Способ центрирования двух независимо вращающихся круговых растров

)5 6 01 В 11/ ИЕ ИЗОБРЕТЕН О ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОР 2польэовано для центрирастров. Цель изобретения - , повышение точности центрирования эа счет исключения влияния эксцентриситета измерительного растра на результаты центрирования. При вращении растров Р и Рг на своих осях будет происходить модуляция светового потока. Фазовце сдвиги сигналов, формируемых двумя парами фотоприемников 1-3 и 2-4, пропорциональны;проекциям вектора эксцентриситета на оси Х и У, Перемещают один вращающийся ротор Р) относительно второго Р 2 до момента совпадения фаз сигналов с выхода фотоприемников 1 - 3 и 2 - 4 сббтветственно; 4 ил. ие Н Е-ВЫХ нои ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1259483, кл. Н 03 М 1/24, 1986, .Авторское свидетельство СССРМ 340884, кл, 6 01 В 11/275, 1970.(54) СПОСОБ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ДВУХЗАВИСИМО ВРАЩАЮЩИХСЯ КРУГОРАСТРОВИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для.центрирования растровых шкал в приборахдля измерения угловых перемещений,Известно техническое решение, которое обеспечивает измерение относительно, гб углового положения двух независимовращающихся осей с помощью закрепленных на них растров.,Недостатком этого технического решения является то, что его точность и работоспособность может быть обеспечена лишьпри высокой степени соосности вращающихся растров, что с учетом реально существующих технологий при изготовленииподобных устройств практически не можетбыть достигнуто с исйользованием чистомеханических средств, Наличие даже незначительного эксцентриситета может привести к сбоям выдаваемой этимустройством информации, т.е. к потере его.работоспособности,Известен способ центрирования круговых растров, один из которых измерительный, а другой индикаторный,заключающийся в том, что пропускают через эти растры световой пото, обеспечивают возвратно поступательное угловоесканирование индикаторного растра, формируют два измерительных сигнала, соответствующих участкам растров,расположенных под углом 90, формируютопорный сигнал, получаемый пропусканиЕмсветового потока через всю площадь сопрягаемых растров и являющийся результатомвзаимодействия всех элементов растров,затем в моменты, соответствующие пикамсигналов, формируют импульсы, сравнивают фазы измерительных импульсов с фазойимпульсов суммарного опорного сигнала,котбрые пропорциональны величине и знаку составляющих эксцентриситета, перемещают измерительный растр относительноиндикаторного по двум перпендикулярнымодна другой осям до момента совпаденияфаз иэмеритевьных импульсов с импульсами суммарного сигнала,Недостатком известного способа является ограниченная сточность взаимногоцентрирования круговых растров, Это связано с тем, что известному способу присущидве методические погрешности, которыепрямым образом входят в погрешность взаимного центрирования растров. Первая изних определяется отклонением угла сканирования индикатбрного растра от своего ноЮминального значения, равного у =, гдеЧЧ - угловой шаг растра, Вторая погрешность связана с наличием эксцентриситета измерительного растра относительно оси вращения, величина которого может целиком входить в погрешность центрирования растров, Другим недостатком известного 5 способа является то, что он не обеспечиваетвозможности центрирования одновременно двух вращающихся растров.Цель изобретения - повышение точности центрирования двух независимо враща ющихся растров зз счет исключенияметодических погрешностей центрирова-ния, присущих известному способу.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу центрирования круговых 15 растров, заключающемуся в том, что направляют на растровое сопряжение пучки лучей, регистрируют посредством первого ивтордгб фотоприемников интенсивность пучков лучей, прошедших через растровое, 20 сопряжение в первой и второй зонах, расположенных так, что прямые, соединяющие каждую иэ этих зон с центром растрового сопряжения, взаимно перпендикулярны, смещают растры в двух взаимно герпенди кулярных направлениях до совмещения фзэсигналов с первого и второго фотоприемников, приводят оба растра во вращение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью, допол .нительно регистрируют посредствомтретьегб и четвертото фотоприемников ин-, тенсивность пучков лучей, прошедших через растровое сопряжение в третьей и четвертой зонах, каждая из которых распо ложена диаметрально противоположно соответственно первой и второй зонамрастровогосопряжения,по величине и знакуфазового сдвига между сигналами с выходов первого - третьего и второго - четверто го фотоприемников определяют величину инаправление эксцентриситета, производятотносительное перемещение вращающихся растров по двум взаимно перпендикулярным направлениям, совпадающих с направ лениями расположения первого и третьего,второго и четвертого фотоприемников, до совмещения фаз сигналов в каждой из этих пар фотоприемников.Предлагаемый способ отличается от из вестного тем, что в нем приводят оба растраво вращение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью; дополнительно регистрируютпосредством третьего и четвертого фото приемников интенсивность пучков лучей,прошедщих через Растровое сопряжение в третьей и четвертой зонах, каждая из которых расположена диаметрально противопо-.ложно соответственно первой и второй зонам растрового сопряжения, по величинеи знаку фазового сдвига между сигналами с фазовый сдвиг Й принимает максимальныевыходов первого - третьего и второго - чет- значения, когда а становится равным 90вертого фотоприемников определяют вели- или 270, Это значит, что, если направлениечину и направление эксцентриситета, эксцентриситетз перпендикулярно линии,производят относительное перемещение 5 на которой располагаются считывающиевращающихся растров по двум взаимно фотоприемники, сигналы с фотоприемниперпендикулярным направлениям, совпа- ков, расположенных на этой линии, сдвигадающих с направлениями расположения ются по фазе на максимальную величинупервого и третьего, второго и четвертого ефотоприемников до совмещения фаз сигна Й. РавнУю 1 ж , но с противоположнымилов в каждой иэ этих пзр фотоприемников. знаками, Когда направление зксцентрисиНа фиг. 1 изображены два круговых рас- тета совпадает с линией, нэ которой распотра, расположенных один относительно ложены считывающие фотоприемники,другого с эксцентриситетом, и системы счи- фазовый сдвиг Й в таких сигналах отсутсттывания измерительных сигналов; на фиг, 2 15 вует,- векторные диаграммы пространственных Располагая две парй диаметральнофаз измерительных сигналов в считываю- противоположных фотоприемников 1 - 3 и 2 -щих системах в зависимости от направле на осях у и х перпендикулярно одна друния вектора эксцентриситета растров; нз гой, не трудно видеть; что фазовые сдвигифиг, 3 - одна из возможных конструктивных 20 сигналов, формируемые фотоприемникамисхем для обеспечения центрирования двух в каждой паре, пропорциональны соответвращающихся растров; на фиг. 4 - вектор- ственно проекциям е и еу вектора эксцентная диаграмма суммарных (постоянного В и риситета е на соответствующие оси х и у.переменного е ) эксцентриситетов двух не- На фиг, 2 показаны четыре возможныхзависимо вращающихся растров. 25 случая, когда направления вектора зксцентПредлагаемый способ осуществляют риситета е сопрягаемых растров располоследующим образом, жены соответственно в 1, 11, 111 и 1 Чдва идентичных круговых растра Р 1 и Р 2 квадрантах.первоначально сопряжены между собой с Величины и знаки фазового сдвига.снекоторым эксцентриситетом е их вращаю фотоприемников 1 - 3, 2 - 4 для случаев расщихся осей(фиг. 1), величина и направление положения вектора эксцентриситета е вкоторого определяется отрезком (О - 01), . квадрантах 1, И, И и 1 Ч находятся из.соотноПри вращении растров Р и Р 2 на своих шений;осях с относительной угловой скоростью ех ехИ происходит модуляция светового потока 35 м = 2 зи а = .2 к -Юдля а = 90 и 270 соответственно в 1, 1 Ч и И,В=ЯИ 1, И 1 квадрантах;где Й - число штрихов на каждом растре,Если расположить за растровым сопря- % = 2 дз 1 п аз = + 2 зг "жением фотоприемник в некоторой коорди для а = 270 и 90 соответственно в 1, 1 Ч инате (х,у), то на его выходе Формируется И, ИГквадрантах;периодический сигнал вида " ее01-ОпгвЩис+ Щ,. Й=2 ж-ф- мва 2=й 2 лгде Й - пространственная фаза выходного для а = 90 и 270 соответственно в, И и И 1,сигнала, обусловленная эксцентриситетом 45 1 Ч квадрантах;(несоосностью) вращающихся растров.Пространственная фаза Й в функции М 4 =2 лз 1 п а 4 =+ 2 тгэксцентриситета е, находится из соотноше- для а = 90 и 270 соответственно в 1, И и И 1,ния 1 Ч квадрантах.Й =глапа Р)50Подставляя полученные значения фазовых сдвигов Й и ф и их знаки в соотношегде я - линейная величина шага штРихОв в ние (1), получим выражения длякоординате распОложения фотоприемника; измерительных сигналов с фотоприемникова - угол между направлением вектора 1,3 и 2,4 при расположении вектора эксценэксцентриситета и радиуса вектора, на ко триситета е соответственно в квадрантах 1,тором Расположен фотоприемник. 11, И и 1 Ч:Из соотношения (2) видно, что фазовый 01- О зп(в т 1 0)сдвиг Й становится равным нулю при энз- соответственно в 1, 1 Ч и И, И 1 квадранта;чениях а 1, равных 0 и 180, В то же время Оз = О зп(ал%)соответственно в 1,1 Ч и П, П 1 квадрантах;Ог" Оп зп(йМ+ ф)соответственно в 1, П и 1 П, 1 Ч квадрантэх;04Ои 8 п(ЙЙ+ ф 4)соответственно в, П и П,Ч квадрантах, 5Иэ полученных соотношений видно, чторазность фаз между диаметральна противоположными сигналами 01 и Оз, 02 и 04 привоздействии на каждую из этих пар составляющих эксцентриситета Ь и еу равна соответственно 2 Й и 2 ф,что вдвое больше, чемпо известному способу при тех же значениях воздействующих составляющих эксцент- .риситета, в связи с чем фазоваячувствительность предлагаемого способа к 15воздействию эксцейтриситета вдвое выше.Используя при измерении сдвига одини тот же сигнал в каждой паре в качествеопорного, например сигналы 01 и 04, нетрудно видеть, что другие двэ сигнала Оз и 2002 в каждой паре в зависимости от направлений проекций векторов ех и еу или отстают, или опережают опорные сигналы(пунктирные векторы сигналов. Оз и 04 нэфиг. 2). 25Таким образом, знак фазы одного(измерительного) сигнала относительно другого(опорного) указывает на направление проекции вектора эксцентриситета вдоль осейх и у, а величина фазового сдвига характеризует величину этой проекции,Процесс центрирования растров заключается в там, что после определения направления векторов зксцентриситета ех и епознаку соответствующих фазовых сдвигов в 35каждой паре измерительных сигналов про-изводят перемещение одного вращающегося растра относительно другого вдоль линий2-4 и 1-3 (встречно па отношению к направлениям ех и еу) до момента совпадения фаз 40сигналов Оз и 01, 02 и 0. Для того, чтобыубедиться, что эксцентриситет сопрягаемыхрастров сведен к нулю, необходимоизмерить также фазовый сдвиг между двумя любыми измерительными сигналами, 45прйнэдлежащими разным парам, напримермежду 01 или 02 или Оз, Оз или 04, 04 или01, и убедиться в том, что фазы этих сигналов также совмещены,Необходимость такого дополнительного.йзмерения связана с устранением неопределенности, при которой возможнаошибка в центрировании. Например, еслиодна иэ составляющих эксцентриситета, например ех, превышает половину шага растра, т,е. ех = +Ле . не трудноЯвидеть, с учетом формулы (2), что сигналы 01и Оз сдвинуты по фазе на угол (180+ ЬО),где ЛО = - щ - , а сами сигналы 01 и ОзЬе.принимают вид:01= Ов 31 п(ат+ 180 + ЛО);Оз- й зп(ас- ЬО ),Иэ полученных соотношений следует, чтосигналы 01 и Оз могут быть синфазными вдвух случаях когда01= Оп 1 зп(а 1+180); (3)Оз Опэп(а 1- 180 О), (4)т.е. при частичном компенсационном смещении растров вдоль линии 2-4 на величинуЖ, при катаром фазовый сдвиг Лдстановится равным нулю, и в случае когдаО = Оз= О зи ат, (5)т.е, при полном компенсационном смещении растров вдоль линий 2 - 4 на величину6 х = + Л ехпри котором фазовый сдвиг (180+ ЬО ) =О.В первом случае сигналы (3) и (4), находясь в фазе между собой, в то же времясдвинуты па фазе к измерительным сигналам другой пары на 180, что свидетельствует о наличии в растровом сопряжениинескомпенсированного эксцентриситетэ,йравного - ,2Во втором случае измерительные сигналы 01 и Оз, находясь в фазе между собой;находятся также в фазе с другой парой измерительных сигналов 02 и 04, что свидетельствует о том, что эксцентриситет врастровом сопряжении сведен к нулю,Иэ рассмотренного видно, что максимальная величина эксцентриситета, при которой еще обеспечивается надежноецентрирование по данному способу, равнашагу растров, что в четыре раза превышаетдиапазон центрирования по известномуспособу. На фиг. 3 приведена одна из возможных конструктивных схем, обеспечивающая центрирование двух вращающихся растров.Схема содержит приводы 1 и 2, на осях которых закреплены, соответственно первый и второй подвижные растры, а в их корпусах закреплены осветители и фотоприемники; цилиндрическую деталь 3, к торцам которой крепятся с помощью винтов приводы 1 и 2: основание 4, на котором неподвижно закреплена деталь 3, с приводами 1 и 2;микровинты 5 и 6, обеспечивающие перемещение привода 1 в направлении +у; Микровинты 7 и 8, обеспечивающие перемещение привода 1 в направлении+ х, не показаны.сигналы вида 10 15 25 30 сигнале 40 50 Центрирование производится следующим образом,При вращающихся растрах, закрепленных нз прйводзх 1 и 2, по фазовому сдвигу .сигналов О 4 и О 2 определяют величину и направление составляющей эксцентриситета еу. Слегка отпустив винты, крепящие и ривод 1 к детали 3, с помощью микровинтов 5 или 6 обеспечивают перемещение привода 1 с первым вращающимся растром относительно второго вращающегося растра на оси привода 2 до момента совпадения фаз сигналов О 4 и О 2 с фотоприемников 4 и 2, что соответствует тому, что еу = О.Аналогичным образом производят операцию устранения составляющей эксцентриситета ек путем перемещения привода 1 в направлении оси + х, с помощью микро- винтов 7 и 8 (не показаны) до совпадения фаз сигналов О и Оз.После устранения составляющих ех и Г отпущенные винты затягивают, фиксируя тем самым соосное положение растров.По предлагаемому способу исключается влияние переменных зксцентриситетов растров (е) относительно своих осей на погрешность центрирования, что иллюстрируется построениями на фиг. 4,На фиг, 4 отрезок 0-01 характеризует несоосность двух вращающихся осей, на которых закреплены растры, отрезок 01 - 02 характеризует суммарный переменный эксцентриситет (е) двух растров относительно своих вращающихся осей, который равене=е+е 2,где е 1, е 2 - соответственно зксцентриситеты первого и второго растров относительно своих осей вращения,При этом, как следует из фиг, 4 а, при относительном вращении растров вектор эксцентриситета е совершает круговое вращение относительно точки 01,В общем случае пространственное смещение двух растров можно представить как е =е+есозу,ЕПри углах у, равных 0 и 180 вектор эксцентриситета е совпадает с направлением отрезка 0-01, т.е. с вектором смещения осей;и в первом. случае он с ним складывается,т,е.е= е+ е (отрезок 0-0 з),а во втором - вычитается:е= 6-е (отрезок 0-04).Проекция этих векторов на ось х представляете= ех+ ех.х Поскольку в диаметрально противоположных направленйях х располагаются два фотоприемника (2 и 4), то в них формируются Огз 1 п вт-(ф+ Лф;О 4- Ов зЬв 1+(ф+ ЬфЭ 3. (6) Принимая один из этих сигналов за опорный, например О 2, не трудно видеть, что фазовый сдвиг сигнала О 4 по отношению к О 2 составляет 2 ф, при этом фазовый сдвиг, как следует из соотношений(6), подвержен фазовой модуляции с амплитудой+ 2 Лу с периодичностью каждого отйосительного разворота растров (фиг. 4 б),В практических случаях никогда не удается полностью устранить эксцентриситет растров (е и е 2) к своим осям вращения. Поэтому в предлагаемом способе иэмерительный сигнал, например 04, всегда подвергается фазовой модуляции и задача центрировки осей сводится к обеспечению совмещений среднего значения измерительного сигнала, О(ср) с опорным О(оп) при обеспечении симметричности фазовой модуляции (фиг. 4 в). В этом случае с высокой точностью сведена к нулю составляющая зксцентриситета ех несмотря на присутствие фазовой модуляции в измерительном В практических случаях наиболее точный результат получается,когда в качестве фазоизмерительного устройства используется стрелочный фазометр, которйй при измерении фазового сдвига измеряемых сигналов в силу большой инерционности магнитозлектрической системы практически не реагирует на биение фазы от наличия эксцентриситета е и фиксирует с достаточно высокой точностью среднее значение фазы измерительного сигнала 2 ф, которое по данному способу сводят до нуля,Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с известным обеспечивает более высокую точность центрирования за счет увеличения вдвое его чувствительности и исключени влияния на погрешность центрирования переменного эксцентриситета растров относительно своих осей Формула изобретения Способ центрированйя двух независимо вращающихся круговых растров, заключающийся в том, что направляют на растровое сопряжение пучки лучей, регистрируют посредством первого и второго фотоприемников интенсивносгь пучков лучей, прошедших через Растровое сопряжение в первой и второй зонах, расположенных так,что прямые, соединяющие каждую из этихэон с центром растрового сопряжения, взаимно перпендикулярны, смещают растры в двух взаимно перпендикулярных направлениях до совмещения фаэ сигналов с первого и второго фотоприемников, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности центрирования, приводят оба растра во вра, щение, обеспечивая их относительное угловое перемещение с постоянной скоростью, дополнительно регистрируют посредством 10 третьего и. четвертого фотоприемников интенсивность пуков лучей, прошедших через растровое сопряжение втретьей и четвертой зонах, каждая из которых распо 15 ложена диаметрально противоположно соответственно первой и второй зонам растрового сопряжения, по величине и знаку фазового сдвигамежду сигналами с выходов первого"третьего и второго.-четвертого фотоприемников определяют величину и направление эксцентриситета, производят относительное перемещение вращающихся. растров по двум взаимно перпендикулярным направлениям, совпадающим с направлениями расположения первого и третьего, второго и четвертого фотоприемников, до совмещения фаз сигналов в каждой из этих пар фотоприемников.: Составитель В,ТитовРедактор М,Петрова Техред М,Моргентал Корректор Н,Ревск роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. на, 101 Заказ 2492Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5