Двухкоординатный преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к информационно ке и может быть использовано в сварочном производстве при оперативном контроле сварочных перемещений и деформаций широкого класса изделий в процессе сварки. Целью изобретения является повышение точности и упрощение преобразователя. Цель достигается тем, что в двухкоординатный преобразователь перемещения в код, содержащий излучатель, четырехквадрантный фотодетёктор, сумматор, интеграторы устройства выборки-хранения, преобразователи напряжение-интервал времени, ключи , генератор с соответствующими связями, дополнительно введен блок вычисления кодов . Преобразователь работает циклично. В каждом цикле определяются коды NX и Ny по выходным напряжениям четырехквадрантного фотодетектора. Эти коды пропорциональны координатам X и Y контролируемой точки объэкта относительно луча излучателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (5()5 Н 03 M 1/24

ГОС

BE (ГО (5 (5 н к и с он н ча о

Щ н л

ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

OMCTBO СССР

ПАТЕНТ СССР) ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4485607/24 (22 22.09.88 (46 30.08,93, Бюл, N 32 (71 Институт электросварки им. Е.О.Патона (72 В.M,Ëóíèí, А,В.Панченко, А.В.Рыжков и

Н..Белофастов (56 Авторское свидетельСтво СССР № 803979, кл. Н 03 M 1/24, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 610409, кл, G 01 В 21/00, 1986.

ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПРЕОБРАЗОЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД.

Изобретение относится к информационизмерительной и вычислительной техниможет быть использовано в сварочном иэводстве при оперативном контроле рочных перемещений и деформаций шиИзобретение относится к информацино-измерительной и вычислительной TQxке и может быть использовано, в тности, в сварочном производстве при еративном контроле сварочных перемений и деформаций широкого класса иэдей в процессе сварки. Целью изобретения является повыше-е точности и упрощение преобразоватеНа фиг. 1 изображена функциональная ема двухкоординатного. преобразователя ремещения в код; на фиг. 2 — функциольная схема преобразователя напряжее — интервал времени; на фиг. 3— нкциональная схема блока вычисления дов.

Двухкоординатный преобразователь ремещения в код содержит излучатель 1, тырехквадрантный фотодетектор 2, сум2 рокого класса изделий в процессе сварки.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение преобразователя.

Цель достигается тем, что в двухкоординатный преобразователь перемещения в код, содержащий излучатель, четырехквадрантный фотодетектор, сумматор, интеграторы устройства выборки-хранения, преобразователи напряжение-интервал времени, ключи, генератор с соответствующими связями, дополнительно введен блок вычисления кодов. Преобразователь работает циклично. В каждом цикле определяются коды Nx u Ny по выходным напряжениям четырехквадрантного фотодетектора, Эти коды пропорциональны координатам Х и Y контролируемой точки объекта относительно луча излучателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. матор 3, интеграторы 4 и 5, устройства выборки-хранения 6 и 7, преобразователи 8 и

9 напряжение-интервал времени, ключи 10 и 11. блок 12 вычисления кодов и генератор

13.

Преобразователь 8 напряжение-интервал времени содержит интегратор 14, источник 15 опорного напряжения, компаратор

16, формирователь 17 импульсов, триггер

18, ключ 19.

Блок вычисления 12 кодов содержит генератор 20, элементы И 21, 22 и 23, счетный триггер 24, формирователи 25, 26 и 27 импульсов, элемент НЕ 28, счетчики 29, 30 и 31, блоки 32 и 33 вычитания кодов, регистры 34 и 35, Преобразователь работает следующим образом.

Устройство работает циклично, причем работа канала преобразования координаты

1837390

Х (интегратор 4, устройство 6 выборки-хранения, преобразователь 8 напряжение-интервал времени, ключ 10) аналогична работе канала преобразования координаты Y (интегратор 5, устройство 7 выборки-хранения, преобразователь 9 напряжение-интервал времени, ключ 11), В каждом цикле работы канала преобразования координаты Х осуществляется: — интегрирование интегратором 4 выходных напряжений четырехквадрантного фотодетектора 2 в течение времени Тц, задаваемого генератором 13; — выборка устройства 6 выборки-хранения выходного напряжения интегратора 4 с "5 последующим. запоминанием в течение вре- . мени цикла Тц, — преобразование напряжения Ux на выходе устройства 6 выборки-хранения в интервал времени Тх с помощью преобразо- 20 вателя 8 нэпря>кение-интервал времени; — обратное интегрирование интеграто- . ром 4 напряжения на выходе сумматора 3 в течение времени Тх, Преобразователь 8 напряжение — ин- 25 тервал времени работает, следующим образом, По приходе от генератора 13 импульс запуска Тцустанавливаеттриггер 18, размыкается ключ 19 и интегратор 14 интегрирует опорное напряжение до тех пор, пока не сработает компаратор 16.. В момент переключения компаратора 16 формирователь

17 импульсов вырабатывает импульс, который сбрасывает триггер 18, в результате чего замыкается ключ 19, обнуляя тем са- 35 мым интегратор 14. По приходе следующего импульса Тц описанный выше процесс повторяется. Уравнение преобразования пре- образователя 8 напряжение — интервал времени запишется в виде . 40 .

Ux

Т,= — В С =К. Ux, (1)

Ео где Ux — напряжение на выходе устройства

6 выборки-хранения;

Ео — напряжение на выходе источника

15 опорного напря>кения;

R, С вЂ” времязадающие элементы интегратора 14;

K> — коэффициент преобразования преобразователя 8 напряжение-интервал времени;

Т, — интервал времени на, выходе преобразователя 8 напряжение-интервал времени, 55

Блок 12 вычисления кодов рэботаетследующим образом. На входы блока 12 вычисления кодов поступают три последовательности импульсов Т,, Ty è Тц, При этом импульсы Т, и Ty квантуются импульсами, следующими с частотой fo которые вырабатываются генератором 20, а импульсы Тц, проинвертированные элементом

НЕ 28, квантуются импульсами, следующи1 ми с частотой — fo, которые получаются пу2 тем деления частоты. на двэ. с помощью счетного триггера 24, из выходного сигнала. которого формирователь 25 импульсов вырабатывает соответствующие квантующие импульсы. Таким образом нэ счетные входы счетчиков 29, 30 и 31 поступают пачки импульсов, количество которых в каждой пачке пропорционально величинам интервалов времени 2Tx, 2Ty и.Тц соответственно. Коды

N u Ny ñ выходов счетчиков 29 и 30 поступают на первые входы блоков вычитания кодов 32 и 33 соответственно, на вторые входы которых поступает код Мц с выхода счетчика 31,.В блоках вычитания кодов 32 и

33 осуществляется вычисление кодов Nx

=й, — Мц и Ny = Ny — Мц, которые переписываются в регистры 34 и 35 соответственно по приходе стробирующих импульсов, которые формируются формирователем 26 импульсов по заднему фронту импульса Тц..

Таким образом. на выходах регистров 34 и

35 получаем коды N x и Му соответственно, Сброс счетчиков 29, 30 и 31 осуществляется в начале каждого цикла путем подачи нэ их, входы сброса импульса с выхода формиро-. вателя 27 импульсов, который формируется. по переднему фронту импульса Тц.

Предполо>ким, .что перед. началом преобразования напряжение на выходе устрой- ства 6 выборки-хранения равно Uu, а его коэффициент передачи равен Квх, коэффициент передачи преобразователя 8 напряжение-интервал времени равен K>, емкость конденсатора интегратора равна С. Тогда после первого цикла работы напряжение на . выходе устройства 6 выборки-хранения станет равным

u»=U„+ а+у,)т„

Кox 0Х . С Ках—

I . 1х Тц . K +U (1 Uy K Ksx

R С R С (2) где 0» = 01+ U4

U = Ut + Ur + 0з + Un — напряжение, пропорциональное интенсивности. излучения в данный момент времени;

R — сопротивление интегратора 4 по входу

Аналогично, после окончания и-го цикла преобразования напряжение на выходе ус- тройства 6 выборки-хранения будет равно

1837390

Ux Тц Kex

Uns- R C

М : Kn Ksx ) J — 1+ ,-1 RC ,0„(1 (К "- ).,,(3)

Выражение (3) состоит иэ двух частей;

r ометрической прогрессии, .сходящейся

UZ Kn Kex ри условии I 1 I < 1, и убыающего, при этом же условии, члена Он(1U Кп Квх и

) .

RC ившемся режиме (п - со) при выполнеии условия

11- Я С < 1 напряжение на

Ug Kn Kex

ыходе устройства 6 выборки-хранения стает равным

U, llm Опв = (4)

Ох Тц

}-е . . ОХКп .

Следовательно, интервал времени Тх в становившемся режиме будет равен

Тх =Use Kn= О, Тц (5)

Ох

Аналогичное выражение можно запиать и для канала формирования координаыУ:

Т, „" Т„, (6) У. де Uy = 01+ U2.

Теперь преобразуем выражение (5) слеующим образом:

2 (щ + u4 }

2тх

0Е тц=

2 01 + 04 + U2 + U3 02 U3 .

0Е тц=

01 +U2+03+U4+U1+04 02 03

UZ

*тц—us+Ox . +Ох.

0у 0 ткуда получим выражениеUx.

"2Т вЂ” Тц = — Тц (7)

Ux . дв Ux = 01 - U4 — U2 — 03 — НаПряжЕНИЕ, ропорциональное перемещению по кооринате X контролируемой точки объекта.

ыполнив аналогичные преобразования

ыражения (6), получим. формулу

2Т вЂ” Тц = — Тц, Uv

О, (8) де 0}t = U1+ U2 — 03 — 04 — напряжение, ропорциональное перемещению по кооринате Y контролируемой точки объекта. Таким образом, интервалы времени Тх и Ту, Ту = 2Ту — Тц, вычисляемые по формулам

Тх = 2Тх — Тц, (9) (10)

}

10 итерационный процесс сходится за 4-5 циклов.

Операции. вычисления величин интервалов времени Т» и Ту в соответствии с выра15 жения ми (9) и (10) и преобразования Тх и Ту в код осуществляются в блоке 12 вычисления кодов. Коды Nx M Ny на выходе блока 12 вычисления кодов пропорциональны координатам Х и У контролируемой точки объек20 та относительно луча излучателя 1.

Формула изобретения

1. Даухкоординатный преобразователь перемещения в код, содержащий иэлуча25

35

50 пропорциональны координатам X u Y контролируемой точки объекта относительно луча излучателя 1. Из выражений (7-10) видно, что при изменении интенсивности излуче- . ния излучателя 1 в небольших пределах (510 ) величины Тх .и Ту изменяются в значительно меньшей степени (по крайней мере на порядок), поскольку изменениям одного знака подвержены и числитель и знаменатель. На практике описанный выше тель, оптически связанный с четырехквадрантным фотодетектором, первый выход которого соединен с первым входом сумматора и первыми инвертирующими входами первого и второго интеграторов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго преобразователей напряжение-интервал времени, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого и второго ключей, вто-. рой выход четырехквадрантного фотодетектора соединен с вторым входом сумматора и вторым инвертирующим входом второго интегратора, третий выход четырехквадрантного. фотодетектора соед}4нен с третьим входом сумматора, вы.ход которого соединен с информационными входами ключей, четвертый выход четырехквадрантного фотодетектора соединен с четвертым входом сумматора и вторым инвертирующим входом первого интегратора, генератор, выход которого соединен с вторыми входами устройств выборки-хранения и вторыми входами преобразователей напряжение-интервал времени, отличающийся, тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в него введен блок вычисления кодов, выходы которого являются выходами преобразователя, а первый и второй входы подключены к выходам соответственно первого и второго преобразователей напряжение-интервал времени, третий вход блока вычисления кодов подключен к выходу генератора, выходы первого и второго ключей

1837390 соединены с третьими инвертирующими входами соответственно первого и второго интеграторов, неинвертирующие входы которых подключены к шине общего потенци.ала. 5, 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразователь напряжение-интервал времени содержит интегратор, источник опорного напряжение, компаратор,. формирователь импульсов, ключ, триггер, 10 прямой выход которого является выходом преобразователя напряжение-интервал времени, выход источника опорного напряжения соединен с первым входом интегратора, выход которого соединен с 15 информационным входом ключа и первым

- входом компаратора, второй вход которого. является первым входом преобразователя напряжение-интервал времени, а инверсный выход триггера соединен с управляю- 20 щим входом ключа, выход которого: . соединен с вторым входом интегратора.

3. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок вычисления кодов 25 содержит генератор, первый, второй. и третий элементы И, первый, второй и третий формирователи импульсов, счетный . триггер, элемент НЕ, первый, второй и третий счетчики, первый и второй блоки вычитания 30 кодов, первый и второй регистры, выходы которых являются выходами блока вычисления кодов, первые входы первого и второго элементов И являются соответственно первым и вторым входами блока вычисления кодов, а выходы соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков, выходы которых соединены с первыми группами входов соответственно первого и второго блоков вычитания кодов,выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго регистров, вход элемента HE является третьим входом блока вычисления . кодов, а выход элемента НЕ соединен с вхо- дами первого и второго формирователей импульсов и с первым входом третьего элемента И, выход. которого соединен со счет-. ным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с .вторыми группами входов. первого и второго блоков вычитания кодов, выход генератора соединен с вторыми входами первого и второго элементов И и входом счетного триггера,.выход которого. соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого формирователя импульсов соединен с тактовыми входами первого и второго регистров, вход второго формирователя импульсов соединен с.установочными входами первого, второго и третьего счетчиков.

Составитель Е.Ьударина

TexpeA M.Моргентал Корректор H.Kemens еда ктор

Закаэ 2871 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. 4 5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101