Устройство координатного позиционирования Советский патент 1991 года по МПК G05B19/02 

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим точные шаги перемещений, и может быть использовано в прецизионном технологическом оборудовании, в механизмах точной подачи инструмента или обрабатываемого изделия.

Цель изобретения - повышение точности позиционирования каретки за счет уменьшения погрешности определения ее координаты в пределах каждой четверти периода изменения сигналов датчика.

На чертеже приведена схема устройства координатного позиционирования.

Устройство содержит датчик 1 перемещения каретки, например, с фотоприемниками 2, выходы которых соединены с входами блока 3 автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов, состоящего из двух умножителей 4 и 5, входы которых соединены с входами блока автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов, а выходы - с входами аналогового сумматора 6, выходом соеди- ь анного с входом элемента 7 извлечения квадратного корня, и двух делителей 8 и 9, одни входы которых соединены с входами умножителей 4 и 5, а другие входы соединены с выходом элемента 7 извлечения квадратного корня 7. Выходы делителей 8 и 9 являются выходами блока 3 автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов, которые через усилители-ограничители 10 подключены к блоку 11 выбора направления перемещения каретки, выходы

ю

ю о

которого подключены к реверсивному счетчику 12. Один из выходов блока 3 автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов 3 соединен через двухполупериодный выпрямитель-13 с входом аналого-цифрово- го преобразователя 14, выход которого соединен к линейному преобразователю 15. Выход линейного преобразователя 15 соединен с входом преобразователя 16 кодов, два других входа которого соединены с вы- ходами усилителей-ограничителей 10. Выход преобразователя 16 кодов соединен с цифровым сумматором 17, другие входы которого соединены с выходом реверсивного счетчика 12 и управляющим входом 18 уст- ройства. Выход цифрового сумматора через цифроаналоговый преобразователь 19 подсоединен к усилителю 20 мощности. Выход усилителя 20 мощности соединен, напри- мер, с электродвигателем 21, кинематически связаны с кареткой 22,

Устройство работает следующим образом.

При перемещении каретки 22 фотопри- емники 2 датчика перемещений выдают электрические сигналы Ui и U2, связанные с текущей координатной каретки 22 следующими зависимостями:

1Н ит81п(2лг|);

U2 Umcos(27T),

где DM - амплитудные значения сигналов фотоприемников;

S - текущая координата положения каретки 22;

Т - период изменения сигналов фотоприемников 2.

С выходов датчика 1 перемещения ка- ретки сигналы Ui и U2 поступают на входы умножителей 4 и 5. На выходе умножителей 4 и 5 сигналы Uyi и Uy2 имеют вид:

Иу 1 Ау U2 Ay (JJm sin (2 л у))2 ;

Иу 2 Ay U2. Ay ( Um cos (2 л: у))2 ;

где Ау - коэффициент передачи умножителя.

Эти сигналы поступают на аналоговый сумматор 6, суммируются в нем, и суммарный сигнал с его выхода поступает на вход элемента 7 извлечения квадратного корня, на выходе которого сигнал UK имеет вид

и.

; tVu«H№Tr ЈtVv4№f)r

1ктГМ ,(2))4(coM2l 4))2,

где Ак и АС - коэффициенты передачи соответственно элемента извлечения квадратного корня и аналогового сумматора.

Так как (sin (2rtjjf + (cos (2 я|))2- величина постоянная, то можно записать UK AUM,

причем

А Ак VAcAy У(8|П(2я))2+ (cos (2

С выхода элемента 7 извлечения квадратного корня сигнал поступает на входы делителей 8 и 9, на выходах которых сигналы имеют вид

п.. si ()

Т

11А1 и

ЛЧи

- 4А31„

(Н

tV s(

м

« COS

1)

где Ад - коэффициент передачи двигателя. Как видно,амплитуды сигналов UA1 и 0Д2 не зависят от амплитуды сигналов датчика перемещения каретки Ui и U2 и определяются лишь коэффициентами передачи умножителя, аналогового сумматора, элемента извлечения квадратного корня и делителя Сигналы 11д1 и 1)д2 с выходов блока 3 автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов поступают на входы усилителей-ограничителей 10. В усилителях-ограничителях 10 формируются двухуровневые знаковые сигналы, изменение которых происходит в моменты изменения полярности входных сигналов иД1 и 1)д2. На выходах блока 11 выбора направления перемещения каретки формируются импульсные сигналы, характеризующие действительное прямое и обратное перемещения каретки 22 с периодов их следования, пропорциональным дискретности смещения каретки на величину Т/4

Младшие разряды сигнала действительной координаты каретки 22 формируются цепью, состоящей из блоков 13-16. При этом синусоидальный сигнал с одного из выходов блока 3 автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов выпрямляется вдвухполупериодном выпрямителе. Затем однополярный пульсирующий сигнал, каждая полуволна которого соответствует смещению каретки 22 на величину Т/2, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 14 в последовательность цифровых К-разрядных кодовых сигналов Далее К-разрядный сигнал, соответствующий значениям действительных координат каретки 22, но сформированный в пределах отрезков Т/2 по синусоидальному закону, преобразуется в линейном преобразователе 15 в последовательность N-разрядных кодов, линейно

связанных с теми же координатами каретки

22, в соответствии с выражением X

Y arc sin у

где Y - выходной N-разрядный код, соответствующий главному, значению функции

arc sin ув пределах от 0 до ;

X - мгновенное значение входного К- разрядного кода;

Z - максимальное (амплитудное) значение входного кода.

Последние преобразуются в преобразователе кодов 16 в кодовый сигнал действи- тельной координаты каретки 22 в пределах отрезка. Т/4, поступающий на цифровой сумматор 17. По управляющему входу 18 устройства на цифровой сумматор 17 поступает управляющий сигнал, задающий коор- динату позиционирования каретки 22 в виде полного кода координаты.

В реверсивном счетчике 12 происходит подсчет импульсов, поступающихс блока 11 выбора направления перемещения каретки, в результате чего на выходе реверсивного счетчика 12 формируются старшие разряды кода действительного положения каретки 22, младший из которых соответствует изменению координаты на величину Т/4.

В цифровом сумматоре 17 происходит суммирование кодов, поступающий от преобразователя 16 кодов и реверсивного счет- чика 12, для получения полного кода действительной координаты каретки, и вы- читание из него полного кода координаты позиционирования каретки, поступающего по управляющему входу 18 устройства. На выходе цифрового сумматора 17, таким образом, формируется полный разностный сигнал управления движением каретки 22, который после преобразования в цифроаналоговом преобразователе 19 в аналоговую форму и усиления в усилителе 20 мощности поступает на электродвигатель 21 для осу- ществления перемещения каретки 22 до тех пор, пока разностный сигнал не станет равным нулю.

Изобретение позволяет повысить точность позиционирования каретки за счет уменьшения погрешности определения координаты каретки, так как координата действительного положения каретки определяется внутри четверти периода синусоидальных сигналов, соответствующих перемещению каретки, путем сравнения мгновенных значений сигналов с их амплитудными значениями, не изменяющимися от нрстабильности осветителя датчика, климатических условий, загрязненности среды и т.д благодаря введению блока автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов

Формула изобретения Устройство координатного позиционирования, содержащее датчик перемещения каретки, два усилителя-ограничителя, выходы которого соединены с соответствующими входами преобразователя кодов и блока выбора направления перемещения кяретки, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим первому и второму входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя кодов, а третий вход - к управляющему входу устройства, выход цифрового сумматора соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого через усилитель мощности подключен к выходу устройства,, а также последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь и линейный преобразователь, выход которого соединен с третьим входом поеоб- разователя кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности позиционирования каретки за счет уменьшения погрешности определения координаты каретки, в него введен блок автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов, первый и второй информационные входы которого соединены с соответствующими выходами датчика перемещения каретки, а первый и второй - с входами первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, состоящий из двух умножителей, соответствующие входы которых подключены к первому и второму входам блока автоматической регулировки амплитуды, и к первым входам первого и второго делителей, выходы умножителей соединены с соответствующими входами аналогового сумматора, выход которого соединен с входом элемента извлечения квадратного корня, выходом подключенного к вторым входам делителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим точные шаги перемещений, и может быть использовано в прецизи онном технологическом оборудовании, механизмах точной подачи инструмента или обрабатываемого изделия. Цель изобретения -повышениеточности позиционирования каретки за счет уменьшения погрешности определения координаты каретки в пределах каждой четверти периода изменения сигналов датчика. Устройство содержит датчик перемещений каретки с фотоприемниками, блок автоматической регулировки амплитуды синусоидальных сигналов, аналоговый сумматор, элемент извлечения квадратного корня, два делителя, умножители, блок выбора направления перемещения каретки, реверсивный счетчик, аналого-цифровой преобразователь, линейный преобразователь. Изобретение позволяет повысить точность позиционирования каретки за счет уменьшения погрешности определения координаты каретки. 1 ил. tn с