Фотоэлектрический способ измерения линейных и угловых перемещений и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01B19/00 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

1

Изобретение относится к измерительной технике автоматического контроля и регулирования и может быть применено для измерения больших линейных и угловых перемещений с применением растровых сопряжений.

Известен фотоэлектрический способ измерения линейных угловых перемещений, основанный на том, что на объекте в направлении измерения устанавливают растровое сопряжение и с помощью фотоэлектрической считывающей системы определяют величину перемещения объекта 1.

Известно .устройство, реализующее данный способ и содержащее растровое сопряжение, фотоэлектрическую считывающую систему, блок управления и счетный блок 2.

Недостаток такого способа и устройства заключается в небольщом диапазоне измерения, ограниченном длиной растрового сопряжения.

Наиболее близким к предложенному способу является способ измерения линейных и угловых перемещений, заключающийся в том, что на контролируемом объекте по оси измерения устанавливают ряд растровых элементов, сопрягают с ними по меньшей мере

РЕАЛИЗАЦИИ

две фотоэлектрические считывающие системы, по показаниям которых судят о величине перемещения. При переходе отсчета перемещения с одной системы на другую фиксируют разностью фаз их электрических 5 сигналов и осуществляют коррекцию погрещности измерения. Коррекцию осуществляют путем пространственного фазирования периодов растровых элементов.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для измерения 10 линейных и угловых перемещений, содержащее установленные по оси измерения растровые элементы, устаналиваемые на измеряемом объекте, сопряженные с ними две фотоэлектрические считывающие системы, блок управления и счетный блок 3.

15

Недостатком этого способа и устройства является низкая точность, обусловленная пространственным фазированием периодов растровых элементов.

Целью изобретения является повышение 20 ТОЧНОСТИ измерения.

Поставленная цель в способе достигается тем, что коррекцию погрешности измерения, возникающей при переходе отсчета перемещения с одного растрового сопряжения

на другое, осуществляют путем фазирования выходных сигналов фотоэлектрических считывающих систем.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что блок управления выполнен в виде подключенных к фотоэлектрическим считывающим системам двух фазовых интерполяторов, каждый из которых содержит блок модуляционного преобразования и фазовый детектор, блока раснределения, двух датчиков положения растровых элементов относительно считывающих систем, подключенных к входам блока раснределения и фазового корректора, одна нара входов фазового корректора подключена к выходам блоков преобразования фазовых интерполяторов, а вторая - с выходом датчиков положения растровых элементов относительно считываюп1их систем, одна пара выходов фазового корректора подключена к входам блоков преобразования фазовых интерполяторов, а вторая -- к выходам фазовых детекторов интерполяторов, выходы которых через блок распределения подключены к счетному блоку.

На фиг. 1 представлена блок-схема фотоэлектрического преобразователя перемещения; на фиг. 2 - блок-схема преобразования с одним из вариантов выполнения фазового корректора.

Фотоэлектрическое устройство для измерения линейных и угловых перемещений состоит из ряда последовательно установленных на перемещаемом объекте измерительных растров , 2, 3, двух фотоэлектрических считываюпдих систем, содержащих индикаторные растры 4 и 5, оптические системы б и 7 локализации комбинационных муаровых полос в плоскости анализируюпшх щелевых диафрагм 8 и 9, блоки 10 и 11 фотоприемников, датчики 12 и 13 положения из.мерительпых растровых элементов отпосительно считываюндих систем, блоки 14, 15 модуляционного преобразования, фазовые детекторы 16 и 17, блок 18 распределения, фазовый корректор 19, и счетный блок 20, состоящий из фазового дискриминатора 21, двух реверсивных счетчиков 22, 23, двух дискретных фазосдвигающих блоков 24 и 25 и блока управления корректора 26.

Устройство работает следущим образом.

При перемещении измерительных растров 1, 2, 3, образующих единую измерительную меру, с выхода фотоэлектрических считывающих систем следуют квадратурные сигналы

Преобразователи 14 и 15 преобразуют эти сигналы в фазомодулированные сигналы несущей частоты.

Фазовые детекторы 16 и 17 определяют величину фазового рассогласования сигналов преобразователей 14 и 15 относительно опорных сигналов, вырабатываемых фазосдвигающими блоками 24 и 25 фазового корректора 19. При нахождении индикаторных растров 4 и 5 над измерительным растром 1

отсчет перемещения идет со считывающей системы 6 с помощью блока 18 распределения по сигналам датчиков 12 и 13. По .мере выхода растра 1 из поля указанной системы счет далее продолжаетея по сигналам считывающей системы 7 от растрового сопряжения 2-7 с помощью преобразователя 15 и фазового детектора 17,

Для коррекции ногрещности измерения фазовый корректор 19 (фиг, 2) реализует операцию фазирования электрических сигнае лов с выхода преобразователей 14 и 15 считывающих систем при нахождении индикаторных растров 4 и 5 соответственно над измерительными растрами 1 и 2, Фазирование выполняется путем фазового сдвига сигналов преобразователей 14 и 15 относительно онорпых еигналов с помощью дискретных фазосдвигающих блоков 24 и 25 фазового корректора 19,

Для реализации операции фазирования сигналов фазовый корректор 19 должен онре0 делять разность фаз сигналов, преобразовать эту разность фаз в цифровой код, запоминать его, а также выполнять обратные операции преобразования кода в фазовый сдвиг сигналов. Указанные операции в фазовом корректоре 19 выполняют фазовый дискриминатор 21, блок управления корректора 26, реверсивные счетчики 22 и 23, в которых хранится величина преобразованного в код фазового сдвига между сигналами блоков 14 и 15. фазосдвигающие блоки 24 и 25. При ревереивном движении фазирование и отсчет перемещения выполняется в обратной последовательности.

Формула изобретения

1.Фотоэлектрический способ измерения линейных и угловых перемещений, заключающийся в том, что на контролируемом объекте по оси измерения устанавливают ряд

растровых элементов, сопрягают с нн.ми, по меньщей мере, две фотоэлектричеекие считывающие системы, по выходным сигналам которых судят об измеряемом перемещении и при переходе от счета перемещения с одной системы на другую фиксируют разность

фаз их электрических сигналов и осуществляют коррекцию погрещности измерения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, коррекцию погрещности и измерения осуществляют путем фазирования выходных сигналов фотоэлектрических считывающих систем.

2.Фотоэлектрическое устройство для измерения линейных угловых перемещений, содержащее последовательно расположенные но оси измерения растровые эле.менты. устанавливаемые на измеряемом объекте, и сопряженные с ними, по меньщей мере, две фотоэлектрические ечитывающие системы, блок управления и счетный блок, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности

измерения, блок управления выполнен в виде подключенных к фотоэлектрическим считывающим системам двух фазовых интерполяторов, каждый из которых содержит блок модуляционного преобразования и фазовый детектор, блока распределения, двух датчиков положения растровых элементов относительно считывающих систем, подключенных к входам блока распределения и фазового корректора, одна пара входов фазового корректора подключена к выходам блоков преобразования фазовых интерполяторов, а вторая - к выходам датчиков положения растровых элементов относительно считывающих систем, одна пара выходов фазового корректора подключена к входам блоков преобразования фазовых интерполяторов, а вторая - к выходам фазовых детекторов интерполяторов, выходы которых через блок распределения подключены к счетному блоку.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фазовый корректор выполнен в виде фазового дискриминатора, двух реверсивных счетчиков, двух дискретных фазосдвигающих блоков и блока управления корректора, входы фазового дискриминатора подключены к выходам блоков преобразования фазовых интерполяторов, поразрядные выходы реверсивных счетчиков подключены к поразрядным входам дискретных фазосдвигающих блоков, выходы которых совместно с выходами фазового дискриминатора и выходами датчиков положения растровых элементов относительно считывающих систем подключены на входы блока управления корректора, выходы которого соединены со счетными входами реверсивных счетчиков, одна пара выходов дискретных фазосдвигающих блоков подключена к входам блоков модуляционного преобразования, а вторая - к входам фазовых детекторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мироненко К. В. Фотоэлектрические измерительные системы. М., «Энергия, 1967, с. 212-229.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке Л 2025527. кл. G 01 В 19/00, 1974

3.Воронцов Л. Н. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин. М., «Машиностроение, 1965, с. 134 (прототип).