Устройство управления приводом делительной машины

)5 В 23 РЕТЕНИЯ ИСАНИ етение о ке и маж ных маш ания диф тно устр лительно юи непо ны. Прив Изоб ной техни делитель для нарезИзвес водом де подвижну ной маши машины, последодатчик перемещеремещений, выход равляющим входом о устройства при м машинам для де решеток является ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ДЕЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ(57) Использование: измерительная техника, в делительных машинах, предназначенных для изготовления дифракционных решеток, Сущность изобретения: устройство содержит неподвижную и подвижную части с приводами грубого и точного перемещений, модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещения, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная и индикаторная шкалы соединены с неподвижной частями делительной машины соответственно, растровая тносится к измерительет быть использовано в инах, предназначенных ракционных решеток. ойство управления прий машины, содержащее движную части делительод, связанный с подвижЮ ,1775271 решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода растра, а каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником через один иэ растров. Устройство также включает синхронный детектор и мультивибратор, причем первый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход - с вторым источником света, выход фотоприемника связан с входом привода грубых перемещений через последовательно соединенные детектор и блок отсчета перемещений с сигнальным входом синхронного детектора через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений. Сигнальный выход синхронного детектора связан с входом привода точных перемещений через введенные в устройство последовательно соединенные компаратор, накопитель, переключатель, ВС-цепочку и сумматор, при этом управляющий вход переключателя подключен к выходу блока отсчета перемещений, а второй сигнальный вход его заэемлен, второй вход сумматора связан с выходом синхронного детектора. 2 ил. ной частью делительной вательно соединенные ний и блок отсчета пе которого соединен с уп привода.Недостатком данно менительно кделительвы ления дифракционных40 перемещений чеоез последовательно соециненнье детектор и блок отсчета переме 50 малая точность позиционирования подвижной части в периоды нанесения очередных штрихов, В эти периоды подвижная. часть претерпевает дрейф под действием упругих деформаций привода, накопленных при подаче подвижной части в положение позиционирования. Величина дрейфа является неконтролируемой, зависит от целого ряда факторов и флуктуации этой величины проявляотся на дифракционных решетках как ошибки деления.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство управления приводом делительной машины, содержащее неподвижную и подвижную части делительной машины, приводы грубого и точного перемещений, последовательно связанные кинематически с подвижной частью делительной машины, модул и рова нн ый дифферен циальный фотоэлектрический датчик перемещений, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная шкала соединена с неподвижной частью делительной машины, модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещений, выполненный в видедвухисточников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная шкала соединена с неподвижной частью делительной машины, растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода растра и каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником. через один из растров, синхронный детектор и мультивибратор, причем пераый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход - со вторым источником света, выход фотоприемника связан со входом привода грубых щений и с сигнальным входом синхронного детектора - через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений, В этом устройстве введен управляемый привод точных перемещений (в качестве которого могут служить пьезоэлектоический или агнитострикционный элементы), установленный в кинематической цепи, связывающей привод грубых перемегцений с подвижной частью, а кроме того обеспечивается замкнутый контур автоматического регулирования положения по 5 10 15 20 25 30 35 движной части. За счет этого осуществляется позиционирование подвижной части в определенные периоды работы устройства,После подачи подвижной части в положение ее очередного позиционирования, когда срабатывает блок отсчета перемещений,ключ открывается и замыкает контур регулирования положения подвижной части. В результате исходная величина дрейфа, как иее флуктуации, уменьшается в К+ 1 раз, где К - коэффициент усиления разомкнутой системы регулирования.Недостатком данного устройства является ограниченная возможность достижения точности позиционирования подвижной части. Это ведет к образованию ошибок деления и прежде всего случайных(местных ошибок), сравнительно медленно изменяющихся по ширине нарезки. Это связано с тем, что вышеуказанная система регулирования всегда характеризуетсянекоторым (и не слишком большим) критическим значением коэффициента К (обозначим его К), выше которого увеличивать этоткоэффициент нельзя - в системе возникаютавтоколебания,Согласно теории автоматического регулирования возможность оптимизации (повышения) коэффициента К определяетсявозможностью увеличения отношения постоянных времени Т 1 и Т 2 в уравнении разомкнутой системы регулирования(включающей объект регулирования - подвижную часть - и регулятор)Т 1 - +Т 1 - + Я (К+1) - гь,ОЯ ОЯсИ фгде Я - величина дрейфа;1- время;Рь - функция возмущения положенияподвижной части (в нашем случае можнопринять Гь = Яь, где Яь - деформация привода подвижной части),Такимобразом, К = - ,ПриэтомуменьТ 1Т 2шить Т 2 нельзя, поскольку ее величина определяется в основном инерционноймассой подвижной части и частично инерционностью (временем запаздывания) фильтрующих элементов регулятора. (Хотяинерция элементов регулятора сведена кминимуму за счет оптимизации структурыустройства-прототипа),Увеличение инерционности регулятора(постоянной Т 1) выше некоторой величиныневозможно, поскольку тогда регулятор несможет следить за меняющейся величинойдрейфа и реагировать на ее увеличение,Цель изобретения - повышение точности деления.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммысигналов, формируемых на выходах блоковустройства.Устройство содержит неподвижную 1 иподвижную 2 части, С подвижной частью 2связаны кинематически последовательносоединенные приводы грубого 3 и точного 4перемещений. Модулированный дифференциальный датчик 5 перемещений подвижной части 2 включает в себя измерительнуюшкалу 6, установленную на неподвижнойчасти 1, и индикаторную шкалу 7, закрепленную на подвижной части 2, На обеихшкалах нанесены растровые решетки, причем растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу 7 в виде двух растров,сдвинутых один относительно другого наполовину периода растра. Датчик перемещений 5 включает в себя также два источника света 8 и 9 и фотаприемник 10, причемкаждый источник света сопряжен оптическис фотоприемником 10 через соответствующий растр индикаторной шкалы 7. Электронная схема устройства содержитпоследовательно связанные детектор 11 иблок отсчета перемещений 12, посредствомкоторых выход фотоприемника 10 соединенсо входам привода грубых перемещений 3.К выходу фотоприемника 10 подключенытакже последовательно соединенные ключ13 и синхронный детек-ор 14. Управляащийвход ключа 13 подключен к выходу блокаотсчета перемещений 12.Устройство содержит мультивибратор15, оба противоположных входа которогосоединены с источниками света 8 и 9, а одиниз выходов соединен также с управляющимвходом синхронного детектора 14.Сигнальный выход синхронного детектора 14 связан со входом привода точныхперемещений 4 посредством введенных вустройство последовательно связанныхкампаратора 16, накопителя 17, переключателя 18, КС-цепочки 19 и сумматора 20. Приэтом второй сигнальный вход переключателя 18 эаземлен, его управляющий вход падклачен к выходу блока отсчетаперемещений 12, второй вход сумматора 20связан с выходом синхронного детектора14.Устройство работает следующим образам.Мультивибратор 15 формирует прямоугольные импульсы, поступающие в противофазе на источники света 8 и 9,Измерительная 6 и индикаторная 7 шкалы образуют растровое сопряжение, которое при перемещении подвижной части 2относительно неподвижной части 1 модулирует световые потоки, формируемые источниками света 8 и 9. Благодаря взаимномусдвигу растровых решеток, нанесенных наиндикаторную шкалу 7 на величину, равную5 половине периода растра, электрическиесигналы, снимаемые с фотоприемника 10содержат две огибающие 21 и 22 (фиг. 2),сдвинутые одна относительно другой на180 С. Частота и фаза сигналов, фармиру 10 ющих огибающие, определяется частотойсигналов, формируемых мультивибратором 15 и фазой муаровых полос датчика 5,Огибающие детектируются по модулюдетектором 11; однаполярные колебания 2315 с его выхода поступает на вход блока отсчета перемещений 12, В процессе подачи подвижной части 2 относительнанеподвижной 1 приводом грубых перемещений 3 блок 12 просчитывает заданное20 число колебаний 23. После этого на выходеблока 12 формируется сигнал, отключающий привод грубых перемещений 3 (и одновременно включающий ключ 13 ипереключатель 18) и прекращающие тем са 25 мым подачу подвижной части 2. Затем начинаются дрейфовые смещения 5 подвижнойчасти 2.Сигнал с выхода фотоприемника 10 поступает через ключ 13 на сигнальный вход30 синхронного детектора 14. Опорный сигнална управляющий вход синхронного детектооа 14 поступает с выхода мультивибратора15. Синхронный детектор 14 осуществляет,синхронное (фаэачувствительное) детекти 35 равание огибающих сигнала, снимаемого сфотоприемника 10. На выходе детектора 14формируется сигнал, равный по величинеразности огибающих, с полярностью определяемой соотношением фаэ ега входного и40 опорного сигналов. Включение синхронного детектора 14 ключом 13 осуществляетсявблизи точки 24, где амплитуда сигналаблизка к нулю. Корректирующее напряжение с выхода синхронного детектора 14 па 45 дается через сумматор 20 на вход приводаточного перемещения 4, вызывает ега деформацию. В результате величина дрейфа(кривая 25) уменьшается па сравнению сисходной (кривая 26) в К+ 1 рээ, Уменьшен 50 ный по величине дрейф подвижной части 2имеет (как и ранее) экспо нен циал ьную зависимостьть от времени тЯ 1- Я(1 - е Ф),где Я - асимптатическая величина дрейфа55 в 1-м цикле деления;1 - время;т - постоянная времени дрейфа,На выходе синхронного детектора 14выделяется ко рректиру;а щее изря кение24, соответствующее дрейфуО.= О" (1 - е),где О = асимптотическая величина напряжения.Она примерно равна максимальномунапряжению О, выделяемому на выходесинхронного детектора 14 в конце цикладеления (тфНастраивают вновь введенный контурасимптотического импульсного регулирования. Устанавливают величину напряжениясравнения Оз(28) компаратора 16 несколькоменьшей напряжения О(Оз =0,5 О,750),а постоянную времени ВС-цепочки 19 устанавливают равной постоянной тдрейфа( т = ВС). При работе устройства формируется компенсирующее дрейф напряжение, изменяющееся по зкспоненциальномузакону. По мере увеличения напряжения О(27) на выходе синхронного детектора 14 вопределенный момент времени оно достигнет заданного напряжения Оз и на выходекомпаратора 16 формируется П-образныйимпульс 29, который сохраняется до концацикла деления (когда выключается ключ 13и напряжение О падает до нуля). Этот П-образный импульс подзаряжает накопитель17 так, что напряжение Он (30) на выходенакопителя 17 возрастает от цикла к циклу,В начале каждого цикла позиционированияподвижной части включается переключатель 18 и напряжение Он подается на входВС-цепочки 19, на выходе которой начинается выделяться компенсирующее экспоненциально возрастающее напряжениекоррекцииОи= Он(1 - е).Это напряжение, поданное через сумматор 20 на вход привода точного перемещения 4 вызывает его компенсирующуюдеформацию и за счет этого величина дрейфа уменьшается. При этом уменьшаетсяасимптотическая величина напряженияЬ(27) на выходе синхронного детектора 14и, соответственно, уменьшается продолжительность импульса Тн на выходе компаратора 16. В конечном итоге устанавливаетсястабильный режим работы накопителя 17,когда подзарядка его коротким импульсомТк от компаратора 16 равна его разрядкечерез внешние цепи,В конце каждого цикла деления сигналс выхода блока отсчета перемещения 12снимается, ключ 13 выключается, переключатель 18 г ереключается в исходное положение, когда его вход зэземле. ВС-цепочка19 практически мгновенно разряжается через переключатель 18 до нулевого напряжеНИ Я,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким образом, формируемая в устройстве компенсирующая компонента корректирующего сигнала в виде экспоненты,соответствующей по характеру дрейфу, стабилизирует его величину, резко уменьшает ее и соответственно резко уменьшает изменения во времени напряжения корректирующей компоненты сигнала, Зэ счет этого тракт, формирующий регулирующую компоненту корректирующего сигнала можно сделать более инерционной (увеличить постоянную Т 1) и за счет этого резко повысить эФфективность коррекции (вместе с коэффициентом коррекции К).Формула изобретения Устройство управления приводом дели- тельной машины, содержащей неподвижную и подвижную части с приводами грубого и точного перемещений, включающее модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещения, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками, и фотоприемника, причем измерительная и индикаторная шкалы соединены с неподвижной и с подвижной частями делительной машины соответственно, растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров; сдвинутых один относительно другого на половину периода растра, а каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником через Один из растров, синхронный детектор и мультивибратор, причем первый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход - с вторым источником света, выход фотоприемника связан с входом привода грубых перемещений через последовательно соединенные детектор и блок отсчета перемещений и с сигнальным входом синхронного детектора через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений, о т л и ч э ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности деления, сигнальный выход синхронного детектора связан с входом привода точных перемещений через введенные в устройство последовательно соединенные компэратор, накопитель, переключатель, ВС-цепочку и сумматор, при этом управляющий вход переключателя подключен к выходу блока отсчета перемещений, а второй сигнальный вход его заземлен, второй вход сумматора связан с выходом синхронного детектора.17 15 Б 1 Составитель В,Куинджиактор Т.Иванова Техред М.Моргентал Коррек Доли ни роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 4012 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 45