DE29613725U1

DE29613725U1 - Einrichtung zum Ermitteln einer Position zweier zueinander beweglichen Teile

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Publication number: DE29613725U1
Application number: DE29613725U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2006-08-09

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING. UNIV. THOMAS KITZHOFER

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

ZUGELASSENER VERTRETER VOR DEM HARMONISIERUNGSAMT FÜR DEN BINNENMARKT (MARKEN, MUSTER UND MODELLE)

WETTERSTErNSTRASSE 5A, D-86453 DASING, TEL. 08205/6960, FAX 08205/6156

06.08.1996 Kunze Harald
Mein Zeichen: K11

Einrichtung zum Ermittein einer Position zweier zueinander beweglichen Teile Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln einer Position von zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, insbesondere zum Ermitteln der Position eines Kolbens in einem Zylinder, mit einem feststehenden Teil und einem hierzu beweglichen Teil.

Eine derartige bekannte Einrichtung, die den Doppler-Effekt ausnützt, dient dazu, die Lage eines Kolbens in einem Zylinder exakt zu bestimmen, beispielsweise zum Positionieren von mehreren, gleichzeitig zu bewegenden Kolben von mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten in einer Hebebühne. Auch bei Robotern oder Handlingssystemen besteht der Wunsch, einfach und schnell die exakte Position von Teilen relativ zueinander zu erhalten. Bei der bekannten, in einer Kolben-Zylinder-Einheit integrierten Einrichtung ist in der Kolbenstange eine Bohrung vorgesehen, und am Boden des Zylinders ist eine dünne Stange aus speziellen Material befestigt. Im Kolben befindet sich ferner ein Magnet. Durch einen ausgesandten Stromimpuls, der längs der Stange geleitet und vom Magneten reflektiert wird, kann über die Laufzeit die absolute Position des Kolbens ermittelt werden. Die bisher bekannten Einrichtungen sind

meist schwer zu justieren, so daß es bei Beschädigungen an den Systemen, in denen die Einrichtungen eingebaut sind, einer zeitraubenden Neujustage bedarf.

Weitere bekannte Einrichtungen, die z.B. mit einer magnetischen Abtastung arbeiten, messen inkremental, was den Nachteil hat, daß bei jedem Anfahren eines Systems zuerst die Nullposition angefahren werden muß. Die Einrichtung verliert deshalb bei einer Stromunterbrechung den vorhergehenden Positionswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, robuste und schnell arbeitende Einrichtung zu schaffen, die zuverlässig die Absolutposition von zueinander bewegten Teilen ermittelt.

Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes der Teile auf seiner Außenoberfläche eine durch einen Beschriftungsiaser aufbringbare Spur von Absolutpositionswerten aufweist und daß an ein zweites der Teile mindestens einen Lesekopf zum Erfassen des jeweiligen Absolutpositionswertes gekoppelt ist. Mittels eines Beschriftungslasers kann schnell und zuverlässig eine während der Benutzung nicht zerstörbare Spur von Absolutpositionswerten, vorteiihafterweise von aufeinanderfolgenden Barcodes, direkt in die Außenoberfläche eingebracht werden. Die Spur kann dabei durch lokales Anlassen aufgrund der hohen Lasertemperatur und/oder durch Herstellen einer inkremental kleinen Vertiefung, die auch darüberlaufende Dichtungen nicht beschädigt, erzeugt werden. Bei einer Spur auf der Oberfläche einer Kolbenstange ist diese aus Vertiefungen in der galvanischen Oberflächenschicht zusammengesetzt. Ein Lesekopf, z.B. ein Laserscanner oder eine einzeilige CCD-Kamera, kann unmittelbar die Absolutposition erfassen und an ein Datenauswertgerät weitergeben. Derartige Leseköpfe sind inzwischen preisgünstige Massenartikel. Das Aufbringen der Spur erfolgt unmittelbar bei der Herstellung der zueinander beweglichen Teile, die z.B. hydraulische, pneumatische oder elektrische, lineare oder kreisförmige Antriebssysteme sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet im Gegensatz zu den meisten bislang bekannten ohne außenliegende mechanische Teile sowie verschleißfrei und wartungsarm. Eine Neujustage der sich relativ zueinander bewegenden Teile betrifft,

wenn überhaupt, dann nur den Lesekopf. Die Spur selbst ist auf die Außenoberfläche eines der Teile selbst aufgebracht und kann sich zum anderen Teil nicht verstellen. Die Genauigkeit, mit der die Position der Teile zueinander ermittelt werden kann, hängt von dem Abstand zweier benachbarter Absolutpositionswerte in der Spur ab.

Sie kann dadurch erhöht werden, daß die Außenoberfläche des ersten Teils eine zusätzliche, sinusförmige, durch einen Beschriftungslaser aufgebrachte Spur aufweist, die durch den Lesekopf oder einen weiteren Lesekopf, der mit dem zweiten Teil verbunden ist, erfaßt wird. Ein mit dem mindestens einen Lesekopf verbundenes Datenauswertgerät interpoliert die aus der sinusförmigen Spur gewonnen Werte und ermittelt unter Verwendung der Absolutpositionswerte der ersten Spur eine noch genauere Absolutposition. Ist nur eine sinusförmige Spur vorhanden, was ebenfalls möglich ist, mißt die Einrichtung inkremental.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in eine erfindungsgemäße hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit integriert sein, wobei die Spur vorzugsweise direkt auf die Kolbenstange, die üblicherweise stets unverschmutzt ist, aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ferner bei Robotern, Handling- oder Kommissioniersystemen verwendet werden.

Die Einrichtung kann z.B. Teil einer Hebebühne mit mehreren gleichförmig zu bewegenden Kolben sein, deren Lage einzeln mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung exakt ermittelt und über ein Datenauswertgerät gesteuert werden kann, indem das Datenauswertgerät entsprechende Signale Hydraulikstellorganen zuführt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine hydraulisch betätigbare, mit der erfindungsgemäßen Einrichtung versehene, erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit,

Fig. 2 einen mit der erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Bandzylinder, und

Fig. 3a und Fig. 3b eine auf die Außenoberfläche der Kolbenstange gemäß Fig. 1 und der Außenoberfläche des Zylinders nach Fig. 2 aufgebrachte Spur von Barcodes bzw. eine hierzu parallele, sinusförmige Spur.

In Fig. 1 ist ein Zylinder 1 mit einer pneumatisch ein- und ausfahrbaren Kolbenstange 3 gezeigt, der Teil einer Hebebühne ist, welche mehrere der in Fig. 1 gezeigten Kolben-Zylinder-Einheiten 2 umfaßt. In die Kolben-Zylinder-Einheit 2 ist eine Einrichtung zum Ermitteln der Position des nicht gezeigte Kolbens zum Zylinder 1 integriert, in die Außenoberfläche der Kolbenstange 3 ist hierzu eine Spur 4 von Barcodes (siehe Fig. 3a) und parallel hierzu eine sinusförmige Spur 4' (siehe Fig. 3b) mittels eines Beschriftungslasers eingebrannt, wobei jeder Barcode einer Absolutposition des nicht gezeigten Kolbens relativ zum Zylinder 1 entspricht. Ein am Zylinder 1 im Bereich der kolbenstangenseitigen Stirnfläche angebrachter Lesekopf 5 in Form eines Laserscanners liest einen Barcode und ein weiterer, nicht gezeigter Lesekopf 5 liest die sinusförmige Spur 4\ wobei jedoch auch ein Lesekopf 5 ausreichen kann, wenn die sinusförmige Spur 4' nahe einer sehr schmalen Spur 4 von Barcodes liegt. Lesekopf 5 übermittelt die entsprechende Information einem nicht gezeigten, mit dem Laserscanner verbundenen Datenauswertgerät. Dieses erhält stetig sämtliche Positonswerte aller Kolben und steuert entsprechende Hydrauükstellorgane an den einzelnen Zylindern 1 so an, daß sich deren Kolben gleichförmig bewegen. Die Einrichtung zum Ermitteln der Position besteht aus dem Lesekopf 5, dem Datenauswertgerät und den Spuren 4, 4\

Die in Fig. 2 gezeigte weitere Ausführungsform zum Ermitteln der Position des Kolbens eines Bandzylinders 7 unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten lediglich darin, daß die Spuren 4 nach Fig. 3a auf die Außenoberfläche des Zylinders 7 und der Lesekopf 5 an einem mit dem verfahrbaren Band 11 verbundenen, mitfahrenden

Mitnehmer 13 befestigt ist und sich im Gegensatz zum Lesekopf 5 in Fig. 1 bewegt.

Mittels der sinusförmigen, zu der in Fig. 3a gezeigten Spur 4 insgesamt parallelen Spur 4\ die ebenfalls durch den Lesekopf 5 abgetastet wird und die keine Absolutpositionswerte enthält, läßt sich durch das Datenauswertgerät über eine Interpolation eine noch genauere Absolutposition des Kolbens errechnen.

k11b.doc

Claims

PATENTANWALT

DBPL.-ING. UNIV. THOMAS KITZHOFER

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

ZUGELASSENER VERTRETER VOR DEM HARMONISIERUNGSAMT FUR DEN BINNENMARKT (MARKEN, MUSTER UND MODELLE)

WETTERSTEINSTRASSE 5A, D-86453 DASING, TEL. 08205/6960, FAX 08205/6156

06.08.1996 Kunze Harald
Mein Zeichen: K11

Ansprüche

1. Einrichtung zum Ermitteln einer Position von zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, insbesondere zum Ermitteln der Position eines Kolbens in einem Zylinder (1;7), mit einem feststehenden Teil und einem hierzu beweglichen Teil, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes der Teile auf seiner Außenoberfläche eine durch einen Beschriftungslaser aufbringbare Spur (4) von Absolutpositionswerten aufweist und daß an ein zweites der Teile mindestens einen Lesekopf (5) zum Erfassen des jeweiligen Absolutpositionswertes gekoppelt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche des ersten Teils eine zusätzliche, sinusförmige, durch einen Beschriftungslaser aufbringbare Spur (4^X) aufweist, die durch den Lesekopf (5) oder einen weiteren Lesekopf (5) auf dem zweiten Teil erfaßt wird, und daß ein mit dem mindestens einen Lesekopf (5) verbundenes Datenauswertgerät vorgesehen ist, welches die aus der sinusförmigen Spur (4') gewonnen Werte interpoliert und unter Verwendung der Absolutpositionswerte eine noch genauere Absolutpostion ermittelt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lesekopf (5) in Form eines Laserscanners vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lesekopf (5) in Form einer einzeiligen CCD-Kamera vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur (4) aus aufeinanderfolgenden Barcodes besteht.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Teil einer elektrisch verfahrbaren oder verdrehbaren Einheit ist.
7. Kolben-Zylinder-Einheit (2) mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutpositionswerte auf der Oberfläche der Kolbenstange (3) aufgebracht sind.
8. Kolben-Zyünder-Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutpositionswerte auf einer zylinderfesten Oberfläche, insbesondere der Zylinderaußenoberfläche selbst, aufgebracht sind und der mindestens eine Lesekopf (5) auf einem mit dem Kolben gekoppelten Element und zusammen dem Kolben verfahrbar ist.