本發(fā)明涉及一種流體缸，帶有在缸套中導(dǎo)引的活塞桿，在該活塞桿上設(shè)有帶有等距設(shè)置的路程標(biāo)記的標(biāo)記部。光學(xué)的傳感器單元對(duì)準(zhǔn)所述標(biāo)記部。借助光學(xué)的傳感器單元能夠檢測(cè)流體缸的行程長(zhǎng)度和/或行程速度。

背景技術(shù)：

由DE 10 2005 059 251已知一種光學(xué)的混合缸體位置傳感器。所述傳感器用作位置監(jiān)控系統(tǒng)，該位置監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)能夠運(yùn)動(dòng)的元件相對(duì)于位置固定的傳感器電路的位置。所述傳感器電路通過(guò)圖像分析評(píng)估來(lái)求取當(dāng)前的位置，在圖像分析評(píng)估中，通過(guò)比較兩個(gè)接連拍攝的圖像來(lái)求取所述運(yùn)動(dòng)。

由WO 96/35098已知用于對(duì)缸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行位置測(cè)量的裝置。在氣動(dòng)缸或液壓缸中，運(yùn)動(dòng)的活塞桿用作為位移測(cè)量系統(tǒng)，在該位移測(cè)量系統(tǒng)中僅通過(guò)激光射線的作用向活塞桿上產(chǎn)生刻度圖案?；诠鈱W(xué)反射的傳感器識(shí)別暗的刻度和明亮的中間區(qū)域并且能夠由此確定活塞桿的位置。

由DE 102 42 630 Al已知一種用于舉升器的測(cè)量和控制裝置，其中，在能夠運(yùn)動(dòng)的物體上設(shè)置多個(gè)路程標(biāo)記，并且對(duì)準(zhǔn)路程標(biāo)記的傳感器檢測(cè)路程標(biāo)記，并通過(guò)分析評(píng)估裝置來(lái)對(duì)路程標(biāo)記的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定距離。

由DE 10 2010 044 656 Al中已知一種帶有液壓缸的地面運(yùn)輸工具，該液壓缸具有活塞桿和缸套，所述活塞桿在缸套中引導(dǎo)。在頭部區(qū)域中設(shè)置光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器具有對(duì)準(zhǔn)活塞桿的光源和用于反射光的接收器。光學(xué)傳感器由在時(shí)間上接連地反射到接收器的光中檢測(cè)活塞桿相對(duì)于傳感器的運(yùn)動(dòng)。

由WO 84/01027已知一種位置測(cè)量器，其中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體相對(duì)于彼此的位置。為此將編碼的條帶固定在其中一個(gè)物體上，該條帶具有偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。檢測(cè)裝置對(duì)準(zhǔn)這種序列并且在多個(gè)位置同時(shí)檢測(cè)該序列，以便能夠確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

由EP 1 426 737 Bl已知用于缸體的位置測(cè)量裝置，其中，以不同的距離在活塞桿上設(shè)置路程標(biāo)記。通過(guò)光學(xué)的傳感器檢測(cè)路程標(biāo)記的位置。

由DE 693 07 135 T2已知一種帶有刻度的位置標(biāo)度，其中，所述刻度具有第一和第二棱邊，第一棱邊或第二棱邊按規(guī)則的區(qū)段設(shè)置。所述刻度擁有兩個(gè)不同的寬度，且多個(gè)彼此接連設(shè)置的刻度由此形成用于在標(biāo)度上顯示刻度的位置的獨(dú)特的二進(jìn)制代碼。

由AT 511 883已知一種用于流體缸的位置測(cè)量裝置，其中，圖像傳感器檢測(cè)矩形的測(cè)量區(qū)域并將代碼圖案設(shè)置在活塞桿上，所述代碼圖案能夠被檢測(cè)。

由WO 2009/112895 Al已知一種位置測(cè)量裝置，其中，利用光學(xué)的光敏傳感器檢測(cè)在帶有不同的標(biāo)記的活塞桿上的變化。

由EP 1 461 585 Bl已知一種帶有光學(xué)的檢測(cè)裝置的缸體。纖維光學(xué)的傳感器區(qū)均勻地間隔地相對(duì)于增量式標(biāo)記以四分之一相移設(shè)置，從而變化不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。由所出現(xiàn)的變化的順序確定活塞桿相對(duì)于始點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向。

由EP 2 222 966 Bl中已知用于確定活塞沿該活塞用于流體動(dòng)力學(xué)的執(zhí)行器的行程路徑的位置的系統(tǒng)。在活塞桿上設(shè)置了溝槽，所述溝槽可以光學(xué)地檢測(cè)到，以便進(jìn)行位置檢測(cè)。

從US 2013/0076346 Al中已知用于確定相對(duì)位置的系統(tǒng)和方法。對(duì)此，設(shè)置了代碼字區(qū)，在所述代碼字區(qū)中，相應(yīng)分別編碼記載了設(shè)置所述代碼字的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種流體缸，該流體缸能夠以簡(jiǎn)單和可靠的方式和形式確定流體缸的活塞桿的位置。

所述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的流體缸來(lái)解決。有利的設(shè)計(jì)方案構(gòu)成從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明的流體缸具有在缸套中引導(dǎo)的活塞桿，在活塞桿上設(shè)置帶有等距布置的標(biāo)記的標(biāo)記部。此外，流體缸具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記部的光學(xué)傳感器單元。根據(jù)本發(fā)明，傳感器單元具有兩個(gè)或更多個(gè)彼此等距地設(shè)置的光電子傳感器元件。光電子傳感器元件根據(jù)活塞桿上的標(biāo)記部分別產(chǎn)生二進(jìn)制的輸出信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，光電子的傳感器相對(duì)于標(biāo)記部沿軸向方向設(shè)置成，使得每個(gè)二進(jìn)制的輸出信號(hào)相對(duì)于時(shí)間上后續(xù)的輸出信號(hào)都具有預(yù)先確定的相移。各輸出信號(hào)相對(duì)于彼此的相移允許傳感器單元的好的位置解析，并且使得可以可靠地檢測(cè)位置或位置隨時(shí)間的變化。通過(guò)使用兩個(gè)或多于兩個(gè)以上的光電子傳感器元件能夠可靠進(jìn)行位置檢測(cè)。優(yōu)選使用三個(gè)光電子傳感器元件。

根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)記部還具有至少一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記，在該基準(zhǔn)標(biāo)記處，所有的光電子傳感器元件同時(shí)響應(yīng)。傳感器單元具有錯(cuò)誤識(shí)別單元，所述錯(cuò)誤識(shí)別單元將光電子傳感器元件的所存在的二進(jìn)制輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為格雷碼，并檢查，在輸出信號(hào)改變時(shí)是否多于一個(gè)比特發(fā)生了變化。格雷碼是一種由信息技術(shù)已知的編碼，在使用N個(gè)光電子傳感器元件時(shí)該編碼也包括N比特。所述格雷碼構(gòu)造成，使得隨著時(shí)間的增加和光電子傳感器元件的信號(hào)逐漸改變，始終僅有一個(gè)比特發(fā)生改變。格雷碼的漢明距離由此等于1。如果出現(xiàn)多于一個(gè)比特發(fā)生改變的情況，則這可以分為兩種不同的情況。錯(cuò)誤識(shí)別單元能夠從此推斷出在一個(gè)光學(xué)的傳感器元件上發(fā)生測(cè)量錯(cuò)誤。在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，記錄識(shí)別為錯(cuò)誤的信號(hào)。但是如果全部的光學(xué)的傳感器元件發(fā)生響應(yīng)，此時(shí)錯(cuò)誤識(shí)別單元由此可以認(rèn)定，檢測(cè)到了基準(zhǔn)標(biāo)記而不是錯(cuò)誤的信號(hào)。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，各標(biāo)記相應(yīng)地具有沿活塞桿的軸向上的至少一段長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)兩個(gè)相鄰的標(biāo)記的距離。就是說(shuō)，標(biāo)記部沿軸向方向至少在與在兩個(gè)相鄰的標(biāo)記之間的距離相同的長(zhǎng)度上延伸。

在另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，傳感器元件的電子裝置分別產(chǎn)生脈沖占空系數(shù)為05的輸出信號(hào)。0.5的脈沖占空系數(shù)表示，在數(shù)字的輸出信號(hào)中，狀態(tài)1與狀態(tài)零具有相同的長(zhǎng)度。通過(guò)以光電子傳感器元件的在亮暗識(shí)別時(shí)的閾值來(lái)設(shè)定該傳感器元件，能夠結(jié)合在標(biāo)記在軸向上適當(dāng)?shù)难由鞂?shí)現(xiàn)0.5的脈沖占空系數(shù)。

在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在兩個(gè)在時(shí)間上彼此相繼的輸出信號(hào)之間的預(yù)先確定的相移是一個(gè)完整周期的整分?jǐn)?shù)。這意味著，數(shù)字的輸出信號(hào)本身與其它的光電子傳感器元件的輸出信號(hào)也是周期性的。

在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，一個(gè)完整周期的整分?jǐn)?shù)等于光電子傳感器元件的數(shù)量。這意味著，在使用三個(gè)光電子傳感器元件時(shí)，在三個(gè)完整的信號(hào)周期之后，信號(hào)序列重復(fù)。

在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，傳感器元件的測(cè)量軸線之間的距離(a)和標(biāo)記之間的距離(t)滿足以下等式：

$a=\frac{2nt}{N},$

其中，(N)是傳感器元件的數(shù)量，而(n)是自然數(shù)。光電子傳感器元件之間的距離(a)例如規(guī)定為在傳感器元件不相互影響的情況下光電子傳感器元件的最小距離。然后，由標(biāo)記之間的所述距離(t)對(duì)于所述選擇的數(shù)(n)和傳感器元件的數(shù)量(N)得到傳感器元件的距離(a)。傳感器元件之間的距離(a)例如定義為傳感器元件的測(cè)量軸線之間的距離。

在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，標(biāo)記部在周向上具有預(yù)先確定的延展，而光電子傳感器元件在周向上彼此錯(cuò)開(kāi)地設(shè)置。此外，光電子傳感器元件到標(biāo)記部和缸桿表面的徑向距離可以變化。對(duì)位置識(shí)別而言重要的光電子傳感器元件之間的軸向距離這里保持不變。在周向上的和/或在徑向上的額外的距離對(duì)于編碼沒(méi)有影響，但是增大了在對(duì)比度掃描儀(Kontrastlichttaster)的測(cè)量范圍之間的距離。

附圖說(shuō)明

下面根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。其中：

圖1是活塞桿連同其標(biāo)記部和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記部的光學(xué)傳感器單元的示意圖，

圖2a、b是標(biāo)記部和傳感器單元之間的相對(duì)定位的側(cè)視圖和俯視圖，

圖3是標(biāo)記部和傳感器單元之間的軸向距離的示意圖，

圖4是信號(hào)序列的時(shí)間順序，

圖5是格雷編碼的圖示，以及

圖6是缸套在其頭部區(qū)段中的剖視圖。

具體實(shí)施方式

圖1用示意圖示出帶有所設(shè)置的標(biāo)記部12的活塞桿10，該標(biāo)記部通過(guò)退火上色借助激光引入鉻層中。標(biāo)記部12具有至少一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記14，基準(zhǔn)標(biāo)記特征在于是長(zhǎng)的連續(xù)標(biāo)記。基準(zhǔn)標(biāo)記擁有足夠的長(zhǎng)度，以便能由所有的光電子傳感器元件中同時(shí)檢測(cè)。備選地，也可以是，對(duì)于基準(zhǔn)標(biāo)記，在第一部分中兩個(gè)傳感器元件作出響應(yīng)，而在與第一部分分離的第二部分中，第三個(gè)傳感器元件發(fā)生響應(yīng)。為了將一個(gè)標(biāo)記作為基準(zhǔn)標(biāo)記的特質(zhì)是，必須使所有的傳感器元件發(fā)生響應(yīng)，而該標(biāo)記是否連續(xù)地構(gòu)成無(wú)關(guān)。根據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案，也可以在活塞桿上設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記。沿軸向方向設(shè)置在基準(zhǔn)標(biāo)記14后面的各標(biāo)記16包括彼此等距地設(shè)置的標(biāo)記，這些標(biāo)記示出為黑色的。示意示出了帶有三個(gè)光電子傳感器元件20a、20b、20c的傳感器單元18。

光電子傳感器元件20a、20b、20c構(gòu)造成帶有相應(yīng)接收器的發(fā)光二極管?？梢允褂门c發(fā)光二極管相協(xié)調(diào)的光電二極管或光電晶體管作為接收器。所述接收器接收由活塞桿反射的信號(hào)，其中，標(biāo)記部的暗色部分相應(yīng)成比例使信號(hào)減弱。通過(guò)閾值比較，將所存在的信號(hào)數(shù)字化，從而數(shù)字化使得信號(hào)具有0.5的脈沖占空系數(shù)。這里優(yōu)選對(duì)于暗的和/或黑的標(biāo)記在數(shù)字上構(gòu)成1。

如圖2a中所示，光電子傳感器元件20a、20b、20c沿軸向方向依次設(shè)置。但是，圖2b中的俯視圖示出，對(duì)比度掃描儀20a、20b、20c可以在周向上彼此分布地設(shè)置。通過(guò)這種徑向的分布，加大了對(duì)比度掃描儀彼此間的幾何距離，并且避免了對(duì)比度掃描儀之間的相互影響。

圖3至5以三個(gè)光電子傳感器元件為例說(shuō)明了信號(hào)處理和錯(cuò)誤識(shí)別。在這種說(shuō)明中，附帶要指出的是，當(dāng)設(shè)置(N)個(gè)光電子傳感器元件時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)傳感器單元和信號(hào)處理。在確定光電子傳感器元件的理想數(shù)量時(shí)，要考慮的是，對(duì)傳感器單元沿軸向方向的延展提出確定的請(qǐng)求，從而隨著光電子傳感器元件的數(shù)量增大而將傳感器單元構(gòu)造得越長(zhǎng)。在此，傳感器單元的軸向長(zhǎng)度的增大取決于，光電子傳感器元件在周向上如何繞活塞桿分布以及傳感器元件如何構(gòu)成。

圖1示出傳感器單元18，其中，三個(gè)光電子傳感器元件20a、20b、20c分別在測(cè)量軸線之間具有距離(a)。因?yàn)楣怆娮觽鞲衅髟冀K彼此等距地設(shè)置，則參量(a)始終表示這些傳感器元件之間的距離。

圖4示出數(shù)字信號(hào)的時(shí)間曲線。在此，上面一排例如示出光電子傳感器元件20a的數(shù)字信號(hào)，中部一排示出光電子傳感器元件20b的信號(hào)，并且下面一排示出光電子傳感器元件20c的信號(hào)?？梢悦黠@地看出，在光電子傳感器元件20a和20b的信號(hào)之間存在120°＝360°/3的相位角。

在圖5中的下部的圖表示出基于光電子傳感器元件的信號(hào)所檢測(cè)到的標(biāo)記相對(duì)于傳感器單元走過(guò)路程。

圖5示出由傳感器單元18實(shí)施的格雷編碼。這里，光電子傳感器元件20a、20b、20c的信號(hào)相應(yīng)地組合成三位碼(Triple)。因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中，標(biāo)記部在傳感器單元旁邊移動(dòng)經(jīng)過(guò)，并且此時(shí)產(chǎn)生的輸出信號(hào)相對(duì)于彼此間具有相移，當(dāng)然會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，即，在狀態(tài)變化時(shí)始終僅有一個(gè)比特能發(fā)生改變。這意味著，格雷編碼的狀態(tài)變化始終沿一個(gè)六邊形的邊進(jìn)行。如果三個(gè)傳感器元件都位于基準(zhǔn)標(biāo)記之上，即位于對(duì)于三個(gè)傳感器元件的統(tǒng)一的基準(zhǔn)標(biāo)記上或者位于兩部分的基準(zhǔn)標(biāo)記上，則三位碼[111]和該標(biāo)記明確地被識(shí)別為基準(zhǔn)標(biāo)記。不會(huì)出現(xiàn)三位碼[000]。如果產(chǎn)生多于1比特的變化，則該信號(hào)是錯(cuò)誤的。記錄錯(cuò)誤的信號(hào)并且產(chǎn)生相應(yīng)的狀態(tài)通知。優(yōu)選進(jìn)行錯(cuò)誤輸出或重復(fù)測(cè)量。

對(duì)理解重要的是，也可以通過(guò)改變一個(gè)比特來(lái)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)標(biāo)記，即例如[011]-＞[111]，[101]-＞[111]和[110]-＞[111]。因此，不是通過(guò)比特的變化確定所述基準(zhǔn)標(biāo)記，而是通過(guò)其值[111]來(lái)確定。

圖6示出缸頭22的剖示出，活塞桿10在缸頭中引導(dǎo)。缸頭22具有槽形密封圈形式的密封件24和刮擦件26。在缸頭22的端部上安裝有蓋28，該蓋擁有用于傳感器單元的空腔30，能夠從外部裝配所述蓋。蓋28在其背離缸頭的端部上具有另一個(gè)刮擦件32。如此設(shè)計(jì)所述蓋，使得能夠調(diào)整到使標(biāo)記12和傳感器單元18相疊布置，接下來(lái)能夠防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地將所述蓋固定在缸頭上。

附圖標(biāo)記列表

10 活塞桿

12 標(biāo)記部

14 基準(zhǔn)標(biāo)記

16 標(biāo)記

18 傳感器單元

20a-c 光電子傳感器元件

22 缸頭

24 密封件

26 刮擦件

28 蓋

30 空腔

32 刮擦件