NL9201059A - Positiedetectiesysteem. - Google Patents

Description

Titel: Positiedetectiesysteem.

De uitvinding betreft een positiedetectiesysteem voor een plaatsveranderlijk lichaam, omvattende een reeks op onderlinge afstand aangebrachte markeringen en een tov. die reeks markeringen verplaatsbare aftasteenheid voor het aftasten van die markeringen, waarbij de reeks markeringen of de aftasteenheid verbonden is met het lichaam.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de Duitse octrooiaanvrage 31 16 333· Daar wordt een positiedetectiesysteem beschreven voor het bepalen van de positie van de zuigerstang van een zuiger-cilindersamenstel. Daartoe is op de zuigerstang een reeks gelijkvormige en op gelijke afstanden van elkaar geplaatste markeringen aangebracht, die worden uitgelezen door een optische sensor. Met behulp van de optische sensor wordt de opeenvolgende passage van de zich op de zuigerstang bevindende markeringen geregistreerd, hetgeen een maat is voor de afstand waarover de zuigerstang is verplaatst, zodat daaruit de plaats van bij voorbeeld het uiteinde van de zuigerstang kan worden afgeleid. Aldus is dit een zogenaamd incrementeel systeem, waaraan nadelen kleven.

Allereerst is 'door de incrementele werking het ononderbroken nauwkeurig volgen van de bewegingen van de zuigerstang gedurende de verplaatsing daarvan bijzonder belangrijk. Gedurende die verplaatsing optredende storingen leiden direct tot een onnauwkeurige positiebepaling. Dergelijke storingen kunnen bij voorbeeld zijn het "missen" van de passage van één of meer markeringen door de sensor, of een storing in bij voorbeeld het geheugen van het aan de sensor gekoppelde telsysteem waarmee wordt bijgehouden hoeveel markeringen de waarnemer zijn gepasseerd vanaf het begin van de reeks. Ten tweede wordt de toelaatbare verplaatsingssnelheid van de zuigerstang bepaald door de waarnemingssnelheid van de gebruikte sensor. Voor nauwkeurige positionering is deze toelaatbare snelheid relatief laag. Ten derde wordt de nauwkeurigheid van het positioneren in hoge mate bepaald door de afmetingen van de markeringen en hun onderlinge afstand. Hoe fijner de markering en hoe geringer hun onderlinge afstand, hoe groter de theoretische nauwkeurigheid. Echter worden bij zeer fijne markeringen hoge eisen gesteld aan de sensor, alsmede aan de techniek voor het aanbrengen van die markeringen. Daarnaast neemt de storingsgevoeligheid toe, bij voorbeeld door zich op de markeringen afzettende vervuiling.

Voor een positiebepaling met een nauwkeurigheid van 3 pm zijn bij voorbeeld streepjes met een breedte van 2 pm als markeringen nodig, welke afmetingen beduidend kleiner zijn dan de gebruikelijke vrij in de lucht zwevende stofdeeltjes. Een goede betrouwbaarheid bij een nauwkeurige positionering met behulp van de bekende posittioneerinrichting is daarom alleen tegen relatief hoge kosten te bereiken.

De onderhavige uitvinding beoogt de boven vermelde problemen van de bekende positiedetectiesysteem op te lossen. Hiertoe wordt een positiedetectiesysteem van het in de aanhef vermelde soort verschaft, waarbij de markeringen zijn aangebracht in verschillende groepen van een van te voren bepaald aantal aangrenzende markeringen van de reeks, waarbij de markeringen per groep telkens in zodanige volgorde zijn aangebracht, dat die volgorde slechts aan één groep binnen die reeks toebehoort.

Met een op een dergelijke wijze aangebrachte reeks markeringen is een incrementele uitlezing over de volledige lengte van de reeks markeringen niet meer nodig, aangezien een groep markeringen een unieke code bepaalt, welk gegeven kan worden gebruikt bij het bepalen van de positie. Aldus hoeft de positiebepaling pas aan te vangen wanneer de groep markeringen is genaderd, en niet reeds vanaf het moment dat de eerste markering uit de reeks wordt gepasseerd. Het zal duidelijk zijn dat dit ten goede komt aan de betrouwbaarheid van de werking van de positiedetectiesysteem.

Voor de grootst mogelijke nauwkeurigheid is het doelmatig wanneer de groepen markeringen elkaar overlappen zodanig dat de groepen telkens één markering verschoven zijn ten opzichte van elkaar.

Om een digitale uitlezing mogelijk te maken verdient het de voorkeur dat de reeks markeringen bestaat uit twee soorten markeringen van verschillende vorm. Bij voorbeeld kunnen deze markeringen met een optische sensor worden afgetast. Daarbij is het mogelijk, de positiebepaling uit te voeren door de markeringen uit een groep sequentieel in te lezen bij bewegend plaatsveranderlijk lichaam, maar ditzelfde kan ook bij stilstaand plaatsveranderlijk lichaam. Dit laatste is een ander voordeel ten opzichte van de bekende positiedetectiesysteem welke alleen kan werken tijdens het bewegen van het plaatsveranderlijke lichaam. Extra voordeel wordt verschaft wanneer de waarnemer een zodanige inleesbreedte bestrijkt, dat inlezen van één of meer groepen bij stilstaande waarnemer en plaatsveranderlijk lichaam kan plaatsvinden.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het positioneren van een plaatsveranderlijk lichaam, waarbij na het inlezen van een groep markeringen aan de hand van de volgorde van die markeringen binnen de groep met behulp van de vastgelegde gegevens over de plaats waar die groep zich bevindt op de positiedetectiesysteem de positie van de aftasteenheid ten opzichte van de reeks markeringen wordt bepaald. Om daarbij een bijzonder nauwkeurige positiebepaling te garanderen met een nauwkeurigheid die aanzienlijk groter is dan de relevante afmeting van de markeringen en de onderlinge tussenruimte daarvan verdient het de voorkeur, de grens of flank van één of meer markeringen uit de groep te bepalen. Wanneer een groep veertien markeringen bevat bestaande uit naast elkaar geplaatste streepjes van 0,2 en 0,4 mm breedte, met een steek van 0,6 mm is de meetnauwkeurigheid ten minste 0,6 mm, welke nauwkeurigheid tot ten minste 3 pm wordt verhoogd door het opmeten van alle (28) flanken van de markeringen uit die groep. Door het inlezen van twee of meer groepen wordt foutief inlezen van een groep ten gevolge van bij voorbeeld verontreinigingen op de markeringen geëlimineerd onder handhaving van de voornoemde nauwkeurigheid.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen getoond uitvoeringsvoorbeeld. Hierbij toont:

Fig. 1 schematisch, gedeeltelijk in doorsnede, een positiedetectiesysteem overeenkomstig de uitvinding aangebracht op de zuigerstang van een zuiger-cilindersamenstel;

Fig. 2 detail II van de sensor en de zuigerstang uit fig. 1.

Fig, 1 toont een cilinder 1 waarin een zuiger 2 in de tekening van rechts naar links heen- en weerbeweegbaar is. Aan de zuiger 2 is een zuigerstang 3 bevestigd, welke door de kopse cilinderwand 1 naar buiten uitsteekt, en waarvan het vrije (niet-getoonde) uiteinde geschikt is voor het bedienen van een niet nader weergegeven lichaam. Hydrualische vloeistof wordt vanaf een (niet-weergegeven) pomp door aan- en afvoereleidingen 4 via een verdeler 5 en leidingen 6 in een uit de cilinder 1 gepompt voor het daarbinnen bewegen van de zuiger 2.

Op de zuigerstang 3 is zoals getoond een reeks markeringen 7 aangebracht. Zoals fig. 2 meer gedetailleerd toont, bestaat deze reeks markeringen uit op afstand van elkaar naast elkaar aangebrachte dikke en dunne strepen. De reeks markeringen 7 bestaat uit opeenvolgende groepen van twaalf markeringen, waarbij een groep telkens één markering is verschoven ten opzichte van de voorgaande groep. Daarbij zijn de dunne en· dikke strepen zodanig aangebracht dat de volgorde binnen een groep voor de reeks uniek is.

In fig. 2 is. met streepstippellijnen het waarneemveld van de waarnemer 8 weergegeven. Zoals is te zien kan de waarnemer 8 hierdoor juist een groep van twaalf markeringen waarnemen. De gegevens hiervan, zoals de volgorde van de markeringen binnen de groep en voor een nauwkeurige positiebepaling de gegevens over de flanken (de naar elkaar toegekeerde zijden) van de markeringen worden doorgegeven aan een centrale verwerkingseenheid 9* Daar worden de door de waarnemer 8 ingelezen gegevens verder verwerkt. Vervolgens vindt vergelijking plaats met de in het geheugen opgeslagen gegevens over de positie van de waargenomen groep markeringen op de zuigerstang 3· Bij voorbeeld zijn die opgeslagen gegevens afkomstig van ijking na het aanbrengen van de markeringen 7· Aan de hand van die vergelijking vindt-sturing plaats van de verdeler 5 voor het besturen van de zuiger 2. Het zuigercilinder-samenstel kan bij voorbeeld hydraulisch maar ook pneumatisch zijn.

Natuurlijk beperkt de uitvinding zich niet tot de hier beschreven en getoonde uitvoeringsvoorbeelden. Bij voorbeeld is de positioneer-inrichting geschikt voor een ander lichaam dan een zuigerstang, zoals een schroefspindel. Ook kan de detectie bij voorbeeld magnetisch of mechanisch geschieden ipv. optisch. Daarnaast is het mogelijk dat de reeks markeringen stationair is en de waarnemer op het plaatsveranderlijk lichaam is aangebracht. Voorts is de positioneer-inrichting niet alleen geschikt voor rechtlijnig bewegend plaats-veranderlijke lichamen. Bij voorbeeld is de positiedetectiesysteem ook geschikt voor .cirkelvormig bewegende lichamen, bij voorbeeld een rond het middelpunt draaiende schijf. De reeks markeringen kan dan in cirkelpatroon worden aangebracht. Ook kan het waarneemveld van de waarnemer geschikt zijn gemaakt om meer dan één groep markeringen waar te nemen. Dit bij voorbeeld om een redundante uitlezing te waarborgen. Groepen met meer of minder markeringen dan twaalf kunnen ook worden gebruikt. Het is natuurlijk mogelijk gebruik te maken van verschillende reeksen markeringen, waarbij per reeks elke code uniek is terwijl voor alle reeksen samen een code vaker mag voorkomen. Er is dan wel identificatie nodig uit welke reeks de op dat moment waargenomen groep afkomstig is. Eveneens kan in plaats van een vaste steek een variabele steek voor de markeringen worden gebruikt. Ten slotte wordt opgemerkt dat het waarneemveld van de waarnemer ook kleiner mag zijn dan een groep. Tijdens het waarnemen van een complete groep is dan echter wel een beweging van de positiedetectiesysteem, bij voorbeeld een verplaatsing van het plaatsveranderlijk lichaam, of de lens daarvan wanneer deze gebruikt wordt, noodzakelijk.

Claims (14)

1. Positiedetectiesys teem voor een plaatsveranderlijk lichaam, omvattende een reeks op onderlinge afstand aangebrachte markeringen en een tov. die reeks markeringen verplaatsbare aftasteenheid voor het aftasten van die markeringen, waarbij de reeks markeringen of de aftasteenheid verbonden is met het lichaam, met het kenmerk, dat de markeringen (7) zijn aangebracht in verschillende groepen van een van te voren bepaald aantal aangrenzende markeringen van de reeks, waarbij de markeringen per groep telkens in zodanige volgorde zijn aangebracht, dat die volgorde slechts aan één groep toebehoort.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de groepen elkaar overlappen.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de groepen telkens één markering (7) verschoven zijn ten opzichte van elkaar.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de reeks bestaat uit twee soorten markeringen (7) van verschillende vorm.

5. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met een plaatsnauwkeurigheid groter dan 5um·» met het kenmerk, dat de steek tussen de markeringen 0,1 tot 1,0 mm, bij voorkeur ongeveer 0,6 mm. bedraagt, en dat de markeringen een breedte bezitten gezien in langsrichting van de reeks van 0,1 tot 1,0 mm., bij voorkeur ongeveer 0,2 of 0,4 mm.

6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een groep is gevormd door 5 tot 30, bij voorkeur 10 tot 20, markeringen.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aftasteenheid (8) een optische sensor bezit en de markeringen (7) optisch aftastbaar zijn.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aftasteenheid (8) geschikt is om de markeringen (7) van een groep plaatsvast af te tasten

9· Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de reeks zich uitstrekt in de richting waarin het lichaam (3) beweegbaar is.

10. Voorwerp, zoals een zuigerstang, voorzien van een reeks markeringen voor een positiedetectiesysteem volgens één der voorgaande conclusies.

11. Werkwijze voor het positioneren van een plaatsveranderlijk lichaam met een positiedetectiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat één of meer aangrenzende groepen met een van te voren bepaald aantal markeringen wordt afgestast met de aftasteenheid en per groep de volgorde van de markeringen daarvan wordt vastgesteld, welke volgorde vergeleken wordt met een referentie, om de positie van de aftasteenheid tov. de reeks markeringen te bepalen.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat van één of meer markeringen uit de ten minste ene groep een grens, bij voorkeur de naar een naburige markering gekeerde grens, daarvan wordt bepaald

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de ligging van die grens wordt vergeleken met een referentie, om de positie van de aftasteenheid tov. de reeks markeringen te bepalen.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, waarbij van meer dan één markering een grens wordt bepaald, met het kenmerk, dat de onderlinge positie van de grenzen van de markeringen die zijn bepaald gebruikt wordt voor het bepalen van de positie van de aftasteenheid tov. de reeks markeringen.