Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код Советский патент 1979 года по МПК G08C9/06 

3 и входы формирователя команд, выходы которого соответственно соединены с первым входом блока перемещения, вычислителем и с одним входом трех позиционного логического элемента, другие входы которого соединены со вторьами выходами кодирующего блока, выход ключа подключен ко входу формирователя команд, а выходы трехпозиционного логического элемента соединены со вторым входом блока перемещения На фиг. 1 представлена функциональ ная схема описываемого преобразователя; на фиг, 2 - функциональная схема вьпислителя; на фиг. 3 - функциональная схема формирователя команд. Описываемый преобразователь содер жит осветитель 1, оптический блок 2, щелевую диафрагму 3, подвижный оптический компенсационный элемент 4, фо топриемник 5, согласующий элемент 6, кодирующий блок 7, редуктор 8, кодовый датчик 9 перемещений, блок 10 пе ремещения, трехпозиционный логически элемент 11, вычислитель 12, формирователь 13 команд, ключ 14 и шарнир 15. Вычислитель (см.фиг.2) содержит цифровые сумматоры 16 и 17 и блок 18 памяти. Формирователь команд, (см. фиг.З) содержит цифровые нуль-органы 19 и 20, триггер 21 и ключи 22 и 23. Подвижный оптический компенсационный элемент 4 ук зеплен на шарнире 15 и кинематически связан через редуктор 8с блоком 10 и кодов л датчиком 9. БЛОК 10 подключен к выходу трехпозиционного логического элемента 11 и к выходу формирователя 13. Кодирующий блок 7 подключен к вы 1ислителю 12 и формирователю 13. Вычислитель 12 подключен также к кодовому датчику 9 и к формирователю.13. Трехпозицион ный логический элемент 11 подключен к выходу кодирующего блока 7 и предназначен для формирования в зависимости от входного кода сигналов трех уровней - положительной, нулевой и отрицательной полярности. Оптический компенсационный элемент 4 выполнен в виде стеклянной пластины так,что при его развороте на угол осущест ляется линейное перемещение iU мак изображения оптического штриха вдоль рабочей площадки фотоприемника. В начальном положении оптический штрих устЪнавливается по середине длины рабочей (фоточувствительной) поверхности фотоприемника. Луч света осветителя 1 через опти ческий блок 2 освещает щелевую диафрагму 3, изображение которого оптическим блоком проецируется через оптический компенсационный элемент 4 на рабочую (фоточувствительную) площещку фотоприемника 5. На выходе фотоприемника 5 формируется электричес кий сигнал, модулируемый параметру которого линейно изменяется от нуля 6 ДО максимального значения в зависи- ости от измеряемой координаты Хд оптического штриха на рабочей площадке фотоприемника. В кодирующем блоке 7 модулируемый параметр U, выходного сигнала фотоприемника 5 линейно рреобразуется в код N , числовой эквивалент которого изменяется в пределах от Ы О до Nx 9iw3Kc перемещении оптического штриха в пределах длины е рабочей площадки фотоприемника 5. В начальном положении оптического штриха (оптический штрих по середине рабочей площадки) на выходе кодирующего блока 7 числовой эквивалент кода равенЫ, При этом сигнал на выходе трехпозиционного логического элемента 11 равен нулю, а блок 10 неподвижен. Код N, кодирующего блока 7 суммируется в вычислителе 12 с кодом Z кодового датчика 9, причем в начальном положении измеряемого объекта (оптический штрих находится по середине рабочей площадки) сумма кодов датчика 9 и блока 7 (за счет разворота кодового датчика 9) равна нулю. При смещении координаты измеряемого объекта на величину д XQ изображение оптического штриха смещается относительно начального положения (середины рабочей площадки фотоприемника 5) на величину ДС(Хо) при этом на выходе кодирующего блока 7 формируется код, числовой эквивалент которого N V увеличивается на величину л.с , пропорциональную из- . меряемому смещению Д XQ . При изменении кода блока 7 (ггри неподвижном блоке 10) происходит соответствующее изменение выходного кода вычислителя 12 на величину, пропорциональную измеряемому перемещению . Если величина смещения д(Хо),изображения оптического штриха превышает отрезок й2-СХо д6 ц «е,то на выходе трехпозиционного Логического элемента 11 (который настраивается на порог срабатывания, пропорциональный дСддакс) в зависимости от направления смещения (влево или вправо) по выходному коду блока 7 формируется управляющий сигнал положительной или отрицательной полярности. Управляющий сигнал включает блок 10,-который, перемещаясь, через согласующий реду1Ггор 8 разворачивает на угол г(Хо) кодовый датчик 9 и оптический компенсационный элемент 4, который возвращает оптический штрих в зону начального положения с ошибкой , не превышающей по верличине отрезок у i дЕ. При развороте оптического компенсационного элемента 4 на угол %()Чз), вызванном измеряемым смещением изображения оптического штриха на величину Дб(Хо) t увеличивается код датчика 9 на величину, пропорциональную и одновременно уменьшается выходно4 код блока / на величину перемещения Af ((Ьо) оптического штриха, обусловле ную наклоном оптического компенсаци онного элемента 4 на величину, пропорциональную коду угла поворота i( оптического компенсационного элемен та 4 (при неподвижном положении измеряемого объекта), При попадании изображения оптического штриха в зо ну нулевого положения .ЛСмакс тре цозицибнный логический элемент 11 устанавливается в нулевое положение блок 10 выключается, а изображение оптического штриха не доходит до на чального положения на величину Тош Д((, где Д(Хо)- перемещение оптического штриха, обусловленное перемещением контролируемого объекта; д(pio)- перемещение изображения оптического штриха, обусловленное перемещением оптического компенсационного элемента 4. В результате дополнительного сме щения изображения оптического штрих в зону нулевого положения (обусловленного наклоном оптического компен сационного элемента 4) рабочий диапазон измеряемого перемещения преоб разователя увеличивается на величину, пропорциональную углу () наклона оптического компенсационного элемента 4, при этом код, сформи рованный в вьачислйтеле 12 и равный сумме кодов блока 7 и датчика 9, равен измеряемому перемещению контролируемого объекта как в статике, так и в динамике. Для исключения погрешностей преобразователя, обусловленных нелинейными искажениями в законе изменения модулированного параметра выходного сигнала фотоприемника 5 в функции от измеряемого перемещен 1я перед началом работы преобразователя измеряемый объект устанавливается в нулевое положение, которое фиксируется по коду блока 7. Затем с помощью ключа 14 включается формирователь 13, в котором формируются , уставав ливающий трехпозиционный логический элемент 11 в.нулевое положение, и однополярные управляющие импульсы, например, отрицательной полярности, которые воздействуют на блок 10 до тех пор, пока изображение оптического штриха (за счет соответствующего наклона оптического компенсационного элемента 4) не подойдет к границе рабочей площадки фЬтоприемника 5. При подходе изображения оптического штриха в границе рабочей площадки, что фиксируется в формирователе 13 п выходному коду кодирующего блока 7, полярность управляющих импульсов на выходе формирователя команд изменяется на 180 и изображение оптическо го штриха начинает перемещаться в об юатном направлении по подхода к дру566,, гой границе рабочей площадки фотоприемника 5, При перемещении изображения оптического штриха на величину 6 (обусловленном наклоном оптического компенсационного элемента 4) в сторону нулевой координаты код, пропорциональный координате оптического штриха, сформированный в блоке 7, уменьшаетДО нуля, а КОД, пропорциональный углу наклона оптического компенсационного элемента 4,увеличивается соответственно на величину Я.. пропорциональную длине рабочей площаци 6 фотоприемника 5. В этом случае при отсутствии нелинейных искажений в законе изменения модулированного параметра выходного сигнала фотоприемника 5 код, сформированный в вычислителе 12 и равный сумме кодов блока 7 и кодового датчика 9, не изменяется при одновременном перемещении кодового датчика 9 и изображения оптического штриха, обусловленном наклоном оптического компенсационного элемента 4, и равен коду начального положения измеряемого объекта, т.е. нулю. При появлении нелинейных искажений в законе изменения модулированного параметра выходного сигнала фотоприемника 5 код, равный сумме кодов, блока 7 и кодового датчика 9, отличаться от нуля на величину ошибки, пропорциональной нелинейным искажениям в законе изменения модулированного параметра. Код ошибки в функции от кода координаты изображения оптического штриха на рабочей площадке фотоприемника запоминается в блоке памяти вычислителя 12. При выключении формирователя 13 ключом 14 вычислитель 12 и трехпозиционный логический элемент 11 устанавливаются в рабочее положение, при этом в вычислителе 12 код ошибки, записанный в его блоке 18 памяти, алгебраически складывается с кодом, равным сумме кодов кодирующего блока 7 и кодового датчика 9. В результате выходной код вычислителя 12 соответствует координате измеряемого объекта без учета погрешностей,обусловленных нелинейными искажениями в законе изменения модулированного параметра выходного сигнала фотоприемника. Функционирование вычислителя происходит следующим образом. В режиме контроля блок 18 памяти по сигналу ормирователя команд запоминает выходной код первого сумматора 16 в функии от выходного кода кодирующего лока 7. Формирователь команд, работает ледующим образом. Триггер 21, форирующий сигналы положительной или трицательной полярности, переключа-, тся от сигналов цифровых нуль-оргаов 19 и 20, фиксирующих соответстенно нулевой и максимальный коды коирующего блока 7. Включение формнро.вателя команд происходит при поступлении на вход ключей 22 и 23 разрешающего потенциала, который пропускает управляющие импульсы на вход блока 10 через ключ 22 и управляющий сигнал - на вход вычислителя 12 через ключ 23.

Таким образом, увеличивается рабочий диапазон преобразователя при сохранении высокой точности преобразования как в статике, так и динамике и повышается точность преобразователя в результате исключения влияния нелинейных искажений в законе изменения модулированного параметра выходного сигнала фотоприемника - , анализатора на выходной код преобразователя.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий последовательно расположенные осветитель, оптический блок и фотоприемник, соединенный через согласующий элемент с кодирующим блоком, блок перемещения, кинематически связанный через редуктор с шарниром, ключ и ВЕЛчислитель, отличающийс я тем, что, с .целью повышения точности и расширеfo

ния диапазона преобразования перемещений, в преобразователь-введены формирователь команд, трехпозиционный логический элемент, оптический компенсационный элемент икодовый датчик перемещений, причем оптический компенсационный элемент укреплен на шарнире, а вал редуктора соединен с валом кодового датчика перемещений выходы которого подключены к одним входам вычислителя, к другим входам которого подключены первые выходы кодирующего блока и входы Формирователя команд, выходы которого соответственно соединены с первым входом блока перемещения, вычислителем и с одним входом трехпозиционного логического элемента, другие входы которого соединены со вторыми выходами кодирующего блока, выход ключа подключен ко входу формирователя команд, а выходы трехпозиционного логического элемента соединены со вторым входом блока перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Воронцов Л.Н. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин.

1965, с. 23, 195.

2.Авторское свидетельство СССР № 488232, кл. G06 К 11/00, 1974.

Kad

РигУ