일정시간(예를 들면 1초간) 이상 정지했을 때, 콘트롤러(100)는, 스풀이 최대 차압시의 위치에 위치하고 있다고 판단한다. 콘트롤러(100)는, 이러한 판단에 의해 검출한 샘플링 포인트로 제 2 변위 센서(10B)로부터의 센서 신호치를, 학습제어용의 샘플치로서 기억한다. 콘트롤러(100)는, 그들 기억된 샘플치에 기초하여, 제 2 변위 센서(10B)의 센싱 특성의 현재까지의 시간 경과에 따른 변화의 경향을 파악한다. 그리고, 콘트롤러(100)는, 파악된 시간 경과에 따른 변화의 경향에 따라, 제 2 변위 센서(10B)의 센서 신호치로부터 스트로크량(변위량)을 계산하기 위한 계산방법{예를 들면, 제 2 변위 센서(10B)의 센서 신호치와 스트로크량(변위량)을 대응시킨 변환테이블}을 보정한다.

도 3은, 콘트롤러(100)의 구성, 특히, 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀을 변위시키기 위한 제어, 및 이 제어와 병행하여 이루어지는 제 1 변위 센서(10A)의 시간 경과에 따른 변화의 학습 제어를 행하기 위한 구성을 나타낸다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 콘트롤러(100)는, 조작 입력장치(예를 들면 조작 레버)(200)와 전자 비례 제어밸브(300)와 전자 비례 제어밸브(300)에 결합된 변위 센서(10A)에, 전기적으로 접속되고 있다. 이 콘트롤러(100)는, 운전자에 의한 조작 입력장치(200)의 조작에 따라서 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀의 스트로크량{전자 비례 제어 밸브(300)가 액츄에이터(500)에 보내는 유압}을 피드 팩 제어하는 기능과 이 피드 팩 제어 동작과 병행하여, 변위 센서(10A)의 현재의 센싱 특성을 실질적으로 리얼타임으로 학습하고, 그 학습 결과에 따라 변위 센서(10A)로부터의 센서 신호치로부터 변위량을 구하는 계산방법을 수정하는 학습 제어 기능을 구비한다.

먼저, 피드 팩 제어 기능에 대해 설명한다.

콘트롤러(100)는, 처리 101에서, 조작 입력장치(200)로부터 출력되는 조작 지령 신호를 입력하고, 그리고, 입력된 조작 지령 신호(IS)를 전자 비례 제어 밸브(300)에 대한 지령 변위(Dp_s)로 변환한다. 또, 콘트롤러(100)는, 처리 108에서, 변위 센서(1)로부터 출력되는 센서 신호(홀 IC의 경우는 전압 신호이며, 이하, 센서 전압 신호라고 한다)(P)를 입력한다. 그리고, 콘트롤러(100)는, 처리 109에서, 각 시점에서 입력된 센서 전압 신호(P)에 기초하여, 전자 비례 제어 밸브(300)의 현재 변위량(현재의 스트로크량)(Dp_p)을 계산한다. 그 계산방법으로서는, 변위 센서(10A)의 센싱 특성에 기초한 여러 가지 센서 전압 신호치와 여러 가지의 변위량과의 사이의 대응 관계를 설정한 센서 전압-변위 변환 테이블(111)을 참조하여, 입력된 센서 전압 신호(P)를 현재의 변위량(Dp_p)로 변환한다고 하는 방법이 이용된다. 그리고, 콘트롤러(100)는, 처리 103에서, 지령 변위(Dp_s)와 현재 변위(Dp_p)와의 편차(Dp_s- Dp_p)를 연산하고, 계속 되는 처리 105에서, 그 변위 편차(Dp_s-Dp_p)에 기초하여 전자 비례 제어 밸브(300)에 대한 유압의 조작량을 연산하고, 계속 되는 처리 107에서, 그 유압 조작량에 기초하여 전자 비례 제어밸브(300)에 대한 제어 전류의 조작량을 연산하고, 그 제어 전류 조작량에 기초하여 전자 비례 제어 밸브(300)에 흐르는 제어 전류를 조작한다.

다음에, 도 3의 처리 113에 의한 학습 제어 기능에 대해 설명한다. 도 4는, 이 학습 제어의 흐름을 나타내고 있다. 이하, 도 3과 도 4를 참조하여 학습 제어의 처리를 설명한다.

학습 제어(113)에서는, 콘트롤러(100)는, 조작 입력장치(200)로부터의 조작 지령 신호(IS)에 기초하여, 전자 비례 제어밸브(300)의 현재 변위(Dp-p)가 소정의 복수의 기준 위치에 각각 위치한다고 확실하게 생각되어지는 시점을 샘플링 포인트로서 검출한다. 여기서, 복수의 기준 위치란, 예를 들면, 도 3의 처리 101내의 그래프에 나타내는 상사점(최대 변위) Bmax, 하사점(최소 변위) Bmin 및 중립점(제로 변위) A이며, 이들은 변위 레인지의 전역의 특성을 나타내는 대표점이라고 할 수 있다. 콘트롤러(100)는, 조작 입력장치(200)로부터의 지령 신호(IS)가, 일정시간( 예를 들면 1초간) 연속하여, 최대 변위(상사점) Bmax, 최소 변위(하사점) Bmin 및 제로 변위(중립점) A를 각각 지시했을 때, 그 시점을 샘플링 포인트로서 검출한다{도 4의 블록(120)의 스텝 122}. 이들 3종류의 샘플링 포인트에서는, 전자 비례 제어 밸브(300)의 스풀의 변위(Dp_p)가, 각각 상사점 Bmax, 하사점 Bmin 및 중립점 A에 확실하게 위치하고 있다고 볼 수 있다.

콘트롤러(100)는, 검출된 상기 3종류의 샘플링 포인트에서 변위 센서(10A)로부터 출력된 전압 신호(P), 즉, 상사점, Bmax에 대응하는 상사점 전압 신호치 PBmax, 하사점 Bmin에 대응하는 하사점 전압 신호치 PBmin, 및 중립점 A에 대응하는 중립 전압 신호치 PA를, 각각 샘플치로서 취득한다(도 4의 샘플링 처리 120의 스텝 124). 취득된 샘플치는, 도 4에 나타낸 샘플기억부(126)에 기억된다.

콘트롤러(100)는, 취득한 샘플치에 이상인지 아닌지를 체크한다(도 4의 이상 판정 처리 130의 스텝 132). 이러한 이상 판정은, 예를 들면 다음과 같이 행하여진다. 즉, 콘트롤러(100)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 설정치 기억부(134)를 가지며, 거기에는 변위 센서(10A)가 초기에 있어서 상사점 Bmax, 하사점 Bmin 및 중립점 A에서 각각 출력한 전압 신호치(이하, 초기 전압 신호치라고 한다) PBmax(O), PBmin(O) 및 PA(O)가 미리 기억되어 있다. 이 초기 전압 신호치 PBmax(O), PBmin(O) 및 PA(0)은, 변위 센서(10A)의 실사용전의 초기검사 특성을 나타내고 있고, 예를 들면 공장 출하전의 검사로 계측되어 설정된 것이다. 콘트롤러(100)는, 취득한 샘플치와, 그 샘플치에 대응하는 초기설정치와의 차이를 계산하여, 그 차이가 소정의 역치보다 큰 경우, 그 샘플치는 이상이라고 판정한다. 즉, 취득된 샘플 치를 PBmax, PBmin 및 PA로 하고, 초기 전압 신호치를 PBmax(O), PBmin(O) 및 PA(O)으로 하여, 역치를 △PBmax_NG, △PBmin_NG 및 △PA_NG로 하면,

│PBmax - PBmax(O)│ < △PBmax_NG 식 1

│PBmin - PBmin(O)│ < △PBmin_NG 식 2

│PA - PA(O)│< △PA_NG 식 3

의 조건이 성립할지의 여부를 콘트롤러(100)는 판단한다. 상기의 몇가지 조건이 성립하면, 변위 센서(10A)에 어떠한 이상이 있다고 생각할 수 있으므로, 콘트롤러(100)는 운전자에게 경보를 발하는 등의 이상 처리를 행한다(스텝 115). 상기의 조건이 성립하지 않으면, 취득된 샘플치는 정상적이라고 간주된다.

콘트롤러(100)는, 상사점 Bmax, 하사점 Bmin 및 중립점 A에 대응하는 3종류의 정상의 샘플치 PBmax, PBmin 및 PA가 소정의 시간차이 범위내에 취득되면, 그들 3종류의 샘플치 PBmax, PBmin 및 PA를 이용하여, 변위 센서(10A)의 특성 변화의 경향을 구하고, 거기에 기초하여 센서 전압-변위변환 테이블(111)을 보정한다(도 4의 변환 테이블 보정 처리 140). 이 보정 처리는 예를 들면 다음과 같이 행해진다.

즉, 이번 보정 처리에서 이용하는 샘플치를 PBmax, PBmin 및 PA로 하고, 센서 전압-변위변환 테이블(111)에 현재 설정되어 있는 기준 위치(상사점 Bmax, 하사점 Bmin 및 중립점 A)에 대응하는 전압 신호치를 PBmax(n), PBmin(n) 및 PA(n)로 하여, 센서 전압-변위변환 테이블(111)에 새롭게 설정되게 되는 기준 위치에 대응하는 보정 후의 전압 신호치를 PBmax(n+1), PBmin(n+1) 및 PA(n+1)로 하면, 콘트롤러(100)는,

PBmax(n+1) = PBmax(n) + α(PBmax - PBmax(n)) 식 4

PBmin(n+1) = PBmin(n) + α(PBmin - PBmin(n)) 식 5

PA(n+1) = PA(n) + α(PA-PA(n)) 식 6

의 계산식을 이용하여, 기준 위치에 대응하는 보정후의 전압 신호치 PBmax(n+1), PBmin(n+1) 및 PA(n+1)를 산출한다(도 4의 스텝 142). 여기서, 상기 3개의 계산식의 우변의 제 2항의 (PBmax- PBmax(n)), (PBmin - PBmin(n)) 및(PA-PA(n))은, 변위 센서(10A)의 변위 레인지 전체에 걸친 센싱 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향을 나타내고 있다. 또, 이 제 2항의 계수 α는, 그 센싱 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향을 센서 전압-변위변환 테이블(111)의 보정에 어느 정도 반영시키는지를 조절하기 위한 보정 게인이며, 1보다 작은 양의 값(예를 들면 O.1)이다. 따라서, 상기 계산식의 우변은, 센서 전압 변위-변환 테이블(111)에 설정되어 있는 전압 신호치 PBmax(n), PBmin(n) 및 PA(n)를, 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향에 따른 방향으로 시프트하는 것을 의미한다.

또, 콘트롤러(100)는, 상기 계산식에서 구해진 기준 위치에 대응하는 보정후의 전압 신호치 PBmax(n+1), PBmin(n+1) 및 PA(n+1)를 사용하여 보간 계산을 행하는 것으로, 변위 레인지 전역에 걸친 기준 위치 이외의 여러 가지의 변위량에 대응하는 보정후의 전압 신호치도 산출한다(도 4의 스텝 144). 그리고, 콘트롤러(100)는, 센서전압-변위 변환 테이블(111)에 현재 설정되어 있는 변위 레인지 전역에 걸친 여러 가지의 변위량(Dp_pmax, …, 0, …, Dp-pmin)에 대응하는 전압 신호치 PBmax(n), …, PA(n), …, PBmin(n)을, 상기와 같이 하여 산출된 보정후의 전압 신 호치 PBmax(n+1), …, PA(n+1), …, PBmin(n+1)로 바꿔 쓴다(도 4의 스텝 146). 이렇게 해서, 센서전압-변위 변환 테이블(111)에 설정되어 있는 전압 신호치는, 센서 전압-변위변환 테이블(111)에 설정되어 있는 기준 위치에 대응하는 전압 신호치와 기준 위치에 대응하는 샘플치와의 사이의 차이를 작게 하는 방향으로{바꾸어 말하면, 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 시간경과에 따른 변화의 경향에 따른 방향으로} 수정된다. 이러한 보정에 의해, 도 3의 변환 테이블(111)내에 예시한 바와 같이, 실선으로 나타낸 앞의 변환 특성 150이, 화살표로 나타낸 바와 같이 센싱 특성의 변화 경향의 방향으로 변위 레인지 전역에 걸쳐서 보정되어, 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같은 새로운 변환 특성 152가 된다.

이상의 변환 테이블(111)의 보정 동작이, 변위 센서(10A)가 사용되고 있는 동안, 순서대로 행하여진다. 그에 따라, 변환 테이블(111)의 내용은, 변위 센서(10A)의 현재의 센싱 특성에 실질적으로 리얼타임으로 적합한 것이 된다. 따라서, 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 시간 경과에 따른 변화가 있어도, 항상 정밀도가 좋은 변위량 측정 결과를 얻을 수 있게 된다. 또, 상기와 같이 하여 파악한 변위 센서(10A)의 센싱 특성의 시간 경과에 따른 변화의 경향에 기초하여, 변위량 계산방법의 보정뿐만이 아니라, 변위 센서(10A)의 장래의 이상 발생의 예측 등도 행할 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 이 실시 형태는 본 발명의 설명을 위한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위를 이 실시 형태에만 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않고, 그 외의 여러가지 형태로도 실시할 수 있다.

예를 들면, 상술한 계산식 4, 5, 6에 있어서, 우변의 제2항 α(PBmax - PBmax(n)), α(PBmin - PBmin(n)) 및 α(PA-PA(n))에 대신하여, 특성 변화 경향(PBmax - PBmax(n)), (PBmin - PBmin(n)), (PA- PA(n))과 같은 극성을 가진 일정폭의 보정 스텝치를 이용할 수도 있다.

본 발명에 따른 변위량 측정장치에 의하면, 변위 센서의 특성의 시간 경과에 따른 변화에 기인하는 변위량 측정치의 오차를 해소하고, 항상 높은 측정 정밀도를 유지할 수 있다.

Claims

가동체의 변위량에 따른 값을 가진 센서 신호를 출력하는 변위센서를 사용하여 상기 가동체의 변위량을 계측하는 변위량 측정장치에 있어서,

상기 변위 센서로부터 출력되는 상기 센서 신호의 값에 기초하여, 소정의 계산방법을 이용하여, 상기 가동체의 변위량을 계산하는 변위량 계산수단과,

상기 가동체가 소정의 복수의 기준 위치에 각각 위치한 시점을 샘플링 포인트로서 검출하는 타이밍수단과,

상기 타이밍수단에 의해 검출된 각 샘플링 포인트에 상기 변위센서로부터 출력된 상기 센서신호의 값을, 각 기준위치에 대응하는 샘플치로서 취득하는 샘플링수단과,

상기 샘플링 수단에 의해 취득된 상기 복수의 기준위치에 각각 대응하는 복수의 샘플치에 기초하여, 상기 변위 센서의 특성의 시간경과적인 변화의 경향을 계산하여, 계산된 상기 변화의 경향에 따라서, 상기 변위량 계산수단의 상기 계산방법을 보정하는 보정수단을 구비한 변위량 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 타이밍수단과 상기 샘플링수단과 상기 보정수단은, 상기 변위량 계산수단과 병행하여 동작하고, 그에 따라, 상기 변위량 계측수단이 변위량을 계산하고 있는 동안에 상기 변위량 계산수단의 상기 계산방법을 순서대로 보정하는 변위량 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 타이밍수단은, 상기 가동체를 변위시키는 원인요소의 상태치를 감시하고, 상기 상태치가 소정의 기준상태치로 소정시간 이상 정지했는지의 여부를 판단함으로써, 상기 가동체가 상기 기준 위치에 위치했는지의 여부를 판단하는 변위량 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 계산방법은, 여러 가지 센서 신호치와 여러 가지 변위량과의 대응 관계가 설정된 변환 테이블을 이용한 것으로,

상기 보정수단은, 상기 복수의 기준위치에 대응하는 샘플치와, 상기 변환테이블에 설정된 상기 복수의 기준위치에 대응하는 센서신호치와의 사이의 차이를 구하여, 상기 차이를 작게 하는 방향으로, 상기 변환테이블이 설정된 상기 여러가지 변위량에 대응하는 상기 여러가지 센서신호치를 보정하는 변위량 측정장치.