RU2060585C1 - Verification method for angle-of-shaft-turn-to-code converter - Google Patents

Abstract

FIELD: computer-aided systems for checking error of converters used in mechanical and instrumentation engineering. SUBSTANCE: code value of checked and reference codes is reduced to single type and scale, moment of change of tested converter code first after zero is recorded and taken as initial reading, spaces between moments of code change of tested and reference converters are sequentially and simultaneously filled up with same time pulses while shafts of converters are rotating in step. Repetition rate of time pulses is at least one order of magnitude higher than that of code change of tested and reference converters, number of pulses in each angular space is counted and stored, respective codes are stored, total number of pulses between moments of recording of initial and final readings is counted and stored, data obtained are used to calculate error of tested converter using relevant formula. EFFECT: improved verification accuracy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматизированного контроля погрешностей преобразователей угла поворота вала в код, которые используются в станкостроении и приборостроении. The invention relates to systems for automated control of errors of converters of the angle of rotation of the shaft in the code, which are used in machine tool and instrument making.

Известен способ измерения погрешности преобразователей угла поворота в код, основанный на сравнении расчетной и реальной смены кода поверяемого преобразователя, при этом расчетная и реальная смена кода задается числом тактовых импульсов, разность которых определяет погрешность поверяемого преобразователя [1]
Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная невозможностью точного задания расчетного угла поворота поверяемого преобразователя.A known method of measuring the error of converters of the angle of rotation into a code based on a comparison of the calculated and real code changes of the verified converter, while the calculated and real code change is set by the number of clock pulses, the difference of which determines the error of the verified converter [1]
The disadvantage of this method is the low accuracy due to the inability to accurately set the calculated rotation angle of the transducer being verified.

Известен также способ и устройство для реализации для поверки преобразователей угла поворота вала в код [2] Способ поверки основан на том, что измеряется и регистрируется разность выходных сигналов образцового и поверяемого преобразователей при синхронном вращении валов при дискретном угловом положении статора образцового в диапазоне 0-360^о, анализе указанных разностей и определении погрешности в виде огибающей разности выходных сигналов.There is also known a method and apparatus for implementing to verify the converters of the angle of rotation of the shaft in the code [2] The verification method is based on the fact that the difference of the output signals of the reference and verified converters is measured and recorded during synchronous rotation of the shafts with a discrete angular position of the stator exemplary in the range 0-360 ^about , the analysis of these differences and determining the error in the form of an envelope of the difference of the output signals.

Недостатком способа является низкая точность поверки, обусловленная погрешностями измерения фазы сигнала поверяемого преобразователя и ограниченным быстродействием этой операции. The disadvantage of this method is the low accuracy of verification, due to errors in the measurement of the phase of the signal of the transducer being verified and the limited speed of this operation.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения ошибки преобразователя угла поворота в код, основанный на определении моментов смены кода и сpавнении его текущего значения с эталонным сигналом, определении разности этих сигналов с учетом знака и запоминании этой разности как шкалой ошибки преобразователя и сравнении ее с наперед заданным предельно-допустимым значением ошибки, при этом текущее значении момента смены кода суммируется с эталонным сигналом постоянной величины [4]
Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная необходимостью формирования двух образцовых сигналов: эталонного от преобразователя и расчетного, сформированного в специальном устройстве.The closest in technical essence is a method of measuring the error of the angle-of-angle converter, based on determining the moments of code change and comparing its current value with a reference signal, determining the difference of these signals taking into account the sign and storing this difference as a converter error scale and comparing it forward specified maximum permissible error value, while the current value of the moment of code change is summed with a reference signal of constant value [4]
The disadvantage of this method is the low accuracy, due to the need to form two reference signals: the reference from the Converter and the calculation, formed in a special device.

Цель изобретения повышение точности поверки преобразователей угла поворота вала в код при формировании одного образцового сигнала. Это достигается тем, что при способе поверки преобразователей угла поворота вала в код, основанном на определении моментов смены кода поверяемого преобразователя и сравнении их с текущими моментами смены кода эталонного пpеобразователя, определении разности моментов смены кодов, запоминании их разностей как искомой ошибки преобразователя и сравнении ее с наперед заданным предельно допустимым значением ошибки, приводят к одному виду и масштабу кодовые значения поверяемого эталонного кода, фиксируют момент первой после нуля смены кода поверяемого преобразователя, а также все последующие моменты смены кодов поверяемого и эталонного преобразователей, принимают его за начало отсчета, последовательно и одновременно заполняют одними и теми же вpеменными импульсами интервалы между моментами смены кодов поверяемого и эталонного преобразователя при синхронном вращении их валов, при этом частота следования временных импульсов не менее чем на один порядок больше частоты смены кодов поверяемого и эталонного преобразователей, подсчитывают и запоминают число импульсов в каждом интервале, а также запоминают соответствующие им коды, одновременно с этим подсчитывают и запоминают общее число импульсов между моментами фиксации начального и конечного отсчетов, по полученным данным вычисляют погрешность поверяемого преобразователя по формуле:
ΔΦ_i

q_i-

-Q_i+1+Q_i=1-

где ΔΦ_i погрешность i-кода поверяемого преобарзователя;
i номер кода (i=0,K, где K-номер конечного кода);
q_i текущий код поверяемого преобразователя;
N_i число импульсов в интервале между моментами смены (i-1) и i кода эталонного преобразователя;
N_o число импульсов между конечным отсчетом эталонного преобразователя и начальным отсчетом, равное N_o= N_Σ-

N_i здесь N_Σ общее число импульсов между начальным и конечным отсчетами, Q_i=1, Q_i+1- коды эталонного преобpазователя, соответствующие моментам смены первого (i=1) и (i+1) кода соответственно,
n_i число импульсов в интервале между моментами смены (i-1) и i кода поверяемого преобразователя;
Φ_o номинальное значение угловой цены младшего pазряда кода повеpяемого преобразователя.The purpose of the invention is to increase the accuracy of verification of converters of the angle of rotation of the shaft in the code when generating one reference signal. This is achieved by the fact that with the method of checking the converters of the angle of rotation of the shaft into a code based on determining the moments of code change of the verified converter and comparing them with the current moments of changing the code of the standard converter, determining the difference in the moments of changing codes, storing their differences as the desired error of the converter and comparing it with a predetermined maximum permissible error value, the code values of the verified reference code lead to the same type and scale, record the moment of the first code change after zero the verified converter, as well as all subsequent moments of changing the codes of the verified and reference converters, take it as the reference point, sequentially and simultaneously fill with the same temporal pulses the intervals between the moments of changing the codes of the verified and reference converter with synchronous rotation of their shafts, while the repetition rate time pulses are not less than one order higher than the frequency of the change of codes of the verified and reference converters, count and remember the number of pulses in each th interval, and also remember the codes corresponding to them, at the same time count and remember the total number of pulses between the moments of fixing the initial and final samples, according to the data obtained, the error of the verified transducer is calculated by the formula:
ΔΦ _i

q _i -

-Q _{i + 1} + Q _{i = 1} -

where ΔΦ _{i is the} error of the i-code of the calibrated converter;
i code number (i = 0, K, where K is the number of the final code);
q _{i the} current code of the verified transducer;
N _{i the} number of pulses in the interval between the moments of change (i-1) and i code of the reference Converter;
N _{o the} number of pulses between the final sample of the reference Converter and the initial sample, equal to N _o = N _Σ -

N _i here N _{Σ is the} total number of pulses between the initial and final samples, Q _{i = 1} , Q _{i + 1} are the codes of the reference transducer corresponding to the moments of the change of the first (i = 1) and (i + 1) code, respectively,
n _{i the} number of pulses in the interval between the moments of change (i-1) and i code of the transducer being verified;
Φ _o nominal value of the angular price of the least significant bit of the code of the verified transducer.

На фиг. 1 приведен пример выполнения устройства для осуществления способа; на фиг.2 диагpамма сигналов смены кода, где а сигналы поверяемого преобразователя, (ПП); б сигналы эталонного преобразователя (ЭП). In FIG. 1 shows an example implementation of a device for implementing the method; figure 2 diagram of the signals of the code change, where a signals of the verified Converter, (PP); b signals of the reference transducer (EP).

Устройство содеpжит эталонный преобразователь 1 угла поворота вала в код, привод и соединительное устpойство (на фиг.1 не показаны), поверяемый преобразователь 2, преобразователи 3, 4 кодов эталонного 1 и поверяемого 2 преобразователей соответственно, генератор 5 импульсов стабильной частоты, период следования которых не меньше, чем на (например один) порядок периода следования сигналов смены кода у эталонного 1 и поверяемого 2 преобразователей, одновибраторы 6i, 7i, 8i, 9i, где i1,m, а m разрядность кода поверяемого преобразователя 2, элементы НЕ 10i 11i, элементы ИЛИ 12, 13, элементы И 14-17, счетчики 18, 19 импульсов, запоминающие устройства 20, 21, элементы И 22, 23, блок 24 задания начального кода, компараторы 25, 26, триггер 27, блок 28 задания конечного кода, счетчик 29 импульсов, запоминающее устройство 30, схему 31 совпадения, триггер 32, вход 33 обнуления, входы 34, 35 установки начального и конечного сигналов кода. The device contains a reference converter 1 of the angle of rotation of the shaft into a code, a drive and a connecting device (not shown in Fig. 1), verified converter 2, converters 3, 4 of the codes of reference 1 and verified 2 converters, respectively, a generator of 5 pulses of stable frequency, the repetition period of which no less than (for example, one) order of the period of the sequence of the code change signals for the reference 1 and the calibrator 2 transducers, single vibrators 6i, 7i, 8i, 9i, where i1, m, and m are the digit capacity of the code of the transducer being verified 2, elements NOT 10i 11i, uh elements OR 12, 13, elements 14-17, counters 18, 19 pulses, storage devices 20, 21, elements 22, 23, block 24 for setting the initial code, comparators 25, 26, trigger 27, block 28 for setting the final code, a pulse counter 29, a memory 30, a matching circuit 31, a trigger 32, a zeroing input 33, inputs 34, 35 for setting the initial and final code signals.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После включения привода валы эталонного 1 и поверяемого 2 преобразователей начинают вращаться и при этом вырабатываются коды, соответствующие угловому положению их валов. Эти коды поступают на входы преобразователей 3 и 4 кодов, соответственно, где они, например, переводятся в одинаковый код одной или кратной разрядности. С блоков 3 и 4 кодовые сигналы поступают через элементы И 15 и 22 на адресные входы запоминающих устройств 20, 21, а также через элементы 6i, 7i, 10i и 8i, 9i, 11i сигналы гpаниц смены кодов на входы элементов ИЛИ 12, 13 и далее через элементы И 14, 17 на входы счетчиков импульсов 18, 19, информация с которых после каждой смены кодов запоминается в запоминающих устройствах 20, 21. С выхода генератора 5 импульсов стабильной частоты импульсы через элемент И 16 поступают на счетные входы счетчиков 81, 19, 29 импульсов. В соответствии с границами смены кодов Q_i и q_i запоминающие устройства 20, 21 и 30 pегистрируют соответственно N_i, n_i и N_Σ
С выхода преобразователя 4 кода поверяемого преобразователя 2 кодовые сигналы поступают также на входы схем совпадения 25 и 26, к которым соответственно подключены схема 24 задания начального кода поверки, в качестве которого может быть момент первый после нуля смены кода и схема 28 задания конечного кода через элемент И 23. Выход схемы 25 совпадения подключен к первому входу триггера 27, вырабатывающего разрешающий сигнал начала и запрещающий сигнал поверки преобразователя. Разрешающий сигнал с триггера 27 поступает на входы элементов И 14-17, 22, счетчика 29 импульсов и схему 31 совпадения, а запрещающий сигнал конца поверки на вторые входы счетчиков 29 импульсов и схему 31 совпадения. На вход схемы 31 совпадения поступают также импульсы границ кодов поверяемого преобразователя с выхода элемента И 17. Выходной сигнал схемы совпадения через триггер 32 поступает на элемент И 23, что позволяет пропустить для сравнения на схему совпадения 26 код конца повеpки преобразователя. Сигналы конца повеpки преобразователя с выхода схемы совпадения 26 поступают на вторые входы триггера 27 и 32, которые устанавливают (вырабатывают) сигналы, прекращающие поверку преобразователя.After turning on the drive, the shafts of the reference 1 and the calibrated 2 transducers begin to rotate and codes are generated that correspond to the angular position of their shafts. These codes go to the inputs of the converters 3 and 4 codes, respectively, where, for example, they are translated into the same code of one or multiple digits. From blocks 3 and 4, the code signals are transmitted through the elements And 15 and 22 to the address inputs of the storage devices 20, 21, as well as through the elements 6i, 7i, 10i and 8i, 9i, 11i the signals of the boundaries of the change of codes to the inputs of the elements OR 12, 13 and then through the elements And 14, 17 to the inputs of the pulse counters 18, 19, information from which after each change of codes is stored in memory devices 20, 21. From the output of the generator 5 pulses of a stable frequency, the pulses through the And 16 element go to the counting inputs of the counters 81, 19 , 29 pulses. In accordance with the boundaries of the change of codes Q _i and q _{i, the} storage devices 20, 21 and 30 register N _i , n _i and N _Σ , respectively
From the output of the converter 4 of the code of the verified converter 2, the code signals are also sent to the inputs of the matching circuits 25 and 26, to which, respectively, the circuit 24 for setting the initial verification code are connected, which can be the moment the code changes first after zero and the circuit 28 for setting the final code through the element And 23. The output of the matching circuit 25 is connected to the first input of the trigger 27, which generates a start enable signal and a prohibit signal for verifying the converter. The enable signal from the trigger 27 is supplied to the inputs of the elements And 14-17, 22, the pulse counter 29 and the match circuit 31, and the inhibitory signal of the end of verification to the second inputs of the pulse counters 29 and the match circuit 31. The input of the matching circuit 31 also receives the pulses of the boundaries of the codes of the verified converter from the output of the element And 17. The output signal of the matching circuit through the trigger 32 is fed to the element And 23, which allows you to skip the end verification code of the converter for comparison to the matching circuit 26. The signals of the end of the verification of the converter from the output of the matching circuit 26 are supplied to the second inputs of the trigger 27 and 32, which install (generate) signals that stop the verification of the converter.

Элементы и блоки устройства поверки могут быть реализованы, например, на следующих микросхемах (см. кн. Цифровые и аналоговые интегральные микpосхемы. Справочник под ред. С.Н.Якубовского, М. Радио и связь, 1990, с. 496): блоки 3,4 микросхема К 155ПР6; 5 КР531ГГ1; 6i, 7i, 8i, 9i К 155АГ3; 11i, 10i 133ЛН5, 133ЛН3; 12, 13 133ЛЛ1; 14-17, 22, 23 К155ЛИ1; 18, 19, 20 К176И 3, К176ИЕЗ; 20, 21, 30 К176РМ1, К155РУ2; 24, 28 134ИР5; 25, 26, 31 134ИР2, 134СП1, 564СА1; 27, 32 134ТР14. Elements and blocks of the verification device can be implemented, for example, on the following microcircuits (see the book. Digital and analog integrated circuits. Handbook edited by S. Yakubovsky, M. Radio and Communications, 1990, p. 496): blocks 3 4 chip K 155PR6; 5 KR531GG1; 6i, 7i, 8i, 9i K 155AG3; 11i, 10i 133LN5, 133LN3; 12, 13 133LL1; 14-17, 22, 23 K155LI1; 18, 19, 20 K176I 3, K176IEZ; 20, 21, 30 K176RM1, K155RU2; 24, 28 134 IR5; 25, 26, 31 134IR2, 134SP1, 564CA1; 27, 32 134TP14.

Порядок вычисления погpешности поверяемого преобразователя может быть следующим. Рассмотрим его, например, для кода q₅. Для этого обратимся к фиг. 2.The procedure for calculating the error of the verified transducer can be as follows. Consider it, for example, for q ₅ code. For this, we turn to FIG. 2.

Из фиг.2 видно, что накопленная погрешность ΔΦ_Σi поверяемого преобразователя для кода q₅ вычисляется по формуле:

=Φ_n,5-Φ_э,5, (1) где Φ_n,5 угловой интервал с начала измерения до смены пятого кода поверяемого преобразователя;
Φ_э,5 угловой интервал с начала измеpения до смены пятого кода эталонного преобразователя.Figure 2 shows that the accumulated error ΔΦ _{Σi of the} verified transducer for code q _{5 is} calculated by the formula:

= Φ _{n, 5} -Φ _{e, 5} , (1) where Φ _{n, 5 is the} angular interval from the beginning of the measurement to the change of the fifth code of the transducer being verified;
Φ _{e, 5} angular interval from the beginning of the measurement to the change of the fifth code of the reference transducer.

При этом
Φ_n,5=q₅Φ_o, (2) и
Φ_э,5= Φ₁+(Q₆-Q₁)Φ_o+ΔΦ₅, (3) где Φ₁ угловой интеpвал, на котоpый повернется вал эталонного преобразователя от момента фиксации начального отсчета до момента смены первого кода эталонного преобразователя, равный
Φ₁=

(4) где Q₁, Q₆ коды эталонного преобразователя, соответствующие моментам смены первого и шестого кода соответственно,
ΔΦ₅ местная погрешность кода Q₅, равная
ΔΦ₆=

(5) где N₇ число импульсов, уложившихся с момента смены шестого кода до момента смены седьмого кода.Wherein
Φ _{n, 5} = q ₅ Φ _o , (2) and
Φ _{e, 5} = Φ ₁ + (Q ₆ -Q ₁ ) Φ _o + ΔΦ ₅ , (3) where Φ _{1 is the} angular interval on which the shaft of the reference transducer will turn from the moment of fixing the initial reference to the moment of changing the first code of the reference transducer, equal to
Φ ₁ =

(4) where Q ₁ , Q _{6 are the} codes of the reference transducer corresponding to the moments of change of the first and sixth codes, respectively,
ΔΦ ₅ local error code Q ₅ equal to
ΔΦ ₆ =

(5) where N _{7 is the} number of pulses from the moment of changing the sixth code to the moment of changing the seventh code.

Подставляя выражения (2) (5) в формулу (1) и проводя некотоpые упpощения, получим
ΔΦ_Σ5=

q₅-

-Q₆+Q₁-

(6)
Используя фоpмулу (6), можно получить следующее выражение для определения суммаpной (накопленной) погрешности любого кода
ΔΦ_Σi

q_i-

-Q_i+1+Q_i=1-

(7)
Повышение точности поверки преобразователей угловых перемещений в код достигается благодаря тому, что измерение погрешности осуществляется числоимпусльным методом, причем в два этапа. На первом этапе в реальном масштабе времени фиксируют простpанственное угловое положение выходных сигналов эталонного и поверяемого преобразователей с помощью массивов N_iи n_i импульсов стабильной частоты, запоминаемых в соответствующих блоках. Быстродействие задействованных на этом этапе блоков практически не накладывает точностных ограничений на скорость вращения валов преобразователей. На втором этапе, который может быть смещен по времени относительно первого, производят обработку массивов чисел, хранящихся в запоминающих блоках, с целью вычисления и регистрации погрешности поверяемого преобразователя.Substituting expressions (2) (5) into formula (1) and carrying out some simplifications, we obtain
ΔΦ _Σ5 =

q ₅ -

-Q ₆ + Q ₁ -

(6)
Using formula (6), we can obtain the following expression for determining the total (accumulated) error of any code
ΔΦ _Σi

q _i -

-Q _{i + 1} + Q _{i = 1} -

(7)
Improving the accuracy of verification of converters of angular displacements in the code is achieved due to the fact that the measurement of the error is carried out by the number-pulse method, and in two stages. At the first stage, the spatial angular position of the output signals of the reference and verified converters is recorded in real time using arrays of N _i and n _i pulses of stable frequency stored in the corresponding blocks. The speed of the blocks involved at this stage practically does not impose precision restrictions on the speed of rotation of the shafts of the converters. At the second stage, which can be shifted in time relative to the first, the arrays of numbers stored in the storage units are processed in order to calculate and record the error of the transducer being verified.

На этом этапе можно вычислять местные погрешности кода по формуле (5) либо вычислять суммарную погрешность по формуле (7). At this stage, you can calculate the local error of the code according to the formula (5) or calculate the total error according to the formula (7).

Благодаря также вычислению отношения чисел импульсов стабильной частоты, записанных в блоках 18, 19, 29, а именно

и

удается избавиться от влияния на точность поверки неравномерности скорости вращения валов преобразователей приводом.Thanks also to the calculation of the ratio of the numbers of pulses of a stable frequency recorded in blocks 18, 19, 29, namely

and

it is possible to get rid of the influence on the accuracy of verification of the uneven speed of rotation of the shafts of the transducers by the drive.

Claims (1)

Способ поверки преобразователя угла поворота вала в код, основанный на определении моментов смены кода поверяемого преобразователя и сравнении их с текущими моментами смены кода эталонного преобразователя, определении разности моментов смены кодов, запоминании этих разностей как искомой ошибки преборазователя и сравнении ее с наперед заданным предельно допустимым значением ошибки, отличающийся тем, что приводят к одному виду и масштабу кодовые значения поверяемого и эталонного кодов, фиксируют момент первой после нуля смены кода поверяемого преобразователя, а также все последующие моменты смены кодов поверяемого и эталонного преобразователей, принимают его за начало отсчета, последовательно и одновременно заполняют одними и теми же временными импульсами интервалы между моментами смены кодов поверяемого и эталонного преобразователей при синхронном вращении их валов, при этом частота следования временных импульсов не менее чем на один порядок больше частоты смены кодов поверяемого и эталонного преобразователей, подсчитывают и запоминают число импульсов в каждом интервале, а также запоминают соответствующие им коды, одновременно с этим подсчитывают общее число импульсов между моментами фиксации начального и конечного отсчетов, по полученным данным вычисляют погрешность преобразователя по формуле

где ΔΦ_i погрешность i-го кода поверяемого преобразователя;
i номер кода (i 0, k, k номер конечного кода;
q_i текущий код поверяемого преобразователя;
N_i число импульсов в интервале между моментами смены (2i-1)-го и i-го кодов эталонного преобразователя;
N_o число импульсов между конечным отсчетом эталонного преобразователя и начальным отсчетом, равное

где N_Σ - общее число импульсов между начальным и конечным отсчетами;
Q_i = 1, Q_i + 1 коды эталонного преобразователя, соответствующие моментам смены первого (i 1)-го и (i+1)-го кодов соответственно;
n_i число импульсов в интервале между моментами смены (i-1)-го и i-го кодов поверяемого преобразователя;
v_o номинальное значение угловой величины цены младшего порядка кода поверяемого преобразователя.The method of checking the shaft angle converter in the code based on determining the moments of changing the code of the verified converter and comparing them with the current moments of changing the code of the reference converter, determining the difference in the moments of changing the codes, storing these differences as the desired error of the converter and comparing it with the predetermined maximum permissible value errors, characterized in that the code values of the verified and reference codes lead to the same type and scale, record the moment of the first change after the zero code the verified transducer, as well as all subsequent moments of changing the codes of the verified and reference transducers, take it as the reference point, sequentially and simultaneously fill with the same time pulses the intervals between the moments of changing the codes of the verified and reference transducers with synchronous rotation of their shafts, while the repetition rate time pulses is not less than one order higher than the frequency of the change of codes of the verified and reference transducers, count and remember the number of pulses in each interval and memorize the corresponding codes at the same time the total number of pulses counted between the moment of fixing the initial and final samples of the received data calculated by the formula transducer error

where ΔΦ _{i the} error of the i-th code of the verified transducer;
i code number (i 0, k, k number of the final code;
q _{i the} current code of the verified transducer;
N _{i is the} number of pulses in the interval between the moments of change of the (2i-1) th and i-th codes of the reference transducer;
N _{o the} number of pulses between the final sample of the reference Converter and the initial sample, equal to

where N _Σ is the total number of pulses between the initial and final samples;
Q _{i = 1} , Q _{i + 1} codes of the reference transducer corresponding to the moments of change of the first (i 1) th and (i + 1) th codes, respectively;
n _{i is the} number of pulses in the interval between the moments of change of the (i-1) th and i-th codes of the transducer being verified;
v _o nominal value of the angular value of the lowest order price of the code of the transducer being verified.

Images