УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ
DEVICE OF IDENTIFICATION AND CONTROL OF PRODUCTS POSITION

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для использования в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий, а также в качестве датчика положения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния.
4
Известно устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний, фотоприемник, формирователь импульсов, к входу которого подключен фотоприемник, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первую выходную клемму, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство SU 1185419, МКИ Н01Н 36/00 "Датчик положения и контроля", 15.10.1985).
Такое устройство обладает низкой достоверностью контроля нагретых неметаллических изделий по его первому выходу (выходная клемма 11). Это обусловлено тем, что в составе чувствительного элемента этого устройства отсутствует фотоприемник инфракрасного типа. Наличие же в нем фотоприемника и излучателя для работы их в диапазоне видимого оптического излучения определяет такой принцип действия устройства, при котором идентификация (распознавание) контролируемых изделий основана на прерывании этим изделием видимого светового потока, испускаемого излучателем устройства и засвечивающего фотоприемник. В результате таким устройством по его первому выходу в одинаковой мере идентифицируются как нагретые, так и ненагретые неметаллические контролируемые изделия. То есть при этом реально не обеспечивается достоверность контроля нагретых неметаллических изделий из-за того, что при идентификации нагретых неметаллических изделий отсутствует измерение испускаемого ими инфракрасного излучения фотоприемником в том же инфракрасном диапазоне, в котором происходит излучение инфракрасного потока контролируемыми изделиями. При этом попадающие посторонние ненагретые неметаллические предметы в зону действия чувствительного элемента такого устройства вызывают ложные срабатывания по его первому выходу, на котором отрабатываются ложные информационные сигналы идентификации нагретых неметаллических изделий с уровнями логической "1".
Наряду с этим, когда контролируемым изделием является прозрачное нагретое неметаллическое изделие для видимого светового излучения, его идентификация этим устройством не производится совсем, так как видимый световой поток от излучателя устройства в момент перекрытия контролируемым изделием этого потока, прозрачным для видимого светового излучения, испускаемого излучателем устройства, продолжает проходить на фотоприемник видимого светового излучения, и устройство продолжает находиться в исходном состоянии, при котором фотоприемник устройства продолжает находиться в засвеченном состоянии. В результате чего на его выходе формирования информационного сигнала идентификации контролируемого изделия не происходит.
Вместе с тем, по причине отсутствия в составе чувствительного элемента устройства фотоприемника инфракрасного излучения оно обладает низкой достоверностью контроля нагретых и ненагретых металлических изделий по его второму выходу (выходная клемма 5). В результате таким устройством на его втором выходе в одинаковой мере идентифицируются индуктивным чувствительным элементом устройства как нагретые, так и ненагретые металлические контролируемые изделия. Т.е. при этом реально не обеспечивается достоверность контроля нагретых и ненагретых металлических изделий из-за того, что идентификация этих контролируемых изделий осуществляется без использования фотоприемника инфракрасного излучения, измеряющего испускаемое контролируемыми изделиями инфракрасное излучение. В связи с чем при контроле, например, нагретого металлического изделия ненагретый посторонний предмет, случайно попадающий в зону действия электромагнитного поля чувствительного элемента устройства, вызывает ложные срабатывания устройства, при которых на его втором выходе формируется ложный информационный сигнал идентификации нагретого металлического контролируемого изделия с уровнем логической "1". И, наоборот, при контроле ненагретого металлического изделия на его втором выходе может формироваться ложный информационный сигнал идентификации ненагретого металлического изделия от постороннего нагретого металлического предмета с уровнем логической "1".
5
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний, инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, к входу которого подключен инфракрасный фотоприемник, логический элемент 2И, первый вход которого подключен к выходу порогового элемента, второй вход - к выходу формирователя импульсов, инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу инвертора, первую выходную клемму, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство SU 1610268, Кл. МКИ G01B 21/00 "Индуктивно-оптический датчик положения и контроля", 30.11.1990).
Такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как оно не обеспечивает идентификацию (распознавание) нагретых и ненагретых металлических изделий на одном выходе и нагретых неметаллических контролируемых изделий на другом его выходе, так как по его первому выходу (выходная клемма 12) идентифицируются нагретые неметаллические контролируемые изделия, но по его второму выходу (выходная клемма 7) - только нагретые металлические контролируемые изделия, а идентификация ненагретых металлических изделия на втором выходе устройства при этом не обеспечивается совсем. Наряду с этим такое устройство обладает низкой достоверностью контроля в части идентификации нагретых неметаллических контролируемых изделий по его первому выходу (выходная клемма 12) из-за:
1) прохождения на его первый выход недостоверной информации об идентификации нагретых неметаллических изделий, так как в момент нахождения устройства в исходном состоянии и нахождения нагретого неметаллического контролируемого изделия за пределами чувствительного элемента устройства имеют место ложные срабатывания устройства при случайном попадании в область оптического окна инфракрасного фотоприемника устройства посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов, находящихся за пределами действия электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства. При этом ложные срабатывания проявляются на первом выходе устройства в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1";
2) ложных срабатываний устройства по его первому выходу, например, от таких посторонних источников инфракрасного излучения, как фотоэлектрические датчики положения с открытым оптическим каналом, установленные на технологическом оборудовании, и работающие генераторы инфракрасного излучения измерительных приборов, используемых при ремонте технологического оборудования в цеховых условиях, в том случае, когда они находятся за пределами действия электромагнитного поля, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства, а устройство находится в исходном состоянии, и контролируемое нагретое неметаллическое изделие расположено вне зоны действия чувствительного элемента устройства. И в этом случае ложные срабатывания устройства проявляются в виде формирования на его первом выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".
Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми металлическими и неметаллическими изделиями ненагретых металлических изделий и повышение достоверности его работы путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также первый логический элемент 2И, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого порогового элемента и формирователя импульсов, инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а его выход является первым выходом устройства, в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный к входу формирователя импульсов параллельно первому инфракрасному фотоприемнику, последовательно включенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу и выполненным в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального отверстия ферритового сердечника, детектор, второй пороговый элемент, а также второй логический элемент 2И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно формирователя импульсов и второго порогового элемента, выход - со входом инвертора, третий логический элемент 2И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента и ко второму входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ, второй вход - к выходу второго порогового элемента, логический элемент 2ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и третьего логических элементов 2И, а выход его является вторым выходом устройства, при этом емкостной чувствительный элемент установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии его центрального отверстия в сторону закрытого торца ферритового сердечника, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы, первый и второй инфракрасные фотоприемники, между которыми помещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены в одной плоскости вдоль прямой линии и образуют чувствительный элемент устройства, а плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема взаимного расположения индуктивного и емкостного чувствительных элементов, инфракрасных фотоприемников и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых металлических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий.
Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием в ее кольцевом пазу, высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме индуктивной трехточки, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура, первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, первый логический элемент 2И 6, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, емкостной чувствительный элемент 7, последовательно включенные мультивибратор 8, к входу которого подключен емкостной чувствительный элемент 7, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу "Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1974", с.175, рис.4.42, а), детектор 9, выполненный, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода с выходной нагрузкой в виде параллельной RC-цепочки (см. книгу Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. - М.: Сов. радио, 1977, с.174, рис.4.9, б), второй пороговый элемент 10, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, а также второй логический элемент 2И 11, второй вход которого подключен к выходу второго порогового элемента 10, инвертор 12, вход которого соединен с выходом второго логического элемента 11, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 13, первый вход которого подключен к выходу инвертора 12, второй вход - к выходу первого порогового элемента 5, первую выходную клемму 14, соединенную с выходом логического элемента 13 и являющуюся первым выходом устройства, третий логический элемент 2И 15, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента 5, второй вход - с выходом второго порогового элемента 10, логический элемент 2ИЛИ 16, первый вход которого подключен к выходу первого логического элемента 6, второй - к выходу третьего логического элемента 15, вторую выходную клемму 17, соединенную с выходом логического элемента 16 и являющуюся вторым выходом устройства, первый и второй инфракрасные фотоприемники 18, 19, включенные между собой параллельно, формирователь импульсов 20, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, ко входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 18, 19, а выход его соединен с первым входом логического элемента 11 и вторым входом первого логического элемента 6.
Индуктивный чувствительный элемент 1 включает в себя катушку индуктивности 2, ферритовый сердечник 3, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 установлена обмотка катушки индуктивности 2. У открытого торца чашки ферритового сердечника 3 при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности 2 с генератора 4 образуется в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле 21. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального отверстия катушки индуктивности 2, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающем своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри сердечника через сплошной слой феррита, образующего закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 3. Внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 высокочастотное электромагнитное поле также отсутствует, так как отверстие выполнено в сплошном слое феррита, и магнитный поток замыкается внутри ферритового сердечника 3 через этот слой феррита вследствие небольшого сопротивления феррита для магнитного потока по сравнению с сопротивлением воздуха. Поэтому взаимодействие емкостного чувствительного элемента 7, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3, с электромагнитным полем 21 катушки индуктивности 2 полностью исключается.
Емкостной чувствительный элемент 7, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 8, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 8 и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 8 (см. журнал "Радио", №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 7 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, совпадающей с геометрической формой сквозного центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 7 установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 соосно с этим отверстием со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника 3 вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника 3 в сторону, противоположную размещению катушки индуктивности 2, т.е. в сторону закрытого торца ферритового сердечника 3. Наличие такого смещения не позволяет потоку рассеяния электромагнитного поля 21, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 7 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур высокочастотного генератора электрических колебаний 4. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 4 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности устройства.
Каждый из инфракрасных фотоприемников 18, 19 выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на базе операционного усилителя, инфракрасного фотодиода, включенного в фотодиодном режиме на вход операционного усилителя (см. книгу Аксененко М.Д. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства / М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников, О.В.Смолин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 208 с., ил., с.83, рис.4.11, Б), и транзисторного эмиттерного повторителя с открытым эмиттерным выходом, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, а его открытый эмиттерный выход является выходом инфракрасного фотоприемника.
Между инфракрасными фотоприемниками 18, 19 помещен индуктивный чувствительный элемент 1 с емкостным чувствительным элементом 7 (см. фиг.2). При этом инфракрасные фотоприемники 18, 19, индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 7 установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Причем плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников 18, 19, плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 7, направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 22, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность устройства.
Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 18, 19, емкостного чувствительного элемента 7, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 22 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 23 (24) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 21 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, электрического поля 25 емкостного чувствительного элемента 7 и в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 18, 19 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 22 с оптическим окном фотоприемника 18 (19), электромагнитным полем 21, электрическим полем 25 емкостного чувствительного элемента 7 и оптическим окном фотоприемника 19 (18). Это, в свою очередь, обеспечивает:
1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 22 своим инфракрасным излучением 26 сначала одного фотоприемника 18 (19), потом пересечение электромагнитного поля 21 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, оставляя при этом фотоприемник 18 (19) в засвеченном состоянии, а затем взаимодействие с электрическим полем 25 емкостного чувствительного элемента 7, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 21 и оставляя при этом фотоприемник 18 (19) в засвеченном состоянии, далее засвечивание другого фотоприемника 19 (18), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 21, 25 соответственно и оставляя на некотором промежутке времени оба фотоприемника в засвеченном состоянии, потом затемнение фотоприемника 18 (19), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 21, 25 соответственно и оставляя при этом фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 25, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 21 и оставляя фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии, далее выход из зоны действия электромагнитного поля 21, оставляя при этом фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии и, наконец, затемнение фотоприемника 19 (18) и выход нагретого контролируемого металлического или неметаллического изделия 22 из зоны чувствительной поверхности устройства. Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым изделием одного 18 (19) и другого 19 (18) фотоприемника происходит без разрыва, т.е. формируется на выходе формирователя импульсов 20 обоими параллельно включенными фотоприемниками 18, 19 сплошной импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной времени нахождения нагретого металлического или нагретого неметаллического контролируемого изделия в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 18 (19) и до момента выхода из засвеченного состояния фотоприемника 19 (18);
2) последовательное прохождение ненагретым металлическим контролируемым изделием фотоприемника 18 (19) без его засвечивания вследствие отсутствия у контролируемого изделия инфракрасного излучения 26, потом пересечение им электромагнитного поля 21, затем взаимодействие его с электрическим полем 25, далее прохождение им фотоприемника 19 (18) без засвечивания его из-за отсутствия у контролируемого изделия 22 инфракрасного излучения 26 и выход контролируемого изделия 22 из зоны чувствительной поверхности устройства. В результате чего на выходе второго порогового элемента 10 формируется импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электрическом поле 25 емкостного чувствительного элемента 7;
3) получение на выходе формирователя импульсов 20 импульса длительностью всегда большей, чем длительность каждого импульса на выходах первого и второго пороговых элементов 5 и 10;
4) получение на выходе первого порогового элемента 5 в случае взаимодействия чувствительного элемента устройства с нагретым или ненагретым контролируемым металлическим изделием 22 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 10;
5) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс формирователя импульсов 20 большей длительности всегда "охватывал" выходные импульсы меньшей длительности первого порогового элемента 5 и второго порогового элемента 10 и чтобы в то же время выходной импульс первого порогового элемента 5, длительность которого больше, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 10, всегда "охватывал" выходной импульс последнего.
Такое взаимное расположение инфракрасных фотоприемников, индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства их выходных сигналов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий и повысить достоверность идентификации контролируемых изделий, т.е. производить распознавание нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала по алгоритму: идентификация каждого из двух разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе из двух выходов устройства.
Устройство работает следующим образом.
После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 22 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) генератор 4 переходит в режим генерации электрических высокочастотных колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. При этом последний переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5), которое подается на первые входы логических элементов 6, 15. После подачи напряжения питания инфракрасные фотоприемники 18, 19 переходят в затемненное состояние, и на выходе формирователя 20 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0", которое подается на второй вход логического элемента 6 и на первый вход логического элемента 11. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 9, на входе порогового элемента 10 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 10 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на вторых входах логических элементов 11, 15 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). Так как на обоих входах логического элемента 6 установлены напряжения U1, U2 с уровнями логического "0", на его выходе и на первом входе логического элемента 16 устанавливается напряжение U4 также с уровнем логического "0". Вместе с тем на обоих входах логического элемента 15 установлены напряжения U2, U3 с уровнями логического "0", поэтому на его выходе и на втором входе логического элемента 16 устанавливается напряжение U5 также с уровнем логического "0". Так как на обоих входах логического элемента 11 установлены напряжения U1, U3 с уровнями логического "0", на его выходе и на входе инвертора 12 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0", под действием которого на выходе инвертора 12 устанавливается напряжение U7 с уровнем логической "1", которое подается на первый вход логического элемента 13. Так как на второй вход логического элемента 13 подается разрешающее инвертирование напряжение U2 с уровнем логического "0", по первому его входу происходит инвертирование им напряжения U7 с уровнем логической "1" в напряжение U9 с уровнем логического "0", которое проходит на выход логического элемента 13 и на первую выходную клемму 14. Так как на обоих входах логического элемента 16 установлены напряжения U4, U5 с уровнями логического "0", на его выходе и на выходной клемме 17 устанавливается напряжение U8 с уровнем логического "0".
Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 22 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, а на выходных клеммах 17 и 14 устанавливаются соответственно напряжения U8 и U9 с уровнями логического "0". После чего устройство готово к первому циклу идентификации нагретых и ненагретых металлических или нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий, при котором контролируемое изделие 22 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зон действия электромагнитного поля 21, электрического поля 25 и в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 18, 19 в одном из направлений по стрелке 23 или 24.
При перемещении в направлении стрелки 23 (24) в зону чувствительной поверхности устройства, например, нагретого металлического изделия 22 происходит засвечивание его инфракрасным излучением 26 (см. фиг.2) фотоприемника 18 (19), в результате на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", которое поступает на вход формирователя 20, который переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на втором входе логического элемента 6 и на первом входе логического элемента 11 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). Но уровень логической "1" напряжения U1 на их выходы не проходит, так как на первом входе логического элемента 6 и втором входе логического элемента 11 установлены соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0".
Затем контролируемое изделие 22, оставляя фотоприемник 18 (19) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электромагнитного поля 21. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 4 вследствие внесения существенного затухания в его колебательный контур нагретым металлическим контролируемым изделием 22. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 4 и, когда его значение оказывается ниже входного порогового значения напряжения триггера порогового элемента 5, последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 (см. фиг.3) с уровнем логической "1", которое подается на первые входы логических элементов 6, 15. После чего на обоих входах логического элемента 6 устанавливаются напряжения U1 и U2 с уровнями логической "1", поэтому на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1", которое подается на первый вход логического элемента 16. При этом уровень логической "1" напряжения U2 на выход логического элемента 15 не проходит, и на его выходе и на втором входе логического элемента 16 продолжает находиться напряжение U5 с уровнем логического "0", так как на второй вход логического элемента 15 подается напряжение U3 с уровнем логического "0" с выхода порогового элемента 10. Но уровень логической "1" напряжения U4 проходит на выход логического элемента 16 и на выходную клемму 17 и на ней устанавливается напряжение U8 с уровнем логической "1".
Далее контролируемое изделие 22, находясь в зоне действия электромагнитного поля и оставляя фотоприемник 18 (19) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электрического поля 25 емкостного чувствительного элемента 7 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 8 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 8 преобразуется детектором 9 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 10. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1" (см. фиг.3), которое подается на вторые входы логических элементов 11, 15. Так как на обоих входах логического элемента 15 установлены напряжения U2 и U3 с уровнями логической "1", на его выходе, на втором входе логического элемента 16 устанавливается напряжение U5 с уровнем логической "1", который проходит на выход логического элемента 16 и подтверждает наличие его на выходе и на выходной клемме 17 устройства уровень логической "1" напряжения U8. При этом на обоих входах логического элемента 11 устанавливаются напряжения U1 и U3 с уровнями логической "1", поэтому на его выходе также устанавливается напряжение U6 с уровнем логической "1", которое подается на вход инвертора 12. Уровень логической "1" напряжения U6 инвертируется инвертором 12 в напряжение U7 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 13. При этом уровень напряжения U2 с уровнем логической "1" с выхода порогового элемента 5 по второму входу логического элемента 13 инвертируется в напряжение U9 с уровнем логического "0" и проходит на его выход и выходную клемму 14, так как на первый вход логического элемента 13 с выхода инвертора 12 подается напряжение U7 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение.
При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 22, по-прежнему оставляя фотоприемник 18 (19) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 21 и электрического поля 25, засвечивает фотоприемник 19 (18). После чего уровень напряжения на входе и выходе формирователя 20, соответствующий уровню логической "1", не изменился, так как параллельно включенные фотоприемники 18, 19 реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента засветки фотоприемника 19 (18), не изменились.
Затем контролируемое изделие 22, оставаясь в зонах действия электромагнитного и электрического полей 21, 25 и оставляя фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 18 (19). При этом происходит затемнение фотоприемника 18 (19). После чего уровень напряжения U1 на выходе формирователя 20, соответствующий уровню логической "1", также не изменяется по причине реализации фотоприемниками 18, 19 логической функции МОНТАЖНОЕ ИЛИ. В связи с этим описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 18 (19), также не изменились.
Далее контролируемое изделие 22, оставляя фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 21, выходит из зоны действия электрического поля 25. При этом мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 9 устанавливается напряжение с уровнем логического "0". В результате на вход порогового элемента 10 подается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого он переключается в другое состояние, т.е. в исходное состояние, и на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0". Этот нулевой логический уровень напряжения U3 поступает на вторые входы логических элементов 11, 15. В результате чего логические элементы 11, 15 переключаются в исходное состояние, при котором на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U6, U5 с уровнями логического "0". При этом на выходе инвертора 12 устанавливается напряжение U7 с уровнем логической "1", и на обоих входах логического элемента 13 устанавливаются напряжения U2, U7 с уровнями логической "1". Поэтому на его выходе и на выходной клемме 14 продолжает оставаться напряжение U9 с уровнем логического "0". В то же время на выходе логического элемента 16 и на выходной клемме 17 продолжает присутствовать напряжение U8 с уровнем логической "1", так как на первом и втором входах логического элемента 16 установлены соответственно напряжения U4 уровнем логической "1" и U5 с уровнем логического "0".
Затем контролируемое изделие 22, оставляя фотоприемник 19 (18) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электромагнитного поля 21. В результате генератор 4 снова переходит в режим генерации колебаний, т.е. в исходное состояние, и пороговый элемент 5 также переключается в исходное состояние, при котором на его выходе и на первых входах логических элементов 6, 15 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0". Под действием этого напряжения логический элемент 6 переключается также в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 16. При этом переключения логического элемента 15 не происходит, так как на его обоих входах устанавливаются напряжения U2, U4 с уровнями логического "0". Так как на обоих входах логического элемента 16 установлены напряжения U4, U5 с уровнями логического "0", происходит переключение его в исходное состояние, при котором на его выходе и на выходной клемме 17 устанавливается напряжение U8 с уровнем логического "0". После чего формирование информационного сигнала об идентификации нагретого металлического изделия на выходной клемме 17 заканчивается.
И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 22 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 19 (18). После чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, при котором на выходе формирователя 20, на первом входе логического элемента 11 и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0", которое подтверждает нахождение логических элементов 6 и 11 в исходном состоянии, при котором на их выходах ранее установлены соответственно напряжения U4 и U6 с уровнями логического "0". После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 22 за пределы оптического окна фотоприемника 19 (18), не изменились, так как при этом переключения логических элементов 6, 11 не происходит. На этом цикл идентификации нагретого металлического изделия заканчивается. При повторном прохождении контролируемого нагретого металлического изделия 22 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого металлического изделия повторяется.
Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия на выходной клемме 17 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U8 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходной клемме 14 устройства при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического "0".
В случае введения в направлении стрелки 23 (24) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 22 засвечивания фотоприемников 18, 19 из-за отсутствия инфракрасного излучения 26 и переключения формирователя 20 в другое состояние не происходит, в результате на его выходе, на выходах логических элементов 6, 11, на выходе инвертора 12 и на выходной клемме 14 формирования импульсов напряжений U1, U4, U6, U7 и U9 соответственно в течение всего цикла идентификации контролируемого ненагретого металлического изделия не происходит (см. фиг.4).
В этом случае формируются только импульс напряжения U2 на выходе порогового элемента 5 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 15, и импульс напряжения U3 с уровнем логической "1" на выходе порогового элемента 10, который подается на второй вход логического элемента 15. Так как на обоих входах логического элемента 15 устанавливаются импульсы напряжений U2 и U3 с уровнями логической "1", на его выходе и на втором входе логического элемента 16 формируется импульс напряжения U5 также с уровнем логической "1". При этом на выходе логического элемента 16 и на выходной клемме 17 формируется импульс напряжения U8 с уровнем логической "1", так как на втором его входе присутствует импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" при наличии напряжения U4 с уровнем логического "0" на его первом входе, подаваемого с выхода логического элемента 6. После выхода контролируемого изделия 22 из зоны действия электромагнитного поля 21 формирование информационного сигнала идентификации ненагретого металлического изделия заканчивается, а в момент выхода контролируемого изделия 22 из области оптического окна фотоприемника 19 (18) заканчивается цикл идентификации ненагретого металлического изделия, и устройство переходит в исходное состояние. При повторном прохождении контролируемого ненагретого металлического изделия 22 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл идентификации ненагретого металлического изделия повторяется.
Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия на выходной клемме 17 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U8 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходной клемме 14 устройства при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического "0".
В случае введения контролируемого нагретого неметаллического изделия 22 в направлении стрелки 23 (24) в зону чувствительной поверхности устройства при взаимодействии его с электромагнитным полем 21 существенного затухания в колебательный контур генератора 4 оно не вносит. При этом изменения режима генератора 4 относительно его исходного состояния и срабатывания порогового элемента 5 и формирования импульса напряжения U2 не происходит (см. фиг, 5). В результате чего на выходах логических элементов 6 и 15 формирования соответственно импульсов напряжений U4 и U5 и, следовательно, на выходе логического элемента 16 и на выходной клемме 17 формирования импульса напряжения U8 с уровнем логической "1" в течение всего цикла идентификации нагретого неметаллического изделия не происходит (см. фиг.5). В этом случае формируются только импульсы напряжений U1 и U3 с уровнями логической "1" соответственно на выходе формирователя 20 и на выходе порогового элемента 11, которые подаются соответственно на первый и второй входы логического элемента 11. Под действием этих напряжений формируется импульс напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходе логического элемента 11, который инвертируется инвертором 12 в импульс напряжения U7 с уровнем логического "0", а затем инвертируется логическим элементом 13 в импульс напряжения с уровнем логической "1" и проходит на его выход и на выходную клемму 14 в виде импульса напряжения U9 с уровнем логической "1", так как на второй вход логического элемента 13 с выхода порогового элемента 5 подается напряжение U2 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение. После выхода контролируемого изделия 22 из зоны действия электрического поля 25 формирование информационного сигнала идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается, а в момент выхода контролируемого изделия 22 из области оптического окна фотоприемника 19 (18) заканчивается цикл идентификации нагретого неметаллического изделия, и устройство переходит в исходное состояние. При повторном прохождении контролируемого нагретого неметаллического изделия 22 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, цикл идентификации нагретого неметаллического изделия повторяется.
Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 14 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U9 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходной клемме 17 устройства при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0".
Таким образом, в рассмотренном режиме работы устройства информационный потенциальный сигнал на его первой выходной клемме 14 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия, а сигнал на второй выходной клемме 17 - металлического (нагретого или ненагретого) изделия, чем и обеспечивается идентификация (распознавание) нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий с повышением достоверности работы устройства.
Повышение достоверности работы устройства путем устранения ложных срабатываний по его первому выходу (выходная клемма 14) от посторонних источников инфракрасного излучения, которыми могут быть в условиях технологических производственных процессов посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, например, оптические датчики с открытым оптическим каналом или метрологическое оборудование с измерительными генераторами инфракрасного излучения, обеспечивается следующим образом. При попадании в область оптического окна фотоприемника 18 (19) или в оптические окна обоих фотоприемников 18, 19 в момент нахождения устройства в исходном состоянии, при котором контролируемое нагретое неметаллическое изделие 22 находится за пределами его чувствительной поверхности, от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся за пределами действия электромагнитного и электрического полей 21, 25, но в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 18 (19), происходит его или их засветка, затем срабатывание формирователя 20 и формирование им импульса напряжения U1 с уровнем логической "1". Импульс напряжения U1 поступает на первый вход логического элемента 11, но на его выходе формирования ложного импульса напряжения U6 и прохождения его далее через инвертор 12 и логический элемент 13 на выходную клемму 14 не происходит, так как на втором входе логического элемента 11 установлено с выхода порогового элемента 10 напряжение U3 с уровнем логического "0", которое запрещает его прохождение.
Повышение достоверности идентификации предлагаемым устройством контролируемых изделий путем устранения ложных срабатываний по его второму выходу (выходная клемма 17) от посторонних источников инфракрасного излучения, которыми могут быть в условиях технологических производственных процессов посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, например, оптические датчики с открытым оптическим каналом или метрологическое оборудование с измерительными генераторами инфракрасного излучения. Устранение ложных срабатываний устройства при этом осуществляется следующим образом. При попадании в область оптического окна инфракрасного фотоприемника 18 (19) или обоих фотоприемников 18, 19 в момент нахождения устройства в исходном состоянии, при котором контролируемое металлическое (нагретое или ненагретое) изделие 15 находится за пределами его чувствительной поверхности, от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся за пределами действия электромагнитного и электрического полей 21, 25, но в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 18, 19, происходит его или их засветка, затем срабатывание формирователя 20 и формирование им импульса напряжения U1 с уровнем логической "1". Импульс напряжения U1 поступает на второй вход логического элемента 6, но на его выходе формирования ложного импульса напряжения U4 и прохождения его далее через логический элемент 16 на выходную клемму 17 не происходит, так как на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", которое запрещает его прохождение.
Кроме того, в изобретении обеспечивается повышенная достоверность работы устройства при идентификации им нагретых и ненагретых металлических контролируемых изделий на выходной клемме 17. Обеспечивается она за счет использования инфракрасных фотоприемников 18, 19 и формирователя 20 для определения нагретого состояния контролируемого металлического изделия 22 посредством контроля его инфракрасного излучения, испускаемого им в нагретом состоянии и осуществления раздельного контроля при идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий по двум ветвям электрических цепей схемы устройства (одна ветвь с фотоприемниками, а другая без фотоприемников) с последующим суммированием сигналов этих ветвей с помощью логического элемента 16 (см. фиг.1). Первую ветвь контроля нагретого металлического изделия образуют последовательно включенные генератор 4 с индуктивным чувствительным элементом 1, пороговый элемент 5, осуществляющие контроль изделия по виду материала, формирователь 20 с включенными на его вход фотоприемниками 18, 19, осуществляющий контроль факта нагретого состояния изделия и логический элемент 6, на выходе которого формируется информационный сигнал напряжения U4 контроля нагретого металлического изделия, поступающий для суммирования на первый вход логического элемента 16. Вторая ветвь контроля образована последовательно включенными генератором 4 с индуктивным чувствительным элементом 1, пороговым элементом 5, последовательно включенными мультивибратором 8 с емкостным чувствительным элементом 7, детектором 9, пороговым элементом 10, осуществляющими контроль изделия по виду материала и по факту ненагретого состояния изделия, и логическим элементом 15, на выходе которого формируется информационный сигнал контроля ненагретого металлического изделия, поступающий для суммирования на второй вход логического элемента 16.
В изобретении обеспечивается также устранение ложных срабатываний по его второму выходу (выходная клемма 17) от посторонних нагретых или ненагретых металлических предметов, случайно попадающих в его в зону действия электромагнитного поля 21 в момент нахождения устройства в исходном состоянии и контролируемого металлического изделия 22 за пределами его чувствительной поверхности. Устранение ложных срабатываний при этом происходит следующим образом.
При попадании в зону действия электромагнитного поля 21 постороннего нагретого или ненагретого предмета генератором 4 и пороговым элементом 5 формируется импульс напряжения U2 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 15. Но на его выход и далее на выходную клемму 17 устройства этот ложный импульс не проходит, так как на втором входе логического элемента 15 с выхода порогового элемента 10 установлено напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение.
В предлагаемом устройстве обеспечивается также устранение ложных срабатываний по его первому выходу (выходная клемма 14) при случайном попадании посторонних нагретых или ненагретых металлических и неметаллических предметов в зону действия электрического поля 25. Устранение ложных срабатываний устройства при этом осуществляется следующим образом. При попадании в зону действия электрического поля 25 устройства в момент нахождения его в исходном состоянии, при котором контролируемое нагретое неметаллическое изделие 22 находится за пределами его чувствительной поверхности, постороннего нагретого или ненагретого металлического или неметаллического предмета на выходе порогового элемента 10 формируется импульс напряжения U3 с уровнем логической "1", который поступает на второй вход логического элемента 11. Однако этот ложный импульс на выход логического элемента 11 и далее на выходную клемму 14 не проходит, так как одновременно на его первый вход с выхода формирователя 20 поступает запрещающий нулевой логический уровень напряжения U1.
Устройство обеспечивает также его работу в режиме контроля положения металлических (нагретых и ненагретых) и нагретых неметаллических изделий, так как в нем используется потенциальный принцип формирования информационных сигналов об идентификации контролируемых изделий.
Так при помещении контролируемого нагретого или ненагретого металлического или нагретого неметаллического изделия в зону действия чувствительного элемента предлагаемого устройства на его соответствующем выходе устанавливается потенциал выходного напряжения с уровнем логической "1", соответствующий информационному сигналу о положении контролируемого изделия, длительность которого определяется временем одновременного нахождения контролируемого изделия: в зоне действия электромагнитного поля и в области оптических окон фотоприемников - для нагретых металлических изделий; в зоне действия электромагнитного и электрического полей - для ненагретых металлических изделий; в зоне действии электрического поля и в области оптических окон фотоприемников - для нагретых неметаллических изделий.
Причем этот сигнал не исчезает, как, например, в случае импульсного принципа формирования информационного сигнала о контролируемом изделии по перепадам напряжения (по переднему или по заднему фронту), а продолжает непрерывно отслеживать потенциальным уровнем выходного напряжения контролируемое изделие как при перемещении его в пределах чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении контролируемого изделия в ней в неподвижном состоянии в течение неопределенного промежутка времени. Т.е. при этом имеет место однозначное соответствие потенциального информационного сигнала на соответствующей выходной клемме устройства положению контролируемого изделия в определенной точке пространства, где установлено предлагаемое устройство. Это, в свою, очередь, и обеспечивает работу предлагаемого устройства в режиме контроля положения нагретых и ненагретых металлических и нагретых неметаллических изделий.
В режиме контроля положения нагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный индуктивно-оптический датчик положения. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 17, а выходная клемма 14 не задействуется.
В режиме контроля положения ненагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения индуктивно-емкостного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 17, а выходная клемма 14 не задействуется.
В режиме контроля положения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения оптико-емкостного типа. Работа устройства в этом режиме описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. В этом случае информационный сигнал снимается с выходной клеммы 14, а выходная клемма 17 не задействуется.