SE465980B

SE465980B - Arrangement for transmitting to a computer or other receiver measurement data relating to the positioning in relation to one another of two components which are axially movable relative to one another

Info

Publication number: SE465980B
Application number: SE9001333A
Authority: SE
Inventors: K-A Nilsson
Original assignee: Soederhamns Mobila Elsystem Ab
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-11-25
Also published as: SE9001333D0; SE9001333L

Abstract

The invention relates to an arrangement for digitally transmitting to a computer measurement data relating to the positioning in relation to one another of two components 12, 13 which are axially movable relative to one another, by means of a detector 1 of the type which comprises a rotor 3 which is mounted rotatably in a housing 2 and provided with a spindle 4 projecting therefrom and with which means are associated for providing information to the computer regarding the rotation angle position of the rotor relative to the housing. The detector 1 is connected to one 12 of said two components 12, 13. Connected to the spindle 4 of the rotor is a first element 8 which is in engagement with a seat in a second element 10 connected to the second component 13. One of said two elements 8, 19 has at least one thread 9, in which at least one driver member 19 of the second element engages. The thread and the driver member interact so as, on axial displacement of one component relative to the other, to set said first element in rotation while converting the axial movements of the components into rotational movements of the rotor 13 of the angle detector. <IMAGE>

Description

465 980 10 15 20 25 30 35 2 optimalt. I samband härmed är det naturligtvis av utomordentlig betydelse att variationerna i diameter hos varje enskilt träd mäts med stor noggrannhet. 465 980 10 15 20 25 30 35 2 optimal. In connection with this, it is of course of extraordinary importance that the variations in diameter of each individual tree are measured with great accuracy.

Den mekaniska delen av denna mätoperation sker genom att kontinuerligt avläsa det aktuella inbördes läget mellan cylinder och kolvstång hos den manövercylinder som håller kvistskären och matarrullarna anpressade mot trädstammen.The mechanical part of this measuring operation takes place by continuously reading the current mutual position between cylinder and piston rod of the operating cylinder which keeps the twig inserts and the feed rollers pressed against the tree trunk.

I praktiken har mätningen av det inbördes läget mellan cylindern och kolvstången vid ovannämnda aggre- gat hittills skett med hjälp av potentiometrar som till datorn sänder i beroende av kolvstângens utskjut olika värden på ström och spänning till en till datorn ansluten analog-digitalomvandlare, som i sin tur om- vandlar de analoga signalerna från potentiometern till av datorn bearbetbara digitala signaler. Emellertid är dylika potentiometrar otillförlitliga så tillvida att de för att ge acceptabel mätnoggrannhet måste vara mycket precist kalibrerade; något som bereder avsevärda svårigheter i den hårda miljö i vilken skördare arbetar.In practice, the mutual position between the cylinder and the piston rod at the above-mentioned unit has hitherto been taken by means of potentiometers which transmit to the computer depending on the extension of the piston rod different values of current and voltage to an analog-to-digital converter connected to the computer. in turn, it converts the analog signals from the potentiometer into computer-processable digital signals. However, such potentiometers are unreliable in that, in order to provide acceptable measurement accuracy, they must be very precisely calibrated; something that presents significant difficulties in the harsh environment in which harvesters work.

I syfte att förbättra mätnoggrannheten har utförts försök att använda så kallade vinkelgivare, vilka har den fördelen att de icke kräver kalibrering och dessutom direkt kan sända digitala signaler till datorn utan användande av någon analog-digitalomvandlare.In order to improve the measurement accuracy, attempts have been made to use so-called angle sensors, which have the advantage that they do not require calibration and in addition can directly send digital signals to the computer without the use of an analog-to-digital converter.

Såsom ingressvis omnämnts består en vinkelgivare av en i ett hus inbyggd rotor med en utgående axel som på ett eller annat sätt kan anslutas till det föremål vars rotationsrörelse skall mätas. Närmare bestämt består rotorn av en kodskiva som samverkar med en eller flera ljuskällor, t ex lysdioder, och en eller flera detektorer, t ex fotodioder. På kodskivan finns streck som bryter ljusstrålarna från ljuskällan och dessa avbrott ger upphov till elektriska pulser i detektorn, vilken sänder pulserna i ett pulståg till datorn. Vid nämnda försök har vinkgelgivarens utgående ll 10 15 20 25 30 35 465 980 3 axel försetts med ett exempelvis gummibeklätt hjul, vilket bringas att anligga mot den ur cylindern ut- stickande kolvstången, varvid givarens rotor försätts i rotation i beroende av kolvstångens axiella rörelser relativt cylindern. Denna lösning har emellertid visat sig vara oanvändbar i samband med engreppsskördare på grund av att nämnda gummihjul icke låter sig inbyggas i ett gentemot den hårda miljön skyddat tillstånd.As mentioned in the introduction, an angle sensor consists of a rotor built into a housing with an output shaft which can in one way or another be connected to the object whose rotational movement is to be measured. More specifically, the rotor consists of a code disc which cooperates with one or more light sources, for example LEDs, and one or more detectors, for example photodiodes. There are lines on the code disc that refract the light rays from the light source and these interruptions give rise to electrical pulses in the detector, which sends the pulses in a pulse train to the computer. In said experiment, the output shaft of the angle gel sensor has been provided with a rubber-coated wheel, for example, which is brought to abut against the piston rod projecting from the cylinder, the sensor rotor being set in rotation depending on the axial movements of the piston rod relative the cylinder. However, this solution has proved to be unusable in connection with single-grip harvesters due to the fact that said rubber wheels cannot be built in a condition protected from the harsh environment.

Dessutom slirar gummihjulet lätt på kolvstångens glatta yta och ger upphov till grava mätfel.In addition, the rubber wheel slips easily on the smooth surface of the piston rod and gives rise to serious measurement errors.

Kort redogörelse för uppfinningstanken Ett syfte med föreliggande uppfinning är att undanröja olägenheterna med den ovan relaterade, tidigare kända tekniken och skapa förutsättningar att på ett tillförlitligt och noggrant sätt till en dator överföra mätdata avseende axialrörelser med hjälp av en givare.Brief Description of the Invention An object of the present invention is to obviate the inconveniences of the above-related, prior art and to create conditions for transmitting measurement data regarding axial movements to a computer in a reliable and accurate manner by means of a sensor.

Ett annat syfte med uppfinningen är att skapa en anordning vid vilken givaren är skyddad mot omgivande hård miljö för att givaren även under sämsta möjliga betingelser skall arbeta på ett tillförlitligt och noggrant sätt. Detta syfte nås medelst de särdrag som anges i patentkravet 4.Another object of the invention is to create a device in which the sensor is protected from the surrounding harsh environment so that the sensor, even under the worst possible conditions, will work in a reliable and accurate manner. This object is achieved by means of the features stated in claim 4.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Genom SE 8103841-6 är tidigare känd en anordning med vars hjälp det axiella läget för en rörlig enhet kan mätas med hjälp av en vridvinkelgivare vilken är förbunden med en gängförsedd eller skruvformig axel. Denna anordning kan emellertid icke förlängas respektive förkortas på det sätt som är karaktäristiskt för en kolv-cylindermekanism och av detta skäl lämpar sig anordningen icke för montering exempelvis i ett skördaraggregat. Ej heller skulle anordningen enligt SE 8103841-6 tåla påfrestningarna i den hårda miljö i vilken ett skördaraggregat arbetar.Further elucidation of the prior art By means of SE 8103841-6 a device is previously known with the aid of which the axial position of a movable unit can be measured by means of a rotation angle sensor which is connected to a threaded or helical shaft. However, this device cannot be extended or shortened in the manner characteristic of a piston-cylinder mechanism and for this reason the device is not suitable for mounting, for example in a harvester assembly. Nor would the device according to SE 8103841-6 withstand the stresses in the harsh environment in which a harvester head operates.

Kort beskrivning av bifogad ritning På ritningen är FIG l en delvis skuren perspektivvy illustrerande 465 980 10 15 20 25 30 35 4 den uppfinningsenliga anordningen inbyggd i en kolv-cylindermekanism, och FIG 2 en förstorad tvärsektion genom en i mekanismen enligt fig l ingående kolv.Brief Description of the accompanying Drawing In the drawing, Fig. 1 is a partially cut away perspective view illustrating the device according to the invention built into a piston-cylinder mechanism, and Fig. 2 an enlarged cross section through a piston included in the mechanism according to Fig. 1.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen På ritningen betecknar 1 generellt en schematiskt illustrerad vinkelgivare av konventionellt eller god- tyckligt slag. Denna givare inbegriper på sedvanligt sätt ett cylindriskt hus 2 i vilket är monterad en rotor eller kodskiva 3 uppvisande en utgående axel 4, vilken är roterbart lagrad på lämpligt sätt, t ex i en gavelvägg 5 till huset 2. På rotorn 3 är anbragta en mångfald radiella streck som kan genomlysas av åtminstone en på skivans baksida, dvs på gavelväggen 5, anordnad lysdiod. Mitt emot denna lysdiod är på en bärare 6 anordnat ett ljuskänsligt element (icke visat), t ex en fotodiod, som då ljuset avbryts av ett streck sänder en strömpuls till ifrågakommande dator (icke visad) via en ledning 7. Genom att välja det inbördes avståndet mellan strecken på rotorskivan 3 på lämpligt sätt kan en mätning av axelns 4 vridvinkelläge relativt huset l utföras med mycket stor noggrannhet. En annan fördel med just en vinkelgivare är att densamma till datorn skickar ut ett pulståg som direkt kan bearbetas av datorn utan användande av någon analog-digital- omvandlare.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION In the drawing, 1 generally denotes a schematically illustrated angle sensor of a conventional or arbitrary kind. This sensor usually comprises a cylindrical housing 2 in which a rotor or code disc 3 is mounted having an output shaft 4, which is rotatably mounted in a suitable manner, for example in a gable wall 5 of the housing 2. On the rotor 3 a plurality is arranged radial lines which can be illuminated by at least one LED arranged on the back of the disc, ie on the end wall 5. Opposite this LED, a light-sensitive element (not shown) is arranged on a carrier 6, for example a photodiode, which when the light is interrupted by a line sends a current pulse to the computer in question (not shown) via a line 7. By selecting the mutual the distance between the lines of the rotor disk 3 in a suitable manner, a measurement of the rotational angular position of the shaft 4 relative to the housing 1 can be performed with very high accuracy. Another advantage of an angle sensor in particular is that it sends a pulse train to the computer which can be processed directly by the computer without the use of an analog-to-digital converter.

I enlighet med uppfinningens princip är med vinkel- givarens utgående axel 4 förknippad en skruv eller skruvartad del 8 vilken uppvisar en gänga 9. Denna skruvdel står i ingrepp med ett säte i ett element som i det visade, föredragna utförandet har formen av en kolv ingående i en i sin helhet med ll betecknad kolv-cylindermekanism som dessutom inbegriper en cylin- derdel 12 samt en kolvstång 13 vilken skjuter ut ur en första ände av cylindern 12, närmare bestämt via en gavelvägg 14. Såsom klart framgår av fig l är 10 15 20 25 30 35 465 980 5 vinkelgivaren 1 monterad inuti cylindern 12 i närheten av dennas andra, motsatta ände. Skruvdelen 8 genom- skjuter icke blott kolven 10 utan sträcker sig även in i ett axiellt hålrum 15 i kolvstången 13. Detta hålrum kan i praktiken enkelt förfärdigas genom en längsgående borrning genom såväl kolven som kolvstången.In accordance with the principle of the invention, the output shaft 4 of the angle sensor is associated with a screw or screwed part 8 which has a thread 9. This screw part engages a seat in an element which in the preferred embodiment shown has the shape of a piston in a piston-cylinder mechanism in its entirety designated by ll which further comprises a cylinder part 12 and a piston rod 13 which projects out of a first end of the cylinder 12, more precisely via a gable wall 14. As is clear from Fig. 1, The angle sensor 1 is mounted inside the cylinder 12 in the vicinity of its other, opposite end. The screw part 8 not only projects the piston 10 but also extends into an axial cavity 15 in the piston rod 13. This cavity can in practice be easily made by a longitudinal drilling through both the piston and the piston rod.

Såsom tydligast framgår av fig 2 är i den tvär- snittsvis ringformiga kolven 10 anordnad en tvärgående borrning 16 i vilken är monterad en stoppskruv 17, en tryckfjäder 18 samt en kula 19 vilken griper in i skruvdelens gänga 9. I praktiken bör tvärsnittsformen hos denna gänga 9 vara anpassad till kulans 19 diameter på ett sådant sätt att kulan erhåller fin passning i gängan. Kulans anliggningstryck mot gängan kan regle- ras genom lämplig inställning av den gängade stopp- skruven 17 vilken bestämmer fjädertrycket i fjädern 18.As can be seen most clearly from Fig. 2, the cross-sectional annular piston 10 is provided with a transverse bore 16 in which is mounted a stop screw 17, a compression spring 18 and a ball 19 which engages in the thread 9 of the screw part. In practice, the cross-sectional shape of this thread 9 be adapted to the diameter of the ball 19 in such a way that the ball obtains a fine fit in the thread. The abutment pressure of the ball against the thread can be regulated by appropriate adjustment of the threaded stop screw 17 which determines the spring pressure in the spring 18.

Såväl cylindern 12 som kolvstången 13 är försedda med fästöron 20 resp 21 medelst vilka den visade kolv- cylindermekanismen låter sig anslutas till två relativt varandra axiellt rörliga komponenter. Sålunda kan den illustrerade mekanismen monteras såsom en separat mätenhet vid sidan av en hydraulcylinder för reglering av svängarmarna till en engreppsskördare. Vid en dylik tillämpning ombesörjs svängarmarnas rörelser av den på hydraulisk väg arbetande manövercylindern, medan den i fig l visade mekanismen enbart har till uppgift att mäta svängarmarnas rörelser (och därmed den varie- rande diametern hos en förbi svängarmarna matad trädstam).Both the cylinder 12 and the piston rod 13 are provided with fastening ears 20 and 21, respectively, by means of which the piston-cylinder mechanism shown can be connected to two relatively axially movable components. Thus, the illustrated mechanism can be mounted as a separate measuring unit next to a hydraulic cylinder for regulating the swing arms of a single-lever harvester. In such an application, the movements of the swing arms are taken care of by the hydraulic actuating cylinder, while the mechanism shown in Fig. 1 only has the task of measuring the movements of the swing arms (and thus the varying diameter of a tree trunk fed past the swing arms).

Den beskrivna och visade mekanismen fungerar på följande sätt. Antag att kolvstången 13 förskjuts i riktning utåt ur cylindern 12. Då medbringas även kulan 19 i riktning utåt ur cylindern utmed en rätlinjig rörelsebana (genom att kolvstången 13 är med lämpliga medel ovridbar relativt cylindern). Genom sitt ingrepp med skruvdelens 8 gänga 9 omvandlas denna rätlinjiga rörelse hos kulan till en rotation i riktning motsols betraktat i fig 2 (eller betraktat från vänster mot 465 980 10 15 20 25 30 35 6 höger i fig l). Vid förskjutning av kolvstángen l3 i riktning inåt i cylindern bringas skruven att rotera i motsatt riktning. Med andra ord omvandlas varje form av axiell relativrörelse mellan kolvstángen 13 och cylindern 12 till en motsvarande rotationsrörelse j hos skruvdelen 8 och därmed den rotorskiva 3 som är vridstyvt förbunden med skruvdelen. Rotationsrörelserna hos rotorskivan 3 registreras därvid på konventionellt sätt i tillhörande dator.The mechanism described and shown works as follows. Assume that the piston rod 13 is displaced in the outward direction out of the cylinder 12. Then the ball 19 is also carried in the outward direction out of the cylinder along a rectilinear path of movement (in that the piston rod 13 is rotatable relative to the cylinder by suitable means). By its engagement with the thread 9 of the screw part 8, this rectilinear movement of the ball is converted into a rotation in the counterclockwise direction seen in Fig. 2 (or viewed from the left towards 465 980 10 15 20 25 30 35 6 right in Fig. 1). When the piston rod 13 is displaced in the inward direction of the cylinder, the screw is caused to rotate in the opposite direction. In other words, any form of axial relative movement between the piston rod 13 and the cylinder 12 is converted into a corresponding rotational movement j of the screw part 8 and thus the rotor disk 3 which is rigidly connected to the screw part. The rotational movements of the rotor disk 3 are then registered in a conventional manner in the associated computer.

I hårda miljöer är den uppfinningsenliga anord- ningen särskilt fördelaktig, emedan den förhållandevis känsliga vinkelgivaren befinner sig väl skyddad inuti ett omslutande hölje tillika med den gängförsedda skruvdelen, vilken icke bör utsättas för yttre påverkan.In harsh environments, the device according to the invention is particularly advantageous, since the relatively sensitive angle sensor is well protected inside an enclosing housing as well as the threaded screw part, which should not be exposed to external influences.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Det är givet att uppfinningen ej är begränsad blott till det beskrivna och på ritningen visade ut- förandet. Istället för just en fjäderbelastad kula kan även användas andra medbringarorgan för verkställande av axialrörelsernas transformering till rotations- rörelser. Exempelvis kan såsom medbringarorgan förekomma stift eller nålar. Dock föredras fjäderbelastade kulor till följd av att dessa medger smidiga rörelser samtidigt som de säkerställer distinkt positionering av skruven. Ävenledes är det naturligtvis möjligt att inom vida gränser variera stigningen hos ifrågakommande gänga beroende på uppfinningens tillämpningsområde.Possible modifications of the invention It is a given that the invention is not limited only to the embodiment described and shown in the drawing. Instead of just a spring-loaded ball, other drive means can also be used for effecting the transformation of the axial movements into rotational movements. For example, pins or needles may be present as carrying means. However, spring-loaded balls are preferred due to the fact that they allow smooth movements while ensuring distinct positioning of the screw. It is of course also possible to vary within wide limits the pitch of the thread in question depending on the scope of the invention.

Ehuru den uppfinningsenliga anordningen visas i form av en skruv med en utvändig gänga i vilken ingriper ett medbringarorgan eller utsprång på insidan *n av ifrågakommande säteselement, är det givetvis även tänkbart att utforma anordningen på omvänt sätt. Sålunda är det möjligt att anordna ifrågakommande gänga inuti säteselementet, dvs i det visade exemplet inuti kolven 10 och kolvstángen l3 samtidigt som ett eller flera medbringarorgan anordnas på utsidan av en med rotoraxeln 4 förknippad tapp som skjuter in i sätet. I detta 10 15 20 25 30 35 465 980 7 sammanhang skall även understrykas att det är möjligt att anordna två eller flera gängor parallellt med varandra vilka samverkar med två eller flera medbringar- organ.Although the device according to the invention is shown in the form of a screw with an external thread in which an entraining member or projection engages on the inside * of the seat element in question, it is of course also conceivable to design the device in an inverted manner. Thus, it is possible to arrange the thread in question inside the seat element, i.e. in the example shown inside the piston 10 and the piston rod 13 at the same time as one or more carrier means are arranged on the outside of a pin associated with the rotor shaft 4 projecting into the seat. In this context, it should also be emphasized that it is possible to arrange two or more threads parallel to each other which cooperate with two or more carrier means.

Det må även påpekas att den uppfinningsenliga anordningen kan inbyggas i en arbetscylinder, dvs en cylinder som innehåller olja med uppgift att påverka ifrågakommande kolv. En dylik cylinder kan utföras på i huvudsak samma sätt som den i fig 1 visade cylin- dern med undantag för att en tätande skiljevägg erfor- dras mellan vinkelgivaren och cylinderns arbetskammare, t ex i anslutning till axeln 4, varjämte konventionella tätningar anordnas på kolven och vid kolvstångens utträde ur cylindern.It may also be pointed out that the device according to the invention can be built into a working cylinder, ie a cylinder which contains oil with the task of influencing the piston in question. Such a cylinder can be designed in substantially the same way as the cylinder shown in Fig. 1, except that a sealing partition is required between the angle sensor and the working chamber of the cylinder, for example in connection with the shaft 4, and conventional seals are arranged on the piston and when the piston rod exits the cylinder.

Uppfinningen kan givetvis utnyttjas för att ge information till andra mottagare än just datorer, t ex enkla räknare. I detta sammanhang må även understrykas att i anordningen kan ingå en annan givare än just en vinkelgivare, t ex en hallgivare eller en vrid- potentiometer (vilka båda har en axel och en rotor).The invention can of course be used to provide information to receivers other than just computers, for example simple counters. In this context, it must also be emphasized that the device may include a sensor other than an angle sensor, for example a hall sensor or a rotary potentiometer (both of which have a shaft and a rotor).

Claims

465 980 10 15 20 25 30 PATENT REQUIREMENTS

Device for transmitting to a computer or other receiver measurement data concerning the mutual position 4 between two axially relative mutually movable components (12, 13) by means of a sensor (1) of the type comprising one in a housing ( 2) rotatably mounted and provided with a shaft (4) projecting from this housing (4) with which are associated means for giving said receiver information about the rotational angle position of the rotor relative to the housing, characterized in that said two components consist of å on the one hand a cylinder (12) included in a piston-cylinder mechanism (11) and on the other hand a piston rod (13) projecting from a first end of said cylinder and being slidably movable back and forth relative thereto during extension or shortening of the mechanism , that the sensor (1) is connected to the cylinder (12), that to the shaft (4) of the rotor is connected a first element (8) which engages with a seat in a second element (10) connected to the piston rod (13) , and that one of said both element (8, 10) has at least one thread (9) in which engages at least one driver means (19) of the second element, the thread and the driver means cooperating to set said first element in rotation upon axial displacement of the piston rod relative to the cylinder. during transformation of the axial movements of the piston rod into rotational movements of the sensor (3).

Device according to claim 1, characterized in that the first element, connected to the rotor shaft (4), consists of a screw or screw-shaped part (8) with external thread and that the second element consists of a ring (10), wherein the carrier means consists of a projection (19) on the inside of the ring.

3. Device according to claim 2, characterized in that the projection is constituted by a spring-loaded ball (19).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first element (8) associated with the sensor shaft (4) not only projects through a hole in a piston (10) serving as a seat element, but also into a the piston rod (13) recessed axial cavity (15) in which said element (8) is movable back and forth.