Устройство управления приводом делительной машины

 

Использование: измерительная техника, в делительных машинах, предназначенных для изготовления дифракционных решеток, Сущность изобретения: устройство содержит неподвижную и подвижную части с приводами грубого и точного перемещений, модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещения, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками >&л фотоприемника, причем измерительная и индикаторная шкалы соединены с неподвижной частями делительной машины соответственно, растроваярешетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода растра, а каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником через один из растров. Устройство также включает синхронный детектор и мультивибратор, причем первый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход - с вторым источником света, выход фотоприемника связан с входом привода грубых перемещений через последовательно соединенные детектор и блок отсчета перемещений с сигнальным входом синхронного детектора через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений. Сигнальный выход синхронного детектора связан с входом привода точных перемещений через введенные в устройство последовательно соединенные компаратор, накопитель, переключатель, RC-цепочку и сумматор, при этом управляющий вход переключателя подключен к выходу блока отсчета перемещений, а второй сигнальный вход его заземлен, второй вход сумматора связан с выходом синхронного детектора. 2 ил.слсV4VJСП^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 0 16/02

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868088/08 (22) 21.09,90 (46) 15.11.92. Бюл. ¹ 42 (71) Государственный институт прикладной оптики (72) В.В, Куинджи, С.А. Стрежнев, В.П. Добрянский и А.Ф, Баранов (56) Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. Л.Н. Преснухина, М.: Машиностроение, 1974, с. 326. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ДЕЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ (57) Использование: измерительная техника, в делительных машинах, предназначенных для изготовления дифракционных решеток, Сущность изобретения: устройство содержит неподвижную и подвижную части с приводами грубого и точного перемещений, модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещения, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная и индикаторная шкалы соединены с неподвижной частями делительной машины соответственно, растровая

Изобретение относится к измерительной технике и мажет быть использовано в делительных машинах, предназначенных для нарезания дифракционных решеток.

Известно устройство управления приводам делительной машины, содержащее подвижную и неподвижную части делительнай машины. привод, связанный с подвиж„„5U „„1775271 А1 решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода рас-. тра, а каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником через один иэ растров. Устройство также включает синхронный детектор и мультивибратор, причем первый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход — с вторым источником света, выход фотоприемника связан с входом привода грубых перемещений через последовательс но соединенные детектор и блок отсчета перемещений с сигнальным входом синх-, Я ронного детектора через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений. Сигнальный выход С синхронного детектора связан с входом привода точных перемещений через вве- 2 денные в устройство последовательно соединенные компаратор, накопитель, переключатель, RC-цепочку и сумматор, при этом управляющий вход переключателя подключен к выходу блока отсчета переме- (у щений, а второй сигнальный вход его заэемлен, второй вход сумматора связан с выходом синхронного детектора. 2 ил. ной частью делительной машины, последовательно соединенные датчик перемещений и блок отсчета перемещений, выход которого соединен с управляющим входом привода.

Недостатком данного устройства применительно к делительным машинам для деления дифракционных решеток является

1775271

40 перемещений через последовательно сое- 45 циненные детектор и блок отсчета переме50 малая точность позиционирования подвижной части в периоды нанесения очередных штрихов, В эти периоды подвижная. часть претерпевает дрейф под действием упругих деформаций привода, накопленных при пода!å подвижной части в положение позиционирования. Величина дрейфа является неконтролируемой, зависит от целого ряда факторов и флуктуации этой величины проявляются на дифракционных решетках как ошибки деления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство управления приводом делительной машины, содержащее неподвижную и подвижную части делительной машины, приводы грубого и точного перемещений, последовательно связанные кинематически с подвижной часть,а делительной машины, модул и рова нн ый дифферен циальный фотоэлектрический датчик перемещений, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная шкала соединена с неподвижной частью делительной машины, модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещений, выполненный в видедвухисточников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками и фотоприемника, причем измерительная шкала соединена с неподвижной частью делительной машины, растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода растра и каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником. через один из растров, синхронный детектор и мультивибратор, причем пераый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход — со вторым источником света, выход фотоприемника свя= 3H со входом привода грубых щений и с сигнальным входом синхронного детектора — через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений, В этом устройстве введен управляем->I.! привод точных перемещений (в качестве которого могут служить пьезоэлектрический или агнитострикционный элементы }, установленный в кинематической цепи, связывающей привод грубых перемещений с подвижной частью, а кроме того обеспечивается замкнутый контур автомати«еского регулирования положения по5

35 движной части. За счет этого осуществляется позиционирование подвижнои асти в определенные периоды работы устройства, После подачи подви>кной части 8 положение ее очередного позиционирования, когда срабатывает блок отсчета перемещений, ключ открывается и замыкает контур регулирования положения подвижной части. В результате исходная величина дрейфа, как и ее флуктуации, уменьшается в К+ 1 раз, где

К вЂ” коэффициент усиления разомкнутой системы регулирования.

Недостатком данного устройства является ограниченная возможность достижения точности позиционирования подвижной части. Это ведет к образованию ошибок деления и прежде всего случайных (местных ошибок), сравнительно медленно изменяющихся по ширине нарезки. Это связано с тем, что вышеуказанная система регулирования всегда характеризуется некоторым (и не слишком большим) критическим значением коэффициента К {обозначим его К*), выше которого увеличивать этот коэффициент нельзя — в системе возникают автоколебания, Согласно теории автоматического регулирования возможность оптимизации (повышения) коэффициента К определяется возможностью увеличения отношения постоянных времени Т1 и Tz в уравнении разомкнутой системы регулирования (включающей объект регулирования — подвижную часть — и регулятор)

Т3 — +Т1 — + $ (К+1) - ГЬ, 2 н 2 бС где $ — величина дрейфа;

t время;

Fb — функция возмущения положения подвижной части (в нашем случае можно принять Fb = $Ь, где Sb — деформация привода подвижной части).

Таким образом, К = —, При этом уменьТ1

Tz шить Т2 нельзя, поскольку ее величина определяется в основном инерционной массой подвижной части и частично инерционностью (временем запаздывания) фильтрующих элементов регулятора. (Хотя инерция элементов регулятора сведена к минимуму за счет оптимизации структуры устройства-прототипа), Увеличение инерционности регулятора (постоянной Т1) выше некоторой величины невозможно, поскольку тогда регулятор не сможет следить за меняющейся величиной дрейфа и реагировать на ее увеличение, Цель изобретения — повышение точности деления.

1775271

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах блоков устройства.

Устройство содержит неподвижную 1 и подвижную 2 части, С подвижной частью 2 связаны кинематически последовательно соединенные приводы грубого 3 и точного 4 перемещений. Модулированный дифференциальный датчик 5 перемещений подвижной части 2 включает в себя измерительную шкалу 6, установленную на неподвижной части 1, и индикаторную шкалу 7, закрепленную на подвижной части 2, На обеих шкалах нанесены растровые решетки, причем растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу 7 в виде двух растров, сдвинутых один относительно другого на половину периода растра. Датчик перемещений 5 включает в себя также два источника света 8 и 9 и фотоприемник 10, причем каждый источник света сопряжен оптически с фотоприемником 10 через соответствующий растр индикаторной шкалы 7. Электронная схема устройства содержит последовательно связанные детектор 11 и блок отсчета перемещений 12, посредством которых выход фотоприемника 10 соединен со входам привода грубых перемещений 3.

К выходу фотоприемника 10 подключены также последовательно соединенные ключ

13 и синхронный детек-ор 14. Управля ащий вход ключа 13 подключен к выходу блока отсчета перемещений 12.

Устройство содержит мультивибратор

15, оба противоположных входа которого соединены с источниками света 8 и 9, а один из выходов соединен также с управляющим входом синхронного детектора 14.

Сигнальный выход синхронного детектора 14 связан со входом привода точных перемещений 4 посредством введенных в устройства последовательно связанных кампаратора 16, накопителя 17, переключателя 18, RC-цепочки 19 и сумматора 20. При этом второй сигнальный вход переключателя 18 эаземлен, его управляющий вход подключен к выходу блока отсчета перемещений 12, второй вход сумматора 20 связан с выходом синхронного детектора

14.

Устройство работает следующим образом.

Мультивибратор 15 формирует прямоугольные импульсы, поступающие в противофазе на источники света 8 и 9.

Измерительная 6 и индикаторная 7 шкалы образуют растровое сопряжение, которое при перемещении подвижной части 2 относительно неподвижной части 1 модулирует световые потоки, формируемые источниками света 8 и 9. Благодаря взаимному сдвигу растровых решеток, нанесенных на индикаторную шкалу 7 на величину, равную

5 половине периода растра, электрические сигналы, снимаемые с фотоприемника 10 содержат две огибающие 21 и 22 (фиг. 2), сдвинутые одна относительно другой на

180 С. Частота и фаза сигналов, формиру10 ющих огибающие, определяется частотой сигналов, формируемых мультивибратором 15 и фазой муаровых полос датчика 5.

Огибающие детектируются по модулю детектором 11; однополярные колебания 23

15 с его выхода поступает на вход блока отсчета перемещений 12. В процессе подачи подвижной части 2 относительно неподвижной 1 приводом грубых перемещений 3 блок 12 просчитывает заданное

20 число колебаний 23. После этого на выходе блока 12 формируется сигнал, отключающий привод грубых перемещений 3 (и одновременно включаюший ключ 13 и переключатель 18) и прекращающие тем са25 мым подачу подвижной части 2. Затем начинаются дрейфовые смещения 5 подвижной части 2.

Сигнал с выхода фотоприемника JO поступает через ключ 13 на сигнальный вход

30 синхронного детектора 14. Опорный сигнал на управляющий вход синхронного детектора 14 поступает с выхода мультивибратора

15. Синхронный детектор 14 осуществляет. синхронное (фаэочувствительное) детекти35 равание огибающих сигнала, снимаемого с фотоприемника 10. На выходе детектора 14 формируется сигнал, равный по величине разности огибающих, с полярностью определяемой соотношением фаэ его входного и

40 опорного сигналов. Включение синхронного детектора 14 ключом 13 осуществляется вблизи точки 24, где амплитуда сигнала близка к нулю. Корректирующее напряжение с выхода синхронного детектора 14 по45 дается через сумматор 20 на вход привода точного перемещения 4, вызывает его деформацию. В результате величина дрейфа (кривая 25) уменьшается по сравнению с исходной (кривая 26) в К+ 1 рээ. Уменьшен50 ный по величине дрейф подвижной части 2 имеет (как и ранее) экспонен циал ьную зависимость от времени t

St-S> (1 — е4). где St — асимптатическая величина дрейфа

55 в i-м цикле деления;

t — время; т — постоянная времени дрейфа, На выходе синхронного детектора 14 выделяется корректиру.о щее нж ряжение

24, соответствующее дрейфу:

1775271

Ui =- и (1 — е 1, где Ui = асимптотическая величина напряжения.

Она примерно равна максимальному напряжению Ut, выделяемому на выходе синхронного детектора 14 в конце цикла деления (t > ф

Настраивают вновь введенный контур асимптотического импульсного регулирования. Устанавливают величину напряжения сравнения 0з(28) компаратора 16 несколько меньшей напряжения 1Л (0з =0,5 Ui -0,750(), а постоянную времени RC-цепочки 19 устанавливают равной постоянной täðåéôà (т = RC). При работе устройства формируется компенсирующее дрейф напряжение, из-. меняющееся по зкспоненциальному закону. По мере увеличения напряжения Ui (27) на выходе синхронного детектора 14 в определенный момент времени оно достигнет заданного напряжения 0з и на выходе компаратора 16 формируется П-образный импульс 29, который сохраняется до конца цикла деления (когда выключается ключ 13 и напряжение Ui падает до нуля). Этот П-образный импульс подзаряжает накопитель

17 так, что напряжение 011 (30) на выходе накопителя 17 возрастает от цикла к циклу.

В начале каждого цикла позиционирования подвижной части включается переключатель 18 и напряжение 0н подается на вход

RC-цепочки 19, на выходе которой начинается выделяться компенсирующее экспоненциально возрастающее напряжение коррекции

0 = 0Н(1 — е ).

Это напряжение, поданное через сумматор 20 на вход привода точного перемещения 4 вызывает его компенсирующую деформацию и за счет этого величина дрейфа уменьшается. При этом уменьшается асимптотическая величина напряжения

Ь (27) на выходе синхронного детектора 14 и, соответственно, уменьшается продолжительность импульса Тн на выходе компара1 тора 16. В конечном итоге устанавливается стабильный режим работы накопителя 17, когда подзарядка его коротким импульсом

Тк от компаратора 16 равна его разрядке

3 через внешние цепи, В конце каждого цикла деления сигнал с выхода блока отсчета перемещения 12 снимается, ключ 13 выключается, переключатель 18 r ереключается в исходное положение, когда его вход заземле . RC-цепочка

19 практически мгновенно разряжается через переключатель 18 до нулевого напряжеНИ Я, 5

Таким образом, формируемая в устройстве компенсирующая компонента корректирующего сигнала в виде экспоненты, соответствующей по характеру дрейфу, стабилизирует его величину, резко уменьшает ее и соответственно резко уменьшает изменения во времени напряжения корректирующей компоненты сигнала. За счет этого тракт, формирующий регулирующую компоненту корректирующего сигнала можно сделать более инерционной (увеличить постоянную Т1) и за счет этого резко повысить эффективность коррекции (вместе с коэффициентом коррекции К).

Формула изобретения

Устройство управления приводом делительной машины, содержащей неподвижную и подвижную части с приводами грубого и точного перемещений, включающее модулированный дифференциальный фотоэлектрический датчик перемещения, выполненный в виде двух источников света, измерительной и индикаторной шкал с нанесенными на них растровыми решетками, и фотоприемника, причем измерительная и индикаторная шкалы соединены с неподвижной и с подвижной частями делительной машины соответственно, растровая решетка нанесена на индикаторную шкалу в виде двух растров; сдвинутых один относительно другого на половину периода растра, а каждый источник света оптически сопряжен с фотоприемником через Один из растров, синхронный детектор и мультивибратор, причем первый выход мультивибратора соединен с первым источником света и управляющим входом синхронного детектора, второй выход — с вторым источником света, выход фотоприемника связан с входом привода грубых перемещений через последовательно соединенные детектор и блок отсчета перемещений и с сигнальным входом синхронного детектора через ключ, управляющий вход которого связан с выходом блока отсчета перемещений, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности деления, сигнальный выход синхронного детектора связан с входом привода точных перемещений через введенные в устройство последовательно соединенные компаратор, накопитель, переключатель, RC-цепочку и сумматор, при этом управляющий вход переключателя подключен к выходу блока отсчета перемещений, а второй сигнальный вход его заземлен, второй вход сумматора связан с выходом синхронного детектора.

1775271

Составитель В,Куинджи

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Долинич

Редактор Т.Иванова

Заказ 4012 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

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