Способ измерения положения объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение области применения Цель достигается тем, что при сохранении равных элементов разложения шаги расположения излучателей в ряду и приемников в ряду могут быть различными и выбираться из соотношений a/n L/H 1. b/mh I/L-Ч; H/h m.n-1, где m, n - числа излучателей и приемникоп соответственно: a, b - шаги между излучателями и фотоприемниками соответственно; L I - расстояния от плоскости подвижного элемента до плоскостей излучателей и фотоприемников соответственно; Н, h - диапазон и дискретность измерения соответственно. 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s 6 01 B 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 ф о

)Ю

jco

)), К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4686483/28 (22) 03.05.89 (46) 07.07.92, Бюл. N 25 (71) Научно-исследовательский институт технологии и организации производства (72) 0,Н.Манкевич и Г.М.Лачугин (53) 531.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

No 781547, кл, G 0.1 В 7/04, 1979. ,Авторское свидетельство СССР

N 1324571,,кл. G01 8 11/00,,1978.

Авторское свидетельство СССР и 1252671, кл. G 01 В 21/28. 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ОБЬЕКТА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения положения подвижного элемента датчиков перемещения, уровня, плотности и т.п. . Известен способ измерения положения обьекта, заключающийся в том, что располагают последовательно источники излучения, от них формируют световые потоки, направляют потоки на плоскость размещения объекта, устанавливают в плоскости . анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником принимают. излучение от оптически сопряженного с ним источника, преобразуют оп. тический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала от всех приемников, равному числу элементов разложения, не перекрытых объектом, определяют геометрический параметр.

„, БЦ„„1746218 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цепью изобретения является расширение области применения. Цель достигается тем, что при сохранении равных элементов разложения шаги расположения излучателей в ряду и приемников в ряду могут быть различными и выбираться из соотношений а/и =.) /)-I 1. b/mh = )/L+1; Н/h =

m n-1, где m, и — числа излучателей и приемников соответственно; а, Ь вЂ” шаги между излучателями и фотоприемниками соответственно; L. ) — расстояния от плоскости подвижного элемента до плоскостей излучателей и фотоприемников соответственно; Н, h — диапазон и дискретность измерения соответственно. 3 ил.

Недостатком этого способа является необходимость располагать большое количество источников и приемников излучения.

Кроме того. при этом способе нельзя получить малую величину элемента разложения в связи с конечными размерами источников и приемников излучения. что ограничивает точность измерения, Известен способ измерения положения объекта, при котором также располагают последовательно источники и приемники излучения, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала oI приемников определяют геометрический параметр положения объекта.

Недостатком этого способа является неоптимальное расположение излучателей и фотоприемников»тносительно плоскости . объекта.

1746218

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения положения объекта, заключающийся в том, что располагают последовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки со взаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость размеще. ния объекта, между точками пересечения лучей с плоскостью размещения объекта формируют равные элементы, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каж-. дым приемником принимают последовательно излучение от нескольких источников излучения, оптически сопряженных с ним, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала, равнОму числу элементов разложения, не перекрытых объектом. определяют геометрический параметр.

Недостатком указанного способа является то, что количество излучателей и фотоприемников и их.взаимное расположение выбирают неоптимальным образом применительно к конкретной реализации способа, что сужает область его применения, Целью изобретения является расширение области примеиения способа измере.ния положения обьекта, Применение способа позволяет оптимизировать количество излучателей и приемников и их взаимное расположение.

Способ может быть применен для измерения как малых, так и больших перемещений и при использовании различных типов излучателей и приемников.

Цель достигается тем. что при способе измерения положения объекта, заключающемся в том, что располагают последовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки излучения со вэаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость размещения объекта, между точками пересечения лучей источников с плоскостью размещения объекта формируют равные элементы, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником и ринимают последовательно излучение от нескольких источников излучения, оптиче.ски связанных с ним. преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала, равному числу элементов разложения, не перекрытых объектом, определяют геометрический параметр, источники и приемники излучения устанавливают относительно плоскости размещения объекта исходя из соотношений а/h = L/1+1;

10

Ь/mh = I/L+ 1;

Н/h- mn-1, где а и b — шаги между излучателями и приемниками соответственно;

h и Н вЂ” дискретность и диапазон измерения соответственно;

L и! — расстояния от излучателей и приемников до плоскости размещения объекта соответственно;

m и и — число излучателей и приемников соответственно..

Использование укаэанных соотношений позволяет выбирать оптимальное количество излучателей и приемников и оптимально их располагать относительно друг друга и относительно плоскости размещения объекта.

На фиг, 1 приведена блок-схема преобразователя, при помощи которого может быть осуществлен способ; на фиг. 2 — оптическая схема преобразователя; на фиг. 3— временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит излучатели

1,1-1.m, .фотоприемники 2.1-2.п, подвижный элемент 3, распределитель 4 импульсов и блок 5 счета импульсов, Излучатели 1.11,m и фотоприемники 2.1-2.п расположены в одной плоскости напротив друг друга.

Между ними расположен подвижный элемент 3, положение. которого измеряется преобразователем, Излучатели 1.1.-1.m соединены с выходам распределителя 4 импульсов, обеспечивающего последовательное импульсно» питание излучателей.

Выходы фотоприемников 2,1-2,п соединены с входами блока 5 счета импульсов, осуществляющего счет импульсов с фотоприемников. Распределитель 4 импульсов и блок 5 счета импульсов соединены цепями

6-8. по которым осуществляется управление блоком 5 счета импульсов.

На фиг. 1 приведены примеры выполнения распределителя 4 импульсов и блока 5 счета импульсов. Распределитель 4 импульсов содержит генератор 9 импульсов, счетчик 10, дешифратор 11, усилители

12.1-12,m, одновибраторы 13-15 и элемент

16 задержки; Блок 5 счета импульсов содержит усилители 17.1 — 17.п. мультиплексор 18, счетчик 19 и блок 20 индикации. Выход генератора 9 соединен со .счетным входом счетчика 10 и через одновибратор 13 со стробирующим входом дешифратора 11.

Младшие разряды счетчика 10 соединены с разрядными входами дешифратора 11, выходы которого соединены через усилители

12.1-12.m с излучателями 1,1-1,m, Старшие разряды счетчика 10 соединены через цепи

6 и 7 с адресными входами мультиплексора

1746218

10

30

40

50. входу счетчика 19, Таким образом, счетчик

19 подсчитывает импульсы вначале от фотоприемника 2.1, затем от фотоприемника 2,2 опроса всех фотоприемиков в счетчике 19

55 оказывается число пропорциональное по18, информационные входы которого через усилители 17.1-17.п соединены с фотоприемниками 2,1 — 2.п, а выход соединен со счетным входом счетчика 19. Последний разряд счетчика 10 соединен через одновибраторы

14, 15 и цепь 8 с входом сброса счетчика 19, -выходы которого соединены с блоком 20 индикации. Выход одновибратора 14 соединен через элемент 16 задержки с управляющим входом генератора 9. В зависимости от конкретных потребностей блок 20 индикации может иметь двоичную или десятичную индикацию или выходы на внешние устройства, Блоки и узлы преобразователя могут 1 быть выполнены на следующих элементах: излучатели 1.1 — 1.m — излучающие диоды

АЛ107; фотоприемники 2.1 — 2.n — фототранзисторы ФТ2К; счетчики 10 и 19 — микросхема К155ИЕ5; дешифратор 11 — микросхема 2

К155ИД4; генератор 9, одновибраторы 13—

15 — микросхемы К155АГЗ; мультиплексор

18 — микросхема К155КП2; усилители 12.112.nl—,,транзисторы КТ814; усилители 17.117.n — микросхемы К140УД8; блок 2 индикации — светодиоды АЛЗ07.

Оптическая схема преобразователя пос .ðîåHa следующим образом (фиг. 2). Излучатели 1.1 — 1.m расположены в ряд в плоскости А с шагом а друг от друга. Фотоприемники 2,а — 2,п расположены в ряд плоскости В с шагом Ь друг от друга.

Подвижный элемент 3 расположен в плоскости С. Излучатели 1.а — l.m, фотоприемники 2.1-2,n,è подвижный элемент 3 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскостям А, В. С. Расположение излучателей 1,1 — 1.m и фотоприемников 2,1-2,п относительно подвижного элемента 3 выполнено согласно следующим соотношениям . .а/h = 1 /1+ 1; (I) . Ь/mh =!/L+ 1: (2)

Н/h = mn - 1, (3) . где m, n — число излучателей и фотоприем- 4 ников соответственно; а, Ь вЂ” шаги между излучателями и фотоприемниками соответственно;

L, I — расстояния от плоскости С до плоскостей А. В соответственно;

Н, h — диапазоч и дискретность измерения соответственно, Линии, показанные на фиг. 2 между излучателями и фотоприемниками, обозначают оси соответствующих пучков света от излучателей к фотоприемникам. Выполнение соотношений (1)-(3) обеспечивает равенство расстояний между осями световых пучков в плоскости С (в зоне подвижного элемента 3), причем эти расстояния равны дискретности измерения h, 4 расстояние между крайними осями равно диапазону измерения Н. Соотношения (1)-(3) выведены на основании подобия соответствующих треугольников на фиг. 2, Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 10 находится в нулевом состоянии, одновибратор

14 возбужден, на управляющий вход генератора 9 подан сигнал выключения с одновибратора 14, блок 20 индикации выдает информацию о содержимом счетчика 19. С младших разрядов счетчика 10 на дешифратор 11 подается код "00", со старших разрядов счетчика 10 по цепям 6 и 7 на мультиплексор 18 подается код "00", При выключении одновибратора 14 запускается одновибратор 15. с которого по цепи 8 подае ся импульс сброса на счетчик

19. Затем с задержкой, задаваемой элементом 16 на время сброса счетчика 19, включается генератор 9. Началом каждого импульса генератора 9 запускается одновибратор 13, а концом импульса добавляется единица в счетчик 10. Импульсы с одновибратора 13 стробируют дешифратор

11. который через усилители 12.1 — 12.п включает последовательно излучатели 1.1 — 1 m.

Световые импульсы от излучателей поступают на те фотоприемники 2.1 — 2.п, которые не затенены подвижным элементом 3, На фиг.

1 и 3 показан случаи, когда импульсы света проходят от всех излучателей на фотоприемник 2.1 и от двух излучателей 1.1, 1.2 на фотоприемник 2,2, Последовательное включение излучателей 1.1-1.m циклически повторяется. Число циклов равно или кратно числу фотоприемников 2.1 — 2.п.

Фотоприемники 2.1-2.п, принявшие световые импульсы, рормируют .электрические импульсы, которые через усилители

17.1-17.п поступают на информационные входы мультиплексора 18. Переключение мультиплексора 18 производятся сигналами, поступающими на его адресные входы со старших разрядов счетчика 10. В результате мультиплексор 18 подключает поочередно фотоприемники 2.1 — 2.п к счетному и так далее до фотоприемника 2.n. К концу ложению подвижного элемента 3.

Циклическое включение излучателей

1,1 — 1,m и опрос фотоприемников 2,1 — 2.п заканчиваются при обнулении счетчика 10 в результате его переполнения. B момент пе

1746218 реполнения счетчика 10 запускается одно.вибратор 14, который выключает генератор

9, Одновибратор 14 формирует паузу, в течение которой производится визуальный съем информации с блока 20 информации ,или вывод информации в двоичном. коде на внешние устройства. Далее процесс измерения повторяется.

Импульсное включение излучателей

1.1-1.m и получение цифровой информации о положении подви>кного элемента 3 путем счета импульсов с фотоприемников 2,1-2.п позволяют исключить влияние дестабилизирующих факторов на результаты измерения (нестабильность параметров излучателей. фотоприемников, усилителей от времени, температуры, питающих напряжений), Импульсное включение излучателей 1.1-1,m позволяет использовать форсированный режим их работы для получения более мощных.световых импульсов, что дает возможность упростить или полностью исключить усилители 17.1 — 17.п на выходах фотоприемников 2,1 — 2.ri, Кроме того, появляется воэможность избавиться от влияния внешних эасветок фотоприемников. Многократное использование излучателей и фотоприемников в процессе измерения, что обеспечивается описанным построением оптической схемы, позволяет значительно сократить количество излучателей. фотоприемников, усилителей по сравнению с числом уровней отсчета.

Формула изобретения

Способ измерения поло>кения объекта, заключающийся в том, что. располагают последовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки излучения со вэаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость

5 размещения объекта, между точками пересечения лучей источников с плоскостью размещения обьекта формируют равные элементы, устанавливаЮт в плоскости анализа последовательно расположенные при10 емники излучения, каждым приемником принимают последовательно. излучение от нескольких источников излучения, оптически связанных с ним, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу

15 импульсов сигнала, равному числч элеменТоВ разложения, не перекрытых обьектом, определяют геометрический параметр, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения, при формировании

20 равных элементов разложения источники и приемники устанавливают относительно плоскости размещения объекта исходя иэ соотношений

25 а/h =1/1+1;

b/mh =1/б+ 1:

Н/h = mn -1, где а и b — шаги между излучателями и приемниками соответственно:

30 h и Н вЂ” дискретность и диапазон изме .рения соответственно;

L. u I расстояния-от излучателей и приемников до плоскости размещения обьекта соответственно;

35 m u n — число излучателей и приемников соответственно.

1746218

Фий, 2

89x00b>

Юс!

2с

Фиг.3

Редактор И.Шмакова

Заказ 2388 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

<3

40а

<о6

fa

2d гБ

Составитель О,Мацкевич

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э,Лончакова