JP2000266503A

JP2000266503A - 変位測定装置

Info

Publication number: JP2000266503A
Application number: JP11067650A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Kimura; 和昭木村; Jun Sasagawa; 潤笹川; Yohei Ogawa; 洋平小川; Yasutaka Katayama; 康隆片山; Shuichi Sasaki; 修一佐々木
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29
Also published as: EP1037007A3; EP1037007A2; US6442862B1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で、他の部分との干渉を避けることがで
き、測定精度が低下しにくい変位測定装置を提供する。【解決手段】装置本体に対して移動可能に滑車が配置
され、その滑車が付勢力を受けるように付勢手段が配置
されている。滑車にワイヤが掛けられる。ワイヤが引張
り力を受けることにより、滑車が付勢手段の付勢力に抗
して移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤを利用して
変位を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリンダーのストローク上の
変位を測定する装置として、エンコーダーとコイルばね
により巻き取られたワイヤーを用いる装置が知られてい
る。

【０００３】ワイヤーは巻き取り部として構成されたプ
ーリーに巻き取られる。ワイヤーを巻き取る方向にプー
リーがコイルばねにより付勢されている。そして、この
プーリーの回転方向と量により、シリンダーのストロー
ク上の変位量を測定する。

【０００４】しかし、この従来の変位測定装置の場合、
プーリーが軸を中心として大きくなってしまう欠点があ
る。このため、測定距離に応じて装置が大型化し、他の
部分と干渉する危険性があった。

【０００５】また、コイルばねは、耐久性に乏しく、繰
り返し伸縮すると、弾性が落ちて、測定精度が落ちてし
まうという問題もあった。

【０００６】計測方法がエンコーダーのみであると、従
来の装置では測定距離に対して、精度の向上が困難であ
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、装置を小型化して、他の部分との干渉を避けること
ができる変位測定装置を提供することである。

【０００８】本発明の別の目的は、測定精度が低下しに
くい変位測定装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの解決手段
は、ワイヤを利用して変位を測定する装置において、移
動可能に滑車が配置され、滑車が付勢力を受けながら移
動するように付勢手段が配置され、滑車にワイヤが掛け
られ、ワイヤを導入または導出したとき、滑車が付勢手
段の付勢力に抗して移動することを特徴とする変位測定
装置である。

【００１０】本発明の別の解決手段は、前述の変位測定
装置にリニアセンサーを配置して、リニアセンサーによ
りワイヤの導出量または導入量を測定する変位測定装置
である。

【００１１】本発明のさらに別の解決手段は、前述の変
位測定装置にエンコーダーを配置して、エンコーダーに
よりワイヤの導出量または導入量を測定する変位測定装
置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による変位測定装置の典型
例は、装置本体に移動可能に滑車が配置されている。複
数の滑車を１つのユニットにして使用するのが好まし
い。滑車が付勢力を受けながら移動するように、付勢手
段（たとえばバネ）が配置されている。滑車にはワイヤ
が掛けられている。ワイヤを装置本体に対して導入又は
導出したとき、滑車が付勢手段の付勢力に抗して移動す
る。

【００１３】好ましくは、前記変位測定装置にリニアセ
ンサーを配置し、リニアセンサーによりワイヤの導出量
または導入量を測定できるようにする。

【００１４】さらに好ましくは、前記リニアセンサーを
配置した変位測定装置にエンコーダーを配置し、リニア
センサーのみでなく、エンコーダーによっても、ワイヤ
の導出量または導入量を測定できるようにする。

【００１５】前述のように構成した変位測定装置は、た
とえばショベルカー等の重機に用いられているシリンダ
ーの変位測定装置として使用することができる。

【００１６】この場合、粗測定として、本体内の滑車の
直線的な変位をリニアセンサーで計測してワイヤの導出
量を計測し、微測定として、エンコーダーの回転角を計
測することができる。このようにエンコーダーとリニア
センサーによる２つの測定を組み合わせるのが好まし
い。

【００１７】耐久性とコストの面から、リニアセンサー
による直線的変位の測定には、導電性プラスチックを用
いて抵抗値の変化を利用した測定が好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１９】図１は、本発明の１つの実施例による変位
測定装置の外観を示す図である。

【００２０】変位測定装置10は、装置本体に対するワイ
ヤー12の導出量または導入量を測定することができる。
装置本体に対するワイヤー12の導出量または導入量の測
定値は、電気信号に変換することができる。電気信号に
変換された測定値は、ケーブル14を介して他の機器に伝
えられる。

【００２１】固定ベルト16は、変位測定装置10を他の機
器に取り付ける時に使用することができる。

【００２２】図２は、前述の変位測定装置10の概略図で
ある。

【００２３】変位測定装置10には、伝達プーリー18、20
と、エンコーダー22と、固定滑車24、26、28と、移動滑
車30、32、34、36と、リニアセンサー(ラインセンサー)
38が配置されている。さらに、これらの各要素には共通
のワイヤー12が掛けられている。

【００２４】伝達プーリー18、20は、ワイヤー12を他の
要素に伝達することができる。エンコーダー22は、回転
量で計測する。固定滑車24、26、28は、装置本体10に固
定されている。

【００２５】移動滑車30、32、34、36は、図２の矢印の
方向に移動することができる。リニアセンサー38は、移
動滑車と固定滑車の間に設けられている。リニアセンサ
ー38は、抵抗値の変化により移動滑車30、32、34、36の
Ｘ方向の移動量（変位量）を測定することができる。

【００２６】図３は、図１の変位測定装置の鉛直方向の
断面図である。

【００２７】ワイヤー12は導出口40を通り、クリーン領
域42を通る。クリーン領域42では、ワイヤー12に付いた
異物や泥等を除去することができる。ワイヤー12は、目
詰まり防止のために樹脂をコーティングすることもでき
る。樹脂等によるＯリングで異物のかき落としを行うこ
ともできる。ワイヤー12は、１．５ｍｍ径で、ワイヤ
１．０ｍｍ／コーティング０．５ｍｍのものを用いるこ
とができる。

【００２８】また、変位測定装置10に、密封されたオイ
ル溜まりを設けて水分除去を行うこともできる。これら
により、メンテナンス性が従来より向上する。

【００２９】図４は、図３のＡ−Ａ視図である。

【００３０】クリーン領域42を通ったワイヤー12は、伝
達プーリー18を介し、伝達プーリー20に至る。伝達プー
リー20に至ったワイヤー12はエンコーダー22に掛ける。

【００３１】図５は、図１の変位測定装置の水平方向の
断面図である。

【００３２】エンコーダー22にかけられたワイヤー12
は、滑車30に掛ける。滑車30に掛けられたワイヤー12
は、固定滑車24に掛ける。固定滑車24に掛けられたワイ
ヤー12は、移動滑車32に掛ける。移動滑車32に掛けられ
たワイヤー12は、固定滑車26に掛ける。固定滑車26に掛
けられたワイヤー12は、移動滑車34に掛ける。移動滑車
34に掛けられたワイヤー12は、固定滑車28に掛ける。固
定滑車28に掛けられたワイヤー12は、移動滑車36に掛け
る。移動滑車36に掛けられたワイヤー12は、その一端を
滑車支持部材44に固定する。

【００３３】移動滑車30、32、34、36は、滑車支持部材
44に設けられたプーリー付勢部45に回転支持されてい
る。滑車支持部材44は、ガイド48に沿って、図５の矢印
Ｘの方向に移動することができる。固定滑車24、26、28
は、固定部材46に回転支持されている。

【００３４】図３に示すように、滑車支持部材44と固定
部材46の間には、移動滑車30、32、34、36が滑車支持部
材44を介して付勢力を受けるようにバネ50が配置されて
いる（図２、図４には、図示を簡略化するためにバネ50
は図示されていない）。バネ50は、付勢手段の一例であ
る。

【００３５】以上の構成により、ワイヤー12の他端が引
張り力を受けると、ワイヤー12が作動して、滑車支持部
材44が移動する。また、滑車支持部材44が移動するとと
もに、移動滑車30、32、34、36も移動する。ここで、ワ
イヤー12の導出量に対して各移動滑車30、32、34、36の
移動量又は変位が小さいので、移動滑車30、32、34、36
を付勢する付勢部45と滑車支持部材44の耐久性が向上す
る。

【００３６】次に、図２と図３を参照して、ワイヤーの
導出量の測定方法を説明する。

【００３７】前述したように、ワイヤー12が引っ張り力
を受けると、ワイヤー12が導出口40から測定装置10の外
に導出される。プーリーを介してワイヤー12に対する引
張り力が伝わり、滑車支持部材44がばね50の付勢力に抗
して図３の矢印の方向に移動する。リニアセンサー38
が、抵抗値の変化を検出して滑車支持部材44の移動量を
検出する。滑車支持部材44の移動量を計測することによ
り、装置本体10に対するワイヤー12の導出量を測定する
ことができる。また、場合によっては、リニアセンサー
38に代えて、エンコーダー22を用いてワイヤー12の導出
量を測定することもできる。

【００３８】本発明の変位測定装置においては、アブソ
リュート測定を行うリニアセンサー38に加えて、インク
リメンタル測定を行うエンコーダー22を用い、ワイヤー
12の導出量を擬似的なアブソリュートにより測定するこ
とができる。エンコーダー22ではワイヤー12の導出量を
より細かく測定できるので、これをリニアセンサー38を
組み合わせることで、測定可能なワイヤー12の導出量を
変えることなく、より高精度な導出量の測定が可能とな
る。

【００３９】エンコーダー22を用いる場合は、ピックア
ップ装置52で光をピックアップすることによりエンコー
ダー22の回転角を計測することができる。エンコーダー
22にワイヤー12を掛けて、エンコーダー22の回転角を検
出することによりワイヤー12の導出量を測定することが
できる。

【００４０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。

【００４１】ワイヤーを直接エンコーダにかける場合、
ワイヤーがスリップしてしまう場合が考えられる。

【００４２】例えば、ワイヤーの激しい導出が繰り返さ
れたり、ワイヤーに付着する水分や泥等がクリーニング
しきれなかったりすると、ワイヤーがかかっている部位
がスリップし、エンコーダにワイヤーの動きが正しく反
映されなくなってしまう。

【００４３】そこで移動滑車を支持している「滑車支持
部材」の移動量をスリップすることのないタイミングベ
ルトによりエンコーダの回転運動に変換することで、激
しい導出等やワイヤーの汚れによる影響を受けずに正し
い導出量を測定することができる。

【００４４】ここでのタイミングベルトとは、樹脂製の
ベルトに規則的に凹凸が形成されたものであり、この凹
凸が噛み合うように形成されたタイミングベルトプーリ
ーと共に使用することでベルトとプーリーとのスリップ
を防止するものである。

【００４５】図７と図８を参照して説明する。

【００４６】図７は、本発明の他の実施例であるワイヤ
の導出量をエンコーダに伝える機構を示す概略図であ
る。図８は、図７の一部を拡大したタイミングベルトを
示す図である。

【００４７】ワイヤ12の導出量をエンコーダ122に伝え
る機構は、タイミングベルトプーリ80、82と、タイミン
グベルト78と、滑車支持部材144からなる。滑車支持部
材144には移動滑車30、32、34、36が取り付けられてい
る。ワイヤ12を導出又は導入して移動滑車30、32、34、
36を移動させることにより、滑車支持部材144をＸ方向
に移動させることができる。

【００４８】タイミングベルトプーリー80は、エンコー
ダ122に取り付けられている。タイミングベルトプーリ
ー82は、変位測定装置に回転可能に取り付けられてい
る。

【００４９】図７に示すようにタイミングベルトプーリ
ー80、82には、タイミングベルト78が掛けられている。
タイミングベルト78には、規則的に図８に示す凹凸が形
成されている。タイミングベルト78と噛み合うようにタ
イミングベルトプーリー80、82が形成されている。タイ
ミングベルトプーリー80、82は、タイミングベルトと噛
み合うように係合している。滑車支持部材144には、ベ
ルト固定部145が設けられている。ベルト固定部145は、
タイミングベルト78の一部分に固定されている。

【００５０】上述のようにワイヤを導出又は導入する機
構を構成しているので、滑車支持部材144がＸ方向に移
動すると、その移動量がタイミングベルト78とタイミン
グベルトプーリー80を介してエンコーダーの回転量に変
換される。

【００５１】ここで、タイミングベルト78とタイミング
ベルトプーリー80、82は噛み合うように係合しているた
め、スリップは生じない。

【００５２】したがって、ワイヤーの激しい導出又は導
入や、ワイヤーの汚れによる影響を受けずに正確な導出
量又は導入量を測定することができる。

【００５３】本発明の変位測定装置は、様々な変位測定
に応用することができる。たとえば、本発明による変位
測定装置は、重機の油圧シリンダーのストロークの変位
測定装置として用いることができる。

【００５４】図６は、本発明の変位測定装置が取り付け
られているショベルカー(重機）の一例を示す図であ
る。

【００５５】エクスカベータ（ショベルカー）56等にお
ける整地器具（バケット）58は、それぞれ所定の方向へ
回動可能にスティック60とブーム62により支持されてお
り、それぞれ油圧により伸縮するシリンダー64、66、68
により稼動される。

【００５６】予め決められた整地計画どおりに整地する
ためには、バケット58の位置及び姿勢を制御する必要が
あり、そのためにバケット58とそれを支えるスティック
60、スティック60とそれを支えるブーム62、及びブーム
62とそれを支える建築機械56とのそれぞれの相対的な角
度の検出が必要となる。

【００５７】ここで、この関節部の角度を求める場合、
各関節の支点を含む3角形の3辺の長さを測定することで
求めることができる。

【００５８】このため、バケットの位置および姿勢を制
御するために、油圧シリンダーの変位を測定する必要が
でてくる。

【００５９】次に、図６を参照して、本発明の変位測定
装置が取り付けられているショベルカーの実施例を説明
する。

【００６０】ショベルカー56は、ショベルカー本体70
と、ブーム62と、スティック(アーム)60と、バケット58
からなる。ショベルカー本体70とブーム62の間には、油
圧シリンダー64が取り付けられている。ブーム62とステ
ィック60の間には、油圧シリンダー66が取り付けられて
いる。スティック60とバケット58の間には、油圧シリン
ダー68が取り付けられている。油圧シリンダー64は、シ
リンダロッドを伸縮させることによりブーム62を動かす
ことができる。油圧シリンダー66は、シリンダロッドを
伸縮させることによりスティック60を動かすことができ
る。油圧シリンダー68は、シリンダロッドを伸縮させる
ことによりバケット58を動かすことができる。

【００６１】ショベルカー本体70には、レベルセンサー
72が取り付けられている。ショベルカー56の近傍の地表
面76には、ローティングレーザー74が配置されている。
ローティングレーザー74からのレーザー光は、レベルセ
ンサー72で受光される。ローティングレーザー74からの
レーザー光を受光したレベルセンサー72は、水平設定又
は勾配設定を行うことができる。

【００６２】以上のように構成されたショベルカー56に
おいて、油圧シリンダー64、66、68に本発明の変位測定
装置を取り付けることができる。それぞれブームセンサ
ー、スティックセンサー（アームセンサー）、バケット
センサーとして、変位測定装置を用いることができる。

【００６３】本発明の変位測定装置は、小型で細長い形
状とすることができるため、取り付けが容易であり、シ
ョベルカー56の他の部分との干渉も避けることができ
る。このため、容易に各油圧シリンダー64、66、68のス
トローク量（つまり変位量）を本発明の変位測定装置で
計測することができる。前述したように、各油圧シリン
ダーのストローク量（つまり変位量）からショベルカー
本体70とブーム62との相対角度と、ブーム62とスティッ
ク60との相対角度と、スティック60とバケット58との相
対角度を検出することができる。

【００６４】したがって、レベルセンサー72で検出した
水平度又は勾配度と相対角度の情報を用いて、バケット
58の位置および姿勢を検知して制御することができる。

【００６５】本発明は、以上の実施例に限定されるもの
ではない。

【００６６】以上の実施例では、一般的なとしてワイヤ
ーを用いたが、その他の特殊なものを用いてもよい。

【００６７】また、リニアセンサーは上述の実施例のも
のに限定されない。光学式ラインセンサ（CCD、LED）を
用いることもできる。ばね部に圧力センサを取り付ける
ことによって直線的変位を測定することもできる。

【００６８】また、変位測定装置を重機のシリンダスト
ローク測定装置として用いる態様に限定されない。他の
変位を測定するものにも応用できる。もちろん、本発明
は油圧シリンダーのストローク量を計測することに限定
されない。

【００６９】

【発明の効果】本発明の変位測定装置によれば、装置を
小型化することができる。装置を細長い形状にすること
もできる。細長い形状は、たとえば重機等に取り付ける
ことが容易であり、他の部分との干渉も避けることがで
きる。取り付けが容易なことから、取り付け作業の日数
が短縮できる。

【００７０】本発明の変位測定装置においては、ワイヤ
の導出量に対して各プーリーの変位が小さい。つまり、
プーリーを付勢する付勢部に負担がかかりにくいため付
勢部の耐久性が向上する。したがって、変位測定装置の
精度を低下しにくくすることができる。

【００７１】また、本発明の変位測定装置によれば、従
来からのバネを用いたエンコーダーを必要としないた
め、ばねの弾性低下による測定精度の低下を避けること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変位測定装置の外観を示す図。

【図２】本発明の変位測定装置の概略図。

【図３】図１の変位測定装置の鉛直方向の断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ視図。

【図５】図1の変位測定装置の水平方向の断面図。

【図６】本発明の変位測定装置が取り付けられているシ
ョベルカー(重機）を示す図。

【図７】本発明の他の実施例であるワイヤの導出量又は
導入量をエンコーダに伝える機構を示す概略図。

【図８】図７の一部を拡大したタイミングベルトを示す
図。

【符号の説明】

10 変位測定装置 12 ワイヤー 14 ケーブル 16 固定ベルト 18、20 伝達プーリー 22 エンコーダー 24、26、28 固定滑車 30、32、34、36 移動滑車 38 リニアセンサー 40 導出口 42 クリーン領域 44 滑車支持部材 46 固定部材 48 ガイド 50 ばね 52 ピックアップ装置 56 ショベルカー 58 バケット 60 スティック 62 ブーム 64、66、68 油圧シリンダー 70 ショベルカー本体 72 レベルセンサー 74 ローティングレーザー 76 地表面 78 タイミングベルト 80、82 タイミングベルトプーリー 122 エンコーダ 144 滑車支持部材 145 ベルト固定部

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月２１日（２０００．１．２
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】ショベルカー本体70には、レベルセンサー
72が取り付けられている。ショベルカー56の近傍の地表
面76には、ローテーティングレーザー74が配置されてい
る。ローテーティングレーザー74からのレーザー光は、
レベルセンサー72で受光される。ローテーティングレー
ザー74からのレーザー光を受光したレベルセンサー72
は、水平設定又は勾配設定を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川洋平東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者片山康隆東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者佐々木修一東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AB04 BB10 CA02 DB02 DB04 DB05 2F062 AA02 AA81 BC31 CC10 CC26 EE22 EE62 GG21 GG37 GG38 GG42 GG51 GG57 GG60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワイヤを利用して変位を測定する装置に
おいて、移動可能に滑車（30、32、34、36）が配置さ
れ、滑車（30、32、34、36）が付勢力を受けながら移動
するように付勢手段（50）が配置され、滑車（30、32、
34、36）にワイヤ（12）が掛けられ、ワイヤ（12）を導
入または導出したとき、滑車（30、32、34、36）が付勢
手段（50）の付勢力に抗して移動することを特徴とする
変位測定装置。
【請求項２】リニアセンサー（38）によりワイヤ（1
2）をの導出量または導入量を測定することを特徴とす
る請求項1に記載の変位測定装置。
【請求項３】エンコーダー（22、122）によりワイヤ
（12）の導出量または導入量を測定することを特徴とす
る請求項1又は2に記載の変位測定装置。
【請求項４】複数の滑車（30、32、34、36）が移動可
能に設けられていて、それらの滑車（30、32、34、36）
に共通のワイヤ（12）が掛けられている請求項１〜３の
いずれか１項に記載の変位測定装置。