RU1793217C - Оптоэлектронный датчик положени объекта - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике при автоматизации производственных процессов дл  систем позиционировани  крупных машин и механизмов. Сущность: датчик состоит из осветител , прикрепленной к объекту заслонки с прорез ми,скана- тора и электронной схемы. Положение объекта определ етс  путем суммировани  двух отсчетов: грубого - по количеству освещенных прорезей и точного-по положению ближайшей к оптической оси сканатора грани прорези. Это позвол ет исключить вли ние перекосов объекта 5 в направл ющих и повысить точность измерени  положени  объекта. 2 ил. И

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  автоматизации производственных процесс сов , в частности дл  систем позиционирований крупных машин И механизмов в прцкзтном производстве.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство , содержащее осветитель, оптоэлек- тронный сканатор, расположенную между ними установленную на объекте непрозрачную заслонку, подключенный к сигнальному выходу сканатора формирователь видеосигнала , последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство и индикатор, причем информационный вход ключа соединен с координатным выходом сканатора, а управл ющий вход ключа - с выходом фор- мирбвани  видеосигнала.

Недостатком прототипа  вл емс  низка  точность, вызванна  тем, что при некон- тролируемых перемещени х объекта (поворот и поперечные перемещени  в направл ющих вследствие зазора) одновременно мен етс  положение жестко св занной с ней заслонки. Она отклон етс  от оси Oi02, при этом мен ютс  масштаб преображени  и показани  датчика. Другой причиной потери точности  вл ютс  истори  объектива и геометрическа  нелинейность сканатора, т.к. контролируемый край заслонки перемещаетс  в пределах всего пдл  зрени  001 сканатора. Вторым недостатком прототипа  вл етс  недостаточна  метрологическа  надежность, т.е. неконтролируемое увеличение погрешности измерени  выше допустимой в процессе работы

Х|

Ю

А Ю

VJ

атчика в период между его поверками в в зи с т желыми услови ми эксплуатации. Известно применение в оптоэлектрон- ных измерительных системах блоков автоатического определени  достоверности информации, с помощью которых на фотоэлектронный преобразователь периодичеки с помощью дополнительной оптической системы проектируетс  образцовое изобраение , производитс  его анализ, определение достоверности измерительной информации и внесение при необходимости поправок. Такой способ определени  достоверности информации сложен и не обеспечивает необходимой метрологической надежности, т.к. не охватывает участок измерительного тракта от заслонки до скана- тора, на котором наиболее веро тно возникновение помех вследствие т желых внешних условий в прокатном производстве .- ;; ....

Целью изобретени   вл етс  повышение точности. .

. Поставленна  цель достигйётс Тем, чтб устройство, содержащее оптически св занные осветитель и оптоэлектронный скана- тор, расположенную между ними, заслонку св зываемую с объектом, подключенный к сигнальному выходу сканатора формировательвидеосигнала , последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство и индикатор, причем информационный вход

клича соединен с координатным выходом сканатора, снабжено N-кэнальиым коммутатором , N-1 парой последовательно соединенных ключей и блоков запоминани ,

вычислительным блоком и блоком звтрмати- ifecKoro определени  достоверности инфориации , вход коммутатора соединен с выходом формировател  видеосигнала, информационные входы ключей соединены с координатным выходом сканатора, выходы коммутатора соединены с управл ющими входами ключей, выходы блоков запоминани  подключены ко входам вычислительното блока, информационный выход вычислительного блока соединен с индикатором , блок автоматического определени  достовернбсти ин формаций выполнен в виде схемы сравнени  и подключенных к ее входам блоков определени  минимума и блока определени  максимума, входы которых соединены с диагностическим выходом вычислительного блока, заслонка выполнена с N-1 равномерно расположенными про-, рез ми. : ,г , ; .

- На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого датчика; на фиг.2 - диаграммы, по сн ющие его работу.

Заслонка 1 с прорез ми 2 расположена между осветителем 3 и оптоэлектронным сканатором 4 и установлена на контролируемом объекте 5, перемещающемс  в направл ющих 6 вдоль оси ОЮ2. Сканатор 4 состоит из оптической системы 7 и фото- .. электронного сканирующего преобразовател  8, Сигнальный выход 9 сканатора соединен с входом формировател  10 видеосигнала . Его выход 11 подключен к входу коммутатора 12. Координатный выход 13 сканатора подключен к информационным входам ключей 14, управл ющие входы которых соединены с выходами коммутатора

5 12, Выходы ключей 14 соединены с соответствующими входами запоминающих устройств 15, выходы которых подключены к вычислительному блоку 16. К вычислительному блоку 16 через информационный вы0 ход 17 подключен индикатор 18, а через диагностический выход 19 - блок 20 автоматического определени  достоверности информации , состо щий из блока 21 определени  минимума и блока 22 определени 

5 максимума; которые выходами подключены к схеме 23 сравнени  с релейным выходом, входы этих блоков объединены и  вл ютс  входом блока 20.

Истинное положение объекта X отсчи0 тываетс  точки Оа и определ етс  по координате Хк кра  заслонки, отсчитываемой от точки О OOi. В исходном положении объекта . Количество ключей 14 и ЗУ 15 равно N. Количество прорезей 2 в

5 заслонке 1 равно N-1. Прорези расположены равномерно с шагом А, значение которого как константа введено в вычислительный блок.

Фотоэлектронный датчик положени 

0 работает следующим образом.

Сканатор 4 производит однострочную развертку заслонки 1 в пределах своего пол  зрени  ОСч, направление развертки от точки О до OL В процессе развертки скана5 тор на выходе 9 вырабатывает видеосигнал (фиг.2). характеризующий распределение освещенности в поле зрени  сканатора 001. Положительному уровню видеосигнала соответствуют освещенные участки пол  зре0 ни  (прорези 2 и участок от Хк до Oi); нулевому уровню видеосигнала - непрозрачные участки заслонки 1.

Формирователь 10 вырабатывает короткие импульсы I (фиг.2) в моменты

5 ti,t2,..,,tK пересечени  чувствительным элементом сканатора черно-белых границ, чему соответствуют середины положительных фронтов видеосигнала II. Указанные короткие импульсы I направл ютс  поочередно коммутатором 12 на управл ющие входы

ключей 14; первый импульс в момент ti поступает на левый (по схеме фиг.1) ключ 14, второй в момент t2 поступает на следующий ключ и т.д. Количество коротких импульсов | и номер К последнего используемого ключа определ ютс  положением X контролируемого объекта и, следовательно, заслонки,

Кроме видеосигнала, сканатор на координатном выходе 13 вырабатывает кодовый Сигнал, характеризующий положение чувст- ительного элемента сканатора вдоль оси Oi в пределах пол  зрени . Начало отсчета точка 0. Условно изменение кодового сигнала III показано на фиг.2. | В моменты ti,t2,...,tK по влени  корот- Уих импульсов соответствующие ключи 14 Последовательно открываютс  в и соеди- йенные с ними запоминающие устройства J5 записываютс  координаты Хт, Х2,...,Хк. черно-белых границ прорезей 2 заслонки 1 и ее кра .

I По окончании цикла сканировани  полученные координаты обрабатываютс  в вычислительном блоке следующим образом, начале определ етс  количество К запоминающих устройств, на выходе которых имеетс  нулевое значение координаты. За т ем определ етс  искомое положение X контролируемого объекта по формуле : + A(K-1),(1) где А - шаг расположени  прорезей.

Результат измерени  X выводитс  через в;ыход 17 на индикатор 18 и передаетс  в систему автоматического управлени  положением объекта..

При перемещении объекта.5 перемещаетс  и заслонка 1. При этом всегда коорди- н;ата Xi первой черно-белой границы (отсчитываемой отточки О) находитс  в пределах от нул  до величины А. Действительно , пусть объект перемещаетс  из показанного на фиг.2 положени  вниз. Как только величина Хч станет равной А, одно временно в точке О установитс  следующа  черно-бела  граница, и при дальнейшем перемещении объекта вниз по витс  еще один сформированный короткий импульс/ величина К увеличиваетс  на 1, координата Xi скачком уменьшаетс  с А до единицы младшего разр да кода положени  объекта, а результат вычислени  X увеличитс  на единицу младшего разр да, как и должно было произойти, Результат измерени  X значительно меньше зависит от перемещений объекта и заслонки в неконтролируемых направлени х, чем у прототипа, т.к. величина А совершенно не зависит от указанных перемещений, а перва  черно-бела  граница, определ юща  координату XL

всегда находитс  вблизи оптической оси, т.е. в зоне, где изменение рассто ни  от предмета до оптической системы приводит к существенно меньшим изменени м поло- жени  изображени  на фотопреобразователе 8, чем на краю пол  зрени . Аналогично уменьшаютс  также погрешности, вызывае- . мые дисторсией объектива и нелинейностью собственно фотоэлектронного сканирующего

преобразовател  8. Выигрыш в точности тем больше, чем меньше шаг А расположени  прорезей 2. Дл  датчика с ходом 100 мм при рассто нии 500 мм от заслонки 1 до оптической системы 7, длине фотоэлектронного преобразовател  20 мм, количестве прорезей 10, дисторсии оптической системы 1 % уменьше- ние максимальной погрешности измерени  по сравнению с прототипом составит брйен- тировочно 15 раз при равномерном законе

распределени  положени  кра  заслонки в поле зрени  сканатора.

Автоматическое onределение Дбстовёр- ности информации о положении X объекта 5 производитс  следующим образом.

В вычислительно 16 подсчитываютс  положени  Х2.Хз,...,Хк кра  заслонки как Суммы координат второй чёрно-белой границы и уменьшенного на 1 по сравнению с формулой (1) количества шагов А, затем

третьей, четвертой и т.д. границ с соответствующим количеством шагов, т.е.

; Х2 Х2 + А (К - 2), Хз Хз + А (К - 3),

ХК +А (К-К) ХК

(2)

Полученные величины Xi,X2,...,xY через диагностический выход 19 вычислительного

блока 16 поочередно передаютс  в блок 20 автоматического определени  достоверности информации. По окончании передачи данных в блоке 21 определени  минимума выдел етс  минимальное значение последовательности ХМин, а в блоке 22 - максимальное Хмэкс. При нормальном функционировании датчика разность экстремальных значений не превышает порога

Хмакс Хмин Д.(3)

Если этот порог превышен, то срабатывает схема 23 сравнени  с релейной характеристикой , на ее выходе по вл етс  сигнал, что свидетельствует о недостоверности информации на выходе 17 вычислительного блока 24. Причиной недостоверности могут быть нарушение креплени  заслонки, ее поломка, засорение одной или нескольких прорезей, неправильна  работа формировател  с потерей коротких импульсов и др.

Дополнительным критерием достоверности может быть вычисление разностей

Х3-х2) Х4-Хз и т.д. и проверка их указанным образом, а также на отклонение от шага А.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Оптозлектронный датчик положени  объекта, содержащий оптически св занные осветитель и рптоэлектроннй сканатор,расположенную между ними заслонку, св зываемую с объектом, подключенный к сигнальному выходу сканатора формирователь видеосигнала, последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство и индикатор, причем информационный вход ключа соединен с координатным выходом сканатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено N-канальным коммутатором, N-1 парой последовательно соединенных ключей и бло- кбв запоминани , вычислительным блоком и блоком автоматического определени  достоверности информации, вход коммутатора соединен с выходом формировател  видеосигнала , информационные входы ключей соединены с координатным выходом сканатора, выходы коммутатора соединены с управл ющими входами ключей, выходы блоков запоминани  подключены к входам вычислительного блока, информационный выход вычислительного-блока соединен с индикатором, блок автоматического определени ;достоверности информации выполнен в виде схемы сравнени  и подключенных к ее входам блоков определени  минимума и блока определени  максимума, входы которых соединены с диагностическим выходом вычислительного блока, заслонка выполнена с N-1 равномерно расположенными прорез ми.

   Фиг. 2