DE10014194A1 - Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using threshold - Google Patents
Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using thresholdInfo
- Publication number
- DE10014194A1 DE10014194A1 DE10014194A DE10014194A DE10014194A1 DE 10014194 A1 DE10014194 A1 DE 10014194A1 DE 10014194 A DE10014194 A DE 10014194A DE 10014194 A DE10014194 A DE 10014194A DE 10014194 A1 DE10014194 A1 DE 10014194A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piston rod
- receiver
- waymarks
- sequence
- dark
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 title claims abstract description 14
- 239000003550 marker Substances 0.000 title 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000036651 mood Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34792—Absolute encoders with analogue or digital scales with only digital scales or both digital and incremental scales
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
- F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
- F15B15/2846—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using detection of markings, e.g. markings on the piston rod
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34746—Linear encoders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Kolbenstange gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for determining the position of a Piston rod according to the preamble of claim 1.
Derartige Kolbenstangen können insbesondere Bestandteil eines Pneumatikzy linders sein. Mittels der Kolbenstange wird ein Kolben periodisch im Kom pressionsraum des Pneumatikzylinders bewegt.Such piston rods can in particular be part of a pneumatic cylinder be lighter. A piston is periodically in the com compression chamber of the pneumatic cylinder moves.
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.A device is known for measuring the piston position, in which Reed relays on the outside of the pneumatic cylinder at discrete intervals are attached in the longitudinal direction of the piston rod. There is a in the piston rod Integrated permanent magnet. During the periodic movement of the pistons The permanent magnet is moved past the individual reed relays. If the permanent magnet is at the level of a reed relay, speak this through the permanent magnet. Due to the chronological order of the shares the current position of the piston rod is recorded.
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.The disadvantage here is that due to the size of the reed relay only one ge rings number of these reed relays can be attached to the pneumatic cylinder. Accordingly, only a small number of positions of the pistons rod are detected, resulting in an undesirably low resolution and Ge accuracy of position determination leads.
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.Another disadvantage is that the reed relays each have a limited switchgear show speed. The resulting inertia of the reed relay leads on dynamic errors in determining the position of the piston rod.
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.The invention has for its object a device of the beginning ge mentioned type in such a way that the fastest possible and most accurate positi determination of the piston rod is made possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Advantageous embodiments and expedient further developments of the Erfin tion are described in the subclaims.
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.In the device according to the invention is on the piston rod in the In the longitudinal direction, a sequence of waymarks with alternating contrast patterns upset. In addition, an optical sensor with at least one transmitter, we at least one receiver and one evaluation unit are provided. During the Movement of the piston rod becomes at least part of the way marks the transmitted light beams emitted by the transmitter are scanned. The will the reception light reflected and led to the receiver radiate and the emp generated by this at the output of the receiver catch signals an amplitude according to the contrast pattern of the waymarks immodulation. For the reconstruction of the waymarks the amplitude-modulated received signals by means of a threshold value in the Evaluation unit converted into a binary signal sequence.
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.Due to the contactless detection of the waymarks by means of the sensor determines the position of the piston rod. The accuracy of the position The mood is very precisely determined by a suitable choice of the waymarks feasible. In addition, the optical scanning makes it a very fast position determination guaranteed. The waymarks from are particularly advantageous several bars arranged one behind the other in the longitudinal direction of the piston rod codes formed. Each barcode encodes the respective scanning location at the Piston rod. By capturing the individual barcodes, the respective one Absolute position of the piston rod recorded. The bar codes exist in each case from a sequence of light and dark line elements, which successively from Sensor are detected. The widths and number of line elements can be there be advantageously adjusted so that a high resolution in the positi determination of the piston rod is achieved.
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.The one are particularly advantageous for fine positioning of the piston rod individual bar elements of a bar code during the movement of the piston rod counts. The resolution of the position determination is no longer affected by the Extension of the individual barcodes determined, but by the widths of their Line elements. This can further improve the accuracy of the position determination be increased.
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.In a further advantageous embodiment of the invention, the Sen sor two transmitters emitting light beams and two receivers receiver receiving light rays. The transmission beams of the first and second transmitter meet by a longitudinal offset Δd, which is preferably in the order of magnitude of the width of a bar element of a bar code the piston rod. Through a separate evaluation of the recipient the incoming light beams become the direction of movement of the pistons rod determined.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1: Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Sensor zur Erfas sung von Wegmarken zur Bestimmung der Position einer Kolbenstan ge eines Pneumatikzylinders. Fig. 1: Embodiment of a device with a sensor for the detection of waymarks to determine the position of a piston rod ge of a pneumatic cylinder.
Fig. 2: Anordnung eines als Reflexionslichttaster ausgebildeten Sensors ge mäß Fig. 1. FIG. 2 shows an arrangement constructed as a reflection light scanner sensor accelerator as Fig. 1.
Fig. 3: Ausbildung der an der Kolbenstange angebrachten Wegmarken. Fig. 3: Formation of the waymarks attached to the piston rod.
Fig. 4: Anordnung zweier einen Sensor bildenden Reflexionslichttaster zur Abtastung der Wegmarken gemäß Fig. 3. FIG. 4 shows an arrangement of two a sensor forming reflection light scanner for scanning the milestones of FIG. 3.
Fig. 5: Zeitlicher Verlauf der aus den Empfangssignalen der Empfänger der Reflexionslichttaster gewonnenen binären Signalfolgen. Fig. 5: Time course of the binary signal sequences obtained from the received signals of the receivers of the reflection light scanners.
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.A pneumatic cylinder 1 is shown schematically in FIG. 1. The pneumatic cylinder 1 has an essentially hollow cylindrical base body, with a compression space 2 located in the interior of the base body. In this compression chamber 2 , a circular disc-shaped piston 3 is periodically moved, which lies close to the inner walls of the compression chamber 2 . The piston 3 is set in motion by means of a piston rod 4 . The piston rod 4 has a circular cross section and runs in the axis of symmetry of the pneumatic cylinder 1 . The Kol benstange 4 sits on an end face of the piston 3 in its center.
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.The piston rod 4 is periodically moved in the longitudinal direction of the pneumatic cylinder 1 and is guided in a bore 5 which axially penetrates a cylinder head 6 on one end face of the pneumatic cylinder 1 . The outer surface of the piston rod 4 lies close to the wall of the bore 5 of the cylinder head 6 , so that the piston rod 4 is guided in the bore 5 without play. In particular, the piston rod 4 is guided so close to the wall of the bore 5 that the interior of the pneumatic cylinder 1 is completely sealed.
Zur Bestimmung der Position der Kolbenstange 4 sind auf deren Oberfläche Wegmarken 7 angebracht, die mittels eines optischen Sensors berührungslos erfasst werden.To determine the position of the piston rod 4 , markers 7 are attached to its surface, which are detected without contact by means of an optical sensor.
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.The sequence of waymarks 7 consists of a plurality of alternating contrast patterns arranged in the longitudinal direction of the piston rod 4 . The respective position of the piston rod 4 is encoded in these contrast patterns, so that the current position of the piston rod 4 can be determined by scanning the contrast pattern by means of the sensor.
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.The sensor is fixed in place in the cylinder head 6 . In the simplest case, the sensor is designed as a reflection light scanner 8 . In the embodiment shown in FIG. 1, the optical sensor comprises two reflection light scanners 8 , 8 ', the waymarks 7 being scanned with the transmitted light beams 9 , 9 ' emitted by the reflection light scanners 8 , 8 '.
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.In Fig. 2 is a schematic arrangement of such a reflection light sensor 8 is shown. The reflection light scanner 8 has a transmitting light rays 9 emitting transmitter 10 , a receiving light rays 11 receiving receiver 12 and an evaluation unit, not shown. The transmitter 10 is preferably formed by a light-emitting diode and the receiver 12 by a photodiode. The evaluation unit consists of a microprocessor or the like. The reflection light sensor 8 is preferably integrated in a housing 13 of small size, which is mounted in a recess in the cylinder head 6 . A transmitter optics 14 for beam shaping of the transmitted light beams 9 is arranged downstream of the transmitter 10 . The receiver 12 is a receiving optics 15 for focusing the received light beams 11 on the receiver 12 before arranged.
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.The transmitting 14 and receiving optics 15 are located on the front of the reflection light button 8 . The optical axes of the transmitting and receiving optics 14 and 15 are inclined to one another. As a result, the beam axes of the transmitted and received light beams 9 and 11 run at an angle of less than 90 ° to one another, so that they intersect on the surface of the piston rod 4 .
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. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the optical sensor comprises two identical diffuse sensors 8 , 8 ', these being at opposite sides of the cylinder head 6 of the piston rod 4 at a distance from one another.
Vorzugsweise sind beide Reflexionslichttaster 8, 8' an eine gemeinsame Aus werteeinheit angeschlossen.Preferably, both reflection light scanners 8 , 8 'are connected to a common evaluation unit.
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.The individual contrast patterns of the waymarks 7 are formed in the form of rings of defined width, which run ver in the circumferential direction on the piston rod 4 . The individual contrast patterns can thus be detected by the transmitted light beams 9 of the sensor over the entire circumference of the piston rod 4 .
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. Fig. 3 shows the formation of such contrast pattern formed in this case of light and dark line elements 16 and 17. The hel len line elements 16 are gebil det from the surface of the piston rod 4 itself. The piston rod 4 is preferably made of metal and therefore has a glossy surface which strongly reflects the transmitted light beams 9 , 9 '.
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.To produce the dark line elements 17 , recesses are produced in the piston rod 4 at the positions provided for this purpose, which open out on the surface thereof. These recesses have a small depth and are produced by suitable material-removing processes such as erosion. In these recesses dark layers of material are brought in, which form the dark line elements 17 . For example, the material is applied by anodizing. In comparison to the surface of the piston rod 4, these dark material layers reflect only a small proportion of the transmitted light beams 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.So that the sliding of the piston rod 4 in the bore 5 of the cylinder head 6 and in particular the sealing effect at the interface between the piston rod 4 and the wall of the bore 5 is not impaired, the material application is carried out so that the surfaces of the dark material layers are flush complete with the surface of the piston rod 4 .
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. Fig. 4 shows an embodiment of landmarks 7 to a piston rod 4, which are formed as an array of successively arranged in longitudinal direction of bar codes. Each barcode consists of a sequence of light and dark bar elements 16 and 17 . The Wegmar ken 7 thus formed are scanned on opposite sides of the piston rod 4 by the Re flexionslichttastern 8 , 8 '.
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.Each of the bar codes has an individual sequence of light and dark bar elements 16 and 17 , the respective absolute position on the piston rod 4 being coded in each bar code. The width d2 of such a bar code is an integral multiple of the width d1 of the smallest bar element 16 or 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.During the movement of the piston rod 4 , the individual bar codes are moved past the reflection light buttons 8 , 8 '. The transmitted light beams 9 of each reflection light button 8 , 8 'thus hit the individual light and dark line elements 16 and 17 one after the other. Since the transmitted light beams 9 are more strongly reflected on the light line elements 16 than on the dark line elements 17 , the received light reflected on the piston rod 4 11 radiates an amplitude modulation. Corresponding amplitude modulation is thus also impressed on the received signals at the output of the respective receiver 12 .
In der Auswerteeinheit werden aus den amplitudenmodulierten Empfangssig nalen der Empfänger 12 die Kontrastmuster der Barcodes an der Kolbenstange 4 rekonstruiert.In the evaluation unit, the contrast patterns of the bar codes on the piston rod 4 are reconstructed from the amplitude-modulated reception signals of the receiver 12 .
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.For this purpose, the amplitude-modulated analog received signals are evaluated with a threshold value in the evaluation unit. As a result, the received signals are converted into a binary signal sequence. When a bright line element 16 is scanned, a high received signal is obtained which lies above the threshold value, so that in this case the binary signal assumes the signal value 1 . Correspondingly, the received signal is below the threshold value when a dark line element 17 is scanned, so that the binary signal then assumes the signal value 0.
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. FIG. 5 shows the temporal signal curve of the binary signal sequences U 1 , U 2 for the two reflection light scanners 8 and 8 'according to FIG. 4. The temporal curve of the binary signal sequences U 1 , U 2 corresponds, as can be seen from FIG Contrast patterns of the waymarks 7 , which in the present case are formed by a sequence of barcodes, which are each formed from a sequence of light and dark line elements 16 and 17 .
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.In the evaluation unit, the contrast pattern of the waymarks 7 and the current position of the piston rod 4 can thus be determined from each of the binary signal sequences.
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.Each individual barcode encodes the respective absolute position of the piston rod 4 . By reading the individual bar codes, the absolute position of the piston rod 4 is detected. The resolution of the position determination is essentially limited by the width d2 of the individual bar codes.
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.In order to achieve a higher spatial resolution, the individual bar elements 16 and 17 of each bar code are also counted in the evaluation unit, in which the individual signal changes of the respective binary signal sequence are counted. As a result, the resolution of the position determination at a distance different in the order of magnitude of the widths of the individual line elements 16 and 17 can be improved.
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.As can be seen from Fig. 4, the two reflection light scanners 8 , 8 'for scanning the waymarks 7 in their longitudinal direction and thus in the longitudinal direction of the piston rod 4 are arranged offset to one another. The length offset Δd of the two reflection light scanners 8 , 8 'is of the order of magnitude of the width of a bar element 16 or 17 of a bar code. In the present exemplary embodiment, the length offset Δd = 0.5 d1, that is to say half the width d1 of the smallest bar elements 16 or 17 of the bar codes.
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.The spatially offset arrangement of the reflection light scanner 8, 8, the contrast 'are in the two receivers 12 of the reflection light scanner 8, 8' registered staggered pattern of landmarks. 7 Correspondingly, a slight time offset Δt is obtained for the two binary signal sequences U 1 , U 2 which are obtained from the received signals of the receivers ( 12 ).
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. The direction of movement of the piston rod 4 is determined from the time-shifted signal sequences U 1 , U 2 . Depending on whether the individual bar codes are detected first in the signal sequence U 2 or U 2 , the piston rod 4 moves in one direction or the other.
((
11
) Pneumatikzylinder
() Pneumatic cylinder
(
22
) Kompressionsraum
() Compression space
(
33rd
) Kolben
() Piston
(
44
) Kolbenstange
() Piston rod
(
55
) Bohrung
() Drilling
(
66
) Zylinderkopf
() Cylinder head
(
77
) Wegmarken
() Waymarks
(
88th
) Reflexionslichttaster
() Diffuse mode sensor
(
88th
') Reflexionslichttaster
(') Diffuse mode sensor
(
99
) Sendelichtstrahlen
() Transmitted light beams
(
99
') Sendelichtstrahlen
(') Transmitting light beams
(
1010th
) Sender
() Channel
(
1111
) Empfangslichtstrahlen
() Received light rays
(
1212th
) Empfänger
() Receiver
(
1313
) Gehäuse
() Casing
(
1414
) Sendeoptik
() Transmission optics
(
1515
) Empfangsoptik
() Receiving optics
(
1616
) helles Strichelement
() bright line element
(
1717th
) dunkles Strichelement
) dark line element
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10014194A DE10014194A1 (en) | 1999-04-10 | 2000-03-22 | Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using threshold |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19916215 | 1999-04-10 | ||
| DE10014194A DE10014194A1 (en) | 1999-04-10 | 2000-03-22 | Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using threshold |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10014194A1 true DE10014194A1 (en) | 2001-01-25 |
Family
ID=7904134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10014194A Withdrawn DE10014194A1 (en) | 1999-04-10 | 2000-03-22 | Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using threshold |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10014194A1 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10059542A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | Deere & Co | Agricultural machine or device with positioning cylinder |
| DE10203794A1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-21 | Rexroth Mecman Gmbh | Measurement arrangement for optical position detection of piston rod for pressure agent cylinder scans surface of piston rod, which moves axially in cylinder and calculates moved distance using pixel displacement |
| EP1429038A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-16 | Hytop B.V | Measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator and device for applying the measuring method |
| EP1398602A3 (en) * | 2002-09-13 | 2004-11-03 | MAHA Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG | Device for measuring and controlling the position of a lifting platform |
| WO2008022975A2 (en) * | 2006-08-23 | 2008-02-28 | Mahle International Gmbh | Actuating device with position sensing device |
| WO2013026080A2 (en) | 2011-08-25 | 2013-02-28 | Weber Hydraulik Gmbh | Position-measuring device for fluid cylinder |
| DE102015121571A1 (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-16 | Weber-Hydraulik Gmbh | Optical sensor, especially for cylinders, as well as use |
| WO2018197752A1 (en) | 2017-04-27 | 2018-11-01 | Mikronix Oy | Arrangement for measuring movement |
| CN110388871A (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-29 | 永恒力股份公司 | For running the method and light sensor unit of the light sensor unit of ground handling trolley |
| CN110926320A (en) * | 2019-11-20 | 2020-03-27 | 常州武宏机械科技有限公司 | Measuring and positioning device and method based on one-dimensional code |
| WO2022205648A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 三一汽车制造有限公司 | Hydraulic cylinder and operation machine |
| 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 |
-
2000
- 2000-03-22 DE DE10014194A patent/DE10014194A1/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10059542A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | Deere & Co | Agricultural machine or device with positioning cylinder |
| DE10203794A1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-21 | Rexroth Mecman Gmbh | Measurement arrangement for optical position detection of piston rod for pressure agent cylinder scans surface of piston rod, which moves axially in cylinder and calculates moved distance using pixel displacement |
| EP1398602A3 (en) * | 2002-09-13 | 2004-11-03 | MAHA Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG | Device for measuring and controlling the position of a lifting platform |
| EP1429038A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-16 | Hytop B.V | Measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator and device for applying the measuring method |
| NL1022128C2 (en) * | 2002-12-10 | 2004-07-05 | Hytop B V | Measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator and device for applying the measuring method. |
| WO2008022975A2 (en) * | 2006-08-23 | 2008-02-28 | Mahle International Gmbh | Actuating device with position sensing device |
| WO2008022975A3 (en) * | 2006-08-23 | 2008-04-10 | Mahle Int Gmbh | Actuating device with position sensing device |
| US20100089168A1 (en) * | 2006-08-23 | 2010-04-15 | Werner Schnabel | Actuating device with position sensing device |
| WO2013026080A2 (en) | 2011-08-25 | 2013-02-28 | Weber Hydraulik Gmbh | Position-measuring device for fluid cylinder |
| DE102015121571A1 (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-16 | Weber-Hydraulik Gmbh | Optical sensor, especially for cylinders, as well as use |
| 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 (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-29 | 永恒力股份公司 | For running the method and light sensor unit of the light sensor unit of ground handling trolley |
| CN110926320A (en) * | 2019-11-20 | 2020-03-27 | 常州武宏机械科技有限公司 | Measuring and positioning device and method based on one-dimensional code |
| WO2022205648A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 三一汽车制造有限公司 | Hydraulic cylinder and operation machine |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE10014194A1 (en) | Arrangement for determining piston rod position converts receiver output signal amplitude modulated by distance marker contrast pattern into binary signal sequence using threshold | |
| DE10331467A1 (en) | Device for optically scanning objects, in particular markings | |
| EP1176430B1 (en) | Optoelectronic device | |
| DE102015104201A1 (en) | fluid cylinder | |
| DE19544632A1 (en) | Opto-electronic system for detecting objects in surveillance area e.g. of textile production | |
| DE3602008C2 (en) | ||
| DE69921549T2 (en) | Reading device for high-resolution optical encoder | |
| DE102005047658B4 (en) | Device for determining position | |
| EP1207491B1 (en) | Optoelectronic device | |
| DE10202305B4 (en) | Optical sensor | |
| DE19831534C1 (en) | Optoelectronic device for object detection within surveillance zone | |
| DE102004003386C5 (en) | Optical sensor | |
| DE10113641B4 (en) | Optoelectronic device | |
| DE102004022812B4 (en) | Method for detecting objects in a surveillance area by means of a light grid | |
| EP1134545B1 (en) | Distance sensor | |
| DE202006006482U1 (en) | Optical sensor for detecting objects in an observation range where received signals are analyzed to define a sample width with a threshold | |
| DE102006025045B4 (en) | Method for operating an optoelectronic device | |
| EP0237470B1 (en) | Incremental length-measuring appliance | |
| EP3614182B1 (en) | Optical barrier device | |
| DE202010014577U1 (en) | Optical sensor | |
| DE3203720C2 (en) | Device for recognizing optical code marks attached to objects | |
| DE19508397C2 (en) | Optoelectronic device for recognizing marks | |
| DE10313709B4 (en) | Optical sensor | |
| DE102007017013A1 (en) | Reflection-based optical encoders that have no code medium | |
| EP2587404B1 (en) | Bar code reader |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8130 | Withdrawal |