基於活塞杆的絕對行程檢測結構的製作方法

2023-07-21 14:30:41 1

本發明涉及一種基於活塞杆的絕對行程檢測結構。

背景技術：

陶瓷活塞杆用增量型內置式行程檢測裝置是在活塞杆基體上加工溝槽，採用產生序列脈衝信號的傳感器對活塞杆進行行程檢測，這是一種與陶瓷活塞杆結合使用的內置式行程檢測裝置，其具體方法是先在活塞杆表面加工等距離、具有一定深度的溝槽，然後在其表面噴塗陶瓷材料，其原理是：

由於活塞杆基體是45#鋼或合金鋼，它具有導磁性，而表面噴塗的陶瓷材料或其他非磁性材料，無導磁性。當傳感器通過高低不一的溝槽時，產生的氣隙就有大小，氣隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁場的強弱。傳感器通過檢測出磁場的強弱並轉換成電流的強弱，輸出脈衝信號，傳感器就可以檢測出活塞杆基體上溝槽的間距。而活塞杆基體上的溝槽是等距離的，這樣就可以轉換成活塞杆的行程。這種內置式行程檢測裝置集成於陶瓷活塞杆上，直接檢測出活塞杆的位移，其檢測不受行程限制，任意行程均可檢測，而且其檢測精度可達到1mm。另外由於其結構緊湊、體積小，只需直接安裝於液壓缸的下端蓋上，在液壓缸外部不需另外的裝置，因此其檢修非常方便。

但是，這種增量型內置式行程檢測裝置的缺點在於，其只能獲得相對行程，如果系統斷電，重新上電後，之前的行程數據沒有保存，將無法獲得活塞杆當前行程。同時，系統斷電後，如果活塞杆滑落，其滑落的行程將被忽略。另外，這種行程檢測裝置因與之前數據狀態相互關聯，因此存在累積誤差，並且累積誤差需要外部措施消除。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有行程檢測裝置在系統斷電後重新上電，將無法獲得活塞杆當前行程，並且存在累積誤差的不足，本發明提供一種基於活塞杆的絕對行程檢測結構。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種基於活塞杆的絕對行程檢測結構，通過傳感器沿活塞杆軸向檢測，所述活塞杆上車加工開設有若干環繞活塞杆周向的環槽，沿活塞杆軸向任意相同長度L的一段活塞杆，每段長度L的活塞杆中至少具有兩個環槽，且各段長度L的活塞杆相互之間至少具有一個環槽中心間距互不相同，所述長度L為傳感器的探測寬度。傳感器的探測寬度是指傳感器沿活塞杆軸向所能探測到的最大寬度。

相同長度L的活塞杆上的環槽分布，可以滿足探測寬度為L或更長的傳感器的探測需求，每段活塞杆相互之間至少具有一個環槽中心間距互不相同，使得每段活塞杆上的環槽分布各不相同，環槽中心間距差的最小值≤所有環槽的槽寬≤環槽中心間距差的最小值的兩倍。這樣，傳感器探測到的每段活塞杆上的波形都是不同的，活塞杆行程無論在何處停止，重新上電後即可讀出相應波形所對應的活塞杆位置，從而獲得活塞杆的行程，實現了活塞杆行程的絕對位置檢測。

活塞杆上開設有至少兩組環槽組，每組環槽組具有若干個環槽，同一組環槽組中的環槽的中心間距相同，各組環槽組的環槽中心間距互不相同，使每段長度L的活塞杆上，環槽的數量均不相同；或者環槽的數量相同，但是各段長度L的活塞杆相互之間至少有一個環槽中心間距相互不同。其中，槽的組數取決於選取的槽中心間距以及活塞杆檢測段的長度。為了便於車加工，可以在活塞杆上分組開槽，每組環槽組中為相同槽中心間距的環槽，不同組中的環槽中心間距不同，從而實現在活塞杆上的環槽分布各不相同。

同一組環槽組中的環槽的槽寬相等。環槽的槽寬沒有具體限制，但是，過小的環槽中心間距將使得環槽特徵丟失，並且也無法實現車加工，因此，針對車加工，環槽中心間距選擇≥1mm。每組環槽組中為相同槽中心間距，以及相同槽寬的環槽，可以便於車加工。

所有環槽的槽寬均相等。每組環槽組中為相同槽中心間距，以及相同槽寬的環槽，並且所有環槽組中的槽寬均相同，在車加工環槽時，可以不換刀實現各組環槽組的加工。

為了能夠便於車加工上述環槽，具體的實現方案為，活塞杆上開設有n組環槽組，各組環槽組的環槽中心間距分別為D1、D2……Dn，單位均為mm；其中，D1、D2……Dn為正整數，且D1、D2……和Dn的最小公倍數M所表示的長度≥活塞杆用於檢測的長度H，M所表示的長度和H的單位均為mm，D1、D2……和Dn均L的單位為mm。傳感器的探測寬度L需至少覆蓋一個完整的環槽間距，D1、D2……和Dn均這樣，在任何情況下傳感器都能觀測到同一環槽組中的兩個環槽，從而能夠觀測到一個完整的環槽間距。

D1、D2……和Dn為質數或為至少兩個不同質數的最小公倍數，所述質數均不相同且為以內的質數。所述質數均不相同，其中所述的質數包括直接表示槽中心間距的質數，以及由至少兩個不同質數的最小公倍數所表示的槽中心間距中的至少兩個不同的質數。採用質數或質數的最小公倍數作為槽中心間距，可以使得環槽在活塞杆上的分布儘可能長地不重複，從而使不同分布的環槽在活塞杆上覆蓋最長的區域，滿足傳感器探測到的每段活塞杆上的波形都是不同的，實現絕對行程檢測。說明：以內的質數，如果本身為質數，包括本身。

一種實施方式為，n＝3，D1＝39，D2＝41，D3＝43，環槽中心間距單位為mm，長度L＝120mm，活塞杆用於檢測的長度H≤39×41×43＝68757，H的單位為mm。

所有環槽的槽寬均相等，槽寬d為2mm～4mm。

另一種實施方式為，n＝3，D1＝17，D2＝19，D3＝21，環槽中心間距單位為mm，長度L＝120mm，活塞杆用於檢測的長度H≤17×19×21＝6783，H的單位為mm。

所有環槽的槽寬均相等，槽寬d為2mm～4mm。

所述的活塞杆上用於檢測的檢測段包括導磁性基體和覆蓋基體表面的非磁性材料，所述檢測段通過傳感器檢測，所述傳感器為主動磁性探測式。由於活塞杆基體具有導磁性，而表面噴塗的陶瓷等非磁性材料，無導磁性。當傳感器通過環槽和活塞杆表面時，產生的氣隙就有大小，氣隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁場的強弱。傳感器通過檢測出磁場的強弱並轉換成電流的強弱，輸出表示活塞杆上環槽分布的波形信號。

所述的傳感器包括多個並排設置的傳感器單元，沿活塞杆軸向的一段活塞杆的長度L為所有傳感器單元並排設置後的探測總寬度。

所述傳感器為隧道磁電阻傳感器。

本發明的有益效果是，本發明的基於活塞杆的絕對行程檢測結構，相同長度L的活塞杆上的環槽分布，可以滿足探測寬度為L或更長的傳感器的探測需求，每段活塞杆相互之間至少具有一個環槽中心間距互不相同，使得每段活塞杆上的環槽分布各不相同，從而傳感器探測到的每段活塞杆上的波形都是不同的，活塞杆行程無論在何處停止，重新上電後即可讀出相應波形所對應的活塞杆位置，從而獲得活塞杆的行程，實現了活塞杆行程的絕對位置檢測，並且不存在累積誤差。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的基於活塞杆的絕對行程檢測結構實施例1的結構示意圖。

圖中1、活塞杆，2、環槽。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

一種基於活塞杆1的絕對行程檢測結構，通過傳感器沿活塞杆軸向檢測，所述活塞杆1上車加工開設有若干環繞活塞杆1周向的環槽2，沿活塞杆1軸向任意相同長度L的一段活塞杆1，每段長度L的活塞杆1中至少具有兩個環槽2，且各段長度L的活塞杆1相互之間至少具有一個環槽中心間距互不相同，所述長度L為傳感器的探測寬度。考慮到加工工藝，相鄰兩個環槽2之間的環槽中心間距≥最小可加工值，並且，過小的槽中心間距將使得環槽2特徵丟失，一般槽中心間距≥1mm。但是，可以允許相鄰兩個或多個環槽2重疊或部分重疊形成一個環槽2。

相同長度L的活塞杆1上的環槽2分布，可以滿足探測寬度為L或更長的傳感器的探測需求，每段活塞杆1相互之間至少具有一個環槽中心間距互不相同，使得每段活塞杆1上的環槽2分布各不相同，從而傳感器探測到的每段活塞杆1上的波形都是不同的，活塞杆1行程無論在何處停止，重新上電後即可讀出相應波形所對應的活塞杆1位置，從而獲得活塞杆1的行程，實現了活塞杆1行程的絕對位置檢測。

活塞杆1上開設有至少兩組環槽組，每組環槽組具有若干個環槽2，同一組環槽組中的環槽2的環槽中心間距相同，各組環槽組的環槽中心間距互不相同，使每段長度L的活塞杆1上，環槽2的數量均不相同；或者環槽2的數量相同，但是各段長度L的活塞杆1相互之間至少有一個環槽中心間距相互不同，環槽中心間距差的最小值≤所有環槽2的槽寬≤環槽中心間距差的最小值的兩倍。環槽組的數量不是越少越好，也並不是越多越好，這與槽中心間距的選擇以及活塞杆1用於檢測的長度H有關。同時，對於絕對行程檢測而言，各組環槽組的車加工起點可以相同，也可以不同。各組環槽組的車槽起點不同時，仍然滿足每段活塞杆1上的環槽2的分布各不相同，從而傳感器探測到的每段活塞杆1上的波形都是不同的。但是，對於車加工而言，各組環槽組選取同一車加工起點，加工比較方便，容易實現。

同一組環槽組中的環槽2的槽寬相等，進一步地，還可以將所有環槽2的槽寬均做成相等的。環槽2的槽寬沒有具體限制，但是，過小的槽中心間距將使得環槽特徵丟失，並且也無法實現車加工，因此，針對車加工，槽中心間距選擇≥1mm。每組環槽組中為相同槽中心間距，以及相同槽寬的環槽2，可以便於車加工。每組環槽組中為相同槽中心間距，以及相同槽寬的環槽2，並且所有環槽組中的槽寬均相同，在車加工環槽2時，可以不換刀實現各組環槽組的加工。

為了能夠便於車加工上述環槽2，具體的實現方案為：

活塞杆1上開設有n組環槽組，各組環槽組的環槽中心間距分別為D1、D2……Dn，單位均為mm；其中，D1、D2……Dn為正整數，且D1、D2……和Dn的最小公倍數M所表示的長度≥活塞杆1用於檢測的長度H，M所表示的長度和H的單位均為mm，D1、D2……和Dn均L的單位為mm。

D1、D2……和Dn為質數或為至少兩個不同質數的最小公倍數，所述質數均不相同且為以內的質數。所述質數均不相同，其中所述的質數包括直接表示槽中心間距的質數，以及由至少兩個不同質數的最小公倍數所表示的槽中心間距中的至少兩個不同的質數。採用質數或質數的最小公倍數作為槽中心間距，可以使得環槽2在活塞杆1上的分布儘可能長地不重複，從而使不同分布的環槽2在活塞杆1上覆蓋最長的區域，滿足傳感器探測到的每段活塞杆1上的波形都是不同的，實現絕對行程檢測。說明：以內的質數，如果本身為質數，包括本身。

按照上述規律，以下列舉幾種具體的實施方式。

實施例1：

n＝3，D1＝39，D2＝41，D3＝43，環槽中心間距單位為mm，長度L＝120mm，活塞杆1用於檢測的長度H≤39×41×43＝68757，H的單位為mm。所有環槽2的槽寬均相等，環槽中心間距差的最小值為2mm，槽寬d為2mm～4mm，本實施例中選擇d＝3mm。活塞杆1用於檢測的長度H一般為從活塞杆1上的第一個環槽2到最後一個環槽2之間的長度。

實施例2：

n＝3，D1＝17，D2＝19，D3＝21，環槽中心間距單位為mm，長度L＝120mm，活塞杆1用於檢測的長度H≤17×19×21＝6783，H的單位為mm。所有環槽2的槽寬均相等，環槽中心間距差的最小值為2mm，槽寬d為2mm～4mm，本實施例中選擇d＝2mm。

實施例3

n＝2，D1＝99，D2＝101，環槽中心間距單位為mm，長度L＝210mm，活塞杆1用於檢測的長度H≤9999mm。

實施例4

n＝4，D1＝77，D2＝79，D3＝83，D4＝87，環槽中心間距單位為mm，長度L＝180mm，活塞杆1用於檢測的長度H≤43925343mm。

所述的活塞杆1上用於檢測的檢測段包括導磁性基體和覆蓋基體表面的非導磁材料，所述檢測段通過傳感器檢測，所述傳感器為主動磁性探測式，具體地，傳感器可以採用為隧道磁電阻傳感器。

由於活塞杆1基體具有導磁性，而表面噴塗的是陶瓷等非磁性材料，無導磁性。當傳感器通過環槽2和活塞杆1表面時，產生的氣隙就有大小，氣隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁場的強弱。傳感器通過檢測出磁場的強弱並轉換成電流的強弱，輸出表示活塞杆1上環槽2分布的波形信號。

所述的傳感器包括多個並排設置的傳感器單元，沿活塞杆1軸向的一段活塞杆1的長度L為所有傳感器單元並排設置後的探測總寬度。實施例1和實施例2中均可採用64位隧道磁電阻傳感器，該傳感器的探測總寬度為120mm。

以採用三組環槽組為例，本發明的絕對行程檢測原理為：

三組環槽組的環槽中心間距分別為D1、D2、D3，根據最小公倍數的原理，三組環槽組的環槽從起點開始將重合於H＝D1×D2×D3處。在這段長度範圍內，每四道環槽具有一個明顯特性：中間兩道環槽在第一道與第四道環槽的間距範圍內所處位置在極限長度範圍內唯一。通過陣列傳感器探測環槽的中心間距判斷兩道環槽在第一道與第四道環槽間距範圍內的位置，就可以得到目前傳感器在全長範圍內所處的絕對位置。對於兩道，四道甚至更多，也存在如此規律。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。