CZ282835B6 - Optoelektronické taktilní čidlo - Google Patents

Abstract

Optoelektronické taktilní čidlo je tvořeno dvěma rovnoběžnými deskami (1,2) z poddajného materiálu, které jsou na stranách k sobě přivrácených zvlněny. Zvlnění na každé desce (1,2) je rovnoběžné, avšak navzájem prochází v různých směrech. Mezi deskami (1,2) jsou umístěny dva svazky (3,4) rovnoběžných světlovodů tak, že první svazek (3) ležící na první desce (1) je rovnoběžný s hřebeny vln druhé desky (2). Světlovody prvního svazku (3) jsou uloženy proti mezerám mezi hřebeny vln druhé desky (2). Světlovody druhého svazku (4), ležící na druhé desce (2) jsou rovnoběžné s hřebeny vln první desky (1) a jsou proti mezerám mezi hřebeny vln této první desky (1). Hřebeny vln desek (1,2) je výhodné vyztužit například armaturou.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká optoelektronického taktilního čidla, které umožňuje snímání velikosti a polohy síly, působící na jeho povrch.

Dosavadní stav techniky

V současné době, vzhledem k rostoucí automatizaci a robotizaci všech výrobních procesů, roste potřeba čidel, umožňujících vyhodnocení působení velkého množství veličin v systému výrobek automatizovaný stroj, resp. robot.

Velký význam mají čidla taktilní, vyhodnocující při mechanickém dotyku tělesa a čidla vzájemně působící síly.

Tato čidla mohou být realizována na rozličných principech, nejenom elektrických. Z elektrických jsou nejčastěji používána čidla odporová, lze použít i čidel indukčních, kapacitních, piezoelektrických, tenzometrických a dalších.

Společnou nevýhodou všech těchto čidel je přeměna mechanického signálu, resp. síly, na signál elektrický přímo v čidle zejména v případě stěsnané konstrukce čidel a nutnosti vedení těchto poměrně slabých signálů na určitou vzdálenost do vyhodnocovacího zařízení. Při provozu čidel v průmyslovém prostředí, které je značně zatíženo množstvím s velkým výkonem elektromagnetických poruch, je velké nebezpečí znehodnocení signálu rušením, v důsledku čehož dochází kjeho nesprávnému vyhodnocení. Proto nabývají stále většího významu čidla optoelektronická, kde signál nesoucí informaci z čidla do vyhodnocovacího zařízení je signál optický. Současný rozvoj světlovodné techniky umožňuje pohodlné vedení optického signálu světlovodem, přičemž takto vedené signály mají poměrně malý útlum a nepodléhají vlivu elektromagnetických poruch.

V závislosti na požadované citlivosti a přípustné složitosti zařízení jsou konstruována čidla interferometrická, polaritmetická, spektrometrická a amplitudová, která využívají různých mechanismů působení vnějších vlivů na fázi, polarizační rovinu, vlnovou délku a výkon optického signálu.

Z těchto čidel jsou konstrukčně nejjednodušší čidla amplitudová, která nevyžadují generování optického signálu laserem. Ke změně výkonu optického signálu je využíváno různých mechanismů a vlivů, například zastínění světelného svazku, změny činitele odrazu na optickém rozhraní, změny úhlu dopadu na odrážející optické rozhraní, změny pohltivosti optického prostředí.

Zvláštní skupinu tvoří čidla, kde přívodem světelného signálu i prostředím, kde dochází k interakci měřené vnější veličiny a optického signálu, je optický světlovod.

Čidla bývají realizována na principu změny geometrie světlovodu nebo ovlivnění parametrů prostředí, ve kterém se světlovod nachází. K tomuto působení na světlovod je používáno většinou poměrně složitých mechanických systémů, které transformují sledovanou mechanickou veličinu na mechanický posuv vhodné velikosti a působí na citlivý úsek světlovodu. Nevýhodou těchto čidel je, že jsou konstrukčně složitá a umožňují sledování pouze jedné veličiny, například síly, v určitém místě.

- 1 CZ 282835 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje optoelektronické taktilní čidlo podle vynálezu. Jeho podstatou je, že je tvořeno dvěma rovnoběžnými poddajnými deskami, které jsou na k sobě přivrácených stranách zvlněny v navzájem různých směrech. Mezi deskami jsou umístěny dva svazky rovnoběžných světlovodů. První svazek, ležící na první desce, je rovnoběžný s hřebeny vln druhé desky, přičemž světlovody tohoto prvního svazku jsou uloženy proti mezerám mezi hřebeny druhé desky. Světlovody druhého svazku, ležící na druhé desce, jsou uloženy rovnoběžně s hřebeny vln první desky proti mezerám mezi hřebeny vln této první desky. Výhodné je, jsou-li hřebeny obou desek vyztuženy.

Výhodou zařízení podle vynálezu je, že umožňuje sledování rozložení sil, resp. tlaku, na určité ploše. Mechanický signál je transformován na signál světelný, který může být bez nebezpečí rušení veden na vzdálenost několika metrů. Čidlo lze zkonstruovat s malými rozměry a vysokou hustotou indikačních bodů, což vede ke zvětšení přesnosti určení polohy působící síly. Vyztužením hřebenů vln se zvýší životnost a citlivost čidla.

Přehled obrázků na vvkrese

Příkladné vytvoření čidla podle vynálezu je uvedeno na obr. 1. v axonometrickém pohledu. Na obr. 2 je znázorněno propojení čidla s vyhodnocovacím zařízením.

Příklady provedení vynálezu

Optoelektronické taktilní čidlo je tvořeno dvěma rovnoběžnými deskami 1 a 2, které jsou zhotoveny z poddajného materiálu a na k sobě přivrácených stranách jsou zvlněny v různých, například na sebe kolmých, směrech s amplitudou a délkou vlny, souměřitelnou s průměrem světlovodů. Hřebeny vln desek 1 a 2 mohou být vhodným způsobem vyztuženy, např. armaturou, zhotovenou z jiného materiálu než desky 1 a 2.

Mezi první a druhou deskou 1 a 2 jsou uloženy dva svazky 3 a 4 rovnoběžných světlovodů tak, že první svazek 3, ležící na první desce 1, je rovnoběžný s hřebeny vln druhé desky 2, přičemž světlovody prvního svazku 3 jsou uloženy proti mezerám mezi hřebeny druhé desky 2. Světlovody druhého svazku 4, ležící na druhé desce 2, jsou rovnoběžné s hřebeny vln první desky 1, přičemž jsou opět uloženy proti mezerám mezi hřebeny vln první desky JL

Působí-li v některém místě na čidlo dvojice sil F, dojde k průhybu poddajných desek 1 a 2, který je největší v působišti síly. V tomto místě dojde též ke zvlnění procházejících světlovodů obou měřicích svazků 3 a 4, které má za následek zvětšení útlumu procházejícího optického signálu jeho vyzařováním z povrchu světlovodů.

Vstupy a výstupy světlovodů prvního a druhého svazku 3 a 4 optoelektronického taktilního čidla 6 jsou propojeny s vyhodnocovacím zařízením 5, které obsahuje přijímače a vysílače optického signálu a na základě analýzy změn útlumu signálu jednotlivých světlovodů umožňuje určit parametry síly F, působící na snímač.

Všechny světlovody mohou být optickým signálem napájeny z jednoho vysílače a signály jednotlivých světlovodů vyhodnocovány samostatnými přijímači, možné je i buzení jednotlivých světlovodů samostatnými vysílači, které pracují v impulzním provozu a signál je na principu časového multiplexu vyhodnocován společným přijímačem, event. kombinace obou způsobů.

Průmyslová využitelnost

Optoelektronické taktilní čidlo podle vynálezu lze využít všude tam, kde je třeba stanovit místo a velikost síly, působící při dotyku dvou těles, například při kontrole řízení automatizačních prostředků, jako jsou roboty.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Optoelektronické taktilní čidlo, vyznačující se tím, že je tvořeno dvěma rovnoběžnými poddajnými deskami (1,2), které jsou na k sobě přivrácených stranách zvlněny v navzájem různých směrech a mezi kterými jsou umístěny dva svazky (3, 4) rovnoběžných světlovodů tak, že první svazek (3), ležící na první desce (1), je rovnoběžný s hřebeny vln druhé desky (2), přičemž světlovody prvního svazku (3) jsou uloženy proti mezerám mezi hřebeny druhé desky (2) a světlovody druhého svazku (4), ležící na druhé desce (2), jsou uloženy rovnoběžně s hřebeny vln první desky (1) proti mezerám mezi hřebeny vln této první desky (1).

2. Optoelektronické taktilní čidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že hřebeny vln první a druhé desky (1, 2) jsou vyztuženy.