Следящее устройство для бесконтактного измерения параметров углового движения объекта

1562702 погрешностей, связанньгс с динамической ошибкой слежения за перемещением объекта и изменением параметров элементов оптико-электронного преобразо 5 вателя, Следящее устройство содержит оптический датчик 1 угла, сигналы с первого выхода которого поступают в блок 8 измеренная рассогласования, где определяется величина рассогласования 10 ;по координатам Х и У. Цифровые коды 1 сигналов рассогласования с выхоцов, блока 8 поступают на входы сумматоров 16 и 17, где складываются с знаИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров углового перемещения объектов.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений за счет устранения погрешнос тей, связанных с динамической ошибкой слежения за перемещением объекта и с изменением параметров элементов оптико-электронного преобразователя.На Фиг.1 приведена структурная схема устройства; на Фиг.2 - структурная схема оптического датчика угла, на Фиг.3 - структурная схема блока стабилизации подсвета.Устройство содержит оптический .датчик 1 угла, привод 2 координаты Х, блок 3 измерения координаты Х, поворотную раму 4, жестко связанную с приводом 2 и блоком 3, привод 5 координаты У, блок 6 измерения координаты У, привод 2 и блок 3 механически связаны с оптическим датчиком 1 угла, привод 5 и блок 6 механически связаны с поворотной рамой 4, блок 7 стабилизации подсвета, выход .которого 45 соединен с входом датчика 1, второй вход соединен с вторым выходом датчика 1, блок 8 измерения рассогласова-. ния, первый вход которого соединен с первым выходом датчика 1, системный регистр 9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами приводов 2 и 5, четвертый выход соединен с вторым входом блока 8, блок 10 смещения, первый вход которого соединен с первым выхо- дом блока 8, третий вход соединен с третьим выходом регистра 9, первый выход соединен с первым входам привочением координат, поступающих соответственно от блоков 3 и 6 измерениякоординат Х и У, На выходах сумматоров 16 и 17 Формируются коды точногозначения углов по координатам Х и У,которые Фиксируются потом в регистре15 точного отсчета. В регистре 13грубого отсчета фиксируются коды координат Х и У, поступающие непосредственно от блоков 3 и 6, без учетавеличины рассогласования положенияоптического датчика 1 и нормали кзеркалу 20. 3 ил. да 2, второй выход соединен с первым входом привода 5, генератор 11, блок12 управления и вычислений, регистр13 грубого отсчета, первый, второй,третий и четвертый выходы которогосоединены соответственно с третьим,четвертым, пятым и шестым входамиблока 12, седьмой вход которого соединен с третьим выходом блока 3 и вторым входом регистра 9, восьмойвход соединен с третьим выходом блока 6 и третьим входом регистра 9,второй выход соединен с четвертымвходом регистра 9, четвертый выходсоединен с четвертым входом блока 8,треий и четвертый входы регистра 13соединены соответственно с вторымивыходами блоков 3 и 6, синхронизатор14, второй вход которого соединен счетвертым выходом блока 8, третий вход соединен с первым выходом блока12, четвертый вход соединен с выходомгенератора 11 и вторым входом блока10, первый выход соединен с третьимвходом блока 8, второй выход соединенс девятым входом блока 12, третийвыход соединен с пятым входом регистра 13, пятый выход соединен с первымвходом блока 7, регистр 15 точногоотсчета, первый и второй выходы которого .соединены соответственно с пер-.вым и вторым входами блока 12, третий вход соединен с четвертым выходомсинхронизатора 14, первый и второйсумматоры 16 и. 17, выходы которыхсоединены соответственно с первым и вторым входами регистра 15, первыевходы соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока 8, второй вход первого сумматора 16 соединен с первым выходом блока 3 и первым5 156 входом регистра 13, второй вход второго сумматора 17 соединен с первым выходом блока 6 и вторым входом ре-. гистра 13, блок 18 управления калибровкой устройства для измерения параметров углового движения объекта 19 ,с зеркалом 20, первый и второй выхо-. ды которого соединены соответственно с третьими входами приводов 2 и 5, второй вход соединен с третьим выходом блока 12 и вторыми входами блоков 3 и 6, пятый выход или шина данных блока 12 соединен с первыми входами блоков 3, 6 и 18, регистра 9 и синхронизатора, 14.Оптический датчик 1 угла (фиг,2) выполнен в виде оптически связанных источника 21 света, линз 22 и 23,светоде-. лителя 24, первого фотоприемника 25, второго квадрантного фотоприемника 26, линзы 27 и плоскопараллельной пластины 28, предназначенной для калибровки устройства, выход второго Фотоприемника 26 является первым вы-. ходом датчика 1, выход первого фотоприемника 25 - вторым выходом датчика 1, вход источника 21 света - входом датчика 1.Блок 7 стабилизации выполнен. в виде последовательно соединенных усилителя 29, вход которого является вторым входом блока 7, детектора 30, интегратора 31, инвертирующего усилителя 32 и ключа 33, синхронизирующие входы детектора 30 и ключа 33 объединены и являются первым входом блока 7.Устройство работает следующим образом.Импульсы подсвета поступают на светодиод 21 (фиг.2) от блока 7 стабилизации подсвета. Часть энергии световых импульсов проходит через светоделитель 24, а часть попадает на фотоприемник 25 (Фиг.3), сигнал с которого пропорционален мощности излучения светодиода 21 и поступает на вход блока 7 стабилизации подсвета. Сигнал с Фотоприемника 25 усиливается усилителем 29, его амплитудное значе ние выделяется пиковым детектором 30, сигнал интегрируется корректиру" ющим звеном 31 и поступает на вход инвертирующего усилителя 32, складываясь с постоянным напряжением смещения -Е5Коммутация тока светодиода 21 осуществляется с помощью ключа 33 (фиг.3), управляемого синхронизатором 14, ко 27026торый управляет также пиковым детектором 30. Напряжение на выходе усилителя 32, являющееся питающим напряжением для светодиода 21 увеличиваЭется при уменьшении сигнала с фотоприемника 25Световой импульс, прошедший черезсветоделитель 24, отражаясь от зеркала 20, закрепленного на объекте 19,попадает на квадрантный фотоприемник26 (фиг.2). При расположении оптического датчика 1 по нормали к зеркалу20 световое пятно попадает в центрфотоприемника 26 и сигналы со всехсторон четырех квадрантов одинаковы,Смещение пятна и, следовательно, перераспределение сигналов на выходахфотоприемника 26 свидетельствует оботклонении датчика 1 от нормали кзеркалу 20. Величина рассогласованияпо координатам Х и У, пропорциональная указанному отклонению, формируется блоком 8 измерения рассогласо вания по суммарно-разностному алго.ритму.Цифровые коды сигналов рассогласования Х и У поступают через преобразователи кодов блока 8 на входы 30 сумматоров 16 и 17 соответственна,где складываются со значениями координат, поступающих соответственноот блоков 3 и 6 измерения координатХ и 7, На выходе сумматоров 16 и 17 35таким образом формируются коды точного значения углов по координатамХ и У, которые фиксируются затем врегистре 15 точного отсчета. В регистре 13 грубого отсчета фиксируются 40 коды координат Х и У, поступающих непосредственно от блоков 3 и 6 измерения координат Х и У (т.е. без учетавеличины рассогласования положенияоптического датчика 1 и нормали к 45 зеркалу 20).Назначение преобразователей кодовблока 8 измерения рассогласованиясостоит в компенсации нелинейностиградуировочной характеристики датчи 0 ка 1 и блоков 8 измерения рассогласования. Преобразователи кодов блока8 выполнены на основе ОЗУ. Вход управления мультиплексором адреса, второй вход мультиплексора, информационный вход ОЗУ и входы стробированиязаписи образуют четвертый вход блока8 и подключены к четвертому выходублока 12 (выход параллельного интерфейса). Это обеспечивает возможностьпрограммной загрузки в преобразователи кодов блока 8 таблицы преобразо вания.Сигналы рассогласования по координатам Х и У (аналоговые) поступают в блок 10 слежения, который выполнен по схеме широтно-импульсного модулятора (ШИМ). В блоке 10 сравнивают на пряжения рассогласования по каналам Х и 1 с "треугольным" напряжением на выходе внутреннего генератора блока 10, частота которого задается генератором 11 прямоугольных импульсов, При поступлении сигнала логического нуля на вход разрешения слежения (третий вход блока 10) двчгатели блоков 2 и 5 выключаются. При малом сигнале рассогласования, поступающим с блока 8 измерения рассогласования, например, по каналу Х, на вход двигателя блока 2 подаются равные по длительности импульсы прямой или обратной полярности, длительность которых близ 1 ка к нулю. При изменений рассогласования длительность и полярность импульсов, питающих двигатель блока 2, изменяются в соответствии со знаком и величиной рассогласования, при 30 этом меняется вращающий момент, а оптический датчик 1 угла разворачивается так, чтобы рассогласование уменьшилось. Таким образом, оптический датчик 1 осуществляется слежение за угловым перемещением обьекта 19, причем измеряется как угловое положение самого датчика 1 (при помощи блоков 3 и 6), так и одйовременно ошибка слежения (величина рассогласования). 4 О Точное значение углового положения объекта 19 получается затем путемсложения в сумматорах 16 и 17 угловыхкоординат датчика 1 и ошибки слежения. 45Слежение ключей приводов 2 и 5, разрешение слежения для блока 10 слеюжения, значение коэффициента усиле, ,ния усилителей блока 8 определяются сигналами системного регистра 9, информация в который заносится по шине данных блока 12. При этом внутренний регистр регистра 9 сбрасывается при отклонении оптического датчика 1 угла на максимальный угол по команде блока 8. По сбросу внутреннего регистра 9 отключаются приводы 2 и 5 и блокируют перемещение оптического датчика 1 угла вплоть до момента перезаписи системного регистра 9.Синхронизатор 14 обеспечивает временную привязку команд, генерирует импульсы "измерительного" подсвета (светодиод 21), также позволяет поддерживать слежение в паузах между измерениями, генерируя импульсы "подсвета слежения". Тактовая частота работы синхронизатора 14 задается генератором 11. Режим работы синхронизатора 14 определяется информацией, записанной блоком 12 в регистр управляющего слова синхронизатора 14 первый выходной разряд которого.разрешает работу таймера синхронизатора 14, второй разряд разрешает прохождение импульсов измерительного подсвета, третий разряд переводит регистр 13 грубого отсчета в режим прямой передачи информации с входа на выход.Калибровка блоков измерения координат Х и У. Перед, началом измерений выполняется калибровка блоков 3 и 6 измерения координат Х и У, Плоскопараллельная пластина 28 (фиг,2) вручную вводится в зазор между линзой 27 и Фотоприемником 26. В ОЗУ преобразователей кодов блока 8 измерения рассогласования заносится таблица тождественного преобразования (что на входе, то и на выходе), при этом ноль градуировочной кривой (дискриминационной характеристики) датчика 1 (нулевой код на выходе блока 8) соответствует некоторому фиксированному относительно его оси направлению. В системный регистр 9 записывается управляющее слово, по которому приводы 2 и 5 подключаются к блоку 18, усилители блока 8 включаются на максимальный коэффициент усиления, отключается блок 10 и в регистре синхронизатора 14 записываются слова, соответствующие измерительному режиму работы, обеспечивая подсвет и запись измерительной информации в регистры 13 и 15.Затем выполняются команды обращения блока 12 к блоку 18 управления калибровкой, и шаговые двигатели при" водов 2 и 5 перемещают датчик 1 до установки его по нормали к зеркалу 20 при сброшенных счетчиках блоков 3 и 6 (нулевой код на выходах блоковЭ и 6), о чем свидетельствует появление нулевого кода на информационньр.выходах регистра 15 точного отсчета915Зятем счетчики блоков 3 и б переводятся в режим счета импульсов, На поверхность зеркала 20 накладывается тарировянный зеркальный оптический клин и восстанавливается положение оси чувствительности датчика 1 по нормали к его (клина) поверхности, как это описано. После этого число, содержащееся в регистре 13 грубого отсчета, соответствует известному угловому размеру клина, что может быть использовано для пересчета кодов в градусную меру с учетом любых возможных "уходов" в блоках 3 и 6.Сопряжение каналов измерений. После калибровки блоков 3 и 6 выполняется согласование оптического канала измерения угла (датчик 1) и блоков 3 и 6 измерения координат Х и У, Для этого датчик 1 устанавливается по нормали к зафиксированному зеркалу 20. Пластина 28 выдвигается, в системный регистр 9 записывается новое управляющее слово, отличающееся от предыдущего битом выбора коэффициента усиления усилителей блока 8, который устанавливается номинальным. Далее производится измерение величины рассогласования (регистр 15 минум ре гистр 13) по каналам Х и У в зависимости от углового перемещения датчика 1 (регистр 13), задаваемого блоком 18 управления калибровкой. Информация из регистров 13 и 15 заносится в па- мять блока 12, Полученная в результате этого таблица заносится в преобразователи кодов блока 8 измерения рассогласования (по каждой координате отдельно). Таким образом, устанавливается точное соответствие между. величиной на выходах блока 8 (т.е. амплитудами импульсов с выходов фотоприемника 26( и фактической величиной углового рассогласования оси чувствительности датчика 1 и нормали к зеркалу 20 (погрешности слежения). На выходе блока 8 теперь будет присутствовать цифровой код углового рассогласования. Формула изобретенияСледящее устройство для бескон" тактного измерения параметров углового движения объекта, содержащее оптический датчик угла, блок измерения координаты Х, привод координаты Х, поворотную раму, жестко связанную с блоком измерения координаты Х и при.водом координаты Х, блок стабилиза 6270210ции подсвета, генератор, блок измер- ния рассогласования, блок слежения,первый выход оптического датчика уг -ла соединен с первым входом блока измерения рассогласования, первый выход которого соединен с первым входомблока слежения, первый выход которого соединен с первым входом приводакоординаты Х, второй вход соединен свыходом генератора, выход привода координаты Х механически связан с оптическим датчиком угла, второй выход которого соединен с входом блокаизмерения координаты Х, о т л и.ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, оно снабжено блоком измерения координаты У и приводом координа ты У, жестко связанными с поворотнойрамой, первый вход привода координаты У соединен с вторым выходом блокаслежения, блоком управления калибровкой, сумматорами Х и У, регистрами 25 грубого и точного отсчетов, синхронизатором, системным регистром, блоком счета и управления, первые входыблока управления калибровкой, синхронизатора, системного регистра, блоков измерения координат Х и 1 подключены к шине данных блока счета и управления, втброй и третий выходы блока измерения рассогласования соединены соответственно с первыми входамисумматоров Х и У, вторые входы которых соответственно соединены с первыми выходами блоков измерения координат Х и У, а также соответственно спервым и вторым входами регистра грубого отсчета, выходы сумматоров Х иУ подключены соответственно к первому и второму входам регистра точногоотсчета, первый и второй выходы которого соответственно соединены с пер вым и вторым. входами блока счета и управления, третий, четвертый, пятыйи шестой входы которого подключенысоответственно к первому и второму,третьему и четвертому выходам ре гистра грубого отсчета, третий ичетвертый входы которого соединенысоответственно с вторыми выходамиблоков измерения координат Х и У,третьи выходы которых подключены соответственно к седьмому и восьмомувходам блока счета и управленИя, атакже к второму и третьему входамсистемного регистра, первый - четвертый выходы которого соединены соот11 1562702 12ветственно с вторым Входом привода вым входом блока стабилизации, выход Х, вторым входом привода У, третьим и второй вход которого подключены совходом блока слежения и вторым вхо- ответственно к входу и второму выходом блока измерения рассогласования, ду оптического датчика угла, второй четвертый выход и третий вход которо- выход блока счета и управления соеди 5го соответственно соединены с вторым нен с четвертым входом системного ре" входом и первым выходом синхрониза- гистра, а третий выход блока счета тора, третий и четвертый входы кото- и управления подключен к вторым вхорого подключены соответственно к пер О, дам блоков измерения координат Х иному выходу блока счета и управления и второму входу блока управления каи выходу генератора, а второй - пя- либровкой, первый и второй выходы тйй выходы синхронизатора соединены которого соединены соответственно с соответственно с девятым входом бло- третьими входами приводов Х и У, четка счета и управления, пятым входом 15 вертый выход блока счета и управления регистра грубого отсчета, третьим соединен с четвертым входом блока входомрегистра точного отсчета й пер- измерения рассогласования,ЮЬгЗ тель С.Конюхо,Ходанич Соста Техре ректор Т.Малец едактор С.Пекар 55. Тираж 482 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Зака НИИПИ оиэводственно-издательский комбинат "Патент Ужгород, ул. Гагарина