Фотоэлектрическое устройство для автоматического измерения перемещений
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Соаетскнк
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.06.76 (21) 2366810/18-28 (Sl) М. Кл. с присоединением заявки И (23) Приоритет (43) Опубликовано050778. Бюллетень лЪ 25 (45) Дата опубликования описання300578
G01 В 11/ОО
G 05 33 1/00
Государственный комитет
Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 531.717.1: 535. .08(088.8) (72) Автоф-. изобретения
О.A.Õàéíàöêèé (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛВТОМАТИЧЕСКОГО
ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Изобретение относится к контрольно» измерительной технике и может быть использовано, в частности, для автоматического измерения линейных и угловых перемещений. 5
Известны фотоэлектрические устройства для автоматического измерения перемещений, например устройство, содержащее оптическую систему с источником излучения, фотоприемники и электронную 10 схему формирования полезного сигнала, недостатками которого являются ограниченный диапазон измерения перемещений и невысокая, точность . Щ.
Наиболее, близким техническим реше- (8 вием к данному изобретению является устройство для автоматического измерения перемещений, содержащее опти- . ческую систему, исполнительный двигатель, вал которого кинематически свя- аО эан с анализатором оптической системы; фотоэлектрический блок, к выходу которого присоединен блок управления исполнительного двигателя; преобразователь угол-напряжение, вход которого кинематически связан с валом исПолнительного двигателя, и блок формирования .выходного сигнала, ко входу которого присоединен выход преобразователя угол-напряжение (21 .
Недостатком известного устройства является запрещение изменения информации на выходе блока формирования выходного сигнала в режиме отработки сигнала рассогласования, вследствие чего погрешность измерения перемещений в динамике велика.
Целью изобретения является уменьшение.динамической погрешности измерения.
Для достижения поставленной цели устройство снабжено блоком сравнения, один иэ выходов которого присоединен к выходу фотоэлектрического блока, второй вход — к второму выходу преобразователя угол-напряжение, а выход — к второму входу блока формирования полезного сигнала. К тому же преобразователь угол-напряжение выполяен в виде последовательно соединенных генератора имттульсов, двоичного счетчика и электромеханичесного фазовращателя, выход которого является первым выходом преобразователя угол-напряжение и преобразователя код-напряжение, разрядные входы которого подсоединены к соответствую,щим разрядным выходам двоичного счетчика, а выход - является вторым вы614319 ходом преобразователя угол-напряжение .
На чертеже приведена блок-схема описываемого устройства.
Устройство содержит оптическую систему 1, фотоэлектрический блок 2, блок
3 управления исполнительным двигателем 4, редуктор 5, преобразователь угол-напряжение б, блок 7 Формирования выходного сигнала; блок 8 сравнения и согласующий элемент 9, присоединенный между фотоэлектрическим блоком и первым входом блока срав" нения.
Вал исполнительного двигателя 4 ки» нематически связан через редуктор 5 с анализатором 10 Оптической системы 1 и с входом преобразователя угол-напряжение 6. Первый выход преобразователя 6 подсоединен к первому входу блока 7 формиронания выходного сигнала, к второму входу которого подклю. чен выход блока 8 сравнении.
Оптическая система 1 содержит анализатор 10, выполненный, например, в виде светоделительной призмы с прозрачной фаской, источник 11 излучения, объектив 12, контролируемый элемент
13 в виде зеркала или отражающей призмы, который установлен на измеряемом валу, а фотоэлектрический блок 2 выполнен, например, в виде двух Фотоприемников 14 и 15, подключенных к вычитающему устройству 16.
Преобразователь угол-напряжение содержит последовательно соединенные генератор 17 импульсов, двоичный счетчик-делитель 18 частоты, согласуккций усилитель 19 и электромеханический фазовращатель 20, выход которого является первым выходом преобразователя угол-напряжение б.
Кроме того, преобразователь б содержит йреобразонатель код-напряжение
21, разрядные входы которого подсоединены к соответствующим разрядным выходам двоичного счетчика 18, а выход является вторым выходом преобразователя угол-напряжение б, который подключен через согласующий элемент 22 к второму входу блока 8 сравнения.
Устройство работает следующим образом.
Световой поток от источника излучения 11 через прозрачную фаску анализатора 10 и объектив 12 передается на контролируемый элемент 13. B согласованном положении, например при некотором начальном установившемся угловом положении измеряемого вала, аэтоколлимационное изображение Фаски
Фветоделительной призмы совпадает с
Нулевой линией анализатора 10 и свеТовые потоки Ф1 и Ф2 на отражающих
Гранях призмы анализатора равны друг другу. В этом случае ныходные сигналы фотоприемников 14 и 15, пропорциональные световым потокам Ф1 и Ф2, рав ны, и сигнал, соответствующий разности токов фотоприемников на выходе вычитающего элемента 16, равен нулю.
Исполнительный двигатель не вращается
При этом измерение углового положения анализатора 10, сосгветствующего уста вовиншемуся положению контролируемого элемента 13, осуществляется при посредстве электромеханического Фазовращателя 20, ротор которого кинематически связан с анализатором и который
15- преобразует угловое положение анализатора в соответствующий фазоный сдвиг напряжения на Т выходе преобразователя угол-напряжение б. Отсчет фазоього сдвига сигнала фазонращателя, подаваемого на Х вход блока 7 форми, рования выходного сигнала, осуществляется относительно опорного импульсного сигнала, вырабатываемого на выходе блока 8 сравнения, подаваемого на Д вход блока 7. В блоке сраннения происходит сравнивание выходного напряжения фотоэлектрического блока 2 и периодическо.
ro пилообразного напряжения, симметричного относительно нуля и Формируемого на выходе преобразователя коднапряжение 21.
Этот преобразователь управляется выходным кодом двоичного счетчика 18, который периодически изменяется с час35 тотой, равной частоте Я опорного напряжения, подаваемого через согласующий усилитель 19 на вход Фазовращателя 20. Двоичный счетчик подключен к выходу задающего генератора 17, частота импульсов на выходе которого
40 равна 2 „. На входе преобразоватеп ля код-йапряжение 21 Формируется пилообразное ступенчатое напряжение ,с частотой „, которое поступает через согласующий элемент 22 и раз45 делительную емкость на вход блока сравнения в ниде сглаженного пилообразного напряжения.
При нулевом выходном сигнале фотоэлектрического блока 2 на выходе бло50 ка 8 сравнения Формируются импульсы в моменты перехода пилообразного напряжения через нулевой потенциал. .В результате выходной сигнал блока 7 будет определяться только велио
55 чиной фазового сдвига выходного напря« жения Фазовращателя 20, а следовательно, будет соответствовать угловому положению контролируемого элемента 13 при неподвижном положении измеряемого
60 вала, т.е. при согласованном положений антоколлимационного изображения фаски и нулевой линии анализатора. В динамике, т.е. при перемещении контролируемого элемента 13 относительно исход65 ного установившегося положения авто614319 коллимационное изображение фаски светоделительной.призмы анализатора 10 смещается относительно нулевой линии анализатора, в результате чего на выходе фотоэлектрического блока 2 возникает сигнал рассогласования, пропорциональный разности световых потоков
Ф1 и Ф2 на отражающих гранях призмы анализатора.
Под действием сигнала рассогласо- вания исполнительный двигатель 4 поворачивает анализатор 10 в положение нулевого рассогласования, а также и ротор фазовращателя 20, который следит с некоторой ошибкой за перемещением контролируемого элемента 13.
Этот же сигнал рассогласования поступает также и на вход блока В сравнения, на выходе которого в момент равенства указанного сигнала и пилообразного напряжения возникает импульс, сдвинутый по фазе относительно момента прохождения через нуль пилообразного напряжения на величину, соответствующую текущему значению отклонения автоколлимационного изображения фаски относительно нулевой линии анализатора.
При равенстве масштабов фазовых сдвигов сигналов фазовращателя 20 и блока 8 сравнения, что обеспечивается за счет согласующих элементов 9 и 22, результирующий сдвиг по фазе будет представлять собой алгебраическую фУм му фазового сдвига, соответствующего угловому положению вала фазовращателя, и фазового сдвига, соответствующего текущему значению отклонении asтоколлимационного изображения фаски относительно нулевой линии анализатора. Следовательно, в динамике, т.е. в процессе, отработки сигнала рассогласования, результирующий сигнал на выходе блока 7 формирования полезного сигнала будет соответствовать мгновенному значению углового положения вала контролируемого элемента 13.
При этом погрешности следящего привода (люфт редуктора, момент инерции подвижных элементов привода, трение в опорных подшипниках и т.д.) не будут оказывать влияния на динамические характеристики устройства.
Формула изобретения
1. Фотоэлектрическое устройство для автоматического измерения перемещений, содержащее оптическую систему, исполнительный двигатель, вал которого кинематически связан с анализатором оптической системы фотоэлектрический блок, к выходу которого присоединен блок управления исполнительного двигателя преобразователь угол-напряжение, вход которого кинематически связан с валом исполнительного двигателя, и блок формирования выходного сигнала, к первому входу которого присоединен первый выход преобразователя угол-напряжение, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности измерения, оно снабжено блоком сравнения, один из входов которого присоединен к выходу фотоэлектрического блока, второй вход — к второму выходу преобразователя угол-напряжение, а выход к второму входу блока формирования выходного сигнала.
2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что преобразователь угол-напряжение выполнен в виде последовательно соединенных генерато35ра импульсов, двоичного счетчика и электромеханического фазовращателя, выход которого является первым выходом преобразователя угол-напряжение, и преобразователя код-напряжение, 4 1разрядные входы которого подсоединены к соответствующим разрядным выходам двоичного счетчика, а выход является вторым выходом преобразователя уголнапряжение .
45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 402733, кл. ф 01 8 11/26, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
Q В 433454, кл. ф OS D 1/00, 1973.
614319
Составитель С.Скрынник
Техред Э Чудик Корректор Н. 1 упица
Редактор А.Мурадян
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 3682/35 ира к 872 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
