(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータに設けられ、アクチュエータの行程方向にその範囲内において変化がなく第一基準列と第一基準列とは異なる第二基準列とを有する基準部と、ストローク位置を特定できるように変化させる符号化部とを有するパターンと、
前記パターンの基準部の第一、第二基準列をそれぞれ検知して当該検知結果に基づき基準信号を出力する基準検知部と、前記パターンの符号化部を検知して当該検知結果に基づき位置信号を出力する位置検知部とを有する検知手段と、
前記基準検知部の第一基準列の基準信号に基づくしきい値と第二基準列の基準信号に基づくしきい値とを補正し、当該しきい値により位置検知部の位置信号を判断し、位置検知部による符号化部を判断するとともに両しきい値からパターンの劣化度合いを示す制御装置とを備えたことを特徴とするアクチュエータの行程位置検知装置。
【請求項２】
前記パターンの基準部は前記パターンを描画していない箇所とは異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの行程位置検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの行程位置を検知する行程位置検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業装置を備えた建設機械や特装車は、作業装置の駆動源である油圧シリンダ（アクチュエータ）の行程位置（ストローク位置）を検知し、その位置の検知結果から作業装置の姿勢を把握することで、所望の姿勢で作業装置の速度を増減したり作業装置を停止したりしている。そして、油圧シリンダのストローク位置を把握するため、例えば油圧シリンダのロッドに符号化したパターンを描画し、複数のセンサ（位置検知部）をシリンダチューブに固定し、パターンと複数のセンサとを相対的に移動させるとともに複数のセンサでパターンを読み取り、複数のセンサの検知または非検知状態からストローク位置を把握するようにしている。
【０００３】
模式的にストローク位置を検知から把握するまでを図７を用いて説明する。図７（ａ）はロッドに描画したパターンで、Ｌ０１〜Ｌ０３までの３本のラインを有し、そのラインをそれぞれ８等分している。なお、荒面Ｘｎは図中に黒く塗りつぶして示し、ショットブラストによりロッド表面を荒くなるように表面処理した箇所である。それ以外の箇所は輝面Ｘｐであり、クロムメッキが施されたままの箇所である。ラインＬ０１〜Ｌ０３は、荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとを選択配置することにより符号化している。
【０００４】
そして、図７（ｂ）に示すＳ０１〜Ｓ０３は反射形光電近接センサであり、検出光を検出対象物に照射しその反射光を受けて反射光の大きさ（光量）に応じた出力信号（電圧値）を出力する。なお、センサＳ０１〜Ｓ０３は、ラインＬ０１〜Ｌ０３をそれぞれ検知している。制御装置Ｃ０は、センサＳ０１〜Ｓ０３からの出力信号から、例えばＳ０１が「なし」，Ｓ０２が「あり」，Ｓ０３が「なし」であったとき、制御装置Ｃ０は、Ｓ０１とＳ０３とは出力値が無いためＬ０１及びＬ０３は荒面Ｘｎを、一方Ｓ０２は出力値があるため輝面Ｘｐをそれぞれ検知したと判断する。そして、予め制御装置Ｃ０のメモリ内に保存したテーブルから、輝面Ｘｐと荒面Ｘｎの組み合わせと一致する位置として「位置７」を選択し、現在のストローク位置が「位置７」であることを認識する。なお、３つのセンサの検知結果の組み合わせと位置とは一対一になるように（重複しないように）設定されている。
このように当該検知装置によると、油圧シリンダのストローク位置を８つの位置のいずれの場所にあるのかを把握することができ、作業装置を所望のとおりに動作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４８５９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、経年使用により、符号化したパターンが薄くなってくると、本来は位置検知部がパターンを検知してそれに相当する出力信号を出力しなければならなかったにもかかわらず、パターンを検知していない場合に相当する出力信号しか出力されないことがある。図８は、経年劣化後の状態を示した図である。図８（ａ）が劣化したパターンを示し、図８（ｂ）が劣化したパターンを各センサＳ０１〜Ｓ０３が検出した出力信号である。ここで、実際は「位置７」に相当するところまでシリンダが伸長していた場合を例にあげて説明する。荒面Ｘｎは本来、センサが発した光を乱反射させてセンサに返す光量が小さくするところ、経年変化した荒面Ｘｎは凹凸が小さくなり、センサが発した光をセンサに向かって反射してしまうことになる。すると、パターンを検知する各センサ（特にセンサＳ０１）の出力値は、Ｓ０１が「あり」，Ｓ０２が「あり」，Ｓ０３が「あり」となってしまう。制御装置Ｃ０は、全て出力値があることから輝面Ｘｐを検知したとみなし、全て輝面Ｘｐの組み合わせと一致する位置として「位置１」であると判断してしまう。このように制御装置Ｃ０はセンサＳ０１〜Ｓ０３からの出力信号が「常に輝面Ｘｐを検知している」と誤認することとなり、「全てのセンサが輝面Ｘｐを検知」に対応する位置からアクチュエータが動作していないと判断してしまう恐れがある。
【０００７】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、経年使用によりパターンが劣化してしまっても、位置検知部からの出力から符号化部を適切に認識し、ストローク位置を判断できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明のアクチュエータの行程位置検知装置は、アクチュエータに設けられ、アクチュエータの行程方向にその範囲内において変化がなく第一基準列と第一基準列とは異なる第二基準列とを有する基準部と、ストローク位置を特定できるように変化させる符号化部とを有するパターンと、前記パターンの基準部の第一、第二基準列をそれぞれ検知して当該検知結果に基づき基準信号を出力する基準検知部と、前記パターンの符号化部を検知して当該検知結果に基づき位置信号を出力する位置検知部とを有する検知手段と、前記基準検知部の第一基準列の基準信号に基づくしきい値と第二基準列の基準信号に基づくしきい値とを補正し、当該しきい値により位置検知部の位置信号を判断し、位置検知部による符号化部を判断するとともに両しきい値からパターンの劣化度合いを示す制御装置とを備えたことを特徴とする。本発明によるとパターンが変化することにより、位置検知部からの位置信号が変化したとしても、同じ程度変化した基準検知部の基準信号を基準にするため、符号化部の状態を認識することができる。
【０００９】
さらに、前記パターンの基準部は前記パターンを描画していない箇所とは異なるようにしてもよく、これによりロッドが回転して、パターンと検知手段との位置がずれてしまったことを基準検知部の検出結果から知ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるとパターンが変化することにより、位置検知部からの位置信号が変化したとしても、同じ程度変化した基準検知部の基準信号を基準にするため、符号化部の状態を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の行程位置検知装置を備えた油圧シリンダの一部断面図である。
【図２】本発明のパターンを平面に展開した図である。
【図３】経年劣化後のパターンＸを検出し、ストローク位置を把握するまでの過程を模式的に示した図である。
【図４】制御装置内における補正処理を模式的に示した図である。
【図５】制御装置内における輝面側の補正処理を模式的に示した図である。
【図６】他の処理を模式的に示した図である。
【図７】従来の処理を模式的に示した図であり、経年劣化前の状態を示す図である。
【図８】従来の処理を模式的に示した図であり、経年劣化後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明を適用した油圧シリンダ１の一部破断図である。
【００１３】
油圧シリンダ１はシリンダチューブ２とシリンダチューブ２に挿入したピストン３と、ピストン３に固定したロッド４とを備えている。
【００１４】
前記シリンダチューブ２は、円筒状のチューブ本体２１とチューブ本体２１の一端に溶接固定したヘッドキャップ２３と、他端に固定されたロッドカバー２４とからなる。ヘッドキャップ２３の中央には孔２３ａを備えており、ロッドカバー２４は、チューブ本体２１の内壁に形成した雌ねじ２１ａにその外周に設けた雄ねじ２４ａを合致させ、螺入することにより固定している。
チューブ本体２１の外周には伸長側のポート２１ａと、収縮側のポート２１ｂとを穿設している。なお、ポート２１ａとポート２１ｂとにはそれぞれ継手２２ａ、２２ｂを固定している。
【００１５】
ロッド４の一端にはロックナット４１によりピストン３が固定してあり、ロッド４の他端は、ロッドカバー２４に設けた孔２４ｂを貫通してシリンダチューブ２の外部に突出している。そして、ロッド４の突出した他端には、孔４２ａを備えたリング４２を溶接固定している。
【００１６】
ロッド４の外周にはパターンＸがショットブラストにより描かれている。
ロッドカバー２４の端面にはロッド４のパターンＸを読み取るためのセンサ群Ｓを固定している。センサ群Ｓの出力信号は、制御装置Ｃに入力され、パターンＸからシリンダ１のストロークを把握できるようにしている。
【００１７】
図２は、ロッド４の外周に描いたパターンＸを平面に展開した図である。
【００１８】
パターンＸは、符号化部Ｘａと、基準部Ｘｂとを備えている。パターンＸの符号化部Ｘａは９本のラインＬ１〜Ｌ９を有し、一般的にはグレーコードと呼ばれる模様を描画しており、ロッド４の周方向（図中縦方向）におけるラインＬ１〜Ｌ９の荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとの組み合わせは、油圧シリンダ１のストローク全てにおいて重複することはなく、ラインＬ１〜Ｌ９の荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとの組み合わせより油圧シリンダ１のストローク位置を制御装置Ｃは把握することができる。
【００１９】
一方、基準部Ｘｂは、第一基準列Ｌｎと第二基準列Ｌｐとを有している。第一基準列ＬｎはパターンＸが描画されている範囲において油圧シリンダ１のストローク方向にわたってすべてが荒面Ｘｎとなるように表面処理を施している。第二基準列Ｌｐは、パターンＸが描画されている範囲において油圧シリンダ１のストローク方向にわたり荒面Ｘｎが施されておらず、クロムメッキが施されたままである。
【００２０】
センサ群Ｓは、符号化部ＸａのラインＬ１〜Ｌ９をそれぞれ検知する位置検知センサＳ１〜Ｓ９（位置検知部）と、基準部Ｘｂの第一及び第二基準列Ｌｎ，Ｌｐとをそれぞれ検知する基準センサＢｎ及びＢｐ（基準検知部）とからなる。センサ群Ｓの各センサは反射形光電近接センサである。本位置検知センサＳ１〜Ｓ９及び基準センサＢｎ，Ｂｐは、検出光を検出対象物に照射しその反射光を受けて反射光の大きさ（光量）に応じた出力信号（電圧値）を出力する。そして、本実施例では、輝面Ｘｐをセンサ群Ｓが検知した場合にはその出力信号として１０ｍＶを出力し、荒面Ｘｎを検知した場合には出力信号として０ｍＶを出力するように設定している。
なお、位置検知センサＳ１〜Ｓ９が出力する出力信号を位置信号、基準センサＢｎとＢｐとが出力する出力信号を基準信号とも呼ぶ。
【００２１】
つまり、制御装置Ｃは、センサ群Ｓのうち位置検知センサＳ１〜Ｓ９の出力信号を受け、その出力信号から各位置検知センサＳ１〜Ｓ９に対応する符号化部Ｌ１〜Ｌ９が荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとのいずれの面であるかを判断する。そして次に制御装置Ｃは、符号化部Ｌ１〜Ｌ９の荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとの組み合わせから油圧シリンダ１のストローク位置を算出する。
【００２２】
なお、図中に矢印で示した方向がシリンダ１の伸縮によりロッド４（ロッド４に描画されたパターンＸ）とセンサ群Ｓとが相対的に移動する方向である。
【００２３】
図３及び図４を参照して本発明の制御装置Ｃ内の処理について説明する。
図３は、経年劣化後のパターンＸを検出し、ストロークのうちどの位置にあるのかを把握するまでの過程を模式的に示し、図４は、制御装置内における補正処理を模式的に示した図である。模式的に示すべくパターンＸは、基準部Ｘｂの第１基準列Ｌｎと第２基準列Ｌｐ、符号化部ＸａのラインＬ１〜Ｌ３の合計５本とし、センサ群Ｓも基準センサＢｎ，Ｂｐと符号化部のラインＬ１〜Ｌ３に合わせた位置検知センサＳ１〜Ｓ３との合計５つに限り示している。
【００２４】
図３（ａ）は、経年劣化したパターンＸの一部を模式的に示している。パターンＸは、ロッドカバー２４の内面に固定したシール２４ｄにより特に荒面Ｘｎの凹凸がならされ、センサ群Ｓの検出光をセンサ群に対して反射しやすくなっている。このようなパターンＸを各センサ群Ｓが検知すると、図３（ｂ）に示した出力信号を発する。具体的には、基準センサＢｎとＢｐ、位置検知センサＳ１〜Ｓ３が、輝面Ｘｐを検知した場合にはその出力信号は１０ｍＶ、経年変化後の荒面Ｘｎを検知した場合にはその出力信号は２ｍＶであったとする。
【００２５】
「位置７」に相当するところまでシリンダが伸長していた場合を例にあげて説明する。図３（ａ）に示したパターンＸを検知した場合、位置検知センサＳ１〜Ｓ３はそれぞれＳ１は２ｍＶ、Ｓ２は１０ｍＶ、Ｓ３は２ｍＶを出力する。このままであると、制御装置Ｃは位置検知センサＳ１〜Ｓ３の出力信号が全てある（０ｍＶではない）ので、ラインＬ１〜Ｌ３は全て輝面Ｘｐであると誤認したまま「位置１」にあるものと認識してしまう。そこで、制御装置Ｃは、基準センサＸｎの出力信号を参照し補正処理をおこなっている。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように常に荒面Ｘｎを検知する基準センサＸｎの出力信号が２ｍＶであることから、制御装置Ｃは荒面Ｘｎを検知した場合、出力信号が２ｍＶまで変化してしまっていることを認識することができる。そして制御装置Ｃは、荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとを区別するしきい値を０ｍＶから例えば３ｍＶに変化させる。すると、補正処理前であれば図４（ａ）に示したように位置検知センサＳ１及びＳ３はしきい値である０ｍＶを超えているので、制御装置Ｃでは全て輝面Ｘｐと判断していたところ、図４（ｂ）に示した補正処理後であれば、３ｍＶ以下のエリアＡ１は全て荒面Ｘｎと判断するため、Ｓ１及びＳ３は荒面Ｘｎであったと認識することができる。これにより、制御装置ＣはＬ１〜Ｌ３が「荒面Ｘｎ」「輝面Ｘｐ」「荒面Ｘｎ」の組み合わせから「位置７」にあるものと認識することができる。
【００２７】
図５は、制御装置内における輝面Ｘｐ側の補正処理を模式的に示した図である。輝面Ｘｐもメッキの経年変化によりその輝き度合いが弱くなってしまうことがある。それにより、輝面Ｘｐが反射する光の光量も低下し、自ずと位置検知センサの出力信号も変化する。図示した例であれば、位置検知センサＳ２の出力信号が９ｍＶに低下したとする。出力信号が１０ｍＶを超えた場合には輝面Ｘｐと判断していたため、制御装置ＣはＬ２が「輝面Ｘｐ」とは判断することができない。そこで、常に輝面Ｘｐを検知する基準センサＢｐからの出力信号も同様に９ｍＶに低下しているため、輝面Ｘｐと判断するしきい値を１０ｍＶから例えば８ｍＶまで変化させることにより、Ｌ２が輝面Ｘｐであったと認識することができる（図５（ｂ）参照）。なお本実施例では、荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとのどちらか判断のつかないエリアＡ３を持つことで荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとの識別時に誤認識してしまうことを抑制するようにしているが、上述の補正処理により荒面Ｘｎであるか否かを判断するしきい値と、輝面Ｘｐであるか否かを判断するしきい値とが徐々に近づき、エリアＡ３がなくなってしまった場合には、ロッド４に描画した荒面Ｘｎと輝面Ｘｐとが区別することができない状態まで劣化したと判断することができ、例えば図示しない表示装置に劣化度合いが著しい旨を表示することによりロッド４の交換ないしパターンＸの再描画を促すことができる。
【００２８】
次に図６を参照して他の実施例について説明する。本実施例では前述の実施例と基本的な構成及び処理は同じであるためその説明は省略し、以下は制御装置内の処理について詳細な説明をする。
【００２９】
図６は、ロッド４もしくはセンサ群Ｓのいずれか一方が外力により周方向に相対移動した場合の処理を模式的に示した図である。図６に示した場合であれば、センサ群Ｓが回転することで基準センサＢｎが符号化部ＸａのラインＬ１を、位置検知センサＳ１がラインＬ２、位置検知センサＳ２がラインＬ３、位置検知センサＳ３が符号化部Ｘを描画していないロッド４の表面（第二基準列Ｌｐに相当）をそれぞれ検知するようになってしまっている。
【００３０】
「位置７」に相当するところまでシリンダが伸長していた場合を例にあげて説明すると、図６（ａ）に示したパターンＸを検知した場合、位置検知センサＳ１〜Ｓ３の出力信号がそれぞれＳ１は１０ｍＶ、Ｓ２は２ｍＶ、Ｓ３は１０ｍＶであるため、制御装置ＣはラインＬ１〜Ｌ３がそれぞれ「輝面Ｘｐ」「荒面Ｘｎ」「輝面Ｘｐ」と判断し、この組み合わせに相当する「位置４」にあるものと認識してしまう。しかしながら、油圧シリンダ１の伸縮駆動が行われることによりとなりの「位置８」に移動したとすると、位置検知センサＳ１〜Ｓ３の出力信号は変化しないが、ラインＬ１を検知している基準センサＢｎの出力信号は１０ｍＶに変化する。すると、本来は常に荒面Ｘｎを検知している基準センサＢｎが荒面Ｘｎを検知しているため、制御装置Ｃはロッド４とセンサ群Ｓとが相対移動していると判断することができる。この判断に基づき図示しない表示装置にエラー表示をすることで、誤認識するおそれまたは既に誤認識していることを知らせることができる。
なお、輝面Ｘｐを常に検知する基準センサＢｐが荒面Ｘｎを検知したことによりロッド４とセンサ群Ｓとが相対移動していると判断してもよい。
【００３１】
なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
上記実施例では、パターンＸをロッド４に描画したが、ロッド４以外に描画してもよく、例えばシリンダの伸縮に連動する部材に描画してもよい。そしてパターンＸの符号化部Ｘａは、分解能や行程量に応じてそのラインＬ１〜Ｌ９を増減することができる。そして、符号化部Ｘａを符号化するに当たりグレーコードを用いたが、アブソリュート型の符号化や、縞模様を描き、輝面Ｘｐと荒面Ｘｎとが切り替わるカウント数からストロークを認識する方式であるインクリメンタル型であってもよい。
【００３２】
センサ群Ｓのセンサは反射形光電近接センサを用いたが、その他の形式のセンサでもよく、例えば、透過式光電センサや超音波センサといった各種センサを代用することができる。また、センサ群Ｓは複数のセンサ（実施例においては１１個のセンサ）を組み合わせたが、単一のセンサが基準センサＢｎ，Ｂｐと位置検知センサＳ１〜Ｓ９との両方の機能を備えたもの、例えばＣＣＤカメラなど、パターンの符号化部Ｘａと基準部Ｘｂとを一度に検出できるセンサを用いてもよい。
【００３３】
また、上記実施例では油圧シリンダに適用したが、その他の揺動式や回転式といった各種アクチュエータの行程位置を検知する検知装置に採用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１      油圧シリンダ
２      シリンダチューブ
３      ピストン
４      ロッド
Ｓ      センサ群（検知手段）
Ｓａ    位置検知部
Ｓｂ    基準検知部
Ｘ      パターン
Ｘａ    符号化部
Ｘｂ    基準部
Ｃ      制御装置
【図１】
0005734723.tif 000002
【図２】
0005734723.tif 000003
【図３】
0005734723.tif 000004
【図４】
0005734723.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005734723.tif 000007
【図７】
0005734723.tif 000008
【図８】
0005734723.tif 000009