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 требуется простая конструкция с малыми осевыми габаритами.
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 сложную конструкцию и 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.
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, расположенных на различных деталях преобразователя, снижает его надежность и одновременно усложняет конструкцию.
Кроме того, большие осевые габариты известного преобразователя снижают его эксплуатационные возможности и препятствуют использованию в аппаратуре с малыми осевыми размерам.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, RU №58822 U1, Н03М 1/24, 27.11.2006.
Известный преобразователь имеет большие осевые габариты и сложную конструкцию, но обладает жесткой конструкцией и выполнен пылевлагозащищенным.
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 расположена на фотоприемниках.
Известный преобразователь 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 известном преобразователе имеют радиальные размеры меньше диаметра измерительного диска, что снижает их нагрузочную способность и ухудшает эксплуатационные возможности преобразователя.
Измерительный диск в известном преобразователе размещен не в плоскости шарикоподшипников, а это приводит при работе к дополнительному биению измерительного диска из-за его консольного расположения относительно шарикоподшипников и снижению точности преобразователя.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, фланец, присоединенный к корпусу, снабженный цилиндрическим выступом, выполненным в плоскости шарикоподшипников и имеющим опорное основание, кодируемый вал с кольцевой проточкой, выполненный с цилиндрическим выступом с торцевой базовой поверхностью, расположенным в кольцевой проточке, измерительный диск, закрепленный на торцевой базовой поверхности цилиндрического выступа кодируемого вала, излучатель, фотоприемник и плату обработки, при этом шарикоподшипники размещены коаксиально измерительному диску, RU №164354 U1, G01B 7/30, 27.08.2016.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Преобразователь ближайшего аналога обладает высокими нагрузочными способностями и малыми осевыми габаритами.
Однако он обладает недостатками.
Измерительный диск (как и плата обработки) в ближайшем аналоге размещен внутри фланца (в его полости), что снижает его радиальные размеры и уменьшает возможность изготовления измерительного диска с большим числом делений (штрихов), а это уменьшает разрешающую способность преобразователя и его точность.
Кроме того, в преобразователе ближайшего аналога установлена плата обработки с излучателем и плата обработки с фотоприемником, а измерительный диск расположен на опорном основании фланца между платами обработки, что усложняет замену излучателя при ремонте устройства, снижает возможность регулировочных операций при сборке устройства и одновременно ухудшает ремонтопригодность и эксплуатационные возможности преобразователя.
Для обеспечения снятия фланца или доступа к излучателю в собранном преобразователе измерительный диск должен быть отсоединен от кодируемого вала, а после проведения необходимых операций требуется его повторная юстировка и скрепление с кодируемым валом, что увеличивает время на сборочные, ремонтные операции и приводит к удорожанию устройства.
Кроме того, кольцевая проточка в кодируемом вале в ближайшем аналоге выходит за пределы плоскости размещения шарикоподшипников, что увеличивает осевые размеры преобразователя.
Дополнительно следует заметить, что расположение базовой поверхности фланца и платы обработки с излучателем в кольцевой проточке вала усложняет размещение устройства в плоскости подшипников, увеличивая его осевой габарит, что снижает эксплуатационные возможности устройства.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей упростить конструкцию и проведение монтажных и регулировочных работ, повысить и расширить эксплуатационные возможности преобразователя.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в упрощении конструкции и регулировки зазора между измерительным диском и платой обработки и в повышении разрешения преобразователя за счет возможности увеличения диаметра измерительного диска в прежних радиальных габаритах устройства.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что, фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, шарикоподшипники, фланец, кодируемый вал, измерительный диск, излучатель, фотоприемник и плату обработки. Фланец присоединен к корпусу, снабжен цилиндрическим выступом. Цилиндрический выступ имеет опорное основание, выполненное в плоскости шарикоподшипников. Кодируемый вал с кольцевой проточкой выполнен с цилиндрическим выступом с торцевой базовой поверхностью, расположенным в кольцевой проточке. Измерительный диск закреплен на торцевой базовой поверхности цилиндрического выступа кодируемого вала. Шарикоподшипники размещены коаксиально измерительному диску.
Плата обработки с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля закреплена на базовой поверхности опорного основания цилиндрического выступа фланца, единый модуль имеет возможность взаимодействия с измерительным диском.
Измерительный диск расположен между торцевой базовой поверхностью цилиндрического выступа кодируемого вала и базовой поверхностью цилиндрического выступа фланца.
Измерительный диск и плата обработки с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля расположены в кольцевой проточке кодируемого вала, размещенной в плоскости шарикоподшипников.
При этом базовая поверхность опорного основания цилиндрического выступа фланца расположена противоположно относительно торцевой базовой поверхности цилиндрического выступа кодируемого вала.
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, разрез;
на фиг. 2 - плата обработки, изометрия.
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 (вала 3 на выступе 5) - 6.
измерительный диск - 7,
плата обработки - 8,
излучатель и фотоприемник в виде единого модуля (на плате 8) - 9,
фланец (присоединен к корпусу 1) - 10,
цилиндрический выступ (фланца 10) - 11,
опорное основание (выступа 11) - 12,
базовая поверхность (на основании 12) - 13,
полость (в выступе 11) - 14.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, шарикоподшипники 2, фланец 10, кодируемый вал 3, измерительный диск 7 и плату обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9.
Фланец 10 присоединен к корпусу 1, снабжен цилиндрическим выступом 11. Цилиндрический выступ 11 имеет опорное основание 12 с базовой поверхностью 13, выполненное в плоскости шарикоподшипников 2.
Кодируемый вал 3 с кольцевой проточкой 4 выполнен с цилиндрическим выступом 5 с торцевой базовой поверхностью 6.
Цилиндрический выступ 5 расположен в кольцевой проточке 4 кодируемого вала 3.
Измерительный диск 7 закреплен на торцевой базовой поверхности 6 цилиндрического выступа 5 кодируемого вала 3.
Шарикоподшипники 2 размещены коаксиально измерительному диску 7.
Плата обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9 закреплена на базовой поверхности 13 опорного основания 12 цилиндрического выступа 11 фланца 10, единый модуль 9 имеет возможность взаимодействия с измерительным диском 7.
Измерительный диск 7 расположен между торцевой базовой поверхностью 6 цилиндрического выступа 5 кодируемого вала 3 и базовой поверхностью 13 цилиндрического выступа 11 фланца 10.
Измерительный диск 7 и плата обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9 расположены в кольцевой проточке 4 кодируемого вала 3, размещенной в плоскости шарикоподшипников 2.
При этом базовая поверхность 13 опорного основания 12 цилиндрического выступа 11 фланца 10 расположена противоположно относительно торцевой базовой поверхности 6 цилиндрического выступа 5 кодируемого вала 3.
В качестве единого модуля 9 может быть использован интегральный модуль iC-PR http://ichaus.de/product/iC-PR%20Series включающий многоэлементный (матричный) фотоприемник и излучатель.
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 единого модуля 9, отразившись от измерительного диска 7, поступает на фотоприемник единого модуля 9, и далее на плату обработки 8.
Таким образом, каждому углу поворота кодируемого вала 3 с измерительным диском 7 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемника единого модуля 9, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя в плате обработки 8, являющихся выражением данного угла поворота.
Далее на плате обработки 8 сигналы от фотоприемника единого блока 9 обрабатываются по специальному алгоритму и передаются в устройство регистрации (не показано) по кабелю связи (показан условно).
Полость 14, выполненная в цилиндрическом выступе 11 фланца 10, может быть использована для размещения кабеля связи.
Закрепление платы обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9 на базовой поверхности 13 опорного основания 12 цилиндрического выступа 11 фланца 10 упрощает конструкцию преобразователя за счет уменьшения числа деталей.
Расположение платы обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9 с возможностью взаимодействия с измерительным диском 7 повышает и расширяет эксплуатационные возможности преобразователя за счет уменьшения осевых габаритов.
Расположение измерительного диска 7 между торцевой базовой поверхностью 6 цилиндрического выступа 5 кодируемого вала 3 и базовой поверхностью 13 цилиндрического выступа 11 фланца 10 корпуса 1 позволяет увеличить радиальные размеры измерительного диска 7 и тем самым увеличить число штрихов на измерительном диске 7, а также диаметр самой платы обработки 8, способствуя увеличению разрешения преобразователя и его точности при тех же габаритах преобразователя, это также упрощает проведение регулировочных работ и повышает эксплуатационные возможности.
Размещение в плоскости шарикоподшипников 2 измерительного диска 7 и платы обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9, расположенные в кольцевой проточке 4 кодируемого вала 3 уменьшает осевые габариты преобразователя, поскольку кодируемый вал 3 с измерительным диском 7 и платой обработки 8 не выходят по осевым размерам из плоскости шарикоподшипников 2, что расширяет возможности использования фотоэлектрического преобразователя в малогабаритной аппаратуре.
Расположение базовой поверхности 13 опорного основания 12 цилиндрического выступа 11 фланца 10 противоположно относительно торцевой базовой поверхности 6 цилиндрического выступа 5 кодируемого вала 3 обеспечивает размещение платы обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9 на базовой поверхности 13 опорного основания 12 цилиндрического выступа 11 фланца 10, обеспечивая оперативный доступ как к плате обработки 8 с излучателем и фотоприемником в виде единого модуля 9, так и к измерительному диску 7 при съеме фланца 10 с корпуса 1, что упрощает, как процесс сборки - разборки преобразователя, так и проведение ремонтных операций, проведение монтажных работ и расширяет эксплуатационные возможности устройства.
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».