Устройство для декодирования отсчетов по кодовому лимбу теодолита

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) и 4 601 С 1/Об ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУРь ОО СИ Ю ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОДИРОВАНИЯ ОТСЧЕТОВ ПО КОДОВОМУ ЛИМБУ ТЕОДОЛИТА(57) Изобретение относится к геодезическому и маркшейдерскому приборостроению, а именно к автоматизированным средствам измерения горизонтальных и вертикальных углов. Целью изобретения является повышение точности декодирования отсчетов кодового теодолита за счет введения диаметрально противоположного точного отсчета. Устройство содержит оптико-механический блок 1, сканирующий блок 2, блок 3 датчиков,блок 15 усреднения прямого и диаметрально противоположного точных отсчетов, счетно- логический блок 4, дешифратор 5 и цифровые табло 6 и 7. Световой поток от осветителя с помощью узла считывания диаметрально противоположного отсчета считывает информацию с дорожки точного отсчета на диаметрально противоположных сторонах кодового круга. Считывание информации с диапазонной и поддиапазонной дорожек круга и сканирование отсчетов в плоскостиг считывающей диафрагмы осуществляются так же, как в устройстве-прототипе. Считывающая диафрагма дополнена прямоугольной щелью, расположенной со стороны щели поддиапазонного отсчета на расстоянии 1/4 линейного промежутка между штрихами дорожки точного отсчета для устранения неоднозначности точного отсчета. После диафрагм световой поток поступает на фото- датчики и преобразуется в импульсы. С датчиков тактов, прямого точного отсчета и диаметрально противоположного точного отсчета импульсы поступают в блок усреднения, выход которого соединен со счетчиком точного отсчета счетно-логического блока 14. 6 ил.1483256 Выход датчика 8 тактов связан с первыми входами первой схемы И 14 счетно-логического блока 4, первого элемента И 23 схе мы 1 5 усреднения отсчетов, счетных схем 1 8и 19 ггоддиапазонного и диапазонного отсчетов и со вторым входом блока 16 поправок, Выход датчика 9 прямого точного отсчета связан с третьим входом блока 16 поправок, со вторым входом счетной схемы 18 поддиа пазонного отсчета и через триггер 13 - совторым входом первой схемы И 14 счетно- логического блока. Выход датчика 10 диаметрально противоположного точного отсчета соединен со входом триггера 22 схемы 15 усреднения отсчетов и четвертым входом блока 16 поправок. Выход триггера 22 соединен со вторым входом первого элемента И 23 блока 15 усреднения отсчетов.Выход схемы И 14 связан с первыми входами второго элемента И 24 блока 15 усред нения отсчетов и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, вторые входы которых соединены между собой и выходом первого элемента И 23 блока 15 усреднения отсче 3Изобретение относится к геодезическому и маркшейдерскому приборостроению, а именно к автоматизированным системам измерения горизонтальных и вертикальных углов на местности с помощью теодолитов с кодовыми лимбами.Цель изобретения - повышение точности декодирования отсчетов кодового теодолита за счет введения в устройство узла считывания диаметрально противоположного точного отсчета.На фиг, 1 изображена функциональная схема кодового теодолита; на фиг. 2 - схема блока датчиков и счетно-логического блока устройства; на фиг, 3 - блок поправок; на фиг, 4 - оптико-механический блок с датчиками и сканирующим блоком; на фиг. 5 - считывающая диафрагма; на фиг. 6 а - 6 д - сканирующий кадр с различными возможными положениями информационных штрихов.Устройство содержит оптико-механический блок 1, сканирующий блок 2, блок 3 задатчиков, счетно-логический блок 4, дешифратор 5 и цифровое табло 6 и 7. Оптико-механический блок 1 (фиг. 4) представляет собой оптический теодолит, в котором вместо оцифрованных кругов установлены кодовые круги (аналогичные кодовым кругам в устройстве-прототипе) с трехдорожечным штриховым кодом.Сканирующий блок 2 обеспечивает сканирование участка лимба (кадра) с изображением полного прямого отсчета, совмещенного с диаметрально противоположным точным отсчетом, а также одновременно сканирование тактовой пластины для получения тактовых импульсов.Блок 3 датчиков (фиг. 2) содержит датчик 8 тактов, датчик 9 прямого точного отсчета, датчик 10 диаметрально противоположного точного отсчета, датчик 11 поддиапазонного отсчета и датчик 12 диапазонного отсчета.Счетно-логический блок 4 содержит триггер 13, первую схему И 14, блок 15 усреднения прямого и диаметрально противоположного точных отсчетов, блок 16 поправок, счетчик 1 7 точного отсчета, счетные схемы 18 и 19 поддиапазонного и диапазонного отсчетов соответственно (каждая счетная схема (как и в устройстве-прототипе) содержит дискриМинатор последовательности сигналов, ключ, масштабный делитель и счетчик), триггер 20 переполнения счетчика поддиапазонного отсчета и вторую схему И 21.Блок 15 усреднения прямого и диаметрально противоположного точных,ртсчетов (фиг. 2) содержит триггер 22, первый элемент И 23, второй элемент И 24, элемент (схему) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25 (сигнал на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕ 5 10 15 20 25 30 35 ИЛИ присутствует при условии поступления сигнала на любой из входов и отсутствует при отсутствии сигналов на входах или при наличии сигналов на обоих входах), делитель 26 на два И элемент ИЛИ 27.Блок 16 поправок (фиг. 2 и фиг. 3) содержит счетчик 28 полукадра (емкость счетчика равна половине всех тактовых импульсов, полученных при сканировании кадра), триггеры 29 и 30, элементы И 31 и И 32, элемент ИЛИ 33, генератор 34 импульсов, Р-триггеры 35 и 36 (Р-триггер срабатывает в том случае, когда его на информационном входе имеется разрешающий потенциал, а на тактовый вход поступает сигнал, если разрешающего потенциала нет, то Р-триггер не срабатывает от поступления тактового сигнала) и элементы И 37 и И 38,Оптико-механический блок 1 с датчиками и сканирующим блоком 2 (фиг. 4) содержит считывающую диафрагму 39 со щелевыми отверстиями 40 - 43 (фиг, 5), осветители 44 и 45, оптический конденсатор 46 кодовый круг 47 (на фиг. 4 оптико-механический блок теодолита изображен упрощенно с одним кодовым кругом), оптический мост 48, три оптические оборачивающие системы 49 - 51, неподвижный оптический клин 52, подвижный оптический клин 53, подвижную каретку 54 с укрепленной на ней тактовой пластиной 55, передвигающуюся по направляющей 56 с помощью микродвигателя 57 и механизма 58 перемещения, прямоугольную призму 59, щелевую диафрагму 60 и блок 3 датчиков, с датчиками 8 - 12 тактов соответственно прямого точного, диаметрально противоположного точного, поддиапазонного и диапазонного отсчетов соответственно.тов. Выход элемента И 24 соединен с первым входом элемента ИЛИ 27 блока, 15 усреднения отсчетов, второй вход которого через делитель 26 на два соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25. Третий вход элемента ИЛИ 27 соединен с первым выходом блока 16 поправок, а выход элемента ИЛИ 27 соединен с входом счетчика 17 точного отсчета.Выход датчика 11 поддиапазонного отсчета соединен с третьим входом счетной схемы 18 поддиапазонного отсчета и вторым входом счетной схемы 19 диапазонного отсчета.Выход датчика 12 диапазонного отсчета соединен с третьим входом счетной схемы 19 диапазонного отсчета. Второй выход блока 16 поправок соединен с четвертым входом счетной схемы 18 поддиапазонного отсчета, выход которой через триггер 20 переполнения счетчика поддиапазонного отсчета соединен с первым входом второй схемы И 21 счетно-логического блока 4, второй вход которой соединен с пятым входом блока 16 поправок и контактом Конец кадра (кк), а выход - с четвертым входом счетной схемы 19 диапазонного отсчета. Сигналы с выходов счетчика7 точного отсчета и счетных схем 18 и 19 поддиапазонного и диапазонного отсчетов поступают на дешифратор 5 и далее на цифровые табло би 7.В блоке 16 поправок первый вход является первым входом второго элемента И 32, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента И 31, с тактовым входом первого Р-триггера 35 и является третьим входом блока 6 поправок. Четвертый вход блока 16 поправок соединен с первым входом первого элемента И 31 и с тактовым входом второго Р-триггера И 36. Первые входы Р-триггеров 35 и 36 (информационных) соединены между собой и через первый триггер поданы на выход счетчика полукадра, вход которого является вторым входом блока 16 поправок.Выходы элементов И 31 и И 32 через элемент ИЛИ 33 и триггер 30 поданы на четвертый вход четвертого элемента И 38.Выход первого Р-триггера 35 подан на четвертый вход третьего элемента И 37 и второй вход четвертого элемента И 38. Выход второго Р-триггера 36 подан на второй вход третьего элемента И 37 и второй вход четвертого элемента И 38. Третьи входы третьего 37 и чегвертого 38 элементов И соединены между собой, подключены к входу генератора 34 импульсов и поданы на контакт Конец кадра (кк). Выход генератора 34 подан на первый вход третьего элемента И 37. Выход третьего элемента и 37 является первым выходом блока поправок. Выход четвертого элемента И 38 является вторым выходом блока 16 поправок.Устройство работает следующим образомПри подаче питания на теодолит включается микродвигатель 57 (фиг. 4) и черезмеханизм 58 перемещения по направляющей56 приводится в возвратно-поступательноедвижение подвижная каретка 54 с укрепленной на ней тактовой пластиной 55. При этом1 О штрихи тактовой пластины 55 проектируютсяс помощью осветителя 45 через прямоугольную призму 59, оптическую оборачивающуюсистему 51 и щелевую диафрагму 60 на фотоприемник датчика 8 тактов (каждый датчик блока 3 датчиков содержит фотоприем 15 ник, усилитель и триггер Шмитта).Фотоприемник попеременно то освещается, то затемняется,На выходе датчика 8 появляются прямоугольные электрические импульсоы (такто 2 О вые импульсы), поступающие далее на счетно-логический блок 4.Осветиттель 44 через оптический конденсор 46 освещает участок кодового лимба 47,который с помощью оптического моста 4825проектируется на диаметрально противоположный участок кодового лимба (круга) такчто на участке лимба, несущем информациюо направлении измерения, располагаютсяштрихи прямого диапазонного отсчета Д,поддиапазонного отсчета ПД. точного отЗО счета Т и диаметрально противоположноготочного отсчета Т (фиг. 6 а). Каждый изштрихов располагается в кадре на своейдорожке прямого диапазонного, поддиапазонного, точного и диаметрально противоположного точного отсчетов.35 Одновременно с началом перемещениятактовой пластины 55 начинает перемещаться оптический клин 53 (фиг. 4). Изображение кадра через оптическую оборачивающуксистему 49 и неподвижный оптический клин40 52 перемещается относительно неподвижнойсчитывающей диафрагмы 39, имеющей щелевые отверстия 40 - 43, расположенные напротив дорожек прямого точного, поддиапазонного и диаметрально противоположного точного отсчетов соответственно (фиг. 5). Та 45 ким образом происходит сканирование кадра. Через оптическую оборачивающую систему 50 изображение диафрагмы проектируются на датчики 9 - 12 прямого точного, диаметрально противоположного точного, поддиапазонного и диапазонного отсчетов соответственно. В момент, когда щелевое отверстие диафрагмы перекрывается изображением штриха на выходе соответствующего датчика, вырабатывается информационный импульс, поступающий на счетно-логический55 блок 4 (фиг. 2).При сканировании кадра с датчиков 9 -2, расположенных по информационным дорожкам прямого точного, диаметрально про 1483256тивоположного точного, поддиапазонного и диапазонного отсчетов соответственно, импульсы поступают на счетно-логический блок 4 одновременно с тактовыми импульсами 1 с датчика 8, обрабатываются в блоке, поступают на дешифратор 5, а затем поступают на цифровые табло 6 и 7.Полный цифровой отсчет равенМ=МдЫ +Х, С +Е( Хгде й - диапазонный отсчет;й - поддиапазонный отсчет;М - точный отсчет;4, и ы - цена деления диапазонного.поддиапазонного и точного отсчета соответственно.Точный отсчет равен полусумме числа тактовых импульсов, укладывающихся по дорожке точного отсчета Т от информационного штриха до конца кадра и по дорожке диаметрально противоположного точного отсчета Т от начала кадра до штриха (отрезки А и В на фиг. 6 а). Первоначально триггер 13 закрывает первую схему И 14 счетно-логического блока 4 для прохождения тактовых импульсов, а триггер 22, наоборот, открывает первый элемент И 23 блока 15 усреднения отсчетов. Тактовые импульсы с датчика 8 через элемент И 23, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, делитель 26 на два и элемент ИЛИ 27 поступают на счетчик 17 точного отсчета.После прихода информационного импульса диаметрально противоположного точного отсчета Т (фиг, 6 а) триггер 22 опрокидывается и закрывает элемент И 23, в результате чего тактовые импульсы на счетчик 17 не поступают до прихода информационного импульса точного отсчета Т. С приходом информационного импульса Т потенциалом с триггера 13 открывается первая схема И 14 счетно-логического блока 4 и тактовые импульсы с датчика 8 через схему И 14, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, делитель 26 на два и элемент ИЛИ 27 поступают на счетчик 17 точного отсчета. Таким образом, на счетчике 17 будет отсчет Яравный половине количества тактовых импульсов на от резках А и Б.При сканировании может оказаться, что штрих Т опережает штрих Т (фиг. 6 б). Тогда появится отрезок, на котором тактовые импульсы с датчика 9 одновременно проходят через схему И 14 и элемент И 23 (участки А и Б перекрывают друг друга) . В этом случае элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25 сигналов не пропускает, а срабатывает элемент И 24. От двух тактовых импульсов на входе элемента И 24 на его выходе появляется один импульс, т.е. на участке совпадения тактовых импульсов по двум дорожкам тактовые импульсы делятся на два,Поддиапазонный отсчет Мп определяется количеством тактов, поступивших с датчика 8 тактов на счетную схему 18 поддиапазонного отсчета. Подробно работа последней не рассматривается, так как она аналогична работе такого же блока в устройстве- прототипе.В зависимости от расположения штриховТ и ПД в кадре, т.е. от порядка их поступления с датчиков 1 О и 11 в счетно-логический блок 4 при сканировании поддиапазонный отсчет определится следующим образом.Если информационный импульс Т опережает информационный импульс ПД при сканировании кадра, то поддиапазонный отсчет 1 Ч 1 определится количеством тактов, укладывающихся между штрихами Т и 1 Д (отрезок В на фиг. 6 а), если информационныи импульс ПД опережает информационный импульс 7, то поддиапазонный отсчет опреде лится суммой тактов, укладывающихся научастках Б и В (фиг. 6 б).Диапазонный отсчет Мд определяется количеством тактов, поступивших с датчика 8 тактов на счетную схему 19 диапазонного отсчета (подробно не рассматривается, так как аналогична подобной схеме в устройстве-прототипе).В зависимости от последовательности поступления информационных импульсов ПД и Д с соответствующих датчиков 11 и 12 в З 0 счетно-логический блок 4 при сканированиидиапазонный отсчет определится следующим образом. Если импульс Д при сканировании опережает информационный импульс ПД, то диапазонный отсчет определится количеством тактов на участке Г (фиг. 6 а). Если инЗ формационный импульс ПД при сканировании опережает импульс Д, то Хд определится как сумма тактов, укладывающихся на участках В и Г (фиг. 6 б) .Как было указано выше, считывающаядиафрагма 39 содержит щелевыертверстия 40 - 43, расположенные в плоскости сканирования кадра напротив участка кодового лимба с информационными штрихами прямого точного отсчета Т, поддиапазонного отсчета ПД, диапазонного отсчета Д и диа метрально противоположного точного отсчета Т соответственно. Щели 40 и 42 расположены одна под другой, а щель 41 смещена относительно них на расстояние, равное половине дискретности грубого отсчета с опережением по направлению сканирования 0 кадра. Это позволяет устранить неоднозначность грубого отсчета (подробно описано в устройстве-прототипе). Щель 43 введена дополнительно, и смещена относительно щелей 40 и 42 в направлении щели 41 на 1/4 линейного промежутка между двумя соседними штрихами дорожки точного отсчета (т.е, на 1/4 кадра) в плоскости сканирования, Необходимость такого смещения щели 41обуславливается следующим обстоятельством. Предположим, что смещения щели 41 относительно щели 40 нет, тогда линия считывания (она же является линией нулевого отсчета) совпадает с правой стороной кадра. При нулевом точном отсчете штрихи прямого точного и диаметрально противоположного точного отсчетов совпадут и расположатся по обеим сторонам кадра, причем с правой стороны совпадут с линией считывания. Малейшая неточность в изготовлении или юстировке теодолита выведет любой из указанных штрихов за пределы кадра, что приведет к грубой ошибке.Смещение щели 43 относительно щели 40 на 1/4 кадра означает, что линия считывания и линия нулевого отсчета не совпадут. Линия нулевого отсчета (линия, на которой совпадут штрихи прямого и диаметрально противоположного точных отсчетов) окажется за кадром (фиг. 6 в, д). В момент нулевого отсчета совпадения штрихов в кадре не будет.Смещение щелевой диафрагмы 43 па 1/4 кадра является оптимальным, так как смещение на 1/2 кадра приведет к значительному усложнению логической обработки информации, ввиду того, что середина кадра является определяющей для внесения поправок При таком искусственном сдвиге диаметрально противоположного точного штриха требуется внесение поправок в точный, поддиапазонный и диапазонный отсчеты.В точный отсчет вносится поправка, равная половине всего количества тактовых импульсов (п), укладываюшихся при сканировании на всей длине кадра. Поправка+ - вносится в точныи отсчет в случае, есФ 1 ли оба штриха Т и Т прямого и диаметрально противоположного точных отсчетов окажутся в левой половине кадра (фиг. 6 в, г, д).Тактовые импульсы с датчика 8 тактов поступают по второму входу блока 16 поправок на вход счетчика 28 полукадра (фиг. 2, 3). Первоначально и до середины кадра триггер 29, следующий за счетчиком 28 полукадра, находится в таком положении, что на информационные входы Р-триггеров 35 и 36 поступают разрешающие потенциалы, соответствуюшие логической 1, При переходе на вторую половину кадра при сканировании счетчик 28 полукадра переполняется, на триггер 29 поступает опрокидывающий его импульс и с выхода триггера 29 на информационные входы Р-триггеров 35 и 36 поступают запрещаюшие потенциалы логического нуля, Следовательно, с начала сканирования и до середины кадра Р-триггеры 35 и 36 готовы к приему сигналов с датчика 9 прямого точного отсчета (по третьему входу блока 16 поправок) и с датчика 10 диаметрально противоположного точного отсчетов. Если оба сигнала пришли к левой половине сканируемого кадра, то оба Р-триг гера 35 и 36 опрокидываются и положительные потенциалы с выхода Р-триггера 35 поступают на четвертый вход элемента И 37 и второй вход элемента И 38, а с выхода Р- триггера 36 на второй вход элемента И 37 и первый вход элемента И 38. С выхода элемента И 37 поправка по первому выходу 10блока 16 поправок поступит в дальнейшем через элемент ИЛИ 27 на счетчик точного отсчета, а с выхода элемента И 38 по второму выходу блока поправок 16 поступит в счетную схему поддиапазонного отсчета.По окончании сканирования с контакта 15 Конец кадраф (кк) поступит положительный потенциал на третьи входы элементов И 37 и И 38 и на вход генератора 34.Так как элемент И 37 открыт, то по первому20 его входу - импульсов от генератора 34 2поступят через элемент И 37 на первый выход блока 16 поправок./Если информационные импульсы Т и Тприходят в разных половинах кадра, то до 25 середины сканирования кадра опрокинетсятолько один из Р-триггеров 35 и 36, а затем при переходе через середину кадра оба триггера закроются запрешающим потенциалом с выхода триггера 29, в результате чего на элементе И 37 не все входы к концу кадра будут находиться под положнтельным потенциалом и импульсы поправки через элемент И 37 на счетчик точного отсчета не пройдут.Поправка в счетную схему поддпапазонЗ 5 ного отсчета ( + 1) вносится в том случае,если выполняются следуюгцие условия:штрихи Т и Т находятся в левой половине кадра;при сканировании штрих Т либо опережает штрих Т, либо совпадает с ним (фиг. 6, г, 40Если штрихи Т и Т находятся в левойполовине кадра, то, как было сказано выше, на первом и втором входах элемента И 38 устанавливаются положительные потенциалы. Совпадение импульсов Т и Т определя ется с помощью элемента И 32. Опережениеимпульса Т импульсом Тири сканировании кадра определяется следующим образом.Первоначально триггер 22 (фиг. 2) находится в таком положении, что на вход (Вх. 1 блока 16 поправки поступает положительныи потенциал и элемент И 32 (фиг. 3) открыт для прохождения импульса Т с датчика 9 прямого точного отсчета. Если же импульс Т приходит раньше импульса Т, то триггер 22 опрокидывается и закрывает элемент И 55 32 для прохождения импульса Т. С выходов элементов И 31 или И 32 импульсы, проходя через элемент ИЛИ 33 поступают на второй триггер 30 блока 16 поправок, кото 1483256 12рый, срабатывая, подает положительный потенциал на четвертый вход элемента И 38. По окончании сканирования сигнал Конец кадра, поступая на третий вход элемента И 38, проходит через него на выход и поступает на счетную схему 18 поддиапазонного отсчета в виде поправки + 1.Поправка +1 в счетную схему 19 диапазонного отсчета вносится в тех случаях, когда имеется переполнение счетчика поддиапазонного отсчета, входящего в счетную схему поддиапазонного отсчета, которое фиксируется триггером 20 переполнения счетчика (фиг. 2).При приходе сигнала Конец кадра (КК) через вторую схему И 21 счетно-логического блока поправка +1 поступает на четвертый вход счетной схемы диапазонного отсчета.Применение в кодовом теодолите датчика диаметрально противоположного отсчета со считывающей щелью, смещенной на 1/4 кадра относительно щели, расположенной против датчика прямого точного отсчета, а также предлагаемых схем усреднения отсчетов и блока поправок позволяет уменьшить влияние ошибок делений лимба. формула изобретенияУстройство для декодирования отсчетов по кодовому лимбу теодолита, содержашее оптико-механический блок с нанесенными на лимбе штриховыми информационными дорожками точного, диапазонного и поддиапазонного отсчетов, многоканальный сканирующий блок с тактовой дорожкой и считывающей диафрагмой с прямоугольны ми щелями, блок датчиков отсчетов по тактовой и информационным дорожкам, связанный с входом точного отсчета счетно-логического блока, дешифратор и цифровое табло, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влия ния ошибок делений лимба, в него введенузел считывания диаметрально противоположного отсчета, оптически связанный со сканирующим блоком, считывающая диафрагма выполнена с дополнительной прямо О угольной щелью, смещенной относительнощели точного отсчета в сторону щели поддиапазонного отсчета на 1/4 расстояния меж ду штрихами дорожки точного отсчета, а связь блока датчиков отсчета с входом точного отсчета счетно-логического блока осуществлена через введенный блок усреднения точных отсчетов, второй вход которого соединен с датчиком диаметрально противоположного отсчета.дактор А. О каз 2814/36 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям113035, Москва, Ж - 35, Раушская Производственно-издательский комбинат Патент, г НОГЦ 305 лин Т скОИОДОЗОниСоставитель В. ПоТехред И. ВересТираж 683 Корректор О. Кравцова Подписное открытиям при ГКНТ СССнаб., д. 4/5Ужгород, ул. Гагарина, 101