DE10203794A1 - Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange bei einem Druckmittelzylinder - Google Patents

Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange bei einem Druckmittelzylinder

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Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange (3) bei einem Druckmittelzylinder (2) mit einer mit der Kolbenstange (3) zusammenwirkenden Messeinheit, umfassend mindestens einen optischen Sensor (1) und eine nachgeschaltete Auswerteeinheit (6), wobei die Messeinheit die Oberfläche der in axialer Druckmittelzylinderrichtung beweglichen, unmarkierten Kolbenstange (3) in einem definierten Bereich, welcher relativ zu der Messeinheit ortsgebunden ist, permanent optisch abscant und über die bei einer axialen Bewegung der Kolbenstange (3) hervorgerufene Pixelverschiebung des erfassten Scans den zurückgelegten Weg der Kolbenstange (3) berechnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange bei einem Druckmittelzylinder mit einer mit der Kolbenstange zusammenwirkenden Messeinheit, umfassend mindestens einen optischen Sensor und eine nachgeschaltete Auswerteinheit.
  • Derartige Messeinrichtung werden allgemein in vielen Gebieten des Maschinenbaus eingesetzt, beispielsweise in der Automationstechnik, der Automobiltechnik sowie diversen anderen allgemeinen Industrieanwendungen, bei denen Druckmittelzylinder wie Hydraulik- oder Pneumatikzylinder zum Einsatz kommen.
  • Insbesondere in den Apparaturen, Anlagen, Maschinen etc., bei denen bislang keine Weginformationen abrufbar sind, werden diese aufgrund der fortschreitenden Technik und dem immer weiter ansteigenden Informationsbedarf während verschiedener Prozesse mit entsprechenden Messeinrichtungen aufgerüstet beziehungsweise nachgerüstet.
  • Aus der DE 100 14 194 A1 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Position einer Kolbenstange bekannt, umfassend einen optischen Sensor, eine Auswerteinheit und eine Folge von Wegmarken mit alternierenden Kontrastmustern, welche auf der Kolbenstange angebrachte sind. Ein vom Sensor ausgehendes Signal wird dabei an den sichtbaren Wegmarken der Kolbenstange reflektiert und das reflektierte Signal nachfolgend ausgewertet, woraus sich die aktuelle Position der Kolbenstange bestimmen lässt.
  • Bei der bekannten Einrichtung tritt jedoch der Nachteil auf, dass die Kolbenstange präpariert und zusätzlich bearbeitet werden muss. Dies verursacht durch den damit verbundenen Aufwand eine längere Fertigungsdauer und damit höhere Kosten. Zudem muss ein erhöhter Aufwand betrieben werden, um zu gewährleisten, dass die Durchgangsöffnung gegenüber der Kolbenstange ausreichend abgedichtet ist. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die Markierungen im Laufe der Nutzung verschleißen. Außerdem ist zur Positionsbestimmung eine interne Signalquelle notwendig, deren Signale von der Kolbenstange beziehungsweise den dort aufgebrachten Wegmarken unterschiedlich reflektiert werden und von dem Sensor empfangen werden. Somit ist zusätzlich zu dem damit verbundenen höheren Montage- beziehungsweise Fertigungsaufwand der Energiebedarf der Messeinrichtung recht hoch.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zuverlässige Messeinrichtung zu schaffen, bei der die optische Positionsbestimmung der Kolbenstange mit einem geringeren Fertigungsaufwand darstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Messeinheit die Oberfläche der in axialer Druckmittelzylinderrichtung beweglichen, unmarkierten Kolbenstange in einem definierten Bereich, welcher relativ zu der Messeinheit ortsgebunden ist, permanent optisch abscant und über die bei einer axialen Bewegung der Kolbenstange hervorgerufene Pixelverschiebung des erfassten Scans den zurückgelegten Weg berechnet.
  • Diese Lösung bietet den Vorteil, dass eine berührungslose Positionsbestimmung ohne Bearbeitung der Oberfläche der Kolbenstange möglich ist, welche somit ohne zusätzlichen Aufwand zu fertigen ist.
  • Vorzugsweise weist die Messeinheit eine lichtempfindliche Matrix oder Zeile auf, auf die das gescante Bild über eine Optik abgebildet wird. Auf diese Weise lässt sich mit handelsüblichen Komponenten die Oberfläche der Kolbenstange ohne kontrastreiche Wegmarken pixelweise erfassen.
  • Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass diese die von der Messeinheit gescanten Bilder erfasst, und derart auswertet, dass eine Verschiebung des gescanten Pixelbildes aufgrund der Bewegung der Kolbenstange der entsprechenden realen Verschiebung der Kolbenstange entspricht.
  • Nach einer anderen möglichen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der optische Sensor außen an dem Druckmittelzylinder lösbar angebracht wird, damit dieser bei Bedarf ohne Demontage beziehungsweise Montage des Druckmittelzylinders gewechselt werden kann. Vorzugsweise wird der optische Sensor samt Auswerteeinheit als gemeinsame Messeinheit außen an dem Druckmittelzylinder mittels mindestens einer Befestigungsschraube oder dergleichen lösbar angebracht.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten Druckmittelzylinders mit der Messeinrichtung, und
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Messeinrichtung mit dem Messobjekt.
  • Die Messeinrichtung nach Fig. 1 umfasst einen optischen Sensor 1, der außen an einem Druckmittelzylinder 2 lösbar befestigt ist. Der relativ zu dem Druckmittelzylinder 2 ortsgebunden angebrachte optische Sensor 1 ist so befestigt, dass er einen definierten Bereich, den die Kolbenstange 3 durchläuft, permanent erfasst. Die Kolbenstange 3 weist dabei keine Wegmarken oder andere Markierungen auf, sondern besitzt eine normal glatte Oberflächenstruktur. Der von dem optischen Sensor 1 zu erfassende Bereich ist dabei so eingestellt, dass im wesentlichen die Oberfläche der Kolbenstange 3 erfasst, d. h. gescant wird.
  • Die Fig. 2 stellt den schematischen Aufbau der Messeinrichtung dar. Radial zu der Kolbenstange 3 ist eine als Sammellinse ausgebildete Optik 4 des optischen Sensors 1platziert, über welche ein von der Oberfläche der Kolbenstange 3 reflektiertes optisches Signal an eine lichtempfindliche Matrix- oder Zeilensensorik 5 übertragen wird, wo das Signal in Pixeln erfasst wird. Der Matrix- oder Zeilensensorik 5 nachgeschaltet befindet sich die Auswerteinheit 6, in der die von der Matrix- oder Zeilensensorik 5 übertragenen Daten des Pixelbildes vorzugsweise elektronisch ausgewertet werden. Bei einer Verschiebung der Kolbenstange 3 verändert sich das in der Matrix- oder Zeilensensorik 5 erfasste Pixelbild. Aus der Bewegung der Kolbenstange 3 resultiert im wesentlichen einer Verschiebung einzelner, verschiedener Pixel. Aus dieser Verschiebung der Pixel berechnet die Auswerteinheit 6 die reale Verschiebung der Kolbenstange 3. Bezugszeichenliste 1 Optischer Sensor
    2 Druckmittelzylinder
    3 Kolbenstange
    4 Optik
    5 Matrix-/Zeilensensorik
    6 Auswerteinheit

Claims (5)

1. Messeinrichtung zur optischen Wegerfassung einer Kolbenstange (3) bei einem Druckmittelzylinder (2) mit einer mit der Kolbenstange (3) zusammenwirkenden Messeinheit, umfassend mindestens einen optischen Sensor (1) und eine nachgeschaltete Auswerteinheit (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit die Oberfläche der in axialer Druckmittelzylinderrichtung beweglichen, unmarkierten Kolbenstange (3) in einem definierten Bereich, welcher relativ zu der Messeinheit ortsgebunden ist, permanent optisch abscant und über die bei einer axialen Bewegung der Kolbenstange (3) hervorgerufene Pixelverschiebung des erfassten Scans den zurückgelegten Weg der Kolbenstange (3) berechnet.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit eine lichtempfindliche Matrix- oder Zeilensensorik (5) aufweist, auf die das gescante Bild über eine Optik (4) abgebildet wird.
3. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (6) der Messeinheit die gescanten und von der Matrix- oder Zeilensensorik erfassten Bilder derart auswertet, dass eine Verschiebung des Pixelbildes aufgrund der gescanten Bewegung der Kolbenstange der entsprechenden realen Verschiebung der Kolbenstange (3) entspricht.
4. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (1) außen an dem Druckmittelzylinder (2) lösbar angebracht ist, so dass der optische Sensor (1) ohne Demontage des gesamten Druckmittelzylinders (1) austauschbar ist.
5. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (1) samt Auswerteeinheit (6) als eine gemeinsame Messeinheit außen an dem Druckmittelzylinder (2) mittels mindestens einer Befestigungsschraube lösbar angebracht ist.
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