Растровый интерполятор

ИСАН И ЕИЗОБРЕТЕН И Я 1 ц 769492 Союз Советских Социалистических Республик22) Заявлено 11,09.78 2661348 18-2 с присоединением зая осударственный комит 3) Приорите елам изобретений 53) УДК 621,503,5. Бюллетень М 37 описания 14.10.80 43) Опубликовано 07,10,8 45) Дата опубликования ткрыти 2) Авторыизобретения И. Кулис, Б инерис и Ю атало 1 Заявител Вильнюсский филиал экспериментального научносследовательского института металлорежущих станк(54) РАСТРОВЫЙ И ИТЕРПОЛЯТО Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в линейных и круговых измерительных преобразователях перемещения рабочих органов станков, а также б в координатно-измерительных машинахИзвестен растровый интерполятор 1 с множительными устройствами. Однако оное ограничивают точность интерполятора.Наиболее близким техническим реше- О нием к изобретению является растровый интерполятор, содержащий преобразователь с квадратурным выходом (на выходе два сдвинутых на /4 периода синусоидальных сигнала), устройство определения мо дуля величины (зи Х) и (соз Х) и сумматор 21 К измерительному преобразователю подключено устройство, образующее напряжение, пропорциональное амплитуде сигналов измерительного преобразователя 20 (в дальнейшем - преобразователь, амплитуда сипнала - постоянное напряжение) . Это устройство включено на вход резистивного делителя, выходы которото соответственно соединены с первыми входами бло ка компараторов. Вторые входы компараторов подсоединены к сумматору, на выходе которого образуется треугольное на-пряжение (в дальнейшем формирователь треугольного напряжения), а выходы через З 0 блок логической обработки (счетчик) - к устройству цифровой индикации,В этом янтерполяторе сравниваются по . уровню мгновенное значение треугольного напряжения с фиксированными постоянными напряжениями различной величины, полученными с резистивного делителя. Число сформированных импульсов сравнения, фиксируемых компараторами, равно числу шагов дискретности в одной четверти периода входного сигнала. Таким образом, происходит внутришаговое деление периода, т. е. интерполяция сигналов. Число,компараторов должно соответствовать коэффициенту интерполяции, т е. определять разрешающую способность интегратора.Однако в таком интерполяторе при необходимости получения большой разрешающей способности, т. е. высокой дискретности, требуется большое число компараторов, что значительно усложняет конструк цию. Кроме того, невозможно оперативно изменять коэффициент интерполяции, что сужает функциональные возможности. Интерполятор не универсален, так как при другом коэффициенте интерполяции (что может быть вызвано подключением другого измерительного преобразователя перемещений) требуется изменять число компараторов, т. е. требуется существенная переналадка схемы, что усложняет эксплуатацию.11 омехоустойчйвость интерполятора определяется числом компараторов, и так как она ухудшается с ростом числа компараторов, то усложнено увеличение дискретности. Целью изобретения является упрощениеустройства и повышение помехоустойчивостиПоставленная цель достигается тем, чтов растровый интерполятор, содержащийфотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко входам преобразователя напряжения черезформирователь треугольного напряжения кпервому входу нуль-органа, и реверсивныйсчетчик, первые входы которого соединенысо входами блока индикации, введены генератор импульсов, сумматор по модулюдва, последовательно соединенные первыйинвертор, первый коммутатор и второйкоммутатор ,и последовательно соединенные третий .коммутатор, цифро-аналоговыйпреобразователь (ЦАП), второй инверторп четвертый коммутатор, второй вход которого через ЦАП подключен к выходупреобразователя напряжения, первый выход - ко второму нуль-органа, а второйвыход - ко второму выходу реверсивногосчетчика и к первому входу сумматора помодулю два, соединенного вторым входомс первым входом третьего коммутатора и стретьим выходом реверсивного счетчика, авыходом - со вторым входом первого коммутатора, третий вход которого подключенко входу первого инвертора и к выходунуль-органа. Вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходамиреверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор, к выходугенератора импульсовНа фиг. 1 представлена структурнаясхема интерполятора, на фиг, 2 - таблица и диаграмма работы ЦАП,Интерполятор содержит фотоэлектрический измеритель перемещений 1, формирователь треугольного напряжения 2, преобразователь напряжения 3, нуль-орган 4,четвертый коммутатор б, ЦАП б, второй инвертор 7, третий коммутатор 8, первый инвертор 9, .первый коммутатор 10,сумматор по модулю два 12, генератор импульсов 14, второй коммутатор, блок инди, кации 15.Интерполятор работает следующимобразом.Измеритель 1 формирует синусоидальный и косинусоидальный электрическиесигналы, которые в формирователе 2 преобразуются в симметричное треугольноенапряжение, а в преобразователе 3 - в постоянное напряжение, пропорциональноеамплитуде сигнала измерителя 1. Треугольное напряжение с выхода формирователя 2 поступает на один вход нуль-органа 4,где все время сравнивается с треугольнымступенчатым напряжением, поступающимна его другой вход, Последнее формируется на выходе ЦАП б и проходит на входнуль-органа 4 через коммутатор б.Принцип формирования сигнала на выходе ЦАП б следующий, Генератор 14 формирует последовательность импульсов сче 10 та. Эти импульсы проходят через коммутатор 13, который в зависимости от коммутирующего сигнала направляет их на входсчетчика 11 либо на шину прямого счета,либо на шину обратного счета Таким об 15 разом, счетчик 11 считает соответственно впрямом или в обратном направлениях,Цифровые сигналы с разрядов счетчика 11(кроме и-ко и л - 1-го разрядов) поступаютчерез коммутатор 8 на цифровые входыЦАП б. При последовательном изменениидискретных входных сигналов в порядкевозрастания десятичных эквивалентов аналоговые напряжения на выходе ЦАП б уве-"личивается до емкости ЦАПа. При дости 25 жении максимального напряжения выходное напряжение ЦАПа начинает ступенчатоснижаться, хотя счетчик И считает в прямом направлении,Ниже в виде таблицы и диаграммы да 30 на для пояснения характерйстика вход(цифровой) - выход (аналоговый - ступенчатый) ЦАПа (например, четырехразрядного). Цифровые логические уровни составляют О и 1.35 В формировании треугольного ступенчатого напряжения на выходе ЦАПа б принимают участие все разряды, кроме и-го(старшего) и (и - 1)-го. В приводимом примерь (для четырехразрядного ЦАПа) ана 40 логовое выходное напряжение формируетсяпервым и вторым младшими разрядами.В первой четверти (отмеченное столбцамиЛ, Б, В и 1) имеет место ступенчато-нарастающее напряжение на выходе ЦАПа, при45 этом со счетчика П на ЦАП б через коммутатор 8 проходят цифровые сигналы впрямом коде. Управляющими сигналамикоммутетора 8 являются сигналы логического 0 с выхода разряда изменения на 50 правления кода (прямого или обратного),с разряда, расположенного перед старшимразрядом. В столбцах Д, Е, Ж и 3 - управляющие сигналы уже являются логическими 1, поэтому коммутатор 8 пропуска 55 ет на цифровой вход ЦАПа б сингалы обратного кода, а на выходе ЦАПа образуется ступенчато-спадающее напряжение Затем напряжение растет аналогично в столбцах и; К, Л и М и спадает в столбцах Н, О,50 17 и Р (пунктирная линия). Таким образом,на выходе ЦАП принципиально образуетсянапряжение без учета знака.Рассмотрим связи интерполятора, обеспечивающие необходимое изменение знакавыходного напряжения ЦАП б, Это напря 76949245 50 55 60 55 жение поступает на коммутатор 5, инвертируется в инверторе 7 и подается инверпированным на другой вход коммутатора 5. Управляющими сигналами коммутатора 5 являются цифровые сигналы старшего разряда (знакового) счетчика. Из таблицы видно, что в столбцах А, Б, В, Г, Д, Е, Ж -и 3 эти управляющие сигналы являются логическими О - при этом на вход нуль- органа 4 проходит положительное напряжение (первая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАП); в столбцах И, К, Л, М, Н, О, П и Р управляющие сигналы являются логическими 1 и поэтому на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5 проходит отрицательное напряжение (после инвертирования) - вторая половина периода выходного треугольного напряжения ЦАПа 6.На выходе коммутатора 5 образуется ступенчатое треугольное периодическое напряжение с учетом знака (фиг. 2, сплошная линия). В нуль-органе 4 происходит сравнение этого напряжения с треугольным напряжением на выходе формирователя 2.Следует отметить, что в целом схема работает по компенсационному принципу, т. е. мгновенное значение ступенчатого напряжения с выхода ЦАПа б, точнее с выхода коммутатора 5, всегда стремится быть равным мгновенному значению напряжения с выхода измерительного преобразователя перемещений (формирователя 2).Если напряжение с выхода формирователя 2 превышает напряжение с выхода коммутатора 5, то на выходе нуль-органа 4 образуется положительный сигнал, который, проходя через коммутатор 10, должен воз действовать на коммутатор 13 так, чтобы импульсы счета с генератора 14 проходили на шину прямой счет счетчика 11, Это справедливо для первой и четвертой четвертей треугольного ступенчатого напряжения (соответствующего столбцам А, Б, В, Г ц Н, О, П, Р), в которых имеет место возрастание.Для второй и третьей четвертей, если напряжение с выхода формирователя 2 больше напряжения с выхода коммутатора 5, необходимо, чтобы ступенчатое напряжение возрастало в другом направлении, т. е.необходимо, чтобы был подключен вход счетчика 11.Это осуществляется следующим образом, Как указывалось выше, положительный управляющий сигнал коммутатора 18 подключает к его выходу шину прямого счета; тогда отрицательный управляющий сигнал на входе коммутатора 13 подключает к его выходу шину обратного счета счетчика 11. При этом на входе коммутатора 10 всегда присутствуют два разных по знаку сигнала: один с выхода нуль-органа 4, другой - с выхода инвертора 9. Подача того или иного сигнала на вход коммута 5 о 15 20 25 30 35 40 тора 13 осуществляется сигналом с выхода сумматора 12 по модулю два. На вход этого сумматора подаются два сигнала: с выхода старшего (знакового) разряда и с выхода разряда, расположенного перед ним (т е. с и-го и с и - 1-го),Выходные сигналы сумматора 12 по модулю два являются логическими О в первой и четвертой четвертях (в столбцах А, Б, В, Г и Н, О, П, Р (при этом на вход коммутатора 13 через коммутатор 10 подается сигнал с выхода нуль-органа 4, а во второй и третьей четвертях (в столбцах Д, Е, Ж, 3 и И, К Л, М) - логическими 1, при этом на вход коммутатора И поступает сигнал с выхода инвертора 9, и импульсы с генератора 14 проходят на шину обратный счет счетчика 11.Кроме того, сигналы с выхода измерителя 1 перемещений преобразуются в преобразователе 3 амплитуда сигнала - постоянное напряжение в постоянное напряжение, служащее опорным напряжением ЦАП б. Это обеспечивает исключить погрешности, возможные из-за изменения величины амплитуды сигнала измерителя 1 перемещений, которая всегда имеет место из-за изменения (или колебаний) светового потока источника света, его старения и т. д.Таким образом, предлагается схема замкнутой системы с отработкой на нуль (компенсационный принцип). Выходное напряжение ЦАП следит за изменением треугольного напряжения с выхода формирователя 2 и повторяет его.При этом код на выходе счетчика 11 всегда соответствует измеряемому перемещению в данный момент, а устройство 15 цифровой индикациями регистрирует измеряемое перемещение в цифровом виде.Таким образом, разрешающая способность в интерполяторе определяется типом разрядов ЦАП (число ступенек ступенчатого напряжения). В интерполяторе 2 коэффициент интерполяции равен 80, в предложенном интерполяторе уже прои 10 разрядах ЦАП (стандартная микоосхема - М 8 б) число ступенек 20 О=1024. Кром е того, отсутствие инерционных звеньев (индуктивностей, емкостей) позволяет обеспечить выполнение всего интерполятора в м пир омодульном интегральном (твердотельном) исполнении, т. е, в виде одной большой интегральной схемы,Формула изобретения Растровый интерполятор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений, выходы которого подключены ко входам преобразователя напряжения и через формирователь треугольного напряжения - к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соедииены с входами блока индикации, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с .целью упрощения и повышения помехоустойчивости интерполятора, в него введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, последовательно соединенные первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор и последовательно соединенные третий коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь, второй инвертор и четвертый коммутатор, второй вход которого через цифро-аналоговый преобразователь подключен к выходу преобразователя напряжения, первый выход - ко второму входу нуль-органа, а второй выход - ко второму выходу реверсив, ного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым входом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходам реверсивного счетчика, а выходом - со вторым входом первого коммутатора, третий. вход которого подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-ортана, вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор к выходу 1 О генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР15622052, кл. б 05 В 19/18, 1976. 2, Патент ФРГ1945206 кл. 42 д 900, опублик. 1969 (прототип)./7 рянаи //оа О//рап/нБ/иН 00 О 7 7 О 7 7 7 М Н Фиг. 2 Составитель Н. БелинковаУтехина Техред О. Павлова Корректор И. Осиновская Редак Подписноеи открытий ип. Харьк. фил. пред. Патент ВБ/хе ные сигналы суммапуора пе мао ГИсиачения слюнное авиа//огооое (сауМн.ча 7/о озрасатоюи;ееи сп/у/7 енча/ло-саа 0 ающее) напряжение Заказ 1300/1291 Изд. НПО Поиск Государственного113035, Москв 479 Тираж 956 омитета СССР по делам изобретен , Ж, Раушская наб д. 4/5