Фотоэлектрический датчик

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля взаимного положения деталей иузлов машин . Цель изобретения ~ повышение точности. При перемещении контролируемого объекта вдоль линии, перпендикулярной ребру контрольного элемента, укрепленного неподвижно, фотоприемники не освещены до тех пор^ пока элемент не входит в зону, близкую к оси пирамидального корпуса. При этом свет излучателей 3 отражается гранями сигнального (контрольного) элемента в плоскости падения, параллельной его ребру. В зависимости от расстояния между оптическими осями пары излучатель - фотоприемник в плоскости нижней грани пирамиды производится выбор высоты корпуса. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s 6 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕНЮЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680571/28 (22) 18.04.89 (46) 23.02.92. Бюл. Q 7 (71) Одесское специальное конструкторское бюро полиграфического машиностроения (72) Г.Я.Кивенэор, С.M.Êðåéìåðìâí, А.М.Фишман и А.И.Ярмолинский (53) 535.8(088.8) (56) Информэлектро. Датчик фотоэлектрический типа ДФ-1, уДК 621.312/316, 1987. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля взаимного положения деталей и (19) (!!) ° узлов машин . Цель изобретения — повышение точности. )1ри перемещении контролируемого абьекта вдоль линии, перпендикулярной ребру контрольного элемента, укрепленного неподвижно, фотоприемники не освещены до тех пор, пока элемент не входит в зону, близкую к оси пирамидального корпуса. При этом свет излучателей 3 отражается гранями сигнального (контрольного) элемента в плоскости падения, параллельной его ребру. В зависимости от расстояния между оптическими осями пары излучатель — фотоприемник в плоскости нижней грани пирамиды производится выбор высоты корпуса. 2 ил.

1714349

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля взаимного положения деталей и узлов машин в различных отраслях машиностроения.

Известны фотоэлектрические датчики контроля положения, содержащее излучатель, сдвоенный фотоприемник и сигнальный элемент, выполненный в виде щелевой диафрагмы или флажка и жестко связанный с контролируемым обьектом.

Фотоприемники расположены рядом, а между ними и излучателем проходит сигнальный элемент. При определенном пространственном положении обьекта сигнальный элемент обеспечивает динамическое уравнивание сигналов фотоприемников и выработку выходного дифференциального сигнала, фронт которого фиксирует информацию о положении обьекта.

Известные датчики характеризуются ограниченной точностью и помехоустойчивостью, так как при смещении сигнального элемента из произвольного положения в заданное, вначале один из фотоприемников полностью освещается. второй полностью затемняется, а затем происходит уравнивание фотоэлектрических сигналов при промежуточных уровнях освещенности, Таким образом, флажок, прикрепленный к контролируемому обьекту, перераспределяет освещенность фотоприемников с малой крутизной, что ограничивает точность определения положения. Применение линзовых систем для увеличения сигнала усложняет конструкцию и делает ее нетехнологичной.

Невысока также помехоустойчивость известного датчика, так как вследствие различий в чувствительности фотоприемников фотоэлектрические сигналы уравниваются не только в заданной зоне, но и при слабом затемнении флажком более чувствительного фотоприемника.

Наиболее близким к предгагаемому является фотоэлектрический датчик контроля положения, содержащий установленные в корпусе излучатель и два фотоприемника, расположенные под углом друг к другу, и сигнальный элемент, жестко связанный с контролируемым объектом. Корпус выполнен в виде щели, в которую вводится сигнальный элемент в виде флажка. Оптические оси фотоприемников пересекаются в центре излучателя.

Известное выполнение оптической схемы и сигнального элемента ограничивают точность измерения, определяемую малой крутизной изменения выходных сигналов в заданном положении контролируемого объекта. Помехоустойчивость известного датчика также невысока вследствие уравнивания сигналов при периферийном затемнении флажком более чувствительного из двух фотоприемников. Для повышения помехо5 устойчивости необходимо специальное выполнение . логической электронной схемы, обрабатывающей сигналы датчика. Конструкция корпуса со щелью, с одной стороны которой установлен излучатель. а с другой—

10 фотоприемники, усложнена и требует дополнительной регулировки положения фотоприемников.

Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости датчика и упро15 щение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что фотоэлектрический датчик, содержащий корпус, установленные в нем осветитель, фотоприемники, сигнальный элемент. пред20 назначенный для скрепления с обьектом, и регистрирующий блок, снабжен вторым осветителем, корпус выполнен в виде равнобедренной четырехгранной пирамиды с отверстиями для размещения осветителей и

25 фотоприемников и ориентирован основанием к сигнальному элементу. который выполнен крышеобразным и с отражающим покрытием со стороны основания корпуса, а фотоприемники и осветители установлены

30 попарно в соседних гранях корпуса, причем плоскость расположения осей каждой пары перпендикулярна соответствующей грани сигнального элемента при его заданном положении.

35 Введение второго излучателя и форма выполнения корпуса датчика обеспечивают возможность компоновки оптических элементов в виде пар излучатель — фотоприемник, а выполнение сигнального элемента

40 крышеобразным и его расположение по отношению к корпусу гарантирует единственность пространственного положения контролируемого объекта {скрепленного с этим элементом), при котором фотоэлектри45 ческие сигналы уравниваются, Крутизна этих сигналов при прочих равных условиях в два раза выше, чем в известном датчике (где они пропорциональны площади освещаемого сегмента), и пропор50 циональна площади двух сегментов благодаря наложению изобретения излучателя на . приемную апертуру фотоприемника, в связи . с чем точность предлагаемого технического решения может быть вдвое выше, чем в иэ55 вестных датчиках.

Расположение излучателей в отверстиях соседних граней пйрамиды и их ориентация в плоскостях, перпендикулярных граням сигнального элемента, ликвидирует воэможность паразитной засветки фото5

1714349 приемников вне заданного положения, Этот фактор в совокупности с единственностью положения, при котором уравниваются фотоэлектрические сигналы (независимо от различий в чувствительности фотоприемников), обеспечивает повышение помехоустойчивости датчика.

Выполнение прямым угла крышеобразного сигнального элемента в сочетании с перпендикулярной установкой в корпусе оптических элементов упрощает конструкцию датчика и существенно повышает ее технологичность.

На фиг.1 и 2 приведены варианты датчика с выполнением сигнального элемента в виде канавки или зуба соответственно, общий вид.

В корпусе 1 (фиг.1) укреплены в отверстиях два фотоприемника 2 и два излучателя

3, оптические оси каждой пары излучательфотоприемник взаимоперпендикулярны благодаря тому, что плоскости соседних боковых граней корпуса 1 перпендикулярны одна другой. Это условие соблюдается при равенстве всех ребер пирамиды (без учета усеченности вершины).

Корпус 1 укреплен неподвижно над сигнальным элементом 4 на регулируемой по высоте опоре 5.

Высота определяется размерами и формой сигнального элемента 4.

Конкретный выбор формы элемента 4 определяется конструктивными удобствами, например канавка может быть выполнена прямо в теле направляющей, по которой перемещается контролируемый объект, а зуб — в виде отдельной детали.

Датчик работает следующим образом.

При перемещении контролируемого объекта вдоль линии, перпендикулярной ребру сигнального элемента 4, укрепленного неподвижно, фотоприемники 2.не освещены до тех пор, пока сигнальный элемент не входит в зону, близкую к оси пирамидального корпуса 1. При этом свет излучателей 3 отражается гранями сигнального элемента

4 в плоскости падения, параллельной его .ребру. В зависимости от расстояния а между оптическими осями пары излучатель— фотоприемник в плоскости нижней грани пирамиды и расстояния b между оптическими осями излучателя 3 и фотоприемники 4 соседних пар выбирается высота корпуса над сигнальным элементом

Н = (2 — — ) "1 + =.д--g. (11 а b 2 „t b» а Ь

Если диаметры диафрагм излучателей 3 и фотоприемников 4 выбраны одинаковы-. ми, сигнал на выходе каждого фотоприемника 4 изменяется пропорционально удвоенной площади освещенного сегмента высотой 1

S = 2г2 (агсз1п — — — 1 — — ), (2)

I г где г — радиус диафрагмы.

10 Высокая точность,и помехоустойчивость контроля положения объекта достига. ется при увеличении высоты

Нопт = 1.2Н.

При этом максимумы сигналов 01 и 0г фотоприемников 4 взаимно сдвигаются и уравниваются на уровне 0,75 U> — a зоне наибольшей крутизны, Затем параллельно

20 производят вычитание сигнала Uz из сигнала 0< и их сложение.

Полученный разностный сигнал 0з характеризуется в зоне перехода через ноль крутизной, вдвое большей, чем исходные 01

25 и U2, при достаточно пологом нарастании по краям, Благодаря этому можно сформировать узкий импульс 04 при движении как в правом, так и в обратном направлениях.

30 Логическое суммирование сигналов 04 и 05 обеспечивает единственность положения выходного сигнала.

Таким образом, совокупность предложенных признаков обеспечивает по сравне35 нию с известным датчиком повышение точности контроля за счет увеличения чувствительности в 4 раза (при использовании разностного сигнала) и помехоустойчивости (благодаря "самосинхронизации" суммар40 ным сигналом и единственности сигналов при заданном положении объекта).

Кроме тОго:, предлагаемый датчик отличается простотой конструкции благодаря предельно простой форме корпуса и сиг45 нального элемента и соотношению их размеров, Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик, содержащий корпус, установленные в нем освети50 тель и фотоприемники, чувствительный элемент, предназначенный для скрепления с объектом, и регистрирующий блок, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен вторым осветителем, 55 корпус выполнен в виде равнобедренной четырехгранной пирамиды с отверстиями для размещения осветителей и фотоприемников и.ориентирован основанием к чувствительному элементу, который выполнен крышеобразным и с отражающим покрыти8

1714349

Составитель С.Турьянская

Редактор В,Бугренкова Техред М;Моргентал Корректор О,Кундрик

Заказ 681 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ем со стороны основания корпуса, а фотоприемники и осветители установлены в соседних гранях корпуса, причем плоскость расположения осей каждой пары перпендикулярна соответствующей грани чувствительного элемента при его заданном положении.