JP2005529321A - 位置センサ手段を有する収縮装置 - Google Patents

Abstract

間隔をあけて配置された２つのヘッドピース（１１および１２）の間に延出し、内部圧力を受け縦方向に収縮する収縮管（１０）と、ヘッドピース（１１および１２）間の距離に反応する位置センサ手段とを備えた収縮装置。位置センサ手段は、収縮装置の内部空間（１３）にマイクロ波を放射するよう一方のヘッドピース（１１）に設けられたマイクロ波発生器（１６）と、経過時間の測定、放射および反射された波の位相の比較あるいは共振周波数の確定などによりヘッドピース（１１および１２）間の距離に反応するよう設けられた評価手段（１７〜２１）とを有する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、間隔をあけて配置された２つのヘッドピースの間に延出し、縦収縮する収縮性の管を備えた収縮装置に関する。
このような収縮装置は、例えば譲受人のパンフレット「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｍｕｓｃｌｅ」、欧州特許公報 ０ １６１ ７５０ Ｂ１、ドイツ特許公報（実用新案）２９，９０６，６２６、ドイツ特許公報（実用新案）２９，９０８，００８、あるいはドイツ特許公報（実用新案）２０，１１２，６３３に開示されており、単純かつ磨耗性の低い構造で、比較的ローコストでありながら、非常に精密な位置決めに適している。それにより非常に高い制御力が生じる。

正確な位置決めのためには、位置センサあるいは角度センサには原則としてすべてのサーボシステムが必要である。サーボシリンダと連結したこのような位置センサおよびセンサ手段が複数あり、これらの位置センサおよびセンサ手段は様々な測定原理に基づいている。上記のタイプの収縮装置の場合、このような位置センサおよびセンサ手段は通常不適切であるか、無理に適合させてある。

本発明の目的の一つは、このような収縮装置に非常に好適で、高い精密度を確保しつつ単純かつローコストで生産可能な位置センサを作製することである。
この目的は、請求項１の特徴を備える位置センサ手段を有する収縮装置によって達成される。

本発明による設計の利点は、特に、小型化され、すでに市場で非常に安価で入手可能となっているマイクロ波発振器を、一方のヘッドピースの内側に非常に容易に取付けることが可能、あるいは一方のヘッドピースに一体化することが可能であるという点である。外部に測定要素を取付けない、収縮装置の内側の空間の配置により、収縮装置のコンパクトさを損わずに、位置センサ手段に対する機械的なダメージ、あるいは干渉を大幅に遮断する。このような収縮装置の主な利点の一つは、完全なシーリングと、それに応じて少量の作動流体が必要であるという点が、位置センサ手段によって損われることがないという点である。ヘッドピース間の距離の測定、およびそれに応じた検出位置の測定を高い精度で行うことが可能である。

請求項１に規定される収縮装置の更なる有利な発展は、従属項に示される。
マイクロ波発振器は、同様のコンパクトな構成要素を用いて、反射されたマイクロ波が検出可能なように、マイクロ波受振器としても有利に設計されている。このことにより、位置センサ手段の電気接続が簡易化される。

有利な設計によると、評価手段は、放射されたマイクロ波信号の相の比較と、反対側に設けられた金属性のヘッドピースにて反射されたマイクロ波信号との相の比較をし、さらに相の違いを距離の長さとして決定するための手段を備える。よって測定の精度は波長の半分の範囲にある。

本発明のさらに有利な設計によると、評価手段は、マイクロ波周波数を可変的に設定するための周波数発生器と、共振周波数を検出するために備えられた共振検出器とを有する。従って、周波数発生器は、共振検出器による共振周波数の検出により、関連する周波数が距離の長さとして記憶あるいは保持されるように作動する、傾斜波発生器として設計されていることが好ましい。評価を簡易化するために、評価手段の共振周波数に周波数減衰器が備えられる。

収縮装置全体が共振周波数に影響し、収縮装置全体がマイクロ波ガイドとして機能することが可能なように、収縮管は、導電性の粒子あるいはワイヤのようなストランド要素を備えていることが好ましい。

利便性のある設計によると、マイクロ波発振器はマイクロ波を送受信する連結したプローブとして設計される。または、マイクロ波発振器は、反対側に設けられた収縮装置のヘッドピースに向かって開かれた共振空間を有する空洞共振器として設計されてもよい。このような設計によって、放射されたマイクロ波ビームの集束あるいは方向性が良好なものとなる。

本発明の実施例は図示され、以下に詳細に説明される。 単純化のため、収縮要素は図式的な形によってのみ図示されている。より詳細な図は、例えば冒頭で挙げられたドイツ特許出願（実用新案）２９，９０６，６２６に示されている。弾性ゴムあるいはプラスチック材料の収縮管１０は、ヘッドピース１１および１２によって両端が密封されている。図の単純化のため図示されていないが、収縮管１０の壁には従来の柔軟なストランド構造が設けられており、そのストランド構造は、この場合、収縮装置をマイクロ波の誘導装置として機能させるべく金属製のストランド構造により構成されていてもよい。また、この壁は、他の金属性で導電性の粒子を備えていてもよい。収縮管１０と２つのヘッドピース１１および１２とは、ストランド構造を備えた収縮管１０がヘッドピース１１および１２にそれぞれ張力を伝導可能なように接続されている。取付けは、例えば圧着接続でもよく、上記の欧州特許公報 ０ １６１ ７５０ Ｂ１にはその例示がされている。その他の取付け方法も可能である。

収縮管１０と２つのヘッドピース１１・１２によって画定された内部空間１３の中には、流体ダクト１４が開口され、その流体ダクトは、一方のヘッドピース１１の中を流体ラインとして圧力源から延出し、端部に接続手段１５を備えた流体ダクト１４が接続されていてもよい。原理的には、同様に複数の流体ダクトを備えることも可能である。制御バルブの配置は図示されていないが、流体ダクト１４を介して内部空間１３に流体圧力媒体を供給、および内部空間１３から流体圧力媒体を除去することが可能である。

図は収縮管１０の作動状態、すなわち内部空間１３に圧力がかけられた状態を示している。この状態において、２つのヘッドピース１１・１２が共に軸方向に移動するよう、収縮管１０は半径方向に拡張されると同時に軸方向に収縮される。停止状態、すなわち内部空間に圧力がかけられていない状態において、収縮管１０は本質的に管型の形状を成し、２つのヘッドピース１１・１３は互いから離れるように移動する。このような方法において、内部空間１３における対応した流体動作によって、ヘッドピース１１・１２が互いに軸方向にストロークすることができる。

２つのヘッドピース１１・１２の相対位置を検出する位置センサ手段として、一方のヘッドピース１１は内部空間に対面する側にマイクロ波空洞共振器１５を備える。マイクロ波空洞共振器１５はヘッドピース１１に取付けられていても、あるいはヘッドピース１１と一体化されていてもよい。空洞共振器１６は反対側のヘッドピース１２に向かって共振空間が開口されている。この共振空間によってマイクロ波は反対側のヘッドピース１２に向かって放射される。マイクロ波は反対側のヘッドピース１２にて反射され、図示されていない適当な検出手段を備えた空洞共振器１６に戻る。このような距離を測定するための空洞共振器はドイツ特許公報１９，８０７５９３ Ａ１に記載されているので、詳細は省略する。

周波数が予め設定されるよう、空洞共振器１６は傾斜周波数発生器１７により駆動される。空洞共振器１６の受信部分は、例えば２段階の微分器と比較測定器とを備えた共振検出器１８に接続され、受信した信号から共振を常時監視する。共振は受信信号の急な傾斜として表わされる。傾斜周波数発生器１７と共振検出器１８とに接続された評価手段１９が共振を検出し次第、傾斜のような周波数の増加が止まり、周波数が保持される。周波数は周波数分割器２０を用いて減少され、２つのヘッドピース１１と１２との間の距離の長さとして評価手段１９に伝達される。

共振周波数は２つのヘッドピース１１と１２との間の距離に左右され、また、収縮管１０の導電性の壁に影響されることもある。収縮要素のそれぞれの条件に対して、特定の共振周波数がある。これにより、それぞれの場合に、共振周波数と伝達周波数が同一になるまで、単に伝達周波数を変えるだけでよい。空洞共振器１６の受信手段、例えば検出ダイオードの形式のもの、は受信した共振周波数付近で出力の低下を認識する。

それぞれの共振周波数から変換されたヘッドピース間の距離を示す数値は、ディスプレー２１に表示および／または他の方法で評価されてもよい。
周波数発生器１７、共振検出器１８および周波数分割器２０は個々の装置でなく、評価手段１９の構成要素であってもよい。また、その他の最新の評価手段を用いることも可能である。

空洞共振器１６の代わりに、ヘッドピース１１に設けられたマイクロ波発生器が、例えば連結プローブの形状であってもよく、距離の測定用のプローブとしてドイツ特許公報１９，８３３，２２０ Ａ１に詳細が記載されている。マイクロ波信号は連結プローブによって収縮要素１０の内部空間に供給され、以下のように作動される。第１ステップにおいて、左側のヘッドピース１１のエントリーポイントと右側のヘッドピース１２との間の絶対距離が、例えば変調され、伝達された信号の経過時間の測定などにより、測定される。その後、内部空間において定常波が生じ、定常波の偏移は２つのヘッドピースの互いに対する距離の軸方向の変化によって起こる。周波数が本発明の前述の例における状態と同じように減少しているかという信号の位相の評価によって、変化するヘッドピース間の距離が測定される。ドイツ特許公報１９，８３３，２２０ Ａ１に様々な実施例が示されており、これらの実施例を代替的に用いることも可能である。

図は収縮装置あるいは収縮要素ユニットの縦断面を示し、ヘッドピースの一方には位置センサ手段としての空洞共振器が備えられている。

Claims (9)

1. 間隔をあけて配置された２つのヘッドピース（１１および１２）の間に延出し、内部圧力を受け縦方向に収縮する収縮管（１０）と、ヘッドピース（１１および１２）間の距離に反応し、収縮装置の内部空間（１３）にマイクロ波を放射するよう一方のヘッドピース（１１）に設けられたマイクロ波発生器（１６）、および経過時間の測定、放射および反射された波の位相の比較あるいは共振周波数の確定などによりヘッドピース（１１および１２）間の距離に反応するよう設けられた評価手段（１７〜２１）を有する位置センサ手段とを備えた収縮装置。
2. マイクロ波発生器（１６）は、マイクロ波受信器としても機能するよう設けられたことを特徴とする請求項１に記載の収縮装置。
3. 評価手段（１７〜２１）は、放射されたマイクロ波信号の位相の比較と反対側の金属製のヘッドピース（１２）で反射されたマイクロ波信号の位相を比較し、位相の違いを距離の長さとして決定するための手段を備えることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の収縮装置。
4. 評価手段（１７〜２１）は、マイクロ波周波数を変更可能に設定するための周波数発生器（１７）を備え、共振周波数に反応する共振検出器（１８）が備えられたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の収縮装置。
5. 周波数発生器（１７）は傾斜周波数発生器として備えられ、共振検出器（１８）による共振周波数が検知されると、そのときの周波数は距離の長さとして保持されることを特徴とする請求項４に記載の収縮装置。
6. 評価手段において共振周波数を評価するために、周波数減衰器（２０）が備えられていることを特徴とする請求項５に記載の収縮装置。
7. 収縮管（１０）は、導電性粒子あるいはワイヤなどのストランド要素を備えることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の収縮装置。
8. マイクロ波発生器は、マイクロ波を伝達および受信する連結ダイオードとして設計されていることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の収縮装置。
9. マイクロ波発生器（１６）は反対側のヘッドピース（１２）に向かって開口された共振スペースを有する空洞共振器として設計されていることを特徴とする請求項１ないし７に記載の収縮装置。
   
   

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