ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ШТОКА ПНЕВМОЦИЛИНДРА В ЦИФРОВОЙ КОД
CONVERTER OF PNEUMATIC CYLINDER ROD LINEAR DISPLACEMENT IN DIGITAL CODE

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля положения механизмов, в частности контроля положения штока пневмоцилиндра, и может найти применение в системах автоматического цифрового управление станками, манипуляторами, транспортными системами и другими устройствами, где необходима цифровая обратная связь по положению штока гидро- или пневмоцилиндров.
Известны преобразователи линейных перемещений в аналоговый или цифровой сигнал, принцип работы которого основан на изменении индуктивности, емкости, омического сопротивления, фазы и т.д. (Например, патент РФ №2268237 «Домкрат передвижки забойного конвейера с бесконтактным преобразователем перемещения». Опубл. 20.01.2006, Бюл.2).
Такие преобразователи применимы для измерения перемещения штока пневмоцилиндра, но имеет ряд недостатков: сложность конструкции датчика или сложность смены преобразования, или невысокая точность, или необходимость дополнительных преобразований. Наиболее близкими к заявленному по технической сущности являются аналого-цифровые преобразователи перемещения в код, содержащие прозрачную рейку с кодовой маской, связанную с контролируемым узлом механизма, осветитель, фотоприемники, размещенные друг против друга и имеющие защитный корпус преобразователя (Б.В.Анисимов и др. Преобразователи информации для ЭВМ. М., 1968, с.64-66).
Наличие в известных преобразователях рейки с кодовой маской и защитного корпуса преобразователя усложняет их конструкцию и снижает надежность. Габариты и вес их возрастают, что является недостатком таких преобразователей.
Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности преобразователя путем исключения рейки с кодовой маской и защитного корпуса для аналого-цифрового преобразователя.
Поставленная задача достигается за счет того, что на поверхности штока пневмоцилиндра выполнены светоотражающие и светопоглощающие участки в виде кодовой маски, а осветители и фотоприемники размещены против этой маски под равными углами в торце пневмоцилиндра, сопрягаемого со штоком.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображено устройство для контроля положения штока пневмоцилиндра; на фиг.2 - сечение фиг.1 по А-А, на фиг.3 - сечение по А-А для нескольких датчиков.
Преобразователь содержит цилиндр 1, внутри которого смонтирован поршень 2, закрепленный на штоке 3, снабженном защитным кожухом 4, смонтированным на фланце 5, к которому закреплен торец штока 3. Шток 3 установлен в уплотняющей стенке 6 цилиндра 1, на которой смонтирована разъемная шайба 7, охватывающая шток 3 и разъединяемая на две части по линии Б-Б (см. фиг.2). На наружной боковой поверхности штока 3 выполнена система светоотражающих 8 и светопоглощающих 9 участков, размеры и расположение которых соответствуют кодовой маске преобразования "перемещение-код". В шайбе 7 смонтированы осветители 10 и фотоприемники 11, линии подачи и приема света которых размещены под равными углами α и β относительно рабочих осей 12, проходящих через плоскость А-А и ось штока 3. Каждый из осветителей 10 размещен между парой фотоприемников 11. Каждая колонка участков 8 и 9 (разряд преобразователя) размещена против рабочей оси соответствующих осветителей 10 и фотоприемников 11. В качестве осветителей могут применяться миниатюрные лампочки типа СМН-9, а в качестве фотоприемников - фотодиоды типа ФД-3А или фототранзисторы ФТ, которые работают на микросхемы-усилители. Количество осветителей и фотоприемников в устройстве определяется необходимой точностью контроля, например 6 фотоприемников позволяют контролировать 64 положения штока. Каждому положению штока 3 (в пределах точности кодовой маски) соответствует определенный двоичный код сигналов, снимаемых с фотоприемников 11.
При освещении осветителем 10 светоотражающего участка 8 соответствующий ему фотоприемник 11 выдает сигнал засветки, уровень которого изменяется на пороговую величину при переходе к засветке светопоглощающего участка 9. Предлагаемое устройство является встроенным в пневмоцилиндр преобразователем перемещения в код. Поскольку боковая наружная поверхность штока пневмоцилиндра имеет гладкую блестящую поверхность - выполнение кодовой маски сводится к нанесению светопоглощающих участков, которые могут быть выполнены известными термохимическими методами, например шелкографией.
Из достоинств предлагаемого устройства можно выделить следующие.
1. Предлагаемое устройство проще известной системы "гидроцилиндр + преобразователь перемещения в код", так как в нем отсутствует специальная рейка с кодовой маской, элементы ее кинематической связи с пневмоцилиндром и защитным кожухом преобразователя перемещения в цифровой код, это повышает надежность и уменьшает габариты устройства, что особенно важно в механизмах со стесненными устройствами работы последних.
2. Конструкция преобразователя линейных перемещений штока пневноцилиндра в цифровой код проще в изготовлении, так как совмещение «корпуса измерителя» и «корпуса исполнительного цилиндра» упрощает изготовление устройства, что особенно важно при массовом контроле положения десятков и даже сотен цилиндров, например, в системах ГАП.
Заявляемое устройство апробировано на цилиндре горизонтальных перемещений манипулятора "ПР-4-2". Преобразователь позволил измерить скорость перемещений штока в различных режимах работы. Надежность преобразователя высокая, простота конструкции очевидна.