專利名稱：用于確定活塞在液壓或者氣壓缸中的位置的編碼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于確定在液壓缸或者氣壓缸內在第一末端位置和第二末端位置之間往復的活塞的位置的方法，該活塞將液壓缸或者氣壓缸分隔成第一腔室和第二腔室，并且所述腔室中的至少一個腔室至少部分地填充有流體。
背景技術：
在很多不同的產業，比如例如建筑、施工、航運和采礦中使用了液壓系統。在很多應用中，了解活塞在液壓缸中的準確位置是重要的。作為一個能夠提到的實例是，當將要使用叉車將商品從貨架上取下或者放置到貨架上時，了解叉爪的精確高度是一個大優勢。這是例如通過確定活塞在液壓缸中的實際位置而完成的。在大型儲藏室中，無人駕駛叉車或者機器人取來商品并且將商品放置在貨架上的適當位置。無人駕駛叉車或者機器人還需要知道叉爪的高度，以便能夠相對于貨架進行操縱。使用液壓缸的機器人總是需要知道每一 個活塞在液壓缸中的位置。此外，當起重機在例如船上裝載貨物時，知道載荷的正確位置以使得負載不撞擊到船的甲板中是重要的。又一個實例是在石油鉆井上的管道操縱機械，在石油鉆井處，管道操縱機械操作并且相對于另一個管道在正確的位置中引導管道，從而能夠將管道連接至彼此。在現有技術中，存在用以確定活塞的位置的測量結構或者傳感器，其中傳感器被放置在液壓缸內或者與液壓缸一起構建。一種這樣的傳感器是絕對磁致伸縮線性位置傳感器。該傳感器位于液壓缸的柱形外殼的底端處。一個桿從傳感器突出到液壓缸中，并且磁體以可移動方式定位在該桿上。磁體被附接到活塞桿的面對傳感器的那一端部。當缸處于其收縮位置中時，傳感器靠近磁性環并且測量到強磁場，而在延伸位置時，在傳感器處測量到的源自磁性環的磁場弱得多。如果這種測量構造發生故障，則必須將液壓缸拆解，在液壓缸重好幾百千克時，在船上或者在鉆油設備上并且在晚秋的風暴期間，這是不容易的。國際專利申請No. W001/66954建議將節流構件放置在液壓缸外的導管中，其中該導管包括液壓泵，該液壓泵用于將液壓流體或者氣壓流體從帽端泵送到桿端并從桿端泵送到帽端。測量在節流構件的兩側之間的壓力差并且計算流動速率和方向。節流構件限制流量，然而使得流動更洶涌，使得液壓泵必須更強勁地工作并且使用更多燃料。
發明內容
在根據本發明的第一方面，提供了一種用于準確地確定活塞在液壓缸中的位置的方法。在根據本發明的第二方面，提供了一種用于在不拆卸液壓缸的情況下確定在待維修的液壓缸內的活塞的位置的裝置。在根據本發明的第三方面，提供一種用于準確地確定活塞在液壓缸中的位置而不需釋放流量計上的壓力的方法。在下文中，術語“馬達”的使用應當被理解為意指液壓馬達或者氣動馬達，S卩，將流體的流動轉換成輪結構和/或輪結構的軸的旋轉的構造。根據本發明能夠達到的以上新穎和獨特方面的是一種包括以下步驟的方法(a)利用被引向或者來自第一和/或第二腔室的流體的力驅動液壓馬達或者氣動馬達的輪結構；(b)利用液壓馬達或者氣動馬達驅動軸編碼器；(C)使用軸編碼器測量與輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數；和((1)計算活塞的位置。雖然按照次序(a)、(b)、(C)和(d)示意了根據本發明的方法的步驟，但是這種示意不應該被理解為限制本發明的范圍。本領域技術人員將會理解，能夠以任何任意的次序執行步驟(a) - (d)。馬達可以被放置在導管中，所述導管引導來自任何腔室的流體或者將流體引導至任何腔室。馬達可以由液壓流體或者氣動流體的流動驅動。液壓流體或者氣動流體的流動可以導致輪結構旋轉。輪結構能夠是槳輪、葉輪、勺輪、轉葉片、螺旋漿或者渦輪。共有特征可以是輪結構具有軸和葉片，如從軸突出的直和平坦的板、碗或者鏟斗的葉片。葉片還能夠如在渦輪或者轉葉片中的那樣旋轉或者是螺旋的。如轉葉片那樣，輪結構還能夠具有在葉片外側的包圍環。馬達能夠正好是輪結構，而沒有任何外殼被放置在流體流中。可以根據是馬達的低功耗還是馬達的尺寸為主要考慮因素而選擇輪的種類。如果功耗必須是盡可能低的，則渦輪、螺旋漿或者轉葉片是最佳選擇，因為它們具有低拖曳阻力或者流體阻力。如果由于空間限制而使馬達必須是纖細的，則良好的解決方案能夠是使得流體在相對于輪的旋轉軸線存在偏移的情況下垂直于輪的旋轉軸線進入輪。關于這種考慮，勺輪或者槳輪將是最佳選擇。勺輪或者槳輪被制成具有相對于輪的寬度而言大的直徑。使用具有很多葉片的槳輪或者葉輪增加了經過輪結構的流體的確定的準確度并且還以更高的準確度確定活塞的位置。使用輪結構的優點在于，對于流體的流動的阻力是低的，從而導致電力或者燃料的低損失和低額外消耗。馬達的軸的旋轉可以被傳遞到軸編碼器的軸。馬達和軸編碼器能夠具有共有的軸，或者旋轉是通過例如齒輪傳遞的。軸編碼器能夠是光學軸編碼器，其中具有有靠近外邊緣的孔的板與軸編碼器的軸一起旋轉。燈可以在孔所處的半徑處照亮該板。在板的從燈看到的另一側上，檢測器可以被定位成當板中的孔處于燈和檢測器之間時記錄(register)來自燈的光并且當板中的孔未處于燈和檢測器之間時記錄不到任何來自燈的光。當軸編碼器的軸和板旋轉時，板可以記錄光輻射的變化。可以在步驟(d)中處理關于來自燈且通過板的光的變化的頻率的信息或者關于板或軸編碼器的旋轉位移和/或角位移的信息，以計算活塞的位置。使用輪結構的另一個優點在于，能夠以高準確度確定活塞的位置。在大多數情形中，液壓泵通過導管將流體從第一腔室泵送到第二腔室。還可以是通過導管僅將流體從腔室中的一個腔室泵送出來或者將流體泵送到腔室中的一個腔室中。優選地，將所述方法修改成步驟(b)被步驟(b’)替代，所述步驟(b’)為使用光學或者磁性傳感器來測量與輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數，并且步驟(C )被步驟(C ’)替代，所述步驟(C ’)為向計算機或者處理器發送與由所述光學或者磁性傳感器在步驟(b’)中獲得的所述至少一個參數對應的信號。如步驟(a) - (d)那樣，步驟(a)、(b’)、(c’)和(d)不應該被理解為限制本發明的范圍。本領域技術人員將會理解，能夠按照任何任意的次序執行步驟(a)、(b’)、(c’)和⑷。 能夠通過光學或者磁性傳感器直接地測量輪結構的旋轉。包括輪結構的外殼能夠具有至少一個窗口，通過該至少一個窗口，光學傳感器能夠例如根據來自光源的光是如何被葉片反射的而記錄旋轉。如果葉片是磁性的，則磁性傳感器能夠記錄輪結構的旋轉。光學或者磁性傳感器將向計算機或者處理器發送與輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數或信息，所述計算機或者處理器將計算輪結構的旋轉和連接到馬達的液壓缸或者氣動缸的位置。計算機和處理器應該被理解為意指能夠基于從光學或者磁性傳感器發送的信息而給出關于液壓缸或者氣動缸的位置的信息的任何裝置。有利地，該方法可以包括重復步驟(C)和(d)。可以以周期間隔或者不以周期間隔連續地或者不連續地進行使用軸編碼器測量與輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的參數。輪結構的旋轉位移和/或角位移的測量可以給出輪結構的位置和自上一次計算起輪結構已經旋轉了多少個轉或者旋轉了一轉的幾分之幾。基于旋轉或者一轉的幾分之幾，可以計算已經經過輪結構的流體的量并且還能夠計算活塞的位置。優選地，活塞的位置的計算可以包括至少一個第二參數，所述至少一個第二參數選自以下參數中的一種作為輪結構的旋轉速度的函數的流體在液壓馬達或者氣動馬達中的泄漏、液壓馬達或氣動馬達和流體上的溫度效應、和流體上的壓力效應。流體將總是經過輪結構的葉片泄漏。泄漏可以根據輪結構的旋轉速度、流體的溫度和壓力而變化。當在步驟(d)中計算活塞的位置時，可以對泄漏的變化加以考慮。為了進一步減小對于流體的流動的阻力并且減少能量損失和電力或者燃料的消耗，能夠除了放置輪結構的至少第一流道之外將流體引導通過一個或者多個平行的流道。所述至少第一流道可以平行于其它流道。通過在不同的流體壓力、速率和/或粘度下比較活塞的位置和/或速率，該至少第一流道的測量到的流量能夠被校準，以告知包括經過輪結構的泄漏量的通過所有的流道的總流量。能夠在步驟(d)中對包括經過在第一流道中的輪結構的泄漏量的通過所有的流道的流量加以考慮并且能夠計算經過的流體的總的真實量。在一個優選實施例中，該方法還可以包括步驟(e)，所述步驟(e)為當位置處于第一末端位置或者第二末端位置中的任意一個位置中時，以周期間隔或不以周期間隔，校準液壓馬達或者氣動馬達、活塞和/或編碼器。相對于活塞的位置對輪結構的旋轉進行譯碼(interpret)中的任何錯誤均能夠積累。為了消除完全錯誤地計算活塞的位置的風險，可以在至少一個特定位置處，具體地在末端位置處校準該系統。在該末端位置處確定位置的優勢在于，這是容易且廉價的。當活塞處于末端位置時，該活塞可以擠壓并且致動機械開關。另一個解決方案可以是使用發射被反射的紅外光束的有源紅外傳感器，并且該紅外傳感器記錄該反射。當活塞打斷光束時，紅外傳感器能夠告知活塞已經到達末端位置。替代紅外波長范圍，可以使用另一個波長范圍如可見波長范圍。有源紅外傳感器被換成能夠發射并且記錄所使用的波長或者多個波長的傳感器。本領域技術人員將會理解，能夠按照任何任意的次序執行步驟(a) - (e)。
在該方法的另一實施例中，能夠在校準步驟(e)中，優選地在每一個校準步驟(e)中重新計算流體在液壓馬達或者氣動馬達中的泄漏、溫度效應和壓力效應。對于每一次校準，處理器或者計算機均可以能夠計算在活塞的預期和實際位置之間存在多大的差異，并且在將來的活塞在缸內的位置的計算中補償該差異。可以有利的使用具有智能軟件的處理器或者計算機來計算活塞的位置，且對于每一次校準均促進關于位置的結果越來越好。智能軟件可以記錄在校準時在活塞的預期和實際位置之間的差異以及流體的溫度和/或壓力和輪結構的旋轉，以提供活塞在缸內的位置的連續、準確的最新記錄。在另一實施例中，該方法可以包括測量在活塞的兩側上的流體的壓力。在氣壓系統中的流體是可壓縮的。為了能夠以特定的準確度計算在氣壓系統中的活塞的位置，不僅必須測量自活塞處于第一末端位置或者第二末端位置起已經被移除和/或被加入到第一腔室和第二腔室的流體的量，將會是有利的是，還測量在活塞的兩側上的流體的壓力。還能夠測量在活塞的兩側上的流體的溫度。本發明進一步涉及一種用以確定在液壓缸或者氣壓缸內往復的活塞的位置的裝置，該裝置包括活塞，該活塞將液壓缸或者氣壓缸分隔成第一腔室和第二腔室；流體，所述流體至少部分地填充第一腔室和第二腔室中的至少一個腔室；液壓泵或者氣壓泵，該液壓泵或者氣壓泵用于經由至少一個導管將流體泵送到腔室中的至少一個腔室，其中該裝置包括被定位在至少一個導管中的液壓馬達或者氣動馬達，該液壓馬達或者氣動馬達包括輪結構，該輪結構包括軸，該軸具有多個周向隔開的突出葉片，所述葉片響應于通過所述至少一個導管的流體的流動而繞該軸旋轉，并且將輪結構的旋轉位移和/或角位移傳遞到軸編碼器的軸；和處理器或者計算機，該處理器或者計算機響應于來自軸編碼器的與輪結構的測量到的旋轉位移和/或測量到的角位移相對應的至少一個第一參數并且計算活塞的位置。多個應當被理解為意味著兩個、三個、四個、五個或者更多個。雖然根據本發明的裝置的這幾點是按照次序(i)、(ii)、(iii)、(iv)和(V)被指示，但是該指示不應該被理解為限制本發明的范圍。本領域技術人員將會理解，在第
(i)- (V)點的次序中不存在任何時間指示。計算機和處理器應該被理解為意指能夠基于從光學或者磁性傳感器發送的信息而給出關于液壓或者氣壓缸的位置的信息的任何裝置。馬達可以具有引導來自任何腔室的流體或將流體引導至任何腔室的導管。馬達能夠被液壓流體或者氣壓流體的流動驅動，這導致輪結構旋轉。輪結構能夠是槳輪、葉輪、勺輪、轉葉片、螺旋漿或者渦輪。共有特征在于，輪結構具有軸和葉片，如從軸突出的直和平坦的板、碗或者鏟斗的葉片。葉片還能夠如在渦輪、螺旋漿或者轉葉片中的那樣旋轉或者轉動。如轉葉片輪那樣，輪結構還能夠具有在葉片外側的包圍環。馬達能夠正好是被放置在流體流中的輪結構。輪結構且特別是螺旋漿、轉葉片或者渦輪的優點在于，作用在流體流上的阻力是低的，并且導致電力或者燃料的低損失和低消耗。為了進一步減小流阻，輪結構能夠具有低摩擦涂層，或者輪結構的材料可以由其表面對于流體而言意味著低摩擦的材料制成。輪結構的表面且特別是葉片的表面還可以具有減小流體摩擦的結構。該結構能夠是在專業游泳衣上所使用的鯊魚結構。該結構還能夠是類似具有凹陷的表面，像高爾夫球的表面。能夠將具有輪結構的馬達制成得非常纖細，如果在馬達所處的位置在一個維度上限制馬達的尺寸，則這是一個優勢。能夠通過使得流體垂直于輪結構的旋轉軸線并且相對于旋轉軸線以一定偏移進入輪結構而實現纖細的馬達。對于這種考慮，勺輪或者槳輪將是最佳選擇。 使用具有很多葉片的槳輪或者葉輪增加了經過輪結構的流體的確定的準確度并且還以更高的準確度確定活塞的位置。馬達和軸編碼器能夠具有將旋轉從馬達傳遞到軸編碼器的共有的軸。另一個可能性可以是，馬達的軸和軸編碼器的軸具有共有連接件如例如齒輪。軸編碼器能夠是具有盤或者板的光學軸編碼器，其中該盤或者板具有靠近盤的外邊緣的孔。盤或者板可以與軸編碼器的軸一起旋轉。燈可以在孔所處的半徑處照射該板。在板的從燈看到的另一側上，檢測器可以被定位成當板中的孔處于燈和檢測器之間時記錄來自燈的光并且當板中的孔未處于燈和檢測器之間時記錄沒有任何來自燈的光。所述板可以在軸編碼器的軸和板旋轉時記錄光輻射的變化，并且可以向處理器或者計算機發送與來自燈且通過板的光的變化頻率相對應或者與板的旋轉位移和/或角位移相對應的參數，所述處理器或者計算機可以基于軸編碼器的旋轉、角位移、速度和/或方向來計算活塞的位置。如果流體是氣壓流體，則該流體是可壓縮的。當流體被泵送時，活塞的響應則取決于活塞上的載荷。為了使處理器或者計算機計算活塞的位置，有利的是處理器或者計算機已知流體的關于不同壓力和溫度的可壓縮性。此外，處理器或者計算機可以有利地已知在第一腔室中和在第二腔室中的壓力和/或溫度。可以在液壓泵或者氣壓泵和第一腔室與第二腔室中的任一個腔室之間存在至少又一個導管，其中該又一個導管能夠與輪結構所處的導管并聯連接起來。因為可以流過該又一個導管的流體將不經過輪結構，所以與經過輪結構所處的導管的流體相比，流過該又一個導管的流體將經受較少的能量損失。通過使得絕大多數流體經過沒有輪結構的該至少又一個導管并且僅使得小部分的總的流體經過輪結構所處的導管，能夠節約甚至更多的能量。已知在經過具有輪結構的導管的流體和經過沒有輪結構的該至少又一個導管的流體之間的比率可以是重要的。有利地，處理器或者計算機可以基于通過所述導管經過輪結構的流動而計算通過所述導管和所述至少又一個導管的流體的總的流量并且確定活塞的位置。在又一個實施例中，液壓馬達或者氣動馬達能夠是液壓泵或者氣壓泵，并且輪結構能夠是在液壓或者氣壓泵中導致泵送的旋轉構件。可以例如通過齒輪將在液壓或者氣壓泵中導致泵送的旋轉構件的軸連接到軸編碼器的軸。軸編碼器能夠有利地被定位在液壓或者氣壓泵外側，以在軸編碼器毀壞時易于接近。為了計算由液壓或者氣壓泵導致的實際流量，能夠有利地使用溫度裝置和壓力裝置來測量靠近液壓或者氣壓泵的溫度和壓力。處理器或者計算機可以基于來自軸編碼器的信號和來自溫度裝置和壓力裝置的信號來計算實際流量和活塞的位置。優勢在于，因為輪結構是在液壓或者氣壓泵中導致泵送的旋轉構件，所以除了導管和液壓或者氣壓泵以及液壓或者氣壓缸的壁的摩擦或者能量損失外，流體在沒有任何摩擦或者能量損失的情況下流動。
在根據本發明的設備的優選實施例中，處理器或者計算機可以具有存儲裝置，或者可以連接到存儲裝置，液壓或者氣壓流體在至少一個溫度下和在至少一個壓力下的粘度可以儲存在該存儲裝置中，并且在泵的至少一個泵送速度下以及在流體的至少一個溫度、至少一個壓力和至少一個粘度下的液壓或者氣壓流體的實際流量可以被儲存在該存儲裝置中。處理器或者計算機可以基于來自軸編碼器的信號和來自溫度裝置和壓力裝置的信號以及基于所存儲的數據來計算實際流量和活塞的位置。如果輪結構被置放在導管中，則一些經過該輪結構的流體可以導致輪結構旋轉，并且一些流體可以經過輪結構泄漏而不對于輪結構的旋轉起到作用。流體經過輪結構的泄漏量可以取決于泵送速度、溫度、壓力和粘度。優選地關于流體的至少一個泵送速度、至少一個溫度、至少一個壓力和至少一個粘度，在存儲裝置上儲存流體經過輪結構的泄漏量。處理器或者計算機可以基于來自軸編碼器的信號和來自溫度裝置和壓力裝置的信號以及基于包括流體經過輪結構的泄漏量的所存儲的數據來計算實際流量和活塞的位置。輪結構的另一個優點可以是，能夠高度準確地確定活塞的位置。流體可以是液壓流體或者氣壓流體。 液壓或者氣壓泵能夠是液壓齒輪泵。在另一實施例中，該設備被修改成第(iv)點被第(iv’ )點替代,所述第(iv’ )點為輪結構包括具有多個周向間隔開的突出葉片的軸，所述葉片響應于流體通過導管的流動而繞軸旋轉，并且第(V)點被第(v’)點替代，所述第(v’)點為光學或者磁性傳感器測量輪結構的旋轉并且向處理器或者計算機發送與輪結構的測量到的旋轉位移和/或測量到的角位移相對應的至少一個第一參數，并且被第(v’)點替代，所述第(v’)點為處理器或者計算機基于該至少一個第一參數來計算活塞的位置。像第(i)- (V)點那樣,第(i)、(ii)、(iii)、(iv，)、(V，)和(vi，)點不應該被理解為限制本發明的范圍。本領域技術人員將會理解，在第(1)、(^)、(1^)、(“’)、(￥’)和(vi’)點中不存在任何時間指示。包括輪結構的外殼能夠具有至少一個窗口，通過該至少一個窗口，光學傳感器能夠記錄旋轉。能夠例如根據來自光源的光如何被葉片反射來記錄旋轉。如果輪結構的葉片是磁性的，則磁性傳感器能夠記錄輪結構的旋轉。該外殼然后能夠包括對于磁場透明的區域，使得由于輪結構的旋轉導致的磁變化被傳遞到外殼外側。這意味著能夠通過光學或者磁性傳感器直接地在輪結構上測量輪結構的旋轉。光學或者磁性傳感器將向計算機或者處理器發送與輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數或者信息，計算機或者處理器將計算輪結構的旋轉和連接到馬達的液壓或者氣壓缸的位置。有利地，液壓馬達或者氣動馬達還可以包括在導管中插入的外殼，該外殼可以具有容納輪結構的空腔。流體從第一腔室或者第二腔室通過導管的流動可以流入到空腔中并且經過輪結構。該空腔可以具有內壁。空腔和輪結構的葉片可以被形成為使得葉片和空腔的內壁在一個旋轉的至少大部分距離上接觸。優選地，輪結構的軸可以偏心地處于外殼的空腔中。如果輪結構處于空腔的中心，則流體的流動將旋轉該輪結構。但是如果流量是低的，則流體和/或流體壓力將均勻地圍繞該輪結構分布并且輪結構將停止旋轉，或者旋轉將是沉重的并且對于流體流動的阻力以及電力或者燃料的消耗和能量損失將會增加。如果相對于空腔偏心地設置輪結構，則流體將正好繞輪結構經過并且對流體流動的阻力將是低的。輪結構將由于流動而仍然旋轉并且泄漏可以得到補償。在該裝置的一個實施例中，輪結構可以具有彈簧，所述彈簧用于施加將輪結構的葉片壓靠在空腔的內壁上的壓力。將輪結構的葉片壓靠在空腔的內壁上的壓力可以將馬達拉緊，使得流體經過輪結構的泄漏得以減少。較低的泄漏量意味著關于經過馬達的流體的量的預測以及關于活塞的位置的預測是更加準確的。在該設備的另一實施例中，該設備可以包括用于校準活塞的位置的校準裝置。相對于活塞的位置對輪結構的旋轉進行譯碼中的任何錯誤均能夠積累。為了消除完全錯誤地計算活塞的位置的風險，該裝置在至少一個特定位置處，具體地在末端位置處具有校準裝置。在末端位置處確定該位置的優勢在于，所使用的技術能夠是非常簡單且廉價的。當活塞處于末端位置時，該活塞能夠例如擠壓并且致動機械開關。另一個解決方案可以是使用發射被反射的紅外光束的有源紅外傳感器，并且該紅外傳感器記錄該反射。當活塞打斷光束時，紅外傳感器能夠告知活塞已經到達末端位置。在該裝置的又一個實施例中，校準裝置可以包括開關(switch)，當活塞在液壓缸或者氣壓缸中處于末端位置時，該開關向處理器或者計算機傳輸信號。校準裝置能夠是開關形式的。當校準裝置被激活并且處理器或者計算機接收信號時，處理器或者計算機可以知道活塞的位置。該設備可以在活塞的兩側上包括測量裝置，以測量流體的壓力。在氣壓系統中的流體是可壓縮的。為了以特定的準確度計算活塞在氣壓系統中的位置，不僅必須測量自活塞處于第一末端位置或者第二末端位置起已經被移除和/或被加入到第一腔室和第二腔室的流體的量，還必須測量在活塞的兩側上的流體的壓力。此外，能夠使用測量在活塞的兩側上的流體的溫度的裝置。
將在下面參考示意輪結構和用于確定活塞的位置的編碼器的示例性實施例的附圖通過實例描述本發明。圖I示出通過被連接到液壓缸以確定活塞在液壓缸內的位置的設備所截取的概略截面圖；圖2以放大比例示出圖I的液壓馬達；并且圖3示出沿著圖2中的線III - III截取的放大的液壓馬達的截面圖。
具體實施例方式在本發明的范圍內，該示例性實施例不應被理解為限制本發明的范圍。雖然在下面關于液壓馬達和液壓缸描述了本發明，但是本領域技術人員將會理解，也能夠在氣動實施例中使用本發明。例如，圖I示意包括柱形外殼2的液壓缸1，柱形外殼2包圍柱形空腔3，在柱形空腔3中，活塞4在第一端點5和第二端點6之間往復且相對于柱形外殼2向外和向內地推動和拉動連桿7。活塞4將柱形空腔3劃分成第一腔室8和第二腔室9。通過柱形外殼2，第一腔室8具有第一開口 10并且第二腔室9具有第二開口 11。液壓馬達12包括外殼13，該外殼13利用內壁15包圍空腔14。輪結構16能夠在空腔14中旋轉。該外殼具有第三開口 17和第四開口 18。第一導管19將第一腔室8的第一開口 10連接到液壓泵20以泵送液壓流體。第二導管21將泵20連接到液壓馬達12的第三開口 17，并且液壓馬達12的第四開口 18通過第三導管22而被連接到第二腔室9的第二開口 11。在泵送時，泵20將來自第一腔室8的流體泵送通過第一開口 10和導管19到達并且通過泵20，并且進一步通過第二導管21和第三開口 17到達液壓馬達12并且最終通過液壓馬達12、第四開口 18、第三導管22和第二開口 11到達第二腔室9泵送流體，或者反過來。泵20的泵送在第一腔室和第二腔室之間產生壓力差，該壓力差導致活塞4向上或者向下移動。同樣體積的通過泵被泵送的流體離開第一腔室8、經過馬達12并且進入第二腔室9，或者反過來。活塞4將移動并且掃過與離開/進入第一 /第二腔室并且經過馬達12的流體相對應的體積。馬達中的輪結構16的轉數將告知活塞4的位移的大小和方向。如果活塞的開始位置是已知的，則在移位之后的位置也是已知的。圖2是圖I的液壓馬達12的放大比例視圖。液壓馬達12還包括葉輪形式的輪結構16。輪結構16由于流體流動通過液壓馬達12而在空腔14內旋轉。輪結構16相對于空腔14被偏心地置放。這意味著輪結構16的軸24的中心軸線23不與空腔14的中心軸線25相同。輪結構16包括具有凹槽27的中心轂26，該凹槽27或多或少地從轂26的表面28徑向并且向內延伸。在凹槽27中，葉片29能夠自由地徑向移動。在所示實施例中，葉片29是直的。在另一實施例中，葉片29可以是碗狀或者鏟斗狀的或者螺旋狀的，類似在例如渦輪上的葉片。凹槽的形式與葉片29的形式配合，使得葉片29的運動不受阻礙。葉片29被彈簧30偏壓。彈簧30將葉片29壓靠在空腔14的內壁15上，以最小化經過葉片29的流體的泄漏。在圖2中，一個葉片和一個彈簧被移除，以更好地示出凹槽。該移除僅僅是出于示意性的原因。在圖3中，圖3是沿著圖2中的線III - III截取的放大的液壓馬達12的截面視圖。輪結構16的軸24是與光學軸編碼器31共有的。在歐洲專利申請No. EP09173831. 0中詳細地描述了優選的光學軸編碼器31的實例。該已知的光學軸編碼器31包括與軸24 —起旋轉的盤32，以及發射輻射(紅外、可見、紫外線或者任何其它波長范圍)的發射器33。檢測器34位于盤32的從發射器33看的另一側上，與發射器正好相對。盤32在特定半徑處具有開口(未示出)，其中當所述開口中的一個處于發射器33和檢測器34之間時，來自發射器33的輻射在此處能夠經過所述開口中的一個并且然后能夠被檢測器記錄下來。當沒有任何開口處于發射器33和檢測器34之間時，輻射被阻擋并且不被檢測器記錄。檢測器34向處理器(未示出)或者計算機(未示出)發送代表記錄的輻射的變化的電子信號，所述記錄的輻射的變化還意味著軸的旋轉。處理器或者計算機基于盤的旋轉計算活塞的位置。在計算活塞的位置時，處理器或者計算機還可以使用流體的粘度、溫度和/或壓力和/或盤的旋轉速度。本發明不受液壓缸或者活塞的尺寸限制，而是本發明將是用于確定任何尺寸的活塞的位置的良好解決方案。使用輪結構來確定活塞的位置的一個優勢是輪結構導致的低能量損失。能夠通過使用更大的盤32而容易地增加活塞的位置的準確度。在盤中的兩個相鄰的孔之間的距離將對應于更小的角位移。增加系統準確度的另一個可能性是使用盤中更小的開口和更短波長的發射輻射并且也可以是更窄的輻射束。增加準確度的第三種可能性是降低馬達12內的輪結構16和空腔14的尺寸。對于相同的量的經過流體，輪結構將旋轉更多轉數。如果重視通過馬達12的低能量損失，則更大的在馬達內的輪結構16和空腔14是一種解決方案。本發明適于對于任何尺寸的活塞確定活塞的位置。
權利要求
1.一種用于確定在液壓缸(I)或氣壓缸(I)內在第一末端位置(5)和第二末端位置(6)之間往復的活塞(4)的位置的方法，所述活塞(4)將所述液壓缸或氣壓缸分隔成第一腔室(8)和第二腔室(9)，并且所述腔室(8，9)中的至少一個腔室至少部分地填充有流體， 其特征在于，所述方法包括以下步驟 (a)利用被導向或來自所述第一和/或第二腔室的所述流體的力來驅動液壓馬達(12)或氣動馬達(12)的輪結構(16)， (b)利用所述液壓馬達(12)或所述氣動馬達(12)驅動軸編碼器(31)， (c)使用所述軸編碼器(31)測量與所述輪結構(16)的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數，和 (d)計算所述活塞(4)的位置。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法被修改成 所述步驟(b)被步驟(b’)替代， 所述步驟(b’ )為使用光學或磁性傳感器測量與所述輪結構(16)的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數， 并且 所述步驟(C)被步驟(c’)替代， 所述步驟(C’ )為向計算機或處理器發送與在所述步驟(b’)中由所述光學或磁性傳感器獲得的所述至少一個參數相對應的信號。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括重復步驟所述(c)和Cd)或重復所述步驟(b’)、(c’)和(d)。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述活塞(4)的位置的計算包括至少一個第二參數，所述至少一個第二參數選自以下參數中的一種作為所述輪結構(16)的旋轉速度的函數的所述流體在所述液壓馬達(12)或氣動馬達(12)中的泄漏、液壓馬達(12)或氣動馬達(12)上的和所述流體上的溫度效應，和所述流體上的壓力效應。
5.根據權利要求1-4中的任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 (e)以周期間隔或不以周期間隔，當所述位置是所述第一末端位置(5)或所述第二末端位置(6)中的任意一個位置時，將所述液壓馬達(12)或所述氣動馬達(12)、所述活塞(4)和/或所述軸編碼器(31)校準。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在校準步驟(e)中，優選地在每一個校準步驟(e)中重新計算在所述液壓馬達(12)或氣動馬達(12)中的所述流體的泄漏、所述溫度效應或所述壓力效應。
7.根據前述權利要求I- 6中的任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括測量所述活塞(4)的兩側上的流體的壓力。
8.一種用于確定在液壓缸(I)或氣壓缸(I)內往復的活塞(4)的位置的裝置，所述裝置包括 (i )活塞(4 )，所述活塞(4 )將所述液壓缸(I)或所述氣壓缸(I)分隔成第一腔室(8 )和第二腔室(9)， (ii)流體，所述流體至少部分地填充所述第一腔室(8)和所述第二腔室(9)中的至少一個腔室，(iii)液壓泵(20)或氣壓泵(20)，所述液壓泵(20)或氣壓泵(20)用于將所述流體經由至少一個導管泵送至所述腔室(8，9)中的至少一個腔室， 其特征在于，所述裝置包括被定位在所述至少一個導管中的液壓馬達(12)或氣動馬達(12)，所述液壓馬達(12)或氣壓馬達(12)包括 (iv)輪結構(16)，所述輪結構包括軸(24)，所述軸(24)具有多個周向間隔開的突出葉片(29)，所述葉片(29)響應于所述流體通過所述至少一個導管的流動而圍繞所述軸(24)旋轉，并且將所述輪結構(16)的旋轉位移和/或角位移傳遞到軸編碼器(31)的軸(24)，和 (v)處理器或計算機，所述處理器或計算機響應來自所述軸編碼器(31)的與所述輪結構(16)的測量到的旋轉位移和/或測量到的角位移相對應的至少一個第一參數，并且計算所述活塞(4)的位置。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置被修改成 第(iv)點被第(iv’)點替代， 所述第(iv’)點為輪結構(16)，所述輪結構(16)包括軸(24)，所述軸(24)具有多個周向間隔開的突出葉片(29)，所述葉片(29)響應于所述流體通過所述導管的流動而繞所述軸(24)旋轉， 并且 第(V)點被第(v’)點替代， 所述第(v’ )點為光學或磁性傳感器，所述光學或磁性傳感器測量所述輪結構(16)的旋轉并且向處理器或計算機發送與所述輪結構的測量到的旋轉位移和/或測量到的角位移相對應的至少一個第一參數， 并且被第(vi’)點替代， 所述第(vi’)點為所述處理器或計算機，所述處理器或計算機基于所述至少一個第一參數計算所述活塞的位置。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述液壓馬達(12)或氣動馬達(12)還包括在所述導管中插入的外殼(13)，所述外殼具有容納所述輪結構(16)的空腔(14)。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述輪結構(16)被偏心地設置在所述外殼(13)的所述空腔(14)中。
12.根據權利要求8- 11中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述輪結構(16)的所述周向間隔開的突出葉片(29 )被彈簧(30 )偏壓。
13.根據權利要求8- 12中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于校準所述活塞(4)的位置的校準裝置。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述校準裝置包括開關，當所述活塞(4)在所述液壓缸(I)或氣壓缸(I)中處于末端位置(5，6)時，所述開關向所述處理器或計算機傳遞信號。
15.根據權利要求8- 14中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置在所述活塞(4)的兩側上包括測量裝置，用以測量流體的壓力。
全文摘要
一種用于確定在液壓缸或者氣壓缸81)內能夠在第一末端位置(5)和第二末端位置(6)之間往復的活塞(4)的位置的方法，該活塞將所述液壓缸或者氣壓缸分隔成第一腔室(8)和第二腔室(9)，并且所述腔室中的至少一個腔室至少部分地填充有流體，其中該方法包括以下步驟利用被導向或者來自所述第一和/或第二腔室的流體的力來驅動液壓馬達(12)或者氣動馬達的輪結構(16)；利用所述液壓馬達或者氣動馬達來驅動軸編碼器(31)；使用所述軸編碼器測量與所述輪結構的旋轉位移和/或角位移相對應的至少一個參數；以及計算活塞的位置。
文檔編號F15B15/28GK102985705SQ201180022781
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月5日 優先權日2010年5月6日
發明者喬納斯·哈恩 申請人:斯堪迪納維亞建筑公司