Преобразователь угла поворота вала в код

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 68.325 (088,8) до делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения 7) Заявите ЛА ПОВОРОТА ВАЛА В(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ ыходным вадовой дорож- фотоприемели с отсчетрешением ель угла последосвета, моа кольцеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к оптикоо-электрон ны м устройства м для представ. ления аналоговых величин в дискретной форме, и предназначено для использования в координатно-расточных станках с програм-., Известны преобразователи, у которых лимб точной системы отсчета установлен на одном валу с модулирующей маской, приводимом во вращение электродвигателем. Импульсы съема информации с лимбов точной и грубой систем отсчета формируются сигналами фотоприемника, регистрирующего световой.поток с растровых колец 1:1.Наличие в преобразователе электродвигателя снижает надежность и препятствует получению высокой точности преобразования угла поворота вала в код из-за боя подшипников электродвигателя,Наиболее близким техническимк данному является преобразоватповорота вала в код, содержащийвательно установленные источникидулнруюшнй лимб, закрепленный н вом камертонесоединенный с влом, измерительный лимб с кокой грубого отсчета, световод иник, соединенные через усилитным блоком 121В этом преобразователе дискретностьсъема информации ограничивается шириной штрихов измерительного лимба и считывающих щелей, которая может быть доведена до0 мкм, что, например, при диаметре лимбов 200 мм дает дискретность измерения угла 20 угл, с. и дальнейшее повышение точности ведет к неоправданному росту габаритов преобразователя, Кроме того, при смене разрядов погрешность нанесения штрихов и считывающих щелей на лимбах прямо входит в конечный отсчет, Конечный отсчет может быть получен только после снятия двух отсчетов, разнесенных во времени, а это приводит к большим динамическим погрешностям и даже, сбою информации при вращении выходного вала.2 ф Целью изобретения является повышениеточности и надежности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, чтов преобразователе угла поворота вала вкод на измерительный лимб концентрично с кодовой дорожкой нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром и дополнительная дорожка грубого отсчета, а на модулирующий лимб нанесена кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром, причем выход фотоприемника точного отсчета через усилитель подключен к источникам света грубого отсчета.Одновременный съем информации с большого числа штрихов тоцной дорожки измерительного лимба позволяет эа счет осреднсния значительно уменьшить влияние погрешностей нанесения отдельных штрихов на точность отсчета, при этом дискретность отсчета определяется частотой импульсов, заполнякнцих временной интервал, соответствующий углу поворота вала, а не шириной штрихов, что позволяет получить дискретность отсчета угла в десятые доли угловой секунды. Нанесенные на одном лимбе дорожки грубого и точного отсчета исключают возможность взаимного рассогласования отсчетов, а подключение импульсных источников света грубого отсцета через усилитель к фотоприемнику точного отсчета исключает неопределенность считывания на границах смены разрядов в грубом отсчете, при этом выполняются условия согласования грубого и точного отсчета, так как съем информации с дорожки грубого отсчета осуществляется по сигналам фотоприемника точного отсчета. Введение дополнительной дорожки грубого отсчета позволяет путем однократного съема информации восстановить позиционныи код в грубом отсчете, тем самым, исключить динамические погрешности и увеличить быстродействие преобразователя,На чертеже представлена функциональная схема преобразователя угла поворотавала в код.Преобразователь выполнен следующим образом.Кольцевой источник светаи источники 2 света грубого отсчета (светодиоды), число которых равно числу разрядов грубого отсчета; установлены перед модулирующим лимбом 3. Модулирующий лимб 3 закреплен на кольцевом камертоне 4, приво- лимом в колебательное движение системой возбуждения, состоящей из катушек 5 возбуждения и обратной связи 6, расположенных на постоянных магнитах 7, и усилителя 8, ко входу которого подключена катушка обратной связи 6, а к выходукатушка 5 возбуждения. Измерительный лимб 9 жестко связанный с выходным вйлом О, установлен непосредственно за модулирующим лимбом 3. На модулирующий лимб 3 нанесена кольцевая дорожка с радиальным штриховым растром 11 (щелями), а на измеритель ный лимб 9 того же радиуса и с тем же шагом нанесена кольцевая дорожка точного отсчета с радиальным штриховым растром 12, за которым установлен световод 13 и далее фотоприемники 14 точного отсчета.Считывающие идели 5 нанесены на томже радиусе, цто и кодовая дорожка 16 грубого отсчета и дополнительная дорожка 17 грубого отсчета. Фотоприемники 18 и 19 грубого отсчета установлены эа кодовыми дорожками 16 и 17 измерительного лимба против считывающих щелей 15.Выходы фотоприемников 14, 8 и 9 подключены ко входам соответствуюгцих усилителей 20, 21 и 22. К выходу усилителя 20 подклюцены импульсные источники 2 света и вход электронного блока 23 точного отсчета, в котором формируются младшие разряды позиционного кода. Выходы усилителей 21 и 22 подключены ко входам соответствующих электронных блоков 24 и 25, в которых происходит обработка первичной информации грубого отсчета. Выходы электронных блоков 23, 24 и 25 подключены к входным шинам выходного регистра 26. Выход усилителя 8 системы возбуждения камертона подключен ко входу регистра 26, раз решающему запись в регистр, и к блоку 27задержки, Выход блока 27 задержки под.ключен ко входам установки в исходное состояние электронных блоков 23, 24 и 25.Электронные блоки 23, 24, 25, блок 27задержки и выходной регистр 26 - составзв ляют отсчетный блок 28.Преобразователь работает следующим об.разом.Световой поток от кольцевого источникасвета 1 поступает на модулирующие щели 1 модулируюшего лимба 3 и далее на дорожку точного отсчета2 измерительного лимба 9, При колебаниях камертона 4 колеблется и модулирующий лимб 3, укрепленный на этом камертоне, а следовательно, колеблются и щели 1. При совпадении ще 4 в лей 11 с прозрачными штрихами2 дорожектоцного отсчета Ьа фотоприемник 4 поступает световой поток, в противном случае - нет. Световые импульсы преобразуются фотоприемником 14 в электрические. Длительность импульсов зависит от взаимного углового положения модулируюшего и изме.рительного лимбов. При повороте вала 1 О поворачивается и связанный с ним измерительный лимб 9, что приводит к изменению длительности импульсов фотоприемника 14. фф Вследствие синусоидального характера движения модулирующего лимба 3 изменение длительности импульсов от угла поворота вала 10 носит арксинусный характер:=- аге з 1 п -. 1 кгде- изменение длительности; в - круговая частота колебаний ка. мертона;5У - угол поворота нала;Л амплитуда колебаний камертона вугловой мере.Длительностьопределяется как временной интервал между начальным импульсом, вырабатываемым усилителем 8 системой возбуждения камертона 4, м моментом совпадения модулирующей щели 11 с границей прозрачного и непрозрачного штриха дорожки точного отсчета 12 измерительного лимба 9.Таким образом, по длительности т можно судить об угле поворота вала 1 Р. Г 1 реобразование длительности импульса в двоичный код может производиться любым известным способом, например, подсчетом числа заполняющих импульсов.Информация с дорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 снимается в момент совпадения модулирующих щелей 11 модулирующего лимба 3 с границами штрихов дорожки 12 точного отсчета измерительного лимба 9 подачей импульса напряжения с усилителя 20 фотоприемника 14 точного отсчета на импульсные источники 2 света. Выбор этого момента времени обусловлен тем, что в это время гцели 1 модулируктщего лимба 3 занимают положение против ш(трихов (прозрачных или непрозрачных) дорожек 16 и 17 грубого отсчета измерительного лимба 9 и тем самым исключается неопределенность считывания на границах смены разрядов в грубом отсчете и выполняются условия согласования грубого и точного огсчета, так как съем информации с дорожек грубого отсчета осуществляется по сигналам фотоприемника точного отсчета.Световые импульсы от импульсных источников 2 света, воспринятые фотоприемниками 18 и 9 грубого отсчета, усиленные соответствуюьцими усилителями 21 и 22; поступают в электронные блоки 24 и 25.При повороте измерительного лимба 9 в пределах первого сектора дорожки 16 грубого отсчета с фотоприемников 18 снимается с помощью щелей 15 обычный двоичный позиционный код. Гри дальнейшем повороте измерительного лимба 9 после смены секторов разряды циклически меняются местами. Для восстановления позиционного кода необходим один циклический сдвиг всего кода назад. Гри дальнейшем увеличении угла поворота вновь произойдет циклическая перестановка разрядов и для восстановления позиционного кода потребуется произвести два циклических сдвига всего кода и т. д. Задача определения положения разрядов решается с помощью дорожки 17, однозначный код которой воспринимается фото. приемниками 19, усиливается усилителяМи 22 и дешифрируется блоком 25. На выходе блока 25 в результате дешифрации появляется позиционный код, который одновременно представляет собой самые старшие разряФормула изобретения Преобразователь угла поворота вала вкод, содержащий последовательно размеценные источники света, модулирующий лимб,закрепленный на кольцевом камертоне, соединенный с выходным валом, измерительный лимб с кодовой дорожкой грубого отсчета, световод и фотоприемники, соединенныечерез усилители с отсчетным блоком, отличающийся тем, что, с целью повышенияточности и надежности преобразователя иаизмерительный лимб концентрично с кодовой дорожкой нанесена кольцевая дорожкаточного отсчета с радиальным штриховымрастром и дополнительная дорожка грубогоотсчета, а на модулирующий лимб нанесенакольцевая .дорожка с радиальным штриховым растром, причем выход фотоприемникаточного отсчета через усилитель подключенк источникам света грубого отсчета.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР167448, кл,. С 08 С 9/06.2. Авторское свидетельство СССР430422; кл. С 09 С 9/06, 1972 (прототип). 40 45 0 6ды выходного кода и указывает число сдви гов, необходимых для восстановления пози ционного кода в блоке 24, принявшем ин. формацию с дорожки 16 измерительного лимба 9 с помощью фотоприемников 18 и усиленных усилителями 21.Г 1 олный код об угловом положении вала хранится в выходном регистре 26, на кото. рый поступает информация с блока 23 точ.ного отсчета и блоков 24, 25 грубого отсчета, Запись информации в выходной регистр осуществляется начальным импульсом с уси лителя 8 системы возбуждения камертона. Этот же импульс устанавливает блоки 23, ,24 и 25 в состояние, готовое к приему новой информации.Выполнение на одном лимбе дорожек точного н грубого отсчетов исключает воэможность их взаимного рассогласования, а нанесение описанным выше образом штрихов на лимбах позволяет сократить число кольцевых дорожек без уменыцения требуемой разрядности, что уменьшает габариты преобразователя. Введение кольцевого камертона в качестве привода модулирующего лимба исключает погрешности боя подшипников и нестабильности скорости вращения, а отсутствие трущихся частей сугцественно повышает надежность преобразователя в целом и допускает работу в условиях глубокого вакуума.Проведенные испытания макета преобразователя показали высокую чувствительность (десятые доли угловой секунды), при диаметре лимбов 60 мм, малое энергопотребление и высокую надежность.Составитель И. Назред К. Шуфрнчаа 662твенного комитретеннй н отк35, Рву шскаяг. Ужгород, ул Редактор И. Ковальнук аква 408/20 Т ЦН ИИГ И Госуда по делам н13035, Мос ква, Ж Филиал ППП Патент