Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/06 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и предназначено для преобразования угла п ворота вала в цифровой код в систем управления, робототехнике, станках с числовым программным управлением. Известен фотоэлектрический преоб разователь угла поворота вала в код, содержащий лимб, по одну сторо ну которого установлены источник св та с конденсором и фотоприемник, а по другую - оптический блок, в кото ром растровое сопряжение образуется в плоскости лимба путем проецирования одного участка растровой решетк на другой ее участок М. Недостаток преобразователя - сло ность конструкции из-за многокомпонентности оптического блока, наличи трудноюстируемых (пентапризма, приз на Дове) и подвижных (модулятор) элементов. Наиболее близким по технической суршости к изобретению является фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержа щий . кодирующий диск с растром, по одну сторону которого установлен оптический блок, а по другую, на одной оптической оси с оптическим блоком, - осветитель, конденсор и фотоприемник, выходы которого подключены к входам преобразователя амплитуда-код 2 . Однако оптический блок данного преобразователя громоздок и сложен, чтообусловлено значительным количеством составных элементов, таких как призм, проекционных и оборачивающих линз. Фотоэлектрический преобразователь с таким оптическим блоком имеет большой вес и габариты. Кроме того, многокомпонентность оптического блока увеличивает энергетические потери в нем и усложняет юстировку, а применение дискретных фотоприемников ухудшает функциональ ную надежность преобразователя, так как они имеют разброс параметров по чувствительности, температуре и вре менные уходы. Цель изобретения - упрощение и повьпаение надежности преобразовател Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий .кодирующий диск с растром, по одну сторону которого установлен оптический блок, а по другую, на одной оптической оси с оптическим блоком - осветитель, конденсор и фотоприемник, выходы которого подключены к входам преобразователя амплитуда-код, введен механизм углового перемещения, оптический блок выполнен в в1ще вогнутого зеркала, соединенного с механизмом углового перемещения, а фотоприемник выполнен в виде И -элементной интегральной матрицы с периодическим расположением элементов. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого фотоэлектрического преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - примеры расположения элементов И -элементной интегральной матрицы; на фиг. 3 структурная схема преобразователя амплитуда-код. Преобразователь содержит кодирующий диск 1 с растром (на фиг. 1 не показан), оптический блок, представляющий собой вогнутое зеркало 2, механизм 3 углового перемещения в виде механического узла с микрометрической подвижкой, конденсор 4, осветитель 5 (светодиод), фотоприемник 6, блок 7 усилителей, преобразователь 8 амплитуда-код. Фотоприемник 6 (фиг. 2) выполнен в виде h -элементной интегральной матрицы элемен-, тов 9, нанесенных на подложку 10, на элементах 9 может располагаться диафрагма 11 с окнами 12. Преобразователь 8 амплитуда-код (фиг. 3) содержит выполненный на резисторах 13-28 потенциометрический мост, имеющий входы 29-44, компараторы 45-52 и дешифратор 53. Преобразователь работает следующим образом. Световой поток от осветителя 5 проходит через конденсор 4 и освещает участок 6 растра кодирующего диска 1 , кинематически соединенного с объектом контроля. Изображение этого участка растра проецируется вогнутым зеркалом 2 с увеличением 1 на участок Е растра, симметричный относительно оси 0-0, проходящей через центр вогнутого зеркала 2 перпендикулярно плоскости кодирующего диска 1 . В результате наложения штрихов участка Е и изображения штрихов участка 2 образуется муаровое комбинационное сопряжение, функционально зависимое от углового положения кодирующего диска 1. Механизм 3 углово го перемещения предназначен для углового разворота вогнутого зеркала 2 вокруг оси 0-0 в плоскости, параллельной плоскости -кодирующего диска 1 таким образом, что его продольная ось (параллельная образукдчей) составляет угол Y со штрихами растра. При этом вогнутое зеркало 2 инвертирует изображение таким образом, что направление движения растра и его изображения противоположны. Это ведет к удвоению чувствительности преобразователя. Вогнутое зеркало 2 может быть цилиндрическим или, для повьЕпения качественных характеристик параболическим цилиндром. Полученна система комбинационных муаровых полос имеет шаг : Rtg(2 . 51п(Ц)-и-) , Р - параметр, принимающий значе ния целых чисел СО - шаг растра; R - радиус, на котором формируется муаровая картина. Причем муаровая комбинационная картина путем выбора соответствующего угла Jf может формироваться как для радиально-центрального, так и для радиально-нецентрального растро Вблизи плоскости комбинационных полос устанавливается фотоприемник 6, каждый элемент 9 (фиг. 2а) которого вьтолнен, например, со сдвигом в V по отношению к предшествующему элементу 9, где п - количество элементов 9. Для данного преобразователя Ш 4. Перемещение комбинацион ных полос при этом преобразуется фо топриемником 6 в 4-фазную систему сигналов и, .Uj , и и «4 лектрические сигналы, снимаемые с фотоприемника 6, усиливаются блоком 7 усилителей и подаются на Иходы резисторов 13, 17, 21 и 25 соответственно оотенциометрического моста. Потеяциометриче ский мост преобразователя 8 содержит 16 резисторов по четыре резистора в каждом плече (N 4). С диаметрально противоположных отводов моста (входы 33 и 41, 34 и 42, 35 и 43, ..., 40 и 32) снимается 16 равномерно сдвинутых синусоидальных напряжений, которые затем подаются на соответствующие плюсовые и минусовые входы компараторов 45-52. Компараторы 45-52 преобразуют синусоидальные напряжения в прямоугольные, которые сдвинуты по Лазе относительно друг друга на 21Г/16. В результате на выходе компараторов 45-52 формируется эквивалентный относительному смеи1ению кодирующего диска 1 однипереходный код, который затем преобразуется с помощью дешифратора 53 в двоичный код. В некоторых случаях в качестве фотоприемника 6 целесообразно использовать многоэлементный интегральный фотоприемник, элементы 9 которого расположены, например, с шагом h W (фиг. 28). Б этом случае на элементы 9 фотоприемника 6 накладывается диафрагма 11, окна 12 которой сдвинуты на -у А/ . Это возможно, когда геометрия фотоприемника 6 может быть приспособлена к требуемым условиям считывания в соответствии с формулой (1). Изображение В должно перекрывать с некоторым запасом все элементы 9. В то же время величина С определяет размеры оптического блока, угол С|) поля зрения которого равен tf агс1 размер изображения участ- ка растра в плоскости фотоприемника 6, фокусное расстояние вогнутого зеркала 2. Экономический эффект от использо-;, вания изобретения обусловлен описанными его техническими преимуществами.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий кодирующий диск с растром. X по одну сторону которого установлен оптический блок, а по другую, на одной оптической оси с оптическим блоком, - осветитель, конденсор и фотоприемник, выходы которого подключены к входам преобразователя амплитуда-код, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности преобразователя, в него введен механизм углового перемещения, оптический блок выполнен в виде вогнутого зеркала, соединенного с механизмом углового перемещения, а фотоприемник выполнен в виде п элементной интегральной матрицы с . периодическим расположением элементов щ )й off фиг,{

9 2

У

ijtt/s.2.

i

ffO)i

К

t

1 124362

noMffoxi g

5;