Фотоэлектрический интерполятор измерительных сигналов

Фотоэлектрический интерполятор измерительных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 369423

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соаз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свттдетельства ¹

М. Кл. G OIj lf100

Заявлено 26.VI I I.1970 (№ 1469429/25-8) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 08.11.197 3. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 12.IV.1973

Комитет llo делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.94/95(088.8) Автор изобретения

А. С. Егудкин

Заявитель

Особое конструкторское бюро станкостроения

ФОТОЭЛ ЕКТРИ Ч ЕСКИ и И НТЕРПОЛЯТОР

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к средствам измерения величин перемещения рабочих органов металлорежущих станков.

Известны фотоэлектрические интерполяторы измерительных сигналов величин перемещения рабочих органов металлорежущего станка, в которых в качестве коммутирующего элемента применена плоскопараллельная стеклянная пластина, часть поверхности которой выполнена отражающей, и применены растры, дискриминаторы и фотодатчики. При этом источники сигналов и их приемники находятся на противоположных концах оптической системы.

Недостатком известных интерполяторов являются большие искажения оптического изображения, проходящего толстую стеклянную пластину, разворачивающуюся в процессе сканирования на большие углы.

С целью снижения искажений при передаче изображения штрихов линейки растровой решетки на щели фотодатчиков и снижения уровня шумов в предложенном интерполяторе растровая решетка, щели осветителей и фотодатчиков, а также окна расположены в одной плоскости на диафрагме, которой снабжен генератор измерительных импульсов, совпадающей с картинной плоскостью объекта, а оптический коммутатор расположен за этой плоскостью относительно объектива.

С целью получения начала и конца отсчета заполняющих импульсов и прохода изображений штрихов линейки щели фотодатчиков опорных импульсов совмещены по ширине с

5 начальной и конечной щелями растровой решетки и расположены по диагонали от нее.

Кроме того, для осуществления переноса изображений светящихся штрихов линейки на щель фотодатчика и изображения светящейся

10 щели осветителя на щели фотодатчиков опорных импульсов и растровую решетку при автоколлимационном ходе лучей оптический коммутатор выполнен в виде вращающегося зеркала, отражающая грань которого накло15 пена относительно диафрагмы в плоскости, нормальной к штриховой поверхности линейки и проходящей вдоль ее оси, причем между диафрагмой и вращающимся зеркалом расположен объектив с перпендикулярной к диаф20 рагме оптической осью.

Применение автоколлимационного хода лучей позволяет полностью устранить такие оптические искажения, как дисторсию и хроматизм положения.

25 На фиг. 1 показана компановочная схема предложенного интерполятора; на фиг. 2— схема интерполятора в плоскости сканирования; на фиг. 3 — диафрагма интерполятора; на фиг. 4 — схема бизеркального сканатора;

30 на фиг. 5 — схема действия бизеркального сканатора.

369423

Источник 1 света посредством коллектора 2 проецируется параллельным пучком, который, отразившись от кольцевого зеркала 8 и пройдя периферическую кольцевую зону ооъектива 4, освещает штриховую меру 5, на которой нанесены двугранные зеркальные штрихи 5 .

Свет, отраженный от штрихов, проходит центральную зону объектива и центральное отверстие зеркала 8. Половина пучка лучей, вышедших из объектива 4, проходит через призменную систему б, которая разворачивает изображение штриха на 180, после чего это изображение оказывается спроецированным на плоскость диафрагмы 7 в зоне окна 8. Другая половина пучка лучей, вышедших из объектива 4, минует призму 6 и без дополнительного разворота проецирует изображение того же штриха в плоскости диафрагмы в зоне окна 9. На плоскости диафрагмы имеется щель

10, за которой расположены цилиндрическая линза 11 п волоконный световод 12, переносящий световые сигналы, попадающие в щель

10, на фотокатод приемника 18.

Кроме этого, на плоскости диафрагмы расположена щель 14, которая освещается источником света посредством цилиндрической линзы 15 и волоконного световода lб; щель 17, за которой расположена цилиндрическая линза

18 и волоконный световод 19, переносящие световые сигналы, попавшие в эту щель, на фотокатод приемника 20; щель 21, за которой расположена цилиндрическая линза 22 и ответвление от волоконного световода 19 и, наконец, растровая решетка 28, за которой расположен волоконный световод 24 и линза 25, переносящие световые сигналы, попавшие на растровую решетку 28, в плоскость фотокатода 2б.

Плоскость диафрагмы 7 совпадает с фокальной плоскостью. автоколлимационного объектива 27. Параллельные пучки лучей, вышедшие из объектива 27, падают на наклонное плоское зеркало 28 и, отразившись от него, фокусируются вновь в плоскости диафрагмы 7.

Ось вращения зеркала 28 расположена под расчетным углом относительно главной оптической оси объектива 27. Этот угол зависит от фокусного расстояния объектива 27 и масштаба изображения интервала между штрихами 5 штриховой меры 5. Этот масштаб изображения зависит от оптических данных объектива 4 или эквивалентной ему оптической проекционной системы. Величина масштаба задается конструктивно, исходя из условий неискажаемости линейных размеров изображения, зоны сканирования, а также соображениями метрологического и технологического порядка.

Угол наклона зеркала 28 к его оси вращения равен углу а.

Взаимное расположение окон 8 и 9 относительно щели 10, щели 14 относительно щелей 17 и 21, а также растровой решетки 28 таково, что светящиеся элементы — штрихи

29 и 80 — и щель 14 в автоколлимационном ходе накладываются, соответственно, на щели фотоприемников 10, 17 и 21 и растровую решетку 28, а их размеры выбраны с таким расчетом, чтобы при вращении зеркала 28 эти светящиеся элементы совершали бы относительно щелей фотоприемников поступательные по окружности перемещения.

Радиус этой окружности зависим от угла а наклона зеркала. При этом соблюдается заданная последовательность чередования сигналов.

Эта последовательность чередования сигналов соблюдается в каждом полупериоде поворота зеркала 28.

Оптическая ось проекционной системы развернута по отношению к главной оптической оси автоколлимационного объектива 27 на некоторый угол Р (см. фиг. 2), который зависит от фокусного расстояния этого объектива и расстояния 00 его главной оптической оси до оси проекционной системы. Такое расположение осей позволяет создать более равномерный уровень электрических сигналов от штрихов по краям проекции интервала штриховой меры.

Работает интерполятор следующим образом.

При вращении зеркала 28 за каждый полупериод поступают три последовательных сигнала «начало счета», «счет» и «конец счета».

Сигнал «начало счета» поступает через щель

17 при совпадении с ней изображения светящейся щели 14. Одновременно под действием света от той же щели через растровую решетку 28 начинают поступать заполняющие тактирующие импульсы — сигнал «счет», который ведет до момента, когда светящееся изображение 22 штриха 5 не совпадает со щелью 10.

Это будет сигнал «конец счета». Число поступивших в электронную схему заполняющих тактирующих импульсов интерпретируют в соответствующие доли интервала в зависимости от принятой дискретности. В следующий полупериод изображение щели 14 совпадает со щелью 21, от которой поступает сигнал «начало счета». Последует сигнал «счет» от растровой решетки 28, который прекратится в момент совпадения светящегося изображения 80 штриха 5 со щелью 10. Таким образом, за один период поворота зеркала 28 информация поступит дважды.

Если сигнал «конец счета» через щель 10 от светящихся изображений 29 и 80 штрихов 5 совпадает с соответствующими ему сигналами

«начало счета» от щелей 17 и 21, то счет сигналов заполняющих тактирующих импульсов не открывается, и это положение считается нулевым. B этом положении в окнах 8 и 9 проецируется по два штриха, ограничивающих один интервал штриховой меры. За один период оборота зеркала 28 информация ведется дважды. При этом используется лишь две четверти всего периода, остальные две составляют холостой ход. Для получения непрерыв369423

l5

25 ной информации зеркало 28 выполняется двойным.

Наружная поверхность зеркала имеет частично прозрачную поверхность, которая частично отражает, а частично пропускает сквозь себя лучи. Внутренняя поверхность такого зеркала имеет полностью отражающую плоскость. Обе плоскости могут быть выполнены из целой стеклянной пластины либо составлять две самостоятельные детали. Обе отражающие плоскости наклонены к оси вращения и развернуты друг относительно друга вокруг оси вращения на четверть периода. Такой коммутирующий элемент может называться бизеркальным сканатором (см. фиг. 4).

Плоскость А имеет частично прозрачную, частично отражающую поверхность за счет специального вакуумного металлического покрытия. Это покрытие должно отражать примерно 38% и пропускать примерно б2% от упавшего от него 100%-ного потока света. Но эти показатели зависят от поглощающей способности покрытия, спектрального состава света, поглощения в стеклянной среде сканатора, отражающей способности его внутренней поверхности Б, углов сканатора и т. д.

Поэтому цифры приведены ориентировочные.

Для обеспечения стабильности электрических параметров, выдаваемых интерполяторами сигналов, необходимо чтобы количество света в каждой рабочей части периода сканирования было одинаково. Это может быть достигнуто выбором отражающей способности поверхностей А и Б сканатора и других параметров оптических элементов.

Плоскость А наклонена вокруг горизонтальной оси n — n на угол сс (см. фиг. 1 н 2), плоскость Б наклонена вокруг вертикальной оси т — m также на угол с . Расстояние между этими плоскостями должно быть конструктивно минимальным.

Ось вращения сканатора I — I, как уже было указано, составляет с главной осью Й вЂ” Й автоколлимационного объекта угол, также равный а.

Действие бизеркального сканатора заключается в следующем.

Параллельный пучок лучей из автоколлимациопного объектива падает на поверхность А, частично отражается от нее и, пройдя тот же объектив, создает на поверхности диафрагмы

7 изображение Е К . Другая часть лучей пройдет сквозь поверхность А и упадет на поверхность Б.

Поверхность Б развернута относительно поверхности А так, что изображение, которое будет образовываться на диафрагме 7 от лучей, отраженных от поверхности Б, окажется смещенным по окружности сканирования на четверть периода поворота зеркала. Лучи, отраженные от поверхности Б, не полностью попадаю в автоколлимационный объектив. Часть из них пройдет сквозь поверхность А (со стороны поверхности Б) и построит полезное изображение Е"К". Но часть лучей отразится от

65 поверхности А, вновь упадет на поверхность

Б и, отразившись от нее, как и в предыдущем случае, частично пройдет сквозь поверхность

А, а частично от нее отразится. Эти паразитные лучи образуют несколько паразитных изображений убывающей яркости, но существенно вредного влияния они не оказывают, так как по мере отражения они меняют угол выхода из поверхности А и оказываются вне углового зрения автоколлимационного объектива.

На фиг. 5 изображена принципиальная схема построения изображения от бизеркального сканатора на поверхности диафрагмы 7. Изображение Е К является автоколлимационным изображением щели 14 от поверхности А; изображение Е"К" — изображение той же щели от поверхности Б. 3а четверть периода 1 — 1 изображение Е К проходит рабочий цикл с выдачей всех предусмотренных электрических сигналов. Одновременно изображение Е"К" проходит четверть периода 11 — II холостого хода. Затем изображение E Ê выйдет из рабочей зоны I — I, а изображение Е"К" войдет в рабочую зону III — III.

Таким образом обеспечивается непрерывная четырехкратная выдача информации за один период оборота зеркала.

Предмет изобретения

1. Фотоэлектрический интерполятор измерительных сигналов величин перемещения рабочих органов металлорежущего станка, выполненный в виде укрепленной на одном из рабочих органов линейки со светящимися штрихамп, оптически связанной с установленными на другом рабочем органе фотоэлектрическим генератором измерительных импульсов имеющим объектив, растровую решетку, осветители и фотодатчики, отличаюш,ийся тем, что, с целью снижения искажений при передаче изображений штрихов линейки растровой решетки на щели фотодатчиков, генератор измерительных импульсов снабжен размещенной в картинной плоскости объектива диафрагмой, на которой расположены растровая решетка, щели осветителей и фотодатчиков, а так же окна, причем за диафвагмой с другой стороны объектива расположен оптический коммутатор.

2. Интерполятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения начала и конца отсчета заполняющих импульсов и прохода изображений штрихов линейки, щели фотодатчиков опорных импульсов совмещены по ширине с начальной и конечной щелями растровой решетки и расположены по диагонали от нее.

3. Интерполятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью осуществления переноса изображений светящихся штрихов линейки на щель фотодатчика и изображения светящейся щели осветителя на щели фотодатчиков опорных импульсов и растровую решетку при автоколлимационном ходе лучей, оптический коммутатор выполнен в виде вращающегося зерка369423 ла, отражающая грань которого неперпендикулярна оси вращения, а ось наклонена относительно диафрагмы в плоскости, нормальной к штриховой поверхности линейки и проходящей вдоль ее оси, причем между диафрагмой и вращающимся зеркалом расположен объектив с перпендикулярной к диафрагме оптической осью, 369423

Редактор М. Макарова

Заказ 932/2 Изд. № 1245 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Арапов

Техред Т. Ускова

Корректоры: Н. Прокуратова и О, Тюрина