Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/24 

11327291

Изобретение относится к автомативспо

ке и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками, в информационно-измерительных системах промышленных роботов.

Цель изобретения - повьшение точности преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг, 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2- диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит блок осветителей (не показан), измерительный диск I, на котором расположены основная и дополнительные зк- сцентричные кольцевые дорожки, 2, ин- дикаторньй диск (не показан), блок 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, фильтр 6 нижних частот, компаратор /, формирователь 8 импульсов, блок 9 суммирования, счетчик 10, На фиг, 2 показаны сигналы 11 с выхода блока 3 фотоприемников, сигналы 12 с выхода фильтра 6 нижних частот, сигналы 13 с выхода ко1«шарато- ра 7, сигналы 1А с выхода формирователя 8 импульсов, В преобразователе формирование выходного кода, пропорционального углу поворота измерительного диска 1, осуществляется за счет фиксации изменений суммы расстояний от начала блока 3, выполненного, например, в виде линейки на приборах с зарядовой связью, до его пересечения со всеми эксцентричными дорожками 2, которая пропорциональна изменению косинуса угла поворота диска 1

li -mj

COS 0

(1)

0 угол, образованный осью линейки блока 3 и прямой, проходящей через ось О вращения измерительного диска 1 и . центр о эксцентричных кольцевых .дорожек 2;

. m

величины отрезков, на кото рые ось О вращения измерительного диска 1 делит хорду i-й эксцентричной кольцевой дорожки 2, образованную пересечением последней с осью линейки блока 3; Е - расстояние между точками О и О ,

2

Просуммировав выражение (1) для всех эксцентричных дорожек 2, можно получить

cos«i -i---( I Ь- Z m,-). (2)

1 1

0

0

Изменение косинуса угла: 4coso поворота диска I с учетом (2) и с

учетом того, что

Л1

im : 5 где L.,

- ЛЬ,, р

т,.

(3)

м.

д равно

расстояния от начала ли- кейки блока 3 соответственно до ее первого и второго пересечений с i-й эксцентричной кольцевой дорожкой 2;

изменение величин 1.. т.,

т л

Лсово/ - (L.+M,) , (4)

Zctl L li iJ

,M,)l

L bi J

Значение величины Л|

можно с высокой точностью определить5 зная период Т расположения фотоприемников в блоке 3 ипорядковые номера N|. и N). фотоприемников, находящихся на пересечении i-й эксцентричной кольцевой дорожки с блоком 3, выходные сигналы которых превышают некоторое пороговое напряжение U,

СП

4l-a-,+K. ) Т JH (N.+N )1 ТДК,

L;::1 J L S i J (5)

где К - выходной цифровой код. Окончательно с учетом (4) можно получить

и cosd

ТЛК .

(6)

45 где

К;1АЫкс- КААНН

4п

Т

(7)

К

мыис

к.

0

5

соответственно максимальное и минимальное значения выходного цифрового кода при вращении измерительного диска,

Использование измерительного диска 1 не с одной, а с п эксцентричными кольцевыми дорожками 2 позволяет для одного и того же углового поворота диска 1 получить в п раз больше

равномерно распределенных цифровых отсчетов, т.е. повысить точность измерения.

Значение выходного цифрового кода К не зависит от таких дестабилизирующих факторов, как нестабильность освещенности, управляющих и опорного напряжений, так как ОНИ приводят к взаимоисключающему эффекту на противоположных краях эксцентричных кольцевых дорожек 2.

Преобразователь работает следующим образом.

При- вращении вала преобразователя оптический сигнал блока осветителей, промодулированный эксцентричными кольцевыми дорожками 2 и щелью индикаторного диска, попадает на фотоприемники блока 3 фотоприемников. Сигналом с установочного выхода генератора 4 опроса устанавливаются в исходное состояние блок 9 суммирования и счетчик 10.

Импульсы генератора 4 поступают на соответствующие входы блока 3 фотоприемников, сигналы на выходе которог появляются синхронно с импульсами опроса второй фазы. Одновременно импульсы опроса второй фазы генерато- ра 4 поступают на тактовый вход счетчика 10, который фиксирует порядковый нрмер опрашиваемого фотоприемника блока 3 фотоприемников. Дискретные сигналы 11 с выхода блока 3 фотоприемников , усиленные усилителем 5, поступают на вход фильтра 6 нижних частот, который выделяет их низкочастотную огибающую (фиг. 2).

Низкочастотный сигнал 12 с выхода фильтра 6 нижних частот поступает на вход компаратора 7, который фиксирует моменты превьппения этим сигналом опорного напряжения U. Сигнал 13 с выхода компаратора 7 поступает на вход формирователя 8 импульсов, который по переднему и заднему фронтам входного сигнала формирует короткие импульсы 14, поступающие на вход блока 9 суммирования. По каждому импуль- су на входе блока 9 суммирования последний суммирует порядковые номера опрашиваемых в данный момент фотоприемников блока 3 фотоприемников (числа 4, 6,-12, 155 20, 23 на фиг. 2). Значения порядковых номеров опрашиваемых фотоприемников поступают с информационных выходов счетчика 10 на соответствующие входы блока 9 суммирования. В конце цикла опроса блока 3 фотоприемников в блоке 9 суммирования получается .выходной цифровой код К

К I(N,.+N).

Изменение углового положения диска 1 определяется далее по формуле (6) с учетом (7). При изготовлении измерительного диска 1 не предъявляются высокие требования к размерам эксцентричных кольцевых дорожек 2, достаточно их равномерно расположить в некотором диапазоне.

Использование предлагаемого преобразователя угла поворота вала в код в информационно-измерительных системах промышленных роботов, в системах программного управления станками позволяет значительно улучшить эксплуатационные параметры последних, в частности, повысить точность позиционирования захватных устройств манипуляторов при их эксплуатации в реальных производственных условиях.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок осветителей, оптически соединенный через основную эксцентричную кольцевую дорожку измерительного диска и щель индикаторного диска с блоком фотоприемников, компаратор и счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены генератор опроса, усилитель, фильтр нижних частот, формирователь импульсов и блок суммирования , измерительный диск вьптолнен с дополнительными эксцентричными Кольцевыми дорожками, расположенными кон центрично основной эксцентричной кольцевой дорожке, блок фотоприемников выполнен в виде линейки фотоприемников длиной, превышающей диаметр измерительного диска, которая расположена вдоль щели индикаторного диска на диаметральной линии измерительного диска, выходы генератора опроса соединены с входами опроса блока фотоприемников, выход которого через последовательно соединенные усилител и фильтр нижних частот соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с шиной опорного напряжения, выход компаратора

соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом управления блока суммирования , один выход генератора опроса соединен с информационным входом

11

t f t I I If Г f ft I I

10

счетчика, выход установки генератора опроса соединен с установочными входами блока суммирования и счетчика, выходы которого соединены с информационными входами блока cyммиpoвaниjpt,

Т f t f t ff

T t t t

15

20

Z5

/4

III

ft siz 1520 гз

Фиа.2

Редактор И. Касарда

Составитель М.Сидорова

Техред Л.Сердюкова Корректор Н, Король

Заказ 3399/55 Тираж 901 Подписное ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления .станками, в промьшшенных роботах для преобразования угловых перемещений в код. Для повышения точности в преобразователь, содержапщй блок осветителей, измерительный диск 1 с основной кольцевой эксцентричной дорожкой 2, индикаторный диск, блок 3 фотоприемников, компаратор 7 и счетчик 10, введены генератор 4 опроса, усилитель 5, фильтр 6 нижних частот (ФНЧ), формирователь 8 импульсов, блок 9 суммирования, а диск 1 выполнен с допол- нительньми кольцевыми дорожками. При вращении диска 1 световой .поток модулируется кольцевыми дорожками 2 и щелью индикаторного диска и попадает на фотоприемники блока 3. С его выхода сигналы усиливаются усилителем 5. ФНЧ 6 отфильтровывает низкочастотную составляющую. Если уровень последней превьппает пороговое значение напряжения коммутатора 7, на его выходе формируются импульсы, по передним и задним фронтам которых формирователь 8 формирует сигналы, поступающие на вход блока 9 суммирования. Счетчик 10 по сигналам,второй фазы с выхода генератора 4 просчитывает номера опрашиваемых фотоприемников блока 3, которые складываются в блоке 9 в конце каждого цикла опроса преобразования. На выходе блока 9 формируется код, пропорциональный угловому перемещению диска 1, 2 ил. ff фиеЛ