Фотоэлектрическое устройство контроля положения объекта

 

(1)474674

GflNCAHNE

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Респчблик (b1} Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 29.05.70 (21) 1443648/18-10 с присоединением заявки гГе—

1 (5! ) М. Кл. Ст 01Ь 9,,0

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (32) Приоритет—

Опубликовано 25.06.75. Бюллетень М 23

Дата опубликования описания 02.02.76 (53) УД1j 531.713.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Я. А. Райхман, А, П. Свидельский, В. M. Колесников и Р. Е. Пятецкий (71 Заявитель (54) ФОТОЗЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

Известны фотоэлектрические устройства контроля положения объекта, содержащие осветитель, щелевую диафрагму, сканирующий элемент, полупрозрачное зеркало, объектив, штриховую сетку, связанную с объектом, фотоприемники с установленной перед ними маской и электронную схему преобразования электрического сигнала в цифровой код.

Предлагаемое устройство отличается от нззестного тем, что на щелевой диафрагме вдоль каждой координатной оси нанесена дополнительная группа опорных щелей с шагом, равным шагу штриховой сетки, и на пути светового потока, отраженного полупрозрачным зеркалом в прямом ходе лучей от осветителя, дополнительно установлены объектив с увеличением, предпочтительно, 1 и фотоприемник с маской.

Такое выполнение повышает точность контроля положения объекта в плоскости.

На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства; на фиг. 2 — многощелевая полевая диафрагма (а), опорная маска (б) и анализирующая маска (в) — темными участками показаны прозрачные щели; сетка штрихов на ориентируемом объекте (г) — темными линиями обозначены неотражающие участки штриховой сетки; на фиг. 3 — выходные сигналы с фотоприемных устройств (а — основной, б — опорный}; на фиг. 4 — блок-схема обраоотки сигнала.

Устройство содержит осветительную лампу 1, конденсатор 2, многощелевую диафраг»у 8; имеющую две серии щелей — основную и опорную (шаг штрихoB опорной серии в п раз меньше шага штрихов основной серии н равен шагу сетки штрихов на ориентируемой пластина 7), сканирующую стеклянную пла1О стпну 4, полупрозрачное зеркало 5, объектив с увеличением и" б, пластину с сеткой штрихов 7, анализирующую маску 8, объектив с увеличением 1 9, опорную маску 10 и фотспрпемник 11.

Устройство работает следующим образом.

Осветительной лампой 1 с помощью кон денсатора 2 освещается диафрагма 8. Пучок света проходит через сканирующее устройство 4, полупрозрачное зеркало 5 и попадает в объектив б, который с уменьшением проецирует изображение диафрагмы 8 в плоскость сетки штрихов ориентируемой пластины 7.

Изображение освещенных участков строится в обратном ходе объектива б и отводится полупрозрачным зеркалом 5 в плоскость анализирующей маски 8 (фиг. 2,б), через которую попадает на фотоприемное устройство 11.

Часть светового потока, идущего из диафрагмы 8, отводится полупрозрачным зеркалом 5 в сторону объектива 9, который с уве474674

GO

;!Пченпем 1 " строит изображение области диафрагмы 3 с опорной серией штрихов (ограниче!!íàÿ штрпxовым контуром:Ia !It!. 2,;!) в плоскости опорной маски 10. Световой поток, проходящий через опорную маску, попадает на фотоприемное устройство 11. При вращении плоскопара.!лельнои стекляннои пластиныы, скаíнрованиc осуществляется по двум координатам по закону х=Аcos ot и y=Аs!r! I«1, где А — амплитуда сканирования; ! — В р е .1! я с и а! !! i !! 0 В Е!!! и я;

to — угловая частота сканирования.

По ty e!!Etc сигналов по одной координате р"...ccitoòðåío на фпг. 3; на фиг. З,а изображепы 1(-тьш и {1 +- I) -ый штрихи штриховой сетки, связанной с подвижным объектом, т. е. координатная система ОХ является подВижной относительно оси сканирующего элеме;!та. На фиг. З,б изображены опорные щели многощелевой диафрагмы, координатEIHE! спстема которых Х!!! неподвижна.

Начало неподвижной координатной системы можно привязать к опорной щели 1. Тогда первый импульс серии (пачки) опорных импульсов (фпг. 1,в) будет задавать начальну!о нли опор!!ую фазу в каждом периоде сканирования. Начало подвижной координатной системь! ОХ при строго периодической штриховой сетке можно связать с любь!м из ее штрихов (так называемый относительный отсчет); если же на штриховую сетку нанести какуюлибо нерегулярность, начало системы ОХ может быть связано с конкретным штрихом (абсолютный отсчет) . Соответствующий электрический сигнал в виде серий импульсов (ocItoâHoé сигнал) с непостоянной фазой внутри периода сканирования показан на фиг.

3, г. Сосчитав количество совпадений импульса основного сигнала с первым импульсом опорного сигнала, получают относительную или абсолютную координату положения штриховой сетки с дискретностью, равной шагу Х штриховой сетки, Фиксируя номер опорного импульса, с которым произошло совпадение основного импульса, определяют положение объектива внутри шага штрихогой сетки с дискретностью Eln .

Ошибки в определении положения объек-! а, связанные с нелинейностью закона сканирования, устраняются тем, что основной и иптерполяционный сигналы вырабатываются одним и тем же элементом.

Изображение опорных щелей, полученное дополнительным объективом в плоскости»аскн фотоприемников в масштабе I: 1 периодически смещается относительно маски па величину 2А. Маска представляет собой две щели, расположенные одна перпендикуляр.to к другой с шириной, равной или меньшей ширины опорной щели. В процессе сканнропа:!Ия свет от изображения каждой опорной щели поочередно поступает на фотоприемники, которые и формируют интерполяционный сигнал

1О

25 зо

35 по двум ортогональным коорд.!натам. Фор iа щелей этой маски может иметь любой вид в том смысле, что две ее прямоугольные щели могут составлять любую конфигурацию при условии обеспече" ия перпендикулярности между ними и возможности разделения света па два фотоприемника, формирующие опорные сигналы по Х и Y. То же самое относится к форме маски в основном канале.

Устройство может использоваться для голучения информации о положении объекта на плоскости по двум координатам Х, 1 и углу разворота в плоскости. I/a! известно, положепие плоскости по Х, Y u p полностью определяется тремя точками или зонами. Пример расположения анализируемых зоп на 1птрпховой сетке в поле зрения объектива показан па фиг. 2,г.

По зонам 1 и 11 вырабатывается информация о положении объекта по оси У, а в зоне

III — по осп Х. При Y! —. - Y> угол =.- О, при

У! — — Yz угол q;=0. Для получения такой информации основные сигналы по Y от зон 1 и II сравниваются по фазе с одним и тем же опорным сигналом по 1, поэтому для получения информации о трех координатах в опорном сигнале достаточно две координаты Х и .

Схема содержит фотоприемник 12 основного канала, формирователь 18 прямоуголь .!ых !Iìïlльсов и cxPtt!3 14 Вь!дР, lе!!Hß ccI)Ð1Ины импульсов, соответственно 15, 1б и 17— те же элемеttTII, но для QEtoDI!oc кlll!3 !а, реверсивный счетчик шагов 18, который отсчитывает количество совпадений импульсов основного канала с первым импульсом опорного канала, счетчик интерполяции 19, показывающий номер опорного импульса, с которым произошло совпадение основного импульса.

Для синхронизации работы схемы служит синхронизатор 20, который из основного сигпала Выделяет сигналы прямого и обратного хода сканирования.

В процессе прямого хода производится измерение, а обратный ход используется для записи состояния в буферные регистры 21 и установления счетчиков в исходное состояние.

Запись в счетчик шагов производится переключением триггера 22 из нулевого состояния в едигп!чно, которое производится схемой совпадения 28 по совпадению во времени импульса основного канала, разрешения синхронизатора «прямой ход» и первого опорного импульса, который выделяется из серии (пачки) опорных импульсов дискриминато„îì .24 первого импульса. Запись в счетчик интерполяции производится схемами совпадения 25 и 26 и триггером 27. Схема совпадения 25 устанавливает триггер 27 в единичное состояние по совпадению сигналов «прямой ход», сигнала основного канала с !зыхода сх мы

14 и любого импульса опорного канала, кроме первого, что обеспечивается запретом НЕ

28. Пока совпадения нет, импульсы опорного канала поступают через схему совпадения 2б

Редактор О. Стенина

Составитель С. Степанова

Текред М. Семенова

Корректор И. Симкина

Заказ 941/14!7 Изд. Ко 842 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип, Харьк. фил. пред. «Патент»