PL217640B1

PL217640B1 - Mechanism for detecting the position of a linear actuator

Info

Publication number: PL217640B1
Application number: PL393919A
Authority: PL
Inventors: Bartłomiej Krysiak; Jarosław Majchrzak
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2014-08-29
Also published as: PL393919A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm detekcji pozycji siłownika liniowego, mający zastosowanie w kontroli pracy różnego typu siłowników liniowych.The subject of the invention is a linear actuator position detection mechanism that is used to control the operation of various types of linear actuators.

W ofercie producentów siłowników i podzespołów do siłowników nie występuje system, który umożliwia realizację funkcji detekcji pozycji trzpienia siłownika dla klasy siłowników liniowych. Niektórzy z producentów wbudowują przetwornik obrotowo-impulsowy w siłownik. Taki przetwornik umożliwia jedynie względny pomiar pozycji trzpienia siłownika. Mechanizm detekcji pozycji będący przedmiotem wynalazku wraz z elementami detekcyjnymi umożliwia osiągnięcie wybranej pozycji jako bezwzględnej, bez potrzeby kalibracji zakresu pracy siłownika.The offer of manufacturers of actuators and components for actuators does not include a system that enables the actuator stem position detection function for the class of linear actuators. Some manufacturers integrate a rotary-pulse converter into the actuator. Such a transducer only allows the relative position of the actuator stem to be measured. The position detection mechanism, which is the subject of the invention, together with the sensing elements, enables the selected position to be achieved as absolute, without the need to calibrate the operating range of the actuator.

Dostępne są również siłowniki z wbudowanymi elementami detekcji pozycji tłoka siłownika, lecz wykorzystywane w nich detektory stanowią integralną część siłownika. W odróżnieniu do tych rozwiązań proponowana przez nas konstrukcja pozwala na elastyczny dobór elementów detekcyjnych.There are also actuators with built-in elements for detecting the position of the actuator piston, but the detectors used in them are an integral part of the actuator. In contrast to these solutions, the design we propose allows for a flexible selection of detection elements.

Istotą wynalazku jest mechanizm detekcji pozycji siłownika liniowego w postaci częściowo cylindrycznego kosza sensorycznego składającego się z tulei i pierścienia mocującego oraz gniazd sensorowych, charakteryzuje się tym, że centrycznie wokół korpusu siłownika i trzpienia siłownika usytuowana jest tuleja zamocowana do trzpienia siłownika za pomocą pierścienia mocującego mająca co najmniej jedno podłużne przelotowe wyżłobienie sensorowe do co najmniej jednego gniazda sensorowego, które jest elementem przesuwnym osadzonym w wyżłobieniu sensorowym i zamocowanym połączeniem śrubowym oraz co najmniej jeden element detekcyjny zamocowany w gnieździe sensorowym, zaś na nieruchomym korpusie siłownika zamocowany jest co najmniej jeden pierścień sensorowy, w taki sposób, że nieruchomy pierścień sensorowy współpracuje z detektorem zamocowanym w gnieździe sensorowym zintegrowanym z tuleją, która zamocowana jest do trzpienia siłownika za pomocą pierścienia mocującego.The essence of the invention is a mechanism for detecting the position of a linear actuator in the form of a partially cylindrical sensory basket consisting of a sleeve and a mounting ring and sensor sockets, characterized by the fact that centrally around the actuator body and the actuator stem is a sleeve attached to the actuator stem by means of a mounting ring having a at least one longitudinal through sensor socket for at least one sensor socket, which is a sliding element embedded in the sensor groove and fixed with a screw connection, and at least one sensing element mounted in the sensor socket, and at least one sensor ring is mounted on the stationary body of the actuator, in in such a way that the stationary sensor ring cooperates with a detector mounted in the sensor socket integrated with the sleeve, which is attached to the actuator stem by means of a clamping ring.

Korzystnym jest, gdy gniazdo sensorowe z elementem detekcyjnym osadzone jest w co najmniej jednym podłużnym przelotowym wyżłobieniu sensorowym.It is advantageous if the sensor socket with the detection element is embedded in at least one longitudinal through-hole sensor groove.

Korzystnym jest także, gdy gniazdo sensorowe z elementem detekcyjnym osadzone jest w co najmniej jednej parze podłużnych przelotowych wyżłobień, wyżłobienia sensorowego i wyżłobienia mocującego.It is also advantageous if the sensor seat with the detection element is embedded in at least one pair of longitudinal through grooves, a sensor groove and a mounting groove.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Thanks to the solution according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:

- możliwość wykorzystania modułowego zestawu sensorycznego do sprzętowej kontroli położenia trzpienia siłownika względem jego nieruchomej części - korpusu,- the possibility of using a modular sensor set for hardware control of the position of the actuator stem in relation to its fixed part - the body,

- uniwersalność konstrukcji pozwala na stosowanie modułowego zestawu sensorycznego dla różnego typu siłowników oraz pozwala na korzystanie z szerokiej gamy elementów detekcyjnych wykorzystywanych w nim,- the versatility of the structure allows the use of a modular sensor set for various types of actuators and allows the use of a wide range of detection elements used in it,

- z uwagi na prostotę jego konstrukcji stanowi on niezawodny element nadzoru pracy siłownika; pozwala on na wczesne wykrycie niebezpiecznych konfiguracji siłownika i tym samym zapobiega jego przeciążeniu lub uszkodzeniu,- due to the simplicity of its structure, it is a reliable element of actuator operation supervision; it enables early detection of dangerous actuator configurations and thus prevents its overload or damage,

- uzyskanie wielu stopni kontroli położenia trzpienia siłownika względem korpusu siłownika, dzięki czemu można wydzielić wiele pozycji kontroli pracy siłownika.- obtaining many degrees of control of the position of the actuator stem in relation to the actuator body, thanks to which it is possible to distinguish many positions of control of the actuator operation.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia widok wynalazku, a fig. 2 oraz 3 przedstawiają zasadę wykrywania pierścienia sensorowego przez aktywną część elementu detekcyjnego.The invention in an exemplary embodiment has been shown in the drawings, where Fig. 1 shows a view of the invention, and Figs. 2 and 3 show the principle of detecting the sensor ring through the active part of the detection element.

Mechanizm detekcji pozycji siłownika liniowego w postaci częściowo cylindrycznego kosza sensorycznego składającego się z tulei i pierścienia mocującego oraz gniazd sensorowych. Centrycznie wokół korpusu siłownika 1 i trzpienia siłownika 6 usytuowana jest tuleja 8 zamocowana do trzpienia siłownika 6 za pomocą pierścienia mocującego 5. Tuleja 8 ma co najmniej jeden podłużny przelotowy fasolowy otwór (wyżłobienie) 9 do co najmniej jednego gniazda sensorowego 2, które jest elementem przesuwnym osadzonym w wyżłobieniu sensorowym 9 i zamocowanym połączeniem śrubowym 7.A mechanism for detecting the position of a linear actuator in the form of a partially cylindrical sensory basket consisting of a sleeve, a mounting ring and sensor sockets. Centrally around the actuator body 1 and the actuator stem 6 there is a sleeve 8 attached to the actuator stem 6 by means of a clamping ring 5. The sleeve 8 has at least one longitudinal bean-shaped hole (groove) 9 for at least one sensor seat 2, which is a sliding element embedded in the sensor groove 9 and fixed with a screw connection 7.

Ponadto ma co najmniej jeden element detekcyjny 3 zamocowany w gnieździe sensorowym 2. Na nieruchomym korpusie siłownika 1 zamocowany jest co najmniej jeden pierścień sensorowy 4, w taki sposób, że nieruchomy pierścień sensorowy 4 współpracuje z detektorem 3 zamocowanym w gnieździe sensorowym 2 zintegrowanym z tuleją 8.Moreover, it has at least one detection element 3 fixed in the sensor socket 2. At least one sensor ring 4 is mounted on the fixed body of the actuator 1 in such a way that the fixed sensor ring 4 cooperates with the detector 3 fixed in the sensor socket 2 integrated with the sleeve 8 .

Do trzpienia siłownika 6 przymocowany jest pierścień mocujący 5 za pomocą śrubowego połączenia zaciskowego. Do niego umocowana jest tuleja 8 stanowiąca konstrukcję nośną dla gniazd senPL 217 640 B1 sorowych 2. Tuteja posiada podłużne przelotowe wyżłobienia 9, w których mocowane są gniazda sensorowe 2 za pomocą połączeń śrubowych 7. Na jedną parę podłużnych przelotowych wyżłobień składa się jedno wyżłobienie sensorowe 9 i jedno wyżłobienie mocujące 10. Gniazda sensorowe 2 mają możliwość przemieszczania się wzdłuż przelotowych wyżłobień 9 tulei 8, gdy połączenia śrubowe gniazd sensorowych 7 nie są zaciśnięte. Pozwala to dopasować położenie gniazd sensorowych 2 do pozycji pierścieni sensorowych 4 oraz do przesunięcia trzpienia siłownika 6. Pozycja gniazd sensorowych 2 względem tulei 8 jest blokowana poprzez dokręcenie połączeń śrubowych 7.The clamping ring 5 is attached to the actuator stem 6 by means of a screw clamp connection. The sleeve 8 is attached to it, which is a support structure for sensor sockets 2. The socket has longitudinal through grooves 9 in which sensor sockets 2 are fastened by means of screw connections 7. One pair of longitudinal through grooves consists of one sensor groove 9 and one mounting groove 10. The sensor seats 2 are able to move along the through grooves 9 of the sleeve 8 when the screw connections of the sensor seats 7 are not tightened. This allows to adjust the position of the sensor sockets 2 to the position of the sensor rings 4 and to the displacement of the actuator pin 6. The position of the sensor sockets 2 in relation to the sleeve 8 is locked by tightening the screw connections 7.

W gniazdach sensorowych 2 znajdują się elementy detekcyjne 3. Taka konstrukcja zapewnia stałe położenie elementu detekcyjnego 3 względem trzpienia siłownika 6. Z uwagi na sposób działania elementów detekcyjnych 3 bardzo istotne jest zachowanie stałej odległości płaszczyzny detekcyjnej sensora 3 względem osi siłownika 1. Do korpusu siłownika 1 zamocowane są pierścienie sensorowe 4. Są one odpowiednio oddalone od elementów detekcyjnych 3, tak by zapewnić rozpoznanie położenia pierścienia sensorowego 4 przez element detekcyjny 3. Z uwagi na bardzo zwartą konstrukcję mechanizmu pierścienie sensorowe 4 mocowane są na cylindrycznym korpusie siłownika 6 bez dodatkowych elementów mocujących. Stanowią one sprężyste opaski zaciskowe. Dzięki wykorzystaniu siły sprężystości pierścienia sensorowego 4 i siły tarcia wywołanej przez naprężony pierścień sensorowy 4 na korpus siłownika 1 zapewnia się stabilną pozycję pierścienia sensorowego 4 względem cylindra korpusu siłownika 1. Położenie pierścienia sensorowego 4 reguluje się poprzez rozprężenie pierścienia sensorowego 4 i manualne przesunięcie wzdłuż cylindrycznego korpusu siłownika 1.There are detection elements 3 in the sensor sockets 2. This design ensures a fixed position of the detection element 3 in relation to the actuator stem 6. Due to the operation of the detection elements 3, it is very important to maintain a constant distance of the sensor 3 detection plane in relation to the axis of the actuator 1. To the actuator body 1 Sensor rings 4 are attached. They are sufficiently spaced from the detection elements 3 so as to ensure that the position of the sensor ring 4 is recognized by the detection element 3. Due to the very compact structure of the mechanism, the sensor rings 4 are mounted on the cylindrical body of the actuator 6 without additional fastening elements. They are elastic clamps. By using the elastic force of the sensor ring 4 and the friction force exerted by the taut sensor ring 4 on the cylinder body 1, a stable position of the sensor ring 4 in relation to the cylinder of the actuator body 1 is ensured. The position of the sensor ring 4 is adjusted by expanding the sensor ring 4 and manually moving it along the cylindrical body actuator 1.

Położenie gniazd sensorowych 2 i pierścieni sensorowych 4 ustala się odpowiednio do potrzeb kontroli położenia trzpienia siłownika 6 względem korpusu siłownika 1. Dobór położeń tych elementów musi zapewnić przecinanie się wiązki aktywnej elementu detekcyjnego 3 z powierzchnią pierścieni sensorowych 4. Wówczas, gdy wiązka aktywna danego elementu detekcyjnego 3 wykryje obecność pierścienia sensorowego 4, to element detekcyjny 3 przekaże informację o tym fakcie za pomocą elektrycznego stanu logicznego.The position of the sensor seats 2 and the sensor rings 4 is determined according to the needs of controlling the position of the actuator pin 6 in relation to the actuator body 1. The selection of the positions of these elements must ensure the intersection of the active beam of the detection element 3 with the surface of the sensor rings 4. When the active beam of a given detection element 3 detects the presence of the sensor ring 4, the detection element 3 communicates this by means of an electric logic state.

W przypadku, gdy układ ma być wykorzystywany do wykrywania krańcowych położeń trzpienia siłownika 6 względem jego korpusu 1, to pozycję gniazd sensorowych 2 i pozycję pierścieni sensorowych 4 ustala się w taki sposób, by elementy detekcyjne 3 przekazywały informację o wykryciu pierścienia sensorowego 4 tuż przed osiągnięciem pozycji krańcowej przez trzpień siłownika 6. Na fig. 2 i 3 zaprezentowano zasadę wykrywania pierścienia sensorowego 4 przez element detekcyjny 3. W przypadku zaprezentowanym na fig. 2 elementem detekcyjnym jest czujnik indukcyjny, który wykrywa pierścień sensorowy 4 za pomocą zmiany pola magnetycznego wywołanej przez zbliżenie pierścienia sensorowego 4 do czujnika. Na fig. 3 elementem detekcyjnym jest przełącznik elektro-mechaniczny, który wykrywa położenie pierścienia sensorowego 4 za pomocą zmiany położenia dźwigni elementu detekcyjnego wywołanej przez kolizję pierścienia sensorowego 4 i dźwigni.In the event that the system is to be used to detect the extreme positions of the actuator pin 6 in relation to its body 1, the position of the sensor seats 2 and the position of the sensor rings 4 are determined in such a way that the detection elements 3 inform about the detection of the sensor ring 4 just before reaching end position by the actuator pin 6. Figs. 2 and 3 show the principle of detecting the sensor ring 4 by the detection element 3. In the case shown in Fig. 2, the detector element is an inductive sensor which detects the sensor ring 4 by means of a change in the magnetic field caused by the proximity sensor ring 4 for the sensor. In Fig. 3 the detection element is an electro-mechanical switch which detects the position of the sensor ring 4 by means of a change in the position of the lever of the detection element caused by the collision of the sensor ring 4 and the lever.

Mechanizm detekcji pozycji siłownika wraz z elementami detekcyjnymi bardzo dobrze nadaje się do wykrywania krańcowych położeń trzpienia siłownika. Większość siłowników dostępnych na rynku nie posiada wbudowanych elementów kontroli położenia trzpienia siłownika - kontrola taka wymaga ich dozbrojenia. Dlatego pracują one zwykle w trybie dwupołożeniowym, tzn. że posiadają dwie pozycje spoczynkowe: maksymalne wysunięcie lub maksymalne złożenie. Wykrywanie krańcowych położeń trzpienia siłownika ma szczególne znaczenie w układach, gdzie przekroczenie dopuszczalnych położeń trzpienia siłownika może spowodować przeciążenie i uszkodzenie siłownika lub uszkodzenie sieci rozprowadzającej medium zasilające siłownik. Aby temu zapobiec stosuje się elektroniczne systemy zasilająco-zabezpieczające lub element będący przedmiotem wynalazku.The actuator position detection mechanism along with the sensing elements is very well suited for detecting the end positions of the actuator stem. Most of the actuators available on the market do not have built-in control elements for the position of the actuator stem - such control requires additional equipment. Therefore, they usually work in two-position mode, i.e. they have two rest positions: maximum extension or maximum folding. Detection of the end positions of the actuator stem is of particular importance in systems where exceeding the permissible actuator stem positions may cause overload and damage to the actuator or damage to the network distributing the medium supplying the actuator. To prevent this, electronic power supply and protection systems or the element being the subject of the invention are used.

Kolejnym zastosowaniem modułowego układu sensorycznego jest sprzętowa kontrola poprawności sterowania siłownikiem. Na przykład, jeśli praca siłownika jest kontrolowana przez elektroniczny układ programowalny, to w przypadku awarii tego układu sterującego modułowy układ sensoryczny będzie dostarczał informacji o konieczności awaryjnego wyłączenia pracy siłownika z uwagi na przekroczenie ustalonych za pomocą mechanizmu detekcji dopuszczalnych położeń trzpienia siłownika względem korpusu siłownika.Another application of the modular sensor system is the hardware control of the actuator control. For example, if the operation of the actuator is controlled by a programmable electronic system, then in the event of a failure of this control system, the modular sensor system will provide information about the necessity of emergency shutdown of the actuator operation due to exceeding the permissible positions of the actuator stem relative to the actuator body determined by the detection mechanism.

Z uwagi na możliwość stosowania wielu stopni wykrywania położenia trzpienia siłownika układ elementów detekcyjnych może również być wykorzystywany do wielostopniowej, skokowej regulacji przesuwu trzpienia siłownika. Wówczas sygnał z elementów detekcyjnych będzie wykorzystywany jako sprzężenie zwrotne od pozycji trzpienia siłownika w procesie regulacji położenia trzpienia siłownika względem korpusu siłownika.Due to the possibility of using multiple stages of detecting the position of the actuator stem, the system of sensing elements can also be used for multi-stage, step-by-step adjustment of the actuator stem travel. Then, the signal from the detection elements will be used as a feedback from the position of the actuator stem in the process of adjusting the position of the actuator stem in relation to the actuator body.

PL 217 640 B1PL 217 640 B1

Wymienione możliwości zastosowania siłownika poszerzają zakres wykorzystania szerokiej klasy siłowników, zwiększają bezpieczeństwo ich pracy oraz stanowią istotne funkcjonalnie uzupełnienie obszaru zastosowań siłowników.The aforementioned possibilities of using the actuator extend the scope of use of a wide class of actuators, increase the safety of their operation and constitute a functionally significant supplement to the field of actuator applications.

Claims

1. The mechanism for detecting the position of a linear actuator in the form of a partially cylindrical sensory basket consisting of a sleeve, a mounting ring and sensor sockets, characterized in that the sleeve (8) attached to the stem is centered around the actuator body (1) and the actuator stem (6). of the actuator (6) with a mounting ring (5) having at least one longitudinal through sensor groove (9) for at least one sensor socket (2), which is a sliding element embedded in the sensor groove (9) and fixed with a screw connection (7) and at least one sensing element (3) mounted in the sensor socket (2), and at least one sensor ring (4) is mounted on the fixed body of the actuator (1), such that the fixed sensor ring (4) cooperates with the detector (3) mounted in the sensor socket (2) integrated with the sleeve (8), which is attached to the actuator stem (6) by means of rings fastener (5).

2. The detection mechanism according to claim 1 Device according to claim 1, characterized in that the sensor seat (2) with the detection element (3) is seated in at least one longitudinal sensor groove (9).

3. The detection mechanism according to claim 1, Device according to claim 1, characterized in that the sensor seat (2) with the detection element (3) is embedded in at least one pair of longitudinal through grooves, a sensor groove (9) and a mounting groove (10).