ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины, где требуются малые осевые габариты конструкции.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки, «Фотоэлектрические преобразователи информации», под ред. Л.Н. Преснухина, М., Машиностроение, 1974, с. 303, рис. 152.
Известный преобразователь имеет большие осевые габариты из-за последовательного расположения шарикоподшипников, излучателей, измерительного и индикаторного дисков, фотоприемников, что не позволяет использовать его в аппаратуре с малыми осевыми размерами.
Кроме того, шарикоподшипники (для обеспечения малых радиальных габаритов) в этом преобразователе по размерам меньше диаметра измерительного диска и последовательное расположение шарикоподшипников и ограничение по радиальным размерам снижают их нагрузочную способность, что ухудшает эксплуатационные возможности преобразователя.
Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений накапливающего типа, содержащий два излучателя с коллиматорами, дополнительный излучатель с коллиматором, модулирующий диск с секторной растровой дорожкой, неподвижный диск с двумя масками, установленными перед соответствующим фотоприемным устройством, RU №91769 U1, G02F 7/00, G01C 9/06, 27.02.2010.
Большое число излучателей и фотоприемников снижает надежность и эксплуатационные возможности известного преобразователя.
Кроме того, большие осевые габариты известного преобразователя снижают его эксплуатационные возможности и препятствуют использованию его в аппаратуре с малыми осевыми размерами.
Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, установленные в корпусе, вал, магнит, плату обработки, установленную в корпусе, магниточувствительный элемент, расположенный на плате обработки с зазором по отношению к магниту, RU №72319 U1, G01B 7/30, H01L 43/04, 10.04.2008.
Известный преобразователь прост в изготовлении, обладает жесткой конструкцией, но имеет малую точностью, что снижает возможности его применения в высокоточной аппаратуре.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, RU №58822 U1, Н03М 1/24, 27.11.2006.
Известный преобразователь обладает жесткой, пылевлагозащищенной конструкцией, но имеет большие осевые габариты.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, кодированный диск с кодовой маской, излучатель, фотоприемную считывающую систему, RU №63624 U1, H03M 1/24, 27.05.2007.
Известный преобразователь имеет большие осевые габариты.
Кроме того, шарикоподшипники известного преобразователя меньше внутреннего диаметра измерительного диска, это не позволяет обеспечить их большую нагрузочную способность, что снижает его эксплуатационные возможности при жестких механических воздействиях.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, кодируемый вал с отверстием, установленный в шарикоподшипниках, измерительный диск, плату с излучателем и плату обработки с фотоприемником и индикаторной пластиной, RU №135794 U1, G02F 7/00, 20.12.2013. Индикаторная пластина в этом преобразователе расположена на фотоприемниках.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
Преобразователь ближайшего аналога обладает большими осевыми габаритами из-за последовательного расположения шарикоподшипников, измерительного и индикаторного дисков, платы с фотоприемниками, что снижает его эксплуатационные возможности при использовании в аппаратуре с малыми осевыми размерами.
Кроме того, шарикоподшипники в преобразователе ближайшего аналога для обеспечения заданных корпусом габаритов имеют радиальные размеры меньше диаметра измерительного диска. И выполнение преобразователя ближайшего аналога при последовательном расположении шарикоподшипников с ограничением по радиальным размерам снижает их нагрузочную способность, что ухудшает эксплуатационные возможности преобразователя.
Кроме того, в преобразователе ближайшего аналога измерительный диск размещен не в плоскости шарикоподшипников, что приводит при работе к дополнительному биению измерительного диска из-за его консольного расположения относительно шарикоподшипников и их собственного эксцентриситета, при этом центр тяжести вращающейся части удален от шарикоподшипников, что снижает их ресурс работы, ухудшает эксплуатационные возможности преобразователя, снижает компактность конструкции и одновременно снижает его точность.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить и расширить эксплуатационные возможности преобразователя.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в уменьшении осевых габаритов с возможностью использования преобразователя в аппаратуре с малыми продольными размерами, в повышении нагрузочной способности шарикоподшипников, в повышении точности работы преобразователя.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, шарикоподшипники, кодируемый вал с отверстием, установленный в шарикоподшипниках, измерительный диск, плату с излучателем и плату обработки с фотоприемником и индикаторной пластиной.
Кодируемый вал выполнен с кольцевой проточкой и с цилиндрическим выступом.
На торцевой базовой поверхности вала закреплен измерительный диск.
К корпусу присоединен фланец с цилиндрическим выступом.
Цилиндрический выступ расположен в кольцевой проточке кодируемого вала с возможностью размещения базовой поверхности вала с измерительным диском в нем.
Цилиндрический выступ снабжен опорным основанием с центральным отверстием.
Диаметр центрального отверстия больше диаметра цилиндрического выступа в валу.
Цилиндрический выступ выполнен с полостью, в которой размещены плата с излучателем и плата обработки с фотоприемником и индикаторной пластиной, закрепленные на опорном основании.
Шарикоподшипники размещены коаксиально измерительному диску.
Плата с излучателем и плата обработки с фотоприемником и индикаторной пластиной расположены в плоскости шарикоподшипников.
Торцевая базовая поверхность вала с измерительным диском размещена между шарикоподшипниками.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - Фотоэлектрический преобразователь угла, изометрия с вырезом четверти;
на фиг. 2 - Кодируемый вал с цилиндрическим выступом, изометрия с вырезом четверти;
на фиг. 3 - Фланец с цилиндрическим выступом, изометрия с вырезом четверти;
на фиг. 4 - Фотоэлектрический преобразователь угла, разрез.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит:
Корпус - 1;
Шарикоподшипники (в корпусе 1) - 2.
Кодируемый вал (в шарикоподшипниках 2) - 3,
кольцевая проточка (в вале 3) - 4,
цилиндрический выступ (вала 3) - 5,
торцевая базовая поверхность (выступа 5) - 6.
Измерительный диск (на поверхности 6) - 7.
Плата излучателя - 8,
излучатель (на плате 8) - 9.
Плата обработки - 10,
фотоприемник (на плате 10) - 11,
индикаторная пластина (на фотоприемнике 11) - 12.
Фланец (присоединен к корпусу 1) - 13,
цилиндрический выступ (фланца 13) - 14,
опорное основание (выступа 14) - 15,
центральное отверстие (на основании 15) - 16,
полость (в выступе 14) - 17.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, шарикоподшипники 2, кодирумый вал 3, измерительный диск 7, плату излучателя 8 с излучателем 9 и плату обработки 10 с фотоприемником 11 и индикаторной пластиной 12.
Кодируемый вал 3 выполнен с кольцевой проточкой 4 и с цилиндрическим выступом 5. На торцевой базовой поверхности вала 6 закреплен измерительный диск 7.
К корпусу 1 присоединен фланец 13 с цилиндрическим выступом 14.
Цилиндрический выступ 14 расположен в кольцевой проточке 4 кодируемого вала 3 с возможностью размещения торцевой базовой поверхности вала 6 с измерительным диском 7 в нем.
Цилиндрический выступ 14 снабжен опорным основанием 15 с центральным отверстием 16. Диаметр центрального отверстия 16 больше диаметра цилиндрического выступа 14 в валу 3.
Цилиндрический выступ 14 выполнен с полостью 17, в которой размещены плата излучателя 8 с излучателем 9 и плата обработки 10 с фотоприемником 11 и индикаторной пластиной 12, закрепленные на опорном основании 15.
Шарикоподшипники 2 размещены коаксиально измерительному диску 7.
Плата излучателя 8 с излучателем 9 и плата обработки 10 с фотоприемником 11 и индикаторной пластиной 12 расположены в плоскости шарикоподшипников 2.
Торцевая базовая поверхность вала 6 с измерительным диском 7 размещена между шарикоподшипниками 2.
В качестве фотоприемника может быть использован многоэлементный (матричный) фотоприемник (ic-LSHC, ic-LNB, ic-LGC сайт www.ichaus.de или ФД-19КК, ФД-20КП Московского завода «Сапфир», www.optics-expo.ru/wp-content/uploads/2012/04/sapfir2013.pdf).
Фотоэлектрический преобразователь угла работает следующим образом.
Угловое перемещение кодируемого вала 3 от привода (не показан) приводит к повороту измерительного диска 7 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателя 9, пройдя через измерительный диск 7 и индикаторную пластину 12, поступает на фотоприемник 11, и далее на плату обработки 10.
Таким образом, каждому углу поворота кодируемого вала 3 с измерительным диском 7 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемника 11, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя в плате обработки 10, являющихся выражением данного угла поворота.
Далее на плате обработки 10 сигналы от фотоприемника 11 обрабатываются по специальному алгоритму и передаются в устройство регистрации (не показано) по кабелю связи (показан условно).
Расположение шарикоподшипников 2 коаксиально измерительному диску 7, расположение платы обработки 10 с фотоприемником 11 и индикаторной пластиной 12 в плоскости шарикоподшипников 2 и размещение торцевой базовой поверхности вала 6 с измерительным диском 7 между шарикоподшипниками 2 обеспечивает их максимальный размер в заданных габаритах конструкции и позволяет использовать шарикоподшипники 2 с большой нагрузочной способностью и эксплуатировать преобразователь при жестких механических воздействиях, что повышает и расширяет его эксплуатационные возможности.
Расположение платы излучателя 8 с излучателем 9 и платы обработки 10 с фотоприемником 11 и индикаторной пластиной 12 в полости 17 цилиндрического выступа 14 фланца 13, закрепленные на опорном основании 15, и в плоскости шарикоподшипников 2 значительно (примерно вдвое) уменьшает осевые габариты преобразователя и обеспечивает использование его в аппаратуре с малыми продольными размерами, что повышает и расширяет его эксплуатационные возможности.
Размещение измерительного диска 7 между шарикоподшипниками 2 минимизирует биение измерительного диска 7 (из-за эксцентриситета шарикоподшипников 2) и приближает расположение его к центру тяжести преобразователя, а это увеличивает ресурс работы шарикоподшипников 2, обеспечивает высокую точность работы, и высокую компактность конструкции, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя.
Выполнение фланца 13 с цилиндрическим выступом 14, расположенным в кольцевой проточке 4 кодируемого вала 3, с возможностью размещения торцевой базовой поверхности вала 6 с измерительным диском 7 в нем, обеспечивает повышение компактности конструкции и уменьшение ее осевых габаритов, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя.
Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».