Преобразователь угол-код Советский патент 1990 года по МПК H03M1/26 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам преобразования угла в . код, и может быть использовано в i системах слежения, телеуправления, программного управления станками.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения преобразователя угол - код.

На фиг. изображена кинематическая схема преобразователя угол - код; на фиг.2 - то же, справа (сняты крышка и разъем); на фиг.З - функциональная схема оптического разрядного модуля.

Преобразователь угол - код содержит входной вал 1, оптический раз-- . рядный модуль, состоящий из оправ

2-1 и 2-2, изоляционной платы 3, источников оптического излучения, выполненных в виде светодиодов 4, приемников оптического излучения, выполненных в виде фотодиодов 5, светоотражательного элемента, выполненного в виде зеркала 6, втулки 7, элементов И-НЕ 8 и элементов ИЛИ 9, редукторы, каждый из которых, кроме последнего, состоит из фланца 10, подшипников 11, оси 12, трибок 13-1 и 13-2, шестерен 14-1 и 14-2 и кре-. пежной пружины 15, последний редукто состоит из фланца 10, подпипников llt оси 12, трибки 13-1 и шестерни 14-1, контактные разрядные модули, каждый из которых состоит из оправ 16-1 и 16-2, изоляционной платы 17 с кодирующими элементами и токовыми дорожками (не показаны) , закрепленной на оправе 16-1 резьбовым кольцом 18, контактных щеток 19 и оси 20, датчик переполнения, состоящий из кулачка 21, пружины 22 и концевого выключателя 23.

Оптический разрядный модуль установлен на входном валу 1 с помощью подшипников 24-1 и 24-2 и сопряжен CN ним втулкой 7, фланец 10 с подшипниками 11 первого редуктора установлен на оправе 2-2 оптического разрядного модуля, шестерня 14-2 первого редуктора сопряжена с осью 20 первого контактного разрядного модуля, установленной в подшипниках 24-3 и 24-4, закрепленных в оправах 16-1 и 16-2, на оси 20 установлены контактные щетки 19. Каждый последующий контактный разрядный модуль через аналогичный редуктор подсоединен к предыдущему контактному разрядному модулю. В плате 17 последнего контактного разрядного модуля через подшипники 11 установлена закрепленная пружиной ось 12 с закрепленной на ней шестерней 14-1, сопряженной с трибкой 13-1, которая установлена на оси 20 контактного разрядного модуля. Кулачок 21 датчика переполнения установлен также на оси 12 последнего редуктора с возможностью замыкания через пружину 22 контакта концевого выключателя 23 при вращении оси 12,

Разрядные модули соединены между собой с помощью промежуточных колец 25, установленных между оправами 2-2 и 16-1 и между оправами 16-2 и 16-1

оптического и соответствующих контактных разрядных модулей, стержней 26 и гаек 27, причем благодаря наличию тождественных поверхностей 28 и 29 сопряжения разрядных модулей с промежуточными кольцами 25 обеспечивается фиксация модулей относительно ,друг друга в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях. Преобразователь установлен в корпусе 30 и закрыт крышкой 31, на которой закреплен разъем 32.

0

5

Зеркало 6, представляющее собой светоотражательный элемент, может быть выполнено в виде отогнутого сектора из светозащитного диска со втулкой 7, служащей также распорной втулкой между подшипниками 24 оптического разрядного модуля. Угол отгиба равен половине угла, под которыми установлены светодиоды 4 и фотодиоды 5. Величина сектора по дуге выбрана таким образом, чтобы перекрыть одновременно два световых пучка от светодиода 4 к светодиодам 5, число которых равно основанию системы счисления. Платы 17 имеют по десять кодирующих элементов, количество кодирующих элементов может быть любое и также определяется основанием системы счисления. К каждому кодирующему элементу, токовым дорожкам, светодиодам 4 и фотодиодам 5 припаяны провода (не показаны) , по которым подводится электропитание к токовым дорожкам, светодиодам 4 и снимается электросигнал от кодирующих элементов и фотодиодов 5. В оправах 2, 16 и кольцах 25 предусмотрены пазы для укладки проводов, которые вторым концом присоединены к разъему 32, закрепленному на крышке 31. Контактные щетки 19 состоят из двух частей, скользящих по кодовым элементам платы 17, причем каждая часть 01етки 19 сдвинута относительно друг друга на половину угла между кодовыми элементами. Каждая часть щетки 19 закреплена на изоляционной основе и изолирована друг от друга. Каждая часть щетки 19 выполняет роль запаздывающей и опережающей щетки. Вторым концом каждая часть щетки 19 контактирует с токовыми дорожками платы 17. Передача враще - ния между модулями осуществляется через соответствующие редукторы. Сум-i

0

5

0

5

0

э J

марное передаточное отношение у редукторов, связывающих модули, одинаковое и равно 1:К, где К - основание системы счисления, в котором предусмотрено кодирование (в данном примере К 10). Сочетание светодиода 4 и фотодиода 5 представляет собой оптронную пару. Количество оптических и контактных разрядных модулей может быть различным.

В оптическом разрядном модуле (фиг.З) элементы И-НЕ 8, количество которых равно количеству светодиодов 4, объединены в замкнутую цепочку, а их выходы являются информационными выходами оптического разрядного модуля и соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ 9, выходы которых являются управляющими выходами оптического разрядного модуля.

Преобразователь угол - код работает следующим образом.

Преобразователь позволяет преимущественно устанавливать его в начальной цепи кинематической схемы, т.е. устанавливается между двигателем и редуктором или исполнительным механизмом.

При вращении двигателя (не показан) происходит вращение входного вала 1 и соответственно зеркала 6 и производится засветка соотвествующе- го фотодиода 5 от светодиода 4 путем отражения светового потока от светодиода 4 зеркалом 6, электрический сигнал от фотодиода 5 поочередно по- 1ступает со всех десяти фотодиодов 5 на элементы И-НЕ 8, причем-для обеспечения снятия сигнала в любой момент времени необходимо возбуждение одного или двух фотодиодов 5 одновременно. Это достигается тем, что размеры зеркала 6 по дуге выбраны таким образом, чтобы засвечивались два соседних фотодиода 5. Это условие обеспечивается при выполнении следующего соотношения

oi - 4.-+-Е

Ыс R

где Ыс угловой размер зеркала 6; d - размер фотодиода 5; р - расстояние между осями двух смежных светодиодов 4 по дуге; R - радиус расположения осей

светодиодов 4.

Таким образом достигается отсутствие пропадания сигнала, поскольку

400026

при любом положении зеркала 6 кмею-- ся фотодиоды 5 с освещенностью, значительно превышающей пороговую. Возникающая при этом неопределенность, состоящая Е ом, что бывают моменты, когда оба фотодиода 5 воз- бужденьц устраняется за счет соединения элементов И-НЕ 8 (снабженных 10 пороговыми элементами),

Далее вращение от оптического разрядного модуля (младшего разряда) через трибку 13-1, шестерню 14-1, трибку 13-2 и шестерню 14-2 переда- 15 ется на первый контактный модуль, при этом контактные щетки 19 скользят по кодовым элементам платы 175 где съем информации производится также поочередно с каздого кодового 20 элемента платы 17. Наличие пары

скользящих по кодовым элементам контактов позволяет производить логический выбор элементов съема информации и исключить ее неоднознач- 25 ность на границах соседних кодовых элементов модуля, так как поскольку скользящие контакты соответствующих частей щетки 19 сдвинуты относительно друг друга ка половину угла 30 между кодовыми элементами, при перемещении контактов появляются запаздывающий и опережающий сигналы.

Однозначный съем информации осуществляется выбором части щеток 19 35 (запаздывающей и опережающей) по V-методу. При этом наличие сигналов О - 4 определяет необходимость съема сигнала с опережающей асти щетки 19, а сигналов 5 - 9 - с 40 запаздывающей части (в случае десятичного основания системы счисления).

Таким же образом происходит вращение кодирующих элементов следующих контактных модулей и съем информации 45 с их кодовых элементов.

При повороте оси 12 последнего редуктора установленный на ней кулачок 21 датчика переполнения через пружину 22 замыкает контакт концево- 50 го выключателя 23, сигнал которого может быть использован в качестве сигнала старшего разряда преобразователя, в качестве сигнала предельного числа оборотов или в качестве gg сигнала команды на выключение объекта, угол поворота которого измерялся.

Применение оптического разрядного модуля на входе и датчика переполнения на выходе преобразователя позволяет осуществлять преобразование углов поворота объектов с высокими скоростями вращения с точностью 0,05 оборота и дает возможность своевременного отключения объекта. Кроме того, использование контактных модулей с одинаковыми поверхностями 28, 29 сопряжения позволяет по мере износа трущихся элементов переставлять модули, меняя их местами (например, заменяют только модули со скользящими контактами); последний модуль на первый, а первый на последний, предпоследний на второй и т.д. Это возможно, поскольку скорость вращения входных осей последующих модулей значительно меньше, чем у предыдущих, и износ трущихся элементов происходит медленнее. Это позволяет быстро без дополнительных затрат на изготовление новых деталей производить ремонт преобразователя и увеличить ресурс его работы без утраты его работоспособности. Формула изобретения

1.Преобразователь угол - код, содержащий последовательно установленные и соединенные редукторами контактные разрядные модули и входной вал, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности

и расширения области применения преобразователя, в него введены два дополнительных редуктора, датчик переполнения и оптический разрядный модуль, который установлен на входном валу и через первый дополнительный редуктор соединен с первым контактным разрядным модулем, последний контактный разрядный модуль через второй дополнительный редуктор соединен с датчиком переполнения.

2.Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что оптический разрядный модуль содержит светоотражательный элемент, К источников и К приемников оптического излучения, где К - основание системы счисления преобразователя, К элементов И-НЕ и два элемента ИЛИ, Оси источников оптического излучения размещены равномерно по окружности радиуса R с центром, расположенным на оси вращения и параллельны ей, оси приемников оптического излучения расположены равномерно радиально, светоотражательный элемент выполнен

c в виде сектора, установленного на сопрягаемой с входным валом втулке, плоскость сектора светоотражатель- ного элемента расположена в точке пересечения осей одноименных источников и приемников оптического излучения под углом 45° к оси вращения, а угловой размер etc светоотражательd.

0

ного элемента

5

равен ---к , где d -,

размер приемника оптического излучения, р - расстояние между осями двух смежных источников излучения по

выходы источников оптического из- лучения соединены с первыми входами одноименных элементов Е-НЕ, выходы

V

первых г элементов И-НЕ соединены с

входами первого элемента ИЛИ, выходы остальных элементов И-НЕ соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход каждого предыдущего элемента И-НЕ соединен с вторым входом последующего элемента И-НЕ, выход пос- леднего элемента И-НЕ соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ, выходы элементов И-НЕ являются информационными выходами, а выходы элементов ИЛИ - управляющими выхода- ми оптического разрядного модуля.

/И 15

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам преобразования угла в код, и может быть использовано в системах слежения, телеуправления, программного управления станками. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области применения преобразователя угол-код. С этой целью в преобразователь, содержащий входной вал и контактные разрядные модули, соединенные между собой редукторами, введены два дополнительных редуктора, датчик переполнения и оптический разрядный модуль, который соединен с входным валом и через первый дополнительный редуктор - с первым контактным разрядным модулем. Последний контактный разрядный модуль через второй дополнительный редуктор соединен с датчиком переполнения. При вращении входного вала с помощью светоотражательного элемента свет от одного или двух из K источников оптического излучения, где K - основание системы счисления преобразователя, передается на радиально установленные одноименные приемники оптического излучения, сигналы с которых преобразуются элементами И-НЕ и ИЛИ в сигналы младшего разряда и управляющие сигналы, которые определяют выбор опережающих или отстающих частей щеток контактных разрядных модулей, в которых считывание происходит V- методом. При повороте оси последнего редуктора срабатывает датчик переполнения, сигнал которого может служить сигналом старшего разряда, либо сигналом индикации предельного числа оборотов, либо сигналом команды на отключение объекта. 1 з.п.

26 11 10 29

25

3f

30

Фиг. 2