SU369423A1 - Фотоэлектрический интерполятор измерительных сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области станкостроени , в частности к средствам измерени  величин перемещени  рабочих органов металлорежущих станков.

Известны фотоэлектрические интерпол торы измерительных сигналов величин перемещени  рабочих органов металлорежущего станка , в которых в качестве коммутирующего элемента применена плоскопараллельна  стекл нна  пластина, часть поверхности которой выполнена отражающей, и применены растры, дискриминаторы и фотодатчики. При этом источники сигналов и их приемники наход тс  на противоположных концах оптической системы.

Недостатком известных интерпол торов  вл ютс  большие искажени  оптического изображени , проход щего толстую стекл нную пластину, разворачивающуюс  в процессе сканировани  на большие углы.

С целью снижени  искажений при передаче изображени  штрихов линейки растровой решетки на щели фотодатчиков и снижени  уровн  шумов в предложенном интерпол торе растрова  решетка, щели осветителей и фотодатчиков , а также окна расположены в одной плоскости на диафрагме, которой снабжен генератор измерительных импульсов, совпадающей с картинной плоскостью объекта, а оптический коммутатор расположен за этой плоскостью относительно объектива.

С целью получени  начала и конца отсчета

заполн ющих импульсов и прохода изображений штрихов линейки щели фотодатчиков опорных импульсов совмещены по ширине с

начальной и конечной щел ми растровой решетки и расположены по диагонали от нее. Кроме того, дл  осуществлени  переноса изображений свет щихс  штрихов линейки на шель фотодатчика и изображени  свет щейс 

щели осветител  на щели фотодатчиков опорных импульсов и растровую решетку при автоколлимационном ходе лучей оптический коммутатор выполнен в виде вращающегос  зеркала, отражающа  грань которого наклонена относительно диафрагмы в плоскости, нормальной к штриховой поверхности линейки и проход щей вдоль ее оси, причем между диафрагмой и вращающимс  зеркалом расположен объектив с перпендикул рной к диафрагме оптической осью.

Применение автоколлимационного хода лучей позвол ет полностью устранить такие оптические искажени , как дисторсию и хроматизм положени .

На фиг. 1 показана компановочна  схема предложенного интерпол тора; на фиг. 2 - схема интерпол тора в плоскости сканировани ; на фиг. 3 - диафрагма интерпол тора; на фиг. 4 - схема бизеркального сканатора;

на фиг. 5 - схема действи  бизеркального сканатора.

Источник / света посредством коллектора 2 проецируетс  параллельным пучком, который, отразившись от кольцевого зеркала 5 и пройд  периферическую кольцевую зону объектива 4, освещает штриховую меру 5, на которой нанесены двугранные зеркальные штрихи 5. Свет, отраженный от штрихов, проходит центральную зону объектива и центральное отверстие зеркала 3. Половина пучка лучей, вышедших из объектива 4, проходит через призменную систему 6, котора  разворачивает изображение штриха на 180°, после чего это изображение оказываетс  спроецированным на плоскость диафрагмы 7 в зоне окна 8. Друга  половина пучка лучей, вышедших из объектива 4, минует нризму 6 и без дополнительного разворота проецирует изображение того же штриха в плоскости диафрагмы в зоне окна 9. На плоскости диафрагмы имеетс  шель 10, за которой расположены цилиндрическа  линза // п волоконный световод 12, перенос щий световые сигналы, попадающие в щель 10, на фотокатод приемника 13.

Кроме этого, на плоскости диафрагмы расположена щель 14, котора  освещаетс  источником света посредством цилиндрической линзы 15 и волоконного световода 16; щель 17, за которой расположена цилиндрическа  линза 18 и волоконный световод 19, перенос щие световые сигналы, попавшие в эту щель, на фотокатод приемника 20; щель 21, за которой расположена цилиндрическа  линза 22 и ответвление от волоконного световода 19 и, наконец , растрова  решетка 23, за которой расположен волоконный световод 24 и линза 25, перенос щие световые сигналы, попавщие на растровую решетку 23, в плоскость фотокатода 26.

Плоскость диафрагмы 7 совнадает с фокальной плоскостью - автоколлимационного объектива 27. Параллельные пучки лучей, вышедшие из объектива 27, падают на наклонное плоское зеркало 28 и, отразившись от него , фокусируютс  вновь в плоскости диафрагмы 7.

Ось вращени  зеркала 28 расположена под расчетным углом относительно главной оптической оси объектива 27. Этот угол зависит от фокусного рассто ни  объектива 27 и масштаба изображени  интервала между штрихами 5 штриховой меры 5. Этот масштаб изображени  зависит от оптических данных объектива 4 или эквивалентной ему оптической проекционной системы. Величина масштаба задаетс  конструктивно, исход  из условий неискажаемости линейных размеров изображени , зоны сканировани , а также соображени ми метрологического и технологического пор дка.

Угол наклона зеркала 28 к его оси вращени  равен углу а.

Взаимное расположение окон 5 и 9 относительно щели 10, щели 14 относительно щелей 17 и 21, а также растровой решетки 23 таково, что свет щиес  элементы - штрихи

29 и 30 - и щель 14 в автоколлимационном ходе накладываютс , соответственно, на щели фотоприемников 10, 17 vi 21 и растровую рещетку 23, а их размеры выбраны с таким расчетом , чтобы при вращении зеркала 28 эти свет щиес  элементы совершали бы относительно щелей фотоприемников поступательные по окружности перемещени . Радиус этой окружности зависим от угла а,

наклона зеркала. При этом соблюдаетс  заданна  последовательность чередовани  сигналов .

Эта последовательность чередовани  сигналов соблюдаетс  в каждом полупериоде поворота зеркала 28.

Оптическа  ось проекционной системы развернута по отношению к главной оптической оси автоколлимационного объектива 27 на некоторый угол р (см. фиг. 2), который зависит

от фокусного рассто ни  этого объектива и рассто ни  00 его главной оптической оси до оси проекционной системы. Такое расположение осей позвол ет создать более равномерный уровень электрических сигналов от штрихов по кра м проекции интервала штриховой меры.

Работает интерпол тор следующим образом . При вращении зеркала 28 за каждый полупериод поступают три последовательных сигпала «начало счета, «счет и «конец счета. Сигнал «начало счета поступает через щель /7 при совпадении с ней изображени  свет щейс  щели 14. Одновременно под действием

света от той же щели через растровую решетку 23 начинают поступать заполн ющие тактирующие импульсы - сигнал «счет, который ведет до момента, когда свет щеес  изображение 22 штриха 5 не совпадает со щелью 10.

Это будет сигнал «конец счета. Число поступивших в электронную схему заполн ющих тактирующих импульсов интерпретируют в соответствующие доли интервала в зависимости от прин той дискретности. В следующий полупериод изображение щели 14 совпадает со щелью 21, от которой поступает сигнал «начало счета. Последует сигнал «счет от растровой решетки 23, который прекратитс  в момент совпадени  свет щегос  изображени  30

штриха 5 со щелью 10. Таким образом, за один период поворота зеркала 28 информаци  поступит дважды.

Если сигнал «конец счета через щель 10 от свет щихс  изображений 29 и 30 щтрихов 5

совпадает с соответствующими ему сигналами «начало счета от щелей 17 и 21, то счет сигналов заполн ющих тактирующих импульсов не открываетс , и это положение считаетс  нулевым. В этом положении в окнах 8 и 9

проецируетс  по два штриха, ограничивающих один интервал штриховой меры. За один период оборота зеркала 28 информаци  ведетс  дважды. При этом используетс  лишь две четверти всего периода, остальные две составл ют холостой ход. Дл  получени  непрерывной информации зеркало 28 выполн етс  двойным.

Наружна  поверхность зеркала имеет частично прозрачную поверхность, котора  частично отражает, а частично пропускает сквозь себ  лучи. Внутренн   поверхность такого зеркала имеет полностью отражающую плоскость. Обе плоскости могут быть выполнены из целой стекл нной пластины либо составл ть две самосто тельные детали. Обе отражающие плоскости наклонены к оси вращени  и развернуты друг относительно друга вокруг оси вращени  на четверть периода. Такой коммутирующий элемент может называтьс  бизеркальным сканатором (см. фиг. 4).

Плоскость А имеет частично прозрачную, частично отражающую поверхность за счет специального вакуумного металлического покрыти . Это покрытие должно отражать примерно 38% и пропускать примерно 62% от упавщего от него 100%-ного потока света. Но эти показатели завис т от поглощающей способности покрыти , спектрального состава света, поглощени  в стекл нной среде скаиатора , отражающей способности его внутренней поверхности Б, углов сканатора и т. д. Поэтому цифры приведены ориентировочные. Дл  обеспечени  стабильности электрических параметров, выдаваемых интерпол торами сигналов, необходимо чтобы количество света в каждой рабочей части периода сканировани  было одинаково. Это может быть достигнуто выбором отражающей способности поверхностей А и Б сканатора и других параметров оптических элементов.

Плоскость А наклонена вокруг горизонтальной оси п - п на угол а (см. фиг. 1 и 2), плоскость Б наклонена вокруг вертикальной оси т - т также на угол а. Рассто ние между этими плоскост ми должно быть конструктивно минимальным.

Ось вращени  сканатора / - /, как уже было указано, составл ет с главной осью k - k автоколлимационного объекта угол, также равный а.

Действие бизеркального сканатора заключаетс  в следующем.

Параллельный пучок лучей из автоколлимационного объектива падает на поверхность Л, частично отражаетс  от нее и, пройд  тот же объектив, создает на поверхности диафрагмы 7 изображение Е К . Друга  часть лучей пройдет сквозь поверхность А и упадет на поверхность Б.

Поверхность Б развернута относительно поверхности А так, что изображение, которое будет образовыватьс  на диафрагме 7 от лучей, отраженных от поверхности Б, окажетс  смещенным по окружности сканировани  на четверть периода поворота зеркала. Лучи, отраженные от поверхности Б, не полностью попадают в автоколлимациониый объектив. Часть из них пройдет сквозь поверхность А (со стороны поверхности Б) и построит полезное изображение . Но часть лучей отразитс  от

поверхности А, вновь упадет на поверхность Б и, отразившись от нее, как и в предыдущем случае, частично пройдет сквозь поверхность А, а частично от нее отразитс . Эти паразитные лучи образуют несколько паразитных изображений убывающей  ркости, но существенно вредного вли ни  они не оказывают, так как по мере отражени  они мен ют угол выхода из поверхности А и оказываютс  вне

углового зрени  автоколлимационного объектива .

На фиг. 5 изображена принципиальна  схема построени  изображени  от бизеркального сканатора на поверхности диафрагмы 7. Изображение Е К  вл етс  автоколлимационным изображением щели 14 от поверхности А; изображение - изображение той же щели от поверхности Б. За четверть периода I - I изображение Е К проходит рабочий цикл с

выдачей всех предусмотренных электрических сигналов. Одновременно изображение проходит четверть периода П - II холостого хода. Затем изображение Е К выйдет из рабочей зоны I - I, а изображение Е К. войдет

в рабочую зону III - HI.

Таким образом обеспечиваетс  непрерывна  четырехкратна  выдача информации за один период оборота зеркала.

Предмет изобретени 

Claims (3)

1.Фотоэлектрический интерпол тор измерительных сигналов величин перемещени  рабочих органов металлорежущего станка, выполненный в виде укрепленной на одном из рабочих органов линейки со свет щимис  щтрихами , оптически св занной с установленными на другом рабочем органе фотоэлектрическим генератором измерительных импульсов имеющим объектив, растровую рещетку, осветители

и фотодатчики, отличающийс  тем, что, с целью снижени  искажений при передаче изображений щтрихов линейки растровой решетки на щели фотодатчиков, генератор измерительных импульсов снабжен размещенной в

картинной плоскости объектива диафрагмой, на которой расположены растрова  решетка, щели осветителей и фотодатчиков, а так же окна, причем за диафрагмой с другой стороны объектива расположен оптический коммутатор .

2.Интерпол тор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью получени  начала и конца отсчета заполн ющих импульсов и прохода изображений щтрихов линейки, щели фотодатчиков

опорных импульсов совмещены по ширине с начальной и конечной щел ми растровой решетки и расположены по диагонали от нее.

3.Пнтерпол тор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью осуществлени  переноса изображений свет щихс  щтрихов линейки на щель фотодатчика и изобралсени  свет щейс  щели осветител  на щели фотодатчиков опорных импульсов и растровую рещетку при автоколлимационном ходе лучей, оптический коммутатор выполнен в виде вращающегос  зеркала , отражающа  грань которого неперпендикул рна оси вращени , а ось наклонена относительно диафрагмы в плоскости, нормальной к штриховой поверхности линейки и проход щей вдоль ее оси, причем между диафрагмой и вращающимс  зеркалом расположен объектив с перпендикул рной к диафрагме оптической осью.

ffu.