Устройство для измерения линейныхпЕРЕМЕщЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к прецизионному станкостроению и может использоваться для измерения линейных перемещений в системах программного управления или в системах контроля точности координатных линейных перемещений рабочих органов станков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее передающую телевизионную камеру и неподвижную штриховую шксшу , закрепляемую на неподвижной части станка, измеритель ную растровую линейку, закрепляемую на подвижной части станка параллельно неподвижной штриховой шкале и имеющую шаг, равный шагу шкалы, оптическую систему и электронный блок, состоящий из узла нормирования видеосигнала, соединенного входом с выходом телекамеры, счетчика, генератора импульсов, конъюнктора, соединенного входом с В1ЛХОДОМ генератора импульсов, а выходом со входом счетчика, узла установки нуля, соединенного выходом со входом счетчика и узла цифровой индикации, соединенного входами с выходами счетчика 1 .

К недостаткам устрояс.тва, снижающим точность измерений, относятся зависимость точности отсчета линейных перемещений от ширины штриха измерительной растровой линейки и зависимость точности отсчета от расстояния меяоду штрихами измерительной растровой линейки.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено узлом определения взаимного положения штрихов измерительной растровой линейки и неподвижной шкалы, соединенным вхоДс1ми с выходги 1и узла нормирования видеосигнала и счетчика, а выходами со входом узла управления катушкой кёщровой развертки телекс меры и вторым входом конъюнктора, ширина штрихов шксшы вьтолнена неравной минимальной ширине штриха измерительной растровой линейки.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - два рабочих варианта взаиморасположения штрихов неподвижной шкалы и измерительной линейки и соответствующие этим положениям формы сигналов.

Устройство для измерения линейных перемещений содержит передающую телевизионную камеру 1, неподвижную триховую шкалу 2, закрепляемую на неподвижной части станка,измерительную растровую линейку 3, закрепляеую на подвижной части станка паралельно неподвижной штриховой шкале 2 и имеющую шаг, равный шагу шкалы 2, электронный блок 4 и оптическую систему, включающую, например, осветитель 5, конденсатор б и объективы 7 и 8.

Электронный блок включает узел 9 нормирования видеосигнала, соединенны:й входом с выходом телекамеры 1, счетчик 10, генератор11 импульсов, конъюн.стор 12, соединенный входом с выходом генератора 11 импульсов, а выходом - со входом счетчика 10, узел 13 установки нуля, соединенный выходом со входом счетчика 10, узел 14 цифровой индикации, соединенный входами с выходами счетчика 10, узел 15 определения взаимного положения штрихов 16 измерительной растровой линейки 3 и штрихов 17 неподвижной шкалы 2, соединенный вхоами с выходами узла 9 нормирования видеосигнала и счетчика 10, а выхоами - с входом узла управления катушкой кадровой развертки телекамеры 1 и вторым входом конъюнктора 12, ширина штрихов 17 шкалы 2 выполнена неравной ширине штрихов 16 измерительной растровой линейки 3,

Устройство для измерения линейных перемещений работает следукэдим образом.

Световой поток осветителя 5, преобразованный конденсатором б, попаает на измерительную растровз линейку. 3, Объективом 7 изображение штрихов 16 измерительной растровой линейки 3 совмещается со штрихами неподвижной штриховой шкалы 2 так, что штрихи 17 шкалы 2 сдвинуты относительно штрихов 16 линейки 3 вдоль штрихов (фиг. 2а, где 0 - ширина штриха 16 измерительной растровой линейки 3; 2 - ширина штриха 17 неподвижной штриховой идеалы 2) .

Световой поток, проходя шкалу 2, вfдальнейшем несет изображения ее ш -рихов 17 и штрихов 16 линейки 3, которые передаются на фоточувствительный слой трубки передающей телевизионной камеры 1 с помощью объектива 8. При этом на фоточувствительном слое трубки телекамеры 1 создается электронный потенциал, соответствующий оптическому изображению. Электронный луч телекамеры 1 считывает этот потенциал, и при этом на выходе телекамеры 1 образуется импульсной формы видеосигнал, который подается на узел 9 нормирования виеосигнала.

После 1г&ое;г.-зещения контр- :;;руамого рабочего органа станка с з; ;-,0епленной на нем измерительной р.а„аровой линейкой 3 на требуемую координагу штрихи 16 измерительной линейки 3 занимают -одно из двух .возможных положений относительно штрихов 17 неподвижной шкалы 2, Первое положение - штрих 16 линейки 3 находится в поле штриха 17 шкалы 2 (фиг. 2а), Второе положение - штрихи 16 и 17 расoходятся (фиг. 2б).

Благодаря смещению штрихов 17 вдоль штрихов 16 все последующие расеулэдения, относящиеся к первому по.яоженшо штрихов 16 и 17, справедливы также и

5 в том случае, когда оси штрихов 17 и 16 совпадают.

В первом положении штрихов 17 и 16 (фиг. 2а) сигнал, снимаемый с телекамеры 1, имеет форму 1Ц . При достиже0нии электронным лучом начала изображения штриха 16 измерительной растровой линейки 3 в точке А напряжение сигнала ..скачкообразно изменяется на величину и . При достижении элек..с6.к ным лучом конца штриха 17 шкалы 2

5 в точке Б величина выходного напряжения скачкообразно изменяется на U,j в обратном направлении. Луч в этом случае движется по траектории А-Б-В, что обеспечивается узлом 9 нормиро0вания видеосигнала. Отрезок времени t, при котором значение видеосигнала на выходе телекамеры 1 минимально, пропорционален сумме сдвига cf середин штрихов 17 и 16, половине ширин.ы S/i штриха 16 линейки 3 и половине .цирины штриха 17 шкалы 2, т.е.

/ 61 KO

t.

Узел 15, дифференцируя импульс U,, разрешает через конъюнктор 12 заполнение счетчика 10 в течение промежутка t масштабирующими импульсами от генератора 11.

5

Кроме того, узел 15 вырабатьюает импульсы 0.2 (фиг. 2д) постоянной длительности t по состоянию счетчика 10, пропорциональные сумме ширины Sj штриха 16 и величины & перемещеOния измерительной линейки 3, обеспечивающие определение узлов 15 взаимного положения штрихов 16 и 17, т.е.

t2 (е + & ) при этом Р + д 2

5

Если за время t. сигнал ни разу не изменяет своего состояния (т.е.

0), что свидетельствует о том, что штрихи 16 и 17 не расходятся,, узел 15 управляет катушкой кадровой развертки телекамеры 1 при каждой второй строчной развертке по траектории Г-Д-Е. В этом случае на выходе узла 9 нормирования видеосигнала при каждой второй строчной раз-.

jSpTKe формируется {фиго2ж) длительностью . При .тсн

Ц-1с -т 1)

в течение времени ta на Б.КОД счетчика 10 подаются масштабирующие импульсы от генератора 11 чарез конъюнктор 12 о .

ТакиЕЛ образомf за две строчные развертки на счетчике 14 накапливается количество импульсов, пропорциональ ° t.H,.(,44)Hf-|-f) Частота масштабир тощих импульсов f2 , заполн.тющих счетчик 10, и частота развертки электронного луча fо, связаны соотношением f-: Э - - -ргде S число ШТРИХОВ; на которое делится величина шага расположения штрихов 16 измерительной растровой линейки 3 с целью получения требуемой разрешающей способности,, По истечении каждого цикла, состоящего из времени двух строчных разверток электронного луча, по команде узла управления строчной катуш кой телекамеры 1 узел 14 цифровой ин дикации подключается к счетчику 10. Йрк втором положении штрихов 16 и 17 электронный луч рбегая штрихи П и 16 по траектории Х-Б-Ж-З-В гене рирует на входе узла 9 нормирования видеосигнала сигнал U Ииг, 2г), который изменяет свое значение по амплитуде раньше промежутка времени tg в течение которого узел 15 вырабатывает импульс и2(фиг, 2е), позволяющий в совокупности с сигналом U определять, что штрихи разошлись (не находятся в поле друг друга). На входе узла 15 формируется сигнал U Ч;фиг, 2з), длительность которого 2 б2 .) В течение времени t на Е::;:.:;Ч счетчика 1, через конъюнктор подаются масш табирующие импульсы от генератора 11 Так как в течение времени L . Jw. ro узел 15 при второй строчной разв ке не изменяет траекторию луча, но генерирует сигнал U длительностью I л 2 2/ (фиг, 2и). Как и в первом случае, в течение времени t, на вход счетчика 10 по-, даются импульсы от генератора 11,З две строчные развертки на счетчике 10 количество импульсов определяетс длительностью

Если на вход счетчика 10 подается количество импульсов в течение времени, равного сумме времени 51bla- и t. -jn I пропорциональных сдвигу штрихов 17 и 16, линейки 3 и шкалы 2f находящихся в зоне мишени трубки телекамеры 1, то узел 14 цифровой индикации показывает результат Fj-, равный

SlnSqir,

tИТаким образом, в предлагаемом устойстве не только исклочается влияние изменения ширины штриха линейки 3, но и происходит усреднение возможной ошибки шага, что существенно повышат точность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения линейных перемещений, например рабочих органов станков, содержащее передаквдую телевизионную камеру и неподвижную штриховую шкалу, закрепляемую на неподвижной части станка, измерительную pacTjровую линейку, закрепляемую на подвижной части станка параллельно неподвижной штриховой шкале и имеющую шаг, равный шагу шкалы, оптическую систему и электронный блок, состоящий из узла нормирования видеосигнала, соединенного входом .с выходом телекамеры, счетчика, генератора импульсов, конъюнктора, соединенного входом с выходом генератора импульсов , а выходом со входом счетчика узла установки нуля, соединенного выходом со входом счетчика и узла цифровой индикации, соединенного входами с выходами счетчика, отличающееся тем, что, с целью повьошения точности измерений, оно снабжено узлом определения взаимного положения штрихов измерительной растровой линейки и неподвижной шкалы, соединенным входами с выходами узла нормирования видеосигнала и счетчика, а выходами - со входом узла управления катушкой кадровой развертки телекамеры и вторьм входе конъюнктора, а ширина штрихов шкалы выполнена неравной минимальной ширине штриха измерительной растровой линейкиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Техническое описание (2455 АФ2.00.000Н) датчика обратной связи ЭОЛ-1 Куйбышевского станкостроительного объединения.-,

-..-.VTTvT i-« -- -;v ... 1;...:

Фи.1