Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном виде о линейном перемещении контролируемого объекта по двум координатам . Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя, для чего в преобразователе перемещения в код, содержащем неподвижно установленный излучатель , оптически связанный через .Z-образную щель подвижной диафрагмы с неподвижно установленным фотоприемником , формирователь кода, содержащий два счетчика, дешифратора, четыре регистра, вычислитель-фотоприемник выполнен в-виде линейки прибора с зарядовой связью и управляющего генератора, параллельные участки Z-образной щели диафрагмы выполнены различной ширины, а в формирователь кода введены два счетчика, компаратор, устройство выборки и хранения , два формирователя одиночного импульса , инвертор, два мультиплексора и преобразователь входного сигнала, благодаря чему повышается разрешающая способность и исключаются контактные узлы, имеющие возвратно-поступательное движение , что и обеспечивает достижение цели изобретения. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Н 03 M 1/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4861308/24 (22) 03.07.90 (46) 23.07,93, Бюл. % 27 (71) Специальное конструкторское бюро

Производственного объединения "Коммунар" (72) А.Л.Круглов; Г.Е.Максимов и Л.В.Герасимов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1149409. кл. Н 03 М 1/24, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1170615, кл. Н 03 M 1/24, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

8 КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном виде о линейном перемещении контролируемого объекта по двум координатам. Целью. изобретения является повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя, для чего в

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном коде о линейном перемещением контролируемого объекта по двум координатам.

Цель изобретения — повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя перемещения s код; на фиг.2 — диаграммы его работы; на фиг.3— пример выполнения управляющего генератора; на фиг.4 — пример выполнения преобразователя входного сигнала; на фиг.5—

„„5U„, 1829116 А1 преобразователе перемещения в код, содержащем неподвижно установленный из- . лучатель, оптически связанный через

Z-образную щель подвижной диафрагмы с неподйижно установленным фотоп риемником, формирователь кода, содержащий два счетчика, дешифратора, четыре регистра, вычислитель-фотоприемник выполнен в-виде линейки прибора с зарядовой связью и управляющего генератора, параллельные участки Z-образной щели диафрагмы выполнены различной ширины, а в формирователь кода введены два счетчика, компаратор, устройство выборки и хранения, два формирователя одиночного импульса, инвертор, два мультиплексора и преобразователь входного сигнала, благодаря чему повышается разрешающая способность и исключаются контактные узлы, имеющие возвратно-поступательное движение, что и обеспечивает достижение цели изобретения, 6 ил. проекция 2-фигуры на ПЗС; на фиг.6— упрощенный алгоритм работы преобра,зователя.

Преобразователь перемещения в код содержит излучатель 1, диафрагму с Z-образной щелью 2, линзу. 3, фотоприемник (ПЗС) 4,управляющий генератор 5, преобразователь входного сигнала 6, компаратор 7, устройство выборки и хранения 8, дешифра. тор 9, первый счетчик 10, второй счетчик 11, третий счетчик 12, первый формирователь одиночного импульса 13, инвертор 14, четвертый .счетчик 15, второй формирователь одиночного импульса 16, первый 17 и второй 18 мультиплексоры, первый 19, второй

1829116

20, третий 21, четвертый 22 регистры, вычислитель 23, Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Изображение Z-фигуры, подсвеченное источником 1 через линзу З,проектируется на линейку прибора с зарядовой связью (ПЗС) 4, При нахождении Z-фигуры в исходном положении относительно линейки ПЗС на ней будут три освещенных участка, один иэ которых широкий, а два другие — узкие (см. фиг.5), При смещении диафрагмы с Z-образной щелью по оси Х могут наблюдаться следующие случаи: — три освещенных участка, один из которых широкий и два узких; — два узких; — один узкий, а другой широкий.

При смещении диафрагмы с Z-образной щелью по оси Y будут наблюдаться такие же случаи, что и по оси Х и, кроме того, будет изменяться расстояние между освещенными участками, Различная ширина параллельных участков Z-образной щели позволяет определять в какую сторону по оси Х смещен контролируемый объект, После включения питания и подачи управляющих сигналов на входе ПЗС с управляющего генератора 5 в соответствии с фиг.2.1, 2,2, 2.3, 2,4, 2.5 обозначены как Иф1 — напряжение первой фазы, Иф2 — напряжение второй фазы,, Иф3 - напряжение третьей фазы, Итн — напряжение импульса накопления, Итр — напряжение импульса разрешения. Выходной сигнал с выхода

П3 С (см. фиг.2,8) представляет собой последовательность импульсов,. формирующихся в такт с третьей фазой Иф3 управляющего генератора 5 количество импульсов, напри-. мер для 12ООЦЛ2 составляет 2064.

Увеличенная амплитуда импульсов соответствует освещенным участкам ПЗС, Так как ширина щели диафрагмы значительно шире, чем одна ячейка ПЗС, то выходной сигнал ПЗС содержит несколько импульсов с увеличенной амплитудой. В нашем случае (см, фиг.2,8) выходной сигнал ПЗС при узкой щели содержит по четыре импульса и при широкой — восемь импульсов.

Выходной сигнал ПЗС поступает на вход преобразователя входного сигнала 6, где он усиливается (см. фиг.4) и производится era привязка к нулю. Затем, пройдя через фильтр НЧ,,формируется сигнал (см. фиг,2.9).

Привязка вйходного сигнала ПЗС к нулю производится для того, чтобы убрать постоянную составляющую. сигнала Ифона (см. фиг.2,8). Привязка сигнала происходит следующим образом. Сигнал третьей фазы с управляющего генератора ПЗС 5 с выхода 1 . (см,.фиг.2.3) поступает на вход преобразователя входного сигнала 6 (см. фиг.2.4) и через инвертор 49 поступает на вход одновибратора 50, на выходе формируются импульсы, которые во времени tz-t3 (фиг,2.6) управляют замыканием ключа 52. Конденсатор 51 при этом заряжается входным сигналом до напряжения Ифона. Во времени тз — т4 выходной сигнал ПЗС будет изменяться относительно напряжения на конденсаторе 51, ключ 52 при этом разомкнут. На входе фильтра 53 формируется сигнал относительно нуля.

Прибор с зарядовой связью 4, например, 12ООЦЛ2 содержит 2064 фоточувствительных ячеек, 48 из которых закрыты и служат для отсчета уровня черного в строке, Выходной сигнал с выхода преобразователя

20 входного сигнала 6, поступает на первый . вход компаратора 7, на второй вход которого поступает запомненный сигнал уровня

"черного", т.е. уровень напряжения темновых ячеек ПЗС. Для этого в начале цикла

25 устройство выборки и хранения 8 следит эа входным сигналом, счетчик 11 считает импульсы, поступающие с первого выхода управляющего генератора, и после 48 импульса через дешифратор 9 выдается ко30 манда устройству выборки и хранения 8 на запоминание напряжения уровня Ит "черного". Для повышения помехоустойчивости напряжение Ит усиливается и подается на второй вход компаратора 7. Входное напря35 жение сравнивается с пороговым Ит и на выходе компаратора. образуются импульсы, длительность которых пропорциональна ширине освещенных участков ПЗС. Количество импульсов, если Z-фигура находится в

40 исходном положении относительно центра

ПЗС, будет три два узких и один широкий.

Импульсы с выхода компаратора 7 поступают на счетный вход счетчика 12 и через инвертор 14 на счетный вход счетчика 15, 45 При поступлении переднего фронта первого импульса срабатывает счетчик 12 и устанавливает адрес на входе мультиплексора t7, и одновременно по переднему фронту этого же импульса срабатывает формирователь

50, одиночного импульса и через мультиплексор происходит запись.кода Н1, который насчитал счетчик 10, в первый регистр 19, По заднему фронту с помощью счетчика 15 формирователя 16 и мультиплексора 18 проис55 ходит запись во второй регистр 20 кода Н2.

Аналогично по переднему фронту второго импульса произойдет запись в третий регистр 21 кода НЗ, который насчитал счетчик

10 до момента прихода второго импульса, и по заднему фронту в четвертый регистр 22

1829116

Нх- Н2+Н1 А. (3)

Н =С вЂ” Б Н4+НЗ Н2+Н1 (4)

2 2

При наличии одной широкой полосы

Нх= С вЂ” (5)

С вЂ” Б . (6)

2 2 55

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность, которая определяется разрешающей способностью ПЗС, например, при длине линейки ПЗС 24 мм и коли50

Н4. Таким образом, в первом регистре записан код Н1, соответствующий длительности ат начала отсчета до переднего фронта первого импульса, во втором регистре кад Н2 от начала отсчета до заднего фронта перво- 5

ro импульса, в третьем регистре НЗ до переднего фронта второго импульса и в четвертом регистре Н4 до заднего фронта второго импульса. Каждый импульс третьей фазы строго привязан к ячейкам ПЗС,порто- 10 му в качестве счета счетчиком 10 используется третья фаза управляющего генератора.

Информация о наличии третьего импульса если он присутствует является избыточной.

Полученные коды Н1, Н2, НЗ, Н4 для абра- 15 ботки информации поступает в вычислитель 23,где производятся вычисления в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.6.

Предложим (см, фиг.5), что проекция Z- 20 фигуры на ПЗС в исходном состоянии. Ее параметры следующие; Первая узкая полоса, ее середина находится на А — ячейке

ПЗС, вторая узкая полоса находится на Б— ячейке, третья широкая находится на С вЂ” 25 ячейке. При смещении плоскости с Z-фигурой необходимо определять параметры отклонения по осям Х, Y. При этом ширину первой и второй узких полос обозначим через ЛА, ЬБ и Ь АЛ =. Б. Широкая полоса 30 равна С. Расстояния Б-А - С вЂ” Б. При наличии информации в первом и втором регистрах и при наличии узкой полосы смещения по аси Х равно Нх

Нх Н2+ Н1 А (1) где — расстояние до середины полосы.

При наличии широкой полосы

° Нх=С Н2+Н1 (2)

2 40

При наличии информации в первом, втором, третьем и четвертом регистрах и наличии двух узких полос Нх и Ну определяются с учетом того, что смещение по аси Y bY пропорционально изменениям по оси Х bX 45 чество ячеек 2000, одна ячейка составляет

0,012 мм, при этом разрешающая способность составить 0,05 g,. В то же время патенциометры могут обеспечить разрешающую способность 1, Изобретения позволяет повысить считывание информации за счет исключения механических движений, а также повысить надежность.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в кад, содержащий неподвижно установленный излучатель, оптически связанный через Zобразную щель подвижной диафрагмы с неподвижно установленным фотоприемником, выход которого соединен с первым входом формирователя кода, содержащего первый счетчик, второй счетчик, выходы которого соединены с входами дешифратора, четыре регистра, выходы которых соединены с входами вычислителя, о тл и ч а ю шийся тем, чта, с целью повышенияя точности, быстродействия и надежности преобразователя, в нем фатоприемник выполнен в виде линейки прибора с зарядовой связью и управляющего генератора, параллельные участки Z-образной щели диафрагмы выполнены различной ширины, а в формирователь кода введены третий и четвертый счетчики, кампаратар, устройство выборки и хранения, два формирователя одиночного импульса, инвертар, два мультиплексора и преобразователь входного сигнала, первый вход которого является первым входом формирователя кода, второй вход подключен к первому выходу управляющего генератора и к счетным входам первого и второго счетчиков, второй выход управляющего генератора соединен с входами обнуления счетчиков, группа выходов управляющего генератора соединена с входами линейки прибора с зарядовой связью, выход преобразователя входного сигнала соединен с первыми входами компаратора и устройства выборки и хранения, второй вход которого подключен к выходу дешифратара, а выход соединен с вторым входом кампаратара, выход которого соединен са счетным входам третьего счетчика, входом первого формирователя одиночного импульса и входом инвертара, выход которого соединен са счетным входом четвертого счетчика и входом второго формирователя одиночного импульса, выходы третьего и четвертога счетчиков соединены с адресными входами соответственно первого и второго мультиплексоров, информационные входы которых подключены к выходам одноименных формирователей одиночного импульса, выходы первого счетчика соединены

1829116 пзс с информационными входами регистров, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам мультиплексоров.

1829116

2 ° г.

2 ° г.1

2 ° 1

2 ° !

1829116

РОЙЯТБО ВЬЮРКИ И ХРАНЕНИЯ

1829116 ф

@ЕДОК

Мод А,S,с, ьс

"Прои з5гспш ммерение" и ФЯ 83>р8 ниах ний

Ня - (н1+ Н1} /g-Д

Составитель А. Круглов

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор А. Козориз

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

Заказ 2480 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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