JP4358678B2

JP4358678B2 - 変位量測定装置

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Publication number: JP4358678B2
Application number: JP2004145292A
Authority: JP
Inventors: 裕一山元; 幸夫庄司; 伸実吉田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: CN100343620C; US7124045B2; KR20060047815A; SE527640C2; SE0501049L; US20050273288A1; CN1696602A; JP2005326302A

Description

本発明は、可動体の変位量に応じたセンサ信号を出力する変位センサを用いて可動体の変位量を計測する変位量測定装置に関わり、特に、変位センサの特性の変化に応じて変位量測定装置を校正するための技術に関する。

特許文献１には、電磁弁の可動子と連動する棒状磁石と、電磁弁に組みつけられたケース内に保持された磁気感応素子（例えばホールＩＣ)とを用いて、電磁弁の可動子の変位量を計測する変位量測定装置が開示されている。特許文献１には、また、ケースと電磁弁との組み付け完了後に一度だけ、中立位置を学習制御によって校正すること、及び、この一度の校正により組み付け誤差を補正するだけで十分な測定精度が確保できることが記載されている。

特許文献２には、回転体の回転と連動して単位角度の回動毎にパルス信号を発するとともに、所定の基準位置で基準パルス信号を発生する角度センサを用いて、角度センサから入力されたパルス信号を計数することにより基準位置からの角度値を計算して記憶する角度検出装置が開示されている。この角度検出装置は、基準パルス信号が入力された時に記憶されている角度値をゼロにリセットすることで、角度値の誤差を修正する。ただし、基準パルス信号が入力された時の角度値が、基準位置と見做しえる所定の上限値と下限値の間の範囲外にある場合には、角度値をリセットしない。それにより、高周波ノイズを基準パルス信号と誤認して誤リセットを行うことを防止する。

特許文献３には、工作機械のボールネジ送り駆動を補正するために、加工前にボールネジをストロークエンドまで移動させてストロークエンドの座標値を検出し、加工後に再度ボールネジをストロークエンドまで移動させてストロークエンドの座標値を検出し、そして、加工前と加工後のストロークエンドの座標値の差（熱膨張による主軸の伸び量）に基づいて、ボールネジの駆動量を補正する。

特開２０００−２５８１０９号公報特開昭５８−１９３４０３号公報特開２００２−２７３６４２号公報

特許文献１に記載された変位量測定装置では、この装置の組み付け時に一度だけ、可動体の中立位置の初期校正を行うだけで、以後は一切校正を行わない。しかし、変位量測定装置を使用している長い期間の間に、磁石やホールＩＣなどの対象物の変位量を最初にセンスする部品（本明細書では、変位センサという）の特性が徐々に変化していく。例えば、磁石の磁力は徐々に低下していき、磁石の位置がずれることもあり、また、ホールＩＣのゲインなどの回路特性も変化する。このような変位センサの特性が経年変化することにより、変位量測定装置の測定結果は次第に大きい誤差を含むようになる。

特許文献２に記載された角度測定装置では、回転体が基準位置に位置する時の測定値をゼロにリセットすることにより、パルス信号の計数ミスに起因する角度測定値の誤差を解消することができる。しかし、ここで採用されている基準位置での測定値をゼロにリセットするという補正方法は、特許文献１に記載された変位量測定装置のように、変位センサのホールＩＣから出力されるセンサ信号値から変位量を決定する装置においては、変位センサの特性の経年的な変化に起因する変位量測定値の誤差を解消することはできない。すなわち、変位センサの特性が変化すると、変位量とセンサ信号値との間の非線形な関係が変位レンジ全域にわたり変化するため、基準位置という一点の測定値だけをゼロにリセットしても、変位レンジ全域にわたっては変位量測定結果の誤差を修正できない。

特許文献３に記載されたボールネジ送り駆動装置では、加工前後のストローエンドの座標値の差に基づいて、加工中の主軸の熱膨張に起因するボール送り量の誤差を修正することができる。しかし、ストロークエンドという一点での座標値の差だけからでは、特許文献１に記載された変位量測定装置のように、変位センサの特性変化により変位量とセンサ信号値との間の非線形な関係が変位レンジ全域にわたり変化するような装置では、変位レンジ全域にわたっては変位量測定結果の誤差を修正することができない。

従って、本発明の目的は、変位量測定装置において、変位センサの特性の経年変化に起因する変位量測定値の誤差を解消して、常に高い測定精度を維持できるようにすることにある。

本発明に従う、変位量に応じた値をもつセンサ信号を出力する変位センサを用いて前記可動体の変位量を計測する変位量測定装置は、前記変位センサから出力される前記センサ信号の値に基づいて、所定の計算方法を用いて、前記可動体の変位量を計算する変位量計算手段と、前記可動体が所定の複数の基準位置にそれぞれ位置した時点をサンプリングポイントとして検出するタイミング手段と、前記タイミング手段により検出された各サンプリングポイントに前記変位センサから出力された前記センサ信号の値を、各基準位置に対応するサンプル値として取得するサンプリング手段と、前記サンプル手段により取得された前記複数の基準位置にそれぞれ対応する複数のサンプル値に基づいて、前記変位センサの特性の経時的な変化の傾向を計算し、計算された前記変化の傾向に応じて、前記変位量計算手段の前記計算方法を補正する補正手段とを備える。この変位量測定装置によれば、可動体が複数の基準位置にそれぞれ位置するときのセンサ信号値に基づいて、変位センサの特性の経時変化の傾向が複数の基準位置が存在する所定の変位レンジにわたって把握され、それにもとづいて変位量の計算方法が修正されるから、所定の変位レンジにわたって高い測定精度を維持できる。

好適な実施形態では、変位センサの変位レンジの両端点、つまり最大変位点（上死点）と最小変位点（下死点））に、それぞれ基準位置が設定される。それにより、変位レンジ全域にわたる補正が容易になる。さらに、上死点と下死点の間の中立点にも基準位置を設定することで、補正の精度をより高めることができる。

好適な実施形態では、前記タイミング手段と前記サンプリング手段と前記補正手段が、前記変位量計算手段と並行して動作する。それにより、前記変位量計測手段が変位量を計算している間に前記変位量計算手段の前記計算方法が逐次に補正される。その結果、計測動作を継続しつつ常に高い測定精度が維持できる。補正を行う計測動作を中断する必要はない。

好適な実施形態では、前記タイミング手段が、前記可動体を変位させる原因要素の状態値を監視し、前記状態値が所定の基準状態値に所定時間以上静止したか否かを判断することにより、前記可動体が前記基準位置に位置したか否かを判断する。これにより、可動体が基準位置に確実に位置している時を把握できるので、補正の精度が良くなる。

好適な実施形態では、種々のセンサ信号値と種々の変位量との対応関係が設定された変換テーブルを用いて、変位量が計算される。そして、前記補正手段が、前記複数の基準位置に対応するサンプル値と、前記変換テーブルに設定された前記複数の基準位置に対応するセンサ信号値との間の相違を求め、前記相違を小さくする方向へ、前記変換テーブルに設定された前記種々の変位量に対応する前記種々のセンサ信号値を補正する。これにより、変位センサの特性変化に応じ、変換テーブルが持つ変換特性（計算方法）を変位レンジ全域にわたって補正できる。

本発明によれば、変位センサの特性の経年変化に起因する変位量測定値の誤差を解消して、常に高い測定精度を維持できる。

図１は、本発明に従う変位量測定装置の一実施形態に適用される変位センサの一例の断面図である。図中、斜線のハッチングで示された部品は、磁性材料製の部品である。白抜きで示された部品は、永久磁石２８を除き、非磁性材料（例えば、非磁性ステンレス鋼、プラスチック、ゴムなど）製の部品である。

図１に示すように、変位センサ１０は、センサ本体１２と可動プラグ１４を備える。センサ本体１２は、前後端に開口もつ筒状の本体ハウジング１６を有し、この本体ハウジング１６の後端に本体キャップ１８が被せられている。本体ハウジング１６と本体キャップ１８は共に磁性材料製であり、センサ本体１２の外殻を構成し、センサ本体１２の内部を外部から磁気的に遮蔽する機能を持つ。

本体ハウジング１６内には、その前端の開口側から耐圧スリーブ２０が挿入されて固定されている。耐圧スリーブ２０の外側面の異なる位置に、１個又は複数個（この実施形態では例えば２個）の磁気感応素子、例えばホールＩＣ３４Ａ、３４Ｂが固定されている。これらのホールＩＣ３４Ａ、３４Ｂから出力されるセンサ信号は、信号ケーブル３７を通じてセンサ本体１２の外部へ取り出されて、本発明に従う変位量測定装置の機能をもつコントローラ１００に入力される。

耐圧スリーブ２０は、その前端に開口を有し、その内側には、耐圧スリーブ２０の壁によって囲まれた細長い円柱状の、可動プラグ１４のための移動空間３０を有する。この変位センサ１０の代表的な用途は、例えば、油圧機械の油流量検出のための差動スプールの変位量や油圧アクチュエータを動かすための電磁比例制御バルブのスプールのストローク量の検出などであり、この油圧機械での用途において、耐圧スリーブ２０内側の移動空間３０は高圧の作動油で満たされ、耐圧スリーブ２０の壁には高圧の油圧が加わる。耐圧スリーブ２０は、堅牢な非磁性材料（例えば、非磁性ステンレス鋼）製であり、内側空間３０からの高圧の油圧に耐えられる十分な強度をもつ。

可動プラグ１４が、耐圧スリーブ２０の前端の開口から移動空間３０内に挿入される。可動プラグ１４は移動空間３０と同軸の位置に配置される。可動プラグ１４は、その中心軸２２に沿って一定の距離範囲内で移動可能である。可動プラグ１４の耐圧スリーブ２０内に挿入された部分の外径は、耐圧スリーブ２０の内径より僅かに小さく、可動プラグ１４の外面と耐圧スリーブ２０の内面との間には微小なクリアランスが確保され、それにより、可動プラグ１４はスムーズに移動できる。

可動プラグ１４の本体は、非磁性材料製のほぼ円柱形のシャフト２４である。このシャフト２４の前端部分２５には螺子が形成されており、この螺子により、測定対象の可動体（例えば上述した油圧バルブのスプールなど）に結合される。シャフト２４の後半の耐圧スリーブ２０内に挿入される部分２６は、永久磁石２８を固定するためのホルダとなっている。このホルダ２６は円筒形であって、円柱形の内部空間２６ａを囲んだ側壁２６ｂを有し、また、後端には開口２６ｃを有する。このホルダ２６の内部空間２６ａ内に、丸棒状の永久磁石２８が収容されている。ホルダ２６の側壁２６ｂの後端縁には複数の爪２６ｄがある。これらの爪２６ｄは、開口２６ｃを閉じるように内側へ折り曲げられて永久磁石２８の後端面に当接して、ホルダ２４ｂ内で永久磁石２８を中心軸２２方向に動かないように固定する。また、次に述べる方法により、永久磁石２８はホルダ２６内でこれと同軸の位置に固定される。

永久磁石２８は、中心軸２２方向の場所によって太さ（外径）が異なるような形状に成形されている。例えば、この実施形態では、永久磁石２８は、軸方向の中央箇所で最も太く、そこから両端へむかってテーパする紡錘状の形状に成形されている。このような永久磁石２８の形状は、永久磁石２８により形成される磁界３３の強度（特に、ホールＩＣ３４Ａ、３４Ｂにより検出される磁界成分の強度）の分布を所定の特性（例えば、できるだけ線形に近い特性であるが、実際には非線形特性である）にするために選ばれたものである。そして、ホルダ２６の内部空間２６ａは、永久磁石２８の最も太い箇所（この実施形態では中央箇所）にフィットする形状とサイズになっている。従って、永久磁石２８は、その最も太い中央箇所にて、ホルダ２６の側壁２６ｂに密着している。永久磁石２８の細い後端部に、円リング状のスペーサ３２が外嵌されている。スペーサ３２は、その内側面にて永久磁石２８に密着するとともに、その外側面にてホルダ２６の側壁２６ｂに密着している。従って、永久磁石２８は、その最も太い中央箇所と、スペーサ３２の取り付けられた後端の２箇所にて、その軸位置がホルダ２４ｂの中心軸２２に一致するように固定される。スペーサ３２の材質を適切に選ぶことで、永久磁石２８に加わるストレスを和らげることも可能である。

ホルダ２６の内部空間２６ａは、永久磁石２８の中央部より前方の領域と後方の領域の２つの領域に分かれる。ホルダ２６の側壁２６ｂの１箇所又は複数箇所に、ホルダ２６の内部空間２６ａの前方領域とホルダ２６の外部空間（つまり、移動空間３０）とを連通する圧力逃がし穴２６ｅが穿たれている。また、スペーサ３２には、ホルダ２６の内部空間２６ａの後方領域とホルダ２６の外部空間（移動空間３０）とを連通する圧力逃がし溝（図示省略）が形成されている。上述した油圧機械での用途では、ホルダ２６の外部空間（移動空間３０）は高圧の作動油で満たされ、そして、特に建設機械などの場合は、その作動油の油圧が大幅に変動する。そのような場合であっても、側壁２６ｂの圧力逃がし穴２６ｅ及びスペーサ３２の圧力逃がし溝３２ｃの作用により、ホルダ２６の内部空間２６ａと外部空間（移動空間３０）との間の圧力差は小さく抑えられるので、この圧力差が過大になることによる不具合が防止される。

コントローラ１００は、上述した変位センサ１０の２つのホールＩＣ３４Ａ、３４Ｂから出力されるセンサ信号を常時入力して、それらのセンサ信号の値を平均化し、平均化されたセンサ信号値に基づいて、可動体（例えば、油圧アクチュエータを動かすための電磁比例制御バルブ）の変位量をリアルタイムで演算し、演算された変位量を用いて所定の制御動作（例えば、上記電磁比例制御バルブの操作など）を行う。ここで、変位センサ１０では、経年に伴って、永久磁石２８の磁界３３の強度が低下したり、永久磁石２８の軸位置がずれたり傾いたり、ホールＩＣ３４Ａ、３４Ｂの磁界強度を電圧信号に変換するゲインが変化したりして、そのセンシング特性が変化する。コントローラ１００は、本発明の原理に従い、上記変位センサ１０のセンシング特性の経年変化の傾向を把握し、その変化傾向に応じて変位量の演算方法を修正し、それにより、常に高い変位量測定精度を維持する。

図２は、変位センサ１０とコントローラ１００が適用された極めて簡単な油圧システムのモデル例を示す回路図である。

図２に示した例では、図１で説明した構成を持つ２つの変位センサ１０Ａ、１０Ｂが用いられている。第１の変位センサ１０Ａは、電磁比例制御バルブ３００に取り付けられて、この電磁比例制御バルブ３００のスプールのストローク量の検出に用いられる。ここで、電磁比例制御バルブ３００は、油圧ポンプ４００から供給される油圧のアクチュエータ５００への供給を制御することにより、アクチュエータ５００を駆動するために用いられる。また、第２の変位センサ１０Ｂは、差圧センサ６００に取り付けられて、この差圧センサ６００のスプールのストローク量の検出に用いられる。ここで、差圧センサ６００は、油圧ポンプ４００からアクチュエータ５００などへ供給される作動油の流量を検出するために用いられる。なお、参照番号７００は、油圧ポンプ４００のアンロード時の油圧（アンロード圧）を所定値に維持するための低圧リリーフ弁を指し、参照番号８００は、最大油圧を所定のリリーフ圧に制限するための高圧リリーフ弁を指し、また、参照番号９００は、圧力計を指す。低圧リリーフ弁７００は、アンロード時には、コントローラ１００からの信号がオフになり、バネでセットされた圧力になるように、コントローラ１００によって制御される。

コントローラ１００は、人により操作される操作入力装置（例えば操作レバー）２００から操作指令信号を入力し、この操作指令信号に従って電磁比例制御バルブ３００を操作して、アクチュエータ５００の動きを制御する。その際、コントローラ１００は、第１の変位センサ１０Ａからセンサ信号を入力し、入力されたセンサ信号値に基づいて、電磁比例制御バルブ３００のスプールのストローク量を計算し、計算されたストローク量が目標ストローク量になるように電磁比例制御バルブ３００に対する操作量を調節する。この電磁比例制御バルブ３００を制御する動作と並行して、コントローラ１００は、実質的にリアルタイムに、第１の変位センサ１０Ａのセンシング特性の経年変化を学習し、その学習結果に応じて第１の変位センサ１０Ａからのセンサ信号値に基づきストローク量（変位量）を計算するための計算方法を補正するという制御（以下、学習制御という）も行う。

この学習制御では、コントローラ１００は、操作レバー２００からの操作指令信号（例えば電圧信号）のレベルを監視する。この操作指令信号は、電磁比例制御バルブ３００のスプールを変位させる原因要素である。コントローラ１００は、この操作指令信号を監視することで、電磁比例制御バルブ３００のスプールが所定の複数の基準位置にそれぞれ位置する時点をサンプリングポイントとして検出する。例えば、上死点（最大ストローク位置）、中立点（原点位置）及び下死点（最小ストローク位置）の３つの基準位置が設定されている。ここで、上死点と下死点は変位センサの変位レンジの両端点であり、中立点は変位レンジの中点であるから、変位レンジ全域にわたる学習制御に都合がよい。

操作指令信号のレベルが最大値で一定時間（例えば１秒間）以上静止したとき、コントローラ１００は、スプールが上死点に位置していると判断する。操作指令信号のレベルが中立値で一定時間（例えば１秒間）以上静止したとき、コントローラ１００は、スプールが中立点に位置していると判断する。また、操作指令信号のレベルが最小値で一定時間（例えば１秒間）以上静止したとき、コントローラ１００は、スプールが下死点に位置していると判断する。コントローラ１００は、このような判断により検出したサンプリングポイントにて第１の変位センサ１０Ａからのセンサ信号値を、学習制御用のサンプル値として記憶する。コントローラ１００は、それら記憶されたサンプル値に基づいて、第１の変位センサ１０Ａのセンシング特性の現在までの経年変化の傾向を把握する。そして、コントローラ１００は、把握された経年変化の傾向に応じて、第１の変位センサ１０Ａのセンサ信号値からストローク量（変位量）を計算するための計算方法（例えば、第１の変位センサ１０Ａのセンサ信号値とストローク量（変位量）とを対応付けた変換テーブル）を補正する。

また、コントローラ１００は、第２の変位センサ１０Ｂからセンサ信号を入力し、入力されたセンサ信号値に基づいて、差圧センサ６００のスプールのストローク量を計算し、計算されたストローク量を利用して図示されていない各種の制御を行う。この制御動作と並行して、コントローラ１００は、実質的にリアルタイムに、第２の変位センサ１０Ｂのセンシング特性の経年変化を学習し、その学習結果に応じて第２の変位センサ１０Ｂからのセンサ信号値に基づきストローク量（変位量）を計算するための計算方法を補正するという学習制御も行う。

この学習制御では、コントローラ１００は、上述した操作指令信号に加えて、圧力計９００により検出された圧力値を監視する。この圧力値は、差圧センサ６００のスプールを変位させる原因要素である作動油の流量（絞りでの差圧）の状態を示している。コントローラ１００は、操作レバー２００からの操作指令信号と共に圧力計９００からの圧力値を監視することで、差圧センサ６００のスプールが所定の複数の基準位置にそれぞれ位置する時点をサンプリングポイントとして検出する。例えば、基準位置として、アンロード時（ゼロ流量時、ゼロ差圧時）の位置及び最大圧力時（最大流量時、最大差圧時）の位置の２つの位置が設定されている。ここで、ゼロ差圧時と最大差圧時の位置は、差圧センサ６００の使用時の通常の変位レンジの両端点であるから、その変位レンジ全域にわたる学習制御に都合がよい。

そして、操作レバー２００からの操作指令信号が中立点に一定時間（例えば１秒間）以上静止すると共に圧力計９００からの圧力値が低圧リリーフ弁７００のアンロード圧で一定時間（例えば１秒間）以上静止したとき、コントローラ１００は、スプールがゼロ差圧時の位置に位置していると判断する。また、圧力値が高圧リリーフ弁８００のリリーフ圧で一定時間（例えば１秒間）以上静止したとき、コントローラ１００は、スプールが一最大差圧時の位置に位置していると判断する。コントローラ１００は、このような判断により検出したサンプリングポイントにて第２の変位センサ１０Ｂからのセンサ信号値を、学習制御用のサンプル値として記憶する。コントローラ１００は、それら記憶されたサンプル値に基づいて、第２の変位センサ１０Ｂのセンシング特性の現在までの経年変化の傾向を把握する。そして、コントローラ１００は、把握された経年変化の傾向に応じて、第２の変位センサ１０Ｂのセンサ信号値からストローク量（変位量）を計算するための計算方法（例えば、第２の変位センサ１０Ｂのセンサ信号値とストローク量（変位量）とを対応付けた変換テーブル）を補正する。

図３は、コントローラ１００の構成、とりわけ、電磁比例制御バルブ３００のスプールを変位させるための制御、及び、この制御と並行して行われる第１の変位センサ１０Ａの経年変化の学習制御を行うための構成を示す。

図３に示すように、コントローラ１００は、操作入力装置（例えば操作レバー）２００と、電磁比例制御バルブ３００と、電磁比例制御バルブ３００に結合された変位センサ１０Ａに、電気的に接続されている。このコントローラ１００は、運転者による操作入力装置２００の操作に従って電磁比例制御バルブ３００のスプールのストローク量（電磁比例制御バルブ３００がアクチュエータ５００へ送る油圧）をフィードバック制御する機能と、このフィードバック制御動作と並行して、変位センサ１０Ａの現在のセンシング特性を実質的にリアルタイムで学習し、その学習結果に応じて変位センサ１０Ａからのセンサ信号値から変位量を求める計算方法を修正する学習制御機能とを備える。

まず、フィードバック制御機能について説明する。

コントローラ１００は、処理１０１で、操作入力装置２００から出力される操作指令信号を入力し、そして、入力された操作指令信号ISを電磁比例制御バルブ３００に対する指令変位Dp_sに変換する。また、コントローラ１００は、処理１０８で、変位センサ１から出力されるセンサ信号（ホールＩＣの場合は電圧信号であり、以下、センサ電圧信号という）Pを入力する。そして、コントローラ１００は、処理１０９で、各時点で入力されたセンサ電圧信号Pに基づいて、電磁比例制御バルブ３００の現在変位量（現在のストローク量）Dp_pを計算する。その計算方法としては、変位センサ１０Aのセンシング特性に基づいた種々のセンサ電圧信号値と種々の変位量との間の対応関係を設定したセンサ電圧-変位変換テーブル１１１を参照して、入力されたセンサ電圧信号Pを現在の変位量Dp_pに変換するという方法が用いられる。そして、コントローラ１００は、処理１０３で、指令変位Dp_sと現在変位Dp_pとの偏差Dp_s−Dp_pを演算し、続く処理１０５で、その変位偏差Dp_s−Dp_pに基づいて電磁比例制御バルブ３００に対する油圧の操作量を演算し、続く処理１０７で、その油圧操作量に基づいて電磁比例制御バルブ３００に対する制御電流の操作量を演算して、その制御電流操作量に基づいて電磁比例制御バルブ３００に流れる制御電流を操作する。

次に、図３の処理１１３による学習制御機能について説明する。図４は、この学習制御の流れを示している。以下、図３と図４を参照して学習制御の処理を説明する。

学習制御１１３では、コントローラ１００は、操作入力装置２００からの操作指令信号ISに基づいて、電磁比例制御バルブ３００の現在変位Dp_pが所定の複数の基準位置にそれぞれ位置すると確実に考えられる時点をサンプリングポイントとして検出する。ここで、複数の基準位置とは、例えば、図３の処理１０１内のグラフに示す上死点（最大変位）Bmax、下死点（最小変位）Bmin及び中立点（ゼロ変位）Aであり、これらは変位レンジの全域の特性を示す代表点ということができる。コントローラ１００は、操作入力装置２００からの指令信号ISが、一定時間（例えば１秒間）連続して、最大変位（上死点）Bmax、最小変位（下死点）Bmin及びゼロ変位（中立点）Aをそれぞれ指示した時、その時点をサンプリングポイントとして検出する（図４のブロック１２０のステップ１２２）。これら３種類のサンプリングポイントでは、電磁比例制御バルブ３００のスプールの変位Dp_pが、それぞれ上死点Bmax、下死点Bmin及び中立点Aに確実に位置していると見なすことができる。

コントローラ１００は、検出された上記３種類のサンプリングポイントにて変位センサ１０Ａから出力された電圧信号P、すなわち、上死点Bmaxに対応する上死点電圧信号値PBmax、下死点Bminに対応する下死点電圧信号値PBmin、及び中立点Aに対応する中立電圧信号値PAを、それぞれサンプル値として取得する（図４のサンプリング処理１２０のステップ１２４）。取得されたサンプル値は、図４に示したサンプル記憶部１２６に記憶される。

コントローラ１００は、取得したサンプル値に異常かないかどうかをチェックする（図４の異常判定処理１３０のステップ１３２）。この異常判定は、例えば次のように行われる。すなわち、コントローラ１００は、図４に示すように設定値記憶部１３４を有し、そこには変位センサ１０Ａが初期において上死点Bmax、下死点Bmin及び中立点Aにてそれぞれ出力した電圧信号値（以下、初期電圧信号値という）PBmax(0)、PBmin(0)及びPA(0)が予め記憶されている。この初期電圧信号値PBmax(0)、PBmin(0)及びPA(0)は、変位センサ１０Ａの実使用前の初期検特性を表しており、例えば工場出荷前の検査で計測されて設定されたものである。コントローラ１００は、取得したサンプル値と、そのサンプル値に対応する初期設定値との差を計算し、その差が所定の閾値より大きい場合、そのサンプル値は異常であると判定する。すなわち、取得されたサンプル値をPBmax、PBmin及びPAとし、初期電圧信号値をPBmax(0)、PBmin(0)及びPA(0)とし、閾値をΔPBmax_NG、ΔPBmin_NG及びΔPA_NGとすると、
| PBmax−PBmax(0)|＜ΔPBmax_NG 式１
|PBmin−PBmin(0)|＜ΔPBmin_NG 式２
| PA−PA(0)|＜ΔPA_NG 式３
の条件が成立するかどうかをコントローラ１００は判断する。上記のいずれかの条件が成立すると、変位センサ１０Aに何らかの異常があると考えられるので、コントローラ１００は運転者に警報を発するなどの異常処理を行う（ステップ１１５）。上記の条件が成立しなければ、取得されたサンプル値は正常であると見なされる。

コントローラ１００は、上死点Bmax、下死点Bmin及び中立点Aに対応する３種類の正常なサンプル値PBmax、PBmin及びPAが所定の時間差範囲内に取得されると、それら３種類のサンプル値PBmax、PBmin及びPAを用いて、変位センサ１０Aの特性変化の傾向を求め、それに基づきセンサ電圧−変位変換テーブル１１１を補正する（図４の変換テーブル補正処理１４０）。この補正処理は例えば次のように行われる。

すなわち、今回の補正処理で用いるサンプル値をPBmax、PBmin及びPAとし、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に現在設定されている基準位置（上死点Bmax、下死点Bmin及び中立点A）に対応する電圧信号値をPBmax(n)、PBmin(n)及びPA(n)とし、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に新たに設定されることになる基準位置に対応する補正後の電圧信号値をPBmax(n+1)、PBmin(n+1)及びPA(n+1)とすると、コントローラ１００は、
PBmax(n+1)＝PBmax(n)＋α(PBmax−PBmax(n)) 式４
PBmin(n+1)＝PBmin(n)＋α(PBmin−PBmin(n)) 式５
PA(n+1)＝PA(n)＋α(PA−PA(n)) 式６
の計算式を用いて、基準位置に対応する補正後の電圧信号値PBmax(n+1)、PBmin(n+1)及びPA(n+1)を算出する（図４のステップ１４２）。ここで、上記３つの計算式の右辺の第２項の(PBmax−PBmax(n))、(PBmin−PBmin(n))及び(PA−PA(n))は、変位センサ１０Aの変位レンジ全体にわたるセンシング特性の経時変化の傾向を示している。また、この第2項の係数αは、そのセンシング特性の経時変化の傾向をセンサ電圧−変位変換テーブル１１１の補正にどの程度反映させるかを調節するための補正ゲインであり、１より小さい正の値（例えば０．１）である。従って、上記計算式の右辺は、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に設定されている電圧信号値PBmax(n)、PBmin(n)及びPA(n)を、変位センサ１０Aのセンシング特性の経時変化の傾向に沿った方向へシフトすることを意味する。

また、コントローラ１００は、上記計算式で求まった基準位置に対応する補正後の電圧信号値PBmax(n+1)、PBmin(n+1)及びPA(n+1)を使って補間計算を行なうことにより、変位レンジ全域にわたる基準位置以外の種々の変位量に対応する補正後の電圧信号値も算出する（図４のステップ１４４）。そして、コントローラ１００は、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に現在設定されている変位レンジ全域にわたる種々の変位量Dp_pmax、…、0、…、Dp_pminに対応する電圧信号値PBmax(n)、…、PA(n)、…、PBmin(n)を、上記のようにして算出された補正後の電圧信号値PBmax(n+1)、…、PA(n+1)、…、PBmin(n+1)に書き換える（図４のステップ１４６）。このようにして、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に設定されている電圧信号値は、センサ電圧−変位変換テーブル１１１に設定されている基準位置に対応する電圧信号値と基準位置に対応するサンプル値との間の相違を小さくする方向へ（換言すれば、変位センサ１０Aのセンシング特性の経時変化の傾向に沿った方向へ）修正される。この補正により、図３の変換テーブル１１１内に例示すように、実線で示された前の変換特性１５０が、矢印で示すようにセンシング特性の変化傾向の方向へ変位レンジ全域にわたって補正されて、一点鎖線で示されたような新たな変換特性１５２になる。

以上の変換テーブル１１１の補正動作が、変位センサ１０Aが使用されている間、逐次に行われる。それにより、変換テーブル１１１の内容は、変位センサ１０Aの現在のセンシング特性に実質的にリアルタイムで適合したものとなる。従って、変位センサ１０Aのセンシング特性の経時変化があっても、常に精度の良い変位量測定結果が得られることになる。また、上記のようにして把握した変位センサ１０Aのセンシング特性の経時変化の傾向に基づいて、変位量計算方法の補正だけでなく、変位センサ１０Aの将来の異常発生の予測なども行うこともできる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

例えば、上述した計算式４、５、６において、右辺の第2項α(PBmax−PBmax(n))、α(PBmin−PBmin(n))及びα(PA−PA(n))に代えて、特性変化傾向(PBmax−PBmax(n))、(PBmin−PBmin(n))、 (PA−PA(n))と同じ極性を持った一定幅の補正ステップ値を用いることもできる。

図１は、本発明に従う変位量測定装置の一実施形態に適用される変位センサの一例の断面図である。図２は、変位センサ１０とコントローラ１００が適用された簡単な油圧システムの一例を示す回路図である。図３は、コントローラ１００の構成、とりわけ、電磁比例制御バルブ３００のスプールを変位させるための制御、及び、この制御と並行して行われる第１の変位センサ１０Ａの経年変化の学習制御を行うための構成を示すブロック図である。図４は、コントローラ１００が行う学習制御の処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１０、１０A、１０B 変位センサ
１００コントローラ
１１１センサ電圧−変位変換テーブル
１１３学習制御
１２０サンプリング処理
１３０異常判定処理
１４０変換テーブル補正処理
２００操作入力装置
３００電磁比例制御バルブ
６００差圧センサ
９００圧力計

Claims

可動体（３００）の変位量に応じた値をもつセンサ信号を出力する変位センサ（１０A）を用いて前記可動体の変位量を計測する変位量測定装置（１００）において、
前記変位センサ（１０A）から出力される前記センサ信号の値に基づいて、所定の計算方法を用いて、前記可動体の変位量を計算する変位量計算手段（１０９）と、
前記可動体（３００）が所定の複数の基準位置にそれぞれ位置した時点をサンプリングポイントとして検出するタイミング手段（１２２）と、
前記タイミング手段（１２２）により検出された各サンプリングポイントに前記変位センサ（１０A）から出力された前記センサ信号の値を、各基準位置に対応するサンプル値（１２６）として取得するサンプリング手段（１２４）と、
実使用前の前記変位センサにより、前記可動体が前記所定の複数の基準位置にそれぞれ位置した時点において出力されるセンサ信号である初期信号の値を記憶する設定値記憶手段（１３４）と、
前記各基準位置に対応する前記サンプル値と、前記各基準位置に対応する前記初期信号の値との差のいずれかが所定の閾値より大きい場合に、前記サンプル値が異常であると判断する判断手段（１００）と、
前記サンプル値が異常であると判断されなかった場合にのみ、前記サンプル手段（１２４）により取得された前記複数の基準位置にそれぞれ対応する複数のサンプル値（１２６）に基づいて、前記変位センサの特性の経時的な変化の傾向を計算し、計算された前記変化の傾向に応じて、前記変位量計算手段（１０９）の前記計算方法を補正する補正手段（１４０）と
を備えた変位量測定装置。
前記タイミング手段（１２２）と前記サンプリング手段（１２４）と前記補正手段（１４０）が、前記変位量計算手段（１０９）と並行して動作し、それにより、前記変位量計測手段が変位量を計算している間に前記変位量計算手段の前記計算方法を逐次に補正する請求項１記載の変位量測定装置。
前記タイミング手段（１２２）が、前記可動体を変位させる原因要素（IS）の状態値を監視し、前記状態値が所定の基準状態値に所定時間以上静止したか否かを判断することにより、前記可動体が前記基準位置に位置したか否かを判断する請求項１記載の変位量測定装置。
前記計算方法が、種々のセンサ信号値と種々の変位量との対応関係が設定された変換テーブル（１１１）を用いるものであり、
前記補正手段（１４０）が、前記複数の基準位置に対応するサンプル値（１２６）と、前記変換テーブル（１１１）に設定された前記複数の基準位置に対応するセンサ信号値との間の相違を求め、前記相違を小さくする方向へ、前記変換テーブル（１１１）に設定された前記種々の変位量に対応する前記種々のセンサ信号値を補正する請求項１記載の変位量測定装置。