JP2018112465A - ストローク検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率よく基準位置の検出が可能なストローク検出装置を提供する。
【解決手段】ストローク検出装置100は、ピストンロッド30の進退方向に沿ってピストンロッド30の表面に形成されるメインスケール61と、ピストンロッド30の表面に、メインスケール61に沿って形成されるサブスケール62と、を備え、メインスケール61は、ピストンロッド30の進退方向に沿って等間隔で配置される複数のメインマーカ61aで構成され、サブスケール62は、ピストンロッド30のストローク位置との対応関係が予め定められた位置に設けられる複数のサブマーカ62a,62b,62c,62dで構成され、複数のサブマーカ62a,62b,62c,62dは、第2磁気検出器52よってそれぞれが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように配置される。
【選択図】図2
【解決手段】ストローク検出装置100は、ピストンロッド30の進退方向に沿ってピストンロッド30の表面に形成されるメインスケール61と、ピストンロッド30の表面に、メインスケール61に沿って形成されるサブスケール62と、を備え、メインスケール61は、ピストンロッド30の進退方向に沿って等間隔で配置される複数のメインマーカ61aで構成され、サブスケール62は、ピストンロッド30のストローク位置との対応関係が予め定められた位置に設けられる複数のサブマーカ62a,62b,62c,62dで構成され、複数のサブマーカ62a,62b,62c,62dは、第2磁気検出器52よってそれぞれが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように配置される。
【選択図】図2
Description
本発明は、ストローク検出装置に関するものである。
作業機械などに搭載される油圧シリンダは、作業後に電源がオフされた状態が続くと、負荷の自重によって意図せず伸縮することがある。このような油圧シリンダの意図しない伸縮は、電源がオフされているためストローク検出装置によって検出することはできない。よって、再び電源をオンにして作業をする際、油圧シリンダのストローク位置を正確に把握することができないおそれがある。
このような問題を解決するために、例えば特許文献1に開示されるストローク検出装置では、ストローク位置の原点位置を検出するリセットセンサが設けられる。このストローク検出装置によれば、リセットセンサによってストローク位置の原点位置を検出するため、油圧シリンダのストローク位置を正確に把握することができる。
特許文献1に開示されるようなストローク検出装置において、ストローク位置の基準位置(原点位置)を検出するためには、リセットセンサが反応するまで油圧シリンダをストロークさせる必要がある。このストローク検出装置では、単一のリセットセンサが設けられるため、例えばリセットセンサをストロークの中央位置に設けたとすると、基準位置の検出には最大で総ストローク量の半分だけ油圧シリンダをストロークさせなければならない。このため、特許文献1に開示されるストローク検出装置では、基準位置の検出作業が煩わしい。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、効率よく基準位置の検出が可能なストローク検出装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、ストローク検出装置であって、第1部材と、第1部材に対して進退自在に設けられる第2部材と、第2部材の進退方向に沿って第2部材の表面に形成されるメインスケールと、第2部材の表面に、メインスケールに沿って形成されるサブスケールと、メインスケールと対向するように第1部材に設けられ、メインスケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する第1磁気検出器と、サブスケールと対向するように第1部材に設けられ、サブスケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器と、を備え、メインスケールは、第2部材の進退方向に沿って等間隔で配置され、第2部材の進退方向に沿った幅が互いに同一に形成される複数のメインマーカで構成され、サブスケールは、第2部材のストローク位置との対応関係が予め定められた位置に設けられる複数のサブマーカで構成され、複数のサブマーカは、第2磁気検出器によってサブマーカがそれぞれ検出された際の第1磁気検出器の出力が互いに異なるように配置されることを特徴とする。
第2の発明は、第1磁気検出器が、メインスケールによる磁界の変化に応じた電圧値を出力し、第2磁気検出器によって各サブマーカが検出された際に第1磁気検出器が出力する電圧値は、互いに異なることを特徴とする。
第1及び第2の発明では、第2部材のストローク位置との対応関係が予め定められた位置にサブマーカが設けられるため、第2磁気検出器によりサブマーカのいずれかを検出することにより、そのサブマーカに対応するストローク位置を基準位置として検出することができる。第2磁気検出器が複数のサブマーカのいずれを検出したかは、第1磁気検出器の出力によって見分けることができる。このように、複数のサブマーカによって基準位置を検知できるため、基準位置を検出するための第1部材と第2部材とのストローク量を短くすることができる。
第3の発明は、第1磁気検出器が、それぞれ磁界の変化に応じた信号を出力する第1及び第2磁気検出ユニットを有し、第1磁気検出ユニットと第2磁気検出ユニットとは、出力する信号の位相がずれるように第2部材の進退方向にずれて配置され、第1磁気検出器が出力する信号は、第1磁気検出ユニットの出力と第2磁気検出ユニットの出力とを合成した鋸波として出力されることを特徴とする。
第3の発明では、第1磁気検出器が出力する信号が鋸波形状であるため、出力の増減を観察することで第2部材の移動方向を判定することができる。
第4の発明は、サブスケールとして第2部材の進退方向にずれる第1サブスケール及び第2サブスケールを備えることを特徴とする。
第5の発明は、第1磁気検出器及び第2磁気検出器の出力に基づいてストローク位置を演算するコントローラをさらに備え、コントローラは、第2磁気検出器によるサブマーカの検出によって求められるストローク位置と、第1磁気検出器の検出結果に基づいて演算されるストローク位置と、を比較する自己診断機能を有することを特徴とする。
第5の発明では、自己診断機能により、第1磁気検出器の出力に基づいて求められるストローク位置と第2磁気検出器の出力に基づいて求められるストローク位置(基準位置)との間でずれが生じているかを判定することができる。よって、ストローク位置の検出精度を向上させることができる。
第6の発明は、複数のサブマーカが、第1部材に対する第2部材の進入時に第2磁気検出器によってサブマーカがそれぞれ検出された際の第1磁気検出器の出力が互いに異なると共に、第1部材に対する第2部材の退出時に第2磁気検出器によってサブマーカがそれぞれ検出された際の第1磁気検出器の出力が互いに異なるように設けられることを特徴とする。
第6の発明では、第2部材が第1部材に対して進入する場合と退出する場合とのいずれにおいても、基準位置を検出することができる。
本発明によれば、ストローク検出装置において基準位置を効率よく検出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るストローク検出装置100について説明する。図1に示される油圧シリンダ10は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって動作する。ストローク検出装置100は、この油圧シリンダ10に設けられる。
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るストローク検出装置100について説明する。図1に示される油圧シリンダ10は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって動作する。ストローク検出装置100は、この油圧シリンダ10に設けられる。
油圧シリンダ10は、油圧シリンダ10の本体である第1部材としてのシリンダチューブ20と、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられる第2部材としてのピストンロッド30と、を備える。つまり、油圧シリンダ10は、一方の部材であるシリンダチューブ20に対して他方の部材であるピストンロッド30が進退運動する直動部品である。
シリンダチューブ20は円筒形であり、シリンダチューブ20の内部には軸方向に摺動自在であるピストン31が設けられる。また、シリンダチューブ20の端部には、ピストンロッド30が摺動自在に挿通するシリンダヘッド20aが設けられる。シリンダチューブ20の内部は、ピストン31によって二つの油室11,12に区画される。
二つの油室11,12は、図示しない切換弁を通じて図示しない油圧ポンプ又はタンクに接続される。二つの油室11,12の一方が油圧ポンプに接続された場合には、他方がタンクに接続される。油圧シリンダ10は、油圧ポンプから二つの油室11,12の何れかに作動油が導かれてピストンロッド30が軸方向に移動することによって伸縮作動する。油圧シリンダ10は複動式のシリンダであるが、単動式であってもよい。また、油圧シリンダ10は、油圧式に限定されず、空気式,水圧式または電動機械式等であってもよい。また、油圧シリンダ10は、アクチュエータとして作動するものに限定されず、緩衝器等として作動するものであってもよい。
ピストンロッド30は、基端部30aがピストン31に固定され、先端部30bがシリンダチューブ20から露出する円柱形の磁性部材である。ピストンロッド30は、ピストン31に作用する油圧の力によって動作する。
次に、図1〜図4を参照し、油圧シリンダ10に設けられるストローク検出装置100について説明する。図2は、図1に示されるピストンロッド30の側面30cを周方向B(図1の矢印B方向)に沿って展開して示したものである。
ストローク検出装置100は、図1及び図2に示すように、ピストンロッド30の側面30cにピストンロッド30の進退方向A(図1の矢印A方向)に沿って形成されるスケール60と、スケール60と対向するようにシリンダチューブ20に固定され、スケール60によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出器50と、磁気検出器50の検出結果に基づいてピストンロッド30のストロークを演算するコントローラ70と、を備える。
スケール60は、磁性体であるピストンロッド30の外周に溝状に形成される非磁性体である。スケール60は、ピストンロッド30の外周面を局所加熱装置としてのレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにNiやMnを添加してオーステナイト化することによって形成される。
なお、ピストンロッド30は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール60は、ピストンロッド30をレーザー装置によって溶融するとともにSn等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱,アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。
図2に示されるように、スケール60は、ピストンロッド30のストローク量を検出するためのメインスケール61と、メインスケール61とは周方向Bにずれて設けられるサブスケール62と、を有する。サブスケール62は、後述する油圧シリンダ10の基準位置を検出するためのものである。
メインスケール61は、ピストンロッド30の進退方向Aに沿って等間隔で並べられた複数のメインマーカ61aにより構成される。メインマーカ61aは、ピストンロッド30の進退方向Aに沿った幅が互いに同一に形成される。以下、ピストンロッド30の進退方向Aに沿ったメインマーカ61aの幅をW1、メインマーカ61aのピッチ(間隔)をP1とする(図3参照)。
サブスケール62は、図2及び図4に示すように、ピストンロッド30の進退方向Aに沿った幅が互いに等しい4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dによって構成される。4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dは、それぞれピストンロッド30のストローク位置(絶対位置)との対応関係が予め定められた位置に設けられる。サブマーカ62a,62b,62c,62dについては、後に詳細に説明する。
磁気検出器50は、図2に示すように、メインスケール61と対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、メインスケール61によって変化する磁界に応じた信号を出力する第1磁気検出器51と、サブスケール62と対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、サブスケール62によって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器52と、を有する。
第1磁気検出器51から出力された信号はコントローラ70に入力され、ピストンロッド30のストローク量を演算するために使用される。また、第2磁気検出器52から出力された信号もコントローラ70に入力され、ピストンロッド30のストロークの基準位置(絶対位置)を検出するために使用される。
第1磁気検出器51は、周囲の磁界の変化を検出する第1及び第2磁気検出ユニット51a,51bにより構成される。第1磁気検出ユニット51aと第2磁気検出ユニット51bとは、ピストンロッド30の軸方向にずらして配置される(図2参照)。
第2磁気検出器52は、周囲の磁界の変化を検出する単一の第3磁気検出ユニットにより構成される。第1磁気検出ユニット51a、第2磁気検出ユニット51b、第3磁気検出ユニットとは構造が同一であるため、以下では、第1磁気検出ユニット51aの構造についてのみ説明する。
第1磁気検出ユニットaは、図示しない磁気センサと、磁気センサに対してピストンロッド30とは反対側に設けられる図示しない永久磁石と、を有する。磁気センサは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた信号をコントローラ70へと出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体には作用するが、非磁性体には作用しない。つまり、第1,第2磁気検出器51,52の出力は、永久磁石から発せられる磁気を変化させる非磁性体であるスケール60の形状等に応じた値となる。
磁気センサとしては、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するMR(Magneto−Resistive:磁気抵抗)素子やGMR(Giant Magneto−Resistive:巨大磁気抵抗)センサ、MI(Magneto−Impedance:磁気インピーダンス)効果を利用したMIセンサ、ホール効果を利用したホール素子などが採用される。なお、第1,第2磁気検出器51,52は、スケール60と対向して配置されるコイルを備えたものであってもよい。この場合、励磁されたコイルのインピーダンスは、対向するスケール60の面積に応じて変化する。
コントローラ70は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、及びI/Oインターフェース(入出力インターフェース)を備えるマイクロコンピュータで構成される。ROMはCPUの制御プログラム等を予め記憶し、I/Oインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。
コントローラ70は、第1磁気検出器51の出力に基づき、油圧シリンダ10のストローク位置を演算する。また、コントローラ70は、第2磁気検出器52の出力に基づき、油圧シリンダ10のストロークの基準位置を検出する。基準位置とは、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の絶対的なストローク位置を規定するものであり、シリンダチューブ20やピストンロッド30の形状、サブスケール62や第2磁気検出器52が設けられる位置等により、予め定められるものである。
コントローラ70は、第2磁気検出器52により検出されるサブスケール62のサブマーカ62a,62b,62c,62dに基づいて基準位置を検出し、第1磁気検出器51により検出されるメインスケール61のメインマーカ61aに基づいてストローク量を演算する。コントローラ70は、基準位置からのピストンロッド30のストローク量を演算することにより、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク位置を検出する。
次に、ストローク検出装置100によるストローク検出方法について説明する。
第1磁気検出器51における第1磁気検出ユニット51aの出力は、磁性体であるピストンロッド30の側面30cと対向した状態で最大となり、非磁性体で形成されるメインスケール61のメインマーカ61aと対向した状態で最小となる。よって、ピストンロッド30の移動に伴いピストンロッド30の側面30cと対向する状態とメインマーカ61aと対向する状態とが繰り返される第1磁気検出ユニット51aの出力値V1は、図5に実線で示されるように、ピストンロッド30のストローク量に応じて正弦波状に変化する。
第1磁気検出ユニット51aと同様に出力が変化する第2磁気検出ユニット51bは、その出力値V2が第1磁気検出ユニット51aの出力値V1に対して、4分の1周期だけ位相がずれるようにシリンダヘッド20aに取り付けられる。このため、第2磁気検出ユニット51bの出力値V2は、図5に破線で示されるように、余弦波状に変化する。
図5に示される第1磁気検出ユニット51aの出力値V1と第2磁気検出ユニット51bの出力値V2とから、図6に示されるストローク量に比例した演算値S1が演算される。演算値S1は、下記(1)式から求められる。
[数1]
S1={atan2(V2,V1)+π}/2π ・・・(1)
atan2(x,y):原点を始点とし、座標(x,y)を終点とするベクトルとx軸との成す角度(−π〜π)を算出する関数(アークタンジェント関数)
V1:第1磁気検出ユニット51aの出力値
V2:第2磁気検出ユニット51bの出力値
S1={atan2(V2,V1)+π}/2π ・・・(1)
atan2(x,y):原点を始点とし、座標(x,y)を終点とするベクトルとx軸との成す角度(−π〜π)を算出する関数(アークタンジェント関数)
V1:第1磁気検出ユニット51aの出力値
V2:第2磁気検出ユニット51bの出力値
上記(1)式から求められる演算値S1は0から1の数値であり、1周期のストローク長、すなわち、メインマーカ61aの幅W1とメインマーカ61aが設けられる間隔P1とを足し合わせた長さに対する比率を示している。
このように、第1磁気検出器51は、第1磁気検出ユニット51aの出力値V1と第2磁気検出ユニット51bの出力値V2とを合成した演算値S1を信号として出力する。演算値S1は、電圧値としてコントローラ70に出力される。本実施形態では、0〜1の範囲にあるS1は、0〜5Vの電圧値としてコントローラ70に出力される。
コントローラ70は、以上のようにして求められる演算値S1に1周期のストローク長L(=W1+P1)を乗ずるとともに、演算値S1が1から0に切り換わった数をカウントする。カウント数にストローク長Lを乗じた値と、演算値S1にストローク長Lを乗じた値と、を足し合わせることで、カウント開始からのピストンロッド30のストローク量を得ることができる。
また、第1磁気検出器51の出力である演算値S1は、図6に示すように、1周期内において出力値の上昇割合と下降割合とが一致しない鋸波状に出力される。つまり、演算値S1は、出力値の最大値(極値)が1周期の中央に位置しないものである。このように、演算値S1は、出力値の上昇割合と下降割合とが一致しない鋸波として出力されるため、演算値S1の増減を観察することにより、ピストンロッド30が伸長方向へ移動しているのか、収縮方向へ移動しているのか、を判定することができる。ピストンロッド30の移動方向を判定することで、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の絶対的なストローク位置を正確に演算することができる。
ここで、作業機械などに搭載される油圧シリンダ10は、作業後に電源がオフされた状態が続くと、負荷の自重によって意図せず伸縮することがある。このような油圧シリンダ10の意図しない伸縮は、電源がオフされているためストローク検出装置100によって検出することはできない。よって、再び電源をオンにして作業をする際、油圧シリンダ10のストローク位置を正確に把握することができないおそれがある。
そこで、再び電源がオンされた際には、油圧シリンダ10のストローク位置を正確に把握するために、ピストンロッド30の基準位置の検出が行われる。以下、基準位置の検出について具体的に説明する。
まず、基準位置の検出のために設けられるサブスケール62における第1〜第4サブマーカ62a,62b,62c,62dの配置について説明する。
第1〜第4サブマーカ62a,62b,62c,62dは、シリンダチューブ20に対してピストンロッド30が進入する(油圧シリンダ10が収縮作動する)際と、シリンダチューブ20に対してピストンロッド30が退出する(油圧シリンダ10が伸長作動する)際とのそれぞれにおいて、それぞれが第2磁気検出器52によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように配置されている。
具体的に説明すると、第1〜第4サブマーカ62a,62b,62c,62dは、メインスケール61の1周期に対する相対位置が互いに異なるように配置される。図4に示すように、周期的に並ぶメインマーカ61aで構成されるメインスケール61の1周期を4つの領域R1〜R4に分けた場合、各サブマーカ62a,62b,62c,62dは、互いに異なる領域R1〜R4内に設けられる。本実施形態では、第1サブマーカ62aは、図4中進退方向Aの左側からみて、最初の領域R1に設けられ、第2〜第4サブマーカ62b,62c,62dは順に領域R2、R3、R4に設けられる。よって、各サブマーカ62a,62b,62c,62dは、メインスケール61の周期に対して、順に1/4周期ずつずれて配置される。なお、図4では、説明の便宜上、図2とは異なり、メインスケール61の連続する周期にサブマーカ62a,62b,62c,62dのそれぞれが設けられる場合を図示している。
第1磁気検出器51は、図7及び8に示すように、メインマーカ61aの1周期中のどの領域に対向しているかによって、出力が異なる。よって、互いに設けられる領域R1〜R4が異なる各サブマーカ62a,62b,62c,62dが第2磁気検出器52によって検出された際には、第1磁気検出器51の出力が互いに異なる。言い換えれば、メインマーカ61aの1周期中の4つの領域R1,R2,R3,R4における第1磁気検出器51の出力と、第2磁気検出器52により検出される各サブマーカ62a,62b,62c,62dとは、一対一で対応するものである(図8参照)。
また、サブマーカ62a,62b,62c,62dに第2磁気検出器52が対向した際のピストンロッド30のストローク位置が、キャリブレーション等によって予め把握されている。これにより、サブマーカ62a,62b,62c,62dのいずれかが第2磁気検出器52によって検出されると、ピストンロッド30のストローク位置(基準位置)を求めることができる。
次に、第2磁気検出器52によってサブマーカ62a,62b,62c,62dを検出して基準位置を検出する方法について説明する。
第2磁気検出器52は、図7に示すように、サブマーカ62a,62b,62c,62dによる磁界の変化に応じてパルス波形の信号(オンオフ信号)を出力する。これにより、第2磁気検出器52によって、サブマーカ62a,62b,62c,62dが検出される。
上述のように、サブマーカ62a,62b,62c,62dは、第1磁気検出器51の出力の1周期中のどの領域において検出されるかのタイミングが互いに異なるように設けられる。よって、第2磁気検出器52により信号が出力されると、コントローラ70は、その際の第1磁気検出器51の出力(サブマーカの検出のタイミング)に基づいて、第2磁気検出器52が第1〜第4サブマーカ62a,62b,62c,62dのいずれを検知したかを判定する。第1磁気検出器51の出力は、第2磁気検出器52が第1〜4サブマーカ62a,62b,62c,62dのいずれを検出したかによって異なるため、第1磁気検出器51の出力を比較することで、第1〜第4サブマーカ62a,62b,62c,62dの何れが検知されたかを把握することができる。例えば、図8に示すように、第2磁気検出器52により信号が出力された際の第1磁気検出器51の出力が1.25〜2.5Vの間であった場合には、第2磁気検出器52が第2サブマーカ62bを検出したと判定する。また、各サブマーカ62a,62b,62c,62dは、上述のように第2磁気検出器52によって検出された際のストローク位置が予め把握されるものである。よって、検出されたサブマーカ62a,62b,62c,62dに対応するストローク位置が、基準位置として求められる。
このようにして、基準位置が算出されると、コントローラは、第1磁気検出器51の出力に基づき基準位置からのストローク量求める。つまり、基準位置が算出されるタイミングで演算値S1のカウント数がリセットされる。このように、新たに検出した基準位置とこの基準位置からのストローク量とを算出することで、電源オフの間に油圧シリンダ10が伸縮したとしても、正確なストローク位置を把握することができる。
本実施形態では、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dを有するため、基準位置を検出するために必要なストローク量が総ストローク量の1/5程度でよく、速やかに基準位置を検出することができる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。
上記実施形態では、基準位置の検出は、少なくとも電源オン後に一度だけ行えば、電源オフの間に油圧シリンダ10が意図せず伸縮したとしても、正確なストローク位置を把握することができる。これに対し、電源オン後に基準位置を一度検出した後、電源をオフされるまでの間において、新たに基準位置の検出を行い、ストローク位置が正確に検出できているか否かを診断する自己診断をコントローラ70によって行ってもよい。例えば、電源オン後に一度基準位置を検出し、その後所定ストローク量だけピストンロッド30が移動すると、再び基準位置を検出して、現在のストローク位置と新たに検出した基準位置とが一致しているかをコントローラ70が判定する。ストローク位置と基準位置とが一致していない場合には、新たに検出した基準位置から再びストローク検出を行う。これによれば、仮に電源オンの後にメインマーカ61aの誤検知等により実際のストローク位置と検出するストローク位置とにずれが発生した場合であっても、速やかにずれを修正してより精度良くストローク検出を行うことができる。
また、上記実施形態では、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dは、ピストンロッド30の進退方向Aに沿った幅が互いに等しく形成され、メインスケール61の1周期に対する相対位置が互いに異なるように配置される。これにより、油圧シリンダ10の伸長作動時において、サブマーカ62a,62b,62c,62dのそれぞれが第2磁気検出器52によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なると共に、油圧シリンダ10の収縮作動時においても、サブマーカ62a,62b,62c,62dのそれぞれが第2磁気検出器52によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なる。これに対し、サブマーカ62a,62b,62c,62dは、油圧シリンダ10の伸長作動時においてサブマーカ62a,62b,62c,62dが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なると共に収縮作動時においてサブマーカ62a,62b,62c,62dが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように、その他の構成、例えば、進退方向Aに沿ったサブマーカ62a,62b,62c,62dの幅を互いに異なるように構成してもよい。また、ストローク検出装置100では、油圧シリンダ10を伸長及び収縮のいずれの方向にストロークさせても基準位置が検出できるため、油圧シリンダ10の伸長作動時と収縮作動時のいずれにおいても、サブマーカ62a,62b,62c,62dが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なることが望ましい。これに対し、基準位置を検出する際のストローク方向が限定されるものの、油圧シリンダ10が伸長する際及び収縮する際の一方のみにおいて、サブマーカ62a,62b,62c,62dが検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、サブスケール62は、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dによって構成される。これに限らず、サブスケール62は、2つ、3つ、又は5つ以上のサブマーカによって構成されてもよい。サブマーカの数が多いほど、基準位置検出のために必要なストローク量が少なくなる一方、メインマーカ61aの1周期を分割する数が増えるため、必要とされるサブマーカの加工精度が高くなる。よって、サブマーカの数は、求められる加工精度と基準位置検出のためにストローク量とに応じて、適切に設定すればよい。
また、上記実施形態では、サブマーカ62a,62b,62c,62dは、ストローク領域の全域にわたってほぼ均等に配置される。これに対し、例えば、ストローク領域内において使用頻度が高い中央部分に全てのサブマーカ62a,62b,62c,62dが配置され、図2中の両端であるストロークエンド付近には、サブマーカ62a,62b,62c,62dが配置されなくてもよい。
また、上記実施形態では、第1磁気検出器51は、第1、第2磁気検出ユニット51a,51bを有し、これらの出力を合成した信号を出力する。これにより、演算値S1は、左右非対称の波形となり、ピストンロッド30の移動方向が判定できる。これに対し、第1磁気検出器51は、単一の磁気検出ユニットを有し、ピストンロッド30の移動方向は、他の手段により判定してもよい。この場合には、第1磁気検出器51の出力は、サブスケール62のようなパルス波形を有するオンオフ信号として出力される。よって、サブスケール62は、2つのサブマーカによって構成し、第1磁気検出器51の出力がオフ信号の時に一方のサブマーカが検知され、出力がオン信号の時に他方のサブマーカが検知されるように構成すればよい。この場合でも、上記実施形態と同様に基準位置の検出をすることができる。
また、上記実施形態では、ストローク検出装置100は、第1部材としての筒状のシリンダチューブ20と、第2部材としての棒状のピストンロッド30と、を備える。これに対し、第1部材及び第2部材は筒状や棒状に限られず、例えば、板状の第2部材が板状の第1部材に対して進入及び退出するように構成されてもよい。
以上の第1実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
ストローク検出装置100では、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dによって構成されるサブスケール62を第2磁気検出器52により検出することで、ピストンロッド30の基準位置を求めることができる。第2磁気検出器52が4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dのいずれを検知したかは、第1磁気検出器51の出力を比較することで、判定することができる。このように、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dによって基準位置を検出できるため、単一のサブマーカによって基準位置を検出する場合と比較して、必要なストローク量を少なくすることができ、速やかに基準位置を検出することができる。よって、ストローク検出装置100における基準位置の検出を効率よく行うことができる。
(第2実施形態)
次に、図9及び10を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第1実施形態のストローク検出装置100と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
次に、図9及び10を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第1実施形態のストローク検出装置100と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
上記第1実施形態に係るストローク検出装置100は、単一のサブスケール62を備える。これに対し、第2実施形態に係るストローク検出装置200は、サブスケールとして第1サブスケール63及び第2サブスケール64の2つと、それぞれ第1サブスケール63及び第2サブスケール64を検出する2つの第2磁気検出器53,54と、を備える点において、上記第1実施形態とは相違する。
ストローク検出装置200は、図9に示すように、サブスケールとして、メインスケール61とは周方向Bにずれて設けられる第1サブスケール63と、第1サブスケール63からさら周方向Bにずれて設けられる第2サブスケール64と、を備える。また、ストローク検出装置200は、第1サブスケール63と対向するように設けられ第1サブスケール63によって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器53と、第2サブスケール64と対向するように設けられ第2サブスケール64によって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器54と、を備える。2つの第2磁気検出器53,54の構成は、上記第1実施形態の第2磁気検出器52と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
第1サブスケール63及び第2サブスケール64は、上記第1実施形態におけるサブスケール62と同様に、それぞれ4つのサブマーカ63a,63b,63c,63d及びサブマーカ64a,64b,64c,64dによって構成される。第1サブスケール63と第2サブスケール64とは、互いに進退方向Aにずれて配置される。つまり、第1サブスケール63の第1〜第4サブマーカ63a,63b,63c,63dと第2サブスケール64の第1〜第4サブマーカ64a,64b,64c,64dとは、進退方向Aに沿って互いに入れ違いに配置される。
第1サブスケール63における4つのサブマーカ63a,63b,63c,63dは、上記第1実施形態におけるサブマーカ62a,62b,62c,62dと同様に、第2磁気検出器53によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように設けられる。また、同様に、第2サブスケール64における4つのサブマーカ64a,64b,64c,64dも、第2磁気検出器54によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように設けられる。具体的には、上記第1実施形態と同様に、メインマーカ61aの1周期を4つに分けた領域R1〜R4と、第1サブスケール63の第1〜第4サブマーカ63a,63b,63c,63d及び第2サブスケール64の第1〜第4サブマーカ64a,64b,64c,64dとは、それぞれ一対一で対応する(図10参照)。
なお、第1磁気検出器51の出力は、第1サブスケール63のサブマーカ63a,63b,63c,63d間及び第2サブスケール64のサブマーカ64a,64b,64c,64d間で異なるものであればよく、第1サブスケール63と第2サブスケール64との間で異なるものでなくてもよい。つまり、図10に示すように、第1サブスケール63のうちのある一つが検出された際の第1磁気検出器51の出力は、第2サブスケール64のうちのある一つのサブマーカが検出された際の第1磁気検出器51の出力と同じものでもよい。この場合には、2つの第2磁気検出器53,54のうちのいずれによってサブマーカが検出されたのかを判定することにより、どのサブマーカが検出されたのかを見分ければよい。
このように、ストローク検出装置200では、サブスケールとして第1サブスケール63及び第2サブスケール64が設けられるため、上記第1実施形態と比較して、基準位置検出のために必要なストローク量がさらに少なくなり、効率よく基準位置の検出を行うことができる。
また、本実施形態では、第1及び第2サブスケール63,64は、それぞれサブマーカ63a,63b,63c,63d及びサブマーカ64a,64b,64c,64dによって構成されるものであり、サブスケール全体としては8つのサブマーカが設けられる。また、本実施形態では、第1サブスケール63のサブマーカ63a,63b,63c,63dのいずれか一つと第2サブスケール64におけるサブマーカ64a,64b,64c,64dのいずれか一つとは、第2磁気検出器53,54によって検出された際の第1磁気検出器51の出力が同じとなるように形成されてもよい。このため、単一のサブスケールが8つのサブマーカにより構成される場合と比較して、1周期を分割する数が少なくなり、高い加工精度が要求されないため、サブスケールを容易に加工することができる。
なお、上記第2実施形態では、サブスケールとして第1サブスケール63及び第2サブスケール64の2つが設けられるが、これに限らず、3以上のサブスケールが設けられるものでもよい。サブスケールの数と、サブスケールを構成するサブマーカの数は、サブマーカの加工精度と基準位置検出に必要なストローク量とに応じて、任意に設定することができる。
また、上記第2実施形態は、上記第1実施形態における変形例と適宜組み合わせが可能である。
以上の第2実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
ストローク検出装置200では、それぞれ4つのサブマーカ63a,63b,63c,63d及びサブマーカ64a,64b,64c,64dによって構成される第1、第2サブスケール63,64を第2磁気検出器53,54により検出することで、ピストンロッド30の基準位置を求めることができる。第1、第2サブスケール63,64のそれぞれにおいて、サブマーカ63a,63b,63c,63d及びサブマーカ64a,64b,64c,64dのいずれを検知したかは、第1磁気検出器51の出力に基づいて、判定することができる。また、サブスケールを2つとすることで、第1実施形態と比較してサブマーカの形状は同一としつつ、基準位置検出に必要なストローク量を少なくすることができる。よって、要求される加工精度の上昇を防止しつつ、基準位置の検出をより効率よく行うことができる。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
ストローク検出装置100,200は、シリンダチューブ20と、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられるピストンロッド30と、ピストンロッド30の進退方向に沿ってピストンロッド30の表面に形成されるメインスケール61と、ピストンロッド30の表面に、メインスケール61に沿って形成されるサブスケール(サブスケール62、第1サブスケール63、第2サブスケール64)と、メインスケール61と対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、メインスケール61によって変化する磁界に応じた信号を出力する第1磁気検出器51と、サブスケール(サブスケール62、第1サブスケール63、第2サブスケール64)と対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、サブスケール(サブスケール62、第1サブスケール63、第2サブスケール64)によって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器52,53,54と、を備え、メインスケール61は、ピストンロッド30の進退方向に沿って等間隔で配置され、ピストンロッド30の進退方向に沿った幅が互いに同一に形成される複数のメインマーカ61aで構成され、サブスケール(サブスケール62、第1サブスケール63、第2サブスケール64)は、ピストンロッド30のストローク位置との対応関係が予め定められた位置に設けられる複数のサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)で構成され、複数のサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)は、第2磁気検出器52,53,54によってサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)がそれぞれ検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように配置される。
また、ストローク検出装置100,200では、第1磁気検出器51は、メインスケール61による磁界の変化に応じた電圧値を出力し、第2磁気検出器52,53,54によって各サブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)が検出された際に第1磁気検出器51が出力する電圧値は、互いに異なる。
これらの構成では、ピストンロッド30のストローク位置との対応関係が予め定められた位置にサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)が設けられるため、第2磁気検出器52,53,54によりサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)のいずれかを検出することにより、そのサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)に対応するストローク位置を基準位置として検出することができる。第2磁気検出器52,53,54が複数のサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)のいずれを検出したかは、第1磁気検出器51の出力によって見分けることができる。このように、複数のサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)によって基準位置を検知できるため、基準位置を検出するためのピストンロッド30のストローク量を短くすることができる。したがって、基準位置を効率よく検出することができる。
また、ストローク検出装置100,200では、第1磁気検出器51は、それぞれ磁界の変化に応じた信号を出力する第1及び第2磁気検出ユニット51a,51bを有し、第1磁気検出ユニット51aと第2磁気検出ユニット51bとは、出力する信号の位相がずれるようにピストンロッド30の進退方向にずれて配置され、第1磁気検出器51が出力する信号は、第1磁気検出ユニット51aの出力と第2磁気検出ユニット51bの出力とを合成した鋸波として出力される。
この構成では、第1磁気検出器51が出力する信号が鋸波形状であるため、出力の増減を観察することでピストンロッド30の移動方向を判定することができる。
また、ストローク検出装置100では、サブスケール62は、4つのサブマーカ62a,62b,62c,62dにより構成される。
また、ストローク検出装置200は、サブスケールとしてピストンロッド30の進退方向にずれる第1サブスケール63及び第2サブスケール64を備える。
また、ストローク検出装置200では、第1サブスケール63及び第2サブスケール64は、それぞれ4つのサブマーカ63a,63b,63c,63d及びサブマーカ64a,64b,64c,64dにより構成される。
また、ストローク検出装置100,200は、第1磁気検出器51及び第2磁気検出器52,53,54の出力に基づいてストローク位置を演算するコントローラ70をさらに備え、コントローラ70は、第2磁気検出器52,53,54によるサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)の検出によって求められるストローク位置(基準位置)と、第1磁気検出器51の検出結果に基づいて演算されるストローク位置と、を比較する自己診断機能を有する。
この構成では、自己診断機能により、第1磁気検出器51の出力に基づいて求められるストローク位置と第2磁気検出器52,53,54の出力に基づいて求められるストローク位置(基準位置)との間でずれが生じているかを判定することができる。よって、ストローク位置の検出精度を向上させることができる。
また、ストローク検出装置100,200は、複数のサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)が、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の進入時に第2磁気検出器52,53,54によってサブマーカ(サブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)がそれぞれ検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なると共に、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の退出時に第2磁気検出器52,53,54によってサブマーカサブマーカ62a,62b,62c,62d、サブマーカ63a,63b,63c,63d、サブマーカ64a,64b,64c,64d)がそれぞれ検出された際の第1磁気検出器51の出力が互いに異なるように設けられる。
この構成では、ピストンロッド30がシリンダチューブ20に対して進入する場合と退出する場合とのいずれにおいても、基準位置を検出することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
20…シリンダチューブ(第1部材)、30…ピストンロッド(第2部材)、51…第1磁気検出器、51a…第1磁気検出ユニット、51b…第2磁気検出ユニット、52,53,54…第2磁気検出器、61…メインスケール、61a…メインマーカ、62…サブスケール、63…第1サブスケール(サブスケール)、64…第2サブスケール(サブスケール)62a,63a,64a…第1サブマーカ(サブマーカ)、62b,63b,64b…第2サブマーカ(サブマーカ)、62c,63c,64c…第3サブマーカ(サブマーカ)、62d,63d,64d…第4サブマーカ(サブマーカ)、70…コントローラ、100,200…ストローク検出装置
Claims (6)
- 第1部材と、
前記第1部材に対して進退自在に設けられる第2部材と、
前記第2部材の進退方向に沿って前記第2部材の表面に形成されるメインスケールと、
前記第2部材の表面に、前記メインスケールに沿って形成されるサブスケールと、
前記メインスケールと対向するように前記第1部材に設けられ、前記メインスケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する第1磁気検出器と、
前記サブスケールと対向するように前記第1部材に設けられ、前記サブスケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する第2磁気検出器と、を備え、
前記メインスケールは、前記第2部材の進退方向に沿って等間隔で配置され、前記第2部材の進退方向に沿った幅が互いに同一に形成される複数のメインマーカで構成され、
前記サブスケールは、前記第2部材のストローク位置との対応関係が予め定められた位置に設けられる複数のサブマーカで構成され、
前記複数のサブマーカは、前記第2磁気検出器によって前記サブマーカがそれぞれ検出された際の前記第1磁気検出器の出力が互いに異なるように配置されることを特徴とするストローク検出装置。 - 前記第1磁気検出器は、前記メインスケールによる磁界の変化に応じた電圧値を出力し、
前記第2磁気検出器によって前記各サブマーカが検出された際に前記第1磁気検出器が出力する電圧値は、互いに異なることを特徴とする請求項1に記載のストローク検出装置。 - 前記第1磁気検出器は、それぞれ磁界の変化に応じた信号を出力する第1及び第2磁気検出ユニットを有し、
前記第1磁気検出ユニットと前記第2磁気検出ユニットとは、出力する信号の位相がずれるように前記第2部材の進退方向にずれて配置され、
前記第1磁気検出器が出力する信号は、前記第1磁気検出ユニットの出力と前記第2磁気検出ユニットの出力とを合成した鋸波として出力されることを特徴とする請求項1または2に記載のストローク検出装置。 - 前記サブスケールとして前記第2部材の進退方向にずれる第1サブスケール及び第2サブスケールを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のストローク検出装置。
- 前記第1磁気検出器及び前記第2磁気検出器の出力に基づいてストローク位置を演算するコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記第2磁気検出器による前記サブマーカの検出によって求められるストローク位置と、前記第1磁気検出器の検出結果に基づいて演算されるストローク位置と、を比較する自己診断機能を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のストローク検出装置。 - 前記複数のサブマーカは、前記第1部材に対する前記第2部材の進入時に前記第2磁気検出器によって前記サブマーカがそれぞれ検出された際の前記第1磁気検出器の出力が互いに異なると共に、前記第1部材に対する前記第2部材の退出時に前記第2磁気検出器によって前記サブマーカがそれぞれ検出された際の前記第1磁気検出器の出力が互いに異なるように設けられることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載のストローク検出装置。
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