JPH11320457A - 可動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマ―キング方法 - Google Patents

可動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマ―キング方法

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JPH11320457A
JPH11320457A JP11096679A JP9667999A JPH11320457A JP H11320457 A JPH11320457 A JP H11320457A JP 11096679 A JP11096679 A JP 11096679A JP 9667999 A JP9667999 A JP 9667999A JP H11320457 A JPH11320457 A JP H11320457A
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measuring
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来装置の課題の少なくとも1つまたはそれ以
上を克服または低減することにより可動機械要素の位置
測定用装置および機械要素のマーキング方法を提供する
ことにある。 【解決手段】機械要素が、機械要素の位置に依存する第
1出力を供給するための読み取り手段からなる、光学的
に読み取り可能な方法においてマーキングされる、機械
要素の位置測定用装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、可動機械要素の位
置測定用装置および機械要素、とくにしかし排他的でな
くラムのシリンダに対して動き得るラムのピストンロッ
ドからなる機械要素のマーキング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】流体作動のラムのシリンダに対するピス
トンロッドの位置を検出するための手段は知られている
が、しかし装置の支点に置かれたセンサ(ポテンショメ
ータのような)の使用によりラムによって作動される装
置の位置を検出しかつ次いでラムによって作動された装
置の位置からロッドの位置を推測することに依存してい
る。しかしながら、得られるロッド位置測定はロッドと
作動された装置との間の反動(バックラッシュ)のごと
き機械的欠陥を被るかも知れない。かかる位置検出器は
また機械的にすることができかつそこで欠陥およびそれ
ら自体の磨耗を被る。ピストンロッドの磁気的マーキン
グがロッドの位置の直接的な指示を付与するのに使用さ
れるが、かかる磁気装置は電磁干渉およびマーキングの
消磁を被る。
【0003】
【発明が解決すべき課題】機械的要素の表面に光学的に
読み取り可能なマーキングを設けること、かつとくにこ
れらのマーキングをレーザマーキングによって設けるこ
とが知られている。しかしながら、かかるレーザマーキ
ングはロッドの腐食抵抗を弱める。
【0004】本発明の目的は上述した課題の少なくとも
1つまたはそれ以上を克服または低減することにより可
動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマーキン
グ方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の1態様によれ
ば、我々は、可動の機械要素の位置を測定する、可動機
械要素の位置測定用装置において、機械要素が光学的に
読み取り可能であるマーキングを有し、この光学的に読
み取り可能なマーキングが第1の反射力を有する表面お
よび第2の反射力を有する複数の区域を備えた機械要素
の少なくとも1部分からなり、さらに、以下の方策、す
なわち、 a)前記機械要素の前記部分がこの機械要素と表面との
間に基板を備えていること、 b)前記区域が機械要素の運動の方向に対して平行な方
向に略一定である幅を有する第2の反射力を有している
こと、の少なくとも1つからなることを特徴とする可動
の機械要素の位置測定用装置を提供する。
【0006】方策a)が存在するならば、基板は腐食に
対して抗することができる。
【0007】基板は第1の反射力を有する前記表面より
レーザマーキングに対して多く抵抗を有することがで
き、前記第1の反射力を有する表面はクロムからなるこ
とができる。
【0008】基板は青銅からなっても良い
【0009】青銅は88%〜92%の銅および12%〜
8%のスズからなることが可能である。
【0010】基板は0.038mm〜0.051mmの
範囲の厚さを有しても良い。
【0011】基板は0.2〜0.4μmの表面仕上げを
有することができる。
【0012】基板を備えるような機械要素の少なくとも
1部分は0.8μm以下の表面仕上げを有することがで
きる。
【0013】第1の反射力は第2の反射力より大きくす
ることができる。
【0014】方策b)が存在するならば、マーキングは
複数のコード要素からなることができ、各コード要素は
複数の前記第2の反射力の区域からなる。
【0015】各コード要素は二進数字の数値を符号化す
ることができる。
【0016】各二進数字は第2の反射力を有する前記区
域の2つの間の距離によって示され得る。
【0017】各コード要素は独特な数を符号化すること
ができる。
【0018】各コード要素は疑似乱数の二進シーケンス
の独特な部分からなることも可能である。
【0019】装置は、さらに、機械要素の位置に依存す
る出力を供給するための読み取り手段からなることがで
き、この読み取り手段が照明手段、検出手段および復号
手段からなっている。
【0020】照明手段は発光ダイオードからなることも
可能である。
【0021】検出手段は第1の反射力を有する表面およ
び第2の反射力を有する区域から反射された照明手段か
らの光を検出するように配置されることができ、検出手
段は前記第1の反射力を有する前記表面の1部分からの
光が前記表面上で反射されるとき第1の範囲内の値を有
しかつ前記第2の反射力を有する区域からの光がこの区
域上で反射されるとき第2の範囲内の値を有する信号を
供給する検出器からなっている。
【0022】検出器は複数の前記検出器を有しているア
レイからなることができる。
【0023】アレイは前記復号手段へ中間信号を供給す
ることができ、この中間信号は前記検出器の各々からの
信号からなっている。
【0024】復号手段は前記出力を供給するために前記
検出手段からの中間信号を復号するための電子手段から
なることができる。
【0025】前記復号手段は第2の反射力の区域の縁部
に対応する遷移に対応する中間信号の検出器信号を検出
するための手段および複数の前記遷移の分離から複数の
二進数字を識別するための手段からなることができる。
【0026】前記復号手段は前記二進数字からコード要
素を識別するための手段からなりかつ前記コード要素に
依存する機械ロッドの位置を指示する前記出力を供給す
ることができる。
【0027】復号手段は、さらに、微細な位置を提供す
るために、前記遷移の選択された遷移が符号する検出器
アレイの検出器を識別するための手段からなることも可
能である。
【0028】装置は、さらに、前記機械要素の前記表面
および前記区域から反射された光を前記検出器上に焦点
合わせするための焦点合わせ手段からなることができ
る。
【0029】機械要素が流体作動のラムのピストンロッ
ドからなることができる。
【0030】本発明の第2の態様によれば、我々は、機
械要素にマーク付けをする機械要素のマーキング方法に
おいて、機械要素上に第1の反射力を有する表面を設
け、かつこの表面上にレーザによりマーキングを設ける
工程からなり、このマーキングが第2の反射力を有する
複数の区域からなり、さらに、以下の方策、すなわち、 a)前記機械要素に第1の反射力を有する表面を備える
前に、前記機械要素に前記表面がその場合にその上に設
けられる基板を設ける工程、 b)前記区域が前記機械要素の運動の方向に対して平行
な方向に略一定である幅を有するように第2の反射力を
有する前記区域をマーキングする工程、 の1つからなることを特徴とする機械要素のマーキング
方法を提供する。
【0031】本発明の第3の態様によれば、我々は、本
発明の第2の態様による方法によってマーキングされた
機械要素を提供する。
【0032】本発明の第1の態様による装置は、本発明
の第3の態様による機械要素からなることができる。
【0033】本発明の実施例を、添付図面を参照して以
下で説明する。
【0034】
【実施例】図1を参照すると、符号9で流体作動のラム
が示されており、このラムはシリンダ10に受容されか
つピストンロッド12に取着されたピストン11を有す
るシリンダ10からなっている。本実施例において、機
械要素は、本発明が適宜な機械要素により使用され得る
ことは明らかであるけれども、ピストンロッド12から
なっている。シリンダ10およびピストンロッド12は
それぞれ耳部13および14によって所望されるような
他の機械装置に取着され得る。シリンダ10の1端はシ
リンダ端部キャップ15によって密封される。ピストン
ロッド12は表面12a上に配置された光学的に読み取
り可能なマーキング16でマーキングされた表面12a
を有している。読み取り手段17がシリンダ端部キャッ
プ15内に配置されかつ符号18で総括的に示される復
号手段に接続されている。光学的に読み取り可能なマー
キング16は、後で記載される方法において、ロッド1
2の長さに沿ってコード要素の位置に基づいて各々すう
ち符号化する一連のコード要素からなっている。
【0035】読み取り手段17は図2に示される。光学
通路19a,19bが端部キャップ15に設けられる。
多数の発光ダイオード(LEDs)20からなっている
照明手段17aは、光がピストンロッド12の表面12
aに設けられた光学的に読み取り可能なマーキング16
の1部分上に達するように通路19aの下へ光を伝達す
る。光学通路19bは、ピストンロッド12の表面12
aから反射された光が通路19bに沿って走行しかつ好
ましくはレンズ22によって検出器アレイ21上に焦点
合わせされるように配置されている。LED20は続い
て起こる処理を簡単化するために検出器アレイ21によ
って観察された光学的に読み取り可能なマーキング16
の1部分の均一な照明を設けるように配置される。読み
取り手段17は図示のごとま端部キャップ15にまたは
その近くに取り付けられ得るようにコンパクトにするこ
とが必要とされる。
【0036】符号化計画の例が図3に示される。この図
は1つのコード要素16a、すなわち、二進数字(ビッ
ト)の1数値を符号化している光学的に読み取り可能な
マーキング16の識別可能な部分を示す。数値はロッド
12上のコード要素16aの位置を指示する。コード要
素16aは、第2の、低い反射力を有しているマーキン
グ区域24がその上にある第1の反射力を有しているピ
ストンロッド12の表面12aの1部分23からなって
いる。区域24は一定の幅Tを有している。区域24の
間に配置されるのは空間25である。各空間25の幅は
ビットを符号化し、空間25の幅が2Tであるならば、
この幅は値”1”を有するビットを示しそして空間25
が1Tの幅を有するならば、この幅は値”0”を有する
ビットを示す。図3に示されるコード要素16aはした
がって二進シーケンス1010101010を符号化し
ている。
【0037】マーキングは、一連の連続する、別個のコ
ード要素からなることができ、その場合にタンブのマー
カは、例えば、1対の隣接する区域24の間に4Tの幅
が含まれ得る。この場合に、各連続するコード要素16
aはロッドの長さに沿ってその位置により増加している
値を符号化することができる。コード要素16aの大き
さはロッド位置がそれにより測定され得る解像度を決定
する。
【0038】より好ましくは、マーキングは位置情報を
符号化するために疑似乱数二進シーケンスを使用する。
疑似乱数シーケンスおよび疑似乱数シーケンスを発生す
るる方法は良く知られている。この疑似乱数シーケンス
の利点は順序Nの疑似乱数シーケンスに関して、シーケ
ンスのNビット部分が1度だけ発生する、すなわち、各
Nビット部分は独特である。それゆえマーキングは長さ
Nビットの一連の独特の、重なり合ったコード要素から
なっている。
【0039】順次Nのシーケンスが疑似乱数シーケンス
として使用される場合、シーケンスのビットの長さは2
N −1で示され、そして発生されるシーケンスは値”
1”を有する2N - 1 ビットおよび値”0”を有する2
N - 1 ビットを包含する。”1”ビットが2Tの幅を有
しかつ”0”ビットがTの幅を有しそして数字が幅Tの
マークで分離される場合のかかるシーケンスのマーキン
グ16の全体の長さは(2N + 1 +2N - 1 +1)Tで
ある。疑似乱数シーケンスの使用は、マーキングの単一
軌道が1つの二進数字の幅の解像度により感知する絶対
位置を設けるように使用され得るという利点を有してい
る。装置の解像度は長さTおよび疑似乱数二進シーケン
スの順序を変化することにより選択されることが可能
で、そしてマーキングは疑似乱数二進数字の順序を変更
することにより機械要素の種々の長さにわたって密封し
得る。
【0040】位置情報の解像度は、さらに、以下で記載
されるような微細な位置を計算することにより検出器ア
レイの1つの検出器の幅に増大され得る。
【0041】直線検出器アレイ21はロッド12の長手
方向軸線に対して平行に配置されたラインに配置される
別個の光検出器のアレイからなっている半導体装置から
なる。各光検出器は電圧がこの光検出器上に入る光の量
に比例する信号を発生する。検出器アレイからの中間の
信号は一連の電圧値からなり、各値は光検出器中の1つ
の光検出器の信号に対応している。各別個の値はアレイ
中のその発生している検出器の位置(以下でその「検出
器数」と称される)により言及され得る。使用点合わせ
手段22および区域24の幅Tは好ましくは、幅Tを有
する表面12aの付与された領域からの光が少なくとも
2つの光検出器に入るように選択される。最大の大きさ
のコード要素16a(8ビットを有する例において、コ
ードフレーム16aが値11111111を符号化す
る)が検出器アレイの長さ内に適合することを保証する
のが必須である。位置が測定される解像度および幅Tは
それゆえ検出器アレイの解像度に依存する変数である。
検出器アレイ21の使用は高密度の光検出器を備えたコ
ンパクトな検出器手段を提供する。
【0042】より好ましくは、検出器は、独特のコード
要素を識別するのに必要とされる最小より多いビットを
検出する。疑似乱数二進シーケンスの場合において、追
加のビットがエラーチェックのために使用され得る。
【0043】検出器アレイ21からの中間信号の例が図
4に示される。区域24が最小26として現れ、一方、
二進”0”数字に対応する空間25は狭いピーク27と
して現れかつ二進”1”数字に対応する空間25は広い
ピーク28として現れる。
【0044】復号手段の考え得る形状が計画の形状にお
いて図5に示される。中間の信号は、第2の出力の電圧
を変化するためにマイクロコントローラ32によって制
御し得る、DC電圧レベルシフト31へのライン30上
で図2の検出器アレイ21によって供給される。電圧シ
フトされた中間信号はライン33上でDC電圧レベルシ
フト31から、中間信号の値をしきい値電圧と比較する
弁別器34へ供給される。中間信号の値がしきい値電圧
以上であるならば、弁別器34は+5ボルトの信号電圧
を発生し、そして中間信号の値がしきい値電圧以下であ
るならば、0ボルトの信号電圧を発生する。
【0045】弁別器34は、かくして、中間信号を、空
間25に対応する5ボルト「マーク」および区域24に
対応する0ボルト「空間」からなる波形に変換する。波
形は次いでライン35上で符号化された数値を引き出し
かつそれをライン37上の出力しきい値に変換するマイ
クロコントローラ32に供給される。ライン33上の中
間信号はマイクロコントローラ32によって読み取られ
かつ電圧シフト調整信号は、したがって、ライン36上
で弁別器34のしきい値電圧と一致する中間信号の最大
と最小との間の中間点を維持するためにDC電圧レベル
シフト31に供給される。
【0046】復号手段は、代替的に、アナログ−デジタ
ル変換器およびマイクロコントローラ、コンピュータま
たは中間信号を復号するための適宜なソフトウエアを備
えた他の適宜なプログラム可能な装置からなることがで
きる。アナログ−デジタル変換器は中間信号を、マイク
ロコントローラに通される一連のデジタル化された値に
変換する。本例のソフトウエアはその場合に中間信号の
高周波成分を平滑にするために中間信号の隣接する値の
平均を採ることによりデジタル化された中間信号をまず
滑らかにし、かつ次いで隣接する検出器からの信号間の
変化の割合を比較することにより最小と最大の有為だの
遷移の中間点に対応する中間信号のそれらの値を識別す
る工程を実施する。各遷移は区域24の縁部に対応す
る。いったん第1の遷移が識別されると、次の遷移を識
別かる工程は速められることができる。
【0047】各区域24の縁部が既知の距離だけ離れる
ので、高い方から低い方への遷移が低い方から高い方へ
の遷移だけ一定の距離だけ遅れて追随されねばならず、
かつ低い方から高い方への遷移が、それぞれ幅Tまたは
2Tのの空間25に対応している、一定の距離または一
定の距離の2倍遅れて高い方から低い方への遷移により
追随されることが明らかであるので、遷移に同様に対応
するような中間信号のそれらの値のみがソフトウエアに
よって試験される必要がある。どれくらい多くの検出器
が区域24の幅Tに対応するかは知られているので、検
出器の数によって遷移の同様な間隔は知られている。
【0048】復号手段によって実施される工程は図8の
フローチャートに示されている。中間信号は遷移を検出
しかつ遷移に対応する中間信号の値の検出器数を書き留
める弁別器に通される。各々遷移に対応している検出器
数のシーケンスはその場合に遷移間の分離の幅からビッ
トを識別することにより二進シーケンスを引き出すため
に復号される。疑似乱数シーケンスのワードに対応する
ビットの数は二進シーケンスから引き出されかつ疑似乱
数シーケンスの有効部分であることを保証するのに有効
にされる。いったん有効として確認されると、機械要素
の位置は、疑似乱数二進シーケンスの各ワードがロッド
の対応する位置に対して整合される、ルックアップテー
ブルから見い出され得る。
【0049】かかる方法は機械要素の位置をこの機械要
素にマーキングされた疑似乱数シーケンスの1つの二進
数字の解像度内に付与する。微細な位置は次いで第1の
遷移が図4に達する検出器の検出器数Xを識別すること
により計算され得る。検出器Xの位置はしたがってこの
場合の付与された基準点、アレイの第1の検出器0から
の二進シーケンスの開始を示す。上記で議論されたよう
に、どれくらい多くの検出器が疑似乱数シーケンスの幅
Tに対応するかは既知であるので、Xと0間の検出器の
数をカウントすることにより、ピストンロッドの微細な
位置は検出器アレイの1つの検出器の幅内に計算され得
る。
【0050】有効段階用の簡単なフローチャートが図9
に示されている。識別されたビットはこれらのビットが
有効なワードを形成しているかどうかを見るためにチェ
ックされる。有効なワードを形成してないならば、ワー
ドの最も左のビットは除かれることができかつ二進シー
ケンスの次のビットが新たな最も右のビットを設けるよ
うに付加される。結果として生じるワードはそれが有効
なワードを形成しているかどうかを見るために再びチェ
ックされる。有効なワードを形成しているならば、ワー
ドは上述されたような位置を設けるためにルックアップ
テーブルで研削される。有効なワードを形成していない
ならば、最も左のビットを除きかつ新たな最も右のビッ
トを付加する工程が繰り返される。すべてのビットが有
効なワードを発生することなくチェックされるならば、
その場合に無効な測定が合図される。有効段階はしたが
ってマーキングまたはロッド表面の損傷または検出手段
および復号手段の電気的雑音により発生されるエラーを
識別することができる。
【0051】復号手段が、例えば隣接する有効なビット
からの無効なビットであるに違いない推論により、例え
ば区域24の腐食により発生される場合を識別するのが
望ましい。かかる無効ビットの位置が識別され得るなら
ば、ビットの正しい値が識別されかつ次の測定において
使用され得る。
【0052】機械要素の位置を測定するためのかかる装
置はこの装置の出力信号に応答して機械要素を制御する
ように作動し得るサーボ装置に使用され得る。本実施例
において、適宜な弁装置が設けられ、それなよりシリン
ダへの流体圧力の供給が電子的に制御される。考え得る
概略的な配置が図10に示される。図1に示されたと同
様な流体作動のラムは前述されたごとく読み取り手段1
7および復号手段18からなっている。復号手段18か
らの出力はライン41上で電子コントローラ40に通さ
れる。所望されるような他のセンサまたは制御手段から
の信号はまたライン42上で電子コントローラ40に通
される。電子コントローラ40はその場合に、復号手段
18からの位置情報およびライン42上のセンサ情報に
応答してラム9へのライン45上の流体の供給を制御す
るようにライン43上に信号を送ることにより、例え
ば、ソレノイド弁からなっている流体圧力制御手段44
を作動することができる。したがって、ロッド12が動
きかつその新たな位置が読み取り手段17および復号手
段18によって検出されかつ電子コントローラ40に通
される。
【0053】光学的に読み取り可能なマーキング16の
要件は、ロッドの絶対変位が所望の解像度に決定され、
区域24の損失によって導入されるエラーを許容しそし
てロッド表面上に必要とされる区域24の数を最小にし
得るように位置情報を符号化すべきであるということで
ある。また、マーキングが耐久力がありかつ腐食に耐え
そしてできる限りロッド自体の腐食耐性を損なわないこ
とが望ましい。機械要素の腐食耐性の損傷に抗するのが
望ましい場合には幾つかの方策が使用されることができ
る。
【0054】本発明の第1の方策によれば、光学的に読
み取り可能なマーキングは、いったんマヘキングが所定
の直径に基礎が置かれたならば、機械要素上に設けられ
る。本実施例において、機械要素は鋼でありそしてその
適宜な部分がまず青銅基板で被覆される。機械要素は、
0.8μmまたはそれ以下に表面仕上げを有するように
被覆する前に好ましくは研削または湿式研磨される。青
銅基板は0.038〜0.051mmの範囲の厚さを有
しかつ88%〜92%の銅および8%〜12%のスズか
らなっている。
【0055】被覆後、青銅基板は多孔性の徴候を示さず
かつ0.2〜0.4μmの表面仕上げを達成するように
研磨される。クロム表面が、第1の反射力を有する表面
12aを設けるために通常の電着技術により0.001
mm/時間の割合で青銅上に堆積される。表面はおよそ
400亀裂/直線cm最小で微小亀裂を有しても良い。
最終のクロム厚さは構成要素の最終の使用に依存して種
々の構成要素に関して変化され得る。他の適宜な技術ま
たはパラメータが所望されるように使用され得る。
【0056】クロムは次いで、第2の、よリ低い反射力
を有する青銅の露出された区域を生じるようにレーザで
所望の区域を走査することにより除去される。レーザは
ピストンロッド12の軸線に対して垂直な平面において
周部のマークを設けるためにロッド周部の1部分のまわ
りに走査される。ロッド12は軸方向に僅かな距離だけ
動かされかつ他の領域が、所望の幅を有する区域24が
発生されるまで走査される。この工程は所望のごとく各
区域24に繰り返される。区域24は、代替的に、とく
に本発明の方策(b)が基板または他の基板が設けられ
ないことが考えられる場合に設けられるならば、クロム
を完全に残すことなくクロムを部分的に除去または脱色
することにより形成され得る。
【0057】本実施例において。使用されるレーザは6
00ワットのパワー(出力)でQモードにおいて作動さ
れる70ワットの連続波パワーを有するQ−スイッチN
d−YAGである。ビーム直径は4mmてそして焦点距
離は70mm/秒の走査速度により137mmであっ
た。40mmの周囲を有するロッドに関して、各区域2
4はロッド周囲の5.7mmのまわりに延びるようにか
つ0.5mmの幅を有するように走査された。
【0058】この方法は耐久力のある腐食耐性マーキン
グを発生し、青銅基板はクロムのレーザマーキングから
生起するロッドの腐食抵抗の損傷に抗する。ニッケルが
通常鋼上にクロムを堆積するとき基板として使用される
けれども、ニッケルは一般に青銅基板より良好な腐食耐
性を設けるように見なされるので、期待に反してニッケ
ル基板がクロムのレーザマーキングによって発生される
腐食耐性の損傷に対抗するのに有効性が少ないことが認
められた。とくに、クロムがマーキングされるがレーザ
が基板および機械要素に著しく影響を及ぼさないように
レーザパワーを制御するのは困難である。代替的に、ク
ロムのみが設けられるならば、レーザはクロム中の微小
亀裂を通って腐食路を開く。青銅基板はマーキングレー
ザに対して非常に反射する腐食耐性基板を設ける。
【0059】レーザ出力は、いったんクロム表面がマー
キングされると、レーザ光が続いて青銅基板によつて反
射されるので正確に制御される必要はなく、基板を通っ
て機械要素を処理するかまたは機械要素を通って腐食通
路を開くことを同様に少なくさせる。さらに、クロムに
対する非常に異なる反射力を有する青銅の使用は高いコ
ントラストの区域24を提供する。マーキング方法は、
劣化なしに予め定めた有効期間にわたって存続する読み
取り可能なマーキングを提供する。マーキングはまた通
常の使用によって容易に腐食されないかまたは偶発的な
衝撃によって損傷されないように十分に耐久力がある。
機械要素がクロム表面を塗布する通常の密封を備えるな
らば、要素上の埃または油は、区域が僅かに凹まされか
つ幾らかの油または埃を蓄積し、かくしてそれらの反射
力をさらに低減するので、表面と区域との間のコントラ
ストを高めるのに役立つ。
【0060】本方法は高周波焼き入れ鋼、ならびに非高
周波焼き入れ鋼を含む他の等級の鋼に使用されることも
できる。
【0061】本発明の第2の方策による一定の幅のマー
キングの使用はまた表面のレーザマーキングによって発
生される腐食抵抗の損傷に抗する。クロムのみが設けら
れるならば、マーキングは、深さおよび貫通かつそれゆ
えレーザの出力の制御を必要とする、クロムを通って機
械要素に貫通しないことが望ましい。基板が設けられる
ならば、マーキングがクロムを貫通しないか、または代
替的にマーキングが基板の顕著な貫通または加熱を結果
として生じないことがさらに望ましい。マークが機械要
素上にレーザによって形成されるとき、機械要素によっ
て発生される加熱の量は、レーザの貫通の深さにさらに
影響を及ぼす、マークの大きさに依存する。
【0062】一定の幅のマークを作ることにより、機械
要素の加熱は通常一定でありかつ貫通の深さは、マーク
を作る作用がマークの種々の大きさに関してレーザ出力
を較正すべきことなく知られるので、より容易に制御さ
れる。本方法は、腐食耐性を設けるために上述された青
銅基板を設ける方法に加えてまたはそれと別個に使用さ
れ得る。マーキングは前述された技術を使用して形成さ
れ得る。
【0063】さらに、上述されたように、区域の幅は一
定でかつ区域間の空間の幅は1または2つの区域の幅で
あるので、地勇敢信号の遷移の検出は速められることが
でき、したがって復号工程を促進する。
【0064】読み取り手段は可動部分を含まずかつ機械
要素の運動と干渉しない。位置測定はロッドから直接か
つ機械要素に作動される装置の部片からでなく行われ
る。このことは、位置測定が、ラムと装置との間の反
動、または読み取り手段自体における反動のごとき機械
的な欠陥によって影響を及ぼされないことを意味する。
読み取り手段は、また、磨耗を被るラムに剰余の可動部
分を追加しない。
【0065】他の符号化またはマーキング手段が所望さ
れるごとく使用され得る。本実施例においてピストンロ
ッドがマーキングされたが、光学的に位置を測定するか
かる方法は軸方向のまたは他の運動に従う他の機械要素
に適切であることは明らかである。照明手段および検出
手段はシリンダの端部キャップに取り付けられかつそれ
ゆえ電磁妨害から機械的に保護されかつ遮蔽されねなら
びに比較的コンパクトである。
【0066】本発明が所望のごとく機械要素上で使用さ
れることができかつとくにマーキングが所望のごとく適
宜な技術によって設けられ得ることは明らかである。本
発明の方策のいずれかまたは両方が、機械要素の腐食耐
性の損傷に抗するのに望まれる場合に使用され得る。
【0067】特別な形状または開示された機能を実施す
るための手段、または適切なごとく、開示された結果を
達成するための方法によって表された、前記説明、特許
請求の範囲、または添付図面において開示された特徴
は、別個にまたはかかる特徴の組み合わせにおいて、そ
の種々の形状において本発明を実現するのに利用され得
る。
【0068】
【発明の効果】叙上のごとく、本発明は、可動の機械要
素の位置を測定する、可動機械要素の位置測定用装置に
おいて、機械要素が光学的に読み取り可能であるマーキ
ングを有し、この光学的に読み取り可能なマーキングが
第1の反射力を有する表面および第2の反射力を有する
複数の区域を備えた機械要素の少なくとも1部分からな
り、さらに、以下の方策、すなわち、a)前記機械要素
の前記部分がこの機械要素と表面との間に基板を備えて
いること、b)前記区域が機械要素の運動の方向に対し
て平行な方向に略一定である幅を有する第2の反射力を
有していること、の少なくとも1つからなる構成とした
ので、ロッドの腐食抵抗を弱めるという欠点を克服また
は低減し得る可動機械要素の位置測定用装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を組み込んでいる流体作動のラ
ムを示す概略図である。
【図2】図1の線2−2の断面図である。
【図3】図1の部分の拡大図である。
【図4】中間手段をグラフで示す図である。
【図5】復号手段の概略配置を示す図である
【図6】中間手段の1部分の例を示す図である。
【図7】図3の復号手段を通過した後の図6の中間信号
を示す図である。
【図8】本発明の1つの態様による復号手段によって実
施された工程の例を示すフローチャートである。
【図9】本発明の1つの態様による復号手段によって実
施されたエラーチェック工程の例を示すフローチャート
である。
【図10】本発明の実施例を組み込んでいる電子フィー
ドバック制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
9 流体作動のラム 10 シリンダ 11 ピストン 12 ピストンロッド(機械要素) 12a 表面 16 光学的に読み取り可能なマーキング 16a コード要素 17 読み取り手段 17a 照明手段 18 復号手段 20 発光ダイオード(LED) 21 検出器アレイ 24 区域 25 空間
フロントページの続き (72)発明者 ジョン・シェファード イギリス国、スタッフォード、リトル・ヘ イウッド、マノー・ファーム・ロード 18 (72)発明者 ロジャー・ウイリアム・ブラッシントン イギリス国、スタッフォードシャー、スト ーク・オン・トレント、ディルホーン、テ ィックヒル・レーン、スタンスモア・ホー ル・ファーム (72)発明者 イアン・アーノルド・ムーア イギリス国、スタッフォードシャー、スト ーク・オン・トレント、チードル、ネス・ グローヴ 103

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動の機械要素の位置を測定する、可動
    機械要素の位置測定用装置において、前記機械要素が光
    学的に読み取り可能であるマーキングを有し、この光学
    的に読み取り可能なマーキングが第1の反射力を有する
    表面および第2の反射力を有する複数の区域を備えた前
    記機械要素の少なくとも1部分からなり、さらに、以下
    の方策、すなわち、 a)前記機械要素の前記部分がこの機械要素と表面との
    間に基板を備えていること、 b)前記区域が前記機械要素の運動の方向に対して平行
    な方向に略一定である幅を有する第2の反射力を有して
    いること、の少なくとも1つからなることを特徴とする
    可動機械要素の位置測定用装置。
  2. 【請求項2】 前記方策a)が存在するならば、基板は
    腐食に対して抗することを特徴とする請求項1に記載の
    可動機械要素の位置測定用装置。
  3. 【請求項3】 前記方策a)が存在する場合に、前記基
    板が第1の反射力を有する前記表面よりレーザマーキン
    グに対してより多く抵抗することを特徴とする請求項1
    または2に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  4. 【請求項4】 第1の反射力を有する前記表面がクロム
    からなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  5. 【請求項5】 前記方策a)が存在するる場合に、前記
    基板が青銅からることを特徴とする請求項1ないし4の
    いずれか1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置
  6. 【請求項6】 前記青銅が88%〜92%の銅および1
    2%〜8%のスズからなることを特徴とする請求項5に
    記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  7. 【請求項7】 前記基板が0.038mm〜0.051
    mmの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項5ま
    たは6に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  8. 【請求項8】 前記基板が0.2〜0.4μの表面仕上
    げを有することを特徴とする請求項5ないし7のいずれ
    か1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  9. 【請求項9】 前記方策a)が存在する場合に、前記基
    板を備えるような前記機械要素の少なくとも1部分は
    0.8μm以下の表面仕上げを有することを特徴とする
    前記請求項のいずれか1項に記載の可動機械要素の位置
    測定用装置。
  10. 【請求項10】 前記第1の反射力は第2の反射力より
    大きくすることができることを特徴とする前記請求項の
    いずれか1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  11. 【請求項11】 前記方策b)が存在するならば、前記
    マーキングは複数のコード要素からなることができ、各
    コード要素は複数の前記第2の反射力の区域からなるこ
    とを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の可動
    機械要素の位置測定用装置。
  12. 【請求項12】 各コード要素は二進数字の異なる数値
    を符号化することができることを特徴とする請求項11
    に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  13. 【請求項13】 各二進数字が第2の反射力を有する前
    記区域の2つの間の距離によって示されることを特徴と
    する請求項12に記載の可動機械要素の位置測定用装
    置。
  14. 【請求項14】 各コード要素が独特な数を符号化する
    ことを特徴とする請求項12または13に記載の可動機
    械要素の位置測定用装置。
  15. 【請求項15】 各コード要素が疑似乱数の二進シーケ
    ンスの独特な部分からなることを特徴とする請求項1に
    記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  16. 【請求項16】 前記装置が、さらに、前記機械要素の
    位置に依存する出力を供給するための読み取り手段から
    なり、この読み取り手段が照明手段、検出手段および復
    号手段からなっていることを特徴とする前記請求項のい
    ずれか1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  17. 【請求項17】 前記照明手段が発光ダイオードからな
    ることを特徴とする請求項16に記載の可動機械要素の
    位置測定用装置。
  18. 【請求項18】 前記検出手段が第1の反射力を有する
    表面および第2の反射力を有する区域から反射された照
    明手段からの光を検出するように配置され、前記検出手
    段は前記第1の反射力を有する前記表面の1部分からの
    光が前記表面上で反射されるとき第1の範囲内の値を有
    しかつ前記第2の反射力を有する区域からの光がこの区
    域上で反射されるとき第2の範囲内の値を有する信号を
    供給する検出器からなっていることを特徴とする請求項
    16または17に記載の可動機械要素の位置測定用装
    置。
  19. 【請求項19】 前記検出手段が複数の前記検出器を有
    しているアレイからなることを特徴とする請求項18に
    記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  20. 【請求項20】 前記アレイが前記復号手段へ中間信号
    を供給し、この中間信号が前記検出器の各々からの信号
    からなっていることを特徴とする請求項19に記載の可
    動機械要素の位置測定用装置。
  21. 【請求項21】 前記復号手段が前記出力を供給するた
    めに前記検出手段からの中間信号を復号するための電子
    手段からなることを特徴とする請求項20に記載の可動
    機械要素の位置測定用装置。
  22. 【請求項22】 前記復号手段が第2の反射力の区域の
    縁部に対応する遷移に対応する中間信号の検出器信号を
    検出するための手段および複数の前記遷移の分離から複
    数の二進数字を識別するための手段からなることを特徴
    とする請求項12に直接または間接に依存する場合に請
    求項21に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  23. 【請求項23】 前記復号手段が前記二進数字からコー
    ド要素を識別するための手段からなりかつ前記コード要
    素に依存する機械ロッドの位置を指示する前記出力を供
    給することを特徴とする請求項22に記載の可動機械要
    素の位置測定用装置。
  24. 【請求項24】 前記復号手段が、さらに、微細な位置
    を提供するために、前記遷移の選択された遷移が符号す
    る検出器アレイの検出器を識別するための手段からなる
    ことを特徴とする請求項23に記載の可動機械要素の位
    置測定用装置。
  25. 【請求項25】 前記装置が、さらに、前記機械要素の
    前記表面および前記区域から反射された光を前記検出器
    上に焦点合わせするための焦点合わせ手段からなること
    を特徴とする請求項18ないし24のいずれか1項に記
    載の可動機械要素の位置測定用装置。
  26. 【請求項26】 前記機械要素が流体作動のラムのピス
    トンロッドからなることを特徴とする前記請求項のいず
    れか1項に記載の可動機械要素の位置測定用装置。
  27. 【請求項27】 添付図面を参照して本書で説明された
    と実質上同様な可動機械要素の位置測定用装置。
  28. 【請求項28】 機械要素にマーク付けをする機械要素
    のマーキング方法において、前記機械要素上に第1の反
    射力を有する表面を設け、かつこの表面上にレーザによ
    りマーキングを設ける工程からなり、このマーキングが
    第2の反射力を有する複数の区域からなり、さらに、以
    下の方策、すなわち、 a)前記機械要素に第1の反射力を有する表面を備える
    前に、前記機械要素に前記表面がその場合にその上に設
    けられる基板を設ける工程、 b)前記区域が前記機械要素の運動の方向に対して平行
    な方向に略一定である幅を有するように第2の反射力を
    有する前記区域をマーキングする工程、の1つからなる
    ことを特徴とする機械要素のマーキング方法。
  29. 【請求項29】 添付図面を参照して本書で説明された
    と実質上同様な機械要素のマーキング方法。
  30. 【請求項30】 請求項28または29によりマーキン
    グされる場合である機械要素。
  31. 【請求項31】 前記機械要素が請求項30による機械
    要素からなることを特徴とする可動機械要素の位置測定
    用装置。
  32. 【請求項32】 本書および/または添付図面において
    説明された新規な特徴またはこれらの特徴の新規な組み
    合わせ。
JP11096679A 1998-04-02 1999-04-02 可動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマ―キング方法 Pending JPH11320457A (ja)

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