Интерполятор

 

Изобретение относится к устройствам преобразования сигналов датчиков перемещений и может быть использовано, в частности, в линейных и круговых измерительных системах перемещения рабочих органов станков с ЧПУ и УЦИ и координатно-измерительных машин. Цель изобретения - повышение разрешающей способности интерполятора. Интерполятор содержит датчик 1 перемещений с квадратурным выходом, усилитель 2, преобразователи 3<SB POS="POST">1</SB>...3<SB POS="POST">N</SB> квадратурных сигналов в унитарный код, инвертор 4, фазовращатель 5, логический коммутатор 6. Изобретение позволяет строить интерполяторы с различными коэффициентами преобразования на базе идентичных преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с одинаковым коэффициентом преобразования, при этом нет необходимости в их специальной разработке. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С01.1)ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4373462/24-24 (22) 08.02. 88 (46) 07.05.90. Бюл. № 17 (71) Вильнюсский филиал Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (72) С.Ю.Будгинас, В.Ю.Каваляускас, Л.И.Кулис, Б.И.Минцерис и К.В.Сагявичус (53) 621.503.55 (088,8) (56) Патент ФРГ ¹ 1945206, кл. С 01 0 5/245, опублик. 1973. . Авторское свидетельство СССР № 1033867, кл. С 01 В 21/00, 1981. External pulse shaping electronics — ЕХЕ. Проспект фирмы "Dr.

Johannes, Haidenhain", ФРГ, 208099, 507/80. (54) ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к устройствам преобразования сигналов датчиÄÄSUÄÄ 1562683 А 1 (g)()5 С 01 В 7/30, С 06 С 7/30

2 ков перемещений и может быть исполь- зовано, в частности, в линейных и круговых измерительных системах перемещения рабочих органов станков с

ЧПУ и УЦИ и координатно-измерительных машин. 1(ель изобретения - повышение разрешающей способности интерполятора. Интерполятор содержит датчик 1 перемещений с квадратурным выходом, усилитель 2, преобразователи 3l...3„ квадратурных сигналов в унитарный код, инвертор 4, фазавращатель 5, логический коммутатор 6. Изобретение позволяет строить интерполяторы с . различными коэффициентами преобразования на базе идентичных преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с одинаковым коэффициентом преобразования, при этом нет необходимости в их специальной разработке.

4 ил.

1562683

Изобретение относится к устройствам преобразования сигналов датчиков перемещения и может быть использовано, в частности, в линейных и круговых измерительных системах перемещения рабочих органов станков с ЧПУ и

УЦИ и координатно-измерительных машин.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности интер;полятора путем использования идентичных преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с одинаковым коэффициентом преобразования °

На фиг.1 представлена структурная схема интерполятора; на фиг.2 — временные диаграммы для этой схемы, на фиг.3 — схема блока логической обработки; на фиг.4 — временная диаграмма для этой схемы.

Интерполятор содержит датчик 1 пе;

I ремещений с квадратурным выходом, усилитель 2, преобразователи 3 — 3 квадратурных сигналов в унитарный код 25 с одинаковым коэффициентом преобразования, инвертор 4, фазовращатель 5 и логический коммутатор 6.

Интерполятор работает следующим образом.

Пример 1. На базе преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с коэффициентом преобразования 20 строится интерполятор для датчиков перемещений с коэффициентом преобразования 40.

Датчик 1 перемещений вырабатывает на своих квадратурных выходах два гармонических сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90 (фиг.2-1, 40 а и в). Период этих сигналов соответствует шагу перемещений (например, для датчиков фотоэлектрического типа — шагу растровой меры, порядок которой 10-80 мкм). Эти сигналы уста- 45 навливаются в усилителе 2 и далее поступают на первый преобразователь 3, квадратурных сигналов. в унитарный код,, сигналы на его выходе показаны на фиг.2-2 и 3 (период этих сигналов

50 в пять раз меньше исходного сигнала), так как они сдвинуты на четверть периода друг относительно друга, то информация о перемещении по фронтам обоих сигналов в 20 раз чаще исходного сигнала (т.е. его коэффициент

55 преобразования 20) . Итак, если шаг растра 20 мкм, то разрешающая способность на выходе преобразователя уже равна 1 мкм. Иными словами, коэффициент преобразования преобразователя

3 равен 20.

Сигналы с выхода усилителя 2, а ,также с выхода инвертора 4 поступают на фазовращатель 5 (например, потенциометрического типа, т.е. обеспечивающего любое вращение фазы при подаче квадратурных сигналов на резисторные цепочки, при этом значение фазы определяется соотношением сопротивлений резисторов в резисторной цепочке).

Математическое выражение для определения значения фазы, на которое следует осуществить поворот в фазо360О вращателе 5 имеет вид — — — i где

Э

r з.=0,1,2 — (п-1), n=T r — требуемый коэффициент преобразования разрабатываемого интерполятора; 1 — коэффициент преобразования имеющегося в наличии преобразователя 3 квадратурных сигналов в унитарный код.

В нашем примере 1=20, r=40, тогда п=40:20=2, т.е. требуется всего два идентичных преобразователя квадратурных сигналов в код., обозначенных на фиг,1 позициями 3 и 3 . Поворот фазы обоих квадратурных сигналов следует осуществить на величину

9 так как п=2 то i=O и i=1

t У на выходе фазовращателя 5 две пары квадратурных сигналов: первой паре сннусоидального и косинусоидального сигналов соответствует фазе 0, а другой паре (тоже синусоидального и коо синусоидального) сигналов — фаза 9 !

Таким образом, на преобразователь

3 квадратурных сигналов в унитарный код поступают ортогональные сигналы (сдвиг между ними 90 ), сдвинутые на

9 (фиг.2-1, с и d) относительно оро тогональных сигналов, подаваемых на преобразователь 3 . Поскольку преоб1 разователь 3 идентичен преобразователю 3,, то на его выходе также образуются прямоугольные сигналы, сдвинутые на четверть периода друг относительно друга (фиг.2-4 и 5), однако относительно выходных сигналов, поступающих на преобразователь 3, они

1 сдвинуты на 9О (в масштабе входных сигналов). В масштабе выходных.сигналов преобразователей 3 и 3 велиО 1 9чина сдвига равна 45 (так как их

1562683 период в пять раз меньше периода входных сигналов). Выходы преобразователей 3 и 3 связаны с логическим

1 коммутатором б.

В данном случае этот блок содержит обычные сумматоры по модулю два (элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), которые из сигналов (фиг.2-2 — 5) прямо формируют сигналы (фиг.2-6 и 7). Это прямоугольные сигналы типа меандр, период которых в 10 раз меньше периода входных сигналов, так как эти сигналы сдвинуты на четверть периода (фиг.2-6 и 7), то информация о перемещении по фронтам обоих сигналов в 40 раз чаще (число фронтов за период равно четырем). Т.е. если шаг растра 20 мкм, то разрешающая способность на выходе преобразователя перемещений в код равна 0,5 мкм.

Пример 2. Пусть требуется интерполятор с коэффициентом r=100 в наличии имеются преобразователи квадратурных сигналов в унитарный код с. коэффициентом преобразования 1=20.

Т.е. n = — = 100/20 = 5. Фазовращатель 5 при этом должен сдвигать фазу

360" на величину кратную — — = 3 6 . Так

Э

100 как п=5, то возможные значения

= 0 — 4, т.е. на выходе фазовращате.ля должно быть пят пар квадратурных сигналов с фазами 0 ; 3,6 ; 3 бл2=

=7,2; З,бл 3=10,8 и 3,6 х4=14,4, которые должны быть подключены соответственно на пять преобразователей

3 — 3

Поскольку взяты в качестве исход-„ ных пять идентичных преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с коэффициентом преобразования

20, то на выходе каждого из этих преобразователей будут два сдвинутых на четверть периода прямоугольных сигналов типа меандр, а между собой эти пять пар квадратурных меандров будут сдвинуты на 18 о (3, б л5=18 ) ..

Эти сигналы, поступающие на логический коммутатор 6, показаны на фиг.4-1-10. Построение этого блока базируется на обычной позиционной логике с использованием элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (схема логического коммутатора 6 представлена на фиг.3).

Она состоит из восьми элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Напряжение в точках схемы 1-18 показано на фиг.4. Итак, 6 в точках 14 и 18 образуются последовательности прямоугольных импульсов (типа меандр), сдвинутые на четверть периода друг относительно друга. Эти

5 сигналы и являются выходными сигналами предлагаемого интерполятора, их период в 25 раз меньше исходного сигнала, получаемого с датчика 1 перемещения и с учетом всех четырех фронтов выходных квадратурных сигналов имеется интерполяция на 100 частей, что при шаге растра в 20 мкм означает возможность получения дискретности

0,2 мкм (20:100=0,2).

Аналогично могут быть построены интерполяторы и с другими коэффициентами преобразования.

Формула изобретения

Интерполятор, содержащий датчик перемещений с квадратурным выходом, усилитель, преобразователь квадратур25 ных сигналов в унитарный код и логический коммутатор, первый и второй выходы которого являются выходами интерполятора, а первый и второй информационные входы подключены к выходам преобразователя квадратурных сигналов в унитарный код, первый и второй информационные входы которого подключены к первому и второму выходам усилителя, первый и второй входы которого подключены к синусному и косинус35 ному выходам датчика перемещений с квадратурным выходом, вход которого является входом интерполятора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности интерполятора, в него введены инвертор, (n-1) преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код и фазовращатель с (n-1.) квадратурными

45 выхОдами первый и втОрОи инфОрмаци онные входы которого подключены к первому и второму выходам усилителя, Ъ третий информационный вход фазовращателя подключен к выходу инвертора, 50 Bxop KoTopoI o подключен K первому выходу усилителя, а пары синусных и косинусных выходов фазовращателя подключены к парам информационных входов дополнительных преобразователей

55 квадратурных сигналов в унитарный код, первый и второй информационные, выходы которых подключены к соответ-, ! ствующнм парам информационных входов ! логического коммутатора.

1562683

Составитсль М.Фатахов

Техред Л.Олийнык

Редактор Г. Гербер

Корректор H.Ùàpoøè

Заказ 1054 Тираж 504 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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