ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам преобразования информации в информационно-измерительный технике и автоматике и может быть использована в области автоматизации производства в качестве датчика обратной связи в системах управления перемещениями рабочих органов станков, промышленных роботов и других машин, а также в качестве устройств ввода данных в вычислительные агрегаты.
В настоящее время преобразователи, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, в частности, устройства, описанные в книге «И.Т.Гусев, В.Г.Елисеев, А.А.Маслов. Устройства числового программного управления. - М.: Высшая школа, 1986. Стр. 18-23, 71-75». Они состоят из преобразователя угла поворота вала в импульсы (датчика импульсов) и счетчика импульсов. При вращении вала импульсы поступают в счетчик и суммируются. Поскольку каждый импульс соответствует повороту вала на некоторый угол, равный дискрете преобразования, на выходе счетчика появляется кодовая комбинация, характеризующая количество дискрет, на которые повернулся вал. Таким образом и производится преобразование угла поворота вала в код.
Устройства - аналоги довольно просты, однако имеют существенный недостаток. При их работе принципиально возможно появление накопленных ошибок, вызванных потерями импульсов при их передаче от датчика импульсов к счетчику. Указанные потери могут происходить даже из-за кратковременного воздействия электрических помех, и если произойдет потеря хотя бы одного импульса, все кодовые комбинации, появившиеся на выходе счетчика после этого, будут с ошибкой.
Подобного недостатка лишены преобразователи угла поворота вала в код, работающие по принципу считывания кода с круговой кодовой шкалы. Такой преобразователь, принятый за прототип, описан в книге «Б.В.Анисимов, В.Н.Четвериков. Преобразование информации для ЭЦВМ. - М.: Высшая школа, 1986. Стр. 58-62, 75». Он содержит плоскую двоичную кодовую шкалу в виде диска, выполненного из светопроводящего материала (стекла), установленного на валу, угол поворота которого кодируется. Шкала располагается перпендикулярно оси вала и имеет окружные кодовые дорожки, каждая из которых соответствует одному разряду двоичного числа. Если, например, угол поворота вала должен быть преобразован в пятиразрядные двоичные числа, то число дорожек пять. Если в десятиразрядные, то десять и т.п. Вся плоскость шкалы разделена на сектора, и в каждом секторе физически воспроизведена одна кодовая комбинация. Единицы, входящие в комбинацию, при этом воспроизводятся прозрачными участками, а нули - непрозрачными. В корпусе преобразователя шкала и вал закрепляются на подшипниках. Также в корпусе преобразователя, но неподвижно в нем, устанавливаются осветитель и фотодиоды. Осветитель выполнен в виде продолговатой лампы, расположенной с одной стороны диска и ориентирован радиально, пересекая все дорожки шкалы. Фотодиоды расположены с другой стороны диска и размещены также радиально своими осями перпендикулярно плоскости шкалы, но каждый фотодиод над своей дорожкой. При повороте вала на тот или иной угол вместе с ним поворачивается диск-шкала, свет от лампы проходит через прозрачные и не проходит через непрозрачные участки кодовой шкалы и засвечивает ту или иную комбинацию фотодиодов. Последние через соответствующие им усилители считывания выдают сигналы вовне, а совокупность сигналов и образует кодовую комбинацию, соответствующую данному угловому положению вала. Если вал вращается, то кодовые комбинации на выходе преобразователя меняются, что и представляет собой преобразование угла поворота вала в код.
В процессе работы преобразователя - прототипа, работающего по принципу считывания, накопленные ошибки не возникают. Если на него окажет воздействие кратковременная помеха, то ошибочные комбинации на его выходе будут только в течение времени воздействия помехи. Когда действие помехи прекратится, кодовые комбинации, появляющиеся на выходе преобразователя, будут правильными.
Тем не менее, наряду с указанным достоинством, преобразователь - прототип имеет существенный недостаток: шкала, выполненная в виде диска, имеет большой момент инерции. При работе преобразователя в старт - стопном режиме (а зачастую именно так работают валы, угол поворота которых кодируется), он создает на валу крутильные колебания. Если их амплитуда превышает дискретность преобразователя, то это приводит к неоднозначности считывания информации с диска. А поскольку в настоящее время преобразователи угла в код, как правило, высокодискретны, то отмеченная неоднозначность в старт - стопных режимах возникает практически всегда.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели является устранение описанного недостатка, а именно, предотвращение неоднозначности считывания информации со шкалы преобразователя, что, по существу, равноценно повышению надежности его работы.
Достигается решение поставленной задачи тем, что кодовая шкала, используемая, в преобразователе, имеет значительно меньший момент инерции. Конструктивно же решение задачи обеспечивается за счет того, что преобразователь угла поворота вала в код, содержащий корпус, вал, закрепленный в корпусе на подшипниках, плоскую кодовую шкалу, установленную на валу перпендикулярно его оси, изготовленную из светопроводящего материала, на которой участки, воспроизводящие логическую «единицу», выполнены прозрачными, а воспроизводящие логический «ноль», - непрозрачными, осветитель, размещенный с одной стороны шкалы, и фотодиоды, размещенные своими осями перпендикулярно плоскости шкалы с другой ее стороны, отличается от прототипа тем, что шкала выполнена в виде однодорожечного кольца и ступицы, соединенных спицами, фотодиоды расположены по окружности кольца, осветитель размещен соосно с валом, между осветителем и шкалой параллельно ей расположен дисковый светопровод, входная поверхность которого расположена напротив осветителя, а выходная поверхность - напротив фотодиодов, при этом выходная поверхность светопровода снабжена плоской диафрагмой с отверстиями, соосными с фотодиодами.
На рис.1 показана конструкция предлагаемого преобразователя, на рис.2 - его разрез по А-А, на рис.3 - разрез по Б-Б, на рис.4 - разрез по В-В, на рис.5 - левая половина кодовой шкалы, выполненной в виде однодорожечного кольца с дискретностью 0,5 градуса (заштрихованы прозрачные участки, затушеваны - непрозрачные), на рис.6 - ее правая половина.
Преобразователь угла поворота вала в код содержит корпус 1, вал 2, закрепленный в корпусе 1 на подшипниках 3, плоскую кодовую шкалу 4, установленную на валу 2, перпендикулярно его оси, изготовленную из светопроводящего материала (стекла или пластика). Участки шкалы, воспроизводящие логическую «единицу» выполнены прозрачными, а воспроизводящие логический «ноль», - непрозрачными. Преобразователь содержит также осветитель 5, размещенный с одной стороны шкалы 4, и фотодиоды 6, размещенные своими осями перпендикулярно плоскости шкалы 4 с другой ее стороны. Шкала 4 выполнена в виде однодорожечного кольца 7 и ступицы 8, соединенных спицами 9. Осветитель 5 размещен соосно с валом 2. Между ним и шкалой 4 параллельно ей расположен дисковый световод 10, входная поверхность 11 которого расположена напротив осветителя 5, а выходная поверхность 12 - напротив фотодиодов 6. При этом выходная поверхность 12 световода 10 снабжена плоской диафрагмой 13 с отверстиями 14, соосными с фотодиодами 6, а сам световод выполнен, например, с коническим отверстием, обращенным малым диаметром к осветителю 5, и с наружным конусом, поверхность которого параллельна поверхности конического отверстия (световод может быть выполнен и иначе, например, из стекловолокон или по-другому, что в данном случае принципиального значения не имеет). Помимо описанного, в корпусе 1 преобразователя размещены усилители-формирователи 15 выходных сигналов преобразователя, входы которых соединены с фотодиодами 6, а выходы - со штепсельным разъемом 16. (Питание фотодиодов производится через этот же разъем). Усилители-формирователи, однако, не являются непременными элементами преобразователя. Они могут находится вне преобразователя и образовывать отдельный блок, а могут и вообще отсутствовать (при соответствующем исполнении аппаратуры, воспринимающей выходной код преобразователя).
При использовании преобразователя через разъем 15 на фотодиоды 6 подается электропитание, и осветитель 5 включается. Свет от последнего через световод 10, через отверстия 14 в диафрагме 13 и через прозрачные участки кольца 7 кодовой шкалы 4 попадает на те или иные фотодиоды 6, засвечивая их. Комбинация засвеченных фотодиодов является кодовой комбинацией, соответствующей определенному положению вала 2 преобразователя. При вращении вала 2 комбинации засвечиваемых фотодиодов 6 меняются, и кодовые комбинации, формируемые преобразователем, также. При резкой остановке вращения вала из-за малого момента инерции шкалы 4 крутильные колебания шкалы на валу практически не возникают или возникают, но чрезвычайно малые. Расчеты показывают, что примерно раз в 10 меньше, чем в прототипе. Этим обеспечивается полезный эффект предлагаемого устройства, выражающийся в повышении надежности (безошибочности) считывания информации с кодовой шкалы преобразователя.