Фотоелектричний імпульсний перетворювач кутових переміщень

1 Фотоелектричний імпульсний перетворювач кутових переміщень, який містить корпус із основою, вал, розташований в корпусі та встановлений на опорах, одну з яких змонтовано в основі, радіальну растрову вимірювальну ланку з вимірювального растрового диска, жорстко зв'язаного з валом, індикаторного растра, встановленого проти вимірювального растрового диска з проміжком, випромінювачів та фотоприймачів, кришку на торці корпусу, друковану плату з електронними елементами перетворення сигналу та електричний роз'єднувач, який відрізняється тим, що корпус виконаний порожнистим, другу опору вала змонтовано в кришці, вимірювальний растровий диск та друкована плата з електронними елементами перетворення сигналу розташовані в порожнині корпусу між опорами вала, а індикаторний растр та випромінювачі з'єднані з друкованою платою, при цьому він має засоби для регулювання проміжку між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском і розташовану в порожнині корпусу та з'єднану з основою головку, в яку встановлені фотоприймачі 2 Перетворювач за п 1, який відрізняється тим, що засоби для регулювання проміжку між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском виконані у вигляді кількох пар гвинтів, утворюючих з корпусом нарізне з'єднання та маючих КОНІЧНІ КІНЦІ, кожна пара яких взаємодіє з боковими поверхнями друкованої плати 3 Перетворювач за п 1, який відрізняється тим, що на ЗОВНІШНІЙ поверхні корпусу виконано плоску поверхню з наскрізним радіальним отвором, в який виходить проріз, виконаний в торці корпусу, а електричний роз'єднувач входить до отвору та закріплений на плоскій поверхні корпусу Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки та автоматики і може бути використана в різних пристроях контролювання та автоматики для перетворення кутового переміщення в електричний сигнал, наприклад, під час автоматичного контролю та вимірюванні координатних кутових переміщень робочих органів верстатів та інших механізмів Відомий фотоелектричний імпульсний перетворювач за А С СРСР № 561211, МПК2 G08C9/06, G01B19/00, 05 06 1977, який містить корпус, встановлені до нього втулки з фотоприймачами та випромінювачами, растровий диск, розташований між ними, діафрагму, яку жорстко закріплено на рухливу втулку Для підвищення надійності його праці, зменшення КІЛЬКОСТІ налагоджувань та регулювань в нерухливу втулку встановлено додатковий фотоприймач, растровому диску доданий отвір, а з іншого боку растрового диску на корпусі закріплений відбивач в зоні дії додаткового фотоприймача Растровий диск входить до комплекту датчика та під час проведення вимірювань його встановлюють на вал контрольованого об'єкта та прорізаною частиною входить в паз корпусу Цей датчик уявляє собою по суті голівку перетворювача, потребує організації в дослідному об'єкті спеціальних вузлів для встановлення, має обмежену галузь використання Крім того, відсутність індикаторного растра негативно впливає на точність вимірювання СО о со 1303 Відомий також пристрій для вимірювання кутових переміщень об'єктів за А С СРСР № 466381, МПК G01B19/00, 05 041975, який містить рухливий та нерухливий растрові диски, джерело світла, розташоване з одного боку дисків, фотоелементи для двобокового вимірювання кутових переміщень, встановлені з іншого боку дисків, блок репстрування, оптичну систему Цим винаходом розв'язана задача виключення неоднозначності початку відліку під час реверсивного обертання контрольованого об'єкту завдяки удосконаленню елементів растрової вимірювальної ланки Наявність оптичних елементів ускладнює конструкцію, а відсутність спеціальних засобів регулювання елементів растрового спряження знижує точність вимірювання Відомий фотоелектричний перетворювач кутових переміщень за А С СРСР № 915090, МПК3 G08C9/06, G02B7/00, 23 03 1982, який містить корпус, растрову вимірювальну ланку з нерухливого растра, рухливого растра, встановленого на обертовий передаточний вузол, блоків випромінювачів та фотоприймачів, проміж якими розташовані нерухливий та рухливий растри Для підвищення надійності роботи перетворювача шляхом забезпечення необхідного повітряного проміжку між растрами на фланець корпусу прикріплено планшайбу, на яку закріплені блок випромінювання і опора, з встановленими на неї нерухливим растром та блоком фотоприймачів Конструкція перетворювачі дозволяє забезпечити тільки ПОСТІЙНІЙ гарантований проміжок між рухливим та нерухливим растрами Це може бути досягнено прецизійним обробленням базових поверхонь планшайби, кільця та оправи, які фіксують рухливий растр, що ускладнює технологію виготовлення, потребує високоточного збирання, а також удорожчує виробництво Крім того, конструкція не дозволяє здійснювати регулювання цього проміжку, що знижує надійність Відомий перетворювач кута оберту вала в електричні сигнали за А С СРСР № 943793, МПК3 G08C9/00, 15 07 1982, який містить індикаторний диск, жорстко закріплений в корпусі перетворювача, вимірювальний диск та фланець, які жорстко закріплені на валу, встановленому в корпусі на підшипниках, закріплених першою гайкою, з'єднаною різьбою з валом Згідно з винаходом для спрощення регулювання повітряного проміжку між вимірювальним та індикаторним дисками використано цанговий механізм, який взаємодіє з гайкою, що має внутрішню та зовнішню різьби різного кроку Різниця кроків цих різьб і визначає величину переміщення підшипникового вузла з валом, на якому закріплений вимірювальний диск, відносно корпусу, на якому закріплений індикаторний диск Основним недоліком цього перетворювача є його складність, великі габарити Крім того, консольне розташування вимірювального диску на валу негативно впливає на точність вимірювання Відомий фотоелектричний імпульсний перетворювач кутових переміщень моделі ВЕ-178А5, заводський номер ображчика 22481, випуск- 1988 р, паспорт ВЕ178А5 00 001ПС, ТУ2-024-5805-84 Оршанського інструментального заводу Вказаний перетворювач містить корпус, вал, розташований в корпусі та встановлений на опори котіння, радіальну растрову вимірювальну ланку, яка складається з вимірювального растрового диску, жорстко зв'язаного з валом, індикаторного растра, встановленого навпроти вимірювального диску із проміжком, голівки випромінювачів, встановленої перед індикаторним растром, та голівки фотоприймачів .розташованої поза вимірювальним растровим диском Він МІСТИТЬ також друковану плату, електричний роз'єднувач Корпус перетворювача має складну форму і виконаний з двох частин - циліндричної та прямокутної, яка закінчується диском для базування або приєднання до корпусу вимірюваного об'єкту В цій частині корпусу встановлено дві опори котіння, в яких змонтовано вал Частину циліндра корпусу зфрезеровано і в ній створений сегментний профіль, в який виходить растровий диск, консольне встановлений на важ Голівку з випромінювачами встановлено в ложе Побразного корпусу із лапами, одну з яких з'єднано з прямокутною частиною корпусу, а другу змонтовано на осі, жорстко зв'язаній з корпусом, В ложе голівка фіксується скобою, зв'язаною з П-образним корпусом В торці голівки перед випромінювачами зроблено паз, до якого встановлено індикаторний растр Голівку з фотоприймачами змонтовано на торці корпусу, там також закріплені осі, на яких поза голівкою з фотоприймачами встановлено друковану плату з електронними елементами перетворення сигнала Проводи від друкованої плати огинають зовнішню поверхню корпусу та під'єднані до електричного роз'єднувача, який гвинтами з'єднаний з тильним боком диску Роз'єднувач має ножки для базування на опуклій ДІЛЯНЦІ циліндричного кожуху, який закриває корпус Основними недоліками цього перетворювача є складність конструкції, виготовлення, збирання та регулювання проміжку між вимірювальним та індикаторним растрами, внаслідок чого висока собівартість Це викликано складною формою корпусу, виготовлення якого потребує значного об'єму токарних, фрезерних, розточувальних, шліфувальних та інших робіт Складна конструкція пристрою для закріплення голівки з випромінювачами, на яку встановлено індикаторний растр, викликає складність здійснення регулювання проміжка між растрами ланки Консольне розташування валу з растровим диском сприяє зменшенню точності вимірювання та ДОВГОВІЧНОСТІ роботи перетворювача Аналогічні конструктивні схеми мають фотоелектричний перетворювач моделі TGR10, паспорт і заводський номер 85120636,виготовлений фірмою "Іскра" Словенія 19 12 1985 фотоелектричні перетворювачи, які описані в каталозі "Круговые и угловые преобразователи", фірма "Hadenhain" ("Хайденхайн"), Німеччина, № 2/90г с 11, проспекті фірми "Hadenhain" "Ряд ROD 400 инкрементальный стандартный круговой датчик", Німеччина, № 11/85г с 16 Ці перетворювачи мають корпус складної форми із внутрішнім фланцем, в котрий встановлені опори вала, на якому жорстко закріплений вимірювальний растровий диск Корпус має прилив, в який встановлений випромінювач із конденсорною лінзою, а до його торця під'єднаний індикаторний растр, що утворює проміжок з вимірювальним растровим диском, 1303 який сумісно з друкованою платою з електронними елементами перетворення сигналу розташовані в спеціальному захисному кожусі Це ускладнює пристрій, призводить до збільшення його маси й габаритів, зниження надійності Проміжок між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском не регулюється, він забезпечений за рахунок точного виготовлення деталей та під час збирання Таким чином, цим перетворювачам притаманні недоліки, які характерні для вищенаведеного аналогу Найближчим аналогом є фотоелектричний імпульсний перетворювач кутових переміщень, який описано в книзі "Фотоэлектрические преобразователи информации" під редакцією Л Н Преснухина М Машиностроение, 1974 - с 301 Вказаний перетворювач містить корпус із основою, вал, розташований в корпусі та встановлений на опорах, одну з яких змонтовано в основі, радіальну растрову вимірювальну ланку з вимірювального растрового диску, жорстко пов'язаного з валом, індикаторного растра, встановленого проти вимірювального растрового диску з проміжком, випромінювачів та фотоприймачів, кришку на торці корпусу, друковану плату з електронними елементами перетворення сигнала та електричний роз'єднувач Корпус перетворювача має внутрішній циліндр, в якому змонтовано другу опору вала, який виходить за основу корпусу На цьому КІНЦІ вала консольне закріплений вимірювальний растровий диск перед індикаторним растром, встановленим на тильному боці основи корпусу, в яку встановлені фотоприймачі Власною основою корпус входить до другого корпусу, з'єданного з першим Другий корпус має фланець із закріпленими в ньому випромінювачами 3 фланцем пов'язана вісь, на яку закріплено друковану плату з електронними елементами перетворення сигналу До другого корпусу прикріплений фланець з встановленим на ньому електричним роз'єднувачем З фланцем з'єднаний кожух перетворювача Таким чином, усі основні вузли та елементи перетворювача розміщені в кількох корпусах та фланцях, розташованих уздовж поздовжньої осі перетворювача Основними недоліками найближчого аналога є складність конструкції, виготовлення та збирання, що викликає високу його собівартість Крім того, конструкція найближчого аналога не передбачає можливості здійснювати регулювання проміжку між вимірювальним та індикаторним растрами під час настроювання та користування У зв'язку з тим не уявляється можливим усунути накопичувану помилку під час виготовлення та збирання усіх спряжених деталей перетворювача, які утворюють розмірний ланцюг корпус, опори вала, вал, растрова ланка Це призводить до втрати точності вимірювання, ненадійної роботи перетворювача Консольне розташування вимірювального растрового диску також негативно впливає на точність вимірювання, а розташування усіх елементів за межами корпусу збільшує габарити, викликає необхідність введення до конструкції низки деталей, збільшуючих масу та трудомісткість виготовлення В основу корисної моделі поставлено задачу створити фотоелектричний імпульсний перетво рювач кутових переміщень, який завдяки новій формі виконання корпусу, взаємному розташуванню його елементів та зв'язкам між ними, введенню засобів регулювання, дозволить спростити конструкцію, виготовлення та збирання, зменшити масу, габарити та собівартість, а також підвищити точність, надійність та довговічность Встановлена задача вирішується тим, що в фотоелектричному імпульсному перетворювачі кутових переміщень, який містить корпус із основою, вал, розташований в корпусі та встановлений на опорах, одну з яких змонтовано в основі, радіальну растрову вимірювальну ланку з вимірювального растрового диску, жорстко пов'язаного з валом, індикаторного растра, встановленого проти вимірювального растрового диску з проміжком, випромінювачів та фотоприймачів, кришку на торці корпусу, друковану плату з електронними елементами перетворення сигнала та електричний роз'єднувач, корпус виконаний порожнистим, другу опору валу змонтовано в кришці, вимірювальний растровий диск та друкована плата з електронними елементами перетворення сигналу розташовані в порожнині корпусу між опорами валу, а індикаторний растр та випромінювачі з'єднані з друкованою платою, при цьому він має засоби для регулювання проміжку між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском і розташовану в порожнині корпусу та з'єднану з основою голівку, в яку встановлені фотоприймачі При цьому засоби для регулювання проміжку між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском виконані у вигляді кількох пар гвинтів, утворюючих з корпусом різьбове з'єднання та маючих КОНІЧНІ КІНЦІ, кожна пара яких взаємодіє з боковими поверхнями друкованої плати Крім того, на ЗОВНІШНІЙ поверхні корпусу виконано плоску поверхню з наскрізним радіальним отвором, в який виходить проріз, виконаний в торці корпусу, а електричний роз'єднувач входить до отвору та закріплений на плоскій поверхні корпусу Суть корисної моделі полягає в тому, що на відміну від найближчого аналога, в якому усі елементи змонтовано поза межами корпусу, завдяки виконанню корпусу порожнистим у вигляді чаші, встановленню до нього всіх елементів, досягнено різьке скорочення габаритів перетворювача та спрощення його конструкції, технології виготовлення та збирання, в т ч за рахунок виключення низки деталей, які має найближчий аналог Досягненню нового технічного результату сприяє виконання друкованою платою нової функції - носія індикаторного растра і випромінювачів, та и взаємодія з засобами для регулювання повітряного проміжку між індикаторним растром та вимірювальним растровим диском Уведення засобів регулювання дозволяє одержані сильніший сигнал за мінімального проміжку незалежно від точності виготовлення деталей розмірного ланцюга корпус, опори вала, вал, вимірювальний растровий диск Завдяки цьому деталі перетворювача, на відміну від найближчого аналога, виготовляються без використання дорогокоштовного шліфувального обладнання Встановлення голівки з фотоприймачами усередині корпусу дозволило також спростити збирання, зменшити габарити Розвиток суттєвих ознак дозволив поси 1303 лити технічний результат в частині спрощення збирання, монтування, зменшення габаритів шляхом виконання на торці корпусу наскрізного прорізу, який виходить в радіальний отвір Це дозволяє ввести проводи до корпусу в зібраному (зпаяному) вигляді та встановити електричний роз'єдувач на корпусі Нова форма виконання засобів для регулювання проміжку між растровими елементами характеризується простотою конструкції, використання та надійністю Таким чином, сукупність суттєвих ознак дозволила спростити конструкцію перетворювача, його виготовлення, збирання, забезпечити регулювання, знизити собівартість, підвищити надійність та ДОВГОВІЧНІСТЬ, зменшити габарити та масу Корисну модель ілюструє графічний матеріал, де на фіг 1 зображено конструктивну схему одного з варіантів виконання перетворювача, на фіг 2 розріз за А-А на фіг1, на фіг 3 - розріз за Б-Б на фіг 1, на фіг 4 -вигляд за стрілкою В на фіг 2 Фотоелектричний імпульсний перетворювач кутових переміщень містить порожнистий корпус 1 з основою 2 Корпус 1 виконаний, наприклад, у вигляді циліндру, з прутка або з труби, а його матеріалом служить сталь, алюміній чи інший матеріал Торець корпусу 1 закритий кришкою 3, яка з'єднана з ним гвинтами 4 В основі 2 та кришці З змонтовано опори 5, наприклад, підшипники котіння, в які встановлено вал 6 з вихідним кінцем 7 для з'єднання з валом, що вимірюють (не показано) Перетворювач містить радіальну растрову вимірювальну ланку, яка складається з відомих за виконуваною функцією елементів рухливого вимірювального растрового диску 8, нерухливого індикаторного растра 9, випромінювачів 10 та фотоприймачів 11 Вимірювальний растровий диск 8 розташований в порожнині корпусу 1 між опорами 5 вала 6 й жорстко зв'язаний з ним будь-яким відомим способом Наприклад, на валу 6 виконаний фланець 12, до якого приклеєно вимірювальний растровий диск 8 В порожнині корпусу і між опорами 5 також розташовано друковану плату 13 з електронними елементами перетворення сигналу (не показані), наприклад, формувачем у вигляді тригера Шмитта на мікросхемі К561ТЛ1 для перетворення синусоїдних сигналів у прямокутні імпульси, мікросхемами К155ЛЕ6, резисторами МЛТ, СПЗ, конденсаторами К50-16, КМ-5, індикаторами АЛ107Б, з'єднаними проміж себе відомим чином (електричну схему не показано) Для її встановлення між опорами 5 в ній виконано отвір 14, крізь який вільно проходить вал 6 Друкована плата 13 базується по внутрішній поверхні корпусу 1 та має скоси 15 для утворення монтажних проміжків Індикаторний растр 9 встановлений проти вимірювального растрового диску 8 з проміжком та з'єднаний з друкованою платою будь-яким відомим способом, наприклад, приклеєний Два випромінювачі 10 змонтовано в друковану плату 13 Можливі й ІНШІ варіанти з'єднання індикаторного растра 9 та випромінювачів 10 з друкованою платою 13 Перетворювач має засоби для регулювання проміжку між індикаторним растром 9 та вимірювальним растровим диском 8 Вони виконані у вигляді кількох пар гвинтів 16, які утворюють з корпусом 1 різьбове з'єднання та мають КОНІЧНІ КІНЦЯ 17 8 Кожна пара конічних КІНЦІВ 17 взаємодіє з боковими поверхнями 18 та 19 друкованої плати 13 Пари гвинтів 16 доцільно рівномірно розташувати по ЗОВНІШНІЙ поверхні корпусу 1, на яку виходять їхні голівки В разі необхідності гвинти 16 кожної пари можуть бути розташовані під кутом до поверхонь 18 та 19 друкованої плати 13 Він також має голівку 20, яка розташована в порожнині корпусу 1 та з'єднана з основою 2 будь-яким відомим способом, наприклад, приклеєна В неї встановлені два фотоприймачі 11 Для зручності виведення проводів від фотоприймачів 11 в корпусі 1 та основі 2 виконані піднутрення 21 Наприклад, як фотоприймачі 11 можуть бути використані фотодюди типу ДЗОЗА, а як випромінювачі 10 використані інфрачервоні випромінювачі типу АЛ107А На ЗОВНІШНІЙ поверхні корпусу 1 виконано плоску поверхню 22 з наскрізним радіальним отвором 23, в який виходить проріз 24, виконаний в торці корпусу 1 з боку кришки 3 Проріз 24 призначений дам введення до корпусу 1 проводів 25 електричної схеми перетворювача від друкованої плати 13, в якій її елементи з'єднані відомим способом Проводи 25 виводять виходи електричної схеми та живлення фотоприймачів 11 й випромінювачів 10 на електричний роз'єднувач 26 Він входить до отвору , 23 та гвинтами 27 - закріплений на плоскій поверхні 22 корпусу 1 Використовують перетворювач таким чином Корпус 1 закріплюють на нерухливу частину механизму заради перетворення кутового переміщення його вала в електричний сигнал Цей вал з'єднують з вихідним кінцем 7 вала 6 перетворювача за допомогою пристрою, який зчленовує, наприклад, шарнирно-хрестової муфти (не показано) Обертання вала 6 в опорах 5 передається вимірювальному растровому диску 8 При цьому друкована плата 13 з індикаторним растром 9 та випромінювачами 10 залишається нерухливою Світловий потік від випромінювачів 10 проходить крізь індикаторний растр 9, вимірювальний растровий диск 8 і на один з фотоприймачів 1 і потрапляє основний світловий потік, а на другий - зсунений за просторовою фазою на 90 електричних градусів Під час обертання вимірювального растрового диска 8 відбувається періодичне змінювання фотоструму в фотоприймачах 11 через змінювання освітленості На їхніх виходах з'являються незформовані синусоїдні сигнали, пропорційні інтенсивності проминулого світлового потоку Останні перетворюються формувачамі, наприклад, тригерами Шмитта, в прямокутні сигнали, їх ПОСЛІДОВНІСТЬ уявляє собою вимірне кутове переміщення вала механізму, величину якого визначають будь-яким реверсивним лічильником числа імпульсів, де кожний імпульс відповідає переміщенню вимірювального растрового диска 8 на 1/4 кроку Цим же лічильником визначають напрямок вимірювального переміщення Під час юстування та експлуатації можливо здійснити регулювання проміжку між індикаторним растром 9 та вимірювальним растровим диском 8 за допомогою кожної пари гвинтів 16 їхні КОНІЧНІ КІНЦІ 17 під час закручування або викручування гвинтів 16 з корпусу 1, надавлюючи на відповідну бічну поверхню 18 або 19 друкованої плати 13, наближають тим самим закріплений на ній індика 1303 торний растр 9 до вимірювального растрового диску 8 чи віддаляють від нього Це також забезпечує регулювання положення випромінювачів 10 відносно фотоприймачів 11 Наявність прорізу 24, який виходить в отвір 23, дозволяє здійснювати з'єднання проводів 25 з електричним роз'єднувачем 26 при зібраному перетворювачі Виходячи з опису, фотоелектричний імпульс 10 ний перетворювач кутових переміщень характеризується простістю конструкції, невеликими габаритами, компактністю, технологічністю виготовлення та збирання, зручністю регулювання взаємної положення елементів растрової ланки Це забезпечує підвищення точності вимірювання, зручності використання, надійності та ДОВГОВІЧНОСТІ, а також сприяє зменшенню собівартості перетворювача ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71