CN1189585A - 测定参照位置用的行程检测缸连杆 - Google Patents

Abstract

一种检测参照位置用的行程检测缸连杆,它可以避免行程进行中可能累积的误差,方法是改变行程检测缸连杆上的磁杆尺的形状并使预定的参照位置适合如此变形的部分,在行程中的每个参照位置把变化值变成预定的相应值。缸连杆含有至少一个在磁标尺上形成的不规则间隔的凸凹部分,其中,行程检测缸通过检测缸连杆上形成的规则的凸凹变化并对如此检测出的变化进行信号处理来检测行程的变化。

Description

测定参照位置用的行程检测缸连杆

本发明涉及一种行程检测缸的缸连杆，具体地说，涉及一种测定参照位置的改进了的行程检测连杆，它可以精确地计算出挖掘机、轮式装料机之类的重型建筑机械自动系统用的液压或气压缸(下行称为“缸”)的行程造成的改变。

一般地，在如挖掘机之类的建筑设备(机械)中，安装有一个缸以推动吊杆、起重臂、铲斗等装置。随着把液压油输入缸和放出到储油箱，缸完成一个冲程作业，从而装置进行作业。

在上述重型建筑设备中，随着电气一液压伺服技术的发展，越来越要求这些装置进行预定的工作动作，而不依赖于操作者的技能。

因此，为了挖掘机之类的作业机械自动化，需要测定有关工作装置位置的信息，即吊杆、起重臂及铲斗的相对位置以及其绝对位置的信息，以供控制系统需要。

在图1和图2中，作为测定关于作业机械信息的检测构件，用于测定缸行程的检测电路。

图1所示为含有一个带磁标尺的缸连杆的常规液压或气压缸。

如图所示，在常规液压或气压缸中，在压力缸110中装有一个活塞120，它在其中作上下或者左右的往复运动。一个支持活塞120运动的连杆130在活塞120的一侧与该活塞连接起来。

另外，在连杆130的一边，在活塞120的上死点和下死点之间设有凸凹形的磁标尺140。与磁标尺140处间隔开在连杆130边装有一个磁传感器150，以测定凸凹部造成的磁通改变，并对信号进行电处理。磁传感单元150由一对霍尔效应传感器之类的传感器(传感器A和传感器B)组成。

缸连杆130用钢(Fe)制造，在设有磁标尺处镀铬。由磁传感器151产生的磁通到达凸凹部时，磁传感器150输出的信号发生变化。实际上，输出信号为正弦波。

另外，两磁传感器间的距离比磁标尺140的一个周期长。

在如此构造的常规缸110中，随着活塞120在缸110的上死点和下死点之间作往复运动，与活塞120接合的连杆130运动，设在连杆130上的磁杆尺140的运动状况被磁传感单元150测定，从而辨识缸110的行程状况。

即，当活塞120停止时，随着活塞120由磁传感单元150的磁传感器151检测的磁标尺140的位置进行移动，由磁传感器151检测的磁标尺140被测量，从而根据磁标尺140标度计算出活塞120的运动距离就可以测出缸110的行程变化。

图2所示为测量缸行程的常规行程变化测定电路的方框图。

由图可见，由缸驱动信号驱动的缸驱动单元210驱动在内部设有磁标尺的缸220，接在缸220上的磁传感单元230检测磁标尺的磁变化并把输出信号送到微机240。

微机240与存储装置150和1/N分频记数器260通信，从而控制包括信号处理在内的有关缸行程位置检测开关的全部工作。

下面参照附图说明关于缸行程的位置检测电路的工作。

缸驱动单元210根据操作人员输入的缸驱动信号驱动缸220。安装在磁传感单元中的一对霍尔效应传感器之类的磁传感器231检测有关设在缸220连杆上的磁标尺(参见图1标号140)的磁通变化，然后把检测出的信号输送到信号处理单元232。

信号处理单元232对来自磁传感器231的检测信号(正弦波)进行放大和滤波，即把检测信号转变为可以被微机240辨识的信号，然后把转变好的信号输出到微机240。

微机240用模/数转换器把来自信号处理单元232的模拟信号转变为数字信号，把正弦波信号按照预定的算法转换成方波信号。

1/N分频器260从微机240接收方波信号并进行1/N分频，再把如此分频的信号输出到微机240，然后微机240利用分频了的信号计算缸行程。

这里，对检测的脉冲信号进行分频的原因是为了要把测量精度提高为N倍。根据所希望的精确度决定N值。第一微机240对N倍于缸连杆130上的磁标尺信号的脉冲数进行计数，计算缸的变化，然后把如此计算出的变化储存到存储装置250。

储存在存储装置中的值显示在预定的显示单元上。

缸的运动方向通过比较一对方波的相位来确定。如果磁传感单元230的磁传感器B的相位超前于其它相位，图1所示的缸连杆正在向减压方向(后文称为“正向”)运动。然而，如果磁传感器A的相位超前于其它相位，缸连杆正在向加压方向(后文称为“反向”)运动。

图3为根据图2的电路检测位置变化时，信号处理1/N计数器的波形图。当缸反向运动时按照下面的公式1(后文讨论)产生4个脉冲，而缸正向移动时，按下面的公式2(后文讨论)产生4个脉冲。

在公式1和2中，A和B代表对应于磁传感单元230的磁传感器A和B检测的正弦波转换而来的方波，/A和/B代表A和B信号的反信号，而)A和)B代表具有1/4分频计数器的一个引发电路发生的波形，)/A和)/B代表)A和)B的反信号。

公式1

(A×)B)+(/B×)A)+(B×)/A)+(/A×)/B)

公式2

(A×)/B)+(/B×/A)+(B×)A+(/A×)B)

在上述常规缸行程的位置检测装置中，因为脉冲由凸凹形的磁标尺检测，只能检测相对位置。另外，在作业中难于检测从缸连杆初始位置发生的变化。

另外，使用磁传感器检测位置变化时，利用两个设置成具有90E相位差的传感器检测方向和位置变化。在此情况下，由于安装误差而难于准确地固定传感器使之具有90E相位差。

因此会产生位置变化的误差。如果这种位置变化误差累积起来，相对位置检测的精确度降低，更严重的是缸行程的方向可能改变。

为了克服上述问题，磁标尺磁通的强度和参考位置检测磁标尺被分别形成，然后进行变为变化参照的位置检测。在这种情况下，不容易实行磁标尺的精确处理，而且即使实行了，也不可能对检测出的信号进行精确的信号处理。如果分开安装参照位置检测磁标尺，就要双重处理磁标尺，并且需要另外的传感器单元。

因而，本发明的目的之一是提出克服现有技术的上述问题的检测参照位置用的行程检测缸连杆。

本发明的另一个目的是提供一种检测参照位置用的行程检测缸连杆，它可以精确地计算挖掘机和轮式装货机之类的重型建筑机械自动系统用的液压或气压缸(后文称为缸)行程引起的位置变化。

本发明的再一个目的是提出一种检测参照位置用的行程检测缸连杆，它可以避免行程进行中可能累积的误差，方法是改变行程检测缸连杆上的磁标尺的形状并使预定的参照位置适合如此变形的部分，在行程中的每个参照位置把变化值变成预定的相应值。

为了达到上述目的，根据本发明的第一个实方案，提出了一种改进了的检测参照位置用的行程检测缸连杆，它含有至少一个不规则间隔的凸凹部位，其中通过检测缸连杆上规则形成的凸凹变化并对如此检测出的变化进行信号处理来检测行程的变化。

为达到以上目的，根据本发明的第二实方案提出了一种改进的检测参照位置用的行程检测缸连杆，它包括一个磁标尺处理部分，其安装成使在缸连杆的一个加压和减压完成时磁传感器的位置在磁标尺处理部位之外，其中，通过检测缸连杆上形成的有规则的凸凹变化以及对如此测出的变化进行信号处理来检测行程的变化。

在以下的说明中将阐述本发明附加的优点、目的和其它特性，通过对照本发明下文或者本发明的实践，普通技术人员可以有所了解。

从下文的详细说明和附图可以充分理解本发明，这些附图和叙述只是讲解性的，而不是限制性的：

图1为常规液压或者气压行程检测缸截面示意图。

图2为常规技术缸行程变化检测电路的示意性方框图。

图3为常规技术中在采用图2所示的电路检测位置变化时的信号处理1/4分频电路工作原理说明性的波形图。

图4A是本发明的参照位置检测用的行程检测缸连杆示意图。

图4B是本发明的参照位置检测用的行程检测缸连杆上形成的凸凹部位截面图。

图4C是本发明的参照位置检测用的行程检测缸连杆上形成的一个凸凹部位的放大截面图。

图4D是本发明的参照位置检测用的行程检测缸连杆上形成的另一个凸凹部位的放大截面图。

图5A是使用本发明的图4B实施方案中的参照位置检测用的行程检测缸连杆时，在缸连杆向加压方向运动中，信号处理1/4分频电路的原理说明用波形图。

图5B表示缸连杆向减压方向运动的与图5A相应的波形图。

图6表示本发明的参照位置检测行程用的检测缸连杆用于图4C的实施方案时，用于说明方波形成原理的波形图。

图7所示为采用检测缸连杆的图4D实施方案时方波形成原理说明用波形图。

下面参考图4-7详细说明检测参照位置用的检测缸连杆和利用图2的电路的检测原理。

首先，图4A表示本发明的检测参照位置用的冲程检测缸连杆。缸连杆40由钢铁制造，在其中做有磁刻度的凸凹部分410和420及430镀有铬。

凸凹磁标尺的处理间隔包括至少一个不规则凸凹部分。与规则凸凹部分相比，不规则间隔的凸凹部分具有更长的周期间隔。

图4B表示本发明的检测参考位置用的冲程检测缸连杆上的凸凹部分的剖面图。如图所示，不规则间隔的凸凹部分410和420从磁标尺的两端间隔开，其中磁标尺的标度形成周期间隔不相同，在其间包含一个不同的标度。

另外，图5A和5B分别表示缸连杆向加压和减压方向运动时的波形图。

这里关于每一个波形的说明与图3的说明相同，图5A所示的波形对应于缸连杆向减压方向运动，即作反向运动。为了得到所需信号，采用公式1。

当缸连直作反向运动时，以相位B作参照相位进行的记数运算。在检查相位B时，在相位B处于低电位处触发相位A，此处被认作参照部位。这时，通过检测相对于相位B的一个周期内根据公式1得到的脉冲个数是不是4可以更准确地得到参照点。

另外，图5表示缸连杆向加压方向运动即作正向运动时的波形。这种情况下所需要的信号根据公式2得到。

在缸连杆作正向运动时，以相位A作为参照相位进行计数。在检测相位A的同时，相位A处于低电位时触发相位B，该点作为参考点。这时可以通过检测相对于相位A的一个周期内根据公式2得到的脉冲数是不是4来定位精确的参照点。

图4C为本发明的参照位置检测行程用的检测连杆上形成的凸凹部位另一个实施方案的截面图。不规则间隔开的凸凹部分440各含有至少一个凸部和一个凹部，它们相互有不同的间隔。

图6表示本发明的参照位置检测行程用的检测缸连杆用于图4C的实施方案时，用于说明方波形成原理的波形图。

在图6中，图形A代表包含有凸凹部分(参见图4C的标号440)的缸连杆磁标尺，图形B和C表示相应缸连杆运动由传感器B和传感器A输出的正弦波信号，图形D表示对应于图形B和C的波形。在正常方式中，由传感器B和传感器A产生的波形各自有90E相位差。

如图所示，从关于缸行程的预定的传感器输入有关不规则凸凹部分(参见图4C标号440)的检测信号以后，在由另一个传感器输入对应于不规则间隔的凸凹部位的检测信号时，图2所示的微机判断参照位置。

即，当依据磁传感器A和B在预定的时间间隔检测上述波形时，基于缸行程的位置变化被预置好，否则就相对于变化值指定预定的参照位置。

图4D表示本发明的参照位置检测行程用的检测缸上的凸凹部分的截面图。如图所示，与图4A和4B实施方案中磁标尺上形成凸凹部不同的是，在缸连杆完成了加压和减压过程的状况下，磁标尺的形成方式使得磁传感器的位置处于磁标尺部位之外。

在图中用实线画出的传感器A和B以及用虚线画出的传感器A和B处于凸凹部以外的相对位置。

图7所示为采用检测缸连杆的图4D实施方案时方波形成原理说明用波形图。

图7中，图形A表示含有规则的凸凹部位(参见图4C标号430)的缸连杆的磁标尺，而图形B和C代表相应于缸连杆运动由传感器B和传感器A输出的正弦波形。图形D和E表示对应于图形B和C转换成方波的波形。在正常方式中，传感器B和传感器A产生的波形具有90E相位差。

如图所示，从一个传感器输出了关于缸行程的正弦波以后，当另一个传感器没有输出基于预定的磁标尺刻度的磁标尺变化的正弦波形时，图2所示的微机240判断参考位置。

即，当规则磁标尺的检测信号不是用两个磁传感器(传感器A和传感器B)产生时，缸的行程变化被归零，否则就相对于变化值指出预定的参照位置的值。

综上所述，在本发明的检测参照位置用的行程检测连杆中，本发明在其中指定了参照位置的缸连杆的优点在于它可以检测精确变化和参考位置，而液压或者气压缸的行程变化的误差降到极小。

尽管以上为了讲解的目的详细地说明了本发明的首选实施方案，有关技术人员应理解，在不偏离所附权利要求限定的范围和精神的情况下，可以做出各种修改、补充和替换。

Claims (5)

1.一种通过检测在缸连杆上形成规则的凸凹变化并对检测出的变化进行信号处理的检测行程变化的行程检测缸连杆，其包括：

在磁标尺上形成的至少一个不规则间隔的凸凹部分。

2.如权利要求1所述的行程检测缸连杆，其特征是，所述不规则间隔凸凹部分包括：

磁标尺的不同标度周期(区间)按照预定的距离与磁标尺两端间隔开。

3.如权利要求1所述的行程检测缸连杆，其特征是，所述不规则间隔凸凹部分包括：

至少一个不规则间隔凸凹部分。

4.如权利要求1所述的行程检测缸连杆，其特征是，所述不规则间隔凸凹部分包含一个比按预定标度形成周期而形成的磁标度更长的预定标度形成周期。

5.一种通过检测在缸连杆上形成规则的凸凹变化并且对检测出的变化进行信号处理来检测行程变化的行程检测缸连杆，其包括：

一个磁标尺处理部位，其做成使得在缸连杆完成了一次加压和减压动作时，磁传感器的位置在磁标尺处理部位之外。

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