RU1781540C - Photoelectric travel converter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области прецизионных изменений линейных и угловых перемещений и может быть использовано дл  построени  преобразователей перемещени  станков с ЧПУ специальных систем. Цель изобретени  - повышение точности фотоэлектрического преобразовател  при расширении его примен емости и снижении трудоемкости изготовлени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещени  ввод тс  блоки осветител , включающие источник излучени  и KOI (дёнсорнуго линзу, ус- тановленные на шаровые опоры, закрепленные винтами, имеющие возможность углового разворота вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки - дл  изменени  угла наклона потока излучени  через растровое сопр жение , регулировочные винты, перекрывающие чувствительную поверхность фотоприемников - дл  регулировани  амплитуд выходных сигналов, упрощенна  индикаторна  решетка, выполненна  с одной группой штрихов. Измен   угол наклона потока излучени  регулируют фазовый сдвиг между выходными сигналами, регулировочными винтами регулируют амплитуду данных сигналов 3 ил.The invention relates to the field of precision changes in linear and angular displacements and can be used to construct displacement converters for CNC machine tools of special systems. The purpose of the invention is to increase the accuracy of the photoelectric converter while expanding its applicability and reducing the complexity of manufacturing. This goal is achieved by the fact that illuminator blocks are introduced into the photoelectric motion transducer, including a radiation source and KOI (donor lens mounted on ball bearings, fixed by screws, which can be angularly rotated around an axis parallel to the direction of strokes of the raster grid - to change the angle tilt the radiation flux through the raster interface, adjusting screws that cover the sensitive surface of the photodetectors - to control the amplitudes of the output signals, simplify A regular indicator grating, made with one group of strokes, changing the angle of the radiation flux, adjusting the phase shift between the output signals, and adjusting the amplitude of these signals by 3 or 4 regulating screws.

Description

Изобретение относитс  к области прецизионных измерений линейных и угловых перемещений и может быть использовано дл  построени  преобразователей перемещени  станков с числовым программным управлением специальных систем.The invention relates to the field of precision measurements of linear and angular displacements and can be used to construct numerical control transducers of special systems.

Известен фотоэлектрический преобразователь перемещени , содержащий источник излучени , оптически св занный через растровое сопр жение неподвижной (инди- каторной) растровой решпткой с двум  сдвинутыми один относительно другого на четверть шаг.) секторами штрихов с шагом, равным шагу штрихов подвижной растровой решетки и подвижной (измерительной) растровой решетки с блоком фотоприемников , дл  обеспечени  фазового сдвига между выходными сигналами - 90 эл. град, Он снабжен инвертирующим усилителем, двух- канальным усилительным блоком, компараторами .A known photoelectric displacement transducer comprising a radiation source optically coupled through raster conjugation by a fixed (indicator) raster array with two quarter steps shifted relative to each other.) Sectors of strokes with a step equal to that of strokes of the movable raster grid and the movable (measuring ) raster grating with a block of photodetectors, to provide a phase shift between the output signals of 90 el. hail, It is equipped with an inverting amplifier, a two-channel amplifying unit, comparators.

Недостатками преобразовател   вл ютс  невысока  точность, котора  определ етс  тем, насколько точно обеспечен фазовый сдвиг на 90 эл. град, между выходными сигналами может быть обеспечена 90 эл. град, только при абсолютной идентичности по параметрам инвертирующего усилител  с каждым из каналов двухканального блока, при рааенстве амплитуд сигналов с них. при идентичности параметров компараторов , что практически невозможно; ограXIThe disadvantages of the converter are its low accuracy, which is determined by how accurately a phase shift of 90 el is ensured. hail, between the output signals can be provided 90 el. hail, only with absolute identity in terms of the parameters of the inverting amplifier with each of the channels of the two-channel unit, when the amplitudes of the signals from them are equal. with the identity of the parameters of the comparators, which is almost impossible; ogreXI

NN

ничейна  примен емость преобразовател , т.к. в большинстве случаев требуетс  производить дальнейшее преобразование выходных сигналов преобразовател , точное деление периода сигналов дл  увеличени  дискретности измерений, т.е. в известном преобразователе фазовый сдвиг между выходными сигналами, приближающийс  к 90 эл. град., обеспечиваетс  только в цифровом1 выходном сй гнэле, а дальнейшее пре- образование возШжТЧо прЪизводить только с анало1 бвь1м сигналом при данном фазовом сдвиге; высока  трудоемкость изготовлени , т.к. известный преобразователь содержит индикаторную решетку с нане- сенными на ней двум  сдвинутыми на четверть шага секторами штрихов, сложную электронную схему обеспечени  фазового сдвига между выходными сигналами, приближающегос  к 90 эл градthe applicability of the converter in most cases, further conversion of the output signals of the converter is required, an exact division of the period of the signals to increase the resolution of measurements, i.e. in a known converter, a phase shift between output signals approaching 90 e. deg., is provided only in the digital1 output jack, and further conversion can only be performed with an analogue to one and the other signal at a given phase shift; high labor intensity of manufacture, as The known converter contains an indicator grating with two dash sectors drawn on it, a complex electronic circuit for providing a phase shift between the output signals approaching 90 el.

Цель изобретени  - повышение точности фотоэлектрического преобразовател  при расширении его примен емости и снижении трудоемкости изготовлени .The purpose of the invention is to increase the accuracy of the photoelectric converter while expanding its applicability and reducing the complexity of manufacturing.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещени , содержащий источник излучени , конденсорные линзы, растровое сопр жение индикаторной и измерительной решеток, фотоприемники, вводитс : ус- тройство дл  изменени  угла наклона потока излучени  через растровое сопр жение , включающее блок осветител  с источником излучени  и конденсорной линзой; шаровые опоры, при этом изменение угла наклона потока излучени  происходит вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки; регулировочные винты, перекрывающие чувствительную поверхность фотоприемников, при этом инди- каторна  решетка выполнена с одной группой штрихов с шагом равным шагу измерительной решеткиThis goal is achieved in that a photoelectric displacement transducer containing a radiation source, condenser lenses, raster conjugation of the indicator and measuring gratings, photodetectors, is introduced: a device for changing the angle of inclination of the radiation flux through raster conjugation, including the illuminator unit with the radiation source and a condenser lens; ball bearings, wherein a change in the angle of inclination of the radiation flux occurs around an axis parallel to the direction of the strokes of the raster grid; adjusting screws overlapping the sensitive surface of the photodetectors, while the indicator grating is made with one group of strokes with a step equal to the step of the measuring grating

Сущность изобретени  состоит в том, что вводитс  устройство дл  регулировани  фазового сдвига между выходными аналоговыми сигналами преобразовател , выполненное в виде блока осветител , содержащего источник излучени  и конден- сорную линзу, имеющего возможность угло- вого разворота вокруг оси, параллельной направлению штрихов растровой решетки, при этом измен етс  угол наклона потока излучени  через растровое сопр жение и, вследствие этого, происходит смещение изображени  штрихов индикаторной решетки , выполненное с одной группой штрихов относительно штрихов измерительной решетки, т.е. измен етс  фаза выходного сигнала регулировочными винтами, перекрывающими чувствительную поверхность фотоппиемников выравнивают амплитуды выходных сигналов преобразовател .The essence of the invention lies in the fact that a device for adjusting the phase shift between the output analog signals of the converter is introduced, made in the form of a lighter unit containing a radiation source and a condenser lens having the possibility of angular rotation around an axis parallel to the direction of the strokes of the raster grid, this changes the angle of inclination of the radiation flux through the raster interface and, as a result, the image of the strokes of the indicator grating is shifted, made with one group of trichs relative to the strokes of the measuring grid, i.e. the phase of the output signal is changed by adjusting screws that cover the sensitive surface of the photocells; the amplitudes of the output signals of the converter are aligned.

На фиг. 1, 2 представлена структурна  схема преобразовател , на фиг. 3 - рисунок, по сн ющий работу устройства.In FIG. 1, 2 is a structural diagram of a converter; FIG. 3 is a drawing illustrating the operation of the device.

Преобразователь содержит источник излучени  1, 2,закрепленные с конденсор- ными линзами 3, 4 в блоках осветител  5, б, установленных на опорной плате 7 через шаровые опоры 8, и закрепленные винтами 9,10,11,12, блоки осветител  5, 6 оптически св заны через растровое сопр жение, состо щее из индикаторной решетки 13 с нанесенными штрихами 14 и измерительной решетки 15 с нанесенными штрихами 16 с фотоприемникэми 17, 18 соответственно, над каждым из которых установлены регулировочные винты 19, 20, перекрывающие часть чувствительной поверхности фотоприемников , выходные сигналы преобразовател  11, 12, идущие с фотоприемников, поступают в блок обработки сигналов 21. Индикаторна  решетка 13 выполнена с одной группой штрихов 14, расположенных с шагом равным шагу штрихов 16 измерительной решетки 15. Шаровые опоры 8, на которые установлены блоки осветител  5, 6 расположены в направлении параллельном направлению штрихов растровых решеток 13, 15, тем самым обеспечиваетс  угловой разворот блоков осветител  5, 6 при помощи винтов 9,10,11,12 вокруг оси параллельной направлению штрихов растровых решеток 13, 15.The converter contains a radiation source 1, 2, mounted with condenser lenses 3, 4 in the illuminator blocks 5, b, mounted on the base plate 7 through ball bearings 8, and fixed with screws 9,10,11,12, illuminator blocks 5, 6 optically coupled through a raster interface consisting of an indicator array 13 with printed strokes 14 and a measuring array 15 with printed lines 16 with photodetectors 17, 18, respectively, above each of which are installed adjusting screws 19, 20, which cover part of the sensitive surface of the photodetectors, the output signals of the transducer 11, 12 coming from the photodetectors arrive at the signal processing unit 21. The indicator grating 13 is made with one group of strokes 14 located at a step equal to the pitch of the strokes 16 of the measuring grating 15. Ball bearings 8 on which the illuminator blocks 5 are mounted, 6 are arranged in a direction parallel to the stroke direction of the raster gratings 13, 15, thereby providing an angular rotation of the illuminator blocks 5, 6 with screws 9, 10, 11, 12 about an axis parallel to the direction of the strokes of the raster gratings 13, 15.

Преобразователь работает следующим образомThe converter operates as follows

При исходном положении блоков осветител  5, 6, как показано на фиг. 1, при наличии перемещени  измерительной решетки 15 относительно индикаторной решетки 13, растровое сопр жение модулирует поток излучени  источников 1,2 оптически св занных, дл  создани  параллельного потока излучени  с конденсорны- ми линзами соответственно 3, 4. В результате на выходах фотоприемников 17, 18, установленных под блоками осветител  соответственно 5, 6 образуютс  электрические сигналы с частотой пропорциональной скорости перемещени  и амплитудой пропорциональной величине светового потока, падающего на чувствительную поверхность фотоприемников, при этом фазовый сдвиг между выходными сигналами будет определ тьс  начальным положением блоков осветител  5, 6, т.к. индикаторна  решетка 13 выполнена с одной группой штрихов 14, расположенных с шагом равным шагу штрихов 16 измерительной решетки 15 при вертикальном положении блоков осветител  5, 6 сигналы 1j.1i будут синфазны. При угловом развороте любого из блоков осветител  5 либо 6 от вертикального положени , (при этом другой блок осветител  занимает первоначальное положение) при помощи винтов 9, 10 либо 11, 12 (разворот осуществл етс  отпусканием одного и зат жкой другого винта данной пары), учитыва , что разворот происходит вокруг оси параллельной направлению штрихов растровых решеток за счет данного расп оложе- ни  шаровых опор 8, происходит наклон потока излучени  через растровое сопр жение и, как следствие смещение, изображени  22 штрихов 14 индикаторной решетки 13 относительно штрихов 1 б измерительной решетки 15, что в свою очередь приведет к изменению фазы между выходными сигналами , поэтому дл  выставки фазового сдвига между выходными сигналами 90 эл. град, производ тугловой разворот одного из блоков осветител  5 либо б при первоначальном вертикальном положении другого блока осветител . Амплитуды выходных сигналов преобразовател  11. 12, имеющих фазовый сдвиг между собой 90 эл. град., регулируют и выравнивают регулировочными винтами 19, 20 установленными над фотоприемниками 17, 18. Регулировка осуществл етс  за счет перекрыти гчувст- вительной поверхности фотоприемника поверхностью регулировочного винта, т.е. измен ют величину потока излучени  падающего на чувствительную поверхность фотоприемника . Далее выходные сип-талы преобразовател  имеющие фазовый сдвигAt the initial position of the illuminator blocks 5, 6, as shown in FIG. 1, if there is a displacement of the measuring grating 15 relative to the indicator grating 13, the raster conjugation modulates the radiation flux of sources 1.2 optically coupled to create a parallel radiation flux with condenser lenses 3, 4, respectively. As a result, the outputs of photodetectors 17, 18 installed under the illuminator blocks, respectively 5, 6, electrical signals are generated with a frequency proportional to the speed of movement and amplitude proportional to the amount of light flux incident on the sensitive surface photodetectors, and the phase shift between the output signals will be determined by the initial position of the illuminator blocks 5, 6, because the indicator grating 13 is made with one group of strokes 14 located at a step equal to the pitch of the strokes 16 of the measuring grating 15, with the vertical position of the illuminator blocks 5, 6, signals 1j.1i will be in phase. When angular rotation of any of the illuminator blocks 5 or 6 from a vertical position (while the other illuminator block occupies its original position) using screws 9, 10 or 11, 12 (the reversal is carried out by loosening one and the other screw of this pair), taking into account that the rotation occurs around the axis parallel to the direction of the strokes of the raster gratings due to the given arrangement of the ball bearings 8, there is a slope of the radiation flux through the raster interface and, as a consequence, the displacement of the image 22 of the strokes 14 of the indicator brushes 13 relative to the strokes 1 b of the measuring grid 15, which in turn will lead to a phase change between the output signals, therefore, to exhibit a phase shift between the output signals 90 el. hail, making a turn turn of one of the illuminator blocks 5 or b with the initial vertical position of the other illuminator block. The amplitudes of the output signals of the Converter 11. 12 having a phase shift of 90 e. grad., adjust and align with the adjusting screws 19, 20 mounted above the photodetectors 17, 18. The adjustment is carried out by overlapping the sensitive surface of the photodetector with the surface of the adjusting screw, i.e. the amount of radiation flux incident on the sensitive surface of the photodetector is changed. Next, the output siphals of the converter having a phase shift

90 эл. град., равенство амплитуд, аналоговый характер поступают в блок обработки сигналов 21.90 email hail., equality of amplitudes, analog character arrive at the signal processing unit 21.

Применение преобразовател  позвол ет свести до минимума погрешность делени  периода выходных сигналов и существенно уменьшить погрешность преобразовател , котора  будет в этом случае обусловлена только погрешностью нанесени  штрихов на измерительной решетке, существенно снизить трудоемкость изготовленй  при 1наличии возможности использовать данный преобразователь с аналоговым выходом с люьым электроннымThe use of the transducer allows minimizing the error in the division of the period of the output signals and significantly reducing the transducer error, which in this case will be caused only by the error in applying strokes on the measuring grating, and significantly reduce the laboriousness of the fabricators if it is possible to use this transducer with an analog output with any electronic

блоком, производ щим обработку сигналов преобразовател .a unit that processes the signals of the converter.

Изготовление опытных образцов преобразователей показало, что применение ука- занного способа позвол ет снизитьThe manufacture of prototypes of converters showed that the use of this method allows to reduce

погрешность на 10-15% при снижении трудоемкости изготовлени  до 20%.an error of 10-15% while reducing the complexity of manufacturing to 20%.

Claims (1)

Формула изобретени  Фотоэлектрический преобразовательSUMMARY OF THE INVENTION Photoelectric Converter перемещени , содержащий оптически св занные блок осветител , индикаторную растровую решетку, измерительную растровую решетку, установленную с возможностью перемещени , и два фотоприемника, отл ичающийс  тем, что, с целью упрощени  устройства, блок осветител  выполнен в виде двух источников колл имированного излучени , каждый из которых оптически св зан с соответствующим фотоприемником, и установлен с возможностью поворота вокруг оси, перпендикул рной направлению перемещени  измерительной решетки.a movement comprising optically coupled illuminator unit, an indicator raster grid, a measuring raster array installed with the possibility of movement, and two photodetectors, wherein, in order to simplify the device, the illuminator unit is made in the form of two sources of collimated radiation, each of which are optically coupled to a corresponding photodetector and mounted rotatably about an axis perpendicular to the direction of movement of the measuring array. / г.  / g. jf$6 s/, (6 4/, j/, /, /,jf $ 6 s /, (6 4 /, j /, /, /, / 4 / /   / 4 / / У / - Л У р $ Y / - L U r $ 1О // 61O // 6 ЯI AM 73 &73 & 1 1 75 . Гб75. GB С-V lit 7 / 4C-V lit 7/4 18 2018 20 фие. 1fie. 1 Bf/ffABf / ffA фиг. 2FIG. 2 W) 5(6)W) 5 (6) 88 112}112}