Устройство для интерполяции

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕРПОЛ Я1ШИ« соперисашее из внтерфероме1ь.; {Шческой сясемы, фотоэлекфЕгаеск1{х приемншсов усилителей, триггеров, логических схем, счетчикои, цифрювых cwoveM |(ля измерения алины или угла и привоц- И . «. - г,.-:«,Л ных механизмов, отличающееся тем, -ЧТО фотоэлектрические считывающие, элементы, в частности фотоэлектрические приемники 1, поаключены к усилителю 3, триггеру 4, счетчику грубого отсчета 8 и следящей логической схеме 7, триггер 5 подключен к усилителю 3, триггер 5 соединен со следящей логической схемой 7, контакты 16,17 и 18 соединены с о ограничительной логической схемой 6, управл 1ие двигателем 10 соединено с двигателем 11, к двигателю 11 подкл1очена передача 12, а между передачей 12 и контактами 16 и 17 расположены ходовой : винт 13 И деталь 14 с внутренней Q 9 резьбой, и к цифровой системе для измерения длины или угла подключен счетчик (Л 9 точного отсчета.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОЮЛЦМР

РЕСПУБЛИК (19) (Ш (д) Ol В 21/ОО

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPÛÒÜÉ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДГП:ЛЬСТВУ. (89) 145478 ГДР, (21) 7770304/18 28 (22) 2008.78 (31) ФР g 01 8/201583 (32) 19.10; F7

{33) ГОР (46) 23.03,84. Вюл. 34 11 (72) Йэгер Герд, Hppresr Raayc и Хейденблут,оетльеф (ГОР) (71) ФБВ Комбинат НАГЕМА (ГОР) (53) 531.7:621.317 (088.8) (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕРПОЛЖ1ИИ содеркащее as интерферомет-:, рической схемы, фотоэлектрических приемников усилителей, триггеров, логичес ких схем, счетчиков, цифровых систем или измерения длины или угла и приводных механизмов; о т л и ч а ю ш е е с я тем,-.что фотоэлектрические считываюшие, элементы, в частности фотоэлектрические приемники 1, подключены к усилителю 3, триггеру 4, счетчику грубого отсчета 8 и следяшей логической схеме 7, триггер

5 подключен к усилителю 3, триггер 5 соединен со слецяшей логической схемой

7, контакты 16, 17 и 18 еоецинены с о ограничительной логической схемой 6, управление цвигателем 10 соецинено с двигателем 11, к двигателю 11 подключена передача 12, а межцу передачей 12 и контактами 16 и 17 расположены хоцовой . винт 13 и деталь 14 с внутренней резьбой, и к цифровой системе для измерения длины или угла подключен счетчйк

9 точного отсчета.

1081412

20

Изобретение касается устройства для интерполяции в периодических распред лителях, чапример интерференциальных, которые имеются в оптических измерительных устройствах для измерения величин: пути, угла, показателя преломления, а также производных от них величин: силы, давления, скорости твердости, соотношения компонентов смеси, конценч вещии и т.д.

Особой областью применения устрой ства является применение цля интерференциальных измерений, если требуется очень высокая разрешающая способность.

Интерполяционные устройства служат 15 для разделения периода первичного сигнала на эквидистантные расстояния. для этого разделения самые известные интерполяционные устройства требуют два первичных сигнала О В1 и х и V "

" coS g.

При прохождении через нуль интер, полированных аналоговых сигналов запус

«аются с помощью триггеров импульсы, вследствие чего получается эквидистант- 25 ное разделение. Ошибки интерполяции

1 появляются, если наступает смещение прохождений через нуль без изменения изм еряемой величины.

Такие ошибки интерполяции могут быть g0 вызваны изменениями параметров первичного сигнала: амплитуды, фазы, постоянной составляющей и спектра.

llns характеристики известных технических решений приводятся nsa примера

Сетевой интерполятор (Johannsen, TH.: Zum Verhalten der Signalperioden eines Theodoliten mit elektroap

tischer Kreisteilablesung, Universi

tat Вопй, )967), 40 исполь:- ует. наложение напряже- ний первичных сигналов P1 и О их отрицаний в подходящих сетях на сопротивлениях, чтобы из этого получить.про хождения через нуль и, таким образом, 45 . точки интерполяции. Этот интерполятор пригоцен для малых факто ров интерполяции. Изменения ампли- l туцы, фазы и постоянной составляющей вызывают ошибки интерполяции.

Известен также электроннолучевой интерполятор, с помощью которого достиt гаются более вь|сокив факторы интерполяции. (Тгбйз сЬег О,: Ober Fragen der

digita1en Megmessung mit fotoelektrischen Megmelger_#_ten hoher Auflosung, Optik 28, Heft 8, 1968/69

Trotscher О.: Einrichtung zur Interpolation DE-АБ 1 266 989) .

Здесь в основу положен принцип, и ге о два на 90 смещенных первичных сигнала образуют вращающееся поле с установленным направлением вращения, Напряже- ния сигналов подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, и полный оборот электронного луча соответ ствует сильно увеличенному периоду раотра. Если вместо люминесцентного экрана применяют проводящие растровые диски, то получают интерполированные выходные сигналы.

Эффективность такой схемы ограничивается геометрией трубки, ошибками юстировки растровых. дисков, а также точностью катодной, решетчатой .и анодной системы. Изменения амплитуды, фазы и постоянной составляющей вызывают и здесь (в отличии от изобретения ) ошибки интерполяции.

ILenl изобретения заключается в том, чтобы интерполировать изменяющиеся в зависимости от измеряемой величины периодические распределения интенсивности с высокой степенью интерполяции (2 100), причем затраты технических приборов не зависят от высоты степени интерполяции, а работоспособность независима от вида периодического распределения.

Устройство функционирует безошибочно и в том случае, если изменяется дифференциальное значение между максимальной и минимальной интенсивностью (при интерфереициальных распределениях дифференциальное значение между максимальной и минимальной интенсивностью облучения), как и абсолютное значение интенсивности (при интерференциальных рас« пределениях абсолютное значение интенсивности облучения) периодического рас- е пределения.

Хотя приблизительные значения (импульсы грубого регулирования) и интерполированные точки значения (импульсы точного регулирования) образуются отдельно в раздельных системах, за счет соот ветствуюшей логической операции, даже при относительно большой неопределенности расположения импульсов грубого регулирования (неопределенность при включении включающего фронта импульса) происходит безошибочное суммирование импульсов грубого и точного регулирования. Наряду с возможностью a,ocòèæeíèÿ высокой степени интерполяции можно уо1081 танавливать любую степень интерполяции простым образом.

В основу изобретения положена задача создания интерполяционного устройства, которое на основе изменяющихся в постоянной зависимости от измеряемой вели;ы распределений интенсивности интер-» поляции при сравнительно малых затратах технических приборов и высокой надеж- ности в эксплуатации. 10

Такие периодические распределения интенсивности выступают, например, в интерференциальных измерительных усч ройствах. Так можно посредством распо ложения интерферометра, который ис- 15 пользует интерференции одинаковой толшины, провоцить измерение длин. Если оба интерферометрических зеркала образуют маленький угол и одно зеркало изменяет свое положение в направлении . 20 света, параллельно самому себе, тогда возникает такое периодическое распределение интенсивности. Зцесь изменение интерференциального поряцкового числа является точной мерой цля измеряемой 25 величины. Расстояние между двумя со седними максимумом и минимумом coom ветствует одному поряцку. Для опреаеле ния изменения измеряемой величины нацо с.-:рецелить предназначенное количество З0 целых поряцков и цробных частей, Количество целых порядков прецставл..:ет собой в этом случае приблизительное значение, а остающиеся дробные части - точное значение, Таким образом, в этом случае приблизительное значение - целое кратное оцного порядка. Конечно, можно выбрать такое сопротивление, что приблизительное значение соответствует целому кратному любого значения порядка.

Поставленная цель цостйгается тем, что к фотоэлектрическим считывающим элементам, в частности к фотоэлектри- ческим приемникам, поцключают один уси литель. один триггер, овин счетчик грубо- 4

° ro отсчета и одну следящую логическую схему. Другой триггер включается межцу усилителем и следящей логической схемой.

Необходимые контакты соединены с orpa ничительной логической схемой, связанной со следящей логической схемой. К слепящей логической схеме присоединяется схема управления двигателем.

Схема управления двигателем соеди няется с двигателем, снабженным net- $) дачей. Кроме того,предусматривают ходо вой винт и деталь с внутренней резьбой между передачей и контактами.

41

К цифровой системе измерени= длины или угла поцключается счетчик точного отсчеTB o

Обработка сигналов межцу считывани-. ем и индикацией измеряемой величины выполняется следующим образом.

Фотоэлектрические считывающие элементы, например фотоэлектрические приемники, которые считывают распределение интенсивности к началу, после или во . время измерения, поворачиваются друг к другу относительно картины распределения интенсивности так, что считываю к: щие элементы позиционируются в определенных положениях относительно определенных эквицистантных исхоцных точек распределения интенсивности. Такими опопределенными эквицистантными. исхоцны ми точками могут быть сами максимум и минимумы или любые точки, которые выбираются на постоянном расстоянии от них. Считывающие элементы служат, во» первых, в соединении со счетчиком, который следует назвать счетчиком грубого отсчета, цля определения приблизительного значения, а, во-вторых цля следящего управления.

Посредством этого управления считы ваюшие элементы приводятся в определенное положение относительно эквидистантных исходных точек. Эти положения называют местами слекения. Относительный путь, проходящий во время цроцесса слежения между считывающими .элементами и картиной распределения интенсивности, можно измерить посредством известных приборов цля измерения длины или угла. Если измеряют относительный путь, например инкрементально, то регистрируются соответствующие точному зна- . чению импульсы, цалее называемые точными импульсами, в следующем ечетчике, так называемом счетчике точного отсчета.

Однозначную взаимосвязь между при близительным значением (так называемые грубые импульсы) и точным значением (точные импульсы) » «как при ошибочном положении включающего фронта импульса, гак и бесперебойную работу в любой о6.. ласти измерения достигают следующим образом.

Предполагают, что между цвумя сосед ними местами слежения находится любое, отличное от нуля постоянное количество грубых импульсов.

Количество точных импульсов,, кото рые соответствуют одному грубому им-. пульсу, получается при делении количесъ1081412 ва точных импульсов f<, которые соответствуют расстоянию между цвумя сосецними местами слежения, на количест» во грубых импульсов х, которые имеют ся между соседними местами слежения„5 т.-е.

При этом безразлично, в каком из

45 соседних мест слежения происхоцит слежение. Благоприятные соотношения относительно времени слежения получают, если приблизительно в середине межцу цвумя соседними местами слежения при50 нимают решение попойти к левому или правому месту слежения.

При соответственно мецленном изменении измеряемой величины может наступить случай, когца механическая часть следящего устройсчва, которая несет все считывающие элементы, имеет синхронный хоц с движением смешения распрецеления интенсивности. Но, так как участок изо

При опрецелении параметров устройств, гветственных за создание грубых импульсов и мест слежения, надо учитывать ребование, чтобы допустимая область положения грубых импульсов, которая получается за счет неопределенности включающих фронтов импульсов, и цо- 15 пустимая область, результируюшаяся из неопрецеленности слежения в опрепелен ных местах слежения, не перекрывались.

Грубые и точные импульсы считываются в зависимости от направления.

Знак, с которым точные импульсы должны складываться с грубыми импульсами цля образования результата измерения, получается из слецуюшего определения: управляется система слежения при опрецеленном относительно участка картины распрецелении интенсивности так, что появляются позитивные грубые импульсы, а все точные импульсы, поступающие при этом направлении управления, счи- З0 тают отрицательными и наоборот.

Так как после или во время изменения измеряемой величины, когда постигнуто одно из соседних мест слежения, либо сумме грубых импульсов внутри З5 области слежения дает "О " и регистрируется значение слежения (количество точных импульсов), либо из суммы всех грубых импульсов, которая препставляет значение, соответствующее расстоянию 40 межцу цвумя сосепними местами слежения, вычитается значение слежения, и происхоцит безошибочная инцикация. бражения распрецеления интенсизнос ти ограничен относительно поверхности, то считывающие элемен ты выходя т из учас тка изображения. В этом случае область изменения была бы ограничена размега, :и участка изображения. Область измерения можно любым образом расширить, если разместить ограничительные кон таюы., которые вызывают то, что механичсская часть слепящего устройства, которая несет считывающие элементы, отвоцится назац почти цо серепины участка изобра- жения.

Во время отвоца назац слепящее управление блокировано. После отвода назад включается управление ограничения и снова запускается механизм слежения.

При этом неважно точное положение контактов. Это возцействие извне, которое обуславливает локальное перемещение считывающих элемен.тов после или во бремя изменения значения измерения, не влияет на правильную инцикацию значения измерения, так как во время процесса управления регистрируются также значения в счетчика точного отсчета с обратным знаком, как и значения в счет чике грубого отсчета, и исключается

"влияние управления при образовании результа тов измерения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема пля осуществления способа; на фиг. 2 — последовательность сигналов.

К четырем фотоэлектрическим прием- никам 1 (фиг. 1 ) попарно цифференциального включения подключаются усилитель

3, триггер 4, счетчик 8 грубого отсчета и слепящая логическая схема 7 Триггер

Б соепиняется как с усилителем 3, танк и со слепящей логической схемой 7.

Контакты 16-18 поцвецены к ограничительной логической схеме 6, связанной со слепящей логической схемой 7.

Слепящая логическая схема 7 уплавлеет цвигателем 10, к которому приооецинен пвигатель 11. Передача 12, связанная с двигателем 11, соецинена с ходовым винтом 13 и деталью 14 с внутренней резьбой.

Кроме того, к цифровой системе измерения длины и угла попключается счетчик

9 точного отсчета.

Устройство работает следующим образом.

Четыре фотоэлектрических приемника

1 считывают интерференционную картину

2. Положение четырех приемников (фиг.2а) определяется с помощью цвигателя 11, 7 1081 передачи 12, ходового винта 13 и установочного элемента 14 с внутреннейрезьбой, в котором жестко прикреплены поступательно перецвигаемые приемники 1.

На фиг. 2в показаны поступившие с приемников 1 и усиленные усилителями

3 напряжения 0. и V> . Характеристики напряжения, представленные (фиг. 28) получаются при смешении интерференционной картины 2 при изменении измеря- 10 емой величины. Напряжения преобразуют ся в прямоугольные сигналы посредством триггеров 4 и 5. С триггера 4 поступают последовательности сигналов, служашие для грубого счета (фиг.2с).. 15

При этом целые периоды считывают ся только на отрицательных включаюших фронтах сигнала х . Количество импульсов, подсчитанных таким образом,счетчи- 20 ком 8 грубого отсчета, представляет .приблизительное значение. Триггер 5, состояший из цвух ступеней сравнения, преобразует, сигнал (/ в последова тель ности сигналов х и.х+ (фиг. 2 ). Со- 255 ответственно (фиг.2 ) места слежения обозначены состоянием.

Х1Х Х = „, 30

Для ограничения области слекения установочный элемент 14 с внутренней резьбой, контакты 16 и 17 расположены на концах области. Если приводится в цействие боковой контакт 16 и 17, то

35 логическая схема ограничения со значе кием сигнала х = „управляет переме : ,шением в направлении середины области слежения установочного элемента 14 с внутренней резьбовой.

412 8

Вьгоцной сигнал ло ической схемы

6 ограничения принимает значение "О и логическая схема 6 ограничения отклю чается, если установочный элемент 14 с внутренней резьбой находится в серецине области, т.е. если приведен в действие контакт 18. В логической схеме 7 слв жения сигналы х.,...,х логически...преобразуются в сигналы х и х, причем х означает левый хоц детали 14 с . вйутренней резьбой, а х ь» »правый хоц детали 14 с внутренней резьбой, (фиг.2О е, f ) следуюшим образом

Х =X Ч X Х Х V X Х X

5 2 1 Э 1 õ.=X ч Х х х чххх

621641

При х ., хЗ х = L деталь 14 с внутренней резьбой останавливается на месте слежения.

Выходные сигналы аогическоФ схемы

7 слежения управляют двигатель 11 посрецством управления цвигателем 10.

Врашение двигателя 11 переносится с помошью. перецачи 12 и ходового винта

13 на фиксированную от поворота деталь

14 с внутренней резьбой, которая движе ся поступательно. для определения вепи- чины поступательного движения, которое практически предс тавляет точное значение, врашательные движения ходового винта 13 преобразуются инкрементапьным датчиком 15 с ротационным принципом действия в точные импульсы.

Точные импульсы регистрируются в счет.. чике 9 точного отсчета с правильными знаками, Признано изобретением по резудьтатам эксперчизы, осушествленной ведомством по изобретательству Германской Демокра тяческой Ресяублики.

1 081412

О О О О

Aa.g

ВНИИПИ Заказ 1519/33 Тираж 587 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4