Устройство для определения положения объектов Советский патент 1986 года по МПК G06K9/36 

ю а

со

05 00 I1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для измерения геометрического положения объектов, и может быть использовано в системах цифрового позиционирования подвижных органов станков Цель изобретения - повышени(2 точности устройства. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - взаимное расположение элементов устройства. Устройство содержит блок 1 формирования сигналов считывания, состоя1ций из источника 2 света (осветителя) растровой шкалы 3, кодовой шкалы 4, фокусируклцего элемента 5, формирователя 6 сигналов изображения и формирователя 7 кодов, регистр 8 сдвига, синхрогенератор 9, первый 10, второй 11| третий 12, четвертый 13, пятый 14 и шестой 15 триггеры, первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И коммутатор 19, блок 20 памяти, формирователь 21 пачки импульсов, счетчик 22 импульсов и регистр 23. Устройство работает следующим образом. Растровая шкала 3, представляннцая собой плоскую пластину (или ленту) из прозрачного материала с нанесенными на нее непрозрачными штрихами, либо из непрозрачного материала с прорезями, освещается с помощью осве тителя 2. Лучи света, проходя через прозрачные участки растровой ш:калы, воспринимаются фокусирующим элементо 5, который проецирует изображение ра тровой шкалы на светочувствительную поверхность формирователя 6. Опрос элементов формирователя 6 осуществляется с помощью регистра 8 сдвига, вход каждого разряда которог соединен с соответствующей ячейкой формирователя. В регистр 8 периодически происходит запись информации с формирователя 6 по сигналу записи с первого выхода синхрогенератора 9. При считыва нии информации из регистра 8, т.е. при сдвиге ее, на вь1ходе регистра появляются видеоимпульсы от тех ячее формирователя, которые освещены. Для определенности предположим, что штри хи растровой шкалы светлые. Тогда на выходе формирователя 6 видеоимпульсы появля:ются от тех ячеек, на которые спроецированы штрихи. Шаг нанесения штрихов выбирается таким образом, что 3 . X бы он был меньше длины светочувствительной части формирователя 6. Номер каждогоштриха закодирован (например, с помощью продольных дорожек) на кодовой шкале 4 и определяется в процессе считывания информации с помощью формирователя 7, на выходах которого появляется код номера текущего штриха, . находящегося з зоне формирователя. Значение величины, характеризующей положение каждого щтриха на растровой шкале, хранится в блоке 20 памяти. Таким образом, зная номер текущего -штриха и расстояние от края формирователя 6 до края штриха (фиг.2), можно определить положение формирователя 6 относительно растровой шкалы. При этом погрешность определения указанного положения не превышает значения двух шагов элементов формирователя 6 сигналов и не зависит от измеряемой длины. Кроме того, не предъявляется особых требований по точности изготовлений растровой шкалы, так как после ее изготовления производится точное измерение расстояния каждого штриха до начала растровой шкалы с последующей записью полученных значений в блок 20 памяти. Так как информация о положении штрихов растровой шкалы заносится в постоянную память, то она теряется при отключении питающего напряжения, что существенно повышает надежность работы устройства. Для определения номера с итываёмого штриха растровая шкала 3 совмещена с кодовой шкалой 4, на которую нанесены кодовые дорожки. При этом каждому шагу штрихов соответствует свой двоичный код, который считьгоает ся с помощью формирователя 7. Кодовая и растровая шкалы могут быть выполнены на едином основании. Формирователь 7 представляет собой набор чувствительньк элементов, расположенных в два ряда (фиг.2). Число элементов в каждом ряду соответствует числу дорожек кодовой шкалы 4, причем считывание информации с каждой дорожки производится с помощью двух элементов. Такая конструкция формирователя принята для устранения неопределенности в месте смены кода номера штриха растровой шкалы. При этом на выходах каждого ряда элементов формирователя 7 вырабатывается свой код. Эти коды различаются на. границе смены номера шага. Для определения истинного значения кода номеpa шага производится анализ значения первой ячейки формирователя 6 видео сигналов. В зависимости от того, све лый этот элемент или темный, код номера шага считывается соответственно с одного или другого ряда элементов формирователя 7. Выбор того или иног кода номера шага производится с помощью коммутатора 19. На первом выходе синхрогенератора 9 периодически формируется сигнал записи, который производит запись информации в регистры 8 и 23, сброс триггеров 10-12 в состояние О и установку триггера 15 в состояние 1 Сдвиг информации в регистре 8, а так же в триггерах 10, 11, 13 и 14 произ водится с помощью тактовых импульсов с второго выхода синхрогенератора 9, частота следования которых выбираетс такой, чтобы между двумя импульсами записи с первого выхода синхрогенератора прошло не менее К тактовых импульсов с второго выхода синхрогенератора, где К - число разрядов регистра 8. При этом сдвиг информации в-регистре 8 и в триггерах 10, 11, 13 и 14 производится по заднему фрон ту тактовых импульсов. После окончания следования импуль са .записи триггеры 10-14 сброшены, триггер 15 установлен, в регистр 23 записывается текущее значение положения формирователя- 6 относительно растровой шкалы 3, а в регистр 8 записывается состояние ячеек формирователя 6. С приходом первого тактового импульса в триггер 13 переписывается с.одержимое выходного разряда регистра 8, на выход регистра 8 выдвигается содержимое второго разряда триггер 10 устанавливается в состоя|ние 1, так как на его входе D постоянно действует сигнал Г.Если на первую ячейку формирователя 6 спро- ецировано изображение штриха, то в первом разряде регистра 8 записывается состояние 1 и после, прихода первого тактового импульса триггер 13 устанавливается по входу D в состояние 1. При этом на выходе элемента И-18 появляется сигнал, устанавливанлций триггер 12 в состояние 1, и на выходе коммутатора 19 появляетс код номера шага, снимаемый с его входа В . Если первая ячейка формирователя темная, т.е. не принадлежит проекции штриха, то с приходом первого тактового импульса триггер 13 остается н состоянии О, установки триггера 12 не происходит и на выходе коммутатора 19 присутствует код номера шага, снимаемый с его выхода А . Код номера шага с выхода коммутатора 19 подается на адресную шину блока 20, в котором по этому адресу записано значение расстояния от края растровой шкалы до края штриха. Считанное на пгину данных число подается на информационную шину счетчика 22. С приходом второго тактового импульса это число записывается в счетчик 22 сигналом с выхода элемента И 16. С приходом заднего фронта второго тактового импульса триггеры 10 и 11 устанавливаются в состояние 1 и на выходах элементов И 16 и 18 действует сигнал О. Таким образом, на выходах элементов И 16 и 18 появляется импульс один раз за цикл измерения. В то же время после прихода второго тактового импульса элемент И 17 подготовлен к пропусканию тактовых импульсов на вход формирователя 21, так как триггеры 11 и 15 находятся в состоянии 1. Так как триггеры 13 и 14 являются триггерами типа D (триггеры задержки), соединенными в цепочку, то на выходе триггера 14. повторяется сигнал выхода регистра 8 с задержкой на два такта. Таким образом, начиная с второго такта на выход элемента И 17 проходят тактовые импульсы до тех пор, пока не происходит переход триггера 14 из состояния 1 в состояние О. Такой переход соответствует окончанию следоьания первого видеоимпульса от штриха. При этом триггер 15 переходит в состояние О, так как на его входеD постоянно действует сигнал О, и дальнейшее прохождение тактовых импульсов на выход элемента И 17 прекращается. Число тактовых .импульсов, прошедших на выход элемента И 17, равно числу ячеек формирователя 6 от его края до края штриха. Так как измерение значения и запись полученной величины удобно вести в единицах длиы, то для перевода числа ячеек в их длину используется формфователь 2 Г, выполняющий функцию умножителя на постоянный коэффициент. С приходом каждого импульса на 11ход такого формирователя на его выходе формируется пачка импульсов.

512

Таким образом, на вычитающий вход четчика 22 за время цикла измерения юступает определенное число импульсов и на выходе счетчика устанавливается код положения формирователя 6 относительно растровой шкалы 3, Информация с выхода счетчика 22 записывается в регистр 23 и хранится там в течение одного цикла измерения, Формула изобретения

1. Устройство для определения положения объектов, содержащее блок формирования сигналов считывания, одни выходы которого соединены с соответствующими входами регистра сдвига, другие входы которого подключены к синхрогенератору, счетчик, одни входы которого соединены с выходами блока памяти и первого элемента И, входы которого подключены к выходам первого и второго триггеров и синхрогенератора, соединенного с соответствующими входами первого, второго и третьего триггеров и второго элемента И, другой вход которого подключен к соответствующему выходу второго триггера, регистр, входы которого соединены с выходами счетчика и синхрогенератора, а выход является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит коммутатор, входы которого соединены с другими выходами блока формирования сигналов считывания и выходом третьего триггера, а

636

выход подключен к входу блока памяти, четвертый триггер, входы которого соединены с выходами регистра сдвига и синхрогенератора, третий элемент И, входы/которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и четвертого триггеров, а выход соединен с другим входом третьего триггера, пятый триггер, входы которого подключены к выходам четвертого триггера и синхрогенератора, формирователь пачки импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к другому входу счетчика, и шестой триггер, входы которого соедд нены с выходами пятого триггера и синхрогенератора, а выход подключен к третьему; входу второго элемента И;

2.Устройство по п.1, о тли чающееся тем, что блок формирования сигналов считывания содержит растровую шкалу, оптически связанную с источником света и фокусирующим элементом, оптически связанным с формирователем сигналов изображения, выходы которого являются одними выходами блока, кодовую шкалу в виде двух линеек, соединенных с растровой шкалой, и формирователь кодов, входы которого оптически связаны с кодовой шкалой, а выходы являются другими выходами блока.

3.Устройство по п.2, отличающее с я тем, что формирователь кодов выполнен в виде двух фотоприемных элементов.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах цифрового позиционирования подвижных органов станков, в измерительных системах. Поставленная цель по повышению точности достигается путем подсчета числа ячеек формирователя сигналов изображения от его края до-края соответствующего штриха, что позволяет исключить влияние точности нанесения штрихов на шкалу на точность измерения положения объектов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.