Устройство для измерения угловых перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель: повышение точности за счет измерения реверсивных перемещений. Это достигается тем, что происходит двойное отражение луча света от зеркальных граней соседних призм. Изобретение обеспечивает определение кода суммарного угла поворота объекта при реверсе, не требует установки подвижного диска перед началом измерений в каком-то определенном положении, т.к. обеспечивается начало отсчета из любого положения. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения угловых перемещений объектов.

Известны устройства для измерения угловых перемещений объекта, содержащее поворотную платформу, автоколлиматор и основание. Однако данное устройство имеет недостаточно высокую точность измерения и широкий диапазон воспроизведения угловых перемещений.

Известны также фотоэлектрические устройства для измерения угловых перемещений объектов, содержащие корпус устройства, подвижную систему, систему считывания информации, электрическую схему. Недостатками данных устройств являются сложность изготовления кодовых масок и точной их установки на кодируемом валу, а также возможность неоднозначного считывания информации системой считывания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения углового перемещения [2], содержащее коаксиальные подвижный внутренний и неподвижный внешний элементы, треугольные призмы, установленные по периметру внутреннего подвижного элемента, источник излучения и фотоприемники, установленные по внутренней кольцевой поверхности неподвижного элемента и блок регистрации. Основным недостатком данного устройства является низкая точность измерения угловых перемещений внутреннего элемента из-за невозможности определения суммарного угла поворота при знакопеременном угле поворота объекта.

Целью изобретения является повышение точности за счет измерения реверсивных перемещений.

Это достигается тем, что устройство снабжено щелевой диафрагмой, установленной перед источником излучения, фотоприемники расположены двумя группами симметричными источнику излучения, расстояние между чувствительными площадками равны размеру фоточувствительных площадок в направлении их последовательного размещения, две грани трехгранных призм выполнены зеркальными, угол между зеркальными гранями соседних призм равен 90^о, блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, логической схемы ИЛИ, инвертора и счетчика импульсов, RS-триггера, узлов обнуления и начала измерения, вентиля счетчика импульсов и дискриминатора, выходы фотоприемников соединены со входами блока регистрации, два входа RS-триггера соединены соответственно с узлами обнуления и начала измерения, а его выход связан с первым входом вентиля счетчика импульсов, второй вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ, выход вентиля счетчика импульсов связан с вторым входом счетчика импульсов, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами узла обнуления и дискриминатора, а входы последнего соединены с выходами фотоприемников.

На фиг.1 показано взаимное расположение подвижного и неподвижного коаксиальных элементов с закрепленными на них элементами устройства; на фиг.2 - ход лучей источника излучения при реверсивных перемещениях подвижного элемента; на фиг.3 - функциональная схема блока регистрации.

Устройство состоит из коаксиальных подвижного внутреннего 1 и неподвижного внешнего 2 элементов, треугольных призм 3, две грани которых выполнены зеркальными, а угол между зеркальными гранями соседних призм 3 равен 90^о, установленных по периметру внутреннего подвижного элемента 1, фотоприемников 4, установленных по внутренней кольцевой поверхности неподвижного элемента, щелевой диафрагмы 5, установленной перед источником 6 излучения, блока 7 регистрации, выполненного в виде последовательно соединенных формирователя импульсов 8, логической схемы ИЛИ 9, инвертора 10 и счетчика 11 импульсов, RS-триггера 12, узлов 13 обнуления и начала измерения 14, вентиля счетчика 15 импульсов и дискриминатора 16.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройства производится обнуление счетчика 11 и RS-триггера 12 путем подачи на их входы команды обнуления "0" от узла 13. После подается команда начало измерений "НИ" от узла 14. При этом выходной сигнал RS-триггер 12 открывает вентиль счетчика 15 и готовит его к пропусканию информации, поступающей с логической схемы ИЛИ 9. В этот момент также включается источник 6 и луч света, пройдя через щелевую диафрагму 5 падает на зеркальную грань треугольной призмы 3, отражается от нее, падает на зеркальную грань соседней призмы 3 и затем попадает на фоточувствительный слой фотоприемника 4 или же в промежуток между чувствительными площадками соседних фотоприемников 4.

В первом случае на выходе одного из фотоприемников 4 появляется электрический сигнал, который преобразуется формирователем импульсов 8 и поступает на вход логической схемы ИЛИ 9, а затем через открытый вентиль счетчика 15 на счетчик 11.

При наличии электрического сигнала на выходе логической схемы ИЛИ 9 на выходе инвертора 10 сигнал отсутствует. С дальнейшим поворотом объекта подвижный элемент 1 с трехгранными призмами 3 также поворачивается и тем самым изменяется угол падения светового луча на зеркальную грань призмы 3. Как следствие этого отраженный луч света перемещается и попадает в промежуток между чувствительными площадками фотоприемников 4. Сигнал на выходе фотоприемников 4 будет отсутст- вовать, но зато появится электрический сигнал на выходе инвертора 10, который поступает на другой вход счетчика 11.

Во втором случае при попадании светового луча в промежуток между чувствительными площадками фотоприемников 4 сигнал в счетчик 11 поступит с выхода инвертора 10.

Дискриминатор 16 определяет направление поворота и как следствие этого формирует сигнал знака приращения угла поворота по очередности информации, поступившей с двух соседних фотоприемников 4. Предположим, что фотоприемники 4 пронумерованы слева на право (фиг.2) и за положительное направление поворота объекта принято перемещение против хода часовой стрелки. При повороте объекта с элементом 1 по ходу часовой стрелки последовательность появления электрических сигналов на выходах фотоприемников 4 будет N, N-1,. . . , 1. При повороте против хода часовой стрелки 1,2...,N-1, N. Нарушение любой из последовательностей говорит об изменении направления поворота и тем самым об изменении знака приращения кода. Зависимость между суммарным углом α поворота объекта и количеством импульсов счетчика имеет вид α = (n_и-1) , где М - число трехгранных призм 3 на подвижном элементе 1; n_ф - количество фотоприемников 4, размещенных на неподвижном элементе 2; n_п - число промежутков между фотоприемниками 4; n_и - количество импульсов, поступивших в счетчик 11.

Таким образом, предлагаемое устройство в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами.

Устройство обеспечивает определение кода суммарного угла поворота объекта как при его повороте в одном направлении, так и пpи смене направления поворота. Кроме того, оно не требует установки подвижного элемента 1 перед началом измерений в какое-то строго определенное положение, потому обеспечивает начало отсчета из любого положения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее коаксиальные подвижный внутренний и неподвижный внешний элементы, треугольные призмы, установленные по периметру внутреннего подвижного элемента, источник излучения и фотоприемники, установленные по внутренней кольцевой поверхности неподвижного элемента, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет измерения реверсивных перемещений, оно снабжено щелевой диафрагмой, установленной перед источником излучения, фотоприемники расположены двумя группами, симметричными источнику излучения, расстояние между чувствительными площадками равны размеру фоточувствительных площадок в направлении их последовательного размещения, две грани трехгранных призм выполнены зеркальными, угол между зеркальными гранями соседних призм равен 90^o, блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, логической схемы ИЛИ, инвертора и счетчика импульсов, RS-триггера, узлов обнуления и начала измерения, вентиля счетчика импульсов и дискриминатора, выходы фотоприемников соединены с входами блока регистрации, два входа RS-триггера соединены соответственно с узлами обнуления и начала измерения, а его выход связан с первым входом вентиля счетчика импульсов, второй вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ, выход вентиля счетчика импульсов связан с вторым входом счетчика импульсов, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами узла обнуления и дискриминатора, а входы последнего - с выходами фотоприемников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3