NL1022128C2

NL1022128C2 - Measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator and device for applying the measuring method.

Info

Publication number: NL1022128C2
Application number: NL1022128A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Van Yperen
Original assignee: Hytop B V
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-05
Also published as: EP1429038A1

Description

H Meetmethode voor het bepalen van de verplaatsing van een H beweegbaar deel van een actuator en inrichting voor toepas- sing van de meetmethode.H Measuring method for determining the displacement of an H movable part of an actuator and device for applying the measuring method.

De uitvinding heeft betrekking op een meetmethode voor H 5 het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar deel van een actuator zoals bijvoorbeeld de axiale dan wel de rota- tie beweging van de zuigerstang ten opzichte van het cilin- derhuis bij een drukmedium bediende cilinder.The invention relates to a measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator such as, for example, the axial or rotational movement of the piston rod relative to the cylinder housing in a pressure-operated cylinder.

In bepaalde gevallen is het gewenst de positie dan wel H 10 de verplaatsing van de zuigerstang in een drukmedium be- I diende cilinder, bij het gebruik daarvan, vast te kunnen I stellen. Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer een hydrau- lische cilinder wordt gebruikt bij het bedienen van de I bodemdeuren van een baggerschip. Daarbij kan het van belang I 15 zijn om zowel de stand van de bodemdeuren als de snelheid I van beweging daarvan vast te kunnen stellen. Zo moet bij- I voorbeeld verzekerd zijn dat de deuren zich inderdaad in de I gesloten stand bevinden en dat er zich geen obstakel tussen de deuren bevindt waardoor geen goede afdichting zou worden I 20 verkregen.In certain cases it is desirable to be able to determine the position or the displacement of the piston rod in a pressure-controlled cylinder, when using it. This is the case, for example, when a hydraulic cylinder is used in operating the bottom doors of a dredger. It may thereby be important to be able to determine both the position of the bottom doors and the speed I of movement thereof. Thus, for example, it must be ensured that the doors are indeed in the closed position and that there is no obstacle between the doors, as a result of which a good seal would not be obtained.

Bij een stelsel, zoals dit door aanvraagster wordt I toegepast, wordt daartoe de zuigerstang voorzien van onder- | ling evenwijdig lopende groeven, die zich uitstrekken onder I een schuine hoek met de hartlijn van de zuigerstang. Voor I 2 5 het bepalen van de positie dan wel de bewegings-snelheid van de zuigerstang worden twee sensoren bij de zuigerstang opgesteld, die zich in hoofdzaak haaks op de hartlijn uitstrekken en, gezien in de richting van de hartlijn, onderling een haakse hoek met elkaar maken.In a system such as this is applied by the applicant, the piston rod is provided with lower end for that purpose grooves extending parallel to each other and extending at an oblique angle to the center line of the piston rod. For determining the position or the speed of movement of the piston rod, two sensors are arranged at the piston rod, which extend substantially perpendicular to the center line and, viewed in the direction of the center line, have a right angle with each other make each other.

3 0 Daar geen hydraulisch medium langs de in de zuiger stang aangebrachte groeven naar buiten toe mag lekken, worden de groeven gevuld met een niet metallisch medium, zoals bijvoorbeeld een keramisch materiaal. Uiteraard moet het uiteindelijke oppervlak van de zuigerstang glad zijn, 35 zodat een verdere bewerking van de zuigerstang noodzakelijk is. Het vervaardigen van een dergelijk zuigerstang is dus kostbaar zodat ook de totale hydraulische cilinder op zich relatief duur is.Since no hydraulic medium may leak outwards along the grooves provided in the piston rod, the grooves are filled with a non-metallic medium, such as for example a ceramic material. The final surface of the piston rod must of course be smooth, so that further processing of the piston rod is necessary. The manufacture of such a piston rod is therefore expensive, so that the total hydraulic cylinder per se is also relatively expensive.

I 2I 2

Bij een andere door aanvraagster toegepaste methode I wordt in het afgesloten einde van het cilinderhuis, dat wil zeggen dat einde waar de zuigerstang niet doorheen loopt, I een opening aangebracht. Bij deze opening wordt een meet- 5 inrichting opgesteld, die is verbonden met een zich door I een boring in de zuigerstang uitstrekkende koperdraad. Op I de kop van de zuiger bevindt zich een magneet, die zich I rondom de koperdraad uitstrekt. Een dergelijke inrichting I wordt bijvoorbeeld geleverd door Balluff GmbH te Neuhausen, 10 Duitse Bondsrepubliek.In another method I used by the applicant, an opening is provided in the closed end of the cylinder housing, that is to say the end through which the piston rod does not run. At this opening a measuring device is arranged, which is connected to a copper wire extending through a bore in the piston rod. A magnet is located on the head of the piston and extends around the copper wire. Such a device I is supplied, for example, by Balluff GmbH in Neuhausen, German Federal Republic.

In dit geval moet dus de zuigerstang een bewerking I ondergaan, namelijk het in lengte-richting boren van een gat daarin, wat uiteraard de nodige bezwaren met zich brengt. Verder moet ook het cilinderhuis worden bewerkt, 15 zodat weer een relatief dure constructie ontstaat.In this case, therefore, the piston rod must undergo an operation I, namely the longitudinal drilling of a hole therein, which of course entails the necessary drawbacks. Furthermore, the cylinder housing must also be machined, so that again a relatively expensive construction is created.

De uitvinding beoogt nu deze bezwaren op te heffen en H voorziet er daartoe in, dat optische middelen worden toege- past, die op het buitenoppervlak van het beweegbare deel van een actuator, zoals de zuigerstang van een drukmedium H 20 bediende cilinder, kunnen worden gericht, waarbij het door H het beweegbare deel teruggekaatste licht wordt opgevangen H door een daarvoor geschikte opneem-chip, die langs elektro- nische weg een signaal levert, waaruit de positie c.q. de snelheid van het beweegbare deel kan worden vastgesteld.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to eliminate these drawbacks and to that end H provides that optical means are used which can be directed to the outer surface of the movable part of an actuator, such as the piston rod of a cylinder operated by pressure medium. wherein the light reflected back by H from the movable member is received by a suitable receiving chip which electronically supplies a signal from which the position or speed of the movable member can be determined.

25 Wanneer het daarbij gaat om een zuigerstang kan dit een normaal bewerkte zuigerstang zijn, waaronder verstaan wordt een zuigerstang die op de gebruikelijke wijze is IH geslepen. Dit is noodzakelijk voor het verkrijgen van een zodanig glad oppervlak dat een goede afdichting tussen het 30 cilinderhuis en de zuigerstang via veerkrachtige afdicht-middelen kan worden bereikt. Niettemin is gebleken, dat ook dan nog een bepaald deel van het oppervlak van de zuiger-stang, dat door de optische middelen wordt bestraald, eigen kenmerken bezit zodat de verplaatsing ervan kan worden 35 vastgesteld. Het is duidelijk dat, wanneer langs elektroni-H sche weg de verplaatsing wordt uitgezet tegen de tijd, ook de snelheid van verplaatsing kan worden vastgesteld.In the case of a piston rod, this can be a normally machined piston rod, which is understood to mean a piston rod that is ground in the usual way. This is necessary for obtaining such a smooth surface that a good seal between the cylinder housing and the piston rod can be achieved via resilient sealing means. It has nevertheless been found that even then a certain part of the surface of the piston rod, which is irradiated by the optical means, has its own characteristics so that its displacement can be determined. It is clear that when the displacement is plotted against time by electronic means, the speed of displacement can also be determined.

In het algemeen zal een zuigerstang een axiale ver-plaatsing ondergaan. Wanneer de zuigerstang of een deel van een andere actuator ook een verdraaiing om de langsas on-dergaat, kan ook deze hoekverdraaiing worden vastgesteld.A piston rod will generally undergo an axial displacement. If the piston rod or a part of another actuator also undergoes a rotation about the longitudinal axis, this angular rotation can also be determined.

Daarbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan een lier, waarbij de rotatie van een onderdeel daarvan, zoals de 5 kabeltrommel, moet worden vastgesteld om daaruit de positie H van het einde van de kabel te kunnen bepalen.A winch can be envisaged, wherein the rotation of a part thereof, such as the cable drum, must be determined in order to be able to determine the position H of the end of the cable therefrom.

H Gevonden werd dat de optische middelen op eenvoudige H wijze kunnen bestaan uit de middelen zoals deze worden toegepast in een computer-muis. Daarbij behoeft de zuiger- H 10 stang of een ander te controleren onderdeel niet in aanra- king te zijn met de optische middelen.It has been found that the optical means can consist of the means as used in a computer mouse in a simple H manner. The piston rod 10 or another component to be checked does not have to be in contact with the optical means.

De met de optische middelen samenwerkende opneem-chip kan een in de handel verkrijgbare opneem-chip zijn, zoals van het type HDNS-2000 van Agilent Technologies, Inc., die 15 op aangepaste wijze met een convertor kan worden verbonden I voor het leveren van meet- en regelsignalen. Uiteraard kan ook een ander type opneem-chip worden toegepast.The recording chip cooperating with the optical means may be a commercially available recording chip, such as of the HDNS-2000 type from Agilent Technologies, Inc., which can be suitably connected to a converter for supplying measurement and control signals. A different type of recording chip can of course also be used.

I Door gebruik te maken van de meetmethode volgens de I onderhavige uitvinding kunnen de kosten daarvan relatief 20 laag zijn ten opzichte van die van de bekende methoden..By making use of the measuring method according to the present invention, the costs thereof can be relatively low compared to those of the known methods.

I De optische middelen en de opneem-chip zullen bij voorkeur worden opgenomen in een huis, dat verbonden is met een vast deel van de actuator, zoals een cilinderhuis, zo- I dat de optische middelen zich direct nabij het te controle- I 25 ren deel van de actuator, zoals een zuigerstang, bevinden.The optical means and the recording chip will preferably be received in a housing which is connected to a fixed part of the actuator, such as a cylinder housing, such that the optical means are located directly adjacent to the control part of the actuator, such as a piston rod.

I De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van I ene uitvoerings-voorbeeld, getoond in de tekening, waarin:The invention is further elucidated on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing, in which:

Fig. 1 schematisch een zijaanzicht toont van een druk-medium bediende cilinder voorzien van een stelsel volgens 30 de uitvinding met de daarbij behorende onderdelen; enFIG. 1 schematically shows a side view of a pressure-medium operated cylinder provided with a system according to the invention with the associated parts; and

Fig. 2 schematisch de opstelling en werking van het gebruikte stelsel toont.FIG. 2 schematically shows the arrangement and operation of the system used.

Fig. 1 toont een hydraulische cilinder 1, bestaande uit een cilinderhuis 2, dat bij het einde 3 is afgesloten 35 en daar is voorzien van een deel 4 waarmee het cilinderhuis 2 met een steunconstructie kan worden verbonden.FIG. 1 shows a hydraulic cylinder 1, consisting of a cylinder housing 2, which is closed at the end 3 and is provided there with a part 4 with which the cylinder housing 2 can be connected to a support structure.

Het andere einde 5 van het cilinderhuis 2 bezit een boring 6, waardoor heen zich de zuigerstang 7 naar buiten toe uitstrekt. Het vrije einde van de zuigerstang 7 is I 4 voorzien van een deel 8, dat met een te bedienen onderdeel I kan worden verbonden. In het cilinderhuis 2 is de zuiger- I stang 7 verbonden met de zuiger 9.The other end 5 of the cylinder housing 2 has a bore 6, through which the piston rod 7 extends outwards. The free end of the piston rod 7 is provided with a part 8 which can be connected to a part I to be operated. In the cylinder housing 2, the piston rod 7 is connected to the piston 9.

Met het cilinderhuis 2 is een huis 10 verbonden, waar- 5 in het stelsel 11 is opgenomen. Het stelsel 11 bestaat uit het optische element 12 en de opneem-chip 13. Het optische I element 12 bevindt zich dicht bij de zuigerstang 7, maar is I daar niet mee in aanraking. Het huis 10 zal bij voorkeur ten opzichte van het cilinderhuis 2 afgesloten zijn en ten 10 opzichte van de omgeving door de eindwand 14. De eindwand I 14 is voorzien van middelen die aanliggen tegen de zuiger- stang 7 om het in het huis 10 binnendringen van vuil of stof tegen te gaan. Uiteraard kan het huis 10 geheel in het H cilinderhuis 2 zijn geïntegreerd.Connected to the cylinder housing 2 is a housing 10, in which the system 11 is included. The system 11 consists of the optical element 12 and the recording chip 13. The optical element 12 is close to the piston rod 7, but is not in contact with it. The housing 10 will preferably be closed with respect to the cylinder housing 2 and with respect to the environment through the end wall 14. The end wall I 14 is provided with means which abut against the piston rod 7 to penetrate into the housing 10. to prevent dirt or dust. Naturally, the housing 10 can be fully integrated into the H cylinder housing 2.

H 15 Het stelsel 11 is door middel van de leiding 15 ver- bonden met een, op afstand er van opgestelde, convertor 16, H die de meet- en regelsignalen levert.H 15 The system 11 is connected by means of the line 15 to a converter 16, H arranged remotely from it and which supplies the measurement and control signals.

H Fig. 2 toont schematisch de opstelling van het stelsel 11 bestaande uit het optische element 12, dat via een lens 20 17 een lichtstraal richt op een beweegbaar deel van een actuator, zoals de zuigerstang 7. Het door de zuigerstang 7 teruggekaatste licht wordt via een lens 18 gericht op de opneem-chip 13.H FIG. 2 schematically shows the arrangement of the system 11 consisting of the optical element 12, which directs a light beam via a lens 17 at a movable part of an actuator, such as the piston rod 7. The light reflected back from the piston rod 7 becomes via a lens 18 aimed at the recording chip 13.

Uitgaande van een eindstand van de hydraulische cilin- 25 der 1, waarbij dus de zuigerstang 7 ervan zo veel mogelijk naar links dan wel naar rechts toe is verplaatst als gezien in fig. 1, kan het stelsel worden geijkt.The system can be calibrated starting from an end position of the hydraulic cylinder 1, whereby the piston rod 7 thereof has been moved to the left or to the right as much as possible as seen in Fig. 1.

Het zal duidelijk zijn, dat slechts een enkele moge- H lijke uitvoeringsvorm van een meetmethode en een daarbij H 30 toegepaste inrichting volgens de uitvinding in de tekening is weergegeven en hierboven beschreven en dat vele wijzi-M gingen kunnen worden aangebracht zonder buiten de uitvin- M dings-gedachte te vallen, zoals deze in de conclusies is aangegeven.It will be clear that only a single possible embodiment of a measuring method and a device according to the invention applied thereto is shown in the drawing and described above and that many modifications can be made without departing from the invention. Might thought to fall, as indicated in the claims.

H 35 conclusiesH 35 conclusions

Claims

Measuring method for determining the displacement of a movable part of an actuator such as, for example, the axial or rotational movement of the piston rod (7) relative to the cylinder housing (2) in a pressure medium operated cylinder (1), with characterized in that optical means (12) are used which can be directed to the outer surface of the movable part of an actuator, such as the piston rod (7) of a cylinder (1) operated by a pressure medium, wherein the movable part (7) reflected light is received by a suitable receiving chip (13) which provides an electronic signal from which the position or the speed of the movable part (7) can be determined.

Measuring method according to claim 1, characterized in that when applied to a piston rod this is a normally machined piston rod, which is understood to mean a piston rod that has been ground in the usual manner.

Measuring method according to claim 1 or 2, characterized in that the optical means (12) consist of the means as used in a computer mouse.

Measuring method according to any one of the preceding claims, characterized in that the recording chip (13) cooperating with the optical means (12) is a commercially available recording chip (13), such as of the HDNS type 2000 from Agilent Technologies, Inc., which can be suitably connected to a converter (16) to provide measurement and control signals.

Device for applying the measuring method according to one of the preceding claims, characterized in that the optical means (12) and the recording chip (13) are accommodated in a housing (10) connected to a fixed part of the actuator, such as a cylinder housing (2), so that the optical means are directly adjacent to the part of the actuator to be checked, such as a piston rod (7). Λ .- * S · ~ \ Λ. \ f 5