ES2560407T3 - Dispositivo de medición de posición para cilindros de fluidos - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición de posición (2) para un vástago de émbolo (6) saliente de un cilindro de fluido (1), incluyendo una representación de medidas dispuesta a lo largo del mismo en el perímetro exterior (7) del vástago de émbolo (6) en forma de una configuración de código (8) detectable ópticamente, en particular una sucesión binaria de marcas de trazos (11) orientada transversal al eje de vástago de émbolo (10), y un dispositivo sensor (9) dispuesto estacionario en el cilindro de fluido (1) en una carcasa (12) para la detección óptica de una sección de medición (29) rectangular de la configuración de código (8), con una fuente de iluminación (15) que emite un flujo de luz sobre la configuración de código (8), un sensor de imagen (16), un sistema óptico de medición (21) para la transmisión de una reproducción de la sección de medición (29) sobre el sensor de imagen (16) y una unidad de evaluación (18) para la determinación de la posición absoluta del vástago de émbolo (6) usando la información de imagen captada por el sensor de imagen (16), estando la fuente de iluminación (15) y el sensor de imagen (16) fijados en una placa de circuito impreso (17) común del dispositivo sensor (9) y dispuesto entre la fuente de iluminación (15) y la sección de medición (29) un elemento de guía de luz (22) para la transmisión del flujo de luz de la fuente de iluminación (15) a la sección de medición (29), caracterizado por que el elemento de guía de luz (22) presenta una sección transversal que aumenta desde el área de entrada de luz (26) hacia su área de salida de luz (28).
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo de medicion de posicion para cilindros de fluidos
La presente invencion se refiere a un dispositivo de medicion segun el preambulo de la reivindicacion 1.
En muchos casos de aplicacion de cilindros de fluidos es ventajoso que la posicion del embolo o del vastago de embolo de un cilindro de fluido sea conocida, para mover los elementos moviles accionados por el cilindro de fluido a la posicion exacta deseada, o para determinar su posicion precisa.
Por el estado actual de la tecnica se conoce una pluralidad de dispositivos de medicion de posicion que pueden captar marcaciones detectables opticamente sobre el vastago de embolo mediante un dispositivo sensor, fijado al cilindro, con una fuente de luz y un sensor de luz. Un dispositivo de medicion de posicion de este tipo para la medicion absoluta de una posicion de vastago de embolo es, por ejemplo, conocida por el documento DE 100 14 194 A1. Otro dispositivo de medicion de posicion de clase generica se conoce por el documento WO 2009/112895 A1, cuyo dispositivo sensor se basa en una tecnologfa aplicada en ratones de ordenador. La desventaja de una disposicion de medicion de posicion de esta clase es que, pese a la basicamente elevada resolucion de medicion de un sistema de este tipo aumentan en el trascurso de uso las imprecisiones mmimas y segun el documento WO 2009/112895 A1 se debe recurrir continuamente a posiciones de calibracion.
Una desventaja en el ejemplo de realizacion nombrado en primer termino es que para la determinacion de la posicion absoluta del vastago de embolo debe captarse un codigo de barras completo de la configuracion de barras, algo que en este caso, sin embargo, se produce de manera secuencial. En una sucesion de muchos movimientos cortos que son mas cortos que el codigo de barras respectivo, se producen imprecisiones de medicion que solo se eliminan cuando se produce un movimiento del vastago de embolo que es mayor que la longitud de un codigo de barras y, de esta manera, se pueda detectar nuevamente la posicion absoluta exacta.
Todos los dispositivos de medicion de posicion conocidos de este tipo tienen hasta ahora en comun que los mismos solo presentan una combinacion insuficiente de robustez y fiabilidad de medicion y dimensiones compactas aplicables universalmente, por lo cual en la practica y en el mercado los sistemas de medicion basados en medicion optica solo han logrado imponerse en menor medida.
Otros sistemas de posicionamiento se conocen por los documentos US 6,327,791 B1 y WO93/20403 A1.
El objetivo de la invencion es poner a disposicion un dispositivo de medicion de posicion para un vastago de embolo de un cilindro de fluido que, pese a condiciones de uso rudas presente una fiabilidad elevada tanto en terminos de mecanica como de medicion y sea, no obstante, fabricable economicamente. cilindro de fluido
El objetivo de la invencion se consigue mediante un dispositivo de medicion de posicion con las caractensticas significativas de la reivindicacion 1.
Debido a que, como se sabe por el estado actual de la tecnica, la fuente de iluminacion y el sensor de imagen estan fijados en una placa de circuito impreso comun del dispositivo sensor y entre la fuente de iluminacion y la seccion de medicion esta dispuesto un elemento lummico para la transmision del flujo de luz de la fuente de iluminacion a la seccion de medicion, la seccion de medicion es iluminada suficientemente incluso con el uso de una fuente de iluminacion sencilla, compacta y economica y se pueden realizar mediciones fiables incluso con un sistema optico sencillo. El elemento de grna de luz se basa en la reflexion total de una mayor parte del flujo de luz emitido por la fuente de luz a sus paredes delimitantes y el flujo de luz puede ser repartido con muy poca perdida sobre la seccion de medicion. El elemento de grna de luz usa el principio de un conductor de luz, similar al que tambien se usa en la tecnica de transmision de senales y el elemento de grna de luz esta formado de un cuerpo transparente, particularmente unido en una pieza, de un material transparente.
Debido al hecho de que, segun la invencion, el elemento de grna de luz presenta una seccion transversal que aumenta desde el area de entrada de luz al area de salida de luz, incluso con el uso de fuentes de iluminacion muy debiles, con una pequena superficie radiante es posible iluminar de manera uniforme una seccion de medicion suficientemente grande para propositos de medicion.
De tal manera, el area de entrada de luz y el area de salida de luz en el elemento de grna de luz son transparentes, mientras que las paredes laterales delimitantes pueden ser opacas y, por ejemplo, tambien pueden tener un revestimiento espejado interiormente que mejora aun mas la reflexion del flujo de luz en las paredes delimitantes.
La invencion es aplicable a todos los tipos de cilindros de fluido, tales como cilindros de simple accion, embolos buzo o cilindros buzo, en los que el vastago de embolo esta formado por el mismo embolo, asf como cilindros de doble accion con un vastago o un vastago de embolo pasante hacia ambos lados. Debido a sus costes de fabricacion ventajosos y sus dimensiones compactas, el dispositivo de medicion de posicion segun la invencion puede ser dispuesto doble en un cilindro simple, con lo cual se consigue un dispositivo de medicion de posicion redundante, como es ventajoso e incluso obligatorio, por ejemplo, en cilindros de direccion. En un cilindro de fluido con vastago
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de embolo bilateral, los dispositivos de medicion de posicion pueden estar dispuestos en ambos extremos, pero tambien en un extremo.
Se consigue un aprovechamiento optimo del flujo de luz emitido por la fuente de iluminacion cuando el elemento de gma de luz se conecta directamente a la fuente de iluminacion o presente un area de entrada de luz posicionada a una distancia de menos de 2 mm respecto de la fuente de iluminacion. Por lo tanto, el elemento de gma de luz puede contactar directamente la fuente de iluminacion o, al menos, esta dispuesta en proximidad inmediata, con lo cual una mayor parte del flujo de luz ingresa al elemento de gma de luz y esta a disposicion para la iluminacion de la seccion de medicion.
Otra variante de realizacion preferente consiste en que el elemento de gma de luz se extiende al menos 50 %, preferentemente al menos un 75 % de la distancia minima entre la fuente de iluminacion y la superficie del vastago de embolo. De esta manera tambien se asegura que entre la fuente de iluminacion y la seccion de medicion se pierda una parte menor posible del flujo de luz. En el caso ideal, el elemento de gma de luz se extiende desde la fuente de iluminacion hasta poco antes de la superficie de vastago de embolo, pero termina, sin embargo, a una distancia tal que la seccion de medicion todavfa pueda ser captada por el sistema optico, sin ser obstaculizado por el elemento de gma de luz.
Cuando como fuente de iluminacion se utiliza un elemento LED, el dispositivo sensor presenta una larga vida util y un bajo consumo de energfa electrica. Los elementos LED estan disponibles en multiples formas de realizacion y pueden ser obtenidas con diferentes frecuencias de luz, con lo cual la frecuencia de luz del elemento LED o bien la fuente de iluminacion pueden ser adaptadas, en general, a la sensibilidad optima del sensor de imagen.
El sensor de imagen y/o la fuente de iluminacion pueden estar realizados, en particular, como componentes SMD aplicados sobre la placa de circuito impreso y contribuyen de esta manera a reducir el tamano del dispositivo sensor.
La fuente de iluminacion puede, preferentemente, presentar una superficie radiante aproximadamente cuadrada que, con una densidad lummica suficientemente elevada, permite un espacio muy pequeno para la fuente de iluminacion. La forma y tamano de la seccion de medicion tambien puede apartarse esencialmente de la forma y tamano de la seccion de medicion, ya que el elemento de gma de luz puede ser aplicado optimamente para la gma, conformacion y direccionamiento del flujo de luz.
En el caso que el elemento de gma de luz presente un area mate de entrada de luz y/o un area mate de salida de luz, el flujo de luz es repartido de manera relativamente uniforme, guiado en el interior del elemento de gma de luz y, dado el caso, el area de salida de luz misma actua como una superficie radiante de una fuente de iluminacion que, sin embargo, se encuentra sustancialmente mas proxima a la seccion de medicion que la fuente de iluminacion real. Mediante el mateado del area de entrada de luz, respectivamente el area de salida de luz, el flujo de luz radiada de la fuente de iluminacion es transformada en un flujo de luz ligeramente difuso que en el interior del elemento de gma de luz es guiado del mismo modo en su mayor parte por reflexion completa hasta el area de salida de luz y produce una iluminacion muy uniforme de la seccion de medicion.
Una forma de realizacion compacta del dispositivo sensor es posible, particularmente, cuando la longitud de arista de la superficie radiante es menor de 2 mm y las medidas de la seccion de medicion tiene al menos 10 mm x 2 mm. Mediante el elemento de gma de luz, la luz intensa emitida por una superficie radiante pequena puede ser transmitida a una seccion de medicion comparativamente grande, con lo cual aun con marcas de trazos mas gruesos es posible una codificacion de muchas posiciones de vastago de embolo gracias a que la seccion de medicion incluye una seccion parcial suficientemente grande de la configuracion de codigo.
Ello tambien se facilita cuando el elemento de gma de luz presenta una seccion transversal aproximadamente rectangular, con lo cual un lado mas largo de la seccion transversal rectangular se extiende paralelo al eje del vastago de embolo. De este modo, una seccion de medicion extendida en el sentido longitudinal del eje de vastago de embolo puede ser iluminado uniformemente de la manera mejor posible.
Una forma de realizacion compacta del dispositivo sensor es posible especialmente cuando el area de salida de luz del elemento de gma de luz del elemento de iluminacion corresponde al menos al triple del area de entrada de luz. De esta manera, el flujo de luz de la fuente de iluminacion, partiendo de una superficie radiante pequena aproximadamente puntiforme, puede ser abierto o bien ampliado, con lo cual se consigue una iluminacion de la seccion de medicion ventajosa para la medicion optica.
Gracias al uso del elemento de gma de luz, al contrario de los sistemas puros de lentes, el area de entrada de luz y/o el area de salida de luz pueden presentar, formadas de manera sencilla, superficies en particular esencialmente planas, con lo cual la fabricacion del elemento de gma de luz es particularmente ventajosa en terminos de coste y, sin embargo, la iluminacion es suficientemente fuerte y uniforme para mediciones fiables de la posicion del vastago de embolo.
El area de salida de luz puede estar conformada, al menos por secciones concavas y/o por secciones convexas, mediante lo cual respecto de superficies puramente planas, la gma de luz a traves del elemento de gma de luz o la
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distribucion del flujo de luz sobre la seccion de medicion puede ser influenciada localmente. De tal manera, las superficies concavas de salida de luz producen una dispersion del flujo de luz saliente, mientras que secciones parciales convexas del area de salida de luz tienen un efecto concentrador.
Otra posibilidad de influir ventajosamente en la iluminacion de la seccion de medicion puede consistir en que el elemento de grna de luz presente en su centro de trayectoria de rayos una perturbacion local en forma de un taladro transversal, una cubierta o un elemento opticamente refractivo. De esta manera es posible reducir sustancialmente una diferencia de iluminacion demasiado grande entre el sector central de la seccion de medicion y sus sectores marginales.
Otra forma de realizacion ventajosa del dispositivo de medicion de posicion puede consistir en que el elemento de grna de luz y/o el sistema optico de medicion esta montado pivotante en la carcasa sobre un eje de giro paralelo al eje del vastago de embolo. De esta manera, el flujo de luz o bien la trayectoria de rayos del sistema optico de medicion puede ser ajustado a diferentes condiciones geometricas que, por ejemplo, pueden presentarse cuando el dispositivo sensor debe ser usado para vastagos de embolo de diferente diametro o cuando por motivos constructivos vana la distancia entre el vastago de embolo y la placa de circuito impreso del dispositivo sensor.
Para facilitar o bien asegurar el posicionamiento redproco del elemento de grna y el sistema optico de medicion, es posible que el elemento de grna de luz este montado pivotante en el sistema optico de medicion o el sistema optico de medicion montado pivotante en el elemento de grna de luz, con lo cual ambos componentes estan en cierto sentido acoplados uno al otro en una direccion y ajustables entre sf de forma ortogonal a la misma.
Una forma de realizacion con una configuracion de codigo facil de generar en el vastago de embolo es cuando en la configuracion de codigo las marcas de trazos y de las secciones de codigo sin marca tienen, en cada caso, una anchura de mas o menos un milfmetro o un multiplo entero de milfmetro. Las exigencias respecto a la precision en la generacion de la configuracion de codigo son, en este caso, relativamente reducidas, por lo cual tambien son relativamente reducidos los costos de fabricacion conexos. Una anchura de las marcas de trazos de un mm o un multiplo de la misma puede ser lefda fiable ente mediante formas de realizacion sencillas de un sensor de imagen en combinacion con un sistema optico de medicion sencillo, con lo cual la fiabilidad de medicion es muy elevada y esta dada una resolucion suficiente de la medicion de posicion para muchos propositos de uso de un cilindro de fluido.
Un sistema de medicion utilizable ventajosamente para muchos casos de aplicacion esta dado cuando la configuracion de codigo esta formada mediante un codigo binario pseudoaleatorio con palabras de codigo cruzadas una en otra y diferentes una de otra, correspondiendo la longitud de la seccion de medicion al menos a la longitud de las palabras de codigo y las palabras de codigo presenten una longitud de al menos 8 bit, particularmente 15 bit. Un codigo de este tipo es conocido, por ejemplo, por el documento WO 86/00478 A1 y en este caso es una posibilidad de caracterizar umvocamente mediante sencillas marcas de trazos una pluralidad de posiciones absolutas del vastago de embolo opticamente detectables. Con una longitud de palabra de codigo de 15 bit en una configuracion de codigo que corresponde a un numero binario de 1000 decimales y que con una anchura de las marcas de trazos de 1 mm corresponde a una longitud de un metro, al usar una longitud de palabra de codigo de 15 bit pueden estar contenidas mas de 1000 diferentes palabras de codigo, con lo cual se da una resolucion de medicion de 1 mm.
Para la practica en las aplicaciones en cilindros de fluido es ventajoso que la seccion de medicion cubra en la superficie del vastago de embolo una longitud de al menos 15 bit de la configuracion de codigo. Con la longitud de las palabras de codigo usadas aumenta tambien el numero de las diferentes palabras de codigo posibles, por lo cual tambien es posible asignar longitudes de medicion muy grandes a posiciones absolutas umvocas del vastago de embolo.
Una forma de realizacion alternativa de un dispositivo de medicion de posicion que se aplica igualmente en un sistema de codigo ventajoso para los casos que se presentan en la practica, consiste en que cuando la configuracion de codigo esta formado por un codigo de bloque binario con una secuencia alternada de bit de informacion de numero y anchura constantes y bit de proteccion de numero y anchura constantes y la medicion de la posicion del vastago de embolo usa un procedimiento de medicion en el cual en la seccion de medicion se detecta la posicion o bien el desplazamiento de los bit de proteccion y los bit de informacion definen, en cada caso, referencias absolutas unvocas para la posicion del vastago de embolo.
Una forma de realizacion suficiente y economica para mediciones de posicion es cuando el sensor de imagen esta formado de un elemento de camara lineal o un sistema sensor lineal dispuesto paralelo al eje de vastago de embolo. Por supuesto, el sensor de imagen puede estar formado tambien mediante un elemento cCd bidimensional, siendo tambien un elemento sensor unidimensional suficiente para la medicion unidimensional de la posicion de vastago de embolo.
Las exigencias que se producen en la practica respecto de la precision de medicion pueden ser cumplidas facilmente cuando el elemento de camara lineal presenta entre 32 y 2048 puntos sensores, en particular 128 puntos sensores o bien pixel. Tales sensores de imagen se consiguen economicos en muchas formas de realizacion. Al
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mismo tiempo, un sensor de imagen de este tipo presenta dimensiones muy compactas, permitiendo la compactibilidad de todo el dispositivo de medicion y la aplicacion universal.
Una precision de medicion suficiente del dispositivo de medicion de posicion para los casos individuales que surgen en la practica esta dada cuando el elemento de camara lineal presenta una definicion entre 200 y 1200 dpi, en particular 400 dpi. Tambien en este caso se consiguen en el mercado un sinnumero de formas de realizacion.
Una forma de realizacion compacta del dispositivo sensor es posible cuando la distancia de la placa de circuito impreso a la superficie de vastago de embolo ha sido seleccionada de un intervalo entre 15 mm y 25 mm. En combinacion con el elemento de grna de luz y el sistema optico de medicion del dispositivo de medicion de posicion segun la invencion, el mismo puede ser previsto en muchas diferentes dimensiones constructivas de cilindros de fluido, sin que para ello sean necesarias modificaciones constructivas amplias.
Para la fiabilidad del procedimiento de medicion puede ser una ventaja que el eje principal del sistema optico de medicion este orientado excentrico o inclinado respecto del eje del vastago de embolo. Por este motivo, el sensor de imagen es relativamente independiente de la capacidad de reflexion de la superficie de vastago de embolo y, consecuentemente, tambien insensible respecto de cambios en la superficie del vastago de embolo que por desgaste o demas influencias ambientales aparecen durante el funcionamiento de un cilindro de fluido de este tipo. El eje principal del sistema optico de medicion puede, alternativa o adicionalmente, presentar tambien una posicion inclinada respecto del sentido de difusion principal de los rayos de luz de la fuente de iluminacion que son reflejados por la superficie del vastago de embolo, o sea, en cierto sentido, orientados sobre la configuracion de codigo excentricamente respecto del maximo de iluminacion. Tambien de esta manera pueden suprimirse las reflexiones en la superficie de vastago de embolo que perjudican la medicion.
Una dimension constructiva muy compacta del dispositivo sensor esta dada cuando la distancia entre centros de la fuente de iluminacion y del sensor de imagen sobre la placa de circuito impreso se ha seleccionado de un intervalo entre 5 mm y 12 mm. Mediante el uso de un elemento de grna de luz, la fuente de iluminacion puede ser acercada hasta muy proxima al sensor de luz, sin que la seccion de medicion sea degradada mediante el sistema optico de medicion.
Otra medida para la miniaturizacion del dispositivo sensor consiste en disponer la unidad de evaluacion sobre la placa de circuito impreso. En las formas de realizacion del sensor de imagen y de la configuracion de codigo descritas precedentemente, la capacidad de calculo necesaria para la evaluacion tambien puede ser llevada a cabo mediante unidades de evaluacion y microprocesadores de poco volumen, pudiendo una primera evaluacion de imagen ya estar integrada en el dispositivo sensor.
En el caso en que los resultados de medicion no son entregados directamente al dispositivo sensor, sino que los datos de medicion de posicion continuan siendo procesados en una unidad de evaluacion externa, por ejemplo un dispositivo de mando y de regulacion del dispositivo que incluye el cilindro de fluido, es ventajoso que en la placa de circuito impreso se encuentre dispuesta una interfaz a la alimentacion de energfa electrica y transmision de datos.
La compactibilidad del dispositivo sensor tambien puede ser incrementada por que en la placa de circuito impreso esta conectada una segunda placa de circuito impreso paralela o acodada respecto de la misma, en la cual esta dispuesta una unidad de evaluacion y/o una componente de alimentacion de energfa electrica y/o una interfaz de datos. Mediante esta forma de realizacion, los componentes estan distribuidos sobre varios circuitos impresos, por lo cual los diferentes circuitos impresos requieren una menor superficie y la carcasa del dispositivo sensor puede ser mantenida relativamente estrecha y no sobresale respecto del diametro exterior del cilindro de fluido.
Una forma de realizacion constructivamente ventajosa del dispositivo de medicion consiste en que la carcasa esta realizada en dos partes y la placa de circuito impreso esta fijada a una seccion de carcasa exterior o bien tapa de carcasa removible. De esta manera, el dispositivo sensor es facilmente accesible ya que al retirar la seccion exterior de carcasa tambien se separa el dispositivo sensor del cilindro de fluido, facilitando asf sustancialmente un recambio del dispositivo sensor.
Ademas, es posible que la placa de circuito impreso este fijada regulable desde fuera en su posicion dentro de la seccion de carcasa removible, en particular mediante tornillos de ajuste. Por un lado, mediante la regulacion de la placa de circuito impreso, la seccion de medicion sobre el vastago de embolo puede ser desplazado en sentido perimetral, por ejemplo cuando por danos locales de la configuracion de codigo se presentan mediciones de posicion incorrectas. Ademas, de manera constructivamente invariable, la seccion de carcasa exterior removible puede ser colocada en tamano uniforme en carcasas de dimensiones diferentes que pueden ser necesarias en funcion de diferentes diametros de vastagos de embolo. En este caso, mediante la ajustabilidad de la placa de circuito impreso dentro de la seccion de carcasa removible es posible realizar una adaptacion optica al diametro de vastago de embolo respectivo.
Una opcion para bajar los costes de fabricacion de un dispositivo de medicion de posicion es, ademas, que el sistema optico de medicion y/o el elemento de grna de luz incluyan, en lo esencial, elemento opticos de
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polimetacrilato (plexiglas) o policarbonato. Ya que las exigencias respecto de la calidad optica tambien se cumplen mediante estos tipos de componentes, es posible prescindir de componentes opticos de vidrio caros.
Para que incluso en tamanos pequenos de cilindros de fluido, el dispositivo sensor o bien la carcasa no sobresalgan respecto de su diametro exterior, es ventajoso que la placa de circuito impreso presente una forma basica rectangular con un longitud maxima de arista de 40 mm. De este modo, la carcasa o bien la seccion removible de carcasa puede mantenerse correspondientemente pequena.
Para proteger el dispositivo sensor de manera duradera contra influencias perniciosas y garantizar una larga vida util con una elevada fiabilidad de medicion, es ventajoso que en la carcasa esten dispuestos en ambos lados de la seccion de medicion anillos de sellado o elementos de desprendimiento que abrazan completamente el vastago de embolo.
Debido a la realizacion economica del dispositivo de medicion de posicion segun la invencion y sus dimensiones compactas es, ademas, posible equipar un cilindro de fluido con al menos dos dispositivos de medicion de posicion de este tipo, con lo cual es posible de manera sencilla una medicion redundante de posicion que en muchos casos es obligatoria en sistemas relevantes para la seguridad. De tal manera, las diferentes disposiciones de sensores pueden tener asignadas, en cada caso, una configuracion de codigo propia en el vastago de embolo, sin embargo tambien es posible que ambas disposiciones de sensores utilicen la misma configuracion de codigo, en particular con secciones de medicion redprocamente desplazadas.
De tal manera, en cilindros de fluido con vastago de embolo bilateral, por ejemplo en cilindros de direccion, los dispositivos de medicion de posicion pueden estar dispuestos en los dos extremos opuestos.
Para una mejor comprension de la invencion se explica la misma mediante las figuras siguientes.
Respectivamente, muestran en representacion fuertemente esquematizada:
La figura 1, una vista de un cilindro de fluido con un ejemplo de realizacion posible de un dispositivo de medicion de posicion;
la figura 2, una vista de un dispositivo sensor dispuesto en una seccion de carcasa removible;
la figura 3, una seccion transversal a traves de una forma de realizacion posible de un dispositivo de medicion de posicion;
la figura 4, una seccion radial a traves de una forma de realizacion posible de una disposicion de medicion de posicion en el sector del elemento de grna de luz;
la figura 5, una seccion radial a traves de una forma de realizacion posible de una disposicion de medicion de posicion en el sector del sistema optico de medicion.
A modo de introduccion es necesario tener en cuenta que en las formas diferentes de realizacion descritas, las mismas piezas son provistas de las mismas referencias o bien de las mismas denominaciones de componentes, con lo cual las revelaciones contenidas en la memoria completa pueden ser transferidas, conforme al sentido, a las mismas piezas con igual referencia o bien con igual denominacion de componentes. Tambien las indicaciones de posicion seleccionadas en la descripcion, por ejemplo arriba, abajo, lateral, etc., se refieren directamente a la figura descrita o representada y en el caso de un cambio de posicion deben ser transferidas, conforme al sentido, a la nueva situacion. Ademas, tambien las caractensticas individuales o combinaciones de caractensticas de los diferentes ejemplos de realizacion mostrados y descritos pueden representar soluciones independientes, inventivas o conformes a la invencion.
En todas las indicaciones respecto de intervalos de valores en la presente descripcion se debe entender que las mismas incluyen tambien cualesquiera y todos los intervalos parciales, por ejemplo la indicacion 1 a l0 debe entenderse como que tambien incluye todos los intervalos parciales, partiendo del lfmite inferior 1 y del lfmite superior 10, es decir todos los intervalos parciales comienzan con un lfmite inferior 1 o mayor y terminan en un lfmite superior de 10 o menor, por ejemplo 1 a 1,7 o 3,2 a 8,1 o 5,5 a 10.
La figura 1 muestra una vista de un cilindro de fluido 1 con un dispositivo de medicion de posicion 2 segun la invencion. De tal manera, el cilindro de fluido 1 comprende, esencialmente, una camisa de cilindro 3 en la que se conduce un embolo no mostrado que es desplazado en la camisa de cilindro 3 mediante la alimentacion respectivamente evacuacion de fluido. La camisa de cilindro 3 esta cerrada en un extremo mediante un fondo de cilindro 4 y en el extremo opuesto con una culata de cilindro 5 a traves de la cual se conduce un vastago de embolo 6 conectado con el embolo. De tal manera, el cilindro de fluido 1 puede estar realizado como cilindro hidraulico o cilindro neumatico, con lo cual la forma de realizacion no es determinante para el dispositivo de medicion de posicion 2 segun la invencion. Ademas, en el caso de un cilindro buzo de simple accion, el vastago de embolo puede estar
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formado por el embolo mismo, y la invencion no esta limitada a cilindros de fluido 1 con vastago de embolo 6 separado, sino aplicable a cilindros buzo.
Para muchas aplicaciones es ventajoso cuando la posicion del vastago de embolo 6 mediante el cual en el dispositivo se mueven o posicionan elementos moviles puede ser detectada y de este modo un cilindro de fluido 1 de este tipo pueda, mediante dispositivos de mando y regulacion, alcanzar exactamente posiciones especificadas o cumplir exactamente desarrollos de movimientos especificados.
El dispositivo de medicion de posicion 2 se basa en que en el penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6 esta dispuesta una representacion de medidas en forma de una configuracion de codigo 8 detectable opticamente, y en el cilindro de fluido 1 en el sector de la culata de cilindro 5 esta dispuesto estacionario un dispositivo sensor 9 mediante el cual se detecta opticamente y evalua una seccion parcial de la configuracion de codigo 8. En un movimiento del embolo, mediante el desplazamiento del vastago de embolo 6 a lo largo del eje de vastago de embolo 10, la configuracion de codigo 8 pasa delante del dispositivo sensor 9 y de la seccion parcial, detectada opticamente en cada caso, de la configuracion de codigo 8 se determina la posicion del vastago de embolo 6 mediante una unidad de evaluacion.
La configuracion de codigo 8 esta compuesta, por ejemplo, mediante una sucesion binaria de marcas de trazos 11 orientadas transversales al eje de vastago de embolo 6 aplicada en el penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6. La configuracion de codigo 8 o bien las marcas de trazos 11 pueden ser aplicadas, por ejemplo, mediante procedimientos galvanico o procedimientos metalurgicos. Un metodo de fabricacion posible para la configuracion de codigo consiste en incorporar puntualmente energfa calorica sobre un revestimiento cromado de la superficie de vastago de embolo 6 mediante radiacion laser concentrada, con lo cual la capa marginal adopta colores de revenido que se diferencian cromaticamente de las secciones no tratadas termicamente. Una configuracion de codigo aplicada de este modo puede ser provista, adicionalmente, de un recubrimiento protector opticamente transparente, por ejemplo un recubrimiento de SiO2, con lo cual la configuracion de codigo 8 presenta una resistencia mayor al desgaste.
La seccion parcial de la configuracion de codigo 8 detectada opticamente mediante el dispositivo sensor 9 corresponde a una palabra de codigo que tiene asignada una posicion umvoca del vastago de embolo. El dispositivo sensor 9 detecta una determinada seccion de medicion de la configuracion de codigo 8 que se extiende en direccion del eje de vastago de embolo 10 y mediante una unidad de evaluacion le es asignada a una palabra de codigo detectada opticamente una posicion unvoca de vastago de embolo. En el caso en que, por ejemplo, la seccion de medicion tiene en el sentido de vastago de embolo 10 una longitud que corresponde al octuple de la anchura de trazo de una marca de trazos 11, la posicion respectiva del vastago de embolo 6 es detectable mediante una palabra de codigo de 8 bit.
Una forma de realizacion de la configuracion de codigo 8 ventajosa para la aplicacion practica consiste en que la anchura de las marcas de trazos 11 y las secciones no marcadas corresponden, en cada caso, a un milfmetro o un multiplo entero de un milfmetro. En este caso, la marca de trazo mas estrecha tiene una anchura de 1 mm y la seccion de codigo no marcada mas estrecha tiene una anchura de 1 mm. Las configuraciones de codigo 8 con esta anchura de las marcas de trazos 11 son poco sensibles respecto de danos puntuales a la configuracion de codigo 8, por ejemplo debido a desgaste, ya que aqm la resolucion no es necesariamente tan fina como para que incluso los danos puntuales podnan provocar errores de medicion. De tal manera, una determinada anchura minima de la seccion de medicion detectada es util porque no se examina opticamente solo una lmea estrecha sobre la configuracion de codigo 8, sino que se reproduce en el sensor de imagen un sector con una anchura de dos o mas milfmetros.
Una posible forma de realizacion de la configuracion de codigo 8 y del procedimiento de evaluacion puede consistir, ventajosamente, en que la configuracion de codigo 8 este formada mediante un codigo binario pseudoaleatorio con palabras de codigo cruzadas una en otra y diferentes una de otra, correspondiendo la longitud de la seccion de medicion al menos a la longitud de las palabras de codigo y las palabras de codigo presenten una longitud de al menos 8 bit, particularmente 15 bit.
Una forma de realizacion alternativa de la configuracion de codigo 8 tambien puede consistir en que la configuracion de codigo 8 este formada por un codigo de bloque binario con una secuencia alternada de bit de informacion de numero y anchura constante y bit de proteccion de numero y anchura constante, por ejemplo una seccion marcada o no marcada de 4 mm de longitud y en que la medicion de la posicion del vastago de embolo use un procedimiento de medicion en el cual en la seccion de medicion es detectada la posicion o bien el desplazamiento de los bit de proteccion, y los bit de informacion definan, en cada caso, referencias absolutas unvocas para la posicion del vastago de embolo. De tal manera, la seccion de medicion evaluada opticamente se ha escogido suficientemente grande para que en ella este contenida al menos un grupo coherente completo de bit de informacion.
El dispositivo sensor 9 esta dispuesto en una carcasa 12 dispuesta estacionaria en el cilindro de fluido 1 y contiene en su interior suficiente espacio libre para el dispositivo sensor 9 asf como para la grna de luz a, respectivamente de la superficie de vastago de embolo 7. De tal manera, como se ilustra en la figura 1, la carcasa 12 puede estar
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dispuesta en la culata de cilindro 5 fuera del cilindro de fluido 1 o sino estar integrada a la culata de cilindro 5 o estar formada por la misma y protege el dispositivo sensor 9, que trabaja sobre base optica, de la luz parasita y las influencias ambientales perniciosas, por ejemplo cargas mecanicas o contaminaciones. Para la proteccion contra contaminaciones se ha previsto, particularmente, que la seccion de medicion prevista en el vastago de embolo 6 este protegida en ambos lados mediante anillos de sellado o elementos de desprendimiento que abrazan el vastago de embolo 6.
En el ejemplo de realizacion mostrado, la carcasa 12 esta ejecutada en dos partes y comprende una seccion de carcasa 13 exterior removible o cubierta de carcasa que puede ser removida de la restante carcasa 12, con lo cual el dispositivo sensor 9 es accesible mas facilmente. Ademas, en la carcasa 12 pueden estar previstos perforaciones para cables con el proposito de intercambio de datos y/o alimentacion de energfa electrica. Ello puede ser llevado a cabo en particular tambien mediante un borne de conexion 14.
Mediante las figuras 2 a 5 se describe sucesivamente con mayor detalle el dispositivo de medicion de posicion 2 con el dispositivo sensor 9 y su modo de funcionamiento.
La figura 2 muestra una vista de la seccion de carcasa 13 removida del resto de la carcasa 12, siendo en la forma de realizacion mostrada el dispositivo sensor 9 fijado a la misma, con lo cual este es accesible de manera particularmente facil. La fijacion del dispositivo sensor 9 en una seccion de carcasa 13 removible hace posible montar la misma inalterada constructivamente sobre bases de carcasa de diferente tamano, con lo cual solamente es necesario adaptar las mismas al cilindro del fluido 1 respectivo.
De tal manera, en lo esencial, el dispositivo sensor 9 incluye como componente principal una fuente de iluminacion 15 para la iluminacion de la seccion de medicion a detectar en la configuracion de codigo 8, asf como un sensor de imagen 16 para la deteccion optica de la seccion de medicion. De tal manera, la fuente de iluminacion 15 y el sensor de imagen 16 estan dispuestos sobre una placa de circuito impreso 17 que en el ejemplo de realizacion mostrado esta fijada a la seccion de carcasa 13 removible. En esta placa de circuito impreso 17 tambien esta dispuesta una unidad de evaluacion 18 en forma de un microprocesador 19 que determina de los datos de imagen detectados mediante el sensor de imagen 16 la posicion absoluta del vastago de embolo 6 o procesa los datos de imagen de tal manera que puedan ser evaluados mediante una unidad de evaluacion externa adicional.
El sensor de imagen 16 esta formado, por ejemplo, mediante un elemento de camara lineal 20, que presenta 128 puntos sensores o pixel, paralelo al eje del vastago de embolo 10. La representacion optica de la seccion de medicion en la configuracion de codigo 8 sobre el sensor de imagen 16 se produce mediante un sistema optico de medicion 21 que reproduce opticamente sobre el sensor de imagen 16 la seccion de medicion iluminada por la fuente de iluminacion 15. La seccion de medicion tiene, por ejemplo, en sentido del eje de vastago de embolo 10, una extension de 16 mm y, transversalmente, una anchura de 3 mm, mientras que el elemento de camara lineal 20 tiene una longitud efectiva de sensor de aproximadamente 8 mm y una anchura efectiva de 0,1 milfmetros.
El sistema optico de medicion 21 tiene para ello elementos opticos lenticulares, por ejemplo de plexiglas (PMMA) o policarbonato e incluye, en particular, un lente cilmdrico subsiguiente al elemento de camara lineal 20 y dos elementos lenticulares en el lado del vastago de embolo con superficies no simetricas por rotacion. El sistema optico de medicion presenta, por lo tanto, una caractenstica anamorfotica y es apropiada optimamente para la reproduccion de una seccion de medicion rectangular sobre un elemento de camara lineal 20.
En el dispositivo de medicion de posicion 2 segun la invencion, el flujo de luz emitido por la fuente de iluminacion 15 es transferida a la seccion de medicion en el penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6 mediante un elemento de grna de luz 22 dispuesto entre la fuente de iluminacion 15 y la seccion de medicion, con lo cual la configuracion de codigo 8 es iluminada optimamente con el proposito de la deteccion optica. El elemento de grna de luz 22 tiene, de tal manera, un lado de entrada de luz orientado hacia la fuente de iluminacion 15 y un lado de salida de luz orientado a la configuracion de codigo 8 y el flujo de luz entrante es conducido en el interior del elemento de grna de luz 22, no llegando hasta el area de salida de luz solamente una reducida parte de la cantidad de luz, debido a la reflexion total en las superficies delimitantes laterales.
El elemento de grna de luz 22 conecta preferentemente directamente a la fuente de iluminacion 15 o el area de entrada del luz del elemento de grna de luz 22 se encuentra al menos a una distancia de menos de 2 mm respecto de la fuente de iluminacion, con lo cual la mayor parte de la cantidad de luz emitida entra en el elemento de grna de luz 22. Ademas, el elemento de grna de luz se extiende, preferentemente, sobre al menos el 50 % de la menor distancia entre la fuente de iluminacion 15 y el penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6, con lo cual el area de salida de luz se encuentra relativamente proxima a la configuracion de codigo 8 y, consecuentemente, la misma es iluminada optimamente.
La fuente de iluminacion 15 esta formado, preferentemente, de un elemento LED 23 que se destaca por una larga vida util y un muy elevado rendimiento lummico referido a su consumo de energfa. El uso de un lEd emisor de superficie de pelfcula fina ha demostrado ser ventajoso para la medicion de la posicion, con lo cual los intervalos de longitud de onda blanco, rojo e infrarrojo brindan buen resultado. Ademas, tales elementos LED 23 pueden ser
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usados con dimensiones muy pequenas. Para mantener pequenas las dimensiones de la fuente de iluminacion 15 puede estar previsto, particularmente, que la misma presente una superficie radiante cuadrada 24 que tenga ademas, por ejemplo, una longitud de arista de menos de 2 mm. Mediante el elemento de grna 22 muy efectivo, tal fuente de iluminacion 15 aproximadamente puntiforme tambien se puede usar para la iluminacion uniforme de una seccion de medicion rectangular. El elemento de grna de luz 22, por ejemplo con una longitud de arista de la superficie radiante 24 de, por ejemplo, 1 x 1 mm, permite iluminar de manera uniforme una seccion de medicion de 16 mm de longitud y 3 mm de anchura.
Para continuar mejorando la iluminacion uniforme de la seccion de medicion, el elemento de grna de luz 22 puede presentar un area de entrada de luz mate y/o un area de salida de luz mate, con lo cual se reducen las diferencias de intensidad dentro del flujo de luz.
Como ademas muestra la figura 2, el elemento de grna de luz 22 puede presentar una seccion transversal aproximadamente rectangular, extendiendose un lado mas largo de la seccion transversal rectangular paralelo al eje de vastago de embolo 10 y, por consiguiente, el area de salida de luz tiene aproximadamente la forma de la seccion de medicion a iluminar. De tal manera, en el caso de una fuente de iluminacion 15 aproximadamente puntiforme es ventajoso cuando la seccion transversal del elemento de grna de luz 22 aumente desde el area de entrada de luz hasta el area de salida de luz, con lo cual tambien el flujo de luz puede aumentar su seccion transversal. El area de salida del luz del elemento de grna de luz 22 corresponde en el mismo ejemplo al menos al triple del area de entrada de luz.
Para poder adaptar redprocamente de manera optima el sistema de medicion optica 21 y el elemento de grna de luz 22 y poder usar, consiguientemente, el dispositivo sensor 9 tambien para dimensiones diferentes de vastago de embolo, es posible que el elemento de grna de luz 22 y/o sistema optico de medicion 21 esten montados en la carcasa 12 pivotante respecto de un eje de giro 25 paralelo al eje de vastago de embolo 10. De esta manera, el sector irradiado sobre la superficie del vastago de embolo por la fuente de iluminacion 15 puede ser variado y/o el sector detectado por el sistema optico de medicion 21 puede ser adaptado optimamente. De esta manera es posible compensar tambien diferencias entre la placa de circuito impreso 17 y la superficie de vastago de embolo 7 en el caso de diferentes diametros de vastagos de embolo.
De tal manera, es posible que el elemento de grna de luz 22 este montado pivotante en el sistema optico de medicion 21 o, a la inversa, el sistema optico de medicion 21 pivotante en el elemento de grna de luz 22. De esta manera, los mismos estan acoplados directamente entre sf y se minimizan las posibles desviaciones de eje debidas a defectos de montaje.
La seccion de medicion sobre la superficie de vastago de embolo 7 registrada por el sensor de imagen 16 cubre, preferentemente, una longitud de al menos 15 bit de la configuracion de codigo 8. Mediante la obtencion de palabras de codigo con una longitud de 15 bit, mediante un apropiado codigo pseudoaleatorio es posible identificar umvocamente de manera sencilla mas de 1.000 posiciones absolutas del vastago de embolo 6.
Para la medicion optica de la configuracion de codigo 8, el elemento de camara lineal 20 tiene una resolucion entre 200 y 1.200 DPI, por ejemplo 400 DPI, con lo cual para la captacion de las marcas de trazos 11 con una anchura de 1 mm se da una resolucion absolutamente suficiente.
La figura 3 muestra una seccion transversal al eje de cilindro a traves del dispositivo de medicion de posicion 2, la figura 4 una seccion radial a traves de un dispositivo de medicion de posicion 2 en el sector del elemento de grna de luz 22 y la figura 5 una seccion radial a traves del dispositivo de medicion de posicion 2 en el sector del sistema optico de medicion.
De tal manera, se indican los recorridos de los rayos respectivos, estando representados, a modo de ejemplo, solamente rayos individuales.
De tal manera, el elemento de grna de luz 22 mostrado a modo de ejemplo en la figura 4 esta dispuesto de modo que su area de entrada de luz 26 esta dispuesta a una distancia de la superficie radiante 27 que es menor que 2 mm, incluso el area de entrada de luz 26 podna estar conectada directamente a la fuente de iluminacion 15 y mediante dicha disposicion estar asegurado que la mayor parte de la luz emitida ingresa en el elemento de grna de luz 22. Consecuentemente, la luz entrante en el area de entrada de luz 26 es transmitida a el area de salida de luz 28 en la cual atraviesa directamente el material del elemento de grna de luz 22 o en cuyas paredes laterales es desviada en sentido a la seccion de medicion 29 mediante la reflexion total.
En el ejemplo de realizacion mostrad, el area de entrada de luz 26 esta realizada, en lo esencial, como superficie plana que es particularmente sencilla de fabricar y, sin embargo, puede cumplir las exigencias respecto de la grna de luz a la seccion de medicion 29. A diferencia de la realizacion concava mostrada con lmeas llenas, tambien el area de salida de luz 28 puede estar realizada, en lo esencial, como superficie plana, tal como se indica en la figura 4 y por lo cual la fabricacion del elemento de grna de luz 22 se continua simplificando.
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De tal manera, la fuente de iluminacion 15 en forma de un elemento LED 23 esta fijada a la placa de circuito impreso 17 que en el ejemplo de realizacion mostrada esta fijada en la seccion de carcasa 13 exterior removible. Como se muestra en la figura 4, es posible prever respecto de la placa de circuito impreso 17 una segunda placa de circuito impreso 30 paralela o tambien acodada respecto de la misma, sobre la cual pueden estar dispuestos igualmente elementos constructivos del dispositivo sensor 9. La misma es algo mas alta, sin embargo en sentido del eje de cilindro 10 es posible realizarla con una anchura y longitud menor. De esta manera, por ejemplo, la segunda placa de circuito impreso 30 puede presentar interfaces 31 para la transmision de datos y/o alimentacion de energfa electrica y las mismas pueden estar conducidas por medio de un cable de interfaz al borne de conexion 14.
Como muestra la figura 4, el elemento de gma de luz 22 se extiende sobre la mayor parte de la distancia 32 entre la fuente de iluminacion 15 y el penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6, sin embargo, ventajosamente, al menos sobre el 50 % de la distancia 32. De esta manera se asegura que la mayor parte del flujo de luz emitido por la fuente de iluminacion 15 sea conducida a la seccion de medicion 29. Ademas, la figura 4 muestra dos opciones adicionales para conseguir una iluminacion uniforme, tanto como sea posible, de la seccion de medicion 29. La primera opcion consiste en usar un area de salida de luz 28 realizada concava que, sin embargo, tambien localmente puede ser plana o tambien convexa por secciones. La realizacion concava mostrada produce una dispersion adicional del flujo de luz y de esta manera se consigue una intensidad de iluminacion uniforme. Como alternativa o medida adicional para conseguir una iluminacion uniforme, el elemento de gma de luz 22 presenta en su centro una perturbacion local 33, por ejemplo en forma de un talado 34 transversal al sentido de propagacion de luz, con lo cual se rebaja el maximo de iluminacion en el centro de la seccion de medicion 29 y, consecuentemente, la intensidad de iluminacion se hace, igualmente, mas uniforme.
Como alternativa a un talado 34, tambien es posible la aplicacion de una cubierta local o de una seccion mas concava o convexa en el sector central del area de salida de luz 28.
En ensayos se ha mostrado que para los costes de fabricacion y la compactibilidad de un dispositivo de medicion de posicion 2 segun la invencion es ventajoso que la placa de circuito impreso 17 presente una distancia de la superficie de vastago de embolo 7 en el intervalo entre 15 y 25 mm. Ademas, la placa de circuito impreso 17 puede ser dimensionada de tal manera que presente una forma basica rectangular con una longitud de arista maxima de 40 mm, con lo cual incluso despues del montaje en una carcasa 12 solo sobresale una pequena parte por encima del penmetro exterior del cilindro de fluido 1.
Para posibilitar un ajuste adicional a diferentes dimensiones de un cilindro de fluido 1, aun cuando de tal manera se use, en cada caso, la misma seccion de carcasa 13 superior, puede estar previsto que la placa de circuito impreso 17 este fijada en su posicion dentro de la seccion de carcasa removible 13, ajustable desde el exterior mediante, por ejemplo, tornillos de regulacion. Es asf que el dispositivo sensor 9 puede ser ajustado optimamente de manera sencilla a diferentes posiciones de montaje y diametros de vastago de embolo.
La figura 3 muestra una seccion a traves del dispositivo de medicion de posicion 2 segun la lmea III - III en la figura 4.
En este ejemplo de realizacion, el eje principal del sistema optico de medicion 21 esta orientado en el sentido del eje de vastago de embolo 10, pero tambien es posible disponerlo excentrico o bien inclinado respecto del eje de vastago de embolo 10, con lo cual el sistema optico de medicion 21 no apunta, en cierto sentido, de forma ortogonal al penmetro exterior 7 del vastago de embolo 6. Es posible ver, ademas, la fuente de iluminacion 15 junto con el elemento de gma de luz 22 conectados a la misma esta dispuesta a una distancia entre centros 35 relativamente reducida respecto del sensor de imagen 16, en este caso en forma de un elemento de camara lineal 20. La distancia entre centros 35 proviene, por ejemplo, de un intervalo entre 5 mm y 12 mm, con lo cual el dispositivo sensor 9 puede ser realizado muy compacto y el dispositivo de medicion de posicion 2 tiene, debido a sus dimensiones reducidas, pocas restricciones en su posible campo de aplicacion.
Ademas, en la figura 3 se indica mediante lmeas de trazos que el elemento de gma de luz 22, como ya se ha descrito mediante la figura 2, esta montado pivotante en la carcasa 12 sobre un eje de giro 25, por ejemplo en una posicion 22' mostrada como lmea de trazos, por lo cual es posible regular el sentido principal de propagacion del flujo de luz y la iluminacion de la seccion de medicion 29 puede continuar siendo optimizada de manera sencilla o bien adaptada en funcion de la posicion relativa de la fuente de iluminacion 15, del sensor de imagen 16 y de la superficie de vastago de embolo 7.
La captacion optica producida con una elevada frecuencia mediante el sensor de imagen 16, por ejemplo con mas de 1000 imagenes por segundo, con lo cual esta dada una captacion de posicion virtualmente continua.
Las dimensiones y especificaciones tecnicas nombradas mediante el ejemplo de realizacion son apropiadas optimamente para diametros de vastagos de embolo entre 20 mm y 80 mm, sin embargo pueden ser adaptadas ajustadas a dimensiones diferentes de vastagos de embolo 6. La realizacion descrita del dispositivo sensor 9 tiene suficientes tolerancias con vistas a las tolerancias dimensionales o tolerancias de montaje, con lo cual aqm se da un campo muy amplio de aplicaciones. Para las temperaturas de trabajo de -40 °C y +100 °C los componentes
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aplicados son apropiados y tambien las influencias de la temperature sobre la precision de la medicion son despreciables, para temperatures mayores deben usarse materiales de reemplazo correspondientes, tales como materiales sinteticos con puntos de plastificacion mas elevados o reemplazo por materiales metalicos, ceramicos o cristalinos.
El elemento de gma de luz 22 tiene en el ejemplo de realizacion mostrado una superficie de entrada de luz 26 de 6 mm x 4 mm y un area de salida de luz 28 de 24 mm x 4 mm, con lo cual, por un lado, la superficie radiante 24 de aproximadamente 1 mm x 1 mm en la fuente de iluminacion 15 y la seccion de medicion 29 en la superficie del vastago de embolo 7 son cubiertas suficientemente y se pierde solamente una pequena parte del flujo de luz.
La figura 5 muestra en una representacion de seccion radial una figura optica de la seccion de medicion 29 sobre el sensor de imagen 16 en forma del elemento de camara lineal 20, produciendose la concentracion de rayos en un sentido directamente delante del elemento de camara lineal 20 a traves de un lente cilmdrico.
Los ejemplos de realizacion muestran variantes de realizacion posibles del dispositivo de medicion de posicion 2, debiendo llamar la atencion acerca de que la invencion no se restringe a las variantes de realizacion mostradas especialmente, sino mas bien son posibles diversas combinaciones entre sf de las diferentes variantes de realizacion y, debido a la ensenanza mediante la presente invencion respecto de la actividad tecnica, esta posibilidad de variaciones reside en el conocimiento del experto actuante en este campo tecnico. Por consiguiente, la extension de proteccion incluye la totalidad de variantes de realizacion que son posibles mediante la combinacion de detalles individuales de la variante de realizacion mostrada y descrita.
Finalmente, para el buen orden es necesario destacar que para una mejor comprension de la estructura del dispositivo de medicion de posicion 2, la misma o bien sus componentes han sido mostrados en parte fuera de escala y/o ampliados y/o reducidos.
El objetivo basado en las soluciones independientes de la invencion puede ser deducido de la descripcion.
Ante todo, las realizaciones mostradas individualmente en las figuras 1; 2; 3; 4 y 5 pueden formar el objeto de las soluciones independientes segun la invencion. Los objetivos y soluciones segun la invencion correspondientes deben ser tomados de las descripciones detalladas de dichas figuras.
Lista de referencias
1 cilindro de fluido
2 dispositivo de medicion de posicion
3 camisa de cilindro
4 fondo de cilindro
5 culata de cilindro
6 vastago de embolo
7 penmetro exterior
8 configuracion de codigo
9 dispositivo sensor
10 eje de vastago de embolo
11 marca de trazo
12 carcasa
13 seccion de carcasa
14 borne de conexion
15 fuente de iluminacion
16 sensor de imagen
17 placa de circuito impreso
18 unidad de evaluacion
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microprocesador elemento de camara lineal sistema optico de medicion elementos de gma de luz elemento LED superficie radiante eje de giro
area de entrada de luz
area de salida de luz
seccion de medicion
placa de circuito impreso
interfaz
distancia
perturbacion
taladro
distancia entre centros
Claims (15)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Dispositivo de medicion de posicion (2) para un vastago de embolo (6) saliente de un cilindro de fluido (1), incluyendo una representacion de medidas dispuesta a lo largo del mismo en el penmetro exterior (7) del vastago de embolo (6) en forma de una configuracion de codigo (8) detectable opticamente, en particular una sucesion binaria de marcas de trazos (11) orientada transversal al eje de vastago de embolo (10), y un dispositivo sensor (9) dispuesto estacionario en el cilindro de fluido (1) en una carcasa (12) para la deteccion optica de una seccion de medicion (29) rectangular de la configuracion de codigo (8), con una fuente de iluminacion (15) que emite un flujo de luz sobre la configuracion de codigo (8), un sensor de imagen (16), un sistema optico de medicion (21) para la transmision de una reproduccion de la seccion de medicion (29) sobre el sensor de imagen (16) y una unidad de evaluacion (18) para la determinacion de la posicion absoluta del vastago de embolo (6) usando la informacion de imagen captada por el sensor de imagen (16), estando la fuente de iluminacion (15) y el sensor de imagen (16) fijados en una placa de circuito impreso (17) comun del dispositivo sensor (9) y dispuesto entre la fuente de iluminacion (15) y la seccion de medicion (29) un elemento de grna de luz (22) para la transmision del flujo de luz de la fuente de iluminacion (15) a la seccion de medicion (29), caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) presenta una seccion transversal que aumenta desde el area de entrada de luz (26) hacia su area de salida de luz (28).
- 2. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) se conecta directamente a la fuente de iluminacion (15) o presenta un area de entrada de luz (26) posicionada a una distancia de menos de 2 mm respecto de la fuente de iluminacion (15).
- 3. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) se extiende sobre al menos el 50 %, preferentemente sobre al menos el 75 % de la menor distancia (32) entre la fuente de iluminacion (15) y el penmetro exterior (7) del vastago de embolo (6).
- 4. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la fuente de iluminacion (15) esta formada mediante un elemento LED (23).
- 5. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) presenta una seccion transversal aproximadamente rectangular, con lo cual un lado mas largo de la seccion transversal rectangular se extiende paralelo al eje del vastago de embolo (10).
- 6. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el area de salida de luz (28) del elemento de grna de luz (22) corresponde al menos al triple del area de entrada de luz (26).
- 7. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) presenta en su centro de trayectoria de rayos una perturbacion local (33) en forma de un taladro transversal (34), una cubierta o un elemento opticamente refractivo.
- 8. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el elemento de grna de luz (22) y/o el sistema optico de medicion (21) estan montados pivotantes en la carcasa (12) sobre un eje de giro (25) paralelo al eje del vastago de embolo (10).
- 9. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la configuracion de codigo (8) esta formada mediante un codigo binario pseudoaleatorio con palabras de codigo cruzadas una en otra y diferentes una de otra, correspondiendo la longitud de la seccion de medicion (29) al menos a la longitud de las palabras de codigo y las palabras de codigo presentan una longitud de al menos 8 bit, particularmente 15 bit.
- 10. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la configuracion de codigo (8) esta formada por un codigo de bloque binario con una secuencia alternada de bit de informacion de numero y anchura constante y bit de proteccion de numero y anchura constante y la medicion de la posicion del vastago de embolo usa un procedimiento de medicion en el cual en la seccion de medicion (29) es detectada la posicion o bien el desplazamiento de los bit de proteccion, y los bit de informacion definen, en cada caso, referencias absolutas para la posicion del vastago de embolo.
- 11. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el sensor de imagen (16) esta formado de un elemento de camara lineal (20) o un sistema sensor lineal dispuesto paralelo al eje de vastago de embolo (10).
- 12. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que el eje principal del sistema optico de medicion (21) esta orientado excentrico o inclinado respecto del eje del vastago de embolo (10) y/o excentrico o inclinado respecto del sentido de difusion principal de los rayos de luz que son reflejados por la superficie del vastago de embolo (7).
- 13. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la distancia entre centros (35) de la fuente de iluminacion (15) y del sensor de imagen (16) sobre la placa de circuito impreso (17) se ha seleccionado de un intervalo entre 5 mm y 12 mm.
- 14. Dispositivo de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que la unidad 5 de evaluacion (18) esta dispuesta sobre la placa de circuito impreso (17).
- 15. Cilindro de fluido (1) con al menos un vastago de embolo (6) saliente del mismo, caracterizado por que para la medicion de la posicion de vastago de embolo se encuentran dispuestos al menos dos dispositivos de medicion de posicion (2) segun una de las reivindicaciones 1 a 14.
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