Фотоэлектрическое устройство для автоматического измерения перемещений Советский патент 1978 года по МПК G01B11/00 G05D1/00 

ходом прео азователя угол-напряжение .

На чертеже приведена блок-схема описываемого устройства.

Устройство содержит оптическую систему 1, фотоэлектрический блок 2, бло 3 управления исполнительным двигателем 4, редуктор 5, преобразователь угол-напряжение 6, блок 7 формирования выходного сигнала; блок 8 сравнения и согласующий элемент 9, присоединенный между фотоэлектрическим блоком и первым входом блока сравнения.

Вал исполнительного двигателя 4 ки нематически связан через редуктор 5 с анализатором 10 Оптической системы 1 и с входом преобразователя угол-нап ряжение 6. Первый выход преобразователя б подсоединен к первому входу блока 7 формирования выходного сигнала, к второму входу которого подключен выход блока 8 сравнения.

Оптическая система 1 содержит анализатор 10I выполненный, например, в виде светоделительной призмы с прозрачной фаской, источник 11 излучения, объектив 12, контролируе1 «ый элемент 13 в виде зеркала или отргокаквдей призмы, которыйустановлен на измеряемом аалу, а фотоэлектрический блок 2 выполнен , например, в виде двух фотоприемников 14 и 15, подключенных к вычитающему устройству 16.

Преобразователь угол-напряжение содержит последовательно соединенные генератор 17 импульсов, двоичный счетчик-делитель 18 частоты, согласуквдий усилитель 19 и электромеханический фазовращатель 20, выход которого является первым выходом преобразователя угол-напряжение 6.

Кроме того, преобразователь 6 содержит преобразователь код-напряжение 21, разряднйе входы которого подсоеди ены к Соответствуговдим разрядным выходам двоичного счетчика 18, а выход является вторьм выходом преобразователя угол-напряжение б, который подклпочен через согласующий элемент 22 к второму входу блока 8 сравнения.

Устройство работает следуквдим образом.

Световой поток от источника излучения 11 через прозрачную фаску анализатора 10 и объектив 12 передается на контролируемый элемент 13. В согласованном положении, например при некотрром начальном установившемся угловом положении измеряемого вала, автоколлимационное изображение фаски СветоделитеЛьной призмы совпадает с нулевой линией анализатора 10 и световые потоки Ф1 и Ф2 на отражающих гранях призмы ангшизатора равны друг

другу, в этом случае выходные сигналы фотоприемников 14 и 15, пропорциональные световым потокам Ф1 и Ф2, рав ны, и сигнал, соответствутадий разности токов фотоприемников на выходе вычитанндего элемента 16, равен нулю. Исполнительный двигатель не вращается При этом измерение углового положения анализатора 10, соответствующего уставовившемуся положению контролируемого элемента 13, осуществляется при посредстве электромеханического фазовращателя 20, ротор которого кинематически связан, с анализатором и который

преобразует угловое положение анализатора в соответствующий фазовый сдвиг напряжения на Г выходе преобразователя угол-напряжение б. Отсчет фазох-ого сдвига сигнала фазовращателя,

подаваемого на I вход блока 7 формирования выходного сигнала, осуществляется относительно опорного импульдного сигнала, вырабатываемого на выходе блока В сравнения, подаваемого на Д вход блока 7. В блоке сравнения происходио сравнивание выходного напряжения фотоэлектрического блока 2 и периодического пилообразного напряжения, симметричного относительно нуля и формируемого на выходе преобразователя кoднапряжение 21.

Этот преобразователь управляется выходнь кодом двоичного счетчика 18, который периодически изменяется с частотой, равной частоте 1 опорного напряжения, подаваемого через согласующий усилитель 19 на вход фазовращателя 20. Двоичный счетчик подключен к выходу задающего генератора 17, частота импульсов на выходе которого

равна 2 fдд. На входе преобразователя код-напряжение 21 формируется пилообразное ступенчатое напряжение с частотой д„ , которое поступает через согласующий элемент 22 и разделительную емкость на вход блока сравнения в виде сглаженного пилообразного напряжения.

При нулевом выходном сигнале фотоэлектрического блока 2 на выходе блока 8 сравнения формируются импульсы в моменты перехода пилообразного напряжения через нулевой потенциал.

.В результате выходной сигнал бЛока 7 будет определяться только величиной фазового сдвига выходного напряжения фазовргица теля 20, а следовательно, будет соответствовать угловому положению контролируемого элемента 13 при неподвижном положении измеряемого

вала, т.е. при согласованном положений автоколлимационного изображения фаски и нулевой линии анализатора. В динамике, т.е. при перемещении контролируемого элемента 13 относительно исходного установившегося положения автоколлимационное изображение фаски светоделительной призмы анализатора 10 смещается относительно нулевой линии анализатора, в результате чего на выходе фотоэлектрического блока 2 возникает сигнал рассогласования, пропорциональный разности световых потоков Ф.1 и Ф2 на отрсьжаккцих гранях призмы анализатора.

Под действием сигнала рассогласования исполнительный двигатель 4 поворачивает анализатор 10 в положение нулевого рассогласования, а также и ротор фазоврёодателя 20, который следит с некоторой смлибкой за перемещением контролируемого элемента 13.

Этот же сигнал рассогласования поступает также и на вход блока 8 сравнения, на выходе которого в момент равенства указанного сигнала и пилообразного напряжения возникает импульс, сдвинутый по фазе относительно момента прохождения через нуль пилообразного напряжения на величину, соответсвующую текущему значению отклонения автоколлимационного изображения фаски относительно нулевой линии анализатора.

При равенстве масштабов фазовых Сдвигов сигналов фазовращателя 20 и блока 8 сравнения, что обеспечивается за счет согласующих элементов 9 и 22, результирующий сдвиг по фазе будет . представлять собой алгебраическую фум му фазового сдвига, соответствукадегЪ углрвому положению вала фазовращателя, и фазового сдвига, соответствующего текуще гу значению отклонения автоколлимационного изображения фаски относительно нулевой линии анализатора .

(Следовательно, в динамике, т.е. в процессе, отработки сигнала рассогласования, результирующий сигнал на выход блока 7 формирования полезного сигнала будет соответствовать мгновенному значению углового положения вала контролируемого элемента 13.

При этом погрешности следящего привода (люфт Е)вдуктора, момент инерции подвижных элементов привода, трение в опорных подшипниках И т.д.) не будут оказывать влияния на динамические характеристики устройства.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрическое устройство для автоматического измерения перемещений, содержащее оптическую систему, исполнительный двигатель, вал которого кинематически связан с анализатором оптической системы; фотоэлектрический блок, к выходу которого присоединен блок управления исполнительного двигателя; преобразователь угол-напряжение, вход которого кинематически связан .с валом исполнительного двигателя, и блок формирования выходного

сигнала, к первому входу которого присоединен первый выход преобразователя угол-напряжение, отличающееся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности измерения, оно снабжено блоком сравнения, один из входов которого присоединен к выходу фотоэлектрического блока, второй вход - к второму выходу преобразователя угол-напряжение, а выход ;к второму входу блока формирования

выходного сигнала.

. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем; что преобразователь угол-напряжение выполнен в виде последовательно соединенных- генератора импульсов, двоичного счетчика и

электромеханического фазовращателя, выход которого является первьо выходо преобразователя угол-напряжение, и преобразователя код-напряжение,

40 разрядные входы которого подсоединены к соответствующим разрядньм выходам двоичного счетчика, а выход является вторым выходом преобразователя уголнапряжение .

4Э Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР 402733, кл. В 11/26, 1972. . 2. Авторское свидетельство СССР

5о| 433454, кл.05 D 1/00, 1973.

Г