Преобразователь угол-код

(21) 4294 (22) 07,08 (46) 23.1 (71) Инст (72) В,А шов, В,С (56) Авто М 11691Авто М 13277 СР 86. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 357/24.871.92, Бюл, М 43итут электроники АН БССР(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД (57) Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах промышленных роботов. Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код при преобразовании малых углов, а также его упрощение. Для увеличения точности в пре- . образователь, содержащий измерительный диск 1 с эксцентричными кольцевыми дорожками 2, линейку 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, компаратор 6, введен блок 7 вычислений, а измерительный диск выполнен таким образом, что разность максимального ВП 1 и минимального г 0 радиусов эксцентричных дорожек 2 измерительного диска 1 меньше длины . линейки 3 фотоприемников, при этом г, Центр вращения измерительного диска 1 расположен на пересечении линии, являющейся продолжением линейки 3 фотоприемников и эксцентричной дорожки 2 радиуса (Яп+г 0)/2. Для упрощения преобразователя измерительный диск 1 выполнен в виде линейного растра, центр вращения которого находится на перпендикуляре из центра линейки 3 фотоприемников, причем параллельные дорожки линейного растра расположены под углом Р О к линейке 3 фотоприемников, адлина линейного растра меньше длины . линейки 3 фотоприемников, В, процессе работы осуществляется медианная фильтрация дискретной последовательности, сформированной компаратором 6. 1 э.п. флы, 7 ил.40 ретной двоичной последовательности, состоящей из трех элементов, медианный фильтр 9 и устройство 10 выборки и хранения (фиг.4) могут быть реализованы на триггерах 16-18., элементах 19, 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементах 21-23 И, элементе 24 НЕ.Преобразователь работает следующим . образом.Импульс начала цикла опроса линейки3 фотоприемников (фиг.5, а) поступает с генеоатора 4 опроса на установочный вход блоха 7 вычислений и обнуляет счетчик 11 и накапливающий сумматор 13. При вращении измерительного диска 1 оптическийсигнал осветительного блока, промодулированный эксцентричными кольцевымидорожками 2, попадает на фоточувствительные элементы линейки 3 Фотоприемников.Сигналы опроса, поступающие из генерато 50 Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах промышленных роботов.Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код при преобразовании малых углов, а также его упрощение,На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя угол-код; на фиг. 2 - пример выполнения измерительного диска в виде линейного растра и его расположение о 1 носительно линейки фотоприемников; на фиг. 3- функциональная схема блока вычислений; на фиг. 4 - схема медианного фильтра и устройства выборки и хранения для трех элементов дискретной двоичной последовательности; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока вычислений; на фиг, 6 - пример реализации блока вычислений в виде микропроцессорного модуля; на фиг, 7 - схема программы получения выходного кода при выполнении блока вычислений в виде микропроцессорного модуля.Преобразователь угол-код содержит осветительный блок (не показан), измерительный диск 1 (на Фиг. 1 изображен его Фрагмент) с эксцентричными ольцевыми дорожками 2, линейку 3 фотоприемников, генератор 4 опроса, усилитель 5, компаратор 6, блок 7 вычислений. При выполнении измерительного диска 1 в виде линейного растра (фиг,2) он имеет прямые параллельные полосы 8, Блок 7 вычислений содержит медианный фильтр 9, устройство 10 выборки и хранения (УВХ), счетчйк 11, формирователь 12 импульсов, накапливающий сумматор 13, буферный реиср 14, умножитель 15, При медианной фильтрации диск 5 10 15 20 25 30 35 ра 4 опроса на входы линейки 3 фотоприемников, приводят к появлению на ее выходе последовательности информационных сигналов, пропорциональных энергии засветки элементов линейки 3, Текущие выходные сигналы линейки 3 фотоприемников усиливаются усилителем 5 и далее в компараторе 6 сравниваются с опорным напряжением Ооп. В результате на выходе компаратора 6 формируются логические сигналы, образующие дискретную последовательность, поступающую в блок 7 вычислений,В блоке 7 вычислений синхронизирующими импульсами, поступающими на тактовый вход медианного фильтра 9, информация с выхода компаратора 6 записывается в триггер 16, а содержимое триггеров 16-18 сдвигается на один размер вправо. При каждом сдвиге элементы 19, 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сравнивают информацию триггера 17 соответственно с информацией в триггерах 16, 18, Если информация в триггере 17 не равна одновременно информации в триггерах 16, 18, то на выходе одного из элементов 22,23 И формируется сигнал, инвертирующий состояние триггера 17, Если состояние триггера 17 совпадает с состоянием хотя бы одного из триггеров 16, 18, то оно не изменяется.Таким образом, по каждому синхронизирующему импульсу (фиг. 5,б) в триггер 16 записывается очередной элемент дискретной последовательности, сформированный компаратором 6 (фиг, 5,в), Медианный фильтр 9 и УВХ 10 совместно подавляют помехи, длительность которых не превышает половину ширины окна, т,е, в конкретном исполнении исправляют одиночные ложные сигналы во входной последовательности, появляющиеся на выходе дефектных фотоприемников. Ложными сигналами, например, являются сигнал 25 логической единицы и сигнал 26 логического нуля (фиг, 5, в). На выходе триггера 18 выделяется огибающая (фиг, 5, д) отфильтрованной входной дискретной последовательности (фиг.5,г), данный сигнал получается на вь:ходе триггера 18 (фиг.4), По перепадам выходного сигнала трип ера 18 в формирователе 12 импульсов получаются короткие импульсы (фиг, 5,е), которые поступают на тактовый вход накапливающего сумматора 13. В счетчике 11 хранится число импульсов, поступивших на синхронизирующий входблока 7 вычислений с начала опроса линейки 3 фотоприемников, поэтому при появлении короткого импульса нг тактовом входе накапливающего сумматора 13 происходит суммирование содержимого счетчика 11 с содержимым накапливающего сумматора(2) 20 При реализации блока 7 вычислений в виде микропроцессорного модуля (фиг.б), содержащего тактовый генератор 27 (МС К 580 ГФ 24), микропроцессор 28 (МС К 580 ИК 80), системный контроллер 29 (МС К 580 ВК 28(, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 30 (МС К 573 РФ 2), дешифратор 31 (МС 555 ИД 4), оперативное запоминающее устройству(ОЗУ) 32 (МС К 537 РУ 10) и интерфейс 33 ввода-вывода (МС К 580 ИК 55), канал А (КА) интерфейса 33 ввода-вывода используется для ввода информации с выхода компаратора 6, канал С (КС) - для ввода- вывода синхронизирующих и управляющих сигналов, канал В(КВ) - для вывода байта . данных на внешнюю шину.В этом случае преобразование осуществляется в соответствии с программой, блок-схема которой приведена на фиг. 7, следующим образом.После включения питания по сигналу сброса, приходящему из тактового генератора 27, регистры микропроцессора 28 устанавливаются в исходное состояние и последний, считывая с нулевого адреса содержимое ПЗУ 30, начинает выполнять программу (фиг.7). При выполнении блока 34 программы из микропроцессора 28 в интерфейс 33 ввода-вывода загружается команда опроса состояния сигнала "УСТ", который с частотой 100 Гц поступает из генератора 4 опроса. По окончании сигнала "УСТ" осуществляется переход к блоку 35 программы, где обнуляются ячейки ОЗУ 32 и осуществляется безусловный переход к блоку 36, в . котором анализируется состояние сигнала "синхр", поступающего из генератора 4 опроса, При появлении сигнала "синхр" происходит переход к блоку 37 программы и вывод содержимого текущего элемента ли 13, т,е. накапливается сумма: 14+21+ +28+34 (фиг, 5, е,ж). После опроса всех фотоприемников в линейке 3 фотоприемников на выходе счетчика 11 появляется импульс, совмещенный во времени с выходным кодом преобразователя, так как к этому времени выходной код накапливающего сумматора 13 в умножителе 15 умножился на калибровочный коэффициент, предварительно записанный в буферный регистр 14. Для обоих вариантов преобразователя (фиг.1, 2) блок 7 вычислений работает одинаково, за исключением содержимого буферного регистра 14, которое определяется следующими математическими зависимостями, реализуемыми при каждом варианте выполнения измерительного диска 1 в процессе преобразования угла в код,Для угла измерительного диска 1 (фиг,1) Лсоы = -м 1 + Л 2, , 1) гп зд 2 г 4 яп, - ,- М+Ягде а - угол, образованный осью линейки 3 фотоприемников и прямой, проходящей через центр центр-ось вращения (точка О) измерительного диска 1 и центр эксцентричных кольцевых дорожек (точка 0); я - длина отрезка 00", и - количество кольцевых дорожек 2; М - величина отрезка, который отсекает 1-й край эксцентричной кольцевой дорожки 2 нэ линейке 3 фотоприемников; Я - расстояние от центра вращения измерительного диска 1 до начала линейки 3 фотоприемников.Значение второй суммы в квадратных скобках выражения (1) стремится к нулю, так как содержит п положительных и и равных им по модулю отрицательных слагаемых. Таким образом для описанной геометрии преобразователя получают линейную зависимость изменения конуса угла поворота вала от изменения суммы М, причем М=Т Кь где Т - период линейки 3 фотоприемников, Й, К+1 - порядковые номера первого и последнего фотоприемников, освещенных через 1-ю эксцентричную кольцевую дорожку измерительного диска 1, выходные сигналы которых превышают пороговое напряжение 00 п.При Вм с 0, го ф кольцевые дорожки 2 вырождаются в участок линейного растра с набором параллельных полос 8, образующих растровые дорожки (фиг. 2); в этом случае изменение отсчетов М на линейке 3 фотоприемников при повороте равноьм = я 2 п с 9 а . л , х1=1 25 30 35 40 45 50 55 где М=Т ч - расстояние от линейки 3 фотоприемников до ее пересечения с 1-м краем растровых дорожек; Р - угол, который образуют в середине измерительного диапазона растровые дорожки с линейкой фотоприемников; В - расстояние от оси вращения измерительного диска 1 до линейки 3 фотоприемников,При угле Р. близком к 900, т.е, когда растровые дорожки в середине измерительного интервала перпендикулярны линейке 3 фотоприемников, выражение (2) принимает вид10 15 20 25 30 40 45 50 55 нейки 3 фотоприемников, выходной сигнал последней усиливается усилителем 5 и далее в компараторе 6 сравнивается с опорным напряжением Ог, выход которого соединен с интерфейсом 33 ввода-вывода. Результат сравнения в блоке 37 программы записывается в последний разряд ячейки ОЗУ 32 с текущим адресом(состояние шины "ИНФ" интерфейса 33 ввода-вывода коммутируется с канала А (КА) соответствующей командой микропроцессора 28 на шинуданных, записывается во внутренний регистр микропроцессора 28 и далее в ОЗУ 32), В результате циклического выполнения блоков 36 - 38 программы осуществляется ввод всех 1024 состояний выхода компаратора 6 в ячейки ОЗУ 32. Блоки 39-44 производят медианную фильтрацию введенного массива данных: содержимое ячейки А+1 сравнивается с соседними и, если оно не совпадает ни с одним из них, то значение Ан 1 инвертируется (фиг,7, блок 42), В блоках 45-48 программы определяются переходы "1-0" и "0-1" в профильтрованном массиве (А) данных, причем сумма номеров фотоприемников +1, сигналы с которых принадлежат оптическим переходам свет-тень, с соответствующим краем эксцентричных кольцевых дорожек 2 измерительного диска 1, накапливается в ячейке с адресом В в ОЗУ 32 (фиг.7, блок 47), Полученная таким образом сумма после умножения на коэффициент пропорциональности в блоке 48 программы (фиг. 7) переписывается в канал В (КВ) интерфейса 33 ввода-вывода, откуда передается во внешнюю шину (фиг. 7, блок 50). синхронно с внешним запросом и синхросигналом, формируемым в блоке 51 программы, Системный контроллер 29 в соответствии с командной информацией, поступающей из микропроцессора 28, формирует стандартные управляющие сигналы, поступающие в ПЗУ 30, ОЗУ 32, стробирует передачу данных из микропроцессора 28 (или в него), Порядок работы преобразователя для получения соз а (выражение (1), фиг,1) аналогичен и при получении тд а(выражение (3), фиг,2) за исключением величины калибровочного коэффициента К (фиг,7, блок 49). Дешифратор 31 в соответствии с адресом, задаваемым из микропроцессора 28, инициирует тот из элементов блока 7 вычислений (ОЗУ 32, ПЗУ 30 или интерфейс 33 ввода-вывода), который в данный момент обменивается данными с микропроцессором 28. Медианная фильтрация необходима только в случае использования линеек 3 фотоприемников с дефектными элементами; в противном случае она может быть вообще исключена из алгоритма обработки или использована с целью повышения надежности преобразования за счет обеспечения воэможности получения достоверной информации при выходе из строя отдельных фотоприемников линейки 3 в процессе эксплуатации,Формула изобретения 1. Преобразователь угол-код, содержащий осветительный блок, оптически связанный через эксцентричные кольцевые дорожки измерительного диска с линейкой фотоприемников, выход которой соединен с входом усилителя, компаратор, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, и генератор опроса, группа выходов которого соединена с входами линейки фотоприемников, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя при преобразовании малых углов, в него введен блок вычислений, длиналинейки фотоприемников с наибольшим Ям и наименьшим г радиусами эксцентричных кольцевых дорожек связана соотношением Вм-го го, а центр вращения измерительного диска расположен в точке пересечения прямой, совпадающей с продольной осью линейки фотоприемников,с окружностью радиуса (йм+г,)/2, концентричной эксцентричным кольцевым дорожкам, выход усилителя соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с информационным входом вычислителя, синхронизирующий вход которого подключен к одному из выходов группы выходов генератора опроса, выход которого соединен с установочным входом вычислителя, выходы которого являются выходами преобразователя.2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью упрощения преобразователя, измерительный диск выполнен в виде линейного растра, длинакоторого меньше длинылинейки фотоприемников, а центр вращения расположен на перпендикуляре к продольной оси линейки фотоприемников, проходящем через ее центр, причем параллельные дорожки линейного растра расположены под углом 30 к продольной оси линейки фотоприемников, 37772391777239 Составитель Е. Бударинаедактор Г, Бельская Техред М.Моргентал Коррект исина изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 4127 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113 О 35, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5