Преобразователи информации с кодовыми масками

Рассмотренные выше измерительные схемы касались использования электрических величин (тока, напряжения или сопротивления, а для переменного тока также частоты и сдвига фазы). Эти электрические величины являются выходными сигналами датчиков различного типа, отображающими отклонение измеряемого параметра от нулевой точки. Между тем в механообработке задачей, имеющей самостоятельное значение, является непосредственное использование механического параметра — перемещения рабочего органа станка, например суппорта токарного станка или рабочего стола фрезерного станка.

Для такого рода измерений, преобразования и дальнейшего использования всего перемещения рабочего органа станка, а не только его отклонения от положения равновесия, применяются различные преобразователи с кодовыми масками.

Среди преобразователей этого типа наибольшее распространение получили те, которые преобразуют угол поворота входного вала в изображающее его двоичное число, хотя непосредственное преобразование перемещения движущегося рабочего органа исключает погрешности, возникающие в кинематической цепи, связывающей входной вал датчика с контролируемым перемещением. Тем не менее простота, конструктивная и эксплуатационная законченность способствуют широкому применению датчиков, преобразующих в параллельный двоичный код именно угол поворота некоторого входного вала.

Основой такого рода датчиков является кодирующий диск, на котором по концентрическим окружностям, соответствующим разрядам выходного числа, расположены участки, соответствующие 1 и 0 кода, который считывается с данного диска. При электромеханическом способе считывания информации этих участков касаются электромеханические щетки-контакты. Более надежным является бесконтактный способ считывания, основанный на использовании фотоэлектрического эффекта. В этом случае в каждом разряде надлежащим образом сформированный луч света проходит через чередующиеся прозрачные и непрозрачные участки кодовой дисковой маски или отражается от участков подобной маски, характеризующихся различным коэффициентом отражения. Прошедший через маску или отраженный сю луч света воспринимается в каждом разряде дискретным светочувствительным элементом (обычно фототранзистором) и образует электрический импульс, соответствующий углу поворота кодовой маски. Пакет таких электрических импульсов и будет представлять собой число в параллельном двоичном коде, соответствующее углу поворота кодирующего диска.

Так как в каждом последующем двоичном разряде импульсы вдвое реже и вдвое шире, чем в предыдущем, импульсы, следующие с наибольшей частотой (импульсы самого младшего разряда), нужно располагать на самой протяженной разрядной дорожке, т. е. в ряду кодов 1 и 0, наиболее удаленном от оси вращения кодового диска.

Кодовая маска изготовляется, как правило, методом фототравления. При электромеханическом считывании для кодовой маски обычно используют фольгированный гетинакс или текстолит, на который наносят фотоэмульсию. Затем производят экспозицию изображения кодовой маски, проявление и вытравливание участков, оказавшихся неэкспонированными. В результате на изоляционном диске оказывается изображение кодовых участков, соответствующих 1 и 0, образованное проводящими участками фольги. К этим участкам можно обеспечить подвод напряжения, считываемого щеткам и-контактам и.

Развертка такой маски для электроконтактного считывания параллельных двоичных кодов приведена на рис. 10.4. Здесь против дорожки каждого разряда (0-го, 1-го, 2-го и 3-го) помещается своя считывающая щетка-контакт, а к каждому проводящему участку маски общей шиной подводится электрическое напряжение. Проводящие участки каждого разряда (на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Развертка маски для электроконтактного считывания параллельных.

двоичных кодов они зачернены), обладают вдвое большей шириной, чем проводящие участки предыдущего разряда. Также вдвое большей шириной, чем в предыдущем разряде, обладают и непроводящие интервалы между проводящими участками. Поэтому при движении такой кодовой маски относительно разрядных щеток-контактов, расположенных по одной линии (на данном рисунке — вертикальной), в этих щетках-контактах возникают пакеты параллельных кодов, изображающих с определенной ценой одной единицы величину перемещения этой кодовой маски. Наличие электрического импульса, считанного в данном разряде, изображает 1, а его отсутствие — 0. Соответствующие двоичные числа показаны на рис. 10.4 над разверткой кодовой маски, что проверяется непосредственным наблюдением за данным рисунком.

Бесконтактные фотоэлектрические методы построения и использования кодовых масок не имеют недостатков, присущих контактному считыванию, однако они, как правило, оказываются конструктивно более сложными и основываются на использовании хрупких и тяжелых стеклянных дисков. Пример такого преобразователя, использующего фотоэлектрическое считывание проходящими пучками света, показан на рис. 10.5.

В преобразователе, приведенном на рис. 10.5, кодовая маска выполнена в виде стеклянного диска, некоторые участки которого непрозрачны. Участки образуют двоичный код. На.

Рис. 10.5. Диск с кодовой маской и фотоэлектрическим считыванием рис. 10.5 прозрачные участки изображены заштрихованными. На боковой проекции видно, что источники света, расположенные вдоль радиуса кодового диска, направляют лучи света к диску и там, где эти лучи света могут пройти через прозрачные участки диска, они попадают на фототранзисторы, которые в данном разряде являются источниками электрических импульсов. Таким образом формируется параллельный двоичный электрический код, который соответствует углу поворота кодового диска. Соответствующий рисунок на стеклянном диске, представляющий собой сочетание прозрачных и непрозрачных участков, также может быть получен методом фототравления.

Заметим, что фотоэлектрическое считывание не является единственным принципиально возможным методом бесконтактного считывания при использовании преобразователей с кодовыми масками. Очевидным способом бесконтактного считывания является регистрация изменения электрической емкости при вращении диска с металлической маской относительно неподвижных металлических пластин. Однако при этом требуется большая точность изготовления и постоянство расстояния между кодирующим диском и считывающими пластинами при различных углах поворота входного вала датчика. Естественные неточности изготовления и шероховатости поверхности не должны влиять на показания датчика. Поэтому практически емкостные датчики с кодирующими масками нашли весьма ограниченное применение.

Преобразователи «угол — код» с механическими подвижными частями применяются в основном в программируемых координатных приводах систем числового программного управления.