Многооборотный преобразователь угол - код

 

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код Цель изобретения - повышение функциональной надежности преобразователя. Цель достигается тем, что в многооборотный преобразователь угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, через редуктор кинематически соединенный с вторым диском, первый, второй, третий ц четвертый считывающие элементы, четыре формирователя импульсов, блок, определения направления , первый реверсивный сметчик, введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а второй диск содержит шкалу индексных меток,как и первый диск, четвертый считывающий . элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска. Введенные блоки в совокупности с соответствующими связями обеспечивают достижение цели. 4 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК рц Н 03 М 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВЧТЕНИЯМ И 0ТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4812 788/24 (22) 10.04.90 . (46) 07 02 9- ° Гэюл. t 5 (71) Научно-производственное объединение "Гранат" (72) В.А.Петров, Г.В.Овод-Марчук и H.À.Áàáèöêèé (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 63305 1, кл. H 03. И 1/26, 1976.

Авторское свидетельство CCCP

И 506892, кл. Н 03 Й 1/26,- 1974. (54) МНОГООБОРОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГОЛ " КОД (57) Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

- Цель изобретения - повышение функцио1

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический : сигнал-, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Известен комбинированный датчик отнОсйтельного и абсолютного положения, содержащий растровый диск, установленный на входном валу, и кодовые диски, кинематически связанные последовательно между собой и входным валом . через редукторы. Считывающие элемен" ты, установленные возле кодовых дисков, соединены с преобразователем па- раллельного кода в последовательность

„Я0„„1711329 А 1

2 нальной надежности преобразователя.

Цель достигается тем, что в многооборотный преобразователь угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, через редуктор кинематически соединенный с вторым диском, первый, второй, третий и четвертый считывающие элементы, четыре формирователя импульсов, блок, определения направления, первый реверсивный счетчик, введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а второй диск содержит шкалу индексных меток,как и первый диск, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска. Введенные блоки в совокупности с соответствующими связями обеспечивают достижение .цели. 4 ил. !

Ю

%Ф импульсов. В данном датчике параллельный код преобразуется в последо- (;ф вательность импульсов с целью сокраще- ф ния числа линий передачи кода. Младшие разряды кода абсолютного положения формируются путем обработки сиг налов растрового диска, а старшие разряды кода абсолютного положения формируются путем восстановления параллельного кода из последовательности импульсов, получаемых с преобразователя кода.

Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений в код, содержащий первый, с дорожками изме1711329 рительного растра и индексных меток, и второй диски, кинематически связанные между собой с помощью редуктора, расположенные по разные стороны информа5 ционных дорожек дисков осветители и фотоприемники, выходы которых подключены к формирователям, блок определения направления вращения, который, подключен к первым двумя формировате- 10 лям, а своими выходами — к суммирующим и вычитающим входам реверсивного счетчика, блок управления, к входам которого подключены остальные формирователи, а выход соединен с входом сброса реверсивного счетчика.

Недостатком данного преобразователя является малое количество контрольных точек, предельное количество;. которых для данной конструкции преобра 0 зователя равно количеству фотоприемников, размещенных рядом друг с другом на неподвижном диске - держателе, на радиусе, равном радиусу расположения модуляционных меток в виде проре- 25 зей, При увеличении количества контрольных точек прямо пропорционально увеличивается также количество фотоприемников и осветителей, что снижает надежность преобразователя.

Цель изобретения — повышение функ-. циональной надежности преобразователя.

Поставленная цель достигаетгя тем, что в многооборотный преобразователь— угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно

35 квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, первый диск че1 рез редуктор кинематически соединен с вторым диском, первый и второй считывающие элементы, установленные против равномерно квантованной измерительной шкалы первого диска со сдвигом друг относительно друга на четверть периода квантования этой шкалы, 45 третий считывающий элемент, установленный против шкалы индексных меток,. четвертый считывающий элемент, выходы считывающих элементов соединены с входами одноименных формирователей им50 пульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соедиены соответственно с первым и вторым входами блока определения направления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим 55 входами первого реверсивного счетчика, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а на втором диске выполнена шкала индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя сое" динен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи второго реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающие входы которого подключены соответствен-, но к второму и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формирователя соединен с вторым входом блока синхронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения направления соединены cooTветственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации. Сопоставительный анализ предлагаемого решения с известным показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что в него введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а на втором диске выполнена шкала индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя соединен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи второго реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающие входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формирователя соединен с вторым входом блока синхронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения направления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации, На фиг.1 приведена функциональная схема многооборотного преобразователя угол - код; на фиг. 2 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 3 - диск; на фиг. 4 - временные

17113 диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Иногооборотный преобразователь угол - код содержит первый диск 1, закрепленный на валу 2 и содержащий равномерно квантованную измерительную шкалу 3 и шкалу 4 индексных меток 5..

Первый диск 1 кинематически связан с вторым диском 6 через редуктор 7, 10 при этом в качестве второго диска 6 можно использовать диск, идентичный первому диску 1, в котором использу ется только шкала 4 индексных меток 5. 15 .Осветители 8 и 9 через шкалу 3, а

/ осветитель 10 через шкалу 4 индексных меток 5 первого диска оптически связаны соответственно с первым, вторым и третьим фотоприемниками 11" 20

13. При этом осветители 8 и 9 и соответствующие им фотоприемники ll и 12 расположены с относительным сдвигом на четверть периода квантования измерительной шкалы 3. . 25

Осветитель 14 оптически связан через шкалу 4 индексных меток 5 второго диска 6 с четвертым фотоприемником 15. Выходы первого-четвертого фо. топриемников 11-15 соединены соот- . 30 ветственно с первым, вторым, третьим и четвертым формирователями 16-19.

Выходы первого и второго формирователей 16 и 17 соединены с соответствующими входами блока 20 определения направления, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика 21, вход сброса которого соединен с выходом треть- 40

его формирователя 18. Выход четвертого Формирователя 19 соединен с первым входом блока 22 синхронизации, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя 18. 45

Третий и четвертый входы блока 22 синхронизации соединены с соответствующими выходами блока 20.определения направления. Первый, второй и третий выходы блока 22 синхрониза" 50 ции соединены соответственно с входом записи, суммирующими и вычитающими входами второго реверсивного счетчика 23, разрядные входы которо", ro соединены с соответствующими разрядными выходами первого реверсивного счетчика 21. Разрядные выходы первого реверсивного: счетчика 21 являются младшими разрядными выхо 6

2о дами многйоборотного преобразователя угол - код, старшими разрядными выходами которого являются раз-! рядные выходы второго реверсивного счетчика 23.

Шкала 3 выполнена на первом диске равномерно квантованной, желательно, чтобы число меток С на шкале 3 было равно С = 2", где где ri = 0,1,2, . Вкала 4. выполнена на первом и втором дисках 1 и 6 и содержит К равнорасположенных индексных меток

5, при этом желательно, чтобы выполнялось условие К = 2, где m =

= 0,1,2...

Редуктор 7 имеет передаточное отношение

1 = -- — )

К+! причем знаменатель в выражении передаточного отношения редуктора есть максимальное число И контрольных точек преобразователя угол - код, т.е.

И=R +1, С где2=- —— кь

Ь = 2 — коэффициент использоваЦ ния шкалы 3, где а = 0,1,2 3

Осветители 8, 9, 10 и 15, а также соответствующие им фотоприемники 11, 12, 13 и 14 предназначены для формирования импульсных синусов при вращении первого 1 и второго 6 дисков. формирователи 16, 17, 18 и 19 предназначены для формирования на своих выходах импульсных сигналов с логиче" скими уровнями. Сдвиг фазы между импульсами на выхода формирователей 16 и 17 равен 90, а зйак сдвига фазы определяется направлением вращения первого диска 1. Блок определения направления 20 предназначен для формирования на одном из своих выходов последовательности счетных импульсов в зависимости от знака фазового смещения входных импульсов. В первом реверсивном счетчике 21 формируются младшие разряды- кода абсолютного положения, à во втором реверсивном счетчике 23 - старшие разряди.

Разрядность Sl первого реверсивного счетчика 21 зависит от числа меток на равномерно квантованной шкале

3 и количества индексных меток 5 на шкале 4.!

711323

Разрядность S2 второго реверсивного счетчика 23 зависит, кроме того, от коэффициента Ь, т.е. 1

$! =и-m у

S2--n-m-а, 55

Блок синхронизации 22 управляет работой второго реверсивного счетчи- !0 ка 23.

Блок синхронизации 22 содержит

9-триггер 24, RS-триггер 25, элемент

2И 26, элемент 27 задержки, первый и второй элементы 3И 28 и 29. f5

D-триггер 24 и элемент 2И 26 предназначены для выделения на первом. выходе блока 22 синхронизации каждого импульса, поступающего íà его первый вход, начиная с второго. П- 20 . триггер 24 в начальном состоянии об" . нулен.

RS-триггер 25, первый и второй элементы 3И 28 и 29 обеспечивают появление импульсов на втором или третьем 25 выходах блока 22 синхронизации в момент появления импульса на втором его входе в зависимости от наличия,; импульсов на третьем или четвертом входе. 30

Элемент задержки 27 предназначен для запрещения прохождения первого импульса, поступающего на второй вход, второй или третий выходы блока 22 синхронизации. 35

Иногооборотный преобразователь угол - код работает следующим образом.

При подаче напряжения питания пер-) вый и второй реверсивные счетчики 21 И!0

23 обнулены.. При вращении вала 2 световой поток от осветителей 8 и 9 модулируется равномерно квантованной шкалой 3 первого диска 1 и попадает на фотоприемники 11 и 12. На их вы- 45 ходах и соответственно на выходах формирователей 16 и 17 появляются две . импульсные последовательности логических сигналов с относительным смео щением (+90)-(-90) ° В зависимости от 50 знака фазового смещения импульсы с выхода блока 20 определения направления поступают на суммирующий или вычитающий входы первого реверсивного счетчика 21 и, соответственно, на третий или четвертый входы блока 22 синхронизации. На выходе первого реверсивного счетчика 21 формируется код относительного перемещения.

При первом пересечении индексной меткой 5 светового потока осветителя

0 на выходе фотоприемника!3 появляется импульсный сигнал и, соответственно, на выходе, формирователя

18 - импульсный логический сигнал, Этот сигнал сбрасывает первый реверсивный счетчик 21 и устанавливает

D-триггер блока 22 синхронизации (фиг.2) в единичное состояние. При этом импульсы на втором и третьем выходах блока 22 синхронизации отсутствуют.

При дальнейшем вращении первого диска на суммирующий либо вычитающий входы первого реверсивного счетчика 21 продолжают поступать счетчике импульсы и на его выходе формируется код числа импульсов, поступив-. ших с момента появления сигнала на выходе формирователя 18.

После появления импульсного сигнала на выходе фотоприемника 15 на выходе формирователя 19 появляется импульсный логический сигнал (фиг.45) который через открытый элемент 2И 26 поступает на первый выход блока 22 синхронизации и производит параллель" нуа перезапись содержимого первого реверсивного счетчика 21 во второй реверсивный счетчик 23. Код íà его выходе является номером зоны (фиг.42) . углового положения вала 2, ограниченной двумя последовательно расположенными индексными метками 5 диска

Ввиду.- того, что передаточное отноношение редуктора 7 равно i = 1 +1 —,m то при вращении вала 1 число импульсов N, накапливаемое в первом реверсивном счетчике 21 от момента появления сигнала на выходе формирователя

18 до появления сигнала на .выходе формирователя 19, последовательно изме" няется на единицу, при этом N« И.

Старшие разряды текущего кода абсолютного положения вала 2 определяются кодом на выходе второго реверсивного счетчика 23, а младшие разряды - кодом на выходе первого реверсивного счетчика 21, Так как первый реверсивный счетчик

21 обнуляется при появлении каждого сигнала на выходе формирователя 18, то с второго или третьего выходов блока 22 синхронизации поступает импульс на суммирующий либо вычитающий входы второго реверсивного счетчика 23.

1711329

При дальнейшем вращении вала 2 по" явление каждого сигнала на выходе формирователя 19 приводит к перезаписи кода, содержащегося в первом ревер" сивном счетчике 21, во второй ревер-. сивный счетчик 23. При этом переписанный код совпадает с кодом, уже имеющимся во втором реверсивном счетчике 23. Таким образом, при потере одного или нескольких импульсов на.. предыдущем цикле счета восстанавливается достоверное значение кода аб-. солютного положения при каждом появлении сигнала на выходе формирователя 19, что повышает надежность преобразователя угол - код.

Если после подачи напряжения пи. тания сигнал на выходе формировате" ля 19 появляется раньше сигнала на . выходе формирователя 18, то на пер» вом выходе 22 блока синхронизации сигнал записи кода во второй реверсивный счетчик 23 не появляется. Цикл отсчета при этом также начинается от 25 момента появления сигнала на выходе формирователя 18.

Выполнение шкалы 4 индексных ме-. ток 5 на втором диске 6 многооборот ного преобразователя угол - код и. gp введение в него блока синхронизации и второго реверсивного счетчика и их связей с остальными элементами схемы позволяют упростить устройство, а также повысить надежность его работы в пять ра, ф о р и у л а. и 3 о б р е т е н и.я. Иногооборотный преобра зова тел ь 4р угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала, индексных меток, первый диск через редуктор кинфматически соепинен с вто- 45 рым диском, первый и второй считывающие элементы, установленные против равномерно квантованной измерительной шкалы первого диска со сдвигом относительно друг друга на четверть периода квантования этой шкалы, третий считывающий элемент, установленный .против шкалы индексных меток, четвертый считывающий элемент, выходы счи.тывающих элементов соединены с входа:ми одноименных формирователей импуль сов, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входа" ми блока определения направлеления, первый и второй выходы которого соединены.соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения функцио" нальной надежности преобразователя, s него введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а второй диск содержит шкалу индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя соединен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с вхедом записи второго реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающие.-входы которого подключены соответствено к второ" му и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формировате" ля соединен с. вторым входом блока син хронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого, соединены с информационными входами второго реверсивного . счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения направления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации.

1711329

1711329 РО2. 5

t (к- ) илп. N иа.

a) цшш..шиш..шеф. ищщш. шшш ы ашши.шщы..ш ш..шшф

Б) — 4- — 1 + г)4 Ь !з I+ s I и- и

ФУ2. 4.

Соста ви тель Л. Бабицкая

Редактор Е.Папп Техред Л.Олийнык Корректор,A.06ÐÓ÷àÐ

Заказ 349 Тираж Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 101