DE19801092A1 - Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absolutpositionserfassungs­ verfahren für einen Huberfassungszylinder und, mehr insbeson­ dere, auf ein verbessertes Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder, das ermöglicht, eine Richtung und eine Absolutposition zu erfassen durch Erfassen eines Hu­ bes eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders (im folgenden als "Zylinder" bezeichnet), der zur Automation eines schweren Bau­ geräts wie einem Bagger oder einem Radlader benutzt wird.

Im allgemeinen ist in einem Baugerät (oder einer Bauvorrich­ tung) wie einem Bagger ein Zylinder zum Antreiben einer Vor­ richtung wie einem Ausleger, einem Arm, einem Löffel usw. in­ stalliert. Wenn Betätigungsöl dem Zylinder zugeführt und an einen Lagertank abgegeben wird, führt der Zylinder eine Hubbe­ wegung aus, so daß eine Vorrichtung betätigt wird.

Mit dem Fortschritt in der elektrohydraulischen Servotechnik wird bei dem oben beschriebenen schweren Baugerät von der Vor­ richtung zunehmend verlangt, einen vorbestimmten Arbeitsvor­ gang unabhängig von der Geschicklichkeit einer Bedie­ nungsperson auszuführen. Deshalb ist es bei einer Auto­ matisierung einer Arbeitsvorrichtung wie einem Bagger notwen­ dig, eine Information zu erfassen, die die Position der Arbeitsvorrichtung betrifft und für ein Regelsystem benötigt wird, nämlich die Relativposition des Auslegers, Arms oder Löffels sowie die Absolutposition derselben.

Als ein Teil zum Erfassen einer Information, die zu der Posi­ tion der Arbeitsvorrichtung in Beziehung steht, wird eine Positionserfassungsschaltung benutzt zum Erfassen des Hubes der Zylinder gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 be­ nutzt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Hydraulik- oder Pneumatikzylinders, welcher eine Zylinder­ stange 130 aufweist, die eine magnetische Skala 140 hat.

Bei dem herkömmlichen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ist, wie hier gezeigt, ein Kolben 120 in einem Zylinder 110 ange­ ordnet und bewegt sich darin in Auf- und Abwärtsrichtung oder in Richtung nach links und rechts hin und her. Die Stange 130, die die Bewegung des Kolbens 120 mitmacht, ist integral mit dem Kolben 120 auf einer Seite desselben ausgebildet.

Die magnetische Skala 140, die auf einer Seite der Stange 130 in vorstehender und vertiefter Form gebildet ist, ist zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des Kolbens 120 ausgebildet. Eine magnetische Sensoreinheit 150 ist mit Ab­ stand von dem Teil der Stange 130 angeordnet, wo die magneti­ sche Skala 140 gebildet ist, um einen magnetischen Fluß zu er­ fassen, der auf der Basis der vorstehenden und vertieften Ska­ lenteile variiert, und die Signale elektrisch zu verarbeiten. Die magnetische Sensoreinheit 150 besteht aus einem Paar Sen­ soren (Sensor A und Sensor B) wie z. B. Hall-Sensoren od. dgl.

Die Zylinderstange 130 besteht aus Stahl (Fe), und der Teil, wo die magnetische Skala 140 gebildet ist, ist mit Cr überzo­ gen. Wenn der magnetische Fluß, der durch einen magnetischen Sensor 151 des Sensorpaares erzeugt wird, durch die vorstehen­ den und vertieften Teile hindurchgeht, verändert sich das Aus­ gangssignal der magnetischen Sensoreinheit 150. Tatsächlich haben die Ausgangssignale eine Sinuswellenform.

Darüber hinaus ist die Distanz zwischen den beiden magneti­ schen Sensoren A und B länger als eine Periode der magneti­ schen Skala 140.

Bei dem so aufgebauten herkömmlichen Zylinder 110 wird, wenn sich der Kolben 120 zwischen dem oberen Totpunkt und dem unte­ ren Totpunkt in dem Zylinder 110 hin- und herbewegt, die Stange 130, die integral mit dem Kolben 120 ausgebildet ist, bewegt, und der Bewegungszustand der magnetischen Skala 140, die auf der Stange 130 gebildet ist, wird durch die magneti­ sche Sensoreinheit 150 erfaßt, wodurch der Hubzustand des Zy­ linders 110 erkannt wird.

Wenn der Kolben 120 aus einer Position der magnetischen Skala 140 herausbewegt wird, die durch den magnetischen Sensor 151 der magnetischen Sensoreinheit 150 erfaßt wird und gestoppt wird, wird die durch den magnetischen Sensor 151 erfaßte ma­ gnetische Skala 140 gemessen, so daß die Hubvariation des Zy­ linders 110 gemessen wird, indem die Bewegungsstrecke des Kol­ bens 120 auf der Basis der erfaßten Skalenteile der magne­ tischen Skala 140 berechnet wird.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Positionserfassungs­ schaltung für den Hub eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders unter Verwendung eines 1/N teilenden Zählers und eines Mikro­ computers veranschaulicht.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 treibt die Zylinderan­ triebseinheit 210, die mit einem Ansteuersignal angesteuert wird, den Zylinder 220 an, in welchem eine magnetische Skala gebildet ist, und die magnetische Sensoreinheit 230, die dem Zylinder 220 zugeordnet ist, erfaßt eine magnetische Variation der magnetischen Skala und gibt ein Ausgangssignal an einen Mikrocomputer 240 ab.

Der Mikrocomputer 240 kommuniziert mit einer Speichervorrich­ tung 250 und einem 1/N teilenden Zähler 260, so daß er die ge­ samten Operationen der Positionserfassungsschaltung in bezug auf den Hub des Zylinders einschließlich einer Signalverarbei­ tung steuert.

Die Arbeitsweise der Positionserfassungsschaltung in bezug auf den Hub des Zylinders 220 wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Die Zylinderantriebseinheit 210 treibt den Zylinder 220 gemäß einem Ansteuersignal an, das durch eine Bedienungsperson ein­ gegeben wird. Ein Paar magnetische Sensoren 231, zum Beispiel in Form eines Hall-Sensors, das in der magnetischen Sensorein­ heit 230 installiert ist, erfaßt die Magnetflußvariation in bezug auf die magnetische Skala (vgl. die Bezugszahl 140 in Fig. 1), die an der Stange des Zylinders 220 gebildet ist, und die so erfaßten Signale werden an die Signalverarbei­ tungseinheit 232 angelegt.

Die Signalverarbeitungseinheit 232 verstärkt und filtert die Erfassungssignale (Sinusschwingungen) aus den magnetischen Sensoren 231. Sie wandelt die Erfassungssignale in Signale um, die durch den Mikrocomputer 240 erkannt werden können, und gibt dann die so umgewandelten Signale an den Mikrocomputer 240 ab.

Der Mikrocomputer 240 wandelt die Analogsignale aus der Signalverarbeitungseinheit 232 unter Verwendung eines A/D-Wand­ lers in Digitalsignale um, wobei er durch einen vorbestimmten Algorithmus die Sinusschwingungssignale in Rechteckschwin­ gungssignale umwandelt.

Der 1/N teilende Zähler 260 empfängt die Rechteckschwingungs­ signale aus dem Mikrocomputer 240, teilt sie mit 1/N und gibt die so geteilten Signale an den Mikrocomputer 240 ab. Der Mi­ krocomputer 240 berechnet den Hub des Zylinders unter Verwen­ dung der geteilten Signale.

Dabei erfolgt das Teilen des erfaßten Impulssignals, weil da­ durch die Genauigkeit der Erfassung N-fach gesteigert wird. Der Wert N wird in Abhängigkeit von der gewünschten Ge­ nauigkeit bestimmt. Der erste Mikrocomputer 240 zählt die Zahl der Impulse, die das N-fache der magnetischen Skalenteile ist, die an der Zylinderstange 130 gebildet sind, berechnet die Va­ riation des Zylinders und speichert die so berechnete Varia­ tion in der Speichervorrichtung 250 ab.

Die in der Speichervorrichtung gespeicherten Werte werden auf einer vorbestimmten Anzeigeeinheit angezeigt.

Die Bewegungsrichtung des Zylinders wird bestimmt, indem die Phasen von zwei Rechteckschwingungen verglichen werden. Wenn die Phase des magnetischen Sensors B der magnetischen Sensoreinheit 230 anderen Phasen voreilt, wird die in Fig. 1 gezeigte Zylinderstange in der Dekompressionsrichtung bewegt (im folgenden als "normale Richtung" bezeichnet), und, wenn die Phase des magnetischen Sensors A anderen Phasen voreilt, wird die Zylinderstange in der Kompressionsrichtung (im fol­ genden als "umgekehrte Richtung" bezeichnet) bewegt.

Fig. 3 zeigt Signaldiagramme eines zur Signalverarbeitung ein­ gesetzten 1/N-Zählers, wenn eine Variation auf der Basis der Schaltung nach Fig. 2 erfaßt wird. Wenn die Zylinderstange in der umgekehrten Richtung bewegt wird, werden vier Impulse in Abhängigkeit von der folgenden Gleichung 1 (die weiter unten beschrieben ist) erzeugt, und, wenn die Zylinderstange in der normalen Richtung bewegt wird, werden vier Impulse in Abhän­ gigkeit von der Gleichung 2 (die weiter unten beschrieben ist) erzeugt.

In den Gleichungen 1 und 2 bezeichnen A und B Rechteckschwin­ gungen, die entsprechend zu Sinusschwingungen umgewandelt wer­ den, welche durch die magnetischen Sensoren A und B der magne­ tischen Sensoreinheit 230 erfaßt werden, und /A und /B be­ zeichnen die invertierten Signale von A und B, und )A und )B bezeichnen Schwingungen, die durch eine monostabile Kippschal­ tung erzeugt werden, welche den 1/4 teilenden Zähler hat, und )/A und )/B bezeichnen die invertierten Signale von )A und )B.

(Ax)B) + (/Bx)A) + (Bx)/A) + (/Ax)/B) Gleichung 1

(Ax)/B) + (/Bx)/A) + (Bx)A) + (/Ax)B) Gleichung 2

In der oben beschriebenen herkömmlichen Positionserfassungs­ vorrichtung für einen Zylinderhub wird, da die Impulse durch die magnetischen Skalenteile erfaßt werden, welche in vorste­ hender und vertiefter Form gebildet sind, nur die Relativposi­ tion erfaßt. Darüber hinaus ist es unmöglich, die Absolutposi­ tion gegenüber der Anfangsposition der Zylinderstange während des Betriebes zu erfassen.

Da weiter das Ausgangssignal der Sinusschwingung des Sensors möglicherweise nicht die identischen Typen aufgrund von Vari­ ablen beibehält, die extern eingegeben werden, und aufgrund der Erscheinung, daß die Schwingungen durch Vibration oder Stöße unterteilt und dadurch summiert werden, ist es schwie­ rig, eine Phasendifferenz von 90E in bezug auf die Schwingun­ gen zu haben.

Es kann deshalb ein Variationsfehler auftreten. Wenn sich sol­ che Variationsfehler akkumulieren, wird die Genauigkeit der Erfassung der Relativposition verringert und, noch schlimmer, die Richtung des Hubes des Zylinders kann geändert werden.

Es ist demgemäß ein Ziel der Erfindung, ein Absolutpositions­ erfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder zu schaf­ fen, das die vorgenannten Probleme überwindet, die im Stand der Technik angetroffen werden.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Absolutpositions­ erfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder zu schaf­ fen, das ermöglicht, eine Absolutposition und eine Richtung eines Fixierzustands in bezug auf einen Hub durch einen vorbe­ stimmten Algorithmus zu erfassen, nachdem eine magnetische Skala erfaßt worden ist und Signale verarbeitet worden sind, unter Verwendung einer Zylinderstange, die die magnetische Skala aufweist, deren Skalenteile mit einer vorbestimmten Aus­ bildungsperiode ausgebildet sind.

Zum Erreichen der obigen Ziele schafft die Erfindung ein ver­ bessertes Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huber­ fassungszylinder, das einen Magnetskalenerfassungsschritt be­ inhaltet zum Erzielen von mehreren Sinusspannungen mit unter­ schiedlichen Phasen unter Verwendung einer magnetischen Sen­ soreinheit gemäß einem Antriebsvorgang des Zylinders, einen Schwingungserzeugungsschritt zum Umwandeln der Sinusspannung, die in dem Magnetskalenerfassungsschritt erfaßt wird, in eine Rechteckschwingung und Erzeugen einer Dreieckschwingung, die dieselbe Periode wie die so umgewandelte Rechteckschwingung hat, einen ersten Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrich­ tungsbeurteilungsschritt zum Beurteilen eines ersten Absolut­ positionswertes und der Bewegungsrichtung des Zylinders in be­ zug auf den Hub unter Verwendung eines Paares von Rechteck- und Dreieckschwingungen, die in dem Schwingungserzeugungs­ schritt erzeugt werden, und einen zweiten Absolutpositions­ wertberechnungs- und -speicherschritt zum Berechnen und Spei­ chern eines zweiten Absolutpositionswertes, der einen vorbe­ stimmten Wert hat, auf der Basis des ersten Absolutpositions­ wertes, der in dem ersten Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt beurteilt wird, wobei das Ver­ fahren darauf gerichtet ist, eine Magnetflußänderung einer ma­ gnetischen Skala zu erfassen unter Verwendung von mehreren ma­ gnetischen Sensoren in bezug auf die Zylinderstange, die we­ nigstens eine unterschiedliche Magnetskalenteilausbildungspe­ riode in einem regelmäßig erhöhten und vertieften Teil auf­ weist, Signalverarbeiten unter Verwendung eines Mikrocomputers und eines 1/N teilenden Zählers, Zählen der so signalverarbei­ teten Schwingungen und Beurteilen einer Absolutposition und einer Richtung in bezug auf einen Hub eines Zylinders.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die einen herkömmli­ chen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder zeigt, der eine Zylinderstange mit einer regelmäßig ausgebildeten magnetischen Skala hat;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das eine Positionserfas­ sungsschaltung in bezug auf einen Hub eines her­ kömmlichen Hydraulik- oder Pneumatikzylinders veranschaulicht;

Fig. 3 Schwingungsdiagramme, die Signale zeigen, wenn 1/4 geteilt wird unter Verwendung eines 1/N tei­ lenden Zählers nach Fig. 2;

Fig. 4a und 4b Ansichten, die einen vorstehenden und vertieften Teil zeigen, der an einer Zylinderstange gebil­ det ist, die zur Verwendung bei einem Absolutpo­ sitionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 5a und 5b Einzelansichten, die einen vorstehenden und ver­ tieften Teil zeigen, der an einer Zylinderstange gebildet ist, die zur Verwendung bei einem Abso­ lutpositionserfassungsverfahren für einen Huber­ fassungszylinder gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 6a und 6b Einzelansichten, die einen vorstehenden und ver­ tieften Teil zeigen, der an einer Zylinderstange gebildet ist, die zur Verwendung für ein Abso­ lutpositionserfassungsverfahren für einen Huber­ fassungszylinder gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das eine Absolutpositions­ erfassungsschaltung in bezug auf einen Hub eines Zylinders veranschaulicht, die für ein Absolut­ positionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 8 ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung veranschaulicht, wenn der Zy­ linder nach Fig. 4 eingesetzt wird;

Fig. 10 Schwingungsdiagramme, die eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung zeigen, welche umgewandelt werden, wenn ein Zylinder in der normalen Richtung während des in Fig. 9 gezeig­ ten Betriebes bewegt wird;

Fig. 11 ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteck­ schwingung und eine Dreieckschwingung veran­ schaulicht, die umgewandelt werden, wenn ein Zy­ linder in der umgekehrten Richtung während des in Fig. 9 gezeigten Betriebes bewegt wird;

Fig. 12 Schwingungsdiagramme, die eine Rückgewinnung ei­ ner Rechteckschwingung und einer Dreieckschwin­ gung während des in Fig. 9 gezeigten Betriebes veranschaulicht;

Fig. 13 ein Schwingungsdiagramm, das ein Verfahren ver­ anschaulicht zum Berechnen eines zweiten Abso­ lutpositionswertes in bezug auf einen Hub eines Zylinders nach der Erfindung;

Fig. 14 ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung veranschaulicht, wenn der in Fig. 5 gezeigte Zylinder eingesetzt wird;

Fig. 15 Schwingungsdiagramme, die eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung veranschauli­ chen, welche umgewandelt werden, wenn ein Zylin­ der in der normalen Richtung während des in Fig. 14 gezeigten Betriebes bewegt wird;

Fig. 16 ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteck­ schwingung und eine daraus gebildete Dreieck­ schwingung veranschaulicht, die umgewandelt wer­ den, wenn ein Zylinder in der umgekehrten Rich­ tung während des in Fig. 14 gezeigten Betriebes bewegt wird;

Fig. 17 ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung veranschaulicht, wenn der in Fig. 6 gezeigte Zylinder eingesetzt wird;

Fig. 18 ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteck­ schwingung und eine daraus gebildete Dreieck­ schwingung veranschaulicht, die umgewandelt wer­ den, wenn ein Zylinder in der normalen Richtung während des in Fig. 17 gezeigten Betriebes be­ wegt wird;

Fig. 19 ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteck­ schwingung und eine daraus gebildete Dreieck­ schwingung veranschaulicht, die umgewandelt wer­ den, wenn ein Zylinder in der umgekehrten Rich­ tung während des in Fig. 17 gezeigten Betriebes bewegt wird; und

Fig. 20 ein Schwingungsdiagramm, das eine Rückgewinnung einer Rechteckschwingung und einer Dreieck­ schwingung während des in Fig. 17 gezeigten Be­ triebes veranschaulicht.

Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 20 erläutert.

Die Fig. 4 bis 6, auf die zuerst Bezug genommen wird, veran­ schaulichen detailliert vorstehende und vertiefte Teile, die an einer Zylinderstange ausgebildet sind, welche bei den Aus­ führungsformen des Absolutpositionserfassungsverfahrens für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung einsetzbar ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 4a und 4b sind die vorste­ henden und vertieften Teile, die an der Zylinderstange 400 ausgebildet sind, welche bei den Ausführungsformen der Erfin­ dung einsetzbar ist, so gestaltet, daß die magnetischen Ska­ lenteile jeweils eine andere Skalenteilbildungsperiode haben (410 und 420), wobei in einem vorbestimmten Abstand von beiden Enden die vorstehenden und vertieften Teile der Zylinderstange eine magnetische Skala bilden, die mit einer vorbestimmten Teilung innerhalb eines mit Cr überzogenen Teils ausgebildet ist (430).

Gemäß der Darstellung in den Fig. 5a und 5b ist der vorste­ hende und vertiefte Teil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Zylinderstange, der so ausgebildet ist, daß diese bei der Ausführungsform der Erfindung einsetzbar ist, in dem Teil vor­ gesehen, der durch Bearbeiten des mit Cr überzogenen Teils der Zylinderstange 400 gebildet ist, wodurch eine magnetische Skala vorhanden ist, und der vorstehende und vertiefte Teil 440 weist einen vertieften Teil auf, in welchem die magneti­ schen Skalenteile in einer vorbestimmten Ausbildungsperiode nicht ausgebildet sind. Auf diese Weise haben die so herge­ stellten Teile einen vorbestimmten Positionswert.

Hier ist der vorstehende und vertiefte Teil, der in einer vor­ bestimmten Formationsperiode geformt ist, so ausgebildet, daß die Zahl n von vorstehenden Teilen von dem Endteil des vorste­ henden und vertieften Teils aus gebildet ist und daß dann die eineinhalbfache Periode der magnetischen Skala vertieft ist, und wird die Zahl (n+1) von vorstehenden Teilen gebildet, und dann ist der eineinhalbfache Periodenteil der magnetischen Skala vertieft.

Zum Beispiel, nachdem zwei vorstehende Teile geformt worden sind, hat der vertiefte Teil eine Länge, die das Dreifache der Distanz eines vorstehenden Teils ist, und nachdem der vorste­ hende Teil gebildet worden ist, hat der vertiefte Teil eine Länge, die das Dreifache eines vorstehenden Teils ist.

Deshalb sind die Zahlen der magnetischen Skalenteile, die zwi­ schen zwei vertieften Teilen vorstehend ausgebildet sind, wel­ che eine Länge haben, die das Dreifache eines vorstehenden Teils ist, unterschiedlich.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 6a und 6b ist der vorste­ hende und vertiefte Teil an der Zylinderstange gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgebildet. Der vor­ stehende und vertiefte Teil ist geformt durch vorstehendes und regelmäßiges Ausbilden einer magnetischen Skala in dem mit Cr überzogenen Teil der Zylinderstange 400, und der vorstehende und vertiefte Teil weist einen vorstehenden Teil 450 auf, der mit einer vorbestimmten verformten Periode ausgebildet ist.

Hier ist der vorstehende Teil, der in einer vorbestimmten ver­ formten Periode ausgebildet ist, hergestellt durch vorstehen­ des Ausbilden der magnetischen Skala, nachdem die Zahl n von vertieften Teilen von einem Ende der magnetischen Skala aus gebildet worden ist.

Zum Beispiel, nachdem zwei vertiefte Teile gebildet worden sind, wird ein vorstehender Teil, der eine Länge hat, die das Dreifache des einen vertieften Teils ist, ausgebildet, und nachdem der vorstehende Teil gebildet worden ist, wird ein vorstehender Teil, der eine Länge hat, die das Dreifache eines vertieften Teils ist, gebildet, nachdem drei vertiefte Teile gebildet worden sind.

Die Zahl der magnetischen Skalenteile, die zwischen zwei vor­ stehenden Teilen gebildet werden, welche eine Länge haben, die das Dreifache eines vertieften Teils ist, sind deshalb alle unterschiedlich.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 4 bis 6 haben der Zylinder und die magnetische Sensoreinheit, die so gebildet worden sind, denselben herkömmliche Aufbau wie der Zylinder und die magnetische Sensoreinheit, die in Fig. 1 gezeigt sind.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das eine Absolutpositionser­ fassungsschaltung in bezug auf einen Hub eines Zylinders ver­ anschaulicht, die für ein Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung vorgesehen ist. Der gezeigte Aufbau der Schaltung stimmt mit dem Aufbau der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Schaltung überein, mit Ausnahme eines Magnetskalenausbildungstyps des Zylinders, ei­ nes Signalverarbeitungsflusses des Mikrocomputers und eines Steuerverfahrens.

Fig. 7 zeigt nämlich ein Blockschaltbild einer Absolutpositi­ onserfassungsschaltung in bezug auf einen Hub eines Zylinders, die für ein Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Hu­ berfassungszylinder nach der Erfindung vorgesehen ist.

Die Zylinderantriebseinheit 210, die mit einem Zylinderansteu­ ersignal angesteuert wird, das an sie angelegt wird, treibt einen zweiten Zylinder 280 an, wie dargestellt, der eine Zy­ linderstange hat, an der eine magnetische Skala gemäß der Dar­ stellung in denk Fig. 4b, 5b und 6b gebildet ist, und die mag­ netische Sensoreinheit 230, die in dem Zylinder 280 vorgese­ hen ist, erfaßt die Änderungen der magnetischen Flüsse der ma­ gnetischen Skala und gibt ein Ausgangssignal an den zweiten Mikrocomputer 270 ab.

Der zweite Mikrocomputer 270 empfängt und sendet Information aus bzw. zu der Speichervorrichtung 250, die in der Schaltung vorgesehen ist oder separat vorgesehen sein kann, und kommuni­ ziert mit dem 1/N teilenden Zähler 260, so daß der gesamte Be­ trieb der Absolutpositionserfassungsschaltung in bezug auf den Hub des Zylinders gesteuert wird.

Der Betrieb der Absolutpositionserfassungsschaltung in bezug auf den Hub des Zylinders gemäß der Darstellung in Fig. 7 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 20 erläutert.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm des Absolutpositionserfassungs­ verfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung.

Hier werden, wie gezeigt, bei der Zylinderstange, an welcher mehr als eine magnetische Skala mit einer anderen Formations­ periode in dem Teil ausgebildet ist, wo die magnetischen Ska­ lenteile regelmäßig und vorstehend ausgebildet sind, die ma­ gnetischen Flußänderungen der magnetischen Skalenteile unter Verwendung von mehreren magnetischen Sensoren erfaßt, und es erfolgt eine Signalverarbeitung unter Verwendung des Mikrocom­ puters und des 1/N teilenden Zählers, und das Zählen erfolgt in bezug auf die signalverarbeitete Schwingung. Deshalb werden die Absolutposition und die Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders beurteilt. Bei dem so ausgestalteten Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen: ein Magnetskalenerfassungs­ schritt (S200) zum Erzielen von mehreren unterschiedlichen Si­ nusspannungen, die eine vorbestimmte Phase haben, aus der ma­ gnetischen Sensoreinheit gemäß dem Antriebsvorgang (S100) des Zylinders, ein Schwingungserzeugungsschritt (S300) zum Erzeu­ gen einer Dreieckschwingung, die dieselbe Periode wie die um­ gewandelte Rechteckschwingung hat, ein erster Absolutpositi­ onswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt (S400) zum Beurteilen eines ersten Absolutpositionswertes und einer Bewegungsrichtung eines Zylinders in bezug auf den Hub unter Verwendung von Paaren der Rechteckschwingungen und der Drei­ eckschwingungen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt (S300) gebildet werden, und ein zweiter Absolutpositionswert­ berechnungs- und -speicherschritt (S500) zum Berechnen und Speichern eines zweiten Absolutpositionswertes, der einen vor­ bestimmten Wert hat, auf der Basis des ersten Absolutpositi­ onswertes, der bei der ersten Absolutpositionswerterfassung und Hubrichtungsbeurteilung beurteilt wird.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfin­ dung veranschaulicht, wenn der Zylinder nach Fig. 4 eingesetzt wird.

Wenn, wie hier gezeigt, der Zylinder eingesetzt wird, der in Fig. 4 gezeigt ist, beinhaltet das Absolutpositionserfassungs­ verfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung, bei dem eine Serie von Steuerschritten durch den zweiten Mi­ krocomputer 270 ausgeführt wird, folgende Schritte: einen Ma­ gnetskalenerfassungsschritt S200 zum Erzielen von mehreren Si­ nusspannungen, die unterschiedliche Phasen haben, aus der ma­ gnetischen Sensoreinheit gemäß dem Antreiben des zweiten Zy­ linders in dem Schritt S100, einen Schwingungserzeugungs­ schritt S300 zum Umwandeln der Sinusspannungen, die in dem Magnetskalenerfassungsschritt S200 erzielt worden sind, in Rechteckschwingungen und Erzeugen von Dreieckschwingungen, die dieselben Perioden wie die umgewandelten Rechteckschwingungen haben, und einen ersten Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt S400 zum Beurteilen eines er­ sten Absolutpositionswertes und einer Bewegungsrichtung eines Zylinders in bezug auf den Hub unter Verwendung eines Paares von Rechteck- und Dreieckschwingungen, die in dem Schwingungs­ erzeugungsschritt S300 erzeugt werden. Der erste Absolutposi­ tionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt S400 beinhaltet einen ersten Schritt S411 zum Erkennen und Beurtei­ len eines Absolutpositionspunktes durch Vergleichen der Phasen eines paares von Dreieckschwingungen, die in dem Schwingungs­ erzeugungsschritt S300 erzeugt werden, einen zweiten Schritt S413 zum Ändern des Positionswertes, der in der Speichervor­ richtung gespeichert ist, mit einem ersten Absolutpositions­ wert, wenn es einen Absolutpositionspunkt als ein Ergebnis der Beurteilung in dem ersten Schritt S411 gibt, einen dritten Schritt S415 zum Rückumwandeln (S415a) der Dreieckschwingung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, nach dem zweiten Schritt S413 in eine normale Schwingung, die dieselbe Periode wie der regelmäßig vorstehende und vertiefte Teil hat, und Rückgewinnen der Rechteckschwingungen mit der identischen Periode auf der Basis der rückgewonnenen Dreieckschwingungen, und einen vierten Schritt zum Vergleichen der Phasen der Rechteckschwingungen, die in dem dritten Schritt S415 rückge­ wonnen werden, und Beurteilen der Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders.

Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder mit den oben beschriebenen Steuerschritten nach der Erfindung wird nun erläutert.

Die Zylinderantriebseinheit 210 treibt (S100) den zweiten Zy­ linder 280 gemäß einem Zylinderansteuersignal an, das durch eine Bedienungsperson geliefert wird. Zu dieser Zeit erfassen die magnetischen Sensoren (Sensor A und Sensor B), bei denen es sich beispielsweise um ein Paar Hall-Sensoren handelt, die unterschiedliche Phasen haben und in der magnetischen Sen­ soreinheit 230 angeordnet sind, die magnetischen Flußänderun­ gen der magnetischen Skalenteile (in Fig. 4b gezeigt), welche an der Stange des zweiten Zylinders 280 gebildet sind, und die Ausgangsspannung wird an den Signalprozessor 232 angelegt.

Die Signalverarbeitungseinheit 232 wandelt die Signale in ein Signal um, das der zweite Mikrocomputer 270 erkennen kann, und gibt die so umgewandelten Signale an den zweiten Mikrocomputer 270 ab. Der zweite Mikrocomputer 270 verstärkt und filtert das Erfassungssignal aus den magnetischen Sensoren 231, das die Sinusschwingungen (S200) umfaßt.

Der zweite Mikrocomputer 270 wandelt das Analogsignal aus der Signalverarbeitungseinheit 232 in ein Digitalsignal unter Ver­ wendung eines A/D-Wandlers um und wandelt die Sinusschwin­ gungssignale in ein Paar Rechteckschwingungen um unter Verwen­ dung eines Impulsumwandlungsalgorithmus (S310), und die so um­ gewandelten Rechteckschwingungen werden in Dreieckschwingungen umgewandelt, die die identische Periode haben, indem ein Drei­ eckschwingungserzeugungsalgorithmus (S320) benutzt wird.

Fig. 10 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung zeigt, die umgewandelt werden, wenn ein Zylinder in der normalen Richtung während des in Fig. 9 gezeigten Betriebes bewegt wird. Hier werden die oben be­ schriebenen Dreieckschwingungen nach dem folgenden Prinzip er­ zeugt.

Das Paar Rechteckschwingungen hat, wie gezeigt, zwei Werte von +5 Volt und 0 Volt, welche der Treiberspannungspegel des zwei­ ten Mikrocomputers 270 sind, und haben 90E Phasendifferenz aufgrund der Anordnung der beiden magnetischen Sensoren. In einem Teil, wo die magnetische Skala unterschiedliche Perioden hat, ist die Periode um das Zweifache verlängert. Da die Distanz zwischen den magnetischen Sensoren um einiges länger als die Größe des magnetischen Skalenteils in dem Teil ist, wo die magnetischen Skalenteile mit unterschiedlichen Perioden ausge­ bildet sind, wird der Typ der Rechteckschwingungen unter­ schiedlich.

Bei den Dreieckschwingungen, die gemäß den Sinusschwingungen erzeugt werden, welche der magnetischen Skala mit unterschied­ lichen Perioden entsprechen, ist die Größe derselben auf 0 fi­ xiert, was ein vorbestimmtes elektrisches Bezugspotential ist, an der ansteigenden Flanke der Rechteckschwingung, nämlich wenn die Rechteckschwingungen von 0 Volt bis +5 Volt angeord­ net sind, und die Werte akkumulieren sich bei jeder Abtast­ zeit, während die Rechteckschwingungen +5 Volt beibehalten. Darüber hinaus ist an der abfallenden Flanke der Rechteck­ schwingungen, nämlich wenn die Rechteckschwingungen von +5 Volt auf 0 Volt übergehen, die Größe derselben auf 0 fixiert, und während die Rechteckschwingungen 0 Volt beibehalten, akku­ mulieren sich die Werte um einen vorbestimmten Wert bei jeder Abtastzeit.

Zu dieser Zeit kann die Abtastzeit entsprechend der Feinheit des Absolutpositionswertes kürzer gemacht werden. Bei der Aus­ führungsform der Erfindung ist das elektrische Bezugspotential der Dreieckformation auf +2,5 Volt fixiert.

Fig. 11 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung veranschaulicht, die umgewan­ delt werden, wenn ein Zylinder während des in Fig. 9 gezeigten Betriebes in der umgekehrten Richtung bewegt wird. Die Schwin­ gungen werden hier, wie gezeigt, auf dieselbe Art und Weise wie nach dem für die Ausführungsform nach Fig. 10 erläuterten Prinzip erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Phasensequenzen der beiden Schwingungen geändert sind.

Die Phasendifferenz ist nämlich 90E in Abhängigkeit von der Position des magnetischen Sensors 231, wenn der Zylinder in der normalen Richtung bewegt wird oder wenn der Zylinder in der umgekehrten Richtung bewegt wird, so daß eine der Schwin­ gungen früher als die andere gebildet wird.

Darüber hinaus sind die Dreieckschwingungen, die nach dem oben beschriebenen Prinzip erzeugt werden, dreimal höher, vergli­ chen mit den Scheitelwerten der Dreieckschwingungen, die den normalen Scheitelwert in dem Teil haben, der die magnetischen Skalenteile aufweist, die unterschiedliche Perioden haben.

Nachdem die Dreieckschwingungen durch den zweiten Mikrocompu­ ter 270 erzeugt worden sind (S320), wird der Absolutpositions­ punkt unter Verwendung der so erzeugten Dreieckschwingungen beurteilt. Wenn eines der Paare von Scheitelwerten der Drei­ eckschwingungen eine vorbestimmte Zeit übersteigt, verglichen mit dem Scheitelwert einer Periode, und der scheitelwert einer weiteren Phase 0 ist, wird der Punkt als ein Absolutpositions­ punkt erkannt (S411), und der Positionswert, der in der Spei­ chervorrichtung 250 gespeichert ist, wird durch den ersten Ab­ solutpositionswert in bezug auf die laufende Position ersetzt (S413).

Gemäß der Darstellung in den Fig. 4b, 10 und 11 wird in der Ausführungsform der Erfindung die Zwischenposition der magne­ tischen Skala, die unterschiedliche Perioden mit Abstand von beiden Enden des Teils hat, in welchen die magnetischen Ska­ lenteile vorstehend ausgebildet sind, als ein Absolutpositi­ onspunkt bestimmt.

In der Ausführungsform der Erfindung, bei der der Zylinder be­ nutzt wird, der in Fig. 4 gezeigt ist, existiert der Absolut­ positionspunkt in zwei Punkten. Der erste Absolutpositions­ wert, der jedem Absolutpositionspunkt entspricht, wird in der Speichervorrichtung 250 gespeichert.

Fig. 12 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rückgewinnung einer Rechteckschwingung und einer Dreieckschwingung während des in Fig. 9 gezeigten Betriebes zeigt.

Um den zweiten Absolutpositionswert zu berechnen, der die Va­ riation der endgültigen Zylinderstange ist, wird die Dreieck­ schwingung, die in dem Schritt S320 erzeugt wird, in die Drei­ eckschwingungen rückumgewandelt (S415a), die den vorstehenden und vertieften Teilen der regelmäßig ausgebildeten magneti­ schen Skala entsprechen, und die Rechteckschwingung mit der identischen Periode wird auf der Basis der so rückgewonnenen Dreieckschwingungen (S415b) rückgewonnen, und die so rückge­ wonnenen Schwingungen werden in den 1/N teilenden Zähler 260 eingegeben.

Die Dreieckschwingungen werden derart rückgewonnen, daß die Scheitelwerte der Dreieckschwingungen ab 0 verringert werden, um die Dreieckschwingungen mit einem Wert zu bilden, welcher ein vorbestimmtes Vielfaches des Scheitelwertes der Dreieck­ schwingungen ist, die den normalen magnetischen Skalenteilen entsprechen, nämlich vom 1,1-fachen bis zum 2-fachen, und das wird erhöht ab 0 zwischen dem 2,1-fachen und dem 3-fachen, so daß die Dreieckschwingungen rückgewonnen werden.

Die Rechteckschwingungen werden aus den so rückgewonnenen Dreieckschwingungen rückgewonnen (S415b), und die Phasen der so rückgewonnenen Rechteckschwingungen werden verglichen, so daß es möglich ist, die Bewegungsrichtung der Zylinderstange zu beurteilen (S417). Gemäß der Darstellung in Fig. 10 wird, wenn die Phase B den anderen Phasen voreilt, geurteilt, daß die Richtung die normale Richtung ist, in der die Zylinder­ stange zum Dekomprimieren dient, und wenn gemäß der Darstel­ lung in Fig. 11 die Phase A den anderen Phasen voreilt, wird geurteilt, daß die Richtung die umgekehrte Richtung ist, in der die Zylinderstange zum Komprimieren dient.

Nachdem die Bewegungsrichtung des Zylinders beurteilt worden ist, wird der zweite Absolutpositionswert in bezug auf den laufenden Positionswert der Zylinderstange, welcher die abso­ lute Variation darstellt, über welcher die Zylinderstange be­ wegt wird, berechnet (S500).

Fig. 13 ist ein Schwingungsdiagramm, das ein Verfahren zum Be­ rechnen eines zweiten Absolutpositionswertes in bezug auf einen Hub eines Zylinders gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Der zweite Absolutpositionswert in bezug auf den Hub des Zy­ linders wird, wie hier gezeigt, derart berechnet, daß der grobe Distanzwert berechnet wird durch Teilen mit 1/N und Zäh­ len der rückgewonnenen Rechteckschwingungen und daß der end­ gültige Distanzwert erzielt wird durch Teilen des laufenden Dreieckschwingungswertes durch den Scheitelwert der Dreieck­ schwingung, bevor eine Periode summiert wird. Die oben be­ schriebene Operation wird ausführlicher auf der Basis des 1/4 teilenden Zählers mehr ins einzelne gehend erläutert, welcher bei der Ausführungsform nach der Erfindung eingesetzt wird.

Der 1/N teilende Zähler 260, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, führt den Algorithmus aus, der in den Gleichungen 1 und 2 ge­ zeigt ist, und empfängt die Rechteckschwingungen aus dem zwei­ ten Mikrocomputer 270 und teilt dieselben mit 1/4.

Zu dieser Zeit werden die erfaßten Impulssignale geteilt, um die Genauigkeit der Erfassung um das N-fache zu steigern. Der Wert N wird in Abhängigkeit von einer gewünschten Genauigkeit bestimmt.

Der zweite Mikrocomputer 270 zählt die Zahl der Impulse der mit 1/4 geteilten Rechteckschwingungen, berechnet den groben Distanzwert in bezug auf den Zylinderhub, welcher auf das 4-fache der magnetischen Skalenteile genau ist, und speichert die Werte in der Speichervorrichtung 250 ab.

Danach wird der grobe Distanzwert berechnet, der Positions­ wert, der genauer ist als der nach dem 1/4-Teilverfahren un­ ter Verwendung der rückgewonnenen Dreieckschwingungen. Zu die­ ser Zeit wird der feine Distanzwert erzielt durch Teilen der Dreieckschwingungswerte durch den Scheitelwert der Dreieck­ schwingung vor einer Periode. Die so gewonnenen Werte werden in der Speichervorrichtung 250 abgespeichert.

Wenn der feine Distanzwert größer als der Positionswert der 1/4-Periode ist, sollte der Wert subtrahiert werden, da der Positionswert von dem Positionswert der 1/4-Periode subtra­ hiert wird, weil der Positionswert der 1/4-Periode durch den 1/N teilenden Zähler 260 berechnet wird.

Wenn beispielsweise eine Periode der magnetischen Skala 2 mm ist, wird der grobe Distanzwert von 1,5 mm unter Verwendung des 1/4 teilenden Zählers berechnet, und es wird der feine Distanzwert berechnet, der genauer ist als der grobe Distanz­ wert, indem der Feindistanzzählalgorithmus benutzt wird.

Wenn der Feindistanzwert größer als 0,5 mm ist, wird dabei der Wert um 0,5 mm subtrahiert, weil er durch den 1/4 teilenden Zähler berechnet wird.

Infolgedessen wird der zweite Absolutpositionswert, welches der endgültige Positionswert ist, gewonnen durch Summieren des groben Distanzwertes und des feinen Distanzwertes, die in der Speichervorrichtung 250 gespeichert sind. Dieser Wert wird in der Speichervorrichtung 250 als der laufende Absolutpositions­ wert der Zylinderstange in bezug auf den Hub des Zylinders ab­ gespeichert. Der Wert kann an eine vorbestimmte Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) abgegeben werden.

Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfin­ dung veranschaulicht, wenn der in Fig. 5 gezeigte Zylinder eingesetzt wird. Der erste Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt S400 wird nun, wie darin ge­ zeigt, erläutert, indem derselbe Aufbau wie bei der oben be­ schriebenen Ausführungsform der Erfindung weggelassen wird.

Bei der Zylinderstange, die einen vertieften Teil hat, in wel­ chem die magnetischen Skalenteile in einem vorbestimmten In­ tervall bei den regelmäßig ausgebildeten magnetischen Skalen­ teilen nicht ausgebildet sind und welcher einen vorbestimmten Positionswert hat, beinhaltet der erste Absolutpositions­ werterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt S400 einen ersten Schritt S421 zum Vergleichen eines Paares von Rechteck­ schwingungsphasen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt S300 erzeugt werden, und Beurteilen der Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders, einen zweiten Schritt S423 zum Verglei­ chen eines Paares von Dreieckschwingungsphasen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt S300 erzeugt werden, und Beurtei­ len, ob die Absolutpositionspunkte auf der Basis des vertief­ ten Teils auf der Basis der Deformationsperiode eine Serie von zwei sind, einen dritten Schritt S425 zum Zählen der Zahl der Rechteckschwingungen zwischen zwei Absolutpositionspunkten wenn die Zahl der Absolutpositionspunkte eine Serie von zwei ist als Ergebnis der Beurteilung des zweiten Schrittes S423, einen vierten Schritt S427 zum Ändern des Positionswertes durch den ersten Absolutpositionswert in bezug auf die lau­ fende Position, wobei der Positionswert in der Speichervor­ richtung als ein Wert gespeichert wird, der der Richtung und der Zahl der Rechteckschwingungen in bezug auf den Hub des Zy­ linders entspricht, welcher in dem ersten Schritt S421 und dem dritten Schritt S425 beurteilt wird, und einen fünften Schritt S429 zum Rückumwandeln der Dreieckschwingungen, die durch den Schwingungserzeugungsschritt S300 erzeugt werden, in die nor­ malen Schwingungen, die mit der Periode des vorstehenden und vertieften Teils identisch sind (S429a), und Rückgewinnen der Sinusschwingungen, die die identische Periode haben, auf der Basis der so rückgewonnenen Dreieckschwingungen.

Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder mit den oben beschriebenen Steuerschritten nach der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Als erstes treibt die Zylinderantriebseinheit 210 den zweiten Zylinder 280 gemäß dem Zylinderansteuersignal, das durch eine Bedienungsperson eingegeben wird, an (S100). Zu dieser Zeit erkennen die magnetischen Sensoren (Sensor A und Sensor B), beispielsweise ein Paar Hall-Sensoren mit unterschiedlichen Phasen, die in der magnetischen Sensoreinheit 230 angeordnet sind, die Magnetflußänderungen der magnetischen Skalenteile (Bezugszahl 440 in Fig. 5b), die an der Stange des zweiten Zy­ linders 280 gebildet sind, und die Ausgangsspannung wird an den Signalprozessor 232 angelegt.

Die Signalverarbeitungseinheit 232 wandelt die Signale in ein Signal um, das der zweite Mikrocomputer 270 erkennen kann, und gibt die so umgewandelten Signale an den zweiten Mikrocomputer 270 ab. Der zweite Mikrocomputer 270 verstärkt und filtert das Erfassungssignal aus den magnetischen Sensoren 231, bei denen es sich um Sinusschwingungen handelt (S200).

Der zweite Mikrocomputer 270 wandelt das Analogsignal aus der Signalverarbeitungseinheit 232 in ein Digitalsignal unter Ver­ wendung des A/D-Wandlers um und wandelt die Sinusschwingungs­ signale in ein Paar Rechteckschwingungen um unter Verwendung des Impulsumwandlungsalgorithmus (S310), und die so umgewan­ delten Rechteckschwingungen werden in Dreieckschwingungen um­ gewandelt, die die identische Periode haben, indem der Drei­ eckschwingungserzeugungsalgorithmus benutzt wird (S320).

Fig. 15 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung zeigt, die umgewandelt werden, wenn ein Zylinder in der normalen Richtung während des in Fig. 14 gezeigten Betriebes bewegt wird, und Fig. 16 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwingung und eine Dreieckschwingung zeigt, die umgewandelt werden, wenn ein Zy­ linder in der umgekehrten Richtung während des in Fig. 14 ge­ zeigten Betriebes bewegt wird. Die Dreieckschwingungen werden, wie darin gezeigt, nach demselben Prinzip wie bei den oben be­ schriebenen Ausführungsformen nach den Fig. 10 und 11 erzeugt.

Nachdem die Rechteckschwingungen und die Dreieckschwingungen durch den zweiten Mikrocomputer 270 erzeugt worden sind (S300), werden die Phasen der so erzeugten Rechteckschwingun­ gen verglichen, so daß es möglich ist, die Bewegungsrichtung der Zylinderstange zu beurteilen (S421). Gemäß der Darstellung in Fig. 15 wird, wenn die Phase B den anderen Phasen voreilt, die Zylinderstange in der normalen Richtung bewegt, und, wenn die Phase A den anderen Phasen voreilt, die Zylinderstange in der umgekehrten Richtung bewegt.

Darüber hinaus wird beurteilt, ob die Absolutpositionspunkte eine Serie von zwei sind, auf der Basis der vertieften Teile unter Verwendung der Dreieckschwingungen, die durch den zwei­ ten Mikrocomputer 270 erzeugt werden (S423). In dem Absolutpo­ sitionspunkt wird der Scheitelwert mit dem Scheitelwert des normal vorstehenden Teils unter Verwendung des Scheitelwerts der Dreieckschwingungen verglichen. Bei der vorliegenden Er­ findung ist ein vorbestimmtes Vielfaches nämlich das Dreifa­ che, wie es die Fig. 15 und 16 zeigen.

Hier existiert bei der Erfindung unter Verwendung des in Fig. 5 gezeigten Zylinders eine Vielzahl der Absolutpositionspunk­ ten gemäß der Bewegungsrichtung der Zylinderstange. Die ersten Absolutpositionswerte, die jedem Absolutpositionspunkt ent­ sprechen, werden in der Speichervorrichtung 250 abgespeichert.

In Fig. 5b bezeichnen die Zahlen in dem Kreis den Absolutposi­ tionspunkt, wenn die Kolbenstange in der normalen Richtung be­ wegt wird, und die Zahlen in den Quadraten bezeichnen die Ab­ solutpositionspunkte, wenn die Kolbenstange in der umgekehrten Richtung bewegt wird.

Als ein Ergebnis der Beurteilung, ob die Absolutpositions­ punkte eine Serie von zwei sind, wird die Zahl der Rechteck­ schwingungen zwischen zwei Absolutpositionspunkten gezählt (S425), und der so gezählte Wert und der gespeicherte Positi­ onswert, der der Bewegungsrichtung der Zylinderstange ent­ spricht, werden mit dem ersten Absolutpositionswert (S427) substituiert.

Anschließend wandelt der zweite Mikrocomputer 270 die Dreieck­ schwingungen wieder in die identischen Schwingungen mit dem vorstehenden und vertieften Intervall um (S429a), wobei die Dreieckschwingungen in dem Schritt S320 so erzeugt werden, daß die Dreieckschwingung einen normalen Scheitelwert in dem Abso­ lutpositionspunkt hat, um die Variation unter Verwendung des 1/N teilenden Zählers 260 zu zählen. Der Schritt S429 wird ausgeführt, um die Rechteckschwingungen zurückzugewinnen. Die oben beschriebene Operation ist in Fig. 12 gezeigt.

Fig. 17 ist ein Flußdiagramm, das ein Absolutpositionserfas­ sungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfin­ dung veranschaulicht, wenn der in Fig. 6 gezeigte Zylinder eingesetzt wird.

Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach der Erfindung wird hier, wie gezeigt, bei einem vorstehenden Teil in der magnetischen Skala in einem vorbestimmten Formationsintervall angewandt. Der erste Abso­ lutpositionswerterfassungs- und Hubbeurteilungsschritt S400 beinhaltet einen ersten Schritt S431 zum Vergleichen eines Paares von Rechteckschwingungen, die in dem Schwingungserzeu­ gungsschritt S300 erzeugt werden, und Beurteilen der Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders, einen zweiten Schritt S433 zum Vergleichen der Phasen eines Paares von Dreieckschwingun­ gen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt S300 erzeugt wer­ den, und Beurteilen, ob der Absolutpositionspunkt auf der Ba­ sis der Formation des vorstehenden Teils der Formationsperiode eine Serie von zwei bildet, einen dritten Schritt S435 zum Zählen der Zahl der Rechteckschwingungen zwischen zwei Abso­ lutpositionspunkten, wenn die Absolutpositionspunkte eine Se­ rie von zwei sind, als ein Ergebnis des Beurteilungsschrittes des zweiten Schrittes S433, einen vierten Schritt S437 zum Substituieren des positionswertes mit dem ersten Absolutpositionswert, welcher Positionswert in der Speicher­ vorrichtung als der Wert gespeichert ist, der der Zahl von Richtung und Rechteckschwingungen in bezug auf den Hub des Zy­ linders entsprechend der Beurteilung in dem ersten Schritt S431 und dem dritten Schritt S435 entspricht, und einen fünf­ ten Schritt S439 zum Rückumwandeln (S439a) der Dreieckschwin­ gungen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt S300 erzeugt werden, nach dem vierten Schritt S437 in die normalen Schwin­ gungen, die mit der Periode des vorstehenden Intervalls iden­ tisch sind, und Rückumwandeln (S439b) der rückgewonnenen Drei­ eckschwingungen in die Rechteckschwingungen, die die identi­ schen Perioden haben.

Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach der Erfindung wird identisch mit der Aus­ führungsform nach Fig. 14 realisiert, mit Ausnahme der vorste­ hend und regelmäßig ausgebildeten magnetischen Skalenteile.

Fig. 18 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwin­ gung und eine Dreieckschwingung zeigt, die umgewandelt werden, wenn ein Zylinder während des in Fig. 17 gezeigten Betriebes in der normalen Richtung bewegt wird, und Fig. 19 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rechteckschwingung und eine Dreieckschwingung zeigt, die umgewandelt werden, wenn ein Zy­ linder während des in Fig. 17 gezeigten Betriebes in der umge­ kehrten Richtung bewegt wird. Die Operationen sind dieselben wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 15 und 16.

Bei den Dreieckschwingungen, die nach dem oben beschriebenen Prinzip erzeugt werden, ist die Größe des Scheitelwertes auf das Dreifache des Scheitelwerts der normalen Dreieckschwingun­ gen in den vorstehenden Teilen angestiegen.

Der zweite Mikrocomputer 270 erzeugt die Rechteckschwingungen und die Dreieckschwingungen (S300) und vergleicht die Phasen der Rechteckschwingungen und beurteilt anhand dessen die Bewe­ gungsrichtung der Zylinderstange (S431). Gemäß der Darstellung in Fig. 18 wird, wenn die Phase B den anderen Phasen voreilt, die Zylinderstange in der normalen Richtung bewegt, und gemäß der Darstellung in Fig. 19 wird, wenn die Phase A den anderen Phasen voreilt, die Zylinderstange in der umgekehrten Richtung bewegt.

Darüber hinaus wird beurteilt, ob die Absolutpositionspunkte auf der Basis der vorstehenden Teile eine Serie von zwei sind, indem die Dreieckschwingungen benutzt werden, die durch den zweiten Mikrocomputer 270 erzeugt werden (S433), und in den Absolutpositionspunkten wird die Größe des Scheitelwerts mit dem Scheitelwert des normal vorstehenden Teils unter Verwen­ dung des Scheitelwerts der Dreieckschwingungen verglichen. Als ein Ergebnis des Vergleiches ist die Größendifferenz das -3-fache, wie es in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist.

Bei der Erfindung existieren mehrere Absolutpositionspunkte je nach der Bewegungsrichtung der Zylinderstange, und die ersten Absolutpositionswerte, die den Absolutpositionspunkten ent­ sprechen, werden in der Speichervorrichtung 250 abgespeichert.

In Fig. 6b bezeichnen die Zahlen in den Kreisen die Absolutpo­ sitionspunkte, wenn die Kolbenstange in der normalen Richtung bewegt wird, und die Zahlen in den Quadraten bezeichnen die Absolutpositionspunkte, wenn die Zylinderstange in der umge­ kehrten Richtung bewegt wird.

Als ein Ergebnis der Beurteilung, ob die Zahl der Absolutposi­ tionspunkte eine Serie von zwei ist, wird die Zahl der Rechteckschwingungen zwischen zwei Absolutpositionspunkten in dem Schritt S435 gezählt, und der so gezählte Wert und der ge­ speicherte Positionswert, der der Bewegungsrichtung des Zylin­ ders entspricht, werden durch den ersten Absolutpositionswert in dem Schritt S437 ersetzt.

Anschließend werden durch den zweiten Mikrocomputer 270 die Dreieckschwingungen, die in dem Schritt S320 erzeugt werden, in Schwingungen rückumgewandelt (S439a), die mit den vorste­ henden und vertieften Intervallen identisch sind, so daß die Dreieckschwingungen die normalen Scheitelwerte in dem Absolut­ positionspunkt haben, um die Variation unter Verwendung des 1/N teilenden Zählers 260 zu zählen, und der Schritt S439b wird ausgeführt, um die Rechteckschwingung rückzugewinnen. Die oben beschriebene Operation ist in Fig. 20 gezeigt.

Fig. 20 ist ein Schwingungsdiagramm, das eine Rückgewinnung einer Rechteckschwingung und einer Dreieckschwingung während des in Fig. 17 gezeigten Betriebes veranschaulicht.

Die Dreieckschwingungen, die durch den Schritt S320 erzeugt werden, werden in die Dreieckschwingungen rückumgewandelt (S439a), die den ursprünglich und regelmäßig vorstehenden und vertieften Intervallen entsprechen, um die Variation der end­ gültigen Zylinderstange zu zählen, und die Rechteckschwingun­ gen der identischen Periode werden aus den rückgewonnenen Dreieckschwingungen rückgewonnen und dann in den 1/N teilenden Zähler 260 eingegeben.

Bei dem Rückgewinnungsbetrieb der Dreieckschwingungen werden die Scheitelwerte der Dreieckschwingungen in einem vorbestimm­ ten ganzzahligen Vielfachen der Scheitelwerte der normalen Dreieckschwingungen bestimmt, wobei z. B. der Scheitelwert bei 0 erhöht wird, um Dreieckschwingungen zwischen dem -1,1-fachen und dem -2-fachen zu erzeugen, und derselbe wird bei 0 zwi­ schen dem -2,1-fachen und dem -3-fachen verringert, wodurch die Dreieckschwingungen rückgewonnen werden.

Der zweite Absolutpositionswert in bezug auf den laufenden Po­ sitionswert der Zylinderstange, der dem Absolutwert auf der Basis der rückgewonnenen Rechteckschwingungen und Dreieck­ schwingungen entspricht, wenn die Zylinderstange bewegt wird, wird in dem Schritt S500 berechnet.

Bei dem Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huber­ fassungszylinder nach der Erfindung, wie es oben beschrieben ist, ist es, wenn die Absolutposition und die Hubrichtung des Zylinders erfaßt werden, möglich, einen Huberfassungszylinder zu realisieren, der in der Lage ist, jegliche Auswirkungen aufgrund von externen Stößen und Fehlern zu reduzieren. Der Zylinder nach der vorliegenden Erfindung kann für eine Automa­ tion von schwerem Baugerät unter schlechten Arbeitsbedingungen benutzt werden. Das Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfassungszylinder nach der Erfindung kann für eine hydraulische oder pneumatische Simulation benutzt werden, wie beispielsweise in einem Automationssystem, bei dem die hydrau­ lische oder pneumatische Vorrichtung benutzt wird.

Claims (13)

1. Verfahren zum Erfassen einer Magnetflußänderung einer ma­ gnetischen Skala unter Verwendung von mehreren magnetischen Sensoren in bezug auf eine Zylinderstange, die wenigstens eine unterschiedliche Magnetskalenausbildungsperiode in einem re­ gelmäßig vorstehenden und vertieften Teil aufweist, Signalver­ arbeitung unter Verwendung eines Mikrocomputers und eines l/N teilenden Zähler, Zählen der so signalverarbeiteten Schwingun­ gen und Beurteilen einer Absolutposition und der Richtung in bezug auf einen Hub eines Zylinders, wobei das verbesserte Verfahren die Schritte beinhaltet:
einen Magnetskalenerfassungsschritt zum Gewinnen von mehreren Sinusspannungen, die unterschiedliche Phasen haben, unter Ver­ wendung einer magnetischen Sensoreinheit gemäß einem Antriebs­ vorgang des Zylinders;
einen Schwingungserzeugungsschritt zum Umwandeln der Sinus­ spannung, die in dem Magnetskalenerfassungsschritt gewonnen worden ist, in eine Rechteckschwingung und Erzeugen einer Dreieckschwingung, die dieselbe Periode wie die so umgewan­ delte Rechteckschwingung hat;
einen ersten Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungs­ beurteilungsschritt zum Beurteilen eines ersten Absolutpositi­ onswertes und der Bewegungsrichtung des Zylinders in bezug auf den Hub unter Verwendung von einem paar Rechteck- und Dreieck­ schwingungen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt werden; und
einen zweiten Absolutpositionswertberechnungs- und -speicher­ schritt zum Berechnen und Speichern eines zweiten Absolutposi­ tionswertes, der einen vorbestimmten Wert hat, auf der Basis des ersten Absolutpositionswertes, der in dem ersten Absolut­ positionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt beurteilt wird.

2. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurtei­ lungsschritt beinhaltet:
einen ersten Schritt zum Vergleichen von einem Paar Dreieck­ schwingungsphasen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt werden, und Erkennen eines Absolutpositionspunktes;
einen zweiten Schritt zum Ersetzen eines in der Speichervor­ richtung gespeicherten Positionswertes durch einen ersten Ab­ solutpositionswert in bezug auf die laufende Position, wenn es einen Absolutpositionspunkt als ein Ergebnis der Beurteilung in dem ersten Schritt gibt;
einen dritten Schritt zum Rückumwandeln einer Dreieckschwin­ gung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, nach dem zweiten Schritt in eine normale Schwingung, die mit der Periode des regelmäßig vorstehenden und vertieften Teils identisch ist, und Rückgewinnen einer Rechteckschwingung mit der identischen Periode auf der Basis der rückgewonnenen Drei­ eckschwingung; und
einen vierten Schritt zum Vergleichen der Phase einer Rechteckschwingung, die in dem dritten Schritt rückgewonnen wird, und Beurteilen einer Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders.

3. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt darauf gerichtet ist, einen Scheitelwert einer Phase der Dreieckschwingung mit einem Scheitelwert von einer Periode zu vergleichen und einen Absolutpositionspunkt zu er­ kennen, wenn der Scheitelwert ein vorbestimmtes ganzzahliges Vielfaches ist und der Scheitelwert einer weiteren Phase 0 ist.

4. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schritt darauf gerichtet ist, den Scheitelwert von 0 aus zu verringern, wenn der Scheitelwert der Dreieck­ schwingung, die einer normalen magnetischen Skala entspricht, durch eine weitere magnetische Skala erzeugt wird, die eine andere Periode bei den Schwingungserzeugungen hat, das 1,1-fa­ che bis 2-fache ist, und Rückgewinnen der Dreieckschwingung durch Verringern des Scheitelwertes von 0 aus zwischen dem 2,1-fachen und dem 3-fachen.

5. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Absolutpositionswertberechnungs- und -speicherschritt darauf gerichtet ist, einen groben Di­ stanzwert zu summieren, der durch 1/N-Teilen berechnet wird, und Zählen der Rechteckschwingungen, die nach Anspruch 2 rück­ gewonnen werden, und eines Feindistanzwertes, der durch den laufenden Dreieckschwingungswert durch den Scheitelwert der Dreieckschwingung vor einer Periode berechnet wird, um so einen zweiten Absolutpositionswert zu berechnen.

6. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt beinhaltet:
einen ersten Schritt zum Vergleichen eines Paares von Rechteckschwingungsphasen, die durch den Schwingungserzeu­ gungsschritt erzeugt werden, und Beurteilen einer Richtung in bezug auf den Hub des Zylinders;
einen zweiten Schritt zum Vergleichen eines Paares von Drei­ eckschwingungen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt er­ zeugt werden, und Beurteilen, ob die Zahl der Absolutpositi­ onspunkte auf der Basis der Ausbildung des vertieften Teils der verformten Periode eine Serie von zwei ist;
einen dritten Schritt zum Berechnen der Zahl der Rechteck­ schwingungen zwischen zwei Absolutpositionspunkten, wenn die Zahl der Absolutpositionspunkte eine Serie von zwei ist, als ein Ergebnis der Beurteilung in dem zweiten Schritt;
einen vierten Schritt zum Substituieren des Positionswertes, der in der Speichervorrichtung gespeichert ist, mit einem er­ sten Absolutpositionswert in bezug auf die laufende Position auf der Basis eines Wertes, der der Zahl von Richtung und Rechteckschwingungen in bezug auf den Hub des Zylinders ent­ spricht, die in dem ersten und dem dritten Schritt beurteilt werden; und
einen fünften Schritt zum Rückumwandeln der Dreieckschwingung, die in dem schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, in eine normale Schwingung, deren Periode mit der des regelmäßig vor­ stehenden Intervalls identisch ist, und Rückgewinnen einer Rechteckschwingung mit der identischen Periode auf der Basis der so rückgewonnenen Dreieckschwingung.

7. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutpositionsbeurteilung des zweiten Schrittes darauf ge­ richtet ist, den Scheitelwert der Dreieckschwingung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, mit einem Scheitelwert des normal vorstehenden Teils zu vergleichen und ein vorbestimmtes ganzzahliges Vielfaches als einen Absolutpo­ sitionspunkt zu erkennen.

8. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutpositionspunkt, der Scheitelwert der Dreieckschwingung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, das Dreifache des Scheitelwertes ist, der einem normal vorstehen­ den und vertieften Teil entspricht.

9. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem fünften Schritt der Scheitelwert von 0 aus verringert wird, um so eine Dreieckschwingung zu bilden, wobei der Schei­ telwert der Dreieckschwingung, der einem vertieften Teil ent­ spricht, in welchem eine magnetische Skala nicht mit einer vorbestimmten Formationsperiode ausgebildet ist, zwischen dem 1,1-fachen und dem 2-fachen im Vergleich zu dem Scheitelwert der Dreieckschwingung liegt, die einer normalen magnetischen Skala entspricht, und von 0 aus zwischen dem 2,1-fachen und dem 3-fachen verringert wird.

10. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Absolutpositionswerterfassungs- und Hubrichtungsbeurteilungsschritt beinhaltet:
einen ersten Schritt zum Vergleichen eines Paares von Rechteckschwingungsphasen, die in dem Schwingungserzeugungs­ schritt erzeugt werden, und Beurteilen einer Richtung in bezug auf einen Hub des Zylinders;
einen zweiten Schritt zum Vergleichen eines Paares von Drei­ eckschwingungsphasen, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt werden, und Beurteilen, ob die Zahl der Absolutpositi­ onspunkte auf der Basis der vorstehenden Teile der Deformati­ onsperiode eine Serie von zwei ist;
einen dritten Schritt zum Zählen der Zahl von Rechteckschwin­ gungen zwischen zwei Absolutpositionspunkten, wenn die Zahl der Absolutpositionspunkte eine Serie von zwei ist, als ein Resultat der Beurteilung des zweiten Schrittes;
einen vierten Schritt zum Substituieren eines Positionswertes, der in der Speichervorrichtung gespeichert ist, mit einem er­ sten Absolutpositionswert unter Verwendung eines Wertes, der der Zahl von Richtung und Rechteckschwingungen in bezug auf den Hub des Zylinders entspricht, die in dem ersten und dem dritten Schritt beurteilt werden; und
einen fünften Schritt zum Rückumwandeln einer Dreieckschwin­ gung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, nach dem vierten Schritt in eine normale Schwingung, die mit der Periode der ursprünglichen und vorstehend und vertieften Teile identisch ist, und Rückgewinnen der Rechteckschwingung mit der identischen Periode auf der Basis der so rückgewon­ nenen Dreieckschwingung.

11. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutpositionsbeurteilung in dem zweiten Schritt darauf gerichtet ist, den Scheitelwert der Dreieckschwingung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, mit dem Schei­ telwert eines normal vorstehenden und vertieften Teils zu ver­ gleichen und den Punkt, wo der Scheitelwert das (-)-fache ist, als einen Absolutpositionspunkt zu erkennen.

12. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutpositionspunkt, der Scheitelwert der Dreieckschwin­ gung, die in dem Schwingungserzeugungsschritt erzeugt wird, das -3-fache des Scheitelwerts ist, der einem normal vorste­ henden und vertieften Teil entspricht.

13. Absolutpositionserfassungsverfahren für einen Huberfas­ sungszylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem fünften Schritt der Scheitelwert von 0 aus verringert wird, um so eine Dreieckschwingung zu bilden, wobei der Schei­ telwert der Dreieckschwingung einem vorstehenden Teil ent­ spricht, in welchem eine magnetische Skala nicht mit einer vorbestimmten Formationsperiode ausgebildet ist, zwischen dem -1,1-fachen und dem -2-fachen liegt, verglichen mit dem Schei­ telwert der Dreieckschwingung, die einer normalen magnetischen Skala entspricht, und von 0 aus zwischen dem -2,1-fachen und dem -3-fachen verringert wird.