CN102985705A - 用于确定活塞在液压或者气压缸中的位置的编码器 - Google Patents

Abstract

一种用于确定在液压缸或者气压缸81）内能够在第一末端位置（5）和第二末端位置（6）之间往复的活塞（4）的位置的方法，该活塞将所述液压缸或者气压缸分隔成第一腔室（8）和第二腔室（9），并且所述腔室中的至少一个腔室至少部分地填充有流体，其中该方法包括以下步骤：利用被导向或者来自所述第一和/或第二腔室的流体的力来驱动液压马达（12）或者气动马达的轮结构（16）；利用所述液压马达或者气动马达来驱动轴编码器（31）；使用所述轴编码器测量与所述轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数；以及计算活塞的位置。

Description

用于确定活塞在液压或者气压缸中的位置的编码器

技术领域

本发明涉及一种用于确定在液压缸或者气压缸内在第一末端位置和第二末端位置之间往复的活塞的位置的方法，该活塞将液压缸或者气压缸分隔成第一腔室和第二腔室，并且所述腔室中的至少一个腔室至少部分地填充有流体。

背景技术

在很多不同的产业，比如例如建筑、施工、航运和采矿中使用了液压系统。在很多应用中，了解活塞在液压缸中的准确位置是重要的。作为一个能够提到的实例是，当将要使用叉车将商品从货架上取下或者放置到货架上时，了解叉爪的精确高度是一个大优势。这是例如通过确定活塞在液压缸中的实际位置而完成的。在大型储藏室中，无人驾驶叉车或者机器人取来商品并且将商品放置在货架上的适当位置。无人驾驶叉车或者机器人还需要知道叉爪的高度，以便能够相对于货架进行操纵。使用液压缸的机器人总是需要知道每一个活塞在液压缸中的位置。此外，当起重机在例如船上装载货物时，知道载荷的正确位置以使得负载不撞击到船的甲板中是重要的。又一个实例是在石油钻井上的管道操纵机械，在石油钻井处，管道操纵机械操作并且相对于另一个管道在正确的位置中引导管道，从而能够将管道连接至彼此。

在现有技术中，存在用以确定活塞的位置的测量结构或者传感器，其中传感器被放置在液压缸内或者与液压缸一起构建。一种这样的传感器是绝对磁致伸缩线性位置传感器。该传感器位于液压缸的柱形外壳的底端处。一个杆从传感器突出到液压缸中，并且磁体以可移动方式定位在该杆上。磁体被附接到活塞杆的面对传感器的那一端部。当缸处于其收缩位置中时，传感器靠近磁性环并且测量到强磁场，而在延伸位置时，在传感器处测量到的源自磁性环的磁场弱得多。如果这种测量构造发生故障，则必须将液压缸拆解，在液压缸重好几百千克时，在船上或者在钻油设备上并且在晚秋的风暴期间，这是不容易的。

国际专利申请No.WO01/66954建议将节流构件放置在液压缸外的导管中，其中该导管包括液压泵，该液压泵用于将液压流体或者气压流体从帽端泵送到杆端并从杆端泵送到帽端。测量在节流构件的两侧之间的压力差并且计算流动速率和方向。节流构件限制流量，然而使得流动更汹涌，使得液压泵必须更强劲地工作并且使用更多燃料。

发明内容

在根据本发明的第一方面，提供了一种用于准确地确定活塞在液压缸中的位置的方法。

在根据本发明的第二方面，提供了一种用于在不拆卸液压缸的情况下确定在待维修的液压缸内的活塞的位置的装置。

在根据本发明的第三方面，提供一种用于准确地确定活塞在液压缸中的位置而不需释放流量计上的压力的方法。

在下文中，术语“马达”的使用应当被理解为意指液压马达或者气动马达，即，将流体的流动转换成轮结构和/或轮结构的轴的旋转的构造。

根据本发明能够达到的以上新颖和独特方面的是一种包括以下步骤的方法：（a）利用被引向或者来自第一和/或第二腔室的流体的力驱动液压马达或者气动马达的轮结构；（b）利用液压马达或者气动马达驱动轴编码器；（c）使用轴编码器测量与轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数；和（d）计算活塞的位置。

虽然按照次序（a）、（b）、（c）和（d）示意了根据本发明的方法的步骤，但是这种示意不应该被理解为限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，能够以任何任意的次序执行步骤（a）–（d）。

马达可以被放置在导管中，所述导管引导来自任何腔室的流体或者将流体引导至任何腔室。马达可以由液压流体或者气动流体的流动驱动。液压流体或者气动流体的流动可以导致轮结构旋转。轮结构能够是桨轮、叶轮、勺轮、转叶片、螺旋浆或者涡轮。共有特征可以是轮结构具有轴和叶片，如从轴突出的直和平坦的板、碗或者铲斗的叶片。叶片还能够如在涡轮或者转叶片中的那样旋转或者是螺旋的。如转叶片那样，轮结构还能够具有在叶片外侧的包围环。马达能够正好是轮结构，而没有任何外壳被放置在流体流中。

可以根据是马达的低功耗还是马达的尺寸为主要考虑因素而选择轮的种类。如果功耗必须是尽可能低的，则涡轮、螺旋浆或者转叶片是最佳选择，因为它们具有低拖曳阻力或者流体阻力。如果由于空间限制而使马达必须是纤细的，则良好的解决方案能够是使得流体在相对于轮的旋转轴线存在偏移的情况下垂直于轮的旋转轴线进入轮。关于这种考虑，勺轮或者桨轮将是最佳选择。勺轮或者桨轮被制成具有相对于轮的宽度而言大的直径。

使用具有很多叶片的桨轮或者叶轮增加了经过轮结构的流体的确定的准确度并且还以更高的准确度确定活塞的位置。

使用轮结构的优点在于，对于流体的流动的阻力是低的，从而导致电力或者燃料的低损失和低额外消耗。

马达的轴的旋转可以被传递到轴编码器的轴。马达和轴编码器能够具有共有的轴，或者旋转是通过例如齿轮传递的。

轴编码器能够是光学轴编码器，其中具有有靠近外边缘的孔的板与轴编码器的轴一起旋转。灯可以在孔所处的半径处照亮该板。在板的从灯看到的另一侧上，检测器可以被定位成当板中的孔处于灯和检测器之间时记录(register)来自灯的光并且当板中的孔未处于灯和检测器之间时记录不到任何来自灯的光。当轴编码器的轴和板旋转时，板可以记录光辐射的变化。可以在步骤（d）中处理关于来自灯且通过板的光的变化的频率的信息或者关于板或轴编码器的旋转位移和/或角位移的信息，以计算活塞的位置。

使用轮结构的另一个优点在于，能够以高准确度确定活塞的位置。

在大多数情形中，液压泵通过导管将流体从第一腔室泵送到第二腔室。还可以是通过导管仅将流体从腔室中的一个腔室泵送出来或者将流体泵送到腔室中的一个腔室中。

优选地，将所述方法修改成：步骤（b）被步骤（b’）替代，所述步骤（b’）为：使用光学或者磁性传感器来测量与轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数，并且步骤（c）被步骤（c’）替代，所述步骤（c’）为：向计算机或者处理器发送与由所述光学或者磁性传感器在步骤（b’）中获得的所述至少一个参数对应的信号。

如步骤（a）–（d）那样，步骤（a）、（b’）、（c’）和（d）不应该被理解为限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，能够按照任何任意的次序执行步骤（a）、（b’）、（c’）和（d）。

能够通过光学或者磁性传感器直接地测量轮结构的旋转。包括轮结构的外壳能够具有至少一个窗口，通过该至少一个窗口，光学传感器能够例如根据来自光源的光是如何被叶片反射的而记录旋转。如果叶片是磁性的，则磁性传感器能够记录轮结构的旋转。光学或者磁性传感器将向计算机或者处理器发送与轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数或信息，所述计算机或者处理器将计算轮结构的旋转和连接到马达的液压缸或者气动缸的位置。计算机和处理器应该被理解为意指能够基于从光学或者磁性传感器发送的信息而给出关于液压缸或者气动缸的位置的信息的任何装置。

有利地，该方法可以包括重复步骤（c）和（d）。

可以以周期间隔或者不以周期间隔连续地或者不连续地进行：使用轴编码器测量与轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的参数。轮结构的旋转位移和/或角位移的测量可以给出轮结构的位置和自上一次计算起轮结构已经旋转了多少个转或者旋转了一转的几分之几。基于旋转或者一转的几分之几，可以计算已经经过轮结构的流体的量并且还能够计算活塞的位置。

优选地，活塞的位置的计算可以包括至少一个第二参数，所述至少一个第二参数选自以下参数中的一种：作为轮结构的旋转速度的函数的流体在液压马达或者气动马达中的泄漏、液压马达或气动马达和流体上的温度效应、和流体上的压力效应。

流体将总是经过轮结构的叶片泄漏。泄漏可以根据轮结构的旋转速度、流体的温度和压力而变化。当在步骤（d）中计算活塞的位置时，可以对泄漏的变化加以考虑。

为了进一步减小对于流体的流动的阻力并且减少能量损失和电力或者燃料的消耗，能够除了放置轮结构的至少第一流道之外将流体引导通过一个或者多个平行的流道。所述至少第一流道可以平行于其它流道。通过在不同的流体压力、速率和/或粘度下比较活塞的位置和/或速率，该至少第一流道的测量到的流量能够被校准，以告知包括经过轮结构的泄漏量的通过所有的流道的总流量。能够在步骤（d）中对包括经过在第一流道中的轮结构的泄漏量的通过所有的流道的流量加以考虑并且能够计算经过的流体的总的真实量。

在一个优选实施例中，该方法还可以包括步骤（e），所述步骤（e）为：当位置处于第一末端位置或者第二末端位置中的任意一个位置中时，以周期间隔或不以周期间隔，校准液压马达或者气动马达、活塞和/或编码器。

相对于活塞的位置对轮结构的旋转进行译码(interpret)中的任何错误均能够积累。为了消除完全错误地计算活塞的位置的风险，可以在至少一个特定位置处，具体地在末端位置处校准该系统。在该末端位置处确定位置的优势在于，这是容易且廉价的。当活塞处于末端位置时，该活塞可以挤压并且致动机械开关。另一个解决方案可以是使用发射被反射的红外光束的有源红外传感器，并且该红外传感器记录该反射。当活塞打断光束时，红外传感器能够告知活塞已经到达末端位置。替代红外波长范围，可以使用另一个波长范围如可见波长范围。有源红外传感器被换成能够发射并且记录所使用的波长或者多个波长的传感器。

本领域技术人员将会理解，能够按照任何任意的次序执行步骤（a）–（e）。

在该方法的另一实施例中，能够在校准步骤（e）中，优选地在每一个校准步骤（e）中重新计算流体在液压马达或者气动马达中的泄漏、温度效应和压力效应。

对于每一次校准，处理器或者计算机均可以能够计算在活塞的预期和实际位置之间存在多大的差异，并且在将来的活塞在缸内的位置的计算中补偿该差异。可以有利的使用具有智能软件的处理器或者计算机来计算活塞的位置，且对于每一次校准均促进关于位置的结果越来越好。智能软件可以记录在校准时在活塞的预期和实际位置之间的差异以及流体的温度和/或压力和轮结构的旋转，以提供活塞在缸内的位置的连续、准确的最新记录。

在另一实施例中，该方法可以包括测量在活塞的两侧上的流体的压力。

在气压系统中的流体是可压缩的。为了能够以特定的准确度计算在气压系统中的活塞的位置，不仅必须测量自活塞处于第一末端位置或者第二末端位置起已经被移除和/或被加入到第一腔室和第二腔室的流体的量，将会是有利的是，还测量在活塞的两侧上的流体的压力。还能够测量在活塞的两侧上的流体的温度。

本发明进一步涉及一种用以确定在液压缸或者气压缸内往复的活塞的位置的装置，该装置包括：活塞，该活塞将液压缸或者气压缸分隔成第一腔室和第二腔室；流体，所述流体至少部分地填充第一腔室和第二腔室中的至少一个腔室；液压泵或者气压泵，该液压泵或者气压泵用于经由至少一个导管将流体泵送到腔室中的至少一个腔室，其中该装置包括被定位在至少一个导管中的液压马达或者气动马达，该液压马达或者气动马达包括轮结构，该轮结构包括轴，该轴具有多个周向隔开的突出叶片，所述叶片响应于通过所述至少一个导管的流体的流动而绕该轴旋转，并且将轮结构的旋转位移和/或角位移传递到轴编码器的轴；和处理器或者计算机，该处理器或者计算机响应于来自轴编码器的与轮结构的测量到的旋转位移和/或测量到的角位移相对应的至少一个第一参数并且计算活塞的位置。

多个应当被理解为意味着两个、三个、四个、五个或者更多个。

虽然根据本发明的装置的这几点是按照次序（i）、（ii）、（iii）、（iv）和（v）被指示，但是该指示不应该被理解为限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，在第（i）-（v）点的次序中不存在任何时间指示。

计算机和处理器应该被理解为意指能够基于从光学或者磁性传感器发送的信息而给出关于液压或者气压缸的位置的信息的任何装置。

马达可以具有引导来自任何腔室的流体或将流体引导至任何腔室的导管。马达能够被液压流体或者气压流体的流动驱动，这导致轮结构旋转。轮结构能够是桨轮、叶轮、勺轮、转叶片、螺旋浆或者涡轮。共有特征在于，轮结构具有轴和叶片，如从轴突出的直和平坦的板、碗或者铲斗的叶片。叶片还能够如在涡轮、螺旋浆或者转叶片中的那样旋转或者转动。如转叶片轮那样，轮结构还能够具有在叶片外侧的包围环。马达能够正好是被放置在流体流中的轮结构。

轮结构且特别是螺旋浆、转叶片或者涡轮的优点在于，作用在流体流上的阻力是低的，并且导致电力或者燃料的低损失和低消耗。为了进一步减小流阻，轮结构能够具有低摩擦涂层，或者轮结构的材料可以由其表面对于流体而言意味着低摩擦的材料制成。轮结构的表面且特别是叶片的表面还可以具有减小流体摩擦的结构。该结构能够是在专业游泳衣上所使用的鲨鱼结构。该结构还能够是类似具有凹陷的表面，像高尔夫球的表面。

能够将具有轮结构的马达制成得非常纤细，如果在马达所处的位置在一个维度上限制马达的尺寸，则这是一个优势。能够通过使得流体垂直于轮结构的旋转轴线并且相对于旋转轴线以一定偏移进入轮结构而实现纤细的马达。对于这种考虑，勺轮或者桨轮将是最佳选择。

使用具有很多叶片的桨轮或者叶轮增加了经过轮结构的流体的确定的准确度并且还以更高的准确度确定活塞的位置。

马达和轴编码器能够具有将旋转从马达传递到轴编码器的共有的轴。另一个可能性可以是，马达的轴和轴编码器的轴具有共有连接件如例如齿轮。

轴编码器能够是具有盘或者板的光学轴编码器，其中该盘或者板具有靠近盘的外边缘的孔。盘或者板可以与轴编码器的轴一起旋转。灯可以在孔所处的半径处照射该板。在板的从灯看到的另一侧上，检测器可以被定位成：当板中的孔处于灯和检测器之间时记录来自灯的光并且当板中的孔未处于灯和检测器之间时记录没有任何来自灯的光。所述板可以在轴编码器的轴和板旋转时记录光辐射的变化，并且可以向处理器或者计算机发送与来自灯且通过板的光的变化频率相对应或者与板的旋转位移和/或角位移相对应的参数，所述处理器或者计算机可以基于轴编码器的旋转、角位移、速度和/或方向来计算活塞的位置。

如果流体是气压流体，则该流体是可压缩的。当流体被泵送时，活塞的响应则取决于活塞上的载荷。为了使处理器或者计算机计算活塞的位置，有利的是处理器或者计算机已知流体的关于不同压力和温度的可压缩性。此外，处理器或者计算机可以有利地已知在第一腔室中和在第二腔室中的压力和/或温度。

可以在液压泵或者气压泵和第一腔室与第二腔室中的任一个腔室之间存在至少又一个导管，其中该又一个导管能够与轮结构所处的导管并联连接起来。因为可以流过该又一个导管的流体将不经过轮结构，所以与经过轮结构所处的导管的流体相比，流过该又一个导管的流体将经受较少的能量损失。通过使得绝大多数流体经过没有轮结构的该至少又一个导管并且仅使得小部分的总的流体经过轮结构所处的导管，能够节约甚至更多的能量。已知在经过具有轮结构的导管的流体和经过没有轮结构的该至少又一个导管的流体之间的比率可以是重要的。有利地，处理器或者计算机可以基于通过所述导管经过轮结构的流动而计算通过所述导管和所述至少又一个导管的流体的总的流量并且确定活塞的位置。

在又一个实施例中，液压马达或者气动马达能够是液压泵或者气压泵，并且轮结构能够是在液压或者气压泵中导致泵送的旋转构件。

可以例如通过齿轮将在液压或者气压泵中导致泵送的旋转构件的轴连接到轴编码器的轴。轴编码器能够有利地被定位在液压或者气压泵外侧，以在轴编码器毁坏时易于接近。为了计算由液压或者气压泵导致的实际流量，能够有利地使用温度装置和压力装置来测量靠近液压或者气压泵的温度和压力。处理器或者计算机可以基于来自轴编码器的信号和来自温度装置和压力装置的信号来计算实际流量和活塞的位置。优势在于，因为轮结构是在液压或者气压泵中导致泵送的旋转构件，所以除了导管和液压或者气压泵以及液压或者气压缸的壁的摩擦或者能量损失外，流体在没有任何摩擦或者能量损失的情况下流动。

在根据本发明的设备的优选实施例中，处理器或者计算机可以具有存储装置，或者可以连接到存储装置，液压或者气压流体在至少一个温度下和在至少一个压力下的粘度可以储存在该存储装置中，并且在泵的至少一个泵送速度下以及在流体的至少一个温度、至少一个压力和至少一个粘度下的液压或者气压流体的实际流量可以被储存在该存储装置中。处理器或者计算机可以基于来自轴编码器的信号和来自温度装置和压力装置的信号以及基于所存储的数据来计算实际流量和活塞的位置。

如果轮结构被置放在导管中，则一些经过该轮结构的流体可以导致轮结构旋转，并且一些流体可以经过轮结构泄漏而不对于轮结构的旋转起到作用。流体经过轮结构的泄漏量可以取决于泵送速度、温度、压力和粘度。优选地关于流体的至少一个泵送速度、至少一个温度、至少一个压力和至少一个粘度，在存储装置上储存流体经过轮结构的泄漏量。处理器或者计算机可以基于来自轴编码器的信号和来自温度装置和压力装置的信号以及基于包括流体经过轮结构的泄漏量的所存储的数据来计算实际流量和活塞的位置。

轮结构的另一个优点可以是，能够高度准确地确定活塞的位置。流体可以是液压流体或者气压流体。

液压或者气压泵能够是液压齿轮泵。

在另一实施例中，该设备被修改成：第（iv）点被第（iv’）点替代，所述第（iv’）点为：轮结构包括具有多个周向间隔开的突出叶片的轴，所述叶片响应于流体通过导管的流动而绕轴旋转，并且第（v）点被第（v’）点替代，所述第（v’）点为：光学或者磁性传感器测量轮结构的旋转并且向处理器或者计算机发送与轮结构的测量到的旋转位移和/或测量到的角位移相对应的至少一个第一参数，并且被第（v’）点替代，所述第（v’）点为：处理器或者计算机基于该至少一个第一参数来计算活塞的位置。

像第（i）–（v）点那样，第（i）、（ii）、（iii）、（iv’）、（v’）和（vi’）点不应该被理解为限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，在第（i）、（ii）、（iii）、（iv’）、（v’）和（vi’）点中不存在任何时间指示。

包括轮结构的外壳能够具有至少一个窗口，通过该至少一个窗口，光学传感器能够记录旋转。能够例如根据来自光源的光如何被叶片反射来记录旋转。如果轮结构的叶片是磁性的，则磁性传感器能够记录轮结构的旋转。该外壳然后能够包括对于磁场透明的区域，使得由于轮结构的旋转导致的磁变化被传递到外壳外侧。这意味着能够通过光学或者磁性传感器直接地在轮结构上测量轮结构的旋转。光学或者磁性传感器将向计算机或者处理器发送与轮结构的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数或者信息，计算机或者处理器将计算轮结构的旋转和连接到马达的液压或者气压缸的位置。

有利地，液压马达或者气动马达还可以包括在导管中插入的外壳，该外壳可以具有容纳轮结构的空腔。

流体从第一腔室或者第二腔室通过导管的流动可以流入到空腔中并且经过轮结构。该空腔可以具有内壁。空腔和轮结构的叶片可以被形成为使得叶片和空腔的内壁在一个旋转的至少大部分距离上接触。

优选地，轮结构的轴可以偏心地处于外壳的空腔中。

如果轮结构处于空腔的中心，则流体的流动将旋转该轮结构。但是如果流量是低的，则流体和/或流体压力将均匀地围绕该轮结构分布并且轮结构将停止旋转，或者旋转将是沉重的并且对于流体流动的阻力以及电力或者燃料的消耗和能量损失将会增加。

如果相对于空腔偏心地设置轮结构，则流体将正好绕轮结构经过并且对流体流动的阻力将是低的。轮结构将由于流动而仍然旋转并且泄漏可以得到补偿。

在该装置的一个实施例中，轮结构可以具有弹簧，所述弹簧用于施加将轮结构的叶片压靠在空腔的内壁上的压力。

将轮结构的叶片压靠在空腔的内壁上的压力可以将马达拉紧，使得流体经过轮结构的泄漏得以减少。较低的泄漏量意味着关于经过马达的流体的量的预测以及关于活塞的位置的预测是更加准确的。

在该设备的另一实施例中，该设备可以包括用于校准活塞的位置的校准装置。

相对于活塞的位置对轮结构的旋转进行译码中的任何错误均能够积累。为了消除完全错误地计算活塞的位置的风险，该装置在至少一个特定位置处，具体地在末端位置处具有校准装置。在末端位置处确定该位置的优势在于，所使用的技术能够是非常简单且廉价的。当活塞处于末端位置时，该活塞能够例如挤压并且致动机械开关。另一个解决方案可以是使用发射被反射的红外光束的有源红外传感器，并且该红外传感器记录该反射。当活塞打断光束时，红外传感器能够告知活塞已经到达末端位置。

在该装置的又一个实施例中，校准装置可以包括开关(switch)，当活塞在液压缸或者气压缸中处于末端位置时，该开关向处理器或者计算机传输信号。

校准装置能够是开关形式的。当校准装置被激活并且处理器或者计算机接收信号时，处理器或者计算机可以知道活塞的位置。

该设备可以在活塞的两侧上包括测量装置，以测量流体的压力。

在气压系统中的流体是可压缩的。为了以特定的准确度计算活塞在气压系统中的位置，不仅必须测量自活塞处于第一末端位置或者第二末端位置起已经被移除和/或被加入到第一腔室和第二腔室的流体的量，还必须测量在活塞的两侧上的流体的压力。此外，能够使用测量在活塞的两侧上的流体的温度的装置。

附图说明

将在下面参考示意轮结构和用于确定活塞的位置的编码器的示例性实施例的附图通过实例描述本发明。

图1示出通过被连接到液压缸以确定活塞在液压缸内的位置的设备所截取的概略截面图；

图2以放大比例示出图1的液压马达；并且

图3示出沿着图2中的线III–III截取的放大的液压马达的截面图。

具体实施方式

在本发明的范围内，该示例性实施例不应被理解为限制本发明的范围。虽然在下面关于液压马达和液压缸描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，也能够在气动实施例中使用本发明。

例如，图1示意包括柱形外壳2的液压缸1，柱形外壳2包围柱形空腔3，在柱形空腔3中，活塞4在第一端点5和第二端点6之间往复且相对于柱形外壳2向外和向内地推动和拉动连杆7。活塞4将柱形空腔3划分成第一腔室8和第二腔室9。

通过柱形外壳2，第一腔室8具有第一开口10并且第二腔室9具有第二开口11。

液压马达12包括外壳13，该外壳13利用内壁15包围空腔14。轮结构16能够在空腔14中旋转。该外壳具有第三开口17和第四开口18。

第一导管19将第一腔室8的第一开口10连接到液压泵20以泵送液压流体。

第二导管21将泵20连接到液压马达12的第三开口17，并且液压马达12的第四开口18通过第三导管22而被连接到第二腔室9的第二开口11。

在泵送时，泵20将来自第一腔室8的流体泵送通过第一开口10和导管19到达并且通过泵20，并且进一步通过第二导管21和第三开口17到达液压马达12并且最终通过液压马达12、第四开口18、第三导管22和第二开口11到达第二腔室9泵送流体，或者反过来。泵20的泵送在第一腔室和第二腔室之间产生压力差，该压力差导致活塞4向上或者向下移动。

同样体积的通过泵被泵送的流体离开第一腔室8、经过马达12并且进入第二腔室9，或者反过来。活塞4将移动并且扫过与离开/进入第一/第二腔室并且经过马达12的流体相对应的体积。马达中的轮结构16的转数将告知活塞4的位移的大小和方向。如果活塞的开始位置是已知的，则在移位之后的位置也是已知的。

图2是图1的液压马达12的放大比例视图。液压马达12还包括叶轮形式的轮结构16。轮结构16由于流体流动通过液压马达12而在空腔14内旋转。轮结构16相对于空腔14被偏心地置放。这意味着轮结构16的轴24的中心轴线23不与空腔14的中心轴线25相同。轮结构16包括具有凹槽27的中心毂26，该凹槽27或多或少地从毂26的表面28径向并且向内延伸。在凹槽27中，叶片29能够自由地径向移动。在所示实施例中，叶片29是直的。在另一实施例中，叶片29可以是碗状或者铲斗状的或者螺旋状的，类似在例如涡轮上的叶片。凹槽的形式与叶片29的形式配合，使得叶片29的运动不受阻碍。叶片29被弹簧30偏压。弹簧30将叶片29压靠在空腔14的内壁15上，以最小化经过叶片29的流体的泄漏。在图2中，一个叶片和一个弹簧被移除，以更好地示出凹槽。该移除仅仅是出于示意性的原因。

在图3中，图3是沿着图2中的线III–III截取的放大的液压马达12的截面视图。

轮结构16的轴24是与光学轴编码器31共有的。

在欧洲专利申请No.EP09173831.0中详细地描述了优选的光学轴编码器31的实例。该已知的光学轴编码器31包括与轴24一起旋转的盘32，以及发射辐射（红外、可见、紫外线或者任何其它波长范围）的发射器33。检测器34位于盘32的从发射器33看的另一侧上，与发射器正好相对。盘32在特定半径处具有开口（未示出），其中当所述开口中的一个处于发射器33和检测器34之间时，来自发射器33的辐射在此处能够经过所述开口中的一个并且然后能够被检测器记录下来。当没有任何开口处于发射器33和检测器34之间时，辐射被阻挡并且不被检测器记录。

检测器34向处理器（未示出）或者计算机（未示出）发送代表记录的辐射的变化的电子信号，所述记录的辐射的变化还意味着轴的旋转。

处理器或者计算机基于盘的旋转计算活塞的位置。在计算活塞的位置时，处理器或者计算机还可以使用流体的粘度、温度和/或压力和/或盘的旋转速度。

本发明不受液压缸或者活塞的尺寸限制，而是本发明将是用于确定任何尺寸的活塞的位置的良好解决方案。

使用轮结构来确定活塞的位置的一个优势是轮结构导致的低能量损失。能够通过使用更大的盘32而容易地增加活塞的位置的准确度。在盘中的两个相邻的孔之间的距离将对应于更小的角位移。增加系统准确度的另一个可能性是使用盘中更小的开口和更短波长的发射辐射并且也可以是更窄的辐射束。增加准确度的第三种可能性是降低马达12内的轮结构16和空腔14的尺寸。对于相同的量的经过流体，轮结构将旋转更多转数。

如果重视通过马达12的低能量损失，则更大的在马达内的轮结构16和空腔14是一种解决方案。

本发明适于对于任何尺寸的活塞确定活塞的位置。

Claims (15)

1.一种用于确定在液压缸（1）或气压缸（1）内在第一末端位置（5）和第二末端位置（6）之间往复的活塞（4）的位置的方法，所述活塞（4）将所述液压缸或气压缸分隔成第一腔室（8）和第二腔室（9），并且所述腔室（8，9）中的至少一个腔室至少部分地填充有流体，

其特征在于，所述方法包括以下步骤

（a）利用被导向或来自所述第一和/或第二腔室的所述流体的力来驱动液压马达（12）或气动马达（12）的轮结构（16），

（b）利用所述液压马达（12）或所述气动马达（12）驱动轴编码器（31），

（c）使用所述轴编码器（31）测量与所述轮结构（16）的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数，和

（d）计算所述活塞（4）的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法被修改成

所述步骤（b）被步骤（b'）替代，

所述步骤（b'）为：使用光学或磁性传感器测量与所述轮结构（16）的旋转位移和/或角位移相对应的至少一个参数，

并且

所述步骤（c）被步骤（c'）替代，

所述步骤（c'）为：向计算机或处理器发送与在所述步骤（b’）中由所述光学或磁性传感器获得的所述至少一个参数相对应的信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括重复步骤所述（c）和（d）或重复所述步骤（b’）、（c’）和（d）。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述活塞（4）的位置的计算包括至少一个第二参数，所述至少一个第二参数选自以下参数中的一种：作为所述轮结构（16）的旋转速度的函数的所述流体在所述液压马达（12）或气动马达（12）中的泄漏、液压马达（12）或气动马达（12）上的和所述流体上的温度效应，和所述流体上的压力效应。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

（e）以周期间隔或不以周期间隔，当所述位置是所述第一末端位置（5）或所述第二末端位置（6）中的任意一个位置时，将所述液压马达（12）或所述气动马达（12）、所述活塞（4）和/或所述轴编码器（31）校准。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在校准步骤（e）中，优选地在每一个校准步骤（e）中重新计算在所述液压马达（12）或气动马达（12）中的所述流体的泄漏、所述温度效应或所述压力效应。

7.根据前述权利要求1–6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括测量所述活塞（4）的两侧上的流体的压力。

8.一种用于确定在液压缸（1）或气压缸（1）内往复的活塞（4）的位置的装置，所述装置包括

（i）活塞（4），所述活塞（4）将所述液压缸（1）或所述气压缸（1）分隔成第一腔室（8）和第二腔室（9），

（ii）流体，所述流体至少部分地填充所述第一腔室（8）和所述第二腔室（9）中的至少一个腔室，

（iii）液压泵（20）或气压泵（20），所述液压泵（20）或气压泵（20）用于将所述流体经由至少一个导管泵送至所述腔室（8，9）中的至少一个腔室，

其特征在于，所述装置包括被定位在所述至少一个导管中的液压马达（12）或气动马达（12），所述液压马达（12）或气压马达（12）包括

（iv）轮结构（16），所述轮结构包括轴（24），所述轴（24）具有多个周向间隔开的突出叶片（29），所述叶片（29）响应于所述流体通过所述至少一个导管的流动而围绕所述轴（24）旋转，并且将所述轮结构（16）的旋转位移和/或角位移传递到轴编码器（31）的轴（24），和

（v）处理器或计算机，所述处理器或计算机响应来自所述轴编码器（31）的与所述轮结构（16）的测量到的旋转位移和/或测量到的角位移相对应的至少一个第一参数，并且计算所述活塞（4）的位置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置被修改成

第（iv）点被第（iv’）点替代，

所述第（iv’）点为：轮结构（16），所述轮结构（16）包括轴（24），所述轴（24）具有多个周向间隔开的突出叶片（29），所述叶片（29）响应于所述流体通过所述导管的流动而绕所述轴（24）旋转，

并且

第（v）点被第（v’）点替代，

所述第（v’）点为：光学或磁性传感器，所述光学或磁性传感器测量所述轮结构（16）的旋转并且向处理器或计算机发送与所述轮结构的测量到的旋转位移和/或测量到的角位移相对应的至少一个第一参数，

并且被第（vi’）点替代，

所述第（vi’）点为：所述处理器或计算机，所述处理器或计算机基于所述至少一个第一参数计算所述活塞的位置。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述液压马达（12）或气动马达（12）还包括在所述导管中插入的外壳（13），所述外壳具有容纳所述轮结构（16）的空腔（14）。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述轮结构（16）被偏心地设置在所述外壳（13）的所述空腔（14）中。

12.根据权利要求8–11中的任一项所述的装置，其特征在于，所述轮结构（16）的所述周向间隔开的突出叶片（29）被弹簧（30）偏压。

13.根据权利要求8–12中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于校准所述活塞（4）的位置的校准装置。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述校准装置包括开关，当所述活塞（4）在所述液压缸（1）或气压缸（1）中处于末端位置（5，6）时，所述开关向所述处理器或计算机传递信号。

15.根据权利要求8–14中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置在所述活塞（4）的两侧上包括测量装置，用以测量流体的压力。

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