KR20150041151A - 유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법 - Google Patents

유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

유압 셔블(1)은 기초부와, 가동부와, 유압 실린더와, 위치 센서(10)와, 로터리 인코더(20)와, 제어부(30)를 구비하고 있다. 로터리 인코더(20)는 발광부(26)와, 수광부(27)와, 복수의 투과부(25a)가 배치되고 그리고 기초부에 대한 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부(25)를 갖고 있다. 가동부의 회동 각도에 원반부(25)의 회동 각도가 대응시켜진 펄스 신호를 복수의 투과부(25a)를 투과한 발광에 기초하여 수광부(27)가 출력한다. 제어부(30)는 로터리 인코더(20)로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측한다. 이에 따라, 작업기를 구동하는 유압 실린더의 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있는 유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법을 얻을 수 있다.

Description

유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법{HYDRAULIC EXCAVATOR AND METHOD FOR MEASURING STROKE OF HYDRAULIC CYLINDER OF HYDRAULIC EXCAVATOR}
본 발명은, 유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법에 관한 것이다.
작업 기계의 하나인 유압 셔블은, 주행체와, 그 주행체 상에 선회 가능한 상부 선회체와, 그 상부 선회체 상에 작업기를 갖는다. 작업기는 기초부 상에 일단이 피봇 지지되는 붐과, 그 붐 타단에서 일단이 피봇 지지되는 아암과, 그 아암 타단에서 피봇 지지되는 어태치먼트(attachment)를 구비한다. 붐, 아암, 어태치먼트는 유압 실린더에 의해 구동된다. 이 작업기의 위치·자세를 검출하기 위해서 유압 실린더의 스트로크가 계측된다.
예를 들면, 일본 특허 공개 제2006-258730호 공보(특허문헌 1)에는, 작업기를 구동하는 유압 실린더의 피스톤 스트로크 위치를 실린더 로드 상의 회전 롤러의 회전에 의해 검출하는 위치 센서를 구비하는 유압 셔블이 개시되어 있다. 이 회전 롤러와 실린더 로드 사이에서는 미소한 미끄러짐이 생기기 때문에, 위치 센서의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치와 실제의 스트로크 위치 사이에 오차가 생긴다. 따라서, 위치 센서의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를 기준 위치로 교정하기 위해서 유압 실린더의 실린더 튜브 외면의 기준 위치에 리셋 센서로서의 자력 센서가 설치되어 있다. 작업 시에 피스톤이 기준 위치를 통과할 때마다 위치 센서에서 검출되는 스트로크 위치는 교정되고, 정확한 위치 계측이 가능하게 되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2006-258730호 공보
상기 공보에 기재된 자력 센서는, 실린더 로드에 접속된 피스톤에 설치된 자석에 의해 생성된 자력선을 투과하여 자력(자속 밀도)을 검출하고, 자력(자속 밀도)에 따른 전기 신호(전압)을 출력한다. 그러나, 이 자력 센서에서는 상기 전압의 피크에서 스트로크 위치를 검출하지만, 실린더 로드의 이동 속도가 크면 상기 전압의 피크 위치를 정확히 검출할 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 위치 센서의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를 정확히 기준 위치로 교정할 수 없기 때문에, 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 작업기를 구동하는 유압 실린더를 동작하는 작동유는, 종종, 작업 시에 작동유 온도가 100℃ 근처에까지 도달한다. 리셋 센서는 실린더 튜브에 부착되어 있지만, 이 작동유 온도에 수반하는 실린더 튜브의 팽창 때문에 센서 부착 위치 자체가 변하여 계측 오차의 원인이 된다. 팽창의 영향을 회피하는 관점에서, 리셋 센서는 피스톤의 수축측 스트로크단 혹은 그 근방에 부착되는 것이 바람직하다.
그러나, 유압 셔블에서는, 그 작업기의 가동 범위가 매우 넓기 때문에, 현실의 작업 시에 피스톤을 스트로크단까지 이동시키는 것이 드물고, 스트로크단에 부착된 리셋 센서에서는 작업 시의 교정의 빈도가 적어져 유효한 교정이 불가능하다. 교정의 빈도를 높이기 위해서는 피스톤 스트로크 영역의 중간 정도에 리셋 센서를 부착할 필요가 있다. 그러나, 이 영역은, 리셋 센서 부착 위치의 열팽창에 의한 어긋남에 따라 계측 오차가 크고, 또한, 피스톤이 가장 고속으로 작동하는 영역이기도 하기 때문에, 전술의 실린더 로드 이동 속도에 따른 계측 오차가 크다.
본 발명은, 이상의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 작업기를 구동하는 유압 실린더의 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있는 유압 셔블 및 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 유압 셔블은 기초부와, 가동부와, 유압 실린더와, 위치 센서와, 로터리 인코더와, 제어부를 구비하고 있다. 기초부는 차량 본체 및 붐 중 어느 것으로 이루어진다. 가동부는 기초부에 대하여 회동 가능하게 지지되어 있다. 유압 실린더는 기초부에 대하여 가동부를 회동 가능하게 지지한다. 위치 센서는 유압 실린더에 부착되어 유압 실린더의 스트로크 길이를 측정한다. 로터리 인코더는 기초부와 가동부에 걸쳐 부착되고, 발광부와, 발광부로부터의 발광을 수광 가능한 수광부와, 발광부로부터의 발광을 수광부에 투과하는 복수의 투과부가 배치되고 그리고 기초부에 대한 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부를 갖고 있다. 원반부의 회동 각도에 대응하여 발생하고 그리고 가동부의 회동 각도에 원반부의 회동 각도가 대응시켜진 펄스 신호를, 복수의 투과부를 투과한 발광에 기초하여 수광부가 출력한다. 제어부는 로터리 인코더로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정함으로써 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측한다.
본 발명의 유압 셔블에 따르면, 제어부는 로터리 인코더로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정한다. 이 펄스 신호는 정확히 검출할 수 있기 때문에, 로터리 인코더에서 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정함으로써, 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블에 있어서는, 로터리 인코더는, 펄스 신호로서의 A상의 펄스 신호를 출력하고, 또한 A상의 펄스 신호와 90°만큼 위상이 상이한 B상의 펄스 신호와, 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 기준 위치에서의 Z상의 펄스 신호를 출력한다. 작업 중에 유압 실린더의 스트로크 엔드에 유압 실린더가 도달하는 일은 적기 때문에, 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 위치를 기준 위치로 함으로써 작업 중에 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블에 있어서, 유압 실린더는, 실린더 튜브와, 실린더 튜브 내에 있어서 실린더 튜브에 대하여 상대적으로 이동 가능한 실린더 로드를 포함하고 있다. 로터리 인코더는, 실린더 로드의 신장측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드의 실린더 튜브 외측의 일단측으로부터 실린더 로드의 수축측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드의 실린더 튜브 내측의 타단측의 범위 내에 위치하는 기준 위치에서 Z상의 펄스 신호를 출력한다. 해당 범위 내에서 기준 위치를 설정함으로써, 작업 중에 스트로크 위치를 기준 위치로 리셋할 수 있다. 이에 따라, 작업 중에 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정할 수 있다.
전술한 유압 셔블에 있어서, 제어부는, Z상의 펄스 신호가 출력된 후의 정수회의 A상의 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이를 기억하고 있다. 제어부는, 기준 스트로크 길이에 의해, 정수회의 A상의 펄스 신호에 대응하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정한다. 이에 따라, 동일한 정수회의 A상 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이와 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이를 비교하여, 스트로크 길이의 어긋남을 보정할 수 있다. 또한, 정수회의 A상 펄스 신호가 이용되기 때문에, 1회의 A상 펄스 신호 당 기준 스트로크 길이 및 계측된 스트로크 길이의 오차의 영향을 억제할 수 있다.
전술한 유압 셔블에 있어서, 기준 스트로크 길이 및 스트로크 길이의 측정에서의 원반부의 회동 방향은 동일하다. 이에 따라, 원반부의 회동 방향이 상이함에 따라 생기는 오차를 배제할 수 있기 때문에, 보다 정밀도가 높은 보정을 행할 수 있다.
전술한 유압 셔블은, 기초부에 부착된 로터리 인코더에 접속된 제1 레버와, 가동부에 접속된 제2 레버와, 제1 레버와 제2 레버를 회동 가능하게 접속하는 볼 조인트를 또한 구비하고 있다. 이에 따라, 가동부로부터 기초부에 부착된 로터리 인코더로의 부하 및 진동의 전파를 경감시킬 수 있다.
본 발명의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법은 이하의 공정을 구비하고 있다. 차량 본체 및 붐의 어느 것으로 이루어지는 기초부에 대하여 가동부를 회동 가능하게 지지하는 유압 실린더의 스트로크 길이가 측정된다. 기초부에 대한 가동부의 회동 각도에 대응되는 신호가 출력된다. 상기 신호에 기초하여 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이가 계측된다. 이에 따라, 기초부에 대한 가동부의 회동 각도에 대응되는 신호에 기초하여 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법에서는 이하의 공정을 포함하고 있다. 유압 실린더의 스트로크 길이를 측정하는 공정에서는, 유압 실린더의 스트로크 길이가 회전량으로서 회전 센서로 측정된다. 신호를 출력하는 공정에서는, 발광부로부터의 발광을 수광부에 투과하는 복수의 투과부가 배치되고 기초부에 대한 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부의 회동 각도에 따라서 발생하며 유압 실린더의 스트로크 길이에 회동 각도가 대응되는 펄스 신호를, 복수의 투과부를 투과한 발광에 기초하여 수광부가 형성하여, 로터리 인코더에서 펄스 신호가 출력된다. 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측하는 공정에서는, 로터리 인코더로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 회전 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 제어부에서 보정된다. 이 펄스 신호는 정확히 검출할 수 있기 때문에, 로터리 인코더로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정함으로써, 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측할 수 있다.
본 발명의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법은 이하의 공정을 포함하고 있다. 제어부에서 보정하는 공정에서는, 유압 실린더의 정지 시에, 로터리 인코더로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다. 유압 실린더의 정지 시에 스트로크 길이의 어긋남을 보정 함으로써, 스트로크 길이를 정확히 측정할 수 있기 때문에, 스트로크 길이를 양호한 정밀도로 보정할 수 있다.
본 발명의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법은 이하의 공정을 포함하고 있다. 제어부에서 보정하는 공정에서는, 기준 위치로부터 정수개의 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이에 의해, 정수개의 펄스 신호에 대응하여 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다. 이 때문에, 항상 동일한 스트로크 위치에서의 교정이 가능해진다. 그 결과, 교정의 정밀도, 즉, 계측의 정밀도가 좋아진다.
본 발명의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법은 이하의 공정을 포함하고 있다. 기준 스트로크 길이 및 스트로크 길이의 측정에서 유압 실린더의 실린더 로드의 실린더 튜브에 대한 이동 방향은 동일하다. 이 때문에, 동일한 이동 방향으로 실린더 로드를 실린더 튜브에 대하여 이동시켜 스트로크 길이의 어긋남이 보정되기 때문에, 실린더 로드가 실린더 튜브에 대하여 이동하는 방향이 상이한 경우에 생기는 위치 센서의 미끄러짐에 의한 스트로크 길이의 어긋남을 배제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정할 수 있기 때문에, 유압 셔블 작업기의 유압 실린더의 스트로크 길이를 정확하게 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 회로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 실린더, 위치 센서, 로터리 인코더, 계측용 컨트롤러의 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 실린더와 위치 센서와의 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 위치 센서를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 로터리 인코더의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 로터리 인코더의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 로터리 인코더의 발광부, 수광부, 원반부의 관계를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 붐이 승강하는 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 길이의 어긋남이 보정되는 처리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 교정 모드에서의 작동을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 보정 방법의 교정 모드를 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 보정 방법의 통상 모드를 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는 도 6의 XIV-XIV선을 따르는 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 유압 셔블의 버킷 실린더에 부착된 자력 센서를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 도면에 기초하여 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 작업 기계의 구성에 관해서 설명한다. 이하, 본 발명의 사상을 적용 가능한 작업 기계의 일례인 유압 셔블에 관해서 설명한다.
도 1을 참조하면, 유압 셔블(1)은, 하부 주행체(2)와, 상부 선회체(3)와, 작업기(4)를 주로 갖고 있다. 하부 주행체(2)는 좌우 한 쌍의 크롤러 벨트(2a)가 회동함으로써 자주식으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 상부 선회체(3)는 하부 주행체(2)에 선회 가능하게 설치되어 있다. 작업기(4)는, 상부 선회체(3)의 전방측에 기복 가능하게 피봇 지지되어 있다. 이 작업기(4)는 붐(4a), 아암(4b), 어태치먼트의 일례로서 버킷(4c), 유압 실린더[버킷 실린더(4d), 아암 실린더(4e), 붐 실린더(4f)] 등을 갖고 있다.
전술한 하부 주행체(2)와 상부 선회체(3)로 작업 차량 본체가 주로 구성된다. 상부 선회체(3)는, 전방 좌측(차량 전측)에 캡(5)을 갖고, 후방측(차량 후측)에 엔진을 수납하는 엔진 룸(6)이나, 카운터 웨이트(7)를 갖고 있다. 캡(5) 내에는, 오퍼레이터가 착석하기 위한 운전석(8)이 배치되어 있다. 또한, 상부 선회체(3)의 상면에는 안테나(9)가 설치되어 있다. 또, 본 실시 형태에서, 차량의 전후·좌우는 캡(5) 내에 배치된 운전석(8)에 착석하는 오퍼레이터를 기준으로 하고 있다.
또한, 붐(4a)에 로터리 인코더(20)가 부착되어 있다. 로터리 인코더(20)는 후술하는 바와 같이 차량 본체에도 부착되어 있다. 아암(4b)의 붐(4a)에 대한 회동은 아암(4b)에 피봇 지지식으로 배치된 레버를 통해 붐(4a)에 부착되어 있는 로터리 인코더(20)에 전해지고, 로터리 인코더(20)는 그 회동 각도에 대응하는 펄스 신호를 출력한다. 붐(4a)의 차량 본체(1a)에 대한 회동은 붐(4a)에 피봇 지지식으로 배치된 레버를 통해 차량 본체(1a)에 부착되어 있는 로터리 인코더(20)에 전해지고, 로터리 인코더(20)는 그 회동 각도에 대응하는 펄스 신호를 출력한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 유압 셔블의 유압 회로에 관해서 설명한다.
도 2는, 전기식의 조작 레버 장치(101)로부터 전기 신호가, 제어용 컨트롤러(30a)에 입력되고, 제어용 컨트롤러(30a)로부터 제어 전기 신호가, 유압 실린더[붐 실린더(4f)]용의 제어 밸브(102)에 공급됨에 따라, 붐 실린더(4f)가 구동되는 구성을 나타내고 있다.
작업기(4)에는 붐(4a), 아암(4b), 버킷(4c)이 설치되어 있고, 이들에 대응하는 붐 실린더(4f), 아암 실린더(4e), 버킷 실린더(4d)가 구동됨으로써, 붐(4a), 아암(4b), 버킷(4c)이 각각 작동된다. 또, 실제의 유압 셔블(1)에서는, 붐(4a), 아암(4b), 버킷(4c)마다 유압 실린더가 설치되지만, 도 2에서는 설명의 편의상, 붐 실린더(4f)를 도시하고 다른 것은 도시되어 있지 않다.
붐 실린더(4f)는, 예를 들어 가변 용량형의 유압 펌프(103)를 구동원으로 하여 구동된다. 유압 펌프(103)는, 엔진(3a)에 의해서 구동된다. 유압 펌프(103)의 경사판(103a)은 서보 기구(104)에 의해서 구동된다. 서보 기구(104)는 제어용 컨트롤러(30a)로부터 출력되는 제어 신호(전기 신호)에 따라서 작동하여, 유압 펌프(103)의 경사판(103a)이 제어 신호에 따른 위치로 변화된다. 또한, 엔진(3a)의 엔진 구동 기구(105)는, 제어용 컨트롤러(30a)로부터 출력되는 제어 신호(전기 신호)에 따라서 작동하여, 제어 신호에 따른 회전수로 엔진(3a)이 회전한다.
유압 펌프(103)의 토출구는, 토출 유로(106)를 통해, 제어 밸브(102)에 연통하고 있다. 제어 밸브(102)는 유로(107, 108)를 통해 붐 실린더(4f)의 유실(40B, 40H)에 연통하고 있다. 유압 펌프(103)로부터 토출된 작동유는, 토출 유로(106)를 통해 제어 밸브(102)에 공급되고, 제어 밸브(102)를 통과한 작동유는, 유로(107 또는 108)를 통해 붐 실린더(4f)의 유실(40B) 또는 유실(40H)에 공급된다.
붐 실린더(4f)에는 위치 센서(10)가 부착되어 있다. 위치 센서(10)는, 피스톤의 스트로크를 계측하는 스트로크 센서이다. 차량 본체(1a)의 붐(4a) 일단을 피봇 지지하는 부위에 로터리 인코더(20)가 부착되어 있다. 로터리 인코더(20)는, 붐(4a)의 회동각을 검지하고, 그 회동각에 따라서 펄스 신호를 출력한다. 위치 센서(10) 및 로터리 인코더(20)는 각각 계측용 컨트롤러(30)에 접속되어 있다.
배터리(109)는, 계측용 컨트롤러(30), 제어용 컨트롤러(30a)를 기동시키는 전원이다. 계측용 컨트롤러(30)는, 배터리(109)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어용 컨트롤러(30a)는, 엔진 키 스위치(110)를 통해 배터리(109)에 전기적으로 접속되어 있다.
엔진 키 스위치(110)가 온(on) 조작되면, 배터리(109)가 엔진(3a)의 시동용 모터(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 엔진(3a)이 시동됨과 함께, 제어용 컨트롤러(30a)에 배터리(109)가 전기적으로 접속되어 제어용 컨트롤러(30a)가 기동된다. 엔진 키 스위치(110)가 오프(off) 조작되면, 제어용 컨트롤러(30a)와 배터리(109)의 전기적인 접속이 차단되어, 엔진(3a)이 정지됨과 함께 제어용 컨트롤러(30a)가 기동 정지된다.
계측용 컨트롤러(30)에는, 엔진 키 스위치(110)의 스위치 상태(온, 오프)를 나타내는 스위치 상태 신호가 입력된다. 계측용 컨트롤러(30)에 입력되는 스위치 상태 신호가 온인 경우에는 계측용 컨트롤러(30)가 기동 상태가 되고, 스위치 상태 신호가 오프가 된 경우에는 계측용 컨트롤러(30)는 기동 정지 상태가 된다.
조작 레버 장치(101)는, 예를 들면 캡(5) 내에 설치된 조작 레버(101a)와, 조작 레버(101a)의 조작 방향 및 조작량을 나타내는 조작 신호를 검출하는 검출부(101b)를 갖고 있다. 검출부(101b)에서 검출된 조작 신호는, 제어용 컨트롤러(30a)에 입력된다. 제어 밸브(102)는 전기 신호선을 통해 제어용 컨트롤러(30a)에 접속되어 있다.
조작 레버(101a)가 조작되면, 조작 레버(101a)의 조작 신호가 제어용 컨트롤러(30a)에 입력되고, 제어용 컨트롤러(30a)에서 제어 밸브(102)를 작동시키기 위한 제어 신호가 생성된다. 제어 신호는 제어용 컨트롤러(30a)로부터 전기 신호선을 통해 제어 밸브(102)에 공급되고, 제어 밸브(102)의 밸브 위치가 변화된다.
계속해서, 도 3을 참조하여, 유압 실린더[버킷 실린더(4d), 아암 실린더(4e), 붐 실린더(4f)]와, 계측용 컨트롤러(30)와, 제어용 컨트롤러(30a)에 관해서 설명한다.
아암 실린더(4e) 및 붐 실린더(4f)에는 각각, 유압 실린더의 스트로크량을 회전량으로서 검출하는 위치 센서(10)가 부착되어 있다. 버킷 실린더(4d)에는, 위치 센서(10)와, 자력 센서(20a)가 부착되어 있다.
붐(4a) 및 차량 본체(1a)의 아암(4b) 및 붐(4a)의 회동축을 지지하는 부위에는, 아암(4b) 및 붐(4a)의 회동량(각도)에 따라 펄스 신호를 출력하는 로터리 인코더(20)가 각각 부착되어 있다. 펄스 신호는 직사각형파이다.
위치 센서(10), 로터리 인코더(20) 및 자력 센서(20a)는, 계측용 컨트롤러(30)에 전기적으로 접속되어 있다. 계측용 컨트롤러(30)에서는, 위치 센서(10), 로터리 인코더(20) 및 자력 센서(20a)의 검출 신호에 기초하여, 버킷 실린더(4d), 아암 실린더(4e), 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이가 계측된다. 또한, 계측용 컨트롤러(30)에서는, 계측된 각 실린더의 스트로크에 기초하여, 버킷(4c)의 위치·자세를 연산한다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 위치 센서(10)에 관해서 설명한다. 설명의 편의상, 붐 실린더(4f)에 부착된 위치 센서(10)에 관해서 설명하지만 아암 실린더(4e)에도 동일한 위치 센서(10)가 부착되어 있다.
붐 실린더(4f)는 실린더 튜브(4X)와, 실린더 튜브(4X) 내에 있어서 실린더 튜브(4X)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 실린더 로드(4Y)를 갖고 있다. 실린더 튜브(4X)에는 피스톤(4V)이 미끄러짐 이동 가능하게 설치되어 있다. 피스톤(4V)에는, 실린더 로드(4Y)가 부착되어 있다. 실린더 로드(4Y)는 실린더 헤드(4W)에 미끄러짐 이동 가능하게 설치되어 있다. 실린더 헤드(4W)와 피스톤(4V)과 실린더 내벽에 의해서 구획된 실이, 실린더 헤드측 유실(40H)을 구성하고 있다. 피스톤(4V)을 통해 실린더 헤드측 유실(40H)과는 반대측의 유실이 실린더 바닥측 유실(40B)을 구성하고 있다. 또, 실린더 헤드(4W)에는, 실린더 로드(4Y)와의 간극을 밀봉하여, 먼지 등이 실린더 헤드측 유실(40H)에 들어가지 않도록 하는 시일 부재가 설치되어 있다.
실린더 헤드측 유실(40H)에 작동유가 공급되고, 실린더 바닥측 유실(40B)로부터 작동유가 배출됨에 따라, 실린더 로드(4Y)가 후퇴된다. 또한, 실린더 헤드측 유실(40H)로부터 작동유가 배출되고, 실린더 바닥측 유실(40B)에 작동유가 공급됨에 따라, 실린더 로드(4Y)가 신장된다. 즉, 실린더 로드(4Y)는 도면 중 좌우 방향으로 직동한다.
실린더 헤드측 유실(40H)의 외부에 있어, 실린더 헤드(4W)에 밀접한 장소에는, 위치 센서(10)를 덮고 위치 센서(10)를 내부에 수용하는 케이스(14)가 설치되어 있다. 케이스(14)는 실린더 헤드(4W)에 볼트 등에 의해서 체결되는 것과 같이, 실린더 헤드(4W)에 고정되어 있다.
위치 센서(10)는 회전 롤러(11)와, 회전 중심축(12)과, 회전 센서부(13)를 갖고 있다. 회전 롤러(11)는, 그 표면이 실린더 로드(4Y)의 표면에 접촉하고 실린더 로드(4Y)의 직동에 따라서 회전 가능하게 설치되어 있다. 즉, 회전 롤러(11)에 의해서, 실린더 로드(4Y)의 직선 운동이 회전 운동으로 변환된다. 회전 중심축(12)은, 실린더 로드(4Y)의 직동 방향에 대하여, 직교하도록 배치되어 있다.
회전 센서부(13)는, 회전 롤러(11)의 회전량(회전 각도)을 검출 가능하게 구성되어 있다. 회전 센서부(13)에서 검출된 회전 롤러(11)의 회전량(회전 각도)을 나타내는 신호는, 전기 신호선을 통해, 계측용 컨트롤러(30)에 보내지고, 이 계측용 컨트롤러(30)에서 붐 실린더(4f)의 실린더 로드(4Y)의 위치(스트로크 위치)로 변환된다.
회전 센서부(13)는 자석(13a)과, 홀 IC(13b)를 갖고 있다. 검출 매체인 자석(13a)은 회전 롤러(11)와 일체로 회전하도록 회전 롤러(11)에 부착되어 있다. 자석(13a)은 회전 중심축(12) 주위의 회전 롤러(11)의 회전에 따라서 회전한다. 자석(13a)은, 회전 롤러(11)의 회전 각도에 따라서, N극, S극이 교대로 교체되도록 구성되어 있다. 자석(13a)은 회전 롤러(11)의 일회전을 일주기로 하고, 홀 IC(13b)에서 검출되는 자력(자속 밀도)이 주기적으로 변동하도록 구성되어 있다.
홀 IC(13b)는 자석(13a)에 의해서 생성되는 자력(자속 밀도)을 전기 신호로서 검출하는 자력 센서이다. 홀 IC(13b)는 회전 중심축(12)의 축방향을 따라서, 자석(13a)으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어 있다.
홀 IC(13b)에서 검출된 전기 신호는, 계측용 컨트롤러(30)에 보내지고, 이 계측용 컨트롤러(30)에서 홀 IC(13b)의 전기 신호가, 회전 롤러(11)의 회전량, 즉 붐 실린더(4f)의 실린더 로드(4Y)의 변위량(스트로크 길이)으로 변환된다. 구체적으로는, 회전 롤러(11)의 회전 반경 d를 이용하여, 회전 롤러(11)가 1회전했을 때의 실린더 로드(4Y)의 직동 변위량은 2πd로서 계산된다.
주로 도 5를 참조하여, 회전 롤러(11)의 회전 각도와, 홀 IC(13b)에서 검출되는 전기 신호(전압)의 관계를 설명한다. 회전 롤러(11)가 회전하고, 그것에 따라서 자석(13a)이 회전하면, 회전 각도에 따라서 홀 IC(13b)를 투과하는 자력(자속 밀도)이 주기적으로 변화되고, 센서 출력인 전기 신호(전압)가 주기적으로 변화된다. 이 홀 IC(13b)로부터 출력되는 전압의 크기로부터 회전 롤러(11)의 회전 각도를 계측할 수 있다.
또한, 홀 IC(13b)로부터 출력되는 전기 신호(전압)의 1주기가 반복되는 수를 카운트함으로써, 회전 롤러(11)의 회전수를 계측할 수 있다. 그리고, 회전 롤러(11)의 회전 각도와, 회전 롤러(11)의 회전수에 기초하여, 붐 실린더(4f)의 실린더 로드(4Y)의 변위량(스트로크 길이)이 계측된다.
계속해서, 도 6∼도 8을 참조하여, 로터리 인코더(20)에 관해서 설명한다. 설명의 편의상, 기초부로서의 차량 본체(1a)와 가동부로서의 붐(4a)과 접속된 로터리 인코더(20)에 관해서 설명하지만, 도 1에 나타낸 바와 같이 기초부로서의 붐(4a)과 가동부로서의 아암(4b)에도 로터리 인코더(20)가 부착되어 있다. 기초부에 대하여 가동부는 회동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 유압 실린더는 기초부에 대하여 가동부를 회동 가능하게 지지한다.
로터리 인코더(20)는 기초부인 차량 본체(1a)에 부착되어 있다. 로터리 인코더(20)는 제1 레버(51), 제1 볼 조인트(52a) 및 제2 볼 조인트(52b), 제2 레버(53)를 통해 가동부인 붐(4a)에 접속되어 있다. 로터리 인코더(20)는, 붐 실린더(4f)에는 접속되어 있지 않기 때문에, 작동유의 작업 시 작동유 온도 상승의 영향은 받기 어렵다. 또, 제1 레버(51), 제1 볼 조인트(52a) 및 제2 볼 조인트(52b), 제2 레버(53)에 관해서는 후술할 것이다.
주로 도 7 및 도 8을 참조하면, 로터리 인코더(20)는, 케이스체(21)와, 회전축(22)과, 베어링(23, 24)과, 원반부(25)와, 발광부(26)와, 수광부(27)를 갖고 있다. 케이스 내에는 회전축(22)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(23, 24)과, 원반부(25)와, 발광부(26)와, 수광부(27)가 수용되어 있다. 회전축(22)의 한쪽 단부는 베어링(23, 24)에 지지되어 있고, 다른쪽 단부는 레버(51)에 접속되어 있다. 케이스체(21) 내에 있어서 회전축(22)에는 회전축(22)과 일체로 회전하도록 원반부(25)가 접속되어 있고, 원반부(25)가 사이에 끼워지도록 발광부(26)와 수광부(27)가 배치되어 있다.
발광부(26)는 수광부(27)에 대하여 발광하는 발광 소자를 갖고 있다. 수광부(27)는 발광부(26)로부터의 발광을 수광 가능한 4개의 수광 소자(27a)를 갖고 있다. 4개의 수광 소자(27a)는, 각각 동일한 폭(W)을 갖고, 직렬로 연속하여 호의 형상으로 배열되어 있다. 수광 소자(27a)는 수광한 광량을 전기 신호로 변환한다. 원반부(25)에는, 발광부(26)로부터의 발광을 수광부(27)에 투과하는 복수의 제1 투과부(25a)가 배치되어 있다. 제1 투과부(25a)는 원주 방향의 폭이 2W인 직경 방향으로 연장되는 대략 직사각형의 슬릿으로, 원반부(25)의 외주 근방에 그 외주와 평행한 고리형으로 2W의 간격으로 배치되어 있다. 제1 투과부(25a)에 의해 형성되는 고리의 내주에 단일의 투과부(25b)가 배치되어 있다. 투과부(25b)는, 직경 방향으로 연장되는 대략 직사각형의 슬릿이다.
원반부(25)는 제1 레버(51) 및 제2 레버(53)에 의해, 차량 본체(1a)에 대한 붐(4a)의 회동에 동기하여 회동한다. 4개의 수광 소자(27a)는, 각각 원반부(25)의 회전에 의해 제1 투과부(25a)와 제2 투과부(25b)를 투과하는 광의 광량에 따라서 전기 신호를 출력한다. 수광부(27)는, 직렬로 연속하는 수광 소자(27a) 중, 떨어져 있는 1번째와 3번째, 및 2번째와 4번째의 수광 소자(27a)로부터의 전기 신호를, 광이 투과한 제1 투과부(25a)의 수에 대응하는 펄스 신호로 각각 변환하고, 계측용 컨트롤러(30)에 출력한다. 1개의 펄스 신호 생성에 2개의 수광 소자(27a)로부터의 전기 신호가 이용되고 있는 것은, 외광 등에 대한 센서의 강건성을 높이기 위함이다.
또한, 수광 소자(27a)가 투과부(25b)를 투과한 광에 의한 전기 신호를 출력하면, 수광부(27)는 대응하는 펄스 신호를 출력한다. 즉, 수광부(27)는 원반부(25)의 회동 각도에 따라서 발생하는 3개의 펄스 신호를 출력한다. 원반부(25)의 회동 각도는 붐(4a)의 회동 각도와 동일하기 때문에, 펄스 신호는 붐 실린더(4f)의 회동 각도에 따라서 출력된다.
구체적으로, 로터리 인코더(20)는, 증분(incremental)형으로서, A상의 펄스 신호와, A상과 90° 위상이 상이한 B상의 펄스 신호와, 원반부(25)의 1회전으로 1번 발생하는 Z상의 펄스 신호(기준 펄스 신호)를 출력 가능하게 구성되어 있다. 계측용 컨트롤러(30)는, A상의 펄스 신호의 펄스수를 카운트한다. 카운트수는, 붐 실린더(4f)의 회동량에 비례한다. 계측용 컨트롤러(30)는, A상과 B상의 위상의 차이로부터 붐(4a)의 회전 방향을 판정한다. 또한 Z상의 펄스 신호에 따라 붐(4a) 회전의 기준 위치가 계측된다. 붐(4a) 회동 가능 각도 범위의 대략 중앙이 기준 위치로 설정된다. 설정 기준 위치는, 계측용 컨트롤러(30)에 기억되어 있다. Z상의 펄스 신호는, Z상에 대응하는 투과부(25a)를 투과한 발광이 원반부(25)에서 차단될 때에 출력된다. 즉, Z상의 펄스 신호는 펄스 신호의 하강 시에 검출된다.
로터리 인코더(20)는 붐(4a) 회동 영역의 대략 중앙의 각도에서 Z상 펄스 신호를 출력한다. 즉, 로터리 인코더(20)는 붐 실린더(4f)의 스트로크 영역의 대략 중앙에서 Z상의 펄스 신호를 출력한다. 본 실시 형태에서 인코더(20)의 설정 기준 위치는 전술한 대로이지만, 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 임의의 위치를 기준 위치로 하여도 좋다. 보다 구체적으로, 로터리 인코더(20)는, 실린더 로드(4Y)의 신장측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드(4Y)의 실린더 튜브(4X) 외측의 일단측으로부터 실린더 로드(4Y)의 수축측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드(4Y)의 실린더 튜브(4X) 내측의 타단측의 범위 내에서 대응하는 붐(4a)의 회동 각도를 기준 위치로 하여 Z상의 펄스 신호를 출력해도 좋다.
계속해서, 계측용 컨트롤러에서 행해지는 처리에 관해서 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 붐(4a)이 승강하는 경우를 예로 설명한다. 붐 실린더(4f)의 신축에 수반하여, 붐(4a)이 승강한다. 붐 실린더(4f)는 붐(4a)이 최고로 상승했을 때에 신장측의 스트로크 엔드에 도달하고, 붐(4a)이 최고로 하강했을 때에 수축측의 스트로크 엔드에 도달한다. 이때의 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이는 위치 센서(10)에 있어서 회전 롤러(11)의 회전량으로서 측정된다.
위치 센서(10)의 회전 롤러(11)(도 4 참조)와 실린더 로드(4Y) 사이에서는, 미소한 미끄러짐(슬립)이 발생하는 것은 피할 수 없고, 이 미끄러짐에 의해서 위치 센서(10)의 검출 결과로부터 얻어지는 실린더 로드(4Y)의 계측 위치와, 실린더 로드(4Y)의 실제의 위치 사이에는, 오차(미끄러짐에 의한 누적 오차)가 생긴다. 따라서, 이 위치 센서(10)의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 계측값을 교정하기 위해서, 리셋 센서로서의 로터리 인코더(20)가 설치되어 있다. 회전 롤러(11)와 로터리 인코더(20)는 계측용 컨트롤러(30)에 접속되어 있고, 계측용 컨트롤러(30)는 로터리 인코더(20)로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이를 교정한다.
주로 도 10을 참조하여, 이 스트로크 길이의 교정을 포함한 계측에 관해서 설명한다.
붐 실린더(4f)가 신장되면, 붐(4a)이 상승한다. 이때의 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이는 위치 센서(10)에 따라서 측정된다. 한편, 로터리 인코더(20)에서는, 붐(4a)의 상승에 따라서, 붐(4a)이 차량 본체(1a)에 대하여 회동함으로써 원반부(25)가 회전한다. 이때, 원반부(25)의 투과부(25a, 25b)를 투과한, 발광부(26)로부터의 발광이 수광부(27)에서 수신됨으로써, 원반부(25)의 회전 각도에 따른 펄스 신호가 수광부(27)로부터 출력된다. 수광부(27)로부터는 A상, B상, Z상의 펄스 신호가 각각 출력된다. Z상의 펄스 신호는, 붐(4a)의 소정의 회동각인 기준 각도와 관련되어 있고, 붐(4a)이 그 기준 각도의 위치에 오면 출력된다.
계측용 컨트롤러(30)에는, 로터리 인코더(20)가 Z상의 펄스 신호를 출력하는 붐(4a)의 자세일 때의 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이가 기억 기준 위치 P로서 기억되어 있다. 기억 기준 위치 P는, 후술하는 초기 교정 시에 교정되어, 교정 기준 위치 P’로서 기억된다.
붐 실린더(4f)의 작동 과정에서, Z상의 펄스 신호 검출 후에, 사전에 정해진 정수회의 A상 펄스 신호에 대응하는 붐 실린더(4f) 스트로크의 길이(L1)의 축소가 검출된다. 길이(L1)는 위치 센서(10)에 의해 검출되는 길이이다.
계측용 컨트롤러(30)에는, 후술하는 초기 교정에 의해서 연산 기억된, 사전에 정해진 정수회 펄스의 A상 펄스 신호에 대한 기준 스트로크 길이(L2)가 기억되어 있다. 계측용 컨트롤러(30)는, 계측 스트로크 길이(L1)와 기준 스트로크 길이(L2)의 차분(L3)을 연산한다.
계측용 컨트롤러(30)는, Z상의 펄스 신호를 검출하여, 붐 실린더(4f)가 작동한 후에 정지할 때에, 상기 차분(L3)에 의해 위치 센서(10)의 계측값을 교정한다.
환언하면, 작업기인 붐(4a)이 기준이 되는 회동각에 도달한 것을 검출한 후, 그 회동각으로부터 다시 소정 각도 회동의 회동을 검출하고, 그동안의 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이를 계측한다. 그 스트로크 길이와, 후술하는 초기 교정에서 미리 기억되어 있는 동일한 순서로 측정된 기준이 되는 스트로크 길이를 비교하여 어긋남을 연산한다. 그리고, 붐(4a)이 정지했을 때에, 그 어긋남을 계측값에 집어 넣는다.
다음으로, 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측을 위한 초기 교정에 관해서 설명한다. 초기 교정에서는, 스트로크 계측의 교정을 위한 기준으로 하는 데이터를 취득한다. 유압 셔블(1)에 의한 작업을 행하기 전에 실시한다.
최초로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 기준 위치(원점 위치)의 교정에 관해서 설명한다. 전술한 바와 같이, Z상의 펄스 신호가 출력되는 붐(4a)의 자세에 대응하는 붐 실린더(4f)의 스트로크의 기준 위치 P가 미리 기억되어 있다. 이 기억된 기준 위치를 보다 정확히 Z상 펄스 신호 출력과 대응시키기 위해서, 작업 전에 교정을 행한다.
도 11(a)를 참조하여, 유압 셔블(1)의 아암(4b)이 신장되어 붐(4a)이 최고로 상승한 자세(작업기 초기 자세)에서, 교정 모드가 온(on)된다(S10). 이 자세에서는, 붐 실린더(4f)의 실린더 로드(4Y)는 신장측의 스트로크단에 위치하고 있다. 아암 실린더(4e)의 실린더 로드는 수축측의 스트로크단에 위치하고 있다.
계속해서, 도 11(b)를 참조하여, 작업기가 작동되고(S11), 아암(4b)이 구부려진다. 이때, 도 3에 나타내는 아암 실린더(4e)가 통상의 작업 시보다도 느린 속도로 그리고 일정한 속도로 구부려진다. 이 아암(4b)이 구부려지는 과정[즉, 아암 실린더(4e)가 신장되는 과정]에서 아암(4b)의 가동 회전 영역의 거의 중간의 회동 각도에 있어서 Z상의 펄스 신호가 출력된다. 계측용 컨트롤러(30)는, 신장측 스트로크단으로부터 Z상 펄스 신호 출력까지의 아암 실린더(4e)의 스트로크를 로터리 인코더(20)의 출력에 의해 연산하고, 대응하는 수축측 스트로크단으로부터의 스트로크를 교정 기준 위치 P’로서 기억한다, 즉, 스트로크의 교정 기준 위치 P’는 아암(4b)의 회동각에 대응하는 펄스 신호의 펄스수에 의해 설정된다(S12).
다음으로, 기준 스트로크 길이(L2) 취득에 관해서 설명한다. Z상의 펄스 신호가 출력되고 나서, 아암 실린더(4e)는 다시 신장되는 방향으로 작동을 계속한다. A상의 펄스 신호가 10회 카운트될 때마다 위치 센서(10)의 전기 신호가 계측용 컨트롤러(30)에 저장되고, 동일하게 총 15회 저장된다. 15회의 전기 신호에 기초한 스트로크 길이가 각각 산출되고, 이들의 평균값이 산출된다. 이렇게 하여, 교정 모드에서의 아암 실린더(4e)의 스트로크 길이의 평균값이 검출된다(S13). 이상과 같이, 계측용 컨트롤러(30)는, 횟수 10회의 A상 펄스 신호에 대응하는 스트로크 길이를 위치 센서(10)에 의해 계측하고, 기준 스트로크 길이(L2)로서 기억한다.
또한, 도 11(c)를 참조하여, 작업기가 작동되고(S11), 붐(4a)이 하강한다. 이때, 도 10에 나타내는 붐 실린더(4f)가 통상의 작업 시보다도 느린 속도로 그리고 일정한 속도로 단축된다. 이 붐(4a)이 내려가는 과정[즉, 붐 실린더(4f)가 수축되는 과정]에서 붐(4a)의 가동 회전 영역의 거의 중간의 회동 각도에 있어서 Z상의 펄스 신호가 출력된다. 계측용 컨트롤러(30)는, 수축측 스트로크단으로부터 Z상 펄스 신호 출력까지의 붐 실린더(4f)의 스트로크를, 위치 센서(10)에 의해 계측하고, 그 스트로크를 교정 기준 위치(L2)로서 기억한다. 이렇게 하여 교정을 위한 초기값인 교정 기준 위치가 취득된다(S12). 그리고, Z상의 펄스 신호가 출력되고 나서 A상의 펄스 신호가 10회 카운트될 때마다 위치 센서(10)의 전기 신호가 계측용 컨트롤러(30)에 저장되고, 동일하게 총 15회 저장된다. 15회의 전기 신호에 기초한 스트로크 길이가 각각 산출되고, 이들의 평균값이 산출된다. 이렇게 하여, 교정 모드에서의 붐 실린더(4f)의 스트로크 길이의 평균값이 검출된다(S13). 계측용 컨트롤러(30)는, 로터리 인코더(20)로부터의 10회의 A상 펄스 신호에 대응하는 스트로크 길이를 위치 센서(10)에 의해 계측하고, 기준 스트로크 길이(L2)로서 기억한다. 그 후, 교정 모드가 오프된다(S14).
붐 실린더(4f)의 스트로크 계측의 기준 위치 교정을 실린더의 단축 방향에서 행하는 것은, 붐 실린더(4f)의 수축측 스트로크단은, 작업기가 그라운드 레벨보다 아래쪽에 위치하기 때문에, 통상, 이용할 수 없기 때문이다.
계속해서, 도 13을 참조하여, 통상의 작업 시에서의 스트로크의 계측, 특히 교정에 관해서 상세히 설명한다. 우선, 통상 모드가 온된다(S20). 그 후, 작업기가 작동된다(S21). 작동 중에, 아암 실린더(4e)의 회동 각도가 기준 각도가 되면, Z상의 펄스 신호가 로터리 인코더(20)에 의해서 출력된다(S22). 기준 각도를 통과하여 아암(4b)이 더욱 회동하면[아암 실린더(4e)가 더욱 신장되면], 로터리 인코더(20)에서 Z상의 펄스 신호가 출력되고 나서 A상의 펄스 신호가 10회 카운트될 때마다 위치 센서(10)의 전기 신호가 계측용 컨트롤러(30)에 저장되고, 동일하게 총 15회 저장된다. 15회의 전기 신호에 기초한 스트로크 길이가 각각 산출되고, 이들의 평균값이 산출된다. 이렇게 하여 아암 실린더(4e)의 10회의 펄스 신호당의 스트로크 길이의 평균값이 검출된다(S23).
또한, 작업기가 작동되고(S11), 붐(4a)이 하강한다. 이때, 도 10에 나타내는 붐(4a)이 통상의 작업 시보다도 빠른 속도로 단축된다. 붐(4a)의 회동각이 기준 각도가 되면, Z상의 펄스 신호가 로터리 인코더(20)에 의해서 출력된다(S22). 기준 각도를 통과한 후의 스트로크 길이가 위치 센서(10)에서 측정된다. 그리고, 로터리 인코더(20)에서 Z상의 펄스 신호가 출력되고 나서 A상의 펄스 신호가 10회 카운트될 때마다 위치 센서(10)의 전기 신호가 계측용 컨트롤러(30)에 저장되고, 동일하게 총 15회 저장된다. 15회의 전기 신호에 기초한 스트로크 길이가 각각 산출되고, 이들의 평균값이 산출된다. 이렇게 하여, 통상 모드에서의 붐 실린더(4f)의 10회의 펄스 신호당 스트로크 길이의 평균값이 검출된다(S23).
교정 모드에서의 아암 실린더(4e)의 스트로크 길이의 평균값[기준 스트로크 길이(L2)]과 통상 모드에서의 아암 실린더(4e)의 스트로크 길이의 평균값이 비교된다(S24). 그리고, 교정 모드에서의 아암 실린더(4e)의 스트로크 길이의 평균값에 기초하여, 통상 모드에서의 아암 실린더(4e)의 스트로크 길이의 평균값이 보정됨으로써, 통상 모드의 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다(S25). 이 스트로크 길이의 어긋남의 보정은, 유압 실린더[아암 실린더(4e), 붐 실린더(4f)]가 정지한 상태에서 행해진다. 이 유압 실린더가 정지한 상태란, 작업기의 이동이 정지된 상태이다.
또, 이상의 실시 형태에서는, 초기값의 설정 시에 실린더 로드(4Y)가 실린더 튜브(4X)에 대하여 이동하는 방향과 동일한 방향으로 실린더 로드(4Y)를 실린더 튜브(4X)에 대하여 이동시켜 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다. 즉, 교정 모드에서의 아암 실린더(4e), 붐 실린더(4f)의 이동 방향과, 통상 모드에서의 아암 실린더(4e)와 붐 실린더(4f)의 이동 방향은 동일한 방향으로 설정되어, 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다.
다음으로, 도 6 및 도 14를 참조하여, 제1 레버(51), 제1 볼 조인트(52a) 및 제2 볼 조인트(52b), 제2 레버(53)에 관해서 설명한다. 제1 레버(51)는 붐(4a)의 회동을 로터리 인코더(20)에 전달하기 위한 것이다. 제1 레버(51)는 회전축(22)(도 7 참조)과 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 제1 레버(51)의 일단은 차량 본체(1a)에 부착된 로터리 인코더(20)의 회전축(22)에 접속되어 있다. 제1 레버(51)의 타단은, 제1 볼 조인트(52a)를 통해 제2 레버(53)의 일단에 회동 가능하게 접속되어 있다. 제1 볼 조인트(52a)는 볼트(54)로 제1 레버(51)에 고정되어 있다.
제2 레버(53)는 그 일단이 제1 레버(51)에 제1 볼 조인트(52a)를 통해 접속되고, 그 타단은 제2 볼 조인트(52b)를 통해 붐(4a)에 접속되어 있다. 제2 레버(53)는 붐(4a)을 따라서 연장되어 있다. 제2 볼 조인트(52b)는 제2 레버(53)에 회동 가능하게 부착되고, 그리고 붐(4a)에 부착되어 있다. 제2 볼 조인트(52b)는 볼트(55)로 붐(4a)에 고정되어 있다.
전술한 구조에 의해, 로터리 인코더(20)의 회전축(22)은, 붐(4a)의 차량 본체(1a)에 대한 회동량과 동일한 회전을 행한다. 또한, 로터리 인코더(20)와 붐(4a)을, 1개의 레버가 아니고, 이상과 같이 1개의 볼 조인트에 의해 연결되는 2개의 레버에 의해 접속함으로써, 붐(4a)으로부터의 부하 또는 진동의 인코더(20)로의 전파를 경감할 수 있다. 부하 또는 진동을 경감시킨 결과로서, 로터리 인코더(20)의 파손을 막아, 계측의 정밀도를 높일 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 15를 참조하여, 버킷 실린더(4d)에 설치된 자력 센서(20a)에 관해서 설명한다.
전술한 바와 같이 위치 센서(10)의 회전 롤러(11)와 실린더 로드(4Y) 사이에서는, 미소한 미끄러짐(슬립)이 발생하는 것은 피할 수 없고, 이 미끄러짐에 의해서 위치 센서(10)의 검출 결과로부터 얻어지는 실린더 로드(4Y)의 계측 위치와, 실린더 로드(4Y)의 실제의 위치 사이에는 오차(미끄러짐에 의한 누적 오차)가 생긴다. 버킷 실린더(4d)는 붐 실린더(4f) 및 아암 실린더(4e)에 비해 스트로크 길이의 검출 정밀도가 요구되지 않는다. 이 때문에, 버킷 실린더(4d)에는, 위치 센서(10)의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를 기준 위치(원점 위치)로 리셋하기 위해서, 리셋 센서로서 자력 센서(20a)가 부착되어 있다.
자력 센서(20a)는 실린더 튜브(4X)의 외부에 부착되어 있다. 자력 센서(20a)는, 피스톤(4V)의 직동 방향을 따라서 소정 거리만큼 이격되어 배치된 2개의 자력 센서(61, 62)를 갖고 있다. 자력 센서(61, 62)는, 기지의 기준 위치(원점 위치)에 설치되어 있다. 피스톤(4V)에는 자력선을 생성하는 자석(63)이 설치되어 있다. 자력 센서(61, 62)는 자석(63)에서 생성된 자력선을 투과하여 자력(자속 밀도)을 검출하고, 자력(자속 밀도)에 따른 전기 신호(전압)를 출력한다. 자력 센서(61, 62)에서 검출된 신호는 계측용 컨트롤러(30)에 보내지고, 이 계측용 컨트롤러(30)에서는, 자력 센서(61, 62)의 검출 결과에 기초하여, 위치 센서(10)의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를 기준 위치(원점 위치)에 리셋하는 처리가 실행된다.
제어용 컨트롤러(30a)는, 통신 단말(41) 및 안테나(9)를 경유하여 통신 위성(43)과 정보를 송수신 가능하다. 통신 위성(43)으로부터 통신 단말(41) 및 안테나(9)에 의해서 수신한 정보에 기초하여 검출한 작업기(4)의 날끝의 수평 위치 및 수직위치에 관한 위치 정보를 제어용 컨트롤러(30a) 및 계측용 컨트롤러(30)에 송신함으로써, 해당 위치 정보에 기초하여 작업기(4)의 날끝을 자동 제어할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 작용 효과에 관해서 설명한다.
본 발명 일 실시 형태의 유압 셔블(1)에 따르면, 계측용 컨트롤러(30)는 로터리 인코더(20)로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정한다. 이 펄스 신호는 정확히 검출할 수 있기 때문에, 로터리 인코더(20)에서 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정함으로써 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블(1)에 있어서, 로터리 인코더(20)는, 작동유의 온도의 영향을 받지 않는 차량 본체(1a) 등에 설치되어 있다. 이 로터리 인코더(20)가 출력하는 작업기의 회동량에 대응하는 펄스 신호를 기준으로 하여 위치 센서(10)의 계측값을 교정하기 때문에, 이에 따라, 작업 중에 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정하고, 정확한 스트로크 길이의 계측을 할 수 있다.
전술한 유압 셔블(1)에 있어서, 로터리 인코더(20)는, 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 기준 위치에서 기준 펄스 신호를 출력한다. 유압 셔블에서는, 작업 중에 유압 실린더의 스트로크 엔드에 유압 실린더가 도달하는 일은 적기 때문에, 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 위치를 기준 위치로 함으로써 작업 중에 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블(1)에 있어서, 로터리 인코더(20)는, 실린더 로드(4Y)의 신장측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드(4Y)의 실린더 튜브(4X) 외측의 일단측으로부터 실린더 로드(4Y)의 수축측의 스트로크 엔드 위치에 대한 실린더 로드(4Y)의 실린더 튜브(4X) 내측의 타단측의 범위 내에 위치하는 기준 위치에서 Z상의 펄스 신호를 출력한다. 해당 범위 내의 위치를 기준 위치로 함으로써 작업 중에 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있다.
전술한 유압 셔블(1)에 있어서, 동일한 정수회의 A상 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이와 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이를 비교하여, 스트로크 길이의 어긋남을 보정할 수 있다. 또한, 정수회의 A상 펄스 신호가 이용되기 때문에, 한 번의 A상 펄스 신호 당 기준 스트로크 길이 및 계측된 스트로크 길이의 오차의 영향을 억제할 수 있다.
전술한 유압 셔블(1)에 있어서, 기준 스트로크 길이 및 스트로크 길이의 측정에서의 원반부(25)의 회동 방향은 동일하며, 이에 따라 원반부(25)의 회동 방향이 상이함에 따라 생기는 오차를 배제할 수 있기 때문에, 보다 정밀도가 높은 보정을 행할 수 있다.
상기의 유압 셔블(1)은, 제1 볼 조인트(52a)를 사이에 두고 접속된 제1 레버(51)와 제2 레버(53)를 통해 작업기(4)의 회동을 로터리 인코더(20)에 전파시키고, 로터리 인코더(20)에서 그 회동량을 계측하고 있다. 이에 따라, 작업기(4)로부터의 부하 또는 진동이 직접 로터리 인코더(20)에 전파되지 않기 때문에, 회동량 계측의 정밀도가 좋고, 또한 로터리 인코더(20)의 수명이 길어진다.
본 발명의 일 실시 형태의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법은 이하의 공정을 구비하고 있다. 차량 본체(1a) 및 붐(4a)의 어느 것으로 이루어지는 기초부에 대하여 붐(4a) 및 아암(4b)의 어느 것으로 이루어지는 가동부를 회동 가능하게 지지하는 유압 실린더의 스트로크 길이가 회전량으로서 위치 센서(10)에서 측정된다. 발광부(26)로부터의 발광을 수광부(27)에 투과하는 복수의 투과부(25a)가 배치되고 기초부에 대한 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부(25)의 회동 각도에 대응하여 발생하고 작업기(4)의 스트로크 길이에 회동 각도가 대응되는 펄스 신호가, 복수의 투과부(25a)를 투과한 발광에 기초하여 수광부에 의해 형성되어 로터리 인코더(20)에서 출력된다. 로터리 인코더(20)로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 제어부(30)에서 보정된다. 이 펄스 신호는 정확히 검출할 수 있기 때문에, 로터리 인코더(20)로부터 출력된 펄스 신호에 기초하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 보정됨으로써, 스트로크 길이의 어긋남을 정확히 보정하여 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측할 수 있다.
전술한 일 실시 형태의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법에서는, 유압 실린더의 정지 시에, 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다. 유압 실린더의 정지 시에 스트로크 길이의 어긋남을 보정함으로써, 스트로크 길이를 정확히 계측할 수 있다.
전술한 일 실시 형태의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법에서는, 기준 위치로부터 정수개의 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이에 의해, 정수개의 펄스 신호에 대응하여 위치 센서(10)에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남이 보정된다. 이 때문에, 항상 동일한 스트로크 위치에서의 교정이 가능해진다. 그 결과, 교정의 정밀도, 즉, 계측의 정밀도가 좋아진다.
전술한 일 실시 형태의 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법에서는, 동일 방향으로 실린더 로드(4Y)를 실린더 튜브(4X)에 대하여 이동시켜 스트로크 길이의 어긋남이 보정되기 때문에, 실린더 로드(4Y)가 실린더 튜브(4X)에 대하여 이동하는 방향이 상이한 경우에 생기는 위치 센서(10)의 미끄러짐에 의한 스트로크 길이의 어긋남을 배제할 수 있다.
여기에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해서 표시되고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되도록 의도된다.
1 : 유압 셔블 1a : 차량 본체
2 : 하부 주행체 2a : 크롤러 벨트
3 : 상부 선회체 3a : 엔진
3b : 선회 모터 4 : 작업기
4a : 붐 4b : 아암
4c : 버킷 4d : 버킷 실린더
4e : 아암 실린더 4f : 붐 실린더
4V : 피스톤 4W : 실린더 헤드
4X : 실린더 튜브 4Y : 실린더 로드
5 : 캡 6 : 엔진 룸
7 : 카운터 웨이트 8 : 운전석
9 : 안테나 10 : 위치 센서
11 : 회전 롤러 12 : 회전 중심축
13 : 회전 센서부 13a, 63 : 자석
14 : 케이스 20 : 로터리 인코더
20a, 61 : 자력 센서 21 : 케이스
22 : 회전축 23 : 베어링
25 : 원반부 25a : 투과부
26 : 발광부 27 : 수광부
30 : 계측용 컨트롤러(제어부) 30a : 제어용 컨트롤러
40B : 실린더 바닥측 유실 40H : 실린더 헤드측 유실
51 : 제1 레버 52a : 제1 볼 조인트
52b : 제2 볼 조인트 53 : 제2 레버
101 : 조작 레버 장치 101a : 조작 레버
101b : 검출부 102 : 제어 밸브
103 : 유압 펌프 103a : 경사판
104 : 서보 기구 105 : 엔진 구동 기구
106 : 토출 유로 107, 108 : 유로
109 : 배터리 110 : 엔진 키 스위치.

Claims (11)

  1. 차량 본체 및 붐 중 어느 하나로 이루어지는 기초부와,
    상기 기초부에 대하여 회동 가능하게 지지된 가동부와,
    상기 기초부에 대하여 상기 가동부를 회동 가능하게 지지하는 유압 실린더와,
    상기 유압 실린더에 부착되어 상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 측정하는 위치 센서와,
    상기 기초부와 상기 가동부에 걸쳐 부착되고, 발광부와, 상기 발광부로부터의 발광을 수광 가능한 수광부와, 상기 발광부로부터의 발광을 상기 수광부에 투과하는 복수의 투과부가 배치되고 상기 기초부에 대한 상기 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부를 갖는 로터리 인코더로서, 상기 원반부의 회동 각도에 대응하여 발생하며 상기 가동부의 회동 각도에 상기 원반부의 회동 각도가 대응되는 펄스 신호를, 상기 복수의 투과부를 투과한 발광에 기초하여 상기 수광부가 출력하는 것인 로터리 인코더와,
    상기 로터리 인코더로부터 출력된 상기 펄스 신호에 기초하여 상기 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하여 상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측하는 제어부
    를 구비한, 유압 셔블.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로터리 인코더는, 상기 펄스 신호로서의 A상의 펄스 신호를 출력하고, 또한 상기 A상의 펄스 신호와 90°만큼 위상이 상이한 B상의 펄스 신호와, 상기 유압 실린더의 스트로크 엔드 이외의 기준 위치에서의 Z상의 펄스 신호를 출력하는 것인 유압 셔블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유압 실린더는, 실린더 튜브와, 상기 실린더 튜브 내에 있어서 상기 실린더 튜브에 대하여 상대적으로 이동 가능한 실린더 로드를 포함하고,
    상기 로터리 인코더는, 상기 실린더 로드의 신장측의 스트로크 엔드 위치에 대한 상기 실린더 로드의 상기 실린더 튜브 외측의 일단측으로부터 상기 실린더 로드의 수축측의 스트로크 엔드 위치에 대한 상기 실린더 로드의 상기 실린더 튜브 내측의 타단측의 범위 내에 위치하는 상기 기준 위치에서 상기 Z상의 펄스 신호를 출력하는 것인 유압 셔블.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 Z상의 펄스 신호가 출력된 후의 정수회의 상기 A상의 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이를 기억하고 있고,
    상기 제어부는, 상기 기준 스트로크 길이에 의해, 상기 정수회의 상기 A상의 펄스 신호에 대응하여 상기 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하는 것인 유압 셔블.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기준 스트로크 길이 및 상기 스트로크 길이의 측정에서의 상기 원반부의 회동 방향은 동일한 것인 유압 셔블.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기초부에 부착된 상기 로터리 인코더에 접속된 제1 레버와,
    상기 가동부에 접속된 제2 레버와,
    상기 제1 레버와 상기 제2 레버를 회동 가능하게 접속하는 볼 조인트
    를 더 구비하는 유압 셔블.
  7. 차량 본체 및 붐 중 어느 하나로 이루어지는 기초부에 대하여 가동부를 회동 가능하게 지지하는 유압 실린더의 스트로크 길이를 측정하는 공정과,
    상기 기초부에 대한 상기 가동부의 회동 각도에 대응되는 신호를 출력하는 공정과,
    상기 신호에 기초하여 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하여 상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측하는 공정
    을 구비한, 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 측정하는 공정은, 상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 회전량으로 하여 회전 센서에서 측정하는 공정
    을 포함하고,
    상기 신호를 출력하는 공정은, 발광부로부터의 발광을 수광부에 투과하는 복수의 투과부가 배치되고 상기 기초부에 대한 상기 가동부의 회동에 동기하여 회동하는 원반부의 회동 각도에 대응하여 발생하며 상기 유압 실린더의 스트로크 길이에 상기 회동 각도가 대응되는 펄스 신호를, 상기 복수의 투과부를 투과한 발광에 기초하여 상기 수광부가 형성하여, 로터리 인코더에서 출력하는 공정
    을 포함하고,
    상기 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측하는 공정은, 상기 로터리 인코더로부터 출력된 상기 펄스 신호에 기초하여 상기 회전 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 제어부에서 보정하는 공정
    을 포함하는 것인 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부에서 보정하는 공정은, 상기 유압 실린더의 정지 시에, 상기 로터리 인코더로부터 출력된 상기 펄스 신호에 기초하여 상기 회전 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하는 공정을 포함하는 것인 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제어부에서 보정하는 공정은, 기준 위치로부터 정수개의 상기 펄스 신호에 대응하는 기준 스트로크 길이에 의해, 상기 정수개의 펄스 신호에 대응하여 상기 위치 센서에서 측정된 스트로크 길이의 어긋남을 보정하는 공정을 포함하는 것인 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기준 스트로크 길이 및 상기 스트로크 길이의 측정에서의 상기 유압 실린더의 실린더 로드의 실린더 튜브에 대한 이동 방향은 동일한 것인 유압 셔블의 유압 실린더의 스트로크 계측 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170139101A (ko) * 2015-10-28 2017-12-18 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 기계의 교정 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 교정 방법
WO2021095996A1 (ko) * 2019-11-15 2021-05-20 한국항공대학교산학협력단 각변위 센서를 적용한 mr댐퍼 착륙장치

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012021191B4 (de) * 2012-10-30 2016-03-03 Deere & Company Lader
JP6083736B2 (ja) * 2013-01-11 2017-02-22 株式会社やまびこ ブームスプレーヤ及びブーム昇降装置
US9909282B2 (en) 2015-01-29 2018-03-06 Komatsu Ltd. Work vehicle
KR101733963B1 (ko) * 2015-03-27 2017-05-10 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법
JP6619603B2 (ja) * 2015-06-10 2019-12-11 キャタピラー エス エー アール エル 建設機械の作業腕装置
JP6484595B2 (ja) * 2016-09-02 2019-03-13 株式会社小松製作所 作業車両
JP6941108B2 (ja) * 2016-09-30 2021-09-29 住友重機械工業株式会社 ショベル
ES2959695T3 (es) 2016-11-02 2024-02-27 Doosan Bobcat North America Inc Sistema y procedimiento para definir una zona de funcionamiento de un brazo elevador
KR101966267B1 (ko) 2016-11-09 2019-04-05 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법
JP6761869B2 (ja) * 2016-11-17 2020-09-30 株式会社小松製作所 ストローク位置検出機能付き油圧シリンダ
JP6714534B2 (ja) * 2017-03-29 2020-06-24 日立建機株式会社 建設機械
JP6437036B2 (ja) * 2017-03-30 2018-12-12 本田技研工業株式会社 アクチュエータの設定方法及び流体圧制御回路
CN107795545B (zh) * 2017-10-20 2023-12-05 东莞市嘉刚机电科技发展有限公司 转角油压缸s杆转角精度检测机构
CN107941144B (zh) * 2017-12-27 2023-04-07 雷沃重工集团有限公司 挖掘机斗杆旋转角度测量装置
JP7128642B2 (ja) * 2018-04-04 2022-08-31 ナブテスコ株式会社 油圧駆動装置
JP2021001537A (ja) 2019-06-20 2021-01-07 ジョイ・グローバル・サーフェイス・マイニング・インコーポレーテッド 自動ダンプ制御を備えた産業機械
JP7263964B2 (ja) * 2019-07-30 2023-04-25 株式会社タダノ コントローラ、ブーム装置、及びクレーン車
CN111351457B (zh) * 2020-02-21 2022-01-25 国家电网有限公司 抽水蓄能机组顶盖螺栓残余伸长量的测量方法及装置
CN113945231A (zh) * 2020-07-16 2022-01-18 霍尼韦尔国际公司 位置传感器
JP7127715B2 (ja) 2020-09-28 2022-08-30 日本精機株式会社 作業支援システムの制御方法、作業支援システムの制御プログラム
JP7533163B2 (ja) 2020-11-27 2024-08-14 日本精機株式会社 作業支援システムの制御方法、作業支援システムの制御プログラム
CN113757222B (zh) * 2021-09-21 2024-01-26 天地科技股份有限公司 一种液压缸伸缩行程测量装置与方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01174295A (ja) * 1987-12-25 1989-07-10 Nissan Motor Co Ltd ステップモータ駆動装置
JP2649185B2 (ja) 1990-06-25 1997-09-03 富士写真光機株式会社 超音波検査装置
JPH04345516A (ja) * 1991-05-24 1992-12-01 Kayaba Ind Co Ltd ショックアブソーバ装置
JPH0575603U (ja) * 1992-03-18 1993-10-15 株式会社ミクロテック 位置検出器付きシリンダ
JPH0666597A (ja) 1992-08-18 1994-03-08 Toyota Motor Corp アブソリュート型ロータリエンコーダ
JPH06336751A (ja) * 1993-05-27 1994-12-06 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械の油圧駆動装置
KR960024253A (ko) * 1994-12-23 1996-07-20 김무 산업용 작업기기의 회전체변위 측정장치
JPH102706A (ja) * 1996-06-17 1998-01-06 Toyota Motor Corp 変位検出装置
CN1201118A (zh) * 1997-03-25 1998-12-09 三星重工业株式会社 用于行程传感缸的绝对位置检测方法
US6005395A (en) * 1997-11-12 1999-12-21 Case Corporation Method and apparatus for sensing piston position
JP3725329B2 (ja) * 1998-04-20 2005-12-07 日立建機株式会社 建設機械の駆動部材の位置検出装置
JP3153192B2 (ja) * 1998-10-07 2001-04-03 新キャタピラー三菱株式会社 作業用機械の干渉回避制御装置
JP2000240604A (ja) * 1999-02-24 2000-09-05 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械における旋回制御装置
JP4525101B2 (ja) * 2004-02-17 2010-08-18 アイシン精機株式会社 変位センサ装置
JP3986074B2 (ja) * 2004-03-04 2007-10-03 サムタク株式会社 多回転型絶対値エンコーダ
JP4606177B2 (ja) * 2005-01-14 2011-01-05 東洋電機製造株式会社 初期位相検出装置
JP4628815B2 (ja) * 2005-02-18 2011-02-09 株式会社小松製作所 シリンダの位置計測装置
JP4574406B2 (ja) * 2005-03-18 2010-11-04 株式会社小松製作所 油圧作業機械における油圧シリンダのストローク位置計測装置
JP4533928B2 (ja) 2007-12-28 2010-09-01 シーケーディ株式会社 電動アクチュエータ
JP5312269B2 (ja) 2009-09-14 2013-10-09 テクノアート 有限会社 油圧ポンプ及び油圧ポンプを用いる圧縮試験装置
JP2012255709A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 Komatsu Ltd ロータリエンコーダ
CN103597147B (zh) * 2011-06-10 2016-05-25 日立建机株式会社 作业机械
JP5617774B2 (ja) * 2011-06-23 2014-11-05 コベルコ建機株式会社 作業機械

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170139101A (ko) * 2015-10-28 2017-12-18 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 기계의 교정 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 교정 방법
US10968607B2 (en) 2015-10-28 2021-04-06 Komatsu Ltd. Calibration device of work machine, work machine, and calibration method of work machine
WO2021095996A1 (ko) * 2019-11-15 2021-05-20 한국항공대학교산학협력단 각변위 센서를 적용한 mr댐퍼 착륙장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014137343A (ja) 2014-07-28
CN104254754B (zh) 2016-06-08
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WO2014112129A1 (ja) 2014-07-24
KR101621672B1 (ko) 2016-05-16
CN104254754A (zh) 2014-12-31
DE112013000164T5 (de) 2015-08-20
JP5401616B1 (ja) 2014-01-29
US9115483B2 (en) 2015-08-25
DE112013000164B3 (de) 2015-07-30

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