Фотоэлектрический преобразователь положения в код

СОВЕТСНИХ ЛИСТИЧЕСН ПУ 0 08 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ С 88. 8)трические преобразова Под ред. Л. Н. Пресну остроениеф, 1974,реснухина. с. 60 (проМ., Матотип)4.сисс. 3 Г. Расчет оптическ ностроенис ф, 1975,тем. Л., фМаш14. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) 1. Фотоэлектели информации.хина, ММашинс. 150,2. Элементы цифровых систем упраления, Под ред, В, А. Мясникова, ЛфНаукаф, 1971, с. 143-147.3. Фотоэлектрические преобразователиинформации. Под ред. Л, Н, Пф шиностроение, 1974,(54) (57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ В КОД, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света и кодовый элемент, считывающие элементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения его разрешающей способности, в него введены оптически соединенные светоделительная призма, сферическое зеркало и. две пары зеркальных плас гик, которые расположены перпендикулярно друг другу, одна пара пластин установлена с возможностью перемещения а другая - неподвижно, и размещены между сферическим зеркалом и светодели- д тельной призмой, отражающая грань кото- Ж рой обращена к считывающим элементам фу и к отражающим граням подвижной пары зеркальных пластин.104 ОИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, и предназначено для измерения углового или линейнощ положения и может быть использовано для ввода информации в ЭЦВМпри про граммном управлении станками, для систем управления технологическими процессами, в различных сканирующих устройствах, в том числе в аналитических стереопри борах. 10Известен фотоэлектрический преобразователь перемещения, который содержит расположенные последовательно вдоль оптической оси неподвижньй источник . света, измерительный растр, закреплен ный на перемещающемся обьекте, а также неподвижные индикаторный растр и считьваюший элемент (фотоприемник). При перемещении измерительного растра в направлении, перпендикулярном его штри хам, происходит периодическое изменение фототока в фотоприемнике из-ю модуляции светового потока сопряжением изме- . рительного и индикаторного растра 11Недостатком является то, что такой 25 преобразователь при шаге растра 40 мкм позволяет получить разрешающую способность в 10 мкм. Случайные сбои в его работе приводят к появлению накопленных ошибок. При измерении положений, когда перемещение между двумя моментами прохождения датчика нуля может быть очень большим, накопленная ошибка может превышать допустимые пределы, что затрудняет использование этого преобразователя для измерения. Известен фотоэлектрический преобразователь положения в код с оптико-механическим интерполятором, содержащий40 осветительную систему, компенсационный лимб с нанесенной на нем спиральной сеткой, кодовый лимб с нанесенными на нем двумя рядами прозрачных и непрозрачных штрихов, сдвинутых на 1/4 шага друг относительно друга, кодовый45 элемент, и фотоприемники (считывающие элементы), Осветительная система ос-.вещает диаметрально противоположные рабочие зоны компенсационного лимба, изображения которых с помощью оптических систем проецируются на диаметрально противоположные участки кодового лимба, Модулятор осветительной системы попеременно перекрывает верхнюю или нижнюю половины рабочего поля. Когда лимбы находятся в согласованном положении, световые потоки от обеих половин рабочего поля равны Я 503 2Недостатком является то, что при повороте кодового лимба равенство нарушается, и на фотоприемниках появляется сигнал рассогласования, управляющий следящим двигателем, осуществляющим соответствующий доворот компенсационного лимба до согласованного положения. Разрешающая способность датчика по углу - 0,3, угл. сек однако быстродействие его, как и всех преобразователей с оптико-механической интерполяцией, ограничивается скоростью вращения механических элементов и составляет величину порядка 0,1 с.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический преобразователь положения в код, который содержит расположенные вдоль оптической оси неподвижный источник света, подвижный кодовый элемент, связанный с обьектом перемещения, а также неподвижные целевую диафрагму и считывающие элементы - фотоприемники. Кодовая маска кодовго элемента представляет собой несколько кодовых дорожек, на которьи в двоичном коде в вице прозрачных и непрозрачных участков закодирована координата 31 и 4Такой преобразователь позволяет с высоким быстродействием однозначно опре делять линейное или угловое положение движущегося обьекта, однако его разре- шающая способность ограничивается величиной шага кодовой дорожки младшегоразряда и составляет 20-50 мкм для линейнйх положений 10-2 О" для угловых положений; . Бель изобретения - повышение разрешающей способности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе положения в код, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света и кодовый элемент, считывающие элементы, введены оптически соединенные светоделительная призма, сферическое зеркало и две пары зеркальных пластин, которые расположены перпендикулярно друг другу, одна пара пластин установлена с возможностью перемещения, а другая - неподвижно, и размещены между сферическим зеркалом и светоделнтельной призмой, о,гражающая грань которой обращена к считывающим элементам и к отрюкакнцим граням подвижной пары зеркальных пластин.На фиг. 1 изображена схема предлааемого, фотоэлектрического лреобразова3104 теля; на фиг. 2 - принцип умножения ли- нейного перемещения; на фиг. 3 - ход лучей в системе зеркальных пластин в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения; на фиг. 4 - схема пре- образователя углового положения; на фиг. 5 - принцип умножения углового перемещения.На пути распространения светового пера от источника 1 света (фиг. 1) рас положены конденсор 2, кодовый элемент 3 и зеркально"лпинзовый обьектив 4, состоящий из светоделительной призмы 5, задняя поверхность которой выпопнена,. сферической, вогнутого сферического зер кала 6. Такой зеркально-линзовый обьектив 4 с увеличением один обеспечивает очень высокое качество изображения, связанное с объектом перемещения - под вижная пара зеркальных пластин 7, и неподвижная пара зеркальных пластин 8, считывающие элементы 9.Устройство работает следующим об разом.Для измерения линейных положений дкодовый элемент 3 выполнен в виде кодовой линейки, а подвижная пара зеркальньх пластин 7 имеет возможность линейного перемещения вдоль кодовой линейки. Конденсор 2 формирует иэ светового потока, излучаемого источником 1 света, луч света, освещающий кодовую линейку (маску), проходит светоделительную призму 5 и попадает на систему зеркальных пластин, При перемещении подвижной пары зеркальных пластин 7 на велй-. чину Оо луч света на его выходе сме шается (фиг. 2), После одного отражения от пластины 7 световой луч о 6 смещаеэся вдоль направления перемещения на вь 4 О личину 26, после второго отраженияна величину 4 и после третьего отражения - на величину 6 дВ общем виде эта зависимость записывается следуишим образом А=2 кдБ, где А - смещение . луча на выходе системы зеркальных цлас жн в направлении смещения подвижной пары зеркальных пластин 7; к - целое. чиоло, равное числу циклов отражений в системе. Для разнесения входа и вьхода 50 луч вводится в систему зеркальных пластин под углом в плоскости, перпендику . лярной направлению перемещения подвик ной пары зеркальньх пластин 7, как это показано на фиг. 3, луч, прошедший че рез эту систему, отражается вогнутым сферическим зеркалом 6, вновь проходит через систему зеркальных пластин, сме 0503 4шаясь дополнительно на величину 2 к, и после отражения от светоделительной плоскости призмы 5 попадает на линейку считывающих элементов 9. В плоскости расположения считывающих элементов 9 формируется в масштабе П 1 щ 1 изображение кодовой линейки, смещенное на величину А . 4 кю вдоль направления.кодовых дорожек. Таким образом, разрешающая способность преобразователя повьцнается в 4 к раз. Практически наибольший эффект достигается при к " 1-6, что позволяет реально повысить разрешающую способность фотоэлектрического преобразователя в 16-24 раза.Аналогично описанМому выше фотоэлектрическому преобразователю линейных положений может быть выполнен фотоэлектрический преобразователь угловых положений (фиг, 4). Отличие его состоит в том, что кодовая линейка заменена на кодовый диск, т, е. кодовые дорожки расположены на окружности, и соответственно подвижная пара зеркальных пластин 7, связанная с обьектом перемещения, имеет воэможность вращения вокруг оси, перпендикулярной линии пересечения точности, в которых расположены неподвижные зеркальные пластины 8. На фиг, 5 показан принцип умножения углового перемещения. Подвижные зеркальныеластины 7 повернуты на угол оо отйосительно неподвижньх зеркальных пластин й, Изображение штриха 1 (фиг. 5) на входе пластин 7 смещается на угол 2 Ж в положение Ъ на выходе пластин 7 после первого цикла и возвращается на неподвижные зеркальные пластины 8, из которого оно выходит в положение С, вновь возвращается на подвижные зеркальные пластины 7, на выходе которого оно смещается после второго цикла уже на угол 4 С (положение С ), после третьего цикла изображение смешается на величину 6 о . (положением ) затем выходит в положение о и т. д. Таким образом, и в этом случае при наличии 1 циклов отражений в системе зеркальных пласф тин разрешающая способность преобразователя повышается в 4 1 раз; Повышение разрешающей споообности преобразователя угловых или линейных положений в 4 1 с раэ сопровождается та- ким же уменьшением пределов измерения. В тех случаях, когда необходимо при повышении раэрешаощвй способности сохраниь пределы измерения, следует вместо одной пары подвижых зеркальных3 1040503 6пластин установить несколько пар плас- Кроме того, конструкция и принципдействия предлагаемого фотоэлектричесПредлагаемь фото1 й фотоэлектрический пре- кого преобразователя положения в кодобразователь положения, использупользуя отно- позволяют испольэовать известные споческойсительно грубую кодовую маскуаску с шагом 5 собы и устройства оптико-механическоточн д роой о жки 4 - мкм, поэ0 100 воляет или электронной интерполяции, повьпцающие э шаю способность в 10-200. повысить разрешающую способность в . щие раэре щуюаз и добиться таким образом пре"16-24 раза, т. е. достигнуть линейной раз,разрешающей спосо ностимкм и уг- дельно высокой разрешающей способй О 8-1 не снижая при этом быстроности порядка 0,01 мкм илово"аз, кое и имеиениедействия и надежности прео "азб"азователя,не ус - что может найти широ ре р, б -ложняяэлектроникусчитыванияииеповышая при р ерае аботке препезионных при отрудое мкость и стоимо:ть преобразователя ров,1040503 Составитель 1 Б. Барбараш,Техред А.Бабинеп Корректор А Зим окос Ю. Середа фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал 6933%3 Тираж 618 ВНИИГ 1 И Государственного комитета по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская