Способ центрирования двух независимо вращающихся круговых растров

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для центрирования круговых растров. Цель изобретения - повышение точности центрирования за счет исключения влияния эксцентриситета измерительного растра на результаты центрирования. При вращении растров Pi и Р2 на своих осях будет происходить модуляция светового потока . Фазовые сдвиги сигналов, формируемых двумя парами фотоприемников 1-3 и 2-4, пропорциональны проекциям вектора эксцентриситета на оси X и Y. Перемещают один вращающийся ротор Pi относительно второго Ра до момента совпадения фаз сигналов с выхода фотоприемников 1-3 и 2-4 соответственно. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 G 01 В 11/27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (21) 4790815/28 (22) 13.02.90 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) В.В.Титов (53) 531.715(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1259483, кл. Н 03 M 1/24, 1986..

Авторское свидетельство СССР

М 340884, кл. 6 01 В 11/275, 1970. (54) СПОСОБ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ДВУХ НЕ-

ЗАВИСИМО ВРАЩАЮЩИХСЯ КРУГОВЫХ

РАСТРОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть ис(о> SU но 1 747884 A1

2 польэовано для центрирования круговых растров. Цель изобретения —, повышение точности центрирования эа счет исключения влияния эксцентриситета измерительного растра на результаты центрирования.

При вращении растров Р> и Pz на своих осях будет происходить модуляция светового потока. Фазовые сдвиги сигналов, формируемых двумя парами фотоприемников 1-3 и

2-4, пропорциональны ;проекциям вектора эксцентриситета на оси Х и У, Перемещают один вращающийся ротор Р> относительно второго Р2 да момента совпадения фаз сигналов с выхода фотоприемников 1 — 3 и 2 — 4 соответственно; 4 ил.

1747884

Изобретение относится k измерительной технике и может быть использовано для. центрирования растровых шкал в приборах для измерения угловых перемещений.

Известно техническое решение, которое обеспечивает измерение относительно. го углового положения двух независимо вращающихся осей с помощью закрепленных на них растров., Недостатком этого технического решения является то, что его точность и работоспособность может быть обеспечена лишь при высокой степени соосности вращающихся растров, что с учетом реально существующих технологий при изготовлении подобных устройств практически не может быть достигнуто с исйользованием чисто механических средств, Наличие даже незначительного эксцентриситета может привести к сбоям выдаваемой этим устройством информации, т.е. к потере его. работоспособности, Известен способ центрирования круговых растров, один из которых измерительный, а другой индикаторный, заключающийся в том, что пропускают через эти растры световой поток, обеспечивают возвратно поступательное угловое сканирование индикаторного растра, формируют два измерительных сигнала, соответствующих участкам растров. расположенных под углом 90, формируют опорный сигнал, получаемый пропусканивм светового потока через всю площадь сопрягаемых растров и являющийся результатом взаимодействия всех элементов растров, затем в моменты, соответствующие пикам сигналов, формируют импульсы, сравнивают фазы измерительных импульсов с фазой .импульсов суммарного опорного сигнала. которые пропорциональны величине и знаку составляющих эксцентриситета, перемещают измерительный растр относительно индикаторного по двум перпендикулярным одна другой осям до момента совпадения фаз измерительных импульсов с импульсами суммарного сигнала, Недостатком известного способа является ограниченная сточность взаимного центрирования круговых растров, Это связано с тем, что известному способу присущи две методические погрешности, которые

npAMbIM образом входят в погрешность взаимного центрирования растров. Первая из них onðåäåëíåòñÿ отклонением угла сканирования индикатбрного растра от своего ноW минального значения, равного )» =- -,.где

W — угловой шаг растра. Вторая погрешность связана с наличием эксцентриситета измерительного растра относительно оси вращения, величина которого может целиком входить в погрешность центрирования растров, Другим недостатком известного

5 способа является то, что он не обеспечивает возможности центрирования одновременно двух вращающихся растров.

Цель изобретения — повышение точности центрирования двух независимо враща10 ющихся растров за счет исключения методических погрешностей центрирова- ния, присущих известному способу.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу центрирования круговых

15 растров, заключающемуся в том, что направляют на растровое сопряжение пучки лучей, регистрируют посредством первого и втордгд фотоприемников интенсивность пучков лучей, прошедших через растровое.

20 сопряжение в первой и второй зонах, расположенных так, что прямые, соединяющие каждую иэ этих зон с центром растрового сопряжения, взаимно перпендикулярны, смещают растры в двух взаимно герпенди25 кулярных направлениях до совмещения фаз сигналов с первого и второго фотоприемников, приводят оба растра во вращение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью, допол30 нительно регистрируют посредством третьегб и четвертото фотоприемников ин-, тенсивность пучков лучей, прошедших через растровое сопряжение в третьей и четвертой зонах, каждая из которых распо35 ложена диаметрально противоположно соответственно первой и второй зонам растровогосопряжения,по величине и знаку фазового сдвига между сигналами с выходов первого — третьего и второго — четверто40 го фотоприемников определяют величину и направление эксцентриситета, производят относительное перемещение вращающихся растров по двум взаимно перпендикулярным направлениям, совпадающих с направ45 лениями расположения первого и третьего, второго и четвертого фотоприемников, до совмещения фаэ сигналов в каждой из этих пар фотоприемников.

Предлагаемый способ отличается от из50 вестного тем, что в нем приводят оба растра во вращение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью; дополнительно регистрируют посредством третьего и четвертого фото55 приемников интенсивность пучков лучей, прошедших через растровое сопряжение в третьей и четвертой зонах, каждая из которых расположена диаметрально противопо-. ложно соответственно первой и второй зонам растрового сопряжения, по величине, 1747884 и знаку фазового сдвига между сигналами с фазовый сдвиг о) принимает максимальные выходов первого — третьего и второго — чет- значения, когда а(становится равным 90 вертого фотоприемников определяют вели- или 270 . Это значит, что, если направление чину и направление эксцентриситета, эксцентриситета перпендикулярно линии, производят относительное перемещение 5 на которой располагаются считывающие вращающихся растров по двум взаимно фотоприемники, сигналы с фотоприемниперпендикулярным направлениям, совпа- ков, расположенных на этой линии, сдвигадающих с направлениями расположения ются по фазе на максимальную величину первого и третьего, второго и четвертого — е фотоприемников до совмещения фаз сигна- 10 Я, РавнУю 1Л, но с пРотивоположными лов в каждой из этих riap фотоприемников. знаками. Когда направление зксцентрисиНа фиг. 1 изображены два круговых рас- тета совпадает с линией, нэ которой распотра, расположенных один относительно ложены считывающие фотоприемники, другого с эксцентриситетом, и системы счи- фазовый сдвиг о) в таких сигналах отсутсттывания измерительных сигналов; на фиг. 2 15 вует. — векторные диаграммы пространственных Располагая две парй диаметрально фаз иэмеРительных сигналов в считываю- противоположныхфотоприемников1 — Зи2— щих системах в зависимости от напРавле- 4 на осях у и х перпендикулярно одна друния вектора эксцентриситета растров; на гой, не трудно видеть; что фазовые сдвиги фиг. 3 — одна из возможных конструктивных 20 сигналов, формируемые фотоприемниками схем для обеспечения центрирования двух в каждой паре, пропорциональны соответвращающихся растров; на фиг. 4 — вектор- ственно проекциям е и еу вектора эксцентная диаграмма суммарных (постоянного В и риситета е на соответствующие оси х и у. переменного е ) эксцентриситетов двух не- На фиг, 2 показаны четыре возможных зависимо вращающихся растров. 25 случая, когда направления вектора зксцентПредлагаемый способ осуществляют риситета е сопрягаемых растров располоследующим образом. жены соответственно в 1, II, III u IV

Два идентичных круговых растра Р1 и Р2 квадрантах первоначально сопряжены между собой с Величины и знаки фазового сдвига.с некоторым эксцентриситетом е их вращаю- 30 фотоприемников 1 — 3, 2 — 4 для случаев расщихся осей(фиг. 1), величина и направление положения вектора эксцентриситета е в которого определяется отрезком (Π— 0 ). квадрантах1, И, И! и IV находятся из соотноПри вращении растров Р> и Р на своих шений; осях с относительной угловой скоростью ех е)(И происходит модуляция светового потока 35 . " 2 Я з п а — 2 г р для а = 90 и 270 соответственно в I, IV и И, в=ЯИ1, Ill квадрантах; где N — число штрихов на каждом растре.

Если расположить за растровым сопря- + = 2 zc щ sI" W = — 2m т)(т жением фотоприемник в.некоторой коорди- 40 для а = 270 и goo Соответственно в (, ) / и нате ((х,у), то на его выходе формируется И И квадрантах; периодический сигнал вида

0>=Um sin(rut+ 9), (1) A=2m+ sinai = 2zcg где 9 — пространственная фаза выходного для а = 90 и 270 соответственно в 1, И и И1, сигнала, обУсловленнаЯ эксцентРиситетом 45 IV квадрантах. (несоосностью) вращающихся растров.

Пространственная фаза 9 в функции М4 =2+ д з)п а4 = 2.уф эксцентриситета е, находится из соотноше- для а = 90 и 270 соответственно B I, II и III, ния I V квадрантах.

Я=гл e -lne, (2)

Подставляя полученные значения фазовых сдвигов 0> и ф и их знаки в соотношегДе W — линейнаЯ величина шага штРихов в ние (1), получим выражения для координате распОложения фотоприемника; измерительных сигналов с фотоприемников а — угол между направлением вектора 1,3 и 2,4 при расположении вектора эксценэксцентриситета и радиуса вектора, на ко- триситета е соответственно в квадрантах I, 55 тором расположен фотоприемник.. И, III и IV:

Из соотношения (2) видно, что фазовый U> - Um з! п(в tJ 01) сдвиг Я становится равным нулю при эна- соответственно в I, IV и И, III квэдрантах; чениях а, равных 0 и 180 . В то же время Оз=umап(мz a) 7

1747884 соответственно в I, И и И, III квадрантах;

Uz- Um зЬ(йМ+ ф) соответственно в I, 11 и III, IV квадрантах;

04- Um sin(on+ ф4) соответственно в 1, II и III, IV квадрантах. 5

Иэ полученных соотношений видно, что разность фаз между диаметральна противоположными сигналами Ui и Оз, 02 и 04 при воздействии на каждую из этих пар составля1ощих эксцентриситета бх и еу равна соот- 10 ветственно 2Q и 2ф,что вдвое больше, чем по известному способу при тех же значениях воздействующих составляющих эксцент- . риситета, в связи с чем фазовая чувствительность предлагаемого способа к 15 воздействию эксцейтриситета вдвое выше.

Используя при измерении сдвига один и тот же сигнал в каждой паре в качестве опорного, например сигналы 01 04, не трудно видеть, что другие два сигнала Оз и 20

02 в каждой паре в зависимости от направлений проекций векторов ех и еу или отстают, или опережают опорные сигналы (пунктирные векторы сигналов. 03 и 04 на фиг. 2). 25

Таким образом, знак фазы одного (измерительного) сигнала относительно другого (опорного) указывает на направление проекции вектора эксцентриситета вдоль осей х и у, а величина фазового сдвига характе- 30 ризует величину этой проекции, Процесс центрирования растров заключается в том, что после определения направления векторов зксцентриситета ех и еу по знаку соответствующих фазовых сдвигов в 35 каждой паре измерительных сигналов про- изводят перемещение одного вращающегося растра относительно другого вдоль линий

2-4 и 1-3 (встречно по отношению к направлениям е> и «еу) до момента совпадения фаз 40 сигналов Оз и U> Uz u Uq. Для того, чтобы убедиться, что эксцентриситет сопрягаемых растров сведен к нулю, необходимо измерить также фазовый сдвиг между двумя любыми измерительными сигналами, 4 -1 прйнадлежащими "разным парам, например между 01 или U2 или Оз, Оз или 04, 04 или

U>, и убедиться в том, что фазы этих сигналов также совмещены, Необходимость такого дополнительно- 50

ro йзмерения связана с устранением неопределенности, при которой возможна ошибка в центрировании. Например, если одна иэ составляющих эксцентриситета, например ех, превышает половину шага рас- 55 тра, т,е. «ех = +5, . не трудно

W видеть, с учетом формулы (2), что сигналы 0> и Оз сдвинуты по фазе на угол (180 + ДО), где ДО= — щ —, а сами сигналы Ui u Оз

Д«. принимают вид:

Ul = Um sIn(N t + 18Pî + Qg)

Оз - Um sin(co t - 180Π— ДО ), Иэ полученных соотношений следует, что сигналы 0> и Оз могут быть синфазными в двух случаях, когда:

U01 = Um.sin(m t + 180О); (3)

Оз- Um Мп(а t-180 ), (4) т.е. при частичном компенсационном смещении растров вдоль линии 2-4 на величину

Ьь, при котором фазовый сдвиг Ддстановится равным нулю, и в случае когда

0|=Us=Î .sInат, (5) т.е. при полном компенсационном смещении растров вдоль линий 2 — 4 на величину ех = - - + Д «ех при котором фазовый сдвиг (180 + AO ) =

О.

В первом случае сигналы (3) и (4), находясь в фазе между собой, в то же время сдвинуты по фазе к измерительным сигналам другой пары на 180, что свидетельствует о наличии в растровом сопряжении нескомпенсированного эксцентриситета, и равного —, 2

Во втором случае измерительные сигналы Ui и Оз, находясь в фазе между собой, находятся также в фазе с другой парой измерительных сигналов Ug и U4, что свидетельствует о том, что эксцентриситет в растровом сопряжении сведен к нулю, Иэ рассмотренного видно, что максимальная величина эксцентриситета, при которой еще обеспечивается надежное центрирование по данному способу, равна шагу растров, что в четыре раза превышает диапазон центрирования по известному способу.

На фиг. 3 приведена одна из возможных конструктивных схем, обеспечивающая центрирование двух вращающихся растров.

Схема содержит приводы 1 и 2, на осях которых закреплены, соответственно первый и второй подвижные растры, а в их корпусах закреплены осветители и фотоприемники; цилиндрическую деталь 3, к торцам которой крепятся с помощью винтов приводы 1 и 2: основание 4, на котором неподвижно закреплена деталь 3, с приводами 1 и 2;микровинты 5 и 6, обеспечивающие перемещение привода 1 в направлении

+y; Микровинты T и 8, обеспечивающие перемещение привода 1 в направлении «+х, не показаны. 1747884

10 сигналы вида

25

30 сигнале

50

Центрирование производится следующим образом.

При вращающихся растрах, закрепленных Н8 приводах 1 и 2, по фазовому сдвигу сигналов U4 и М определяют величину и направление составляющей эксцентриситета еу. Слегка отпустив винты, крепящие и ривод 1 к детали 3, с помощью микровинтов 5 или 6 обеспечивают перемещение привода

1 с первым вращающимся растром относительно второго вращающегося растра на оси привода 2 до момента совпадения фаз сигналов U4 и Uz с фотоприемников 4 и 2, что соответствует тому, что еу = О.

Аналогичным образом производят операцию устранения составляющей эксцентриситета ех путем перемещения привода 1 в направлении оси + х, с помощью микровинтов 7 и 8 (не показаны) до совпадения фаз сигналов Ui и 0з.

После устранения составляющих ех и еу отпущенные винты затягивают, фиксируя тем самым соосное положение растров.

По предлагаемому способу исключается влияние переменных зксцентриситетов растров (е ) относительно своих осей на погрешность центрирования, что иллюстрируется построениями на фиг. 4.

На фиг. 4 отрезок 0-0> характеризует несоосность двух вращающихся осей, на которых закреплены растры, отрезок 0>-Oz характеризует суммарный переменный эксцентриситет (е) двух растров относительно своих вращающихся осей, который равен е=е +ег, где е1, ez — соответственно зксцентриситеты первого и второго растров относительно своих осей вращения.

При этом, как следует из фиг, 4а, при относительном вращении растров вектор эксцентриситета е совершает круговое вращение относительно точки 01, В общем случае пространственное смещение двух растров можно представить как е = е+ е-сов }, K

При углах у, равных 0 и 180 вектор эксцентриситета е совпадает с направлением отрезка 0-0i, т.е. с вектором смещения осей; и в первом. случае он с ним складывается, .т.е. е = е+ е (отрезок 0-0з), а во втором — вычитается: . е = е-е (отрезок 0 — 04).

Проекция этих векторов на ось х представляет е =ех+е . х

Поскольку в диаметрально противоположных направленйях х располагаются два фотоприемника (2 и 4), то в них формируются

Ог- Im sin (ât-(ф+ Лр}3;

04 Um sIn(cut +(ф+ Л1Р) J. (6)

Принимая один из этих сигналов за опорный, например Uz, не трудно видеть, что фазовый сдвиг сигнала U4 по отношению к Uz составляет 2, при этом фазовый сдвиг, как следует из соотношений (6), подвержен фазовой модуляции с амплитудой+ 2 Аср с периодичностью каждого отйосительного разворота растров(фиг. 4б).

В практических случаях никогда не удается полностью устранить эксцентриситет растров (е1 и ер) к своим осям вращения.

Поэтому в предлагаемом способе иэмерительный сигнал, например U4, всегда подвергается фазовой модуляции и задача центрировки осей сводится к обеспечению совмещения среднего значения измерительного сигнала, 0 (ср) с опорным Ui(on) при обеспечении симметричности фазовой модуляции (фиг. 4в). В этом случае с высокой точностью сведена к нулю составляющая зксцентриситета ех несмотря на присутствие фазовой модуляции в измерительном

В практических случаях наиболее точный результат получается, когда в качестве фазоизмерительного устройства используетсяя стрелочный фазометр, которйй при измерении фазового сдвига измеряемых сигналов в силу большой инерционности магнитозлектрической системы практически не реагирует на биение фазы от наличия эксцентриситета е и фиксирует с достаточно высокой точностью среднее значение фазы измерительного сигнала 2ф, которое по данному способу сводят до нуля.

Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с известным обеспечивает более высокую точность центрирования за счет увеличения вдвое его чувствительности и исключени влияния на погрешность центрирования переменного эксцентриситета растров относительно своих осей

Формула изобретения

Способ центрированйя двух независимо вращающихся круговых растров, заключающийся в том, что направляют на растровое сопряжение пучки лучей, регистрируют посредством первого и второго фотоприемников интенсивносгь пучков лучей, прошедших через растровое сопряжение в первой и второй зонах, расположенных так, что прямые, соединяющие каждую из этих. 1747884

12 эон с центром растрового сопряжения, взаимно перпендикулярны, смещают растры в . двух взаимно перпендикулярных направлениях до совмещения фаэ сигналов с первого и второго фотоприемников, о т л и ч а ю щ и- 5 и с я тем, что, с целью повышения точности центрирования, приводят оба растра во вра, щение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью, дополнительно регистрируют посредством 10 третьего и. четвертого фотоприемников. интенсивность пучков лучей, прошедших через растровое сопряжение в третьей и четвертой зонах. каждая из которых распо15 ложена диаметрально противоположно соответственно первой и второй зонам растрового сопряжения, по величине и знаку фазового сдвига между сигналами с выходов первого-третьего и второго.-четвертого фотоприемников определяют величину и направление эксцентриситета, производят относительное перемещение вращающихся. растров по двум взаимно перпендикулярным направлениям, совпадающим с направлениями расположения первого и третьего, второго и четвертого фотоприемников, до совмещения фаз сигналов в каждой из этих пар фотоприемников.

1747884

1747884 .Ы 8P) /

: Составитель В,Титов

Техред М.Моргентал Корректор Н,Ревская

Редактор М.Петрова

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

Заказ 2492 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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