EP0196572A2 - Positioning device for a rodless actuator - Google Patents

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Publication number
EP0196572A2
EP0196572A2 EP86103865A EP86103865A EP0196572A2 EP 0196572 A2 EP0196572 A2 EP 0196572A2 EP 86103865 A EP86103865 A EP 86103865A EP 86103865 A EP86103865 A EP 86103865A EP 0196572 A2 EP0196572 A2 EP 0196572A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder body
piston
positioning device
power delivery
measuring
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Withdrawn
Application number
EP86103865A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0196572A3 (en
Inventor
Dieter Mai
Karl Wydra
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse AG
Original Assignee
Knorr Bremse AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse AG filed Critical Knorr Bremse AG
Priority to EP86103865A priority Critical patent/EP0196572A3/en
Publication of EP0196572A2 publication Critical patent/EP0196572A2/en
Publication of EP0196572A3 publication Critical patent/EP0196572A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/084—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of the rodless piston type, e.g. with cable, belt or chain
    • 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
    • F15B15/2807—Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches
    • 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
    • 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
    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a positioning device for rodless cylinders which have a piston which can be axially movably guided on one or both sides in a cylinder body and a power delivery slide which is coupled to the piston via coupling members and is optionally displaceable longitudinally on the cylinder body.
  • Rodless cylinders are known in different embodiments.
  • the coupling members connecting the piston to the power delivery slide comprise a band connected to the piston, which is guided to the power delivery slide via deflection rollers arranged on both piston ends and also on this is attached.
  • the power delivery slide on the cylinder body can be guided in a longitudinally displaceable manner and according to DE-GM 79 31 576 or DE-OS 34 03 830, the power delivery slide can be provided with a brake, by means of which it can be locked in any stroke position
  • the coupling links can also be designed differently, for example the piston according to DE-PS 21 62 572 can be connected to a driver which projects radially outwards through a longitudinal slot of the cylinder guiding the piston and on which the force-transmitting carriage is held.
  • the longitudinal slot of the cylinder is covered pressure-tight in the area outside the piston by a tape. It is also already known to couple the piston to the force output slide without contact by means of a magnetic field passing through the cylinder wall.
  • the rodless cylinders are particularly advantageous for applications in robot-type devices, for example handling devices, since they allow large stroke lengths to be carried out with a short installation length.
  • cylinders suitable for the devices mentioned it is necessary not only to be able to repeatedly move to a few individual piston positions, for example determined by the lift switches mentioned, but it is often necessary to be able to set any predetermined lift positions very precisely.
  • pneumatically actuated cylinders have caused difficulties due to the compressibility of the compressed air.
  • Positioning devices are already known for cylinders provided with piston rods, which enable the setting of precise, predeterminable piston stroke positions.
  • the sensor signals are added in an evaluation circuit to counters for displaying the piston position.
  • the publication also shows that the signals of three sensors distributed over half the marking division can be fed three coils arranged at an angle of 120 °, the rotating field of which control a magnetic needle indicating the piston rod.
  • the publication shows a magnetic tape to be arranged on the piston rod with two separately scannable rows of markings, one of which has a much larger division than the other row of marks
  • piston rod cylinders In other types of piston rod cylinders, it is known to connect the piston rod head to the wiper of a rheostat or potentiometer, if necessary via an intermediate lever, and thus to set piston position-dependent resistances and thus voltages or current flows, which can serve to indicate the respective position of the piston. It is also already known for cylinders having piston rods. (Magazine “fluid”, April 1982, page 39, picture 10/11) to couple the piston resiliently with pneumatic switching valves, which result in the control of certain piston positions depending on the pressure level of the cylinder.
  • the measuring element which emits or changes in the case of relative movements between the two measurement signals is arranged, the measuring element comprising at least one digital longitudinal markings arranged on the cylinder body and extending over the entire stroke of the force output slide has a load-bearing measuring tape, to which a plurality of sensors arranged offset from one another are assigned, and that an interpolation device is provided for the sensor signals.
  • a large number of non-contact measuring devices preferably of a magnetic, but also of an optical or other type, are already known for scanning the rotary movements, in particular the rotational speed, the direction of rotation and / or the angle of rotation of rotating bodies (US Pat. No. 2,669,669, 3,564,313, AT- PS 314 67 1 , DE-AS 1 1 38 240).
  • These devices mostly work with a row of magnetic markers arranged on one or more partial circles, which are scanned by one or more sensors, the sensor signals being supplied to suitable evaluation devices, which interpolation devices serve to increase the measuring accuracy include.
  • the interpolation of the measurement signals of a plurality of sensors like in the case of slide calipers or micrometer graduations, enables substantial increases in the accuracy of the measurement values in relation to the marking distances in the marking rows.
  • FIGS. 1 and 2 different embodiments for positioning devices designed according to the invention are shown, for example
  • a rodless cylinder is provided with a cylinder body 1 , in the piston guide 2 of which a piston 3 is guided so as to be axially displaceable in a sealed manner.
  • the cylinder body 2 is provided with line connections 4, through which the piston 3 is connected from both sides Pressure medium, preferably compressed air, can be acted on.
  • Switching valves can be connected to the line connections 4, via which the pressure medium action on the piston 3 can be controlled only indicated seal 7 slidably protrudes on the cylinder covers 6 are mounted on bearing blocks 8 deflection rollers 9, over which the band 5 is guided and deflected by about 180 °, such that it is in a region 10 laterally next to the cylinder body 1 of one to the other pulley 9 extends I In the area 10, a force delivery carriage 11 is held on the band 5, which can be displaced parallel to the longitudinal direction of the cylinder body 1 in the direction of the arrow 12.
  • the band 5 can be designed as a closed loop on which the piston 3 and the force delivery carriage 11 are held, it can consist of one Band piece exist, the ends of which are connected to each other on the piston 3 or the power delivery slide 11, or two tape pieces can be provided, each of which extends from the piston 3 to the power delivery slide 11.
  • the power delivery carriage 11 can be guided in a longitudinally displaceable manner in any manner, for example it can be guided on the cylinder body 1 in the manner apparent from DE-OS 29 4 5 1 33, DE-OS 3 1 2 4 915 or the unpublished patent application P 33 13 206 and be braked against it.
  • the magnetic tape 14 is provided in the longitudinal direction of the cylinder body 1 with at least one row of digital, magnetic markings, for example magnetically stamped cross lines.
  • the power delivery carriage 11 carries a sensor device 15 to be explained later, the receiving head of which faces the cylinder body 1 and is directly opposite the magnetic tape 14 in such a way that it can record the magnetic markings on the magnetic tape 14.
  • the sensor device 15 When moving the power delivery carriage 11, the sensor device 15 thus emits sensor signals corresponding to the markings of the magnetic tape 14 which move relative to it, which signals are removed from the power delivery carriage 11 via lines (not shown) and processed in a processing device (not shown) in such a way that the respective position of the Power output sled 11 indicating, digital output signal and / or control signals for the switching valves are formed, and further such that, by appropriate actuation control of the piston 3, the power output sled 11 is driven into a predetermined, specific position and, if necessary, braked therein.
  • the measuring element formed from the magnetic tape 14 and the sensor device 15 as well as the processing device preferably operates in the manner of a pulse counter and storage device, whereby the position of the power delivery carriage 11 can be determined by counting the individual markings that have moved past the power delivery carriage 11.
  • the cylinder according to FIG. 2 which shows a cross section through the cylinder, has a cylinder body 1, which laterally next to the piston guide 2 has an elongated recess 20 parallel to the latter for receiving guide and / or or brake elements 21 of the power delivery slide 11 is provided, the guide and / or brake elements 21 being connected to the power delivery slide 11 by an opening slot 22, connecting elements 23 projecting outward from the recess 20, and the opening slot 22 on both sides of the power delivery slide 11 in FIG is not clearly visible, it is expedient to arrange the measuring element formed from a measuring body fixed to the cylinder body and a sensor device fixed to the power sled in the region of the recess 20. From FIG.
  • the cylinder body 1 on the bottom side of the recess 20 has a measuring tape 24 embedded in a longitudinal groove, for example formed according to the strip 13 and the magnetic tape 14 according to FIG. 1, which extends over the entire guide length for the power delivery slide 11 extends the guide and / or braking elements 21 or the connecting elements 23 of the power delivery carriage 11 are provided opposite the measuring tape 24 with a sensor device 25 which is able to scan the markings on the measuring tape 24.
  • the structure and function of the measuring tape 24 and the sensor device 25 thus largely correspond to those of the magnetic tape 14 and the sensor device 15 according to FIG. 1, but they are arranged in a very well-protected position, so that the cylinder can also be used in a very dirty environment or atmosphere can be operated without disturbing the positioning device
  • the strip 13 or the measuring tape 24 can also be provided with different types of markings, for example of an optical or structural type, the sensor device of course. These types of marking must be adapted. For example, it is possible to provide hole markings or marking lines arranged in rows, which can be scanned by an optically acting sensor device, for example in the manner of a light barrier or a reflected light-receiving photodiode.
  • the sensor devices 15 and 25 several individual sensors are provided for each row of markings, offset from one another in the longitudinal direction of the row, the sensor distance preferably not corresponding to a multiple of the marking division; This results in interpolation between the individual sensor signals in the manner already mentioned which achieves a positioning accuracy that significantly exceeds the marking division.
  • the positioning accuracy can be further increased by providing several rows of markings next to one another, each of which is provided by a sensor device with a plurality of sensors in the manner described above are scanned, the sensor signals in turn being interpolated.
  • the markings mechanically, for example as tooth-like protrusions, which are scanned optically or magnetically by the sensors.
  • measuring organ designs according to FIG. 1 with sensor 15 or FIG. 2 can be used for any type of rodless cylinder

Abstract

On the actuator body (1), the positioning device has marks which can be scanned by a sensor device (15) which is to be arranged on the output slide (11) and comprises several, offset sensors. The respective position of the piston (3) or output slide (11) can be determined very accurately from the sensor signals by means of interpolation. The positioning device can be arranged in a space-saving manner in a simple construction. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für kolbenstangenlose Zylinder, die einen in einem Zylinderkörper axial beweglich geführten ein-oder beidseitig druckmittelbeaufschlagbaren Kolben und einen über Koppelglieder mit dem Kolben gekoppelten, gegebenenfalls am Zylinderkörper längsverschieblich geführten Kraftabgabeschlitten aufweisen.The invention relates to a positioning device for rodless cylinders which have a piston which can be axially movably guided on one or both sides in a cylinder body and a power delivery slide which is coupled to the piston via coupling members and is optionally displaceable longitudinally on the cylinder body.

Kolbenstangenlose Zylinder sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt Bei einer Bauform beispielsweise nach dem DE-GM 1 897 277 umfassen die den Kolben mit dem Kraftabgabeschlitten verbindenden Koppelglieder ein mit dem Kolben verbundenes Band, welches über an beiden Kolbenenden angeordnete Umlenkrollen zum Kraftabgabeschlitten geführt ist und an diesem ebenfalls befestigt ist. Nach der DE-OS 29 38 332 kann der Kraftabgabeschlitten am Zylinderkörper längsverschieblich geführt sein und nach dem DE-GM 79 31 576 oder DE-OS 34 03 830 kann der Kraftabgabeschlitten mit einer Bremse versehen sein, mittels welcher er in jeder beliebigen Hubstellung feststellbar ist Die Koppelglieder können jedoch auch andersartig ausgebildet sein, beispielsweise kann der Kolben gemäß der DE-PS 21 62 572 mit einem durch einen Längsschlitz des den Kolben führenden Zylinders radial nach außen ragenden Mitnehmer verbunden sein, an welchem der Kraftabgabeschlitten gehalten ist. Der Längsschlitz des Zylinders wird hierbei im Bereich außerhalb des Kolbens durch ein Band druckdicht abgedeckt. Es ist auch bereits bekannt, den Kolben berührungsfrei durch ein die Zylinderwandung durchsetzendes Magnetfeld mit dem Kraftabgabeschlitten zu koppeln.Rodless cylinders are known in different embodiments. In a design, for example according to DE-GM 1 897 277, the coupling members connecting the piston to the power delivery slide comprise a band connected to the piston, which is guided to the power delivery slide via deflection rollers arranged on both piston ends and also on this is attached. According to DE-OS 29 38 332, the power delivery slide on the cylinder body can be guided in a longitudinally displaceable manner and according to DE-GM 79 31 576 or DE-OS 34 03 830, the power delivery slide can be provided with a brake, by means of which it can be locked in any stroke position However, the coupling links can also be designed differently, for example the piston according to DE-PS 21 62 572 can be connected to a driver which projects radially outwards through a longitudinal slot of the cylinder guiding the piston and on which the force-transmitting carriage is held. The longitudinal slot of the cylinder is covered pressure-tight in the area outside the piston by a tape. It is also already known to couple the piston to the force output slide without contact by means of a magnetic field passing through the cylinder wall.

Die kolbenstangenlosen Zylinder sind besonders vorteilhaft für Anwendungen in roboterartigen Geräten, beispielsweise Handlings-Geräten geeignet, da sie bei geringer Einbaulänge große Hubwege auszuführen gestatten. Aus der bereits erwähnten DE-OS 34 03 830 und der Zeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik", Band 23, Nr. 2, Februar 1979, Seiten 112 und 113, ist es für unterschiedliche Bauarten kolbenstangenloser Zylinder bekannt, berührungsfrei vom Kolben schaltbare Hubschalter, beispielsweise Reedschafter, vorzusehen Bei für die erwähnten Geräte geeigneten Zylindem ist es jedoch erforderlich, nicht nur wenige einzelne, beispielsweise durch die erwähnten Hubschalter bestimmte Kolbenstellungen wiederholbar anfahren zu können, sondern es ist oftmals nötig, beliebige, vorherbestimmbare Hubstellungen sehr genau einstellen zu können. Hier bereiteten bisher pneumatisch beaufschlagbare Zylinder infolge der Kompressibilität der Druckluft Schwierigkeiten.The rodless cylinders are particularly advantageous for applications in robot-type devices, for example handling devices, since they allow large stroke lengths to be carried out with a short installation length. From the already mentioned DE-OS 34 03 830 and the magazine "Oil Hydraulics and Pneumatics", Volume 23, No. 2, February 1979, pages 112 and 113, it is known for different types of rodless cylinders, contact-free switchable piston switches, for example Shipping company to provide In the case of cylinders suitable for the devices mentioned, it is necessary not only to be able to repeatedly move to a few individual piston positions, for example determined by the lift switches mentioned, but it is often necessary to be able to set any predetermined lift positions very precisely. Up to now, pneumatically actuated cylinders have caused difficulties due to the compressibility of the compressed air.

Für mit Kolbenstangen versehene Zylinder sind bereits Positioniereinrichtungen bekannt welche das Einstellen genauer, vorherbestimmbarer Kolbenhubstellungen ermöglichen. Hierzu ist es bekannt (FR-A 2 503 609), die Kolbenstange mit wendel-oder ringförmigen, beispielsweise magnetischen Markierungen zu versehen, welche berührungsfrei durch bis zu vier ringförmig oder auch axial versetzt angeordnete Sensoren, beispielsweise Halbgeneratoren, abgetastet werden. Die Sensorsignale werden in einer Auswerteschaltung addiert Zählem zur Anzeige der Kolbenstellung zugeführt Die Druckschrift zeigt auch, daß die Signale dreier auf halber Markierungsteilung verteilt angeordneter Sensoren drei im Winkel von je 120° angeordneten Spulen zuführbar sind, deren Drehfeld eine die Kolbenstange anzeigende Magnetnadel steuern. Weiterhin zeigt die Druckschrift ein an der Kolbenstange anzuordnendes Magnetband mit zwei getrennt abtastbaren Markierungsreihen, deren eine eine wesentlich größere Teilung als die andere Markierungsreihe aufweistPositioning devices are already known for cylinders provided with piston rods, which enable the setting of precise, predeterminable piston stroke positions. For this purpose, it is known (FR-A 2 503 609) to provide the piston rod with helical or ring-shaped, for example magnetic, markings which are scanned in a contactless manner by up to four sensors, for example half-generators, which are arranged in a ring-shaped or axially offset manner. The sensor signals are added in an evaluation circuit to counters for displaying the piston position. The publication also shows that the signals of three sensors distributed over half the marking division can be fed three coils arranged at an angle of 120 °, the rotating field of which control a magnetic needle indicating the piston rod. Furthermore, the publication shows a magnetic tape to be arranged on the piston rod with two separately scannable rows of markings, one of which has a much larger division than the other row of marks

Bei andersartigen Ausführungen von Kolbenstangenzylindem ist es bekannt, den Kolbenstangenkopf gegebenenfalls über Zwischenhebel mit dem Schleifer eines Rheostaten bzw. Potentiometers zu verbinden und so kolbenstellungsabhängige Widerstände und damit Spannungen bzw. Stromflüsse einzustellen, welche dazu dienen können, die jeweilige Position des Kolbens anzuzeigen. Es ist für Kolbenstangen aufweisende Zylinder auch bereits bekannt. (Zeitschrift "fluid", April 1982, Seite 39, Bild 10/11), den Kolben federnd mit pneumatischen Schaltventilen zu koppeln, welche die Einsteuerung bestimmter Kolbenpositionen in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagungshöhe des Zylinders ergeben. Diese Einrichtungen benötigen jedoch im Einbaubereich des Zylinders ein beachtliches Bauvolumen, so daß die Relation zwischen Zylindergröße und möglichem Kolbenhub noch ungünstiger wird, außerdem sind diese Einrichtungen nur für einseitig beaufschlagbare Zylinder verwendbar und daher in ihren Anwendungsmöglichkeiten sehr beschränkt Bei anderen Positioniereinrichtungen ist der Kolbenstangenkopf mit einer Zahnstange gekoppelt, auf welcher ein Ritzel läuft, welches zum einen über einen Tachogenerator bzw. ein Potentiometer Stellungssignale abzugeben vermag und welches des weiteren über eine Bremse abbremsbar ist Diese Positioniereinrichtung beansprucht ein noch größeres Bauvolumen im Bereich des Zylinders und außerdem einen hohen Bauaufwand, sie gewährleistet zudem keine genaue Positionierung der Kolbenstellung.In other types of piston rod cylinders, it is known to connect the piston rod head to the wiper of a rheostat or potentiometer, if necessary via an intermediate lever, and thus to set piston position-dependent resistances and thus voltages or current flows, which can serve to indicate the respective position of the piston. It is also already known for cylinders having piston rods. (Magazine "fluid", April 1982, page 39, picture 10/11) to couple the piston resiliently with pneumatic switching valves, which result in the control of certain piston positions depending on the pressure level of the cylinder. However, these devices require a considerable amount of space in the installation area of the cylinder, so that the relationship between cylinder size and possible piston stroke becomes even more unfavorable.Moreover, these devices can only be used for cylinders that can be acted on from one side and are therefore very limited in their application options Coupled rack, on which a pinion runs, which on the one hand is able to emit position signals via a tachometer generator or a potentiometer and which can also be braked by a brake.This positioning device requires an even larger construction volume in the area of the cylinder and also a high construction effort, it ensures also no exact positioning of the piston position.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Posiitioniereinrichtung für kolbenstangenlase Zylinder zu schaffen, welche zumindest im Bereich des Zylinders keinen großen Einbauraum benötigt, welche in ihrem Aufbau einfach und billig ist und welche eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte, gegebenenfalls sehr genaue Positionierung der Kolbenstellung ermöglichtIt is an object of the invention to provide a positioning device for piston rod-free cylinders which, at least in the area of the cylinder, does not require a large installation space, which is simple and inexpensive in its construction and which enables the piston position to be positioned, possibly very precisely, in accordance with the respective requirements

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Zylinderkörper und dem Kraftabgabeschlitten ein bei Relativbewegungen zwischen beiden Meßsignalen abgebendes bzw. änderndes Meßorgan eingeordnet ist, wobei das Meßorgan wenigstens ein am Zylinderkörper angeordnetes, sich über die ganze Hubstrecke des Kraftabgabeschlittens erstreckenden, digitale Längsmarkierungen tragendes Meßband aufweist, dem mehrere zueinander versetzt angeordnete Sensoren zugeordnet sind, und daß eine Interpolationseinrichtung für die Sensorsignale vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that between the cylinder body and the force output slide a measuring element which emits or changes in the case of relative movements between the two measurement signals is arranged, the measuring element comprising at least one digital longitudinal markings arranged on the cylinder body and extending over the entire stroke of the force output slide has a load-bearing measuring tape, to which a plurality of sensors arranged offset from one another are assigned, and that an interpolation device is provided for the sensor signals.

Nach der weiteren Erfindung vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Positionsiereinrichtung sind den Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.According to the invention, advantageous design options for the positioning device can be found in the features of the subclaims.

Zum Abtasten der Drehbewegungen, insbesondere der Rotationsgeschwindigkeit, der Rotationsrichtung und/oder des Rotationswinkeis von Drehkörpern sind bereits eine Vielzahl von berührungsfrei arbeitenden Meßeinrichtungen bevorzugt magnetischer, aber auch optischer oder sonstiger Art bekannt (US-PS 2 669 669, 3 564 313, AT-PS 314 671, DE-AS 1 138 240). Diese Vorrichtungen arbeiten zumeist mit einer auf einem oder mehreren Teilkreisen angeordneten Reihe von Magnetmarkierungem, welche durch einen oder mehrere Sensoren abgetastet werden, wobei die Sensorsignale geeigneten Auswerteeinrichtungen zugeführt werden, welche gegebenenfalls der Steigerung der Meßgenauigkeit dienende Interpolationseinrichtungen umfassen. Durch die Interpolation der Meßsignale mehrerer Sensoren sind ähnlich wie bei Schublehren-oder Mikrometer-Skaleneinteilungen wesentliche Steigerungen der Meßwertgenauigkeit in Relation zu den Markierungsabständen in den Markierungs-Reihen möglich.A large number of non-contact measuring devices, preferably of a magnetic, but also of an optical or other type, are already known for scanning the rotary movements, in particular the rotational speed, the direction of rotation and / or the angle of rotation of rotating bodies (US Pat. No. 2,669,669, 3,564,313, AT- PS 314 67 1 , DE-AS 1 1 38 240). These devices mostly work with a row of magnetic markers arranged on one or more partial circles, which are scanned by one or more sensors, the sensor signals being supplied to suitable evaluation devices, which interpolation devices serve to increase the measuring accuracy include. The interpolation of the measurement signals of a plurality of sensors, like in the case of slide calipers or micrometer graduations, enables substantial increases in the accuracy of the measurement values in relation to the marking distances in the marking rows.

In der Zeichnung Fig.1 und 2 sind unterschiedliche Ausführungsformen für nach der Erfindung ausgebildete Positioniereinrichtungen beispielsweise dargstelltIn the drawing FIGS. 1 and 2, different embodiments for positioning devices designed according to the invention are shown, for example

Gemäß Fig.1 ist ein kolbenstangenloser Zylinder mit einem Zylinderkörper 1 versehen, in dessen Kolbenführung 2 ein Kolben 3 abgedichtet axial verschieblich geführt ist-Nahe seiner beiden Enden ist der Zylinderkörper 2 mit Leitungsanschlüssen 4 versehen, durch welche der Kolben 3 von beiden Seiten her mit Druckmittel, bevorzugt Druckluft, beaufschlagbar ist An die Leitungsanschlüsse 4 sind nicht dargestellte Schaltventile anschließbar, über welche die Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens 3 steuerbar istVom Kolben 3 geht beidseitig ein bevorzugt als dünnes Stahlband ausgebildetes Band 5 aus, welches die beidseitigen Zylinderdeckel 6 des Zylinderkörpers 1 durch eine nur angedeutete Dichtung 7 abgedichtet verschieblich durchragt An den Zylinderdeckeln 6 sind über Lagerböcke 8 Umlenkrollen 9 gelagert, über welche das Band 5 geführt und um etwa 180° umgelenkt wird, derart, daß es sich in einem Bereich 10 seitlich neben dem Zylinderkörper 1 von der einen zur anderen Umlenkrolle 9 erstreckt Im Bereich 10 ist am Band 5 ein Kraftabgabeschlitten 11 gehaltert, welcher parallel zur Längsrichtung des Zylinderkörpers 1 in Pfeilrichtung 12 verschieblich ist Das Band 5 kann als geschlossene Schleife ausgebildet sein, an welcher der Kolben 3 und der Kraftabgabeschlitten 11 gehaltert sind, es kann aus einem Bandstück bestehen, dessen Enden am Kolben 3 oder dem Kraftabgabeschlitten 11 miteinander verbunden sind, oder es können zwei Bandstücke vorgesehen sein, welche sich jeweils vom Kolben 3 zum Kraftabgabeschlitten 11 erstrecken. Der Kraftabgabeschlitten 11 kann in beliebiger Weise längsverschieblich geführt sein, beispielsweise kann er in der aus der DE-OS 29 45 133, DE-OS 31 24 915 oder der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 33 13 206 ersichtlichen Weise am Zylinderkörper 1 geführt und gegenüber diesem abbremsbar sein.1, a rodless cylinder is provided with a cylinder body 1 , in the piston guide 2 of which a piston 3 is guided so as to be axially displaceable in a sealed manner. Near its two ends, the cylinder body 2 is provided with line connections 4, through which the piston 3 is connected from both sides Pressure medium, preferably compressed air, can be acted on. Switching valves (not shown) can be connected to the line connections 4, via which the pressure medium action on the piston 3 can be controlled only indicated seal 7 slidably protrudes on the cylinder covers 6 are mounted on bearing blocks 8 deflection rollers 9, over which the band 5 is guided and deflected by about 180 °, such that it is in a region 10 laterally next to the cylinder body 1 of one to the other pulley 9 extends I In the area 10, a force delivery carriage 11 is held on the band 5, which can be displaced parallel to the longitudinal direction of the cylinder body 1 in the direction of the arrow 12. The band 5 can be designed as a closed loop on which the piston 3 and the force delivery carriage 11 are held, it can consist of one Band piece exist, the ends of which are connected to each other on the piston 3 or the power delivery slide 11, or two tape pieces can be provided, each of which extends from the piston 3 to the power delivery slide 11. The power delivery carriage 11 can be guided in a longitudinally displaceable manner in any manner, for example it can be guided on the cylinder body 1 in the manner apparent from DE-OS 29 4 5 1 33, DE-OS 3 1 2 4 915 or the unpublished patent application P 33 13 206 and be braked against it.

Gemäß Fig.1 ist auf dem Zylinderkörper 1 eine vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Leiste 13 befestigt welche sich unterhalb des Bewegungsbereiches des Kraftabgabeschlittens 11 erstreckt und welche auf ihrer dem Zylinderkörper 1 abgewandten Seite ein in der Seitenansicht nur als Linie erkennbares Magnetband 14 trägt, wobei das Magnetband in Art der üblichen Magnettonbänder ausgebildet sein kann. Das Magnetband 14 ist in Längsrichtung des Zylinderkörpers 1 mit wenigstens einer Reihe digitaler, magnetischer Markierungen, beispielsweise magnetisch aufgeprägter Querstriche versehen. Der Kraftabgabeschlitten 11 trägt eine später zu erläuternde Sensoreinrichtung 15, deren Aufnahmekopf dem Zylinderkörper 1 zugewandt ist und dem Magnetband 14 unmittelbar gegenübersteht derart, daß sie die Magnetmarkierungen des Magnetbandes 14 aufzunehmen vermag. Beim Verschieben des Kraftabgabeschlittens 11 gibt die Sensoreinrichtung 15 somit entsprechend den sich zu ihr relativ verschiebenden Markierungen des Magnetbandes 14 Sensorsignale ab, welche über nicht dargestellte Leitungen vom Kraftabgabeschlitten 11 abgenommen und in einer nicht dargestellten Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden, derart, daß ein die jeweilige Position des Kraftabgabeschlittens 11 anzeigendes, digitales Ausgangssignal und/oder Steuersignale für die Schaltventile gebildet werden, und weiterhin derart, daß durch entsprechende Beaufschlagungssteuerung des Kolbens 3 der Kraftabgabeschlitten 11 in eine vorgegebene, bestimmte Position eingesteuert und in dieser gegebenenfalls festgebremst wird. Das aus dem Magnetband 14 und der Sensoreinrichtung 15 sowie der nicht dargestellten Verarbeitungsvorrichtung gebildete Meßorgan arbeitet dabei vorzugsweise in Art einer Impulszähl-und Speichereinrichtung, wodurch durch Abzählen der jeweils am Kraftabgabeschlitten 11 vorbeibewegten Einzeimarkierungen die Position des Kraftabgabeschlittens 11 bestimmbar ist.According to FIG. 1, a bar 13, preferably made of plastic, is fastened on the cylinder body 1, which extends below the range of motion of the force-transmitting carriage 11 and which on its side facing away from the cylinder body 1 carries a magnetic tape 14 that can only be seen as a line in the side view, the magnetic tape can be designed in the manner of the usual magnetic tapes. The magnetic tape 14 is provided in the longitudinal direction of the cylinder body 1 with at least one row of digital, magnetic markings, for example magnetically stamped cross lines. The power delivery carriage 11 carries a sensor device 15 to be explained later, the receiving head of which faces the cylinder body 1 and is directly opposite the magnetic tape 14 in such a way that it can record the magnetic markings on the magnetic tape 14. When moving the power delivery carriage 11, the sensor device 15 thus emits sensor signals corresponding to the markings of the magnetic tape 14 which move relative to it, which signals are removed from the power delivery carriage 11 via lines (not shown) and processed in a processing device (not shown) in such a way that the respective position of the Power output sled 11 indicating, digital output signal and / or control signals for the switching valves are formed, and further such that, by appropriate actuation control of the piston 3, the power output sled 11 is driven into a predetermined, specific position and, if necessary, braked therein. The measuring element formed from the magnetic tape 14 and the sensor device 15 as well as the processing device (not shown) preferably operates in the manner of a pulse counter and storage device, whereby the position of the power delivery carriage 11 can be determined by counting the individual markings that have moved past the power delivery carriage 11.

Falls entsprechend der bereits erwähnten Patentanmeldung P 33 13 206 der Zylinder gemäß der einen Querschnitt durch den Zylinder darstellenden Fig.2 einen Zylinderkörper 1 aufweist, der seitlich neben der Kolbenführung 2 mit einer zu dieser parallelen, langgestreckten Ausnehmung 20 zur Aufnahme von Führungs-und/oder Bremselementen 21 des Kraftabgabeschlittens 11 versehen ist, wobei die Führungs-und/oder Bremselemente 21 durch einen Öffnungsschlitz 22 von der Ausnehmung 20 nach außen durchragende Verbindungselemente 23 mit dem Kraftabgabeschlitten 11 verbunden sind und der Öffnungsschlitz 22 beiderseits des Kraftabgabeschlittens 11 in aus Fig.2 nicht ersichtlicher Weise abdeckbar ist, ist es zweckmäßig, das aus einem zylinderkörperfesten Meßband und einer kraftabgabeschlittenfesten Sensoreinrichtung gebildete Meßorgan im Bereich der Ausnehmung 20 anzuordnen. Aus Fig.2 ist erkennbar, daß der Zylinderkörper 1 an der Bodenseite der Ausnehmung 20 ein in eine Längsnut eingelassenes, beispielsweise entsprechend der Leiste 13 und dem Magnetband 14 gemäß Fig.1 ausgebildetes Meßband 24 aufweist, welches sich über die gesamte Führunglänge für den Kraftabgabeschlitten 11 erstreckt Die Führungs-und/oder Bremselemente 21 bzw. die Verbindungselemente 23 des Kraftabgabeschlittens 11 sind gegenüberliegend zum Meßband 24 mit einer Sensoreinrichtung 25 versehen, welche die Markierungen des Meßbandes 24 abzutasten vermag. Der Aufbau und die Funktion von Meßband 24 und Sensoreinrichtung 25 entsprechen also weitgehend denjenigen des Magnetbandes 14 und der Sensoreinrichtung 15 nach Fig.1, sie sind jedoch in einer sehr gut geschützten Lage angeordnet, so daß der Zylinder auch in stark verschmutzter Umgebung bzw. Atmosphäre ohne Störung der Positioniereinrichtung betreibbar istIf, according to the already mentioned patent application P 33 13 206, the cylinder according to FIG. 2, which shows a cross section through the cylinder, has a cylinder body 1, which laterally next to the piston guide 2 has an elongated recess 20 parallel to the latter for receiving guide and / or or brake elements 21 of the power delivery slide 11 is provided, the guide and / or brake elements 21 being connected to the power delivery slide 11 by an opening slot 22, connecting elements 23 projecting outward from the recess 20, and the opening slot 22 on both sides of the power delivery slide 11 in FIG is not clearly visible, it is expedient to arrange the measuring element formed from a measuring body fixed to the cylinder body and a sensor device fixed to the power sled in the region of the recess 20. From FIG. 2 it can be seen that the cylinder body 1 on the bottom side of the recess 20 has a measuring tape 24 embedded in a longitudinal groove, for example formed according to the strip 13 and the magnetic tape 14 according to FIG. 1, which extends over the entire guide length for the power delivery slide 11 extends the guide and / or braking elements 21 or the connecting elements 23 of the power delivery carriage 11 are provided opposite the measuring tape 24 with a sensor device 25 which is able to scan the markings on the measuring tape 24. The structure and function of the measuring tape 24 and the sensor device 25 thus largely correspond to those of the magnetic tape 14 and the sensor device 15 according to FIG. 1, but they are arranged in a very well-protected position, so that the cylinder can also be used in a very dirty environment or atmosphere can be operated without disturbing the positioning device

Anstelle der vorstehend mehrfach erwähnten, magnetischen Markierungen kann die Leiste 13 bzw. das Meßband 24 auch mit andersartigen Markierungen, beispielsweise optischer oder struktureller Art, versehen sein, wobei die Sensoreinrichtung selbstverständlich. diesen Markierungsarten angepaßt sein muß. Beispielsweise ist es möglich, in Reihen angeordnete Lochmarkierungen oder Markierungsstriche vorzusehen, welche durch eine optisch wirkende Sensoreinrichtung beispielsweise in Art einer Lichtschranke oder einer reflektiertes Licht aufnehmenden Fotodiode abtastbar sind.Instead of the magnetic markings mentioned several times above, the strip 13 or the measuring tape 24 can also be provided with different types of markings, for example of an optical or structural type, the sensor device of course. these types of marking must be adapted. For example, it is possible to provide hole markings or marking lines arranged in rows, which can be scanned by an optically acting sensor device, for example in the manner of a light barrier or a reflected light-receiving photodiode.

In den Sensoreinrichtungen 15 bzw. 25 sind je Markierungsreihe mehrere zueinander in Reihenlängsrichtung versetzt angeordnete, einzelne Sensoren vorgesehen, wobei bevorzugt der Sensorabstand keinem Vielfachen der Markierungsteilung entspricht; hierdurch sind durch Interpolation zwischen den einzelnen Sensorsignalen in der eingangs bereits erwähnten Weise eine die Markierungsteilung wesentlich übersteigende Positioniergenauigkeit erreicht Die Positioniergenauigkeit kann weiterhin dadurch gesteigert werden, daß mehrere Markierungsreihen nebeneinander vorgesehen sind, welche jeweils von einer Sensoreinrichtung mit jeweils mehreren Sensoren in der vorstehend beschriebenen Weise abgetastet werden, wobei die Sensorsignale wiederum zu interpolieren sind.In the sensor devices 15 and 25, several individual sensors are provided for each row of markings, offset from one another in the longitudinal direction of the row, the sensor distance preferably not corresponding to a multiple of the marking division; This results in interpolation between the individual sensor signals in the manner already mentioned which achieves a positioning accuracy that significantly exceeds the marking division.The positioning accuracy can be further increased by providing several rows of markings next to one another, each of which is provided by a sensor device with a plurality of sensors in the manner described above are scanned, the sensor signals in turn being interpolated.

Weiterhin ist möglich, die Markierungen auch mechanisch, beispielsweise als zahnartig vorstehende Vorsprünge auszubilden, welche optisch oder magnetisch von den Sensoren abgetastet werden.It is also possible to design the markings mechanically, for example as tooth-like protrusions, which are scanned optically or magnetically by the sensors.

Beim Einsatz der vorstehend beschriebenen Zylinder in Roboter-oder Handlings-Geräten ist es zweckmäßig, den Kraftabgabeschlitten mit Halterungsvorrichtungen für weitere; entsprechende Zylinder vorzugsweise mit eigenen Positioniereinrichtungen, oder auch allgemein ausgedrückt für Module für weitere Bewegungen wie Querverschiebungen, Drehungen oder Greifbewegungen auszurüsten. Auf diese Weise können in einfacher, platz-und kostensparender Weise flächen-oder raumabdeckende und/oder beliebige Greif-oder Werkzeugbewegungen ermöglichende Roboter-, Handlings-oder Montagegeräte aufgebaut werden.When using the cylinders described above in robot or handling devices, it is expedient to provide the power delivery slide with holding devices for further; equip corresponding cylinders preferably with their own positioning devices, or in general terms for modules for further movements such as transverse displacements, rotations or gripping movements. In this way, robot, handling or assembly devices that cover the surface or space and / or enable any gripping or tool movements can be constructed in a simple, space-saving and cost-saving manner.

Es ist noch zu erwähnen, daß die Meßorgan-Ausführungen nach Fig.1 mit Sensor 15 bzw. Fig.2 für jede Bauart eines kolbenstangenlosen Zylinders verwendbar istIt should also be mentioned that the measuring organ designs according to FIG. 1 with sensor 15 or FIG. 2 can be used for any type of rodless cylinder

BezugszeichenlisteReference symbol list

  • 1 Zylinderkörper1 cylinder body
  • 2 Kolbenführung2 piston guide
  • 3 Kolben3 pistons
  • 4 Leitungsanschluß4 line connection
  • 5 Band5 volume
  • 6 Zylinderdeckel6 cylinder covers
  • 7 Abdichtung7 sealing
  • 8 Lagerbock8 bearing block
  • 9 Umlenkrolle9 pulley
  • 10 Bereich10 area
  • 11 Kraftabgabeschlitten11 power delivery sledges
  • 12 Pfeilrichtung12 arrow direction
  • 13 Leiste13 bar
  • 14 Magnetband14 magnetic tape
  • 15 Sensoreinrichtung15 sensor device
  • 20 Ausnehmung20 recess
  • 21 Führungs-und Bremselemente21 guiding and braking elements
  • 22 Öffnungsschlitz22 opening slot
  • 23 Verbindungselemente23 fasteners
  • 24 Meßband24 measuring tape
  • 25 Sensoreinrichtung25 sensor device

Claims (5)

1. Positioniereinrichtung für kolbenstangenlose Zylinder, die einen in einem Zylinderkörper axial beweglich geführten, ein-oder beidseitig druckmittelbeaufschlagbaren Kolben und einen über Koppelglieder mit dem Kolben gekoppelten, gegegebenanfalls am Zylinderkörper längsverschieblich geführten Kraftabgabeschlitten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinderkörper (1) und dem Kraftabgabeschlitten (11) ein bei Relativbewegungen zwischen beiden Meßsignale abgebendes Meßorgan - (14,15;24,25) eingeordnet ist, wobei das Meßorgan wenigstens ein am Zylinderkörper (1) angeordnetes, sich über die ganze Hubstrecke des Kraftabgabeschlittens erstreckendes, digitale Längsmarkierungen tragendes Meßband (13,14;24) aufweist, dem mehrere zueinander versetzt angeordnete Sensoren (15,25) zugeordnet sind, und daß eine Interpolationseinrichtung für die Sensorsignale vorgesehen ist1. Positioning device for rodless cylinders which have a piston axially movably guided in one cylinder body, one or both sides pressurizable piston and a coupled via coupling members with the piston, optionally longitudinally displaceably guided on the cylinder body force delivery carriage, characterized in that between the cylinder body (1) and The power delivery carriage (11) is provided with a measuring member - (14, 15; 24, 25) which emits relative movements between the two measurement signals, the measuring member bearing at least one digital longitudinal markings arranged on the cylinder body (1) and extending over the entire stroke of the power delivery carriage Measuring tape (13, 14; 24), to which several sensors (15, 25) arranged offset from one another are assigned, and that an interpolation device is provided for the sensor signals 2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßband (24) sich nahe von Führungs-oder Bremsflächen (21) für den Kraftabgabeschlitten (11) am Zylinderkörper (1) befindet.2. Positioning device according to claim 1, characterized in that the measuring tape (24) is close to guide or braking surfaces (21) for the power delivery slide (11) on the cylinder body (1). 3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Meßband (24) sich in einer parallel zur Kolbenführung (2) erstreckenden, die Führungs-bzw. Bremsflächen (21) aufnehmenden, nach außen durch ein vom Kraftabgabeschlitten (11) abhebbares Abdeckband abdeckbaren Führungsausnehmung (20) des ein-oder mehrteilig ausgebildeten Zylinderkörpers (1) befindet3. Positioning device according to claim 2, characterized in that the measuring tape (24) extending in a parallel to the piston guide (2), the guide or. Braking surfaces (21) receiving, to the outside by a cover tape that can be lifted off from the power delivery slide (11) cover recess (20) of the one-piece or multi-part cylinder body (1) is located 4. Positionsiereinrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßband (24) sich auf einer Kunststoffieiste befindet, die in eine Längsnut des Zylinderkörpers (1) eingelassen ist4. Positioning device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the measuring tape (24) is located on a plastic strip, which is embedded in a longitudinal groove of the cylinder body (1) 5. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisch oder magnetisch wirkendes Meßorgan vorgesehen ist, wobei das Meßband (13,14;24) optische Markierungen trägt oder in Art eines Magnettonbandes (14) ausgebildet ist und magnetische Markierungen trägt.5. Positioning device according to claim 1, characterized in that an optically or magnetically acting measuring element is provided, wherein the measuring tape (13, 14; 24) carries optical markings or is designed in the manner of a magnetic tape (14) and carries magnetic markings.
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