Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/06 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА певОРОТА ВАЛА Б КОД

Предлаа аемое изобретение относится к области контрольно-измерительной тех ники и может быть использовано в оптико-механических угломерных ус -ройctBax для определетщя координат исслеnyehibix объектов. Известны различные конструкции преобразователей, которые применяются, на пример, в металлорежущих CTatocax, в высокоточных измеритеьных приборах и т.п. Известны преобразователи угла в код с фазовращателями, принцип действия которых заключается в измерении врё- менногю интервала, соответствующего разности фаз опорного напряжения и вы- хошгого напряжения фазовращателя, за- полнсппюго стабшпзной частотой от генератора импульсов. Погрешность такого пр| ог;рапователя зависит от линейности иоморс1шл фазы ф;)зоБращателя, соотноше ния частот питания и генератора высоко частоты. Указанный составляющие влияю на точность измерения угяов, которая находится в пределах ±24-3 11. Известев также оптический растровьй камертонный датчик, содержащий вращающийся барабан с прорезями, растровую рещетку, укрепленную на кольцевом камертоне, привод камертона, осветитель и фотоприем1-гак. Излучение от осветителя, расположенного с внутренней стороны барабана проходит через капеблющуюся растровую рещетку, прорези барабана и попадает на фoтoпpиeм шк, расположенный с внешней стороны барабана. Данная конструкция датчика повышает точность измерения углов за счет постоянпой работы рещетки на резонансной частоахэ и которая не имеет осевого биения, однако, этот датчик не выдает паиТ1ЫХ об отловом положении вала в коповой форме, и поэтому не .ет быт1. испошэзован для статического опрчдолония углов С2Х Известен фотоэлек1рический импу;а.;-ный датчик, состоящий ип двух сосхлю

вращающихся в противоположные стсроюл np03ffa4Htix дисков с нанесенными на них непрозрачными рисками, и расположенных по обе стороны от них соответственно фотоприемников и источйшсов излучения. В момент совпадения на дисках TeMfffltx рисоксвет от источника излучения попадает на фотоприемник, а в момент совпадения прозрачных и непрозрачных - свет не поступает. Эта конструкция также повышает точность измерения углов, но не выдает кодовой комбинации сигналов Сзл.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является преоёразов атёль с многодорожечшлм модулятором, который преобразует угловые положения вала в электричеркие импульсы с одеовременным их кодированием.

Этот преобразователь содержит непрозрачный вращающийся диск (барабан) с прорезями, которые сгруппированы в кольцевые дорожки, образующие кодовую маску и неподвижно установленные датчики, состоящие из источника излучения, диафрагмы . ифотоприемника С4.

Указанный преобразователь может быть использован в целом ряще случаев, однако, его применение .для определения углов порядка, {шпример, одной угловой минуты и менее невозможно в связи с рудностями изготовления кодовых барабанов у которых прорези младших кодовых Дорожек при такой дискретности измеряются сотыми дсйтями миллимет ра. Установка барабанов с такой дискретностью на узлы, работающие со средними скоростями (до 1000 об/мин) требует применения специальных кталоинерционных фотоприемников, которые обладают низкой долговечностью Узкие на барабане легко загрязняются что снилйает надежность преобразования.

Цель изобретения - псжышение быстродействия и разрешающей способности преобразователя.,

Указанн;ая цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код введены дополнительные датчики и размещены вдоль дьрржки младшего разряда группами, ко личество датчиков в последующей группе равно удвоенному количеству датчиков предыдущей группы, первые датчики в каждой группе устаНсклеНы на расстоянйи Кратном целому числу шагов между сквозными прорегзями кодового элемента,

а датчики внутри каждой групгты размешены так, что проекция шели на плоскость, перпендикулярную оптической оси датчика, в два раза меньшем, чем в преды- душей группе.

Па чертеже изображен кодовый элемент (барабан), 1, имеющий одну дорожку с равномерно нанесенными прорезями, и три группы датчиков. Каждый датчик

включает в себя осветитель 2, диафрагмы 3 и 4 и фотоприемник 5. Датчики и барабан установлены в неподвижном корпусе 6, При вращении барабагю преобразователь выдает комбинацию сигна-

лов в двоичном коде, и заменяет в нашем случае трех дорожечный кодовый преобразователь .

Ширина прорезей однодорожечного барабана и их количество полностью соответствуют старшей дорожке трехдорожеч- ного барабана. Количество датчиков в группе выбирается путем удвоегшя количества датчиков предыдущей группы, т.е. так же, как выбирается количество прорезей кодового барабана.

Так п г где п - число датчиков в группе,

2 - порядковый номер группы. Например, для третьей группы коли-чество датчиков . 4. Ширина прорезей $2.на барабане для каждой группы датчиков должна быть равна ширине прорезей на соответствующих дорожках прототипа. Получение щелей заданной щири1Ш

обеспечивается установкой датчиков под соответствующими углами c/i. (см. чертеж). (Х. 7 это углы,образованные пересечением оптических осей датчиков с касательными, вершины которых

лелсат на наружной образующей барабана.

При такой установке датчиков ширина прорезей барабана, способная пропускать световой поток, уменьшается в зависи-

мости от величины угла а(. . Эта ширина прорезей для каждой группы датчиков расчитьшаится по формуле; Sz

,z 1

где S- - ширина прорезей нп барабане. В конструкции для получения ааданНОЙ ширины прорезей S,

датчики нужн установить под углами

s

o.arctg-| -arc5.n р .

где - толщина стенки барабана.

Для получения кодовой комбинации преобразователем с однояоро/чочным fiaрябаном патчикч в группе устйнавливаются на равном расстоянии друг от друга или на расстоянии m от первого датчика, которое определяется, по форму/ie;

r.;,.t.())+(i:dll,

где К - любое целое число,.

t - шаг между прорезями модулятора, I - порядковый номер датчика в

группе.

Первые датчики rpyrin устанавливаются на расстоянии М друг от друга, которое кратно целому числу шагов между прорезями барабана М - t К

За один оборот модулятора каждый датчик выдает равное Количество импульсов, соответствующее количеству прорезей барабана или количеству про- резей cfapmeft дорожки устройства - про тотйпа, которые на чертеже не показаны, т.е. каждый датчик работает с равной и минимальной частотбй следования сигналов в отличие от датчиков известного устройства, работающих с разной частотой следования сигналов, которая удваивается в направлении от старшей дорожки к младшей.

Такое выполнение преобразования по сравнению с известными повышает быстродействие за счет уменьшения частоты модуляции фотоприемника, а такЖе повышает дискретность за счет выполнения функций младших дорожек барабана старшими, уменьшает габариты за счет уменьшения количества прорезей на дорожках, барабана, упрощает технологию и сокращает в 10-15 раз время изготовления барабана и в 20-25 раз eix) возможность.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала вкод, .соде|эжащий

неподвижный корпус и размешенный в нем кодовый элемент со сквозными прорезями, схруппированными в кольцевые дорожки, против каждой из которых неподвижно уетанЬвлены датчики, о т л ичаюшийся тем, что, с целью повышения быстродействия и размешаю, щей способности преобразователя в него введены дополнительные датчики и размещены вдоль дорожки младшего раз

ряда группами, количество датчиков в последующей хруппе равно удвоенному количеству датчиков предыдущей группы, первые датчики в каждой группе установлены на розстоянии, кратном целому числу шагов между сквозными прорезями кодового элемейта, датчики внутри каждой группы размешены так, что проекция щели на плоскость, перпендикулярную оптической оси датчика, в два раза меньше, чем в предьвдущей группе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

;

N9 302594, кл.О2 В 11/20, 1971.

- 4. Литвак В. И, Фотоэле-ктрические датчики в системах контроля управления и регулирования, М,, Наука, 1966, с. 185-189, рис, 4.18 и 4.29 (прототип) .