Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 [ 147 ] 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166



Рис. 11.14. Схематическое устройство преобразователей перемещение - код, основанных иа

методах сопоставления и уравновешивания: а - квантующий; б - кодирующий; в - следящего уравновсшнвания; г - развертывающего

уравновешивания.

интерференционном оптоэлектрическом квантующем преобразователе число интерференционных полос прямо пропорционально перемещению lx".

N = 2К1х/К

где X - длина световой волны; К - коэффициент преломления среды между пластинами.

Погрешность измерения перемещения при помощи оптоэлектрического интерференционного преобразователя составляет 0,5 мк. В Высшей технической школе г. Ильменау (ГДР) д-ррм Г. Эгером разработаны оптоэлектронные кодирующие преобразователи сопоставления для измерения массы и других величин, преобразованных предварительно в перемещение или в коэффициент преломления среды;

8) в оптоэлектронных, основанных на использовании электронных ячеек с зарядовой связью (рис. 11.13, л), в которых положение светового луча по отношению к линейке ячеек (длина ячеек 0,02 мм) преобразуется в единичный импульс напряжения с увеличенной амплитудой, номер которого соответствует номеру ячейки, освещенной переместившимся лучом.

На основе новых твердотельных оптических преобразователей перемещения в единичный числоимпульсный код на базе приборов с зарядовой связью (ПЗС) разработаны новые оптические измерители размеров, отличающиеся рядом эксплуатационных преимуществ и высокой надежностью. ПЗС отличаются малыми габаритными размерами, низкими питающими напряжениями, практически неограниченным сроком службы, высокой точностью. Линейные ПЗС преобразуют перемещение в диапазоне 0...10 мм в 500, 1000 или 2000 импульсов. Разработаны оптические измерители размеров в диапазоне =!: 5 мм с погрешностью 5 мкм.

Основные физические принципы квантования перемещений используются не только в однодорожечных квантующих преобразователях с выходным число-импульсным кодом, но и в кодирующих многодорожечных, т. е. в многоразрядных кодирующих преобразователях, с выходным цифровым кодом (рис. 11.14).

Основные методы автоматического измерения и типы кодирующих преобразователей угловых и линейных перемещений

Пространственные кодирующие преобразователи длина - код и угол - Код (как и все цифровые измерительные устройства) основаны на двух методах измерения: сопоставления и уравновешивания.



Угловые и линейные перемещения а н 1 могут быть измерены: 1) методом сопоставления с заранее изготовленной многоканальной и многозначной мерой, например, линейкой с делениями; 2) методом уравновешивания, при котором либо измеряемые или 1 изменяются от О до данного размера, либо соответственно изменяются выходные величины меры или 1.

Преобразователи длина - код, основанные на методе сопоставления, называются преобразователями считывания н в зависимости от выходного кода подразделяются иа квантующие однодорожечные с многоканальным единичным кодом N и кодирующие с цифровым кодом на выходе, например, двоичным /V(2)- На рис. 11.14, а показан принцип действия квантующих и кодирующих преобразователей (рис. 11.14,6), основанных на методе сопоставления, и преобразователей сяедящего и развертывающего (рис. 11.14, б, е) типов, основанных на методе уравновешивания.

Пространственные преобразователи, основанные на методе сопоставления, как квантующие, так н кодирующие обеспечивают минимальное время измерения. Квантующие преобразователи с выходным кодом N целесообразны прн относительно небольшом числе ступеней квантования (до 100), из-за трудностей реализации большего числа каналов. Наиболее распространены кодирующие преобразователи сопоставления, так как иа выходе их получают более удобный цифровой код. Однако в них необходимо применить не одну многоканальную нерегулируемую меру, а набор мер - по числу разрядов выходного цифрового кода (рис. 11.14,6).

Пространственные преобразователи, основанные на методе уравновешивания, отличаются конечным временем измерения с непременным изменением прн этом или 1у от О до данных значений, либо изменением ао или /q. Пространственные преобразователи называются также преобразователями последовательного счета, так как часто выполняются одиодорожечными, т. е. квантующими, выдающими на выходе одноканальный единичный числоимпульсный код \ Эти преобразователи разделяются в зависимости от режима работы во времени на следящие, называемые накапливающими, и развертывающие, называемые циклическими (рнс. 11.14, е, г). В следящих преобразователях используют счетчик импульсов и устройство для определения направления изменения угла а, которое переключает входы реверсивного счетчика; недостатком их является накопление погрешности от сбоев. В развертывающих преобразователях преобразование а -yv реализуется циклически, так как результат измерения выдается заново за каждый цикл; погрешность от накапливания сбоев отсутствует.

Преобразователи угол - код наиболее широко распространены н бывают контактными, фотоэлектрическими, индукционными и электронно-лучевыми.

В контактных преобразователях угол - код цилиндрическая поверхность барабанов или поверхность кодирующих дисков кодируется чередованием металлических контактов и непроводящих участков, по которым перемещается контактная щетка. Последняя расположена вдоль образующей барабана или по радиусу диска. Устройство таких преобразователей аналогично устройству преобразователя линейное перемещение - код. Диаметр двоичного кодирующего барабана или диска D определяется шириной контакта b н числом разрядов Двоичного кода т:

О = Ь (г" - 1)/я.

Контактные преобразователи барабанного или дискового типа, преобразующие один полный оборот, выполняются обычно на семь двоичных разрядов. Если входной преобразуемый угол составляет несколько единиц или десятков полных оборотов, то применяют последовательное соединение двух дисковых или барабанных преобразователей угол - код через редуктор.

Фотоэлектрические преобразователи угол - код выполняются обычно с подвижным кодирующим диском. В подвижном кодирующем диске просвечивающиеся участки размещены по зонам аналогично расположению контактов в контактных преобразователях. Если прозрачный участок в диске находится напротив фотосопротнвления данной зоны, то луч света через щель попадает на фотосопротивленне н изменяет его. Изменение фотосопротивления преобра-



зуется в электрический импульс по данному каналу. Такие преобразователи на один полный оборот имеют до 20 двоичных разрядов, при погрешности квантования 10"*.

Для создания кодирующих преобразователей угла с числом двоичных разрядов более 12... 13 и при относительно малых габаритах (диаметром до 100 мм) изготовление кодирующих дисков затруднено: снижается и надежность преобразователей. Поэтому высокоточные преобразователи угла на 17...20 двоичных разрядов выполняют состоящими из звена «грубого отсчета» старших разрядов на основе кодирующего диска на 10...12 двоичных разрядов, одного или двух звеньев («среднего») отсчета и одного звена «точного отсчета», для нескольких самых младших разрядов. В этих дополнительных звеньях выполняется так называемая интерполяция, т. е. измерение доли младшей ступени квантования первого кодирующего диска.

Одним из основных методов интерполяции перемещений является метод нониуса (см. п. 1.3). Этот метод реализуется, например, в растровых оптических редукторах.

Растровый оптический редуктор в простейшем случае представляет собой два соосных прозрачных диска - подвижный и неподвижный, с нанесенными радиально растрами - чередованием одинаковых прозрачных и непрозрачных участков - штрихов. Через совпадающие прозрачные участки растров проходят узкие полоски света, которые на экране группируются в чередующиеся темные и светлые комбинационные полосы. При повороте одного из растровых дисков на угол а комбинационные полосы поворачиваются на угол Р, который значительно больше угла а. Таким образом, получается оптический редуктор, коэффициент передачи которого

i = р/а = q,lq -q =--L = MJN - N, (11.16)

где 9i и N-i - ширина штриха и их число у первого растрового диска; q и Ла- ширина штриха и их число у второго растрового диска.

Такие растровые интерполяторы называются нониусными [18, 31]. Действительно, коэффициент их редукции равен коэффициенту увеличения чувствительности нониусного метода измерения, реализуемого при помощи двух мер со ступенями квантования, соответственно равными q и q.

Фоторастровые цифровые измерители перемещений имеют две оптических линейки - измерительную и индикаторную - с параллельными штрихами (растрами). Ступень растра - расстояние между штрихами в растровых измерителях - обычно находится в пределах 10...40 мкм. Для повышения разрешающей способности в раз применяют интерполяцию преобразованием доли ступени растра Дк/? в относительное число нуль переходов электрических сигналов щ1п, сдвинутых по фазе на фс= 360/п. Для этой цели при п = 4 на индикаторной линейке изготавливают не один, а два ряда штрихов, сдвинутых взаимно на четверть ступени. Через обе оптические линейки от фотодиода проходят два луча света и попадают на два фототранзистора. При перемещении измерительной линейки по отношению к индикаторной на фототранзисторах возникают два электрических сигнала, сдвинутых по фазе на 90°. Эти два квадратурных сигнала в течение одного периода имеют четыре нуль-перехода. В моменты нуль-переходов в формирователях генерируются импульсы, которые поступают иа счетчик импульсов. Таким образом достигается увеличение разрешающей способности в четыре раза, а по порядку чередования импульсов определяется знак направления движения измерительной линейки. Применяют также фазорасщепительные устройства, в которых разрешающая способность увеличивается в 8 и в 32 раза.

В Ленинградском инструментальном производственном объединении (ЛИПО) разработаны фоторастровые устройства со ступенью растра в 4 мкм, в которых при простейшей интерполяции достигается разрешающая способность в 1 мкм. Для повышения надежности эти растровые устройства сделаны беззазорными. В контакт плоскостей растровых линеек введен слой иммерсионной кремнеорганическои полиметилсилоксановой жидкости. Растровый преобразователь ЛИПО модели 19000 имеет диапазон измерения О...10 мм. погрешность 2 мкм, габаритные размеры 65 X 35 X 125, массу 0,3 кг.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 [ 147 ] 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166