Устройство для управления положением исполнительных элементов Советский патент 1986 года по МПК G05B19/19 

Изобретение относится к автомати- ке и может быть использовано в системах юстировки оптических элементов по угловым координатам.

Известно устройство для юстировки лазерного пучка, содержащее индикато пололсения пучка, состоящие из двух . пар датчиков, разность напряжений от которых регистрируется синхроннь м усилителем используемым в сочетании с механическим прерывателем лазерного пучка .

Данное устройство можно использовать в системе обратной связи, предназначенной для автоматической кор рекции изменений направления распространения входящего в оптическую систему лазерного пучка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемог-гу является устройство для управления положением исполнительных элементов, содержащее координатный фотоприемник, дифферен- циальньш усилитель, реверсивный счетчик j дешифратор, цифроаналоговый преобразователь, два датчика предель ных положений исполнительного эле мента, RS- и Д| -триггерЫ5 девять элементов И, три элемента ИЛИ-НЕ, элемент И-НЕ; два инвертора, шесть компараторов j два делителя частоты, шину синхронизации5 подключенную к первым входам первого, второго,третьего, четвертого, пятого элементов И и к первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом с первым выходом дешифратора, выходом - с вычитающим входом реверсивного счетчика, а третьим входом с выходом первого хсомпаратора, подключенного первым входом к одному входу дифференциального усилителя, связанного другим входо м с первым входом второго компаратора 5 подключенного выходом к первому входу первого элемента ИЛИ-ИЕ, соединенного выходом с вторым входом пятого элемента И, вторым входом с выходом третьего компаратора и с вторьш входом четвертого элемента Яда третьим входом - с вторьм входом третьего элемента И и с выходом четвертого компаратора, подключённого первым входом к первому входу третьего компаратора, к выходу дифференциального усилителя и к первым входам пятого и шестого компараторов, coeд нeнныx выходами с вторыми входами соответ9

0

5

0

ственно второго и первого элементов И, подключенных выходами к первым входам соответственно второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, связанных выходами с соответствующими входами блока управления шаговыми двигателями, вторыми входами - через соответствующие делители частоты с выходами соответственно четвертого и третьего элементов И, а третьими входами - с выходами соответственно седьмого и восьмого, элементов И,подключенных первыми входами к выходу первого инвертора, а вторыми входами соответственно к инверсному и прямому выходам D, -триггера, связанного D-входом с прямым выходом КЗ-триггера, а С-входом с входом первого инвертора, и с выходом элемента И-НЕ, подключенного первым входом к выходу второго инвертора, а вторым в содом- к выходу пятого элемента Ник перво- г-1У входу девятого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входом реверсивного счетчика, а вторым входом - с входом второго инвертора и вторым выходом дешифратора, подключенного входами к выходам счетчика и к входам цифроаналогового преобразователя j связанного выходом с управляющим входом координатного фотоприемника, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, причем выходы датчиков предельных пололшний исполнительного элемента подключены к входам RS-триггера, а вторые входы компараторов - к соответствующим источникам порогового напряжения .

В известном устройстве итогом юстировки является такое совмещение энергетического максимума юстировоч- ного пучка с геометрическим центром координатного фотоприемника, при котором достигается одинаковая освещенность всех его сегментов. Точность юстировки в этом случае зависит от ве.личины минимального обнаруживаемого смещения светового пучка на фотоприемнике « Известное устройство позволяет уменьшить влияние на точность юстировки вибраций юстируемого объекта, которые возникают при отработке шагов двигателем и вызьшают рыскание светового пучка на поверхности координатного фотоприемника, г репятствуя точному вводу объекта в заданное положение.

Однако известное устройство не учитывает при этом воздействие флуктуации потока излучения на точность юстировки, например, флуктуации оси диаграммы направленности и формы се- чения юстировочного пучка, также вызывающих неравномерную освещенность сегментов координатного фотоприемника. Их влияние может привести к таким изменениям величины сигнала рас- согласования на выходе дифференциального усилителя, сравнивающего амплитуды сигналов с сегментов фотоприемника, которые интерпретируются устройством как разъюстировка, хотя в действительности взаимоположение юстируемого объекта и координатного фотоприемника не нарушается. При этом, реагируя на срабатывания компараторов, устройство вырабатывает сигналы для отработки шагов двигателем влево /вправо, в результате чего осуществляется фиктивная коррекция положения юстируемого объекта. Для исключения реакции устройства при проявлении таких факторов приходится увеличивать пороги срабатьшания компараторов до величины, значительно превосходящей их предельные значения обусловленные лишь собственными шума ми элементов устройства, что уменьшает точность юстировки, так как при этом увеличивается значение минимально обнаруживаемого смещения юстировочного пучка на поверхности координатного фотоприемника.

Цель изобретения - выполнение юстировки в условиях флуктуации юстировочного пучка при сохранении ее точности и устранении фиктивной кор- рекции положения юстируемого объекта

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления положением исполнительных элементов, содержащее координатный фотоприемник выводы противоположных сегментов которого подключены к первым входам первого и второго компараторов и через дифференциальный усилитель - к первым входам третьего и четверто го компараторов, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого компараторов соединены с соответствующим источником порогового напряжения, а также первый и второй датчики предельных положений исполнительного элемента, выходы которых подключены соответственно к R- и S-входам пер

.-

5 О152025 , - 30 j

Q.

, , 55

45

50

вого RS-триггера, прямой выход которого соединен с D-входом первого D r-триггера, соединенного прямым и инверсными выходами с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых через первый элемент НЕ подключены к С-входу первого D -триггера и к выходу-первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, а второй вход - через второй элемент НЕ с первым выходом дешифратора и с вторым входом четвертого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого через пятый элемент И подключен к выходу первого компаратора, а выходы - к входам цифроанало- гового преобразователя и к входам дешифратора, второй выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, подключенного третьим входом к первым входам третьего, шестого и седьмого элементов И и к шине синхронизации, вторые входы шестого и седьмого элементов И соединены с выходами третьего и четвертогЪ компараторов соответственно и через первый элемент ИЛИ-НЕ - с вторым входом третьего элемента И, третий вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго компаратора, а выход цифроаналогового преобразователя - с входом координатного фотоприемника, введены два счетчика импульсов, два элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ. элемент 4И-21ШИ-НЕ, элементы НЕ и последовательно соединенные второй элемент ИЛИ-НЕ, восьмой элемент И, второй элемент ИЛИ, третий элемент НЕ второй счетчик импульсов, второй триггер и второй элемент И-НЁ,а также последовательно соединенные третий элемент ИЛИ-НЕ, третий D -триггер, девятый элемент И, четвертый элемент НЕ и четвертьш Dt-триггер, а также пятый и шестой В{.-триггеры, инверсный выход четвертого D -тригге- ра подключен к второму входу второго элемента И-НЕ и к первым входам элементов И элемента 4И-2ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вычитающим входом третьего счетчика импульсов,подключенного выходом к С-входу четвертого D,-триггера и к первому входу десятого элемента И, второй вход ко

Topdro соединен с инверсным выходом второго В- -триггара, а выход - с сум миругощим входом четвертого счетчика импульсов, информационные выходы которого подключены к информационным входам третьего счетчика импульсов,, которого соединен с вьпсодом четвертого элемента НЕ, выход пятого D Триггера соединен с С входом второго счетчи са импульсов и с вторыми входами элементов И элемента 4И-2МИ НЕр Т ретьи входы которых подключены к прямым выходам третьего и шестого D|.-триггеров соответственно, а четвертые входы - к выходу второго эле™ мента ИЛИ, второй вход ко орого соединен с выходом седгзмого элемента И, с первым входом Третьего элемента ИЛИ-НЕ и с вторым входом первого элемента И первого элемента ЗИ-2И1Ш-НЕэ подключенного выходом к первому входу блока управления шагового двигателя, инверсньш выход шестого .D,- триггера соединен с вторым входом

Устройство содержит координатный фотоприемник (КФП) 1, дифференциаль ный усилитель 2, компараторы 3-6, элементы PI 7 - 16,, элементы ИЛИ-НЕ 17 - 20, элементы и-НЕ 21 и 22, КЗ-триггер 235 D,-триггеры 24 - 29, элементы НЕ 30 - 36, реверсивный счетчик 37, сче тчики 38 - 40 импуль сов, информационные шины 41,, элемен ты ЗИ-2ИЖ1-НЕ 42 и 43, элементы ИЛИ 44, 4И-2И,|Ш-НЕ 45, шину 46 синхрони заци:и, управляющую шину 47 Сброс,

девятого элемента И, третьего датчики 48 и 49 предельных положе- Б триггера через четвертый элемент НЕ подключен к выходу шестого элемента Plj а D-вход к DJHHe 1, выход второго элемента И-НЕ подключён к nepBbLM входам первых элементов И пер- 30 вого и второго элементов ЗИ 2Ш1И-НЕ,, входы вторых элементов И которых соединены с выхода Е 1 первого и второго элементов Иу шестого ) триггера через пятый элемент НЕ сое- 35 динен с выходом седьмого элемента И,; - с шиной 1, а К-вход -- с выходом четвертого элемента . соединенного первым входом с вь::ходом восьмого элемента И и с вторым вхо- 40 дом тр етьего элемента ИЛИ-НЕ, вто- рым входом - с выходом tttecToro элемента И, с третьим входом второго элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента И второго элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ5 третий вход которого Подключен к прямому выходу третьего DI-триггераэ третий вход четвертого элемента соединен с ш;ей шиной Сброс, с К входом чет- 50 вертого счетчика импульсов,с третьим входом третьего элемента ИЛИ--НЕ и через шестой элемент НЕ с R входами второго и пятого D -триггеровэ С-вход которого подключен к выходу 55 девятого элемента И, D,-входы второго, четвертого и пятого D.,,-триггеров соединены с шиной 1,, второй и трений исполнительного элемента, цифро з налоговьп преобразователь 50, де- 1аифратор 51, блок 52 управления ша- говым двигателем.

Пороговые уровни (+U, , -ЦО ком параторов 5 и 6 устанавливаются таким- ,, чтобы обнаруясить минимально возможное смещение юстировочно1 О пучка на КФП 1 (т.е. -Ш , -U, ограничены лишь со5стверп{ыми шумами эле ментов устройства). Порог компарато ра 4 устанавливается равным порогу компаратора 6,, а порог компаратора ( равным верхнему пределу линейного участка характеристики фото Дгтодов КФП 1 при максимальном напряжении смещения. Мелщу свет.рвыми импульсами и сопровождающими их син хроимпульсами модулятора лазерного излучения,, поступающими по шине 46 типичные временные соотношения, т.е синхроимпульс начинается и заканчивается в пределах длительности светового импульса, а частота их посту ления выбирается равной частоте при емистости используемых шаговых двигателей На. информационных ашнах 41 счетчика 39 устанавливается код, ко торый определяет время, в течение которого происходит анализ процесса флуктуации энергетического центра юстировочного пучка в зопе геометри ческого центра .КФП 1 .

тий входы восьмого элемента И под- ключены к шина синхронизации и к выходу второго компаратора соответственно, первьш вход второго элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу третьего, а второй вход - к выходу четвертого KOMnapciTopoB; выход второго элемента .ШК-ЕЕ к второму входу блока управления шаговым двигателем.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройстваJ на фиг. 2 - диаг раммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит координатный фотоприемник (КФП) 1, дифференциальный усилитель 2, компараторы 3-6, элементы PI 7 - 16,, элементы ИЛИ-НЕ 17 - 20, элементы и-НЕ 21 и 22, КЗ-триггер 235 D,-триггеры 24 - 29, элементы НЕ 30 - 36, реверсивный счетчик 37, сче тчики 38 - 40 импульсов, информационные шины 41,, элементы ЗИ-2ИЖ1-НЕ 42 и 43, элементы ИЛИ 44, 4И-2И,|Ш-НЕ 45, шину 46 синхрони- заци:и, управляющую шину 47 Сброс,

датчики 48 и 49 предельных положе-

ний исполнительного элемента, цифро- з налоговьп преобразователь 50, де- , 1аифратор 51, блок 52 управления ша- говым двигателем.

Пороговые уровни (+U, , -ЦО компараторов 5 и 6 устанавливаются таким- ,, чтобы обнаруясить минимально возможное смещение юстировочно1 О пучка на КФП 1 (т.е. -Ш , -U, ограничены лишь со5стверп{ыми шумами элементов устройства). Порог компаратора 4 устанавливается равным порогу компаратора 6,, а порог компаратора 3 ( равным верхнему пределу ли нейного участка характеристики фото- Дгтодов КФП 1 при максимальном напряжении смещения. Мелщу свет.рвыми импульсами и сопровождающими их синхроимпульсами модулятора лазерного излучения,, поступающими по шине 46 - типичные временные соотношения, т.е. синхроимпульс начинается и заканчивается в пределах длительности светового импульса, а частота их поступления выбирается равной частоте приемистости используемых шаговых двигателей На. информационных ашнах 41 счетчика 39 устанавливается код, ко торый определяет время, в течение которого происходит анализ процесса флуктуации энергетического центра юстировочного пучка в зопе геометрического центра .КФП 1 .

В исходном состоянии, по включении питания сигналом, поступающим по шине 47, В -триггеры 25-28 и счетчик 38 импульсов устанавливаются в нуль. При этом высокий уровень с инверсных выходов D -триггеров 7 и 28 приводит к формированию на выходе элемента НЕ 36 низкого уровня, при появлении ко торого устанавливается в нуль триггер 29, а в счетчик 40 записьша- ется код нуля, поступающий с инфор- .мационных выходов счетчика 38.

Устройство работает следующим образом.

При попадании на КФП 1 световых импульсов сигналы с выходов его противоположных сегментов поступают на входы дифференциального усилителя 2. Если сегменты освещены симметрично, то на их выходах появляются равные по амплитуде импульсы. В результате на выходе дифференциального усилителя 2 сигналы отсутствуют, а на выходах компараторов 5 и 6 сохраняется низкий уровень, который препятствует прохождению синхроимпульсов, поступающих по шине 46, через элементы И 7 и 8. Б этом случае импульсы высокого уровня вырабатываются компаратором 4, вход которого подключен непосредственно к соответствующему выходу КФП 1. С выхода компаратора 4 импульсы поступают на вход элемента И 14, на другом входе которого в этот момент высокий уровень с выхода элемента ИЛИ-НЕ 20 (так как логические О на выходах компараторов 5 и 6). В результате элемент И 14 оказывается открытым для прохождения синхроимпульсов с шины 46 на входы элементов ИЛИ-НЕ 18 и 19 и вход элемента ИЛИ 44. С выходов данных элементов синхроимпульсы поступают соответственно на R-входы D -триггеров 27 и 28, а также на входы элемента 4И-2ИЛИ-НЕ 45 и через элемент НЕ 35 на вычитающий вход (-1) счетчика 39. Поскольку D -триггеры 27 и 28 находились в нуле (сигналом по шине Сброс 47), то поступление синхроимпульсов .на R-входы не изменит их состояния. При этом низким уровнем с прямых выходов D -триггеров 25, 27 и 28 блокируется соответственно работа счетчика 39 (по входу разрешения запи- си С) и запрещается прохождение синхроимпульсов через элемент 4И-2ИЛИ- НЕ 45. Поскольку компараторы 5 и 6

0

5

5

5 0 5

0

в рассматриваемом случае сигналов не вырабатывают, то на входы элементов ЗИ-2ИЛИ-НЕ 42 и 43 импульсы не проходят и коррекция положения юс-, тируемого объекта не производится.

При смещении светового пятна в сторону одного из сегментов на выходе дифференциального усилителя 2 появляется сигнал, амплитуда и полярность которого определяется величиной и направлением смещения пятна относительно центра КФП 1. Если пятно расположено на рабочем поле КФП 1 таким образом, что на выходе диффе-- ренциального усилителя 2 появляется сигнал, от которого срабатывает компаратор 5, то на выходе данного компаратора появляется высокий уровень, разрешающий прохождение синхроим- пульсов через элемент И 7. С выхода элемента И 7 синхроимпульсы через элемент НЕ 33 поступают на С-вход D -триггера 27 и через элемент ШШ- НЕ 19 на К-вход.В -триггера 28.Кро- ме того, через элемент ИЛИ 44 они проходят на входы элемента 4И-2ИЛИ- НЕ 45 и элемент НЕ 35. При этом первый из данных синхроимпульсов не проходит через элементы ЗИ-2ИЛЙ-НЕ 42, 4И-2ШШ-НЕ 45, так как в первом случае блокируется низким уровнем с прямого выхода D -триггера 27, а во втором - еще и низким уровнем с. прямых выходов D -триггеров 25 и 28. Причем D -триггер 25 одновременно запрещает и работу счетчика 39 (по входу разрешения записи С) при поступлении на его счетный вход (-1) импульса с выхода элемента НЕ 35. По окончании данного первого импульса (переход из логического ) устанавливается в единицу D - триг- . гер 27 (так как 1 на его D-вкоде).

Переключение в единицу D -триггера 27 приводит также к появлению на выходе элемента И 15 низкого уровня подготавливающего установку D,-триггеров 25 в единицу (так как переключается при переходе из логического О в 1), который в этот момент все еще блокирует прохождение синхроимпульсов через элемент 4И-2ИЛИ- НЕ 45. Поскольку на выходе элемента И-НЕ 22 высокий уровень (так как Di-триггер 26 находится в исходном нулевом состоянии), то это разрешает прохождение последующих синхроимпульсов через элемент ЗИ-2ИЛИ-НЕ 4

91

в блок 52 управления шаговым двигателем. В результате шаговый двигатель отрабатывает шаги и корректирует в соотв(зтству ощем направлении положение юстируемого объекта на частоте поступления синхроимпульсов.

По мере ввода юстируемого объекта 0 заданную точку (световое пятно при этом перемещается к центру КФП 1), амплитуда сигналов на выходе дифференциального усилителя 2 уменьшается а зависимость ее от рыскания пятна по КФП 1 под воздействием дестабилизирующих факторов (вибраций, флуктуации юстировочного пучка и т о п.) увеличивается. До некоторого момента этим можно пренебречь3 так как ампли туда сигналов с выхода дифференциального усилителя 2 достаточно велика по сравнению с ее изменениями из-за рысканий пятна по КФП 1, и процес коррекции положения юстируемого элемента устойчиво продолжается в одном направлении. Как только из-за рыска.-- ний пятна по КФП 1 на выходе диффе- ренц;иального усилителя 2 изменяется не только амплитуда, но и полярность сигнала (в рассматриваемом случае - с положительной полярности на отрицательную), срабатывает .а.ратор 6 что обеспечивает прохождение синхроимпульсов через элемент И 8, По спаду (переход из логической 1 в О) первого из импульсов с выхода элемента И 8 через элемент ИЛИ-НЕ 18 сбрасывается D -триггер 27j логический О с прямого выхода которого блокирует прохож,цение данного синхроимпульса через элемент ЗИ-2ИПИ НЕ 42, Кроме Toroj сброс В.г-триггер 27 приводит к появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента И 15. по фронту (переход из логического О в 1) которого устанавливается в единицу D -триггер 25 что разбло- кирует элемент 4И-2ИЛИ-НЕ 45 и счетчик 39 импульсо), В последнем оказывается записанным код времени ак:али - за. Это время выбирается достаточным для учета влияния возможных дестбилизирующих факторов и зависит от . конкретных условий эксперимента. Это же первьй синхроимпульс через элемен ИЛИ 44 и элемент НЕ 35; поступая на -вычитающий вход (1) счетчика 39,, уменьшает значение записанного в нег кода из единицу (т.е, начинается отсчет времени анализа). По окончании

10

15

20

5

264

5

5 3

О

1310

первого синхроимпульса с выхода элемента И 8 переключается в единичное состояние В;.-триггер 28, высокий уровень с прямого выхода которого разрешает прохождение последующих синхроимпульсов через элемент ЗИ-2ИЛИ-НЕ 43 и вторую группу входов элемента 4Й- ИЛИ-НЕ 45, При этом на выходе элемента И 15 вновь низкий уровень (так как О на инверсном выходе D,-триггера 28)5 а на выходе элемента НЕ 36 - высокий, который разрешает работу счетчика 40 импульсов и разблокирует D -триггер 29. Второй синхроимпульсj поступаюцщй с выхода элемента И 8, проходит через элемент ЗИ-2ИЛИ-НЕ 43, а также поступает через элемент 4И 2И1Н--НЕ 45 ка вычитающий вход (-1) счетчика 40, Поскольку в последнем записан нулевой код, то на выходе сигнала обратного переноса ( 0) появляется импульс, поступаюпщй на С- вхсд D -триггера 29 и через элемент И 16 на суммирующий вход (+1) счетчика 38, По окончании данного импульса устанавливается в единицу D.- триггер 29 низкий уровень с инверсного 5ыхода которого блокирует прохождение последующих синхроимпульсов через элемент 4И-2ИЛИ-НЕ 45. В результате в счетчике 38 импульсов оказьшается код единицы, которьш с информационных выходов данного счетчика импульсов транслируется на аналогичные входы счетчика 40; но не записывается в нем до тех пор, пока ка входе разрешения записи информации (с) присутствует высокий /ро.вень с выхода элемента НЕ 36,

Как только из-за рысканий свето- .ijoro пятна по КФП 1 вновь происходит переключение канала следования син- xpoиI myльcoвэ например, с выхода элемента И 8 на выходе элемента И 14s по началу первого из них устанавливается в нуль D -триггер 28 что блокирует входы элемента ЗИ-2ИПИ-НЕ 43 и обуславливает появление низкого уровня на вьпсоде элемента НЕ 36, Это разрешает запись информации в счетчик 40 (Е рассматриваемом случае запись единицы) и вызывает сброс триггера 29 в нуль. Таким образом, в счетчиках 38 и 40 к моменту поступления очередных импульсов с выхода . элемента 4И-2ИЛИ-НЕ 45 зафик- сирован одинаковьт код (единица),

Последующие синхроимпульсы не изменяют содержимого счетчиков 38 и 40, так как не проходят через элемент 4Й-2ИЛИ-НЕ 45 и также вызывают кор- рекции положения юстируемого объекта, -потому что имеет место равенство амплитуд сигналов с КФП, 1, но поступают с выхода -элемента ИЛИ 44 через элемент НЕ 35 на вычитающий вход (-1) счетчика 39 и продолжают считывание записанного в нем кода времени анализа.

Если,вновь происходит переключение канала следования синхроимпуль- сов, например, с выхода элемента И 14 на выход элемента И 7, то первый из них не проходит через элементы ЗИ-2ИЛИ-НЕ 42 и 4И-2ИЛИ-НЕ 45 (так как сброшены D -триггеры 27 и 29), но проходит через элемент ИЛИ 44 и элемент НЕ 35 в счетчик 39 импульсов, уменьшая значение содержащегося в нем кода. По окончании данного импульса вновь устанавливается в единицу D,-триггер 27, что разрешает прохождение последующих синхроимпульсов с выхода элемента И 7 че- рез элементы ЗИ-21-ШИ-ИЕ 42 и 4И- 2ИЛИ-НЕ 45. Поскольку в счетчике 40 к этому моменту содержится код единицы, то сигнал с его выхода ( : 0) вырабатьшается при поступлении уже двух импульсов с выхода элемента 4И-2ИЛИ-НЕ 45. По окончании второго ИЗ них вновь устанавливается в единицу D -триггер 29, который блокирует дальнейшее прохождение синхроимпульсов через элемент 4И-2ШШ НЕ 45 Одновременно сигнал с выхода (и 0) счетчика 40 увеличивает на единицу значение кода, имеющегося в счетчике 38 (т.е. в нем оказьшается код 2) С информационных выходов счетчика 38 данный код поступает на информа- цнонные входы счетчика 40, но записывается в нем только тогда, когда на входе разрешения записи (С) появляется сигнал низкого уровня с выхода элемента НЕ 36 (т.е. при очеред- ном переключении канала следования синхроимпульсов).

Если С выхода элемента 4И-2ИЛИ-Н 45 до очередного переключения канал следования синхроимпульсов на вычи- тающий вход счетчика 40 поступает меньше трех импульсов, то сигнал на его выходе ( бО) не вьфабатывается

и, следовательно, увеличения значения кода в счетчике 38 не происходит . В этом случае при очередном переключении канала следования синхроимпульсов в счетчик 40 из счетчика 38 вновь переписывается прежний код (т.е. код 2).

Таким образом, в счетчик 38 в течение времени анализа добавляется единица только тогда, когда число импульсов на выходе элемента 4И- 21-ШИ-НЕ 45 оказывается большим на единицу кода, содержащегося в этот момент времени в счетчиках 38 и 40, т.е.

К.

при п. К.,

К. { :- I 1К.+1,при ni К ,

где К. - код в счетчиках 38 и 40 после (1-1)-го переключения канала следования синхроимпульсов, количество выра(3отанных подряд импульсов на выходе элемента 4И-21-ШН-НЕ 45 после i-ro переключения кайалов следования синхроимпульсов.

Процесс продолжается аналогичным образом до момента считывания из счетчика 39. При этом на его выходе ( $0) появляется импульс, который устанавливает D,-триггер 26 в единицу, что вызывает появление высокого уровня на втором входе элемента И-НЕ 22 и низкого уровня па. втором входе элемента Н 16, Это приводит к тому, что блокируется прохождение после- . дующих импульсов с выхода ( 0) счетчика 40 через элемент И 16 в счетчик 38. Кроме того, сигнал высокох о уровня на выходе элеь5ента 22, разрешающий прохождение синхроимпульсов через соответствующие элементы ЗИ- 2ИЛИ-НЕ 42 или 43, появляется только при установке в единицу D -триггера 29. Одновременно низким уровнем с инверсного выхода D,.-триггера 29 запрещается и дальнейшее поступление синхроимпульсов через элемент 4И- 21ЩИ-ИЕ 45.

Следовательно, по окончании време ни анализа в счетчике 38 оказывается зафиксированным коэффициент флуктуации, характеризующий величину смещения энергетического максим гма светового пучка относительно геометрического центра КФП 1 вследствие влияния дестабилизирующих факторов.Тольк в , когда число синхроимпульсов, поступающих по одному и тому зке каналу с выходов элементов И 7 и 8, превышает его значение (т.е. когда устанавливается в единицу D -триггер 29), на выходе элемента 22 появляется высокий уровень, разрешаю- иий прохождение синхроимпульсов через сдответствующий элемент ЗИ-21 1ЛИ НЕ 42 и 43 в блок 52 управления шйговым двигателем для коррекции положения Исполнительного элемента

Таким образом благодаря анализу характера воздействия дестабилизирую- щих факторов и их ко шенсации,; в канс- дом конкретном случае осуществляемой адаптивным образом, имеется возможность выполнять юстировку в условиях флуктуации юстировочного пучка при сохранении ее точности и устранени и фиктивной коррекции юстирз е ого объекта

Если в процессе юстировки интен- сивность света увеличивается настолько,, что вводит в насьщение фотодиоды КФП 15 то на выходах противоположных сегментов КФП 1 вырабатываются равны по амплитуде сигналы далее при несим- метричной освещенности его сегментов и коррекция положения оптического элемента прекращается, В этот момент срабатывает KONmapaTop З, на выходе которого появляются сигналы (высокого уровня) 5 разрешаюшре прохозЕддение синхроимпульсов-через элемент И 10 на вычитающий вход реверсивного счетчика 37. С каяодым синхроимпульсом код на выходе счетчика 37 убьщает, что вызывает уменьшение напрякения на выходе цифроаналогового преобразователя 50, Это приводит к уменьшению напряжения смещения и чувствительности фотодиодов КФП.1, Как толь ко смещение уменьшается до величины,, при которой фотодиоды КФП 1 выходят из насьш ения, амплитуды сигналов с секторов КФ11 1 становятся меньше порога компаратора 3 и дальнейшее поступление синхроимпульсов в реверсивный счетчик 37 через элемент И 10 блокируется. Минимальное значение напрялжния смещения может регулироваться с помощью дешифратора 51э сигнал от которого (низкого уровня) блокирует дальнейшее прохождение синхроимпульсов через элемент И 10,, кот да на выходах реверсивного счет

5 0

s 0

д

0

чика 37 устанавливается соответствующий код.

Когда интенсивность света уменьшается на такую величину, при которой амплитуды сигналов с КФП 1 становятся недостаточными для срабатывания компараторов 4 - 6 - на выходе элемента liHH-HE 17 сохраняется высокий уровень, разрешающий прохождение синхроимпульсов через элемент И 9. Если код в реверсивном счетчике 37 перед этим не соответствовал максимальному значению напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 50 (а значит и максимальной чувствительности фотодиодов КФП 1), то сигнал .(высокого уровня) с второго выхода дешифратора 51, пройдя через элемент НЕ 30, блокирует поступление синхроимпульсов через элемент 21. Одновременно данный сигнал поступает на второй вход элемента И 11 и разрешает прохождение через него синхроимпульсов-на суммир узощий вход реверсивного счетчика 37.В этом случае - с-кагкдым синхроимпульсом код на выходах счетчика 37 возрастает, что вызывает увеличение напряжения на выходе цифроаналогового преобра- зовс.теля 50 и приводит к увеличению смещения и чувствительности фотодио- .дов КФП 1, Как только это обеспечивает появление на выходах КФП 1 сигналов с амплитудой, достаточной для срабатывания компараторов 4-6 - на выходе элемента ИЖ-НЕ 17 появляются сигналы низкого уровня, которые запрещают дальнейшее поступление синхроимпульсов через элемент И 9.Максимальное значение смещения фотодиодов КФП 1 регулируется с помощью дешифратора 51, сигнал от которого (низкого уровня) блокирует прохождение синхроимпульсов через элемент И 11 в счетчик 37, когда в нем устанавливается соответствующий код.

Ситуация, при которой не срабатывают компараторы 4-6, наблюдается и в случае потери световой св.язи между КФП и источником света. В этом ре- устройство работает следующим образом.

Поскольку световые импульсы не попадают на поверхность КФП 1, то на выходах компараторов 3-6 сохраняется исходное состояние (т.е. низкий уровень) и элементы И 1, 8, 10 и 14 за

крыты для прокождения синхроимпульсов . Но в этом случае на выходе элемента ИЛИ-НЕ 17 высокий уровень (т.е низкий уровень на всех трех его вхо- дах), который разрешает прохождение синхроимпульсов через элемент И 9 на входы элементов И 11, И-НЕ 21. Если код на выходе .счетчика 37 до поступления синхроимпульсов не соответст- вовал максимальному значению напряжения на выходе цифрсганалогового пре- образователя 50, то на втором выходе дешифратора 51 высокий уровень, что разрешает прохождение синхроимпуль- сов через элемент И 11 на вход прямого счета реверсивного счетчика 37, но блокирует их поступление через элемент И-НЕ 21 в часть схемы, которая выполняет ввод юстировочного пучка в зону захвата КФП 1 (т.е. восстанавливает световую связь между КФП 1 и источником света).

Благодаря указанным действиям не выполняется режим ввода юстировочного пучка, если данный пучок попадает на поверхность КФП 1, но интенсив- ность света на установленном пределе чувствительности фотодиодов КФП 1 недостаточна для работы устройства. Когда данное условие выполнено,т.е. чувствительность фотодиодов КФП 1 на максимальном пределе, но сигналов с КФП 1 не поступают, на втором выходе дешифратора 51 появляется низкий уровень, что блокирует дальнейшее поступление синхроимпульсов через элемент И 11 в счетчик 37, но разрешает их прохождение через элемент И-НЕ 21.

С выхода элемента И-НЕ 21 синхроимпульсы поступают на С-вход D -триггера 24 и через элемент НЕ 31 на входы элементов И 12 и 13. Если D - триггер 24 в единичном состоянии (на прямом выходе логическая 1), то синхроимпульсы проходят через элемент И 12 и вторую группу входов элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 42 в блок 52 управления шаговым двигателем, что вы- зывает отработку шагов двигателем и перемещение оптического элемента условно влево. Если D -триггер 24 в нулевом состоянии, (на прямом выходе логической О), то синхроим- пульсы проходят в. блок 52 управления шаговым двигателем через элемент И 13 и вторую группу входов элемен5

5 0 5 0

та ЗИ-2ИЛИ-НЕ 43, что вызывает отработку шагов двигателем условно вправо. Процесс перемещения оптического элемента может осуществляться в пределах, которые задаются датчиками предельных положений 48 и 49.Если при перемещении оптического элемента в сторону одного из пределов юстиро- вочньш пучок не попадает на КФП 1, то достигнув этого предела, оптический элемент вызывает срабатывание соответствующего датчика 48 или 49 предельного положения исполнительного элемента. Сигнал от датчика 48 или 49 переключает RS-триггер 23, что вызывает изменение информации на D-входе D -триггера 24, которьм устанавливается в соответствующее состояние по окончании ближайшего синхроимпульса. Это приводит к тому, что последующие синхроимпульсы,поступая в блок 52 управления шаговым двигателем, обеспечивают отработку шагов двигателем (а значит тн перемещение оптического элемента) в обратном направлении.

Поскольку при каждом переключении RS-триггера 23 D -триггер 24 устанавливается в соответствующее положение по окончании ближайшего синхроимпульса, что предотвращает изменение направления перемещения исполнительного элемента до окончания отработки очередного шага (что особенно существенно, когда момент переключения RS-триггера 23 совпадает с моментом поступления синхроимпульса).

Как только в процессе перемещения оптического элемента юстировочный пучок попадает на КФП 1, на выходе соответствующего компаратора 4, 5 или 6 появляется сигнал (высокого уровня), который проходит через эле- .чент ИЛИ-НЕ 17 и блокирует прохождение последующих синхроимпульсов через элемент И 9. Это приводит к тому, что процесс ввода юстировочного тучка прекращается и устройство внов1 переходит в режим коррекции положения исполнительного элемента по сигналам ОТ КФП 1 .

Рассмотренная схема позволяет непосредственно юстировать исполнительный элемент по одной координате. Если устройство дополнить аналогичной схемой, подключаемой к другой паре сегментов КФП 1, то обеспечивается одновременно юстировка по двум координатам. Причем, элементы И 9-11, ИЛИ-НЕ 17, И-НЕ 21, элемент НЕ 30, реверсивньш с четчик 37, циф- роаналоговьй преобразователь 50,дешифратор 51 могут быть общими для двух схем. В этом случае элемент ИЛИ-НЕ 17 расширяется на три входа для подключения к выходам компарато- ров, которые выполняют функции, аналогичные компараторам 4 - 6 в первой схеме, а для восстановления световой связи между КФП 1 и источником света в устройстве вместо указанных эле- ментов (RS-триггера 23, Dj-триггера 24, элемента НЕ 31, элементов И 12 и 13) необходимо использовать распределитель импульсов. Такой распределитель импульсов должен формиро- вать из синхроимпульсов, поступающих с выхода элемента И-НЕ 21, четыре последовательности импульсов - две из них для управления влево и вправо шаговым двигателем, который вы- полняет перемещение по первой координате, а две других для :;вигaтeля, выполняющего перемещение по второй координате. При этом распределитель вырабатьшает первоначально последо- вательность импульсов, которая вызывает полное перемещение исполнительного элемента по одной координате (например, горизонтальной), а затем серию импульсов, при которой испол- нительный элемент перемещается по второй координате (вертикальной) на расстояние меньшее, чем минимальный размер КФП 1 (чтобы в процессе ввода пучка не пропустить КФП 1). После этого выполняется полное перемещение исполнительного элемента по первой координате, но уже в дротивоположную сторону, а затем вновь по второй координате и т.д. Таким образом, обес- печивается сканирование исполнительного элемента и юстировочного пучка по траектории строчной развертки до момента попадания света на КФП 1.

Введение новых элементов, а также связей между ними и имеющимися, расширяет область применения устройства так как обеспечивается возможность вьтолнения автоматической юстировки в условиях флуктуа1у1и юстировочного пучка при сохранении требуемой точности, а также позволяет повысить экономичность устройства за счет

странения фиктивной коррекции полоения юстируемого объекта.

Формула изобретения

Устройство для управления положением исполнительных элементов , содержащее координатный фотоприемник, выводы противоположных сегментов ко- торого подключены к первым входам первого и второго компараторов и через дифференциальный усилитель - к первым входам третьего и четвертого компараторов, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого компараторов соединены с соответствующим источником порогового напряжения, а также первый и второй датчики предельных положений исполнительного элемента, выходы которых подключены соответственно к R- и S- входам первого RS-триггера, прямой выход которого соединен с D-входом первого D -триггера, соединенного пря:мым и инверсными выходами с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых через первый элемент НЕ подключены к С-вкоду первого Ihj.-триггера и к выходу первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента Hj а второй вход - через второй элемент НЕ с первым выходом дешифратора и с вторым входом четвертого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входом реверсивного счетчика,вычитающий вход которого через пятый элемент И подключен к выходу первого компаратора, а выходы - к входам цифроаналогового преобразователя и к входам дешифратора, второй выход которого соединен с вторьм входом пятого элемента И, подключенного третьим входом к первым входам третьего, шестого, седьмого элементов И и к шине синхронизации, вторые входы шестого и седьмого элементов И соединены с выходами третьего и четвертого компараторов соответственно и через первый элемент ИЛИ-НЕ - с вторым входом третьего элемента И,третий вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второ1 о компаратора, а выход цифроаналогового преобразователя - с входом координаткого фотоприемника, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью выполнения юстировки в условиях флуктуации юстировочного пучка при со- хранении ее точности и устранении фиктивной коррекции положения юстируемого объекта, в него введеш 1 два .счетчика импульсов, два элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ, элемент 4И-2ИЛИ-НЕ, эле- менты НЕ и последовательно соединенные второй элемент ИЛИ-НЕ , восьмой элемент И, второй элемент ИЖ,третий элемент НЕ, второй счетчик импульсов второй D,-триггер и второй элемент И-НЕ, а также последовательно соединенные третий элемент ИЛИ-НЕ, третий D -триггер, девятый элемент И, четвертый элемент НЕ и четвертый D,- триггер, а также пятый и шестой D,- триггеры, инверсный выход четвертого ,D -триггера подключен к второму входу второго элемента и к первым входам элементов И элемента 4И-2ИЛИ- НЕ, выход которого соединен с вычи- тающим входом третьего счетчика импульсов, подключенного выходом к С- входу четвертого D/-триггера и к первому входу десятого элемента И,второ вход которого соединен с инверсным выходом второго D -триггера, а вы- ., ход - с суммирующим входом четвертого счетчика импульсов, информационные выходы которого подключены к информационным входам третьего счет- чика импульсов, С-вход которого соединен с выходом четвертого элемента НЕ, выход пятого Di-триггера соедине с С-входом второго счетчика импульсо и с вторыми входами элементов И эле- .мента 4И-2ИЛИ-НЕ,третьи входы которых по щлючены & прямым выхода м третьего и шестого D -триггеров соответственно, а четвертые входы - к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ и с вторым входом первого элемента И первого

элемента ЗИ-21-ШИ НЕ, подключенного выходом к первоьгу входу блока управления шагового двигателя, инверсный выход шестого В,-триггера соединен с вторым входом девятого элемента И, С-вход третьего -триггера через четвертый элемент НЕ подключен к выходу шестого элемента И, a-D-вход - к шине 1, выход второго элемента И-НЕ подключен к первым входам первых элементов И первого и второго элементов ЗИ-2ИЛИ-НЕ, входы вторых элементов И которых соединены с вы- первого и второго элементов И, С-вход шестого D -триггера через пятый элемент НЕ соединен с выходом седьмого элемента И, D-вход - с ши- ной 1, а R-вход - с выходом четвертого элемента , соединенного первым входом с выходом восьмого элемента И и с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом - с выходом шестого элемента И, с третьим входом второго элемента РШИ и с вторым входом второго элемента И второго элемента ЗИ-2ИЛli- НЕ, третий вход которого подключен к прямому выходу третьего D -триггера, третий вход четвертого элемента ШШ-НЕ соединен с управляющей шиной Сброс, с R-входом четвертого счетчика импульсов, с третьим входом третьего элемента ИЛИ-НЕ и через шестой, элемент НЕ - с R-входами второго и пятого D, -триггеров, С-вход которого подключен к выходу девятого элемента И, D -входы второго, четвертого и пятого D,-триггеров соединены с шиной Г , второй и третий входы восьмого элемента И подключены к шине синхронизации и к выходу второго компаратора соответственно,первый вход второго элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу третьего, а второй вход - к выходу четвертого компараторов, выход второго элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ - к второму входу блока управления шаговым двигателем.

H

ki

qp

3JL

5

r

t3) lea

S3

ГСЭ

-«

J

L

b

Ir

L.

If

N4

r

n

з

t

CL

Изобретение относится к области автоматики и может быть использо- ваао в системах юстировки оптических элементов по угловым координата.м. Цель изобретения - выполнение юстировки в условиях флуктуации юстиро- вочного пучка при сохранении ее точности и устранении фиктивной коррекции положения юстируемого объекта. Устройство для управления положением исполнительных элементов содержит координатный фотоприемник, дифференциальный усилитель, компараторы - элементы И, НЕ, Ш1И-НЕ, И-НЕ, RS-триг- гер, D-триггеры, реверсивный счетчик, счетчики импульсов, элементы ИЛИ, 4И-2ИЛИ-НЕ, датчики предельных положений исполнительного элемента,циф- роаналоговый преобразователь, дешифратор и блок управления шаговым двигателем. Данное устройство обеспечивает сканирование исполнительного элемента и юстировочного пучка по траектории строчной развертки до момента попадания света на коорди- натньш фотоприемник. 2 ил. С 3 isd 05 4iki