Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах программного управления станками, в системах управления телескопами.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

На фиг, 1 представлена стру1 тур- ная схема преобразователя; на фиг.2- взаимное расположение излучающего блока и плоскостей растров и считыва- ющих элементов, поясняющее работу преобразователя; на фиг. 3 - конструкция считьшающего элемента.

Преобразователь содержит блок 1 излучателей, измерительный и инди- каторньш растры 2 и 3, блок 4 считывающих элементов, включающий считывающие элементы 5-6 точного, среднего и грубого отсчетов, интерполяторы 8-10 точного, среднего и грубого отсчетов, Каждьй из считывающих элементов 5-7 содержит фотоприемник 11, фокон 12, втулку 13, кольцо 14,

В точном и среднем отсчетах преобразователя используется,обтюрацион- ное сопряжение, т,е. индикаторные и измерительные растры радиально центральны и имеют в одном отсчете оди- наковьй щаг, Грубьй отсчет содержит маску, вьтолненную с пропусканием, близким к синусоидальному закону, и имеющую вид прозрачного кольца, имеющего эксцентриситет относительно оси вращения вала преобразователя.

Каждый из интерполяторов 8-10 содержит последовательно включенные усилители, потенциометрический мост, блок компараторов и дешифратор (не показан).

Преобразователь работает следующим образом.

Излучение блока 1 излучателей проходит через измерительный 2 и индика- торньй 3 растры и попадает на чувствительные площадки фотоприемников 11 считывающих элементов, которыми при вращении вала преобразователя выра- батьтаются сигналы точного, среднего и грубого отсчетов, близкие по форме синусоидальным и сдвинутые между собой в каждом отсчете на четверть ага дорожки своего отсчета. Сигналы считьшающих элементов 5 точного отсчета поступают на входы интеряоля- ора 8 точного от счета, на выходах оторого образуются п младших разряов выходного кода преобразователя.

Аналогичным образом сигналы считывающих элементов 6 среднего отсчета поступают на входы интерполяторов 9 среднего отсчета, а сигналы считывающих элементов 7 грубого отсчета поступают на входы интерполятора 10 грубого отсчета, на выходах которых формируются соответственно с (п+1) по m средних разрядов и с (т+1) по

О к старших разрядов выходного кода. Так как в реальном фотоэлектрическом преобразователе перемещения в код источник блока 1 излучателей формирует пучок неидеально парал лельного света, то из-за наличия зазора между растрами 2 и 3 проекция измерительного растра 2 на индикаторный 3 имеет больший шаг и сопряжение получается конусным.

Если источник излучения точного отсчета блока 1 излучателей расположен, в точке S (фиг. 2),, на расстоянии 1 от которой расположена плоскость

, / измерительного растра 2, индикаторный растр 3 расположен в плоскости XjXj,7 считывающий элемент 5 находится в плоскости уу, а оба растра 2, 3 выполнены с одинаковым шагом Wo, то из-за наличия зазора h между растрами 2 и 3 (плоскостями х,х, и )проекция измерительного растра 2 на индикаторньй 3 имеет шаг

0

35

V, W + &W.

Wx.

В результате в плоскости УУ чувствительных площадок считьтающих элементов 5 образуется система комбинационных светлых и темных полос, имеющих шаг

Wo( 2X2 W

где WQ- шаг растров, Wp n/1; где Ъ. - величина зазора между растрами 2 и 3, 1 - расстояние от точечного источника излучения блока 1 излучателей до плоскости Х(Х ( измерительного растра 2,

Обычно плоскость уу чувствительной площадки считывающего элемента 5 расположена на расстоянии г от плоскости индикаторного растра 3. Проекция шага комбинационньп: полос в плоскости уу составит

аа х,х, - ну ,

где AWj,y W,, j J W, .

Поэтому

3

,1+r

; Wyy w,(--i.i).

Если размер чувствительной площадки считьшающих элементов 5 раве или кратен, проекции шага комбинаци- онных полос, то глубина модуляции сигнала на выходе фотоприемников 11 будет минимальной. Поэтому, исходя из требования увеличения размаха сигналов, величина размеров чувствительных площадок не должна превышать по крайней мере половины шага проекции полос, т.е. должна удовлетворять условию

ъ -|м Н- 1 Число штрихов индикаторного растра 3 может быть найдено из условия, что в плоскость уи проецируется не- менее одного шага комбинационной полосы, что эквивалентно смещеншо . проецируемого штриха измерительного растра на величину Wg/2. относительно крайнего штриха индикаторного растра 3

N

W«

й -

или N --- ..

Таким образом, число штрихов индикаторного растра 3 и размер чувст- 30 вительной площадки в плоскости yij можно связать следующим соотношением

. ( Н

Перемещение одного из растров приводит к перемещению комбинационных полос с коэффициентом оптической редукции

г ,. bW

Поэтому незначительные погрешности при изготовлении и установке ин- дшсаторного растра приводят к знаЧи- тельному перемещению комбинационных полос, что может быть компенсировано перемещением .считывающего элемента 5 (или излучателя 1) в направлении, перпендикулярном штрихам растров. Такт образом, необходимое значение фазы сигнала на выходе считьшающего элемента 5 моясет быть получено путем регулировки его положения относительно системы комбинационных полос, что осуществляется гораздо проще и точнее, чем перемещением индикаторного растра 3 из-за наличия эффекта оптической редукции. Необходимым

JQ 2

уп

25

30

35

40

5 о .

824

условием при такой регулировке является охват проекций растрового сопряжения чувствительной площадки считывающего элемента во всем диапазоне регулирования.

На фиг. 3 приведена конструкция считьшагощего элемента предлагаемого преобразователя, позволяющая просто осуществлять регулировку..,

ФотЪприемник 11 и расположенный соосно с НИ1-1 фокон 12, помещены во втулку 13 и крепятся в последней при помощи клея. и кольца 14. Фотоприемник II и фокон 12 расположены во втулке 13 таким образом, что фотоприемник 11 находится в фокусе фоко- на 12 и их ось смещена относительно оси втулки 13 на величину .. Поэтому при вращении втулки 13 в обойме считывающих элементов 5-7. фотоприемнш 11 и фокон 12 будут перемещаться в направлении, перпендикулярном штрихам растров 2 и 3 на величину, равную 22.

Использование фокона 12 вызвано тем, что в преобразователях обычно не точечные излучатели, а излучатели, имеющие оптическую линзовую систему (напримерJ светодиоды типа АЛ 107, АЛ 119 и т.д.) . Поэтому для расширения диапазона регулирования считывающего элемента необходимо задавать большую величину эксцентриситета, не выходя за пределы растрового сопряжения в радиальном направлении. Вместо фокона могут быть испол1з- зованы объектив, линза, а в случае применения фотоприемника 11 с большой площадью кристалла или растров ,2 и 3 с очень мелким шагом (10 мкм илн менее фокон 12 может быть исключен .

Кроме приведенного конструктивного решения может быть применен и другой вариант устройства для пере- .мещения считывающего элемента, на- пример механизм перемещения в направлении, исключительно перпендикулярном штрихам растров 2 и 3, с после- дзтощей фиксацией считьшающего элемента 5 винтами.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий блок излучателей, оптически соеди- иенньй с блоком считывающих элементов через измерительный и индикатор

10

51292182

ный растры, вьтолненные с одинаковым шагом, и интерполяторы по числу отсчетов, входы которых соединены с выходами соответствующих считывающих элементов блока считьгоающих элементов , а выходы являются выходами преобразователя, причем выход старшего разряда интерполятора предьщуще го отсчета соединен с управляющим входом интерполятора последующего отсчета, отличающийся

тем, что, с целью повышения точнос- ти преобразователя, в нем не менее одного из элементов каждой пары излучатель - считывающий элемент блока излучателей и блока считывающих элементов вьтолнены с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам растрового сопряжения измерительного и индикаторного растров, а число штрихов каж,цого растра и линейный размер чувствительной площадки каждого считывающего элемента блока считывающих элементов связаны соотношением

гд

15

20

25

л ды фо во ко ру вт

L -| (N + +1)

L - линейньш размер чувствительной площадки считывающего элемента;

а„ N Г

шаг растра;

число штрихов растров, 1 - расстояние от излучателя до измерительного растра, h - расстояние между измерительным и индикаторным растрами;

расстояние между индикаторным растром и считывающим элементом.

2, Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что каждый считывающий элемент содержит фокон и фотоприемник, размещенные во втулке, ось внутреннего отверстия которой смещена относительно оси наружной цилиндрргческой поверхности втулки.

11

П-- , i

/3

Фик.

Редактор С. Пекарь

Составитель С. Жичкина Техред и.Попович

Заказ 286/58 Тирал 902Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. .Ужгород, ул. Проектна-я, 4

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - повьппение точности преобразователя, которая достигается за счет вьшолнения одного из элементов каждой и оптронных пар блока I излучателей и блока 4 считывающих элементов с возможностью перемещения относительно обтюрационного растрового сопряжения. Из-за непарал- лельности светового потока, падающего на измерительный 2 и индикаторный 3 растры,.. . и наличия зазора между индикаторным 3 и измерительньгм 2 растрами в плоскости считывающих элементов 5-7 образуется система комбинационных полос. Наличие коэффициента оптической редукции позволяет регулировкой положения считывающих элементов 5-7 или излучателя блока 1 излучателей относительно растрового сопряжения.точно выбрать пространственную фазу считываемого сигнала. Механизм перемещения считывающих элементов 5-7 содержит втулку, во внутреннее отверстие которой вставлен фотоприемник. Внутреннее отверстие выполнено с эксцентриситетом относительно наружной поверхности втулки. Поэтому при вращении втулки вокруг собственной оси фотоприемник перемещается и в направлении, перпендикулярном штрихам PC. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.,. g (Л с го со N5 00 to