Фотоэлектрический датчик Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

2

4iK Ы |:5 О

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля взаимного положения деталей и узлов машин в различных отраслях машиностроения.

Известны фотозлектрические датчики контроля положения, содержащее излучатель, сдвоенный фотоприемних и сигнальный злемент, выполненный в виде щелевой диафрагмы или флажка и жестко связанный с контролируемым объектом,

Фотоприемники расположены рядом, а между ними и излучателем проходит сигнальный злемент. При определенном пространственном положении объекта сигнальный злемент обеспечивает динамическое уравнивание сигналов фотоприемников и выработку выходного дифференциального сигнала, фpoнt которого фиксирует информацию о положении объекта.

Известные датчики характеризуются ограниченной точностью и помехоустойчивостью, так как при смещении сигнального элемента из произвольного положения в заданное, вначале один из фотоприемников полностью освещается, второй полностью затемняется, а затем происходит уравнивание фотозлектрических сигналов при промежуточных уровнях освещенности. Таким образом, флажок, прикрепленный к контролируемому объекту, перераспределяет освещенность фотоприемников с малой крутизной,что ограничивает точность определения положения. Применение линзовых систем для увеличения сигнала усложняет конструкцию и делает ее нетехналогичной. Невысока также помехоустойчивость известного датчика, так как вследствие различий в чувствительности фотоприемников фотозлектрические сигналъ уравниваются не только в заданной зоне, но и при слабом затемнении флажком более чувствительного фотоприемника.

Наиболее близким к предлагаемому является фотозлектрический датчик контроля положения, содержащий установленные в корпусе излучатель и два фотоприемника, расположенные под углом друг к другу, и сигнальный злемент, жестко связанный с контролируемым объектом. Корпус выполнен в виде щели, в которую вводится сигнальный злемент в виде флажка. Оптические оси фотоприемников пересекаются в центре излучателя.

Известное выполнение оптической схемы и сигнального злемента ограничивают точность измерения, определяемую малой крутизной изменения выходных сигналов в заданном положении контролируемого объекта. Помехоустойчивость известного датчика также невысока вследствие уравнивания сигналов при периферийном затемнении флажком более чувствительного из двух фотоприемникрв. Для повышения помехоустойчивости необходимо специальное выполнение логической злектронной схемы, обрабатывающей сигналы датчика. Конструкция корпуса со щелью, с одной стороны которой установлен излучатель, а с другой 0 фотоприемники, усложнена и требует дополнительной регулировки положения фотоприемникрв.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости датчика и упро5 щение его конструкции.

Поставленная целъ достигается тем, что фотозлектрический датчик, содержащий корпус, установленные в нем осветитель, фотоприемники, сигнальный злемент. предназначенный для скрепления с объектом, и ре гистрирующий блок, снабжен вторым осветителем, корпус выполнен в виде равнобедренной четырехгранной пирамиды с отверстиями для размещения осветителей и

5 фотоприемников и ориентирован основанием к сигнальному злементу, который выполнен крышеобразным и с отражающим покрытием со стороны основания корпуса. а фотоприемники и осветители установлены

0 попарно в соседних гранях корпуса, причем плоскость расположения осей каждой пары перпендикулярна соответствующей грани сигнального злемента при его заданном положении.

5 Введение второго излучателя и форма выполнения корпуса датчика обеспечивают возможность компоновки оптических злементов в виде пар излучатель - фотоприемник, а выполнение сигнального злемента

0 крышеобразным и его расположение по отношению к корпусу гарантирует единственность пространственного положения контролируемого объекта (скрепленного с зтим злементом), при котором фотозлектри5 ческие сигналы уравниваются,

Крутизна зтих сигналов при прочих равных условиях в два раза выше, чем в известном датчике (где они пропорциональны площади освещаемого сегмента), и пропор

0 циональна площади двух сегментов благодаря наложению изобретения излучателя на . приемную апертуру фотоприемника, в связи с чем точность предлагаемого технического решения может быть вдвое выше, чем в из5 вестных датчиках.

Расположение излучателей в отверстиях соседних граней пирамиды и их ориентация в плоскостях, перпендикулярных граням сигнального злемента. ликвидирует врзможность паразитной засветки фотоприемников вне заданного положения. Этот фактор в совокупности с единственностью положения, при котором уравниваются фотоэлектрические сигналы (независимо от различий в чувствительности фотоприемников), обеспечивает повышение помехоустойчивости датчика. Выполнение пря|йым угла крышеобразного сигнального элемента в сочетании с перпендикулярной установкой в корпусе оптических элементов упрощает конструкцию датчика и существенно повышает ее технологичность. На фиг.1 и 2 приведены варианты датчика с выполнением сигнального элемента в виде канавки или зуба соответственно, общий вид. В корпусе 1 (фиг.1) укреплены в отверстиях два фотоприемника 2 и два излучателя 3, оптические оси каждой пары излучатель фотоприемник взаимоперпендикулярны благодаря тому, что плоскости соседних боковых граней корпуса 1 перпендикулярны одна другой. Это условие соблюдается при равенстве всех ребер пирамиды (без учета усеченности вершины). . Корпус 1 укреплен неподвижно над сигнальным элементом 4 на регулируемой по высоте опоре 5. Высота определяется размерами и формой сигнального элемента 4. Конкретный выбор формы элемента 4 определяется конструктивными удобствами, например канавка может быть выполнена прямо в теле направляющей, по которой перемещается контролируемый объект, а зуб - в виде отдельной детали. Датчик работает следующим образом. При перемещении контролируемого объекта вдоль линии, перпендикулярной ребру сигнального элемента 4, укрепленного неподвижно, фотоприемники 2 ,не освещены до тех пор, пока сигнальный элемент не входит в зону, близкую к оси пирамидального корпуса 1. При этом свет излучателей 3 отражается гранями сигнального элементу ,4 в плоскости падения, параллельной его ребру. В зависимости от расстояния а между оптическими осями пары излучатель фотоприемник в плоскости нижней грани пирамиды и расстояния b между оптическими осями излучателя 3 и фотоприемникм 4 соседних пар выбирается высота корпуса над сигнальным элементом Н . 2Если диаметры диафрагм излучателей 3 и фотоприемников 4 выбраны одинаковы ми, сигнал на выходе каждого фотоприемникэ 4 изменяется пропорционально удвоенной площади освещенного сегмента высотой I оI I Y1 2 S 2г2 (arcsin -4 1 1 - --), Г Г где г - радиус диафрагмы. Высокая точность ,и помехоустойчивость контроля положения объекта достигается при увеличении высоты При этом максимумы сигналов Ui и U2 фотоприемников 4 взаимно сдвигаются и уравниваются на уровне 0,75 Um - в зоне наибольшей крутизны. Затем параллельно производят вычитание сигнала Ua из сигнала Ui и их сложение. Полученный разностный сигнал Уз характеризуется в зоне перехода через ноль крутизной, вдвое большей, чем исходные Ui и Uz, при достаточно пологом нарастании по краям. Благодаря этому можно сформировать узкий импульс U4 при движении как в правом, так и в обратном направлениях. Логическое суммирование сигналов U и Us обеспечивает единственность положения выходного сигнала. Таким образом, совокупность предложенных признаков обеспечивает по сравнению с известным датчиком повышение точности контроля за счет увеличения чувствительности в 4 раза (при использовании разностного сигнала) и помехоустойчивости (благодаря самосинхронизации суммарным сигналом и единственности сигналов при заданном положении объекта). Кроме тОга предлагаемый датчик отличается простотой конструкции благодаря предельно простой форме корпуса и сигнального элемента и соотношению их размеров. Формула изобретения Фотоэлектрический датчик, содержащий корпус, установленные в нем осветитель и фотоприемники, чувствительный элемент, предназначенный для скрепления с объектом, и регистрирующий блок, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен вторым осветителем, корпус выполнен в виде равнобедренной четырехгранной пирамиды с отверстиями для размещения осветителей и фотоприемников и .ориентирован основанием к чувствительному элементу, который выполнен крышеобразным и с отражающим покрытием со стороны основания корпуса, а фотоприемники и осветители установлены в соседних гранях корпуса, причем плоскость расположения осей каждой пары перпендикулярна соответствующей грани чувствительного элемента при его заданном положении.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля взаимного положения деталей иузлов машин . Цель изобретения ~ повышение точности. При перемещении контролируемого объекта вдоль линии, перпендикулярной ребру контрольного элемента, укрепленного неподвижно, фотоприемники не освещены до тех пор^ пока элемент не входит в зону, близкую к оси пирамидального корпуса. При этом свет излучателей 3 отражается гранями сигнального (контрольного) элемента в плоскости падения, параллельной его ребру. В зависимости от расстояния между оптическими осями пары излучатель - фотоприемник в плоскости нижней грани пирамиды производится выбор высоты корпуса. 2 ил.