Устройство для измерения линейныхперемещений

 

тйе-тММв+

ОП ИС"

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<Ц798482

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявленб 110974 (21) 2058738,/16-28 с присоединением эаявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 230181. Бюллетень Йо 3

Дата опубликования описания 230181 (51)М. Кл.з

G 01 В 21/00

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 631.715 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э.K Яценко, A Н. Аксенов, Л.М. Кошарский, В.Э. Лейбович и А.Д. Похоровский (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

К недостаткам устройства, снижающим точность измерений, относятся зависимость точности отсчета линейных перемещений от ширины штриха измерительной растровой линейки и зависимость точности отсчета от расстояния между штрихами измерительной растровой линейки.

10 Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено узлом определения взаимного положения штрихов измерительной растровой линейки и неподвижной шкалы, соединенным входами с выходами узла нормирования видеосигнала и счетчика, а выходами со входом узла управления катушкой

;р кадровой развертки телекамеры и вторым входом конъюнктора, ширина штрихов шкалы выполнена неравной минимальной ширине штриха измерительной растровой линейки.

25 На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — два рабочих варианта взаиморасположения штрихов неподвижной шкалы и измерительной линейки и соответствующие этим положениям формы сигналов.

Изобретение относится к прецизионному станкостроению и может использоваться для измерения линейных перемещений в системах программного управления или в системах контроля точности координатных линейных перемещений рабочих органов станков.

Наиболее близким по технической. сущности к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее передающую телевизионную камеру и неподвижную штриховую шкалу, закрепляемую на неподвижной части станка, измерительную растровую линейку, эакрепляемую на подвижной части станка параллельно неподвижной штриховой шкале и имеющую шаг, равный шагу шкалы, оптическую систему и электронный блок, состоящий из узла нормирования видеосигнала, соединенного входом с выходом телекамеры, счетчика, генератора импульсов, конъюнктора, соединенного входом с выходом генератора импульсов, а выходом со входом счетчика, узла установки нуля, соединенного выходом со входом счетчика и узла цифровой индикации, соединенного входами с выходами счетчика (1g

Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов

798482

Устройство для измерения линейных перемещений содержит передающую телевизионную камеру 1, неподвижную штриховую шкалу 2, закрепляемую на неподвижной части станка,измерительную растровую линейку 3, закрепляемую на подвижной части станка параллельно неподвижной штриховой шкале 2 и имеющую шаг, равный шагу шкалы 2, электронный блок 4 и оптическую сис—

I тему, включающую, например, освети- »О тель 5, конденсатор б и объективы 7 и 8.

Электронный блок включает узел 9 нормирования видеосигнала, соединенный входом с выходом телекамеры 1, счетчик 10, генератор 11 импульсов, конъюн.<тор 12, соединенный входом с выходом генератора 1.1 импульсов, а выходом — со входом счетчика 10, узел 13 установки нуля, соединенный выходом со входом счетчика 10, узел 2Î

14 цифровой индикации, соединенный входами с выходами счетчика 10, узел 15 определения взаимного положения штрихов 16 измерительной растровой линейки 3 и штрихов 17 25 неподвижной шкалы 2, соединенный входами с выходами узла 9 нормирования видеосигнала и счетчика 10, а выходами — с входом узла управления катушкой кадровой развертки телекамеры

1 и вторым входом конъюнктора 12, ширина штрйхов 17 шкалы 2 выполнена неравной ширине штрихов 16 измерительной растровой линейки 3.

3$

Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом.

Световой поток осветителя 5, преобразованный конденсатором б, попадает на измерительную растровую ли- 4Е нейку.3. Объективом 7 иэображение штрихов 16 измерительной растроной линейки 3 совмещается со штрихами неподвижной штриховой шкалы 2 так, то штрихи 17 шкалы 2 сдвинуты относительно штрихов 16 линейки 3 вдоль штрихов (фиг. 2а, где 8» - ширина штриха 16 измерительной растровой линейки 3; 3 2 — ширина штриха 17 неподвижной штриховой шкалы 2). 50

° Светорой поток, проходя шкалу 2, в,дальнейшем несет иэображения ее африхов 17 и штрихов 16 линейки 3, которые передаются на фоточувствительный слой трубки передающей телевизионной камеры 1 с помощью объектива 8. При этом на фоточувствительном слое трубки телекамеры 1 создается электронный потенциал, соответствующий оптическому изображению.

Электронный луч телекамеры 1 считы- 49 вает этот потенциал, и при этом на ныходе телекамеры 1 образуется импульсной формы видеосигнал, который подается на узел 9 нормирования видеосигнала. И

После»;.-.. : »åöåíèÿ контг... р..: ==мого рабочего орлаHB станка с = .:.6="ri. 1ßí— ной на нем измерительной р-. "рсвой линейкой 3 на требуемую координату штрихи 16 измерительной линейки 3 занимают одно из двух .возможных поло-" жений относительно штрихов 17 неподвижной шкалы 2. Первое положение — штрих 16 линейки 3 находится н поле штриха 17 шкалы 2 (фиг. 2а).

Второе положение — штрихи 16 и 17 расходятся (фиг. 2б).

Благодаря смещению штрихов 17 вдоль штрихов 16 все последующие рассуждения, относящиеся к первому положению штрихов 16 и 17, справедливы также и в том случае, когда оси штрихов 17 и 16 совпадают.

В первом положении штрихов 17 и 16 (фиг. 2а) сигнал, снимаемый с телекамеры 1, имеет форму U< . При достижении электронным лучом начала изображения штриха 16 измерительной растровой линейки 3 в точке А напряжение сигнала скачкообразно изменяется на величину U» . При достижении элек .зн ным лучом конца штриха 17 шкалы 2 в точке Б величина выходного напряжения скачкообразно изменяется на О» в обратном направлении. Луч в этом случае движется по траектории A-Б-В, что обеспечивается узлом 9 нормирования видеосигнала. Отрезок времени при котором значение видеосигнала на выходе телекамеры 1 минимально, пропорционален сумме сдвига qr середин штрихов 17 и 16, половине ширины 8» штриха 16 линейки 3 и половине ширины

8g штриха 17 шкалы 2, т.е.

32

+ + р р

Узел 15, дифференцируя импульс 0„ разрешает через конъюнктор 12 заполнение счетчика 10 в течение промежутка с» масштабирующими импульсами от генератора 11.

Кроме того, узел 15 вырабатывает импульсы 02 (фиг. 29) постоянной длительности и по состоянию счетчика 10, пропорциональные сумме ширины

8» штриха 16 и неличины Ь. перемещения измерительной линейки 3, обеспечивающие определение узлов 15 взаимного положения штрихов 16 и 17, т.е. !

e» +a )

l1pH ВТоМ Е„ „ ° 4c Е, Если за время с2 сигнал ни разу не изменяет своего состояния (т.е.

ДО» Щ= 0), что свидетельствует о том, что штрихи 16 и 17 не расходятся,, узел 15 управляет катушкой кадровой разнертки телекамеры 1 при каждой второй строчной развертке по траектории Г-Д-Е. В этом случае на выходе узла 9 нормирования видеосигнала при каждой второй строчной раз-. т.е.

t< + t@-- 2y

Зртке формир ется . ь (Фиг.2ж) длительностыс . при та;

О, 1 - (р- —.—

В течение времени t„ на вход счетчи«а 10 подаются масштабирующие импуль ы от генератора 11 через конъюнктор 12.

Таким образом, за две строчные развертки на счетчике 14 накапливается количество импульсов, пропорциональ- ® т.. ., t>- 2q

Частота масштабирующих импульсов заполняющих счетчик 10, и часто3$ та развертки электронного луча связаны соотношением f = S

Р где S — число штрихов, на которое делится величина шага расположения штрихов 16 измерительной растровой 0 линейки 3 с целью получения требуемой разрешающей способности.

По истечении каждого цикла, состожцего из времени двух строчных разверток электронного луча, по ко- 2$ маиде узла управления строчной катушкой телекамеры 1 узел 14 цифровой ин-. дикации подключается к счетчику 10.

Йри втором положении штрихов 16 и 17 электронный луч, обегая штрихи Зп

17 и 16 по траектории A-Б-Ж-3 -8 генерирует на входе узла 9 нормирования видеосигнала сигнал U (иг. 2г), которий изменяет свое значение по амплитуде раньше промежутка времени tg, ф в течение которого узел 15 вырабатывает импульс Ug(фиг. 2е), позволяющий в совокупности с сигналом U определять, что штрихи разошлись (не находятся в поле друг друга). На входе узла 15 формируется сигнал U (фиг. 2з), длительность которого .(4 -;)

В течение времени а йа .,=::.,: счетчика 1, через конъюнктор под=-ются масш- 45 табирующие импульсы от генератора 11.

Так как в течение времени $ то узел 15 при второй строчной развертке не изменяет траекторию луча, но © генерирует сигнал U> длительностью (8„6 1 y- — - — 1 (фиг. 2u) .

3 я Я)

Как и в первом случае, в течение . времени t> на вход счетчика 10 поИ даются импульсы от генератора 11. 3а две строчные развертки на счетчике

10 количество импульсов определяется длительностью

+ t>, равно

46

2 (7 яI (g р)г.

Если на вход счетчика 10 подается количество импульсов в течение времени, равного сумме времени 7.. 1 и пропорциональных сдвигу штрихов 17 и 16, линейки 3 и шкалы

2, находящихся в зоне мишени трубки телекамеры 1, то узел 14 цифровой индикации показывает результат Г, равный n 4g

К, Таким образом, в предлагаемом устройстве не только исключается влияние изменения ширины штриха линейки 3, но и происходит усреднение возможной ошибки шага, что существенно повышает точность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, например рабочих органов станков, содержащее передающую телевизионную камеру и неподвижную штриховую шкалу, закрепляемую на неподвижной части станка, измерительную раст ровую линейку, закрепляемую на подвижной части станка параллельно неподвижной штриховой шкале и имеющую шаг, равный шагу шкалы, оптическую систему и электронный блок, состоящий из узла нормирования видеосигнала, соединенного входом .с выходом телекамеры, счетчика, генератора им- пульсов, конъюнктора, соединенного входом с выходом генератора импульсов, а выходом со входом счетчика узла установки нуля, соединенного выходом со входом счетчика и узла цифровой индикации, соединенного входами с выходами счетчика, о т л ич а ю щ е в еятем,,что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено узлом определения взаимного положения штрихов измерительной растровой линейки и неподвижной шкалы, соединенным входами с выходами узла нормирования видеосигнала и счетчика, а выходами — со входом узла управления катушкой кадровой развертки телекамеры и вторым входом конъюнктора, а ширина штрихов шкалы выполнена неравной минимальной ширине штриха измерительной растровой линейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническое описание (2455

Аф2.00.ОООН) датчика обратной связи

ЭОЛ-1 Куйбышевского станкостроительного объединения.;