Преобразователь угол-код

 

Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах промышленных роботов. Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код при преобразовании малых углов, а также его упрощение. Для увеличения точности в преобразователь , содержащий измерительный диск 1 с эксцентричными кольцевыми дорожками 2, линейку 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, компаратор L 6. введен блок 7 вычислений, а измерительный диск выполнен таким образом, что разность максимального Rm и минимального г0 радиусов эксцентричных дорожек 2 измерительного диска 1 меньше длины L линейки 3 фотоприемников, при этом . Центр вращения измерительного диска 1 расположен на пересечении линии, являющейся продолжением линейки 3 фотоприемников и эксцентричной дорожки 2 радиуса (Rm+r0)/2. Для упрощения преобразователя измерительный диск 1 выполнен в виде линейного растра, центр вращения которого находится на перпендикуляре из центра линейки 3 фотоприемников , причем параллельные дорожки линейного растра расположены под углом / 0 к линейке 3 фотоприемников, а длина I линейного растра меньше длины L линейки 3 фотоприемников. В. процессе работы осуществляется медианная фильтрация дискретной последовательности, сформированной компаратором 6. 1 э.п. флы, 7 ил. (Л С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 М 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4294357/24 (22) 07.08.87 (46) 23.11.92, Бюл, N 43 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.А,Пилипович, А.К.Есман, В.К.Кулешов, В,С,Поселько и В.П.Дубровский (56) Авторское свидетельство СССР

N 1169166, кл. Н 03 M 1/24, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 13277291, кл. Н 03 М 1/24, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД (57) Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах промышленных роботов.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код при преобразовании малых углов, а также его упрощение. Для увеличения точности в пре- . образователь, содержащий измерительный диск 1 с эксцентричными кольцевыми дорожками 2, линейку 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, компаратор

„„5U„„ 1 777239 А1

6, введен блок 7 вычислений, а измерительный диск выполнен таким образом, что разность максимального Rm и минимального ro радиусов эксцентричных дорожек 2 измерительного диска 1 меньше длины L линейки 3 фотоприемников, при этом ro>L. Центр вращения измерительного диска 1 расположен на пересечении линии, являющейся продолжением линейки 3 фотоприемников и эксцентричной дорожки 2 радиуса (Rm+ro)/2.

Для упрощения преобразователя измерительный диск 1 выполнен в виде линейного растра, центр вращения которого находится на перпендикуляре из центра линейки 3 фотоприемников, причем параллельные дорожки линейного растра расположены под углом Р >О к линейке 3 фотоприемников, а длина I линейного растра меньше длины L линейки 3 фотоприемников. В, процессе работы осуществляется медианная фильтрация дискретной последовательности, сформированной компаратором 6. 1 э.п. флы, 7 ил.

1777239

Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах промышленных роботов.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код при преобразовании малых углов, а также его упрощение, На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя угол-код; на фиг. 2— пример выполнения измерительного диска в виде линейного растра и его расположение относительно линейки фотоприемников; на фиг. 3- функциональная схема блока вычислений; на фиг. 4 — схема медианного фильтра и устройства выборки и хранения для трех элементов дискретной двоичной последовательности; на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие работу блока вычислений; на фиг, 6 — пример реализации блока вычислений в виде микропроцессорного модуля; на фиг, 7 — схема программы получения выходного кода при выполнении блока вычислений в виде микропроцессорного модуля.

Преобразователь угол-код содер>кит осветительный блок (не показан), измерительный диск 1 (на фиг. 1 изображен его фрагмент) с эксцентричными кольцевыми дорожками 2, линейку 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, компаратор 6, блок 7 вычислений. При выполнении измерительного диска 1 в виде линейного растра (фиг.2) он имеет прямые параллельные полосы 8. Блок 7 вычислений сОдержит медианный фильтр 9. устройство 10 выборки и хранения (УВХ), счетчйк 11, формирователь 12 импульсов, накапливающий сумматор 13, буферный регистр 14, умножитель 15, При медианной фильтрации дискретной двоичной последовательности, состоящей из трех элементов, медианный филь.rp 9 и устройство 10 выборки и хранения (фиг.4) могут быть реализованы на триггерах 16-18., элементах 19, 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементах 21-23 И, элементе 24 НЕ.

Преобразователь работает следующим образом.

Импульс начала цикла опроса линейки

3 фотоприемников {фиг.5, а) поступает с reнеоатора 4 опроса на установочный вход блоха 7 вычислений и обнуляет счетчик 11 и накапливающий сумматор 13. При вращении измерительного диска 1 оптический сигнал осветительного блока, промодулированный эксцентричными кольцевыми дорожками 2, попадает на фоточувствительные элементы линейки 3 фотоприемников.

Сигналы опроса, поступающие из генерато5

45 ра 4 опроса на входы линейки 3 фотоприемников, приводят к появлению на ее выходе последовательности информационных сигналов, пропорциональных энергии засветки элеме|-|тов линейки 3, Текущие выходные сигналы линейки 3 фотоприемников усиливаются усилителем 5 и далее в компараторе

6 сравниваются с опорным напряжением

Uon. В результате на выходе компаратора 6 формируются логические сигналы, образующие дискретную последовательность, поступающую в блок 7 вычислений, В блоке 7 вычислений синхронизирующими импульсами, поступающими на тактовый вход медианного фильтра 9, информация с выхода компаратора 6 записывается в триггер 16, а содержимое триггеров

16-18 сдвигается на один размер вправо.

При каждом сдвиге элементы 19, 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сравнивают информацию триггера 17 соответственно с информацией s триггерах 16, 18, Если информация в триггере 17 не равна одновременно информации в триггерах 16, 18, то на выходе одного из элементов 22, 23 И формируется сигнал, инвертирующий состояние триггера 17, Если состояние триггера 17 совпадает с состоянием хотя бы одного из триггеров 16, 18, то оно не изменяется.

Таким образом, по каждому синхронизирующему импульсу (фиг. 5,б) в триггер 16 записывается очередной элемент дискретной последовательности, сформированный компаратором 6 (фиг, 5,в), Медианный фильтр 9 и УВХ 10 совместно подавляют помехи, длительность которых не превышает половину ширины окна, т,е, в конкретном исполнении исправляют одиночные ложные сигналы во входной последовательности, появляющиеся на выходе дефектных фотоприемников. Ложными сигналами, напр|мер, являются сигнал 25 логической единицы и сигнал 26 логического нуля (фиг.

5, a). На выходе триггера 18 выделяется огибающая {фиг, 5, д) отфильтрованной входной дискретной последовательности (фиг.

5,г), данный сигнал получается на вь:ходе триггера 18 (фиг.4), По перепадам выходного сигнала трип ера 18 в формирователе 12 импульсов получаются короткие импульсы (фиг, 5,е), которые поступают на тактовый вход накапливающего сумматора 13. В счетчике 11 хранится число импульсов, поступивших на синхронизирующий входблока 7 вычислений с начала опроса линейки 3 фотоприемников, поэтому при появлении короткого импульса нг тактовом входе накапливающего сумматора 13 происходит суммирование содержимого счетчика 11 с содержимым накапливающего сумматора

1777239

1 1 (2) 20

13, т.е. накапливается сумма: 14+21+

+28+34... (фиг, 5, е,ж). После опроса всех фотоприемников в линейке 3 фотоприемников на выходе счетчика 11 появляется импульс, совмещенный во времени с выходным кодом преобразователя, так как к этому времени выходной код накапливающего сумматора 13 в умножителе 15 умножился на калибровочный коэффициент, предварительно записанный в буферный регистр 14.

Для обоих вариантов преобразователя (фиг.

1, 2) блок 7 вычислений работает одинаково, за исключением содержимого буферного регистра 14, которое определяется следующими математическими зависимостями. реализуемыми при каждом варианте выполнения измерительного диска 1 в процессе преобразования угла в код, Для угла измерительного диска 1 (фиг.1) ЛСОЫ = — (Q Mi + Ag (>) 2ll 2Д 2 R2

4ЯП1 =1 i 1 М1+ Я где a — угол, образованный осью линейки

3 фотоприемников и прямой, проходящей через центр центр-ось вращения (точка

0 ) измерительного диска 1 и центр эксцентричных кольцевых дорожек (точкэ 0 ); я— длина отрезка 00", n — количество кольцевых дорожек 2; М1 — величина отрезка, который отсекает i-й край эксцентричной кольцевой дорожки 2 нэ линейке 3 фотоприемников; S — расстояние от центра вращения измерительного диска 1 до начала линейки 3 фотоприемников.

Значение второй суммы в квадратных скобках выражения (1) стремится к нулю, так как содержит и положительных и и равных им по модулю отрицательных слагаемых.

Таким образом для описанной геометрии преобразователя получают линейную зависимость изменения конуса угла поворота вала от изменения суммы М1, причем

М1=Т Ni, где Т вЂ” период линейки 3 фотоприемников, Ni, М1+1 — порядковые номера первого и последнего фотоприемников, освещенных через I-ю эксцентричную кольцевую дорожку измерительного диска 1, выходные сигналы которых превышают пороговое напряжение 0«.

При RM, re оо кольцевые дорожки 2 вырождаются в участок линейного растра с набором параллельных полос 8, образующих растровые дорожки (фиг. 2); в этом случае изменение отсчетов Mi нэ линейке 3 фотоприемников при повороте равно П

Л 2, Mi=Я(2ntgа+Л х

i= — 1 i=1

55 где М1=T Ni — расстояние от линейки 3 фотоприемников до ее пересечения с I-м краем растровых дорожек: P — угол, который образуют в середине измерительного диапазона растровые дорожки с линейкой фотоприемников; R — расстояние от оси вращения измерительного диска 1 до линейки

3 фотоприемников.

При угле Р. близком к 90О, т.е, когда растровые дорожки в середине измерительного интервала перпендикулярны линейке 3 фотоприемников, выражение (2) принимает вид (Mi-Mi)= ЛХ Mi=2nRtg а, (3)

1 =1

При реализации блока 7 вычислений в виде микропроцессорного модуля (фиг.б), содержащего тактовый генератор 27 (МС

К 580 ГФ24), микропроцессор 28 (MC К 580

ИК80), системный контроллер 29 (MC К 580

ВК28(, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 30 (MC К 573 РФ2), дешифратор 31 (МС 555 ИД4), оперативное запоминающее устройству(ОЗУ) 32 (МС К 537 РУ10) и интерфейс 33 ввода-вывода (MC К 580 ИК55), канал А (КА) интерфейса 33 ввода-вывода используется для ввода информации с выхода компаратора 6, канал С (КС) — для вводавывода синхронизирующих и управляющих сигналов, канал В(КВ) — дпя вывода байта . данных на внешнюю шину.

В этом случае преобразование осуществляется в соответствии с программой, блок-схема которой приведена на фиг. 7, следующим образом.

После включения питания по сигналу сброса, приходящему из тактового генератора 27, регистры микропроцессора 28 устанавливаются в исходное состояние и последний, считывая с нулевого адреса содержимое ПЗУ 30, начинает выполнять программу (фиг.7). При выполнении блока 34 программы из микропроцессора 28 в интерфейс 33 ввода-вывода загружается команда опроса состояния сигнала "УСТ", который с частотой 100 Гц поступает из генератора 4 опроса. По окончании сигнала "УСТ" осуществляется переход к блоку 35 программы, где обнуляются ячейки ОЗУ 32 и осуществляется безусловный переход к блоку 36, вкотором анализируется состояние сигнала

"синхр", поступающего из генератора 4 onроса. При появлении сигнала "синхр" происходит переход к блоку 37 программы и вывод содержимого текущего элемента ли1777239

30

55 нейки 3 фотоприемников, выходной сигнал последней усиливается усилителем 5 и далее в компараторе 6 сравнивается с опорным напряжением U<>, выход которого соединен с интерфейсом 33 ввода-вывода.

Результат сравнения в блоке 37 программы записывается в последний разряд ячейки

ОЗУ32 с текущим адресом (состояние шины

"ИНФ" интерфейса 33 ввода-вывода коммутируется с канала А (КА) соответствующей командой микропроцессора 28 на шинуданных, записывается во внутренний регистр микропроцессора 28 и далее в ОЗУ 32). В результате циклического выполнения блоков 36 — 38 программы осуществляется ввод всех 1024 состояний выхода компаратора 6 в ячейки 03У 32. Блоки 39-44 производят медианную фильтрацию введенного массива данных: содержимое ячейки А + сравнивается с соседними и, если оно не совпадает ни с одним из них, то значение

Ан. инвертируется (фиг.7, блок 42), В блоках

45-48 программы определяются переходы

"1-0" и "0-1" в профильтрованном массиве (А!) данных, причем сумма номеров фотоприемников !+1, сигналы с которых принадлежат оптическим переходам свет-тень, с соответствующим краем эксцентричных кольцевых дорожек 2 измерительного диска

1, накапливается в ячейке с адресом В в ОЗУ

32 (фиг.7, блок 47). Полученная таким образом сумма после умножения на коэффициент пропорциональности в блоке 48 программы (фиг. 7) переписывается в канал

В (КВ) интерфейса 33 ввода-вывода, откуда передается во внешнюю шину (фиг. 7, блок

50). синхронно с внешним запросом и синхросигналом, формируемым в блоке 51 программы, Системный контроллер 29 в соответствии с командной информацией, поступающей из микропроцессора 28, формирует стандартные управляющие сигналы, поступающие в ПЗУ 30, ОЗУ 32, стробирует передачу данных из микропроцессора 28 (или в него), Порядок работы преобразователя для получения cos а (выражение (1), фиг,1) аналогичен и при получении т9 а(выражение (3), фиг,2) за исключением величины калибровочного коэффициента К (фиг,7, блок 49). Дешифратор 31 в соответствии с адресом, задаваемым из микропроцессора 28, инициирует тот из элементов блока

7 вычислений (ОЗУ 32, ПЗУ 30 или интерфейс 33 ввода-вывода), который в данный момент обменивается данными с микропроцессором 28.

Медианная фильтрация необходима только в случае использования линеек 3 фотоприемников с дефектными элементами; в противном случае она может быть вообще исключена из алгоритма обработки или использована с целью повышения надежности преобразования за счет обеспечения воэможности получения достоверной информации при выходе из строя отдельных фотоприемников линейки 3 в процессе эксплуатации, Формула изобретения

1. Преобразователь угол-код, содержащий осветительный блок, оптически связанный через эксцентричные кольцевые дорожки измерительного диска с линейкой фотоприемников, выход которой соединен с входом усилителя, компаратор, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, и генератор опроса, группа выходов которого соединена с входами линейки фотоприемников, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя при преобразовании малых углов, в него введен блок вычислений, длина линейки фотоприемников с наибольшим RM и наименьшим г> радиусами эксцентричных кольцевых дорожек связана соотношением RM-ro

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, измерительный диск выполнен в виде линейного растра, длина которого меньше длины L линейки фотоприемников, а центр вращения расположен на перпендикуляре к продольной оси линейки фотоприемников, проходящем через ее центр, причем параллельные дорожки линейного растра расположены под углом P > 0 к продольной оси линейки фотоприемников, 3777239

I фиг У

1777239 ШШШЫйШШШШШЙШШШ ШШЙШ1Ш

ШШ=ШШ 1 JllllLll

j5 ша Ми

L 1. 1 I

1 (, Р I

66*

ft, о a

513"

Фц г5

ШН. ШИН(Х

6h 4. вл, е.

1777239

Составитель Е. Бударина

Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина: .

Редактор Г, Бельская

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

Заказ 4127 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5