Устройство измерения перемещения Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных и угловых неремещений в устройствах с растровыми сопряжениями различного типа при измерении перемещения с помощью ряда последовательно установленных измерительных однородных мер.

Целью изобретения явлется расшире- ние диапазона и повышение е|5 1стродей- ствия за счет применения множества индикаторных растров и интерполяции измерительных импульсов соседних считывающих систем.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения перемещения; на фиг.2 - блок-схема устройства с раскрытием структуры блока; на фиг.З пример реализации фазового дискриминатора.

Устройство содержит один или несколько измерительных растров 1, устанавливаемых на контролируемом объекте по оси его перемещения, два или несколько индикаторных растров 2 - 6 с фотопреобразователями 7 - 1 два блока 12, 13 ключей, два дискретных фазовращателя 14, 15, два интерполятора 16, 17, фазовый дискриминатор 18, коммутатор 19 и реверсивный счетчик 20, подключенный к выходу . коммутатора 19, блок 21 датчиков положения и переключения, выход которого соединен с управляющими входами „соответственно коммутатора 19 и фазовращателя 14, 15 и блоков 12, 13 ключей, фотопреобразователи 7-1 подключены к блокам 12, 13 ключей, блок

12,фазовращатель 14 и интерполятор

16соединены последовательно, блок

13,фазовращатель 15 и интерполятор

17также соединены последовательно. Каждьш из дискретных фазовращателей 14, 15 выполнен в виде двух сумматоров 21, 22 (23,24), двух перемножителей 25, 26 (27,28), выходы которых соединены с вторыми входами первого 2 (23) и второго 22(24) сумматоров, инвертирующего усилителя 29 (30), вход и выход которого соединены соответственно с первым входом сумматора 22(24) и входом первого перемножителя 25 (27), вход второго перемножителя 26(28) соединен с первым входом первого сумматора 21(23), цифроаналогового преобразоцателя(ЦАП 31(32), выход которого соединен с

управляющими входами первого 25 (27)

15

20

-JQ

340452 .

и второго 26 (28) перемножитепей, второго реверсивного счетчика- 33(34), выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 31 (32), вход второго реверсивного счетчика 33(34) является управляющим входом дискретного фазовращателя 14(15), а первые входа и выходы сумматоров 21(23) являются его входами и выходами .

Блок 21 датчиков положения и- переключения может содержать два или несколько путевых датчиков 35 - 39, синхронизатор 40, переключатели 41, 42, датчики 35 - 39 подключены к синхронизатору 40, выходы которого подключены к переключателям 41, 42, выходы которых являются выходами блока 21, генератор 43 импульсов, подклю- - ченный к входам переключателей 41, 42.

Фазовый дискриминатор 18 может содержать два элемента И 44, 45, два 25 триггера 46, 47, подключенных к их выходам, элемент ИЛИ 48, соединенный с выходами триггеров 46, 47, и схему 49 задефжки, включенную между выходом элемента ИЛИ 48 и управляющими входами триггеров 46, 47.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от величины измеряемого перемещения и конструкции устройства возможна установка на объекте одного измерительного растра 1 и сопряжение с ним нескольких индикаторных растров 2,3,4, установленных на расстояние друг от друга не боль- 40 ше длины измерительного растра 1, либо установка на сзбъекте нескольких измерительных растров 1 и сопряжение с ними двух индикаторных растров 2, 3 с аналогичной первому случаю уста- 45 новкой растров, при этом индикаторные растры образуют перекрывающие растровые сопряжения с соседними измерительными растрами. Так, напри- мер, при движении контролируемого объекта, т.е. при перемещении измерительных растров , с выхода фотопреобразователей 7, 8 поступают квадратурные гармонические сигналы, которые через фазовращатели 14, 15 поступают на вход интерполяторов 16, 17, которые формируют счетные измерительные импульсы, цена которых

30

35

50

55

d, где d - период растрового со31

пряжения, 4. Интерполяторы 16, 17 вырабатывают сигналы, определяющие направление счета импульсов в зависимости от направления перемещения объекта. В общем случае измерительные импульсы с двух фотопреобразователей 7, 8 являются нефазированными, а величина их фазового рассогласования

ственнрго сдвига периодов растровых сопряжений по оси измерения. Дпя двух соседних фотопреобразователей t J, при этом фазовое рассогласование интерполяционных счетных импульсов

./2 I ,

15

где п - число интерполяцион20

30

ЛЦ пропорциональна величине простран- IQ ранее работавшего канала, идентичным

новым. Таким образом осуществляется переход с одного растрового сопряжения на другое.

Работой фазового дискриминатора 18 управляет блок 21, в котором синхронизатор 40 по сигналам путевых датчиков 35, 36 в зависимости от направления движения обьекта, т.е. очередности следования измерительных растров 1, определяет рабочий и фазируемый каналы, управляет работой переключателей 41, 42 для выработки . управляющего сигнала фазовращателей 14, 15, т.е. их масштабного коэффи- 25 циента, запоминание которых ведет реверсивный счетчик и ЦАП соответствующего фазовращателя. В исходном состоянии, например, когда фотопреобразователь 7 и индикаторный растр 2 находятся во взаимодействии с измерительным растром 1, а индикатор- ньш растр 3 не взаимодействует с вторым измерительным растром 1, счетные измерительные импульсы поступают на реверсивный счетчик 20 с интерполятора 16, а фазовращатель 14 этого канала может находиться в произвольном состоянии.

При дальнейшем движении контролируемого объекта, т.е. по мере появления сигналов с фотопреобразователя 8 и ухода объекта от фотопреобразователя 7 (о чем свидетельствуют путевые датчики 35(36), за время одновремен- 45 ной работы двух фотоприемников 7 и 8 происходит фазирование импульсов интерполятора 17 относительно импульсов интерполятора 16. При достижении

и соответствующих потенциалов путевЕзГХ датчиков 35, 36 коммутатор 19 подключает к счетчику 20 импульсы СИ интерполятора 17. При этом триггеры 46, 47 находятся в нулевом состоянии и элементы И 44, 45 разрешают прохождение импульсов разных последовательностей на установочные входы триггеров 46, 47.

Первый пришедший импульс из этих последовательностей устанавливает

ных счетных импульсов в одном периоде растрового сопряжения.

Таким o6pfei3OM, наиболее просто можно сфазировать интерполяционные импульсные сигналы, т.к. нужно осу- ществить лишь фазовый сдвиг квадратурных сигналов одной последовательности по отношению к другой на +1/2

2

- , что осуществляется следующим

п

образом с помощью фазовращателей 14, 15.

На один вход сумматоров 21 и 23 поступают сигналы U coswt, а на вторые их входы - k-U sinut, т.е. вторые гармонические сигналы, прошедшие через инвертирующие усилители 29, 30 и перемножители 25, 27, а на входы других сумматоров 22 и 24 поступают первые гармонические сигналы k х X U coswt и вторые гармонические сигналы )t, прошедшие через перемножители 26, 28. (Масштабные операции ik-U sintot и tk«Un,cost4t могут быть осуществлены также потенциометром, цифроуправляемым резистором, включенным на вход сумматора, цифроуправляемым делителем напряжения).

Аналоговую величину масштабного коэффициента и его запоминание осуществляют ЦАП 31, 32, поразрядно подключенные к реверсивным счетчикам 33, 34.

Счетные измерительные импульсы СИ и СИ поступают с выходов интерполяторов 16, 17 на вход фазового дискриминатора 18, которьм определяет отставание - опережение импульсных последовательностей и совместно с синхронизатором 40 и переключателями 41 и 42 подключает генератор 43 импульсов к реверсивному счетчику фазируемого ка35

40

50

55

нала на суммирующий или вычитающий вход. Накопление импульсов идет до осуществления поворота на необходимый угол, т.е. до . В этот момент по сигналу блока 21 коммутатор 19 подключает на вход реверсивного счетчика 20 измерительные импульсы фазируемого канала вместо импульсов

15

. 25

20

. 25

30

. 25

. 25

35

45

40

50

55

свои триггер в единичное состояние, и этот триггер запрещает прохождение импульсов другой последовательности. Элемент ИЛИ 48 совместно со схемой 49 задержки вырабатывает импульс сброса в нулевое состюяние триггеров 46, 47 и подготавливает фазовый дискриминатор к новому циклу. Импульсные сигналы с вьгхода триггера 46, 47 индицируют знак фазового рассогласования (tйЮ импульсных последователь- костей. Эти импульсы могут быть использованы для выработки постоянного

потенциала знака фазового рассогласо- ходу блока датчиков положения и певания с помощью третьего вспомогательного триггера, установочные входы которого подключаются к выходам триггеров 46, 47; кроме того, импульсы могут непосредственно в качестве Импульсов генератора 43 поступать через переключатели 41, 42 на соответствующие входы счетчиков 33, 34.

При наличии множества индикаторных растров 2 - 6 и одного измерительного растра 1 блоки 12, 13 ключей поочередно подключают квадрв.турные сигналы соседних фотопреобразователей к фазовращателям 14 или 15.

Формула изобретения

1. Устройство измерения перемещения, содержащее оптически связанные измерительный растр, связанный с объектом, два индикаторных растра с фотопреобразователями, два дискретных фазовращателя, коммутатор, реверсивный счетчик, вход которого подключен к выходу коммутатора, блок датчиков положения и переключения, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора и управляющими входами двух дискретных фазовращателей, фазо- вьй дискриминатор, выход которого

-

13340456

соединен с управляющим входом блока датчиков положения и перемещения, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повы- шения быстродействия измерений, оно снабжено дополнительными индикаторными растрами с фотопреобразователя

ми двумя блоками ключей, входы и выходы которых соединены соответственно с фотопреобразователями и информационными входами двух дискретных фазовращателей, управляющие входы двух блоков ключей подключены к вы

реключения, двумя интерполяторами, входы которых подключены к выходам двух дискретных фазовращателей, выходы двух интерполяторов соединены с входами фазового дискриминатора и информационными входами коммутатора.

0

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что дискретный 5 фазовращатель выполнен в виде двух сумматоров, первые входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами дискретного фазовращателя, двух перемножителей, выходы которых соединены с вторыми входами первого и второго сумматора, инвертирующего усилителя, вход и выход которого соединены соответственно с первым входом второго сумматора и входом первого перемножителя, вход второго перемножителя соединен с пер- входом первого сумматора, цифро- аналогового преобразователя, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго перемножителей, реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом цифроанало- гового преобразователя, вход реверсивного счетчика является управляющим входом дискретного фазовращателя.

5

0

JCZII

Изобретение относится к конт- . рольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных и угловых перемещений в устройствах с растровыми сопряжениями различного типа при измерении перемещений с помощью ряда последовательно установленных измерительных одно/ родных мер. Целью изобретения является расширение диапазона и повьше- ние быстродействия за счет применения множества индикаторных растров, интерполяции измерительных импульсов соседних считывающих систем. Достижение цели обеспечивается тем, что с объектом совмещается измерительный растр 1, а считывание проводится множеством индикаторных растров 2-6, информация с которых снимается блоками 12, 13 ключей путем последовательного подключения к фазометрам 14 и 15, выходные импульсные последовательности подвергаются интерполяции в интерполяторах 16, 17. В фазометрах 14, 15 масштабные операции над квадратурными сигналами осуществляют, в частности, перемножители. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л 00 со 4 Ol

Составитель Т.Айсин Редактор М.Циткина Техред М.ДВДЫК Корректор М.Демчик

Заказ 3955/40 Тираж 676Подписное

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

Сриг.З