Фотоэлектрический преобразователь перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области прецизионных измерений линейных и угловых перемещений и может быть использовано для построения преобразователей перемещения станков с числовым программным управлением специальных систем.

Известен фотоэлектрический преобразователь перемещения, содержащий источник излучения, оптически связанный через растровое сопряжение неподвижной (инди- каторной) растровой решпткой с двумя сдвинутыми один относительно другого на четверть шаг.) секторами штрихов с шагом, равным шагу штрихов подвижной растровой решетки и подвижной (измерительной) растровой решетки с блоком фотоприемников, для обеспечения фазового сдвига между выходными сигналами - 90 эл. град, Он снабжен инвертирующим усилителем, двух- канальным усилительным блоком, компараторами.

Недостатками преобразователя являются невысокая точность, которая определяется тем, насколько точно обеспечен фазовый сдвиг на 90 эл. град, между выходными сигналами может быть обеспечена 90 эл. град, только при абсолютной идентичности по параметрам инвертирующего усилителя с каждым из каналов двухканального блока, при рааенстве амплитуд сигналов с них. при идентичности параметров компараторов, что практически невозможно; ограXI

N

ничейная применяемость преобразователя, т.к. в большинстве случаев требуется производить дальнейшее преобразование выходных сигналов преобразователя, точное деление периода сигналов для увеличения дискретности измерений, т.е. в известном преобразователе фазовый сдвиг между выходными сигналами, приближающийся к 90 эл. град., обеспечивается только в цифровом1 выходном сй гнэле, а дальнейшее пре- образование возШжТЧо прЪизводить только с анало1 бвь1м сигналом при данном фазовом сдвиге; высокая трудоемкость изготовления, т.к. известный преобразователь содержит индикаторную решетку с нане- сенными на ней двумя сдвинутыми на четверть шага секторами штрихов, сложную электронную схему обеспечения фазового сдвига между выходными сигналами, приближающегося к 90 эл град

Цель изобретения - повышение точности фотоэлектрического преобразователя при расширении его применяемости и снижении трудоемкости изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения, содержащий источник излучения, конденсорные линзы, растровое сопряжение индикаторной и измерительной решеток, фотоприемники, вводится: ус- тройство для изменения угла наклона потока излучения через растровое сопряжение, включающее блок осветителя с источником излучения и конденсорной линзой; шаровые опоры, при этом изменение угла наклона потока излучения происходит вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки; регулировочные винты, перекрывающие чувствительную поверхность фотоприемников, при этом инди- каторная решетка выполнена с одной группой штрихов с шагом равным шагу измерительной решетки

Сущность изобретения состоит в том, что вводится устройство для регулирования фазового сдвига между выходными аналоговыми сигналами преобразователя, выполненное в виде блока осветителя, содержащего источник излучения и конден- сорную линзу, имеющего возможность угло- вого разворота вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки, при этом изменяется угол наклона потока излучения через растровое сопряжение и, вследствие этого, происходит смещение изображения штрихов индикаторной решетки, выполненное с одной группой штрихов относительно штрихов измерительной решетки, т.е. изменяется фаза выходного сигнала регулировочными винтами, перекрывающими чувствительную поверхность фотоппиемников выравнивают амплитуды выходных сигналов преобразователя.

На фиг. 1, 2 представлена структурная схема преобразователя, на фиг. 3 - рисунок, поясняющий работу устройства.

Преобразователь содержит источник излучения 1, 2,закрепленные с конденсор- ными линзами 3, 4 в блоках осветителя 5, б, установленных на опорной плате 7 через шаровые опоры 8, и закрепленные винтами 9,10,11,12, блоки осветителя 5, 6 оптически связаны через растровое сопряжение, состоящее из индикаторной решетки 13 с нанесенными штрихами 14 и измерительной решетки 15 с нанесенными штрихами 16 с фотоприемникэми 17, 18 соответственно, над каждым из которых установлены регулировочные винты 19, 20, перекрывающие часть чувствительной поверхности фотоприемников, выходные сигналы преобразователя 11, 12, идущие с фотоприемников, поступают в блок обработки сигналов 21. Индикаторная решетка 13 выполнена с одной группой штрихов 14, расположенных с шагом равным шагу штрихов 16 измерительной решетки 15. Шаровые опоры 8, на которые установлены блоки осветителя 5, 6 расположены в направлении параллельном направлению штрихов растровых решеток 13, 15, тем самым обеспечивается угловой разворот блоков осветителя 5, 6 при помощи винтов 9,10,11,12 вокруг оси параллельной направлению штрихов растровых решеток 13, 15.

Преобразователь работает следующим образом

При исходном положении блоков осветителя 5, 6, как показано на фиг. 1, при наличии перемещения измерительной решетки 15 относительно индикаторной решетки 13, растровое сопряжение модулирует поток излучения источников 1,2 оптически связанных, для создания параллельного потока излучения с конденсорны- ми линзами соответственно 3, 4. В результате на выходах фотоприемников 17, 18, установленных под блоками осветителя соответственно 5, 6 образуются электрические сигналы с частотой пропорциональной скорости перемещения и амплитудой пропорциональной величине светового потока, падающего на чувствительную поверхность фотоприемников, при этом фазовый сдвиг между выходными сигналами будет определяться начальным положением блоков осветителя 5, 6, т.к. индикаторная решетка 13 выполнена с одной группой штрихов 14, расположенных с шагом равным шагу штрихов 16 измерительной решетки 15 при вертикальном положении блоков осветителя 5, 6 сигналы 1j.1i будут синфазны. При угловом развороте любого из блоков осветителя 5 либо 6 от вертикального положения, (при этом другой блок осветителя занимает первоначальное положение) при помощи винтов 9, 10 либо 11, 12 (разворот осуществляется отпусканием одного и затяжкой другого винта данной пары), учитывая, что разворот происходит вокруг оси параллельной направлению штрихов растровых решеток за счет данного расп оложе- ния шаровых опор 8, происходит наклон потока излучения через растровое сопряжение и, как следствие смещение, изображения 22 штрихов 14 индикаторной решетки 13 относительно штрихов 1 б измерительной решетки 15, что в свою очередь приведет к изменению фазы между выходными сигналами, поэтому для выставки фазового сдвига между выходными сигналами 90 эл. град, производятугловой разворот одного из блоков осветителя 5 либо б при первоначальном вертикальном положении другого блока осветителя. Амплитуды выходных сигналов преобразователя 11. 12, имеющих фазовый сдвиг между собой 90 эл. град., регулируют и выравнивают регулировочными винтами 19, 20 установленными над фотоприемниками 17, 18. Регулировка осуществляется за счет перекрытиягчувст- вительной поверхности фотоприемника поверхностью регулировочного винта, т.е. изменяют величину потока излучения падающего на чувствительную поверхность фотоприемника. Далее выходные сип-талы преобразователя имеющие фазовый сдвиг

90 эл. град., равенство амплитуд, аналоговый характер поступают в блок обработки сигналов 21.

Применение преобразователя позволяет свести до минимума погрешность деления периода выходных сигналов и существенно уменьшить погрешность преобразователя, которая будет в этом случае обусловлена только погрешностью нанесения штрихов на измерительной решетке, существенно снизить трудоемкость изготовленйя при 1наличии возможности использовать данный преобразователь с аналоговым выходом с люьым электронным

блоком, производящим обработку сигналов преобразователя.

Изготовление опытных образцов преобразователей показало, что применение ука- занного способа позволяет снизить

погрешность на 10-15% при снижении трудоемкости изготовления до 20%.

Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь

перемещения, содержащий оптически связанные блок осветителя, индикаторную растровую решетку, измерительную растровую решетку, установленную с возможностью перемещения, и два фотоприемника, отл ичающийся тем, что, с целью упрощения устройства, блок осветителя выполнен в виде двух источников колл имированного излучения, каждый из которых оптически связан с соответствующим фотоприемником, и установлен с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения измерительной решетки.

Изобретение относится к области прецизионных изменений линейных и угловых перемещений и может быть использовано для построения преобразователей перемещения станков с ЧПУ специальных систем. Цель изобретения - повышение точности фотоэлектрического преобразователя при расширении его применяемости и снижении трудоемкости изготовления. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения вводятся блоки осветителя, включающие источник излучения и KOI (дёнсорнуго линзу, ус- тановленные на шаровые опоры, закрепленные винтами, имеющие возможность углового разворота вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки - для изменения угла наклона потока излучения через растровое сопряжение, регулировочные винты, перекрывающие чувствительную поверхность фотоприемников - для регулирования амплитуд выходных сигналов, упрощенная индикаторная решетка, выполненная с одной группой штрихов. Изменяя угол наклона потока излучения регулируют фазовый сдвиг между выходными сигналами, регулировочными винтами регулируют амплитуду данных сигналов 3 ил.

/ г.

jf$6 s/, (6 4/, j/, /, /,

/ 4 / /

У / - Л У р $

1О // 6

Я

73 &

1

С-V lit 7 / 4

18 20

фие. 1

Bf/ffA

фиг. 2

W) 5(6)

8

112}