[发明专利]磁编码器标尺

说明书

技术领域

本发明涉及磁编码器标尺，具体地说，涉及一种形成活塞杆的方法，这些活塞杆具有一系列磁性标尺标记，这些标记允许测量活塞杆在其壳体内的纵向位置。

背景技术

液压和气动缸是已知的，并且被广泛用在多种重型机械用途中。典型的液压缸包括壳体和活塞杆，该壳体限定加压缸，该活塞杆在该壳体内是可滑动的。提供在活塞杆与在壳体中的孔径之间的流体密封，以防止加压液压流体的泄漏，活塞杆穿过该孔径延伸。对于活塞杆表面的任何损坏可损害流体密封，并因而导致液压流体的泄漏。

在多种用途中，希望的是，将测量系统结合到液压缸中，该测量系统允许测量活塞杆相对于壳体的位置。任何这样的测量系统必须是高度可靠的，因为常常要求在苛刻和不干净的环境下操作，在该环境下，它经受比较高机械力和震动。因而以前已经提出包括磁编码器的液压缸，在这些液压缸中，附加到缸壳体上的磁性传感器读取沿活塞杆形成的磁性标尺图案。已知液压缸的例子在US2004/155800、GB2096421及US2007/0214952中描述。

US2004/155800描述了一种液压缸，在该液压缸中，多个霍尔传感器元件扫描活塞杆，该活塞杆包括嵌入的无源的磁性标尺。活塞杆包括钢心，该钢心具有形成在其中的一系列圆周凹槽。保护性外部陶瓷涂层提供在活塞杆上以填充凹槽。陶瓷涂层被磨削和抛光，以提供光滑的外部杆表面，该外部杆表面提供与液压缸的壳体的必要流体密封。

GB2096421描述了一种液压缸或压头，该液压缸或压头包括活塞杆，该活塞杆沿其长度具有多个并排编码轨迹。轨迹编码二进制图案，该二进制图案允许建立活塞杆相对于壳体的绝对位置。在一个实施例中，通过光刻钢杆的表面的部分以形成所需的标尺图案，而形成无源磁性标尺。铬层然后涂敷在钢杆上，并且应用表面磨削过程磨去铬的波状起伏，以提供所需的光滑表面光洁度。

US2007/0214952描述了一种活塞杆的形成，该活塞杆具有外部铬涂层。具体地说，US2007/0214952描述了将正弦变化表面轮廓磨削到铁磁性杆的表面中。将非磁性材料层沉积到钢杆的表面上，并且应用表面磨削过程来提供光滑外部铬涂层。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用来制造编码器标尺的方法包括如下步骤：

(a)提供掩模，该掩模在编码器标尺部件上限定所需的凹槽图案，该编码器标尺部件由第一材料形成，

(b)穿过掩模，从编码器标尺部件蚀刻材料，以在编码器标尺部件的外表面中形成多个凹槽，

(c)将第二材料沉积到编码器标尺部件上，以大体填充凹槽，第二材料具有与第一材料不同的导磁率，

(d)使用机加工过程除去任何过多的第二材料，并由此提供具有大体光滑外表面的编码器标尺部件，以及

(e)用金属涂敷编码器标尺部件的外表面。

本发明因而提供一种用来制造编码器标尺(如活塞杆)的改进方法，在该编码器标尺中，嵌入无源磁性标尺轨迹。所述方法包括使用掩模限定凹槽图案，该掩模形成在(坯料)编码器标尺部件上，该凹槽图案然后被蚀刻到编码器标尺部件中。编码器标尺部件包括第一(例如，磁性)材料，并且其中形成的凹槽填充有第二(例如，非磁性)材料，因而提供具有不同磁性质区域的编码器标尺部件。所述第二材料被机加工(例如，磨削或拉削至坯料编码器标尺部件表面的水平)，以在外部金属层的沉积之前提供光滑表面。

在步骤(e)中提供的外部金属层优选地是硬的和非磁性的。便利地，金属包括铬或类似金属，该金属显著地比在US2004/155800中描述的类型的陶瓷层更坚固和耐损坏，这些陶瓷层在使用中可能碎裂或破裂。如果本发明用来形成活塞杆形式的编码器标尺，则外部金属表面的增加坚固性具有如下优点：在使用期间，大大地降低在活塞杆与相关缸壳体之间的流体密封失效的危险。

尽管硬金属(如铬等)作为要在苛刻环境下工作的活塞杆上的外部保护涂层是理想的，但铬的硬度也意味着加工这样的材料是困难和昂贵的。也可能有与沉积厚度和均匀铬层相关的实际困难。本发明的方法通过使用第二材料填充凹槽而克服了这些问题，该第二材料优选地比铬更软并且/或者更容易加工。加工(例如，磨削)这种第二材料，以提供光滑表面，金属(例如，铬)层(一个或多个)可容易地沉积到该光滑表面上。本发明因而具有优于在GB2096421中所描述类型的过程的如下优点：不要求磨削铬层的步骤，也不必沉积铬层，该铬层足够厚以填充杆中的凹槽，并且还在杆被磨削光滑之后提供适当厚的保护层。