Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (746658

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.08.76 (21) 2392211/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.80. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 17.07.80 (51) М.К . ,,G 08 С 9/06

Государстоеииык комитет

СССР (53) УДК 681.325 (088.8) до делам изобретений и открытий

Р. И. Волков, В. П. Кудинов, В. И. Бондаренко, M. А. Пакканен и Л. М..Малютин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к оптикоо-электрон ны м устройства м для представ. ления 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 фотоприемника, регистрирующего световой .поток с растровых колец 11:1.

Наличие в преобразователе электродвигателя снижает надежность и препятствует получению высокоЙ точности преобразования 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, модулнрующнй лимб, закрепленный на кольце. вом камертоне„соединенный с выходным валом, измерительный лимб с кодовой дорожкой грубого отсчета,световод и фотоприемник, соединенные через усилители с отсчетным блоком 121.

В этом преобразователе дискретность съема информации ограничивается шириной штрихов измерительного лимба и считывающих щелей, которая может быть доведена до 10 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 и надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угла поворота вала в

746658 код на измерительный лимб концентрично с кодовой дорожкой нанесена кольцевая floрожка 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 отс 4 еT а .

Одновременный съем информации с большого числа штрихов точной дорожки измерительного лимба позволяет эа счет осреднсния значительно уменьшить влияние погрешностей нанесения отдельных штрихов на точность отсчета, при этом дискретность отсчета определяется частотой импульсов, заполнякнцих 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 усилитель к фотоприемнику точного отсчета исключает неопределенность 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 позиционныи 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 и источники 2 света грубого отсчета (светодиоды), число которых равно числу разрядов грубого отсчета, установлены перед модулирующим лимбом 3. Модулирующий лимб 3 закреплен на кольцевом камертоне 4, приволимом 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 катушка обратной связи 6, а к выходу — — катушка 5 возбуждения. Измерительный лимб 9 жестко связанный с выходным валом 10, 1 установлен непосредственно за модулирующим лимбом 3.

На модулирующий лимб 3 нанесена кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром 11 (щелями), а на измеритель

t = z- are sin -.

1 . к где — изменение длительности; — круговая частота колебаний камертона; 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 фотоприемники 14 точного отсчета.

Считывающие идели 15 нанесены на том же радиусе, что и кодовая дорожка 16 грубого отсчета и дополнительная дорожка 17 грубого отсчета. Фотоприемники 1.8 и 19 грубого отсчета установлены эа кодовыми дорожками 16 и 17 измерительного лимба против считывающих щелей 15.

Выходы фотоприемников 14, 18 и 19 подключены К0 входам соответствуюгцих усилителей 20, 21 и 22. К выходу усилителя 20 подключены импульсные источники 2 света 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 шинам выходного регистра 26. Выход усилителя 8 системы возбуждения камертона подключен ко входу регистра 26, разрешающему 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 — составляют отсчетный блок 28.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток от кольцевого источника света 1 поступает на модулирующие щели

I I модулируюшего 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, колеблются и щели 1!. При совпадении ще4в лей 11 с прозрачными штрихами 12 дорожек точного отсчета ba фотоприемник 14 поступает световой поток, в противном случае— нет. Световые импульсы преобразуются фотоприемником 14 в электрические. Длительность импульсов зависит от взаимного углового положения модулируюшего 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:

746658

Формула изобретения

4$

ss

$ — угол поворота нала;

Л амплитула колебаний камертона в угловой мере.

Длительность Z определяется как временной интервал межлу начальным импульсом, вырабатываемым усилителем 8 системой воэбужления камертона 4, м моментом совпаления молулирующей щели 11 с границей прозрачного и непрозрачного штриха дорожки точного отсчета 12 измерительного лимба 9.

Таким образом, по длительности т можно сулить об угле поворота вала Р. ГIреобразование длительности импульса в двоичный кол может производиться любым известным способом, например, подсчетом числа заполняющих импульсов.

Информация с лорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 снимается в момент совпаления модулирующих щелей I I молулирующего лимба 3 с границами штрихов 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 модулируктщего лимба 3 занимают положение против штрихов (прозрачных или непрозрачных) дорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 и тем самым исключается неопрелеленность считывания на границах смены разрялов в грубом отсчете и выполняются условия согласования грубого и точного отсчета, так как съем информации с лорожек грубого отсчета осуществляется по сигналам фотоприемника точного отсчета.

Световые импульсы от импульсных источников 2 света, воспринятые фотоприемниками IS и 19 грубого отсчета, усиленные соответствуюьцими усилителями 21 и 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 обь|чный двоичный позиционный код. Г!ри лальнейшем повороте измерительного лимба 9 после смены секторов разрялы циклически меняются местами. Для восстановления позиционного кода необходкм олин циклический сдвиг всего кода назад. Г!ри дальнейшем увеличении угла поворота вновь произойдет циклкческая перестановка разрядов к для восстановления позиционного кода потребуется произвести два циклических сдвига всего кода и т. д. Задача опрелеления положения разрядов решается с помощью дорожки 17, однозначный кол которой воспринимается фотоприемниками 19, усиливается усилителяМи

22 и лешифрируется блоком 25. На выходе блока 25 в результате лешифрации появляется позиционный кол, который олновременно прелставляет собой самые старшие разря

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

Полный код об угловом положении вала хранится в выхолном регистре 26, на который поступает информация с блока 23 точного отсчета и блоков 24, 25 грубого отсчета. Запись информации в выхолной 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 одком лимбе дорожек точного н грубого отсчетов исключает воэможность 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 привола модулирующего лимба исключает погрешности боя подшипников и нестабильности скорости вращения, а отсутствие трущихся частей существенно повышает надежность преобразователя в целом и допускает работу в условиях глубокого вакуума.

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

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно размец енные источники света, модулирующий лимб, закрепленный на кольцевом камертоне, соелиненный с выходным валом, измерительный лимб с кодовой дорожкой грубого отсчета, световол и фотоприемники, соединенные через усилители с отсчетным блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя иа измерительный лимб концентричко с кодовой дорожкой нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром и дополнительная дорожка грубого отсчета, а на модулирующий лимб нанесена кольцевая .лорожка с радиальным штриховым растром, причем выход фотоприемника точного отсчета через усилитель подключен к источникам света грубого отсчета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свилетельство СССР № 167448, кл,. G 08 С 9/06.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 430422; кл. С 09 С 9/06. 1972 (прототип) .

74б658

Составитель И. Назаркнна

Редактор И. Ковальчук едред К. Шуфрнч Корректор Г. Назарова

Заказ 4 I 08/20 тираж 6 Подннсное

IlHHHflH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патентз, г. Ужгород, ул. Проектная, 4