Интерполятор

24 азованитар- Ф тся к устрои гналов датчи ил 9 авВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Вильнюсский филиал Экспериментального научно-исследовательскогоинститута металлорежущих станков. Авторское свидетельство СССРВ 1033867, кл. С 01 В 21/00, 1981.Ехгегпа 1 рп 1 ве яЬардп 8 е 1 ессгопхсв - ЕХЕ. Проспект фирмы "Вг.(57) Изобретение относиствам преобразования си ков перемещений и может быть использовано, в частности, в линейных и круговых измерительных системах пере мещения рабочих органов станков с ЧПУ и У 1 И и координатно-измерительных машин, Пель изобретения -повышение разрешающей способности интерполятора. Интерполятор содержит датчик 1 перемещений с квадратурным выходом, усилитель 2, преобразователи 313 квадратурных сигналов в унитарный код, инвертор 4, фазавращатель 5, логическийкоммутатор 6. Изобретение позволяет строить интерполяторы с . различными коэффициентами преобразования на базе идентичных преобр телей квадратурных сигналов в у ный код с одинаковым коэффициентом преобразования, при этом нет необходимости в их специальной разработке.1562683 Изобретение относится к устройствам преобразования сигналов датчиков перемещения и может быть использовано, в частности, в линейных и круговых измерительных системах перемещения рабочих органов станков с ЧПУ и УЦИ и коорДинатно-измерительных машин.Пелью изобретения является повышение разрешающей способности интер;полятора путем использования идентичных преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с одинаковым коэффициентом преобразованияНа фиг.1 представлена структурная схема интерполятора; на фиг,2 - временные диаграммы для этой схемы; на Фиг.3 - схема блока логической обработки; на Фиг.4 - временная диаграмма для этой схемы.Интерполятор содержит датчик 1 пе;ремещений с квадратурным выходом, усилитель 2, преобразователи 3 - 3 квадратурных сигналов в унитарный код 25 с одинаковым коэффициентом преобразования, инвертор 4, фазовращатель 5 и логический коммутатор 6.Интерполятор работает следующим образом.30П р и м е р 1. На базе преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код с коэффициентом преобразования 20 строится интерполятор для датчиков перемещений с коэффициентом преобразования 40.Датчик 1 перемещений вырабатывает на своих квадратурных выходах два гармонических сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90 (фиг.2-1, 40 а и в). Период этих сигналов соответствует шагу перемещений (например, для датчиков фотоэлектрического типа - шагу растровой меры, порядок котоРой 10-80 мкм). Эти сигналы Уста навливаются в усилителе 2 и далее поступают на первый преобразователь 3, квадратурных сигналов в унитарный код сигналы на его выходе показаны на фиг.2-2 и 3 (период этих сигналов50 в пять раз меньше исходного сигнала), так как они сдвинуты на четверть периода друг относительно друга, то информация о перемещении по фронтам обоих сигналов в 20 раз чаще исходного сигнала (т.е. его коэффициент55 преобразования 20), Итак, если шаг растра 20 мкм, то разрешающая способность на выходе преобразователя уже равна 1 мкм. Иными словами, коэффициент преобразования преобразователя3 равен 20,Сигналы с выхода усилителя 2, а,также с выхода инвертора 4 поступаютна фазовращатель 5 (например, потенциометрического типа, т.е. обеспечивающего любое вращение фазы при подаче квадратурных сигналов на резисторные цепочки, при этом значениеФазы определяется соотношением сопротивлений резисторов в резисторнойцепочке).Математическое выражение для определения значения фазы, на котороеследует осуществить поворот в фазо 360 Овращателе 5 имеет вид --- 1 гдеЭгг=0,1,2 - (п), и=-; г - требуемыйкоэффициент преобразования разрабатываемого интерполятора; 1 - коэффициент преобразования имеющегося в наличии преобразователя 3 квадратурныхсигналов в унитарный код,В нашем примере 1=20, г=40, тогдап=40:20=2, т.е. требуется всего дваидентичных преобразователя квадратурных сигналов в код., обозначенныхна фиг,1 позициями 3 и. 3, Поворотфазы обоих квадратурных сигналовследует осуществить на величину360 о9 так как п=2 то 1=0 и 1=140Эна выходе фазовращателя 5 две парыквадратурных сигналов:первой паре сннусоидального и косинусоидального сигналовсоответствует фазе 0, а другой паре (тоже синусоидального и коосинусоидального) сигналов - фаза 9Таким образом, на преобразователь3 квадратурных сигналов в унитарныйкод поступают ортогональные сигналыо(сдвиг между ними 90 ), сдвинутые на9 (фиг.2-1, с и д) относительно оротогоналЬных сигналов, подаваемых напреобразователь 3 , Поскольку преоб 1разователь 3 идентичен преобразователю 3 то на его выходе также образуются прямоугольные сигналы, сдвинутые на четверть периода друг относительно друга (фиг.2-4 и 5), однакоотносительно выходных сигналов, поступающих на преобразователь 3 , они1 фсдвинуты на 9 О (в масштабе входныхсигналов), В масштабе выходных.сигналов преобразователей 3 и 3 величина сдвига равна 45 (так как их1562683 период в пять раз меньше периодавходных сигналов). Выходы преобразователей 3 и 3 связаны с логическим1коммутатором 6.В данном случае этот блок содержитобычные сумматоры по модулю два (элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), которые изсигналов (фиг.2-2 - 5) прямо формируют сигналы (Фиг.2-6 и 7). Это прямоугольные сигналы типа меандр, период которых в 10 раз меньше периодавходных сигналов, так как эти сигналысдвинуты на четверть периода (фиг.2-6и 7), то информация о перемещении пофронтам обоих сигналов в 40 раз чаще(число фронтов за период равно четырем). Т,е. если шаг растра 20 мкм,то разрешающая способность на выходепреобразователя перемещений в кодравна 0,5 мкм.П р и м е р 2. Пусть требуется интерполятор с коэффициентом г=100, вналичии имеются преобразователи квадратурных сигналов в унитарный кодс, коэффициентом преобразования 1=20.гТ.е. и = - = 100/20 = 5. Фазовращатель 5 при этом должен сдвигать фазу360"на величину кратную -- = 3 6 . ТакЭ100как п=5, то возможные значения д0 - 4, т.е. на выходе. Фазовращате.ля должно быть пят пар квадратурныхсигналов с Фазами О; 3,6, 3,6 х 2==7,2; 3,6 х 3=10,8 и 3,6 х 4=14,4, которые должны быть подключены соответственно на пять преобразователейПоскольку взяты в качестве исход-ных пять идентичных преобразователейквадратурных сигналов в унитарныйкод с коэффициентом преобразования20, то на выходе каждого из этих преобразователей будут два сдвинутых начетверть периода прямоугольных сигналов типа меандр, а между собой этипять пар квадратурных меандров будутсдвинуты на 180 (3,6 л 5=18 ),Эти сигналы, поступающие на логический коммутатор 6, показаны нафиг.4-1-10. Построение этого блокабазируется на обычной позиционной логике с использованием элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (схема логического коммутатора 6 представлена на фиг.З).Она состоит из восьми элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Напряжение в точкахсхемы 1-18 показано на фиг.4. Итак,6в точках 14 и 18 образуются последовательности прямоугольных импульсов(типа меандр), сдвинутые на четвертьпериода друг относительно друга. Эти 5сигналы и являются выходными сигналами предлагаемого интерполятора, ихпериод в 25 раз меньше исходного сигнала, получаемого с датчика 1 перемещения и с учетом всех четырех фронтоввыходных квадратурных сигналов имеется интерполяция на 100 частей, чтопри шаге растра в 20 мкм означаетвозможность получения дискретности0,2 мкм (20:100=0,2).Аналогично могут быть построеныинтерполяторы и с другими коэффициентами преобразования. Формула изобретенияИнтерполятор, содержащий датчикперемещений с квадратурным выходом,усилитель, преобразователь квадратур ных сигналов в унитарный код и логический коммутатор, первый и второйвыходы которого являются выходами интерполятора, а первый и второй информационные входы подключены к выходампреобразователя квадратурных сигналов в унитарный код, первый и второйинформационные входы которого подключены к первому и второму выходам усилителя, первый и второй входы которого подключены к синусному и косинусному выходам датчика перемещений сквадратурным выходом, вход которогоявляется входом интерполятора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности интерполятора, в него введены инвертор, (и) преобразователей квадратурных сигналов в унитарный код ифазовращатель с (и) квадратурными 45 выходами, первый и второй информационные входы которого подключены к первому и второму выходам усилителя,третий информационный вход фазовращателя подключен к выходу инвертора,вход которого подключен к первомувыходу усилителя, а пары синусных икосинусных выходов фазовращателя подключены к парам информационных входов дополнительных преобразователей 55квадратурных сигналов в унитарныйкод, первый и второй информационные,выходы которых подключены к соответ-ствующнм парам информационных входовлогического коммутатора.15 б 2 б 83 Составитсль И.ФатаховТехред Л,Олийнык Редактор Г,б рректор М.Ш Заказ 105 Тираж 504 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москвар Ж 35 р Раушская наб;, д, 4/5 судар ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага венноРоизво