УСТРОЙСТВО для ЗАМЕРА УГЛОВ Советский патент 1973 года по МПК G01B7/30 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам замера углов между выводами проволочных прецизионных потенциометров.

На заводах, изготавливающих проволочные прецизионные потенциометры типов ПТП и ПЛП, технологический процесс предусматривает контроль углов между выводами, который осуществляется вручную с использованием оптических делительных головок и омметров.

Однако такой контроль имеет малую производительность труда; характеризуется субъективностью процесса измерения, зависящего от квалификации оператора, степени его утомления и других причин (освещение, расположение омметра и т. д.), частым несовпадением результатов измерений одного и того же угла у одного и того же проверяемого потенциометра, недостаточной точностью измерений и увеличением времени при повышении его точности за счет многократной перепроверки положений точек начала и конца отсчетов.

Цель изобретения - повыщение точности и быстродействия устройства. Для этого предлагаемое устройство замера углов между выводами проволочных прецизионных потенциометров содержит электромеханический узел

углового перемещения движка проверяемого потенциометра, а также ряд электронных блоков. К ним относятся блок анализа изменения величины сопротивления между движком и выводами потенциометра через уровень, равный примерно половинному значению величины сопротивления одного витка; блок задания указанной величины сопротивления; блок программного управления; блок счета

электрических импульсов; блок индикации результатов измерений в цифровой форме и блок управления шаговым электродвигателем электромеханического узла углового перемещения движка проверяемого потенциометра,

при этом ось проверяемого потенциометра закреплена в зажиме электромеханического узла, электрические выводы проверяемого потенциометра и выводы блока задания сопротивления подключены к блоку анализа изменения величины сопротивления между движком и выводами потенциометра. Вывод блока анализа изменения величин соединен с блоком программного управления, к выходам которого подключены блок счета электрических

импульсов и блок управления шаговым двигателем, соединенным через прецизионный волновой механический редуктор с упомянутым зажимом электромеханического узла, а выход блока счета электрических импульсов

соединен с входом блока индикации резуль3

татов измерений в цифровой форме (в виде цифрового табло).

Блок анализа изменения величины сопротивления между движком н выводами цроверяемого цотенциометра через уровень, равный примерно ноловнниому значению величины сонротивления одного витка, содержит измерительный люст ностоянного тока, составленный из резисторов, одним из нлеч которого является участок сонротивления между движком и данным выводом нроверяемого иотенциометра, и блокинг-генератор, вторичная обмотка имнульсного трансформатора которого через диод нодключена к нзмернтелвной диагонали указанного моста, а выход блокинг-генератор а нодключен к одному из входов блока программного управления.

Блок нрограммного управления содержит генератор прямоугольных тактовых импульсов иаиряжения с частотой следования 500 гц, соединеннв1й через э 1ектронный ключ с блоками счета электрических нмнульсов и унравления шаговым электродвигателем, и систему автоматического унравлеиня указанным ключом но заданной нрограмме, в которую входят триггер управления, триггер комаидных имнул1;сов, триггер нодготовкн измерений, триггер всномогательных циклов, триггер основного цикла, электронный ключ, раздельные узлы задержки соответственно на 120, 350, 350 и 120 мсек и узел реверса выводов проверяемого потенциометра. Выход триггера управлення соедииен со входом первого электронного ключа, а шесть входов триггера управлення соответственно соединены с кнопками «Пуск и «Сброс и с выходами второго электронного ключа, узла задержки на 120 мсек, другого узла задержки на 120 мсек, и узла задержки на 350 мсек, нричем выход блокинг-генератор а блока через триггер командных имнульсов подключен к одному из входов второго электронного ключа, коммутирующий вход которого соединен с выходом триггера нодготовки измерений, два входа которого соединены соответственно с кнонкой «Сброс, параллельно шипе сброса узлов блока счета электрических имнулвсов, и входом узла задержки на 120 мсек.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема входящего в устройство блока анализа изменения величины сонротивления между движком и выводами проверяемого потепциометра через уровень, равный примерно половинному значению сонротивления одного витка; на фиг. 3 - электрическая схема проверяемого потенциометра; на фиг. 4 - блок-схема входящего в установку блока нрограммного упоавления.

Устройство содержит следующие основные узлы и блоки (фиг. 1).

Блок 1 задания величины сопротивлепия, равного примерно половинному значению величины сопротивлення одного витка намотки проверяемого потенциометра данного тнна и

данного номинального значения сопротивления. Блок содержит переключатели н набор сонротивлепий, с помощью которых может быть установлен любой из необходимых указанных уровней величины сонротивлеиия проволочных прецизионных потенциометров типа ПТП и ПЛП для всех их поминальных значений от 200 ом до 50 ком на мощности 1,2 и 5 ВТ. Перед началом измерений переключатели устанавливают в положения, соответствующие номинальному значению и мощности проверяемого нотеициометра. По существу данный блок нредставляет собой широко известный магазин сопротивлений.

Блок аиализа измерения величины сопротивления проверяемого потенциометра 2 (фиг. 2). К этому блоку нодключены блок 1 и проверяемый потенциомет; 3. Назначение блока выдача электрического имиульса в

момент вредшни, когда движок потенциометра при его угловом перемещепни занимает положепие, при котором сопротивление между его движком и данным (любым) выводом нроверяемого потенциометра скачкообразно проходит через уровень, равный нримерно ноловинному значению величины сонротивления одного витка. Угловое перемещепие движка потенциометра осуществляется дискретными шагами, каждый из которых

равен одной угловой минуте; время одного щага и последующей паузы равно 2 мсек. При угловом перемещепии движка потенциометра сопротивление между движком и выводами потеицнометра изменяется ступенчато. Время анализа с началом каждой стуненьки не нревышает 100 мксек. Поэтому электрический импульс, сигнализирующий о прохождении указанного уровня 0,5 величины сонротивлення одного витка, на выходе данного блока ноявляется много раньше, чем происходит следующее шаговое перемещение движка. Этим самым подчеркивается высокое гарантированное быстродействие систем по анализу пз.мерепия указанного сопротивления.

Блок 2 состоит из известных узлов, но не является стандартным. В него входят измерительный мост ностоянного тока, составленный из резисторов 4, 5, 6, 7; в плечи данного измерительного моста дополнительно включены

резистор 8, являющийся одним из резисторов магазина сопротивлений (рассмотренного ранее блока), н обмотка проверяемого потенциометра, которая условно изображена в виде неременного резнстора 9. На клемму 10

нодается стабнлизировапное по величине постоянное нанряжение ннтания измерительного моста; блокинг-генератор, содержащий транзистор 11, резистор 12 и конденсатор 13 в эмиттерной цени, резисторы 14 н 15 в цепи

смещения базы, резистор 16 и импульсный трапсформатор 17, включепный в коллекторную цепь транзистора, причем вторичной обмоткой импульсный трансформатор через диод 18 нодключен к измерительиой диагонали

моста. Конденсатор 19 является разделительиым и одновременно частотозадаюшим для блокинг-геиератора. Конденсатор 20, резистор 21 и ДИОД1 22 являются элементами, образующими выходную цепь рассматриваемого блока. К клемме 23 приложено стабилизированное постоянное напряжение питания. Клемма 24 является выходной клеммой блокинг-генератора и блока 2 в целом. На фиг. 2 обмотка проверяемого потенциометра 9 подключена к схеме двумя концами - клеммой 25 вывода одного конца потенциометоа ц клеммой 26 вывода движка. Клемма 27 дпугого потенциометра и клемма 28 вывода средней его точки являются свободными (подключение к схеме той или иной клеммы 25, 27 или 28 пооизводится автоматически, т. е. нахождение точек отсчета при измерении углов происходит по двухзажимной схеме подключения проверяемого потенциометра). Диод 29 является одним из элементов цепи обратной связи блокинг-генеоатора. Клемма 30 - вляетс входной для данного блока по цепи обратной данного блокинг-генератора. Клеммами 24 и 30 рассматриваемый блок соединен с блоком программного управления 31.

Поскольку измерительный мост и блокинггенератор известны, работа их не рассматривается. Следует лишь указать, что при заданной величине сопротивления резистора 8, который устанавливается переключателями перед началом измерений в блоке 1, и при изменяющейся величине сопротивления 9 (между движком и выводом измеряемого потенциометра) блокинг-генератор самовозбуждается всякий раз, когда наступает баланс измерительного моста. В эти моменты времени на выходной клемме 24 появляется каждый раз единичный импульс напряжения длительностью 15 мксек, свидетельствующий о том, что в данный момент времени сопротивление между движком и выводом проверяемого потенциометра скачкообразно изменилось, пройдя уровень 0,5 величины сопротивления одного витка. Вообще блокинг-генератор должен был бы генерировать незатухающие колебания на собственной частоте, но для того, чтобы в этом случае вернуть блок 2 в исходное состояние, при котором транзистор 11 заперт, нужно было бы движок потенциометра увести далеко от точки возникновения автоколебаний. А при проверке низкоомных потенциометров, примерно, от 500 ом и ниже, автоколебания вообще сорвать было бы затруднительно. Чтобы исключить последуюните автоколебания после первого импульса введена цепь обратной связи, одним из элементов которой, как указывалось выше, является диод 29. При появлении первого импульса блокинггенератора, который с клеммы 24 подается в блок программного управления, на его переднем фронте опрокидывается триггер командных импульсов, который входит как составная часть в указанный блок, при этом выход данного триггера соединен с клеммой 30. Триггер при опрокидывании своим выходом

через диод 29 шунтирует транзистор 11 блокинг-генератора, препятствуя возинкиовению последующих автоколебашп. В силу сказанного на выходной клемме 24 появляется только единичный импульс.

Назначение блока программного управления 31 состоит в том, чтобы по заданным до начала изменений условиям (измерение рабочего угла, технологического угла или угла

между средним и концевым выводами проверяемого потенпнометоа автоматически управлять последовательностью действий и взаидопействием отдельных узлов и блоков устройства.

Процесс измерентт г и соответственно работа отдельных УЗЛОВ и блоков установки разбиты на три этапа, которые рассматриваются на прил;ере из герения рабочего угла, при которо: т средний вывод проверяемого потенцио тетра к измерительлюй схеме не подключается.

Первый этап. На данном этапе, котопый можно назвать подготовительны т (см. электрическую схему проверяемого потенниометла (Ьиг. 3, на которой а обозначен рабочий угол движок 32 потенциометра, ппедвапительпо закрепленного в установке, из случайного положения, обозначенного на чертеже, наппимет, буквой а. начинает угловое нереметцепие всегда только в одну сторону по направлению стрелки Л. В положениях Ь и с движок потенциометра при своем непрерывном шаговом перемещении проходит точки, в которых соппотивление меж.ду движком 32 и кле.тмой 27 потенциометра скачкообразно пепехолит через уровень 0,5 величины сопротивления одного витка. С момента прохождения движко т по.яожения (или точки) Ъ, о чем сиг11ализир ет б.ток 2, начинается отсчет времени, которое всегда постоянно и задано при настройке один раз для всех ттомина.льных значений, проверяемтлх потенциометров, и примепно равно 120 мсек; за данное время движок пoтeнциo тeтpa из положения Ь перемеп1ается в по.тожение d. которое всет-дп дальше положения г, и останавливается. Положение d зависит только от указанной выдержки впемени и может в некоторых предо.тлх ттзменяться.

Второй этап. На дашюм этапе движок 32 потенциомотрп из положения d начинает угловое шаговое переметцение в направлении, противоположтюм стрелке .4. В положении с. где происходит оппсанлып скачкообразный

переход величины сопротивления чепез уровень 0,5 сопротивления одного витка, происходит остановка движка, которая длится 120 мсек (это время строго не регламентировано) : за это время происходит переключецие концевых выводов проверяемого потенциометра, т. е. к схеме измерения (блоку 2) влтесто вывода 27 подключается вывод 25 и между движком и выводом 25 оказывается включенным все сопротивление проверяемого потенциометра. Третий этап. Во время данного этапа движок 32 иачииает свое шаговое угловое перемещение в том же направлении, т. е. противоположном стрелке А, и из положения с переходит в положение g и останавливаться, в положении g происходит скачкообразное изменение величины сопротивления через уровень 0,5 сопротивления одного витка. Положения g W. е аналогичны по своему смыслу положениям с и 6. Число шагов при перемещении движка от точки с до g равно числу угловых минут между ними. Необходимость прохождения движком нотенциометра положения с иа первом этапе с остановкой в положении d и обратное его движение определяется следующими соображениями: во-первых, к выводам 27 и 25 движок потенниометра должен подходить только с одной стороны, в этом случае точками отсчета могут быть соответственно либо точки с V. g, либо точки b и е, так как угол между ними равен углу между выводами 27 и 25, т. е. углу а; во-вторых, несмотря на наличие в установке прецизионных механических узлов и деталей неизбежны механические люфты, увеличивающиеся со временем по мере их износа, а потому при перемещении движка потенциометра из положения d в положение с на втором этапе выбираются все механические люфты, которые могли бы ухудщить точность измерения углов. Все указанные манипуляции осуществляются автоматически с помощью рассматриваемого блока программного управления, блок-схема которого приведена на фиг. 4. Блок 31 содержит следующие узлы. Генератор прямоугольных тактовых (щаговых) импульсов 32 с частотой следования 500 гц. Выход этого генератора через электронный ключ 33 подключается ко входам блока счета электрических импульсов 34 (фиг. 1) и узла реверса блока управления щаговым двигателем 35. Коммутирующее напряжение на электронный ключ 33 подается с выхода триггера управления 35 (фиг. 4), имеющего щесть входных цепей, с которыми соединены кнопка ручного пуска 36, выход узла задержки 37 (на 120 мсек) (этот же выход подключен к одному из входов триггера командных импульсов 38 и триггера подготовки измерения 39), выход узла задержки 40 (на 350 мсек), выход электронного ключа 41 и один из входов триггера основного цикла 42; выход узла задержки 43 (на 120 мсек), кнопка ручного сброса 44 и один из входов триггера командных импульсов 38, триггера подготовки измерений 39, триггера основного цикла 42 и триггера вспомогательных циклов 45. Выход триггера подготовки измерений 39 соединен с унравляющим входом электронного ключа 41. Другой вход этого же ключа соединен с выходом триггера ко.мандных импульсов 38 и одним из входов триггера 45 вспомогательных циклов. Выход данного триггера соединен со входами узла задержки 37 и узла задержки 46 (на 350 мсек), Выход узла задержки 46 подключен ко входу узла задержки 40 и к коммутирующему входу узла реверса блока управления шаговым двигателем 35, не показанному на схеме фиг. 4. Один из выходов триггера основного цикла 42 соединен со входом узла задержки 43, а другой выход этого же триггера соединен со входом узла реверса 47 концов проверяемого потенциометра и шнной сброса (автоматического) узлов счета блока счета электрических импульсов 34, не показанных на схеме; с этой же щиной соединен выход кнопки ручного сброса 44. Выходами узла реверса 47 концов проверяемого потенциометра являются контакты входящего в него электромеханического реле, через которые проверяемый потенциометр подключен к схеме блока анализа (2) измерения величины сопротивления проверяемого потенциометра. Один из входов триггера командцых импульсов 38 соединен с выходной клеммой 24 указаниого блока 2 (фиг. 2), а выход этого триггера соединен с клеммой 30 упомянутого блока, по данной цепи, как указывалось выще, осуществляется обратная связь блокинг-генератора в блоке 2, обеспечивающая получение от блокинг-генератора только единичного импульса. Все описаииые связи .между узлами и блоками отражают функциональные связи между ними, ввиду чего на схемах отсутствуют неизбежные цепи развязки и другие элементы, не отражающие функциональных связей. Блок управления щаговым двигателем 35 не описывается, так как он является стандартиым, щироко известным и серийно выпускаемым (типа БУ-2-64 разработки ЭНИМС - Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков). Шаговый электродвигатель 48 является стандартным и серийно выпускаемым типа ШД-4. Управление его осуществляется по щеститактовой схеме с шаговым угловы.м перемещением 1,5°. Презиционный волновой механический редуктор 49 выполнен по известной схеме. Коэффициент его редукции равен 90. (При щаговом угловом перемещении шагового электродвигателя 1,5°, т. е. 90 угловых минут, и при коэффициенте редукции 90 указанного прецизионного волнового механического редуктора HjaroBoe угловое перемещение движка проверяемого потенциометра осуществляется с дискретностью в одиу угловую минуту). Блок счета электрических импульсов 34 состоит из стандартных узлов счета (пересчетных схем с дешифраторами); узлы 50, 51, 52 и 53 имеют модуль счета, равный десяти, а узел 54 имеет модуль счета равный щести. Модули счета нодобраны таким образом, что6ы произведение первых двух модулей (узлов 50 и 54) было равно шестидесяти - числу минут в одном угловом градусе, а на остальных узлах соответствецно 51, 52, 53 осуществлялся пересчет единиц, десятков и сотен 9 градусов. Принципиальные схемы указанных узлов счета являются стандартными и широко известными, поэтому их описание отсутствует. Блок индикации измерений в цифровой форме 55 (цифровое табло) является стан-5 дартным, собранным на газоразрядных иидикаторных лампах типа ИН-1 по обычным схемам их включения к шинам диодных дешифраторов упомянутых выше узлов счета. Работа устройства происходит следующимЮ образом. После закрепления проверяемого потенциометра в цанговом зажиме установочной механической головки нажатием кнопки «Сброс 44 устанавливаются в исходное состояние все15 счетные узлы блока счета электрических импульсов (на цифровом табло устапавливаются нули во всех разрядах) и узлы 35, 38, 39, 42, 45. При этом электронные ключи 33 и 41 закрываются и импульсы с генератора 32 не20 поступают на входы блока счета электрических импульсов 34 и блока управления шаговым двигателем 35. Шаговый электродвигатель 48 при этом заторможен, а к блоку 2 проверяемый потенциометр 3 подключается25 (фиг. 3) выводами 26 и 27. Нажатием кнопки «Пуск 36 (фиг. 4) подается импульс на вход триггера управления 35, который, опрокидываясь, отключает ключ 33, и импульсы от генератора 32 начинают30 поступать на входы блока счета электрических импульсов и узла реверса блока управления шаговым электродвигателем. Начинается вращение шагового электродвигателя, при этом через прецизионный волновой редуктор35 это вращение передается на движок проверяемого потенциометра, который начинает перемешаться в направлении стрелки Л (фиг. 3). При переходе движка 32 через положение b в блоке 2 (фиг. 2), на его выходной клемме 2440 появляется импульс, который (фиг. 4), поступая на вход триггера 38, опрокидывает его, вследствие чего опрокидывается триггер 45, потенциалом с выхода которого взводятся узлы задержки 37 и 46 (одновременно на45 клемму 30 подается импульс на срыв дальнейщей генерации блокинг-генератора в узле 2). Шаговый электродвигатель продолжает вращение, перемещая движок 32 потенциометра к положению d (см. фиг. 3), так как ключ 3350 остается открытым, а ключ 41 - закрытым. По истечении 120 мсек на выходе узла задержки 37 появляется импульс, под действием которого опрокидывается триггер 39, устанавливаются в исходное состояние триггеры55 35 и 38, открывается ключ 41 и закрывается ключ 33. При этом щаговый электродвигатель останавливается, и движок проверяемого потенциометра останавливается в положении d. На этом заканчивается первый этап работы60 устройства. Через 230 мсек после срабатывания узла задержки 37 (или через 350 мсек после отмеченного выше взвода узлов задержки 37 и 46) на выходе узла задержки 46 появляется65 10 импульс, который взводит узел задержки 40 с временем выдержки 350 мсек и одновременно поступает на коммутирующий вход узла реверса блока управления шаговым двигателем. При этом переключаются входы управления шаговым электродвигателем, т. е. происходит подготовка к его врашению в обратиую сторону. Спустя 350 мсек с момента взвода узла задержки 40 на его выходе появляется импульс, который, опрокидывая триггер управления 35, открывает ключ 33. Импульсы от генератора 32 начинают поступать через открытый ключ 33 на входы блоков управления шаговым электродвигателем и счета электрических импульсов. Двигатель начииает вращаться в обратную сторону, перемещая движок потенциометра (фиг. 3) из точки d в направлении, противоположном стрелке Л. При своем перемещенпп движок потенциометра проходит положение с; в момент прохождения этого положения срабатывает описан ым образом блок 2, при этом на клемме 24 (фиг. 4) появляется электрический импульс, который опрокидывает триггер 38. Импульс с выхода этого триггера проходит через открытый ранее ключ 41 и поступает одновременно иа входы триггеров 35 и 42, возвращая в исходное состояние триггер 35 и опрокидывая триггер 42. При этом закрывается ключ 33, останавливается шаговый электродвигатель и движок потенциометра останавливается в положении с, срабатывает узел реверса 47 концов проверяемого потенциометра, подключая к измерительной схеме вывода 25 и 26, в блоке счета электрических импульсов все узлы счета устанавливаются на нули. На этом заканчивается второй этаи работы устройства, Через 120 мсек после взвода узла задержки 43 (фиг. 4), а это время необходимо для надежного срабатывания узла 47 реверса конЦов проверяемого потенциометра, на выходе этого узла задержки появляется импульс, который, опрокидывая триггер 35, открывает ключ 33. Начинается этап измерения рабочего угла. Импульсы от генератора 32 через открытый ключ 33 поступают одновременно на входы блоков счета электрических импульсов и управления шаговым электродвигателем, Шаговый электродвигатель начинает вращаться, перемещая движок в ту же сторону, т. е. в направлении, противоположном стрелке Л, из положения с к положению g, предотвращая возникновение каких-либо люфтов в редукторе и проверяемом потенциометре, которые до этого были все выбраны ири перемене направления вращения. Как было указано выше, каждому электрическому импульсу от генератора 32 на выходе ключа 33 соответствует одна угловая минута углового перемещения движка проверяемого потенциометра; блок счета электрических импульсов ведет счет щагов движка при перемещении его от положения с к положению g. При достижении им положения g, т. е. при повороте его и а угол сх, равный примерно или

II

точно углу 330°, на клемме 24 (фиг. 4) появляется импульс, опрокидывающий триггер 38, вследствие чего через открытый ключ 41 триггер 35 возвращается в исходное состояние, закрывая ключ 33. Подача импульсов от генератора 32 в блоки управления щаговым электродвигателем и счета электрических импульсов прекращается. Движок потенциометра останавливается в положении g, а на цифровом табло оказывается зафиксированной величина рабочего угла к, выраженная в угловых градусах и минутах, например 329°27. На этом заканчивается третий этап работы устройства.

При проверке других углов (технологического угла, угла между средним и концевым выводами потенциометра) работа установки происходит апалогичным образом. Изменяются лищь схемы подключения выводов проверяемого потенциометра к измерительной части схемы устройства.

Максимальное время проверки одного потенциометра с помощью предлагаемого устройства составляет 70 сек. Время проверки тем меньще, чем ближе случайное положение движка 32 (фиг. 3) потенциометра от вывода 27 при предварительном закреплении проверяемого потенциометра в устройстве.

12

Предмет изобретения

Устройство для замера углов между выводами проволочных прецизионных потенциометров, содержащее блок счета электрических импульсов, выход которого соединен с блоком индикации результатов измерений, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и быстродействия устройства, в него введены блок программного управления, первый выход которого соединен со входом блока счета электрических импульсов, последовательно соединенные шаговый двигатель, вход которого подключен к выходу блока управления щаговым двигателем, и прецизионный волновой механический редуктор, кинематически связанный с проверяемым потенциометром, блок задания величины сопротивления и блок анализа измерения величины проверяемого потенциометра, первый вход которого соединен с выходом проверяемого потенциометра, второй вход - с блоком задания величины сопротивления, а выход подключен ко входу блока программного управления,

первый выход которого соединен со входом блока управления шаговым двигателем, а второй выход - со входом проверяемого потенциометра.

30

Л

л ю

25 28 Л 2Ь

5

f

/

27

рос

( 9 1.