Фотоэлектрический растровый интерполятор Советский патент 1984 года по МПК G08C9/06 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при разработке растровых стеклянных линейных и угловых преобразователей перемещений для станков с программным управлением и координатно-измерительных машин ,

Известен фотоэлектрический растровый интерполятор,содержащий осветитель, оптически соединенный через измерительгую и индикаторную решетки с фотоприемником, выход фотоприемника соединен с блоком преобразования сигнала, выход которого соединен с шаговым распределителем, выход шагового распределителя соединен с выводом обмотки отсчетного электромагнитного сканирувяцего прео разователя 1,

Недостатками известного интерполятора являются его сложность и ограниченные возможности в динамике, Наиболее близким к предлагаемому является фотоэлектрический растровый интерполятор содержащий Осветитель, оптически соединенный через последовательно расположенные индикаторную и измерительный риаетки с фотоприемниками, выходы которых соединены с входами усилителей, выходы усилителей через дифференцирующие цепочки, элементы И, ИЛИ соединены со съемником 2,

Недостатком известного интерполятора является низкая точность, обусловленная нестабильностью параметров осветителя, фотоприемников и колебаниями напряжения питания.

Цель изобретения - повышение точности интерполятора.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический растровый, интерполятор, содержащий осветитель, оптически соединенный через измерительную и индикаторную решетки с фотоприемниками, выходы которых соединены с входами усилителей, введены ключи, преобразователи напряжение.- частота, оперативные запоминающие .устройства, вычислитель, ждущие мультивибраторы, триггеры, элементы НЕ, формирователь импульсов и генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь импульсов соединен с первым входом первого триггера, первый выход кото-, рого через первый элемент НЕ соединен с первым входом вычислителя, выход которого через первый ждущий мультивибратор соединен с входом второго триггера и первыми входами первого и второго оперативных запоминающих устройств и первого и второго ключей, В1ЛХОДЫ первого и второго ключей соединены с вторыми входами соответственно первого и второго

оперативных запоминающих устройств, выходы которых соединены с вторым и третьим входами вычислителя, выход первого триггера соединен с первыми входамь; третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с четвертым и пятым входами вычислителя соответственно, выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого ключа, входами второго и третьего элементов НЕ и входом второго ждущего мультивибратора, пер- . вый выход которого- соединен с шестым входом вычислителя, а второй выход - с третьим входом первого оперативного запоминакяцего устройства, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом третьего ключа, выход третьего элемента НЕ соединен с входом третьего ждущего мультивибратора, первый выход которого соединен с седьмым входом вычислителя, а второй - с третьим входом второго оперативного запоминающего устройства, выходы усилителей соединены с входами первого и второго преобразователей напряжение - частота, первые выходы которых соединены с третьими входами третьего и четвертого ключей соответственно, вторые выходы первого и второго преобразователей соединены с вторыми входами первого и второго ключей соответственшэ, а индикаторная решетка расположена между измерительной решеткой и фотоприемниками.

На фиг. 1 представлена структурная схема фотоэлектрического растрового интерполятора; на фиг. 2 световая характеристика решетки фотоприемника.

Предлагаемый интерполятор содержит осветитель 1, измерительную решетку 2, индикаторную решетку 3, фотоприемники 4 и 5, усилители 6 и 7, преобразователи 8 и 9 напряжение частота, генератор 10 тактовых импульсов, формирователь 11 импульсов, триггер 12, элемент НЕ 13, ключи 14 и 15, элемент НЕ 16, ключи 17 и 18, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 19 и 20, ждущий мультивибратор 21, элемент НЕ 22, триггер 23, ждущие мультивибратора 24 и 25, вычислитель 26 и индикатор 27.

Индикаторная решеткасодержит две щели, одна из которых смещена на половину шага измерительной решетки относительно ее просвета.

Вычислитель 26 может быть выполнен на основе микро-ЭВМ,.специализированной только для вычисления текущей абсциссы растра измерительной решетки 2.

На оси абсцисс (фиг. 2а) отложены фотопоток F и ширина растра измерительной решетки, а на оси ординат отложены ток фотоприемника 4 или 5. На фиг. 2 обозначены: ширина растра (известна, как параметр решетки); - текущая абсцисса растра; 41 максимальные точки при полностью открытом растр ток при текущей абсциссе Известно, что оа ас ас оъ ае ас Qj,- u/iuoa ob-. Приравнивая выражение (1) жению (2) , получаем ае ас ы ьТ (3) получаем Из выражения (1) и ае ас оа 1С ( т Из уравнения (5) следует, что при изменении наклона прямой световой характеристики фотоприемников 4 и 5 не меняется величина абсциссы растра. Наклон прямой может меняться от стирания параметров осветителя, фотоприемников 4 и 5, от измене ния их напряжения питания, от изменения прозрачности растра, изменения расстояния между измерительной и индикаторными щетками 2 и 5 и др Вычислитель 26 вычисляет значение текущей абсциссы растра по формулам°Ч-ет) ,(..ъД. (Т) V Jrri Jm I Фотоэлектрический растровый инте полятор работает следующим образом. От осветителя 1 свет через изме.рительную 2 и индикаторную 3 решетки поступает на фотоприемники 4 и 5 в которых вырабатываются токи, соот ветствующие перемещению измерительной решетки 2 относительно индикато ной решетки 3. Эти токи посредством усилителей 6 и 7 и преобразователей 8 и 9 напряжения - частота преобраз вываются в частоту. Поэтому формула (7) приобретает вид К . l -r-lb - V « , V Nfti I V fim/ (2) к выр U) Допустим, что первоначально работаем с фотоприемником 5 и в исходном положении в ОЗУГО записана величина D(,,- Nfn ключ 17 открыт. Измерительная решетка 2 двигается по направлению, указанному стрелкой. Генератор 10 тактовых импульсов через формирователь 11 закрывает и открывает ключ 17. При открытом ключе 17 в последовательном кодезаписываются импульсы из преобразователя 9 напряжение - частота в буферную память вычислителя. Когда триггер 12 выключается, запись прекращается. Допустим, что записали N , импульсов . При ключенном триггере 12 от элемента НЕ 13 в вычислитель 26 поступает управляющий сигнал, под воздействием которого вычислитель 26, имея в памяти информацию - числа М и NX, по формуле (8) определяет текущую абсциссу by. Результаты вычисления поступают в индикатор 27, например, дисплей или в цифровой индикатор. Таким образом, за каждую половину перио;1а сигнала генератора 10 тактовых импульсов выполняются вычисления по формуле (8), т.е. определяется текущая абсцисса Ь. Когда растры измерительной 2 и индикаторной 3 решеток перекрываются и свет на фотоприемник 5 не попадает, тогда Ьх и вычислитель 26 вырабатывает управляющий сигнал, под воздействием которого запускается ждущий мультивибратор 25. Длительность выходного сигнала последнего должна быть равна половине периода генератора 10 тактовых импульсов. По сигналу ждущего мультивибратора 25 включается триггер 23. В исходном положении ключ 15 был закрыт, а ключ 17 был открыт. При включении триггера 23 ключ 15 открывается, а ключ 17 закрывается . Под управляющим сигналом ждущего мультивибратора 25 открывается на длительность половины периоа генератора 10 тактовых импульсов ключ 14, вследствие этого в ОЗУ 19 записывается код тока 3 М , так как на фотоприемник 4 падает максиальный световой поток. Одновременно открывается ключ 18, о записать информацию в ОЗУ 20 неозможно, так как на фотоприемник 5 е падает свет. При включении триггера 23 запусается ждущий мультивибратор 24. од воздействием его сигнала стиратся запись в ОЗУ 20 и в буферной амяти вычислителя 26. При дальнейшем движении измериельной решетки 2 работает фотопримник 4 и вычисление текущей абсцисы Ь х производится аналогично. огда при .вычислении достигается Ьх Ъгг1, производится переключение на другой фoтoпpиe G ик 5. При движении измерительной решет ки 2 абсцисса растра линейно увеличивается (фиг, 2), а световой поток по линейному закону уменьшается, по этому текущая абсцисса растра вычис ляется по уравнению (8) Получаем, что Dnib), Ъ ,-Ъ„.Ъ(1-.. Интерполятор позволяет интерполировать широкие растры порядка миллиметра и более. Пределы интерполяции может ограничить только нелинейность световой характеристики. в случав использования данного интерполятора отпадает необходимость изготовления линеек с микронными растрами. Известные интерполяторы позволяют интерполировать в строго ограниченное число течек, порядка в несколько десятков, а предлагаегиый - непрерывно по всей ширине растра, чем и опре деляется технико-экономический эффект при его использовании.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ PACTPOffilP ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий осветитель, оптически соединенный через измерительную и индикаторную решетки с фотоприемниками, выходы которых соеди иены с входами усилителей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности интерполятора, в него введены ключи, преобразователи напряжение - частота, оперативные запоьлкнакщкв устройства, вычислитель, ждущие мультивибраторы, триггеры, элементы НЕ, формирователь импульсов и генератор тактовых импульсов , выход которого через формирователь импульсов соединен с первъгм входом первого триггера, первый выход которого через первый элемент НЕ соединен с первым входом вычислителя , выход которого через первый ждущий мультивибратор соединен с входом второго триггера и первыми входами первого и второго оперативных запоминаквдих устройств и первого и второго ключей, выходы первого и второго ключей соединены с вторалми входами соответственно первого и второго оперативных запоминающих устройств, выходы которых соединены с вторым и третьим входами вычислителя, выход первого триггера соединен с первыми входами третьего и четвертого ключей, выходы соединены с четвертым и пятым входами вычислителя соответственно, выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого ключа, входами второго и третьего элементов НЕ и BxOJCtoM второго ждущего мультивибратора, первы выход которого соединен с шестым входом вычислителя, а второй выход с третьим входом первого оперативно- § го аапоминакйдего устройства, выход . второго элемента НЕ соединен с вторым входом третьего ключа, выход третьего элемента НЕ соединен с входом третьего ждущего мультивибратора, первый выход которого соединен с седьмым входом вычислителя, а второй - с третьим входом второго опера тивного запоминающего устройства, выходы усилителей соединены с вхсудами первого и второго преобразователей напряжение - частота, первые выходы которых соединены с третьими входами третьего и четвертого ключей соответственно, вторые выходы первого и второго преобразователей соединены с вторыми входами первого и второго ключей соответственно, а индикаторная решетка расположена между измерительной решеткой и фотоприемниками.