Фотоэлектрический преобразователь перемещений Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

сх со N( Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в измерительных системах металлорежущих станков и координатноизмерительных машин с программшлм управлением. По основному авт. св. № 1046612 известен фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий осветитель, конденсатор, измерительный растр с растровой дорож кой постоянного шага, индикаторный растр с тремя растровыми участками со штрихами того же шага, сдвинутыми один относительно другого на чет верть шага, три фотоприемника, расположенные напротив участков индика торного растра, два суммирующих уси лителя, к первым входам которых под ключены первый и второй фотоприемНИКИ, к вторым входам подсоединены второй и третий фотоприемники, выхо ды суммирующих усилителей подключен к блоку логической обработки Г13. Однако в известном преобразовате ле при многооборотном вращении и реверсе возможна неоднозначность измерения перемещений, так как отсутствует сигнал начала отсчета, кроме того, невозможен возврат в начальное угловое или линейное положение, что особенно важно при нарезании резьб на металлорежущих станках. Цель изобретения - повьшение дос товерности измерений. Поставленная цель достигается тем, что фотозлектрический преобразователь перемещений снабжен четвертым фотоприе «шком, расположенным напротив дополнительных масок, и масштабшлм усилителем, выходы пер вого, третьего и четвертого фотопри емников подключены к соответствующи входам масштабного усилителя, выход i Toporo связан с блоком логической обработки, на измерительный и индикаторный растры нанесено по дополнительной маске, каждая из которых представляет собой набор п щелей (,2,3...), на каждом растре ось симметрии длины дополнительной маски сдвинута относительно грани одного из штрихов растрового участка на 1/8 шага растра. На.фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя перемещений; на фиг. 2 - диаграмма сигналов; .на фиг. 3 - маска и форма сигналов начала измерения при одной щели (); на фиг. 4 - то же, при п щелях () на масках. Преобразователь содержит осветитель 1, конденсатор 2, индикаторный растр 3с тремя нанесенными.растровыми участками 4, сдвинутыми один относительно другого на 1/4 шага растра и имеющими штрихи того же шага, что и измерительный растр 5, и маской 6, представлякнцей собой набор п щелей, где ,2,3... (на фиг. 3 показан частный случай одной щели при ), ось симметрии длины маски сдвинута относительно грани одного из штифтов растрового участка на 1/8 шага, на измерительном растре 5 нанесена измерительная растровая дорожка 7 постоянного шaгiэ и маска 8, ось симметрии длины маски 8 сдвинута на 1/8 шага относительно грани одного из штрихов измерительно- го растра 5 ( размеры, и расположение щелей масок 6 и 8 идентичны,). Кроме того, преобразователь содержит четыре фотоприемника ,подключенные к их выходам два суммирующих усилителя 13 и 14 и подключенные к их выходам масштабный усилитель 15 и олок 16 логической обработки. Преобразователь может быть выполнен и применительно к измерениям линейных перемещений. Преобразователь работает следукицим образом. Осветитель 1 с помощью конденсатора создает параллелыай световой поток. При перемещении измерительной растровой дорожки 7 измерительного растра (диска или шкапы) 5, связанней с перемещаемым объектом относительно растровых участков 4 индикаторного растра 3, растровое сопряжение модулирует световой поток, который, с помощ зю фотоприемников 10-12 преобразовывается в электрические сигналы, пропорциональные sin(§i со8(н)и sir т.е. синусоидальньй, косинусоидальньв1 и синусоидальный, т.е. инвертированный sin(@ sin@bl80) , где (ff)- параметр перемещения (линейного линейное перемещение, углового угол поворота). При наличии фона, бликов и т.п. наряду с измерительными сигналами на фотоприемниках 10-12 образуются и постоянные составляющие, Tee. сигналы на фотоприемниках именуг вид u siiiie -UnocT; U cose UnocT ; n sin UnocTДалее эти сигналы поступают на суммирующие усилители 13 и 14, на вы ходах которых образуются сигналы соответственно U Y2sin(l9b45) и . 2cos (0-45°), являющиеся информационными, в них постоянная составляющая скомпенсирована, сами сигналы сдвинуты один относительно другого на 90°. Одновременно в резул тате сопряжения яасок 6 и 8 растров 3 и 5 светог(ые лучи от. осветителя 1 попадают на фотоприемник 9. На дополнительном (Ъотоприемнике 9 образуется сигнал U+uliacT где и - амплитуда одиночного треугольного импульса, а и - постоянная составляющая. Этот сигнал поступает на мае штабный усилитель 15, где суммируется с сигналами фотоприемников 10 и 12. Входные напряжения масштабного усилителя 15 взвешены (масштабированы J таким образом, чтобы на вых де масштабного усилителя 15 напряже ние было nocT i Si пост Л «остО-и-и„остгК- п (g)4U,,yVo; пост пост / -да пост--ипост-гипостВеличина Ujj определяется весо суммируемых сигналов и выбирается при формировании прямоугольного импульса в блоке 16о Схематично образование сигналов преобразователя и. алгоритм их дальнейшей обработки в блоке 16 показаны на фиг. 2. Растровая решетка на измерительном растре 5 изображена на фиг,2-1, а на фиг. 2 - II - маска с одной щелью,.ось симметрии которой смещена на 1/8 шага. Сигналы, образуемые на фотоприемниках 10 и 11, представ лены на фиг. 2-111а п б, а сигналы на выходах сумматоров 13 и 14 - на фиг, 2-IIlB и г (эти сигналы сдвину ты на 45 относительно сигналов на фиг. 3-IIIa и б, что соответствует 1/8 шага). Сигпал начала измерения и . 2-%) образован от сопряжения масок 6 и 8. Вершина этого сигнала совпадает с максимумом одно го из выхо;а;ных сигналов (фиг. 2-111г) благодаря тому, что маска сдвинута на 1/8 шага растровой решетки. Из аналоговых сигналов (информационных фиг. 2IIIB и г начала измерений, фиг. 2-VIa) в бдоке 16 формируются сигналы прямоугольной формы ; (фиг. 2-IV, 2-VH 2-VI). Длительность сигнала (фиг. 2-VII) зависит от уровня постоянной составляющей (фиг.2-У1б). При подаче на содержащуюся в блоке 16 схему совпадения сигналов (фиг. 2-VII и IV).образуется сигнал (фиг. 2-VIII) которьи и является сигналом начала измерения, точность его определяется точностью информационных сигналов преобразователя. В ряде случаев при малых шагах растров щель маски мала и недостаточна для получения сигнала достаточной амплитуды, поэтому удобней применять маски с п щелями. При этом щели масок измерительного и индикаторного растров совпадают только в одном нулевом положении { положении начала измерения|. В этот момент фотоприемник 9 фиксирует максимальную мощность излучения, проходящего сразу через все щели. В любом другом положении совпадгиот значительно меньше число щелей масок. На фиг. 3 и 4 показаны маски и формы сигналов начала измереиия соответственно при одной и щелях. Получение сигнала начала измерения с помощью сопрягкения масок дает возможность повысить степень достоверности получаемой информа1ции и расширить функциональные возможности преобразователя, например обеспечить « точньЛ возврат в начальное угловое или линейное положение. Причем изменение светового потока не влияет на сигнал начала измерения, так как компенсация осуществляется напряжением, пропорциональным величине светового потока, и поэтому не требуется применять опорный (компенсационный)фотоприемпик. Вес основные функции преобразователя перемещений - получение двух ортогональных сигналов (синусоидального и косинусоидального) и сигнала начала 1сэмсрения осуществлены четырьмя фoтoпpIIeмникa sи вместо шести, применяемых в устройствепрототипе.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕиЩШЙ по авт. св. № 1046612, отличающийся тем, что, с целью понлшения достоверности измерений, он снабжен четвертым фотоприемником и масштабным усилителем, выходы первого, третьего и четвертого фотоприемников подключены к соответствующим входам масштабного усилителя, выход которого связан с блоком логической обработки, на. измерительный и индикаторный регистры нанесено по дополнительной маске, каждая из которых представляет собой набор п щелей (,2,3...), на каждом растре ось симметрии длины дополнительной маски сдвинута относительно грани одного из штрихов растрового участка на 1/8 шага растра. « (Л с