ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2004 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, индикаторный и измерительный диски с излучателями и фотоприемниками, держатели для излучателей, фотоприемников и индикаторного диска, см. Преснухин Л.Н. “Фотоэлектрические преобразователи информации”. М.: Машиностроение, 1974. Рис.152. С 303. Держатели излучателей и фотоприемников связаны друг с другом посредством микрометренных винтов, резьбовая часть которых сопряжена с держателем фотоприемников, а стержневая часть по плотной посадке сопряжена с держателем излучателей, при этом индикаторный диск установлен в держателе.

У этого преобразователя резьба на микрометренных винтах не обеспечивает плотного сопряжения деталей в радиальном направлении, это снижает жесткость элементов, а выполнение пригоночных операций приводит к усложнению эксплуатации, кроме того, необходимость наличия в преобразователе держателя индикаторного диска усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты и массу.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, направляющие цилиндры, размещенные в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков (снабженные метками) с излучателями и фотоприемниками, держатели (снабженные метками) для излучателей, фотоприемников и индикаторного диска с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющими цилиндрами и метками, см. заявку на изобретение № 2002106588/09 (006886) от 07.03.2002 (решение о выдаче патента на изобретение РФ от 21.03.2003).

У этого преобразователя для сочленения информационных меток индикаторного и измерительного дисков необходима регулировка индикаторного диска за счет зазора между измерительным диском и держателем, это увеличивает массу устройства, кроме того, необходимость наличия в устройстве держателя для индикаторного диска не обеспечивает жесткости конструкции преобразователя, уменьшает устойчивость деталей к внешним воздействиям (при ударных воздействиях), это ухудшает эксплуатационные возможности.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, направляющие цилиндры, размещенные в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатели для излучателей, фотоприемников и индикаторного диска с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющими цилиндрами, см. заявку на изобретение № 2002106589/09 (006887) от 07.03.2002 (решение о выдаче патента РФ от 21.03.2003).

В этом фотоэлектрическом преобразователе корпус с держателями излучателей, фотоприемников и индикаторного диска связан посредством направляющих цилиндров, а для обеспечения точного сочленения информационных структур индикаторного и измерительного дисков необходим регулировочный механизм для юстировки индикаторного диска, и отсутствие его в конструкции снижает эксплуатационные возможности преобразователя, кроме того, необходимость наличия в устройстве держателя для индикаторного диска не обеспечивает жесткости конструкции преобразователя, уменьшает устойчивость деталей к внешним воздействиям (при ударных воздействиях), это ухудшает эксплуатационные возможности.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, направляющий цилиндр, размещенный в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатель для индикаторного диска, держатели для излучателей и фотоприемников с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющим цилиндром, см. Преобразователь первичный ППФЭ-14, ДЖГ 2.787.002 ТО, 1981, с.13.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Однако оно обладает недостатками.

В фотоэлектрическом преобразователе прототипа связь корпуса и держателя обуславливает низкую жесткость конструкции и сложность сочленения излучателей, фотоприемников и информационных структур индикаторного диска в угловых направлениях относительно оси устройства и относительно оси направляющего цилиндра из-за наличия люфтов в винтовых соединениях, это усложняет сочленение индикаторных каналов, снижает точность устройства.

В основу настоящего изобретения положено решение технической задачи упрощения конструкции, увеличения жесткости элементов и повышения эксплуатационных возможностей преобразователя.

Согласно изобретению (по варианту 1) эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, направляющий цилиндр, размещенный в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатель для индикаторного диска, держатели для излучателей и фотоприемников с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющим цилиндром; индикаторный диск совмещен с его держателем и на диске выполнены базовые отверстия, сопряженные с направляющим цилиндром и с дополнительно выполненным направляющим цилиндром, кроме того, между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников, соответственно, установлены дистанционные кольца.

Согласно изобретению (по варианту 2) эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, направляющий цилиндр, размещенный в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатель для индикаторного диска, держатели для излучателей и фотоприемников с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющим цилиндром; индикаторный диск совмещен с его держателем и на диске выполнены базовые отверстия, сопряженные с направляющим цилиндром и с дополнительно выполненным направляющим цилиндром, и в направляющих цилиндрах размещены во взаимно перпендикулярных направлениях регулировочные винты, расположенные в плоскости индикаторного диска и взаимодействующие с его базовыми отверстиями, при этом базовые отверстия в диске выполнены с зазором по отношению к направляющим цилиндрам, и зазор между соответствующим базовым отверстием и направляющим цилиндром заполнен упругим материалом, кроме того, между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников, соответственно, установлены дистанционные кольца.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

В предложенном техническом решении (по варианту 1) совмещение индикаторного диска с его держателем, выполнение в индикаторном диске базовых отверстий, сопряжение их с направляющим цилиндром и с дополнительно выполненным направляющим цилиндром, установка дистанционных колец между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников - позволяет обеспечить максимальную жесткость конструкции при изменении пространственного положения деталей в условиях изменения температуры окружающей среды, это исключает потерю точности устройства при эксплуатации.

В дополнение (по варианту 2), размещение во взаимно перпендикулярных направлениях регулировочных винтов в направляющих цилиндрах, расположение винтов в плоскости индикаторного диска, взаимодействие их с соответствующими базовыми отверстиями индикаторного диска, выполнение базового отверстия диска с зазором по отношению к направляющим цилиндрам, заполнение зазоров упругим материалом - позволяет обеспечить перемещение индикаторного диска относительно измерительного, держателей излучателей и фотоприемников в направлениях перпендикулярных, оси устройства, исключить люфты при юстировочных операциях, это повышает точность, уменьшает размеры и улучшает эксплуатационные возможности преобразователя.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены

Фиг.1 - фотоэлектрический преобразователь угла (разрез). Вариант 1.

Фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Вариант 1.

Фиг.3 - фотоэлектрический преобразователь угла (разрез). Вариант 2.

Фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3. Вариант 2.

Фиг.5 - узел В на фиг.4. Вариант 2.

Фотоэлектрический преобразователь угла (вариант 1) содержит: корпус 1, кодируемый вал 2, подшипники 3, измерительный диск 4, индикаторный диск 5, держатель 6, излучатели 7, держатель 8, фотоприемники 9, дистанционное кольцо 10 (между 5 и 8), дистанционное кольцо 11 (между 5 и 6), направляющий цилиндр 12, дополнительный направляющий цилиндр 17, информационные структуры 13 (на диске 5).

Фотоэлектрический преобразователь угла (по варианту 1) содержит корпус 1, в котором размещены диаметрально противоположно друг другу направляющие цилиндры 12 и 17; кодированный вал 2, установленный в подшипниках 3; растровое сопряжение, состоящее из индикаторного 5 и измерительного дисков 4 с излучателями 7 и фотоприемниками 9, образующие оптические информационные каналы; держатели 6 и 8 для излучателей 7 и фотоприемников 9 с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющими цилиндрами 12 и 17.

Индикаторный диск 5 совмещен с его держателем. На диске 5 выполнены базовые отверстия, которые сопряжены с направляющими цилиндрами 12 и 17.

Между диском 5 и держателем 8 фотоприемников 9 установлено дистанционное кольцо 10, а между диском 5 и держателем 6 излучателей 7 - кольцо 11.

На индикаторном диске 5 имеются информационные структуры 13.

Фотоэлектрический преобразователь угла (по варианту 1) работает следующим образом.

Угловое перемещение кодированного вала 2 от привода (не показан) приводит к повороту измерительного диска 4 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателей 7, пройдя через измерительный диск 4 и индикаторный диск 5, поступает на фотоприемники 9, не перекрытые диском 4. Таким образом, каждому углу поворота кодируемого вала 2 с измерительным диском 4 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемников 9, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя, являющихся выражением данного угла поворота. Базовые отверстия индикаторного диска 5 сопряжены с соответствующими направляющими цилиндрами 12 и 17 без зазора и без промежуточных соединений.

Фотоэлектрический преобразователь угла (вариант 2) содержит: корпус 1, кодируемый вал 2, подшипники 3, измерительный диск 4, индикаторный диск 5, держатель 6, излучатели 7, держатель 8, фотоприемники 9, дистанционное кольцо 10 (между 5 и 8), дистанционное кольцо 11 (между 5 и 6), направляющие цилиндры 12, информационные структуры 13 (на диске 5), зазор 14, регулировочные винты 15, упругий материал 16, дополнительный направляющий цилиндр 17.

Фотоэлектрический преобразователь угла (по варианту 2) содержит корпус 1, в котором размещены диаметрально противоположно друг другу направляющие цилиндры 12 и 17; кодированный вал 2, установленный в подшипниках 3; растровое сопряжение, состоящее из индикаторного 5 и измерительного дисков 4 с излучателями 7 и фотоприемниками 9, образующие оптические информационные каналы; держатели 6 и 8 для излучателей 7 и фотоприемников 9 с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющими цилиндрами 12 и 17.

Индикаторный диск 5 совмещен с его держателем. На диске 5 выполнены базовые отверстия, которые сопряжены с направляющими цилиндрами 12 и 17.

В направляющих цилиндрах 12 и 17 размещены во взаимно перпендикулярных направлениях регулировочные винты 15, которые расположены в плоскости индикаторного диска 5 и взаимодействуют с его базовыми отверстиями. Базовые отверстия в диске 5 выполнены с зазором 14 по отношению к направляющим цилиндрам 12 и 17. Зазор 14 между соответствующим базовым отверстием в диске 5 и соответствующим направляющим цилиндром 12 и 17 заполнен упругим материалом 16.

Между диском 5 и держателем 8 фотоприемников 9 установлено дистанционное кольцо 10, а между диском 5 и держателем 6 излучателей 7 - кольцо 11.

На индикаторном диске 5 имеются информационные структуры 13.

Фотоэлектрический преобразователь угла (по варианту 2) работает следующим образом.

Угловое перемещение кодированного вала 2 от привода (не показан) приводит к повороту измерительного диска 4 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателей 7, пройдя через измерительный диск 4 и индикаторный диск 5, поступает на фотоприемники 9, не перекрытые диском 4. Таким образом, каждому углу поворота кодируемого вала 2 с измерительным диском 4 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемников 9, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя, являющихся выражением данного угла поворота. Вращением регулировочных винтов 15 обеспечивается перемещение индикаторного диска 5 относительно измерительного 4, держателей 6 и 8 излучателей 7 и фотоприемников 9 в направлениях, перпендикулярных оси устройства, а упругий материал 16 обеспечивает силовое замыкание между регулировочными винтами 15 и индикаторным диском 5.

Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла изготовлен промышленным способом в цехе завода “Измерен”, а проведенные испытания подтверждают его соответствие критерию “промышленная применимость”.

Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла позволяет упростить конструкцию и повысить эксплуатационные возможности преобразователя т.к.:

- совмещение индикаторного диска с его держателем упрощает конструкцию, исключает развороты и смещения индикаторного диска с информационными каналами относительно корпуса при воздействии на конструкцию внешних воздействующих факторов, например, вибрационных, ударных, температурных;

- выполнение в индикаторном диске базовых отверстий и сопряжение их с направляющими цилиндрами повышает эксплуатационные возможности преобразователя;

- установка дистанционных колец между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников увеличивает жесткость деталей;

- размещение в направляющих цилиндрах регулировочных винтов обеспечивает высокую точность устройства и расширение эксплуатационных возможностей, например, при необходимости перемещения индикаторного диска;

- наличие упругого материала в зазоре исключает люфты при проведении юстировочных операций;

- размещение регулировочных винтов в плоскости индикаторного диска минимизирует размеры преобразователя и обеспечивает возможность использования его в малогабаритных измерительных системах.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины. Технический результат – упрощение конструкции, увеличение жесткости элементов и повышение эксплуатационных возможностей преобразователя. Изобретение представлено в двух вариантах. Технический результат достигается за счет совмещения индикаторного диска с его держателем, что упрощает конструкцию, исключает развороты и смещения индикаторного диска с информационными каналами относительно корпуса при воздействии на конструкцию внешних воздействующих факторов, например, вибрационных, ударных, температурных; выполнения в индикаторном диске базовых отверстий и сопряжения их с направляющими цилиндрами, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя; установки дистанционных колец между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников, что увеличивает жесткость деталей; размещения в направляющих цилиндрах регулировочных винтов, что обеспечивает высокую точность устройства и расширение эксплуатационных возможностей, например, при необходимости перемещения индикаторного диска; наличия упругого материала в зазоре, что исключает люфты при проведении юстировочных операций; размещения регулировочных винтов в плоскости индикаторного диска, что минимизирует размеры преобразователя и обеспечивает возможность использования его в малогабаритных измерительных системах. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, направляющий цилиндр, размещенный в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатель для индикаторного диска, держатели для излучателей и фотоприемников с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющим цилиндром, отличающийся тем, что индикаторный диск совмещен с его держателем и на диске выполнены базовые отверстия, сопряженные с направляющим цилиндром и с дополнительно выполненным направляющим цилиндром, кроме того, между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников соответственно установлены дистанционные кольца.2. Фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, направляющий цилиндр, размещенный в корпусе, кодируемый вал, установленный в подшипниках, растровое сопряжение, состоящее из индикаторного и измерительного дисков с излучателями и фотоприемниками, держатель для индикаторного диска, держатели для излучателей и фотоприемников с базовыми отверстиями, сопряженными с направляющим цилиндром, отличающийся тем, что индикаторный диск совмещен с его держателем и на диске выполнены базовые отверстия, сопряженные с направляющим цилиндром и с дополнительно выполненным направляющим цилиндром, и в направляющих цилиндрах размещены во взаимно перпендикулярных направлениях регулировочные винты, расположенные в плоскости индикаторного диска и взаимодействующие с его базовыми отверстиями, при этом базовые отверстия в диске выполнены с зазором по отношению к направляющим цилиндрам и зазор между соответствующим базовым отверстием и направляющим цилиндром заполнен упругим материалом, кроме того, между индикаторным диском и держателями излучателей и фотоприемников соответственно установлены дистанционные кольца.