RU2210068C1 - Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles - Google Patents
Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210068C1 RU2210068C1 RU2002115045/28A RU2002115045A RU2210068C1 RU 2210068 C1 RU2210068 C1 RU 2210068C1 RU 2002115045/28 A RU2002115045/28 A RU 2002115045/28A RU 2002115045 A RU2002115045 A RU 2002115045A RU 2210068 C1 RU2210068 C1 RU 2210068C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- signal
- measuring
- raster
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для измерения линейных и угловых перемещений при диагностике автотранспортных средств и может быть применено при эксплуатации автомобилей. The invention relates to devices for measuring linear and angular displacements in the diagnosis of vehicles and can be used in the operation of automobiles.
Известно устройство для измерения перемещений (авт. свид. СССР 1250847, кл. С 01 В 11/00, 1986). Это устройство позволяет измерять с высокой точностью величины угловых или линейных перемещений (а также скорость и ускорение объекта), используя выходную информацию датчика о координате. Но оно предъявляет высокие требования к юстировке его оптических компонент, стабильности элементов схемы обработки информации, поступающей с фотоприемников, сложную и хрупкую конструкцию и неприемлемо большие габариты для целей диагностики автотранспортных средств. A device for measuring displacements is known (ed. Certificate. USSR 1250847, class C 01 B 11/00, 1986). This device allows you to measure with high accuracy the values of angular or linear displacements (as well as the speed and acceleration of the object), using the output information of the sensor about the coordinate. But it makes high demands on the alignment of its optical components, the stability of the elements of the processing circuitry for information received from photodetectors, a complex and fragile design and unacceptably large dimensions for the purpose of diagnosing vehicles.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству и принятое за прототип является накапливающее отсчетное устройство (Фотоэлектрические преобразователи информации. /Под ред. Л.Н. Преснухина. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 178-182), содержащее осветитель, измерительный и индикаторный растры, балансные пары фотоприемников, на выходах которых формируются синусоидальные сигналы V1 и V2, сдвинутые по пространственной фазе на π/2 и поступающие на входы формирователей Ф1 и Ф2. Каждый из формирователей имеет два выхода. С одного выхода формирователя снимается прямоугольное напряжение с той же фазой, что и входной синусоидальный сигнал, а с другого выхода - прямоугольное напряжение с фазой, сдвинутой на π по отношению к первому. Таким образом, на выходах формирователей Ф1 и Ф2 образуются четыре прямоугольных напряжения с пространственным сдвигом фаз на π/2. Для формирования импульсов сложения служат четыре схемы совпадения И1-И4, с выхода которых импульсы поступают на схему ИЛИ1. Для формирования импульсов вычитания служат схемы совпадения И5-И8, с выходов которых импульсы поступают на входы схемы ИЛИ2. На первые входы схем совпадения И1-И8 подаются импульсы полученные дифференцированием положительных фронтов прямоугольных напряжений дифференцирующими цепочками Д1-Д8, на вторые входы этих схем подаются сами прямоугольные напряжения При движении измерительной растровой решетки в направлении (+х) на реверсивный счетчик PC поступают сигналы сложения
а при движении в обратном направлении (-х) на реверсивный счетчик PC поступают сигналы вычитания
При перемещении измерительной решетки на один шаг растра на счетчик подаются четыре импульса. Их количество уменьшится до двух при блокировании на нулевом уровне одного из инверсных сигналов или до одного при таком блокировании обоих сигналов
Однако и такое устройство имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих возможность его применения при диагностике автотранспортных средств: измерительный и индикаторный растры выполнены на подложках из оптического стекла и не допускают динамических перегрузок (падений), а также сложны в изготовлении. Так, например, при дискретности угловых измерений 0,1 градуса/импульс требуется нанесение на измерительный растр 900 штрихов, для чего необходимо применение специальной технологии; преобразование пространственной фазы муаровой картины в пропорциональный временной сдвиг периодического электрического сигнала требует наличия фокусирующих линз, индикаторного растра и четырех включенных по балансной схеме фотоприемников, что ведет к увеличению габаритов устройства, усложняет его эксплуатацию.The closest in technical essence to the proposed device and taken as a prototype is an accumulating reading device (Photoelectric information converters. / Under the editorship of LN Presnukhin. - M .: Mashinostroenie, 1974, p. 178-182), containing a illuminator, measuring and indicator rasters, balanced pairs of photodetectors, at the outputs of which sinusoidal signals V1 and V2 are formed, shifted in spatial phase by π / 2 and fed to the inputs of the formers F1 and F2. Each of the formers has two outputs. A rectangular voltage with the same phase as the input sinusoidal signal is removed from one shaper output, and a rectangular voltage with a phase shifted by π relative to the first is removed from the other output. Thus, four rectangular voltages are formed at the outputs of the formers F1 and F2 with spatial phase shift by π / 2. To form the addition pulses, there are four coincidence circuits I1-I4, from the output of which the pulses go to the circuit OR1. To generate the subtraction pulses, I5-I8 coincidence schemes are used, from the outputs of which the pulses go to the inputs of the OR2 circuit. The first inputs of the matching circuits I1-I8 are pulses obtained by differentiation of positive fronts of rectangular stresses differentiating chains D1-D8, the rectangular inputs themselves are fed to the second inputs of these circuits When the measuring raster grid moves in the (+ x) direction, addition signals are sent to the reversible counter PC
and when moving in the opposite direction (s), the subtraction signals receive the subtraction signals PC
When the measuring grid is moved one step of the raster, four pulses are transmitted to the counter. Their number will decrease to two when one of the inverse signals is blocked at zero level or up to one when blocking both signals
However, such a device also has a number of significant drawbacks that limit the possibility of its use in vehicle diagnostics: the measuring and indicator rasters are made on optical glass substrates and do not allow dynamic overloads (drops), and are also difficult to manufacture. So, for example, when the discreteness of angular measurements is 0.1 degrees / pulse, it is necessary to apply 900 strokes to the measuring raster, which requires the use of special technology; the transformation of the spatial phase of the moire pattern into a proportional time shift of a periodic electrical signal requires the presence of focusing lenses, an indicator raster and four photodetectors included in a balanced circuit, which leads to an increase in the dimensions of the device and complicates its operation.
Техническим результатом предлагаемого устройства является сохранение основных функциональных возможностей прототипа с одновременным упрощением конструкции устройства, повышением надежности, уменьшением габаритов и стоимости. Это достигается тем, что устройство для измерений линейных и угловых перемещений, содержащее измерительный растр, первый канал считывания, выполненный в виде последовательно установленных и оптически связанных осветителя, измерительного растра и фотоприемника, выход которого подключен к входу формирователя сигнала, прямые и инверсные выходы которого в свою очередь подключены к прямым и инверсным входам блока дифференцирования и умножения сигналов, выход 1 которого является информационным о дискретной положительной величине перемещения, а выход 2 - о такой же отрицательной, снабжено последовательно установленными вторым осветителем и вторым фотоприемником, оптически связанными с измерительным растром, и образующих со своим формирователем сигналов второй канал считывания, прямой и инверсный сигналы которого поступают на третий и четвертый вход блока дифференцирования и умножения сигналов, а измерительный растр соединен с объектом измерения зубчатой передачей с повышающим коэффициентом редукции и с натяжным приспособлением односторонней принудительной выборки люфтов зацепления зубчатых пар независимо от направления перемещения. Введенный в устройство второй канал считывания вместо второй балансной пары фотоприемников, включающий осветитель и фотоприемник с формирователем сигнала, оптическая ось которых смещена по окружности растровых делений на (n+1/4) шага растровой решетки от оптической оси первого канала, служит для получения однополярных прямоугольных сигналов скважности 2, сдвинутых по пространственной фазе на π/2 по отношению к сигналам первого канала и образующих совместно с ними систему сигналов для блока дифференцирования и умножения сигналов. The technical result of the proposed device is to preserve the basic functionality of the prototype while simplifying the design of the device, increasing reliability, reducing the size and cost. This is achieved by the fact that the device for measuring linear and angular displacements, comprising a measuring raster, a first reading channel made in the form of sequentially installed and optically coupled illuminators, a measuring raster and a photodetector, the output of which is connected to the input of a signal conditioner, the direct and inverse outputs of which in turn, they are connected to direct and inverse inputs of a signal differentiation and multiplication unit,
Введение зубчатой передачи для соединения измерительного растра с объектом измерения позволяет значительно увеличить (загрубить) шаг растровой решетки с одновременным уменьшением диаметра растрового диска, отказаться от индикаторного растра, фокусирующих линз (конденсоров) и балансных пар фотоприемников, уменьшить габариты устройства, а сам растровый диск изготовить металлическим. При этом линейное перемещение измеряемого объекта преобразуется зубчатой передачей во вращательное движение измерительного растра. У прототипа нет такой необходимости, т.к. устройство ставится в торец ходового винта (безлюфтовое соединение) с известным шагом, преобразуемым при вращении в определенное число дискретных импульсов линейного перемещения. Натяжное приспособление, создающее предварительное одностороннее зацепление зубчатых пар независимо от направления их вращения, предназначено для устранения основной части люфта зубчатой передачи при реверсе измеряемой величины. The introduction of a gear train for connecting the measuring raster with the measurement object allows you to significantly increase (roughen) the pitch of the raster grid while reducing the diameter of the raster disk, abandon the indicator raster, focusing lenses (capacitors) and balanced pairs of photodetectors, reduce the dimensions of the device, and make the raster disk itself metal. In this case, the linear movement of the measured object is converted by gearing into the rotational movement of the measuring raster. The prototype does not have such a need, because the device is placed at the end of the lead screw (backlash-free connection) with a known step, which is converted during rotation into a certain number of discrete pulses of linear movement. A tensioning device that creates preliminary unilateral gearing of gear pairs, regardless of the direction of their rotation, is designed to eliminate the main part of the gear play when the measured value is reversed.
Погрешность измерения от оставшейся части люфта, длительно постоянной для конкретного устройства, компенсируется электронной схемой ввода коррекции (см. техническое описание заявки рег. 2002100029 от 04.01.2002 г., стр. 13, 14, 18-21). The measurement error from the remaining part of the backlash, which is long constant for a particular device, is compensated by the electronic correction input circuit (see the technical description of the application reg. 2002100029 of January 4, 2002,
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения линейных и угловых перемещений; на фиг.2 - устройство зубчатой передачи с измерительным растром; на фиг.3 - компоновка осветителей и фотодиодов фотоприемников на решетке измерительного растра; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.5 - графики напряжений в различных точках устройства. Figure 1 presents a functional diagram of a device for measuring linear and angular displacements; figure 2 - device gear with a measuring raster; figure 3 - arrangement of illuminators and photodetectors of photodetectors on the grid of the measuring raster; figure 4 - circuit diagram of the device; figure 5 - graphs of stresses at various points of the device.
Устройство содержит (фиг.1) измерительный растр 1, зубчатую передачу 2, два канала считывания, состоящие из осветителей 3 и 6, фотоприемников 4 и 7, выходы которых подключены к первым входам формирователей 5 и 8, вторые входы которых соединены с переключателем 9 коэффициента умножения импульсов на 1, 2 или 4. Прямые выходы сигналов 1T и 2Т формирователей соединены с первым и третьим, а инверсные со вторым и четвертым входами блока 10 дифференцирования и умножения сигналов.The device comprises (Fig. 1) a
Зубчатая передача 2 (фиг.2) для измерения линейных перемещений содержит зубчатую измерительную рейку 11 с подшипниками скольжения 12 и 13, входящую в зацепление с первой ступенью сдвоенной шестерни 14, вторая ступень которой находится в зацеплении с шестерней 17 привода измерительного растра 1. В зацеплении с этой же шестерней состоит шестерня 18 натяжного приспособления с барабаном 19 для намотки тросика и пружиной 20. Зубчатая передача для измерения угловых перемещений отличается отсутствием измерительной зубчатой рейки 11 и подшипников 12 и 13, а измеряемая величина подается непосредственно на вал 16 первой шестерни 14 редуктора. The gear 2 (figure 2) for measuring linear displacements contains a gear measuring
Оптические оси (фиг.3) оптопар 3-4 и 6-7 (осветителей и фотоприемников) взаимно смещены по осевой линии окружности растровой решетки на (n+1/4) ее шагов, где n - целое число шагов. The optical axis (Fig. 3) of the optocouplers 3-4 and 6-7 (illuminators and photodetectors) are mutually offset along the center line of the circle of the raster lattice by (n + 1/4) of its steps, where n is an integer number of steps.
Из конструктивных соображений число n должно быть наименьшим возможным для снижения влияния неточности изготовления измерительного растра на взаимное смещение сигналов каналов считывания на π/2.
Устройство работает следующим образом. Зубчатая передача превращает вращательное или поступательное смещение измеряемого объекта во вращательное движение измерительного растра, модулирующего световой поток, падающий на фотоприемники. На выходах фотоприемников 4 и 7 (фиг.4 и 5) формируются однополярные импульсы 1T и 2Т скважности 2, смещенные по пространственной фазе на π/2. Формирователи сигналов 5 и 8 выдают эти сигналы с крутыми фронтами, а также вырабатывают их инверсии Далее эти сигналы поступают на входы соответственно 1, 3 и 2, 4 блока 10 дифференцирования и умножения сигналов, состоящего из микросборок А7 и А8 (фиг.4), на которых происходят выделение их передних фронтов и формирование на их основе двух новых, учетверенных по отношению к исходной частоте, серий импульсов Т1 и Т2, разделенных по направлениям перемещений. Их формирование происходит по функциям
Здесь приставка И означает дифференцирование сигнала на емкостно-резисторной цепочке при подаче на вход микросхемы (фиг.4). При этом величина резисторов R7-R14 должна быть такой, чтобы при отсутствии сигнала или окончания заряда емкости на входе микросхемы был уровень логического нуля. Для микросхем серии К555, использованных в устройстве, они приняты равными 560 Ом. Коэффициент умножения 4 (положение П1/3 переключателя 9 фиг.4) снижается до 2 при блокировании одного из инверсных сигналов на нулевом уровне (положение П1/2 переключателя на 9 на фиг.4) или до 1 при положении переключателя П1/1 и блокировании обоих инверсных сигналов Сигналы Т1 и Т2 строго разделены по направлениям перемещения соответственно +Х или -X (фиг.4). При наличии Т1 обязательно отсутствие Т2 и наоборот.For design reasons, the number n should be the smallest possible to reduce the influence of inaccuracies in the fabrication of the measuring raster on the mutual offset of the readout channel signals by π / 2.
The device operates as follows. The gear transmission turns the rotational or translational displacement of the measured object into the rotational movement of the measuring raster, modulating the light flux incident on the photodetectors. At the outputs of the photodetectors 4 and 7 (Figs. 4 and 5),
Here, the prefix And means the differentiation of the signal on the capacitor-resistor circuit when applying to the input of the chip (figure 4). In this case, the value of the resistors R7-R14 should be such that in the absence of a signal or the end of the charge of the capacitance at the input of the microcircuit there should be a logic zero level. For the K555 series chips used in the device, they are taken equal to 560 Ohms. The multiplication factor 4 (position P1 / 3 of the
Использование предлагаемого технического решения позволяет изготовить устройства (датчики) дискретных угловых и линейных перемещений для диагностики автотранспортных средств приемлемых габаритов, разрешающей способности и диапазона измерений. Using the proposed technical solution allows the manufacture of devices (sensors) for discrete angular and linear movements for the diagnosis of vehicles of acceptable dimensions, resolution and measurement range.
Так, устройство для измерения линейных перемещений, изготовленное кустарным способом, имеет габариты прямоугольного корпуса 25х30х86 мм с диаметром измерительного растра 25 мм, дискретностью 0,05 мм/импульс и диапазоном измерений 0-20 мм. Аналогичное устройство для измерения угловых перемещений, выполненное в круглом корпусе диаметром 64 мм, высотой 32 мм и диаметром измерительного растра 27 мм, имеет дискретность 0,1 углового градуса/импульс и диапазон измерений ≈720 угловых градуса, а выполненное в таком же корпусе устройство контроля микроперемещений имеет дискретность 0,0025 мм/импульс с диапазоном 0-10 мм. При этом собственные остаточные люфты устройств не превышают 2 дискретных перемещений. При необходимости может меняться дискретность устройств, например 0,0025 до 0,0050 или до 0,01 мм/дискрету, за счет изменения коэффициента умножения. Thus, a device for measuring linear displacements, made in a artisanal way, has a rectangular case with dimensions of 25x30x86 mm with a measuring raster diameter of 25 mm, a resolution of 0.05 mm / pulse and a measuring range of 0-20 mm. A similar device for measuring angular displacements, made in a round case with a diameter of 64 mm, a height of 32 mm and a diameter of a measuring raster of 27 mm, has a resolution of 0.1 angular degrees / pulse and a measurement range of ≈720 angular degrees, and a control device made in the same case microdisplacement has a resolution of 0.0025 mm / pulse with a range of 0-10 mm. In this case, the own residual backlash of the devices does not exceed 2 discrete movements. If necessary, the discreteness of devices, for example, 0.0025 to 0.0050 or up to 0.01 mm / discrete, can be changed by changing the multiplication factor.
Эти устройства при диагностике автотранспортных средств могут применяться при определении угловых люфтов руля, определении суммарных люфтов рулевого привода и поворотных цапф, величины схождения передних колес, угла замкнутого состояния контактов механического прерывателя системы зажигания, для измерения зазоров при регулировке клапанов двигателя и т.п. When diagnosing vehicles, these devices can be used to determine the steering wheel play, determine the total play of the steering gear and pivots, the convergence of the front wheels, the angle of the closed state of the contacts of the mechanical breaker of the ignition system, to measure clearances when adjusting engine valves, etc.
Применение устройств при измерениях на других объектах существенно ограничивается как их диапазоном, так и инерционностью (быстродействием), обусловленных наличием повышающего редуктора, приспособлением выборки люфтов и измерительной рейки. The use of devices for measurements at other objects is significantly limited both by their range and by the inertia (speed) due to the presence of a step-up reducer, adaptation of a selection of backlash and a measuring rail.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002115045/28A RU2210068C1 (en) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002115045/28A RU2210068C1 (en) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2210068C1 true RU2210068C1 (en) | 2003-08-10 |
Family
ID=29246684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002115045/28A RU2210068C1 (en) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2210068C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2299355C1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-20 | Рязанский военный автомобильный институт им. ген. армии В.П. Дубынина | Method of determining closed contact angle condition of interrupter of automotive ignition distribution system |
| CN102901638A (en) * | 2012-09-21 | 2013-01-30 | 吉林大学 | Data acquisition system for automotive damping adjustment |
| RU180721U1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-06-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | PHOTOELECTRIC ANGULAR CONVERTER |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055310C1 (en) * | 1992-04-10 | 1996-02-27 | Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" | Device for measurement displacement |
| RU2091708C1 (en) * | 1993-01-14 | 1997-09-27 | Владимир Александрович Гришин | Gear measuring linear and angular movements |
| RU2097685C1 (en) * | 1996-05-13 | 1997-11-27 | Новосибирский государственный технический университет | Meter of absolute translations |
-
2002
- 2002-06-06 RU RU2002115045/28A patent/RU2210068C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055310C1 (en) * | 1992-04-10 | 1996-02-27 | Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" | Device for measurement displacement |
| RU2091708C1 (en) * | 1993-01-14 | 1997-09-27 | Владимир Александрович Гришин | Gear measuring linear and angular movements |
| RU2097685C1 (en) * | 1996-05-13 | 1997-11-27 | Новосибирский государственный технический университет | Meter of absolute translations |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Фотоэлектрические преобразователи информации. /Под ред. Л.Н. Преснухина. - М.: Машиностроение, 1974, с. 178-182. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2299355C1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-20 | Рязанский военный автомобильный институт им. ген. армии В.П. Дубынина | Method of determining closed contact angle condition of interrupter of automotive ignition distribution system |
| CN102901638A (en) * | 2012-09-21 | 2013-01-30 | 吉林大学 | Data acquisition system for automotive damping adjustment |
| CN102901638B (en) * | 2012-09-21 | 2015-01-07 | 吉林大学 | Data acquisition system for automotive damping adjustment |
| RU180721U1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-06-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | PHOTOELECTRIC ANGULAR CONVERTER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4779211A (en) | Position sensor | |
| US4465373A (en) | Encoder | |
| US4421980A (en) | Position encoder with closed-ring diode array | |
| JP3173208B2 (en) | Displacement measuring device | |
| JPS6333604A (en) | Relative-displacement measuring device | |
| US4100420A (en) | Displacement transducers | |
| EP0111642A2 (en) | Method and apparatus for measuring a displacement of one member relative to another | |
| US3748043A (en) | Photoelectric interpolating arrangement for reading displacements of divided scales | |
| RU2210068C1 (en) | Device for measuring linear and angular displacements when diagnosing condition of vehicles | |
| US3658428A (en) | Method and apparatus for measuring a dimension of an object | |
| US5211063A (en) | Measuring device with several sensors in multiplex | |
| CN110044252A (en) | A kind of measuring device and measuring method for detection axis rotational angle | |
| US4640613A (en) | Image data comparison circuit for rangefinders | |
| CN109084815B (en) | A non-contact precision-adjustable absolute encoder with a code disc | |
| US3496364A (en) | Linear encoder having a fringe pattern produced by optical imaging | |
| JPS61182522A (en) | Linear scale measuring device | |
| JPH03156339A (en) | Apparatus for measuring deviation of tooth of gear | |
| CN218481101U (en) | Encoder and automatic system | |
| JPH07116920A (en) | Tooth groove runout correcting method of master gear for automatic gear selector | |
| RU2035714C1 (en) | Method for diagnosis of reduction gears | |
| JPH0843128A (en) | Rotation angle detector | |
| RU1774159C (en) | Device for measuring error and backlash of gear drives | |
| SU485399A1 (en) | Photoelectric autocollimator | |
| RU147785U1 (en) | MAGNET CORNER CONVERTER | |
| GB2030705A (en) | Electronic gear checker |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Notice of change of address of a patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090607 |