Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Position des Kolbens (5) und damit auch der Kolbenstange (6) für pneumatisch und hydraulisch betätigte Zylinder (1) gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Entwicklung der Proportionaltechnik in der Pneumatik und Hydraulik hat in den letzten

Jahren einen enormen Aufschwung erfahren. Dabei ist es möglich mit einem speziell entwickelten Proportionalventil (3) einen pneumatisch oder hydraulisch betätigten Zylinder (1) auf eine bestimmte Position zu verfahren und zu fixieren. Dieses Positionierungssystem besteht aus einem Zylinder (1), einer Wegmeßeinrichtung mit Sensor (2), einem Proportionalventil (3) und einem (meist elektronischen) Regler (4), der die derzeitige Position des Zylinders (1) mit der Zielposition vergleicht und das Proportionalventil (3) derart betätigt, daß die Zielposition erreicht wird (siehe Figur 1). Der Zylinder (1) besitzt im allgemeinen 2 Druckkammern (7,8), in welche je nach Verfahrrichtung das Druckmedium (Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit) eingelassen oder herausgedrückt wird. Das Proportionalventil (3) verbindet eine der beiden D ckkarnmern (7,8) des Zylinders (1) über Schlauchleitungen (9,10) mit der Druckversorgung (11), während gleichzeitig die andere Druckkammer mit einem niedrigen Druck verbunden wird, sodaß das Druckmedium aus dieser Karnmer entweichen kann. Der Sensor (2) ist mit der Kolbenstange (6) des Zylinders (1) verbunden und bestimmt die aktuelle Position der Kolbenstange (6), damit der Regler (4) den Soll- Ist-Vergleich der Position durchfuhren kann. Derartige pneumatische oder hydraulische Positioniersysteme können im Vergleich zu den elektrischen wesentlich größere Kräfte entfalten, höhere Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen erzielen (höhere Dynamik).

Bazenet hat in seiner Patentanmeldung am 17. Dezember 1985 (FR 2 591 736) vorgeschlagen, ein Strichmuster (16) auf der Kolbenstange (6) anzubringen und mit einem am Zylinder (1) angebrachten berührungslos dieses Strichmuster (16) abtastenden Sensors (15) die Kolbenstange (6) selbst als Wegmeßsystem zu nutzen. Dadurch entfällt der zusätzliche externe Anbau eines Wegmeßsystems, welches für Positionierungsaufgaben notwendig ist. Das Strichmuster (16) besteht aus schwarzen, schlecht reflektierenden Strichen, welche ca. senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange angeordnet sind. Dabei kann das Strichmuster (16) aus geschlossenen Kreisen um den Umfang der Kolbenstange (6) oder als Spirale ausgeführt sein. Die Strichstärke bestimmt die Genauigkeit der Positionierung. Es ergibt sich somit ein gleichmäßiges Muster in dem sich gut reflektierende und schlecht reflektierende Bereiche abwechseln. Der Sensor (14,15) nutzt diese unterschiedliche Reflexion aus, indem er das Strichmuster (16) auf der Kolbenstange (6) beleuchtet (sichtbares oder infrarotes Licht) und die reflektierte Lichtintensität mißt (siehe Figur 2). Wird eine blanke Stelle der Kolbenstange (6) beleuchtet ist das reflektierte

ERSATZBLAπ (REGEL 26)

Licht intensiver als bei der Beleuchtung eines dunklen Striches und das Sensorausgangssignal ist dementsprechend unterschiedlich groß. Bewegt sich die Kolbenstange (6), so werden abwechselnd blanke Stellen und dunkle Striche vom Sensor (14,15) erkannt und in ein wellenförmiges Ausgangssignal umgesetzt. Die Frequenz dieses Ausgangssignales ist abhängig von der Feinheit des Strichmusters (16) (Auflösung) und der Geschwindigkeit der Kolbenstange (6). Dieses Verfahren ist bereits bekannt und wird u.a. bei Winkelencodern eingesetzt.

Bazenet hat in seiner Patentanmeldung auch 3 Methoden beschrieben, wie das Strichmuster (16) auf der Kolbenstange (6) aufgebracht werden kann. Bei diese Methoden wird ein lichtempfindlicher Lack auf die Kolbenstange (6) aufgetragen, welcher an jenen Stellen belichtet wird, wo die dunklen Striche erzeugt werden sollen. Dann wird der Lack entwickelt, die Stellen die belichtet wurden, werden herausglöst und durch einen nachfolgende chemischen Ätzvorgang wird an den Stellen, wo die Striche platzfinden sollen, die Kolbenstange (6) abgetragen. Diese Vertiefungen werden danach mit einer schwarzen Substanz aufgefüllt, sodaß das Strichmuster (16) entsteht und gleichzeitig die Rauhtiefe der Kolbenstange nicht erhöht wird. Die Neuheit dieser Erfindung besteht im Aufbringen des Strichmusters auf die Kolbenstange (6), durch Verwendung von Laserstrahlung. Wird ein energiereicher Laserstrahl (20) direkt auf die Oberfläche der Kolbenstange (6) gerichtet, wird eine geringe Menge Material von der Kolbenstange (6) abgetragen und das unter dem Laserstrahl (20) verbleibende Material gleichzeitig geschwärzt. Es entstehen somit geringe Vertiefungen (18) auf der Kolbenstange (6), welche gleichzeitig dunkel gefärbt sind. Wird der Laserstrahl (20) über der Oberfläche der

Kolbenstange (6) geführt, erzeugt er ein Strichmuster (16), wobei die geschwärzten Stellen (18) geringfügig tiefer hegen als die unbearbeitete Oberfläche der Kolbenstange (19) (siehe Figur 3). Je energiereicher der Laserstrahl (20), desto schneller kann er über die Oberfläche geführt werden und desto schneller kann das Strichmuster (16) erzeugt werden. Es muß aber darauf geachtet werden, daß die Rauhtiefe der Kolbenstange (6) nicht zu groß wird, um den Verschließ der

Dichtungen zwischen Zylinder (1) und Kolbenstange (6) nicht unnötig zu erhöhen. Diese Methode schwarze Stellen auf Metalloberflächen zu erzeugen, wird schon seit einigen Jahren bei der Laserbeschriftung verwendet.

Durch diese neue, hier beschriebene Methode der Aufbringung des Strichmusters (16) auf die Oberfläche der Kolbenstange (6) wird der Herstellungsaufwand und damit die Herstellungskosten erheblich vermindert. Statt der Behandlung mit Fotolack, Belichten, Entwickeln, Ätzen und Auffüllen wird nur mehr die Bewegung eines Laserstrahls über der Oberfläche benötigt. Außerdem entfallt die Verwendung, Aufbereitung und Entsorgung der chemischen Substanzen und es wird mit dieser Patentanmeldung ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet.

Durch diese Erfindung wird ein wesenthcher Beitrag zur Reduzierung der Herstellkosten von pneumatischen oder hydraulischen Positioniersystemen geleistet, da das notwendige Positionsmeßsystem zur Umstellung auf die Proportionaltechnik einfach und mit geringem finanziellen Aufwand auf dem Zylinderantrieb integriert werden kann.

FIGUR 1 : Schematische Darstellung eines Positionsregelkreises für Zylinderantriebe.

FIGUR 2: Schnittdarstellung eines Zylinderantriebes (1) mit Strichmuster (16) auf der Kolbenstange (6) und optischem Reflexsensor (14,15).

FIGUR 3: Vergrößerte Darstellung der Oberfläche der Kolbenstange (6) mit vertieftem Strich (18) und Einwirkung von Laserstrahlung (20).

Legende zu den Figuren 1 bis 3:

1 pneumatisch oder hydraulisch betätigter Zylinder

2 Sensorsystem

3 Proportional ventil

4 Regler 5 verschiebbarer Kolben

6 am Kolben (5) befestigte Kolbenstange

7, 8... Druckkammern des Zylinders ( 1 )

9, 10.. Schlauchleitungen zum Transport der Druckluft/Hydraulikflüssigkeit

11 Versorgungsleitung für Druckluft/Hydraulikflüssigkeit 12 Verbindungsleitung zwischen Sensor (2) und Regler (4)

13 Betätigungsleitungen für Proportionalventils (3 ) durch Regler (4)

14 Beleuchtungseinrichtung für Reflexionssensor (15)

15 Reflexionssensor

16 Strichmuster auf der Kolbenstange (6) 17 Bewegungsrichtung des Kolbens (5)

18 dunkle Vertiefung in der Oberfläche der Kolbenstange (6)

19 reflektierende unbearbeitete Oberfläche der Kolbenstange (6)

20 Laserstrahl