RU1776990C - Фотоэлектрическое устройство дл наведени на штрих - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени  - расширение области применени  за счет сн ти  ограничений на ширину штриха, за счет способности наведени  как на темный е оИ- н- О о-   ет за й штрих при светлом фоне, так и на светлый штрих при темном фоне, а также за счет способности наведени  не только на ось штриха, но и на левую или правую границу его с фоном. Устройство содержит фотоэлектрический датчик 6, усилитель 8 и привод 2 движени  объекта со штрихом. Новым  вл етс  наличие в устройстве импульсного датчика 5 перемещени  объекта, первого 12 и второго 16 счетчиков импульсов, первого 11 и второго 9 управл емых инверторов, счетного триггера 15, коммутатора 13, задатчика 17 числа и циф- роаналогового преобразовател  20. Кроме того , фотоэлектрический датчик 5, содержащий только один фотоприемник со щелевым световодом , установлен со смещением от базовой линии наведени  навстречу направлению движени  штриха на величину, соответствующую числу, задаваемому задатчиком 17 числа . 3 з.п. ф-лы, 1 ил. Штрих Объект штрих И VJ VI О Ю Ч О т

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  автоматической ориентации обрабатываемых изделий, в частности в станках дл  обработки коллекторов малогабаритных электрических машин.

Известно фотоэлектрическое устройство дл  наведени  на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик и усилительную схему, св занную с приводом наведени . Недостатком этого устройства  вл етс  неспособность его захватывать штрих, наход щийс  за пределами пол  зрени  датчика .

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому устройству  вл етс  выбранное в качестве прототипа фотоэлектрическое устройство дл  наведени  на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик, усилитель и привод движени  объекта со штрихом, а также дополнительный элемент (пол ризованное реле), позвол ющий осуществить автоматический захват штриха, наход щегос  за пределами пол  зрени  фотоэлектрического датчика, В этом устройстве фотоэлектрический датчик содержит три фотоприемника с коническими световодами, входные торцы которых, сложенные вместе, образуют экран, воспринимающий изображение штриха. Два крайних фотоприемника включены дифференциально и управл ют приводом, осуществл ющим наведение (т.е. совмещение оси штриха с осью фотоэлектрического датчика, совпадающей в этом устройстве с базовой линией), а средний - контролирует нахождение штриха и управл ет его захватом.

л

Недостатком известного устройства  вл етс  ограниченность области его применени , заключающа с  а следующем, В этом устройстве высока  чувствительность фотоэлектрического датчика к смещению штриха (а следовательно, высока  точность наведени ) достигаетс  при достаточно узких входных торцах световодов, причем кра  изображени  штриха, при расположении его симметрично оси датчика, должны закрывать примерно по половине площади торца каждого из крайних световодов. В св зи с этим предъ вл ютс  жесткие требовани  к ширине штриха, котора  должна, с очень небольшими допускаемыми отклонени ми, соответствовать рассто нию между серединами торцов крайних световодов. В противном случае резко падает чувствительность и даже по вл етс  зона полной нечувствительности . Таким образом, область применени  известного устройства ограничиваетс  определенной шириной штриха.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени .

Эта цель достигаетс  тем, что известное фотоэлектрическое устройство дл  наведени  на штрих, содержащее фотоэлектрический датчик, усилитель и привод движени  объекта со штрихом, содержит св занный механически с объектом импульсный датчик перемещени , первый и второй счетчики

0 импульсов, управл емый инвертор, счетный триггер, коммутатор, задатчик числа и циф- роаналоговый преобразователь, фотоэлектрический датчик состоит из одного фотоприемника со щелевым световодом и

5 установлен со смещением от базовой линии наведени  штриха против хода движени  штриха на заданную величину, выход фотоэлектрического датчика через управл емый инвертор соединен со счетным входом пер0 вого счетчика импульсов, выход первого разр да которого соединен с управл ющим входом коммутатора, а выход второго разр да - соединен с вторым управл ющим входом коммутатора, первый информационный

5 вход которого соединен с выходом счетного триггера, второй информационный вход - подключен к выходу импульсного датчика перемещени , соединенному также с входом счетного триггера, а выход - соединен

0 со счетным входом второго, выполненного вычитающим, счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к задатчику числа, а выходы разр дов св заны с входами цифроаналогового преобразо5 вател , к выходу которого подключен управл ющий вход привода.

Кроме того, фотоэлектрическое устройство дл  наведени  на штрих дополнительно снабжено вторым управл емым

О инвертором, включенным между выходом фотоэлектрического датчика и информационным входом первого управл емого инвертора, дополнительно снабжено переключателем , предназначенным дл  сое5 динени  первого информационного входа коммутатора либо с выходом счетного триггера , либо с выходом импульсного датчика перемещени , и дополнительно в нем выход второго разр да первого счетчика импуль0 сов соединен с управл ющим входом этого счетчика.

На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.

Объект, например, гладкий цилиндр со

5 светлой поверхностью, на которой имеетс  расположенный вдоль образующей цилиндра темный штрих шириной Ь, закреплен в устройстве, содержащем вал 1 привода 2, содержащего двигатель, подключенный к усилителю 3. Привод может вращать объект

в направлении, указанном стрелкой. С объектом также жестко соединен вал 4 импульсного датчика 5 перемещени , в качестве которого, например, может быть использован датчик ПДФ-5. вырабатывающий определенное количество импульсов на один оборот вала. Поверхность объекта контролируетс  установленным неподвижно фотоэлектрическим датчиком 6 (например, фотодиод ФД256), снабженным щелевым световодом 7. Фотоэлектрический датчик смешен от базовой линии против хода движени  штриха на некоторый заданный угол а. Выход датчика 6 соединен с усилителем- формирователем 8 сигнала, который принимает значение логическа  1, когда в поле зрени  датчика находитс  светла  поверхность объекта, и логический 0 - когда темна . Выход усилител -формировател  8 соединен с информационным входом второго управл емого инвертора 9, управл ющий вход которого подключен к переключателю 10, а выход соединен с информационным входом первого управл емого инвертора 11. Выход последнего соединен со счетным входом первого счетчика 12 импульсов, выход первого разр да которого соединен с управл ющим входом первого управл емого инвертора, а выход второго разр да соединен с управл ющим входом самого счетчика 12. В качестве управл емых инверторов могут быть использованы элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (например, микросхема К561ЛП2), один из двух входов которых служит информационным входом, другой - управл ющим . В качестве первого счетчика импульсов может быть использован двоичный счетчик- микросхема К561ИЕ10. Выходы первого и второго разр дов счетчика 12 соединены также соответственно с первым и вторым управл ющими входами коммутатора 13 (например, микросхема К561ЛС2), первый информационный вход которого подключен к переключателю 14, а второй - к импульсному датчику 5 перемещени , к которому подключен также вход счетного триггера 15. Выход последнего соединен с первым контактом переключател  14, второй контакт которого подключен к импульсному датчику 5 перемещени . В качестве счетного триггера может быть использован один разр д счетчика - микросхемы К561ИЕ10.

Выход коммутатора 13 соединен со счетным входом второго счетчика импульсов (микросхема К561ИЕ11), установочные информационные входы которого подключены к задатчику 17 числа (например, переключатель ПП10-ШВ). Число, выдаваемое задатчиком 17, равно количеству импульсов , вырабатываемых датчиком 5 при повороте объекта на угол а. Вход направлени  счета (U/D) счетчика 16 подключен к посто нному источнику логического нул  (счетчику задан режим вычитани ), а вход ввода чисел (РЕ) вместе с входом сброса первого счетчика подключен к переключателю 18, первый контакт которого вместе со вторым контактом переключател  10 подключен к

посто нному источнику логической единицы (+U), а второй контакт вместе с первым контактом переключател  10 подключен к посто нному источнику логического нул . Выходы разр дов второго счетчика 16 импульсов соединены с адресными входами преобразовател  19 кодов, в качестве которого может быть использована, например , микросхема К556РТ5. Выходы преобразовател  кодов соединены с

информационными входами цифроана- логового преобразовател  (ЦАП) 20 (например , микросхема К572ПА1). Выход последнего соединен со вторым контактом переключател  21, первый контакт которого

подключен к посто нному источнику логического нул , а общий контакт соединен со входом усилител  3. Переключатели 18 и 21 сблокированы друг с другом.

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии переключатели 18 и 21 наход тс  в положени х, показанных на схеме. Счетчик 12 обнулен, а в счетчик 16 введено число из задатчика 17. Это

число с выходов счетчика 16 поступает на адресные входы преобразовател  19, представл ющего собой посто нное запоминающее устройство, в котором дл  каждого адреса предварительно записан соответствующий код, поступающий при работе на выходы преобразовател . Таким образом, выдаваемые преобразователем 19 коды наход тс  в функциональной зависимости от кодов, поступающих на его адресные входы.

Наличие преобразовател  кодов в данном устройстве необ зательно, возможно и пр мое соединение информационных входов ЦАП с выходами счетчика 16, но преобразо- ватель позвол ет получить оптимальное по

быстродействию управление при наведении на штрих.

В исходном состо нии на информационные входы ЦАП 20 поступает макси- мальное значение кода, и ЦАП выдает полное напр жение, которое в усилитель 3 не поступает из-за разрыва цепи в переключателе 21. Привод 2 не работает, объект неподвижен. При этом штрих может оказатьс  в различных положени х

по отношению к фотоэлектрическому датчику б.

В случае, показанном на чертеже, штрих не пересекает оптической оси датчика 6, и в поле зрени  датчика находитс  светла  поверхность объекта. Усилитель- формирователь 8 выдает логическую единицу , котора  через управл емые инверторы 9 и 11 (при логических нул х на их вторых, управл ющих, входах) проходит на счетный вход счетчика 12. Так как последний обнулен , логические нули с двух его разр дов поступают на управл ющие входы коммутатора 13, который при этом выдает нулевой сигнал (свойство микросхемы К561ЛС2).

Устройство привод т в действие переводом переключателей 18 и 21 в противоположное положение. При этом снимаютс  сигналы обнулени  счетчика 12 и ввода чисел в счетчик 16 и замыкаетс  цепь с выхода ЦАП к усилителю 3. Привод начинает работать, поворачива  объект в направлении , показанном стрелкой. Датчик 5 начинает выдавать импульсы, но они в счетчик 16 не проход т, пока на обоих управл ющих входах коммутатора 13 сохран ютс  логические нули и он продолжает выдавать также логический нуль. В момент, когда в поле зрени  датчика 6 светла  поверхность фона замен етс  темной поверхностью штриха (когда передн   граница штриха пересекает оптическую ось фотоэлектрического датчика ), усилитель-формирователь 8 измен ет сигнал с единицы на ноль. Этот сигнал в виде счетного импульса поступает в счетчик 12, и на выходе первого разр да счетчика ноль замен етс  единицей, котора , поступа  на управл ющий вход инвертора 11, измен ет его выходной сигнал на обратный, т.е. на единичный. Одновременно логическа  единица на первом управл ющем входе коммутатора 13 открывает его первый информационный канал и импульсы от датчика 5 через счетный триггер 15 проход т в счетчик 16. Счетный триггер делит частоту импульсов пополам, поэтому в счетчик 16 проходит только половина числа импульсов, вырабатываемых датчиком 5.

Когда оптическую ось фотоэлектрического датчика б пересекает задн   граница штриха, сигнал на выходе усилител -формировател  8 возвращаетс  к единице, но. проход  через инвертор 11, на управл ющем входе которого присутствует логическа  единица, он инвертируетс  в ноль и вводит в счетчик 12 счетный импульс. Сигнал на выходе первого разр да счетчика переходит из единицы в ноль, а на выходе второго разр да - из нул  в единицу. Коммутатор 13 переключаетс  на второй канал,

и в счетчик 16 проход т все импульсы от датчика 5. Импульсы, поступающие в счетчик 16, вычитаютс  из его содержимого, соответственно уменьшаетс  число на входах

ЦАП и уменьшаетс  выдаваемое им напр жение . Скорость привода снижаетс , а при достижении числом, выдаваемым счетчиком 16, нул  привод останавливаетс . Так как на всем участке, когда оптическую ось фото0 электрического датчика 6 пересекает штрих, в счетчике 16 учитывает только половина числа выдаваемых датчиком 5 импульсов, в момент остановки оказываетс  совмещенной с базовой линией середина штриха.

5 Если же переключатель 14 перевести в положение, противоположное показанному на чертеже, то оба информационных входа коммутатора 13 будут подключены непосредственно к датчику 5 и на счетный вход

0 счетчика 16 от датчика 5 будут проходить все импульсы. При этом остановка объекта происходит , когда с базовой линией совмещаетс  передн   граница штриха.

В том случае, когда в исходном положе5 нии штрих уже располагаетс  в поле зрени  датчика 6, с началом движени  объекта, при пересечении оптической оси датчика 6 задней границей штриха счетный импульс в счетчике 12 не возникает. После выхода объ0 екта из исходного положени  счетный импульс , вообще, впервые может возникать только при пересечении оптической оси датчика передней границей штриха.

Устройство может работать как с тем5 ными штрихами на светлом фоне, так и со светлыми штрихами на темном фоне. В последнем случае переключатель 10 должен быть переведен в положение, противоположное показанному на чертеже, что

0 приводит к инвертированию сигнала усилител -формировател  8.

Могут иметь место случаи, когда объект содержит р д параллельно расположенных штрихов, рассто ние между которыми мень5 ше рассто ни  между фотоэлектрическим датчиком и базовой линией, а наведение производитс  на штрих, передн   граница которого первой пересекает оптическую ось датчика. В таких случа х последующие

0 штрихи, пересека  оптическую ось датчика до окончани  наведени  на первый штрих, могут нарушать работу устройства. Дл  предотвращени  этого выход второго разр да счетчика 12 соединен с его управл ю5 щим входом, логическа  единица на котором останавливает счет импульсов. Таким образом, после второго счетного импульса , т.е. после прохождени  через ось датчика всего первого штриха, устройство не реагирует на другие штрихи После возвращени  переключателей 18 и 21 в исходное положение устройство восстанавливает способность, при последующем переводе этих переключателей в другое положение, осуществл ть наведение на штрих, пере- дн   граница которого первой пересечет оптическую ось фотоэлектрического датчика .

Как можно увидеть из чертежа, устройство способно осуществл ть наведение на штрих, ширина которого b 2 a R, где b - ширина штриха по окружности объекта, а- указанный на чертеже угол в радианах, R - радиус объекта, причем в этих пределах ширина штриха не вли ет на точность наведе- ни . Например, в массовом производстве можно ориентировать издели  по оси штриха , отличающегос  оптическими свойствами от фона, при существенно неодинаковой ширине штрихов у конкретных образцов издели . В частности, возможна ориентаци  заготовки коллектора малогабаритной электрической машины по нестабильному по видимой ширине стыку между кра ми медной полосы, образующей гильзу дл  последующего разрезани  ее на пластины . Про вл емое здесь расширение области применени  устройства дл  наведени  на штрих может обеспечить и значительный экономический эффект, так как позво- л ет применить высокопроизводительную технологию в новой области.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Фотоэлектрическое устройство дл  наведени  на штрих, содержащее фотоэлек- трический датчик, усилитель и привод движени  объекта со штрихом, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  за счет сн ти  ограничений на ширину штриха при наведении на его ось, оно содержит св зываемый механически с объектом импульсный датчик перемещени , первый и второй счетчики импульсов, управл емый инвертор, счетный триггер, коммутатор , задатчик числа и цифроаналоговый преобразователь, фотоэлектрический датчик состоит из одного фотоприемника со щелевым световодом и установлен со смешением от базовой линии наведени  штриха против хода движени  штриха на заданную величину, выход фотоэлектрического датчика через управл емый инвертор

   Составитель К Редактор Г. Вельска Техред М.Морг

   вход

   соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выход первого разр да которого соединен с управл ющим входом управл емого инвертора и с первым управл ющим входом коммутатора, а выход второго разр да соединен с вторым управл ющим входом коммутатора, первый информационный вход которого соединен с выходом счетного триггера, второй информационный вход подключен к выходу импульсного датчика перемещени , соединенному также с входом счетного триггера, а выход соединен со счетным входом второго, выполненного вычитающим счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к за датчику числа, а выходы разр дов св заны с входами циф- роаналогового преобразовател , к выходу которого подключен управл ющий привода.
2. 2.Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что, с целью расширени  области применени  за счет возможности наведени  как на темный штрих при светлом фоне, так и на светлый штрих при темном фоне, оно снабжено вторым управл емым инвертором , включенным между выходом фотоэлектрического датчика и информационным входом первого управл емого инвертора, и переключателем, предназначенным дл  соединени  управл ющего входа второго управл емого инвертора либо с источником посто нного логического нул , либо с источником посто нной логической единицы.
3. 3.Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что, с целью расширени  области применени  за счет способности наведени  не только на ось штриха, но и на границу его с фоном, оно снабжено переключателем, предназначенным дл  соединени  первого информационного входа коммутатора либо с выходом счетного триггера, либо с выходом импульсного датчика перемещени .
4. 4.Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что, с целью расширени  области применени  за счет способности наведени  на штрих, наход щийс  в р ду близко расположенных друг от друга параллельных штрихов, выход второго разр да первого счетчика импульсов соединен с управл ющим входом этого счетчика.

   Корректор М. Демчик