DE10014194A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Kolbenstange - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Kolbenstange

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer in Längsrichtung verschiebbar angeordneten Kolbenstange (4). Auf der Kolbenstange (4) ist in deren Längsrichtung eine Folge von Wegmarken (7) mit alternierenden Kontrastmustern aufgebracht. Zudem ist ein optischer Sensor mit wenigstens einem Sender (10), wenigstens einem Empfänger (12) und einer Auswerteeinheit vorgesehen. Während der Bewegung der Kolbenstange (4) wird zumindest ein Teil der Wegmarken (7) durch die vom Sender (10) emitierten Sendelichtstrahlen (9) abgetastet. Dabei wird den an den Wegmarken (7) reflektierten und zum Empfänger (12) geführten Empfangslichtstrahlen (11) und den durch diese am Ausgang des Empfängers (12) generierten Empfangssignalen entsprechend der Kontrastmuster der Wegmarken (7) eine Amplitudenmodulation aufgeprägt. Zur Rekonstruktion der Wegmarken (7) werden die amplitudenmodulierten Empfangssignale mittels eines Schwellwerts in der Auswerteeinheit in eine binäre Signalfolge gewandelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Kolbenstange gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Kolbenstangen können insbesondere Bestandteil eines Pneumatikzy­ linders sein. Mittels der Kolbenstange wird ein Kolben periodisch im Kom­ pressionsraum des Pneumatikzylinders bewegt.
Zur Messung der Kolbenposition ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher Reedrelais an der Außenseite des Pneumatikzylinders in diskreten Abständen in Längsrichtung der Kolbenstange angebracht sind. In der Kolbenstange ist ein Permanentmagnet integriert. Während der periodischen Bewegung der Kolben­ stange wird der Permanentmagnet an den einzelnen Reedrelais vorbeibewegt. Befindet sich der Permanentmagnet auf der Höhe eines Reedrelais, so spricht dieses durch den Permanentmagneten an. Durch die zeitliche Abfolge der Akti­ vierung der Reedrelais wird die aktuelle Position der Kolbenstange erfasst.
Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund der Baugröße der Reedrelais nur eine ge­ ringe Anzahl dieser Reedrelais am Pneumatikzylinder angebracht werden kann. Dementsprechend kann nur eine geringe Anzahl von Positionen der Kolben­ stange erfasst werden, was zu einer unerwünscht geringen Auflösung und Ge­ nauigkeit der Positionsbestimmung führt.
Weiterhin ist nachteilig, dass die Reedrelais jeweils eine begrenzte Schaltge­ schwindigkeit vorweisen. Die dadurch bewirkte Trägheit der Reedrelais führt zu dynamischen Fehlern bei der Positionsbestimmung der Kolbenstange.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, dass eine möglichst schnelle und genaue Positi­ onsbestimmung der Kolbenstange ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf der Kolbenstange in deren Längsrichtung eine Folge von Wegmarken mit alternierenden Kontrastmustern aufgebracht. Zudem ist ein optischer Sensor mit wenigstens einem Sender, we­ nigstens einem Empfänger und einer Auswerteeinheit vorgesehen. Während der Bewegung der Kolbenstange wird zumindest ein Teil der Wegmarken durch die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen abgetastet. Dabei wird den an den Wegmarken reflektierten und zum Empfänger geführten Empfangslicht­ strahlen und den durch diese am Ausgang des Empfängers generierten Emp­ fangssignalen entsprechend der Kontrastmuster der Wegmarken eine Amplitu­ denmodulation aufgeprägt. Zur Rekonstruktion der Wegmarken werden die amplitudenmodulierten Empfangssignale mittels eines Schwellwerts in der Auswerteeinheit in eine binäre Signalfolge gewandelt.
Durch die berührungslose Erfassung der Wegmarken mittels des Sensors wird die Position der Kolbenstange bestimmt. Die Genauigkeit der Positionsbe­ stimmung ist durch eine geeignete Wahl der Wegmarken sehr genau durch­ führbar. Zudem ist durch die optische Abtastung eine sehr schnelle Positions­ bestimmung gewährleistet. Besonders vorteilhaft sind die Wegmarken von mehreren in Längsrichtung der Kolbenstange hintereinander angeordneten Bar­ codes gebildet. Jeder Barcode kodiert dabei den jeweiligen Abtastort an der Kolbenstange. Durch Erfassen der einzelnen Barcodes wird somit die jeweilige Absolutposition der Kolbenstange erfasst. Die Barcodes bestehen dabei jeweils aus einer Folge von hellen und dunklen Strichelementen, die nacheinander vom Sensor erfasst werden. Die Breiten und Anzahl der Strichelemente können da­ bei vorteilhaft so angepasst werden, dass eine hohe Auflösung bei der Positi­ onsbestimmung der Kolbenstange erzielt wird.
Besonders vorteilhaft werden zur Feinpositionierung der Kolbenstange die ein­ zelnen Strichelemente eines Barcodes bei der Bewegung der Kolbenstange ge­ zählt. Damit wird die Auflösung der Positionsbestimmung nicht mehr durch die Ausdehnung der einzelnen Barcodes bestimmt, sondern durch die Breiten deren Strichelemente. Dadurch kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung weiter gesteigert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Sen­ sor jeweils zwei Sendelichtstrahlen emittierende Sender und zwei Empfangs­ lichtstrahlen empfangende Empfänger auf. Die Sendelichtstrahlen des ersten und zweiten Senders treffen um einen Längsversatz Δd, der vorzugsweise in der Größenordnung der Breite eines Strichelements eines Barcodes liegt, auf der Kolbenstange auf. Durch eine getrennte Auswertung der auf die Empfänger auftreffenden Empfangslichtstrahlen wird die Bewegungsrichtung der Kolben­ stange ermittelt.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Sensor zur Erfas­ sung von Wegmarken zur Bestimmung der Position einer Kolbenstan­ ge eines Pneumatikzylinders.
Fig. 2: Anordnung eines als Reflexionslichttaster ausgebildeten Sensors ge­ mäß Fig. 1.
Fig. 3: Ausbildung der an der Kolbenstange angebrachten Wegmarken.
Fig. 4: Anordnung zweier einen Sensor bildenden Reflexionslichttaster zur Abtastung der Wegmarken gemäß Fig. 3.
Fig. 5: Zeitlicher Verlauf der aus den Empfangssignalen der Empfänger der Reflexionslichttaster gewonnenen binären Signalfolgen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Pneumatikzylinder 1 dargestellt. Der Pneumatik­ zylinder 1 weist einen im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Grund­ körper auf, wobei sich im Innern des Grundkörpers ein Kompressionsraum 2 befindet. In diesem Kompressionsraum 2 wird periodisch ein kreisscheiben­ förmiger Kolben 3 bewegt, der dicht an den Innenwänden des Kompressions­ raums 2 anliegt. Der Kolben 3 wird mittels einer Kolbenstange 4 in Bewegung versetzt. Die Kolbenstange 4 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und verläuft in der Symmetrieachse des Pneumatikzylinders 1. Dabei sitzt die Kol­ benstange 4 auf einer Stirnseite des Kolbens 3 in dessen Zentrum auf.
Die Kolbenstange 4 wird periodisch in Längsrichtung des Pneumatikzylinders 1 bewegt und ist dabei in einer Bohrung 5 geführt, die einen Zylinderkopf 6 an einer Stirnseite des Pneumatikzylinders 1 axial durchsetzt. Dabei liegt die Mantelfläche der Kolbenstange 4 dicht an der Wand der Bohrung 5 des Zylin­ derkopfes 6 an, so dass die Kolbenstange 4 ohne Spiel in der Bohrung 5 geführt ist. Insbesondere ist die Kolbenstange 4 so dicht an der Wand der Bohrung 5 geführt, dass der Innenraum des Pneumatikzylinders 1 vollständig abgedichtet ist.
Zur Bestimmung der Position der Kolbenstange 4 sind auf deren Oberfläche Wegmarken 7 angebracht, die mittels eines optischen Sensors berührungslos erfasst werden.
Die Folge von Wegmarken 7 besteht aus einer Vielzahl von in Längsrichtung der Kolbenstange 4 hintereinander angeordneten alternierenden Kontrastmus­ tern. In diesen Kontrastmustern ist die jeweilige Position der Kolbenstange 4 kodiert, so dass durch Abtastung der Kontrastmuster mittels des Sensors die aktuelle Position der Kolbenstange 4 bestimmbar ist.
Der Sensor ist im Zylinderkopf 6 ortsfest angebracht. Im einfachsten Fall ist der Sensor als Reflexionslichttaster 8 ausgebildet. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel umfasst der optische Sensor zwei Reflexions­ lichttaster 8, 8', wobei mit den von dem Reflexionslichttaster 8, 8' emittierten Sendelichtstrahlen 9, 9' die Wegmarken 7 abgetastet werden.
In Fig. 2 ist eine Prinzipanordnung eines derartigen Reflexionslichttasters 8 dargestellt. Der Reflexionslichttaster 8 weist einen Sendelichtstrahlen 9 emit­ tierenden Sender 10, einen Empfangslichtstrahlen 11 empfangenden Empfän­ ger 12 sowie eine nicht dargestellte Auswerteeinheit auf. Der Sender 10 ist vor­ zugsweise von einer Leuchtdiode und der Empfänger 12 von einer Photodiode gebildet. Die Auswerteeinheit besteht aus einem Mikroprozessor oder derglei­ chen. Der Reflexionslichttaster 8 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 13 mit geringer Baugröße integriert, welches in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes 6 montiert wird. Dem Sender 10 ist eine Sendeoptik 14 zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 9 nachgeordnet. Dem Empfänger 12 ist eine Empfangsoptik 15 zur Fokusierung der Empfangslichtstrahlen 11 auf den Empfänger 12 vor­ geordnet.
Die Sende- 14 und Empfangsoptik 15 befinden sich an der Frontseite des Re­ flexionslichttasters 8. Die optischen Achsen der Sende- und Empfangsoptik 14 und 15 verlaufen geneigt zueinander. Dadurch verlaufen die Strahlachsen der Sende- und Empfangslichtstrahlen 9 und 11 in einem Winkel kleiner 90° zu­ einander, so dass sich diese auf der Oberfläche der Kolbenstange 4 schneiden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfasst der optische Sensor zwei identische Reflexionslichttaster 8, 8', wobei diese an gegenüberliegenden Sei­ ten des Zylinderkopfes 6 der Kolbenstange 4 in Abstand gegenüber stehen.
Vorzugsweise sind beide Reflexionslichttaster 8, 8' an eine gemeinsame Aus­ werteeinheit angeschlossen.
Die einzelnen Kontrastsmuster der Wegmarken 7 sind in Form von Ringen definierter Breite gebildet, die in Umfangsrichtung an der Kolbenstange 4 ver­ laufen. Damit können die einzelnen Kontrastmuster von den Sendelichtstrahlen 9 des Sensors über den gesamten Umfang der Kolbenstange 4 erfasst werden.
Fig. 3 zeigt die Ausbildung derartiger Kontrastmuster, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen 16 und 17 gebildet sind. Die hel­ len Strichelemente 16 sind von der Oberfläche der Kolbenstange 4 selbst gebil­ det. Die Kolbenstange 4 besteht vorzugsweise aus Metall und weist daher eine glänzende, die Sendelichtstrahlen 9, 9' stark reflektierende Oberfläche auf.
Zur Herstellung der dunklen Strichelemente 17 werden an den hierfür vorgese­ henen Positionen Ausnehmungen in der Kolbenstange 4 erzeugt, die an deren Oberfläche ausmünden. Diese Ausnehmungen weisen ein geringe Tiefe auf und werden durch geeignete materialabtragende Verfahren wie zum Beispiel Ero­ dieren erzeugt. In diese Ausnehmungen werden dunkle Materialschichten ein­ gebracht, die die dunklen Strichelemente 17 bilden. Beispielsweise erfolgt der Materialauftrag durch Eloxieren. Diese dunklen Materialschichten reflektieren im Vergleich zur Oberfläche der Kolbenstange 4 nur einen geringen Anteil der Sendelichtstrahlen 9.
Damit das Gleiten der Kolbenstange 4 in der Bohrung 5 des Zylinderkopfes 6 und insbesondere die Dichtwirkung an der Grenzfläche zwischen der Kolben­ stange 4 und der Wand der Bohrung 5 nicht beeinträchtigt wird, wird der Mate­ rialauftrag so durchgeführt, dass die Oberflächen der dunklen Materialschich­ ten bündig mit der Oberfläche der Kolbenstange 4 abschließen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Wegmarken 7 an einer Kolbenstange 4, die als eine Anordnung von in Längsrichtung hintereinander angeordneten Barcodes ausgebildet sind. Jeder Barcode besteht jeweils aus einer Folge von hellen und dunklen Strichelementen 16 und 17. Die so ausgebildeten Wegmar­ ken 7 werden an gegenüberliegenden Seiten der Kolbenstange 4 von den Re­ flexionslichttastern 8, 8' abgetastet.
Jeder der Barcodes weist eine individuelle Folge von hellen und dunklen Strichelementen 16 und 17 auf, wobei in jedem Barcode die jeweilige Absolut­ position an der Kolbenstange 4 kodiert ist. Die Breite d2 eines derartigen Bar­ codes beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der Breite d1 des kleinsten Strich­ elements 16 oder 17.
Während der Bewegung der Kolbenstange 4 werden die einzelnen Barcodes an den Reflexionslichttastern 8, 8' vorbeibewegt. Die Sendelichtstrahlen 9 jedes Reflexionslichttasters 8, 8' treffen somit nacheinander auf die einzelnen hellen und dunklen Strichelemente 16 und 17. Da die Sendelichtstrahlen 9 an den hellen Strichelementen 16 stärker als an den dunklen Strichelementen 17 re­ flektiert werden, ist den an der Kolbenstange 4 reflektierten Empfangslicht­ strahlen 11 eine Amplitudenmodulation aufgeprägt. Damit ist auch den Emp­ fangssignalen am Ausgang des jeweiligen Empfängers 12 eine entsprechende Amplitudenmodulation aufgeprägt.
In der Auswerteeinheit werden aus den amplitudenmodulierten Empfangssig­ nalen der Empfänger 12 die Kontrastmuster der Barcodes an der Kolbenstange 4 rekonstruiert.
Hierzu werden die amplitudenmodulierten analogen Empfangssignale in der Auswerteeinheit mit einem Schwellwert bewertet. Dadurch werden die Emp­ fangssignale in eine binäre Signalfolge gewandelt. Bei der Abtastung eines hellen Strichelements 16 wird ein hohes Empfangssignal erhalten, welches oberhalb des Schwellwerts liegt, so dass in diesem Fall das binäre Signal den Signalwert 1 annimmt. Entsprechend liegt des Empfangssignal bei der Abtas­ tung eines dunklen Strichelements 17 unterhalb des Schwellwerts, so dass dann das binäre Signal den Signalwert 0 annimmt.
Fig. 5 zeigt den zeitlichen Signalverlauf der binären Signalfolgen U1, U2 für die beiden Reflexionslichttaster 8 und 8' gemäß Fig. 4. Der zeitliche Verlauf der binären Signalfolgen U1, U2 entspricht, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, den Kontrastmustern der Wegmarken 7, die im vorliegenden Fall von einer Folge von Barcodes gebildet sind, die jeweils aus einer Folge von hellen und dunklen Strichelementen 16 und 17 gebildet sind.
In der Auswerteeinheit kann somit aus jeder der binären Signalfolgen das Kon­ trastmuster der Wegmarken 7 und daraus die aktuelle Position der Kolbenstan­ ge 4 ermittelt werden.
Dabei kodiert jeder einzelne Barcode die jeweilige Absolutposition der Kol­ benstange 4. Durch Lesen der einzelnen Barcodes wird dadurch die Absolutpo­ sition der Kolbenstange 4 erfasst. Die Auflösung der Positionsbestimmung ist dabei im wesentlichen durch die Breite d2 der einzelnen Barcodes begrenzt.
Um eine höhere Ortsauflösung zu erzielen, werden zudem in der Auswerteein­ heit die einzelnen Strichelemente 16 und 17 eines jeden Barcodes gezählt, in dem die einzelnen Signalwechsel der jeweiligen binären Signalfolge gezählt werden. Dadurch kann die Auflösung der Positionsbestimmung auf Distanz­ unterschiede in der Größenordnung der Breiten der einzelnen Strichelemente 16 und 17 verbessert werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die beiden Reflexionslichttaster 8, 8' zur Ab­ tastung der Wegmarken 7 in deren Längsrichtung und damit in Längsrichtung der Kolbenstange 4 versetzt zueinander angeordnet. Der Längenversatz Δd der beiden Reflexionslichttaster 8, 8' liegt in der Größenordnung der Breite eines Strichelements 16 oder 17 eines Barcodes. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel beträgt der Längenversatz Δd = 0,5 d1, also die Hälfte der Breite d1 der kleinsten Strichelemente 16 oder 17 der Barcodes.
Durch die räumlich versetzte Anordnung der Reflexionslichttaster 8, 8' werden in den beiden Empfängern 12 dieser Reflexionslichttaster 8, 8' die Kontrast­ muster der Wegmarken 7 zeitlich versetzt registriert. Entsprechend wird für die beiden binären Signalfolgen U1, U2 die aus den Empfangssignalen der Empfän­ ger (12) erhalten werden, ein geringfügiger zeitlicher Versatz Δt erhalten.
Aus den zeitlich versetzten Signalfolgen U1, U2 wird die Bewegungsrichtung der Kolbenstange 4 ermittelt. Je nachdem, ob bei der Signalfolge U2 oder U2 die einzelnen Barcodes zuerst erfasst werden, bewegt sich die Kolbenstange 4 in die eine oder andere Richtung.
Bezugszeichenliste
(
1
) Pneumatikzylinder
(
2
) Kompressionsraum
(
3
) Kolben
(
4
) Kolbenstange
(
5
) Bohrung
(
6
) Zylinderkopf
(
7
) Wegmarken
(
8
) Reflexionslichttaster
(
8
') Reflexionslichttaster
(
9
) Sendelichtstrahlen
(
9
') Sendelichtstrahlen
(
10
) Sender
(
11
) Empfangslichtstrahlen
(
12
) Empfänger
(
13
) Gehäuse
(
14
) Sendeoptik
(
15
) Empfangsoptik
(
16
) helles Strichelement
(
17
) dunkles Strichelement

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer in Längsrichtung ver­ schiebbar angeordneten Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kolbenstange (4) in deren Längsrichtung eine Folge von Wegmarken (7) mit alternierenden Kontrastmustern aufgebracht ist, dass ein optischer Sensor mit wenigstens einem Sender (10), wenigstens einem Empfänger (12) und einer Auswerteeinheit vorgesehen ist, wobei während der Be­ wegung der Kolbenstange (4) zumindest ein Teil der Wegmarken (7) durch die vom Sender (10) emittierten Sendelichtstrahlen (9) abgetastet wird, dass den an den Wegmarken (7) reflektierten und zum Empfänger (12) geführten Empfangslichtstrahlen (11) und den durch diese am Aus­ gang des Empfängers (12) generierten Empfangssignalen entsprechend der Kontrastmuster der Wegmarken (7) eine Amplitudenmodulation auf­ geprägt ist, und dass zur Rekonstruktion der Wegmarken (7) die amplitu­ denmodulierten Empfangssignale mittels eines Schwellwerts in der Aus­ werteeinheit in eine binäre Signalfolge gewandelt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weg­ marken (7) von einer Folge von Barcodes gebildet sind, wobei jeder Bar­ code den jeweiligen Absolutort an der Kolbenstange (4) kodiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bar­ code aus einer Folge von hellen und dunklen Strichelementen (16, 17) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Strichelement (16, 17) von einem in Umfangsrichtung der Kolbenstange (4) umlaufenden Ring gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die hellen Strichelemente (16) von der Oberfläche der Kolben­ stange (4) gebildet sind und dass die dunklen Strichelemente (17) von auf die Oberfläche der Kolbenstange (4) aufgetragenen dunklen Material­ schichten gebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftra­ gen der dunklen Materialschichten durch Eloxieren erfolgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass in die Oberfläche der Kolbenstange (4) Ausnehmungen eingear­ beitet werden, in welche die dunklen Materialschichten eingebracht wer­ den, so dass deren Oberflächen mit der Oberfläche der Kolbenstange (4) bündig abschließen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinpositionierung in der Auswerteeinheit die durch die einzel­ nen Strichelemente (16, 17) verursachten Signalwechsel der binären Sig­ nalfolge gezählt werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen zweiten Sendelichtstrahlen (9') emittierenden Sen­ der und einen zweiten Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweist, wobei die Auftreffpunkte der Sendelichtstrahlen (9, 9') des ersten und zweiten Senders (10) um einen Längsversatz Δd versetzt auf die Kolbenstange (4) auftreffen, und dass durch eine getrennte Auswer­ tung der auf die Empfänger (12) auftreffenden Empfangslichtimpulse die Bewegungsrichtung der Kolbenstange (4) ermittelt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Längs­ versatz etwa der halben Breite eines Strichelements (16, 17) eines Barco­ des entspricht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (4) Bestandteil eines Pneumatikzylinders (1) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kolbenstange (4) periodisch ein Kolben (3) im Kompressionsraum (2) des Pneumatikzylinders (1) bewegt wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kolbenstange (4) in einer Bohrung (5) eines Zylinder­ kopfes (6) des Pneumatikzylinders (1) geführt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Zylinderkopf (6) integriert ist.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10059542A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Deere & Co Landwirtschaftliche Maschine oder Gerät mit Positionierungszylinder
DE10203794A1 (de) * 2002-01-31 2003-08-21 Rexroth Mecman Gmbh Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange bei einem Druckmittelzylinder
EP1429038A1 (de) * 2002-12-10 2004-06-16 Hytop B.V Messverfahren zur Bestimmung der Bewegung eines bewegbaren Teils eines Stellglieds und Vorrichtung zur Anwendung des Messverfahrens
EP1398602A3 (de) * 2002-09-13 2004-11-03 MAHA Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG Positionsmess- und Steuervorrichtung für Hebebühnen
WO2008022975A2 (de) * 2006-08-23 2008-02-28 Mahle International Gmbh Betätigungseinrichtung mit positionserfassungseinrichtung
WO2013026080A2 (de) 2011-08-25 2013-02-28 Weber Hydraulik Gmbh Positionsmessvorrichtung für fluidzylinder
DE102015121571A1 (de) * 2015-09-16 2017-03-16 Weber-Hydraulik Gmbh Optischer Sensor, insbesondere für Zylinder, sowie Verwendung
WO2018197752A1 (en) 2017-04-27 2018-11-01 Mikronix Oy Arrangement for measuring movement
CN110388871A (zh) * 2018-04-16 2019-10-29 永恒力股份公司 用于运行地面搬运车的光学传感器单元的方法和光学传感器单元
CN110926320A (zh) * 2019-11-20 2020-03-27 常州武宏机械科技有限公司 一种基于一维码的测量定位装置及方法
WO2022205648A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06 三一汽车制造有限公司 液压缸和作业机械
US11828306B2 (en) 2021-04-30 2023-11-28 Industries Mailhot Inc. Method and a system for position measurement of a piston rod of a hydraulic cylinder

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10059542A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Deere & Co Landwirtschaftliche Maschine oder Gerät mit Positionierungszylinder
DE10203794A1 (de) * 2002-01-31 2003-08-21 Rexroth Mecman Gmbh Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange bei einem Druckmittelzylinder
EP1398602A3 (de) * 2002-09-13 2004-11-03 MAHA Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG Positionsmess- und Steuervorrichtung für Hebebühnen
EP1429038A1 (de) * 2002-12-10 2004-06-16 Hytop B.V Messverfahren zur Bestimmung der Bewegung eines bewegbaren Teils eines Stellglieds und Vorrichtung zur Anwendung des Messverfahrens
NL1022128C2 (nl) * 2002-12-10 2004-07-05 Hytop B V Meetmethode voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar deel van een actuator en inrichting voor toepassing van de meetmethode.
WO2008022975A2 (de) * 2006-08-23 2008-02-28 Mahle International Gmbh Betätigungseinrichtung mit positionserfassungseinrichtung
WO2008022975A3 (de) * 2006-08-23 2008-04-10 Mahle Int Gmbh Betätigungseinrichtung mit positionserfassungseinrichtung
US20100089168A1 (en) * 2006-08-23 2010-04-15 Werner Schnabel Actuating device with position sensing device
WO2013026080A2 (de) 2011-08-25 2013-02-28 Weber Hydraulik Gmbh Positionsmessvorrichtung für fluidzylinder
DE102015121571A1 (de) * 2015-09-16 2017-03-16 Weber-Hydraulik Gmbh Optischer Sensor, insbesondere für Zylinder, sowie Verwendung
US10094397B2 (en) 2015-09-16 2018-10-09 Weber-Hydraulik Gmbh Optical sensor, in particular for a cylinder, and application
WO2018197752A1 (en) 2017-04-27 2018-11-01 Mikronix Oy Arrangement for measuring movement
CN110388871A (zh) * 2018-04-16 2019-10-29 永恒力股份公司 用于运行地面搬运车的光学传感器单元的方法和光学传感器单元
CN110926320A (zh) * 2019-11-20 2020-03-27 常州武宏机械科技有限公司 一种基于一维码的测量定位装置及方法
WO2022205648A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06 三一汽车制造有限公司 液压缸和作业机械
US11828306B2 (en) 2021-04-30 2023-11-28 Industries Mailhot Inc. Method and a system for position measurement of a piston rod of a hydraulic cylinder

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