Устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

(Л

С

третий - с выходом второго канала 3 измерения. Выход элемента ИЛИ 6 соединен с входами управления регистра 11 памяти и вычислительного блока 10, второй вход управления последнего соединен с выходом переполнения счетчика 8, вход данных - с выходом регистра 11 памяти. Шкалы осветительной линейки выполнены с совпадающими и несовпадающими штрихами. В каждом интервале между совпадающими штрихами количество несовпадающих штрихов постоянно по.сумме первой и второй шкал, а их

позиционное расположение в каждом интервале различно и определяет положение данного интервала в полном диапазоне измеряемых устройством линейных перемещений. Два групповых выхода генератора импульсов соединены соответственное входами управления первого и второго Л ФПЗС 12, 16, первый и второй выходы соединены с первым и вторым входами счетчика 8, а третий выход - с входами синхронизации блоков 14, 18 двойной коррелированной выборки и пороговых блоков 15, 19. 2 ил.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Сущность: устройство дополнительно содержит дифференциальный усилитель и второй измерительный канал 3 из последовательно соединенных ЛФПЗС 16, дифференциального усилителя 17, блока двойной коррелированной выборки 18 и порогового блока 19, а также элемент 5 И, элемент 6 ИЛИ и регистр памяти 11, причем осветительная линейка 1 выполнена двухшкальной, С первой шкалой оптически связан первый ЛФПЗС 12, со второй шкалой - второй ЛФПЗС 16. Выход первого канала 2 измерения соединен с первыми, выход второго - с вторыми входами элементов И 5, 6 и ИЛИ. Групповой информационный вход регистра 11 памяти соединен с выходом счетчика 8, первый информационный вход - с выходом элемента И 5, второй с выходом первого канала 2,

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения перемещений, например в прецизионных станках с числовым программным управлением. .

Цель изобретения - повышение точности измерения и получения в каждом отсчете абсолютного значения перемещения ЛФПЗС относительно начала отсчетной шкалы осветительной линейки при отсутствии ограничений на скорость перемещения контролируемого объекта до момента выполнения измерения.

На фиг. 1 дана структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структура шкал осветительной линейки.

Устройство содержит двушкальную осветительную линейку 1,первый 2 и второй 3 измерительные каналы, генератор 4 импульсов, элемент И 5, элемент ИЛИ 6, дифференцирующий блок 7, счетчик 8, регистр памяти 9, вычислительный блок 10 и блок 11 памяти.

Каждый измерительный канал (2 и 3) содержит линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС) 12(16), дифференциальный усилитель 13(17), блок двойной коррелированной выборки 14(18) и пороговый блок 15(19).

Устройство работает следующим образом.

Осветительная линейка формирует две последовательности лучей света, перпендикулярных к плоскости линейки и направле- нию перемещения, т.е. две световых шкалы, Лучи света первой шкалы попадают на светочувствительную поверхность первого ЛФПЗС 12, лучи света второй шкалы соответственно на второй ЛФПЗС 16.

ЛФПЗС имеет два выхода - основного и компенсационного сигналов, Эти выходы соединены соответственно с прямым и инверсным входами дифференциального

усилителя 13(17), компенсирующего фоновую составляющую входной освещенности соответствующего ЛФПЗС. Выходная последовательность видеоимпульсов дифференциального усилителя

13(17) преобразуется в аппроксимирующий непрерывный видеосигнал блоком двойной коррелированной выборки 14(18). Этот видеосигнал в пороговом блоке 15(19) сравнивается с пороговым уровнем, в результате

чего на выходе порогового блока 15(19) фор-. мируется бинарный сигнал с уровнем Лог. 1 на интервале времени превышения порога входным сигналом и с уровнем Лог. О на интервале времени непревышения порога.

Выходные импульсы пороговых блоков 15 и 19 являются соответственно выходными сигналами первого 2 и второго 3 измерительных каналов. Выход первого канала соединен с первыми входами элемента И 5,

элемента ИЛИ 6 и первым информационным входом регистра памяти 9. Выход второго канала соединен с вторыми входами элемента И 5, элемента ИЛИ 6 и вторым входом регистра памяти 9. Элемент И 5

выделяет совпадающие во времени импульсы первого .и второго каналов, элемент ИЛИ 6 осуществляет логическое суммирование выходных импульсов обоих каналов.

Выход элемента И 5 соединен с третьим входом регистра памяти 9, выход элемента ИЛИ 6 - с входом дифференцирующего блока 7, формирующего короткие импульсы, соответствующие по временному положению

фронтам и срезам входной импульсной последовательности. Эти импульсы поступают на пятый вход регистра памяти 9, инициируя запись в регистр памяти 9 кода координаты, поступающего в данный момент времени на четвертый вход регистра памяти 9 от счетчика 8, а также логических потенциалов, имеющихся в этот же момент времени на первом, втором и третьем информационных входах регистра памяти 9 (т.е. на выходе элемента И 5, на выходе первого 2 и на выходе второго 3 измерительных каналов).

Одновременно выходные импульсы дифференцирующего блока 7 поступают на первый вход вычислительного блока 10, выполняя функцию запроса прерывания. По этому запросу вычислительный блок 10 прерывает выполнение расчетной программы и выполняет операцию ввода массива исходных данных с регистра памяти 9.

Вводимый массив исходных данных включает:

код координаты фронта (среза) регистрируемого в данный момент времени импульса (М разрядов, соответствующие М разрядам счетчика 8);

код опознавания регистрируемого импульса (три разряда, соответствующие первому, второму и третьему информационным входам регистра памяти 9).

Вычислительный блок 10 выполняет следующие функции:

суммирование координат фронта и сре- за импульса и деление суммы на два, т.е. определение координаты центра соответствующего этому импульсу светового луча;

определение принадлежности импульса первому каналу, второму каналу или обоим каналам одновременно (последнее для импульсов, соответствующих общим для обеих шкал световым лучам);

преобразования последовательного кода, задаваемого последовательностями несовпадающих во времени импульсов первого и второго измерительных каналов (на интервале между импульсами, соответ- ствующими общим для обеих шкал световым лучам) в параллельный код - код положения ЛФПЗС относительно начала отсчета осветительной линейки;

определение величины измеряемого линейного перемещения суммированием относительной координаты светового луча (в координатах ЛФПЗС) с кодом положения ЛФПЗС относительно начала отсчета осветительной линейки; сравнение полученного значения с одним из хранящихся в блоке памяти 11 и выдача окончательного результата измерения.

Технико-экономическая эффективность устройства определяется:

Возможностью изготовления осветительной линейки без прецизионного оборудования для прорезки щелей световых лучей, т.к. точное положение каждой щели обмеряется при паспортизации устройства и заносится в блок памяти;

определением положения ЛФПЗС в любом участке измеряемого диапазона перемещений однозначно по одному текущему отсчету, что снимает ограничения на скорость перемещения контролируемого объекта перед выполнением измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные осветительную линейку и первый линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью, генератор, первый блок двойной коррелированной выборки, счетчик импульсов, вычислительный блок, блок памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения эксплуатационных возможностей, оно снабжено вторым линейным фоточувствительным прибором с зарядовой связью, первым и вторым дифференциальными усилителями, вторым блоком двойной коррелированной выборки, первым и вторым пороговыми блоками, элементом И, элементом ИЛИ, дифференцирующим блоком, регистром памяти, первый линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью, дифференциальный усилитель, блок двойной коррелированной выборки и пороговый блок соединены последовательно, вторые линейный фоточувствительный прибор, дифференциальный усилитель, блок двой- ной коррелированной выборки и пороговый блок соединены последовательно, выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, элемента ИЛИ и регистр памяти, третий вход которого соединен с выходом элемента И, четвертый вход - с выходом счетчика, пятый вход - с выходом дифференцирующего блока и с первым входом вычислительного блока, элемент ИЛ И и дифференцирующий блок соединены последовательно, первый и второй выходы генератора соединены соответственно с входами первого и второго линейных фоточувствительных приборов с зарядовой связью, третий выход - с вторыми входами первого и второго блоков двойной коррелированной выборки и первого и второго пороговых блоков, четвертый и пятый выходы счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом регистра памяти, четвертый вход-- с выходом блока памяти,

осветительная линейка выполнена в виде двух сопряженных кодирующих шкал,

Фиг. 2