SU1442833A1 - Двухкоординатный оптический преобразователь перемещени в напр жение - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной и вычислительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи  за счет исключени  вли ни  погрешностей от механической фиксации напр жени  и колебаний анализатора. В устройство введены усилитель-ограничитель 7, три формировател  8 - 10, три триггера 11 - 13, два элемента И 14 и 15, два триггера 16 и 17, источник эталонного нагф жени , четь1ре ключа 19 - 22, два интегратора 23 и 24, две схемы 25 и 26 выборки-хранени  и две катушки 27. При этом анализатор 3 выполнен в виде непрозрачной кольцевой ленты, вращающейс  в плоскости измерени  перемещений, . лента разбита на четьфе равных сектора , два из которых  вл ютс  полностью непрозрачными, а в каждом из оставшихс  двух секторов имеютс  пр ма  и § наклонна  щели, причем пр ма  щель расположена вдоль оси Y и перпендикул рна направлению движени  ленты, а наклонна  составл ет с пр мой щелью угол 45 ,при этом длины обеих щелей t: сл с

Description

Од

ы

9u,z, 1

выбраны так, что чувствительна  зона формировател  5 начала отсчета пересекаетс  только пр мой щелью, причем непрозрачные сектора чередуютс  с щелевыми. Фотоприемник 4 представл ет собой плоскую пластину, на которую

Изобретение относитс  к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано , в частности, дл  оперативного контрол  сварочных перемещений и деформаций широкого класса изделий в

процессе сварки. I

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  за счет ис- ключени  вли ни  погрешностей от механической фиксации напр жени  и колебани  анализатора,

На фиг.1 изображена схема двух- координа тного оптического преобразо- вател  перемещений в напр жение; на фиг,2 - конструкци  анализатора с катушками, установка формировател  начала отсчета и фотоприемника относительно ленты анализатора;на фиг.З выполнение ленты анализатора; на фиг.4 - способ компенсации погрешности от эффективного радиуса опорного луча в плоскости анализатора; на фиг,5 - временные диаграммы работы преобразовател .

Преобразователь содержит излуча- -тель 1, коллиматор 2, анализатор 3, фотоприемник 4, формирователь 5 начала отсчета, двигатель 6, усилитель- ограничитель 7, формирователи 8 - 10, триггеры 11 - 13, элементы И 14 и 15 триггеры 16 и 17, источник 18 эталонного напр жени , ключи 19 - 22,

интеграторы 23 и 24., схемы 25 и 26

35

выборки-хранени  и катушки 27 анализатора .

Излучатель 1 через коллиматор 2 и анализатор 3 оптически св зан с фотоприемником 4. При этом анализатор Q 3 имеет оптическую св зь с формирователем 5 начала отсчета и мехайическую с двигателем 6„.Выход фотоприемника

нанесен фоточувствительный слой, причем размеры пластинь определ ютс  размерами сектора анализатора, которые , в свою очередь, определ ютс  диапазоном измер емых перемещений. 5 ил.

4 соединен с входом усилител -ограничител  7, выход которого подключен к входу формировател  10, первому входу элемента И 14 и первому входу элемента И 15, причем выход формировател  10 соединен с входом сброса триггера 13, Выход формировател  5 начала отсчета соединен с входами формирователей 8 и 9, причем выход формировател  8 соединен с входом установки триггера 11, а выход формировател  9 - с входами установки триггеров 12 и 13, а-также с входами стробировани  схем 25 и 26 выборки- хранени . Пр мой выход триггера 13 подключен к второму входу элемента И 14, а инверсный выход триггера 13 - к второму входу элемента И 15, пр мой выход которого соединен с входом, сброса триггера 16, а инверсный выход - с входом сброса триггера 17, выход которого подключен к управл ющему входу ключа 22,

Пр мой выход элемента И 14 подключен к входу сброса триггера 12 и к входу установки триггера 16, а инверсный выход - к входу сброса триггера 11 и к входу установки триггера 17, При этом выходы триггеров 11, 12 и 16 соединены с управл ющими входами ключей 19 - 21 соответственно, входы которых вместе с входом ключа 22 соединены с выходами источника 18 эталонного напр жени . Выходы ключей 19 и 20 соединены с первым и вторым входами интеграторов 23, а выходы ключей 21 и 22 - с первым и вторым входами интегратора 24, причем входы схем 25 и 26 выборки-хранени  .соединены с выходами интеграторов 23 и 24 соответственно. Выход схемы 25 выборки-хранени  подключен к третьему

14Д2833

служит выходом 1 в точке А схемы 26 вын к третьему выхоXj и Y; (фиг одного секто g кости измере ваютс  два и ности Тда t п соответству луча с пр мо

дом иа устройства.

Анализатор 3 выполнен в виде на- прозрачной кольцевой ленты, вращающейс  в плоскости измерени  перемещений при помощи двух катушек 27, одна ю а второй импульс Тц - пересечению из которых  вл етс  ведущей и механи- опорного луча с наклонной щелью 29

; С ИСКОМЫМИ координата Xj и Y; (фиг.З), Во врем  проходе одного сектора анализатора 3 в пло g кости измерени  перемещений выраба ваютс  два импульса в последоватал ности Тда t причем первый импульс Т соответствует пересечению опорного луча с пр мой щелью 28 аналз -.затора

чески св зана с двигат елем 6. Лента разбита на четыре равных сектора, два из которых  вл ютс  полностью непрозрачными, а в каждом из оставшихс  двух секторов имеютс  пр ма  28 и наклонна  29 прозрачные шели. Пр ма  щель 28 расположена вдоль оси и перпендикул рна направлению движени  анализатора 3, а наклонна  щель 29 исходит из одного из концов пр мой щели 28 и составл ет с ней угол 45 , при этом длины щелей 28 и 29 выбраны так, что чувствительна  зона формировател  5 начала отсчета пересекаетс  только пр мой щелью 28, причем непрозрачные сектора чередуют- с  с секторами, имеющими щели 28 и 29.

Фотоприемник 4 представл ет собой плоскую пластину, на которую нанесен фоточувствительный слой.

Преобразователь работает следующим образом.

Излучатель 1, в качестве которого может быть использован гелий-неоновый лазер, с закрепленным на нем коллиматором 2 устанавливаетс  на кеподвил; (фиг.З и 5). При этом длительность интервала времени Т равна

Т X, /V..(

15 Поскольку щель 29 анализатора 3 наклонена к щели 28 под углом if 4 то изменение координаты Y лазерног луча на плоскости анализатора 3 ра но изменению координаты X ().

20 Поэтому длительность интервала вре мени Т,

(2

ц равна

Ту Y;/V. При этом скорость V перемещени 

анализатора 3 может быть определен 25 как

V Lo/Ty,(3

где LO - базова  длина (фиг.З);

Тц - период следовани  импульс

40

(фиг. 40.

30

35

Из выражений (1) - (3) получают

,Тг,/Тц,(4

.Ь„Ту/Тц.(5

Таким образом, из уравнений (4) и (5) видно, что задача измерени  ординат Х; и контролируемой точ объекта сводитс  к задаче измерени интервалов времени Т и Tij. При эт длительность и;- пульсов Т| и Т (фи

Таким образом, из уравнений (4) и (5) видно, что задача измерени  координат Х; и контролируемой точки объекта сводитс  к задаче измерени  интервалов времени Т и Tij. При этом, длительность и;- пульсов Т| и Т (фиг.4

ной базовой оснастке и используетс 

дл  задани  опорного базового направ- 40 и 5) содержит дополнительные компо лени . Анализатор 3 и св занные с - ненты ЛС, и t, обусловленные ко- ним фотоприемник 4, формирователь 5 нечным эффективным радиусом.г опорно- начала отсчета, двигатель б и катушки го луча в плоскости анализатора 3, 27 располол ены в контролируемой точ- Эти дополнительные компоненты  вл - ке объекта. Двигатель 6 через 45 ютс  источниками методической погреш- ки 27 приводит в движение анализа- ности преобразовател , поэтому ик

необходимо скомпенсировать. Эффективный радиус опорного луча г - рассто ние от центра сечени  луча до точки, отсчета вырабатываетс  последователь- QQ интенсивность излучени  в которой ность импульсов начала отсчета Т равна порогу срабатывани  фотоприем- (фиг.5), возникающих при пересечении оси формировател  5 начала отсчета пр мой щелью 28, а на выходе фотоприемника 4 после усилител -ограничи- тел  7 вырабатываетс  последовательтор 3. При движении анализатора 3 вправо Сфиг.-) с линейной скоростью V на выходе формировател  5 начала

ника 4.

Длительность импульсов 1 .. д. определ етс  выражени ми (фиг.5)

и Т,

С С-п о

10

+2 л-;

cr,+2A D2, При этом интервалы времени между передним фронтом Тцд и передним фронтом Тп. а также между передним фронность импульсов , возникающих при пересечении пр мой 28 и наклонной 29 щел ми анализатора 3 луча излучател 

а второй импульс Тц - пересечению опорного луча с наклонной щелью 29

; С ИСКОМЫМИ координатами Xj и Y; (фиг.З), Во врем  проходе одного сектора анализатора 3 в плос- кости измерени  перемещений вырабатываютс  два импульса в последоватал ь ности Тда t причем первый импульс Тр соответствует пересечению опорного луча с пр мой щелью 28 аналз -.затора 3;

(фиг.З и 5). При этом длительность интервала времени Т равна

Т X, /V..(1)

Поскольку щель 29 анализатора 3 наклонена к щели 28 под углом if 45 , то изменение координаты Y лазерного луча на плоскости анализатора 3 равно изменению координаты X ().

Поэтому длительность интервала времени Т,

(2)

ц равна

Ту Y;/V. При этом скорость V перемещени 

анализатора 3 может быть определена как

V Lo/Ty,(3)

где LO - базова  длина (фиг.З);

Тц - период следовани  импульсов

40

(фиг. 40.

30

Из выражений (1) - (3) получают

,Тг,/Тц,(4)

.Ь„Ту/Тц.(5)

Таким образом, из уравнений (4) и (5) видно, что задача измерени  координат Х; и контролируемой точки объекта сводитс  к задаче измерени  интервалов времени Т и Tij. При этом, длительность и;- пульсов Т| и Т (фиг.4

и 5) содержит дополнительные компо ненты ЛС, и t, обусловленные ко- нечным эффективным радиусом.г опорно- го луча в плоскости анализатора 3, Эти дополнительные компоненты  вл - ютс  источниками методической погреш- ности преобразовател , поэтому ик

необходимо скомпенсировать. Эффективный радиус опорного луча г - рассто ние от центра сечени  луча до точки, интенсивность излучени  в которой равна порогу срабатывани  фотоприем-

ника 4.

Длительность импульсов 1 .. д. определ етс  выражени ми (фиг.5)

и Т,

С С-п о

10

+2 л-;

cr,+2A D2, При этом интервалы времени между передним фронтом Тцд и передним фронтом Тп. а также между передним фронп

том Tj, и передним фронтом ственно равны

т;,т,&с,,

Т, | Тц + ii t, а С . ,

Д.Г НГС| i J - Ч

фронтон .4 1 с

также е -

НШ-л dp JrUO JJ т : t

Ii-

Ci Л-Ц --b

и (7/5 Получаю

-n. , т- , -1 II I .-,

J-.i; ,( -S T r T -- T - I

Ц

Таким o6pa3OMj HS зыра

BJ-эдно 3 что rioi pesjiHfjc г:

тервалов времени TV, и Tn не заБисшот эффективкого рп пиусг i

ОПОрЕОХЧ; луча в Г;ЛОС:;:ОС-Г1: ;uajv;,i.;; ---ro

т-. „ о Ua . - li шлютс  при nc iOLiHJ грИглч.,,. :.в к /,

которые устаиазлмиаю Я ;;;i уо .-адчеку н переднему фронта;-; лылуллсов Т,,. , а сбрасываютс  по заднему и переднему фронтаи Hivniyjibc.jjs Т., соотБетатБаг но (при помощи wopiMKpoEavyjiH З, триггера 13 и с г;:-;ы К 14 Аналогично интервалы времени Т ц к Гц ч:о,::лкру готс  триггералш 5 к , кото:. ус-- тана лизаютсл по , :. ;:.Г;;:,;у к v-.j-;н:,-у- фронтам импульсов / , а сСп:ч - --;::.:-,:i -:.;; по иеред ему и :-,rUi:;:.o:-iy :,Ь|,ог ан ;-;г:-ПУЛЬСОЗ Т.. СООТЗе1 СГЛОКНО (при ООКО;Ц

формироватал ; 10, тркггеро ; З :; aj-,.-r-- мента И 15)„ ЦепЬэ состо ща  кз формировател  1,0, триггера 13 и зленеи- тов И 14 и 15s пр-зднайначана дл  се- лекции иг y Lf-or , j. .-(-- -- 28 и ha r т о 2 ( 3 coo е ,f 1 I

г, - 1- Ъi ,

ражен11л - о - J к I И , 1

при И.л 11 -(

ТИВНО1 i

вид

,, .. LO Т14-Т, ,,..,,

- 2 -г, - - г-1 (

V , G - ; -- -;-,..

у. „..,.. ..„„.„.„,...,.,...

rj

- Зависимости C9j и lUO .iii-iSyioTCK каналаГ Ш форми-р-Олййнк.;: коорди сГ - Х -; У предлагаете-л о ус poicTBOj Кана.;1 фор-- мироваии  коирдиг й i;fi 7. иост,;:.::;: ./т  источника i эталоьис1 О йапр йк;;:л ,

33 ,6

ключей 15 и 20, интегратора 23 и схемы 25 выборки-хранени , В каждом цикле работы какала осуществл етс  интегрирование интегратором.23 выходного напр жени  +Ед источника эталонного напр жени  в течение интервалов времени Т и Ту через ключи 19 и 20 соответственно5 выборка выходного 1а.;р ;кеки  интегратора 23 схемой 25 выоорк -:.-хранени  в момент времени Тп, coo j еетствз ющий переднему фронту импульса Тццд а так :- 7тегрирование иктегрйтором 23 выхсл,1-.ого напр жени  Ibi схемы 25 выборки-хранени  за вре- {  т, -,

Еслл л еред началом преобразовани  напр жение ка зыкоде схемы 25 выбор- кМ -;кранени  равно и„, то после первого мккла это напр жение равно

TJ :j2S:2.r.)+U 1 -

- i1Л - Х - X - и , I„ , I

R1C J

feoiS -т J. .ТТ П,

- R2C - Q

(11)

Г11 i R2 - сопротивлени  интегратора 23 по соответствующим вкодам;

С - емкость интегратора 23j К . - коэффициент передачи схемы 25 выборки-хранени  Лнглогкчно, посла цикла ийцг | г--;- ) «Q. 02)

Зь;ра:,ение (12) состоит из двух частей, геометрической прогрессии, скод н:.ей:с  при условии 1 и убы- ваюцого при этом т.е условии члена U,jQ , Копользук форм: лу дл  суммы членов .Ci- етрической прогрессии

.f О- но

/LQ

1-@

:;тан;;:,-;-;вп;емс  режргме ().

л .- -, „.v, М

xTr: n--oR2 т,.

(13)

Такт-:м образом,; если выбирают

то напр жение на выходе схемы 25 зыборки-хранеии  пропорционально декартовой координате X контролируемой точки объекта,

/шалогичным образом работает ка- Haji ФоргчИроБани  координаты У, сое71442833

о щий из источника 1& эталонного апр жени , ключей 21 и 22, интеграора 24 и схемы 26 выборки-хранени . установившемс  режиме напр жение а выходе схемы 26 выборки-хранени  предел етс  выражением «

R1 Тч+Tv

(14)

ми ва тр хо пе вх а че тр тр тр эл ли пе кл да пр кл тр тр эл ки пе го са ег п  ло эл ко вт ро вх к а те ег вы пе вх хо пе че то ва хр вт до вы во пр ме дв п н л н

где

., R1 LO OR2 Т напр жение Uj пропорционально декартовой координате У контролируемой точки объекта.

Число циклов п, необходимое дл  достижени  заданной относительной погрешности преобразовани  V, определ етс  из вьфалени 

In

ru«

U«,-UH

InlQl-H, (15)

где INT - цела  часть числа;

V - установившеес  значение

напр жени .

Дл  погрешности преобразовани  ,1% реально достижимое число циклов , а теоретически (при ) результат преобразовани  получаетс 

, KoTv) за один цикл. Поскольку - 5Тг

то параметры интеграторов 23 и 24, вли ющие на показатель сходимости Q, выбираютс  одинаковыми (R1 и С) дл  устранени  неоднозначности при полу- чении результата измерени  по обоим каналам.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Двухкоординатный оптический преобразователь перемещени  в напр жение , содержащий излучатель и последовательно размещенные на оптической оси излучател  коллиматор, анализа- тор и фотоприемник, формирователь начала отсчета, двигатель, механически св занный с анализатором, и блок обработки сигнала, отличаю - щ и и с   тем, что, с целью повьше- ни  точности и быстродействи , блок обработки сигнала выполнен в виде усилител -ограничител , св занного с фотоприемником, трех формирогате- лей, п ти триггеров, двух элементов И, источника эталонного напр жени , двух интеграторов, двух схем выборки хранени  и четырех электронных ключей , к входам первого и второго фор

   10

   15

   20

   25

   35

   30

   40

   45 - 50

   55

   мирователей подключен выход формировател  начала отсчета, а к входу третьего формировател  подключен выход усилител -ограничител , выход первого формировател  подключен к входу установки первого триггера, а выход второго формировател  подключен к входам установки второго и третьего триггеров, к входу сброса третьего триггера подключен выход третьего формировател , первые входы элементов И подключены к выходу усилител -ограничител , а вторые входы первого и второго элементов И подключены к пр мому и инверсному выходам третьего триггера соответственно, пр мой выход первого элемента И подключен к входу установки четвертох о триггера и входу сброса второго триггера, а инверсный выход первого элемента И подключен к входу установки п того триггера и входу сброса первого триггера, пр мой выход второго элемента И подключен к входу сброса четвертого триггера, инверсный его Ийход подключен к входу сброса п того триггера, выход источника эталонного напр } ени  подключен к входам электронных ключей, управл ющие входы которых подключены к выходам первого, второго, четвертого и п того триггеров соответственно, первый и второй входы первого интегратора подключены к входу первого и второго ключей, а первый и второй входы второго интегратора подключены к выходам третьего и четвертого ключей, входы схем выборки-хранени  подключены к выходам первого и второго интеграторов, а входы стробировани  подключены к вы ходу второго формировател , выход первой схемы выборки-хранени  подключен к третьему входу первого интегратора и  вл етс  выходом U,- преобразовател , а выход второй схемы выборки- хранени  подключен к третьему входу второго Интегратора и  вл етс  выходом Uu преобразовател , анализатор выполнен в виде непрозрачной кольцевой ленты с четным числом секторов прозрачных и щелевых, чередующихс  между собой, щелевой сектор содержит две щели, перва  щель расположена перпендикул рно направлению перемещени  ленты и предназначена дл  взаимодействи  с формирователем начала отсчета , втора  щель размещена под углом 45 к первой, фотоприемник выполнен прот женным вдоль направлени 

   перемещени  ленты, продольный размер сектора, совпадающим с тем же направ- фотоприемника -соизмерим с размером лением перемещени .,

   л дона возмож- иоео жeмlff

   /1Я

   Ош катуш /

   Фае. о

   Фае. 2

   /

   Уу Г

   3(,ni

   к§

   Ъ

   bT-b sSf b birlCfi b

   - о

   Ъ

   lC