RU2115885C1 - Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization - Google Patents
Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115885C1 RU2115885C1 RU95102172A RU95102172A RU2115885C1 RU 2115885 C1 RU2115885 C1 RU 2115885C1 RU 95102172 A RU95102172 A RU 95102172A RU 95102172 A RU95102172 A RU 95102172A RU 2115885 C1 RU2115885 C1 RU 2115885C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- marks
- read
- output
- input
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в астрономии, навигации, геодезии, технической физике, точном машиностроении и приборостроении, оптико-механической промышленности, оптико-электронной промышленности, в строительстве сооружений, прежде всего для первичной аттестации и изготовления эталонных угловых мер для определения инструментальной погрешности образцовых углоизмерительных средств, для поверки испытательных угловых полигонов, углоизмерительных приборов, стендов, датчиков угла, для контроля технологических процессов по точности изготовления геодезических лимбов, угловых оптических элементов, растровых решеток, кодовых дисков, оптических дисков памяти, в разработке и создании нового класса высокоточных углоизмерительных приборов и оборудования. The invention relates to measuring equipment and can be used in astronomy, navigation, geodesy, technical physics, precision engineering and instrumentation, the opto-mechanical industry, the optoelectronic industry, in the construction of structures, primarily for primary certification and the manufacture of reference angular measures to determine instrumental error of exemplary angle measuring instruments, for checking test corner ranges, angle measuring instruments, stands, angle sensors, for monitoring technological processes for the accuracy of manufacturing geodetic limbs, angular optical elements, raster gratings, code disks, optical memory disks, in the development and creation of a new class of high-precision angle measuring instruments and equipment.
Известен способ контроля угла поворота по авт. св. СССР 1767325, кл. G 01 B 11/26, заключающийся в том, что вращают поворотное устройство с установленными на нем кольцевым лазером и многогранной призмой по часовой стрелке, регистрируют за один полный оборот количество импульсов фотоэлектрического автоколлиматора при совмещении нормали к грани призмы с визирной осью автоколлиматора, производят подсчет количества периодов сигнала кольцевого лазера за период времени между двумя зарегистрированными импульсами автоколлиматора, вращают поворотное устройство в противоположную сторону, повторно регистрируют за один полный оборот количество импульсов автоколлиматора и повторно производят подсчет количества периодов сигнала кольцевого лазера, вычисляют разность количества импульсов автоколлиматора и производят сравнение этой разности с количеством граней призмы, одновременно с вычислением разности количества импульсов автоколлиматора вычисляют разность количества периода кольцевого лазера за полный оборот, полученных при вращении в обе стороны, производят сравнение вычисленной разности с количеством периодов сигнала кольцевого лазера, по результату сравнения судят о работе измерительной системы. A known method of controlling the angle of rotation according to ed. St. USSR 1767325, class G 01 B 11/26, which consists in rotating a rotary device with a ring laser mounted on it and a multifaceted prism in a clockwise direction, registering for one full revolution the number of pulses of the photoelectric autocollimator when combining the normal to the prism face with the sighting axis of the autocollimator, calculate the number of periods of the ring laser signal for the period of time between two registered pulses of the autocollimator, rotate the rotary device in the opposite direction, re-register for one complete revolution, the number of pulses of the autocollimator and repeatedly counts the number of periods of the ring laser signal, calculate the difference in the number of pulses of the autocollimator and compare this difference with the number of faces of the prism, while the difference in the number of pulses of the autocollimator calculates the difference in the number of periods of the ring laser per complete revolution obtained rotation in both directions, comparing the calculated difference with the number of periods of the ring laser signal, the result of the comparison is judged on the operation of the measuring system.
Недостаток способа заключается в том, что разность количества периодов сигнала кольцевого лазера не является однозначной функцией значения угла между гранями призмы из-за нестабильности расщепленной частоты кольцевого лазера, зависящей от многих факторов, в том числе от угловой скорости вращения поворотного устройства, ограничивающей чувствительность кольцевого лазера малыми угловыми скоростями. The disadvantage of this method is that the difference in the number of periods of the ring laser signal is not an unambiguous function of the angle between the faces of the prism due to the instability of the split frequency of the ring laser, which depends on many factors, including the angular rotation speed of the rotary device, which limits the sensitivity of the ring laser low angular velocities.
Известен способ определения осредненной погрешности прозрачного лимба углоизмерительного прибора (авт. св. СССР 1659702, кл. G 01 C 1/06), заключающийся в том, что последовательно измеряют частные погрешности каждого из штрихов в группе штрихов считывающей маски по границам свет-тень и тень-свет и используют данные дополнительных определений при обработке результатов измерений. There is a method of determining the average error of a transparent limb of an angle measuring device (ed. St. USSR 1659702, class G 01
Способ вносит дополнительные погрешности в инструментальную погрешность прибора при определении частных погрешностей по границам свет-тень и тень-свет, кроме того, он малопроизводителен и нетехнологичен, так как требует полунатурного макетирования или механического вмешательства внутрь углоизмерительного прибора при определении осредненной погрешности. The method introduces additional errors in the instrumental error of the device when determining partial errors at the light-shadow and shadow-light boundaries, in addition, it is inefficient and low-tech, since it requires a half-scale prototyping or mechanical intervention inside the angle-measuring device when determining the average error.
Известно устройство (авт. св. СССР 1384951, кл. G 01 C 1/02), реализующее способ, заключающийся в том, что непрерывно вращают закрепленные на одной оси эталонный и контролируемый лимбы и одновременно измеряют (заполняют импульсами стабильной частоты) интервалы времени между импульсами, фиксирующими угловое положение штрихов эталонного лимба, и между импульсами, фиксирующими угловое положение штрихов контролируемого лимба, и обрабатывают погрешности контролируемого для каждого интервала по формуле
где φi - угол между штрихами контролируемого лимба;
φo - угол между штрихами эталонного лимба;
Ti - количество импульсов стабильной частоты, уложившихся в интервале времени между штрихами контролируемого лимба;
To - количество периодов стабильной частоты, уложившихся в интервале времени между штрихами эталонного лимба.A device is known (ed. St. USSR 1384951, class G 01 C 1/02), which implements the method, which consists in the fact that the reference and controlled dials are continuously fixed on one axis and simultaneously measure (fill with pulses of a stable frequency) time intervals between pulses fixing the angular position of the strokes of the reference limb, and between pulses fixing the angular position of the strokes of the controlled limb, and process the errors of the controlled for each interval by the formula
where φ i is the angle between the strokes of the controlled limb;
φ o - the angle between the strokes of the reference limb;
T i - the number of pulses of a stable frequency that fit within the time interval between the strokes of the controlled limb;
T o - the number of periods of stable frequency that fit in the time interval between the strokes of the reference limb.
Способ, реализованный в устройстве, вносит в измерения дополнительные погрешности, обусловленные неточностью образцового лимба и неточностью в установке угловой меры эталонного лимба при согласовании с угловой мерой контролируемого лимба, когда отношение количества штрихов шкалы эталонного лимба к количеству штрихов шкалы контролируемого лимба не целое кратное. The method implemented in the device introduces additional errors into the measurements due to the inaccuracy of the model limb and the inaccuracy in setting the angular measure of the standard limb when coordinated with the angular measure of the controlled limb, when the ratio of the number of strokes of the scale of the standard limb to the number of strokes of the scale of the controlled limb is not an integer multiple.
Известен способ определения погрешности диаметров лимбов углоизмерительных инструментов (авт. св. СССР 556314, кл. G 01 C 1/00), заключающийся в том, что сравнивают моменты времени прохождения через визирную ось соответствующих штрихов эталонного и исследуемого лимбов, закрепленных на одной вращающейся оси. There is a method of determining the error of the diameters of the limbs of angle measuring instruments (ed. St. USSR 556314, class G 01
Способ вносит в измерения дополнительные угловые погрешности, обусловленные неточностью эталонного лимба, нестабильностью частоты вращения оси, кроме того, способ не позволяет производить контроль лимбов с любым законом расположения штрихов по длительной окружности, отличающимся от эталонного лимба. The method introduces additional angular errors into the measurements due to the inaccuracy of the reference limb, the instability of the axis rotation frequency, in addition, the method does not allow control of the limbs with any law of the location of the strokes along a long circle that differs from the standard limb.
Известны способ измерения угловых величин и устройство для его осуществления (авт. св. СССР 1795271, кл. G 01 B 11/26), заключающийся в том, что образуют первую и вторую интерференционные картины от одного лазера (когерентного источника пространственного излучения) с углом сходимости волновых фронтов, противоположным по знаку первой картине, а величину перемещения измеряют по изменению положения одной интерференционной картины относительно другой. A known method of measuring angular values and a device for its implementation (ed. St. USSR 1795271, class G 01 B 11/26), which consists in the fact that they form the first and second interference patterns from a single laser (coherent source of spatial radiation) with an angle the convergence of the wave fronts opposite in sign to the first picture, and the amount of displacement is measured by the change in the position of one interference pattern relative to another.
В реализации способа использованы лазер, скрепленный с объектом, зеркальный блок и система анализа. In the implementation of the method used a laser attached to the object, a mirror unit and an analysis system.
К недостаткам способа можно отнести малый диапазон измеряемых угловых величин до 3,5 угловых минут, влияние среды распространения на точность измерений при разнесенных в пространстве когерентных каналов излучения. The disadvantages of the method include a small range of measured angular values up to 3.5 arc minutes, the influence of the propagation medium on the accuracy of measurements with spatially separated coherent radiation channels.
Известно устройство для контроля дорожек лимбов угломерных приборов [1], реализующее способ, заключающийся в том, что непрерывно вращают закрепленные на одном валу эталонный и контролируемый лимбы, преобразуют сигналы считывания с эталонного и контролируемого лимбов в импульсные последовательности, умножают частоту импульсов эталонной последовательности (методом импульснофазовой автоподстройки частоты), стробируют во времени положение границ штрихов контролируемого лимба относительно границ штрихов эталонного лимба, заполняют по границам штрихов интервалы времени умноженной частотой импульсов эталонной последовательности, подсчитывают количества импульсов заполнения между границами штрихов, данные заносят в вычислительный анализатор, запоминают и определяют положения границ штрихов контролируемого лимба. A device is known for monitoring the paths of the limbs of goniometer instruments [1], which implements the method that continuously rotates the reference and controlled limbs fixed on one shaft, converts the read signals from the reference and controlled limbs into pulse sequences, and multiplies the pulse frequency of the reference sequence (by the method pulse phase-locked loop), the position of the boundaries of the strokes of the controlled limb relative to the boundaries of the strokes of the standard limb is gated in time, filled with g To the boundaries of strokes, time intervals multiplied by the pulse frequency of the reference sequence, the number of filling pulses between the boundaries of the strokes is counted, the data are entered into the computational analyzer, and the position of the boundaries of the strokes of the controlled limb is recorded and determined.
Способ, реализованный в устройстве, вносит в угловые измерения дополнительные погрешности эталонного лимба и умножителя. The method implemented in the device introduces additional errors of the reference limb and the multiplier into the angular measurements.
Известна измерительная машина "ЕКТМ-М" (Герд Шухард, Новый приборный комплекс для изготовления высокоточных круговых шкал, журнал Йенское обозрение N2, стр. 92-94, 102, CARL ZEISS IENA, ГДР, ЙЕНА, 1986 г.), реализующая способ угловых измерений, заключающийся в том, что вращают с постоянной угловой скоростью ротор, выполненный в виде высокоточной воздушной опоры с радиальным биением не более 0,03 мкм, на котором закреплены первичный круг и измеряемый объект, преобразуют информацию с первичного круга и измеряемого объекта в импульсные последовательности, измеряют интервалы времени между штрихами объекта и штрихами первичного круга, рассчитывают исходя из номера первичного круга, соответствующей поправки и измеренных интервалов времени углового положения штрихов измеряемого объекта, выводят данные после коррекции эксцентриситета по выбору, а именно для радиальных или диаметральных линий в виде отношения к первому штриху, или приведенные к среднему арифметическому суммарной погрешности деления, или в виде ошибки интервала. Known measuring machine "EKTM-M" (Gerd Schuhard, New instrumentation for the manufacture of high-precision dials, Jensky magazine N2, pp. 92-94, 102, CARL ZEISS IENA, GDR, YENA, 1986), which implements the method of angular measurements, namely, that the rotor is rotated at a constant angular velocity, made in the form of a high-precision air support with a radial runout of not more than 0.03 μm, on which the primary circle and the measured object are fixed, convert information from the primary circle and the measured object into pulse sequences change the time intervals between the strokes of the object and the strokes of the primary circle are determined, calculated on the basis of the primary circle number, the corresponding correction and the measured time intervals of the angular position of the strokes of the measured object, data is output after correction of eccentricity by choice, namely for radial or diametric lines in the form of a ratio to the first stroke, or reduced to the arithmetic mean of the total division error, or in the form of an interval error.
К недостаткам способа, реализованного в измерительной машине, можно отнести наличие дополнительной погрешности, обусловленной нестабильностью угловой скорости вращения ротора и ошибки от вводимой поправки (коррекции) по угловому положению штрихов первичного круга. The disadvantages of the method implemented in the measuring machine include the additional error due to the instability of the angular speed of rotation of the rotor and errors from the introduced correction (correction) by the angular position of the strokes of the primary circle.
Известен способ аттестации шкалы углоизмерительного прибора, основанный на методе контроля по Хейвелинку, Парняков Е.С., Методы и средства автоматизированного контроля круговых мер, аналитический обзор за 1970 - 1988 г., - ЦНИИИТЭ, 1989, заключающийся в том, что многократно сравнивают значения углов, отсчитанных на углоизмерительном приборе с углами контрольного датчика, причем после каждого круга сличения в пределах 360o контрольный датчик угла поворачивают на один угловой интервал шкалы относительно углоизмерительного прибора, заканчивают сравнение углов при развороте контрольного датчика угла 360o относительно аттестуемого углоизмерительного прибора.There is a method of certification of the scale of an angle measuring device, based on the Heyvelink control method, ES Parnyakov, Methods and means of automated control of circular measures, an analytical review for 1970 - 1988, Central Research Institute of Electrical Engineering, 1989, which consists in the fact that the values are compared repeatedly angles counted on goniometric instrument with control probe angles, wherein after each round of comparisons within a 360 o control angle sensor is rotated by one angular interval scale with respect to angle measurement device, end cf. vneny angles at the reference sensor 360 o turn angle relative Appraisee angle measurement device.
Способ позволяет исключить неравномерность значений погрешностей в зависимости от числа шагов разворота и несколько снизить само значение ошибки. К недостаткам способа можно отнести низкую производительность из-за большого объема ручного труда при аттестации, соответственно значительный вес субъективной оценки. The method allows to eliminate the non-uniformity of the error values depending on the number of pivot steps and somewhat reduce the error value itself. The disadvantages of the method include low productivity due to the large amount of manual labor during certification, respectively, a significant weight of the subjective assessment.
Наиболее близким заявляемому способу и устройству измерения углов является способ измерения погрешности положения штрихов круговых шкал и устройство для его осуществления [2], заключающиеся в том, что непрерывно вращают поверяемую шкалу, регистрируют моменты прохождения штрихами шкалы зоны считывания и сравнивают полученный сигнал с усредненным по времени сигналом, выделяют их разностную частоту и интегрируют ее по времени. The closest to the claimed method and device for measuring angles is a method of measuring the error of the position of the strokes of the circular scales and a device for its implementation [2], which consists in the fact that the rotated scale is continuously rotated, the moments of passage of the reading on the scale of the reading zone are recorded and the received signal is compared with the time-averaged signal signal, select their difference frequency and integrate it over time.
Способ вносит в измерения дополнительные систематические и случайные погрешности, обусловленные фазовым детектированием при выделении разностной частоты и ее интегрировании. The method introduces additional systematic and random errors into the measurements due to phase detection during the separation of the difference frequency and its integration.
Устройство по способу содержит двигатель вращения шпинделя с оправкой для крепления круговой шкалы, отсчетный блок, оптически связанный с круговой шкалой, опорно-измерительный блок фазового детектирования, блок обработки, регистратор, датчик начального положения, кинематически связанный со шпинделем, блок управления и блок радиального перемещения, механически связанный с отсчетным блоком. The device according to the method includes a spindle rotation motor with a mandrel for attaching a dial, a reading unit optically coupled to a dial, a reference measuring unit for phase detection, a processing unit, a recorder, an initial position sensor kinematically connected to the spindle, a control unit and a radial displacement unit mechanically connected to the reading block.
Устройство, реализующее способ, вносит в измерения дополнительную погрешность, обусловленную дестабилизирующими факторами двигателя на частоту поверяемой шкалы. A device that implements the method introduces an additional error into the measurements due to the destabilizing factors of the engine on the frequency of the scale being verified.
Метрологическая аттестация и поверка средств измерения углов является одной из задач технической физики, от решения которой зависит уровень технологии многих отраслей промышленности, тесно связанный с экономикой производств и качеством продукции. Metrological certification and verification of angle measuring instruments is one of the tasks of technical physics, the solution of which determines the level of technology in many industries, closely related to the economics of production and product quality.
Ясно, что в первую очередь требуются новые, недорогие, простые в реализации, высокоточные, технологичные, легко автоматизируемые, высокопроизводительные, объективные методы и средства метрологической аттестации и поверки эталонных и образцовых угловых мер при их изготовлении, хранении и тиражировании, а также при создании на их базе технических средств и углоизмерительного технологического оборудования, с помощью которого изготавливают, измеряют и контролируют в производстве, в том числе, детали, элементы угловых топологических структур, узлы и изделия, выполняющие функции углоизмерительных первичных рабочих инструментальных средств, как то: призмы, шкалы, лимбы, растры, дифракционные решетки, кодированные диски, оптические диски памяти, датчики, приборы и устройства различного назначения. It is clear that, first of all, new, inexpensive, easy-to-implement, high-precision, technological, easily automated, high-performance, objective methods and means of metrological certification and verification of standard and model angular measures in their manufacture, storage and replication, as well as when creating their base of technical means and angle measuring technological equipment, with the help of which they manufacture, measure and control in production, including details, elements of angular topological structures ur, components and products operating goniometric function of the primary working tool, such as: prisms, scale, limbs, rasters gratings encoded disks, optical memory disks, transducers, and devices for various purposes.
Повышение точности измерения углов объекта контроля и повышение точности формирования угловых меток на объекте в заявляемом способе достигается тем, что непрерывно измеряют интервалы времени между моментами прохождения меток объекта контроля в течение заданных целых оборотов непрерывно относительного вращения между объектом контроля и позициями считывания-записи его меток, запоминают их и определяют по ним углы между метками объекта контроля по формуле
φ = F(t-to),
где
φ - угол относительного поворота между объектом контроля и позициями считывания - записи его меток;
F - функция приближения т.е. интерполяции;
t - аргумент функции, т.е. текущее время;
to - начальный аргумент, т.е. начало отсчета.Improving the accuracy of measuring the angles of the control object and improving the accuracy of the formation of angle marks on the object in the claimed method is achieved by continuously measuring the time intervals between the moments of passing the marks of the control object for a given whole revolution of continuous relative rotation between the control object and the read-write positions of its marks, remember them and determine by them the angles between the marks of the object of control according to the formula
φ = F (tt o ),
Where
φ is the angle of relative rotation between the control object and the read positions - write its marks;
F is the approximation function i.e. interpolation;
t is the argument of the function, i.e. current time;
t o is the initial argument, i.e. reference point.
При определении углов между метками объекта контроля отклонения функции приближения от угла относительного поворота объекта контроля и позиций считывания-записи его меток сравнивают с их допустимыми значениями, корректируют заданное количество целых оборотов относительного вращения в зависимости от результата сравнения, повторяют действия по измерению интервалов времени между метками объекта контроля, описанные ранее, до обеспечения условия, при котором отклонения функции приближения от угла относительного поворота между объектом контроля и позициями считывания-записи его меток не превышают допустимого значения отклонения;
При измерении углов между метками непрерывно вращающегося объекта контроля, закрепленного на валу и сцентрированного по отношению к оси вращения вала, имеющего малые момент трения, торцевые и радиальные биения дополнительно определяют влияние эксцентриситета и корректируют углы между метками на величину влияния эксцентриситета;
При измерении углов между метками непрерывно вращающегося объекта контроля, закрепленного на валу и сцентрированного по отношению к оси вращения вала, имеющего момент инерции, значительно больший момента инерции объекта контроля и малые момент трения, торцевые и радиальные биения, углы между метками объекта определяют в соответствии с измеренными интервалами времени между моментами прохождения позиций считывания-записи одинаковых других объектов по ранее установленной функции приближения для одинакового по своим физическим свойствам и параметрам объекта ранее описанными действиями с сохранением иных условий, обеспечивающих выполнение ранее описанных действий, при этом за начальный аргумент принимают начало периода вращения, равного или близкого по величине первому периоду вращения относительно позиций считывания одинакового проконтролированного объекта по ранее установленной функции приближения на выбеге.When determining the angles between the marks of the control object, the deviations of the approximation function from the angle of the relative rotation of the control object and the read-write positions of its marks are compared with their permissible values, the specified number of whole revolutions of the relative rotation is adjusted depending on the comparison result, the steps for measuring the time intervals between the marks are repeated of the control object described earlier, until a condition is provided under which deviations of the approximation function from the angle of relative rotation between the object control and read-write positions his tags do not exceed the allowable value of the deviation;
When measuring the angles between the marks of a continuously rotating control object, mounted on the shaft and centered with respect to the axis of rotation of the shaft, having a small friction moment, end and radial run-outs additionally determine the effect of eccentricity and adjust the angles between the marks on the magnitude of the effect of eccentricity;
When measuring the angles between the marks of a continuously rotating control object, mounted on the shaft and centered relative to the axis of rotation of the shaft, having a moment of inertia significantly greater than the moment of inertia of the control object and small friction moment, end and radial runout, the angles between the marks of the object are determined in accordance with the measured time intervals between the moments of passage of the read-write positions of identical other objects according to the previously established approximation function for the same physical properties the parameters and parameters of the object with the previously described actions, while maintaining other conditions that ensure the fulfillment of the previously described actions, while the initial argument is the beginning of a rotation period equal to or close to the first rotation period relative to the read positions of the same controlled object according to the previously established coastal approach function.
При измерениях в плоскости анализа углов между метками объекта контроля, при прохождении которых ориентированными на объект позициями считывания-записи, закрепленными на валу так, что их визирные линии находятся в одной плоскости анализа с осью вращения вала, имеющего совместно с позициями считывания-записи большой момент инерции и малые момент трения, торцевые и радиальные биения, углы между метками объекта определяют в соответствии с измеренными интервалами времени между моментами прохождения позициями считывания-записи меток объекта контроля по ранее установленной функции приближения действиями, описанными ранее, с сохранением иных условий, обеспечивающих выполнение действий, описанных ранее. When measuring in the plane of analysis of the angles between the marks of the object of control, during the passage of which object-oriented read-write positions are fixed on the shaft so that their sighting lines are in the same plane of analysis with the axis of rotation of the shaft, which has a large moment together with the read-write positions inertia and small moment of friction, end and radial run-outs, angles between marks of an object are determined in accordance with the measured time intervals between the moments of passage of read-write positions of marks of objects that control of actions previously set function approximation described earlier, while maintaining other conditions, ensuring performance of procedures previously described.
Угловые метки на объекте, непрерывно вращающемся относительно ориентированной позиции считывания-записи, закрепленном на валу и сцентрированном по оси вращения вала, имеющего малые момент трения, торцевые и радиальные биения, формируют синхронно с сигналами записи меток заданной топологической структуры в соответствии с ранее установленной функцией приближения в моменты времени прохождения объектом позиций считывания-записи, при этом на начальный аргумент функции формирования угловых меток во времени принимают начало периода относительного вращения этого объекта с ранее установленной функцией приближения. Corner marks on the object, continuously rotating relative to the read-write oriented position, mounted on the shaft and centered on the axis of rotation of the shaft having small frictional moment, end and radial runout, are formed synchronously with the mark recording signals of the given topological structure in accordance with the previously established approximation function at times when the object passes the read-write positions, and the beginning of the relative period is taken as the initial argument of the function of forming corner marks in time The actual rotation of this object with the previously set zoom function.
Кроме того, угловые метки на объекте, непрерывно вращающемся относительно ориентированной на него позиции считывания-записи, закрепленном на валу и сцентрированном по оси вращения вала, имеющего малые трения, торцевые и радиальные биения, формируют синхронно с сигналами считывания меток с другого, закрепленного на том же валу и сцентрированного по оси вращения вала, объекта, на котором угловые метки сформированы по заданной топологической структуре действиями в соответствии с ранее установленной функцией приближения. In addition, angle marks on an object that continuously rotates relative to the read-write position fixed to it, mounted on the shaft and centered on the axis of rotation of the shaft, having low friction, end and radial runout, are formed in synchronization with the read signals from the marks mounted on the other same shaft and centered on the axis of rotation of the shaft, the object on which the corner marks are formed according to a given topological structure by actions in accordance with the previously set approximation function.
На фиг. 1 и 2 изображены устройство и его вариант исполнения по заявляемому способу соответственно. In FIG. 1 and 2 depict the device and its embodiment according to the claimed method, respectively.
Устройство содержит вал 1 вращения, имеющий метки считывания целого оборота вала и его долей, выполненный, например, в виде высокоточной опоры с газовой смазкой (вращающаяся часть опоры показана в разрезе), на котором сцентрированы и закреплены объект 2 контроля, выполненный, например, в виде стеклянного лимба или кольцевого лазера (на фиг. 1 условно показан стеклянный лимб, который может быть представлен как единое целое с конструкцией вала 1 или как объект 2 контроля),
объект 3 контроля, выполненный, например, в виде цилиндра или диска, ось симметрии которого совмещают с осью вращения вала 1, или призмы, боковую грань которой ориентируют параллельно оси вращения вала 1;
позицию 4 считывания-записи, выполненную, например, в виде фотоэлектрического автоколлиматора, визирную ось которого совмещают с нормалью к боковой грани призмы, причем в момент их совмещения вырабатывают сигнал считывания, или приемопередающего устройства, ориентированного относительно объекта 3 к его цилиндрической поверхности или к плоскости основания, перпендикулярной к оси вращения вала 1;
позиции 5 и 6 считывания-записи, выполненные в виде приемопередающих преобразователей меток целого оборота вала 1 и его долей соответственно, например, в виде фотоэлектрических или оптико-электронных, или магнитоэлектрических, или магнитооптических, причем позицию 5 используют преимущественно для выполнения операции считывания (приема);
узел 7 выбора объекта контроля, первый вход которого соединен с выходом позиции 4, а второй вход соединен с выходом позиции 6 считывания меток объекта контроля 2;
блок 8 управления, первый вход которого соединен с выходом позиции 5 считывания метки целого оборота вала 1, второй вход - с выходом узла 7, а первые два выхода соединены со входами записи позиций 4 и 6 соответственно и второй выход соединен с третьим входом узла 7;
вычислительный анализатор 9, выполненный в виде, например, электронно-вычислительной машины, у которого первые входы соединены с третьими выходами блока 8 и первые выходы соединены с третьими входами блока 8;
генератор 10 высокостабильной частоты импульсов, выход которого соединен с четвертым входом блока 8;
формирователь 11 фронта и среза (переднего и заднего фронтов) сигнала считывания меток объекта контроля, выполненный в виде фиксатора временного положения фронтов, например, по точкам перегиба, у которого первый вход соединен с выходом узла 7, второй вход соединен с четвертым выходом блока 8, а третий вход соединен с выходом генератора 10;
счетчик 12 импульсов, первый вход которого соединен с выходом генератора 10, а второй вход - с четвертым выходом блока 8;
регистры 13, 14, первые входы которых подсоединены к выходам счетчика 12, вторые входы подсоединены соответственно к первому и второму выходам формирователя 11, третьи входы подсоединены ко вторым двум выходам анализатора 9, а выходы подсоединены ко вторым входам анализатора 9;
триггеры 15, 16, у которых первые входы подсоединены соответственно к первому и второму выходам формирователя 11, вторые входы подсоединены к четвертому выходу блока 8, третьи входы подсоединены ко вторым двум выходам анализатора 9, а выходы подсоединены к третьим входам анализатора 9.The device comprises a
the control object 3, made, for example, in the form of a cylinder or disk, the axis of symmetry of which is combined with the axis of rotation of the
the read-write position 4, made, for example, in the form of a photoelectric autocollimator, the line of sight of which is aligned with the normal to the side face of the prism, and at the time of their combination, a read signal or transceiver is generated, oriented relative to object 3 to its cylindrical surface or plane the base perpendicular to the axis of rotation of the
read-write
node 7 of the selection of the control object, the first input of which is connected to the output of position 4, and the second input is connected to the output of the
control unit 8, the first input of which is connected to the output of
a computing analyzer 9, made in the form, for example, of an electronic computer, in which the first inputs are connected to the third outputs of block 8 and the first outputs are connected to the third inputs of block 8;
a highly stable pulse frequency generator 10, the output of which is connected to the fourth input of block 8;
shaper 11 of the front and the slice (leading and trailing edges) of the signal for reading labels of the control object, made in the form of a latch for the temporary position of the fronts, for example, at inflection points, in which the first input is connected to the output of node 7, the second input is connected to the fourth output of block 8, and the third input is connected to the output of the generator 10;
a pulse counter 12, the first input of which is connected to the output of the generator 10, and the second input to the fourth output of block 8;
registers 13, 14, the first inputs of which are connected to the outputs of the counter 12, the second inputs are connected respectively to the first and second outputs of the former 11, the third inputs are connected to the second two outputs of the analyzer 9, and the outputs are connected to the second inputs of the analyzer 9;
triggers 15, 16, in which the first inputs are connected respectively to the first and second outputs of the driver 11, the second inputs are connected to the fourth output of the unit 8, the third inputs are connected to the second two outputs of the analyzer 9, and the outputs are connected to the third inputs of the analyzer 9.
Устройство измерения углов по предлагаемому способу работает следующим образом. The device for measuring angles of the proposed method works as follows.
На вал 1 вращения устанавливают, центрируют и закрепляют объекты 2, 3, ориентируют позиции 4, 5, 6 считывания-записи относительно меток объектов 2, 3. Раскручивают вал 1 (фиг. 1 привод раскручивания вала 1 не показан), оставляют вал 1 в режиме свободного выбега. Objects 2, 3 are installed, centered and fixed on the
По первым выходам анализатора 9 на третьи входы блока 8 последовательно во времени задают установку 1 (количество целых оборотов вращения во времени задают установку 1 (количество целых оборотов вращения вала 1 соответственно объекта контроля по выбору либо объекта 2, либо объекта 3), сигнал ПУСК, которые в блоке 8 дешифрируют и запоминают. На четвертом выходе блока 8 вырабатывают сигнал, которым воздействуют на второй вход формирователя 11 и запрещают прохождение на его выходы сигналов считывания меток объекта контроля, действующих на первом входе формирователя 11. Кроме того, сигналом на четвертом выходе блока 8 воздействуют на второй вход счетчика 12, на вторые входы триггеров 15 и 16, устанавливают триггеры 15, 16 и счетчик 12 в исходное состояние, запрещают счет импульсов, поступающих с выхода генератора 10 на вход счетчика 12. According to the first outputs of the analyzer 9, the third inputs of block 8 are sequentially set in time 1 (the number of integer rotations in time is set 1 (the number of whole rotations of the
Сигналом на втором выходе блока 8 воздействуют на третий вход узла 7 и производят выбор объекта контроля. Для определенности, например, выбирают объект 3. The signal at the second output of block 8 acts on the third input of node 7 and selects the object of control. For definiteness, for example, object 3 is selected.
При вращении объектов 2, 3 на выходах позиций 4, 5, 6 вырабатывают сигналы в виде импульсных последовательностей считывания меток объектов контроля, которые подают на первый вход узла 7, на первый вход блока 8 и на второй вход узла 7 соответственно. When rotating objects 2, 3 at the outputs of
С момента времени прихода с выхода позиции 5 импульса считывания метки целого оборота вала 1 на первый вход блока 8, при наличии занесенного в его память сигнала ПУСК, в блоке 8 выполняют подготовку к формированию начала цикла измерения. From the moment of arrival from the
С момента времени прихода импульса считывания метки объекта 3, следующего за импульсом метки целого оборота вала 1, импульсом с выхода узла 7 воздействуют на второй вход блока 8, на четвертом выходе которого вырабатывают сигнал, которым снимают запрет счета импульсов с выхода генератора 10, поступающих на первый вход счетчика 12, по второму входу формирователя 11 разрешают прохождение через него сформированных по фронту и срезу импульсов считывания меток объекта 3 с его первого и второго выходов на первые входы триггеров 15 и 16 соответственно. From the moment of arrival of the read pulse of the label of the object 3, following the pulse of the label of the whole revolution of the
Причем импульсы на первом и втором выходах формирователя 11 во времени вырабатывают по фронтам импульсов генератора 10, селектируя по третьему входу формирователя 11 фронтом и срезом импульсов считывания меток объекта 3 ближайший фронт импульса генератора 10, сдвигают их по времени, например, на половину периода частоты следования импульсов генератора 10 относительно счетного импульса, поступающего с выхода генератора 10 на вход счетчика 12. Moreover, the pulses at the first and second outputs of the shaper 11 in time are generated by the edges of the pulses of the generator 10, selecting the closest edge of the pulse of the generator 10 by the front and the slice of the pulses of reading the marks of the object 3, shift them in time, for example, by half the repetition rate period pulses of the generator 10 relative to the counting pulse from the output of the generator 10 to the input of the counter 12.
Таким образом, формируют начало цикла измерения, привязанное к первому импульсу считывания метки объекта 3, пришедшему после импульса считывания метки целого оборота вала 1, которые подсчитывают в блоке 8 и сравнивают с заданной уставкой 1 из анализатора 9. Thus, the beginning of the measurement cycle is formed, tied to the first impulse to read the mark of the object 3, which came after the read impulse of the mark of the whole revolution of the
Первым импульсом на первом выходе формирователя 11, сформированным по его первому входу из фронта импульса считывания метки объекта 3, воздействуют на первый вход триггера 15 и на второй вход регистра 13, при этом производят запись с выхода счетчика 12 в регистр 13 по его первым входам информации о количестве импульсов генератора 10, поступивших в счетчик 12, и устанавливают выход триггера 15 в единичное состояние. Сигналом с выхода триггера 15 по одному из третьих входов анализатора 9 сообщают о готовности информации в регистре 13 для ее считывания в анализатор 9. В анализаторе 9 опрашивают сигнал с выхода триггера 15 и по его единичному состоянию выхода на одном из вторых выходов анализатора 9 вырабатывают сигнал, которым воздействуют на третий вход регистра 13, считывают информацию с выходов регистра 13 в анализатор 9 по его вторым входам и запоминают, а по третьему входу триггера 15 устанавливают его выход в нулевое состояние. The first pulse at the first output of the shaper 11, formed at its first input from the front of the read pulse of the label of the object 3, affects the first input of the trigger 15 and the second input of the register 13, while recording from the output of the counter 12 to the register 13 for its first information inputs about the number of pulses of the generator 10 received in the counter 12, and set the output of the trigger 15 in a single state. The signal from the output of the trigger 15 through one of the third inputs of the analyzer 9 informs about the readiness of the information in the register 13 for reading it into the analyzer 9. In the analyzer 9, the signal from the output of the trigger 15 is polled and a signal is generated from one of the second outputs of the analyzer 9 to produce a signal , which affect the third input of the register 13, read the information from the outputs of the register 13 into the analyzer 9 at its second inputs and remember, and at the third input of the trigger 15 set its output to zero.
Таким образом, в анализатор 9 с регистра 13 заносят начальную информацию цикла измерения и запоминают. Thus, the initial information of the measurement cycle is entered into the analyzer 9 from the register 13 and stored.
Вторым импульсом на втором выходе формирователя 11, сформированным по его первому входу из среза импульса считывания метки объекта 3, воздействуют на первый вход триггера 16 и на второй вход регистра 14, при этом производят запись с выходов счетчика 12 в регистр 14 по первым его входам информации о количестве импульсов генератора 10, поступивших в счетчик 12, и устанавливают выход триггера 16 в единичное состояние. Сигналом с выхода триггера 16 по одному из третьих входов анализатора 9 сообщают о готовности информации в регистре 14 для ее считывания в анализатор 9. В анализаторе 9 опрашивают сигнал с выхода триггера 16 и по его единичному состоянию выхода на одном из вторых выходов анализатора 9 вырабатывают сигнал, которым воздействуют на третий вход регистра 14, считывают информацию с выходов регистра 14 в анализатор 9 по его вторым входам и запоминают, по третьему входу триггера 16 устанавливают его выход в нулевое состояние. The second pulse at the second output of the shaper 11, formed at its first input from the slice of the read pulse of the label of the object 3, is applied to the first input of the trigger 16 and the second input of the register 14, while recording from the outputs of the counter 12 to the register 14 at its first information inputs about the number of pulses of the generator 10 received in the counter 12, and set the output of the trigger 16 in a single state. The signal from the output of the trigger 16 through one of the third inputs of the analyzer 9 reports the readiness of the information in the register 14 for reading it into the analyzer 9. In the analyzer 9, the signal from the output of the trigger 16 is polled and a signal is generated from one of the second outputs of the analyzer 9 to produce a signal , which affect the third input of the register 14, read the information from the outputs of the register 14 into the analyzer 9 at its second inputs and remember, at the third input of the trigger 16 set its output to zero.
Таким образом, в анализатор 9 с регистров 13 и 14 с начала цикла измерения после появления импульсов фронта и среза на первом и втором выходах формирователя 11, сформированных из импульсов считывания метки объекта 3, считывают аргумент функции приближения, иначе текущее время, выраженное количеством импульсов генератора 10, при этом каждый раз после считывания аргумента функции в анализаторе 9 выполняют операцию вычитания из текущего аргумента функции приближения, измеренного по фронту или срезу импульса считывания метки объекта 3, предыдущего аргумента функции приближения, измеренного по срезу или фронту импульса считывания метки объекта 3. Полученную разность, равную интервалу времени между фронтом и срезом импульсов считывания меток объекта 3, запоминают в анализаторе 9, а предыдущее измеренное значение аргумента функции приближения удаляют из памяти анализатора 9. Thus, in the analyzer 9 from registers 13 and 14 from the beginning of the measurement cycle after the appearance of front and cut pulses at the first and second outputs of the shaper 11, formed from the read pulses of the object label 3, the argument of the approximation function is read, otherwise the current time, expressed by the number of generator pulses 10, each time after reading the argument of the function in the analyzer 9, the operation subtracts from the current argument the approximation function, measured along the edge or slice of the read pulse of the label of object 3, previous of an argument approximation function, measured at shear edge or pulse reading tags of the object 3. The resultant difference equal to the time interval between the front and read cut labels pulses object 3 are stored in the analyzer 9, and the previous measured value of an argument approximation function is removed from the memory of the analyzer 9.
Этот процесс продолжают до тех пор, пока в блоке 8 не сравняются уставка 1 с количеством целых оборотов вала 1, подсчитываемых на первом входе блока 8 с выхода позиции 5 считывания. This process continues until in block 8 the
При равенстве уставки 1 с количеством импульсов считывания метки целых оборотов вала 1, поступивших на первый вход блока 8, в блоке 8 подготавливают операцию по завершению цикла измерения, которую выполняют в момент времени прихода на второй вход блока 8 с выхода узла 7 первого импульса считывания метки объекта 3, следующего по времени сразу за последним импульсом считывания метки целого оборота вала 1, причем на четвертом выходе блока 8 вырабатывают сигнал, селектированный фронтом первого импульса считывания метки объекта 3 и сдвинутый на один период частоты генератора 10 относительно счетного импульса, воспринимаемого счетчиком 12 по первому входу и блоком 8 по четвертому входу. Сигналом с четвертого выхода блока 8 воздействуют на второй вход формирователя 11, при этом запрещают прохождение через него на первый и второй выходы формированных по фронту и срезу импульсов считывания меток объекта 3 на второй вход счетчика 12, при этом запрещают счет импульсов генератора 10, поступающих на первый вход счетчика 12, и устанавливают счетчик 12 в исходное состояние, на вторые входы триггеров 15, 16 и устанавливают их в исходное состояние. На третьих выходах блока 8 вырабатывают сигнал КОНЕЦ ИЗМЕРЕНИЯ и подают его на первые входы анализатора 9, где этот сигнал дешифрируют, и выполняют математические операции по определению углов между метками объекта 3 в соответствии с функцией приближения и измеренными между ними интервалами времени, а результат выполнения математических операций выводят на входящие в состав анализатора 9, например, экран видеотерминала либо печатающее устройство. Дополнительно в анализаторе 9 с его клавиатуры задают допустимое значение отклонений функции приближения от угла относительного поворота между объектом 3 и позицией 4 считывания его меток, вычисляют эти отклонения, сравнивают и в зависимости от результата сравнения корректируют уставку 1 и повторяют цикл измерения с новым значением уставки 1 до обеспечения условия, при котором отклонения функции приближения от угла относительного поворота между объектом 3 и позицией 4 считывания его меток не превышают допустимого значения отклонений. If the
Когда измеряют углы между метками непрерывно вращающегося объекта 2 контроля, закрепленного на валу 1 и сцентрированного по отношению к оси вращения вала 1, имеющего малые момент трения, торцевые и радиальные биения, в цикле измерения интервалов времени между моментами прохождения меток объектом 2 их позиции 6 считывания-записи в течение уставки 1, то полностью повторяют действия, выполняемые в цикле измерения объекта 3, кроме выбора объекта 2, который производят до начала цикла измерения под воздействием сигнала с второго выхода блока 8 на третий вход узла 7, при котором импульсы считывания меток с выхода позиции 6, подаваемые на второй вход узла 7, проходят на его выход, а импульсы, подаваемые на его первый вход с выхода позиции 4, ан выход узла 7 не проходят. When the angles between the marks of a continuously rotating control object 2 are measured, mounted on the
По окончании цикла измерения в анализаторе 9 определяют углы между метками объекта 2, выполняя математические операции в соотсветствии с функцией приближения и измеренными между метками объекта 2 интервалами времени. At the end of the measurement cycle, the analyzer 9 determines the angles between the marks of object 2, performing mathematical operations in accordance with the approximation function and the time intervals measured between the marks of the object 2.
При известном функциональном законе углового расположения меток по делительной окружности объекта 2 контроля в память анализатора 9 с его клавиатуры вводят расчетный массив значений углов между метками, который должен быть получен, например, технологически при изготовлении объекта 2. В анализаторе 9 сравнивают расчетный массив значений углов между метками с измеренными значениями этих же углов и определяют массив отклонений (разностей) измеренного значения относительно расчетного угла между соответствующими метками объекта 2, по которым в анализаторе 9 определяют влияние эксцентриситета положения объекта по отношению к оси вращения вала 1, величину первой гармоники для каждого значения угла между соответствующими метками объекта 2 и корректируют измеренные значения каждого из углов между метками объекта 2 на соответствующие угловые величины влияния эксцентриситета. With the well-known functional law of the angular location of marks along the dividing circle of the control object 2, a calculated array of angle values between the marks is entered into the memory of the analyzer 9 from its keyboard, which must be obtained, for example, technologically in the manufacture of object 2. In the analyzer 9, the calculated array of angle values between marks with the measured values of the same angles and determine the array of deviations (differences) of the measured value relative to the calculated angle between the corresponding marks of object 2, which m in the analyzer 9, the effect of eccentricity of the position of the object with respect to the axis of rotation of the
Когда измеряют углы между метками непрерывно вращающегося другого одинакового объекта 2 контроля, закрепленного на валу 1 и сцентрированного по отношению к оси вращения вала 1, имеющего момент инерции, значительно больший момента инерции другого одинакового объекта 2, и малые момент трения, торцевые и радиальные биения, то его углы между метками в соответствии с измеренными интервалами времени между моментами прохождения ориентированной позиции 6 определяют по ранее установленной функции приближения для другого одинакового по физическим свойствам и параметрам объекта описанными ранее действиями с сохранением иных условий, обеспечивающих выполнение действий, описанных ранее. When the angles between the marks of a continuously rotating other identical control object 2 are measured, fixed on the
Для выполнения этого условия до начала цикла измерения с первых выходов анализатора 9 на третьи входы блока 8 задают уставку 1 (количество целых оборотов вращения вала 1 то же, что и объекта 2), уставку 2 (величину периода вращения одинакового объекта относительно позиции 6 с ранее установленной функцией приближения) и сигнал ПУСК, которые в блоке 8 дешифрируют и запоминают. На четвертом выходе блока 8 вырабатывают сигнал, которым воздействуют на второй вход формирователя 11 и запрещают прохождение на его выходы сигнала считывания меток объекта 2, действующих на его первом входе. To fulfill this condition, before the start of the measurement cycle, from the first outputs of the analyzer 9 to the third inputs of block 8, setpoint 1 (the number of whole revolutions of
Кроме того, сигналом на четвертом выходе блока 8 воздействуют на второй вход счетчика 12, на вторые входы триггеров 15, 16, устанавливают триггеры 15, 16 и счетчик 12 в исходное состояние, запрещают счет импульсов, поступающих с выхода генератора 10 на первый вход счетчика 12. In addition, the signal at the fourth output of block 8 acts on the second input of the counter 12, on the second inputs of the triggers 15, 16, sets the triggers 15, 16 and the counter 12 to their original state, prohibits the counting of pulses from the output of the generator 10 to the first input of the counter 12 .
При вращении объекта 2 с выхода позиции 5 на первый вход блока 8 подают импульсы, период которых непрерывно измеряют в блоке 8 и сравнивают с уставкой 2. В момент времени прихода импульса считывания метки целого оборота при наличии сигнала ПУСК, когда период вращения объекта 2 будет находиться, например, в пределах
Tу < To < (1+10),
где
Tу - уставка 2 (величина первого периода вращения одинакового объекта с ранее установленной функцией приближения),
To - период вращения одинакового объекта 2 контроля,
в блоке 8 выполняют подготовку к формированию начала цикла измерения, которую завершают по моменту времени прихода на второй вход узла 7 с выхода позиции 6 первого импульса считывания метки объекта 2, следующего за импульсом считывания метки целого оборота вращения объекта 2, период которого находится в пределах
Tу < To < Ту (1+10).When rotating object 2 from the output of
T y <T o <(1 + 10),
Where
T y - setpoint 2 (the value of the first rotation period of the same object with the previously set proximity function),
T o - the rotation period of the same object 2 control
in block 8, preparation is made for the formation of the beginning of the measurement cycle, which is completed at the time of arrival at the second input of node 7 from the output of
T y <T o <T y (1 + 10).
Далее полностью повторяют действия в цикле измерения интервалов времени между моментами прохождения меток объекта 2 позиции 6 в течение заданной уставки 1. Next, the actions in the cycle of measuring the time intervals between the moments of passing the marks of the object 2 of
Для более точной привязки по начальным условиям к ранее установленной функции приближения одинакового объекта 2 в анализаторе 9 выполняют дополнительно операции сравнения периодов вращения одинакового объекта с ранее установленной функцией приближения с периодами вращения объекта 2 контроля. For a more accurate reference according to the initial conditions to the previously established function of approximation of the same object 2, in the analyzer 9, additionally perform operations of comparing the rotation periods of the same object with the previously set approximation function with the rotation periods of the control object 2.
При разности периодов в течение уставки 1, находящихся в допустимых пределах для заданной точности измерения углов между метками объекта 2, за начальный аргумент функции приближения одинакового объекта 2 по времени принимают начало его периода вращения, который равен первому периоду одинакового объекта с ранее установленной функцией приближения или отличается на величину, допустимую для заданной точности измерения углов между метками объекта 2. Затем в анализаторе 9 определяют углы между метками объекта 2 контроля, выполняя математические операции в соответствии с ранее установленной функцией приближения, принятым по условию начальным аргументом и измеренными между метками объекта 2 интервалами времени. When the periods during
Когда измеряют в плоскости анализа углы между метками объекта 3 контроля, при прохождении которых ориентированными на него непрерывно вращающимися на выбеге позициями считывания, закрепленными на валу 1 так, что их визирные линии находятся в одной плоскости анализа с осью вращения вала 1, имеющего совместно с позициями считывания большой момент инерции и малые момент трения, торцевые и радиальные биения, то углы в плоскости анализа между метками объекта 3 определяют в соответствии с измеренными интервалами времени между моментами прохождения вращающимися позициями считывания меток объекта по ранее установленной функции приближения описанными ранее действиями с сохранением условий, обеспечивающих выполнение описанных ранее действий. When the angles between the marks of the control object 3 are measured in the analysis plane, during the passage of which the reading positions oriented on it continuously rotating on the coast are fixed on the
На фиг. 2 изображено устройство измерения в плоскости анализа углов между метками объекта контроля (вариант). In FIG. 2 shows a measuring device in the plane of analysis of the angles between the marks of the object of control (option).
Устройство содержит вал 1 вращения, имеющий метки считывания целого оборота вала и его долей, объект 17 контроля, выполненный, например, в виде стеклянного лимба или диска, закрепленный на валу 1 и сцентрированный по оси вращения вала, объект 18 контроля, у которого одна из меток 19 - 22, например метка 19 считывания или их частная совокупность, могут быть неподвижными, закрепленную на валу 1 позицию 23 считывания-записи, выполненную в виде приемо-передающего преобразователя сигналов и ориентированную во вращающейся плоскости анализа на метки 19 - 22 объекта 18 контроля, выход которой подсоединен к первому входу узла 7 выбора (фиг. 1), а вход записи подсоединен к одному из двух первых выходов блока 8 (на фиг. 2 связи не показаны). Устройство также содержит позиции 5 и 6 считывания-записи соответственно меток целого оборота вращения вала 1 и меток объекта 17, выходы которых подсоединены соответственно к первому входу блока 8 и ко второму входу узла (7 фиг. 1) и вход записи позиции 6 подсоединен ко второму из первых двух выходов блока 8 (на фиг. 2 связи не показаны). The device comprises a
Устройство по варианту (фиг. 2) работает следующим образом. The device according to the variant (Fig. 2) works as follows.
Вал 1 с позицией 23 ориентируют в плоскости анализа считывания меток 19 - 22 объекта 18 контроля так, чтобы при измерениях после метки целого оборота во времени следовала неподвижная метка 19 объекта 18, раскручивают вал и оставляют в режиме выбега. The
С первых выходов анализатора 9 (фиг. 1) на третьи входы блока 8 задают уставку 1 (количество целых оборотов вращения вала 1 и выбор объекта 18), уставку 2 (величину периода вращения вала 1 то же, что объекта 17, относительно неподвижной метки 19 объекта 18 с ранее установленной функцией приближения) и сигнал ПУСК, полностью повторяют действия в цикле измерения интервалов времени прохождения позицией 23 считывания моментов времени между метками 17 объекта 18, выполняемые при измерении углов между метками непрерывно вращающегося другого объекта, например объекта 17, из исключением того, что для более точной привязки по начальным условиям к ранее установленной функции приближения в анализаторе 9 при определении углов между метками объекта 18 в плоскости анализа за начальный аргумент (начало отсчета) функции приближения принимают по времени начало периода вращения позиции 23 относительно неподвижной метки 19 объекта 18, который равен периоду вращения вала 1 с ранее установленной функцией приближения или отличается на величину, допустимую для заданной точности измерения углов в плоскости анализа. В анализаторе 9 в плоскости анализа определяют углы между метками 19 - 22 объекта 18, выполняя математические операции в соответствии с ранее установленной функцией приближения, принятым по условию начальным аргументом и измеренными между метками интервалами времени. From the first outputs of the analyzer 9 (Fig. 1) to the third inputs of block 8, setpoint 1 (the number of whole rotations of the shaft 1 and the selection of object 18) is set, setpoint 2 (the value of the period of rotation of the shaft 1 is the same as the object 17, relative to the fixed mark 19 object 18 with the previously set approximation function) and the START signal, completely repeat the actions in the cycle of measuring the time intervals of the passage of the position 23 of reading the time points between the marks 17 of the object 18, performed when measuring the angles between the marks of a continuously rotating other object, for example p of the object 17, except for the fact that for a more accurate reference, according to the initial conditions, to the previously established approximation function in the analyzer 9, when determining the angles between the marks of the object 18 in the analysis plane, the initial function (reference point) of the approximation function takes in time the beginning of the position rotation period 23 relative to the fixed mark 19 of the object 18, which is equal to the period of rotation of the shaft 1 with the previously installed approximation function or differs by an amount acceptable for a given accuracy of measuring angles in the anal plane isa. In the analyzer 9, in the analysis plane, the angles between the marks 19 - 22 of the
При формировании угловых меток на объекте выполняют следующие операции. На валу 1 (фиг. 1) устанавливают, центрируют относительно оси вращения вала 1, закрепляют объект 3, выполненный, например, в виде стеклянного диска с напылением на одной его поверхности тонкой пленки металла, ориентируют позицию 4 считывания-записи относительно объекта 3. When forming corner marks on the object, the following operations are performed. On the shaft 1 (Fig. 1), they are installed, centered relative to the axis of rotation of the
В анализатор 9 задают, например, с его клавиатуры формируемую топологическую структуру на объекте 3 и допустимую погрешность формирования угловых меток на объекте 3, где эту информацию запоминают. Раскручивают вал 1 и оставляют в режиме выбега. С первых выходов анализатора 9 на третьи входы блока 8 задают уставку 1 (количество целых оборотов вращения вала 1, выбор объекта 2, выполненного, например, в виде стеклянного лимба, сцентрированного по оси вращения вала 1 и неподвижно закрепленного на валу 1), и сигнал ПУСК. После этого выполняют ранее описанные операции в цикле измерения интервалов времени между метками объекта 2, по которым определяют параметры функции приближения в течение уставки 1 с отклонениями от угла поворота вала 1 относительно позиций считывания, не превышающими значения, устанавливаемого в зависимости от заданной допустимой погрешности формирования угловых меток на объекте 3. После определения параметров функции приближения останавливают вал 1. В анализаторе 9 рассчитывают функцию формирования угловых меток объекта 3 по заданной топологической структуре в соответствии с установленной функцией приближения и заносят в память в виде массива углового положения формируемых угловых меток. Затем с первых выходов анализатора 9 заносят в память блока 8 по его третьим входам функцию формирования угловых меток на объекте 3, уставку 1, уставку 2 (величину периода вращения объекта 3 с ранее установленной функцией приближения), уставку 3 (количество меток объекта 2), сигнал ПУСК. В блоке 8 информацию дешифрируют и запоминают, на его втором выходе вырабатывают сигнал выбора объекта 2, на четвертом его выходе вырабатывают сигнал, которым воздействуют на второй вход формирователя 11 и запрещают прохождения на его выходы сигналов считывания меток объекта 2, действующих на его первом входе. Кроме того, сигналом на четвертом выходе блока 8 воздействуют на второй вход счетчика 12, на вторые входы триггеров 15, 16, устанавливают триггеры 15, 16 и счетчик 12 в исходное состояние и запрещают счет импульсов, поступающих с выхода генератора 10 на первый вход счетчика 12. Раскручивают вал 1 и оставляют в режиме выбега. The analyzer 9 is set, for example, from its keyboard, the topological structure being formed on object 3 and the permissible error in the formation of corner marks on object 3, where this information is stored. Unwind the
При вращении объекта 2 с выхода позиции 5 на первых вход блока 8 и с выхода узла 7 на второй вход блока 8 подают импульсы, где непрерывно измеряют их период и количество и сравнивают с уставками 1, 2 и 3. В момент времени прихода импульса с выхода узла 7 на второй вход блока 8, когда разность периодов вращения объекта 3 и уставки 2 будет находиться в допустимом пределе для формирования угловых меток, в блоке 8 вырабатывают сигнал начала цикла формирования угловых меток на объекте 3. На одном из первых выходов блока 8 вырабатывают импульсы записи, которые подают на вход записи позиции 4 в соответствии с функцией формирования угловых меток на объекте 3 по текущему времени, определяемому подсчетом количества импульсов с выхода генератора 10 на четвертом входе блока 8. Кроме того, на четвертом выходе блока 8 вырабатывают сигнал, которым снимают запрет счета импульсов с выхода генератора 10, поступающих на первый вход счетчика 12, по второму входу формирователя 11 разрешают прохождение через него сформированных по фронту и срезу импульсов считывания меток объекта 2 (долей оборотов вала 1) с его первого и второго выходов на первые входы триггеров 15 и 16 соответственно. When the object 2 is rotated from
Таким образом, начало цикла формирования угловых меток на объекте 3 привязывают по времени к началу периода относительного вращения объекта 3, равного или близкого по величине (в допустимом пределе отклонений) уставке 2. Этот же момент времени используют в качестве начала цикла измерения интервалов времени между метками объекта 2 в течение уставки 1 и полностью повторяют ранее описанные действия до момента равенства количества целых оборотов вращения вала уставке 1. Thus, the beginning of the cycle of forming corner marks on the object 3 is tied in time to the beginning of the period of relative rotation of the object 3, equal to or close to the set value (in the permissible deviation limit). The same time is used as the beginning of the cycle for measuring the time intervals between marks object 2 during
С момента начала цикла формирования угловых меток на объекте 3 в блоке 8 подсчитывают количество импульсов меток объекта 2 (долей периодов вращения вала 2) и при достижении равенства с уставкой 3 на одном из его первых выходов прекращают вырабатывать импульсы, поступающие на вход позиции 4, и заканчивают формирование угловых меток на объекте 3. From the moment the corner marks formation cycle begins at object 3 in block 8, the number of impulses of the object 2 marks (counts of the periods of rotation of the shaft 2) is counted, and when equality with the setting 3 is reached, one of the first outputs stops generating pulses arriving at the input of position 4, and complete the formation of corner marks on the object 3.
По достижении равенства количества целых оборотов вращения вала и уставки 1 на четвертом выходе блока 8 вырабатывают сигнал, которым воздействуют на второй вход формирователя 11, прекращают измерение интервалов времени между метками объекта 2 и приводят схему измерения в исходное состояние готовности к новым циклам. На третьих выходах блока 8 вырабатывают сигналы о завершении циклов измерения и формирования угловых меток, подают их на первые входы анализатора 9, где эти сигналы дешифрируют. По значениям интервалов времени между метками объекта 2 в анализаторе 9 определяют функцию приближения для объекта 3 и сравнивают ее с ранее установленной для него функцией приближения. По результату сравнения судят о завершении цикла формирования угловых меток и делают предварительное заключение о точности формирования угловых меток на объекте 3. Для окончательного вывода о точности угловых меток на объекте 3, не снимая его с вала 1, производят измерение углов между сформированными на нем метками действиями, описанными ранее. После выполнения измерения углов между сформированными метками на объекте 3 значения измеренных углов сравнивают в анализаторе 9 с заданной топологической структурой, определяют угловые отклонения в положении меток (элементов структуры) и сравнивают их с допустимой угловой погрешностью. Если отклонения положения меток по углу не превышают допустимой угловой погрешности, то операции формирования угловых меток на объекте 3 признают завершенными, а объект 3 годным, если превышают допустимую угловую погрешность, то производят дополнительный контроль с целью разбраковки, установления причины возникновения недопустимых отклонений и устранения этих причин. Upon reaching the equality of the number of whole revolutions of the shaft rotation and
Если объект 3 годен, то в зависимости от потребности в тиражировании (копировании) его либо снимают с вала 1 либо перезаписывают на объект 2, при этом выполняют операции формирования (записи) угловых меток на объекте 2 синхронно с сигналами считывания меток с объекта 3. При перезаписи смещают позицию 6 относительно объекта 2 на свободное от меток поле, раскручивают вал 1, с первых выходов анализатора 9 на третьи входы блока 8 задают информацию о формировании угловых меток, о выборе объекта, уставки 1 и 3, сигнал ПУСК. В блоке 8 информацию дешифрируют и запоминают. На втором выходе блока 8 вырабатывают сигнал, которым выбирают объект 3. Затем первым импульсом метки с выхода позиции 5 в блоке 8 производят подготовку к выполнению цикла перезаписи, который начинают первым импульсом считывания метки объекта 3, прошедшим через узел 7, блок 8 на один из его первых выходов, подключенный к входу записи позиции 6. В блоке 8 подсчитывают количества импульсов меток, поступающих на его первый и второй входы, сравнивают с уставками 1 и 3, в момент их равенства завершают цикл формирования угловых меток на объекте 2. После этого производят измерение углового положения сформированных меток на объекте 2 и допусковый контроль действиями, описанными ранее, по результату которых судят о качестве выполнения операций перезаписи. If object 3 is suitable, then, depending on the need for replication (copying), it is either removed from
В предлагаемых способе и устройстве измерения углов и формирования угловых меток в качестве рабочей меры используют время, тем самым уменьшают число факторов, влияющих на точность измерения углов и формирования угловых меток, сводят их к двум, а именно к нестабильности частоты квантования времени и нестабильности преобразования фронтов меток объекта в течение сравнительно коротких интервалов времени выполнения циклов измерения и формирования, чем достигают наивысшую точность измерения углов и формирования угловых меток по сравнению с рассмотренными известными аналогами. In the proposed method and device for measuring angles and forming angular marks, time is used as a working measure, thereby reducing the number of factors affecting the accuracy of measuring angles and forming angular marks, reducing them to two, namely, the instability of the time slicing frequency and the instability of front conversion marks of the object during relatively short time intervals for the execution of measurement and formation cycles, thereby achieving the highest accuracy in measuring angles and the formation of angle marks in comparison with the well-known analogues considered.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство могут быть использованы в качестве метода и средства для аттестации и проверки высокоточных испытательных угловых полигонов, угломерных приборов, стендов, датчиков, изделий в сборе по входным сигналам преобразователей угла без внутреннего механического вмешательства в них. Thus, the proposed method and device can be used as a method and means for certification and verification of high-precision test angular ranges, goniometers, stands, sensors, products assembled according to the input signals of angle converters without internal mechanical intervention in them.
Способ и устройство позволяют производить в широком диапазоне измерения углов между метками контролируемых объектов как движущихся, так и неподвижных. The method and device allows for a wide range of measurement of angles between the marks of controlled objects, both moving and stationary.
Предлагаемые способ и устройство по сравнению с известными аналогами из-за простоты реализации, обусловленной в том числе совмещением выполнения двух функций измерения и формирования угловых меток в одном устройстве, позволяют сравнительно легко автоматизировать технологические процессы измерения углов, изготовления, тиражирования (копирования), хранения угловых мер, например шкал, сеток, кодовых масок оптических приборов и фотоэлектрических преобразователей информации. The proposed method and device in comparison with well-known analogues due to the simplicity of implementation, including the combination of two measurement functions and the formation of angle marks in one device, makes it relatively easy to automate technological processes for measuring angles, manufacturing, replication (copying), storing angular measures, for example scales, grids, code masks of optical instruments and photoelectric information converters.
Способ и устройство позволяют легко сопрягать технологию лазерной обработки тонких пленок на подложках в процессах измерения, изготовления, тиражирования, хранения угловых мер, минуя многостадийность аналогичных процессов, например фотолитографии, что исключает все операции фотолитографического процесса, в том числе химические и само оборудование фотолитографии. Это снижает требования к физическим и химическим свойствам пленки и поверхностным слоям подложки что дает возможность сразу получать с высокими механическими свойствами к истиранию металлизированные стабильные угловые меры с высокой разрешающей способностью, например, сетки, лимбы, маски, оптические диски памяти без эмульсионных негативов и использовать их в качестве рабочих образцов и эталонов для последующего тиражирования, что позволяет контролировать параметры угловых мер в процессе изготовления и обеспечить значительный выигрыш в производительности. Это позволяет хранить рабочие образцовые и эталонные угловые меры как в памяти вычислительного анализатора, так и на других носителях информации, причем несколько копий различных угловых мер на одном носителе, встроенном непосредственно в устройство измерения углов и формирования угловых меток в качестве носителя информации и в качестве объекта контроля, и как часть вала вращения, имеющего угловые метки целых оборотов и его долей, что позволяет снизить затраты, в том числе трудоемкость на измерение, изготовление, тиражирование (копирование) и хранение угловых мер. Это позволяет снизить субъективность результатов измерения и повысить достоверность контроля угловых мер. The method and device make it easy to combine the technology of laser processing of thin films on substrates in the processes of measuring, manufacturing, replicating, storing angular measures, bypassing the multi-stage processes of similar processes, for example photolithography, which excludes all operations of the photolithographic process, including chemical and photolithography equipment itself. This reduces the requirements for the physical and chemical properties of the film and the surface layers of the substrate, which makes it possible to immediately obtain, with high mechanical abrasion properties, metallized stable angular measures with high resolution, for example, grids, limbs, masks, optical memory disks without emulsion negatives and use them as working samples and standards for subsequent replication, which allows you to control the parameters of angular measures in the manufacturing process and provide significant gains High performance. This allows you to store working exemplary and reference angular measures both in the memory of the computational analyzer and on other storage media, with several copies of various angular measures on one medium built directly into the device for measuring angles and forming angle marks as a storage medium and as an object control, and as part of a rotation shaft having angular marks of whole revolutions and its parts, which allows to reduce costs, including the complexity of the measurement, manufacturing, replication (copiers of) and storage of angular measures. This allows you to reduce the subjectivity of the measurement results and increase the reliability of the control of angular measures.
Способ и устройство легко сочетаются с техническими средствами дальнометрии, что позволяет наиболее эффективно использовать их в строительстве, в геодезии и в навигации, когда позиции считывания-записи угловых меток выполняют в виде приемопередающих устройств зондирующих сигналов. The method and device are easily combined with the technical means of long-range measurement, which allows them to be used most effectively in construction, in geodesy and in navigation, when the read-write positions of angle marks are made in the form of transceiving devices of sounding signals.
Предлагаемые способ и устройство позволяют разрабатывать новый класс быстродействующих углоизмерительных устройств, в том числе без механических вращающихся углов, например вала, ротора, шпинделя, при выполнении позиций считывания-записи на базе сканирующих систем с электрическим управлением пространственным положением плоскости анализа углов в функции от времени, что наиболее перспективно в системах кругового обзора и защит летательных аппаратов от столкновений с объектами. The proposed method and device allows you to develop a new class of high-speed angle measuring devices, including those without mechanical rotating angles, such as a shaft, rotor, spindle, when performing read-write positions based on scanning systems with electric control of the spatial position of the angle analysis plane as a function of time, which is most promising in the systems of all-round visibility and protection of aircraft from collisions with objects.
Изобретение проверено в промышленных условиях на базе автоматизированной установки контроля лимбов, реализованной по авт. св. СССР 1049736, кл. G 01 C 1/06; G 01 C 25/00. Получены положительные результаты. The invention was tested in an industrial environment on the basis of an automated limb control installation, implemented by ed. St. USSR 1049736, class G 01
Claims (7)
φ = F(t-to),
где φ - угол относительного поворота между объектом контроля и позициями считывания-записи его меток;
F - функция приближения;
t - аргумент функции, соответствующий текущему времени измерения;
t0 - начальный аргумент, соответствующий началу отсчета времени.1. A method of measuring angles, comprising recording the time moments of passage of the read-write positions of the marks oriented on the control object during continuous relative rotation between the control object and the read-write positions, characterized in that the time intervals between the moments of passing the marks of the control object are continuously measured the flow of specified whole revolutions of continuous relative rotation between the control object and the read-write positions of its marks, remember them and determine the angles from them between labels of the object of control according to the formula
φ = F (tt o ),
where φ is the angle of relative rotation between the control object and the read-write positions of its marks;
F is the approximation function;
t is the function argument corresponding to the current measurement time;
t 0 is the initial argument corresponding to the origin of the time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95102172A RU2115885C1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95102172A RU2115885C1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95102172A RU95102172A (en) | 1996-11-20 |
| RU2115885C1 true RU2115885C1 (en) | 1998-07-20 |
Family
ID=20164822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95102172A RU2115885C1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2115885C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2507559C2 (en) * | 2008-10-10 | 2014-02-20 | Таль | Optical encoding device |
-
1995
- 1995-02-15 RU RU95102172A patent/RU2115885C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2507559C2 (en) * | 2008-10-10 | 2014-02-20 | Таль | Optical encoding device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95102172A (en) | 1996-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109459054B (en) | Moving base attitude calibration method based on auto-collimation tracking | |
| US3989385A (en) | Part locating, mask alignment and mask alignment verification system | |
| US4445087A (en) | Process and an apparatus for measuring the angular velocity of a rotating member | |
| US4240069A (en) | Angle coder with variable input angle | |
| CN100410667C (en) | Low speed measuring-correcting instrument and ocrrecting method | |
| US4452534A (en) | Method of determining geometric parameters of object's surface and device therefor | |
| CN105091844B (en) | A kind of Dynamic High-accuracy angle-measuring equipment and method | |
| CN107883889A (en) | Vibration test 3 D deformation measurement apparatus and method based on laser speckle interferometry | |
| JPH02186227A (en) | Polarimeter | |
| US4492465A (en) | Retro-reflective electro-optical angle measuring system | |
| US3307267A (en) | Method and apparatus for assessing the coordinates of the centre of a roughly circular form relative to a fixed axis | |
| RU2115885C1 (en) | Method of measurement of angles and formation of angular marks and device for its realization | |
| KR930002719B1 (en) | Apparatus and method for increasing the accuracy of the encoder output | |
| US4725146A (en) | Method and apparatus for sensing position | |
| CN113899324B (en) | Multi-axis turntable perpendicularity error detection method based on single-axis laser gyro goniometer | |
| US3794899A (en) | Servo motor driven encoder error evaluation system | |
| JPH0926319A (en) | Setting method for reference theodolite in alignment measurement | |
| Burnashev et al. | Development of new methods and means of dynamic laser goniometry | |
| JP2000111325A (en) | Measuring method of initially set incident angle in rotation angle measurement using laser interferometer | |
| US2337045A (en) | Averaging device for measuring | |
| CN108549068A (en) | A kind of 3 d scan data processing method and data processing system | |
| SU1174740A1 (en) | Device for calibrating testing of pointer-type devices with circular scale | |
| JP3150773B2 (en) | Polygon mirror measuring device | |
| US4422737A (en) | Device for obtaining topographic picture of surface of rotating object | |
| CN108132357A (en) | A kind of method of outside measurement method evaluation turntable rate index |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090216 |