Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

 

С4иоз Советсинк

Социалистические

Республии

714456 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.04,77 (21) 248202313 8-24 (51)М. Кл. (5 08 С 9/06 с присоединением заявки K (23) Приоритет еееудзратеекеы11 квинтет

СССР

56 делен кзебретеикй и NapblTN11

Опубликовано 05.02,80. Бюллетень ¹ 5 (53) УД f(68 1,325 (088.8) Дата опубликования описания 08 02 80 (72) Авторы изобретения

Б. П. NypaabeE5 и В. М, Иванов

l (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ.УГЛА ПСВОРОТА ВАЛА В КОД

Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в о55тико-механических угломерных устройствах для определения координат исследуемых обьектов.

Известны различные конструкции преобразователей, которые применяются, например, в металлорежуших станках, в высокоточных измеритеьных приборах и т.п.

Известны преобразователи угла в код с фазоврашателями, принцип действия которых заключается в измерении временного интервала,,соответствуюшего разности фаз опорного напряжения и выходного напряжения фазоврашателя, заполненного стабильной частотой от генератора импульсов, Погрешность такого пр образователя зависит от линейности из55ерепия фазы ф 1зоврашателя, соотношения частот питания и генератора высокой час5оты. Указанные составляюшие влияют на точность измерения углов, которая находится в пределах + 2 †: 3 5 1).

Известен также оптический растровый камертонный датчик, содержаший врашаюшийся барабан с прорезями, растровую решетку, укрепленную на кольцевом камертоне, привод камертона, осветитель и фотоприем 5ик. Излучение от осветителя, расположенного с внутренней стороны барабана проходит через копебл1ошуюся растровую решетку, прорези барабана и попадает на фотоприемник., расположенный с внешней стороны барабана.

Данная конструкция датчика повышает точность измерения углов за счет постоян. ной работы решетки на резонансной чаев тоте и которая не имеет осевого биения, однако, этот датчик не выдает данных об угловом положении вала в кодовой форме, и поэтому не может быть испо1п.зован для статического опр51пеn :— нпя углов L23.

Известен фотоэлек1рический 15м11уль .—

Hhl55 датчик, состояший 55 5 п55ух с0М 11

3 7 врвшвюшихся в противоположные стороны прозрвчнйх дисков с нвнесенными нв них непрозрачными рисками, и расположенных по обе стороны от них соответственно фотоприемников и источйиков излучения.

B момент совпадения нв дисках темных рисок свет от источникв излучения попадает на фотоприемник, в в момент c(3388» дения прдзрвчных и непрозрачных - свет не поступает. Этв конструкция также повышает точность измерения углов, но

Be выдвет кодовой комбинации сигналов С33.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является йреобрвзоввтель с многодорожечным модулятором, который преобразует угловые положения вала в электрические импульсы с одновременным их кодированием.

Этот преобрвзоввтель содержит непрозрачный вращающийся диск (бврвбан) с прорезями, которые сгруппированы в кольцевые дорожки, образующие кодовую маску и неподвижно установленные датчики, состоящие из источника излучения, диафрвгмы . и фотоприемникв f43.

Указанный преобразователь может быть использован в целом ряде случаев, однако, его применение для определения углов порядка, например, одной угловой минуты и менее невозможно в связи с трудностями изготовления кодовых барабанов у которых прорези младших кодовых дорожек при твкой дискретности измеряются сотыми долями миллиметра. Уствновка барабанов с такой дискретйостью на узлы, работвюшие со средними скоростями (до 1000 об/мин) требует применения специальных мвлоинерционных фотоприемников, которые обпвдают низкой долговечностью. Узкие прорези нв барабане легко загрязняются что снижвет надежность преобразования.

Oem изобретения — повышение быстродействия и разрешающей способности преобразователя..

Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь уг лв пьворотв вала в код введены дополнительные двтчики и рвзмешены вдоль дорожки младшего разряда группами, ко.личество датчиков в последующей группе равно удвоенному количеству датчиков предыдущей группы, первые датчики в квждой группе установлены нв расстоя- нии кратном целому числу шагов между сквозными прорезями кодового элемента, 14456 4

55 в датчики внутри каждой группы рвзмещены так, что проекция щели на плоскость, перпендикулярную оптической оси датчика, в двв раза меньшем, чем в предыдущей группе.

Йв чертеже изображен кодовый элемент (барабан), 1, имеющий одну дорожку с рввномерно нанесенными прорезями, и три группы датчиков. Каждый датчик включает в себя осветитель 2, диафрагмы 3 и 4 и фотоприемник 5. Датчики и барабан установлены в неподвижном корпусе 6, При вращении барабана преобразователь выдает комбинацию сигналов в двоичном коде, и заменяет в нашем ( случае трех дорожечный кодовый преобразователь .

Ширина прорезей однодорожечного барабана и их количество полностью соответствуют старшей дорожке трехдорожечного бврвбвнв. Количество датчиков в группе выбирается путем удвоения количества датчиков предыдущей группы, т.е. так же, квк выбирается количество прорезей кодового барабана, Так

z где .n — число датчиков в группе, 2 — порядковый номер группы, Например, для третьей группы количество датчиков д =p =4. Ширина прорезей

3-4

5 на барабане для каждой группы датчиков должна быть равна ширине прорезей нв соответствующих дорожках прототипа. Получение щелей заданной ширины обеспечивается установкой двтчиков под соответствующими углами С (см, чертеж)., — это углы, образованные пересечением оптических осей датчиков с касательными, вершины которых лежат на наружной образующей барабана.

При такой уствновке датчиков ширина прорезей барабана, способная пропускать световой поток, уменьшается в зависимости от величины угла .а „ . Эта ширина прорезей для каждой группы двтчиков рвсчитыввется по формуле;

22-1 где Я вЂ” ширинв прорезей нв барабане.

В конструкции для получения заданной ширины грорезей S датчики нужно установить под углами

}.)

ОС = Со С1Π— + О "С5!И э

5Т где Q — толщина стенки барвбанв.

Для получения кодовой комбинации преобрвзоввтелем с однодоро,кочны л r>a

5 71 рабаном латники в группе устанавливаются иа равном расстоянии друг от apyre или на расстоянии rn от первого датчика, которое определяется по формуле;

m kt (,,),(ЬМ4, О где К - любое целое число, - шаг между прорезями модуш тора, порядковый номер датчика в группе.

Первые датчики групп устанавливаются на расстоянии М друг от друга, которое кратно целому числу шагов между прорезями барабана

М = К

За один оборот модулятора каждый датчик выдает равное количество импульсов, соответствуюшее количеству йрорезей барабана или количеству про-,. резей старшей дорожки устройства - прототипа, которые на чертеже не показа.» ны, т.е. каждый датчик работает с равной и минимальной частотой следования сигналов в отличие от датчиков известного устройства, работаюших с разной частотой следования сигналов, которая удваивается в направлении от старшей." —дорожки к младшей.

Такое выполнение преобразования по сравнению с известными повышает быстродействие за счет уменьшения частоты модуляции фотоприемника, а такЖе повышает дискретность за счет выполнения функций младших дорожек барабана старшими, уменьшает габариты за счет уменьшения количества прорезей на дорожках барабана, упрошает технологию и сокрашает в 10-15 раз время изго-. товления барабана и в 20-25 раз ego возможность, 4456 6

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержаший неподвижный корпус и размешенный в нем кодовый элемент со сквозными прорезями, сгруппированными в кольцевые дорожки, против каждой из которых неподвижно установлены датчики, о т л и 0 ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и размешаюшей способности преобразователя в него введены дополнительные датчики и размещены вдоль дорожки младшего разряда Гру пшми количеся3о датчиков в последуюшей группе равно удвоенному количеству датчиков предыдушей группы, первые датчики в каждой группе установлены на расстоянии, кратном целому

20 числу шагов между сквозными прорезямн кодового элемента, датчики внутри каждой группы размешены так, что проекция шели Ra плоскость, перпендикуляр» ную оптической оси датЧика, в два раза

25 меньше, чем в предыдущей группе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Ахметжанов А. А. Системы передачи угла повышенной точности М-Л., Энергия", 1966 с, 90.

2. Авторское свидетельство СССР

% 302594, кл. Q 02 В 11/20, 1971.

33 ь

3. Авторское свидетельство СССР

% 302594, кл. (j 01 В 11/26, 1968.

4. Литвак В. И, Фотоэлектрические ! датчики в системах контроля управления и регулирования. №, Наука, 1966, с. 185-189, рис. 4.18 и 4.29 (прототип) .

Составитель Н. Назаркина

Редактор Д. Зубов Техред О. Андрейко Корректор Я. Веселовская

Заказ 9295/50 Тираж . 682 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород ул. Проектная, 4