ES2303728T3 - Aparato para determinar la posicion de un elemento mecanico movible y metodo de marcaje de un elemento mecanico. - Google Patents

Abstract

APARATO PARA DETERMINAR LA POSICION DE UN ELEMENTO MECANICO EN EL CUAL EL ELEMENTO MECANICO ES MARCADO EN UNA FORMA OPTICAMENTE LEGIBLE.

Description

Aparato para determinar la posición de un elemento mecánico movible y método de marcaje de un elemento mecánico.

Descripción de la invención

Esta invención está relacionada con un aparato para determinar la posición de un elemento mecánico movible, y un método de marcaje de un elemento mecánico, en particular pero no exclusivamente para un elemento mecánico que comprende una biela de pistón de un ariete hidráulico que es movible con respecto a un cilindro del ariete hidráulico.

Son conocidos los medios para poder detectar la posición de una biela de pistón con respecto a un cilindro de un ariete hidráulico operable mediante un fluido, pero basándose en la detección de la posición de un dispositivo accionado por el ariete hidráulico, mediante el uso de un sensor (tal como un potenciómetro) situado en el punto de apoyo del dispositivo, y deduciendo entonces la posición de la biela desde una posición activada del dispositivo. No obstante, la medida de la posición de la biela puede estar sujeta a deficiencias mecánicas, tales como el juego mecánico entre la biela y el dispositivo accionado. Dichos detectores de la posición pueden ser también mecánicos, y por tanto sujetos a las deficiencias y al propio desgaste. El marcaje magnético de una biela de pistón se ha utilizado para proporcionar una indicación directa de la posición de la biela, aunque dichos sistemas magnéticos están sujetos a la interferencia electromagnética y a la desmagnetización del marcaje.

Es conocido el proporcionar un marcaje ópticamente fiable sobre la superficie de un elemento mecánico, y en particular para proporcionar estos marcajes por los medios del marcaje con láser. No obstante, tales marcajes con láser puede afectar negativamente a la resistencia contra la corrosión de la biela del pistón.

El documento WO95/01510 muestra un elemento mecánico que tiene una escala legible ópticamente sobre la superficie de una biela, generada por los medios del marcaje con láser.

El documento WO93/25865 muestra un sistema de detección de la posición para un elemento mecánico que comprende unas marcas legibles ópticamente aplicadas sobre el elemento mecánico, de forma que proporcionen un código pseudo-aleatorio, con el fin de que cada grupo de marcas proporcione un código único con respecto a la posición del elemento mecánico.

El documento EP-A-0503716 muestra un dispositivo de medida que tiene una pista de medida absoluta y una pista de medida incremental, en donde la pista absoluta comprende unas marcas que forman un código pseudo-aleatorio, y en donde la posición del elemento movible se determina por la combinación de las lecturas de la pista absoluta y la pista incremental.

El documento EP-A-0571796 describe la provisión de un revestimiento protector en un elemento mecánico, incluyendo una capa base resistente a la corrosión, y una capa superior resistente al desgaste, en donde la capa base comprende una aleación de níquel y estaño, bronce o plomo, y en donde la capa superior comprende un material duro tal como el acero con cromo.

Es un objeto de la presente invención el solucionar o reducir al menos uno o más de los problemas anteriores.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un elemento mecánico que comprende un marcaje legible ópticamente, en donde el marcaje ópticamente legible comprende una superficie que tiene una primera reflectividad y una pluralidad de áreas que tienen una segunda reflectividad, en donde se dispone un substrato entre el elemento mecánico y la superficie, y caracterizado porque la superficie que tiene una primera reflectividad comprende cromo y el substrato comprende bronce, y en donde las áreas que tienen una segunda reflectividad comprenden las áreas expuestas del substrato.

El substrato puede ser resistente a la corrosión.

El substrato puede ser más resistente al marcaje con láser que la superficie que tiene una primera reflectividad.

El bronce puede comprender del 88% al 92% de cobre, y del 12% al 8% de estaño.

El substrato de bronce puede tener un grosor en el rango de 0,038 mm a 0,051 mm.

El bronce puede tener un acabado superficial en el rango de 0,2 a 0,4 micras.

La parte del elemento mecánico a proporcionar con un substrato puede tener un acabado superficial inferior a 0,8 micras.

La primera reflectividad puede ser mayor que la segunda reflectividad.

\newpage

Las áreas que tienen una segunda reflectividad pueden tener un ancho que en general será constante en una dirección paralela a la dirección del movimiento del elemento mecánico.

Las áreas que tienen una segunda reflectividad pueden tener substancialmente la misma área.

El marcaje puede comprender una pluralidad de elementos del código, comprendiendo cada elemento una pluralidad de áreas de la segunda reflectividad.

Cada elemento del código puede codificar un valor numérico diferente en dígitos binarios.

Cada dígito binario puede estar indicado por la distancia entre dos de las áreas que tengan una segunda reflectividad.

Cada elemento del código puede codificar un número único.

Cada elemento del código puede comprender una parte única de una secuencia binaria pseudo-aleatoria.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un aparato para determinar la posición de un elemento mecánico movible, comprendiendo el aparato un elemento mecánico de acuerdo con el primer aspecto de la invención, comprendiendo además el aparato medios de lectura para proporcionar una salida dependiente de la posición del elemento mecánico, en donde los mencionados medios de lectura comprenden unos medios de iluminación, medios del detector y medios de decodificación.

Los medios de iluminación pueden comprender un diodo emisor de luz.

Los medios del detector pueden estar dispuestos para detectar la luz de los medios de iluminación, reflejada desde la superficie que tenga una primera reflectividad, y de las áreas que tengan una segunda reflectividad, en donde los medios del detector pueden comprender un detector que proporcione una señal que tenga un valor dentro de un primer rango, cuando la luz de una parte de la superficie que tenga la primera reflectividad se refleje y teniendo un valor dentro de un segundo rango cuando la luz de un área que tenga la mencionada segunda reflectividad se refleje sobre la misma.

Los medios del detector pueden comprender una matriz que tenga una pluralidad de detectores.

La matriz puede proporcionar una señal intermedia a los medios de decodificación, en donde la señal intermedia puede comprender una señal desde cada uno de los detectores.

Los medios de decodificación pueden comprender unos medios electrónicos para decodificar la señal intermedia a partir de los medios del detector para proporcionar la salida.

Los medios de decodificación pueden comprender unos medios para detectar una señal del detector de la señal intermedia, correspondiente a una transición correspondiente a un borde de un área de la segunda reflectividad, y medios para identificar una pluralidad de dígitos binarios de la separación de una pluralidad de las mencionadas transiciones.

Los medios de decodificación pueden comprender unos medios para identificar un elemento del código a partir de los dígitos binarios, y proporcionar la salida indicando la posición del elemento mecánico dependiente del elemento del código.

Los medios de decodificación pueden comprender además unos medios para identificar el detector de la matriz detectora sobre la cual pueda fallar alguna de las transiciones.

El aparato puede comprender además unos medios de enfoque, para enfocar la luz reflejada desde la superficie del elemento mecánico o de las áreas que tengan una segunda reflectividad sobre los medios detectores.

El elemento mecánico puede comprender una biela de pistón o un ariete hidráulico operado por un fluido.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método de marcaje de un elemento mecánico, que comprende el suministro del elemento mecánico con un substrato y proporcionar una superficie que tenga una primera reflectividad sobre el mencionado substrato, y proporcionando un marcaje en el mismo, en donde el mencionado marcaje comprende una pluralidad de áreas que tengan una segunda reflectividad, caracterizado porque el substrato comprende bronce, y la superficie comprende cromo, y en donde el método comprende la etapa de marcaje de las mencionadas áreas mediante la eliminación de la superficie para poder exponer el substrato.

La etapa de eliminación de la superficie puede comprender la utilización de un láser para eliminar la superficie.

El método puede comprender la etapa de marcar las áreas tales que las mismas tengan en general el mismo ancho en una dirección paralela a la dirección del movimiento del elemento mecánico, en donde un digito binario podrá estar indicado por la distancia entre dos de las áreas que tengan una segunda reflectividad.

Las áreas que tengan una segunda reflectividad pueden tener cada una en general la misma área.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un elemento mecánico marcado de acuerdo con el método según el tercer aspecto de la invención.

De acuerdo con un quinto aspecto de la invención, se proporciona un elemento mecánico de acuerdo con el primer aspecto de la invención, o un aparato de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, en donde el elemento mecánico puede comprender un elemento mecánico de acuerdo con el cuarto aspecto de la invención.

Se describirá a continuación una realización de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

La figura 1 es una vista esquemática de un ariete hidráulico operable mediante un fluido que incorpora una realización de la invención.

La figura 2 es una sección transversal en la línea 2-2 de la figura 1.

La figura 3 es una vista ampliada de una parte de la figura 1.

La figura 4 es una representación gráfica de una señal intermedia.

La figura 5 muestra una configuración esquemática a modo de ejemplo de los medios de decodificación.

La figura 6a es un ejemplo de una parte de una señal intermedia.

La figura 6b es la señal intermedia de la figura 6a, después de pasar a través de los medios de decodificación de la figura 5.

La figura 7 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de las etapas ejecutadas por unos medios de decodificación de acuerdo con un aspecto de la invención.

La figura 8 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de las etapas de comprobación de errores, ejecutadas por los medios de decodificación de acuerdo con un aspecto de la invención.

La figura 9 es una configuración esquemática de un sistema de control electrónico de realimentación que incorpora una realización de la invención.

Con referencia ahora a la figura 1, se muestra en 9 un ariete hidráulico operable mediante un fluido, que comprende un cilindro 10 que tiene un pistón 11 recibido en el cilindro 10, y fijado a una biela de pistón 12. En el presente ejemplo, el elemento mecánico comprende la biela de pistón 12, aunque se aclara que la invención puede utilizarse con cualquier elemento mecánico adecuado. El cilindro 10 y la biela de pistón 12 pueden estar fijados a otros dispositivos mecánicos, según se desee mediante las orejetas 13 y 14, respectivamente. Un extremo del cilindro 10 está sellado por una tapa 15 del extremo del cilindro. La biela del pistón 12 tiene una superficie 12a marcada con una marca 16 legible ópticamente, dispuesta sobre la superficie 12a. Los medios de lectura 17 están dispuestos dentro de la tapa 15 del extremo del cilindro, y están conectados a unos medios de decodificación indicados generalmente en 18. Las marcas 16 legibles ópticamente comprenden una serie de elementos de códigos que codifican cada uno un valor numérico basándose en la posición del elemento del código a lo largo de la longitud de la biela 12 con una forma que se describirá más
adelante.

Los medios de lectura 17 se muestran en la figura 2. Las vías de trayecto ópticas 19a, 19b se proporcionan en la capa terminal 15. Los medios de iluminación 17a comprenden varios diodos emisores de luz (LED) 20 que transmiten luz a las vías de trayecto 19a, de forma tal que caiga sobre una parte de las marcas 16 legibles ópticamente, provistas sobre la superficie 12a de la biela del pistón 12. La vía de trayecto óptica 19b está dispuesta de forma tal que la luz reflejada desde la superficie 12a de la biela de pistón 12 se desplace a lo largo de la vía del trayecto 19b, y enfocándose sobre la matriz 21 preferiblemente mediante una lente 22. Los LED 20 están dispuestos para proporcionar incluso la iluminación de la parte de las marcas 16 legibles ópticamente, observadas por la matriz detectora 21, con el fin de simplificar el procesamiento subsiguiente. Los medios de lectura 17 tienen que ser compactos para permitir que puedan ser montados en forma cercana a la tapa extrema 15 tal como se indica en la figura.

Un ejemplo del esquema de codificación es el mostrado en la figura 3. Se muestra un elemento de código 16a, es decir, una parte distinguible de la marca 16 legible ópticamente, que codifica un valor numérico en unos dígitos binarios (bits). El valor numérico indica la posición del elemento de código 16a sobre la biela 12 del pistón. El elemento de código 16a comprende una parte 23 de la superficie 12a de la biela 12 del pistón, que tiene una primera reflectividad sobre la cual están las áreas marcadas 24 que tienen una segunda reflectividad inferior. Las áreas 24 tienen un ancho fijo T. Dispuestos entre las áreas 24 se encuentran los espacios 25. El ancho de cada espacio 25 codifica a un bit; en donde el ancho de un espacio 25 es 2T, indicando esto un bit que tiene el valor de "1", y en donde el espacio 25 tiene un ancho de 1T, indicando esto un bit que tiene un valor de "0". El elemento de código 16a mostrado en la figura 3 codifica por tanto la secuencia binaria 1010101010.

Las marcas pueden comprender una serie de sucesivos elementos de código discretos, en cuyo caso las marcas extremas pueden estar incluidas, por ejemplo, con un ancho de 4T entre un par de áreas adyacentes 24. En este caso, cada elemento de código sucesivo 16a puede codificar un valor en incremento con su posición a lo largo de la longitud de la biela del pistón. El tamaño del elemento de código 16a indica la resolución con la cual puede medirse la posición de la biela del pistón.

Más preferiblemente, las marcas utilizan una secuencia binaria pseudo-aleatoria para codificar la información de la posición. Las secuencias pseudo-aleatorias y los métodos de generación de secuencias pseudo-aleatorias son bien conocidos. La ventaja es que para cualquier secuencia pseudo-aleatoria de orden N, cualquier segmento de N bits puede tener lugar solo una vez, es decir, el segmento de N bits es exclusivo y único. Las marcas por tanto comprenden una serie de elementos de códigos únicos y solapados de unas longitudes de N bits. Si se utiliza una secuencia de orden N como secuencia pseudo-aleatoria, la longitud en bits de la secuencia estará dada por 2^{N}-1, y la secuencia generada contendrá 2^{N}-1 bits, que tendrá un valor de "1" y 2^{N-1}-1 bits que tendrá el valor de "0". La longitud total de las marcas 16 para dicha secuencia en donde los bits "1" tengan un ancho de 2T, los bits "0" tendrán un ancho de T y los dígitos que estarán separados por marcas de un ancho T serán (2^{N+1} + 2^{N-1} + 1)T. El uso de una secuencia pseudo-aleatoria tiene la ventaja de que puede utilizar una única pista de marcas para proporcionar la posición absoluta, detectando con una resolución de un digito binario. La resolución del sistema puede seleccionarse mediante la variación de la longitud T y el orden de la secuencia binaria pseudo-aleatoria, y las marcas serán escalables para las distintas longitudes de los elementos mecánicos, mediante la alteración del orden de la secuencia binaria pseudo-aleatoria.

La resolución de la información de posición puede incrementarse adicionalmente hasta la anchura de un detector de la matriz detectora, mediante el cálculo de la posición exacta tal como se expone más adelante.

La matriz detectora lineal 21 comprende un dispositivo semiconductor que comprende una matriz de fotodetectores discretos, dispuestos en una línea dispuesta en forma paralela al eje longitudinal de la biela 12 del pistón. Cada fotodetector genera una señal, cuyo voltaje es proporcional a la cantidad de luz que caiga sobre el fotodetector. La señal intermedia de la matriz detectora comprende una serie de valores de voltajes, en donde cada valor corresponde a la señal de uno de los fotodetectores. Cada valor discreto puede denominarse por la posición (de ahora en adelante denominado como su "numero de detector") de su detector generador en la matriz. Los medios de enfoque 22 y el ancho T de las áreas 24 se seleccionan preferiblemente de forma tal que la luz procedente de cualquier zona de la superficie 12a que tenga un ancho T caiga al menos sobre dos fotodetectores. Es esencial el poder asegurar que la trama 16a de códigos de tamaño máximo (que en el ejemplo tiene 8 bits, con una trama de códigos 16a que codifican el valor 11111111), pueda encajar dentro de la longitud de la matriz detectora. La resolución con la cual es medible y el ancho T son dependientes en forma variable de la resolución de la matriz detectora. El uso de la matriz detectora 21 proporciona unos medios detectores con una alta densidad de fotodetectores.

Más preferiblemente, el detector puede detectar más bits que el mínimo necesario para identificar un elemento de código único. En el caso de la secuencia binaria pseudo-aleatoria, pueden utilizarse bits adicionales para el fin de la comprobación de errores.

Un ejemplo de la señal intermedia de la matriz detectora 21 es el mostrado en la figura 4. Las áreas 24 aparecen como las mínimas 26, mientras que los espacios 25 correspondientes a los dígitos binarios "0" aparecen como picos estrechos 27, y los espacios 25 correspondientes a los dígitos binarios "1" aparecen como picos anchos 28.

Una posible configuración para unos medios de decodificación es la mostrada en la figura 5 en forma esquemática. La señal intermedia se suministra por la matriz detectora 21 en la figura 2 en la línea 30 con un desplazamiento 31 de nivel del voltaje de CC (corriente continua), que es controlable por un microcontrolador 32, para variar el voltaje de la segunda salida 30. La señal intermedia desplazada en su voltaje se suministra en la línea 33 desde el desplazamiento 31 del nivel de voltaje de CC hasta el discriminador 334, el cual compara el valor de la señal intermedia con un voltaje de umbral. Si el valor de la señal intermedia está por encima del voltaje de umbral, el discriminador 34 generará un voltaje de señal de +5 voltios, y si el valor de la señal intermedia está por debajo del voltaje de umbral, generará un voltaje de señal de 0 Voltios. El discriminador 34 por tanto convierte la señal intermedia a una forma de onda que comprende "marcas " de 5 voltios, las cuales corresponden a los "espacios" de 25 y 0 Voltios, los cuales corresponden a las áreas 24. La forma de onda se suministra entonces en la línea 35 hacia el microcontrolador 32, el cual extrae el valor numérico codificado y lo convierte a la salida transmitida en la línea 37. La señal intermedia en la línea 33 es leída por el microcontrolador 32, y se proporciona una señal de ajuste del desplazamiento de voltaje, de acuerdo con la línea 36 del desplazamiento 31 del nivel de voltaje de CC, para mantener el punto medio entre los valores máximo y mínimo de la señal intermedia en forma coincidente con el voltaje del umbral del discriminador 34.

Los medios de decodificación pueden comprender alternativamente un convertidor analógico-digital y un microcontrolador, computador, o bien otro dispositivo programable adecuado, provisto con un software adecuado para decodificar la señal intermedia. El convertidor analógico-digital convierte la señal intermedia en una serie de valores digitalizados, los cuales se hacen pasar al microcontrolador. El software en el presente ejemplo ejecuta entonces las etapas de un primer filtrado suavizador de la señal intermedia digitalizada, tomando un promedio de los valores adyacentes de la señal intermedia para suavizar cualesquiera componentes de alta frecuencia en la señal intermedia, identificando aquellos valores de la señal intermedia que correspondan a los puntos medios de una transición entre un mínimo y un máximo, mediante la comparación del cambio entre la señal de los detectores adyacentes. Cada transición corresponde a un borde del área 24. La etapa de identificar las transiciones subsiguientes puede acelerarse, una vez que la primera transición se haya identificado. Puesto que está claro que una transición desde un nivel alto a un nivel bajo tiene que estar seguida por una transición desde un nivel bajo a un nivel alto a una distancia posterior dada, puesto que los bordes de cada área 24 se encuentran separados a una distancia conocida, y que cualquier transición desde un nivel bajo a un nivel alto será seguida por una transición desde un nivel alto a un nivel bajo a la distancia conocida o en el doble de la distancia posterior dada, correspondiendo al espacio 25 del ancho T ó 2T, respectivamente, solo los valores de la señal intermedia probablemente se corresponderán con una transición que precise de ser comprobada por el software. Puesto que se conocerá cuantos detectores corresponderán al ancho T de las áreas 24, se conocerá probablemente la separación de las transiciones en los términos del número de detectores.

Las etapas ejecutadas por los medios de decodificación se muestran en el diagrama de flujo de la figura 7. La señal intermedia se hace pasar a un discriminador, el cual detecta las transiciones y las notas de los números del detector de los valores de la señal intermedia, las cuales corresponden a las transiciones. La secuencia de los números del detector corresponden cada una a la transición que entonces se decodifica para extraer la secuencia binaria, mediante la identificación de los bits a partir de los anchos de la separaciones entre las transiciones. El numero de bits correspondientes a una palabra de la secuencia pseudo-aleatoria se extrae a partir de la secuencia binaria y se valida para asegurar que es una parte válida de la secuencia pseudo-aleatoria. Una vez que se confirme que es válida, la posición del elemento mecánico podrá ser encontrada a partir de una tabla de consulta, en la cual cada palabra de la secuencia binaria pseudo-aleatoria coincidirá con respecto a la posición correspondiente de la biela del pistón.

Dicho método proporciona la posición del elemento mecánico dentro de la resolución del ancho de un digito binario de la secuencia pseudo-aleatoria marcada en el elemento mecánico. Puede calcularse una posición exacta mediante la identificación del numero X del detector sobre el cual caiga la primera transición en la figura 4. La posición del detector X proporciona por tanto el inicio de la secuencia binaria desde un punto dado de referencia, en este caso el primer detector 0 de la matriz. Tal como se ha expuesto anteriormente, puesto que se conoce cuantos detectores corresponden a un ancho T de la secuencia pseudo-aleatoria, mediante el cómputo del número de detectores entre X y 0 puede calcularse el número de detectores, para una posición de la biela del pistón calculada dentro del ancho de un detector de la matriz detectora.

En la figura 8 se muestra un diagrama de flujo simple para la etapa de validación. Los bits identificados se comprueban para ver si forman una palabra válida. En caso negativo, el bit más a la izquierda de la palabra puede ser descartado, y el siguiente bit de la secuencia binaria se situará al final para proporcionar un nuevo bit más a la derecha. La palabra resultante se comprueba de nuevo para ver si forma una palabra válida. Si es así, la palabra se consulta en la tabla de consulta, para proporcionar una posición según lo anteriormente descrito. En caso negativo, se repite el proceso de descartar el bit situado más a la izquierda y situando al final un nuevo bit más a la derecha. Si todos los bits se comprueban sin generar una palabra válida, entonces se pondrá una bandera de medida no válida. La etapa de validación puede por tanto identificar los errores provocados por el daño de las marcas la superficie de la biela del pistón o por el ruido eléctrico en los medios de detección y en los medios de decodificación.

Es deseable que los medios de decodificación identifiquen si ha aparecido un bit no válido, por ejemplo, debido a la erosión de un área 24, por ejemplo, deduciendo cual tiene que ser el bit no válido a partir de las lecturas válidas adyacentes. Si la posición de dicho bit no válido puede ser identificada, el valor correcto del bit podrá identificarse y utilizado en las medidas subsiguientes.

Dicho aparato para la determinación de la posición de un elemento mecánico podría utilizarse en un servosistema operable para controlar el elemento mecánico en respuesta a la señal de salida del aparato. En el presente ejemplo, pueden proporcionarse medios de válvulas adecuados, por lo que el suministro de presión del fluido al cilindro podrá controlarse electrónicamente. En la figura 9 se muestra una configuración esquemática posible. El ariete hidráulico operable con fluido similar al mostrado en la figura 1 comprende unos medios de lectura 17 y unos medios de decodificación 18, tal como hasta ahora se han descrito. La salida de los medios de decodificación 18 se hace pasar a la línea 41 a una controlador electrónico 40. Las señales de otros sensores o medios de control según se desee pueden hacerse que pasen a un controlador electrónico 40 en la línea 42. El controlador electrónico 40 puede entonces operar unos medios 44 de control de la presión del fluido, que comprende por ejemplo una válvula de solenoide, mediante el envío de una señal en la línea 43 para controlar el suministro del fluido en las líneas 45 del ariete hidráulico 9 en respuesta a la información posicional de los medios de decodificación 18 y de la información del sensor en la línea 42. La biela de pistón 12 se desplazará en la forma debida, y su nueva posición será detectada por los medios de lectura 17 y los medios de decodificación 18 y siendo transferida al controlador electrónico 40.

Los requisitos de las marcas 16 legibles ópticamente son que deberán codificar la información posicional, de forma tal que el desplazamiento absoluto de la biela del pistón pueda determinarse con una resolución deseada, siendo tolerante ante los errores introducidos por la pérdida de las áreas 24 y minimizando el numero de las áreas 24 requeridas sobre la superficie de la biela del pistón. Es deseable también que las marcas sean duraderas y resistentes a la corrosión, y que en todo lo posible no afecten negativamente a la resistencia a la corrosión de la propia biela del pistón. Cualquier medida oportuna podrá ser utilizada cuando se desee para resistir a la reducción de la resistencia a la corrosión del elemento mecánico.

De acuerdo con el primer expediente de la invención, el marcaje legible ópticamente se proporciona sobre un elemento mecánico, una vez que se haya torneado según el diámetro requerido. En el presente ejemplo, el elemento mecánico es acero, y las partes apropiadas del mismo son revestidas primeramente con un substrato de bronce. El elemento mecánico se rectifica con una muela o se pule en ambiente húmedo antes del revestimiento, para que tenga un acabado superficial de 0,8 \mum o inferior. El substrato de bronce tiene un grosor en el rango de 0,038 a
0,051 mm, y comprende del 88% al 92% de cobre y del 8% al 12% de estaño. Después del revestimiento, el substrato de bronce no deberá mostrar ningún signo de porosidad, y siendo pulido para conseguir un acabado superficial de 0,2 a 0,4 \mum. Se deposita una superficie de cromo sobre el bronce a una velocidad de 0,001 mm/hora mediante una técnica de electrodeposición convencional, para proporcionar una superficie 12a que tenga una primera reflectividad. La superficie puede tener microfisuras con un mínimo aproximadamente de 400 fisuras/cm lineal. El grosor final del cromo puede variarse para los distintos componentes, dependiendo del uso final del componente. Pueden utilizarse otras técnicas adecuadas o parámetros según se desee.

El cromo se elimina entonces mediante la exploración de las áreas deseadas con un láser para producir áreas expuestas de bronce que tengan una segunda reflectividad inferior. Se escanea con el láser una circunferencia de la biela del pistón para proporcionar una marca circunferencial en un plano perpendicular al eje de la biela del pistón 12. La biela 12 se desplaza a una ligera distancia axialmente y se escanea otra zona hasta que se haya generado el área 24 que tenga el ancho deseado. Este proceso se repite para cada área 24 según se desee. El área 24 puede formarse alternativamente mediante la eliminación parcial o descolorando el cromo sin que permanezca en su totalidad el cromo, particularmente cuando el expediente (b) de la invención esté provisto en donde se prevea que no puede suministrarse otro substrato.

En el presente ejemplo, el láser utilizado es del tipo de Q conmutado Nd-YAG con una potencia de onda continua de 70 watios, operado en modo Q con una potencia de 600 watios. El diámetro del haz fue de 4 mm y la longitud focal de 137 mm, con una velocidad de escaneado de 70 mm por segundo. Para una biela de pistón que tenga una circunferencia de 40 mm, cada área 24 fue explorada para extenderse alrededor en 5, 7 mm de la circunferencia de la biela, y teniendo un ancho de 0,5 mm.

Este método produce un marcaje duradero resistente a la corrosión, en donde el substrato de bronce resiste cualquier degradación de la resistencia a la corrosión de la biela del pistón que pudiera surgir a partir del marcaje con láser del cromo. Aunque se utiliza convencionalmente el níquel como substrato al depositar el cromo sobre el acero puesto que se considera en general que se proporciona una mejor resistencia contra la corrosión que el substrato de bronce, al contrario de lo esperado el substrato de níquel se encontró como menos efectivo al oponerse a cualquier degradación de la resistencia a la corrosión, provocada por el marcaje con láser del cromo. En particular, es difícil controlar la potencia del láser de forma que el cromo quede marcado, pero de forma que el láser no afecte significativamente al substrato y al elemento mecánico. Alternativamente, cuando se proporciona solo el cromo, el láser abre trayectos de corrosión a través de microgrietas en el cromo. El substrato de bronce proporciona un substrato resistente a la corrosión, el cual es altamente reflectante para el marcaje con láser. La potencia del láser no precisa estar controlada con precisión, puesto que una vez que la superficie del cromo haya sido marcada, la luz del láser es reflejada subsiguientemente por el substrato del bronce, haciendo menos probable que el láser queme a través del substrato hasta el elemento mecánico por debajo o pueda abrir trayectos de corrosión hacia el elemento. Además de ello, el uso del bronce, el cual tiene una reflectividad muy distinta que para el cromo, proporciona áreas 24 de alto contraste. El método de marcaje proporciona un marcaje legible, el cual dura hasta una vida útil predeterminada sin degradación. El marcaje es también suficiente duradero para que no se borre fácilmente por el uso normal o se dañe por un impacto accidental. Cuando el elemento mecánico se proporciona con un sellado especial que limpia la superficie del cromo, cualquier suciedad o aceite sobre el elemento servirá para elevar el contraste entre la superficie y las áreas, puesto que las áreas se hendirán ligeramente, y acumularán parte del aceite o de la suciedad, reduciendo por tanto la reflectividad en forma adicional.

El método puede utilizarse en el acero endurecido por inducción, así como también otras graduaciones del acero, incluyendo el acero endurecido no por inducción.

El uso de un marcaje de anchura constante de acuerdo con el segundo expediente de la invención, resiste también la degradación de la resistencia a la corrosión, provocada por el marcaje con láser de la superficie. Si se proporcionara solo el cromo, sería deseable que el marcaje no pudiera penetrar a través del cromo hasta el elemento mecánico, requiriendo el control de la profundidad y la penetración, y por tanto la potencia del láser. Al proporcionar un substrato, puede ser todavía necesario que el marcaje no pueda penetrar en el cromo, o alternativamente que el marcaje no tenga por resultado una penetración significativa o el calentamiento del substrato. Al formarse una marca por un láser en un elemento mecánico, la cantidad de calentamiento provocado en el elemento dependerá del tamaño de la marca, que además afectará a la profundidad de penetración del láser. Haciendo que las marcas sean de ancho constante, el calentamiento del elemento mecánico es normalmente constante, y la profundidad de penetración estará controlada de forma más fácil, puesto que el efecto del marcaje de la marca será conocido sin tener que calibrar la potencia del láser para los distintos tamaños de la marca. El método puede ser utilizado adicionalmente o por separado a partir del método de proporcionar un substrato de bronce descrito anteriormente, para proporcionar la resistencia a la corrosión. El marcaje puede formarse utilizando la técnica descrita hasta aquí.

Además de ello, tal como se ha descrito anteriormente, puesto que el ancho de las áreas es constante y el ancho del espacio entre las áreas es el ancho de una o de dos áreas, la detección de las transiciones en la señal intermedia puede acelerarse, acelerando así el proceso de decodificación.

Los medios de lectura no comprenden partes móviles, y no interfiere con el movimiento del elemento. La medida de la posición se toma directamente de la biela del pistón, y no a partir de una pieza del aparato accionada para el elemento. Esto significa que la medida de la posición no está afectada por las deficiencias mecánicas, tales como el juego entre el ariete hidráulico y el aparato, o bien en los propios medios de lectura. Los medios de lectura no añaden ninguna parte móvil adicional al ariete hidráulico, el cual estaría sujeto al desgaste.

Pueden utilizarse otros medios de codificación o marcaje, según se desee. Aunque en el presente ejemplo se ha marcado una biela de pistón, está claro que dicho método de determinar la posición ópticamente sería apropiado para cualquier otro elemento mecánico sujeto al movimiento axial o a otro movimiento. Los medios de iluminación y los medios detectores están montados en la tapa del extremo del cilindro, y están por tanto protegidos y apantallados contra las alteraciones electromagnéticas, siendo también relativamente compactos.

Es evidente que la presente invención puede ser utilizada en cualquier elemento mecánico según se desee, y pudiendo proporcionarse un marcaje en particular mediante cualquier técnica adecuada según se desee. Pueden utilizarse uno o ambos expedientes de la invención, si se desea el que resista ante la degradación de la resistencia a la corrosión de un elemento mecánico.

Las características expuestas en la anterior descripción, o en las siguientes reivindicaciones, o en los dibujos adjuntos, expresadas en sus formas específicas o en términos de unos medios para la ejecución de la función expuesta, o un método o proceso para conseguir el resultado expuesto, según sea lo apropiado podrán utilizarse para la realización de la invención en sus diversas formas, sin desviarse de la redacción de las reivindicaciones.

Claims (31)

1. Un elemento mecánico movible (12) para su utilización en un aparato, para determinar la posición del elemento mecánico (12), teniendo el elemento mecánico (12) un substrato sobre el cual se proporciona una superficie (12a) que tiene una primera reflectividad, en donde el substrato comprende bronce y la superficie (12a) que tiene una primera reflectividad comprende cromo, en donde el elemento mecánico tiene unas marcas legibles ópticamente (16), en donde la marcación legible ópticamente (16) comprende la superficie (12a) que tiene una primera reflectividad y una pluralidad de áreas (24) que tienen una segunda reflectividad, en donde las áreas (24) que tienen una segunda reflectividad comprenden áreas formadas por la eliminación parcial o decoloración del cromo, en donde las áreas (24) que tienen una segunda reflectividad tienen un ancho (T), el cual es generalmente constante en una dirección paralela a la dirección del movimiento del elemento mecánico (12).

2. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el substrato es resistente a la corrosión.

3. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el substrato es más resistente a la marcación por láser que la mencionada superficie (12a) que tiene una primera reflectividad.

4. Un elemento mecánico de acuerdo con una cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en donde el bronce comprende del 88% al 92% de cobre, y del 12% al 8% de estaño.

5. Un elemento mecánico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el substrato de bronce tiene un grosor en el rango de 0,038 mm a 0,051 mm.

6. Un elemento mecánico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bronce tiene un acabado superficial en el rango de 0,2 a 0,4 micras.

7. Un elemento mecánico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la mencionada parte del elemento mecánico está provista con un substrato que tiene un acabado superficial inferior a 0,8 micras.

8. Un elemento mecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera reflectividad es mayor que la segunda reflectividad.

9. Un elemento mecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las áreas (24) que tienen una segunda reflectividad tienen substancialmente la misma área.

10. Un elemento mecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la marcación (16) comprende una pluralidad de elementos de códigos (16a), comprendiendo cada uno una pluralidad de las mencionadas áreas (24) de la segunda reflectividad.

11. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 10, en donde cada elemento del código (16a) codifica un valor numérico distinto en dígitos binarios.

12. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 11, en donde cada digito binario está indicado por la distancia entre dos de las mencionadas áreas (24) que tienen una segunda reflectividad.

13. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, en donde cada elemento del código (16a) codifica a un número único.

14. Un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 13, en donde cada elemento del código (16a) comprende una parte única de una secuencia binaria pseudo-aleatoria.

15. Un aparato para determinar la posición de un elemento mecánico movible, comprendiendo el aparato un elemento mecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además el aparato unos medios de lectura (17) para proporcionar una salida que depende de la posición del elemento mecánico, en donde los mencionados medios de lectura (17) comprenden unos medios de iluminación (17a), unos medios detectores (21) y unos medios de decodificación (18).

16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5, en donde los medios de iluminación (17a) comprenden un diodo emisor de luz (20).

17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 15 ó 16, en donde los medios detectores (21) están dispuestos para detectar la luz de los medios de iluminación (17a) reflejada desde la mencionada superficie (12a) que tiene una primera reflectividad y las mencionadas áreas (24) que tienen una segunda reflectividad, en donde los medios detectores (21) comprenden un detector, el cual proporciona una señal que tiene un valor dentro de un primer rango cuando la luz procedente de una parte de la mencionada superficie (12a) que tiene la mencionada primera reflectividad es reflejada sobre la misma, y que tiene un valor dentro de un segundo rango cuando la luz procedente de un área (24) que tiene la mencionada segunda reflectividad se refleja sobre la misma.

18. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 17, en donde los mencionados medios detectores (21) comprenden una matriz que tiene una pluralidad de los mencionados detectores.

19. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la mencionada matriz proporciona una señal intermedia a los mencionados medios detectores (18), comprendiendo la mencionada señal intermedia una señal procedente de cada uno de los mencionados detectores.

20. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 19, en donde los medios de decodificación (18) comprenden unos medios electrónicos para decodificar la mencionada señal intermedia a partir de los mencionados medios detectores (21) para proporcionar la mencionada salida.

21. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 20, dependiente directa o indirectamente de la reivindicación 12, en donde los medios de decodificación (18) comprenden unos medios para detectar la señal del detector de la señal intermedia correspondiente a una transición correspondiente a un borde de un área (24) de la segunda reflectividad, y medios para identificar una pluralidad de dígitos binarios a partir de la separación de una pluralidad de las mencionadas transiciones.

22. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 21, en donde los medios de decodificación (18) comprenden unos medios para identificar un elemento de código a partir de los mencionados dígitos binarios, y proporcionando la mencionada salida indicando la posición del elemento mecánico dependiente del mencionado elemento del código.

23. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 22, en donde los medios de detección (18) comprenden además unos medios para identificar el detector de la matriz detectora sobre la cual cae una transición de las mencionadas transiciones.

24. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, comprendiendo además unos medios de enfoque (22) para enfocar la luz reflejada desde la mencionada superficie (12a) del elemento mecánico o de las mencionadas áreas (24) que tienen una segunda reflectividad en los mencionados medios detectores.

25. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24, en donde el elemento mecánico comprende una biela de pistón (12) de un ariete hidráulico operado con un fluido.

26. Un método de marcaje de un elemento mecánico que comprende el suministro de un elemento mecánico con un substrato y que proporciona una superficie (12a) que tiene un primera reflectividad sobre el mencionado substrato, y proporcionando una marcación (16) sobre el mismo, en donde la mencionada marcación (16) comprende una pluralidad de áreas (24) que tienen una segunda reflectividad, caracterizado porque el substrato comprende bronce, y la superficie (12a) que tiene una primera reflectividad comprende cromo, y en donde el método comprende la etapa de la marcación de las mencionadas áreas mediante la eliminación parcial o decoloración del cromo, teniendo las áreas con una segunda reflectividad un ancho que es generalmente constante en una dirección que es paralela a la dirección de movimiento del elemento mecánico.

27. Un método de acuerdo con la reivindicación 26, en donde la etapa de eliminación o decoloración parcial de la superficie (12a) comprende la utilización de un láser para eliminar parcialmente la superficie (12a).

28. Un método de acuerdo con la reivindicación 26 ó 27, en donde la etapa de marcación de las mencionadas áreas (24) que tienen una segunda reflectividad, comprenden la indicación de un digito binario por la distancia entre dos de las mencionadas áreas (24) que tienen una segunda reflectividad.

29. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, en donde las áreas (24) que tienen una segunda reflectividad tienen en general la misma área.

30. Un elemento mecánico en donde se realiza la marcación de acuerdo con el método de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29.

31. Un elemento mecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, o un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25, en donde el elemento mecánico comprende un elemento mecánico de acuerdo con la reivindicación 30.