JPH06503419A - 油圧シリンダの直線位置を検出する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 油圧シリンダの直線位置を検出する装置および方法挟五分証 本発明は、一般には操向用油圧シリンダのハウジング内のピストンおよびピスト ンロッドの位置を検出する装置および方法、より詳細にはシリンダの全伸長範囲 にわたってピストンおよびピストンロッドの位置を検出する装置および方法に関 するものである。 背景技飯 油圧シリンダの分野においては、シリンダの構成要素の変位を電気的に検出し、 その変位を表示したり、その変位を使用して制御機能を行う各種の装置が提案さ れている。従来のトランスジユーサは一つには装置の取付けが難しいことと、装 置がさらされる厳しい環境条件にために重大な欠陥を有する０重車両産業におい て油圧装置に使用されるトランスジユーサは特に過酷な作業環境のために損傷を 受け易い、油圧シリンダは一般に比較的無防備の区域に配置され、一般に大きな 加速度や大きな温度変化を受け、さらに塵埃、水、破壊屑、等が堆積するために 電気的故障や機械的故障が生しる可能性がある。 重車両産業に特に適した検出器を提供する試みの１つは、無線周波数（ＲＦ）信 号を使用している。そのような装置の１つが米国特許第４．７３７，７０５号（ １９８８年４月１２日発行）に開示されている。上記米国特許に開示されている 装置は、油圧シリンダによって形成された同軸共振空洞の中に、周波数が単調に 増大するＲＦ傷信号送信する。受信アンテナによって検出される信号は、シリン ダの共振周波数が送信されたときピークに達する。シリンダの共振周波数とシリ ンダの伸長量とは１対１の関係がある。従って、シリンダの共振周波数を測定す ることにより、シリンダの直線伸長量をめることができる。 しかし、油圧シリンダは完全な幾何学的図形（たとえば、完全な円筒形）をして いるものはほとんどない、そのために、位置が不正確である、もしくは全く測定 できないシリンダ直線伸長部分が存在する。この部分は不感帯と呼ばれる、たと えば、上記米国特許においては、同軸共振空洞の一端に一対のアンテナが設置さ れている０位置を測定することができない不感帯部分はアンテナから始まってシ リンダの中に延びている。この不感帯部分の長さは個々のシリンダによって異な る。 シリンダが不感帯部分の中へ伸長しない場合や、精度を必要としない場合もある ので、多くの用途においては、この不感帯部分は重要でない、しかし、一定の用 途においては、シリンダをその全長にわたって伸長させる必要がある。 本発明は、上に述べた１つまたはそれ以上の問題点を解決することを０指してい る。 充所（２）開示 本発明は、第１の態捧として、ピストンおよびピストンロッドの直線位置を検出 する装置を提供する。ピストンおよびピストンロフトはハウジング内で移動可能 であり、ハウジングと共に第１および第２同軸共振空洞を形成している０本装置 は空洞の共振周波数を測定するためのＲＦ部と、ピストンおよびピストンロッド の位置を測定するためのセンサ制御装置を備えている。 本発明は、第２のＢ１０として、ピストンおよびピストンロッドの直線位置を検 出する方法を提供する。ピストンおよびピストンロッドはハウジング内で移動可 能であり、ハウジングと共に第１および第２同軸共振空洞を形成している０本方 法は、一方の空洞の共振周波数を測定するステップと、それに応じてピストンの 第１場所をめるステップより成る。もし第１場所が妥当でなければ、他方の空洞 の共振周波数を測定し、それに応じて第２場所をめる。 図血Ω旦単望脱労 第１図は、本発明の一実施例に係る操向用シリンダのための無線（ＲＦ）直線位 置センサのブロック図である。 第２図は、本発明の実施例の送信部、受信部およびセンサ制御装置を備えた多重 化ＲＦ直線位置センサ装置のブロック図である。 第３図は、本発明の実施例の送信部、受信部およびセンサ制御装置の電気的構成 図である。 第４図は、本発明の実施例の送信部の電圧制御発振器（ＶＣＯ）部分のブロック 図である。 第５図は、入力ＲＦ信号の周波数と検出されたＲＦ傷信号の関係を示すグラフで ある。 第６圀は、入力ＲＦ信号の周波数とピストンロッド変位との関係を示すグラフで ある。 第７図は、本発明の実施例の主制御ループのフローチャートである。 第８図は、第７図の主制御ループによって呼び出されるＧＥＴＣＰ　サブル−チ ンのフローチャートである。 第９Ａ図は、第８図のＧＥＴＣＰ　サブルーチンによって呼び出されるＧＥＴＤ ＡＴＡサブルーチンのフローチャートである。 第９Ｂ図は、割込みルーチンのフローチャートである。 第１０図は、第７図の主制御ループによって呼び出されるＤＩＡＧサブル−チン のフローチャートである。 るための　の／ｌ 以下、図面を参照して説明する。ＲＦ直線位置検出装置１０２は油圧シリンダの 全伸長範囲にわたってシリンダの位置を検出するように構成されてし）る。 操向用油圧シリンダ１１０の典型的な略図に示すように、シリンダ１１０番よピ ストン１０４、ピストンロッド１０６およびノ功ジング１０８を有する。ピスト ンロッド１０６はシリンダ１１の両側面を貫通し、２つの終端の間で動くことが できる。ピストン１０４はピストンロッド１０６の中間に置かれてしする。ピス トンの全移動長さをＬｔとする。 第１および第２可変長同軸共振空洞１１２．１１４は、それぞれハウジング１０ ８、ピストン１０４およびピストンロッド１０６の各終端によって形成されてい る。第１および第２可変長同軸共振空洞１１２．１１４の長さをそれぞれＬ　ｃ 　Ｉ＋Ｌｃｚとすると、全長ＬＬ　＝Ｌｃ＋＋Ｌｃｚ＋　（ピストン１０４の幅 ）である。 好ましい実施例において、装置１０２は操向用シリンダ内のピストン１０４の位 置を検出するように構成されている。しかし、本発明は、２つの同軸空洞を有す る他のシリンダに適応させることができる。 手段１１６は、第１同軸空洞１１２の共振周波数を測定し、それに応じて第１共 振周波数信号を発生する。 手段１１Ｂは、第２同軸空洞１１４の共振周波数を測定し、それに応して第２共 振周波数信号を発生する。 手段１２０すなわちセンサ制御装置は、第１および第２共振周波数信号を受け取 り、それらの信号の関数としてピストン１０４およびピストンロッド１０６の第 １および第２場所をめ、その第１および第２場所と所定の設定点とを比較してピ ストン１０４およびピストンロッド１０６の位置を決める。 第１同軸空洞共振周波数測定手段１１６は、第１電磁放射信号を発生し、その信 号を第１共振空洞１１２の中に送信する手段１２２を備えている。電磁放射信号 は所定の最小値と最大値の間で変化する周波数を有する。第１電磁放射信号発生 手段１２２は第１送信アンテナ１３０を備えている。 第１同軸空洞共振周波数測定手段１１６は、さらに第１同軸空洞１１２内の第１ ｔ磁波信号を感知し、その第１電磁波信号と第１所定しきい値とを比較して第１ 所定しきい値より大きい第１電磁放射信号の大きさに比例する第１ｔ波信号を発 生する第１手段１２４を有する。第１電磁波信号感知手段１２４は第１受信アン テナ１３２を備えている。 第２同軸空洞共振周波数測定手段１１８は、第２電磁放射信号を発生し、その信 号を第２共振空洞１１４の中に送信する手段１２６を備えている。電磁放射信号 は所定の最小値と最大値の間で変化する周波数を有する。第２電磁放射信号発生 手段１２６は第２送信アンテナ１３４を備えている。 第２同軸空洞共振周波数測定手段１１８は、さらに第２同軸空洞１１４内の第２ 電磁波信号を感知し、その第２電磁波信号と第２所定しきい値とを比較して第２ 所定しきい値より大きい第２電磁放射信号の大きさに比例する第２電波信号を発 生する第２手段１２Ｂを有する。第２電磁波信号感知手段１２８は第２受信アン テナ１３６を備えている。 本発明の一実施例においては、第１および第２ｔｉｆｆ放射信号発生手段１２２ ゜１２６と、第１および第２電磁波感知手段１２４．１２８は、別個の無線周波 数（ＲＦ）送信器と受信機を備えている。 本発明の好ましい実施例において、装置１０２は、複数の油圧シリンダの直線位 置を測定することを可能にするＲＦ多重化装置２０２を備えている。たとえば、 地均し機は、一般に作業用具を操作する油圧シリンダ（図示せず）を少なくとも ２個使用ｊ７ている。ＲＦ多重化装置２０２は、各油圧シリンダの位置と、操向 用シリンダ１１０の位Ｉを繰り返して測定する。装置内の他の油圧シリンダも２ つの同軸共振空洞を持つ場合があるが、説明の便宜上、ＲＦ多重化装置２０２は 操向用シリンダの２つの空洞の共振周波数だけを測定するものとする。 次に図２について説明する。ＲＦ多重化装置２０２は、送信部２０４、受信部２ ０６および多重化手段２０８より成っている。好ましい実施例の場合、ＲＦ多重 化装置２０２は、車両の操向動作を位置フィードバック制御するため操向用シリ ンダ１１０の位１信号を制御装置２１０へ送るようになっている。また第２操向 用シリンダの位Ｉを測定し、制御装置２１０へ提供することができる。また他の 油圧シリンダの位置を他の制御装置（図示せず）へ提供することができる。 ＲＦ多重化装置２０２は、送信アンテナ１３０．１３４でＲＦ倍信号第１および 第２同軸共振空Ｎ１１２，１１４の中に選択的に送信し、送信したＲＦパワーの 反射を受信アンテナ１３２．１３６で受信することによって第１および第２同軸 共振空洞１１２．１１４（および他のシリンダ）の長さを測定する。 第１および第２同軸共振空洞１１２．１１４や他の油圧シリンダによって形成さ れた空洞は、両端が短絡された同軸伝送線に似た応答をする。各シリンダ１１Ｏ は、ハウジング１０８とピストンロンド１０６を電気的に接続する導電性リング （図示せず）を有する。好ましい実施例の場合、この導電性リングは銅メッキさ れている。 無線周波数（ＲＦ）信号で励振されたとき、共振周波数のときを除き、空洞１１ ２．１１４は高無効負荷である。詳しく述べると、もし空洞の長さくＬｃ＋。 Ｌ　［２）が、同軸空洞１１２．１１４内へ送信された信号の波長の１／２の整 数倍数であれば、一部のＲＦエネルギーが空洞の中に取り込まれて、横方向電磁 場を励振する。この現象は、同軸空洞１１２，１１４に沿って伝搬する２つの波 の重ね合わせとして説明することができる。この時間的に変化する電磁場が空洞 １１２．１１４内に存在すると、受信アンテナ１３２．１３６は同し周波数の信 号を噴出する。各整数倍数は調波すなわち共振周波数として知られる。 本発明の第１実施例においては、第１整数倍数すなわち第１ｉＦｌ波のみが検出 される。第２実施例においては、次に続く調波が検出される。 理想的同軸空洞の共振周波数は次式で表される。 ｒｙｅｓ−ｎ／２　（Ｃ／（Ｅ−）”ｘｉ／Ｌｃ）（ｎ＝１．２．３．、、）こ こで、Ｃ＝３Ｘ１０１ｏｃｍ／ｓ、ｆｒｅｔ−共振周波数、シー空洞内の流体の 相対誘電率である。第１ｉ１波はｎ−１に対応し、第２調波はｎ−２に対応し、 以下同様である。 同軸空洞１１４，１１６の幾何学的図が理想的同軸空洞から逸脱していることと 、実際の結合構造の効果のせいで、同軸空洞１１４，１１６の共振周波数は上記 理論式のそれとは異なる。しかし、空洞１１４，１１６の実共振周波数と空洞の 長さＬ　ｃｌ＋　Ｌ　ｅ２との間には１対ｌの関係があるので、各油圧シリンダ のファミリタイプを校正することによって、理想的同軸空洞からの逸脱を考慮に 入れることができる。 送信部２０４は、予め選択した最小値と最大値の間で変化する所定の周波数を有 するＲＦ倍信号発生する。 図３に示すように、送信部２０４は直列に接続された第１デイジタルアナログ（ Ｄ／Ａ）変換器３０２と電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０４を有する。好ましい実 施例においては、Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｉｎｃ、　ｏｆ　Ｎｏｎｍｏ ｏｄ　（米国）から入力できるＤ／Ａ変換器（部品番号ＡＤＤＡＣ７２）が使用 されている。 図４に示すように、電圧制御発振器３０４は第１および第２電圧同調発振器（Ｖ ＴＯ）４０２．４０４を有する。好ましい実施例において、第１電圧同調発振器 ４０２は４．３　〜５．８　ＧＨｚ　の周波数を有し、第２電圧同調発振器４０ ４は５．８５６１（Ｚに設定されている。Ａｖａｎｔｅｋ　Ｉｎｃ、　ｏｆ　Ｈ ｏｐｋｉｎｓ　（米国）から適当な電圧同調発振器（部品番号ＶＴＯ８４３０， ＶＴＯ８４９０）を入手することができる。第１および第２電圧同調発振器４０ ２，４０４は第１および第２減衰器パツド４０８゜４１０を介してミクサ４０６ へ出力を送る。好ましい実施例において、第１および第２減衰器パッド４０Ｂ、 ４１０は、それぞれ１０ｄＢと３ｄＢの減衰器パッドである。ＫＤＩＣｏ印、（ 米国　）から適当な減衰器パッド（部品番号ＰＡＮ−１０゜ＰＡＮ−３）　を入 手することができる。好ましい実施例において、ミクサ４０６は直流（０）〜２ 　ＧＨｚ　の中間周波数（ＩＦ）をもつ二重平衡ミクサである。　Ｗａｔｋｉｎ ｓ−Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｃｏ、　（米国）から適当なミクサ（部品番号−ＪＨ５Ｈ ）を人手することができる。　１　ｄＢの減衰器パッド４１２（部品番号ＰＡＭ −１）はミクサ４０６の出力を１０ｄＢカツプラ４１４へ送る。Ｍｉｎｉ−Ｃ４ ｒｃｕｉｔｓ　（米国）から適当なカップラ（部品番号ＰＤＣ１０５）を入手す ることができる。 図２に戻って、多重化手段２０８はＲＦ倍信号受は取り、そのＲＦ倍信号第１ま たは第２同軸共振空洞１１４．１１６の中へ選択的に送信し、選択した空洞１１ ４．１１６の内部から第１電磁波信号を受信する。 図３に示すように、好ましい実施例において、多重化手段２０８は第１および第 ２マルチプレクサ３０６．３０７を有する。好ましい実施例において、第１およ び第２マルチプレクサ３０６．３０７はＭｉｎｉ−Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　（米国） から人手できるデバイス（部品番号ＴＧＳＷ４２５）である０図３および図４に 示すように、第１マルチプレクサ３０６は電圧制御発振器３０４の１ｄＢ　カッ プラ４１４へ接続されている。 受信部２０６は、を磁波信号の大きさと所定のしきい値とを比較し、それに応し て第１共振信号を生成する。受信部２０６は、周波数信号を受け取り、それに応 して自動ゲイン信号を決定する自動ゲイン手段３０８を有する。好ましい実施例 において、自動ゲイン手段３０Ｂは直列に接続された第１記憶手段３１０と第２ Ｄ／Ａ変換器３１２を有する。第１記憶手段３１０は少なくとも１個のプログラ ム可能読取り専用メモリ（ＦＲＯＭ）３１１を有する。好ましい実施例の場合、 ＦＲＯＭ３１１には多数のゲイン係数を含む多数のテーブルが入っている。ゲイ ン係数は送信するＲＦ倍信号周波数とシリンダによって決まる。　Ａｄｖａｎｃ ｅｄ　Ｈｉｃｒｏ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｉｎｃ、　（米国）から適当なＦＲＯＭ（ 部品番号ＡＭ２７Ｓ１９１）を入手することができる。使用するＦＲＯＭの数は 、油圧シリンダの数とＦＲＯＭに入っているテーブルのサイズの関数である。　 Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃａｒｐ、（米国）から適当 なり／Ａ変換器（部品番号ＤＡＣＯ８００）を入手することができる。 自動ゲイン回路（ＡＧＣ）３１４は、第２Ｄ／Ａ変換器３１２の出力を受け取る 。　Ｐｌｅｓｓｅｙ　Ｎｏｒｔｈ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ｃｏｒｐ、（米国）から適 当なＡＧＣ（部品番号５Ｌ６１４０）を入手することができる。比較器３１５は 自動ゲイン回路３１４の出力としきい値とを比較する。 ＲＦ増幅器３１６は、第２マルクブレクサ３１７の出方を受け取り、受は取った ＲＦパワーを増幅する。好ましい実施例において、ＲＦ増幅器は　−ａｔｋｉｎ ｓ−Ｊ。 ｈｎｓｏｎ　Ｃｏ、　（米国）から入手できる、直列に接続された２個の増幅器 （部品番号Ａ２６．　Ａ２９　）を有する。 通常構造のＲＦ検出器３１８は、受は取ったＲＦパワーに相当する負電圧を発生 する。使用したＲＦ検出器（部品番号ＡＣ３Ｎ−２０９４Ｎ　）は、Ａｄｖａｎ ｃｅ　Ｃｏｎｔ、ｒｏｌ　Ｃｏｐｐｏｎｅｎｔｓ　Ｉｎｃ、　（米国）から入手 することができる。第５図に、３５Ｑ　ＭＨｚの第１調波周波数ｆｉｌと、７０ ０　ＭＨｚの第２調波周波数ｒａ２をもつ油圧シリンダの場合のＲＦ検出器３１ ８の出力を示す。 インバータ３２０はＲＦ検出器３１８の出力信号を反転させる。にｏｔｏｒｏｌ ａ　ＩｎｃＪ米国）から適当なインバータ（部品番号ＬＭ７４１　）を入手する ことができる。 インバータ３２０の出力は自動ゲイン回路３１４へ送られる。 センサ制御装置１２０は共振信号を受け取り、それに応して送信ＲＦ倍信号周波 数の関数として油圧シリンダ１０４の直線伸長量をめる。センサ制御装置１２０ は、最小値と最大値の間で変化する所定の大きさをもつ周波数信号を発生する計 数手段３２２を備えている。好ましい実施例の場合、計数手段３２２は１６ビノ トデイジタルカウンタ３２４を有する。Ｍｏｔｏｒｏｌａ　Ｉｎｃ、（米国）か ら適当なカウンタ（部品番号７４ＨＣ１９１）を入手することができる。 センサ制御装置１２０は、さらに処理装置３２６と第２記憶手段３２８を備えて いる。好ましい実施例の場合、処理装置３２６はＭｏＬｏｒｏｌａ　Ｉｎｃ、（ 米国）から入手できるＭＣ６８ＨＣ１１マイクロプロセツサがベースになってい る。処理装置３２６は、第１および第２ランチ３３０．３３２によって第１デイ ジタルカウンタ３２４へ接続されている。適当なラッチはＭｏｔｏｒｏｌａ　Ｉ ｎｃ、（米国）から入手することができる３状態オクタルラツチ（部品番号７４ ＨＣ５７３）である、好ましい実施例の場合、第２記憶手段３２８は第２ＦＲＯ Ｍ３２９を有する。　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｈｌｃｒ。 Ｄｅｖｉｃｅｓ（米国）から適当なＦＲＯＭ３２９　（部品番号Ａｌ４２７ＣＩ ２Ｂ）を入手することができる。好ましい実施例において、第２ＦＲＯＭ３２９ は多数の参照用テーブル（各油圧シリンダにつき１つのテーブル）を格納する。 各参照用テーブルは第６図に示したグラフと似ている。第６図のグラフは油圧シ リンダの共振周波数とピストンロッド２０４の位置が比例関係にあることを示す 。一定の伸長量の場合の共振周波数はシリンダの幾何学的形状によって決まる。 センサ制御装置１２０は、さらにしきい値決定手段３３４を備えている。しきい 値決定手段３３４は直列に接続された第３記憶手段３３６と第３Ｄ／Ａ変換器３ ３８（部品番号ＤＡＣＯ８００）を有する。好ましい実施例の場合、第３記憶手 段３３６は第３ＦＲＯＭ３３７　（部品番号ＡＭ２７１２Ｂ）を有する。好まし い実施例の場合、第３ＦＲＯＭ３３７に各シリンダに対するしきい値を含む多数 のテーブルが入っている。 １３ラツチ３４０（部品番号７４）ＩＣ５７３）は比較器の出力を第２デイジタ ルカウンタ３４２へ接続する。第２デイジタルカウンタ３４２は第３デイジタル カウンタ３４４に接続されている。第２デイジタルカウンタ３４２はプリスケー ラすなわち除算器３４６を介して電圧制御発振器３０４へ接続されている。好ま しい実施例の場合、Ｐｌｅｓｓｅｙ　Ｎｏｒｔｈ　Ａｍｅｒｉｃａ　（米国）か ら人手できる除算器（部品番号５Ｐ４７４０　）が使用されている。第２デイジ タルカウンタ３４２の出力は処理装置３２６に接続されている。第３デイジタル カウンタ３４４は処理装置３２６および第」記憶手段３２８へ接続されている。 ＡＧＣ３１４の出力が第３ＦＲＯＭ３３７から得たしきい値を越えると、第３ラ ツチは第２デイノタルカウンタ３４２を使用可能にする。第２デイジタルカウン タ３４２は第３デイジタルカウンタ３４４を使用可能にする。第２デイジタルカ ウンタ３４２は除算器３４６の出力から１２８個のパルスをカウントする。第３ デイジタルカウンタ３４４は１２８個のパルスが生しるのに要する時間をカウン トする。好ましい実施例の場合、第３デイジタルカウンタ３４４は、１６　Ｍ） Ｉｚクロック入ノｊを使用している。 第４ラツチ３４Ｂは、処理装置３２６を第１および第３ＦＲＯＭ３１１．３３７ と第１および第２マルチプレクサ３０６，３０７へ接続している。 センサ制御装置１２０は、さらにデータを一時的に記憶するための第４記憶手段 ３５０を備えている。好ましい実施例の場合、第４記憶手段３５０は第４ＦＲＯ Ｍ（部品番号ＡＭ２ＶＣ１２Ｂ）　を有する。 第７図〜第１０図は、本発明の好ましい実施例を実行するコンピュータソフトウ ェアプログラムを示すフローチャートである。これらのフローチャートに記述さ れたプログラムは、特に上述のマイクロプロセッサおよび関連部品を用いて使用 するようになっているが、任意の適当なマイクロプロセッサを使用して本発明の 実施例を実施することができる。これらのフローチャートは、好ましいソフトウ ェアプログラムの完全な実行可能な計画を構成しており、ＭＣ６８）ＩＣ１ｌマ イクロコンピユータシステム上で実施するように直しである。ソフトウェアプロ グラムは、このシステムに関連付けられた命令セットを用いてこれらの詳細なフ ローチャートから容易にコード化することもできるし、あるいは他の適当な通常 のマイクロコンピュータの命令を用いてコード化することもできる。このような フローチャートからソフトウェアコードを書き込むプロセスは、この分野の専門 家には単なる機檎的作業に過ぎない。 次に第７図を参照して、ソフトウェアプログラムの主制御ループについて説明す る。制御ブロック７０２において、タイマすなわち監視用タイマをリセットする 。監視用タイマは通常構造のタイマであり、マイクロプロセッサが使用不能にさ れたかどうかを検出するために使用される。監視用タイマの使用はこの分野では 周知のことであるから、詳しいことは省略する。 制御ブロック７０４において、装置１０２を初期化する。初期化ルーチンは、定 数、その他のソフトウェアパラメータのほか、ハードウェアを初期化することを 含む。 制御ブロック７０６において、サブルーチンＧＥＴＣＰを呼び出す、以下に説明 するように、サブルーチンＧＥＴＣＰは、操向用シリンダ１１０のピストンおよ びピストンロッド１０４，１０６の位置と、他の油圧シリンダの位置すなわち伸 長量をめる。サブルーチンＧＥＴＣＰは請求めなシリンダの位置を第２ＦＲＯＭ ３２９に格納する。 制御ブロック７０８において、診断サブルーチンＤＩＡＧを呼び出す。 制御ブロック７１０において、システム通信を処理する。これは、第２　ＦＲＯ Ｍ３２９から位置を読み出すこと、送信の目的でチェ’７クサム（ＣＨＫＳＵＭ ）を計算すること、およびデータを装置の外へ送信することを含む。 好ましい実施例の場合、１５１ｓごとにシリンダの位置が必要である。従って、 制御ブロック７０２〜７１０を実行するのに要する時間を決定し、１５ＩＩＩＳ から差し引く、制御ブロック７１２において、プログラムは残りの時間が経過す る間を待つ。そのあと、制御は制御プロ、り７０２へ戻る。 次に第８図を参照してサブルーチンＧＥＴＣＰ　の動作について説明する。好ま しい実施例の場合、処理装置３２６は通常は通信を最初に処理する。しかし、サ ブルーチンＧＥＴＣＰ　の間は、これは望ましくない。従って、制御ブロック８ ０２において、通信割込みを不能にする。 好ましい実施例の場合、第１デイジタルカウンタ３２４の値を使用して、電圧制 御発振器（ＶＣＯ）３０４の出力の周波数を制御する。第１カウンタの値は電圧 制御発振器３０４の出力信号の周波数に４比例する。シリンダの伸長量を決定す るために、最初に第１カウンタ３２４を高値に設定し、最大周波数に達するまで （すなわち、伸長量が決まるまで）直線的に減少させる。 制御ブロック８０４において、ランプ関数を使用不能にする。これにより、電圧 制御発振器３０４が確実にターンオフされるので、不規則信号または望ましくな い信号が電圧制御発振器３０４を通して多重化手段１０８へ送られることはない 。 制御ブロック８０６において、ランプ関数をリセットする。これは第１デイジタ ルカウンタ３２４をリセットすることによって行われる。ある実施例においては 、これはラッチ３３２を介して第１カウンタ３２４を最大値（たとえば、５ＦＦ ＦＦ）にセットすることによって行われる。 別の実施例においては、第１カウンタ３２４はシリンダの最終既知位置で決まる 値にセットされる。たとえば、もし３００　ＭＨｚの対応する周波数のとき、シ リンダの最終既知位置が１０ｃ璽であったならば、第１カウンタ３２４を３００ ８）Ｉｚ　以下の周波数に対応する値にセットすることができる。 制御ブロック８０８において、プログラムは一定の時間遅れの間（２５■Ｓ）待 機する。 制御ブロック８１０において、位置を測定する次のシリンダを選択する。処理装 置３２６は第４ラツチ３４８を介して多重化手段２０日へ信号を送る。その信号 は、対応するシリンダへ送信し、そのシリンダから受信するように第１および第 ２マルチプレクサ３０６．３０７を制御する。 制御ブロック８１２において、しきい値テーブルおよびゲインテーブルを選択す る。しきい値テーブルとゲインテーブルは、それぞれ第３記憶手段３３６と第１ 記憶手段３１０に記憶されている。 制御ブロック８１４において、サブルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　を呼び出す、サブ ルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　はシリンダの位置をめる（以下参照）。 制御ブロフク８１６において、もし選択したシリンダが操向用シリンダ１１０で あれば、制御は決定ブロック５２４へ行く、さもなければ、制御は制御ブロック ８１８へ進む。 制御ブロック８１８において、シリンダの位置を第２ＦＲＯＭ３２９に格納をす る。 決定ブロック８２４において、もし最初に決定した場所が妥当であれば、制御は 制御ブロック８１日へ進む、もし前記場所が妥当でなければ、他の空洞１１４゜ １１６へ送信し、そこから受信するため、多重化手段２０８へ信号が送られる（ 制御ブロック３２６）。 操向用シリンダ１１０の位置を測定しようとする場合、装置は最初に第１または 第２共振空洞１１４．１１６の一方の共振周波数の関数として第１場所をめる（ サブルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　）。もしめた場所がシリンダ１１０の他の側（送 信および受信アンテナ１３０，１３２．１３４，１３６のない側）にあれば、第 １場所は妥当である請求めた第１場所は操向用シリンダの位置として格納する（ 制９１１ブロック８１８）。 もし第４場所がシリンダの−の側（送信および受信アンテナ１３０．１３２゜１ ３４．１３６のある側）にあれば、第１場所は妥当でないと考えられる。もし第 １場所が妥当でなければ、他の同軸空洞の共振周波数を測定して第２場所をめる 請求めた第２場所は操向用シリンダの位置として格納する。 好ましい実施例の場合、操向用シリンダを校正し、２つの空洞１１４，１１６に 関するデータの妥当な範囲を決める。データはシリンダ１１０の全範囲にわたっ て２つの空洞１１４．１１６から得る。 次に各アンテナ対１３０．１３２と１３４，１３６に対するシリンダ１１０の直 線連動を妥当な範囲と妥当でない範囲に分ける。たとえば、第１送信アンテナ１ ３０と第１受信アンテナ１３２に対する妥当な範囲は、シリンダ１１０のほぼ中 間点で始まりシリンダの反対端で終わるであろう、第１送信アンテナ１３２と第 ２受信アンテナ１３６に対する妥当な範囲は、シリンダ１１０のほぼ中間点で始 まりシリンダ１１０の左端で終わるであろう。 好ましい実施例においては、エレクトロニクスの遅延時間を考慮に入れるために 、妥当な範囲はシリンダ１１０の中央で重複している。この重複部分はシリンダ の長さに比べて小さいことが好ましい、たとえば、１７ｃ■の全長り、を有する 操向用シリンダの場合、約０．４Ｃ■の重複領域を残して、各妥当な範囲の長さ は約８．７　ｃｍである。 シリンダ位置の各妥当な範囲は対応する共振周波数範囲を有する。 好ましい実施例の場合、妥当な範囲のデータは参照用テーブルに格納されている （以下参照）、妥当でないデータを表すために、妥当な範囲外の定数を使用する 。たとえば、もし参照用テーブルに格納されたデータが一９５０〜９５００間で 変化すれば、妥当でないデータを表すために９５０より大きな絶対値の定数が格 納される。 制御ブロック８２０において、もしサイクルの終わりに達したならば、すなわち すべてのシリンダの伸長量すなわち位置を測定したならば、制御は制御ブロック ８２４へ行く。 制御ブロック８２２において、通信割込みを可能にする。そのあと、制御は主制 御ループへ戻る。 次に、図９Ａを参照してサブルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　の第１実施例について説 明する。好ましい実施例の場合、シリンダ１０４の直線位置が決定されたときノ １−ドウエア割込みライン（ＩＤ）がセットされる。従って、制御ブロック９０ ２において、サブルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　の開始時に割込みラインをリセット する。制御ブロック９０４において、第２および第３ディジタルカウンタ３４２ ．３４４を０にリセットする。制御ブロック９０６において、ランプ関数および タイマをスタートさせる。すなわち、第１デイジタルカウンタを直線的に減少さ せ、その結果単調に増加する周波数のＲＦ信号を発生させる。 制御ブロック９０８〜９１２において、シリンダの位置が測定されるまで、ルー プを実行する。まず制御ブロック９０８において、監視用タイマをリセットする ０次に制御ブロック９１０において、経過時間と最大ランプ時間とを比較する。 もし経過時間が最大ランプ時間より短ければ、制御は制御ブロック９１２へ行く 。 制御ブロック９１２において、もしハードウェア割込みラインＩＤがセットされ ば、シリンダの位置はまったのであり（以下参照）、制御は制御ブロック９１４ へ進む、さもなければ、制御は制御ブロック９０Ｂへ戻る。 制御ブロック９１４において、エラーフラッグをクリヤする。制御はサブルー・ −チンＧＥＴＣＰ　へ戻る。制御ブロック９１６において、エラーフラッグをセ ットして、位置が決定されなかったことを指示する。制御はサブルーチンＧＥＴ ＣＰ　へ戻る。 サブルーチンＧＥＴＤＡＴＡ　の第２実施例において、装置１０２は各油圧シリ ンダすなわち空洞の２つの次の共振周波数を測定するように構成されている。共 振周波数が見つかるまで、第１デイジタルカウンタ３２４は直線的に増加する。 共振周波数が見つかると、第１デイジタルカウンタ３２４は現在値にロックされ る。 そのあと、前に述べたように、第２および第３ディジタルカウンタ３４２，３４ ４を使用可能にする。第１デイジタルカウンタ３２４は除算器３４６の出力から １２８のパルスをカウントし、第３デイジタルカウンタ３４４を使用して１２８ 個のパルスの期間を計測する。１２８個のパルスのあと、第３デイジタルカウン タ３４４の値を第２ＦＲＯＭ３２９に格納する。 そのあと、第１デイジタルカウンタ３２４を再び現在値からスタートさせ、次の 共振周波数を見つける。見つけた２つの共振周波数の差をめて、その差の関数と して現在の油圧シリンダの直線位１をめる。 次に、第９８Ａに参照してソフトウェア割込みルーチンについて説明する０割込 みラインＩＤがセットされると、ソフトウェア割込みルーチンが実行される。 最初に、制御ブロック９１８において、ソフトウェアはソフトウェア割込みフラ ッグをクリヤし、次にシリンダ位置を読み取る。これは、第２ＦＲＯＭ３２９か らシリンダ伸長の値を読み取ることを意味する。好ましい実施例の場合、第３デ イジタルカウンタ３４４の値は第２ＦＲＯＭ３２９内の記憶場所のアドレスであ る。第３デイジタルカウンタ３４４の値は共振周波数に比例している。シリンダ の伸長量を決定するため、カウンタ３４４の値を第２ＦＲＯＭ３２９内の対応す る参照用テーブルにプラグインする。 次に第１Ｏ図について説明する。主制御ループは診断サブルーチンＤＩＡＧを呼 び出す。診断サブルーチンＤＩＡＧはエラーの総数（ＥＲＲＯＲ１）を追跡して 、連続する位置エラー（ＥＲＲＯＲ３）と位置の変化すなわち速度エラー（ＥＲ ＲＯＲ２）を見つける。 制御ブロック１００２において、第２ＦＲＯＭ３２９からシリンダのＰＯ５ＩＴ ＩＯＮすなわち直線伸長量を読み出す。 制御ブロック１００４において、ＰＯ５ｌＴｌ［ｌＮ　とソフトウェア設定最大 位置（ＭＡＸＩ）とを比較する。もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ　＞　ＭＡＸＩ　であれ ば、制御は制？「ブロック１０２２へ行く、もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ≦ＭＡＸ　１ 　であれば、制御は制御ブロック１００６へ行く。 制御ブロック１００６において、ＰＯ５ＩＴＩＯＮ　とソフトウェア設定最小位 置（ＭＩＮＩ）とを比較する。もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ　＞　Ｍ［ＮＬであれば、 制御は制御ブロック１０２２へ行く、もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ≦ＭＩＮＩであれば 、制御は制御ブロック１００Ｂ八行＜、ＰＯ５ＩＴＩＯＮはＭＡＸ　１とＭＩＮ Ｉで設定された許容限界内にあるので、制御ブロック１００８において、ＥＲＲ ＯＲｌフラッグをクリヤする。 制御ブロック、１０１０において、第２ＦＲＯＭ３２９から前シリンダ位置を読 み出す。制御ブロック１０１２において、現ＰＯ５ＩＴ　１０８から前シリンダ 位置を差し引いて、ΔＰＯ５ＩＴＩＯＮ　をめる。 制御ブロック１０１４において、ΔＰＯ５ＩＴＩＯＮ　とソフトウェア設定最大 位置（ＭＡＸ２）とを比較する。もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ　＞　ＭＡＸ２テアｔＬ ば、制ａは制御ブ０７り１０２０へ行く、もしＰＯ３ＩＴＩＯＮ≦ＭＡＸ　２で あれば、制御は制御ブロック１０１６へ行く。 制御ブロック１０１６において、ΔＰＯ５［Ｔｌ０Ｎ　とソフトウェア設定最小 位置（ＭＩＮ２）とを比較する。もしΔＰｔ）ＳＩＴＩＯＮ　＞　ＭＩＮ２であ れば、制御は制御ブロック１０２０へ行く、もしＰＯ５ＩＴＩＯＮ≦ＭＩＮ２で あれば、制御は制御ブロック１０１８へ行く、ΔＰＯ５ＩＴ　ＩＯＮはＭＡＸ　 ２とＭＩＮ２によって設定された許容限界内にあるので、制御ブロック１００８ において、ＥＲＲＯＲ２フラツグをクリヤする。 制御ブロック１０２０．１０２２において、ＥＲＲＯＲ２フラツグとＥＲＲＯＲ １フラッグをそれぞれ増分する。　ＥＲＲＯＲ１フラツグとＥＲＲＯＲ２フラッ グは連続する位置エラーと速度エラーの数をそれぞれ追跡する。 制御ブロック１０２４において、新しい位置は許容限界（位置または速度）外に あるので、前位置を現位置として記憶する。制御ブロック１０２６において、Ｅ ＲＲＯＲ３フラツグを増分する。　ＥＲＲＯＲ３フラツグはエラー（位置または 速度）の総数を追跡する。 制御ブロック１０２８において、すべてのシリンダが検査されたならば、制御は 主制御ループへ戻る。さもなければ、次のシリンダの位置を検査するため、制御 は制御ブロック１００２へ戻る。 産栗上皇粗里可能性 装置１０２は、操向用シリンダ１１０の直線位置を測定するように構成されてい る。上に述べたように、ＲＦ多重化装置２０２が使用されており、ＲＦ多電化装 置２０２は、操向用シリンダ１１０の第１および第２共振空洞１１４，１１６の 共振周波数と、その他の油圧シリンダの共振周波数を測定するように構成されて いる。 装２１０２は、１５ｍ５ごとに主制御ループを始めから終わりまで実行して各油 圧シリンダの直線位置を測定する。装置１０２が操向用シリンダの位置を測定し ようとする場合には、最初に共振空洞１１４．１１６の一方の共振周波数を測定 する０次にその共振周波数をピストンの位置へ変換する。もしピストンの位置が 妥当であれば、その場所をピストン位置として格納する。もし妥当でなければ、 他方の空洞の共振周波数を測定し、その他方の空洞の共振周波数を使用してピス トンの位置を測定する。 そのあと装置１０２は、１５■Ｓごとに操向用シリンダ１１０の位置を制漣装７ １１０へ提供し、その他の油圧シリンダの位置を他の制御装置（図示せず）へ提 供する。外部制御装置はこの情報を使用して表示することもできるし、この情報 を使用して油圧シリンダの動きを制御することもできる。 本発明のその他の特徴、目的および利点（虞、添付図面、開示内容および請求の 範囲をｙ１涜Ｊれば理解できるであろっ７Ｏｆｏｌ　＝３５０　ｆ０２＝７００ 周波数（ＭＨｚ） Ｌ、　（ｃｍ） 国際調査報失 ｃｓ　ＮＨＡＮＧ　ＡＮＮＥＸ　Ａ　ＮＮＥＸＥＰＣＴ／ＵＳ９１１０７！１！ 　ＳＡε　５４８７３フロントページの続き （７２）発明者　ハロルド　ロバート　アントニーアメリカ合衆国　イリノイ州 　６１６１４　ビオ−リア　ハイツ　イースト　ルース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジング（１０８）内で移動可能なピストン（１０４）およびピストンロ ッド（１０６）の位置を検出する装置（１０２）であって、前記ピストン（１０ ４）、ピストンロッド（１０６）およびハウジング（１０８）が第１および第２ 同軸共振空洞（１１２，１１４）を形放している場合において、前記第１同軸空 洞（１１２）の共振周波数を測定し、それに応じて第１共振周波数信号を生成す る手段（１１６）、前記第２同軸空洞（１１４）の共振周波数を測定し、それに 応じて第２共振周波数信号を生成する手段（１１８）、および前記第１および第 ２共振周波数信号を受け取り、前記第１および第２周波数信号の関数として前記 ピストンおよびピストンロッドの第１および第２場所をそれぞれ求め、前記第１ および第２場所と所定の設定点とを比較し、それに応じて前記ピストンおよびピ ストンロッドの位置を求める手段（１２０）、を備えていることを特徴とする装 置（１０２）。 ２．前記第１同軸空洞共振周波数測定手段（１１６）は、周波数が所定の最小値 と最大値の間で変化する第１電磁放射信号を生成し、前記第１電磁放射信号を前 記第１共振空洞（１１２）の中に送信する手段（１２２）と、 前記第１同軸空洞（１１２）内部の電磁波信号を感知し、前記第１電磁波信号と 第１所定しきい値とを比較して、前記第１所定しきい値より大きな第１電磁放射 信号の大きさに比例する第１周波数信号を生成する手段（１２４）、より成るこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置（１０２）。 ３．前記第２同軸空洞共振周波数測定手段（１１８）は、周波数が所定の最小値 と最大値の間で変化する第２電磁放射信号を生成し、前記第２電磁放射信号を前 記第２共振空洞（１１４）の中に送信する手段（１２６）と、 前記第２同軸空洞（１１４）内部の電磁波信号を感知し、前記第２電磁波信号と 第２所定しきい値とを比較して、前記第２所定しきい値より大きな第２電磁放射 信号の大きさに比例する第２周波数信号を生成する手段（１２８）、より成るこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置（１０２）。 ４．前記ピストンおよびピストンロッド（１０４，１０６）は、第１および第２ 終端位置と、前記第１終端位置と第２終端位置との中間点に相当する所定の設定 点の間で移動することができること、および前記位置は、もし前記第１および第 ２場所が前記所定の設定点と前記第１終端位置の間にあれば、前記第１場所に定 められ、もし前記第１および第２場所が前記所定の設定点と前記第２終端位置の 間にあれば、前記第２場所に定められることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の装置（１０２）。 ５．ハウジング（１０８）内で移動可能なピストン（１０４）とピストンロッド （１０６）の位置を検出する装置（１０２）であって、前記ピストン（１０４） 、ピストンロッド（１０６）およびハウジング（１０８）が第１および第１同軸 共振空洞（１１２，１１４）を形成している場合において、周波数が所定の最小 値と最大値の間で変化する第１電磁放射信号を生成し、前記第１電磁放射信号を 前記第１共振空洞（１１２）の中に送信する手段（１２２）、 前記第１同軸空洞（１１２）内部の電磁波信号を感知し、前記第１電磁波信号と 第１所定しきい値とを比較して、前記第１所定しきい値より大きな第１電磁放射 信号の大きさに比例する第１周波数信号を生成する手段（１２４）、周波数が所 定の最小値と最大値の間で変化する第２電磁放射信号を生成し、前記第２電磁放 射信号を前記第２共振空洞（１１４）の中に送信する手段（１２６）、 前記第２同軸空洞（１１４）内部の電磁波信号を感知し、前記第２電磁波信号と 第２所定しきい値とを比較して、前記第２所定しきい値より大きな第２電磁放射 信号の大きさに比例する第２周波数信号を生成する手段（１２８）、および、 前記第１および第２周波数信号を受け取り、それに応じて前記ピストンおよびピ ストンロッドの位置を決定する手段（１２０）、を備えていることを特徴とする 装置（１０２）。 ６．前記場所決定手段（１２０）は、前記第１周波数信号の関数として前記ピス トンおよびピストンロッドの第１場所を求め、そして前記第２周波数信号の関数 として前記ピストンおよびピストンロッドの第２場所を求め、前記第１および第 ２場所と所定の設定点とを比較し、それに応じて前記位置を前記第１場所および 第２場所のどちらか一方へ定める手段を有することを特徴とする請求の範囲第５ 項に記載の装置（１０２）。 ７．前記設定点は前記油圧シリンダ（１１０）の中間点に一致することを特徴と する請求の範囲第６項に記載の装置（１０２）。 ８．前記第１および第２電磁放射信号比較手段は前記第１および第２電磁波信号 のピーク振幅を検出し、それに応じて第１および第２ピーク信号を生成する手段 を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置（１０２）。 ９．ハウジング（１０８）内で移動可能なピストン（１０４）およびピストンロ ッド（１０６）の位置を検出する装置（１０２）であって、前記ピストン（１０ ４）、ピストンロッド（１０６）およびハウジング（１０８）が第１および第１ 同軸共振空洞（１１２，１１４）を形成している場合において、前記第１同軸空 洞（１１２）の共振周波数を測定し、それに応じて第１共振周波数信号を生成す る手段（１１６）、前記第２同軸空洞（１１４）の共振周波数を測定し、それに 応じて第２共振周波数信号を生成する手段（１１８）、および前記第１および第 ２共振周波数信号を受け取り、それに応じて前記第１周波数信号の関数としてピ ストンおよびピストンロッドの第１場所を求め、もし求めた前記第１場所が妥当 であるかどうかを判断し、もし前記求めた第１場所が妥当でなければ前記第２周 波数信号の関数として前記ピストン（１０４）およびピストンロッド（１０６） の第２場所を求める手段（１２０）、を備えていることを特徴とする装置（１０ ２）。 １０．ハウジング（１０８）内で移動可能なピストン（１０４）およびピストン ロッド（１０６）の位置を検出する方法てあって、前記ピストン（１０４）、ピ ストンロッド（１０６）およびハウジング（１０８）が第１および第１同軸共振 空洞（１１２，１１４）を形成している場合において、前記第１および第２同軸 共振空洞（１１２，１１４）の一方の共振周波数を測定し、それに応じて第１共 振周波数信号を生放するステップ、前記第１共振周波数信号を受け取り、それに 応じて前記ピストン（１０４）の第１場所を求めるステップ、 前記求めた第１場所が妥当かどうかを判断するステップ、およびもし前記求めた 第１場所が妥当でなければ、前記第１および第２同軸共振空洞（１１２，１１４ ）の他方の共振周波数を測定し、それに応じて前記ピストン（１０４）の第２場 所を求めるステップ、より成ることを特徴とする方法。 １１．前記妥当性判断ステップは前記求めた第１場所と所定の設定点とを比較す るステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．前記設定点はピストンの運動のほぼ中間点と一致することを特徴とする請 求の範囲第１１項に記載の方法。 １３．前記第１共振周波数信号が予め設定した範囲内にあれば、前記求めた第１ 場所は妥当であることを特徴とする請求項第１０項に記載の方法。 １４．前記第１場所決定ステップは参照用テーブルを使用することを特徴とする 請求の範囲第１３項に記載の方法。 １５．前記参照用テーブルは、もし前記第１共振周波数信号が前記予め設定した 範囲内にあれば所定の範囲内の値を戻し、もし前記第１共振周波数信号が前記予 め設定した範囲内になければ前記所定の範囲外の定数を戻すことを特徴とする請 求項第１４項に記載の方法。