Устройство для измерения положения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и yi- ловых перемещений различных объектов например в интерференционных и раст- ровых преобразователях перемещений.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения за счет введения новых блоков и связей в схему обработки измерительного сигнала.

На чертеже изображена блок-схема устройства для измерения положения объекта.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, блок 2 формирования изображений световых марок, вьшолненный, например, в виде многощелевой диафрагмы или интерферометра, фотоприемник 3, вьшолнен- ный на основе прибора с зарядовой связью, амплитудньй дискриминатор 4, состоящий из усилителя 5, вход которого подключен к выходу фотоприемника 3, D-триггера 6, D-вход которого подключен к выходу усилителя 5,блок 7 временной селекции, состоящий из формирователей 8 и 9, входы которых подключены к выходу D-триггера 6, логического элемента 10 И, первый вход которого подключен к выходу формиро- вателя 8, триггера 11, S и R-входы которого подключены к выходу логического элемента 10 И и выходу формирователя 9, логического элемента 12 И, первый вход которого подключен к вы- ходу триггера 11, формирователя 13, вход которого подключен к выходу триггера 11, триггера 14, R-вход которого подключен к выходу формирователя 13, выход триггера 14 соединен со вторым входом логического элемента 12 И, коммутатор 15, состоящий из триггера 16, R-вход которого подключен к выходу логического элемента 12 И, логического элемента 17 И, первый вход которого подключен к выходу триггера 16, логического элемента 18 И, первый вход которого подключен к выходу логического элемента 12 И, логического элемента 19 ИЛИ входы которого подключены к выходам логических элементов 17, 18 И, первы счетчик 20, вход которого подключен к выходу логического элемента 19 ИЛИ регистратор 21, первый вход которого подключен к выходу счетчика 20,блок 22 временной привязки, состоящий из формирователя 23, вход которого подключен к выходу логического элемента 12 И,D-триггера 24, D-БХОД которого подключен к выходу формирователя 23, второй счетчик 25, вход которого подключен к выходу триггера 24 а выход счетчика 25 соединен со вторым входом регистратора 21, блок 26 управления, первый выход которого соединен с фотоприемником 3, второй выход - S-входом триггера 14, S-вхо- дом триггера 16, установочным входом счетчика 20, третий выход - с С-входом триггера 6, вторым входом логического элемента 17 И, четвертый выход - с вторым входом логического элемента 10 И, пятый выход - с С-входом триггера 24, шестой выход - с вторым входом логического элемента 18 И.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света посылает пучки лучей в блок 2 формирования изображений световых марок, связанный с объектом 27.

Блок 2 формирования изображений световых марок формирует две или более световые марки, например, в виде интерференционных полос или изображения растра, проецируемые на фоточуствительную поверхность фотоприемника 3.

При линейном или угловом перемещении объекта 27 происходит перемещение световых марок по поверхности фотоприемника 3.

При поступлении управляющих сигналов с блока 26 управления происходит опрос фоточувствительных ячеек фотоприемника 3, на выходе которого формируется вьздеосигнал в виде последовательности импульсовj огибающая которых характеризует распределение освещенности в изображении световых марок по поверхности фотоприемника 3.

Сигналы, снимаемые с фотоприемника 3, усиливаются усилителем 5, входящим в амплитудньй дискриминатор 4, и поступают на D-вход D-триггера 6, на С-вход которого поступают синхро- низирующие импульсы с блока 26 управления, частота которых равна частоте опроса фотоприемника 3.

На выходе D-триггера 6 формируются прямоугольные импульсы, щирина которых связана с шириной световьк марок,которые поступают на формирователи 8 и 9, входящие в блок 7 временной селекции.

Формирователь 8 формирует короткий импульс по переднему фронту входного сигнала, формирователь 9 - по заднему фронту.

Импульсный сигнал, снимаемый с формирователя 8, поступает на первый вход логического элемента 10 И, на второй вход которого поступает стро- бирующий сигнал, начало которого задержало относительно времени начало опроса фотоприемника 3 на величину, превышающую длительность импульса, формируемого формирователем 8.

Импульс, формируемьй формирователем 8 и прошедший логический элемент 10 И, перебрасывает триггер 11 в состояние лог. 1,

Импульс, формируемый формирова- телем 9,перебрасывает триггер 11 в состояние лог. О.

При проецировании на фотоприемник 3 одной или двух световых марок на выходе триггера 11 формируется один или два иштульсных сигнала, поступающих на первый вход элемента 12 И, и формирователя 13, формирующего короткий импульсньй сигнал по заднему фронту импульса, посту- пающего на его вход.

В начале опроса фотоприемника 3 блок 26 управления формирует импульсный сигнал, устанавливающий триггер 14 в состояние лог. 1. При это сигнал лог. 1 поступает на второй вход логического элемента 12 И.

Передний фронт первого импульсного сигнала, снимаемого с триггера 11 проходит на выход логического эле- мента 12 И.

При формировании заднего фронта импульсного сигнала, снимаемого с триггера 11, формирователь 13 формирует короткий импульсный сигнал, пе- ребрасывающий триггер 14 в состояние лог. О. При этом логический элемент 12 И запирается. Таким образом, на выход логического элемента 12 И проходит только первый импульсный сигнал, снимаемый с триггера 11, и н проходит второй импульсный сигнал, в случае проецирования на фотоприемник 3 двух световых марок.

В начале опроса фотоприемника 3 блок 26 управления формирует импульсный сигнал, перебрасывающий триггер 16 в состояние лог. 1, открьгеающий

логический элемент 17 И. При этом на выходе логического элемента 17 И . формируется импульсная последовательность с частотой заполняющих импуль- сов f , которая проходит через логический элемент 19 ИЛИ и подсчитывается счетчиком 20.

При формировании переднего фронта сигнала, формируемого логическим элементом 12 И, триггер 16 перебрасывается, запирает логический элемент 17 И. При этом на выходе логического элемента 18 И формируется импульсная последовательность с частотой заполняющих импульсов fr/2, которая проходит через логический элемент 19 ИЛИ, и гйдсчитывается счетчиком 20.

Заполняющие импульсы с частотами f и формируются блоком 26 управления .

Результат, накопленный в счетчике 20 за один цикл опроса фотоприемника 3, индицируется регистратором 21 и пропорционален с определенным , масштабньм коэффициентом пространственному положению геометрического центра световой марки полностью спроецированной на фотоприемник 5, т.е. перемещению объекта 27.

На светочувствительные ячейки фотоприемника 5 при перемещении объекта 27 может проецироваться одна световая марка, две световые марки, а также часть первой световой марки и вторая световая марка.

При этом сигнал, формируемый на выходе амплитудного дискриминатора 4, характеризующий пространственное положение части первой световой марки и несущий ложную информацию о ее пространственном положении, не проходит на выход триггера 11, за счет того что передний фронт сигнала, формируемого амплитудным.дискриминатором 4, формируется раньше, чем фронт сигнаа, поступающего на второй вход лоического элемента 10 И с блока упавления 26.

Второй импульсный сигнал, формиуемый триггером 11, в сл учае проециования на фотоприемник 3 Двух светоых марок не проходит на выход логиеского элемента 12 И, и таким обазом в счетчике 20 не накапливается ожная информация.

Подсчет количества световых марок относительно фотсприемника 3 в одном

направлении производится блоком 22 временной привязки и счетчиком 25,

При формировании переднего фронта сигнала, снимаемого с логического элемента 12 И, входящего в блок 22 временной привязки, формирователь 23 формирует короткий импульс, поступающий на D-вход триггера 24,

При совпадении времени формирования импульса, формируемого формиро- вателем 23 и короткого импульсного сигнала, формируемого блоком 26 управления в процессе опроса фотоприемника 3, триггер 24 перебрасывается в состояние лог. 1.

При несовпадении времени формирования импульса, формируемого формирователем 23, и короткого импульсного сигнала, формируемого блоком 26 управления, триггер 24 перебрасыва- ется в состояние лог. О. Количество переходов триггера 24 из состояния лог. О в лог. 1 подсчитывается счетчиком 25 и индицируется регистратором 21. Перед началом измере- ния счетчик 25 сбрасывается в исходное нулевое состояние.

Таким образом, в регистраторе 21 при перемещении объекта 27 регист- рируется величина дискретного и точного перемещения объекта 27. о

Формула изобретения

л, -

Устройство для измерения положения объекта, содержащее оптически связанные источник света, блок формирования изображения, фотоприемник, вьтолненный на основе прибора с зарядовой связью, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом фотоприемника, амплитудный дискриминатор, вход которого связан с выходом фотоприемника, коммутатор, первый управляющий и первый информационный входы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока управления, счетчик, вход которого подключен к выходу коммутатора, первый вход которого подключен к счетчику, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, оно снабжено блоком временной селекции, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу амплитудного дискриминатора, второму, четвертому выходам блока управления, выход блока временной селекции соединен с вторым управляющим входом коммутатора, блоком временной привязки, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока временной селекции и пятому выходу блока управления, дополнительным счетчиком, вход которого подключен к выходу блока временной привязки, а выход соединен с вторым входом регистратора, коммутатор снабжен вторым информационным входом, подключенным к шестому выходу блока управления, а блок формирования изображения выполнен с возможностью формирования изображения двух или более световых марок.

е ю //

Редактор Н.Горват

Составитель В.Николаев

Техред Л.Олейник Корректор М.Самборская

Заказ 5214/36

Тирш 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений, например при помощи интерференционных и растровых преобразователей. Расширение диапазона измерения достигается за счет того, что схема обработки измерительной информации снабжена блоком временной селекции, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу амплитудного дискриминатора, второму и четвертому входам блока управления, блока временной привязки, первый и второй . входы которого подключены соответственно к выходу блока временной селекции и пятому выходу блока управления, ,и вторым счетчиком, вход которого подключен к выходу блока временной привязки, а выход соединен со вторым входом регистратора. 1 ил. § (Л