Гидро- или пневмоцилиндр (варианты) и устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре

Изобретение относится к гидро- или пневмоприводам, а также к средствам измерения позиционирования рабочего органа в гидро- или пневмоприводах. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений, упрощение изготовления и эксплуатации, расширение технологических возможностей. Цилиндр содержит корпус 1 цилиндра с впускным и выпускным каналами 2 и 3, поршень 4 с полым штоком 5. Измерительный блок установлен внутри полого штока 5 и содержит оптический блок 6, включающий источник 7 излучения, приемник 8 излучения и средство 9 передачи сигнала. Измерительный блок содержит корпус 10, связанный со штоком 5, внутри которого имеется, по крайней мере, одна вставка 11, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами 12, внутри которой расположен оптический блок 6, связанный с корпусом 1 цилиндра. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительным средствам, применяемым в гидравлических или пневматических приводах возвратно-поступательного движения для определения местоположения поршня и измерения параметров его движения, а также к гидравлическим и пневматическим цилиндрам.

Уровень техники

Известны гидро- или пневмоцилиндры с устройством для измерения положения поршня, содержащие корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный внутри полого штока (DE 195 13 967 A1, G01B 21/02, 17.10.1996). Недостатком данных известных средств является использование магнитных средств измерения, обладающих нестабильными свойствами, что приводит к низкой точности измерений.

В качестве наиболее близкого аналога выбран известный гидро- или пневмоцилиндр с устройством для измерения положения поршня, содержащий корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный внутри полого штока и содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала (DE 31 27 116 A1, G01B 11/02, 27.01.1983). Недостатком данного известного средства является то, что информация о перемещении поршня берется исходя из измерения относительного перемещения оптических меток. Это приводит к невозможности проведения измерения в условиях загрязнений. Другим недостатком является сложность и большая трудоемкость нанесения оптических меток. Другим недостатком данного известного средства является необходимость наличия высокой чувствительности в системе обработки измерительного сигнала для выделения информативной составляющей.

Раскрытие изобретения

Настоящим изобретением решается задача создания более совершенных средств измерения положения и параметров движения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, обладающих повышенной точностью измерения, технологичностью изготовления и упрощенной эксплуатацией.

В ходе решения данной задачи появляется возможность достижения совокупности технических результатов, состоящих в повышении точности измерений, упрощении изготовления и эксплуатации, возможности проведения измерений в условиях загрязнения, сохранении точности измерений при изменении температуры.

Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что по первому варианту гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный внутри полого штока и содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, измерительный блок содержит корпус, связанный со штоком, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, связанный с корпусом цилиндра.

Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что по второму варианту гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень со штоком, измерительный блок, содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, измерительный блок содержит корпус, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, при этом корпус измерительного блока и оптический блок связаны с корпусом цилиндра и штоком так, чтобы перемещение штока относительно корпуса цилиндра вызывало перемещение оптического блока относительно корпуса измерительного блока.

Указанная совокупность технических результатов достигается также тем, что устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре содержит измерительный блок, содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, измерительный блок содержит корпус, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, при этом корпус измерительного блока и оптический блок предназначены для соединения с корпусом цилиндра и штоком так, чтобы перемещение штока относительно корпуса цилиндра вызывало перемещение оптического блока относительно корпуса измерительного блока.

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 и ФИГ.2 схематично изображены варианты выполнения гидро- или пневмоцилиндра.

На ФИГ.3 и ФИГ.4 изображены варианты выполнения вставки измерительного блока.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

По первому варианту, показанному на ФИГ. 1, гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус 1 цилиндра с впускным и выпускным каналами 2 и 3, поршень 4 с полым штоком 5, измерительный блок, установленный внутри полого штока 5. Измерительный блок содержит оптический блок 6, включающий источник 7 излучения, приемник 8 излучения и средство 9 передачи сигнала. Измерительный блок содержит корпус 10, связанный со штоком 5, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка 11, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами 12, внутри которой расположен оптический блок 6, связанный с корпусом 1 цилиндра.

По второму варианту, показанному на ФИГ.2, гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус 1 цилиндра с впускным и выпускным каналами 2 и 3, поршень 4 со штоком 5, измерительный блок, содержащий оптический блок 6. Оптический блок 6 включает источник 7 излучения, приемник 8 излучения и средство 9 передачи сигнала. Измерительный блок содержит корпус 10, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка 11, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами 12, внутри которой расположен оптический блок 6. Корпус 10 измерительного блока и оптический блок б связаны с корпусом 1 цилиндра и штоком 5 так, чтобы перемещение штока 5 относительно корпуса 1 цилиндра вызывало перемещение оптического блока б относительно корпуса 10 измерительного блока. Несложно видеть, что отличия второго варианта от первого состоят в том, что измерительный блок может быть размещен снаружи корпуса 1 цилиндра, а не внутри штока. При этом во втором варианте может быть использован принцип инверсии, т.е. корпус 10 измерительного блока может быть связан как с корпусом 1 цилиндра, так и со штоком 5. Соответственно, оптический блок 6 может быть связан как со штоком 5, так и с корпусом 1 цилиндра.

Как следует из вышесказанного, основу заявленного изобретения составляет устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, содержащее измерительный блок, содержащий оптический блок 6, включающий источник 7 излучения, приемник 8 излучения и средство 9 передачи сигнала. Измерительный блок содержит корпус 10, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка 11, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами 12, внутри которой расположен оптический блок 6. Корпус 10 измерительного блока и оптический блок 6 предназначены для соединения с корпусом 1 цилиндра и штоком 5 так, чтобы перемещение штока 5 относительно корпуса 1 цилиндра вызывало перемещение оптического блока 6 относительно корпуса 10 измерительного блока.

Во всех вышеперечисленных объектах вставка может быть выполнена в виде последовательно установленных колец переменной толщины (вариант выполнения кольца показан на ФИГ.3), а также в виде трубчатого элемента или гофрированного элемента, как показано на ФИГ.4.

Наиболее предпочтительно корпус 10 измерительного блока и оптический блок 6 выполнить цилиндрическими.

Во всех вышеперечисленных объектах средство 9 передачи сигнала может быть выполнено как в виде оптического провода, так и в виде электрического провода.

Приемник 8 излучения может быть выполнен в виде прибора с ПЗС преобразователем, т.е. в виде прибора, преобразующего оптическое излучение в электрический сигнал непосредственно в оптическом блоке 6. В этом случае средство 9 передачи сигнала будет передавать электрический сигнал.

Приемник 8 излучения также может быть выполнен в виде системы линз и других оптических элементов. В этом случае средство 9 передачи сигнала будет передавать световой сигнал и на другом конце средства 9 должен быть установлен соответствующий преобразователь и схема обработки сигнала.

Гидро- или пневмоцилиндр и устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре работают следующим образом.

При подаче и отводе посредством каналов 2 и 3 в цилиндре рабочей среды поршень 4 со штоком 5 приходит в движение относительно корпуса 1 цилиндра. Благодаря механическим связям корпус 10 измерительного блока и оптический блок 6 также перемещаются относительно друг друга. От источника 7 излучения на внутреннюю поверхность с выступами 12 падает оптическое излучение, которое частично рассеивается и частично отражается внутренней поверхностью с выступами 12. Приемник 8 излучения улавливает отраженное внутренней поверхностью вставки 11 излучение и преобразует его в сигнал, передаваемый средством 9 передачи сигнала. Поскольку внутренняя поверхность вставки 11 имеет выступы 12, следовательно, расстояние от нее до приемника 8 излучения в процессе относительного перемещения является величиной непостоянной, что в свою очередь приводит к тому, что на приемник 8 излучения падает переменный поток, обусловленный, в частности, изменением угла отражения, параметров рассеяния и т.д. и вследствие этого изменением интенсивности принимаемого приемником 8 излучения. При выполнении выступов 12 одинаковыми процесс перемещения оптического блока 6 относительно корпуса 10 измерительного блока будет сопровождаться периодическими одинаковыми колебаниями оптического или электрического сигнала. Подсчитывая количество циклов в колебаниях уровня сигнала можно сделать однозначный вывод о местоположении поршня 4 в корпусе 1 цилиндра. Проводя математическую обработку полученного сигнала можно определить скорость и иные параметры движения поршня 4.

Наиболее оптимальные размеры и формы выступов 12 можно определить экспериментально в зависимости от размеров цилиндра и условий его работы.

Между признаками настоящего изобретения и указанным техническим результатом имеются следующие причинно-следственные связи.

Повышение точности измерений достигается за счет того, что благодаря вставке 11 могут быть подобраны оптимальные размеры и форма выступов 12, что обеспечит большую чувствительность сигнала к перемещениям поршня 4, чем считывание оптических меток или кода, нанесенного на внутренней поверхности корпуса 10 измерительного блока.

Упрощение изготовления и эксплуатации достигается тем, что изготовление и сборка вставки 11 гораздо проще, чем нанесение оптических меток на труднодоступной внутренней поверхности корпуса 10 измерительного блока. Упрощение эксплуатации и обслуживания достигается благодаря высокой агрегативности предложенной конструкции.

Возможность проведения измерений в условиях загрязнения обусловлена наличием вставки 11 с выступами 12, дающей более высокую чувствительность измерительной системе.

Сохранение точности измерений при изменении температуры обусловлено тем, что материал и размеры вставки 11 могут для каждого конкретного случая подобраны исходя из условия равенства температурных деформаций штока 5, корпуса 1 цилиндра и корпуса 10 измерительного блока. Таким образом, наличие вставки с выступами может обеспечить стабильность точности измерений при изменении температуры.

Вышеперечисленные технические эффекты, достигаемые предложенной конструкцией, значительно расширяют технологические возможности заявленных технических средств, поскольку наличие вставки обеспечивает быструю переналаживаемость и адаптацию к требуемым эксплуатационным условиям и характеристикам.

1. Гидро- или пневмоцилиндр, содержащий корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный внутри полого штока и содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, отличающийся тем, что измерительный блок содержит корпус, связанный со штоком, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, связанный с корпусом цилиндра.

2. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде кольца переменной толщины.

3. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде трубчатого элемента.

4. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде гофрированного элемента.

5. Гидро- или пневмоцилиндр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что корпус измерительного блока и оптический блок выполнены цилиндрическими.

6. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде оптического волокна.

7. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде электрического провода.

8. Гидро- или пневмоцилиндр, содержащий корпус цилиндра с впускным и выпускным каналами, поршень со штоком, измерительный блок, содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, отличающийся тем, что измерительный блок содержит корпус, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, при этом корпус измерительного блока и оптический блок связаны с корпусом цилиндра и штоком так, чтобы перемещение штока относительно корпуса цилиндра вызывало перемещение оптического блока относительно корпуса измерительного блока.

9. Гидро- или пневмоцилиндр по п.8, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде кольца переменной толщины.

10. Гидро- или пневмоцилиндр по п.8, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде трубчатого элемента.

11. Гидро- или пневмоцилиндр по п.8, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде гофрированного элемента.

12. Гидро- или пневмоцилиндр по любому из пп.8-11, отличающийся тем, что корпус измерительного блока и оптический блок выполнены цилиндрическими.

13. Гидро- или пневмоцилиндр по п.8, отличающийся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде оптического волокна.

14. Гидро- или пневмоцилиндр по п.8, отличающийся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде электрического провода.

15. Устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, содержащее измерительный блок, содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала, отличающееся тем, что измерительный блок содержит корпус, внутри которого имеется по крайней мере одна вставка, образующая внутреннюю поверхность с последовательно расположенными выступами, внутри которой расположен оптический блок, при этом корпус измерительного блока и оптический блок предназначены для соединения с корпусом цилиндра и штоком так, чтобы перемещение штока относительно корпуса цилиндра вызывало перемещение оптического блока относительно корпуса измерительного блока.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что вставка выполнена в виде кольца переменной толщины.

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что вставка выполнена в виде трубчатого элемента.

18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что вставка выполнена в виде гофрированного элемента.

19. Устройство по любому из пп.15-18, отличающееся тем, что корпус измерительного блока и оптический блок выполнены цилиндрическими.

20. Устройство по п.15, отличающееся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде оптического волокна.

21. Устройство по п.15, отличающееся тем, что средство передачи сигнала выполнено в виде электрического провода.