ITVR20130191A1

ITVR20130191A1 - Unitá cilindro-pistone e metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra il cilindro ed il pistone di tale unitá.

Info

Publication number: ITVR20130191A1
Application number: IT000191A
Authority: IT
Inventors: Nicola Battisti; Alfredo Maglione
Original assignee: Giuliani S R L; Optoelettronica Italia S R L
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-02-08
Also published as: US20160177981A1; BR112016002232B1; EP3030794A1; CN105473873A; US10060453B2; BR112016002232A2; CN105473873B; EP3030794B1; WO2015019231A1

Description

UNITÁ CILINDRO-PISTONE E METODO DI RILEVAMENTO IN CONTINUO DELLA POSIZIONE RECIPROCA TRA IL CILINDRO ED IL PISTONE DI TALE UNITÁ.

5 Richiedenti: OPTOELETTRONICA ITALIA S.r.l a Trento

GIULIANI S.r.l. a Mantova

Inventori designati: Sig. Nicola Battisti, Sig. Alfredo Maglione

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10 La presente invenzione riguarda un’unità cilindro-pistone, di tipo idraulico o pneumatico, nonché un metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra il cilindro ed il pistone di tale unità.

Con il termine “posizione reciproca tra cilindro e pistone” nella presente descrizione e nelle rivendicazioni che seguono si intende la distanza percorsa da 15 un pistone, durante la sua corsa nel rispettivo cilindro, rispetto ad una propria posizione di riposo. Nel caso, ad esempio, di un’unità cilindro-pistone a doppio effetto, la posizione di riposo di un pistone corrisponde a quella in cui esso si trova ad uguale distanza rispetto alle estremità di testa del rispettivo cilindro.

Allo stato della tecnica per conoscere in continuo la posizione reciproca 20 tra un cilindro e rispettivo pistone in esso traslabile, si prevede di ricavare sullo stelo del pistone stesso, ad esempio realizzato in acciaio, una codifica di riferimento. Tale codifica di riferimento è ottenuta, ad esempio mediante lavorazione laser, in un tratto di lunghezza predefinito dello stelo del pistone e solitamente presenta sia tratti lavorati che tratti non lavorati. Tali tratti della codifica di riferimento, lavorati o non, riflettono in modo diverso le radiazioni luminose su di essi incidenti.

Una porzione della codifica di riferimento è rilevabile in modo continuo, durante la corsa del pistone nel cilindro, mediante adatti mezzi di rilevamento 5 solitamente alloggiati nel cilindro dell’unità cilindro-pistone. La porzione di codifica di riferimento rilevabile in continuo dai mezzi di rilevamento è correlabile alla posizione reciproca tra il cilindro ed il pistone.

I mezzi di rilevamento tradizionali comprendono un mezzo emettitore di radiazioni luminose, destinate a colpire, in uso, un tratto della superficie dello 10 stelo del pistone ed un rispettivo mezzo sensore, preposto a rilevare tali radiazioni luminose riflesse dalla superficie dello stelo e ad emettere, in uscita, un adatto segnale di uscita.

Come anticipato sopra, il rilevamento di un tratto di codifica di riferimento, sullo stelo del pistone, si basa sulla differenza nella riflessione delle radiazioni 15 luminose incidenti sullo stelo stesso. Le radiazioni luminose emesse dal mezzo emettitore sono, infatti, riflesse quasi totalmente dalla superficie non lavorata dello stelo del pistone, mentre vengono invece maggiormente assorbite, quando esse incidono su un tratto di superficie lavorata dello stelo. Ne consegue che il segnale elettrico in uscita dal mezzo sensore, tipicamente di tipo analogico, 20 presenta, in corrispondenza di un tratto di codifica soggetto a lavorazione, un’ampiezza diversa rispetto a quella rilevabile in corrispondenza di una porzione di stelo non interessata da tale lavorazione.

Il segnale in uscita dal mezzo sensore è previsto per essere successivamente elaborato in continuo da un‘unità di controllo ed elaborazione dati, la quale, emette in uscita un indice correlato alla posizione reciproca in quel momento assunta tra cilindro e pistone.

Un esempio tipico di codifica di riferimento realizzabile sullo stelo di un pistone è insegnato in US-6327791. In tale documento la codifica di riferimento 5 comprende un codice a barre ricavato lungo lo stelo del pistone per un tratto predefinito di lunghezza, il quale codice a barre rappresenta una codifica binaria lunga due o più bit. Mano a mano che il pistone corre nel rispettivo cilindro, il tratto di codifica rilevabile, in uso, dai mezzi di rilevamento, in corrispondenza di una loro zona di rilevamento all’uopo prevista, cambia, dando così luogo ad un 10 codice binario di volta in volta diverso. Ciascun codice binario rilevabile in corrispondenza della zona di rilevamento è correlabile ad una specifica posizione tra cilindro e pistone e pertanto, sulla base della lettura di un tratto di codifica di riferimento, è possibile ottenere la posizione reciproca in quel momento assunta tra cilindro e pistone.

15 Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un’unità cilindro-pistone dotata di una codifica di riferimento alternativa, che consenta di rilevare, in continuo, la posizione reciproca tra cilindro e pistone.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un’unità cilindro-pistone dotata di una codifica di riferimento 20 alternativa, la quale codifica sia facile da realizzare a costi competitivi sullo stelo di tale unità cilindro-pistone.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone di un’unità cilindro-pistone che sia preciso, affidabile ed attendibile.

Un altro scopo ancora della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone di un’unità cilindro-pistone che sia pratico da implementare.

5 Secondo un primo aspetto della presente invenzione si fornisce una unità cilindro-pistone comprendente:

- almeno un cilindro includente un corpo tubolare;

- almeno un pistone solidale ad un rispettivo stelo, il pistone e lo stelo essendo traslabili longitudinalmente nel corpo tubolare del cilindro, 10 - almeno una codifica di riferimento estendentesi per almeno un tratto sulla superficie dello stelo, lungo l’asse longitudinale dello stesso; - almeno mezzi di rilevamento amovibilmente ancorabili al corpo tubolare, rivolti, in uso, verso lo stelo e preposti a rilevare tale almeno una codifica di riferimento e ad emettere in uscita almeno un 15 corrispondente segnale elettrico di uscita;

- almeno una zona di rilevamento di ampiezza delimitata da tali mezzi di rilevamento, tale almeno una codifica di riferimento essendo rilevabile in corrispondenza di tale almeno una zona di rilevamento; caratterizzata dal fatto che

20 - tale almeno una codifica di riferimento comprende almeno una pluralità di settori adiacenti estendentisi lungo l’asse longitudinale dello stelo, ciascuno per un tratto di uguale lunghezza;

- ciascun settore comprende una pluralità di zone a contrasto ottico, ciascuna estendentesi lungo tale asse longitudinale dello stelo per un 25 rispettivo tratto di estensione tale che la somma delle estensioni di tali tratti di estensione, in ciascun settore è inferiore o uguale a tale ampiezza di tale zona di rilevamento;

- le zone a contrasto ottico sono disposte, in ciascun settore, secondo la medesima sequenza; e

5 dal fatto che

in ciascun settore almeno una tale zona a contrasto ottico presenta tale almeno un rispettivo tratto di estensione di lunghezza diversa rispetto alla lunghezza del medesimo tratto di estensione negli altri settori, cosicché ciascun settore resta univocamente determinabile dalla lunghezza di tale almeno un tratto 10 di estensione di tali zone a contrasto ottico in esso incluse.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione si fornisce un metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone di un’unità cilindro-pistone, il metodo comprendendo le fasi di:

- predisposizione di un’unità-cilindro pistone secondo il primo aspetto della 15 presente invenzione;

- attivazione di tali almeno mezzi di rilevamento;

- elaborazione di tale almeno un segnale elettrico in uscita da tali mezzi di rilevamento;

- emissione, sulla base di tale elaborazione, di un indice correlato con la 20 posizione reciproca in quel momento assunta tra tale cilindro e tale pistone;

caratterizzato dal fatto che

la fase di elaborazione di tale almeno un segnale comprende la misurazione, su detto almeno un segnale, della lunghezza di tale almeno un tratto di estensione di tale o tali zone a contrasto ottico, che risulta o risultano completamente 25 rappresentate in tale segnale.

Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione appariranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione attualmente preferito, illustrato a titolo puramente esemplificativo e non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

5 la Figura 1a illustra una vista laterale in sezione longitudinale, dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione in cui il pistone è in posizione di riposo;

la Figura 1b illustra una vista laterale in sezione longitudinale, dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione, in cui il pistone è in posizione 10 P[t] rispetto alla posizione di riposo;

la Figura 1c, mostra un particolare, in scala ingrandita, dei mezzi di rilevamento dell’unità cilindro-pistone di Figura 1;

La Figura 1d è una vista prospettica, in esploso, di una variante dell’unità cilindro pistone secondo la presente invenzione;

15 La Figura 2a illustra una vista schematica, leggermente ingrandita, di un primo esempio di realizzazione di una codifica di riferimento per un unità cilindrosecondo la presente invenzione;

La Figura 2b, mostra una vista schematica, in scala ingrandita di un secondo esempio di realizzazione di una codifica di riferimento per un unità 20 cilindro-pistone secondo la presente invenzione.

La Figura 3, mostra una vista schematica e leggermente ingrandita di una variante dei mezzi di rilevamento 7 dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione;

La Figura 4, illustra l’andamento tipico di un segnale elettrico in uscita dai mezzi di rilevamento dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione, in cui lo stelo del pistone presenta la codifica di riferimento di Fig.2a;

La Figura 5a illustra il diagramma di flusso del metodo di rilevamento in 5 continuo della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone secondo la presente invenzione;

La Figura 5b è un diagramma di flusso dettagliato di una delle fasi del metodo di Figura 5a; e

La Figura 5c mostra un diagramma di flusso dettagliato di un’altra delle 10 fasi del metodo di Figura 5a.

Negli uniti disegni, parti o componenti uguali o simili sono stati contraddistinti con gli stessi numeri di riferimento.

Con riferimento ora alle Figure da 1a a 1d, si noterà come un’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione sia generalmente indicata con il 15 numero di riferimento 1 e comprenda un cilindro, tipicamente composto da un corpo tubolare 2, di sezione preferibilmente circolare, chiuso in corrispondenza delle proprie estremità da rispettive pareti di testa 3 e 4. Nel corpo tubolare 2 è montato traslabile, lungo il proprio l’asse longitudinale, un pistone 5, connesso ad un rispettivo stelo 5a. Lo stelo 5a fuoriesce dal cilindro, nel caso di un pistone a 20 singolo effetto (non illustrato nei disegni), attraverso una rispettiva apertura passante, ricavata, in una delle pareti di testa 3 o 4 e, nel caso di un’unità cilindro pistone a doppio effetto, attraverso aperture passanti 3a e 4a previste, rispettivamente, nelle pareti di testa 3 e 4.

Sullo stelo 5a, è ricavata una codifica di riferimento C ottenuta, ad esempio, 25 mediante lavorazione laser della superficie dello stelo ed estendentesi tutta attorno allo stelo stesso ed in direzione longitudinale per un tratto predefinito dC, ad esempio pari a 24cm.

Più in particolare, si faccia riferimento alle Figure 2a e 2b e 3, tale codifica di riferimento C comprende una pluralità di settori S adiacenti, ciascuno dei quali 5 è indicato in tali figure con il riferimento Si (dove i=1, 2, 3, >,N). I settori Si della codifica di riferimento C si estendono lungo l’asse longitudinale dello stelo 5a, tutti per un tratto di uguale lunghezza dS, ad esempio pari a 7.5mm.

Ciascun settore Si comprende, a sua volta, due o più zone a diverso contrasto ottico (si1, si2, si3, >con i =1,..,N), ciascuna delle quali è lavorata o 10 meno in modo tale che, in uso, riflette eventuali radiazioni luminose su di essa incidenti in modo diverso rispetto alle altre zone a contrasto ottico comprese nel medesimo settore Si.

Ciascun settore Si può essere quindi interessato da zone ad alto, medio, basso contrasto oppure da zone riflettenti (si veda in particolare la Fig. 2b), le 15 quali si susseguono, all’interno di ciascun settore, secondo la medesima sequenza. Così ad esempio, nel caso illustrato nelle Figure 2a e 3, attualmente preferito, sono previste in ciascun settore Si della codifica C due zone a contrasto ottico e, più in particolare, una prima zona a contrasto ottico si1 lavorata, ad esempio mediante ablazione laser (rappresentata nelle suddette Figure con il 20 colore nero), ed una seconda zona a contrasto ottico si2 non lavorata (rappresentata con il colore bianco).

Con riferimento, invece, alla Figura 2b, illustrante un secondo esempio di realizzazione preferito della codifica di riferimento C secondo la presente invenzione, ciascun settore Si è interessato da tre zone a contrasto ottico si1, si2 25 ed si3 e, più in particolare, osservando lo stelo del pistone rappresentato in Figura da sinistra a destra, ciascun settore Si è interessato da una prima zona si1 (rappresentata in nero), da una seconda zona di riferimento si2 (rappresentata in grigio) e da una terza zona si3 (rappresentata con il colore bianco).

5 Le zone a contrasto ottico (si1, si2, si3, >) della codifica di riferimento C secondo la presente invenzione si estendono, all’interno di un rispettivo settore Si, per un rispettivo tratto di estensione (dsi1, dsi2, dsi3, >). Come si potrà osservare, almeno una delle zone a contrasto ottico (si1, si2 ed si3) varia, da un settore all’altro, la propria estensione lungo l’asse dello stelo 5a. Nel caso 10 specifico delle Figure 2a e 3, entrambe le zone a contrasto ottico si1 ed si2 presentano tratti di estensione dsi1 e dsi2 diversi in ciascun settore Si. Nel caso, invece rappresentato in Figura 2b, la zona si1 (rappresentata con il colore nero) resta di estensione costante lungo lo stelo 5a per un certo numero multiplo di settori, nel caso specifico tre, variando invece, da un settore all’altro, l’estensione 15 delle zone a contrasto ottico si2 ed si3. Come apparirà ovvio per l’esperto del settore, questo secondo esempio di realizzazione della codifica di riferimento C consente di moltiplicare in modo vantaggioso, lungo lo stelo del pistone 5a, le possibili configurazione dei settori Si della codifica C.

L’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione comprende mezzi 20 di rilevamento 7 destinati a rilevare la codifica di riferimento C durante la corsa del pistone 5 all’interno del cilindro 2. Tali mezzi di rilevamento sono previsti, secondo una prima variante della presente invenzione, alloggiabili in una sede di alloggiamento passante 6 (Figg. 1a, 1b e 1c), preferibilmente ricavata in corrispondenza di una delle due pareti di testata del cilindro, nel caso specifico 25 illustrato nelle Figg. 1a ed 1b nella parete di testata 3. Tale sede di alloggiamento passante 6 è atta a ricevere ed a mantenere in essa impegnati i suddetti mezzi di rilevamento 7, i quali sono, in uso, in essa alloggiati rivolti verso lo stelo 5a dell’unità cilindro-pistone. Volendo la sede di alloggiamento 6 può essere ricavata anche nel corpo tubolare 2, ad esempio in una sua porzione 5 centrale.

Secondo una seconda variante della presente invenzione, si faccia riferimento alla Figura 1d, i mezzi di rilevamento 7 sono previsti ancorabili al cilindro 2 dell’unità cilindro pistone e, più in particolare, alloggiabili in un corpo a disco 8, dotato di una apertura passante 8a, la quale lo rende inseribile su una 10 porzione di stelo 5a del pistone 5 fuoriuscente dal cilindro 2. Tale corpo a disco 8, presenta una faccia sostanzialmente piana 8b, destinata, in uso, ad essere accostata alla parete di testa 3 del cilindro. Nel corpo a disco 8 è inoltre ricavata una pluralità di aperture passanti 9, disposte angolarmente sfalsate tra loro attorno all’apertura passante 8a. Tali aperture passanti 9 fungono da sede di 15 alloggiamento per rispettivi mezzi di impegno amovibile 10 tra il corpo a disco 8 ed il cilindro 2 dell’unità cilindro-pistone.

Nel caso illustrato a titolo di esempio in Figura 1d, i mezzi di impegno amovibile 10 comprendono, una tripletta di viti avvitabili in rispettive sedi di impegno 11 all’uopo ricavate nella parete di testa 3 del cilindro 2. Nel caso 20 illustrato, le sedi di impegno amovibile 11 comprendono una tripletta di sedi di alloggiamento filettate con passo di filettatura corrispondenti a quello delle rispettive viti 10. Analogamente alla prima variante dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione, nel corpo a disco 8 è prevista una sede di alloggiamento passante 6 (non illustrata nei disegni), atta a ricevere ed a 25 mantenere in essa impegnati mezzi di rilevamento 7 rivolti verso l’apertura 8a e, quindi, verso lo stelo 5a dell’unità cilindro-pistone in essa inseribile. Con una tale configurazione del corpo a disco 8, ancorabile al cilindro 2 mediante i rispettivi mezzi di impegno amovibile 10 secondo una pluralità di posizione angolari, si comprenderà facilmente che i mezzi di rilevamento 7 nel corpo a disco 8, 5 risultano vantaggiosamente orientabili attorno allo stelo 5a dell’unità cilindro pistone.

Nell’unità cilindro-pistone secondo il secondo esempio di realizzazione della presente invenzione, sono previste anche elementi a guarnizioni 12 e 13 tra, rispettivamente, la parete di testa 3 del cilindro 2 ed il corpo a disco 8 e tra il 10 corpo a disco 8 e lo stelo 5a del pistone. Tali elementi a guarnizione 12 e 13 impediscono alla sporcizia nella zona di lavoro dell’unità cilindro pistone di penetrare nel corpo a disco 8, e contribuiscono quindi a mantenere pulita la zona di rilevamento dati dei mezzi di rilevamento.

I mezzi di rilevamento 7 dell’unità cilindro-pistone secondo la presente 15 invenzione comprendono almeno un mezzo emettitore 7a di radiazioni luminose RL, ad esempio comprendente uno o più LED (schematizzato nelle Figg.2a e 3), rivolto verso lo stelo 5a e destinato, in uso, ad emettere radiazioni luminose RL contro di esso durante la corsa del pistone nel cilindro. Vantaggiosamente, i mezzi di rilevamento 7 comprendono inoltre almeno un mezzo sensore 7b, atto a 20 rilevare le radiazioni luminose riflesse dallo stelo 5a. I mezzi di rilevamento 7 delimitano una zona o regione di rilevamento 7c di ampiezza d7c, (si faccia particolare riferimento alla Figura 3) in corrispondenza della quale il mezzo od i mezzi emettitori 7a ed il mezzo o i mezzi sensori 7b, rispettivamente, emettono e rilevano le radiazioni luminose RL verso/dallo stelo 5a.

I mezzi di rilevamento 7 dell’unità cilindro pistone sfruttano, come i mezzi sensori della tecnica nota, la differenza nella riflessione delle radiazioni luminose RL che colpiscono lo stelo 5a in corrispondenza della codifica di riferimento C. Con riferimento alla Figure 2a e 3, infatti, quando le radiazioni luminose 5 colpiscono lo stelo 5a, in corrispondenza di una prima zona lavorata (si1) della codifica di riferimento C, esse vengono in larga parte assorbite cosicché solo una frazione di esse viene riflessa e risulta pertanto rilevabile dal mezzo sensore o dai mezzi sensori 7b. Nel caso opposto in cui le radiazioni luminose RL colpiscono lo stelo 5a in corrispondenza di una seconda zona a contrasto ottico 10 non lavorata si2 della codifica di riferimento C, esse vengono in larga parte riflesse e dirette verso il mezzo sensore od i mezzi sensori 7b. Ne consegue che il segnale in uscita da ciascun mezzo sensore 7b, solitamente di tipo analogico, è un segnale a gradini s7 ad esempio del tipo illustrato in Figura 4.

Tale segnale s7 presenta ampiezza maggiore (grossomodo prossima alla 15 tensione di alimentazione Vccdei mezzi di rilevamento) quando, in corrispondenza della zona o regione di rilevamento 7c dei mezzi di rilevamento 7, si viene a trovare una zona a contrasto ottico non lavorata si2 di un tratto di codifica di riferimento C. Quando, invece, nella regione di rilevamento 7c si trova una prima zona lavorata si1 della codifica di riferimento C, il segnale s7 presenta 20 ampiezza inferiore.

Il segnale s7 quindi, si veda sempre la Figura 4, è un segnale analogico a gradini, la cui larghezza, in un determinato istante t, è sostanzialmente proporzionale alle dimensioni d7c della zona di rilevamento 7c dei mezzi dei rilevamento 7 ed il cui andamento rispecchia l’andamento delle zone a contrasto ottico si1 ed si2 della codifica di riferimento C in quel momento rilevate dai mezzi di rilevamento 7.

Vantaggiosamente, in ciascun settore Si della codifica di riferimento C, ciascuna zona a contrasto ottico si1, si2, si3, ecc. si estende per un rispettivo 5 tratto di estensione dsi1, dsi2, dsi3, ecc. lungo lo stelo 5a cosicché la somma di tali tratti di estensione è pari all’ampiezza dS di ciascun settore ed inferiore o uguale all’ampiezza d7c della zona di rilevamento 7c dei mezzi di rilevamento 7.

Con una tale configurazione, in qualsiasi momento durante la corsa del pistone nel cilindro, i mezzi di rilevamento 7 rilevano, in corrispondenza della 10 rispettiva zona di rilevamento 7c, un tratto di codifica di riferimento C in cui è completamente inclusa almeno una delle zone a contrasto ottico si1, si2, si3,> di un rispettivo settore Si.

Ancor più vantaggiosamente, almeno una delle zone a contrasto ottico si1, si2, si3, ecc. in un rispettivo settore Si presenta il rispettivo tratto di estensione 15 dsi1, dsi2, dsi3, ecc. di lunghezza diversa rispetto alla lunghezza del medesimo tratto di estensione negli altri settori della codifica C, cosicché l’i-esimo settore Si della codifica di riferimento C risulta univocamente identificabile dalla lunghezza di almeno un tratto di estensione dsi1, dsi2, dsi3, ecc. delle zone a contrasto ottico si1, si2, si3, ecc. in esso incluse. Come è ovvio, avendo ciascun settore Si 20 lunghezza costante dS, la variazione di un tratto di estensione dsi1 o dsi2 o dsi3 nel settore i-esimo, implica la variazione di almeno un altro tratto di estensione dsi1 o dsi2 o dsi3 all’interno del medesimo settore.

Secondo un primo esempio di realizzazione attualmente preferito dell’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione (si faccia riferimento alle Figg.2a 25 e 4), i mezzi di rilevamento comprendono un solo mezzo sensore 7b, ad esempio di tipo CCD a 256 pixel. L’ampiezza della zona di rilevamento d7c corrisponderà, in questo caso ai 256 pixel del sensore CCD (come indicato nell’asse orizzontale del grafico di Fig.4) .

Secondo una variante della presente invenzione (Fig. 3), i mezzi di 5 rilevamento 7 dell’unità cilindro-pistone 1 comprendono una pluralità di mezzi sensori 7b previsti affiancati tra loro, anch’essi, ad esempio, di tipo CCD a 256 pixel.

Come si potrà notare, secondo tale variante l’ampiezza d7c della zona di rilevamento 7c dei mezzi di rilevamento 7 è proporzionale al numero dei mezzi 10 sensori 7b previsti e pertanto maggiore rispetto a quella del primo esempio di realizzazione. In questo caso, quindi, il numero di settori Si previsti per la codifica di riferimento C, di lunghezza complessiva dC, può essere ridotto e, conseguentemente possono essere ridotti anche i costi di realizzazione della rispettiva codifica di riferimento C sullo stelo 5a del corpo mobile.

15 Come si comprenderà facilmente, la scelta della codifica di riferimento C secondo il primo oppure il secondo esempio di realizzazione della presente invenzione dipenderà da diversi fattori, tra i quali le dimensioni della sede di alloggiamento prevista per i mezzi di rilevamento 7, la quale limita l’ampiezza massima d7c della zona di rilevamento dei mezzi sensori 7b lungo l’asse 20 longitudinale dell’unità cilindro-pistone. Un altro fattore importante è la facilità o meno di lavorazione della codifica di riferimento.

L’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione comprende inoltre un’unità di controllo ed elaborazione dati 14 (Figg. 1a ed 1b), prevista tanto interna ai mezzi di rilevamento 7 quanto esterna ad essi, preposta alla ricezione 25 ed all’elaborazione del segnale elettrico in uscita da ciascun mezzo sensore s7.

In base all’elaborazione del o dei segnali ricevuti in ingresso, tipicamente di tipo analogico, l’unità di controllo ed elaborazione dati 8 emette in uscita un indice P correlato alla posizione reciproca tra cilindro e pistone dell’unità cilindro-pistone 1.

5 Il rilevamento in continuo della posizione reciproca tra cilindro e pistone dell’unità cilindro-pistone 1 secondo la presente invenzione, è quanto mai semplice ed affidabile.

Tale rilevamento, si faccia riferimento alla Figura 5a, prevede una fase iniziale 100 di attivazione dei mezzi di rilevamento 7, in risposta alla quale questi 10 emettono uno o più segnali elettrici di uscita s7 a seconda della configurazione dei rispettivi mezzi sensori 7b.

Successivamente, alla fase 200, il segnale od i segnali elettrici s7 in uscita dai mezzi di rilevamento vengono elaborati e, in risposta a tale elaborazione, viene determinato, da parte dell’unità di controllo ed elaborazione dati 8, un 15 indice P correlato con la posizione reciproca tra cilindro e pistone dell’unità cilindro-pistone.

Volendo, tale indice può essere inviato ad adatti mezzi di ingresso/uscita (fase 300) all’uopo previsti nell’unità cilindro-pistone per la visualizzazione e/o eventuale ulteriore elaborazione dell’indice P così determinato. I mezzi di 20 ingresso/uscita non sono illustrati nei disegni.

Con particolare riferimento alla fase 200 di elaborazione del segnale (si vedano la figure 5b e 5c), il metodo secondo la presente invenzione comprende una fase 210 di pre-elaborazione del segnale o dei segnali s7 ed una fase successiva 220 di elaborazione vera e propria.

Nella fase 210 di pre-elaborazione, il segnale od i segnali s7 vengono interpolati (fase 211), ad esempio mediante un’interpolazione lineare qualora si voglia aumentare la risoluzione del sistema. Volendo, viene regolato il contrasto tra ampiezza massima e minima del segnale così interpolato (fase 212), se, ad 5 esempio, tale contrasto è inferiore ad un certo valore di soglia predeterminato, per esempio pari a Vcc/2. Come si comprenderà facilmente, con questa regolazione del contrasto, il segnale s7 da elaborare, viene reso indipendente da fattori legati, ad esempio, all’usura dello stelo 5a, i quali causano, con l’andare del tempo, l’emissione in uscita dai mezzi di rilevamento 7 di un segnale o di 10 segnali s7 aventi una differenza di ampiezza sempre minore tra zone a contrasto ottico diverse (si1, si2, si3, ecc.).

In aggiunta o in alternativa, come si comprenderà facilmente, l’esperto del settore potrà prevedere, in questa fase del metodo secondo la presente invenzione, di elaborare il segnale s7 mediante ulteriori tecniche di elaborazione 15 mediante, ad esempio, correzioni delle distorsioni geometriche sui pixel del corrispondente sensore CCD, mappatura alcuni settori Si memorizzati, per una facile e veloce identificazione del settore cui il segnale s7 fa riferimento, studio dei valori minimi del segnale s7, introduzione di offset per compensare eventuali non uniformità di marcatura sullo stelo 5a, le quali si riflettono inevitabilmente sul 20 corrispondente segnale s7 acquisito, ecc.

Sul segnale così pre-elaborato, indicato in figura 5b con il riferimento s7’, viene quindi identificata la codifica di riferimento C (fase 213) e, più in particolare, si distinguono le zone a contrasto ottico si1, si2, si3, ecc.

Tale identificazione, si faccia riferimento alla Fig. 4, viene eseguita 25 mediante una classificazione del segnale sulla base di almeno una soglia. Tali soglie, che negli esempi di realizzazione illustrati sono due, comprendono una soglia massima SH, prossima alla tensione di saturazione del sistema Vcc, ed una soglia minima SL, ad esempio pari a 3Vcc/4.

Se il segnale s7’, ad esempio, ha un’ampiezza maggiore di SH, allora è 5 identificato come zona a contrasto ottico si2.

Se, il segnale s7’ ha invece un’ampiezza inferiore a SL, allora è identificato come zona a contrasto ottico si1.

Se il segnale s7’ ha un’ampiezza intermedia, esso è classificato come relativo ad una zona di transizione tra si1 ed si2.

10 Sulla base di tale classificazione, il segnale s7, in uscita dai mezzi rilevatori, viene trasformato in un segnale elettrico a gradini, presentante fronti di salita e discesa verticali, ed indicato con il riferimento s7’’.

Tale segnale s7’’ viene ulteriormente elaborato alla fase 220.

La fase 220 prevede la misurazione, sul segnale s7’’, dell’estensione della 15 o delle zone a contrasto ottico si1, si2, si3, ecc., tra quelle identificate alla fase precedente, che risulta o risultano completamente rappresentate nel segnale s7’, dato che, come detto sopra, la geometria del sistema è tale per cui a partire dalla loro estensione dsi1, dsi2, dsi3, ecc. si può risalire univocamente al settore di appartenenza della o delle stesse, nella codifica di riferimento C.

20 Nel caso particolare in cui la codifica di riferimento C comprenda settori Si in cui sono ricavate soltanto due zone a contrasto ottico si1 ed si2, l’estensione della zona o delle zone a contrasto ottico dsi1, dsi2, completamente rappresentate nel segnale s7’’ viene determinata alla fase 221, sulla base del calcolo della distanza tra un fronte di salita ed il successivo fronte di discesa 25 (rispettivamente si2a ed si2b, nel caso di si2) del segnale s7’’ oppure, viceversa, alla fase 222, sulla base del calcolo della distanza tra un fronte di discesa ed il successivo fronte di salita (rispettivamente si1a ed si1b, nel caso di si1) del segnale.

Diverse procedure consentono di identificare la posizione dei fronti di 5 salita e/o discesa del segnale a gradini s7’’. Secondo quanto illustrato in figura 5c, la porzione iniziale del segnale s7’’, corrispondente ad esempio al primo pixel del sensore CCD, viene confrontata con uno o più valori di riferimento per stabilire se esso è associabile ad un tratto lavorato o meno della codifica di riferimento C (si1 o si2).

10 Se la porzione inziale del segnale s7’’ si riferisce, ad esempio, alla zona a contrasto ottico si1, i fronti di salita e/o discesa del segnale s7’’ che saranno determinati saranno quelli relativi alla zona o alle zone a contrasto ottico adiacenti, e nel caso specifico degli esempi di realizzazione illustrati, quelli relativi alla zona a contrasto ottico si2 (si veda la Fig. 5c). Viceversa, se la porzione 15 inziale del segnale s7’’ riguarda una zona a contrasto ottico si2, si determineranno i fronti di discesa e/o salita relativi alla zona o zone adiacenti si1. Nel caso, infine, in cui il segnale s7’’ si riferisca alla zona di transizione tra una zona a contrasto ottico si1 ed una zona a contrasto ottico si2 o viceversa, i mezzi di rilevamento 7 staranno rilevando proprio un fronte di salita o discesa del 20 segnale e, pertanto, si procederà all’individuazione, sul segnale s7’’ del fornte di salita oa discesa successivo. Note le posizioni dei fronti di salita e/o discesa del segnale s7’’ è ovvio determinare, per differenza, l’estensione dsi1 o dsi2 della rispettiva zona a contrasto ottico così identificata e, di conseguenza, mediante un confronto, il settore i-esimo Si della codifica di riferimento C cui tale zona o tali 25 zone a contrasto ottico appartengono (fase 223).

Noto il settore di appartenenza del tratto di codifica C rilevato dai mezzi di rilevamento 7 è possibile determinare l’indice P correlato alla posizione reciproca tra cilindro e pistone dell’unità cilindro-pistone, sulla base della risoluzione (R) del mezzo o dei mezzi sensori 7b e l’eventuale fattore di zoom (Fz) ad esso/i 5 associato (fase 224).

Tale indice P corrisponde, in sostanza, alla distanza alla quale, in quel momento (all’istante t), il pistone dell’unità cilindro-pistone si trova, rispetto alla sua posizione di riposo, ed è dato dalla seguente formula:

10 P|t= (Si x (d7c x FI))+si1a ) x (R/(Fz x FI))

dove:

- Siindica il settore identificato in corrispondenza della zona di rilevamento 7c dei mezzi di rilevamento, alla fase 223,

15 - d7c è l’ampiezza (espressa in pixel) della zona di rilevamento del sensore CCD,

- si1a è la posizione del fronte di discesa del segnale elaborato espresso in pixel;

- R è la risoluzione dei mezzi di rilevamento;

20 - Fz è il fattore di zoom;

- Fi è il fattore di interpolazione

Ovviamente, nel caso di interpolazione del segnale come sopra descritto, d7c sarà moltiplicata per il corrispondente fattore di interpolazione FI, ad esempio pari a x2, così come il fattore di zoom Fz.

25

Esempio.

Dato un mezzo sensore di tipo CCD a 256 pixel (in cui ciascun pixel ha estensione pari a 63.5um) ed un fattore di zoom (legato alla curvatura dello stelo 5 del pistone ed alla morfologia del o dei mezzi emettitori 7a) ad esempio pari a 2X, l’ampiezza d7c della zona di rilevamento del dispositivo 7c è circa uguale a 63.5um x 256 pixel= 16mm.

L’ampiezza dSi di ciascun settore Si ricavato sullo stelo dell’unità cilindropistone è, pertanto, al massimo pari a 16mm/2 = 8mm.

10 Supponendo che ciascun settore Si sia dotato di due zone a contrasto ottico si1 ed si2, la somma delle estensioni dsi1 e dsi2 di tali zone, in ciascun settore Si, sarà, secondo la presente invenzione, inferiore od uguale a 8mm, ad esempio pari a 7,5mm, in modo che sia possibile distinguere chiaramente, in corrispondenza della zona di rilevamento 7c, il passaggio da una zona all'altra 15 durante la corsa del pistone nel cilindro.

Supponendo che la codifica di riferimento C si estenda lungo un tratto di lunghezza dC pari a 240mm sullo stelo dell’unità cilindro-pistone, il numero di settori Si della codifica C è pari a 240mm/7,5mm= 32.

La differenza di estensione tra due zone corrispondenti si1 o si2, 20 appartenenti a settori adiacenti, è ad esempio pari a 0.1905mm, cioè corrispondente a 6 pixels del sensore CCD.

Con un mezzo sensore di tipo CCD a 256 pixel, infatti, in cui ciascun pixel ha estensione pari a 63.5um ed un fattore di zoom paria 2x, si ha che 0.1905 mm = 190,5 um / (63,5 / 2) = 190,5 / 31,75 = 6 pixels. Se, in aggiunta, fosse previsto 25 un fattore di interpolazione pari a 2x, la differenza di estensione tra due zone corrispondenti si1 o si2, appartenenti a settori adiacenti sarebbe paria 6 pixels x 2 = 12 pixels.

Con una tale configurazione, la codifica di riferimento C è dotata di 32 settori, il primo dei quali S1è interessato da una zona s11di estensione pari a 5 1mm, (la corrispondente zona s12avendo estensione ad esempio pari a 7,5mm -1mm = 6.5mm). Le corrispondenti zone a contrasto ottico s21, s31, s41, ecc. appartenenti ai rispettivi settori S2, S3, S4ecc, avranno estensioni via via crescenti di settore in settore di 0,1905mm, fino ad avere, nell’ultimo settore, S32un’estensione pari a 1mm (0,1905mm x 31) = 7,096mm → corrispondente a 10 circa 14mm rilevabili dal mezzo sensore 7b.

Con una tale configurazione, eseguendo ad esempio un’interpolazione lineare del segnale s7 acquisto, con un fattore FI pari a 2x, la posizione reciproca tra cilindro e pistone nell’unità cilindro pistone, in un dato istante t, è data dalla formula:

15

P|t= ((Si x (d7c x FI))+si1a ) x (R/(Fz x FI))

ovvero

P|t[um] = (Si x (255x2) si1a ) x (31,75/2) [um].

20 Si comprenderà facilmente che, il metodo secondo la presente invenzione viene eseguito in continuo e pertanto, man mano che il pistone corre all’interno del cilindro, spostandosi rispetto alla sua posizione di riposo, l’indice P|tviene costantemente aggiornato.

L’unità cilindro-pistone ed il metodo sopra descritti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti entro l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni che seguono.

Così ad esempio, preliminarmente alla fase iniziale 100 di attivazione dei 5 mezzi di rilevamento 7, può essere prevista una fase di calibrazione dei mezzi di rilevamento 7 e dell’unità di controllo ed elaborazione dati 8.

Ancora, la fase di regolazione del contrasto del segnale s7 in uscita dai mezzi di rilevamento 7 può essere implementata dall’unità di controllo ed elaborazione dati 14 mediante istruzioni eseguibili dall’unità di controllo ed 10 elaborazione dati 14 oppure manualmente. In questo secondo caso l’unità cilindro-pistone secondo la presente invenzione comprende adatti mezzi regolatori dell’intensità luminosa erogabile, in uso, dai mezzi emettitori 7a.

Per regolare il contrasto del segnale s7 in uscita dai mezzi di rilevamento 7 si può inoltre agire manualmente o mediante istruzioni eseguibili dall’unità di 15 controllo ed elaborazione dati 8, sulla direzione della radiazione luminosa RL incidente sullo stelo 5a, oppure sul tempo di integrazione dei pixel.

Si comprenderà infine che, nel caso in cui la codifica di riferimento C, comprenda in ciascun settore Si, tre o più zone a contrasto ottico (si1, si2, si3, si4), tale codifica C potrà essere rappresentata in ciascun settore Si, mediante 20 combinazioni di coppie o triplette di tali zone a contrasto ottico. In questo modo, a parità di lunghezza dC della codifica di riferimento C lungo lo stelo del pistone, le differenze di ampiezza dsi1, dsi2, dsi3, dsi4 di ciascuna zona, tra un settore e l’altro, potranno essere più accentuate e pertanto meglio rilevabili dal sistema.

Coppie o triplette di tali zone consentono, a parità di dimensioni dS di 25 ciascun settore Si, un numero di combinazioni tali per cui la codifica di riferimento C può essere realizzata di lunghezza dC maggiore. In alcune applicazioni, ad esempio con unità cilindro-pistone di dimensioni elevate, ciò risulta molto vantaggioso.

Nel caso in cui la codifica di riferimento C sia interessata, in ciascun 5 settore, da tre o più zone a contrasto ottico (si faccia in particolare riferimento alla Fig.2b), il metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra cilindro e pistone dell’unità cilindro-pistone 1 secondo la presente invenzione, implementa alcune funzioni di compensazione, come ad esempio quelle oggetto della domanda di brevetto italiano VR2013A000024 a nome dei medesimi 10 richiedenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Unità cilindro-pistone comprendente: - almeno un cilindro includente un corpo tubolare (2); - almeno un pistone (5) solidale con un rispettivo stelo (5a), detto 5 pistone (5) e detto stelo (5a) essendo traslabili longitudinalmente in detto corpo tubolare (2) di detto cilindro, - almeno una codifica di riferimento (C) estendentesi per almeno un tratto (dC) sulla superficie di detto stelo (5a), lungo l’asse longitudinale dello stesso; 10 - almeno mezzi di rilevamento (7), amovibilmente ancorabili a detto corpo tubolare (2), rivolti, in uso, verso detto stelo (5a) e preposti a rilevare detta almeno una codifica di riferimento (C) e ad emettere in uscita almeno un corrispondente segnale elettrico di uscita (s7), - almeno una zona di rilevamento (7c) di ampiezza (d7c) delimitata da 15 detti mezzi di rilevamento (7), detta almeno una codifica di riferimento (C) essendo rilevabile in corrispondenza di detta almeno una zona di rilevamento (7c); caratterizzata dal fatto che - detta almeno una codifica di riferimento (C) comprende almeno una 20 pluralità di settori ($, Si-1, Si, Si+1, $) adiacenti estendentisi lungo detto asse longitudinale di detto stelo (5a), ciascuno per un tratto (dSi) di uguale lunghezza; - ciascun settore (Si) comprende una pluralità di zone a contrasto ottico (si1, si2, si3), ciascuna estendentesi lungo detto asse longitudinale di 25 detto stelo (5a) per un rispettivo tratto di estensione (dsi1, dsi2, dsi3) tale che la somma delle estensioni di detti tratti di estensione (dsi1+dsi2$), in ciascun settore (Si) è inferiore o uguale a detta ampiezza (d7c) di detta zona di rilevamento (7c); - dette zone a contrasto ottico (si1, si2, si3) sono disposte in ciascun 5 settore (Si) secondo la medesima sequenza; e dal fatto che in ciascun settore (Si) almeno una zona a contrasto ottico (si1, si2, si3) presenta detto almeno un rispettivo tratto di estensione (dsi1, dsi2, dsi3) di lunghezza diversa rispetto alla lunghezza del medesimo tratto di estensione negli 10 altri settori (Si-2, Si-1, Si+1, Si+2, $), cosicché ciascun settore (Si) resta univocamente determinabile dalla lunghezza di detto almeno un tratto di estensione (dsi1, dsi2, dsi3) di dette zone a contrasto ottico (si1, si2, si3) in esso incluse.
2. Unità cilindro-pistone secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto 15 che detti almeno mezzi di rilevamento (7) comprendono almeno un mezzo emettitore (7a) di radiazioni luminose (RL) ed almeno un mezzo sensore (7b) di dette radiazioni luminose (RL) disposto lungo un asse parallelo all’asse longitudinale di detto stelo (5a).
3. Unità cilindro-pistone secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal 20 fatto di comprendere una unità di controllo ed elaborazione dati (14) di detto almeno un segnale di uscita (s7), detta unità di controllo ed elaborazione dati (14) essendo elettricamente connessa a detti mezzi di rilevamento (7).
4. Unità cilindro-pistone secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi regolatori dell’intensità luminosa erogabile da detto 25 almeno un mezzo emettitore (7a) di radiazioni luminose (RL), detti mezzi regolatori essendo elettricamente connessi a detta unità di controllo ed elaborazione (14).
5. Unità cilindro-pistone secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che detti almeno mezzi di rilevamento (7), 5 amovibilmente ancorabili a detto corpo tubolare (2), sono previsti alloggiabili in almeno una sede di alloggiamento passante (6) prevista in detto cilindro.
6. Unità cilindro-pistone secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un corpo a disco (8) amovibilmente ancorabile a detto cilindro e dotato di almeno una sede di 10 alloggiamento passante (6) atta ad alloggiare detti almeno mezzi di rilevamento (7).
7. Metodo di rilevamento in continuo della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone di un’unità cilindro-pistone, detto metodo comprendendo le fasi di: - predisposizione di un’unità-cilindro pistone secondo una qualunque delle 15 rivendicazioni da 1 a 6; - attivazione di detti almeno mezzi di rilevamento (7) (fase 100); - elaborazione di detto almeno un segnale (s7) in uscita da detti mezzi di rilevamento (7) (fase 200); - emissione, sulla base di detta elaborazione (fase 200), di un indice (P) 20 correlato con la posizione reciproca in quel momento assunta tra detto cilindro e detto pistone (5); caratterizzato dal fatto che detta fase di elaborazione di detto almeno un segnale (s7) comprende la misurazione (fase 220), su detto almeno un segnale (s7), della lunghezza di detto 25 almeno un tratto di estensione (dsi1, dsi2, dsi3) di detta o dette zone a contrasto ottico (si1, si2, si3), che risulta o risultano completamente rappresentate in detto segnale (s7).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta fase di elaborazione (fase 220) comprende la fase di determinare la posizione 5 dei fronti di salita e/o discesa (si1a, si1b, si2a, si2b) di detto segnale (s7) rilevato da detti mezzi di rilevamento (7).
9. Metodo secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detta fase di elaborazione (fase 220) comprende una fase di determinazione di detto settore (Si) di detta codifica di riferimento (C) a partire da detta ampiezza di detto 10 almeno un tratto (dsi1, dsi2, dsi3) di detta zona a contrasto ottico (si1, si2, si3) completamente rappresentato in detto segnale (s7). 10. Metodo secondo le rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che detta posizione reciproca tra detto cilindro e detto pistone (5) di detta unità cilindropistone è correlata a detto settore (Si) di detta codifica di riferimento (C) ed a detti 15 fronti di salita e/o discesa (si1a, si2a) di detto almeno un tratto (dsi1, dsi2) di detta zona a contrasto ottico (si1, si2) completamente rappresentata in detto segnale (s7). 11. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che detto indice P correlato con la posizione reciproca tra 20 detto cilindro e detto pistone (5) dipende: - dalla posizione dei fronti di salita e discesa (si1a, si1b, si2a, si2b) di detto segnale (s7) rilevato da detti mezzi di rilevamento (7); - da detto settore (Si) di detta o dette zone a contrasto ottico (si1, si2, si3), che risulta o risultano completamente rappresentate in detto segnale (s7); 25 - da eventuali fattori di interpolazione (FI) di detto segnale (s7); - dalla risoluzione (R) di detti mezzi di rilevamento (7); - da un fattore di ingrandimento (FZ) di detti mezzi di rilevamento (7) secondo la formula: P|t= ((Si x (d7c x FI))+si1a ) x (R/(Fz x FI)) 5 12. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 11, caratterizzato dal fatto che detta fase di elaborazione (fase 200) di detto almeno un segnale (s7) comprende un fase di pre-elaborazione (fase 210) in cui detto segnale (s7) viene classificato mediante l’impiego di almeno un valore di soglia (SH, SL) (fase 213).
10 Per i Richiedenti: OPTOELETTRONICA ITALIA S.r.l GIULIANI S.r.l. Un Mandatario