Фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для автоматической ориентации обрабатываемых изделий, в частности в станках для обработки коллекторов малогабаритных электрических машин.

Известно фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик и усилительную схему, связанную с приводом наведения. Недостатком этого устройства является неспособность его захватывать штрих, находящийся за пределами поля зрения датчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик, усилитель и привод движения объекта со штрихом, а также дополнительный элемент (поляризованное реле), позволяющий осуществить автоматический захват штриха, находящегося за пределами поля зрения фотоэлектрического датчика, В этом устройстве фотоэлектрический датчик содержит три фотоприемника с коническими световодами, входные торцы которых, сложенные вместе, образуют экран, воспринимающий изображение штриха. Два крайних фотоприемника включены дифференциально и управляют приводом, осуществляющим наведение (т.е. совмещение оси штриха с осью фотоэлектрического датчика, совпадающей в этом устройстве с базовой линией), а средний - контролирует нахождение штриха и управляет его захватом.

л

Недостатком известного устройства является ограниченность области его применения, заключающаяся а следующем, В этом устройстве высокая чувствительность фотоэлектрического датчика к смещению штриха (а следовательно, высокая точность наведения) достигается при достаточно узких входных торцах световодов, причем края изображения штриха, при расположении его симметрично оси датчика, должны закрывать примерно по половине площади торца каждого из крайних световодов. В связи с этим предъявляются жесткие требования к ширине штриха, которая должна, с очень небольшими допускаемыми отклонениями, соответствовать расстоянию между серединами торцов крайних световодов. В противном случае резко падает чувствительность и даже появляется зона полной нечувствительности. Таким образом, область применения известного устройства ограничивается определенной шириной штриха.

Целью изобретения является расширение области применения.

Эта цель достигается тем, что известное фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик, усилитель и привод движения объекта со штрихом, содержит связанный механически с объектом импульсный датчик перемещения, первый и второй счетчики

0 импульсов, управляемый инвертор, счетный триггер, коммутатор, задатчик числа и циф- роаналоговый преобразователь, фотоэлектрический датчик состоит из одного фотоприемника со щелевым световодом и

5 установлен со смещением от базовой линии наведения штриха против хода движения штриха на заданную величину, выход фотоэлектрического датчика через управляемый инвертор соединен со счетным входом пер0 вого счетчика импульсов, выход первого разряда которого соединен с управляющим входом коммутатора, а выход второго разряда - соединен с вторым управляющим входом коммутатора, первый информационный

5 вход которого соединен с выходом счетного триггера, второй информационный вход - подключен к выходу импульсного датчика перемещения, соединенному также с входом счетного триггера, а выход - соединен

0 со счетным входом второго, выполненного вычитающим, счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к задатчику числа, а выходы разрядов связаны с входами цифроаналогового преобразо5 вателя, к выходу которого подключен управляющий вход привода.

Кроме того, фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих дополнительно снабжено вторым управляемым

О инвертором, включенным между выходом фотоэлектрического датчика и информационным входом первого управляемого инвертора, дополнительно снабжено переключателем, предназначенным для сое5 динения первого информационного входа коммутатора либо с выходом счетного триггера, либо с выходом импульсного датчика перемещения, и дополнительно в нем выход второго разряда первого счетчика импуль0 сов соединен с управляющим входом этого счетчика.

На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.

Объект, например, гладкий цилиндр со

5 светлой поверхностью, на которой имеется расположенный вдоль образующей цилиндра темный штрих шириной Ь, закреплен в устройстве, содержащем вал 1 привода 2, содержащего двигатель, подключенный к усилителю 3. Привод может вращать объект

в направлении, указанном стрелкой. С объектом также жестко соединен вал 4 импульсного датчика 5 перемещения, в качестве которого, например, может быть использован датчик ПДФ-5. вырабатывающий определенное количество импульсов на один оборот вала. Поверхность объекта контролируется установленным неподвижно фотоэлектрическим датчиком 6 (например, фотодиод ФД256), снабженным щелевым световодом 7. Фотоэлектрический датчик смешен от базовой линии против хода движения штриха на некоторый заданный угол а. Выход датчика 6 соединен с усилителем- формирователем 8 сигнала, который принимает значение логическая 1, когда в поле зрения датчика находится светлая поверхность объекта, и логический 0 - когда темная. Выход усилителя-формирователя 8 соединен с информационным входом второго управляемого инвертора 9, управляющий вход которого подключен к переключателю 10, а выход соединен с информационным входом первого управляемого инвертора 11. Выход последнего соединен со счетным входом первого счетчика 12 импульсов, выход первого разряда которого соединен с управляющим входом первого управляемого инвертора, а выход второго разряда соединен с управляющим входом самого счетчика 12. В качестве управляемых инверторов могут быть использованы элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (например, микросхема К561ЛП2), один из двух входов которых служит информационным входом, другой - управляющим. В качестве первого счетчика импульсов может быть использован двоичный счетчик- микросхема К561ИЕ10. Выходы первого и второго разрядов счетчика 12 соединены также соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора 13 (например, микросхема К561ЛС2), первый информационный вход которого подключен к переключателю 14, а второй - к импульсному датчику 5 перемещения, к которому подключен также вход счетного триггера 15. Выход последнего соединен с первым контактом переключателя 14, второй контакт которого подключен к импульсному датчику 5 перемещения. В качестве счетного триггера может быть использован один разряд счетчика - микросхемы К561ИЕ10.

Выход коммутатора 13 соединен со счетным входом второго счетчика импульсов (микросхема К561ИЕ11), установочные информационные входы которого подключены к задатчику 17 числа (например, переключатель ПП10-ШВ). Число, выдаваемое задатчиком 17, равно количеству импульсов, вырабатываемых датчиком 5 при повороте объекта на угол а. Вход направления счета (U/D) счетчика 16 подключен к постоянному источнику логического нуля (счетчику задан режим вычитания), а вход ввода чисел (РЕ) вместе с входом сброса первого счетчика подключен к переключателю 18, первый контакт которого вместе со вторым контактом переключателя 10 подключен к

постоянному источнику логической единицы (+U), а второй контакт вместе с первым контактом переключателя 10 подключен к постоянному источнику логического нуля. Выходы разрядов второго счетчика 16 импульсов соединены с адресными входами преобразователя 19 кодов, в качестве которого может быть использована, например, микросхема К556РТ5. Выходы преобразователя кодов соединены с

информационными входами цифроана- логового преобразователя (ЦАП) 20 (например, микросхема К572ПА1). Выход последнего соединен со вторым контактом переключателя 21, первый контакт которого

подключен к постоянному источнику логического нуля, а общий контакт соединен со входом усилителя 3. Переключатели 18 и 21 сблокированы друг с другом.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии переключатели 18 и 21 находятся в положениях, показанных на схеме. Счетчик 12 обнулен, а в счетчик 16 введено число из задатчика 17. Это

число с выходов счетчика 16 поступает на адресные входы преобразователя 19, представляющего собой постоянное запоминающее устройство, в котором для каждого адреса предварительно записан соответствующий код, поступающий при работе на выходы преобразователя. Таким образом, выдаваемые преобразователем 19 коды находятся в функциональной зависимости от кодов, поступающих на его адресные входы.

Наличие преобразователя кодов в данном устройстве необязательно, возможно и прямое соединение информационных входов ЦАП с выходами счетчика 16, но преобразо- ватель позволяет получить оптимальное по

быстродействию управление при наведении на штрих.

В исходном состоянии на информационные входы ЦАП 20 поступает макси- мальное значение кода, и ЦАП выдает полное напряжение, которое в усилитель 3 не поступает из-за разрыва цепи в переключателе 21. Привод 2 не работает, объект неподвижен. При этом штрих может оказаться в различных положениях

по отношению к фотоэлектрическому датчику б.

В случае, показанном на чертеже, штрих не пересекает оптической оси датчика 6, и в поле зрения датчика находится светлая поверхность объекта. Усилитель- формирователь 8 выдает логическую единицу, которая через управляемые инверторы 9 и 11 (при логических нулях на их вторых, управляющих, входах) проходит на счетный вход счетчика 12. Так как последний обнулен, логические нули с двух его разрядов поступают на управляющие входы коммутатора 13, который при этом выдает нулевой сигнал (свойство микросхемы К561ЛС2).

Устройство приводят в действие переводом переключателей 18 и 21 в противоположное положение. При этом снимаются сигналы обнуления счетчика 12 и ввода чисел в счетчик 16 и замыкается цепь с выхода ЦАП к усилителю 3. Привод начинает работать, поворачивая объект в направлении, показанном стрелкой. Датчик 5 начинает выдавать импульсы, но они в счетчик 16 не проходят, пока на обоих управляющих входах коммутатора 13 сохраняются логические нули и он продолжает выдавать также логический нуль. В момент, когда в поле зрения датчика 6 светлая поверхность фона заменяется темной поверхностью штриха (когда передняя граница штриха пересекает оптическую ось фотоэлектрического датчика), усилитель-формирователь 8 изменяет сигнал с единицы на ноль. Этот сигнал в виде счетного импульса поступает в счетчик 12, и на выходе первого разряда счетчика ноль заменяется единицей, которая, поступая на управляющий вход инвертора 11, изменяет его выходной сигнал на обратный, т.е. на единичный. Одновременно логическая единица на первом управляющем входе коммутатора 13 открывает его первый информационный канал и импульсы от датчика 5 через счетный триггер 15 проходят в счетчик 16. Счетный триггер делит частоту импульсов пополам, поэтому в счетчик 16 проходит только половина числа импульсов, вырабатываемых датчиком 5.

Когда оптическую ось фотоэлектрического датчика б пересекает задняя граница штриха, сигнал на выходе усилителя-формирователя 8 возвращается к единице, но. проходя через инвертор 11, на управляющем входе которого присутствует логическая единица, он инвертируется в ноль и вводит в счетчик 12 счетный импульс. Сигнал на выходе первого разряда счетчика переходит из единицы в ноль, а на выходе второго разряда - из нуля в единицу. Коммутатор 13 переключается на второй канал,

и в счетчик 16 проходят все импульсы от датчика 5. Импульсы, поступающие в счетчик 16, вычитаются из его содержимого, соответственно уменьшается число на входах

ЦАП и уменьшается выдаваемое им напряжение. Скорость привода снижается, а при достижении числом, выдаваемым счетчиком 16, нуля привод останавливается. Так как на всем участке, когда оптическую ось фото0 электрического датчика 6 пересекает штрих, в счетчике 16 учитывает только половина числа выдаваемых датчиком 5 импульсов, в момент остановки оказывается совмещенной с базовой линией середина штриха.

5 Если же переключатель 14 перевести в положение, противоположное показанному на чертеже, то оба информационных входа коммутатора 13 будут подключены непосредственно к датчику 5 и на счетный вход

0 счетчика 16 от датчика 5 будут проходить все импульсы. При этом остановка объекта происходит, когда с базовой линией совмещается передняя граница штриха.

В том случае, когда в исходном положе5 нии штрих уже располагается в поле зрения датчика 6, с началом движения объекта, при пересечении оптической оси датчика 6 задней границей штриха счетный импульс в счетчике 12 не возникает. После выхода объ0 екта из исходного положения счетный импульс, вообще, впервые может возникать только при пересечении оптической оси датчика передней границей штриха.

Устройство может работать как с тем5 ными штрихами на светлом фоне, так и со светлыми штрихами на темном фоне. В последнем случае переключатель 10 должен быть переведен в положение, противоположное показанному на чертеже, что

0 приводит к инвертированию сигнала усилителя-формирователя 8.

Могут иметь место случаи, когда объект содержит ряд параллельно расположенных штрихов, расстояние между которыми мень5 ше расстояния между фотоэлектрическим датчиком и базовой линией, а наведение производится на штрих, передняя граница которого первой пересекает оптическую ось датчика. В таких случаях последующие

0 штрихи, пересекая оптическую ось датчика до окончания наведения на первый штрих, могут нарушать работу устройства. Для предотвращения этого выход второго разряда счетчика 12 соединен с его управляю5 щим входом, логическая единица на котором останавливает счет импульсов. Таким образом, после второго счетного импульса, т.е. после прохождения через ось датчика всего первого штриха, устройство не реагирует на другие штрихи После возвращения переключателей 18 и 21 в исходное положение устройство восстанавливает способность, при последующем переводе этих переключателей в другое положение, осуществлять наведение на штрих, пере- дняя граница которого первой пересечет оптическую ось фотоэлектрического датчика.

Как можно увидеть из чертежа, устройство способно осуществлять наведение на штрих, ширина которого b 2 a R, где b - ширина штриха по окружности объекта, а- указанный на чертеже угол в радианах, R - радиус объекта, причем в этих пределах ширина штриха не влияет на точность наведе- ния. Например, в массовом производстве можно ориентировать изделия по оси штриха, отличающегося оптическими свойствами от фона, при существенно неодинаковой ширине штрихов у конкретных образцов изделия. В частности, возможна ориентация заготовки коллектора малогабаритной электрической машины по нестабильному по видимой ширине стыку между краями медной полосы, образующей гильзу для последующего разрезания ее на пластины. Проявляемое здесь расширение области применения устройства для наведения на штрих может обеспечить и значительный экономический эффект, так как позво- ляет применить высокопроизводительную технологию в новой области.

Формула изобретения 1. Фотоэлектрическое устройство для наведения на штрих, содержащее фотоэлек- трический датчик, усилитель и привод движения объекта со штрихом, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет снятия ограничений на ширину штриха при наведении на его ось, оно содержит связываемый механически с объектом импульсный датчик перемещения, первый и второй счетчики импульсов, управляемый инвертор, счетный триггер, коммутатор, задатчик числа и цифроаналоговый преобразователь, фотоэлектрический датчик состоит из одного фотоприемника со щелевым световодом и установлен со смешением от базовой линии наведения штриха против хода движения штриха на заданную величину, выход фотоэлектрического датчика через управляемый инвертор

Составитель К Редактор Г. ВельскаяТехред М.Морг

вход

соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выход первого разряда которого соединен с управляющим входом управляемого инвертора и с первым управляющим входом коммутатора, а выход второго разряда соединен с вторым управляющим входом коммутатора, первый информационный вход которого соединен с выходом счетного триггера, второй информационный вход подключен к выходу импульсного датчика перемещения, соединенному также с входом счетного триггера, а выход соединен со счетным входом второго, выполненного вычитающим счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к за датчику числа, а выходы разрядов связаны с входами циф- роаналогового преобразователя, к выходу которого подключен управляющий привода.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности наведения как на темный штрих при светлом фоне, так и на светлый штрих при темном фоне, оно снабжено вторым управляемым инвертором, включенным между выходом фотоэлектрического датчика и информационным входом первого управляемого инвертора, и переключателем, предназначенным для соединения управляющего входа второго управляемого инвертора либо с источником постоянного логического нуля, либо с источником постоянной логической единицы.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения за счет способности наведения не только на ось штриха, но и на границу его с фоном, оно снабжено переключателем, предназначенным для соединения первого информационного входа коммутатора либо с выходом счетного триггера, либо с выходом импульсного датчика перемещения.

4.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения за счет способности наведения на штрих, находящийся в ряду близко расположенных друг от друга параллельных штрихов, выход второго разряда первого счетчика импульсов соединен с управляющим входом этого счетчика.

Корректор М. Демчик

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - расширение области применения за счет снятия ограничений на ширину штриха, за счет способности наведения как на темный е оИ- н- О о- я ет за й штрих при светлом фоне, так и на светлый штрих при темном фоне, а также за счет способности наведения не только на ось штриха, но и на левую или правую границу его с фоном. Устройство содержит фотоэлектрический датчик 6, усилитель 8 и привод 2 движения объекта со штрихом. Новым является наличие в устройстве импульсного датчика 5 перемещения объекта, первого 12 и второго 16 счетчиков импульсов, первого 11 и второго 9 управляемых инверторов, счетного триггера 15, коммутатора 13, задатчика 17 числа и циф- роаналогового преобразователя 20. Кроме того, фотоэлектрический датчик 5, содержащий только один фотоприемник со щелевым световодом, установлен со смещением от базовой линии наведения навстречу направлению движения штриха на величину, соответствующую числу, задаваемому задатчиком 17 числа. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. Штрих Объект штрих И VJ VI О Ю Ч О т