SU763062A1 - Фотокопировальное след щее устройство - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов обработки и касается фотокопировального следящего устройства для электроэрозионных и электрохимических станков.

Известны фотоэлектрические следящие устройства, в которых изображение движущегося излучающего объекта спроецировано в вице круглого пятна на нескопько фоточувствительных элементов. Сигналы с фотоэлементов сравниваются между собой и разностный сигнал, пропорциональный величине смещения светового пятна относительно оптической оси,₎₅ управляет приводами слежения фото да т— чика за перемещением объекта [1] .

Эти устройства но позволяют осущесТвл'ять’копирование контурд чертежа.

Наиболее близкими по технической сущ· ₂о ности к предлагаемому изобретению является фотокопировальное следящее устройство, содержащее поворотную головку с фотоэлементами, соединенными по мос2 товой схеме и связанными через усилитель с электроприводом вращения головки, устройство снижения скорости при ' резких изменениях направления контура чертежа детали, участок которого спроецирован через оптическое устройство с щелевой диафрагмой на фотоэлементы головки, преобразователь поворота которой соединен с усилителями приводных координатных механизмов корпуса с головкой и чертежа детали. Преобразователь поворота выполнен в вице фрикционных интеграторов, управляемых кулачками, скрепленными с головкой pQ.

Использование в этом устройстве инерционных, быстроизнашиваемых, не обладающих высокой точностью кинемАти*. чёских звеньев для разложения угла поворота головки по координатам не позволяет достичь высокой точности и надежности копирования, особенно при болн* • ших скоростях обработки.

Устройство также не позволяет производить коррекцию траектории обхода кон— тура для компенсации износа инструмента и учета припусков под черновые и чистовые режимы обработки без изменения чертежа.

Кроме того, точность копирования в ₅ углах ограничена постоянным радиусом обзора головки, минимальная величина которого определяется наибольшей скоростью копирования без срыва слежения.

Устройство не позволяет производить 10 копирование по кромке чертежа, что ограничивает возможность его применения.

Устройство не позволяет также осуществлять плавное изменение скорости и направления обхода контура чертежа, а ₁₅ поэтому не может использоваться для электроэрозионных проволочно—вырезных станков.

Целью изобретения является повы- _2Q шение точности копирования.

Цель достигается тем, что в известном фотокопировальном следящем устройстве, в корпус которого с возможностью вращения установлена головка с фотоэлементами, соединенными по мостовой схеме и связанными чё'рез усилитель с электроприводом вращения головки, преобразователь поворота которой соединен с усилителями приводных координатных механизмов корпуса с головкой и чертежа детали, участок которого спроецирован через оптическое устройство с щелевой диафрагмой на фотоэлементы головки, преобразователь поворота головки выполнен в вице установленного с нею соосно первого квадратного фотоприемника, координатные оси его сориентированы параллельно перемещениям приводных координатных механизмов, ₄θ причем координатные фотоэлементы первого квадратного фотоприемника связаны с осветителем через круглую диафрагму, жестко соединенную с щелевой диафрагмой и связанную с устройством ее пе- ₄₅ ремещения вдоль радиуса вращения головки, по сигналам усилителя регулирования скорости внешним сигналом и мостовой схемы, а фотоэлементы головки выполнены в вице второго квадратно- ₅θ го фотоприемника, установленного соосно с первым, при этом введена вторая щелевая диафрагма, перпендикулярно перекрывающая первую щелевую диафрагму и связанная с устройством перемещения _$5 ее вдоль последней.'

На чертеже представлена схема фотокопировального следящего устройства с функциональными связями.

Фотокопировальное следяшёе устройство содержит корпус 1, вращающуюся в нем головку 2, электропривод 3 поворота головки, приводные координатные механизмы .4 и 5 для перемещения копируемого чертежа 6 и корпуса 1 с головкой 2 и оптическим устройством 7. В корпусе 1 соосное осью вращения головки 2 закреплен первый квадрантный фотоприемник 8,. координатные оси которого сориентированы параллельно координатам приводных механизмов 4 и 5. С помощью круглой диафрагмы 9 и установленного на ней светодиода 10 на фотоприемнике 8 сформировано световое пятно, перекрывающее его фотоэлементы. Диафрагма 9 имеет возможность движения вдоль радиуса вращения головки в направлении, проходящем через центр диафрагмы 9, от установленного в головке 2 устройства 11 перемещения. Координатные фотоэлементы фотоприемника 8 попарно подключены к усилителям 12 и проводных координатных механизмов 4 и 5. В головке 2, соосно с ее осью вращения, установлен второй квацрантный фотоприемник 14. В качестве квадрантных фотоприемников 8 и 14 использованы четырехэлементные позиционно-чувствительные фотодиоды, обладающие наилучшими характеристиками из этого класса приборов. На фотоприемник 14 через перекрывающие друг друга щелевые диафрагмы 15 и 16 спроецирован оптическим устройством 7 участок контура чертежа 6. Первая щелевая диафрагма 15 скреплена с круглой диафрагмой 9. Вторая щелевая диафрагма 16 имеет возможность движения от устройства 17 ее перемещения, установленного в головке 2 в направлении, перпендикулярном направлению перемещения диафрагмы 15. Устройства 11 и 17 перемещения выполнены в вице электромагнитного пропорционального управляющего элемента с поступательным перемещением якоря. Фотоэлементы 18 — 21 фотоприемника включены по мостовой схеме. Зазор между фотоэлементами 18 — 21, смежными с даагональю питания мостовой схемы, перпендикулярно перекрываемый диафрагмой 15, сориентирован в-~ направлении движения этой диафрагмы. Нагрузочная диагональ мостовой схемы подключена к управляющему внешним сигналом усилителю 22 регулирования скорости и усилителю 23 электропривода вращения головки. Световой поток све— тодиода 10 промодулирован с помощью подключенного к нему генератора 24 периодических электрических сигналов. С долью стабилизации режима работы фотоприемника 14 в оптическом устройстве 7 использована импульсная лампа.

Принцип работы фотокопировального следящего устройства заключается в Следующем. В исходном состоянии центры щелевых диафрагм 15 и 16 и , круглой диафрагмы 9 соосны с центрами фотоприемников 8 и 14 ^:и осью вращения · головки 2. На вход усилителя 22 подается внешний управляющий сигнал (от выпрямителя при ручном регулировав нии скорости и направления копирования, от электр оэроз ионного промежутка при автоматическом регулировании). В зависимости от полярности внешний сигнал воздействует на соответствующую катушку индуктивности устройства 11 перемещения, смещающего диафрагмы 9 и 15~ в ту или иную сторону вдоль радиуса вращения головки пропорционально амплитуде сигнала. Чертеж устанавливается под фотоголовкой так, чтобы спроецированный участок линии контура перекрывался щелью, образованной диафрагмами 15 и 16. Электропривод 3 поворачивает головку 2 до тех пор, пока сигнал рассогласования с мостовой схемы не станет равным нулю, что соответствует равенству сигналов с освещенной через щель пары фотоэлементов 18 и 19 приемника 14. При включении генератора 24 фотоприемник 8 засвечивается от световода 10 через диафрагму 9, которая распределяет световой поток между координатными фотоэлементами фотоприемника 8 пропорционально синусу и косинусу угла поворота головки 2. Сигналы рассогласования с усилителей 12 и 13 управляют приводными координатными механизмами 4 и 5 так, что головка 2 начинает двигаться относительно чертежа 6 в направлении, проходящем через центр светового пятна, сформированного круглой диафрагмой 9.

В результате следящего поворота головки 2 с фотоприемником 14 и щелевыми диафрагмами 15, 16 и одновременно—, '-го .поворота “круглой диафрагмы 9 относительно, фотоприемника 8, вызывающего перемещение головки и чертежа соответству— ющими координатными приводами, происходит копирование контура чертежа детали. Сигналы с контактов нагрузочной диагонали моста в зависимости от полярности, определяемой тем, какая пара фотоэлементов ( 18, 19 или 20, 21) засвечена через щелевые диафрагмы 15,16, проходит через усилитель 22 на одну из катушек 5 устройства 11 перемещения. На выходе усилителя 22 (без учета внешнего сигнала) вырабатывается сигнал, амплитуда которого пропорциональна разностному ' сигналу с мостовой схемы, а полярность не зависит от его знака. При резких изменениях направления копируемой линии чертежа результирующий выходной сигнал усилителя (с учетом внешнего сигнала) уменьшается пропорционально уве— личению разностного сигнала с мостовой схемы, вследствие чего устройство 11 перемещения смещает диафрагмы 9 и 15 к оси вращения головки. Смещение диафрагмы 9 приводит к снижению скорости 20 копирования, а смещение диафрагмы 15 уменьшает радиус обзора головки, тем самым повышая точность копирования. Уменьшение радиуса обзора не приводит к срыву слежения, поскольку оцнов— ²⁵ ременно снижается скорость копирования.

При изменении направления обхода контура чертежа вручную оператором или автоматически (например, в случае возникновения короткого замыкания между зо электродами станка при электроэрозионной обработке) меняется полярность внешнего сигнала, поступающего на вход усилителя 22, что приводит к смещению диафрагм 9 и 15 в направлении, про35 тивоположном первоначальному. При этом через диафрагму 15 засвечивается другая пара фотоэлементов 20 и 21 фоте— приемника 14, и направление копирования меняется на обратное.

Коррекция траекторш! обхода контура чертежа осуществляется подачей на устройство 17 перемещения определенной величины постоянного напряжения.

₄₅ Это вызывает смещение диафрагмы 16 относительно зазора фотоприемника 14. На выходе мостовой схемы появляется сигнал рассогласования. Электропривод· 3, устраняя возникшее рассогласование, ₅₀ поворачивает головку 2, которая одновременно движется относительно чертежа. Сигнал рассогласования станет' равным нулю, когда диафрагма 16 расположится симметрично относительно линии чертежа и в дальнейшем обход контура происходит с постоянным смещением головки относительно копируемой линии. Величина смещения равна величине смещения диафрагмы 16 отно7 сительно зазора фотоприемника 14 и пропорциональна амплитуде напряжения, поданного на устройство 17 перемещения. Копирование по кромке чертежа и коррекдня траектории осуществляются также при смещенной .диафрагме 16, при этом ширина зазора фотоприемника 14 не влияет на точность копирования.

Применение преобразователя поворота головки, выполненного в виде четырехэлементного позиционно-чувствительного фотодиода с диафрагмой и светодиодом, существенно упрощает конструкцию головки и ее изготовление, повышает надежность работы и долговечность за счет исключения большого числа инерционных быстроизнашиваемых кинематических звеньев.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области электрофизических и электрохимических методов обработки и касаетс  фотокопировального след щего устройства дл  электроэрозионных и электрохимических станков. Известны фотоэлектрические след щие устройства, в которых изображение движущегос  излучающего объекта спроецировано в виде круглого п тна на несколько фоточувствительных элементов. Сигналы с фотоалементОё сравниваютс  между собой и разностный сигнал, пропс циональный величине смещени  светового п тна относительно оптической ос управл ет приводами слежени  фотодат чика за перемещением объекта 11. Эти устройстра 4ге пеэьоп ют йбущесТвл тьГкогййрбвание контура чертежа. Наиболее близкими по технической сущ ности к предлагаемому изобретению  вл етс  фотокопировальное след щее уст ройство, содержащее поворотную головку с фотоэлементами, соединенными по мос товой схеме и св занными через усилитель с электропр тодом вращени  головки , устройство снижени  скорости при резких изменени5ЕС направлени  контура чертежа детали, участок которого спроецирован через оптическое устройство с щелевой диафрагмой на фотоэлементы го ЛОВЮ1, преобразователь поворота которой соединен с усилител ми приводных координатных механизмов корпуса с головкой и чертежа детали. Преобразователь поворота выполнен в виде фрикционных интеграторов , управл емых кулачками, скрепленными с головкой 2j. Использование в этом устройстве инерционных, быстроизнашиваемых, не обладающих высокой точностью кинемйти. ческих звеньев дл  разложени  угла поворота гоповки по координатам не позвол ет достичь высокой точности и надежности копировани , особенно при болн щих скорост х обработки. Устройство также не позвол ет производить коррекцию траектории обхода кон- тура ОЛЯ компенсации износа инструмента и учета припусков под черновые и чистовые режимы обработки без изменени  чертежа. Кроме того, точность копировани  в углах ограничена посто нным радиусом обзора головки, минимальна  величина к торого определ етс  наибольшей скорост копировани  без срыва слежени . Устройство не позвол ет -производи копирование по кромке чертежа, что ограничивает возможность его применени  Устройство не позвол ет также осуществл ть плавное изменение скорости и направлени  обхода контура чертежа, а поэтому не может использоватьс  дл  электроэрозионных проволочно-вырезных станков. Целью изобретени   вл етс  повышение точности копировани . Цель достигаетс  тем, что в известном фотокопировальном след щем устройстве , в корпус которого с возможностью вращени  установлена головка с фотоэлементами, соединенными по мрсто въй схеме и св занными через усилитель с электроприводом вращени  головки , преобразователь поворота которой соешшен с усилител ми приводных кооршшатных механизмов корпуса с головкой и чертежа детали, участок которого спроецирован через оптическое устройство с щелевой диафрагмой на фотоэлементы головки, преобразователь поворота головки выполнен в виде установленного с нею соосно первого квадратного фотоприемника, коорд1щатные оси его сориентированы параллельно переме . щени м приводных координатных механизмо причем коорд1шатные фотоэлементы первого квадратного фотоприемника св заны с осветителем через -круглую диафрагму, жестко соединенную с щелевой диафрагмой и св занную с устройством ее перемещени  вдоль радиуса вращени  головки , по сигналам усилител  рвгупирвгвани  скорости внешним сигналом и мостовой схемы, а фотоэлементы головки выполнены в виде второго квадратного фотоприемника, установленного соосно с первым, при этом введена втора  щелева  диафрагма, перпендикул рно перекрьшающа  первую щелевую диафрагму и свжанна  с устройством перемещени  ее вдоль последней. На чертеже представлена схема фотокопировального след щего устройства с функциональными св з ми. Фотокопировальное след щее устройство содержит корпус 1, вращающуюс  в нем головку 2, электропривод 3 поворота головки, приводные координатные механизмы .4 и 5 дл  перемещени  копируемого чертежа 6 и корпуса 1 с головкой 2 и оптическим устройством 7. В корпусе 1 соосно с осью вращени  головки 2 закреплен первый квадрантный фотоприемник 8,. координатные оси ко1 торого сориентированы параллельно коф- динатам приводньк механизмов 4 и 5, С помощью круглой диафрагмы 9 и установленного на ней светоднода 10 на фотоприемнике 8 сформировано световое п тно, перекрывающее фотоэлементы. Диафрагма 9 имеет возможность движени  вдоль радиуса вращени  головки в направлении, проход щем через центр диафрагмы 9, от установленного в головке 2 устройства 11 перемещени . Координатные фотоэлементы фотоприемника 8 попарно подключены к усилител м 12 и 13 проводных координатных механизмов 4 и 5. В головке 2, С9осно с ее осью вращени , установлен второй квадрантный фотоприемник 14. В качестве квадрантных фотоприемников 8 и 14 использованы четырехэлементные позицио1шо-чувствительные фотодиоды, обладающие наилучшими характеристиками из этого класса приборов . На фотоприемник 14 через перекрывающие друг друга щелевые диафрагмы 15 и 16 спроецирован оптическим устройством 7 участок контура чертежа 6. Перва  щелева  диафрагма 15 скреплена с круглой диафрагмой 9. Втора  щелева  16 имеет возможность движени  от устройства 17 ее перемещени , установленного в головке 2 в направлении, перпендикул рном направлению перемещени  диафрагмы 15. Устройства 11 и 17 перемещени  выполнены в виде электромагнитного пропорционального управл ющего элемента с поступательным перемещением siKopiu Фотоэлементы 18-21 фотоприемника 14 включены по мостовой схеме. Зазор между фотоэлементами 18 - 21, смежными с диагональю питани  мостовой схемы, перпендикул рно перекрьшаемый диа4рагмой 15, сориетаирован в-направлении движени  этой диафрагмьи Нагрузочна  диагональ мостовой схемы подключена к управл ющему внешним сигналом усилителю 22 регулировани  скорости и усилителю 23 электропривода вращени  головки. Световой поток све- 5 тодиода lO промодулирован с помощью подключенного к нему генератора 24 периодических электрических сигналов. G ифлью стабилизации режима работы фотоприемника 14 в оптическом устройстве 7 использована импульсна  лампа. Принцип работы фотокопировального след щего устройства заключаетс  в Следующем. В исхоцном состо нии центры щелевых диафрагм 15 и 16 и круглой диафрагмы 9 соосны с центрами фотоприемников 8 и 14 и осью вращени  головки 2. На вход усилител  22 подаетс  внешний управл ющий сигнал (от вьшр мител  при ручном регулировании скорости и направлени  копировани , от алектроэроз ионного промежутка при автоматическом регулировании). В зависимости от пол рности внешний сигнал воздействует на соответствуюи1у1о катушку индуктивности устройства 11 перемещени , смещающего диафрагмы 9 и 15 в ту или иную сторону вцоль радиуса вра щени  головки пропорционально амплиту- де сигнала. Чертеж устанавливаетс  под фотоголовкой так, чтобы спроецированный участок линии контура перекрывалс  щелью , образованной диафрагмами 15 и 16 Электропривод 3 поворачивает головку 2 до тех пор, пока сигнал рассогласовани  с мостовой схемы не станет равным ну- лю, что соответствует равенству сигнало с освещенной через щель пары фотоэлементов 18 и 19 приемника 14. При включении генератора 24 фотоприемник 8 засвечиваетс  от световоца 1О через диафрагму 9, котора  распредел ет световой поток между координатными фотоэлементами фотоприемника 8 пропорцио- нально синусу и косинусу угла поворота головки 2. Сигналы рассогласовани  с усилителей 12 и 13 управл ют приводными координатными механизмами 4 и 5 так, что головка 2 начинает двигатьс  относительно чертежа 6 в направлении, проход щем через центр светового п тна, сформированного круглой диафрагмой 9. В результате след51щего поворота головки 2 с фотоприемником 14 и щелевыми диафрагмами 15, 16 и одновременно-. то.поворота круглой диафрагмы 9 относи ,тельно. фотоприемника 8, вьЕЕ тающего пе- ремещение головки и чертежа соответству ющими координатными приводами, проис- ходит копирование контура чертежа детали Сигналы с контактов нагрузочной диагонали моста в зависимости от пол5фности, 2 определ емой тем, кака  пара фотоэлементов ( 18, 19 или 20, 21) засвечена через щелевые диафрагмы 15,16, проходит через усилитель 22 на одну из катушек устройства 11 перемещени . На выходе усилител  22 (без учета внешнего сипш- ла) вырабатьгоаетс  сигнал, амплитуда которого пропорциональна разностному сигналу с мостовой схемы, а пол рность не зависит ог его знака. При резких изменени х направлени  копируемой линии чертежа результирующий вьсхооной сипнал усилител  (с учетом внешнего сиг нала) уменьшаетс  пропорционально увеличению разностного сигнала с мостовой схемы, вследствие чего устройство 11 перемещени  смещает диафрагмы 9 и 15 к оси враш.ен11  головки. Смещение диафрагмы 9 приводит к сниженгао скорости копировани , а смещение диафрагмы 15 уменьшает раднус обзора головки, тем самым повыша  точность копировани . Уменьшение радиуса обзора не приводит к срыву слежени , поскольку ощюв- ременно снижаетс  скорость копировани м При изменении направлени  обхода контура чертежа вручную оператором или автоматически (например, в случае возникновени  короткого замыкани  между электродами станка при электроэрозконной обработке) мен етс  пол рность внещнего сигнала, поступающего на вход усилител  22, что приводит к смещению диафрагм 9 и 15 в направлении, противопололшом первоначальному. При этом через диафрагму 15 засвечиваетс  дру га  пара фотоэлементов 2О и 21 фотснпрнемника 14, и направление копировани  мен етс  на обратное. Коррекци  траектортп обхода контура чертежа осуществл етс  подачей на устройство 17 перемещени  определенной величины посто 1шого напр жени . Это вызывает смещение диафрагмы 16 относительно зазора фотоприемника 14 На выходе мостовой схемы по вл етс  сигнал рассогласовани . Электропривод 3, устран   возникшее рассогласование, поворачивает головку 2, котора  одновременно движетс  относительно чер- тежа. Сигнал рассогласовани  станет равным нулю, когда диафрагма 16 располонштс  симметрично относительно линии чертежа и в дальнейшем обход контура происхош т с посто нным сме- щением головки относитсльпо копируемой линии. Величина смошошш равна величине смещени  диафрагмы 16 относитепьно аавора фororqpиe raикa 14 и пропорциональна амплитуде напр жени , пооанного на устройство 17 перемещени Копирование по кромке чертежа и корре мн  траектории осуществл ютс  также смещенной J иaфpaгмe 16, при этом ширина зазора фотоприемника 14 не впи5ает на точность копирование Г зименение преобразовател  поворота головки, выполненного в виде четырех- элементного позидионно-чувствительного фотодиода с диафрагмой и светодиодом, существенно упрощает конструкцию головки и ее изготовление, повышает на нежность работы и долговечность за счет исключени  большого числа инерционных быстроизнашиваемых кинематических звеньев Формула изобретени  Фотокопировальное след щее устройство , в кфпусе которого с возможность вращени  установлена головка с фото- элементами, соединенными по мостовой схеме и св занными через усилитель с электроприводом вращени  головки, прео разователь поворота которой соединен с усилител ми приводных координатных ме ханизмов корпуса с гоповкой и чертежа детали, участок которого спроецирован через оптическое устройство с щелевой диафрагмой на фотоэлементы головки, ,отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности копировани , преобразователь поворота головки выполнен в виде установленного с нею соосно первого квадрантного фотоприемнвка|5 координатные оси которого сориентированы параллельно перемещени м фиводных координатных механизмов, причем координатные фотоэлементы первого квадрантного фотопрйемника св заны с осветителем через круглую диафрагму, жестко соединенную с щелевой диафрагмой и св занную с устройством ее перемещени  вдоль радиуса вращени  головки, по сигналам усилител  регулировани  скорости внешним сигналом и мостовой схемы, а фотоэлементы головки выполнены в виде второго квадрантного фотоприемника , установленного соосно с первым, при этом введена втора  щелева  диафрагма, перпендикул рно перекрывающа  первую щелевую диафрагму, св занную с устройством перемещени  ее вдоль последней. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Катыс Г. П. Оптоэлектронна  обработка информации, М., Машиностроение , 1973, с. 348.
2. 2.Патент США № 2989639, кл. 250-202, опублик. 1961.