Устройство для интерполяции

(19) (Ш зю 01 В 21 ЮО ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 03 НРЫТРЙ ОБРЕТЕНИЯЛЬСТВУ(72) Йэгер Герц, Ирргазг Клауси Хейденблут Детльеф (ГДР)(71) фБВ Комбинат НАГЕМА (ГДР)(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕРПОЛЯЦИИ, содеркащее из интерферометрической схемы, фотоэлектрических приемников усилителей, триггеров, логических схем, счетчиков, цифровых системдля измерения алины или угла и привоаОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ Св ных механизмов; о т л и ч а ю ш е е с ятем,-.что фотоэлектрические считывающие,элементы, в частности фотоэлектрическиеприемники 1, подключены к усилителю 3,триггеру 4, счетчику грубого отсчета 8и следяшей логической схеме 7, триггер5 подключен к усилителю 3, триггер 5соединен со слецяшей логической схемой7, контакты 16, 17 и 18 еоецинены с оограничительной логической схемой 6,управление цвигателем 10 соединено сдвигателем 11, к двигателю 11 поаключена переаача 12 а межау передачей 12и контактами 16 и 17 расположены хоаовой, винт 13 и деталь 14 с внутреннейрезьбой, и к цифровой системе цля измерения длины или угла поаключен счетчйк9 точного отсчета.10 20 Изобретение касается устройства дляинтерполяции в периодических распредлителях, чапример интерференциальных,которые имеются в оптических измерительных устройствах для измерения величин: пути, угла, показателя преломления, а также производных от них величин".силы, давления, скорости твердости, соотношения компонентов смеси, концентрщии и т.д.Особой областью применения устройства является применение для интерференциальных измерений, если требуетсяоцень высокая разрешающая способность.Интерполяционные устройства служат 15для разделения периода первичного сигнала на эквидистантные расстояния. Дляэтого разделения самые известные интерполяционные устройства требуют дмпервичных сигнала О "Йп х и О "со 8 х.тПри прохождении через нуль интер, полированных аналоговых сигналов запускаются с помощью триггеров импульсы,вследствие чего получается эквидистантное Разделение. Ошибки интерполяции1появляются, если наступает смещениепрохождений через нудь без измененияизмеряемой величины.Такие ошибки интерполяции могут быть З 0вызваны изменениями параметров первичного сигнала: амплитуды, фазы, постоянной составляющей и спектра,для характеристики известных технических Решений приводятся два пРимеРа З 5Сетевой интерполятор ( ЗоЬаппзеп,ТН.Ещп 7 егЬа 1 йеп бег 81 ра 1 рег 1 ойеп етпез ТЬеойо 1 ттеп ахи е 1 ектгоорт 1 зсЬег Кгетзге 1 аЬезппд, Упхчегз 1тат Вопй, 967)ф40использует наложение напряжз-, ний первичных сигналов (/1 и О и ихотрицаний в подходящих сетях на сопротивлениях, чтобы из этого получить прохождения через нуль и, таким образом, 45, точки интерполяции, Этот интерполятор пригоден для малых факторов интерполяции. Изменения ампли-туды, фазы и постоянной составляющейвызывают ошибки интерполяции.Известен также электроннолучевойинтерполятор, с помощью которого достигаются более высокие факторы интерполяции.(ТготзсЬег О,: ОЬег Утаяеп бегйт 81 тв 1 еп Мерпеззшщ ип,т Готое 1 е 1 стгвсЬеп Юерпейегйтеп ЬоЬег Аий 1 озцпя, Орт 11 28, Нетт 8, 1968/69; ТготзсЬет О.: Е 1 пг 1 сМипа кыг 1 птетро 1 ат 1 оп 0 Е-АБ 1 266 989).Здесь в основу положен принцип, игоодва на 90 смещенных первичных сигналаобразуют вращающееся поле с установленным направлением вращения, Напряжения сигналов подаются на отклоняющиепластины электронно-лучевой трубки, иполный оборот электронного луча соответствует сильно увеличенному периоду растра. Если вместо люминесцентного экрана применяют проводящие Растровые диски,то получают интерполированные выходные сигналы.Эффективность такой схемы ограничивается геометрией трубки, ошибкамиюстировки растровых. дисков, а такжеточностью катодной, решетчатой .и анодной системы. Изменения амплитуды,фазы и постоянной составляющей вызывают и здесь (в отличии от изобретения )ошибки интерполяции.Цель изобретения заключается в том,чтобы интерполировать изменяющиеся взависимости от измеряемой величиныпериодические распределения интенсивности с высокой степенью интерполяции( 1 100), причем затраты техническихприборов не зависят от высоты степениинтерполяции, а работоспособность независима от вида периодического распределения,Устройство функционирует безошибочнои в том случае, если изменяется дифференциальное значение между максимальной и минимальной интенсивностью (приинтерфереициальных распределениях дифференциальное значение между максимальной и минимальной интенсивностью облучения), как и абсолютное значение интенсивности (при интерференциальных распределениях абсолютное значение интенсивности облучения) периодического рас- епределения,Хотя приблизительные значения (импульсы грубого регулирования) и интерполированные точки значения (импульсы точного регулиромнияу образуются отдельно в раздельных системах, за счет соот ветствуюшей логической операции, даже при относительно большой неопределенности Расположения импульсов грубого рьгулирования (неопределенность при включении включающего фронта импульса) происходит безошибочное суммирование импульсов грубого и точного регулирования. Наряду с возможностью достижения высокой степени интерполяции можно уо1081танавливать любую степень интерполядиипростым образом,В основу изобретения положена задачасоздания интерполяционного устройства,которое на основе изменяющихся в постоянной зависимости от измеряемой велиь ы распределений интенсивности интер-поляции при сравнительно малых затратахтехнических приборов и высокой надеж-ности в эксплуатации. 10Такие периодические распределенияинтенсивности выступают, например, винтерференциальных измерительных устройствах. Так можно посредством расположения интерферометра, который использует интерференции одинаковой толшины, проводить измерение длин, Еслиоба интерферометрических зеркала образуют маленький угол и одно зеркало изменяет свое положение в направлении 20света, параллельно самому себе, тогдавозникает такое периодическое распределение интенсивности, Здесь изменениеинтерференциального порядкового числаявляется точной мерой для измеряемой 25величины. Расстояние между двумя соседними максимумом и минимумом соответствует одному порядку. Для опреаелениа изменения измеряемой величины надос:ределить предназначенное количество З 0делых порядков и дробных частей, Количество целых порядков представл.:ет собойв этом случае приблизительное значение,а остающиеся дробные части - точноезначение, Таким образом, в этом случаеприблизительное значение - целое кратноеодного порядка. Конечно, можно выбратьтакое сопротивление, что приблизительноезначение соответствует целому кратномулюбого значения порядка.40Поставленная цель достйгается тем, что к фотоэлектрическим считывакаим элементам, в частности к фотоэлектри-ческим приемникам, подключают один уса литель. один триггер, один счетчик грубо го отсчета и одну следящую логическую схему. Другой триггер включается между усилителем и следящей логической схемой; Необходимые контакты соединены с огра ничительной логической схемой, связаннойсо следяшей логической схемой. К слепящей логической схеме присоединяется схема управления двигателем.Схема управления двигателем соеавь няется с двигателем, снабженным пере 5дачей. Кроме того, предусматривают ходо вой винт и деталь с внутренней резьбой между передачей и контактами. 412IК цифровой системе измерена. длины или угла подключается счетчик точного отсчета.Обработка сигналов между считывани-. ем и индикацией измеряемой величины выполняется следующим образом.фотоэлектрические считывающие элементы, например фотоэлектрические приемники, которые считывают распределение интенсивности к началу, после или во, время измерения, поворачиваются друг к другу относительно картины распреде ления интенсивности так, что считываюк: шие элементы позипионируются в определенных положениях относительно определенных эквидистантных исходных точекраспределения интенсивности. Такими опопрейеленными эквидистантными, исходными точками могут быть сами максимумй и минимумы или любые точки, которые выбираются на постоянном расстоянии от них. Считывакецие элементы служат, во первых, в соединении со счетчиком, который следует назвать счетчиком г- бого отсчета, для определения приблизительного значения, а, во-вторых для следящего управления.Посредством этого управления считы ваюшие элементы приводятся в определенное положение относительно эквидистантных исходных точек. Эти положения называют местами слекения, Относительный путь) проходящий во время профф несса слекения между считывакадими .элементами и картиной распределения интенсивности, можно измерить посредством известных приборов для измеретия длины или угла. Если измеряют относительный путь, например инкрементально, то регистрируются соответствующие точному зна- . чению импульсы, далее называемые точными импульсами, в следующем ечетчике, так называемом счетчике точного отсчета.Однозначную взаимосвязь между при близительным значением (так называемые грубые импульсы) и точным значением (точные импульсы) как при ошибочном положении включакхцего фронта импульса, гак и бесперебойную работу в любой об 1 ласти измерения достигают следующим образом.Предполагают, что между двумя сосед .ними местами слежения находится любое,отличное от нуля постоянное количествогрубых импульсов.Количество точных импульсов , , которые соответствуют одному грубому им-.пульсу, получается при делении количесъ 1081412ва точных импульсов К, которые соответствуют расстоянию между цвумя соседними местами слежения, на количество грубых импульсов х, которые имеются между соседними местами слежения 5т. е. 20 При этом безразлично, в каком из45 соседних мест слежения происхоцит слежение. Благоприятные соотношения относительно времени слежения получают, если приблизительно в середине межцу двумя соседними местами слежения при 50 нимают решение попойти к левому или правому месту слежения.При соответственно менленном изменении измеряемой величины может наступить случай, когца механическая часть следящего устройспю, которая несет все считывающие элементы, имеет синхронный хоц с движением смещения распрецеления интенсивности. Но так как участок изо При опрецелении параметров устройств,;-ветственных за сознание грубых импульсов и мест слежения, надо учитывать,ребование, чтобы допустимая областьположения грубых импульсов, котораяполучается за счет неопределенностивключающих фронтов импульсов, и цопустимая область, результируюшаяся изнеопрецеленности слежения в определенных местах слежения, не перекрывались.Грубые и точные импульсы считываются в зависимости от направления.Знак, с которым точные импульсы должны складываться с грубыми импульсамицля образования результата измерения,получается из саепуюшего определения:управляется система слежения при опрецеленном относительно участка картиныраспрецелении интенсивности так, чтопоявляются позитивные грубые импульсы,а все точные импульсы, поступающиепри этом направлении управления, считают отрицательными и наоборот,Так как после или во время изменения измеряемой величины, когда постигнуто одно из соседних мест слежения, либо сумме грубых импульсов внутри З 5области слежения дает фО " и регистрируется значение слежения (количество точных импульсов), либо из суммы всехгрубых импульсов, которая препставляетзначение, соответствутощее расстоянию 40межцу цвумя сосецними местами слежения,вычитается значение слежения, и происхоцит безошибочная инцикация. бражения распрецеления интенсизнос тиограничен относительно поверхности, тосчитывающие элемен ты выходя т из учас ткаизображения. В этом случае область изменения была бы ограничена размера,;иучастка изображения. Область измеренияможно любым образом расширить, еслиразместить ограничительные кон таюы.,которые вызывают то, что механическаячасть слепящего устройства, которая несет считывающие элементы, отвоцитсяназац почти цо серецины участка изобра-жения.Во время отвоца назац слепящее управление блокировано. После отвоца назадвключается управление ограничения иснова запускается механизм слежения,При этом неважно точное положение контактов. Это возцействие извне, котороеобуславливает локальное перемещениесчитывающих элемен.тов после или вобремя изменения значения измерения, невлияет на правильную инцикацию значения измерения, так как во время процесса управления регистрируются такжезначения в счетчика точного отсчета собратным знаком, как и значения в счетчике грубого отсчета, и исключается"влияние управления при образовании результа тов измерения.На фиг. 1 привепена принципиальнаясхема пля осуществления способа; нафиг. 2 - последовательность сигналов.К четырем фотоэлектрическим приемникам 1 (фиг. 1) попарно цифференциального включения поцключаются усилитель3, триггер 4, счетчик 8 грубого отсчетаи следящая логическая схема 7 Триггер5 соепиняется как с усилителем 3, таки со слепящей логической схемой 7.Контакты 16-18 поцвецены к ограничительной логической схеме 6, связаннойсо слепящей логическойсхемой 7.Слепящая логическая схема 7 уплавлеет цвигателем 10, к которому приооецинен пвигатель 11, Перецача 12, связаннаяс двигателем 11, соецинена с ходовымвинтом 13 и деталью 14 с внутреннейрезьбой,Кроме того, к цифровой системе измерения длины и угла попключается счетчик 9 точного отсчета.Устройство работает следующим образом.Четыре фотоэлектрических приемника 1 считывают интерференционную картину 2. Положение четырех приемников (фиг.2 а) определяется с помощью цвигателя 11,7 1081 передачи 12, ходового винта 13 и уста новочного элемента 14 с внутренней- резьбой, в котором жестко прикреплены поступательно передвигаемые приемники 1.На фиг, 2 в показаны поступившие с приемников 1 и усиленные усилителями 3 напряжения О. и Ог . Характеристики напряжения, представленные (фиг, 28 ) получаются при смешении интерференционной картины 2 при изменении измеря емой величины. Напряжения преобразуют ся в прямоугольные сигналы посредством триггеров 4 и 5. С триггера 4 поступают последовательности сигналов, служащие для грубого счета (фиг,2 с), . 15При этом целые периоды считываются только на отрицательных включающихфронтах сигнала х, Количество импульсов, подсчитанных таким образом,счетчиком 8 грубого отсчета, представляет.приблизительное значение. Триггер 5,состоящий из цвух ступеней сравнения,преобразует, сигнал Р в последовательности сигналов х и.х (фиг. 2 ). Соответственно (фиг,2 ) места слеженияобозначены состоянием.хх х: ,30Дпа ограничения области слекенияустановочный элемент 14 с внутреннейрезьбой, контакты 16 и 17 расположенына концах области. Если приводится вцействие боковой контакт 16 и 17, то35логическая схема ограничения со значекием сигнала х=управляет переме :,шением в направлении середины областислежения установочного элемента 14 свнутренней резьбовой. 412 8Вьгоцной сигнал логической схемы 6 ограничения принимает значение ".О. и логическая схема 6 ограничения отклю чается, если установочный элемент 14 с внутренней резьбой находится в середине области, т.е. если приведен в действие контакт 18, В логической схеме 7 слв жения сигналы х,х логическипреобразуются в сигналы х и х, причем х означает левый ход детали 14 с . вйутренней резьбой, а хправый ход детали 14 с внутренней резьбой, (фиг.2 с е, Е) следующим образомх=хчхххчхххг з 1х:х ч х х х ч х х х6 2 16 Ф 1При х., х 3 х, = (. деталь 14 свнутренней резьбой останавливается наместе слежения,Выходные сигналы логическоФ схемы7 слежения управляют двигатель 11 посрецством управления цвигателем 10,Вращение двигателя 11 переносится спомощью передачи 12 и ходового винта13 на фиксированную от поворота деталь14 с внутренней резьбой, которая движеф.ся поступательно. Для определения величины поступательного движения, котороепрактически предс тавляет точное значение, вращательные движения ходовоговинта 13 преобразуются инкрементальным датчиком 15 с ротационным принципом действия в точные импульсы.Точные импульсы регистрируются в счетчике 9 точного отсчета с правильнымизнаками,Признано изобретением по результатамэксперчизы, осуществленной ведомствомпо изобретательству Германской демократической Ресзублики.ясное фили ИПИ 3081412 О О О О атент", г. Ужгород тная, 4