CN106122162A - 流体缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体缸，具有有在缸套中引导的活塞杆(10)，在该活塞杆上设置带有等距设置的标记的标记部(12)，并且所述流体缸具有对准标记部的光学的传感器单元(18)，该传感器单元具有两个以上的等距设置的光电子传感器元件(20a、20b、20c)，利用所述传感器元件能够分别产生二进制的输出信号，其中，光电子传感器元件(20a、20b、20c)和标记之间的轴向距离的尺寸设计成，使得每个二进制的输出信号相对于在时间上后续的输出信号具有预先确定的相移，并且标记部具有至少一个基准标记，对该基准标记而言，对于所有光电子传感器元件都存在输出信号，其中，传感器单元(18)具有错误识别单元，该错误识别单元将光电子传感器元件(20a、20b、20c)的所存在的二进制的输出信号转化为格雷码，并且在输出信号改变多于一个的比特改变时识别为错误的信号，并且同样在所有传感器元件发生响应时识别为所述至少一个基准标记。

Description

流体缸
技术领域
本发明涉及一种流体缸，带有在缸套中导引的活塞杆，在该活塞杆上设有带有等距设置的路程标记的标记部。光学的传感器单元对准所述标记部。借助光学的传感器单元能够检测流体缸的行程长度和/或行程速度。
背景技术
由DE 10 2005 059 251已知一种光学的混合缸体位置传感器。所述传感器用作位置监控系统，该位置监控系统检测能够运动的元件相对于位置固定的传感器电路的位置。所述传感器电路通过图像分析评估来求取当前的位置，在图像分析评估中，通过比较两个接连拍摄的图像来求取所述运动。
由WO 96/35098已知用于对缸驱动装置进行位置测量的装置。在气动缸或液压缸中，运动的活塞杆用作为位移测量系统，在该位移测量系统中仅通过激光射线的作用向活塞杆上产生刻度图案。基于光学反射的传感器识别暗的刻度和明亮的中间区域并且能够由此确定活塞杆的位置。
由DE 102 42 630 Al已知一种用于举升器的测量和控制装置，其中，在能够运动的物体上设置多个路程标记，并且对准路程标记的传感器检测路程标记，并通过分析评估装置来对路程标记的数量进行计数，从而确定距离。
由DE 10 2010 044 656 Al中已知一种带有液压缸的地面运输工具，该液压缸具有活塞杆和缸套，所述活塞杆在缸套中引导。在头部区域中设置光学传感器，该光学传感器具有对准活塞杆的光源和用于反射光的接收器。光学传感器由在时间上接连地反射到接收器的光中检测活塞杆相对于传感器的运动。
由WO 84/01027已知一种位置测量器，其中，测量两个物体相对于彼此的位置。为此将编码的条带固定在其中一个物体上，该条带具有伪随机二进制序列。检测装置对准这种序列并且在多个位置同时检测该序列，以便能够确定相对运动。
由EP 1 426 737 Bl已知用于缸体的位置测量装置，其中，以不同的距离在活塞杆上设置路程标记。通过光学的传感器检测路程标记的位置。
由DE 693 07 135 T2已知一种带有刻度的位置标度，其中，所述刻度具有第一和第二棱边，第一棱边或第二棱边按规则的区段设置。所述刻度拥有两个不同的宽度，且多个彼此接连设置的刻度由此形成用于在标度上显示刻度的位置的独特的二进制代码。
由AT 511 883已知一种用于流体缸的位置测量装置，其中，图像传感器检测矩形的测量区域并将代码图案设置在活塞杆上，所述代码图案能够被检测。
由WO 2009/112895 Al已知一种位置测量装置，其中，利用光学的光敏传感器检测在带有不同的标记的活塞杆上的变化。
由EP 1 461 585 Bl已知一种带有光学的检测装置的缸体。纤维光学的传感器区均匀地间隔地相对于增量式标记以四分之一相移设置，从而变化不会同时出现。由所出现的变化的顺序确定活塞杆相对于始点的位置和运动方向。
由EP 2 222 966 Bl中已知用于确定活塞沿该活塞用于流体动力学的执行器的行程路径的位置的系统。在活塞杆上设置了沟槽，所述沟槽可以光学地检测到，以便进行位置检测。
从US 2013/0076346 Al中已知用于确定相对位置的系统和方法。对此，设置了代码字区，在所述代码字区中，相应分别编码记载了设置所述代码字的位置。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种流体缸，该流体缸能够以简单和可靠的方式和形式确定流体缸的活塞杆的位置。
所述任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的流体缸来解决。有利的设计方案构成从属权利要求的主题。
根据本发明的流体缸具有在缸套中引导的活塞杆，在活塞杆上设置带有等距布置的标记的标记部。此外，流体缸具有对准标记部的光学传感器单元。根据本发明，传感器单元具有两个或更多个彼此等距地设置的光电子传感器元件。光电子传感器元件根据活塞杆上的标记部分别产生二进制的输出信号。根据本发明，光电子的传感器相对于标记部沿轴向方向设置成，使得每个二进制的输出信号相对于时间上后续的输出信号都具有预先确定的相移。各输出信号相对于彼此的相移允许传感器单元的好的位置解析，并且使得可以可靠地检测位置或位置随时间的变化。通过使用两个或多于两个以上的光电子传感器元件能够可靠进行位置检测。优选使用三个光电子传感器元件。
根据本发明，标记部还具有至少一个基准标记，在该基准标记处，所有的光电子传感器元件同时响应。传感器单元具有错误识别单元，所述错误识别单元将光电子传感器元件的所存在的二进制输出信号转化为格雷码，并检查，在输出信号改变时是否多于一个比特发生了变化。格雷码是一种由信息技术已知的编码，在使用N个光电子传感器元件时该编码也包括N比特。所述格雷码构造成，使得随着时间的增加和光电子传感器元件的信号逐渐改变，始终仅有一个比特发生改变。格雷码的汉明距离由此等于1。如果出现多于一个比特发生改变的情况，则这可以分为两种不同的情况。错误识别单元能够从此推断出在一个光学的传感器元件上发生测量错误。在一个优选的设计方案中，记录识别为错误的信号。但是如果全部的光学的传感器元件发生响应，此时错误识别单元由此可以认定，检测到了基准标记而不是错误的信号。
在本发明的一个优选的设计方案中，各标记相应地具有沿活塞杆的轴向上的至少一段长度，该长度对应两个相邻的标记的距离。就是说，标记部沿轴向方向至少在与在两个相邻的标记之间的距离相同的长度上延伸。
在另一个优选的设计方案中，传感器元件的电子装置分别产生脉冲占空系数为05的输出信号。0.5的脉冲占空系数表示，在数字的输出信号中，状态1与状态零具有相同的长度。通过以光电子传感器元件的在亮暗识别时的阈值来设定该传感器元件，能够结合在标记在轴向上适当的延伸实现0.5的脉冲占空系数。
在一个优选的设计方案中，在两个在时间上彼此相继的输出信号之间的预先确定的相移是一个完整周期的整分数。这意味着，数字的输出信号本身与其它的光电子传感器元件的输出信号也是周期性的。
在一个优选的设计方案中，一个完整周期的整分数等于光电子传感器元件的数量。这意味着，在使用三个光电子传感器元件时，在三个完整的信号周期之后，信号序列重复。
在一个优选的设计方案中，传感器元件的测量轴线之间的距离(a)和标记之间的距离(t)满足以下等式：
a = 2 n t N ,
其中，(N)是传感器元件的数量，而(n)是自然数。光电子传感器元件之间的距离(a)例如规定为在传感器元件不相互影响的情况下光电子传感器元件的最小距离。然后，由标记之间的所述距离(t)对于所述选择的数(n)和传感器元件的数量(N)得到传感器元件的距离(a)。传感器元件之间的距离(a)例如定义为传感器元件的测量轴线之间的距离。
在一个优选的改进方案中，标记部在周向上具有预先确定的延展，而光电子传感器元件在周向上彼此错开地设置。此外，光电子传感器元件到标记部和缸杆表面的径向距离可以变化。对位置识别而言重要的光电子传感器元件之间的轴向距离这里保持不变。在周向上的和/或在径向上的额外的距离对于编码没有影响，但是增大了在对比度扫描仪(Kontrastlichttaster)的测量范围之间的距离。
附图说明
下面根据实施例详细说明本发明。其中：
图1是活塞杆连同其标记部和对准标记部的光学传感器单元的示意图，
图2a、b是标记部和传感器单元之间的相对定位的侧视图和俯视图，
图3是标记部和传感器单元之间的轴向距离的示意图，
图4是信号序列的时间顺序，
图5是格雷编码的图示，以及
图6是缸套在其头部区段中的剖视图。
具体实施方式
图1用示意图示出带有所设置的标记部12的活塞杆10，该标记部通过退火上色借助激光引入铬层中。标记部12具有至少一个基准标记14，基准标记特征在于是长的连续标记。基准标记拥有足够的长度，以便能由所有的光电子传感器元件中同时检测。备选地，也可以是，对于基准标记，在第一部分中两个传感器元件作出响应，而在与第一部分分离的第二部分中，第三个传感器元件发生响应。为了将一个标记作为基准标记的特质是，必须使所有的传感器元件发生响应，而该标记是否连续地构成无关。根据具体的设计方案，也可以在活塞杆上设置多个基准标记。沿轴向方向设置在基准标记14后面的各标记16包括彼此等距地设置的标记，这些标记示出为黑色的。示意示出了带有三个光电子传感器元件20a、20b、20c的传感器单元18。
光电子传感器元件20a、20b、20c构造成带有相应接收器的发光二极管。可以使用与发光二极管相协调的光电二极管或光电晶体管作为接收器。所述接收器接收由活塞杆反射的信号，其中，标记部的暗色部分相应成比例使信号减弱。通过阈值比较，将所存在的信号数字化，从而数字化使得信号具有0.5的脉冲占空系数。这里优选对于暗的和/或黑的标记在数字上构成1。
如图2a中所示，光电子传感器元件20a、20b、20c沿轴向方向依次设置。但是，图2b中的俯视图示出，对比度扫描仪20a、20b、20c可以在周向上彼此分布地设置。通过这种径向的分布，加大了对比度扫描仪彼此间的几何距离，并且避免了对比度扫描仪之间的相互影响。
图3至5以三个光电子传感器元件为例说明了信号处理和错误识别。在这种说明中，附带要指出的是，当设置(N)个光电子传感器元件时，如何实现传感器单元和信号处理。在确定光电子传感器元件的理想数量时，要考虑的是，对传感器单元沿轴向方向的延展提出确定的请求，从而随着光电子传感器元件的数量增大而将传感器单元构造得越长。在此，传感器单元的轴向长度的增大取决于，光电子传感器元件在周向上如何绕活塞杆分布以及传感器元件如何构成。
图1示出传感器单元18，其中，三个光电子传感器元件20a、20b、20c分别在测量轴线之间具有距离(a)。因为光电子传感器元件始终彼此等距地设置，则参量(a)始终表示这些传感器元件之间的距离。
图4示出数字信号的时间曲线。在此，上面一排例如示出光电子传感器元件20a的数字信号，中部一排示出光电子传感器元件20b的信号，并且下面一排示出光电子传感器元件20c的信号。可以明显地看出，在光电子传感器元件20a和20b的信号之间存在120°＝360°/3的相位角。
在图5中的下部的图表示出基于光电子传感器元件的信号所检测到的标记相对于传感器单元走过路程。
图5示出由传感器单元18实施的格雷编码。这里，光电子传感器元件20a、20b、20c的信号相应地组合成三位码(Triple)。因为在测量过程中，标记部在传感器单元旁边移动经过，并且此时产生的输出信号相对于彼此间具有相移，当然会出现这样的情况，即，在状态变化时始终仅有一个比特能发生改变。这意味着，格雷编码的状态变化始终沿一个六边形的边进行。如果三个传感器元件都位于基准标记之上，即位于对于三个传感器元件的统一的基准标记上或者位于两部分的基准标记上，则三位码[111]和该标记明确地被识别为基准标记。不会出现三位码[000]。如果产生多于1比特的变化，则该信号是错误的。记录错误的信号并且产生相应的状态通知。优选进行错误输出或重复测量。
对理解重要的是，也可以通过改变一个比特来实现基准标记，即例如[011]-＞[111]，[101]-＞[111]和[110]-＞[111]。因此，不是通过比特的变化确定所述基准标记，而是通过其值[111]来确定。
图6示出缸头22的剖示出，活塞杆10在缸头中引导。缸头22具有槽形密封圈形式的密封件24和刮擦件26。在缸头22的端部上安装有盖28，该盖拥有用于传感器单元的空腔30，能够从外部装配所述盖。盖28在其背离缸头的端部上具有另一个刮擦件32。如此设计所述盖，使得能够调整到使标记12和传感器单元18相叠布置，接下来能够防止相对转动地将所述盖固定在缸头上。
附图标记列表
10 活塞杆
12 标记部
14 基准标记
16 标记
18 传感器单元
20a-c 光电子传感器元件
22 缸头
24 密封件
26 刮擦件
28 盖
30 空腔
32 刮擦件

Claims (9)

1.一种流体缸，所述流体缸具有在缸套中导引的活塞杆(10)，在所述活塞杆上设有带有等距设置的标记的标记部(12)，并且所述流体缸具有对准所述标记部的光学的传感器单元(18)，所述传感器单元具有两个以上的等距设置的光电子传感器元件(20a、20b、20c)，利用所述光电子传感器元件能够分别产生二进制的输出信号，在光电子传感器元件(20a、20b、20c)和标记之间的轴向距离的尺寸设计成，使得每个二进制的输出信号相对于在时间上后续的输出信号具有预先确定的相移，并且标记部具有至少一个基准标记，在基准标记处，对于所有光电子传感器元件都存在输出信号，
其特征在于，
传感器单元(18)具有错误识别单元，该错误识别单元将光电子传感器元件(20a、20b、20c)的所存在的二进制的输出信号转化为格雷码，并且在输出信号改变多于一个比特改变时识别到错误的信号，并且在所有传感器元件发生响应时识别到所述至少一个基准标记。
2.按照权利要求1所述的流体缸，其特征在于，各标记在轴向方向上具有至少等于两个相邻的标记的距离的长度.
3.按照权利要求1或2所述的流体缸，其特征在于，光电子传感器元件(20a、20b、20c)产生脉冲占空系数为05的输出信号.
4.按照权利要求1至3中任一项所述的流体缸，其特征在于，在时间上彼此接连的两个输出信号之间的预先确定的相移等于一个完整周期的整分数。
5.按照权利要求4所述的流体缸，其特征在于，完整周期的所述整分数对应于光电子传感器元件(20a、20b、20c)的数量.
6.按照前述权利要求1到5中任一项所述的流体缸，其特征在于，光电子传感器元件之间的距离(a)和标记之间的距离(t)满足以下等式：
a = 2 n t N ,
其中，(N)是光电子传感器元件的数量，而(n)是自然数.
7.按照权利要求1所述的流体缸，其特征在于，记录被识别错误的信号。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的流体缸，其特征在于，各标记具有预先确定的在周向上的延展，并且光电子传感器元件(20a、20b、20c)在周向上彼此错开.
9.按照权利要求1至8中任一项所述的流体缸，其特征在于，设有用于缸头(22)的盖(28)，其中，活塞杆被引导通过缸头(22)和盖(28)，并且在盖(28)中设置用于传感器单元(18)的空腔。
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