用于液压缸的位置测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于液压缸的位置测量系统，其包括至少一个传感器、一个磁体以及活塞杆，活塞杆具有高磁化率的金属杆芯和沿大致轴向的凹槽结构，其中，凹槽结构填充有磁化率低于杆芯磁化率的金属，从而传感器测量根据凹槽结构变化的杆芯磁场，由此可以确定活塞杆的相对位置和绝对位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于液压缸的位置测量系统，其中，至少一个用于检测磁场的传感器识别设置在液压缸活塞杆上的图案，并由此确定所述活塞的位置。
技术介绍
用于液压缸的位置测量系统在对冲程长度的控制和调节需要准确地知道活塞的位置的情况下使用。EP 0 618 373 B1公开了一种位置测量系统，其中，活塞杆设置有凹槽结构并且对该结构进行磁性扫描。通常采用非常深的结构，且所述结构填充有陶瓷涂层。这种陶瓷涂层非常坚硬，但是其缺点是锐缘的陶瓷颗粒会磨蚀损坏液压缸的密封系统。因此，具有陶瓷涂层的系统不适用于多气缸冲程的情况并且限制了其使用寿命。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于液压缸的位置测量系统，其中活塞杆的表面性质得到改进，从而减小磨损并由此延长所述系统的使用寿命。根据本专利技术，所述目的通过提供如本专利技术的权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统而实现。在此，活塞杆的杆芯由具有高磁化率的金属制成，并且具有基本沿轴向的凹槽结构。所述凹槽结构填充有磁化率低于杆芯的磁化率的金属。轴向位置固定的磁体产生根据凹槽结构变化的磁场，并由至少一个传感器测量该磁场的变化。由于磁场的变化依赖于凹槽-->结构的位置，活塞的位置可以通过测量所述磁场的变化而确定。由于使用金属来填充凹槽结构，这使活塞杆在硬度、磨损度、抗腐蚀性和使用寿命等方面具有优良的表面性质，这些性质相当于不具有位置测量系统的活塞杆的性质。具体地，由此，所述表面非常光滑，从而诸如密封系统等的其它缸部件不会被损坏并且整个系统具有较长的使用寿命。进一步讲，使用金属来填充凹槽结构，这使凹槽结构深度较小，从而其切口效应可以忽略，并且对缸的构造不需要进行改变。而且，进行评估的整个传感器系统以及电子系统在无压区域的系统中设置，不会受到压力峰值的损坏。总体上讲，本专利技术提供了一种构造简单且极为耐用的系统，所述系统可以低成本地制造及操作，特别是由于低磨损还可以用于多气缸冲程的系统。而且，本专利技术的测量系统可以结合在任意缸中，而不用从本质上改变缸的构造。优选地，所述至少一个传感器沿特定方向测量所述磁场，这样增强了传感器对磁场变化的灵敏度。优选地，所述磁体是永磁体，其南北轴线根据所述传感器(30、40)的设置和方向延伸。具体地，所述南北轴线可相对活塞径向地延伸，而至少一个传感器测量磁场的特定方向与轴向垂直地延伸。由此，确保凹槽结构的轴向移位极大地影响传感器测量的磁场，这样增强了位置测量的准确度和可靠性。优选地，所述凹槽结构包括凹部和凸部，其中，优选地，在轴向上相邻的凹槽结构的凹部或凸部彼此距离相同，进一步优选地，凹槽结构沿轴向具有周期性、具体是基本为正弦曲线的形状。通过这种周期性变化的结构，当活塞杆运动时，由至少一个传感器测量的磁场随着活塞杆的运动周期性变化，因此便于位置的确定。所测量的磁场以这样的一个周期的变化与活塞杆位置沿轴向通过两相邻凹部或凸部间的距离的移位相对应。通过在所测量的磁场中对周期进行计数，可以容易地计算活塞位置的相对运动。为了同时提供对绝对位置的确定，优选地，可以省略个别凹部或凸部以形成参考标记。优选地，参考标记设置为使位于两个相邻参考标记之间的凸部或凹部的数目在整个所述凹槽结构上各不相同，从而每个位于两参-->考标记之间的间隔均由凸部或凹部的数目明确地表征。最迟在传感器检测到第二参考标记后，由此还可以确切地指示活塞杆的绝对位置。本专利技术的用于液压缸的位置测量系统、具体是具有本专利技术用于确定活塞杆的绝对位置的参考标记的位置测量系统具有如下的优点，由于使用了两个传感器，可以明确地识别参考标记，并由此得到仅具有几个传感器的结构简单、成本低廉的构造。另外，所述系统可以采用小而节省空间的形式实现，并且不需要相对活塞杆以固定的径向位置安装，这样又能够使所述构造的结构简单，成本低廉。优选地，参考标记设置为使两个参考标记之间的距离在活塞杆上需要对位置进行快速指示的区域中最小。通常，所述区域是活塞杆的开始处和末端部，参考标记间的距离较大的情况可以设置在活塞杆的中部——在该区域很少需要对位置进行快速指示。优选地，所述高磁化率的金属杆芯为铁磁性的，填充在所述凹槽结构中的低磁化率的金属为非铁磁性的。优选地，所述金属杆芯由钢制成。优选地，填充所述凹槽结构的金属基本由铬组成。当然其它金属或合金也可以在此使用，仅仅取决于磁化率的差异。具体地，也可以使用非铁磁性的镍。设置有凹槽结构的金属杆芯的磁化率和填充在凹槽结构金属的磁化率的差异使由磁体产生的磁场强度取决于凹槽结构的位置——尤其是轴向上的位置而极大地变动。目前，磁场的变动可以通过传感器测量，优选地，所述传感器位于磁体和活塞杆之间，即直接邻近活塞杆。因此，使用铁磁性材料作为杆芯是有利地，其大大增强了从外部作用的磁场，而非铁磁性材料不具有这种性质。与铁磁性材料相比，非铁磁性材料仅能在非常有限的范围内改变磁场，根据所使用的材料可以进行正向及负向改变。在众多合金中，钢是铁磁性的，所以通常在液压缸使用的由钢制成的活塞杆可以用于本专利技术的系统，而无需进行显著的改变。另一方面，铬是非铁磁性的，由于铬还可以满足活塞杆表面在硬度、粗糙度、抗腐蚀性和使用寿命等方面的其余需要，因此其极适于用作填充凹槽结构的金属。  另外，优选地，凹槽结构可以填充非铁磁性的镍合金，优选地，这种非铁磁性的镍合金包含超过10.5％的磷。这样在抗腐蚀性方面更有利。-->而且，这种填充凹槽结构的非铁磁性的镍合金可被磨光并再次以铬包覆。此外，优选地，可在高铁磁性的金属杆芯和填充凹槽结构的低铁磁性的金属之间设置另一金属层。所述金属层的磁性不是决定性的，所以可以借助该附加的金属层决定改进诸如抗腐蚀性、使用寿命和与填充凹槽结构的金属的粘附力等性质。具体地，为此目的可以使用薄的铁磁性的镍层，其优选地电沉积或无电沉积在凹槽结构上，优选地其厚度小于50μm。该金属层(具体是镍层)主要用于改进杆的抗腐蚀性。所述金属层可以是磁性的，但因为所述金属层均匀地在整个凹槽结构上生成，其不会改变由传感器测量的信号。优选地，凹槽结构交替地具有凹部和凸部，优选地，凹部相对凸部的深度约为200μm。优选地，填充凹槽结构的金属完全填充所述凹槽结构，使得在所述凹部上方的金属厚度大于200μm。优选地，在凸部上方，填充凹槽结构的金属的厚度约为50μm。优选地，在金属杆芯和填充凹槽结构的金属之间形成的附加金属层的厚度可小于50μm。优选地，该金属层电沉积或无电沉积在金属杆芯上。优选地，填充凹槽结构的金属(即，具体是铬)同样绕金属杆芯电沉积在金属杆芯或金属层(具体是镍)上。因为使用厚度超过50μm的铬层会产生问题，即，在这样的厚度层中会产生抗张应力而导致产生裂缝，因此优选地填充凹槽结构的金属(即，具体是铬)通过多层结构式方法施加。在这种多层结构式方法中，所述金属以每层小于50μm厚度以多层结构方式施加，在各层之间各形成过渡区，所述过渡区可以减小应力。在这种一层位于一层之上的多个薄层的结构中，大大降低了形成裂缝的频率，并且裂缝可在过渡区停止。通过再磨削活塞杆，去除了填充凹槽结构的过量的金属，并使活塞杆的表面光滑。优选地，填充凹槽结构的金属(即，特别是铬)的最小厚度应当低于50μm。通过再磨削活塞杆而得到光滑的表面，具体来说，在硬度、粗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于液压缸的位置测量系统，其包括：磁体（２０）；至少一个传感器（３０、４０）；以及活塞杆（１０），该活塞杆具有高磁化率的金属杆芯（１３）和大致沿轴向的凹槽结构（１１）；　　　　其特征在于　　　　所述凹槽结构（１１）填充有磁化率低于所述杆芯（１３）的磁化率的金属（１２），从而所述至少一个传感器（３０、４０）测量根据所述凹槽结构（１１）的位置而变化的磁体（２０）的磁场。

【技术特征摘要】
DE 2006-3-8 102006010780.21.一种用于液压缸的位置测量系统，其包括：磁体(20)；至少一个传感器(30、40)；以及活塞杆(10)，该活塞杆具有高磁化率的金属杆芯(13)和大致沿轴向的凹槽结构(11)；其特征在于所述凹槽结构(11)填充有磁化率低于所述杆芯(13)的磁化率的金属(12)，从而所述至少一个传感器(30、40)测量根据所述凹槽结构(11)的位置而变化的磁体(20)的磁场。2.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述至少一个传感器(30、40)沿特定方向测量所述磁场。3.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述磁体(20)是永磁体，其南北轴线根据所述传感器(30、40)的设置和方向延伸。4.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述凹槽结构(11)包括凹部(16)和凸部(15)。5.如权利要求4所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，在轴向上相邻的凹部(16)或凸部(15)之间的距离相同。6.如权利要求1或4所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述凹槽结构沿轴向具有大致周期性、具体是大致正弦曲线的形状。7.如权利要求4或5所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，省略个别凹部(16)或凸部(15)以形成参考标记(1)。8.如权利要求7所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述参考标记(1)设置为使得位于两个相邻参考标记(1)之间的凸部(15)或凹部(16)的数目在整个所述凹槽结构(11)上各不相同，从而两参考标记之间的各个间隔由凸部(15)或凹部(16)的数目明确地表征。9.如权利要求7所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，在所述活塞杆(10)上需要对位置进行快速指示的区域中的参考标记(1)之间的距离小于在其余区域中的参考标记(1)之间的距离。10.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述金属杆芯(13)为铁磁性的，填充在所述凹槽结构(11)中的金属(12)为非铁磁性的。11.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述金属杆芯(13)由钢制成。12.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，填充所述凹槽结构(11)的金属(12)包括铬。13.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，填充所述凹槽结构(11)的金属(12)包括非铁磁性的镍合金。14.如权利要求13所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述非铁磁性的镍合金包括超过10.5％的磷。15.如权利要求1或12所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，在所述金属杆芯(13)和所述填充凹槽结构的金属(12)之间设置中间金属层(14)。16.如权利要求15所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述中间金属层(14)包括镍。17.如权利要求1所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述填充凹槽结构的金属(12)具有光滑的表面(17、18)。18.如权利要求1或17所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，在所述填充凹槽结构的金属(12)上设置外部金属层(19)。19.如权利要求18所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述外部金属层(19)包括铬。20.如权利要求4所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述凹部(16)相对所述凸部(15)的深度约为200μm。21.如权利要求4所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述填充凹槽结构(11)的金属(12)在所述凹部(16)上方的厚度大于200μm。22.如权利要求4所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述填充凹槽结构(11)的金属(12)在所述凸部(15)上方的厚度约为50μm。23.如权利要求15或16所述的用于液压缸的位置测量系统，其中，所述中间金属层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德科斯曼，
申请(专利权)人：法国利勃海尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]