유체 실린더용 위치검출장치{Position Detector for Fluid Cylinder}
본 발명은 이동체를 위한 위치검출장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 산업 차량에서 사용되는 유체 실린더에서 피스톤의 위치를 검출하는 장치에 관한 것이다. 통상적인 포크리프트는 하물을 승강하기 위한 포크를 가지고 있다. 어떤 포크리프트는 포크를 소정 위치로 승강하기 위한 자동 제어기를 장착하고 있다. 상기 자동 제어기는 포크의 높이를 연속적으로 검출하는 포크 높이 센서를 필요로 한다. 릴형 포크 높이 센서는 이 기술에 공지되어 있다. 릴형 센서는 와이어, 이 와이어를 감는 릴, 및 포텐셔미터와 같은 회전 센서를 포함한다. 와이어의 한 단부는 내부 마스트에 연결된다. 회전 센서는 릴의 회전을 검출한다. 포크의 높이는 릴의 회전 위치를 기초로 하여 검출된다. 그러나, 와이어가 노출되어 있기 때문에, 포크리프트가 작동되면, 와이어는 이물질과의 접촉에 의해 손상을 받을 수 있고, 이것이 와이어를 절단시키거나 포텐셔미터를 손상시킬 수 있다. 따라서 센서의 신뢰성이 낮다. 상기 문제를 해결하기 위해, 초음파 센서를 사용하는 포크 높이 검출장치가 소개되어 있다. 상기 포크 높이 검출장치는 포크를 승강하는 리프트 실린더와, 이 리프트 실린더에 배치된 초음파 센서를 포함한다. 초음파 센서는 리프트 실린더에서 피스톤의 위치를 검출한다. 포크의 높이는 피스톤의 검출된 위치를 근거로 한다. 특히, 리프트 실린더는 원통형 하우징, 이 하우징에 수용된 피스톤, 및 초음파 소자를 포함한다. 상기 초음파 소자는 원통형 하우징의 바닥에 배치되어 있다. 초음파 소자는 초음파를 피스톤의 단부면으로 보내고, 반사된 초음파를 수신한다. 상기 초음파 소자와 피스톤 또는 피스톤의 위치 사이의 거리는 초음파의 진행시간 또는 초음파를 출력한 때부터 반사파를 수신할 때까지의 시간을 근거로 하여 계산된다. 포크의 높이는 검출된 피스톤의 위치를 근거로 하여 계산된다. 릴형 센서와는 다르게, 초음파 높이 검출장치의 기능부가 노출되어 있지 않다. 따라서, 높이 검출장치는 손상을 잘 받지 않아서 신뢰성이 개선된다. 그러나, 초음파 센서의 검출 정확도는 낮다. 초음파 소자로부터의 초음파는 원통형 하우징 또는 오일챔버내에 있는 오일을 통해 송신된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파의 송신속도(음속)는 오일의 온도에 따라 변한다. 그 결과, 피스톤이 어떤 위치에 머무를때, 초음파 센서가 검출한 위치는 도 7에 도시된 바와 같이 오일 온도에 따라 변한다. 리프트 실린더에서 오일 온도는 주위 온도와 포크리프트의 작동 주기에 의해 크게 변한다. 오일의 온도 변화는 포크 높이 검출장치의 검출 정확도를 저하시킨다. 따라서, 피스톤의 검출 위치는 오일 온도로 인하여 오류를 일으키고, 이것이 포크의 정확한 위치를 검출하는 데 방해가 된다. 게다가, 높이 검출의 낮은 정확도는 포크의 제어 정확도를 저하시킨다. 초음파를 초음파 소자로부터 생성하기 위해서, 발진 신호가 초음파 센서의 초음파 발진기로 보내어진다. 일단 발진되면, 초음파 소자는 발진 신호가 정지한 직후에 바로 진동을 멈추지는 않는다. 진동이 감쇠되는 동안에 초음파 진동이 일정 시간동안 계속된다. 이것을 반향이라고 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 초음파 소자에 남아있는 반향은 전압 신호를 발생시킨다. 따라서, 초음파 발진기에 의해 발생된 초음파의 반사는 반향이 있는 동안 초음파 소자가 수신한다면, 반사파는 반향과 혼합된다. 즉, 반사파 및 반향이 구별되지 않는다. 이것은 검출값의 신뢰성을 저하시킨다. 그러한 초음파 소자를 갖는 포크 높이 검출장치를 사용하면 문제를 일으킨다. 포크가 가장 낮은 위치에 있을 때, 리프트 실린더의 피스톤은 초음파 소자에 가장 가까이 있다. 이때, 피스톤에 의해 반사된 초음파는 초음파 소자에 의해 발생된 후속 초음파에 의해 방해를 받을 수 있고, 이것이 피스톤의 위치 또는 포크의 높이를 정확하게 검출하는 데 방해가 된다. 따라서, 본 발명의 목적은 이동체의 위치를 정확하게 연속적으로 검출하기 위한 위치검출장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 높이 검출장치를 도시하는 개략도. 도 2는 도 1의 리프트 실린더를 도시하는 부분 확대 단면도. 도 3은 도 2의 높이 검출장치를 장착한 포크리프트를 도시하는 측면도. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 높이 검출장치를 도시하는 개략도. 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 높이 검출장치를 도시하는 단면도. 도 6은 작동유의 온도와 이 작동유에서의 음속 사이의 관계를 도시하는 그래프. 도 7은 작동유의 온도와 피스톤의 검출위치 사이의 관계를 도시하는 그래프. 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 의한 높이 검출장치를 도시하는 단면도. 도 9는 도 8의 리프트 실린더를 도시하는 부분 확대 단면도. 도 10은 도 8의 높이 검출장치에서 초음파 송수신 소자에서 발생된 전압 신호를 도시하는 그래프. 도 11은 초음파 송수신 소자에서 발생된 전압 신호를 도시하는 그래프.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하여 유체 실린더의 피스톤용 위치검출장치가 제공된다. 상기 피스톤은 유체압에 의해 소정 범위내에서 축방향으로 이동된다. 위치검출장치는 실린더내에 설치된 초음파 송수신기, 기준위치 검출장치 및 컴퓨터를 포함한다. 송수신기는 피스톤의 이동범위 밖에서 실린더의 한 단부 부근에 배치된다. 송수신기는 전기 신호에 반응하여 유체를 통해 초음파를 피스톤의 반사면으로 송신한다. 송수신기는 피스톤에 의해 반사된 초음파를 수신하며 반사파에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 기준위치 검출장치는 피스톤이 소정의 기준위치에 있는 것을 검출한다. 컴퓨터는 전기 송신신호를 송수신기로 공급하며, 이것으로 인하여 송수신기가 초음파 신호를 송신하게 된다. 또한 컴퓨터는 송수신기로부터 전기 수신신호를 수신한다. 컴퓨터는 초음파가 송신된 때로부터 반사파가 수신될 때까지의 시간을 나타내는 시간값을 계산한다. 컴퓨터는 피스톤이 기준위치에 있을 때 초음파 신호의 속도를 가리키는 속도 지시값을 계산한다. 또한, 컴퓨터는 속도 지시값과 현재 판독한 시간값을 기초로 하여 피스톤의 현재 위치를 계산한다. 기준위치는 제1 기준위치이고, 또한 제1 기준위치와는 다른 제2 기준위치를 포함하고, 여기서 기준위치 검출장치는 피스톤이 하나의 기준위치에 있는 것을 검출하고, 컴퓨터는 피스톤이 다른 기준위치로 이동할 때 속도 지시값을 갱신한다. 유체 실린더는 포크리프트의 일부분을 형성하고, 여기서 포크리프트는 유체 실린더에 연결된 마스트와, 상기 마스트에 의해 이동되는 도구(implement)를 포함한다. 유체 실린더는 상기 마스트를 실제로 수직방향으로 승강시키는 리프트 실린더를 포함하고, 상기 도구는 포크를 포함한다. 기준위치는 도구의 이동범위에 대응하는 피스톤의 이동범위내에 있다. 기준위치는 피스톤의 중간위치 아래에 있는 피스톤의 이동범위내에 있다. 포크리프트는 외부 마스트와 내부 마스트를 포함하고, 상기 내부 마스트는 리프트 실린더에 의해 승강되고, 기준위치 검출장치는 내부 마스트에 부착된 도그와, 외부 마스트에 부착된 리미트 스위치를 포함한다. 유체 실린더는 마스트를 기울어지게 하는 틸트 실린더이고, 여기서 도구는 포크를 포함한다. 기준위치 검출장치는 스위치를 구비한다. 기준위치 검출장치는 비접촉형 센서를 구비한다. 기준위치 검출장치는 피스톤에 설치된 검출부재와, 고정부재에 설치된 센서부재를 포함하고, 상기 센서부재는 상기 검출부재를 검출한다. 송수신기는 초음파를 송신 및 수신하는 단일 송수신 소자를 구비한다. 컴퓨터는 아래 수학식 1을 사용하여 피스톤의 현재 위치를 계산한다.
여기서 Sx는 피스톤의 현재 위치를 나타내고, tx는 현재 시간값을 나타내고, S R 은 피스톤이 기준위치에 있을 때 송수신기에서 피스톤까지의 거리를 나타내고, tR은 피스톤이 기준위치에 있을 때 시간값을 나타낸다. 속도 지시값은 초음파의 속도를 나타내고, 이 지시값은 피스톤이 기준위치내에 있을 때 피스톤에서 송수신기까지의 거리를 피스톤이 기준위치내에 있을 때의 시간으로 나눔으로써 계산된다. 본 발명은 피스톤을 갖는 유체 실린더에서 구체화될 수 있다. 피스톤은 유압에 의해 소정 범위내에서 축방향으로 이동된다. 실린더는 그 내부에서 초음파 송수신기와 기준위치 검출장치를 포함한다. 송수신기는 실린더의 한 단부 부근에서 피스톤의 이동범위 밖에 배치된다. 송수신기는 전기 신호에 반응하여 유체를 통해 피스톤의 반사면으로 초음파를 송신한다. 송수신기는 피스톤에 의해 반사된 초음파를 수신하며, 반사파에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 기준위치 검출장치는 피스톤이 소정의 기준위치에 있다는 것을 검출한다. 본 발명은 도구, 마스트, 위치검출장치를 포함하는 산업용 차량에서 구체화될 수 있다. 위치검출장치는 마스트의 위치를 검출한다. 위치검출장치는 도구의 위치를 검출하는 컴퓨터를 포함한다. 본 발명은 피스톤을 갖는 유체 실린더에서 구체화될 수 있다. 실린더는 송신소자 및 수신소자를 포함한다. 송신소자는 유체 실린더내에 배치되어 초음파를 피스톤의 반사면으로 송신한다. 수신소자는 유체 실린더내에 배치되고, 송신소자와는 분리되어 있다. 수신소자는 피스톤에 의해 반사된 초음파를 수신한다. 본 발명은 유체 실린더에서의 피스톤을 위한 위치검출장치에서 구체화될 수 있다. 위치검출장치는 송신소자, 수신소자 및 컴퓨터를 포함한다. 송신소자는 실린더내에 설치되고 피스톤의 이동범위 밖에 배치된다. 송신소자는 전기 신호에 반응하여 유체를 통해 피스톤의 반사면으로 초음파를 송신한다. 수신소자는 유체 실린더내에 배치되고, 피스톤의 이동범위 밖에 놓인다. 수신소자는 송신소자와는 분리되어 있다. 수신소자는 피스톤에 의해 반사된 초음파를 수신하고, 반사파에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 컴퓨터는 전기 신호를 송신소자로 공급하여 송신소자가 초음파를 송신하도록 만든다. 컴퓨터는 수신소자로부터 반사된 초음파에 대응하는 전기 신호를 수신한다. 컴퓨터는 초음파가 송신된 때로부터 반사파가 수신될 때까지의 진행시간의 함수인 거리 검출값을 계산한다. 본 발명은 도구, 이 도구를 이동시키는 마스트, 이 마스트의 위치를 검출하는 위치검출장치, 상기 마스트를 이동시키는 유체 실린더를 갖는 산업용 차량에서 구체화될 수 있다. 상기 실린더는 피스톤을 포함한다. 차량은 포크리프트이고, 상기 유체 실린더는 마스트를 실제로 수직방향으로 승강하는 리프트 실린더를 구비하고, 상기 도구는 포크를 포함한다. 차량은 포크리프트이고, 상기 유체 실린더는 마스트를 기울어지게 하는 틸트 실린더를 구비하고, 상기 도구는 포크를 포함한다. 게다가, 본 발명은 유체 실린더에서 피스톤의 위치를 검출하는 방법을 구체화할 수 있다. 이 방법은, 유체를 통해 고정위치로부터 피스톤으로 초음파 신호를 주기적으로 송신하고, 반사된 전기 신호를 수신하고, 초음파 신호가 송신된 때로부터 반사된 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 측정하고, 피스톤이 기준위치 즉, 고정위치로부터 소정 거리에 있는 기준위치에 있다는 것을 판정하고, 피스톤이 기준위치에 있을 때 측정한 시간과 기준위치를 기초로 하여 초음파 신호의 속도를 나타내는 속도 지시값을 계산하고, 상기 속도 지시값과 현재 판독한 측정한 시간을 기초로 하여 피스톤의 현재 위치를 계산하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 피스톤이 기준위치로 복귀하면 속도 지시값을 갱신하는 단계를 제공한다. 본 발명은 유체 실린더에서 피스톤의 위치를 검출하는 다른 방법을 구체화할 수 있다. 이 방법은, 유체를 통해 제1 위치로부터 피스톤까지 초음파 신호를 주기적으로 송신하고, 반사된 초음파 신호를 제2 위치 즉, 상기 제1 위치에서 이격되어 있는 제2 위치에서 수신하고, 초음파 신호가 송신된 때로부터 반사된 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 측정하고, 측정한 시간을 기초로 하여 피스톤의 현재 위치를 계산하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 관점 및 장점은 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 원리를 예를 들어 설명하는 아래 기재로부터 명백히 나타날 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 의한 포크리프트용 높이 검출장치는 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 산업용 차량 즉 포크리프트(10)는 본체 프레임(11)의 전방에 장착된 마스트 조립체(12)를 포함한다. 마스트 조립체(12)는 한 쌍의 외부 마스트(13)와, 한 쌍의 내부 마스트(14)를 포함한다. 내부 마스트(14)는 외부 마스트(13)의 안쪽에 배치되고, 외부 마스트(13)에 관하여 승강된다. 리프트 브라켓(16)은 내부 마스트(14) 안쪽에 배치된다. 로딩 부착부 즉 포크(15)는 리프트 브라켓(16)에 의해 지지된다. 리프트 브라켓(16)은 체인(19)으로 현가되어 내부 마스트(14)에 대하여 승강된다. 체인(19)은 내부 마스트(14)의 상단부에 배치된 스프로켓(18)과 결합되어 있다. 체인(19)의 타단은 외부 마스트 (13)와 연합하는 크로스빔(17)에 연결된다. 한 쌍의 틸트 실린더는 본체 프레임 (11)에 연결되어 외부 마스트(13)를 기울어지게 한다. 각 틸트 실린더(62)는 대응하는 외부 마스트(13)에 연결되어 있는 말단부를 가진 로드(63)를 포함한다. 한 쌍의 유체 실린더 즉 유압 리프트 실린더(20)는 마스트 조립체(12) 뒤에 배치된다. 각 리프트 실린더(20)는 대응하는 외부 마스트(13)에 부착된 실린더 몸체(21)와 피스톤 로드(22)를 포함한다. 각 피스톤 로드(22)의 상단부는 대응하는 내부 마스트(14)에 연결되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각 리프트 실린더(20)의 실린더 몸체(21)는 원통형 하우징(23), 바닥 블록(24) 및 로드커버(25)를 포함한다. 피스톤(26)은 상기 하우징(23)내에 수용되고 피스톤 로드(22)의 하단부에 연결되어 있다. 공기실(27)은 실린더 몸체(21)내에서 피스톤(26) 위에 형성되어 있다. 오일실(28)은 피스톤(26) 아래에 형성되어 있다. 공기실(27)은 공기출구(39)에 연결되어 있다. 스토퍼 스텝(stopper step:30)은 바닥 블록(24)의 상단에 형성되어 있다. 스토퍼 스텝(30)은 피스톤(26)의 하단면에 접함으로써 피스톤(26)의 하향이동을 제한한다. 센서실(32)은 초음파 송수신기(31)를 수용하도록 스토퍼 스텝(30) 아래에 형성되어 있다. 포트(33)는 센서실(32)의 측벽에 형성되어 있다. 오일은 오일실 (28)로 포트(33)를 통해 공급되며, 오일실(28)에서 포트(33)를 통해 유출된다. 포트(33)는 유동 제어밸브(도시안됨)를 통해 제어밸브(도시안됨)에 연결되어 있다. 제어밸브는 본체 프레임(11)내에 배치되고, 리프트 레버에 의해 제어된다. 리미트 스위치(39)는 좌측 외부 마스트(13)의 뒤쪽에 부착된다. 내부 마스트(14)는 타이빔(40)에 의해 연결되어 있다. 리미트 스위치(39)를 작동시키는 도그(41)는 타이빔(40)의 뒤쪽에 부착되어 있다. 리미트 스위치(39)와 도그(41)는 포크(15)가 기준위치 H R 에 있다는 것을 검출한다. 포크(15)의 높이는 0에서 Hmax까지이다. 포크(15)가 기준위치 H R 에 있을 때 리미트 스위치(39)는 도그(41)에 의해 작동된다. 피스톤(26)의 위치는 포크(15)의 높이와 대응한다. 피스톤(26)은 0 내지 Smax의 범위에서 이동한다. 피스톤(26)의 기준위치 S R 은 포크(15)의 기준위치 H R 와 대응한다. 피스톤(26)의 기준위치 S R 은 0이거나 또는 이보다 크며 중간높이 (Hmax/2) 보다 작은 포크(15)의 어떤 높이와 대응할 수도 있다. 예를 들면, 피스톤(26)의 위치 S R 은 포크의 높이 0과 대응할 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 송수신기(31)는 케이스(34), 음향재료 (35), 초음파 소자(36) 및 캡(37)을 포함한다. 케이스(34)는 바닥 블록(24)의 바닥에 나사 체결된다. 음향재료(35)는 케이스(34)의 상단부에 부착된다. 초음파 소자(36)는 음향재료(35)의 상단에 고정된다. 한쌍의 신호선(38)이 초음파 소자 (36)에 연결되어 케이스(34)의 바닥에서 연장한다. 캡(37)은 초음파 소자(36)와 음향재료(35)를 덮는다. 초음파 소자(36)는 초음파를 발생하며 수신하기 위해 피스톤(26)의 바닥과 대면하는 송수신면을 포함한다. 신호선(38)을 통해 소정의 주파수를 갖는 고주파 신호를 수신하면 초음파 소자(36)는 진동하여 송수신면에서 피스톤(26)의 바닥으로 초음파를 발생시킨다. 다음에 초음파 소자(36)는 피스톤(26)의 바닥에서 반사된 초음파를 송수신면을 통해 수신하고, 반사파의 진폭에 따른 신호를 신호선(38)을 통해 출력한다. 도 1로 돌아가면, 초음파 송수신기(31)의 신호선(38)은 본체 프레임(11)에서 제어유닛(42)에 연결된다. 제어유닛(42)은 송수신 회로(43) 및 마이크로컴퓨터 (44)를 포함한다. 신호선(38)은 송수신 회로(43)에 연결된다. 송수신 회로(43)는 마이크로컴퓨터(44)에 연결된다. 리미트 스위치(39)도 마이크로컴퓨터(44)에 연결된다. 송수신 회로(43)는 종래의 회로구조를 가지며, 송신기 회로 및 수신기 회로(도시안됨)를 포함한다. 송신기 회로는 발진 회로 및 구동 회로를 포함하고, 수신기 회로는 증폭기, 대역회로, 검출기 및 비교기를 포함한다. 마이크로컴퓨터 (44)는 송수신 회로(43)에게 특정 주기동안 일정 타이밍에서 초음파 소자(36)를 진동시키는 명령을 한다. 초음파 소자로부터 소정 레벨 보다 큰 진폭을 갖는 신호를 수신하면, 송수신 회로(43)는 검출 펄스신호를 마이크로컴퓨터(44)로 출력한다. 마이크로컴퓨터(44)는 중앙처리장치(CPU:45)와, 판독전용 메모리(ROM)(46), 임의접근 메모리(RAM)(47), 카운터(48)를 포함한다. ROM(46)은 CPU(45)에 의해 실행된 프로그램과 기준위치 S R 을 나타내는 데이타를 저장한다. CPU(45)는 송수신 회로(43)를 제어함으로써 초음파 송수신기(31)가 일정 타이밍에서 일정한 주기의 초음파를 발생하도록 한다. 초음파의 발생 주기는 초음파 송수신기(31)로부터 피스톤(26)이 위치 Smax에 있을 때 송수신기(31)로 돌아가는 초음파의 진행시간 보다 길게 설정된다. 매 주기마다. CPU(45)는 초음파의 발생으로부터 반사된 초음파의 수신하기까지의 시간을 카운터(48)로써 측정한다. CPU(45)는 피스톤(26)의 현재위치와 대응하는 측정된 시간을 경과시간 tx로서 설정한다. CPU(45)는 초음파의 발생시 마다 경과시간 tx를 측정하여 갱신한다. 리미트 스위치(39)로부터 검출신호를 수신하면, CPU(45)는 피스톤(26)이 기준위치 S R 에 있다는 것을 판단한다. 이때, CPU(45)는 RAM(47)에 기준시간 tR을 저장한다. 기준시간 tR은 리미트 스위치(39)가 피스톤(26)이 기준위치 SR에 있다는 것을 검출한 때 현재의 경과시간 tx와 동일하다. CPU(45)는 현재 검출된 경과시간 tx, 저장된 기준시간 tR 및 기준위치 SR을 사용하여 아래 수학식(2)에 따라 피스톤(26)의 현재위치 Sx를 계산한다. 경과시간 tx를 검출할 때의 오일 온도는 실제로 기준시간 tR이 측정된 때의 오일 온도와 동일하다.
값 v는 오일에서 초음파의 속도를 나타낸다. 값 v는 오일 온도의 함수이다. 상기 수학식(2)에 대해 설명하면, 오일의 어떤 온도에서, 피스톤(26)이 기준위치 S R 에 있을 때의 경과시간 tx는 기준시간 tR로서 설정되어 있다. 따라서, 비 S R /tR은 교정계수이고, 경과시간 tx에 상기 교정계수가 곱해진다. 교정계수는 현재의 오일 온도에서의 초음파의 속도 v이다. 따라서, 교정계수 S R /tR은 본 명세서에서는 종종 속도 지시값으로서 언급되고 있다. 그러므로, 교정계수 S R /tR를 사용하여 기준위치 S R 에서 측정된 피스톤(26)의 위치 Sx를 계산한다. 다시 말하면, 피스톤(26)의 위치 Sx는 오일 온도를 고려하여 정확하게 교정된다. 상기 값 tx·v는 거리 검출값이고, 값 tR·v는 기준위치 S R 이 검출될 때의 거리 검출값이다. 상기 값 S R /(tR·v)는 기준위치 S R 의 검출된 거리에 대한 기준위치 S R 의 비이다. CPU(45)가 리미트 스위치(39)로부터 검출신호를 수신할 때마다 또는 리미트 스위치가 기준위치 SR을 검출할 때마다, CPU(45)는 기준시간 tR을 새롭게 검출한 경과시간 tx로 갱신한다. 다음에 CPU(45)는 RAM(47)내에 갱신된 기준시간 tR을 저장한다. 이러한 방법으로, CPU(45)는 교정계수 S R /tR가 오일의 현재 온도와 대응하도록 교정계수 S R /tR를 갱신한다. 이에 따라, 피스톤(26)의 위치 Sx는 오일 온도가 변하더라도 정확하게 검출된다. CPU(45)는 소정의 공식에 따라 피스톤(26)의 계산 위치 Sx를 사용하여 포크(15)의 높이를 계산한다. 이제 높이 검출장치의 작동을 설명하기로 한다. 포크리프트(10)를 시동시키면 제어유닛(42)에서 마이크로컴퓨터(44)를 작동시킨다. 이때, CPU(45)는 기준시간 tR, 예로서 오일온도가 20℃일 때의 시간 tR의 초기값을 사용한다. CPU(45)는 상기 수학식(2)를 사용하여 연속적으로 측정된 경과시간 tx와 기준시간 tR을 기초로 하여 피스톤 위치를 계산한다. 조작자가 리프트 레버(도시안됨)를 조작하여 제어밸브를 전환시켜서 오일실(28)에 오일을 공급하거나 오일실로부터 오일을 유출시키면, 피스톤(26)이 상승 또는 하강된다. 피스톤(26)의 운동으로 인하여 피스톤 로드(22)가 연장 또는 수축하여 포크(15)를 상승 또는 하강시킨다. 이에 따라 포크(15)의 높이가 변한다. CPU(45)로부터의 명령에 따라, 초음파 송수신기(31)는 초음파를 발생한다. 이 초음파는 오일을 통해 피스톤(26)의 바닥에 도달한 후에 반사된다. 이어서, 반사파를 송수신기(31)가 수신한다. 초음파가 출력된 때부터 반사된 초음파를 수신할 때까지의 시간은 오일의 온도에 의존한다. 반사된 초음파를 수신하면, 초음파 송수신기(31)는 수신신호를 송수신 회로(43)로 출력한다. 다음에 송수신 회로(43)는 검출신호를 마이크로컴퓨터(44)로 출력한다. CPU(45)는 카운터(48)를 사용하여 CPU가 송수신기(31)에 초음파를 발생하도록 명령한 때로부터 CPU(45)가 검출신호를 수신할 때까지의 시간을 측정한다. 다음에 CPU(45)는 연장된 시간 tx를 측정한 시간으로 갱신한다. 갱신된 경과시간 tx는 현재의 피스톤 위치 Sx를 가리킨다. 포크(15)가 기준위치 H R 에 있을 때 리미트 스위치(39)는 검출신호를 마이크로컴퓨터(44)로 보낸다. 검출신호를 수신하면, CPU(45)는 그 시간에 측정한 경과시간 tx을 기준위치 S R 와 대응하는 기준시간 tR으로서 설정하고, 그 기준시간 tR을 RAM(47)에 저장한다. 기준시간 tR이 갱신되는 다음 시간이 될 때까지, CPU(45)는 오일 온도가 시간 tR을 측정했을 때의 온도와 동일하다고 가정하고 피스톤(26)의 위치 Sx를 계산한다. 포크(15)가 이동하면, CPU(45)는 새로 측정된 경과시간 tx, 기준위치 S R 및 기준시간 tR을 기초로 하여 상기 수학식(2)를 사용하여 피스톤 위치 Sx를 계산한다. 이러한 계산이 수행되면, 기준시간 tR이 갱신된 마지막 시간 이후에는 더이상 시간이 경과되지 않으며, 현재의 오일온도가 기준시간 tR을 측정하였을 때의 오일온도와 실제로 동일하게 된다. 따라서, 계산된 피스톤 위치 Sx는 오일온도라고 간주되는 정확한 값이다. 리프트 실린더(20)가 왕복이동함에 따라, 피스톤(26)은 리미트 스위치(39)를 반복하여 통과하고, 이것이 오일온도를 증가시킨다. 피스톤(26)이 기준위치 S R 을 통과할 때마다, 리미트 스위치(39)가 검출신호를 출력한다. CPU(45)가 리미트 스위치(39)로부터 새로운 검출신호를 수신할 때마다 CPU(45)는 RAM(47)에 저장된 기준시간 tR을 현재의 오일온도에 따른 값으로 갱신한다. CPU(45)는 새로이 측정한 tx, 기준위치 SR 및 갱신된 기준시간 tR을 기초로 하여 수학식(2)를 사용하여 기준위치 Sx를 구한다. 따라서, 오일온도가 변하더라도, 피스톤 위치 Sx가 현재의 오일온도를 고려하여 정확하게 계산된다. 도 1 내지 3의 높이 검출장치는 아래의 장점을 가진다. (1) 기준시간 tR은 포크(15)가 기준위치 HR을 통과할 때마다 갱신된다. 즉, 기준시간 tR은 현재의 오일온도를 일정하게 반영하고, 이것이 오일온도의 변화로 인한 피스톤 위치 Sx의 오류를 제거한다. 그 결과, 포크(15)의 높이가 정확하게 연속적으로 검출된다. 이에 따라, 포크(15)의 위치를 기초로 하여 수행된 여러가지 제어가 정확하게 이루어질 것이다. (2) 피스톤 위치 Sx는 오일온도를 측정하지 않고도 검출된다. 따라서, 리프트 실린더(20)가 오일온도를 측정하기 위한 온도센서를 필요로 하지 않는다. 게다가, 종래의 리프트 실린더를 본원의 리프트 실린더(20)로서 사용해도 좋다. (3) 리미트 스위치(39)는 포크(15)의 이동범위 중간 보다 아래에 있는 더낮은 범위내에 배치된다. 포크(15)가 빈번하게 더낮은 범위에서 이동된다. 따라서, 기준시간 tR이 빈번하게 갱신되며, 그 결과 포크(15)의 위치가 정확하게 검출된다. (4) 초음파의 송수신을 단일 센서 즉 초음파 송수신기(31)로써 수행하기 때문에, 송수신기(31)는 비교적 직경이 작은 리프트 실린더내에 수용될 수 있다. 다시 말하면, 피스톤(26)의 위치 Sx가 작은 직경의 리프트 실린더에서도 정확하게 검출될 수 있다. (5) 기준위치 S R 가 리미트 스위치(39)에 의해 검출된다. 리미트 스위치(39)가 비교적 저렴하기 때문에, 제조원가를 크게 상승시키지 않고도 포트 위치의 정확한 검출이 가능하게 된다. 이제 본 발명의 제2 실시예는 도 4를 참고하여 설명하기로 한다. 도 4의 장치는 복수의 리미트 스위치(50,51,52)를 가지고 있고 또 마이크로컴퓨터(44)가 수행하는 프로그램이 도 1 내지 도 3의 실시예의 것과는 다르다는 점에서 도 4의 장치가 도 1 내지 도 3의 장치와는 다르다. 도 1 내지 도 3의 대응하는 부품과 동일하거나 유사한 부품에는 동일하거나 유사한 도면부호가 주어진다. 리미트 스위치(50,51,52)는 각각 기준위치 H R1 , H R2 , H R3 에서 좌측 외부 마스트(13)의 뒤쪽에 부착된다. 포크 기준위치 H R1 , H R2 , H R3 는 피스톤(26)의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 와 대응한다. 리미트 스위치(50,51,52)는 피스톤(26)이 하나의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 에 있는지를 검출한다. 상기 위치 H R1 , H R2 , H R3 는 각각 하부 높이범위, 중간 높이범위, 상부 높이범위와 대응한다. 리미트 스위치(50,51,52)는 도그(41)에 의해 작동되고 제어유닛(42)의 마이크로컴퓨터(44)에 연결되어 있다. 도 1 내지 도 3의 실시예에서와 같이, CPU(45)는 초음파 송수신기(31)가 초음파를 발생하라는 명령을 받은 때부터 송수신기(31)가 대응하는 반사파를 수신할 때의 시간을 측정한다. 다음에 CPU(45)는 측정시간을 피스톤(26)의 위치와 대응하는 경과시간 tx로서 RAM(47)내에 저장한다. 리미트 스위치(50,51,52)중 하나로부터 검출신호를 수신하면, CPU(45)는 측정시간을 대응하는 리미트 스위치(50,51,52)의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 의 기준시간 tR로서 RAM(47)내에 저장한다. CPU(45)는 새로 측정된 경과시간 tx, 저장된 기준시간 tR 및 상기 기준시간 tR과 대응하는 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 를 기초로 하여 아래의 수학식(3)을 사용하여 피스톤(26)의 위치 Sx를 계산한다.
여기서 S R(N) 은 위치 S R1 , S R2 , S R3 중의 하나이다. 상기 수학식(3)은 기본적으로 도 1 내지 도 3의 실시예의 상기 수학식(2)와 동일하다. 그러나, 도 4의 실시예서는, 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 중 하나가 기준위치 S R(N) 으로서 사용된다. 이제 도 4의 높이 검출장치의 작동을 설명하기로 한다. 포크리프트(10)가 시동되어, 포크(15)가 최하부 위치에서 최상부 위치로 이동될 때, 리미트 스위치(50,51,52)는 연속적으로 각각의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 를 검출한다. 리미트 스위치(50,51,52) 중 하나로부터 검출신호를 수신하면, CPU(45)는 경과시간 tx를 대응하는 위치 S R1 , S R2 또는 S R3 에 대한 기준시간 tR로서 저장한다. CPU(45)는 새로 측정된 경과시간 tx, 저장된 기준시간 tR 및 상기 기준시간 tR과 대응하는 하나의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 를 기초로 하여 상기 수학식(3)을 사용하여 피스톤(26)의 위치 Sx를 계산한다. 포크(15)가 더 높은 범위에서 작동되면, 피스톤(26)은 리프트 실린더(20)에서 제한된 상부범위내에서 이동된다. 그러므로, 기준위치 S R1 , S R2 는 리미트 스위치(50,51)에 의해 검출되지 않는다. 그러나, 기준위치 S R3 는 빈번하게 검출된다. 따라서, 기준시간 tR은 빈번하게 갱신되고, 피스톤 위치 Sx는 오일온도를 고려하여 정확하게 계산된다. 도 4의 실시예에서, 포크(15)의 하부 높이 범위, 중간 높이 범위, 상부 높이 범위와 대응하는 3개의 기준위치 S R1 , S R2 , S R3 가 있다. 그러므로, 포크(15)가 비교적 장시간동안 제한된 높이 범위에서 작동되면, 기준위치 S R(N) 중 적어도 하나가 검출되고, 따라서 이것이 기준시간 tR을 갱신한다. 이것으로 인하여 포크(15)의 높이의 정확한 검출이 행해진다. 제3 실시예에서, 피스톤(26)의 위치와 대응하는 포크(15)의 높이를 검출하는 대신에, 피스톤(26)의 높이를 직접 검출한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 리미트 스위치(39,50,51,52) 및 도그(41) 대신에 자석(60) 및 자기 근접센서(61)가 사용된다. 자석(60) 및 자기 근접센서(61)는 피스톤(26)의 위치를 검출한다. 자석(60)은 피스톤(26)의 원주면에 부착된다. 자기 근접센서(61)는 원통형 하우징(23)의 외부면에 고정되어 피스톤(26)의 기준위치 S R 을 검출한다. 자기 근접센서(61)의 위치는 피스톤(26)이 기준위치 S R 에 있을 때 센서(61)가 자석을 검출하도록 정해져 있다. 피스톤(26)은 심하게 진동되지 않으므로, 센서(61)가 피스톤(26)의 위치를 정확하게 검출한다. 또한, 자석(60)은 실린더 몸체(21)내에 수용되어서 노출되지 않는다. 그러므로, 이물질이 실린더 몸체(21)에 부딪치더라도 자석(60)이 손상되지 않는다. 자석(60)이 자기 근접센서(61)에 접촉하지 않으므로 장기간 사용하여도 자석(60)과 센서(61)를 마모시키지 않는다. 따라서, 기준위치 S R 의 검출이 장기간 정확하게 유지된다. 이제 본 발명의 제4 실시예에 의한 높이 검출장치를 도 8 및 도 9를 참고하여 설명하기로 한다. 도 8 및 도 9의 실시예는, 독립된 송신기와 독립된 수신기를 갖는 초음파 송수신기(129)를 사용한다는 점에서 도 1 내지 도 6의 실시예와는 다르다. 도 8 및 도 9의 실시예에서 리미트 스위치(39) 및 도그(41)는 생략해도 된다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 초음파 송수신기(129)는 초음파 송신기 (132) 및 초음파 수신기(133)를 가진다. 송수신기(129)의 케이스(134)는 송신기 돌출부(135) 및 수신기 돌출부(136)를 포함한다. 음향재료(137)는 송신기 돌출부 (135)의 상단에 설치된다. 송신기 소자(138)는 음향재료(137)의 상단에 고정된다. 송신기 소자(138)는 초음파를 발생한다. 음향재료(139)는 수신기 돌출부(136)의 상단에 설치된다. 초음파 수신용 수신기 소자(140)는 음향재료 (139)의 상단에 고정된다. 수신기 소자(140)는 초음파를 수신한다. 송신기 돌출부(135), 음향재료 (137) 및 송신기 소자(138)는 캡(141)으로써 덮힌다. 수신기 돌출부(136), 음향재료(139), 및 수신기 소자(140)는 캡(141)으로써 덮힌다. 송신기(132)는 송신기 돌출부(135), 음향재료(137) 및 송신기 소자(138)를 포함한다. 수신기(133)는 수신기 돌출부(136), 음향재료(139), 및 수신기 소자(140)를 포함한다. 한 쌍의 와이어(142)가 케이스(134)를 통해 송신기 소자(138)에 연결되어 있다. 한 쌍의 와이어(143)가 케이스(134)를 통해 수신기 소자(140)에 연결되어 있다. 상기 와이어(142,143)는 본체 프레임(11)내에 배치된 제어유닛(42)에 연결된다. 송신기 소자(138)는 피스톤(26)의 바닥과 마주보는 송신면을 포함한다. 수신기 소자(140)는 피스톤(26)의 바닥과 마주보는 수신면을 포함한다. 와이어(142)를 통해 송신신호를 수신하면, 송신기 소자(138)는 진동하여 송신면에서 피스톤 (26)의 바닥으로 초음파를 발생한다. 수신기 소자(140)는 피스톤(26)의 바닥에서 반사된 초음파를 수신하고, 수신파의 진폭에 따라 와이어(143)를 통해 수신신호를 출력한다. 마이크로컴퓨터(44)로부터 제어신호를 수신하면, 송수신 회로(43)는 송신신호를 출력하여 송신기 소자(138)를 소정 주파수로서 진동시킨다. 다른 한편, 송수신 회로(43)는 수신기 소자(140)로부터 소정의 진폭 또는 더 큰 진폭을 갖는 신호를 수신하면 마이크로컴퓨터(44)에 검출 펄스신호를 출력한다. CPU(45)는 카운터(48)를 사용하여 초음파가 발생된 때로부터 CPU(45)가 송수신 회로(43)에서 검출신호를 수신할 때까지의 시간을 측정한다. CPU(45)는 카운터(48)에 의해 측정된 시간과 대응하는 거리를 계산한다. 또한, CPU(45)는 검출된 거리를 포크(15)의 높이와 관련시킨다. 이때, 검출된 거리를 사용할 수도 있다. 혹은 포크(15)의 높이와 대응하는 높이값을 구하기 위해 소정의 공식을 사용할 수도 있다. CPU(45)로부터 명령을 받으면, 송신기 소자(138)는 초음파를 발생한다. 초음파는 피스톤(26)의 바닥에서 반사된다. 반사파는 수신기 소자(140)에서 수신된다. 초음파가 발생된 때로부터 반사파가 수신될 때까지의 시간은 피스톤(26)의 위치 즉 포크(15)의 높이와 대응한다. 수신기 소자(140)는 반사파를 수신하면 수신신호를 송수신 회로(43)로 출력한다. 송수신 회로(43)는 수신신호와 대응하는 검출신호를 마이크로컴퓨터(44)로 출력한다. CPU(45)는 카운터(48)를 사용하여 송가 명령을 받아 초음파를 발생할 때로부터 CPU(45)가 대응하는 검출신호를 수신할 때까지의 시간을 측정한다. CPU(45)는 측정한 시간에 따라 피스톤(26)까지의 거리를 나타내는 값을 계산한다. 포크(15)가 최하부 위치에 있으면, 피스톤(26)과 송신기(132)와 수신기(133) 사이의 거리는 대단히 짧다. 송신기 소자(138)가 초음파를 발생하면, 피스톤(26)에 의해 반사된 초음파는 음향을 남기면서 수신기 소자(140)로 수신된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 반사파에 의해 초래된 수신신호는 반향으로 인한 전압신호가 일어나는 동안에 발생된다. 그러나, 반사파는 송신기 소자(138)로부터 분리되어 있는 수신기 소자(140)에서 수신된다. 따라서, 송수신 회로(43)는 수신기 소자(140)를 통해 반향을 기초로 한 신호를 수신하지 않는다. 다시 말하면, 송수신 회로(43)만이 반사파를 기초로 한 수신신호를 수신한다. 그러므로, 반사파가 반향이 있는 동안에 수신기 소자(140)에 도달하거나, 또는 피스톤(26)이 초음파 송수신기(129)에 가장 근접해 있더라고, CPU(45)는 송신기 소자(138)의 반향으로 인해 어떠한 영향을 받지 않고 피스톤(26)의 위치를 정확하게 검출한다. 그 결과, 포크(15)의 높이는 리프트 실린더(20)의 전체 이동범위에서 정확하게 검출된다.
이러한 실시예에서, 송신기 소자(138) 및 수신기 소자(140)는 하나의 유닛처럼 리프트 실린더(20)에서 분리가능하게 부착된다. 그러므로, 상기 소자(138,140)들은 리프트 실린더(20)에 용이하게 부착 및 해체된다. 그러나, 송신기 소자(138) 및 수신기 소자(140)는 독립된 센서 케이스에 형성될 수 있다. 이런 경우에, 송신기 소자(138) 및 수신기 소자(140)는 리프트 실린더(20)에 개별적으로 부착 및 해체된다. 본 기술분야에 숙련된 자는 본 발명이 발명의 정신 또는 범위를 벗어남이 없이 여러가지 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 본 발명은 아래의 형태로 구체화될 수 있다. 상기 실시예에서, 송수신 회로(43) 및 마이크로컴퓨터(44)는 초음파 송수신기(31,129)와 통합될 수 있다. 이 경우에, 초음파 송수신기(31,129)는 피스톤 위치 Sx의 거리 검출값을 직접 출력한다. 포크(15)의 높이는 본체 프레임에 설치된 마이크로컴퓨터에 의해 거리 검출값을 기초로 하여 제어된다. 본체 프레임의 마이크로컴퓨터는 초음파의 송신을 제어하거나 또는 피스톤(26)의 위치를 계산하지 않는다. 따라서, 본체 프레임의 마이크로컴퓨터는 소수의 프로그램을 수행하므로 그 작업 부담이 가벼워진다. 도 1 내지 도 4의 실시예에서, 리미트 스위치(39,50,51,52)는 근접 스위치, 광전 스위치와 같은 비접촉식 스위치로 대체될 수 있다. 그러한 근접 스위치는 자기 센서인 홀소자식 근접 스위치, 자기 저항식 근접 스위치, 및 고주파 정지식 (high frequency stopping type) 근접 스위치를 포함한다. 광전 스위치는 송신 광전 스위치, 반사식 광전 스위치, 및 광섬유식 광전 스위치를 포함한다. 비접촉식 센서는 마모부를 가지지 않으므로, 장기간 동안 포크 높이를 정확하게 검출할 수 있다. 본 발명은 마스트 조립체(12)에 결합된 하나의 틸트 실린더(62)의 행정을 검출하기 위해 장치에 구체화될 수 있다. 틸트 실린더(62)의 행정은 마스트 조립체 (12)의 경사각을 나타낸다. 따라서, 마스트 조립체(12)의 경사각은 검출된 행정에 따라 연속적으로 검출된다. 이러한 구조는 오일의 온도 변화에도 불구하고 틸트 실린더(62)의 피스톤 위치를 검출함으로써 경사각을 검출할 수 있도록 한다. 그 결과, 마스트 조립체(12)의 경사각을 기초로 하여 수행한 제어가 정확하게 될 것이다. 도구는 예증한 포크(15)에 제한하지 않으며, 측면 쉬프터 포크, 힌지식 포크, 회전식 포크, 베일 클램프(bail clamp), 롤형 클램프, RAM 또는 기타 공지된 도구를 포함할 수 있다. 예증한 실시예는 유압 실린더를 갖는 다른 산업용 차량에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 실시예는 캐리어 차량 또는 건설 차량에 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 오일을 사용하는 유압 실린더 이외의 실린더, 예로서 액압 실린더, 유체 실린더에 구체화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 텔레스코픽 실린더로써 각이 제어되는 붐(boom)을 갖는 고도 리프트 작업용 차량에서 버켓을 실린더로써 제어하는 트랙터 셔벌(tractor shovel)에 구체화될 수 있다. 상기 실시예는 예를 든 것으로서 제한하지 않으며, 본 발명은 여기에 주어진 세부사항에 제한하지 않으며 첨부한 청구범위의 범위 및 균등물내에서 변경될 수 있다. |
