Растровый интерполятор Советский патент 1980 года по МПК G05B19/4105 G06G7/30 

(54) РАСТРОВЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

Изобретение отиосится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в линейных и круговых измерительных преобразователях перемещения рабочих органов станков, а такж.е в координатно-измерительных машинах.

Известен растровый интерполятор -1 с множительными устройствами. Однако они ограничивают точность интерполятора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является растровый интерполятор, содержаший преобразователь с квадратурным выходом (на выходе два сдвинутых на /4 периода синусоидальных сигнала), устройство определения мЬдуля величины (sin X) и (cos X) ,и сумматор 2. К измерительному преобразователю подключено устройство, образуюш,ее напряжение, прогюрциональное амплитуде сигналов измерительного преобразователя (в дальнейшем - преобразователь, амплитуда оирнала - постоянное хналряжение). Это устройство включено на вход резистивного делителя, выходы которого соответственно соединены, с первыми входами блока компараторов. Вторые входы компараторов подсоединены к сумматору, на выходе которого образуется треугольное напряжение (в дальнейшем формирователь треугольного напряжения), а выходы через

блок логической обработки (счетчик) - к устройству цифровой индикации.

В этом интерполяторе сравниваются по . уровню мгновенное значение треугольного

5 напряжения с фиксированными постоянными напряжениями различной величины, полученными с резистивного делителя. Число сформированных импульсов сравнения, фиксируемых компараторами, равно числу шагов дискретности в одной четверти периода входного сигнала. Таким образом, происходит Бнутришаговое деление периода, т. е. интерполяция сигналов. Число .компараторов должно соответствовать коэффициенту интерполяции, т. е. определять разрешающую способность .интегратора.

Однако втаком интерполяторе при необходимости получения .большой разрешающей способности, т. е. высокой дискретности, требуется большое число компарато20ров, что значительно усложняет конструкцию. Кроме того, невозможно оперативно . изменять, коэффициент интерполярции, что сужает функциональные возможности. Интерполятор не универсален, так как при другом коэффициенте ннтерполяции (что может быть вызвано подключением другого измерительного преобразователя перемещений) требуется изменять число компара30 торов, т. е. требуется существенная перенаадка схемы, что усложняет эксплуатацию. Помехоустойчивость интерполятора опре-. еляется числом компараторов, и так как на ухудшается с ростом числакомп-арато-,, ов, то усложнено увеличение дискретности.

Целью изобретения является упрощение стройства « повышение помехоустойчивости.Поставленная цель достигается тем, что в растровый интерполятор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко входам преобразователя напряжения через формирователь треугольного напряжения к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соединены со входами блока индикации, введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, последовательно соединенные первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор |и последовательно соединенные третий коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), второй инвертор II четвертый коммутатор, второй вход которого через ЦАП подключен к выходу преобразователя напряжения, первый выход - ко второму нуль-Органа, а второй выход - ко второму выходу реверсивного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым в;содом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходом реверсивного счетчика, а выходом - со вторым входом первого коммутатора, третий вход которого подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-органа. Вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор к выходу генератора импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема интерполятора, на фиг. 2 - таблица и диаграмма работы ЦАП.

Интерполятор содержит фотоэлектри бский измеритель перемещений 1, формирователь треугольного напряжения 2, преобразователь напряжения 3, нуль-орган 4, четвертый коммутатор 5, ЦАП 6, второй инвертор 7, третий коммутатор 8, первый инвертор 9, .первый коммутатор 10, сумматор по модулю два 12, генератор импульсов 14, второй коммутатор, блок индикации 15.

Интерполятор работает следующим образом.

Измеритель ./ формирует синусоидальный и косинусоидальный электрические сигналы, i oTopbie в формирователе 2 преобразуются в симметричное треугольное напряжение, а в преобразователе 3 -; в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде сигнала измерителя /. Треугольное напряжение с выхода формирователя

2 поступает на один вход нуль-opraHk 4, где все время сравнивается с треугольным ступенчатым напряжением, поступающим на его другой вход. Последнее формируется иа выходе ЦАП 6 и проходит на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5.

Принцип формирования сигнала на выходе ЦАП б следующий. Генератор 14 формирует последовательность импульсов счета. Эти импульсы проходят через коммутатор 13, который в зависимости от коммутирующего сигнала направляет их на вход счетчика // либо на щину «прямого счета, либо на щину «обратно.го счета. Таким образом, счетчик 11 считает соответственно в прямом или в обратном направлениях. Цифровые сигналы с разрядов счетчика // (кроме п-,то и л -1-го разрядов) поступают через коммутатор 8 на цифровые входы

ЦАП 6. При последовательном изменении дискретных входных сигналов в порядке возрастания десятичных эквивалентов аналоговые напряжения на выходе ЦАП 6 увеличивается до емкости ЦАПа. При достижении максимального напряжения выходное напряжение ЦАПа начинает ступенчато, снижаться, хотя счетчик L1 считает в прямом направлении.

Ниже в виде таблицы и диаграммы Дана для пояснения, характеристика вход (цифровой) выход (аналоговый - ступенчатый) ЦАПа (например, четырехразрядного). Цифровые логические уровни составляют О и il.

В формировании треугольного ступенчатого напряжения на выходе ЦАПа 6 принимают участие все разряды, кроме га-го (старшего) н (п-1)-го. В приводимом приMepfe (для четырехразрядного ЦАПа) аналоговое выходное напряжение формируется первым и вторым младшими разрядами. В первой четверти.(отмеченное столбцами Л, Б, В и Г) имеет место ступенчато-нарастающее напряжение на выходе ЦАПа, при

этом со счетчика 11 на ЦАП 6 через коммутатор 8 проходят цифровые сигналы впрямом коде. Управляющ1 ми сигналами коммутетора 8 являются сигналы логического «О с выхода разряда изменения направления кода (прямого или обратного ), с разряда, расположенного перед старЩИМ разрядом. В столбцах Д, , Ж и 3 - управляющие сигналы уже являются логическими «1, поэтому коммутатор 8 пррпускает на цифровой вход ЦАПа 6 сингалы обратного кода, а на выходе ЦАПа образуется ступенчато-спадающее напряжение. Затем напряжение растет аналогично в столбцах И; К, Л и М и спадает; в столбцах Я, О,

Я и Р (пунктирная линия). Таким образом, на выходе ЦАП принципиально образуется напряжение без учета знака.

Рассмотрим связи интерполятора, обеспечивающие необходимое изменение знака

выходного напряжения ЦАП 6. Это напряение поступает на коммутатор 5, инверируется в инверторе 7 и подается инвер1ированным на другой вход коммутатора 5. правляющими сигналами коммутатора 5 вляются цифровые сигналы старшего разряда (знакового) счетчика. Из таблицы идно, что в столбцах А, Б, В, Г, Д, Е, Ж 3 эти управляющие сигналы являются огическими «О - при этом на вход нульргана 4 проходит положительное напряжение (первая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАП); в столбцах И, К, Л, М, Н, О, П & Р управляющие сигналы являются логическими «1 и поэтому на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5 проходит отрицательное напряжение (после инвертирования) - вторая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАПа 6.

На выходе коммутатора 5 образуется ступенчатое треугольное периодическое напряжение с учетом знака (фиг. 2, сплошная линия). В нуль-органе 4 происходит сравпение этого напряжения с треугольным напряжением на выходе формирователя 2.

Следует отметить, что в целом схема работает по компенсационному принципу, т. е. мгновенное значение ступенчатого напряжения с выхода ЦАПа 6, точнее с выхода коммутатора 5, всегда стремится быть равным мгновенному значению напряжения с выхода измерительного преобразователя перемещений (формирователя 2).

Если напряжение с выхода формирователя 2 превыщает напряжение с выхода коммутатора 5, то на выходе нуль-органа 4 образуется положительный сигнал, который, проходя через коммутатор 10, должен воздействовать на коммутатор 13 так, чтобы импульсы счета с генератора 14 проходили на шину «прямой счет счетчика 11. Это справедливо для первой и четвертой четвертей треугольного ступенчатого напряжения (соответствующего столбцам А, Б, В, Г и Н, О, П, Р), в которых имеет место возрастание.

Для второй и третьей четвертей, если напряжение с выхода формирователя 2 больше напряжения с выхода коммутатора 5, необходимо, чтобы ступенчатое напряжение возрастало в другом направлении, т. е. необходимо, чтобы был подключен вход счетчижа 11.

Это осуществляется следующим образом. Как указывалось выще, положительный управляющий сигнал коммутатора 13 подключает к его выходу щину «прямого счета ; тогда отрицательный управляющий сигнал на входе коммутатора 13 подключает к его выходу щ-ину «обратного счета счетчика //. При этом на входе коммутатора W всегда присутствуют два разных по знаку сигнала: один с выхода нуль-органа 4, другой - с выхода инвертора 9. Подача того или иного сигнала на вход коммутатора 13 осуществляется сигналом с выхода сумматора 12 по модулю два. На вход этого сумматора подаются два сигнала: с выхода старщего (знакового) разряда и с выхода

разряда, расположенного перед ним (т. е. с п-то и с п-1-го).

Выходные сигналы сумматора 12 по модулю два являются логическими «О в первой и четвертой четвертях (в столбцах Л, Б,

В, Г и Н, О, П, Р (при этом на вход коммутатора 13 через коммутатор 10 подается сигнал с выхода нуль-органа 4, а во второй и третьей четвертях (в столбцах Д, Е, Ж, 3 и И, К, Л, М) - логическими «1, при

этом на вход коммутатора 13 поступает сигнал с выхода инвертора 9, и импульсы с генератора 14 проходят на щину «обратный счет счетчика 11.

Кроме того, сигналы с выхода измерителя 1 перемещений преобразуются в преобразователе 3 «амплитуда сигнала - постоянное напряжение в постоянное напряжение, служащее опорным напряжением ЦАП 6. Это обеспечивает исключить погрещности, возможные йЗ-за изменения величины амплитуды сигнала измерителя / перемещений, которая всегда имеет место пз-за изменения (или колебаний) светового потока источника света, его старения

и т. д.

Таким образом, предлагается схема замкнутой системы с отработкой на нуль (компенсационный принцип). Выходное напряжение ЦАП следит за изменением треугольного напряжения с выхода формпрователя 2 и повторяет его.

При этом код на выходе счетчпка 11 всегда соответствует измеряемому перемещению в данный .момент, а устройство 15

цифровой индикации регистрирует измеряемое перемещение в цифровом виде.

Таким образом, разрешающая способность в интерполятору определяется типом разрядов ЦАП (число ступенек ступенчатого напряжения). В интерполяторе 2 коэффициент интерполяции равен 80, в предложенном интерполяторе уже при 10 разрядах ЦАП (стандартная ликросхема - М86-1) число ступенек 20° 1024.

Кроме того, отсутствие инерционных звеньев (индуктивностей, емкостей) позволяет обеспечить выполнение всего интерполятора в микромодульном интегральном (твердотельном) исполнении, т. е. в виде одной большой интегральной схемы.

Формула изобретения

Растровый «интерполятор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко входам преобразователя напряжения и через формирователь треугольного напряжения - к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соедийены с входами блока индикации, отличающийся тем, что, с .целью уцрощения и повышения помехоустойчивости интерполятора, в него введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, цоследовательно соединенные- первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор и последовательно соединенные третий коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь, второй инвертор и четвертый коммутатор, второй вход которого через цифро-аналоговый преобразователь подключен к выходу преобразователя напряжения, первый выход - ко второму входу нуль-органа, а второй выход - ко второму выходу реверсив, ного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым

i

входом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходом реверсивного счетЧИка, а выходом - со вторым входом первого коммутатора, третий.вход которого

подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-органа, вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор к выходу

генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

, Ij ;..„..

ir,... i ПГ

lJJ... i; 2 .- ТТТЛ

TdS/funa