ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в фотоэлектрических преобразователях угла накапливающего типа для преобразования угла поворота в пропорциональное ему число электрических импульсов.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатель, фотоприемники и плату обработки, Преснухин Л.Н. "Фотоэлектрические преобразователи информации." М.: Машиностроение, 1974. Рис.150. С.301, Рис.148. С.289.
Известный преобразователь имеет большие радиальные габариты и массу, за счет радиального, последовательного расположения фотоприемников относительно его оси, что одновременно снижает его эксплуатационные возможности.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, держатели для излучателей, фотоприемников и индикаторного диска, плату обработки, стойки для крепления платы обработки, защитную крышку, элементы для электрического соединения излучателей, фотоприемников с платой обработки, RU №58822 U1, H03M 1/24, 27.11.2006.
Известный преобразователь обладает жесткой, пылевлагозащищенной конструкцией, а это усложняет его устройство и изготовление.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный диск, излучатель, N фотоприемников и плату обработки, RU №63624 U1, H03M 1/24, 27.05.2007.
В известном преобразователе отсутствует индикаторный диск с диафрагменными окнами перед фотоприемниками, что создает опасность излишней засветки в процессе поворота измерительного диска, а это снижает чувствительность и точность преобразователя.
Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений накапливающего типа, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный диск с растровой дорожкой и окном нулевого отсчета, индикаторный диск с окнами для инкрементного считывания и окнами, определяющими рабочую зону отсчета, излучатели, фотоприемники и плату обработки, RU №91769 U1, G02F 7/00, 27.02.2010.
В известном преобразователе окна для инкрементного считывания на индикаторном диске расположены вблизи друг друга и под малым углом друг к другу относительно оси вращения, что не позволяет компенсировать погрешности преобразователя из-за несоосной установки измерительного диска на оси вращения подшипников.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, устанавливаемый на объекте пользователя, содержащий корпус, направляющие цилиндры, размещенные в диаметрально противоположных отверстиях корпуса, кодируемый вал, индикаторный и измерительный диски с измерительной шкалой, излучатели и фотоприемники, образующие оптические информационные каналы, RU №2213414 C1, H01M 1/24, Н01М 1/28, 27.09.2003; RU №2213415 C1, H01M 1/24, H01M 1/28, 27.09.2003; RU №2263396 C1, H01M 1/28, H01M 1/24, 27.10.2005.
Известный преобразователь обладает высокой точностью, но сложен по конструкции и дорог в изготовлении.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, кодируемый вал с отверстием, установленный в шарикоподшипниках, измерительный диск, выполненный с двумя концентрическими дорожками, включающими растровую дорожку, и дорожку нулевой метки, на которой расположены непрозрачный растр с кодом нулевой метки и прозрачный растр, индикаторный диск, включающий две пары светопропускающих окон для инкрементного считывания с нанесенными внутри них растрами, согласованными с растровой дорожкой измерительного диска, и прозрачный растр с кодом нулевой метки, согласованный с дорожкой нулевой метки на измерительном диске и расположенный между светопропускающими окнами одной из пар светопропускающих окон для инкрементного считывания, излучатель и плату обработки с фотоприемниками для инкрементного считывания и для считывания нулевой метки, DE 19521252 A1, G08C 15/06, G08C 19/00, Н03М 1/22, 12.12.1996.
В этом преобразователе сигнал опорного канала формируется из сигналов с фотоприемников инкрементного считывания.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
Преобразователь ближайшего аналога имеет большие радиальные габариты, поскольку измерительный диск имеет растровую дорожку для инкрементного считывания информации с большой высотой, а светопропускающие окна для инкрементного считывания на индикаторном диске размещены на разных радиусах относительно оси преобразователя, что усложняет задачу формирования светового пучка для засветки разнесенных фотоприемников для инкрементного считывания, расположенных, на различных диаметрах. Это увеличивает радиальные габариты устройства и не позволяет компенсировать погрешности преобразователя из-за несоосной установки измерительного диска на оси вращения шарикоподшипников.
Дополнительно можно отметить сложность схемы обработки сигналов с фотоприемников для инкрементного считывания, расположенных за светопропускающими окнами для инкрементного считывания, которые одновременно с регистрацией сигналов инкрементного считывания должны выделять сигнал уровня интенсивности излучателя, который одновременно должен являться уровнем для выделения сигнала срабатывания нулевой метки.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей уменьшить радиальные габариты, упростить обработку сигналов и повысить точность преобразователя.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в расположении светопропускающих окон для инкрементного считывания информации одной пары на одном диаметре с светопропускающими окнами для инкрементного считывания другой пары, в диаметрально противоположном расположении их друг относительно друга и в расположении между светопропускающими окнами в каждой паре светопропускающих окон нулевой и опорной меток, которые размещены на одном диаметре, отличном от диаметра размещения светопропускающих окон для инкрементного считывания.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в снабжении преобразователя дополнительным излучателем, который установлен диаметрально противоположно излучателю.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в снабжении преобразователя дополнительным фотоприемником для опорного канала, расположенном за светопропускающим окном для опорного канала, установленном диаметрально противоположно фотоприемнику для считывания нулевой метки.
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, индикаторный диск, излучатель и плату обработки с фотоприемниками для инкрементного считывания и для считывания нулевой метки.
Измерительный диск выполнен с двумя концентрическими дорожками, включающими растровую дорожку и дорожку нулевой метки, на которой расположены непрозрачный растр с кодом нулевой метки и прозрачный растр.
Индикаторный диск включает две пары светопропускающих окон для инкрементного считывания с нанесенными внутри них растрами, согласованными с растровой дорожкой измерительного диска, и прозрачный растр с кодом нулевой метки, согласованный с дорожкой нулевой метки на измерительном диске и расположенный между светопропускающими окнами одной из пар светопропускающих окон для инкрементного считывания.
Светопропускающие окна для инкрементного считывания первой пары размещены диаметрально противоположно относительно светопропускающих окон для инкрементного считывания второй пары.
Между светопропускающими окнами для инкрементного считывания второй пары размещено светопропускающее окно для опорного канала, за которым на плате обработки размещен дополнительный фотоприемник для опорного канала, установленный диаметрально противоположно фотоприемнику для считывания нулевой метки.
В корпусе установлен дополнительный излучатель, размещенный диаметрально противоположно излучателю.
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 в разрезе;
на фиг.2 - разрез А-А фиг.1;
на фиг.3 - узел Г фиг.2;
на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.1;
на фиг.5 - узел Д фиг.4;
на фиг.6 - узел Е фиг.4;
на фиг.7 - разрез В-В фиг.1.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит:
Корпус - 1;
шарикоподшипники (в корпусе 1) - 2.
Кодируемый вал - 3;
внутреннее отверстие (в вале 3) - 4.
Излучатель (в корпусе 1) - 5.
Дополнительный излучатель (в корпусе 1) - 6.
Опорный канал - 7.
Измерительный диск (в корпусе 1) - 8.
Растровую дорожку (на диске 8) - 9;
светопропускающие окна (на дорожке 9) - 10.
Дорожку нулевой метки (на диске 8) - 11;
непрозрачный растр с кодом нулевой метки (на дорожке 11) - 12;
прозрачный растр (на дорожке 11) - 13.
Индикаторный диск (в корпусе 1) - 14.
Первую пару светопропускающих окон для инкрементного считывания (на диске 14) - 15;
светопропускающее окно с растром (пары 15) - 16;
светопропускающее окно с растром (пары 15) - 17.
Прозрачный растр с кодом нулевой метки (на диске 14) - 18.
Вторую пару светопропускающих окон для инкрементного считывания (на диске 14) - 19;
светопропускающее окно с растром (пары 19) - 20;
светопропускающее окно с растром (пары 19) - 21.
Светопропускающее окно для опорного канала (на диске 14) - 22.
Плату обработки (в корпусе 1) - 23;
фотоприемники для инкрементного считывания (на плате 23) - 24;
фотоприемники для инкрементного считывания (на плате 23) - 25;
фотоприемник для считывания нулевой метки (на плате 23) - 26;
дополнительный фотоприемник для опорного канала (7) (на плате 23) - 27.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, шарикоподшипники 2, кодируемый вал 3 с отверстием 4, установленный в шарикоподшипниках 2, измерительный диск 8, индикаторный диск 14, излучатель 5 и дополнительный излучатель 6, плату обработки 23 с фотоприемниками для инкрементного считывания 24 и 25, фотоприемником для считывания нулевой метки 26 и дополнительным фотоприемником для опорного канала 27.
Дополнительный излучатель 6 размещен диаметрально противоположно излучателю 5.
Измерительный диск 8 выполнен с двумя концентрическими дорожками, включающими растровую дорожку 9 со светопропускающими окнами 10 и дорожку нулевой метки 11, на которой расположены непрозрачный растр с кодом нулевой метки 12 и прозрачный растр 13.
Индикаторный диск 14 включает две пары светопропускающих окон для инкрементного считывания 15 и 19 с нанесенными внутри них растрами, согласованными с растровой дорожкой 9 измерительного диска 8, и прозрачный растр с кодом нулевой метки 18, согласованный с дорожкой нулевой метки 11 на измерительном диске 8 и расположенный между светопропускающими окнами для инкрементного считывания 16 и 17 (с растрами) первой пары 15.
Светопропускающие окна для инкрементного считывания 16 и 17 (с растрами) первой пары 15 размещены диаметрально противоположно относительно светопропускающих окон для инкрементного считывания 20 и 21 (с растрами) второй пары 19.
Между светопропускающими окнами для инкрементного считывания 20 и 21 (с растрами) второй пары 19 размещено светопропускающее окно для опорного канала 22, за которым на плате обработки 23 размещен дополнительный фотоприемник для опорного канала 27, установленный диаметрально противоположно фотоприемнику для считывания нулевой метки 26.
На плате обработки 23 фотоприемники для инкрементного считывания 24 и 25, фотоприемник для считывания нулевой метки 26 и дополнительный фотоприемник для опорного канала 27 установлены за светопропускающими окнами для инкрементного считывания 16 и 17 (с растрами) первой пары 15, светопропускающими окнами для инкрементного считывания 20 и 21 (с растрами) второй пары 19, прозрачным растром с кодом нулевой метки 18 и светопропускающим окном для опорного канала 22 индикаторного диска 14, соответственно.
Растры в светопропускающих окнах 16, 17, 20 и 21 для инкрементного считывания на индикаторном диске 14 имеют тот же шаг, что и регулярный растр (чередующиеся темные и светлые участки растровой дорожки 9) на измерительном диске 8.
В каждой паре 15 и 19 светопропускающих окон 16, 17, 20 и 21 для инкрементного считывания растровые штрихи (не показаны) сдвинуты друг относительно друга на половину шага растра, а взаимный пространственный сдвиг растров между парами 15 и 19 составляет четверть шага растров, что позволяет получить сигналы sinx; -cosx; -sinx; cosx, которые используются для формирования счетных импульсов в плате обработки 23.
При этом прозрачный растр с кодом нулевой метки 18 и светопропускающее окно для опорного канала 22 расположены между светопропускающими окнами 16 и 17 (с растрами) и светопропускающими окнами 20 и 21 (с растрами), соответственно.
Для связи с устройством индикации (не показано) служит кабель (показан условно).
Фотоэлектрический преобразователь угла работает следующим образом.
Вал пользователя устанавливают во внутреннее отверстие 4 кодируемого вала 3 преобразователя и закрепляют, например, посредством клеммного зажима (изображен условно).
Угловое перемещение кодируемого вала 3 от вала пользователя (не показан) приводит к повороту измерительного диска 8 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателя 5 и дополнительного излучателя 6, пройдя через измерительный 8 и индикаторный 14 диски, поступает на соответствующие фотоприемники 24, 25, 26, 27, которые передают соответствующие электрические сигналы на плату обработки 23.
Взаимный характер изменения сигналов, идущих с фотоприемников для инкрементного считывания 24 и 25 дает возможность определить направление измеряемого угла поворота измерительного диска 8, а число их периодов при повороте - величину угла поворота.
Характер изменения сигнала, идущего с фотоприемника для считывания нулевой метки 26 свидетельствует о числе оборотов кодируемого вала 3 с измерительным диском 8 и определяет начало отсчета угловых перемещений преобразователя.
Характер изменения электрического сигнала, идущего с дополнительного фотоприемника для опорного канала 27 свидетельствует о постоянстве или изменении опорного сигнала, который служит для обнаружения сигнала нулевой метки.
Сигнал нулевой метки срабатывает, когда непрозрачный растр с кодом нулевой метки 12 измерительного диска 8 перекрывает прозрачный растр с кодом нулевой метки 18 индикаторного диска 14. В этот момент напряжение на фотоприемнике для считывания нулевой метки 26 равно нулю.
На фотоприемнике для считывания нулевой метки 26 и на дополнительном фотоприемнике для опорного канала 27, при отсутствии их перекрытия непрозрачным растром с кодом нулевой метки 12, имеются постоянные уровни засветки. При этом нулевая метка выявляется схемой платы обработки 23 тогда, когда сигнал с фотоприемника для считывания нулевой метки 26 становится ниже уровня сигнала с дополнительного фотоприемника для опорного канала 27.
При прохождении непрозрачного растра с кодом нулевой метки 12 под светопропускающим окном для опорного канала 22 происходит снижение уровня сигнала с дополнительного фотоприемника для опорного канала 27, но по установленному алгоритму на плате обработке 23 это не приводит к нарушению обнаружения сигнала нулевой метки.
В предлагаемом преобразователе высота штрихов регулярного растра на измерительном диске 8, по меньшей мере, в два раза меньше, чем в прототипе из-за диаметрально противоположного размещения пар 15 и 19 светопропускающих окон для инкрементного считывания, что позволяет уменьшить радиальные габариты измерительного диска 8, упростить его изготовление и всего преобразователя в целом.
Размещение прозрачного растра с кодом нулевой метки 18 и светопропускающего окна для опорного канала 22 между соответствующими светопропускающими окнами для инкрементного считывания 16 и 17, 20 и 21 пар 15 и 19, соответственно, позволяет повысить плотность компоновки светопропускающих окон при их засветке, что позволяет уменьшить диаметр коллимированного потока излучения от излучателей 5 и 6, что уменьшает радиальные габариты преобразователя.
Это особенно важно для высокоточных преобразователей, которые должны эксплуатироваться в малогабаритной аппаратуре с изменяющимися параметрами окружающей среды (условия вакуумной техники).
Предложенное размещение светопропускающих окон 16 и 17, 20 и 21 для инкрементного считывания пар 15 и 19, соответственно, прозрачного растра с кодом нулевой метки 18 и светопропускающего окна для опорного канала 22, излучателя 5 и дополнительного излучателя 6 и фотоприемников для инкрементного считывания 24 и 25, фотоприемника для считывания нулевой метки 26 и дополнительного фотоприемника для опорного канала 27 позволяет снимать информацию об угловом перемещении измерительного диска 8 с диаметрально противоположно расположенных его участков.
Обработка информации об угловом перемещении производится в плате 23 путем вычитания соответствующих сигналов, идущих с одной пары светопропускающих окнах для инкрементного считывания 15 от сигналов с другой пары 19, что компенсирует несоосность установки измерительного диска 8 и бой шарикоподшипников 2 на оси вращения, а это повышает точность преобразователя.
Диаметрально противоположное размещение излучателей 5 и 6, фотоприемников для инкрементного считывания 24 и 25, фотоприемника для считывания нулевой метки 26 и дополнительного фотоприемника для опорного канала 27, прозрачного растра с кодом нулевой метки 18 и светопропускающего окна для опорного канала 22 обеспечивает симметричность конструкции в целом, а значит одинаковость изменения линейных размеров деталей при температурных воздействиях на конструкцию, что повышает точность преобразователя.
В предлагаемом преобразователе регистрация опорного сигнала производится дополнительным фотоприемником для опорного канала 27, что упрощает проведение электронной обработки платой 23 и не зависит от фотоприемников для инкрементного считывания 24 и 25, что повышает его надежность.
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».