WO2013026080A2 - Positionsmessvorrichtung für fluidzylinder - Google Patents

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WO2013026080A2
WO2013026080A2 PCT/AT2012/050118 AT2012050118W WO2013026080A2 WO 2013026080 A2 WO2013026080 A2 WO 2013026080A2 AT 2012050118 W AT2012050118 W AT 2012050118W WO 2013026080 A2 WO2013026080 A2 WO 2013026080A2
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measuring device
piston rod
light
position measuring
illumination source
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PCT/AT2012/050118
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Inventor
Thomas BRETTMAISER
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Weber Hydraulik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2846—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using detection of markings, e.g. markings on the piston rod

Definitions

  • the invention relates to a position measuring device according to the preamble of claim 1.
  • a large number of position measuring devices is known from the prior art, which can detect optically detectable markings on the piston rod by means of a sensor arrangement fixed to the cylinder with a light source and a light sensor.
  • a position measuring device for absolute measurement of a piston rod position is known, for example, from DE 100 14 194 A1.
  • Another generic position measuring device is known from WO 2009/112895 AI, whose sensor arrangement is based on a technology used in computer mice technology.
  • a disadvantage of such a position measuring device is that despite the generally high measuring resolution of such a system, slight measuring accuracies increase in the course of use and, according to WO 2009/112895 A1, calibration positions must always be approached.
  • a disadvantage of the former embodiment is that in order to determine the absolute position of the piston rod in each case an entire barcode of the code pattern must be detected, but this is done sequentially in this case. In a sequence of many short ones
  • Movements that are shorter than the respective barcodes result in measurement inaccuracies, which are only canceled when a movement of the piston rod takes place, which is greater than the length of a bar code and thus an exact absolute position can be detected again.
  • the object of the invention is to provide a position measuring device for a piston rod of a fluid cylinder, which has a high reliability in mechanical as well as metrological regard, despite rough conditions of use and is still economical to produce.
  • the object of the invention solves a generic position measuring device with the characterizing features of claim 1.
  • the illumination source and the image sensor are fastened to a common printed circuit board of the sensor arrangement and a light-guiding element for transmitting the luminous flux from the illumination source to the measuring cut-out is arranged between the illumination source and the measurement section, the measurement section becomes sufficient even when using a simple, compact and inexpensive illumination source illuminated and reliable measurements can also be made with a simple measuring optics.
  • the light guide is based on total reflection of a majority of the output from the light source luminous flux at its boundary walls and it can be optimally distributed the luminous flux with very low losses on the measurement section.
  • the light-guiding element uses the principle of a light guide, similar to that which is also used in signal transmission technology, and the light-guiding element is formed by a coherent, in particular one-piece, translucent body of light-transmitting material.
  • the light entry surface and the light exit surface on the light guide are translucent, while the lateral boundary walls can be opaque and, for example, an internally mirrored coating may have, which further improves the reflection of the luminous flux at the boundary walls.
  • the invention is applicable to all types of fluid cylinders as single-acting
  • Cylinders, plunger cylinders or plunger cylinders in which the piston rod is formed by the piston itself, as well as double-acting cylinders with a piston rod or double-sided or continuous piston rod.
  • the position measuring device according to the invention can be provided in duplicate due to their low production costs and their compact dimensions on a single fluid cylinder, whereby a redundant position measuring system is given, as it is advantageous or prescribed for example in steering cylinders.
  • the position measuring devices can be arranged at both ends or even both at one end.
  • Optimum utilization of the luminous flux emitted by the illumination source is effected when the light-guiding element directly adjoins the illumination source or identifies a light entry surface which is positioned at a distance of less than 2 mm from the illumination source.
  • the light-guiding element can thus contact the illumination source directly or is arranged at least in its immediate vicinity, whereby the majority of the luminous flux enters the light-guiding element and is available for illuminating the measuring section.
  • the light-guiding element extends over at least 50%, preferably over at least 75%, of the smallest distance between the illumination source and the piston rod surface. This also ensures that the smallest possible portion of the luminous flux between the illumination source and the measurement section is lost.
  • the light-guiding element extends from the illumination source until shortly before the piston rod surface, but still ends at such a distance that the measurement detail can be detected by the measuring optics without being obstructed by the light-guiding element.
  • the sensor arrangement has a high durability and low power consumption.
  • LED elements are available in many embodiments and can be obtained with different frequencies of light, wherein the light frequency of the LED element or the illumination source can be generally adapted to the optimum sensitivity of the image sensor.
  • Image sensor and / or illumination source can be designed in particular as applied to the circuit board SMD components and thereby contribute to the reduction of the sensor arrangement.
  • the illumination source can advantageously have an approximately square emission surface which, with a sufficiently high luminance, also enables a very small component size for the illumination source.
  • the shape of the radiating surface can also differ substantially from the shape and size of the measuring section due to the use of the light-guiding element, since the light-guiding element can be optimally used for guiding, shaping and steering the luminous flux.
  • the luminous flux is distributed relatively evenly inside the light guide element and / or the light exit surface itself acts as a radiation surface of an illumination source, which, however, lies substantially closer to the measurement detail as the actual source of illumination.
  • the luminous flux emitted by the illumination source is converted into an approximately diffuse luminous flux, which is also largely guided in the interior of the light guide element by total reflection to the light exit surface and effects a very uniform illumination of the measurement detail.
  • a compact embodiment of the sensor arrangement is particularly possible if the edge length of the radiating surface is less than 2 mm and the dimensions of the measuring section are at least 10 mm by 2 mm.
  • the light-guiding element has a rectangular cross-section, with a longer side of the rectangular cross-section running parallel to the piston rod axis.
  • a measuring section extending in the longitudinal direction of the piston rod axis can be illuminated in the best possible uniform manner.
  • the light-guiding element has a cross-section increasing from the light-entry surface to its light-emitting surface, even when using very small illumination Sources with a small radiating surface are uniformly illuminated for measuring purposes.
  • a compact embodiment of the sensor arrangement is possible in particular when the light exit surface of the light guide element corresponds to at least three times the light entry surface.
  • the luminous flux of the illumination source can thereby be spread or expanded starting from a small, approximately punctiform radiating surface, whereby an illumination of the measuring excerpt which is advantageous for the optical measurement is effected.
  • Light entry surface and / or light exit surface can be formed simply by the use of the light guide in contrast to pure lens systems, in particular substantially planar surfaces, whereby the production of the light guide is particularly inexpensive and yet the lighting for reliable measurements of the piston rod position is sufficiently strong and uniform ,
  • the light exit surface may be concave and / or sectionally convex at least in sections, whereby the light guide can be locally influenced by the light guide or the luminous flux distribution on the measuring section compared to purely flat surfaces.
  • the concave light exit surfaces thereby cause a scattering of the exiting luminous flux, while convex sections of the light exit surface have a concentrating effect.
  • the light-guiding element has a local interference in the form of a transverse bore, a cover panel or an optically refractive element in its center of the beam path.
  • a further advantageous embodiment of the position-measuring device may consist in that the light-guiding element and / or the measuring optics is mounted pivotably in the housing with respect to a pivot axis parallel to the piston rod axis. This allows the light stream or the beam path of the measuring optics are adapted to different geometric conditions that can occur, for example, when the sensor assembly is to be used for piston rods of different diameters or the distance between the piston rod and circuit board of the sensor arrangement varies for structural reasons.
  • the light-guiding element In order to facilitate or ensure the mutual positioning of light-guiding element and measuring optics, it is possible for the light-guiding element to be mounted pivotably on the measuring optics or for the measuring optics to be pivotably mounted on the light-guiding element, whereby the two components are, so to speak, coupled together in one direction and in one to perpendicular direction to each other are adjustable.
  • An embodiment with easy-to-produce code pattern on the piston rod is given when the code pattern, the width of the bar marks and the unmarked code sections each about one millimeter or an integral multiple of a millimeter.
  • the requirements for the accuracy in the production of the code pattern are relatively low in this case, whereby the associated manufacturing costs are relatively low.
  • a width of the line markings of one millimeter or a multiple thereof can be reliably scanned with simple embodiments of an image sensor in combination with simple measuring optics, whereby the measurement reliability is very high and a resolution of the position measurement sufficient for many applications of a fluid cylinder is given.
  • a measuring system which can be used advantageously for many applications is provided if the code pattern is formed by a binary pseudo-random code with mutually entangled, different codewords, the length of the measuring section corresponding at least to the length of the codewords and the codewords being of length have at least 8 bits, in particular 15 bits.
  • a code is known for example from WO 86/00478 AI, and it is a way to clearly identify a plurality of optically detectable absolute positions of the piston rod with simple stroke marks.
  • the measurement section on the piston rod surface covers a length of at least 15 bits of the code pattern.
  • the code pattern is constituted by a binary block code having an alternating sequence of constant number and width information bits and guard bits of constant number and width, and the Piston rod position measurement
  • a measuring method is used in which the position or shift of the protection bits in the measurement section is detected and the information bits each define unique absolute references for the piston rod position.
  • an adequate and cost-effective embodiment for position measurements is when the image sensor is formed by a line camera element or linear sensor array arranged in parallel to the piston rod axis.
  • the image sensor can of course also be formed by a two-dimensional CCD element, wherein a one-dimensional sensor element is also sufficient for the one-dimensional piston rod position measurement.
  • the measurement accuracy requirements that occur in practice can easily be met if the line scan camera element has between 32 and 2048 sensor points, in particular 128 sensor points or pixels.
  • Such image sensors are available in many embodiments and inexpensively. At the same time, such an image sensor has very compact dimensions, which enables the compactness of the entire measuring device and the universal substitutability.
  • a compact embodiment of the sensor arrangement is possible by selecting the distance of the circuit board from the piston rod surface in a range between 15 mm and 25 mm.
  • the light-guiding element and the measuring optics of the position-measuring device according to the invention can be provided for many different sizes of fluid cylinders without requiring extensive structural changes to them.
  • the main axis of the measuring optics is oriented eccentrically or skewed with respect to the piston rod axis.
  • the image sensor is relatively independent of the reflectivity of the piston rod surface and thus also insensitive to changes in the piston rod surface due to wear or other environmental influences occurring in the operation of such a fluid cylinder.
  • the main axis of the measuring optics may alternatively or additionally also be directed obliquely to the main direction of propagation of the light beams of the illumination source, which are reflected by the piston rod surface, that is to say directed approximately eccentrically to the illumination maximum on the code pattern. As a result of this, reflections on the piston rod surface impairing the measurement can also be prevented.
  • a very compact size of the sensor arrangement is given if the center distance of the illumination source and the image sensor on the circuit board is selected from a range between 5 mm and 12 mm.
  • the illumination source can be approached very close to the light sensor without the measuring section being shaded by the measuring optics.
  • Another measure for miniaturizing the sensor arrangement is to arrange the evaluation unit on the printed circuit board.
  • the computing power required for the evaluation can also be achieved with very small-sized value units and microprocessors. be adjusted, whereby a first image data evaluation can already be integrated in the sensor array.
  • the measurement results are not output directly at the sensor arrangement, but rather the position measurement data are further processed by an external evaluation unit, for example a control and regulating device of the device comprising the fluid cylinder, it is advantageous if an interface to the power supply and Data transmission is arranged.
  • the compactness of the sensor arrangement can also be increased by connecting a second printed circuit board parallel or at an angle to the printed circuit board, to which an evaluation unit and / or a power supply component and / or a data interface is arranged.
  • the components of the sensor arrangement are divided by this embodiment into several circuit boards, whereby the individual circuit boards require a smaller area and the housing of the sensor arrangement can be kept relatively narrow and it does not protrude over the outer diameter of the fluid cylinder.
  • a structurally advantageous embodiment of the measuring device is that the housing is designed in two parts and the circuit board is attached to an outer removable housing section or housing cover.
  • the sensor arrangement is thereby easily accessible, since the sensor arrangement is separated from the fluid cylinder when the outer housing section is removed and so an exchange of the sensor arrangement is substantially facilitated.
  • the printed circuit board it is possible for the printed circuit board to be adjustably fastened in its position within the removable housing section from the outside, in particular by means of adjusting screws. On the one hand, this can be offset by adjusting the circuit board of the measuring section on the piston rod in the circumferential direction, for example, if faulty position measurements occur due to local damage to the code pattern.
  • the measuring optics and / or the light-guiding element substantially comprise optical elements made of PMMA (plexiglass) or polycarbonate. Since the requirements of the optical quality are also met by such components, thereby expensive optical components made of glass can be avoided. So that the sensor arrangement or the housing does not protrude with respect to its outer diameter even with small sizes of fluid cylinders, it is advantageous if the printed circuit board has a rectangular basic shape with a maximum edge length of 40 mm. Thereby, the housing or the removable housing portion can be kept accordingly small.
  • the piston rod completely comprehensive sealing rings or stripping elements are arranged on both sides of the measuring section.
  • the position measuring device Due to the cost-effective design of the position measuring device according to the invention and its compact dimensions, it is further possible to equip a fluid cylinder with at least two such position measuring devices, whereby a redundant position measurement is easily possible, which is often prescribed in safety-relevant systems.
  • the individual sensor arrangements can each be assigned a separate code pattern on the piston rod, but it is also possible for both sensor arrangements to access the same code pattern, in particular with staggered measurement sections.
  • the position measuring devices can be arranged at the two opposite ends.
  • Fig. 1 is a view of a fluid cylinder with a possible embodiment of a
  • FIG. 2 shows a view of a sensor arrangement arranged in a removable housing section
  • FIG. 3 shows a cross section through a possible embodiment of a position measuring device
  • FIG. 4 shows a radial section through a possible embodiment of a position-measuring device in the region of the light-guiding element
  • FIG 5 shows a radial section through a possible embodiment of a position measuring device in the region of the measuring optics.
  • the fluid cylinder 1 shows a view of a fluid cylinder 1 with a position measuring device 2 according to the invention.
  • the fluid cylinder 1 essentially comprises a cylinder tube 3 in which a piston, not shown, is guided which is displaced by supply or removal of fluid in the cylinder tube 3.
  • the cylinder tube 3 is closed at one end with a cylinder bottom 4 and closed at the opposite end with a cylinder head 5 through which a piston rod 6 connected to the piston is led out.
  • the fluid cylinder 1 can be designed as a hydraulic cylinder or pneumatic cylinder, the embodiment of the position measuring device 2 according to the invention is not relevant.
  • the piston rod may be formed by the piston itself, and the invention is not limited to the fluid cylinder 1 having a separate piston rod 6 but is applicable to plunger cylinders.
  • the position of the piston rod 6, with which moving members are moved or positioned in device can be detected and thereby precisely approach such a fluid cylinder 1 by means of control and regulating devices preprogrammed positions or can comply preprogrammed motion sequences exactly.
  • the position measuring device 2 is based on the fact that a measuring graduation in the form of an optically detectable code pattern 8 is arranged on the outer circumference 7 of the piston rod 6, and a sensor arrangement 9 is fixedly arranged on the fluid cylinder 1 in the region of the cylinder head 5, with which a partial section of the code pattern 8 is optically recorded and evaluated.
  • a sensor arrangement 9 is fixedly arranged on the fluid cylinder 1 in the region of the cylinder head 5, with which a partial section of the code pattern 8 is optically recorded and evaluated.
  • the code pattern 8 is composed for example by a binary sequence of transverse to the piston rod axis 6 oriented bar marks 11, which are mounted on the outer circumference 7 of the piston rod 6.
  • the code pattern 8 or the bar marks 11 can be applied for example by galvanic or metallurgical processes.
  • a possible production method for the code pattern is that heat energy is introduced selectively on a chromium-plated coating of the piston rod surface 6 by means of concentrated laser radiation, whereby the surface layer assumes tempering colors which differ in color from the thermally untreated sections.
  • Such a code pattern applied in this way can additionally be provided with an optically transparent protective coating, for example a SiO 2 coating, as a result of which the code pattern 8 has increased wear resistance.
  • the optically detected by the sensor assembly 9 portion of the code pattern 8 corresponds to a codeword, which is associated with a unique piston rod position.
  • the sensor arrangement 9 detects a specific measurement section of the code pattern 8 which extends in the direction of the piston rod axis 10 and is assigned an unambiguous piston rod position by an evaluation unit to an optically detected code word. If, for example, the measuring section in the piston rod direction 10 has a length which corresponds to eight times the line width of a bar marking 11, then the respective position of the piston rod 6 can be detected by a code word with 8 bits.
  • the width of the bar marks 11 and the unmarked code sections corresponds in each case to one millimeter or to an integral multiple of one millimeter.
  • the narrowest bar mark has in this case a width of 1 mm and the narrowest unmarked code section has a width of 1 mm.
  • Code patterns 8 with this width of the bar marks 11 are not very sensitive to punctual damage of the code demister 8, e.g. due to wear, since the resolution here does not have to be so fine that even punctual damage would cause measuring errors.
  • a certain minimum width of the captured measurement section is helpful in that not only a narrow line on the code pattern 8 is scanned optically, but an area with a width of two or more millimeters is imaged on the image sensor.
  • a possible embodiment of the code pattern 8 and of the evaluation method can advantageously consist in that the code pattern 8 is formed by a binary pseudo-random code with interlaced, mutually different code words, wherein the length of the measurement section corresponds at least to the length of the code words and the code words have a length of at least 8 bits, in particular 15 bits.
  • code pattern 8 may also be that the code pattern 8 is constituted by a binary block code having an alternating sequence of constant number and width information bits and constant number and width guard bits, e.g. a marked or unmarked section 4 mm in length, is formed and the measurement of the piston rod position uses a measuring method in which the position or shift of the protection bits is detected in the measuring section and the information bits each define absolute references for the piston rod position.
  • the optically evaluated measurement section is chosen so large that it contains at least one complete coherent group of information bits.
  • the sensor arrangement 9 is arranged in a housing 12 which is arranged stationarily on the fluid cylinder 1 and contains in its interior sufficient clearance for the sensor arrangement 9 as well as for the light guidance to or from the piston rod surface 7.
  • the housing 12 can, as in FIG be arranged outside the fluid cylinder 1 on the cylinder head 5 or be integrated in the cylinder head 5 or be formed by this and protects the working on optical base sensor assembly 9 from stray light and harmful environmental influences such as mechanical loads or dirt.
  • To protect against contamination is provided in particular that the provided on the piston rod 6 Meßausschnitt is protected on both sides by the piston rod 6 comprehensive sealing rings or stripping.
  • the housing 12 is made in two parts and includes a removable outer housing portion 13 or housing cover, which is removable from the rest of the housing 12, whereby the sensor assembly 9 is more accessible. Furthermore, 12 bushings for the purpose of data exchange or power supply can be provided on the housing. This can be accomplished in particular by a connection socket 14.
  • the position measuring device 2 with the sensor arrangement 9 and its mode of operation will be described in greater detail on the basis of FIGS. 2 to 5.
  • 2 shows a view of the housing section 13 removed from the rest of the housing 12, the sensor arrangement 9 being fastened therein in the illustrated embodiment, whereby it is particularly easily accessible.
  • the attachment of the sensor arrangement 9 in a detachable housing section 13 makes it possible to mount these structurally unchanged on housing bases of different sizes, whereby only these have to be adapted to the respective fluid cylinder 1.
  • the sensor arrangement 9 essentially comprises as main components an illumination source 15 for illuminating the measurement section to be detected on the code pattern 8, as well as an image sensor 16 for optical detection of the measurement section.
  • Illumination source 15 and image sensor 16 are arranged on a common printed circuit board 17, which is fastened in the removable housing section 13 in the illustrated embodiment.
  • An evaluation unit 18 in the form of a microprocessor 19 is also arranged on this printed circuit board 17, which determines the absolute position of the piston rod 6 from the image data captured by the image sensor 16 or processes the image data in such a way that it can be evaluated by an external further evaluation unit.
  • the image sensor 16 is formed, for example, by a line camera element 20 which is arranged parallel to the piston rod axis 10 and has 128 sensor points or pixels.
  • the optical image of the measurement section on the code pattern 8 on the image sensor 16 is effected by means of a measuring optical system 21, which images the illuminated by the illumination source 15 Meßausschnitt optically to the image sensor 16.
  • the measuring section has, for example, an extension of 16 mm in the direction of the piston rod axis 10 and a width of 3 mm transversely thereto, while the line camera element 20 has an effective sensor length of approximately 8 mm and an effective width of 0.1 mm.
  • the measuring optics 21 contains optical lens elements, for example of Plexiglas
  • the measuring optics thus has an anamorphic property and is optimally suitable for the imaging of a rectangular measurement section onto a line-shaped line camera element 20.
  • the luminous flux emitted by the illumination source 15 is transmitted by means of a light-guiding element 22 which is arranged between the illumination source 15 and the measuring section to the measuring section on the outer periphery 7 of the piston rod 6, whereby the code pattern 8 for the purposes of optical detection is optimally illuminated.
  • the light-guiding element 22 has a light inlet side facing the illumination source 15 and a light outlet side facing the code pattern 8, and the incoming luminous flux is guided in the interior of the light-guiding element 22, whereby only a very small portion of the light quantity does not reach the light exit surface due to total reflection at the lateral boundary surfaces ,
  • the light-guiding element 22 preferably directly adjoins the illumination source 15 or the light-entry surface of the light-guiding element 22 is located at least a distance of less than 2 mm from the illumination source, whereby the majority of the emitted light quantity enters the light-guiding element 22. Furthermore, the light-guiding element preferably extends over at least 50% of the smallest distance between the illumination source 15 and the outer circumference 7 of the piston rod 6, as a result of which the light exit surface lies relatively close to the code pattern 8 and this is optimally illuminated.
  • the illumination source 15 is preferably formed by an LED element 23, which is characterized by a long service life and a very high light output based on its energy consumption.
  • an LED element 23 is characterized by a long service life and a very high light output based on its energy consumption.
  • the use of a surface-emitting thin-film LED has proven, with the wavelength ranges white, red and infrared provide good results.
  • LED elements 23 can be used in very small dimensions.
  • it may be provided, in particular, that it has a square radiation surface 24 which, for example, has an edge length of less than 2 mm.
  • the very effective light-guiding element 22 it is also possible to use such an approximately point-shaped illumination source 15 for the uniform illumination of a rectangular measuring section.
  • the light-guiding element 22 makes it possible, for example, to uniformly illuminate a measuring section of 16 mm length and 3 mm width with an edge length of the radiating surface 24 of, for example, 1 ⁇ 10 mm.
  • the light-guiding element 22 may have a frosted light entry surface and / or a frosted light exit surface, whereby the intensity differences within the luminous flux are reduced.
  • the light guide 22 may have an approximately rectangular cross-section, wherein a longer side of the rectangular cross-section parallel to the piston rod axis 10 and thereby the light exit surface has approximately the shape of the Meßausiteses to be illuminated.
  • the cross-section of the light-guiding element 22 increases from the light entry surface to the light exit surface, whereby the light flux can also increase in its cross section.
  • the light exit surface of the light-guiding element 22 corresponds at least to three times the light entry surface.
  • the light-guiding element 22 and / or the measuring optics 21 are stored.
  • the area illuminated by the illumination source 15 can be varied on the piston rod surface and / or the area covered by the measuring optics 21 can also be optimally adapted.
  • differences in the distance between the circuit board 17 and piston rod surface 7 can be compensated for different piston rod diameters.
  • the light-guiding element 22 it is possible for the light-guiding element 22 to be pivotably mounted on the measuring optics 21 or, conversely, for the measuring optics 21 to be mounted pivotably on the light-guiding element 22. These are thus directly coupled to each other and possible axle deviations are minimized by assembly errors.
  • the measuring section on the piston rod surface 7 detected by the image sensor 16 preferably covers a length of at least 15 bits of the code pattern 8. By acquiring code words with a length of 15 bits, a matching pseudo-random code can be used easily more than 1,000 different absolute positions of the piston rod 6 are clearly identified.
  • the line scan camera element 20 has a resolution of between 200 and 1200 DPI, for example 400 DPI, which gives an easily sufficient resolution for the detection of bar marks 11 with a width of 1 mm.
  • FIG. 4 shows a radial section through a position measuring device 2 in the region of the light-guiding element 22, and FIG. 5 shows a radial section through the position-measuring device 2 in the region of the measuring optical system.
  • the light-guiding element 22 shown by way of example in FIG. 4 is arranged such that its light entry surface 26 is arranged at a distance to the emission surface 27 that is less than 2 mm, the light entry surface 26 could even directly adjoin the illumination source 15 and it is through it Arrangement ensures that the largest proportion of the emitted light enters the light guide 22. As a result, the light entering at the light entry surface 26 is passed on to the light exit surface 28, in which it directly penetrates the material of the light guide element 22 or is deflected on its sidewalls by total reflection in the direction of the measurement section 29.
  • the light entry surface 26 is executed in the illustrated embodiment as a substantially flat surface, which is particularly easy to manufacture and can still meet the requirements for the light guide to the measurement section 29. Notwithstanding the concave design shown in solid lines, the light exit surface 28 may be designed as a substantially planar surface, as indicated in Fig. 4 and thereby further simplifies the production of the light-guiding element 22.
  • the illumination source 15 in the form of the LED element 23 is fastened to the printed circuit board 17, which is fastened in the removable outer housing section 13 in the illustrated embodiment. As FIG. 4 shows, it is possible to provide to the printed circuit board 17 parallel or at an angle thereto a second printed circuit board 30 on which components of the sensor array 9 can likewise be arranged.
  • the second printed circuit board 30 may have interfaces 31 for the data transmission and / or power supply and may be led to the connection socket 14 via an interface cable.
  • the light-guiding element 22 extends over the majority of the distance 32 between the illumination source 15 and outer circumference 7 of the piston rod 6, but advantageously over at least 50% of the distance 32. This ensures that the majority of the light emitted by the illumination source 15 Luminous flux to the measuring section 29 is passed.
  • FIG. 4 shows two further possibilities for achieving the most uniform possible illumination of the measurement section 29.
  • the first possibility is to use a concave light exit surface 28, which, however, may also be designed to be locally planar or also partially convex.
  • the concave design shown causes a further dispersion of the luminous flux and thus a uniform illumination strength is achieved.
  • the light-guiding element 22 has at its center a local disturbance 33, for example in the form of a bore 34 transversely to the direction of light propagation, whereby a maximum illumination in the middle of the measuring section 29 is lowered and thus the illumination intensity is also more uniform becomes.
  • the printed circuit board 17 has a distance from the piston rod surface 7 from a range between 15 and 25 mm. Furthermore, the circuit board 17 can be dimensioned so that it is a rectangular Basic shape with a maximum edge length of 40 mm, whereby even after installation in a housing 12 protrudes little compared to the outer circumference of common fluid cylinder 1.
  • the circuit board 17 is fixed in its position within the removable housing portion 13 from the outside, for example by means of adjustable screws ,
  • the sensor arrangement 9 can be optimally adapted to different mounting positions and piston rod diameter.
  • the main axis of the measuring optics 21 is oriented in the direction of the piston rod axis 10, but it is also possible for them to be eccentric or skewed to the piston rod axis 10 provide, so that the measuring optics 21 does not aim in a sense perpendicular to the outer periphery 7 of the piston rod 6.
  • the illumination source 15 is arranged together with the adjoining light-guiding element 22 in a relatively small center distance 35 to the image sensor 16, in this case in the form of a line-scan camera element 20.
  • the center distance 35 is for example from a range between 5 mm and 12 mm, whereby the sensor assembly 9 can be made very compact and the position measuring device 2 has little restrictions in its possible application due to their small dimensions.
  • Fig. 3 is further indicated by dashed lines that the light guide 22, as already described with reference to FIG. 2 about a pivot axis 25 pivotally mounted in the housing 12, for example in a position shown by dashed lines 22 ', whereby the Hauptausbreitungsraum the luminous flux can be adjusted and the illumination of the measurement section 29 can be further optimized in a simple manner or can be adjusted depending on the relative position of the illumination source 15, image sensor 16 and piston rod surface 7.
  • the optical detection is carried out by the image sensor 16 is carried out at a high frequency, for example, with more than 1000 images per second, whereby a quasi-continuous position detection is given.
  • the dimensions and technical specifications mentioned with reference to the exemplary embodiment are optimally suited for piston rod diameters between 20 mm and 80 mm, but can be suitably adapted for deviating dimensions of piston rods 6.
  • the described embodiment of the sensor arrangement 9 has sufficient tolerances with regard to component tolerances or installation tolerances, which is why a very wide range of application is given here.
  • the components used are suitable and also temperature effects on the measuring accuracy negligible, for higher temperatures corresponding substitute materials should be used, such as plastics with higher softening points or replacement by metallic, ceramic or crystalline materials.
  • the light-guiding element 22 has a light entrance surface 26 of 6 mm ⁇ 4 mm and a light exit surface 28 of 24 mm ⁇ 4 mm, whereby on the one hand the radiating surface 24 of approximately 1 mm ⁇ 1 mm at the illumination source 15 and the measuring section 29 at the Piston rod surface 7 are sufficiently covered and only a small proportion of the luminous flux is lost.
  • Fig. 5 shows in radial section still the optical image of the measuring section 29 on the image sensor 16 in the form of the line camera element 20, wherein the focusing takes place in a direction immediately in front of the line camera element 20 by a cylindrical lens.
  • the embodiments show possible embodiments of the position measuring device 2, wherein it should be noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments thereof, but also various combinations of the individual embodiments are possible with each other and this Variations ons passerkeit due to the teaching of technical Acting by objective invention in the skill of those working in this technical field is the expert. So there are also all conceivable variants, by combinations of individual details the illustrated and described embodiment variant are possible, encompassed by the scope.
  • FIGS. 4 and 5 form the subject of independent solutions according to the invention.
  • the relevant objects and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung (2) für eine aus einem Fluidzylinder (1) herausführende Kolbenstange (6), umfassend eine an Außenumfang (7) der Kolbenstange (6) und entlang dieser angeordnete Maßverkörperung in Form eines optisch erfassbaren Codemusters (8) und eine in einem Gehäuse (12) ortsfest am Fluidzylinder (1) angeordnete Sensoranordnung (9) zur optischen Erfassung eines rechteckigen Messausschnittes (29) des Codemusters (8), mit einer einen Lichtstrom auf das Codemuster (8) abgebenden Beleuchtungsquelle (15), einem Bildsensor (16), einer Messoptik (21) zur Übertragung eines Abbildes des Messausschnitts (29) auf den Bildsensor (16) und einer Auswerteeinheit (18) zur Ermittlung der Absolutposition der Kolbenstange (6) unter Verwendung der vom Bildsensor (16) erfassten Bildinformationen. Dabei sind die Beleuchtungsquelle (15) und der Bildsensor (16) an einer gemeinsamen Leiterplatte (17) der Sensoranordnung (9) befestigt und zwischen Beleuchtungsquelle (15) und Messausschnitt (29) ist ein Lichtleitelement (22) zur Übertragung des Lichtstromes von der Beleuchtungsquelle (15) auf den Messausschnitt (29) angeordnet.

Description

Positionsmessvorrichtung für Fluidzylinder
Die Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In vielen Anwendungsfällen von Fluidzylindern ist es von Vorteil, wenn die Position eines Kolbens oder der Kolbenstange eines Fluidzylinders bekannt ist, um vom Fluidzylinder angetriebene Bewegungsglieder exakt in gewünschte Positionen zu bewegen, oder deren genaue Position zu ermitteln.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Positionsmessvorrichtungen bekannt, die optisch erfassbare Markierungen auf der Kolbenstange mittels einer am Zylinder fixierten Sensoranordnung mit einer Lichtquelle und einem Lichtsensor erfassen können. Eine derarti- ge Positionsmessvorrichtung zur Absolutmessung einer Kolbenstangenposition ist beispielsweise aus DE 100 14 194 AI. Eine weitere gattungsgemäße Positionsmessvorrichtung ist aus WO 2009/112895 AI bekannt, deren Sensoranordnung auf einer in Computermäusen eingesetzten Technologie basiert. Nachteilig an einer derartigen Positionsmessvorrichtung ist, dass trotz der grundsätzlich hohen Messauflösung eines solchen Systems geringfügige Messun- genauigkeiten im Laufe des Gebrauches zunehmen und gemäß der WO 2009/112895 AI immer wieder Kalibrierpositionen angefahren werden müssen.
Nachteilig beim erstgenannten Ausführungsbeispiel ist, dass zur Feststellung der Absolutposition der Kolbenstange jeweils ein gesamter Barcode des Codemusters erfasst werden muss, wobei dies in diesem Fall jedoch sequenziell erfolgt. Bei einer Abfolge von vielen kurzen
Bewegungen, die kürzer sind als die jeweiligen Barcodes, ergeben sich Messungenauigkeiten, die erst wieder aufgehoben sind, wenn eine Bewegung der Kolbenstange erfolgt, die größer ist als die Länge eines Barcodes und dadurch wieder eine exakte Absolutposition erfasst werden kann.
Allen bisher bekannten derartigen Positionsmessvorrichtungen ist gemeinsam, dass diese nur eine ungenügende Kombination aus Robustheit und Messzuverlässigkeit sowie universell einsetzbaren kompakten Abmessungen aufweisen, weshalb sich solche auf optischer Messung basierende Messsysteme in der Praxis und am Markt bisher nur in geringem Ausmaß durchsetzen konnten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Positionsmessvorrichtung für eine Kolbenstan- ge eines Fluidzylinders bereitzustellen, die trotz rauer Einsatzbedingungen eine hohe Zuverlässigkeit in mechanischer als auch messtechnischer Hinsicht aufweist und trotzdem wirtschaftlich herstellbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung löst eine gattungsgemäße Positionsmessvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
Dadurch, dass die Beleuchtungsquelle und der Bildsensor an einer gemeinsamen Leiterplatte der Sensoranordnung befestigt sind und zwischen Beleuchtungsquelle und Messausschnitt ein Lichtleitelement zur Übertragung des Lichtstromes von der Beleuchtungsquelle auf den Messausschnitt angeordnet ist, wird der Messausschnitt auch bei Verwendung einer einfachen, kompakten und kostengünstigen Beleuchtungsquelle ausreichend ausgeleuchtet und können zuverlässige Messungen auch mit einer einfachen Messoptik erfolgen. Das Lichtleitelement basiert auf Totalreflexion eines Großteils des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstromes an seinen Begrenzungswänden und es kann der Lichtstrom mit sehr geringen Verlusten auf dem Messausschnitt optimal verteilt werden. Das Lichtleitelement benutzt das Prinzip eines Lichtleiters, ähnlich wie es auch in der Signalübertragungstechnik Anwendung findet und ist das Lichtleitelement durch einen zusammenhängenden, insbesondere einstückigen lichtdurchlässigen Körper aus lichtdurchlässigem Material gebildet. Dabei sind die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche am Lichtleitelement lichtdurchlässig, während die seitlichen Begrenzungs wände lichtundurchlässig sein können und beispielsweise auch eine innen verspiegelte Beschichtung aufweisen können, die die Reflexion des Lichtstroms an den Begrenzungs wänden weiter verbessert. Die Erfindung ist bei allen Arten von Fluidzylindern einsetzbar wie bei einfachwirkenden
Zylindern, Tauchkolben- bzw. Plungerzylindern, bei denen die Kolbenstange durch den Kolben selbst gebildet ist, sowie doppeltwirkenden Zylindern mit einer Kolbenstange oder beidseitiger, bzw. durchgehender Kolbenstange. Die erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung kann aufgrund ihrer günstigen Herstellkosten und ihrer kompakten Abmessungen an einem einzelnen Fluidzylinder zweifach vorgesehen werden, wodurch ein redundantes Positionsmesssystem gegeben ist, wie es z.B. bei Lenkzylindern vorteilhaft bzw. auch vorgeschrieben ist. Bei einem Fluidzylinder mit beidseitiger Kolbenstange können die Positionsmessvorrich- tungen an beiden Enden oder aber auch beide an einem Ende angeordnet sein.
Eine optimale Ausnutzung des von der Beleuchtungsquelle abgegebenen Lichtstromes wird bewirkt, wenn das Lichtleitelement unmittelbar an die Beleuchtungsquelle anschließt oder eine Lichteintrittsfläche ausweist, die in einer Distanz von weniger als 2 mm zur Beleuch- tungsquelle positioniert ist. Das Lichtleitelement kann somit die Beleuchtungsquelle unmittelbar kontaktieren oder ist zumindest in deren unmittelbaren Nähe angeordnet, wodurch der Großteil des Lichtstromes in das Lichtleitelement eintritt und für die Beleuchtung des Messausschnittes zur Verfügung steht. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante besteht darin, dass sich das Lichtleitelement über zumindest 50 %, vorzugsweise über zumindest 75 %, des kleinsten Abstandes zwischen Beleuchtungsquelle und Kolbenstangenoberfläche erstreckt. Dadurch ist ebenfalls sichergestellt, dass ein möglichst geringer Anteil des Lichtstroms zwischen Beleuchtungsquelle und Messausschnitt verloren geht. Im Idealfall erstreckt sich das Lichtleitelement von der Be- leuchtungsquelle bis kurz vor die Kolbenstangenoberfläche, jedoch noch in einer solchen Entfernung endet, dass der Messausschnitt von der Messoptik erfasst werden kann, ohne vom Lichtleitelement behindert zu werden.
Wenn als Beleuchtungsquelle ein LED-Element verwendet wird, weist die Sensoranordnung eine hohe Langlebigkeit und einen geringen Stromverbrauch auf. LED-Elemente sind in vielen Ausführungsformen verfügbar und können mit unterschiedlichen Lichtfrequenzen bezogen werden, wobei die Lichtfrequenz des LED-Elements bzw. der Beleuchtungsquelle allgemein an die optimale Empfindlichkeit des Bildsensors angepasst sein kann. Bildsensor und/oder Beleuchtungsquelle können insbesondere als auf der Leiterplatte aufgebrachte SMD-Bauteile ausgeführt sein und dadurch zur Verkleinerung der Sensoranordnung beitragen. Die Beleuchtungsquelle kann vorteilhafterweise eine etwa quadratische Abstrahlungsfläche aufweisen, die bei einer ausreichend hohen Leuchtdichte auch eine sehr kleine Bauteilgröße für die Beleuchtungsquelle ermöglicht. Die Form der Abstrahlungsfläche kann durch die Verwendung des Lichtleitelements auch wesentlich von der Form und Größe des Messaus- Schnittes abweichen, da das Lichtleitelement zur Führung, Formung und Lenkung des Lichtstromes optimal einsetzbar ist.
Falls das Lichtleitelement eine mattierte Lichteintrittsfläche und/oder eine mattierte Lichtaus- trittsfläche aufweist, wird der Lichtstrom relativ gleichmäßig verteilt, im Inneren des Lichtlei- telements geführt und bzw. wirkt die Lichtaustrittsfläche selbst wie eine Abstrahlungsfläche einer Beleuchtungsquelle, die jedoch wesentlich näher am Messausschnitt liegt, als die eigentliche Beleuchtungsquelle. Durch die Mattierung der Lichteintrittsfläche bzw. Lichtaustritts- fläche wird der von der Beleuchtungsquelle abgestrahlte Lichtstrom in einen annähernd diffusen Lichtstrom umgewandelt, der im Inneren des Lichtleitelements zum Großteil ebenfalls durch Totalreflexion bis zur Lichtaustrittsfläche geführt wird und eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung des Messausschnittes bewirkt.
Eine kompakte Ausführungsform der Sensoranordnung ist insbesondere möglich, wenn die Kantenlänge der Abstrahlungsfläche weniger als 2 mm beträgt und die Abmessungen des Messausschnitts zumindest 10 mm mal 2 mm betragen. Durch das Lichtleitelement kann das von einer kleinen Abstrahlfläche ausgesendete intensive Licht auf einen verhältnismäßig großen Messausschnitt übertragen werden, wodurch auch mit dickeren Strichmarkierungen eine Codierung von vielen Kolbenstangenpositionen möglich ist, da der Messausschnitt einen ausreichend großen Teilabschnitt des Codemusters erfasst.
Dies wird auch dadurch erleichtert, wenn das Lichtleitelement einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine längere Seite des rechteckigen Querschnitts parallel zur Kolbenstangenachse verläuft. Dadurch kann ein in Längsrichtung der Kolbenstangenachse verlaufender Messausschnitt bestmöglich gleichmäßig ausgeleuchtet werden.
Wenn das Lichtleitelement einen von der Lichteintrittsfläche zu seiner Lichtaustrittsfläche zunehmenden Querschnitt aufweist, kann auch bei Verwendung sehr kleiner Beleuchtungs- quellen mit kleiner Abstrahlungsfläche ein für Messzwecke ausreichend großer Messausschnitt gleichmäßig beleuchtet werden.
Eine kompakte Ausführungsform der Sensoranordnung wird insbesondere dann möglich, wenn die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitelements zumindest dem Dreifachen der Lichtein- trittsfläche entspricht. Der Lichtstrom der Beleuchtungsquelle kann dadurch ausgehend von einer kleinen, annähernd punktförmigen Abstrahlungsfläche aufgespreizt bzw. aufgeweitet werden, wodurch eine für die optische Messung vorteilhafte Beleuchtung des Messausschnittes bewirkt wird.
Lichteintrittsfläche und/oder Lichtaustrittsfläche können durch die Verwendung des Lichtleitelements im Gegensatz zu reinen Linsensystemen einfach geformt, insbesondere im Wesentlichen ebene Oberflächen aufweisen, wodurch die Herstellung des Lichtleitelements besonders kostengünstig ist und trotzdem die Beleuchtung für zuverlässige Messungen der Kolben- Stangenposition ausreichend stark und gleichmäßig ist.
Die Lichtaustrittsfläche kann zumindest abschnittsweise konkav und/oder abschnittsweise konvex geformt sein, wodurch gegenüber rein ebenen Oberflächen die Lichtführung durch das Lichtleitelement oder die Lichtstromverteilung auf dem Messabschnitt örtlich beeinflusst werden kann. Die konkaven Lichtaustrittsflächen bewirken dabei eine Streuung des austretenden Lichtstroms, während konvexe Teilabschnitte der Lichtaustrittsfläche eine konzentrierende Wirkung haben.
Eine weitere Möglichkeit, die Ausleuchtung des Messausschnittes vorteilhaft zu beeinflussen kann darin bestehen, dass das Lichtleitelement in seinem Zentrum des Strahlenganges eine lokale Störung in Form einer Querbohrung, einer Abdeckblende oder eines optisch brechenden Elements aufweist. Dadurch kann ein zu großer Beleuchtungsunterschied zwischen dem zentralen Bereich des Messausschnittes und seinen Randbereichen wesentlich verringert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Positionsmessvorrichtung kann darin bestehen, dass das Lichtleitelement und/oder die Messoptik bezüglich einer zur Kolbenstangenachse parallelen Schwenkachse verschwenkbar im Gehäuse gelagert ist. Dadurch kann der Licht- strom bzw. der Strahlengang der Messoptik an unterschiedliche geometrische Verhältnisse angepasst werden, die beispielsweise auftreten können, wenn die Sensoranordnung für Kolbenstangen verschiedener Durchmesser verwendet werden soll oder der Abstand zwischen Kolbenstange und Leiterplatte der Sensoranordnung aus baulichen Gründen variiert.
Um die gegenseitige Positionierung von Lichtleitelement und Messoptik zu erleichtern bzw. sicherzustellen, ist es möglich, dass das Lichtleitelement verschwenkbar an der Messoptik gelagert ist oder die Messoptik verschwenkbar am Lichtleitelement gelagert ist, wodurch die beiden Bauteile gewissermaßen in einer Richtung aneinander gekoppelt sind und in einer dazu rechtwinkeligen Richtung zueinander verstellbar sind.
Eine Ausführungsform mit einfach herstellbarem Codemuster an der Kolbenstange ist gegeben, wenn am Codemuster die Breite der Strichmarkierungen und der unmarkierten Codeabschnitte jeweils etwa einem Millimeter oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Millimeters beträgt. Die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Herstellung des Codemusters sind in diesem Fall relativ gering, wodurch auch die damit zusammenhängenden Herstellkosten relativ niedrig sind. Eine Breite der Strichmarkierungen von einem Millimeter oder einem Mehrfachen davon kann mit einfachen Ausführungsformen eines Bildsensors in Kombination mit einfacher Messoptik zuverlässig abgetastet werden, wodurch die Messzuverlässigkeit sehr hoch ist und eine für viele Anwendungszwecke eines Fluidzylinders ausreichende Auflösung der Positionsmessung gegeben ist.
Ein für viele Anwendungsfälle vorteilhaft einsetzbares Messsystem ist gegeben, wenn das Codemuster durch einen binären Pseudo-Random-Code mit ineinander verschränkten, vonei- nander verschiedenen Codewörtern gebildet ist, wobei die Länge des Messausschnitts zumindest der Länge der Codewörter entspricht und die Codewörter eine Länge von zumindest 8 Bit, insbesondere 15 Bit aufweisen. Ein derartiger Code ist beispielsweise aus WO 86/00478 AI bekannt, und es handelt es sich dabei um eine Möglichkeit, eine Vielzahl von optisch erfassbaren Absolutpositionen der Kolbenstange mit einfachen Strichmarkierungen eindeutig zu kennzeichnen. Mit einer Codewortlänge von 15bit enthalten in einem Codemuster, das einer 1000-stelligen Binärzahl entspricht und die bei einer Breite der Strichmarkierungen von 1mm einer Länge von einem Meter entspricht, können bei Verwendung einer Codewortlänge von 15 Bit mehr als 1000 unterschiedliche Codewörter enthalten sein, wodurch eine Messauflö- sung von 1mm gegeben ist.
Für die Praxis der Fluidzylinderanwendungen ist es von Vorteil, wenn der Messausschnitt auf der Kolbenstangenoberfläche eine Länge von zumindest 15 Bit des Codemusters abdeckt. Mit der Länge der verwendeten Codewörter steigt auch die Anzahl der möglichen verschiedenen Codewörter, wodurch auch sehr große Messlängen eindeutigen Absolutpositionen der Kolbenstange zugeordnet werden können. Eine alternative Ausführungsform einer Positionsmessvorrichtung, die ebenfalls ein für die in der Praxis auftretenden Fälle vorteilhaftes Codesystem einsetzt, besteht darin, wenn das Codemuster durch einen binären Blockcode mit einer abwechselnden Folge von Informationsbits konstanter Anzahl und Breite sowie Schutzbits konstanter Anzahl und Breite gebildet ist und die Messung der Kolbenstangenposition ein Messverfahren benutzt, bei dem die Posi- tion bzw. Verschiebung der Schutzbits im Messausschnitt erfasst wird und die Informationsbits jeweils eindeutige Absolutreferenzen für die Kolbenstangenposition definieren.
Eine für Positionsmessungen ausreichende und kostengünstige Ausführungsform besteht darin, wenn der Bildsensor durch ein zur Kolbenstangenachse parallel angeordnetes Zeilenka- mera- Element bzw. Linear-Sensor-Array gebildet ist. Der Bildsensor kann jedoch selbstverständlich auch durch ein zweidimensionales CCD-Element gebildet sein, wobei für die eindimensionale Kolbenstangenpositionsmessung auch ein eindimensionales Sensorelement ausreicht. Die in der Praxis auftretenden Anforderungen an die Messgenauigkeit können leicht erfüllt werden, wenn das Zeilenkamera-Element zwischen 32 und 2048 Sensorpunkte, insbesondere 128 Sensorpunkte bzw. Pixel aufweist. Derartige Bildsensoren sind in vielen Ausführungsformen und kostengünstig erhältlich. Gleichzeitig weist ein derartiger Bildsensor sehr kompakte Abmessungen auf, was die Kompaktheit der gesamten Messvorrichtung und die univer- seile Ersetzbarkeit ermöglicht.
Eine ausreichende Messgenauigkeit der Positionsmessvorrichtung für die in der Praxis auftretenden Einsatzfälle ist gegeben, wenn das Zeilenkamera-Element eine Auflösung zwischen 200 und 1200 dpi, insbesondere 400 dpi aufweist. Auch hier ist am Markt eine Vielzahl von Ausführungsformen kostengünstig erhältlich.
Eine kompakte Ausführungsform der Sensoranordnung ist möglich, indem der Abstand der Leiterplatte von der Kolbenstangenoberfläche aus einem Bereich zwischen 15 mm und 25 mm gewählt ist. In Verbindung mit dem Lichtleitelement und der Messoptik der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung kann eine solche bei vielen verschiedenen Baugrößen von Fluidzylindern vorgesehen werden, ohne dass an diesen umfangreiche bauliche Veränderungen erforderlich wären.
Für die Zuverlässigkeit des Messverfahrens kann es von Vorteil sein, wenn die Hauptachse der Messoptik exzentrisch oder windschief bezüglich der Kolbenstangenachse orientiert ist. Der Bildsensor ist dadurch relativ unabhängig von der Reflexionsfähigkeit der Kolbenstan- genoberfläche und dadurch auch unempfindlich gegenüber im Betrieb eines derartigen Flu- idzylinders auftretenden Veränderungen der Kolbenstangenoberfläche durch Verschleiß oder sonstige Umwelteinflüsse. Die Hauptachse der Messoptik kann alternativ oder zusätzlich auch eine Schräg Stellung zur Hauptausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen der Beleuchtungsquelle, die von der Kolbenstangenoberfläche reflektiert werden aufweisen, also gewissermaßen exzentrisch zum Beleuchtungsmaximum auf das Codemuster gerichtet sein. Auch dadurch kön- nen die Messung beeinträchtigende Reflexionen an der Kolbenstangenoberfläche unterbunden werden.
Eine sehr kompakte Baugröße der Sensoranordnung ist gegeben, wenn der Mittenabstand von Beleuchtungsquelle und Bildsensor auf der Leiterplatte aus einem Bereich zwischen 5 mm und 12 mm gewählt ist. Durch die Verwendung eines Lichtleitelements, kann die Beleuchtungsquelle sehr nahe an den Lichtsensor angenähert werden, ohne dass der Messausschnitt durch die Messoptik abgeschattet wird.
Eine weitere Maßnahme zur Miniaturisierung der Sensoranordnung besteht darin, die Aus- werteeinheit auf der Leiterplatte anzuordnen. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Bildsensors sowie des Codemusters kann die für die Auswertung erforderliche Rechenleistung auch mit sehr klein bauenden Aus Werteeinheiten und Mikroprozessoren bewerk- stelligt werden, wodurch eine erste Bilddatenauswertung bereits in der Sensoranordnung integriert sein kann.
Falls die Messergebnisse nicht unmittelbar an der Sensoranordnung ausgegeben werden, son- dem die Positionsmessdaten von einer externen Auswerteeinheit weiter bearbeitet werden, beispielsweise einer Steuer- und Regelvorrichtung der den Fluidzylinder umfassenden Vorrichtung, ist es von Vorteil, wenn an der Leiterplatte eine Schnittstelle zur Stromversorgung und Datenübertragung angeordnet ist. Die Kompaktheit der Sensoranordnung kann auch dadurch gesteigert werden, dass an der Leiterplatte eine zweite Leiterplatte parallel oder winkelig dazu angeschlossen ist, an der eine Aus werteeinheit und/oder eine Stromversorgungskomponente und/oder ein Datenschnittstelle angeordnet ist. Die Komponenten der Sensoranordnung werden durch diese Ausführungsform auf auf mehrere Leiterplatten aufgeteilt, wodurch die einzelnen Leiterplatten eine geringere Fläche erfordern und das Gehäuse der Sensoranordnung relativ schmal gehalten werden kann und es gegenüber dem Außendurchmesser des Fluidzylinders nicht vorragt.
Eine baulich vorteilhafte Ausführungsform der Messvorrichtung besteht darin, dass das Gehäuse zweiteilig ausgeführt ist und die Leiterplatte an einem äußeren abnehmbaren Gehäuse- abschnitt bzw. Gehäusedeckel befestigt ist. Die Sensoranordnung wird dadurch leicht zugänglich, da beim Abnehmen des äußeren Gehäuseabschnittes auch die Sensoranordnung vom Fluidzylinder getrennt wird und so ein Austausch der Sensoranordnung wesentlich erleichtert ist. Weiters ist es möglich, dass die Leiterplatte in ihrer Position innerhalb des abnehmbaren Gehäuseabschnitts von außen, insbesondere mittels Stellschrauben, verstellbar befestigt ist. Einerseits kann dadurch durch Verstellen der Leiterplatte der Messausschnitt auf der Kolbenstange in Umfangsrichtung versetzt werden, beispielsweise wenn durch lokale Beschädigungen des Codemusters fehlerhafte Positionsmessungen auftreten. Weiters ist es möglich, den äußeren abnehmbaren Gehäuseabschnitt in gleichbleibender Größe bei unterschiedlichen Gehäusedimensionen, die bei verschiedenen Kolbenstangendurchmessern erforderlich sein können, baulich unverändert anbringen zu können. Durch die Verstellbarkeit der Leiterplatte in- nerhalb des abnehmbaren Gehäuseabschnittes kann in diesem Fall eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kolbenstangendurchmesser erfolgen.
Eine Möglichkeit, die Herstellkosten einer derartigen Positionsmessvorrichtung zu senken, besteht weiters darin, dass Messoptik und/oder das Lichtleitelement im Wesentlichen optische Elemente aus PMMA (Plexiglas) oder Polycarbonat umfassen. Da die Anforderungen an die optische Güte auch durch derartige Bauteile erfüllt werden, können dadurch teure optische Bauelemente aus Glas vermieden werden. Damit die Sensoranordnung bzw. das Gehäuse auch bei kleinen Baugrößen von Fluidzylin- dern nicht gegenüber dessen Außendurchmesser vorstehen, ist es von Vorteil, wenn die Leiterplatte eine rechteckige Grundform mit einer maximalen Kantenlänge von 40 mm aufweist. Dadurch kann das Gehäuse bzw. der abnehmbare Gehäuseabschnitt dementsprechend klein gehalten werden.
Um die Sensoranordnung dauerhaft vor schädlichen Einflüssen zu schützen und eine lange Lebensdauer bei hoher Messzuverlässigkeit zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn am Gehäuse beidseits des Messausschnitts die Kolbenstange vollständig umfassende Dichtringe oder Abstreifelemente angeordnet sind.
Durch die kostengünstige Ausführung der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung und deren kompakten Abmessungen ist es weiters möglich, einen Fluidzylinder mit zumindest zwei derartigen Positionsmessvorrichtungen auszustatten, wodurch eine redundante Positionsmessung einfach möglich ist, die bei sicherheitsrelevanten Systemen vielfach vorgeschrie- ben ist. Den einzelnen Sensoranordnungen kann dabei jeweils ein eigenes Codemuster an der Kolbenstange zugordnet sein, es ist jedoch auch möglich, dass beide Sensoranordnungen auf dasselbe Codemuster zugreifen, insbesondere mit zueinander versetzten Messausschnitten.
Bei Fluidzylindern mit beidseitiger Kolbenstange, wie z.B. bei Lenkzylindern können dabei die Positionsmessvorrichtungen an den beiden entgegengesetzten Enden angeordnet sein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 eine Ansicht eines Fluidzylinders mit einem möglichen Ausführungsbeispiel einer
Positionsmessvorrichtung;
Fig. 2 einen Ansicht einer in einem abnehmbaren Gehäuseabschnitt angeordneten Sensoranordnung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Positionsmessvorrichtung;
Fig. 4 einen Radialschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Positionsmessvorrichtung im Bereich des Lichtleitelements;
Fig. 5 einen Radialschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Positionsmessvorrichtung im Bereich der Messoptik.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Fluidzylinders 1 mit einer erfindungsgemäßen Positionsmess- Vorrichtung 2. Der Fluidzylinder 1 umfasst dabei im Wesentlichen ein Zylinderrohr 3, indem ein nicht dargestellter Kolben geführt ist der durch Zufuhr bzw. Abfuhr von Fluid im Zylinderrohr 3 verschoben wird. Das Zylinderrohr 3 ist an einem Ende mit einem Zylinderboden 4 verschlossen und am gegenüberliegenden Ende mit einem Zylinderkopf 5 verschlossen, durch den eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange 6 herausgeführt ist. Der Fluidzylinder 1 kann dabei als Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder ausgeführt sein, wobei die Ausführungsart für die erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung 2 nicht maßgeblich ist. Weiters kann im Falle eines einfach wirkenden Plungerzylinders die Kolbenstange durch den Kolben selbst gebildet sein, und ist die Erfindung nicht auf Fluidzylinder 1 mit separater Kolbenstange 6 eingeschränkt, sondern auf Plungerzylinder anwendbar.
Für viele Anwendungen ist es von Vorteil, wenn die Position der Kolbenstange 6, mit der in Vorrichtung Bewegungsglieder bewegt oder positioniert werden, erfasst werden kann und dadurch ein derartiger Fluidzylinder 1 mittels Steuer- und Regeleinrichtungen vorprogrammierte Positionen exakt anfahren oder vorprogrammierte Bewegungsabläufe exakt einhalten kann.
Die Positionsmessvorrichtung 2 basiert darauf, dass am Außenumfang 7 der Kolbenstange 6 eine Maßverkörperung in Form eines optisch erfassbaren Codemusters 8 angeordnet ist, und am Fluidzylinder 1 im Bereich des Zylinderkopfes 5 ortsfest eine Sensoranordnung 9 ange- ordnet ist, mit der ein Teilausschnitt des Codemusters 8 optisch erfasst und ausgewertet wird. Durch die Verschiebung der Kolbenstange 6 entlang der Kolbenstangenachse 10 bei einer Bewegung des Kolbens wird das Codemuster 8 an der Sensoranordnung 9 vorbeibewegt und aus dem von dieser jeweils optisch erfassten Teilabschnitt des Codemusters 8 wird die Position der Kolbenstange 6 mittels einer Auswerteeinheit ermittelt.
Das Codemuster 8 ist beispielsweise durch eine binäre Abfolge aus quer zur Kolbenstangenachse 6 orientierten Strichmarkierungen 11 zusammengesetzt, die am Außenumfang 7 der Kolbenstange 6 angebracht sind. Das Codemuster 8 bzw. die Strichmarkierungen 11 können beispielsweise durch galvanische Verfahren oder metallurgische Verfahren aufgebracht werden. Eine mögliche Herstellung smethode für das Codemuster besteht darin, dass auf einer verchromten Beschichtung der Kolbenstangenoberfläche 6 mittels konzentrierter Laserstrahlung punktuell Wärmeenergie eingebracht wird, wodurch die Randschicht Anlassfarben an- nimmt, die sich farblich von den thermisch nicht behandelten Abschnitten unterscheiden. Ein derartig aufgebrachtes Codemuster kann zusätzlich mit einer optisch durchsichtigen Schutz - beschichtung, z.B. einer Si02-Beschichtung, versehen werden, wodurch das Codemuster 8 eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist. Der von der Sensoranordnung 9 optisch erfasste Teilabschnitt des Codemusters 8 entspricht einem Codewort, dem eine eindeutige Kolbenstangenposition zugeordnet ist. Die Sensoranordnung 9 erfasst einen bestimmten Messausschnitt des Codemusters 8, der sich in Richtung der Kolbenstangenachse 10 erstreckt und wird von einer Auswerteeinheit einem optisch er- fassten Codewort eine eindeutige Kolbenstangenposition zugeordnet. Besitzt beispielsweise der Messabschnitt in Kolbenstangenrichtung 10 eine Länge, die dem Achtfachen der Strichbreite einer Strichmarkierung 11 entspricht, so ist die jeweilige Position der Kolbenstange 6 durch ein Codewort mit 8bit erfassbar.
Eine für praktische Anwendungen vorteilhafte Ausführungsform des Codemusters 8 besteht darin, dass die Breite der Strichmarkierungen 11 und der unmarkierten Codeabschnitte jeweils einem Millimeter oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Millimeters entspricht. Die schmälste Strichmarkierung besitzt in diesem Fall eine Breite von 1mm und der schmälste unmarkierte Codeabschnitt besitzt eine Breite von 1mm. Codemuster 8 mit dieser Breite der Strichmarkierungen 11 sind wenig empfindlich auf punktuelle Beschädigungen des Codemus- ters 8, z.B. durch Verschleiß, da hier die Auflösung nicht so fein sein muss, dass auch punktuelle Beschädigungen Messfehler verursachen würden. Dabei ist auch eine gewisse Mindestbreite des erfassten Messausschnittes hilfreich, indem nicht nur eine schmale Linie auf dem Codemuster 8 optisch abgetastet wird, sondern ein Bereich mit einer Breite von zwei oder mehr Millimetern auf den Bildsensor abgebildet wird.
Eine mögliche Ausführungsform des Codemusters 8 und des Auswerteverfahrens kann vorteilhafterweise darin bestehen, dass das Codemuster 8 durch einen binären Pseudo-Random- Code mit ineinander verschränkten, voneinander verschiedenen Codewörtern gebildet ist, wobei die Länge des Messausschnitts zumindest der Länge der Codewörter entspricht und die Codewörter eine Länge von zumindest 8 Bit, insbesondere 15 Bit aufweisen.
Eine alternative Ausführungsform des Codemusters 8 kann auch darin bestehen, dass das Codemuster 8 durch einen binären Blockcode mit einer abwechselnden Folge von Informationsbits konstanter Anzahl und Breite sowie Schutzbits konstanter Anzahl und Breite, z.B. ein markierter oder unmarkierter Abschnitt mit 4 mm Länge, gebildet ist und die Messung der Kolbenstangenposition ein Messverfahren benutzt, bei dem die Position bzw. Verschiebung der Schutzbits im Messausschnitt erfasst wird und die Informationsbits jeweils Absolutrefe- renzen für die Kolbenstangenposition definieren. Der optisch ausgewertete Messausschnitt ist dabei so groß gewählt, dass darin zumindest eine vollständige zusammenhängende Gruppe von Informationsbits enthalten ist.
Die Sensoranordnung 9 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet, das ortsfest am Fluidzylinder 1 angeordnet ist und enthält in seinem Inneren ausreichenden Freiraum für die Sensoranordnung 9 sowie für die Lichtführung zur bzw. von der Kolbenstangenoberfläche 7. Das Gehäuse 12 kann dabei wie in Fig. 1 dargestellt außerhalb des Fluidzylinders 1 am Zylinderkopf 5 angeordnet sein oder aber auch im Zylinderkopf 5 integriert sein bzw. durch diesen gebildet sein und schützt die auf optischer Basis arbeitende Sensoranordnung 9 vor Störlicht sowie schädli- chen Umwelteinflüssen wie mechanischen Belastungen oder Verschmutzungen. Zum Schutz vor Verschmutzungen ist insbesondere vorgesehen, dass der an der Kolbenstange 6 vorgesehene Messausschnitt beidseits durch die Kolbenstange 6 umfassende Dichtringe oder Abstreifelemente geschützt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 12 zweiteilig ausgeführt und umfasst dieses einen abnehmbaren äußeren Gehäuseabschnitt 13 oder Gehäusedeckel, der vom restlichen Gehäuse 12 abnehmbar ist, wodurch die Sensoranordnung 9 leichter zugänglich ist. Weiters können am Gehäuse 12 Durchführungen für Kabel zwecks Datenaustausch bzw. Stromversorgung vorgesehen sein. Dies kann insbesondere auch durch eine Anschlussbuchse 14 bewerkstelligt werden.
Anhand der Figuren 2 bis 5 wird in Folge die Positionsmessvorrichtung 2 mit der Sensoranordnung 9 und deren Funktionsweise näher beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Ansicht des vom restlichen Gehäuse 12 abgenommenen Gehäuseabschnitts 13, wobei in der dargestellten Ausführungsform in diesem die Sensoranordnung 9 befestigt ist, wodurch diese besonders leicht zugänglich ist. Die Befestigung der Sensoranordnung 9 in einem abnehmbaren Gehäuseabschnitt 13 ermöglicht es, diese baulich unverändert auf Ge- häuseunterteilen verschiedener Größen zu montieren, wodurch nur diese an den jeweiligen Fluidzylinder 1 angepasst werden müssen.
Die Sensoranordnung 9 umfasst dabei als Hauptkomponenten im Wesentlichen eine Beleuchtungsquelle 15 zur Beleuchtung des zu erfassenden Messausschnittes am Codemuster 8, sowie einen Bildsensor 16 zur optischen Erfassung des Messausschnittes. Beleuchtungsquelle 15 und Bildsensor 16 sind dabei auf einer gemeinsamen Leiterplatte 17 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel im abnehmbaren Gehäuseabschnitt 13 befestigt ist. Auf dieser Leiterplatte 17 ist auch eine Auswerteeinheit 18 in Form eines Mikroprozessors 19 angeordnet, die aus den vom Bildsensor 16 erfassten Bilddaten die Absolutposition der Kolbenstange 6 ermittelt oder die Bilddaten so aufbereitet, dass sie von einer externen weiteren Auswerteeinheit ausgewertet werden können.
Der Bildsensor 16 ist beispielsweise durch ein zur Kolbenstangenachse 10 parallel angeordnetes Zeilenkamera-Element 20 gebildet, das 128 Sensorpunkte bzw. Pixel aufweist. Die opti- sehe Abbildung des Messausschnittes am Codemuster 8 auf den Bildsensor 16 erfolgt mittels einer Messoptik 21, die den von der Beleuchtungsquelle 15 beleuchteten Messausschnitt optisch auf den Bildsensor 16 abbildet. Der Messausschnitt besitzt beispielsweise in Richtung der Kolbenstangenachse 10 eine Ausdehnung von 16mm und quer dazu eine Breite von 3mm, während das Zeilenkamera-Element 20 eine effektive Sensorlänge von etwa 8mm und effek- tive Breite von 0, 1mm besitzt.
Die Messoptik 21 enthält dazu optische Linsenelemente, beispielsweise aus Plexiglas
(PMMA) oder Polycarbonat und umfasst insbesondere eine an das Zeilenkamera-Element 20 anschließende Zylinderlinse und zwei kolbenstangenseitige Linsenelemente mit nicht- rotationssymmetrischen Oberflächen. Die Messoptik weist somit eine anamorphotische Eigenschaft auf und ist für die Abbildung eines rechteckigen Messausschnittes auf ein linien- förmiges Zeilenkamera-Element 20 optimal geeignet. Bei der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung 2 wird der von der Beleuchtungsquelle 15 abgegebene Lichtstrom mittels eines Lichtleitelements 22, das zwischen Beleuchtungsquelle 15 und Messausschnitt angeordnet ist, auf den Messausschnitt am Außenumfang 7 der Kolbenstange 6 übertragen, wodurch das Codemuster 8 für die Zwecke der optischen Erfas- sung optimal beleuchtet wird. Das Lichtleitelement 22 besitzt dabei eine der Beleuchtungsquelle 15 zugewandte Lichteintrittsseite und eine dem Codemuster 8 zugewandte Lichtaustrittsseite und wird der eintretende Lichtstrom im Inneren des Lichtleitelementes 22 geführt, wobei aufgrund von Totalreflexion an den seitlichen Begrenzungsflächen nur ein sehr geringer Anteil der Lichtmenge nicht bis zur Lichtaustrittsfläche gelangt.
Das Lichtleitelement 22 schließt vorzugsweise unmittelbar an die Beleuchtungsquelle 15 an oder die Lichteintrittsfläche des Lichtleitelements 22 befindet sich zumindest in einer Distanz von weniger als 2mm zur Beleuchtungsquelle, wodurch der Großteil der abgegebenen Lichtmenge in das Lichtleitelement 22 eintritt. Weiters erstreckt sich das Lichtleitelement vor- zugsweise über zumindest 50% des kleinsten Abstandes zwischen Beleuchtungsquelle 15 und dem Außenumfang 7 der Kolbenstange 6, wodurch die Lichtaustrittsfläche relativ nahe am Codemuster 8 liegt und dieses dadurch optimal beleuchtet wird.
Die Beleuchtungsquelle 15 ist vorzugsweise durch ein LED-Element 23 gebildet, das sich durch eine hohe Lebensdauer und eine sehr hohe Lichtausbeute bezogen auf seinen Energieverbrauch auszeichnet. Als vorteilhaft für die Positionsmessung hat sich die Verwendung einer oberflächenstrahlenden Dünnfilm-LED erwiesen, wobei die Wellenlängenbereiche Weiß, Rot und Infrarot gute Ergebnisse erbringen. Weiters können derartige LED -Elemente 23 in sehr kleinen Abmessungen verwendet werden. Um die Abmessungen der Beleuchtungsquelle 15 klein zu halten kann es insbesondere vorgesehen sein, dass diese eine quadratische Ab- strahlungsfläche 24 aufweist, die weiters beispielsweise eine Kantenlänge von weniger als 2 mm besitzt. Durch das sehr effektive Lichtleitelement 22 kann auch eine solche annähernd punktförmige Beleuchtungsquelle 15 zur gleichmäßigen Beleuchtung eines rechteckigen Messausschnittes eingesetzt werden. Das Lichtleitelement 22 ermöglicht es beispielsweise, bei einer Kantenlänge der Abstrahlungsfläche 24 von beispielsweise lxl mm einen Messausschnitt von 16 mm Länge und 3 mm Breite gleichmäßig auszuleuchten. Um die gleichmäßige Ausleuchtung des Messausschnittes weiter zu verbessern, kann das Lichtleitelement 22 eine mattierte Lichteintrittsfläche und/oder eine mattierte Lichtaustritts- fläche aufweisen, wodurch die Intensitätsunterschiede innerhalb des Lichtstromes reduziert werden.
Wie Fig. 2 weiters zeigt, kann das Lichtleitelement 22 einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei eine längere Seite des rechteckigen Querschnittes parallel zur Kolbenstangenachse 10 verläuft und dadurch die Lichtaustrittsfläche etwa die Form des zu beleuchtenden Messausschnittes besitzt. Im Fall einer annähernd punktförmigen Beleuchtungsquelle 15 ist es dabei von Vorteil, wenn der Querschnitt des Lichtleitelements 22 von der Lichteintrittsfläche bis zur Lichtaustrittsfläche zunimmt, wodurch auch der Lichtstrom in seinem Querschnitt zunehmen kann. Die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitelements 22 entspricht im dargestellten Beispiel zumindest dem Dreifachen der Lichteintrittsfläche. Um die Messoptik 21 und das Lichtleitelement 22 optimal aufeinander anpassen zu können und dadurch die Sensoranordnung 9 auch für unterschiedliche Kolbenstangendimensionen verwenden zu können, ist es möglich, dass das Lichtleitelement 22 und/oder die Messoptik 21 bezüglich einer zur Kolbenstangenachse 10 parallelen Schwenkachse 25 verschwenkbar im Gehäuse 12 gelagert sind. Dadurch kann der von der Beleuchtungsquelle 15 angestrahlte Be- reich auf der Kolbenstangenoberfläche variiert werden und/oder auch der von der Messoptik 21 erfasste Bereich optimal angepasst werden. Dadurch können auch Unterschiede im Abstand zwischen Leiterplatte 17 und Kolbenstangenoberfläche 7 bei unterschiedlichen Kolbenstangendurchmessern ausgeglichen werden. Dabei ist es möglich, dass das Lichtleitelement 22 verschwenkbar an der Messoptik 21 oder umgekehrt die Messoptik 21 verschwenkbar am Lichtleitelement 22 gelagert ist. Diese sind dadurch unmittelbar aneinander gekoppelt und werden mögliche Achsabweichungen durch Montagefehler minimiert. Der vom Bildsensor 16 erfasste Messausschnitt auf der Kolbenstangenoberfläche 7 deckt vorzugsweise eine Länge von zumindest 15 Bit des Codemusters 8 ab. Durch eine Erfassung von Codewörtern mit einer Länge von 15 Bit können mit einem passenden Pseudo-Randomcode leicht mehr als 1.000 verschiedene Absolutpositionen der Kolbenstange 6 eindeutig identifiziert werden.
Für die optische Messung des Codemusters 8 besitzt das Zeilenkamera-Element 20 eine Auf- lösung zwischen 200 und 1.200 DPI, beispielsweise 400 DPI, wodurch für die Erfassung von Strichmarkierungen 11 mit einer Breite von 1 mm eine leicht ausreichende Auflösung gegeben ist.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt quer zur Zylinderachse durch die Positionsmessvorrichtung 2, Fig. 4 einen Radialschnitt durch eine Positionsmessvorrichtung 2 im Bereich des Lichtleitelements 22 und Fig. 5 einen Radialschnitt durch die Positionsmessvorrichtung 2 im Bereich der Messoptik.
Dabei sind die jeweiligen Strahlenverläufe angedeutet, wobei jeweils nur beispielhaft einzelne Strahlen dargestellt sind.
Das in Fig. 4 beispielhaft dargestellte Lichtleitelement 22 ist dabei so angeordnet, dass seine Lichteintrittsfläche 26 in einer Distanz zur Abstrahlfläche 27 angeordnet ist, die geringer ist als 2 mm, die Lichteintrittsfläche 26 könnte sogar an der Beleuchtungsquelle 15 unmittelbar anschließen und es ist durch diese Anordnung sichergestellt, dass der größte Anteil des abgegebenen Lichtes in das Lichtleitelement 22 eintritt. In Folge wird das an der Lichteintrittsflä- che 26 eintretende Licht zur Lichtaustrittsfläche 28 weitergeleitet, in dem es den Werkstoff des Lichtleitelements 22 direkt durchdringt oder an dessen Seitenwänden durch Totalreflexion in Richtung des Messausschnittes 29 umgelenkt wird.
Die Lichteintrittsfläche 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als im Wesentlichen ebene Fläche ausgeführt, die besonders einfach herzustellen ist und den Anforderungen an die Lichtführung zum Messausschnitt 29 trotzdem genügen kann. Abweichend von der in Volllinien dargestellten konkaven Ausführung kann auch die Lichtaustrittsfläche 28 als im Wesent- liehen ebene Fläche ausgeführt sein, wie in Fig. 4 angedeutet ist und wodurch sich die Herstellung des Lichtleitelements 22 weiter vereinfacht. Die Beleuchtungsquelle 15 in Form des LED-Elements 23 ist dabei an der Leiterplatte 17 befestigt, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel im abnehmbaren, äußeren Gehäuseabschnitt 13 befestigt ist. Wie Fig. 4 zeigt, ist es möglich, zur Leiterplatte 17 parallel oder auch winkelig dazu eine zweite Leiterplatte 30 vorzusehen, auf der ebenfalls Bauelemente der Sen- soranordnung 9 angeordnet sein können. Diese baut dafür etwas höher, kann jedoch mit einer geringeren Breite und Länge in Richtung der Zylinderachse 10 ausgeführt werden. So kann beispielsweise die zweite Leiterplatte 30 Schnittstellen 31 für die Datenübertragung und/oder Stromversorgung aufweisen und können diese über ein Schnittstellenkabel zur Anschlussbuchse 14 geführt sein.
Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich das Lichtleitelement 22 über den Großteil des Abstandes 32 zwischen Beleuchtungsquelle 15 und Außenumfang 7 der Kolbenstange 6, vorteilhafterweise jedoch über zumindest 50 % des Abstandes 32. Dadurch wird sichergestellt, dass der Großteil des von der Beleuchtungsquelle 15 abgegebenen Lichtstromes zum Messausschnitt 29 geleitet wird. Weiters zeigt Fig. 4 zwei weitere Möglichkeiten, eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung des Messausschnittes 29 zu erzielen. Die erste Möglichkeit besteht darin, eine konkav ausgeführte Lichtaustrittsfläche 28, die jedoch auch örtlich eben oder auch abschnittsweise konvex ausgeführt sein kann, zu verwenden. Die dargestellte konkave Ausführung bewirkt eine weitere Zerstreuung des Lichtstromes und wird dadurch eine gleichmäßige Beleuch- tungsstärke erreicht. Als Alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Erzielung einer gleichmäßigen Beleuchtung weist das Lichtleitelement 22 in seinem Zentrum eine lokale Störung 33, beispielsweise in Form einer Bohrung 34 quer zur Lichtausbreitungsrichtung auf, wodurch ein Beleuchtungsmaximum in der Mitte des Messausschnittes 29 abgesenkt wird und dadurch ebenfalls die Beleuchtungsintensität gleichmäßiger wird.
Alternativ zu einer Bohrung 34 ist auch die Anbringung einer lokalen Abdeckblende oder eines stärker konkaven oder konvexen Abschnitts im Mittelbereich der Lichtaustrittsfläche 28 möglich. In Versuchen hat es sich gezeigt, dass es für die Herstellkosten und die Kompaktheit einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung 2 von Vorteil ist, wenn die Leiterplatte 17 einen Abstand von der Kolbenstangenoberfläche 7 aus einem Bereich zwischen 15 und 25 mm aufweist. Weiters kann die Leiterplatte 17 so dimensioniert werden, dass sie eine rechteckige Grundform mit einer maximalen Kantenlänge von 40 mm aufweist, wodurch sie auch nach Einbau in ein Gehäuse 12 nur wenig gegenüber dem Außenumfang gängiger Fluidzylinder 1 vorragt. Um eine weitere Anpassung an unterschiedliche Dimensionen eines Fluidzylinders 1 zu ermöglichen, auch wenn dabei jeweils der gleiche obere Gehäuseabschnitt 13 eingesetzt wird, kann es vorgesehen sein, dass die Leiterplatte 17 in ihrer Position innerhalb des abnehmbaren Gehäuseabschnitts 13 von außen beispielsweise mittels Stellschrauben verstellbar befestigt ist. So kann die Sensoranordnung 9 auf einfache Weise an unterschiedliche Montagepositio- nen und Kolbenstangendurchmesser optimal angepasst werden.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Positionsmessvorrichtung 2 gemäß Linie III - III in Fig. 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Hauptachse der Messoptik 21 in Richtung der Kolbenstangenachse 10 orientiert, es ist jedoch auch möglich, diese exzentrisch bzw. windschief zur Kolbenstangenachse 10 vorzusehen, wodurch die Messoptik 21 gewissermaßen nicht rechtwinkelig auf den Außenumfang 7 der Kolbenstange 6 zielt. Wie man weiters erkennt, ist die Beleuchtungsquelle 15 zusammen mit dem daran anschließenden Lichtleitelement 22 in ei- nem relativ geringen Mittenabstand 35 zum Bildsensor 16, hier in Form eines Zeilenkamera- Elements 20 angeordnet. Der Mittenabstand 35 ist beispielsweise aus einem Bereich zwischen 5 mm und 12 mm, wodurch die Sensoranordnung 9 sehr kompakt ausgeführt werden kann und die Positionsmessvorrichtung 2 aufgrund ihrer kleinen Abmessungen in ihrem möglichen Einsatzbereich wenig Einschränkungen besitzt.
In Fig. 3 ist weiters durch strichlierte Linien angedeutet, dass das Lichtleitelement 22, wie bereits anhand von Fig. 2 beschrieben um eine Schwenkachse 25 verschwenkbar im Gehäuse 12 gelagert ist, z.B. in eine strichliert dargestellte Lage 22', wodurch sich die Hauptausbreitungsrichtung des Lichtstroms verstellen lässt und die Ausleuchtung des Messausschnittes 29 auf einfache Weise weiter optimiert werden kann bzw. in Abhängigkeit von der Relativposition von Beleuchtungsquelle 15, Bildsensor 16 und Kolbenstangenoberfläche 7 angepasst werden kann. Die optische Erfassung erfolgt durch den Bildsensor 16 erfolgt mit einer hohen Frequenz z.B. mit mehr als 1000 Bilder je Sekunde, wodurch eine quasi kontinuierliche Positionserfassung gegeben ist. Die anhand des Ausführungsbeispiels genannten Abmessungen und technischen Spezifikationen sind für Kolbenstangendurchmesser zwischen 20 mm und 80 mm optimal geeignet, können jedoch für davon abweichende Dimensionen von Kolbenstangen 6 passend adaptiert werden. Die beschriebene Ausführung der Sensoranordnung 9 besitzt ausreichende Toleranzen in Hinblick auf Bauteiltoleranzen oder Einbautoleranzen, weshalb hier ein sehr weitere Einsatz - bereich gegeben ist. Für die Arbeitstemperaturen von -40 °C und +100 °C sind die eingesetzten Bauelemente geeignet und auch Temperatureinflüsse auf die Messgenauigkeit vernachlässigbar, für höhere Temperaturen wären entsprechende Ersatzmaterialien einzusetzen, wie Kunststoffe mit höheren Erweichungspunkten oder Ersatz durch metallische, keramische oder kristalline Werkstoffe.
Das Lichtleitelement 22 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Lichteintrittsfläche 26 von 6 mm x 4 mm und eine Lichtaustrittsfläche 28 von 24 mm x 4 mm, wodurch einerseits die Abstrahlungsfläche 24 von ca. 1 mm x 1 mm an der Beleuchtungsquelle 15 und der Messausschnitt 29 an der Kolbenstangenoberfläche 7 ausreichend überdeckt werden und nur ein geringer Anteil des Lichtstroms verloren geht.
Fig. 5 zeigt in Radialschnittdarstellung noch die optische Abbildung des Messausschnittes 29 auf den Bildsensor 16 in Form des Zeilenkamera-Elements 20, wobei die Bündelung in einer Richtung unmittelbar vor dem Zeilenkamera-Element 20 durch eine Zylinderlinse erfolgt.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Positionsmessvorrichtung 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variati- onsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Positionsmessvorrichtung 2 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2; 3; 4 und 5 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenaufstellung
Fluidzylinder
Positionsmessvorrichtung
Zylinderrohr
Zylinderboden
Zylinderkopf
Kolbenstange
Außenumfang
Codemuster
Sensoranordnung
Kolbenstangenachse
Strichmarkierung
Gehäuse
Gehäuseabschnitt
Anschlussbuchse
Beleuchtungsquelle
Bildsensor
Leiterplatte
Auswerteeinheit
Mikroprozessor
Zeilenkamera-Element
Messoptik
Lichtleitelement
LED-Element
Abstrahlungsfläche
Schwenkachse
Lichteintrittsfläche Lichtaustrittsfläche
Messausschnitt
Leiterplatte
Schnittstelle
Abstand
Störung
Bohrung
Mittenabstand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Positionsmessvorrichtung (2) für eine aus einem Fluidzylinder (1) herausführende Kolbenstange (6), umfassend eine am Außenumfang (7) der Kolbenstange (6) und entlang dieser angeordnete Maßverkörperung in Form eines optisch erfassbaren Codemusters (8), insbesondere einer binären Abfolge aus quer zur Kolbenstangenachse (10) orientierten Strichmarkierungen (11), und eine in einem Gehäuse (12) ortsfest am Fluidzylinder (1) angeordnete Sensoranordnung (9) zur optischen Erfassung eines rechteckigen Messausschnittes (29) des Codemusters (8), mit einer einen Lichtstrom auf das Codemuster (8) abgebenden Beleuchtungsquelle (15), einem Bildsensor (16), einer Messoptik (21) zur Übertragung eines Abbildes des Messausschnitts (29) auf den Bildsensor (16) und einer Auswerteeinheit (18) zur Ermittlung der Absolutposition der Kolbenstange (6) unter Verwendung der vom Bildsensor (16) erfassten Bildinformationen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle (15) und der Bildsensor (16) an einer gemeinsamen Leiterplatte (17) der Sensoranordnung (9) be- festigt sind und zwischen Beleuchtungsquelle (15) und Messausschnitt (29) ein Lichtleitelement (22) zur Übertragung des Lichtstromes von der Beleuchtungsquelle (15) auf den Messausschnitt (29) angeordnet ist.
2. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) unmittelbar an die Beleuchtungsquelle (15) anschließt oder eine
Lichteintrittsfläche (26) ausweist, die in einer Distanz von weniger als 2 mm zur Beleuchtungsquelle (15) positioniert ist.
3. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Lichtleitelement (22) über zumindest 50 %, vorzugsweise über zumindest 75 %, des kleinsten Abstandes (32) zwischen Beleuchtungsquelle (15) und Außenumfang (7) der Kolbenstange (6) erstreckt.
4. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle (15) durch ein LED-Element (23) gebildet ist.
5. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle (15) eine etwa quadratische Ab Strahlungsfläche (24) aufweist.
6. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) eine mattierte Lichteintrittsfläche (26) und/oder eine mattierte Lichtaustrittsfläche (28) aufweist.
7. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenlänge der Abstrahlungsfläche (24) weniger als 2 mm beträgt und die Abmessungen des Messausschnitts (29) zumindest 10 mm mal 2 mm betragen.
8. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine längere Seite des rechteckigen Querschnitts parallel zur Kolbenstangenachse (10) verläuft.
9. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) einen von der Lichteintrittsfläche (26) zu seiner Lichtaustrittsfläche (28) zunehmenden Querschnitt aufweist.
10. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (28) des Lichtleitelements (22) zumindest dem Dreifachen der Licht- eintrittsfläche (26) entspricht.
11. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (26) und/oder die Lichtaustrittsfläche (28) im Wesentlichen eine ebene Oberfläche aufweist.
12. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) in seinem Zentrum des Strahlenganges eine lokale Störung (33) in Form einer Querbohrung (34), einer Abdeckblende oder eines optisch brechenden Elements aufweist.
13. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) und/oder die Messoptik (21) bezüglich einer zur Kolbenstangenachse (10) parallelen Schwenkachse (25) verschwenkbar im Gehäuse (12) gelagert ist.
14. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (22) verschwenkbar an der Messoptik (21) oder die Messoptik (21) verschwenkbar am Lichtleitelement (22) gelagert ist.
15. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Codemuster (8) die Breite der Strichmarkierungen (11) und der unmarkierten Codeabschnitte jeweils einem Millimeter oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Millimeters entspricht.
16. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Codemuster (8) durch einen binären Pseudo-Random-Code mit ineinander verschränkten, voneinander verschiedenen Codewörtern gebildet ist, wobei die Länge des Messausschnitts (29) zumindest der Länge der Codewörter entspricht und die Codewörter eine Länge von zumindest 8 Bit, insbesondere 15 Bit aufweisen.
17. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Messausschnitt (29) auf der Kolbenstangenoberfläche (7) eine Länge von zumindest 15 Bit des Codemusters (8) abdeckt.
18. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Codemuster (8) durch einen binären Blockcode mit einer abwechselnden Folge von Informationsbits konstanter Anzahl und Breite sowie Schutzbits konstanter Anzahl und Breite gebildet ist und die Messung der Kolbenstangenposition ein Messverfahren benutzt, bei dem die Position bzw. Verschiebung der Schutzbits im Messausschnitt (29) er- fasst wird und die Informationsbits jeweils Absolutreferenzen für die Kolbenstangenposition definieren.
19. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (16) durch ein zur Kolbenstangenachse (10) parallel angeordnetes Zeilenkamera-Element (20) oder Linear-Sensor-Array gebildet ist.
20. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeilenkamera-Element (20) zwischen 32 und 2048 Sensorpunkte, insbesondere 128 Sensorpunkte aufweist.
21. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich- net, dass das Zeilenkamera-Element (20) eine Auflösung zwischen 200 und 1200 dpi, insbesondere 400 dpi aufweist.
22. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Leiterplatte (17) von der Kolbenstangenoberfläche (7) aus einem Bereich zwischen 15 mm und 25 mm gewählt ist.
23. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse der Messoptik (21) exzentrisch oder windschief bezüglich der Kolbenstangenachse (10) orientiert ist und/oder exzentrisch oder windschief bezüglich der Hauptausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen, die von der Kolbenstangenoberfläche (7) reflektiert werden, orientiert ist.
24. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenabstand (35) von Beleuchtungsquelle (15) zu Bildsensor (16) auf der Leiterplatte (17) aus einem Bereich zwischen 5 mm und 12 mm gewählt ist.
25. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) auf der Leiterplatte (17) angeordnet ist.
26. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der Leiterplatte (17) eine Schnittstelle (31) zur Stromversorgung und Datenübertragung angeordnet ist.
27. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass an der Leiterplatte (18) zumindest eine zweite Leiterplatte (30), insbesondere parallel dazu angeschlossen ist, an der eine Auswerteeinheit und/oder eine Stromversorgungskomponente und/oder ein Datenschnittstelle angeordnet ist.
28. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) zweiteilig ausgeführt ist und die Leiterplatte (17) an einem äußeren abnehmbaren Gehäuseabschnitt (13) befestigt ist.
29. Positionsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (17) in ihrer Position innerhalb des abnehmbaren Gehäuseabschnitts (13) von außen, insbesondere mittels Stellschrauben, verstellbar befestigt ist.
30. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch ge- kennzeichnet, dass Messoptik (21) und/oder das Lichtleitelement (22) im Wesentlichen optische Elemente aus PMMA (Plexiglas) oder Polycarbonat umfassen.
31. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (17) eine rechteckige Grundform mit einer maximalen Kantenlänge von 40 mm aufweist.
32. Positionsmessvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dass am Gehäuse (12) beidseits des Messausschnitts (29) die Kolbenstange (6) vollständig umfassende Dichtringe oder Abstreifelemente angeordnet sind.
33. Fluidzylinder (1) mit zumindest einer aus diesem herausgeführten Kolbenstange (6), dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Kolbenstangenposition zumindest zwei Positionsmessvorrichtungen (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 32 vorgesehen sind.
34. Fluidzylinder nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder eine beidseitige und/oder durchgehende Kolbenstange aufweist und die Positionsmessvorrichtungen (2) an entgegengesetzten Enden des Fluidzylinders angeordnet sind.
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