Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому Советский патент 1974 года по МПК G06F9/02 G01B7/30 G01B11/26 B61B7/00 

1

Изобретение относится к устройствам ввода программ в системах программного управления.

Известные датчики угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, в которых осуществляется фотоэлектрическая связь между валами, содержат элемент внешнего воздействия и неподвижно закрепленные фотоприемники лучистой энергии. Эти датчики не обеспечивают точного измерения угла поворота веду-щего вала и надежной работы устройства для дискретной передачи вращательного движения.

В предложенном датчике указанные недостатки устранены благодаря тому, что элемент внещиего воздействия выполнен в виде одного или нескольких усточников лучистой энергии, например источника р-излучення или подсвечиваемого жгута световодов и жестко закреплен на ведущем валу эксцентрично относительно оси его вращения. Фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, например, на боковых поверхностях тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

На фиг, 1 показан датчик с шестью детекторами излучения, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 - фатчик с источником р-излучения и двумя шаговыми двигателями; а - выходные валы расположены параллельно; б - выходные валы расположены произвольно; на фпг. 3 - расположение детекторов в пространстве: а - в параллельных плоскостях; б - па боковых поверхностях тороида с сечением в виде пятиугольника; на фиг. 4- - расположение источников р-излучения в параллельных плоскостях; на фиг. 5 - расположение источников р-излучення в одной плоскости; иа фиг, 6 - размещение световода и закрепление его на ведущем валу: а - при П-образном изгибе

световода; б--при Г-образном изгибе световода; на фиг, 7 - датчик со световодом, тремя приемниками, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг, 8 - датчик со световодом и двумя шаговыми двигателями; на фиг, 9 - расположение «расщепленного конца световода в пространстве при расположении фотодатчиков: а - но концентрическим окружностям; б - на боковых поверхностях тороида с сечением в виде пятиугольника; в - на боковых поверхностях двух тороидов с сечениями в виде треугольников; на фиг, 10 - датчик со световодом и приводом от многофазного шагового двигателя: а - с одним «ламельным полем ; б - с несколькими «ламельнымн полялп.

В датчике, показанном на фиг. , источник р-излучения (например, на таллин , прометии или стронцш- ) расположен около оси ведущего вала ВВ или закреплен на зыступаюяюп над птп: части. При вращении вала, перемещаясь по окружности, источник непрерывно испускает поток р-лучей (электронов). В плоскости, нараллельпой плоскости перемещения источника излучения, но окружности, радиус которой равен расстоянию источника от оси вала, расположены минимум трн детектора радиоактивного излучения (например, фотосопротисления) трех радиоактивных реле РР-3Pf. К выходу каждого реле подключена обмотка трехфазного шагового двигателя. Когда источник находится против детектора, включенная на выходе соответствующего радиоактивного реле обмотка шагового двигателя оказывается иод током.

Каждый импульс тока, появляющийся на выходе схемы при пересечении рабочего объема чувствительного элемента - детектора пучком радиоактивного излучения (или в интервалах между пересечениями), вызывает через усилительное звено УЗ иередачи перемен1ение ротора щагового двигателя иа один зубцовый шаг. Последовательность таких импульсов приводит в «шаговое вращение ротор двигателя, т. е. ведомый (выходной) вал передачи. При этом осуществляется трехтактное переключение обмоток двигателя в порядке I-П-П1 - для одного направления вращения ведущего вала, в порядке I-III- II - для обратного вращения.

Таким образом, порядок переключения обмоток, а следовательно и направление вращения шагового двигателя (ведомого вала) определяется непосредственно направлением вращения ведущего вала без использования специальных схем выбора направления. Распределение и.мпульсов по обмоткам двигателя осуществляется также самим входпым валом без применения распределителей. При этом вращательное движение ведомол1у валу может быть передано под произвольным углом но отнощеиию к ведущему валу (фиг. 2, б).

Для повышения гибкости передачи, т. е. изменения точности и передаточного числа, для вращения каждого трехфазного щагового двигателя используются три радиоактивных реле и 3ft детекторов излучения (где , 2, 3 ... число, ноказывающее, во сколько раз число детекторов больше количества радиоактивных реле), причем детекторы каждого радиоактивного реле включаются параллельно и располагаются в норядке очередности радиоактивных реле (переключения обмоток двигателя). Так, если использовать шесть детекторов (фиг. 1), соединенных в три параллельные группы но два детектора в каждой, и расположить детекторы по окружности в порядке очередности радиоактивных реле (1РР- 2РР-ЗРР), т. е. чтобы второй детектор Д1

первого реле был включен после первого детектора Дз третьего реле, второй детектор Д второго реле - после второго детектора Дг первого реле и т. д., то при использовании тех же элементов (и того же двигателя) нринципиально можно увеличить в два раза число шагов ведомого вала. Это означает изменение передаточного числа i нередачи, под которым нонимается число нолных «оборотов шагового двигателя «2. нриходящееся на один оборот входного вала ni, т. е. i --.

«2

В общем случае передаточное число может меняться изменением шага шагового двигателя и числа детекторов (что вызывает изменение числа тактов нереключения) с изменением диаметра окружности, на которой они расположены.

Использование в такой передаче шагового двигателя с малым шагом и с большим их числом повышает точность иередачи движения, под которой понимается число шагов Ш шагового двигателя, приходящееся на один оборот входного вала «ь т. е. 6i -, или число

«1

тактов Т переключения шагового двигателя, приходяшееся на один оборот входного вала

7 Л, т. е. . В частном случае Ш может

«1

быть равно Т, т. е. иметь место равенство 61 62.

Для электрически независимой нередачи движения на b выходных валов, расположенных иод произвольным углом к входному валу и между собой (т. е. для подключения шаговых двигателей, цени унравления которых между собой электрически изолированы), используются 36 радиоактивных реле с числом

детекторов излучения Д , где п--, 2,3,...

В случае иснользования двух двигателей и трех детекторов для каждого из них (фиг. 2, а) иоследовательные перемещения источника вызывают трехтактное переключение обмоток каждого из двигателей. Детекторы обоих радиоактивных реле могут быть расположены при этом в одной плоскости (на одной плате) по окружности со сдвигом в пространстве по

ее дуге, а двигатели (фиг. 2, б) - произвольно в пространстве (по отношению к ведущему валу и друг другу).

Описываемый датчик позволяет осуществить, например, шеститактное переключение

одного двигателя и трехтактное - другого, соответственно двенадцатикратное одного и девятикратное переключение другого двигателя и т. д., а также подобные переключения с тремя и более шаговыми двигателями с любыми

требуемыми соотношениями тактов, кратными трем (при иснользовании трехфазных шаговых двигателей).

Датчик позволяет увеличить также число шаговых двигателей путем различного расположения детекторов излучения.

В простейшем варианте детекторы расположены в параллельных плоскостях так, чтобы источник излучения помещался между этими плоскостями (фиг. 3,а). Детекторы каждой плоскости имеют на выходе свой шаговый двигатель.

В обшем случае детекторы можно располагать иа поверхпостях тороида с произвольным сечением (например, в виде пятиугольника) так, чтобы источник р-излучепия перемещался впутри этого тороида (фиг. 3, б). Детекторы радиоактивных реле, переключающих обмотки «своего шагового двигателя (ШД, ШЦч, ШДз), рациональнее располагать на боковой поверхности усеченного конуса (цилиндра), соответствующего определенной стороне многоугольника в сечении тороида.

При необходимости число ведомых валов может быть увеличено в k раз, если использовать располагаемые на ведущем валу или его выступах k (например, два - HI и Яз) источников р-излучения и перемещать их в разных плоскостях, соответственно которым располагать детекторы излучения (фиг. 4).

Число ведомых валов передачии может быть увеличено в k раз при использовании источников р-излучения (на фиг. Б И т ), которые перемещаются в одной плоскости (или параллельных плоскостях) па разных расстояниях от оси входного вала, а детекторы любой группы из трех радиоактивных реле (соответствующие одному выходу) располагаются по определенной концентрической окружности по отношению к детекторам других групп реле (других выходов).

В тех случаях, когда необязательно электрически изолировать выходы, можно к одному выходу подключать два или более шаговых двигателей, т. е. при произвольпом числе Зп детекторов излучения и трех радиоактивных реле по-прежпему использовать b выходных валов. При необходимости может быть взят не источник радиоактивного излучения, а, например, постоянный магнит, который при перемешении импульсов изменяет индуктивное сопротивление индуктивных датчиков (используемых вместо детекторов излучения), воздействующих на преобразователи - усилители с такими же шаговыми двигателями на выходе.

Перспективны и варианты датчика с использованием в качестве элемента внешнего воздействия светопроводящих волокон (световода), имеющие более высокое быстродействие. В этой конструкции в плоскости торцового сечения ведущего вала ВВ жестко укрепляется гибкий жгут С светопроводящих волокон (например, стеклянных). Один конец жгута размещается вдоль оси вращения вала ВВ, причем положение его торца по отнощению к неподвижному источнику света ИС не изменяется при вращении ВВ. Другой изогнутый конец ВК, жгута располагается параллельно оси ведущего вала на определенном от нее расстоянии таким образом, что падающим

от ИС светом освещаются фотодатчики Ф, расположенные на равных расстояниях друг от друга по окружности, в плоскости, параллельной плоскости движения конца ВК жгута (фпг. 5, а и б, фкг. 0, а.

Фотодатчики преобразуют непрерывное излучение источника света в последовательпость электрических импульсов, усиливаемых параллельпымп блоками усиления, па выходе

каждого из которых подключепа обмотка многофазного шагового двигателя.

Когда конец В1 световода находится против фотодатчика, сопротивление последнего резко изменяется, скачком меняется величина

тока, что приводит к подаче сигнала па вход усилителя, протеканию тока по соответствующей обмотке шагового двигателя и перемещению ротора шагового двигателя на один шаг. В датчике со световодом могут быть использованы два щаговых двигателя, шесть усилителей {два усилительных звена передачи У3 и УЗч) с двенадцатью фотодатчикамп (фпг. 8) и т. д. Увеличение числа щаговых двигателей достигается расположепнем фотодат1:иков по

окружностям равного диаметра (фиг. iO,6) или концентрическим окруж;ностям (кольцевым поверхностям) так, чтобы «расшеплепный конец ВК световода помещался лежду этими окружностями, с углом тежду «рясптепленными частями 180° (фиг. 9, а). На выходе каждого фотодатчика имеется шаговый двигатель.

В общем случае фотодатчики могут быгь расположены на поверхностях тороида с сечением в виде произвольного многоугольпика (на фиг. 9,6 - пятиугольника) так, чтобы . этими поверхностями помещался «pacn;enленный конец жгута светопроводящпх ролокон (световода), торцовые плоскости котортлх

ориентированы параллельно чувствительной поверхпости фотодатчиков.

Число выходов конструктивпо удобпп увеличивается при использовании жгута пз волокон разной длины, так как с помощ-то изогнутого копца каждого волокпа прп врзшепни жгута (световода) освещаются фотодатч1 ки одной группы элементов, соотзетствующсй определенному выходу.

Наибольщее число выходов получают, если фотодатчики располагаются на поверхностях двух (или более) тороидов, с сечением в виде произвольного многоугольника, так чтобы в каждом тороиде между этими поверхпостями

помешалась часть «расщепленного конца В1{ жгута стеклянных волокон разной длины, торцовые плоскости которых ориентированы параллельно чувствительной поверхности фотодатчиков (фиг. 9, в). Последние снабжены

оптическими объективами (линзами), обеспечивающими максимальную освещенность на минимальных участках чувствительной поверхности фотодатчиков для надежной их реакции на свет, падающий на них от световода С.

Объективы могут быть расположены на торцах изогнутых частей волокон световода (у конца ВК, а не на фотодатчиках.

Предмет изобретения

Датмик угла поворота ведущего вала но отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, основанный на использовании фотоэлектрической связи между валами, содержащий элемент внешнего воздействия и неподвижно закрепленные фотонриемники лучистой энергии, отличающийся тем, что, с

целью новышения точности и надежности, элемент внешнего воздействия выполнен в виде одного или нескольких источников лучистой энергии, например, источника З-излучения или подсвечиваемого жгута световодов, жестко закреплен на ведущем валу, эксцентрично относительно оси его вращения, а фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, например, на боковых поверхностях тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

%1

-1 рр 2РР

ЗРР

Фиг 2

I I

- ;КБ- О ад,

ЩД,

Фиг-3

ii/й

т

Фиг7

,

KWflj

хищ.

I Л Фиг 10 ТС