Растровый интерполятор

 

ИСАН И Е

И ЗОБ Р ЕТЕ Н И Я (»)769492

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.09.78 (21) 2661348/18-24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень ¹ 37 (45) Дата опубликования описания 14.10.80 (5! ) М.Кл. С 05 В 19/18

G 06G7/30

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.503.55 (088.8) (72) Авторы изобретен.ия

Л. И. Кулис, Б. И. Минерис и Ю. А. Шаталов (71) Заявитель Вильнюсский филиал экспериментального научноисследовательского института металлорежущих станков (54) РАСТРОВЫЙ ИИТЕРПОЛЯТОР

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в линейных и круговых измерительных преобразователях перемещения рабочих органов станков, а также в координатно-измерительных машинах

Известен растровый интерполятор (1) с множительными устройствами. Однако онст ограничивают точность интерполятора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является растровый интерполятор, содержащий преобразователь с квадратурным выходом (на выходе два сдвинутых на /4 периода синусоидальных сигнала), устройство определения модуля величины (sin Х) и (cos Х) и сумматор (2), К измерительному преобразователю подключено устройство, образующее напряжение, пропорциональное амплитуде сигналов измерительного преобразователя (в дальнейшем — преобразователь, амплитуда сипнала — постоянное .нап ряжен ие) .

Это устройство включено на вход резистивного делителя, выходы которото соответственно соединены с первыми входами блока компараторов. Вторые входы компараторов подсоединены к сумматору, на выходе которого образуется треугольное напряжение (в дальнейшем формирователь треугольного напряжения), а выходы через блок логической обработки (счетчик) — к устройству цифровой индикации.

В этом интерполяторе сравниваются по . уровню мгновенное значение треугольного напряжения с фиксированными постоянными напряжениями различной величины, полученными с резистивного делителя. Число сформированных импульсов сравнения, фиксируемых компараторами, равно числу !

0 шагов дискретности в одной четверти периода входного сигнала. Таким образом, происходит внутришаговое деление периода, т. е. интерполяция сигналов. Число,компараторов должно соответствовать коэффи15 циенту интерполяции, т е. определять разрешающую способность интегратора.

Однако в таком интерполяторе при необходимости получения большой разрешающей способности, т. е. высокой дискрет20 ности, требуется большое число компараторов, что значительно усложняет конструк-цию . Кроме того, невозможно оперативно изменять коэффициент интерполяции, что сужает функциональные возможности. Ин25 терполятор не универсален, так как при другом коэффициенте интерполяции (что может быть вызвано подключением другого измерительного преобразователя перемещений) требуется изменять число компараторов, т. е. требуется существенная перенаf

76g4g2 ладка схемы, что усложняет эксплуатацию.

I 1омехоустойчйвость интерполятора определяется числом компараторов, и так как она ухудшается с ростом числа компараторов, то усложнено увеличение дискретности.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в растровый интерполятор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко вхо-! дам преобразователя напряжения через формирователь треугольного напряжения к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соединены со входами блока .индикации, введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, последовательно соединенные первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор,и последовательно соединен-! ные третий .коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), второй инвертор

II четвертый коммутатор, второй вход которого через ЦАП подключен к выходу преобразователя напряжения, первый выход — ко второму нуль-органа, а второй выход — ко второму выходу реверсивного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым входом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходом реверсивного счетчика, а выходом — со вторым входом первого коммутатора, третий вход которого подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-органа. Вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор, к выходу генератора импульсов

На фиг. 1 представлена структурная схема интерполятора, на фиг. 2 — таблица и диаграмма работы ЦАП.

Интерполятор содержит фотоэлектрический измеритель перемещений 1, формирователь треугольного напряжения 2, преобразователь напряжения 8, нуль-орган 4, четвертый коммутатор 5, ЦАП б, второй инвертор 7, третий коммутатор 8, первый инвертор 9, .первый коммутатор 10, сумматор по модулю два 12, генератор импульсов 14, второй коммутатор, блок инд и, кации 15.

Интерполятор работает следующим образом.

Измеритель 1 формирует синусоидальный и косинусоидальный электрические сигналы, которые в формирователе 2 преобразуются в симметричное треугольное напряжение, а в преобразователе 8 — в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде сигнала измерителя 1. Треугольное напряжение с выхода формирователя

2 поступает на один вход нуль-органа 4, где все время сравнивается с треугольным ступенчатым напряжением, поступающим на его другой вход. Последнее формируется на выходе ЦАП б и проходит на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5.

Принцип формирования сигнала на выходе ЦАП б следующий. Генератор 14 формирует последовательность импульсов сче10 та. Эти импульсы проходят через коммутатор 18, который в зависимости от коммутирующего сигнала направляет их на вход счетчика 11 либо на шину «прямого счета», л ибо на шину «обратного счета» Таким образом, счетчик 11 считает соответственно в прямом или в обратном направлениях.

Цифровые сигналы с разрядов счетчика 11 (кроме n-ro u n — 1-ro разрядов) поступают через коммутатор 8 на цифровые входы

ЦАП б. При последовательном изменении дискретных входных сигналов в порядке возрастания десятичных эквивалентов аналоговые напряжения на выходе ЦАП б уВе-" личивается до емкости ЦАПа. При дости25 жении максимального напряжения выходное напряжение ЦАПа начинает ступенчато снижаться, хотя счетчик 11 считает в прямом направлении.

Ниже в виде таблицы и диаграммы Ла30 на для пояснения характернстика вход (цифровой) — выход (аналоговый — ступенчатый) ЦАПа (например, четырехразрядного). Цифровые логические уровни составляют О и 1.

З5 В формировании треугольного ступенчатого напряжения на выходе ЦАПа б принимают участие - все разряды, кроме и-го (старшего) и (n — 1)-го. В приводимом примере (для четырехразрядного ЦАПа) аналоговое выходное напряжение формируется первым и вторым младшими разрядами.

В первой четверти.(отмеченное столбцами

Л, Б, В и 1) имеет место ступенчато-нарастающее напряжение на выходе ЦАПа, при

45 этом со счетчика П на ЦАП б через коммутатор 8 проходят цифровые сигналы в. прямом коде. Управляющими сигналами коммутатора 8 являются сигналы логического «0» с выхода разряда изменения на50 правления кода (прямого или обратного), с разряда, расположенного перед старшим разрядом. В столбцах Д, Е, Ж и 3 — управляющие сигналы уже являются логическими «1», поэтому коммутатор 8 пропуска55 ет на цифровой вход ЦАПа б сингалы обратного кода, а на выходе ЦАПа образуется ступенчато-спадающее напряжение Затем напряжение растет аналогично в столбцах О; К, Л и М и спадает., в столбцах Н, О, 60 17 и P (пунктирная линия). Таким образом, на выходе ЦАП принципиально образуется напряжение без учета знака.

Рассмотрим связи интерполятора, обеспечивающие необходимое изменение знака выходного напряжения ЦАП б. Это напря769492

65 жение поступает на коммутатор 5, инвертируется в инверторе 7 и подается инвер пированным на другой вход коммутатора 5.

Управляющими сигналами коммутатора 5 являются цифровые сигналы старшего разряда (знакового) счетчика. Из таблицы видно, что в столбцах А, Б, В, Г, Д, Е, Ж

-и 3 эти управляющие сигналы являются логическими «О» — при этом на вход нульоргана 4 проходит положительное напряжение (первая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАП); в столбцах И, К, Л, М, Н, О, П и P управляющие сигналы являются логическими «1» и поэтому на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5 проходит отрицательное напряжение (после инвертирования) — вторая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАПа б.

На выходе коммутатора 5 образуется ступенчатое треугольное периодическое напряжение с учетом знака (фиг. 2, сплошная линия). В нуль-органе 4 происходит срав нение этого напряжения с треугольным напряжением на выходе формирователя 2.

Следует отметить, что в целом схема работает по компенсационному принципу, т. е. мгновенное значение ступенчатого напряжения с выхода ЦАПа б, точнее с выхода коммутатора 5, всегда стремится быть равным мгновенному значению напряжения с выхода измерительного преобразователя перемещений (формирователя 2) .

Если напряжение с выхода формирователя 2 превышает напряжение с выхода коммутатора 5, то на выходе нуль-органа 4 образуется положительный сигнал, который, проходя через коммутатор 10, .должен воз действовать на коммутатор 18 так, чтобы импульсы счета с генератора 14 проходили на шину «прямой счет» счетчика 11. Это справедливо для первой и четвертой четвертей треугольного ступенчатого напряжения (соответствующего столбцам А, Б, В, Г и

Н, О, П, Р}, в которых имеет место возрастание.

Для второй и третьей четвертей, если напряжение с выхода формирователя 2 больше напряжения с выхода коммутатора

5, необходимо, чтобы ступенчатое напряжение возрастало в другом направлении, т. е. необходимо, чтобы был подключен вход счетчика 11.

Это осуществляется следующим образом. Как указывалось выше, положительный управляющий сигнал коммутатора 18 подключает к его выходу шину «прямого счета»; тогда отрицательный управляющий сигнал на входе коммутатора 18 подключает к его выходу шину «обратного счета» счетчика 11. При этом на входе коммутатора

10 всегда присутствуют два разных по знаку сигнала: один с выхода нуль-органа 4, другой — с выхода инвертора 9. Подача того или иного сигнала на вход коммута5

40 тора 18 осуществляется сигналом с выхода сумматора 12 по модулю два. На вход этого сумматора подаются два сигнала: с выхода старшего (знакового) разряда и с выхода разряда, расположенного перед ним (т е. с и-го и с и — 1-го).

Выходные сигналы сумматора 12 по модулю два являются логическими «О» в первой и четвертой четвертях (в столбцах А, Б, В, Г и Н, О, 17, P (при этом на вход коммутатора 18 через коммутатор 10 подается сигнал с выхода нуль-органа 4, а во второй и третьей четвертях (в столбцах Д, Е, Ж, 3 и И, К, Л, М) — логическими «1», при этом на вход коммутатора 18 поступает сигнал с выхода инвертора 9, и импульсы с генератора 14 проходят на шину «обратный счет» счетчика 11.

Кроме того, сигналы с выхода измерителя 1 перемещений преобразуются в преобразователе 8 «амплитуда сигнала — постоянное напряжение» в постоянное напряжение, служащее опорным напряжением

ЦАП б. Это обеспечивает исключить погрешности, возможные из-за изменения величины амплитуды сигнала измерителя l перемещений, которая всегда имеет место из-за изменения (или колебаний) светового потока источника света, его старения ит. д.

Таким образом, предлагается схема замкнутой системы с отработкой на нуль (компенсационный принцип) . Выходное напряжение ЦАП следит за изменением треугольного напряжения с выхода формирователя 2 и повторяет его.

При этом код на выходе счетчика 11 всегда соответствует измеряемому перемещению в данный момент, а устройство 15 цифровой индикациями регистрирует измеряемое перемещение в цифровом виде.

Таким образом, разрешающая способность в интерполяторе определяется типом разрядов ЦАП (число ступенек ступенчатого напряжения). В ннтерполяторе (2) коэффициент интерполяции равен 80, в предложенном интерполяторе уже прои 10 разрядах

ЦАП (стандартная микросхема — М8б-1) число ступенек 20 о= 1024.

Кром е того, отсутствие инерционных звеньев (инлуктивностей, емкостей) позволяет обеспечить выполнение всего интерполятора в мпкромодульном интегральном (твердотельном) исполнении, т. е. в виде одной большой интегральной схемы.

Формула изобретения

Растровый .интерполятор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко входам преобразователя напряжения и через формирователь треугольного напряжения— к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соеди769492 иены с входами блока индикации, о т л ич а ю шийся тем, что, с .целью упрощения и повышения помехоустойчивости интерполятора, в него введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, последовательно соединенные первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор и последовательно соединенные третий коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь, второй инвертор и четвертый:коммутатор, второй вход которого через цифро-аналоговый преобразователь подключен к выходу преобразователя напряжения, первый выход — ко второму входу нуль-органа, а второй выход —:ко второму выходу реверсив, ного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым входом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходам реверсивного счетчика, а выходом — со вторым входом первого коммутатора, третий. вход которого подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-.органа, вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор к выходу

10 генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

15 № 622052, кл. G 05 В 19/18, 1976.

2. Патент ФРГ № 1945206 кл. 42 d 5/00, опублик. 1969 (прототип).

769492

7ю;.и@а! 0

С<оаршии раэ, »<о (онатооыи!

0 0 р ii

0 и

I0 аэря изменения напрадяеаия наоа

1 0 а 0

1 0

0 0

/7рямои нод

0 1

0 1

0 1

0 1

1 0 аыхо ные сигналы сумматора по моо. 2

03оЗлачения mondzoE

0 0

1 0

1 1

М Н

Aeanozo&e (студен. amo — 0озраслтюи: ее и с<пупенчаао-спадающее) напряжение! > (/ )

) «Puz. 2

Редактор Л. Утехина

Заказ 1300/1291 Изд. ¹ 479 Тираж 956 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

0оратнь<и ноо ! б с b

Составитель Н. Белинкова

Техред О. Павлова Корректор И. Осиновская