Фазоимпульсное фотоэлектрическое устройство наведения на штрих

И;, .

"хч

О П- И O ::À- :И--И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТ©РСКОМУ СВИДВТЙЛЬСТВУ асеев Сееетсиих

Сев цмалистиыесиих

Респубее (11)611108 (61) Доиолыытельиое к авт. свид-ву (22) Заывлеиь 01,09.75 (21)2 169152125-28 (бй) М. Кл.

Я 01 В 11/00 с прысо дииеыиеее заяаки №

Гваудврствееевй ваыетет

Совета Меееатрав СССР ва делам ееааретеаее я аткрмткй (23) Приоритет (43) Опубликоваи015.06.78„Бюллетень №22 (53) УДК5З1.717 (088.8) (4б) Дата опубликоваыия описания 25.05.78.Ю.-Г. В. Якубчионис и Г. Р. Картанас (У2) Аатерае ивобретеыия

Ви пьнюсский филиал Экспериментального научноисследовательского института метаппорежущих станков (71) Заявитель (54) ФАЗОИМПУЛЬСНОЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

УСТРОЙСТВО НАВЕДЕНИЯ НА ШТРИХ

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к конструкции фазоимпульсных устройств наведения на штрих.

Известно фазоимпупьсное фотоэпектричес5 кое устройство неведения на штрих, содержащее сканирующую шепь ипи ее изображение, осветительную и оптическую системы, а также электронную схему, формирующую сигнал, величина которого зависит от величины отклонения центра сканирования от центра штриха (1 .

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений,так как середина штриха опредепяется по вершине импупьса на выходе фотоэлемента путем его дифференцирования, а точность опредепения вершины зависит от формы вершины импульса,. зависящей в свою очередь от соотношения ширины штриха и ширины . щепи. Достаточно острая вершина получается только при равенстве этих величин, что крайне трудно осуществить на практике изза невозможности нарезания штрихов одинаковой ширины по всей длине линейки. Кроме того при неконтропируемых перемещениях щепевой диафрагмы ошибка наведения чиспенно равна этим перемещениям, а стремпение уменьшить произвопьные смещения оси копебаний приводит к сложности изго-товления и эксплуатации устройств. Наиболее бпизким к изобретению является фотоэпектрический микроскоп, содержащий измеритепьный и реперный каналы, а также оптически с опрюкенные реперный штрих и подвижную относитепьно реперноГо,штриха измеритепьную штриховую шкапу, снабженную приводом сканируюшую щелевую диафрагму и фотоприемники, один из которых оптически связан с реперным штрихом и функционапьно принадпежит реперному каналу, а другой — оптически связан со штрихами измеритепьной шкапы и функциоHBTIbHo принадлежит измерительному каналу, фазовращатепь, подкпюченный параллельно приводу сканирующей диафрагмы, формирователь прямоугопьного сигнала, входом связанный с выходом фазовращатепя, и индикатор рассогпасования, связанный с выхопями обоих канапов (2).

611106

Недостатком такой конструкции является неадекватность показаний при несимметричном распределении интенсивности светового потока поперек изображения штриха, что ведет к снижению достоверности результатов измерений.

Белью изобретения является повышение достоверности результатов измерения.

11ель достигается тем, что ширина сканирующей диафрагмы устройства выбрана lo больше ширины каждого из штрихов измерительной шкалы, а в каждый канал введены: схемы формирования импульсов на половинном уровне, формирователи сигналов от переднего и заднего фронтов импульсов, две схемы совпадения и триггер с единичным выходом, при этом в каждом канале схема формир1 ания импульсов на половинном уровне. входом связана с фотоприемником, а выходом — с входами формирователей сигна- 20 лов от переднего и заднего фронтов импульсов и через формирователи с первыми входами соответственно первой и второй схем совпадения, которые соединены своими выходами с входами установки триггера со- 25 ответственно в нулевое и в единичное состояние, в .то время как выход формирователя прямоугольного сигнала соединен с вторыми входами первых схем совпадения обоих каналов и через фазоинвертор с вторыми ЗО входами вторых схем совпадения. обоих каналов, а единичные выходы триггеров обоих каналов связаны с индикатором величины . и знака рассогласования.

На фиг, 1 схематично представлена М конструкция устройства; на фиг. 2 — логическая схема управления единичными триггерами.

Фазоимпульсное фотоэлектрическое устройство наведения на штрих содержит опти-. 40 чески сопряженные реперный штрих 1 под1 вижную относительно реперного штриха измерительную штриховую шкалу. 2 сканирующую шелевую диафрагму 3 с щелью 4, имек шей ширину, превышающую ширину иэображения штрихов, привод шелевой диафрагмы, выполненный в виде электромагнита 5, пружины 6, объектив 7, проектируюший изображение штриха измерительной шкапы 2 и реперного штриха 1 в плоскость щелевой диафрагмы 3, объектив В и фотоприемники . 9 и 1 О, функционально принадлежащие соответственно измерительному и реперному каналам. Измерительный канал, кроме фотоприемника 9, включает усилитель 11 фотоИ сигнале, схему 12 формирования импульсов на половинном уровне, дифференцирующую цепочку 13, формирователь 14 сигналов от переднего фронта импульсов, формирователь 15 сигналов от заднего фронта импульсов, две схемы 16 и 17 совпадения и триг-. гер 18 с единичным выходом.

В реперный канал устройства помимо фотоприемника 10 входят усилитель 19 фотосигнала, схема 20 формирования импульсов на половинном уровне, дифференцирукхцую . цепочку 21, формирователь 22 сигнала от переднего фронта импульсов формирователь

У

3 сигнала от заднего фронта импульсов, две схемы 24 и 25 совпадения и триггер

26 с единичным выходом. Устройство содержит также фазовращатель 27, формирователь 28 прямоугольного сигнала, фазоинвертор 29 и индикатор 30 величины и знака рассогласования.

Схема 12 формирования импульсов на половинном уровне измерительного канала связана своим выходом сМ» через дифференцирующую цепочку 13 с входами формирователей 14 и15сигналов, асхема20фор- мирования импульсов на половинном уровне реперного канала своим выходом С3 2 связана через дифференцируюшую цепочку

21 с входами формирователей 22 и 23 сигналов, Выходы Ор CI+ источника 31 питания электромагнита 5 связаны с входами фазо-. вращателя 27.

Устройство работает следующим обра-— зом. E

Иэображение 32 реперного штриха 1 находится правее оси сканирования о - - о2

1 2 а изображение штриха 33 измерительной штриховой шкалы 2 — левее оси сканирования. Под воздействием электромагнита 5 шелевая диафрагма Зсовершает близкиек. синусоидальным колебания, относительно оси О1- О . При этом, когда щель перемешается вправо, изображение 32 реперного штриха начинает попадать в щель и световой поток через щель, а следовательно и сигнал на выходе фотоприемника 10, уменьшаются. Когда правый край щели проходит через центр иэображения штриха, срабатывает схема 20, включающая аналогично схеме 1 2 два пиковых детектора, разделительный конденсатор, делитель, мост, усилитель и триггер Шмидта (на чертеже не показаны), и формирует передний фронт импульса. далее через центр изображения штриха проходит левый край щели и схема 20 фсрмирует задний фронт импульса. По истечении определенного времени щель достигает максимального отклонения вправо и начинает перемещаться влево, т. е. возвращаться к оси сканирования. При этом образуется второй им— пульс, передний фронт которого соответст-.

611108 вует прохождению левого края, а задний фронт - правого края через центр штриха.

llanee щель продолжает перемешаться влево и при этом сначала левая, а затем правая щели проходят через центр 5 изображения штриха измерительной шкапы

2. На выходе схемы 12 возникает импульс. Когда шель перемешается в обратном направлении возникает второй импульс при пересечении его иэображения штриха, 1О далее все повторяется.

Таким образом, интервалы времени, измеренные от момента пересечения левым креем шели оси сканирования О -О до

1 моментов пересечения этим краем центров 15 изображения штрихов, несут информацию о рассогласовании положения штриха измерительной шкалы относительно реперного штриха. Момент пересечения центра штриха левым краем щели, являюшийся моментом отсчета, определяется следующим образом.

При подаче питания на входы фазоврашателя 27, последний сдвигает это напря- —. жение по фазе так,чтобы оно составляло 25 фазовый угол 90 по отношению к колебаО ниям щели, Формирователь 28 и инвертор

29 обеспечивают появление сигналов с

P помощью которых выделяются интервалы времени движения щели в направлении стрелки

А и стрелки Б, Передние фронты сигналов, возникаюших на выходах схем 12 или 20, соответствуют прохождению левого края, а задние фронты — правого края щели через центр иэображения штриха. Llnsr отделения передних фронтов сигналов от задних фронтов эти сигналы поступают на дифференцируюшие цепочки 13 и 21, на выходе которых возникают последовательности положительных и отрицательных импульсов. Эти импульсы поступают соответственно на формирователи 14, 15 и 22, 23 и далее на входы схем совпадения. Импульсы с выходов формирователей 23 и 15, а также импульсы с выхода инвертора 29, поступающие на входы схем 29 и 17 совпадения, управляют установкой триггеров 26 и 18 в единичное состояние, а импульсы с выходов формирователей 14 и 22 а также импуль7 50 сы с выхода формирователя 28, поступающие на вход схем 24 и 16 совпадения, установкойтриггеров в нулевое состояние, т. е. управление работой триггеров осуществляется только от импульсов, соответствуюших прохождению через центр штриха левого края шели, Между единичными плечами триггеров включен .индикатор 30, величина и направление тока через который соответствует рассогласованию положений штрихов.

Таким образом введение в каждый канал устройства схемы формирования импульсов на половинном уровне, формирователей сигналов от переднего и заднего фронтов импульсов двух схем совпадения и триггера с единичным выходом, и выполнение сканирующей диафрагмы с шириной шели, большей чем ширина каждого из штрихов измерительной шкалы позволяет устранить влияние изменения ширины штрихов и произвольных смещений оси колебаний сканируюшей диафрагмы, обеспечить адекватность показаний различных по конструкции устройств наведения на штрих, получить индикацию величины и знака отклонения центра штриха от начала отсчета, повысить достоверность полученных результатов.

Формула изобретения

Фазоимпульсное фотоэлектрическое ус ройство наведения на штрих, содержащее измерительный и реперный каналы, а также оптически сопряженные реперный штрих и подвижную относительно реперного штриха измерительную штриховую шкапу, снабженную приводом сканирующую щелевую диафрагму и фотоприемники, один из которых оптически связан с реперным штрихом и функционально прина .лежит реперному каналу, а другой — оптически связан со штрихами измерительной шкалы и функционально принадлежит измерительному каналу, фазоврашатель, подключенный параллельно приводу сканируюшей диафрагмы, формирователь прямоугольного сигнала, входом связанный с выходом фазоврашателя и индикатор рассогласования, связанный с выходами обоих каналов, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерения, ширина щели сканируюшей диафрагмы выбрана больше ширин» каждого из штрихов измерительной шкалы, а B каждый канал введеш,|: схема формирования импульсов на половинном уровне, формирователи сигналов от переднего и заднего фронтов импульсов, две схемы совпадения и триггера с единичным выходом, при этом в каждом канале схема формирования импульсов на половинном уровне входом связана с фотоприемником,а выходом— с входами формирователейсигналовотпереднего и заднего фронтов импульсов, и через указанные формирователи, с перв»ми входами соответственно первой и второй схем совпадения, которые соединены своими выходами с входами установки триггера соответственно в нулевое и в единичное состояние, в то время как выход формир

611108

8 фиг. Г

ЦНИИПИ Заказ 3144/34 Тираж 872 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4. вателя прямоугольного сигнапа соединен с вторыми входами первых схем совпадения обоих. канапов и. через фазоинвертор, с вторыми входами вторых схем совпадения обоих каналов, а единичные в ходытриг- геров обоих каналов связаны с индикатором величины и знака рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство l4 173427, кл. Сс Ol В 11/14, 1965.

2. Попунов K. Л. Фотоэлектрические микроскопы и автокоппиматоры в станкостроении М., НИИМаш, 1971, с. 36; 81-91,