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

Изобретение относится к автоматике в вычислительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам для представления аналоговых величин в дискретной форме, и предназначено для использования в координатно-расточных станках с програм-мным управлением в навигационных комплексах. . Известны преобразователи, у которых лимб точной системы отсчета установлен на одном валу с модулирующей маской, приводимом во вращение электродвигателем. Импульсы съема информации с лимбов точной и грубой систем отсчета формируются сигналами фотоприем«йка, регистрирующего световой поток с растровых колец {I}. Наличие в преобразователе электродвигателя снижает надежность и препятствует получению высокой точности пресйбразования угла поворота вала в код из-за боя подшипников электродвигателя. Наиболее близким техническим решением к данному является преобразователь угла . поворота вала в код, содержащий последовательно установленные источники света, модулирующий лимб, закрепленный на кольцевом камертоне, соединенный с выходным валом, измерительный лимб с кодовой дорожкой грубого отсчета, световод и фотоприемник, соединенные через усилители с отсчетным блоком |2j. В этом преобразователе дискретность съема информации ограничивается шириной штрихов измерительного лимба и считывающих щелей, которая может быть доведена до Ю мкм, что, например, при диаметре лимбов 200 мм дает дискретность измерения угла 20 угл. с. и дальнейшее повышение точности ведет к неоправданному, росту габаритов преобразователя. Кроме того, при смене разрядов погрешность нанесения штрихов и считывающих щелей на лимбах прямо входит в конечный отсчет. Конечный отсчет может быть получен только после снятия двух отсчетов, разнесенных во времени, а это приводит к большим динамическим погрешностям и даже .сбою информации при вращении выходного вала. Целью изобретения является повышение точности к надежности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угла поворота вала в

кол на измерительный лимб концеитричио с кодовой дорожкой нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром и дополнительная дорожка грубого отсчета, а на модулирующий лимб нанесена кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром, причем выход фотоприемника точного отсчета через усилитель подключен к источникам света грубого отсчета.

Одновременный съем информации с большого числа штрихов точной дорожки измерительного лимба позволяет за счет осреднения значительно уменьшить влияние погрешностей нанесения отдельных штрихов на точность отсчета, при этом дискретность отсчета определяется частотой импульсов, заполняющих временной интервал, соответствующий углу поворота вала, а не шириной штрихов, что позволяет получить дискретность отсчета угла в десятые доли угловой секунды. Нанесенные на одном лимбе дорожки грубого и точного отсчета исключают возможность взаимного рассогласования отсчетов, а подключение импульсных источников света грубого отсчета через усилител1з к фотоприемнику точного отсчета исключает неорфеделенность считывания на границах смены разрядов в грубом отсчете, при этом выполняются условия согласования грубого и точного отсчета, так как съем информации с дорожки грубого отсчета осуществляется по сигналам фотоприемника точного отсчета. Введение дополнительной дорожки грубого отсчета позволяет путем однократного съема информации восстановить позиционный код в грубом отсчете, тем самым, исключить динамические погрешности и увеличить быстродействие преобразователя,

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь выполнен следующим образом.

Кольцевой источник света I и источники 2 света грубого отсчета (светодиоды), число которых равно числу разрядов грубого отсчета; установлены перед модулируюHiHM лимбом 3. Модулирующий лимб 3 закреплен на кольцевом камертоне 4, приводимом в колебательное движение системой возбуждения, состоящей из катушек 5 возбуждения и обратной связи 6, расположенных на постоянных магнитах 7, и усилителя 8, ко входу которого подключена катущка обратной связи 6, а к выходу - катушка 5 возбуждения. Измерительный лимб 9 жестко связанный с выходным вйлом 10, установлен непосредственно за модулирующим лимбом 3.

На модулирующий лимб 3. нанесена кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром П (щелями), а на измеритель

ный лимб 9 того же радиуса и с тем же шагом нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром 12, за которым установлен световод 13 и далее фотоприемннки 14 точного отсчета. 5 Считывающие щели 15 нанесены на том же радиусе, что и кодовая дорожка 16 грубого отсчета и дополнительная дорожка 17 грубого отсчета; Фотоприемники 18 и 19 грубого отсчета установлены за кодовыми дорожками 16 и 17 измерительного лимба против считывающих щелей 15.

Выходы фотоприемников 14, 18 и 19 подключены ко входам соответствующих усилителей 20, 21 и 22. К выходу усилителя 20 подключены импульсные источники 2 света

j и вход электронного блока 23 точного отсчета, в котором формируются младшие разряды позиционного кода. Выходы усилителей 21 и 22 подключены ко входам соответствующих электронных блоков 24 и 25, в которых происходит обработка первичной

информации грубого отсчета. Выходы электронных блоков 23, 24 и 25 подключены к входным шииам выходного регистра 26. Выход усилителя 8 системы возбуждения камертона подключен ко входу регистра 26, разS решающему запись в регистр, и к блоку 27 задержки. Выход блока 27 задержки подключен ко входам установки в исходное состояние электронных блоков 23, 24 и 25. Электронные блоки 23, 24, 25, блок 27 задержки и выходной регистр 26 - состав ляют отсчетный блок 28.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток от кольцевого источника света 1 поступает на модулирующие щели

5 11 модулирующего лимба 3 и далее на дорожку точного отсчета 12 измерительного лимба 9. При колебаниях камертона 4 колеблется и модулирующий лимб 3, укрепленный на этом камертоне, а следовательно, ко.леблются и щели II. При совпадении щелей II с прозрачными штрихами 12 дорожек точного отсчета }ja фотоприемннк 14 поступает световой поток, в противном случае - нет. Световые импульсы преобразуются фотбприемником 14 в электрические. Длительиость импульсов зависит от взаимного углового положения модулирующего и измерительного лимбов. При повороте вала 10 поворачивается и связанный с ним измерительный лимб 9, что приводит к изменению длительности импульсов фотоприемника 14.

Вследствие синусоидального характера движения модулирующего лимба 3 изменение длительности импульсов от угла поворота вала 10 носит арксинусный характер:

t J- are sin

/Г

где t-изменение длительности;

(I) - круговая частота колебаний ка мертона;

У - угол повороУз вала; Л амплитуда колебаний камертона в угловой мере.

Длительность t определяется как временной интервал между начальным импульсом, вырабатываемым усилителем 8 системой возбуждения камертона 4, м моментом совпадения модулирующей щели II с границей прозрачного и непрозрачного штриха дорожки точного отсчета 12 измерительного лимба 9.

Таким образом, по длительности т можно судить об угле поворота вала f. Преобразование длительности импульса в двоичный код производи ься любым известным способом, например, подсчетом числа заполняющих импульсов.

Информация с дорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 снимается в момент совпадения модулирующих щелей 1 модулирующего лимба 3 с границами П1трихов дорожки 12 точного отсчета измерительного лимба 9 подачей импульса напряжения с усилителя 20 фотоприемника 14 точного отсчета на импульсные источники 2 света. Выбор этого момента времени обусловлен тем, что в это время щели 11 модулирующего лимба 3 занимают положение против 111трихов (прозрачных или непрозрачных) дорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 и тем самым исключается неопределенность считывания на границах смепы разрядов в грубом отсчете и вы-, полняются условия согласования грубого и точного отсчета, так как съем информации с дорожек грубого отсчета осуществляется по сигналам фотоприемника точного отсчета.

Световые импульсы от импульсных источников 2 света, воспринятые фотоприемниками 18 и 19 грубого отсчета, усиленные соответствующими усилителями 21 н 22; поступают в электронные блоки 24 и 25.

При повороте измерительного лимба 9 в. пределах первого сектора дорожки 16 грубого отсчета с фотоприемников 18 снимается с помощью щелей 15 обьмлый двоичный позиционный код. При дальнейшем повороте измерительного лимба 9 после смены секторов разряды циклически меняются местами. Для восстановления позиционного кода необходим один циклический сдвиг всего кода назад. При дальнейшем увеличении угла поворота вновь произойдет циклическая перестановка разрядов и для восстановления позиционного кода потребуется произвести два циклических сдвига всего кода и т. д. Задача определения положения разрядов решается с помощью дорожки 17, однозначный код которой воспринимается фотоприемниками 19, усиливается усилителями 22 и дешифрируется блоком 25. На выходе блока 25 в результате дешифрации появляется позиционный код, который одновременно представляет собой самые старшие разря

ды выходного кода и указывает число сдви гов, необходимых для восстановления пози цнонного кода в блоке 24, принявшем информацию с дорожки 16 измерительного лимба 9 с помощью фотоприемийков 18 и усиленных усилителями 21.

Полный код об угловом положении вала хранится в выходном регистре 26, на который поступает информация с блока 23 точного отсчета и блоков 24, 25 грубого отсчета. Запись информации в выходной регистр

осуществляется начальным импульсом с усилителя 8 системы возбуждения камертона. Этот же импульс устанавливает блоки 23, ,24 и 25 в состояние, готовое к приему новой информации.

Выполнение на одном /1имбе дорожек

точного и грубого отсчетов исключает возможность их взаимного рассогласования, а нанесение описанным выше образом штрихов на лимбах позволяет сократить число кольцевых дорожек без уменьшения требуемой разрядности, что уменьшает габариты преобразователя. Введение кольцевого камертона в качестве привода модулирующего лимба исключает погрешности боя подшипников и нестабильности скорости вращения, а отсутствие трущихся частей сушествеино

повышает надежность преобразователя в целом и допускает работу в условиях глубокого вакуума.

Проведенные испытания макета преобразователя показали высокую чувствительность (десятые доли угловой секуиды), при диаметре лимбов 60 мм, малое энергопотребление и высокую надежность.

Формула изобретения

35

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно размещенные источники света, модулирующий лимб, закрепленный на кольцевом камертоне, соединенный с выходным валом, измерительный лимб с кодовой дорожкой грубого отсчета, световод и фотоприемники, соединенные через усилители с отсчетным блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя на

измерительный лимб коннентрично с кодовой дорожкой нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром и дополнительная дорожка грубого отсчета, а на модулирующий лимб нанесена

кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром, причем выход фотоприемника точного отсчета через усилитель подключен к источникам света грубого отсчета. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР

№ 167448, кл, G 08 С 9/06.

2. Авторское свидетельство СССР № 430422, кл. G 09 С 9/06, 1972 (прототип).