Оптоэлектронный датчик положения объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИ АЛ И С 1 ИЧ Е С К ИХР Е СГ 1 УБЛ И К 1793 9))5 6 01 В 21/ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) НИЕ И ОПИ К АВТОР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ твенное обьединение норудных, металлурй и энергетических лургии "Днепргермекационные системы Измерител ове прибо ронная и змеро с пер ышле матическ быстрых ТВ комп роцессов Изобретение относитс ной технике и может быть и автоматизации производс сов, в частности для систем ния крупных машин и прокатном производстве.Наиболее близким сущности к предлагаемо ройство, содержащее осв тронный сканатор, распо ними установленную на о ную заслонку, подключенн выходу сканаторэ формир Нала, последовательно со запоминающее ст ойст я к измерительспользовано для твенных процес- позиционировамеханизмов в й тУ Ричем информационный е- ты(71) Научно-производспо автоматизации горгических предприятиобъектов черной металтатоматикэ"72) В.Я.Ободан(56) Артемьев В,М. Лроботов. Минск, 1988,Бессарабов Н,В,и Геремещений на оснносом заряда. Электность, 1982, М с,82-85Петраков А.В.Автолексы для регистрацииМ., 1987,нен с координатным вых управляющий вход ключа мирЬвания видеосигнала,по техническо му является ус етитель,оптпэлекложенную между бьекте непрозрачый к сигнальному ователь видеосигединенные ключ, во и индикатор, вход ключа соедидом скэнатора, а - с выходом фор(54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА(57) Использование: в измерительной технике при автоматизации производственных процессов для систем позиционированиякрупных машин и механизмов. Сущность; датчик состоит из осветителя, прйкрепленной к объекту заслонки с прорезями, сканатора и электронной схемы. Положение объекта определяется путем суммирования двух отсчетов: грубого - по количеству освещенных прорезей и точного - по положению ближайшей к оптической оси сканатора грани прорези. Это позволяет исключйть влия-ние перекосов объекта 5 в направляющих и повысить точность измерения положения объекта, 2 ил. Недостатком прототипа являет:я низкая точность, вызванная тем, что при неконтролируемых перемещениях объекта (поворот и поперечные перемещения в направляющих вследствие зазора) одновременно меняется положение жестко связанной с ней заслонки, Она отклоняется от оси О 02, при этом меняются масштаб преображения и показания датчика, Другойпричиной потери точности являются история объектива и геометрическая нелинейность сканатора, т,к. контролируемый край заслонки перемещается в пределах всего поля зрения ОО сканатора. Вторым недостатком прототипа является недостаточная метрологическая надежность, т,е. неконтролируемое увеличение погрешности изм ния выше допустимой в процессе рабдэтцика в период между его поверками всвязи с тяжелыми условиями эксплуатации,Известно применение в оптоэлектронных измерительных системах блоков автоматического определения достоверности 5информации, с помощью которых на фотоэлектронный преобразователь периодически с помощью дополнительной оптицескойсистемы проектируется образцовое изображение, производится его анализ, определение достоверности измерительнойинформации и внесение при необходимостипоправок. Гакой способ определения достоверности информации сложен и не обеспечивает необходимой метрологической 15надежности, т.к, не охватывает участок из-мерительного тракта от заслонки до сканатора, на котором наиболее вероятновозникновение помех вследствие тяжелыхвнешних условий в прокатном производстве.Целью изобретения является повышение точности,Поставленная цельдостигается тем, чтоустройство, содержащее оптически связанные осветитель и оптоэлектронный сканатор, расположенную между ними, заслонкусвязываемую с объектом, подключенный ксигнальному выходу сканаторэ формирователь видеосигнала, последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство ииндикатор, причем информационный входключа соединен с координатным выходомсканатора, снабжено Н-канальным коммутатором, йпарой последовательносоединенных ключей и блоков запоминания,вычислительным блоком и блоком автоматического определения достоверности информации, вход коммутатора соединен свь 1 ходом формирователя видеосигнала, информационнь 1 е входы ключей соединены скоордййатйым выходом сканаторэ, выходыкоммутатора соединены с управляющимивходами ключей, выходы блоков запоминания подключеныко входам вычислительного блока, информационный выходвычислительного блока соединен с индикатором, блок автоматического определениядостоверности информации выполней в виде схемы сравнения и подключенных к ее 50входам блоков определения минимума иблока"определения максимума, входы которых соединены с диагностическим выходомвычислительного блока, заслонка выполнена с йравномерно расположенными про-, 55резями.. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого датчика; на фиг,2 - диаграммы, поясняющие его работу. Заслонка 1 с прорезями 2 расположенамежду осветителем 3 и оптоэлектроннымскэнатором 4 и установлена на контролируемом обьекте 5, перемещающемся в направляющих 6 вдоль оси 0102. Сканатор 4состоит из оптицеской системы 7 и фотоэлектронного сканирующего преобразователя 8, Сигнальный выход 9 сканаторасоединен с входом Формирователя 10 видеосигнала. Его выход 11 подключен к входукоммутатора 12, Координатный выход 13скэнатора подключен к информационнымвходам ключей 14, управляющие входы которых соединены с выходами коммутатора12, Выходы ключей 14 соединень 1 с соответствующими входами запоминающих устройств 15, выходы которь 1 х подключены квычислительному блоку 16. К вычислительному блоку 16 через информационный выход 17 подключен индикатор 18, а черездиагностический выход 19 - блок 20 автоматического определения достоверности информации, состоящий из блока 21 определения минимума и блока 22 определения фМэксймума; которые выходами подключенык схеме 23 сравнения с релейным выходом,входы этих блоков обьединены и являютсявходом блока 20,Истинное положение обьекта Х отсчитывается точки 02 и определяется по координате Хк края заслонки, отсчитываемой отточки 0 вдоль оси 001. В исходном положении обьекта Х=Хк=О. Количество ключей 14и ЗУ 15 равно К. Количество прорезей 2 взаслонке 1 равно М, Прорези расположены равномерно с шагом А, значение которого как константа введено в вычислительныйблок.Фотоэлектронный датчик положениярабо гает следующим образом.Сканэтор 4 производит однострочнуюразвертку заслонки 1 в пределах своего поля зрения 001, направление развертки отточки 0 до 01, В процессе развертки сканатор нэ выходе 9 вырабатывает видеосигнал(фиг.2), характеризующий распределениеосвещенности в поле зрения сканатора 00.Положительному уровню видеосигнала соответствуют освещенные участки поля зрения (прорези 2 и участок от Хк до 01);нулевому уровню видеосигнала - непрозрачные участки заслонки 1.Формирователь 10 вырабатывает короткие импульсы(Фиг.2) в моментыт 1 л 2.,Лк пересечения чувствительным элементом сканатора черно-белых границ, чемусоответствуют середины положительныхфронтов видеосигнала . Указанные короткие импульсынаправляются поочереднокоммутатором 12 на управляющие входы. ключей 14; первый импульс в момент 11 поступает на левый (по схеме фиг.1) ключ 14,торой в момент 12 поступает на следующийлюч и т.д, Количество коротких импульсов1 и номер К последнего используемого клю, аслонки,Кроме видеосигнала, сканатор на координатном выходе 13 вырабатывает кодовый 10сигнал, характеризующий положение чувстительного элемента сканатора вдоль оси01 в пределах поля зрения, Начало отсчета- тачка О. Условно изменение кодового сигнала 1 И показано на фиг.2.15В моменты 11 л 2,".лк появления коротких импульсов соответствующие ключи 141 оследовательно открываются в и соединенные с ними запоминающие устройства15 записываются координаты Х 1, Х 2, Хк 20черно-белых границ прорезей 2 заслонки 1и ее края.По окончании цикла сканирования полученные координаты обрабатываются в выЧислительном блоке следующим образом. 25Вначале определяется количество К запоминающих устройств, на выходе которыхИмеется нулевое значение координаты, Затем определяется искомое положение Хконтролйруемого объекта по формуле 30Х= Х 1+ А(К - 1), (1)где А - шаг расположения прорезей,Х 2 = Х 2 + А (К - 2),Хз = Хз + А (К - 3),35 Хк = Хк+ А (К - К) = Хк(2) Полученные величины Х 1,Х 2,Хк через диагностический выход 19 вычислительного блока 16 поочередно передаются в блок 20 автоматического определения доставерности информации. По окончании передачи данных в блоке 21 определения минимума выделяется минимальное значение последовательности Хмин, а в блоке 22 - максимальное Хмакс, При нормальном функционировании датчика разность экстремальных значений не превышает порогаХмакс - ХминЛ (3)Если этот порог превышен, то срабатывает схема 23 сравнения с релейной харак- .теристикой, на ее выходе появляется сигнал, что свидетельствует о недостоверности информации на выходе 17 еы числительного блока 24, Причинойнедостоверности могут быть нарушение крепления заслонки, ее поломка, засорение одной или нескольких прорезей, неправильная работа формирователя с потерей коротких импульсов и др. 40 45 Х 1 скачком уменьшается с А до единицы 50младшего разряда кода положения объекта, . Результат измерения Х выводится черезвыход 17 на индикатор 18 и передается в систему автоматического управления положением объекта. При перемещении объекта.5 перемещается и заслонка 1. При этом всегда координата Х 1 первой черно-белой границы(отсчитываемой от точки 0) находится в пределах от нуля до величины А, Действительно, пусть обьект перемещается иэ показанного на фиг.2 положения вниз. Как талька величина Х 1 станет равной А, одно-. временно в точке О установится следующая черно-белая граница, и при дальнейшем перемещении объекта вниз появится еще оДин сформированный короткий импульс, величина К увеличивается на 1, координата а результат вычисления Х увеличится на единицу младшего разряда, как и должно было произойти. Результат измерения Х значительно меньше зависит от перемещений объекта и заслонки в неконтролируемых направлениях, чем у прототипа, т.к, величина А совершенно не зависит от укаэанных перемещений, а первая черно-белая граница, определяющая координату Х 1,всегда находится вблизи оптической оси, т,е. в зоне, где изменение расстояния от предмета до оптической системы приводит к существенно меньшим изменениям положения изображения на фотопреобраэователе 8, чем на краю поля зрения. Аналогично уменьшаются также погрешности, вызываемые дисторсией объектива и нелинейностью собственно фотоэлектронного сканирующего преобразователя 8. Выигрыш в точности тем больше, чем меньшешаг А расположения прорезей 2, Для датчика с ходом 100 мм при расстоянии 500 мм от заслонки 1 до оптической системы 7; длине фотоэлектронного преобразователя 20 мм, количестве прорезей 10, дисторсии оптической системы 1 уменьшение максимальной погрешности измерения по сравнению с прототипом составиториентировочно 15 раз при равйомерном:законе распределения положения края заслонки в поле зрения сканатора.Автоматическое определение достоверности информации о положении Х обьекта 5 производится следующим образом,В вычислительном блоке 16 подсчитываются положения Х 2,ХзХк края заслонкй как суммы координат второй черно-белой границы и уменьшенного на 1 по сравнению с формулой (1) количества шагов А, затем третьей, четвертой и т,д, границ с соответст-вующим количеством шагов, т.е,1793217 Дополнительным критерием достоверности может быть вычисление разностей Формула изобретения Оптозлектронный датчик положения обьекта, содержащий оптически связанные осветитель и оптозлектроннй сканатор, расположенную между ними заслонку, связываемую с обьектом, подключенный к сигнальному выходу сканатора формирователь видеосигнала, последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство и индикатор, причем информационный вход ключа соединен с координатным выходом сканатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено Й-канальным коммутатором, Кпарой последовательно соединенных ключей и блокбв запоминания, вычислительным блоком и блоком автоматического определения доХз-Х 2, Х 4-Хз и т.д, и проверка их указанным образом, а также на отклонение от шага А. стоверности информации, вход коммутатора соединен с выходом формирователя видеосигнала, информационные входы ключей соединены с координатным выходом сканатора, выходы коммутатора соединены с управляющими входами ключей, выходы блоков запоминания подключены к входам выЧислительного блока, информационный выход вычислительного блока соединен с йндикатором, блок автоматического определения достоверности информации выполнен в виде схемы сравнения и подключенных к ее входам блоков определения минимума и блока определения максимума, входы которых соединены с диагностическим выходом вычислительного блока, заслонка выполнена с Иравномерно расположенными прорезями.1793217 0 Составитель В.ОбоданТехред М.Моргентал Корректор С.Патруш акт 494 . Тираж . ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР1.13035, Москва, Ж, Раушская наб 4 И За издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага роизводст