УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК G01B7/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины изделий, выполненных из ферромагнитных материалов, например, стального провода, стальных труб, железнодорожных рельсов, стального троса, в процессе движения изделия и устройства относительно друг друга.

Известны устройства, которые измеряют длину изделий, изготовленных из ферромагнитных сплавов или длину пути, пройденного устройствами относительно таких изделий, при движении их друг относительно друга, в которых записывающая магнитная головка наносит на измеряемое изделие магнитную метку, которая затем считывается при прохождения ею мимо считывающей магнитной головки с одновременной записью следующей магнитной метки на измеряемом изделии, причем, обе магнитные головки размещены друг относительно друга на неизменном расстоянии, называемом измерительной базой. Длина измеренного изделия или длина пройденного пути равны произведению длины измерительной базы на количество считанных магнитных меток. Точность измерения таких устройств зависит от скорости относительного движения устройства и измеряемого изделия, от надежности нанесения магнитных меток и от влияния помех, которые препятствуют устройству считывать магнитные метки и будет тем выше, чем меньше магнитных меток будет пропущено устройством.

Наиболее близким к заявленному изобретению устройством того же назначения является устройство для автоматического измерения длины движущихся изделий, содержащее записывающую и считывающую магнитные головки, усилитель записи, усилитель считывания, два счетчика, причем вход записывающей головки подключен к выходу усилителя записи, а выход считывающей головки подключен ко входу усилителя считывания, генератор импульсов и логический элемент ИЛИ, выход которого подключен ко входу усилителя записи, выход генератора импульсов подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, выход усилителя подключен ко входу первого счетчика, входу сброса второго счетчика и второму входу логического элемента ИЛИ. В этом устройстве предусмотрено повышение точности измерений за счет того, что генератор импульсов, второй счетчик импульсов и второй логический элемент ИЛИ обеспечивают запись на измеряемом изделии магнитной метки записывающей магнитной головкой даже в том случае, если считывающая головка не смогла считать предыдущую магнитную метку в связи с тем, что скорость движения измеряемого изделия была ниже критической, при которой невозможно воспроизведение записанной метки, или эта метка оказалась не записанной по каким-либо причинам (см. авторское свидетельство СССР N 1728640, кл. G 01 В 7/04, 23.04.92).

Недостатком рассматриваемого устройства является то, что в процессе измерения одного изделия частота генератора импульсов, подключенного к счетному входу второго счетчика и коэффициент деления этого счетчика являются величинами постоянными и не зависят от изменения относительной скорости движения устройства и измеряемого изделия, что дает возможность обеспечить высокую точность измерения только при определенной и строго постоянной скорости движения изделия и устройства относительно друг друга. В случае же невозможности воспроизведения при считывании раннее записанной магнитной метки и, следовательно, отсутствия импульсов от нее на входе сброса второго счетчика и на входе второго логического элемента ИЛИ по причине снижения относительной скорости движения измеряемого изделия и устройства ниже критической, на измеряемое изделие после последней считанной магнитной будет искусственно нанесена магнитная метка через интервал времени, равный произведению периода повторения импульсов генератора на коэффициент пересчета второго счетчика. Если в дальнейшем в процессе измерения относительная скорость движения не станет выше критической, на измеряемое изделие будут продолжать искусственно наноситься магнитные метки через равные промежутки времени до тех пор, пока относительная скорость движения устройства и измеряемого изделия не станет выше критической, что позволит считывающей магнитной головке снова фиксировать магнитные метки, записанные на изделии. Кроме этого, например, в процессе измерения устройством длины рельсов, уложенных в железнодорожный путь, может произойти случай, когда какую-нибудь магнитную метку необходимо будет записать на измеряемом изделии точно в месте стыка рельсов, что приведет к потере этой метки. Аналогичная ситуация может возникнуть при установке устройства на перемещающихся внутри трубопроводов приборах, используемых для измерения физических и химических свойств трубопроводов или транспортируемых по ним жидкостей, для измерения длины пути, пройденного этим прибором при записи метки в месте фланцевого соединения труб или в месте сварного шва, соединяющего трубы.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет обеспечения возможности считывания магнитных меток при сколько угодно низких относительных скоростях движения устройства и измеряемого изделия и за счет создания сигналов, имитирующих расположение магнитных меток в непосредственной близости от тех мест на измеряемом изделии, где при нормальных условиях должны были бы находиться реальные магнитные метки, которые по каким-либо причинам не были записаны или считаны устройством. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее записывающую и считывающую магнитные головки, усилитель записи, усилитель считывания, счетчик, логический элемент ИЛИ, вход записывающей головки подключен к выходу усилителя записи, выход считывающей головки подключен ко входу усилителя считывания, отличающееся тем, что в него дополнительно введены дифференцирующая цепочка, одновибратор, триггер со счетным входом, селектор первого импульса, схема записи первой метки, два идентичных канала запоминания временных интервалов нечетных и четных меток, каждый из которых состоит из схемы совпадения, интегратора и компаратора нуля, смеситель импульсов компараторов, третья схема совпадения, вибрационный двигатель, сообщающий механические колебательные движения считывающей магнитной головке, выход усилителя считывания подключен ко входу селектора первого импульса, выход которого подключен к одному из входов логического элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу усилителя записи через схему записи первой метки и ко входу дифференцирующей цепочки, к выходу которой подключены входы двух схем совпадения каналов запоминания временных интервалов и счетный вход триггера, к выходам которого подключены два других входа схем совпадения, выходы которых подключены ко входам сброса интеграторов, управляющие входы которых подключены к выходам триггера, а выходы интеграторов подключены ко входам компараторов, выходы которых подключены ко входам смесителя импульсов компараторов, выход которого подключен к одному из входов третьей схемы совпадения, к другому входу которой подключен выход одновибратора, ко входу которого подключен выход селектора первого импульса, а к выходу третьей схемы совпадения подключен второй вход логического элемента ИЛИ.

На фиг 1. представлена функциональная схема устройства, а на фиг. 2 приведены временные диаграммы электрических сигналов в различных точках функциональной схемы устройства.

Устройство для измерения длины изделия содержит записывающую магнитную головку 1 и считывающую магнитную головку 2, которые расположены в направлении движения изделия 3 на фиксированном расстоянии друг от друга, равном длине измерительной базы. Корпус магнитной головки 2 соединен механически с вибродвигателем 4, а выход ее электрически подключен ко входу усилителя считывания 5, к выходу которого подключен вход селектора-формирователя первого импульса 6, выход которого подключен к одному из входов логического элемента ИЛИ 7, выход которого подключен ко входу счетчика 8, ко входу дифференциальной цепочки 11 и ко входу схемы записи первой метки 9, выход которой подключен ко входу усилителя записи 10, к выходу которого подключена магнитная головка записи 1. Выход дифференцирующей цепочки 11 подключен к счетному входу триггера 12 и входам схемы совпадения И 13 канала запоминания временных интервалов нечетных меток (КЗВИНМ) и схемы И 14 канала запоминания временных интервалов четных меток (КЗВИЧМ). Один выход триггера 12 соединен со входом интегратора 15 КЗВИНМ и входом схемы совпадения И 14 КЗВИЧМ, а другой выход триггера 12 соединен со входом интегратора 16 КЗВИЧМ и входом схемы совпадения И 13 КЗВИНМ. Выходы схем И 13, И 14 каждого из каналов запоминания временных интервалов подключены соответственно ко входам сброса на нуль интеграторов 15 и 16, выходы которых подключены соответственно ко входам компараторов нуля 17 и 18 каналов запоминания временных интервалов. Выходы компараторов нуля 17 и 18 подключены к двум входам смесителя импульсов компараторов 19, а к выходу смесителя импульсов компараторов 19 подключен один из входов третьей схемы совпадения И 20, к другому входу которой подключен выход одновибратора 21, вход которого соединен с выходом селектора-формирователя первого импульса 6.

При включении устройства в момент времени Т1 (фиг. 2) схема записи первой метки 9 подает на вход усилителя записи 10 прямоугольный импульс (фиг. 2д) и на измеряемом изделии 3 записывающая магнитная головка 1 ставит первую магнитную метку. После этого схема записи первой магнитной метки 9 переходит в режим повторителя сигналов, поступающих ей на вход с выхода логического элемента ИЛИ 7. В схеме записи первой метки 9 предусмотрена возможность в любое время по желанию оператора вручную поставить магнитную метку на измеряемое изделие.

Нанесенная на измеряемое изделие 3 первая магнитная метка, проходя в направлении движения вместе с изделием 3 расстояние, равное длине базы измерения, подходит к считывающей магнитной головке 2. Считывающая магнитная головка 2, корпус которой механически соединен с вибродвигателем 4, совершает механические колебательные движения вдоль направления взаимного перемещения измеряемого изделия 3 и устройства. Частота этих механических колебательных движений такова, что даже при относительной скорости устройства и измеряемого изделия 3, равной нулю, скорость пересечения считывающей головкой 2 магнитной метки (фиг. 2а) больше критической скорости, при которой ЭДС, создаваемая в обмотке считывающей магнитной головки 2, будет достаточна для нормальной работы устройства. Амплитуда механических колебаний считывающей магнитной головки 2 больше половины ширины участка измеряемого изделия 3, занимаемого магнитной меткой при самой большой относительной скорости движения устройства и измеряемого изделия, что необходимо для того, чтобы зазор считывающей магнитной головки 2 при каждом колебании всегда мог выйти за пределы считываемой магнитной метки. Во время считывания магнитной метки Т2 (фиг. 2) выходной сигнал считывающей головки 2, пройдя усилитель считывания 5, который является усилителем-ограничителем импульсов обеих полярностей, представляет собой усиленную и выровненную по амплитуде пачку положительных и отрицательных импульсов (фиг. 2б). Эта пачка импульсов поступает на вход селектора первого импульса 6, который из нее выделяет первый импульс, и на своем выходе выдает импульс положительной полярности нормированный по длительности (фиг. 2в). Нормированный импульс с выхода селектора 6 поступает на вход одновибратора 21 и на один из входов логического элемента ИЛИ 7, с выхода которого поступает на вход счетчика 8 (фиг. 2г), записав в него единицу, на вход дифференцирующей цепочки 11 и через схему записи первой метки 9, работающей в режиме повторения входного сигнала, поступает на вход усилителя записи 10 (фиг. 2д), в результате чего записывающая магнитная головка 1 наносит на измеряемое изделие 3 вторую магнитную метку, которая расположена на расстоянии, равном длине измерительной базы от первой метки (фиг. 2а) и далее цикл повторяется до окончания процедуры измерения. Произведение длины измерительной базы на число, записанное в счетчике, равно значению длины измеряемого изделия, полученному на момент снятия показаний счетчика.

В случае, если по каким-либо причинам в нужном месте изделия 3 не записалась метка или при ее считывании на счетчик 8 не поступил импульс, устройство искусственно восстанавливает этот импульс следующим образом.

Допустим, что при включении устройства в момент времени Т1 (фиг. 2) на выходах триггера со счетным входом 12 случайно установились потенциалы так, как указано на фиг. 2, то есть положительный (фиг. 2ж) и нулевой (фиг. 2з). При действии на входе интегратора положительного потенциала с одного из выходов триггера 12, этот интегратор заряжается и на его выходе имеет место рост положительного напряжения (фиг. 2л). Процесс заряда интегратора и, следовательно, рост положительного напряжения на его выходе будут происходить до тех пор, пока на его входе будет действовать положительный потенциал с выхода триггера 12 и интегратор перейдет в режим насыщения. При действии на входе интегратора нулевого потенциала триггера 12 происходит разряд интегратора и напряжение на его выходе начнет падать, стремясь к нулю. Постоянная времени цепи разряда интегратора на 2...3 процента больше, чем постоянная времени цепи заряда, то есть нарастание напряжения от нуля до какого-либо положительного значения на выходе интегратора при его заряде будет происходить за более короткое время (на 2-3 процента), чем падение этого напряжения до нуля при разряде интегратора. Кроме этого, независимо от того в какой стадии работы будут находиться интеграторы, при поступлении на другие входы интеграторов импульсов с выходов схем И 13 или И 14 будет происходить сброс интеграторов на нуль. При принятых случайно установленных значениях потенциалов на выходах триггера 12, на выходе интегратора 15 КЗВИНМ с момента включения устройства (фиг. 2, время Т1) начнет нарастать напряжение (фиг. 2л), а напряжение на выходе интегратора 16 КЗВИЧМ будет равно нулю (фиг. 2м), так как до момента включения устройства интегратор 16 был разряжен.

В момент времени Т2 импульс с выхода селектора первого импульса (фиг. 2в) запустит одновибратор 21 (фиг. 2р), а импульс с выхода логического элемента ИЛИ 7 (фиг. 2г) поступит на вход дифференцирующей цепочки 11. С выхода дифференцирующей цепочки 11 (фиг. 2е) короткие импульсы положительной и отрицательной полярности, полученные в результате дифференцирования (фиг. 2е), поступят на входы схем И 13 и И 14 и на счетный вход триггера 12. В этот момент времени на одном входе схемы совпадения И 14 будет действовать положительное напряжение с выхода триггера 12 (фиг. 2ж), а на другом - двухполярные импульсы с выхода дифференцирующей цепочки 11 (фиг. 2е). В связи с этим на выходе И 14 появится положительный импульс, соответствующий переднему положительному фронту продифференцированного импульса, действующего на входе дифференцирующей цепочки (фиг. 2к). На выходе И 13 импульс будет отсутствовать, так как на одном из ее входов будет действовать нулевой потенциал с другого выхода триггера 12 (фиг. 2и). Импульс с выхода И 14 поступит на вход интегратора 16, но в связи с тем, что этот интегратор находится в разряженном состоянии (фиг. 2м), поступивший импульс сброса на него никакого влияния не окажет. Так как триггер со счетным запуском 12 запускается отрицательными импульсами, он переключится только при поступлении на его вход отрицательного импульса от дифференцирующей цепочки, то есть от заднего фронта продифференцированного импульса. Таким образом, триггер 12 будет всегда переключаться после появления импульсов на выходах схем И 13 или И 14 с задержкой, равной длительности импульса, поступающего с выхода селектора первого импульса 6. Как только произойдет переключение триггера 12 (фиг. 2ж и 2з) интегратор 15 КЗВИНМ перейдет в режим разряда, а интегратор 16 КЗВИЧМ перейдет в режим заряда. Заряд, накопленный в интеграторе 15 создаст на его выходе напряжение, величина которого будет соответствовать временному интервалу между моментом записи первой (нечетной) метки и моментом ее считывания. Интегратор 16, перейдя в режим заряда, будет накапливать заряд, который создаст на его выходе напряжение, соответствующее временному интервалу между моментом записи второй (четной) метки и моментом ее считывания. При дальнейшем относительном движении измеряемого изделия и устройства в момент времени Т3 (фиг. 2) вторая магнитная метка в момент времени Т3 (фиг. 2) подойдет к считывающей магнитной головке, в результате чего импульс от второй магнитной метки, пройдя усилитель считывания 5, селектор первого импульса 6, логический элемент ИЛИ 7, поступит на счетчик 8 и прибавит к записанному в нем числу единицу и, кроме того, через схему нанесения первой метки этот импульс поступит на вход усилителя записи 10, в результате чего на измеряемом изделии должна быть нанесена третья магнитная метка. Одновременно импульс с выхода логического элемента ИЛИ 7 поступит на дифференцирующую цепочку 11, продифференцируется и импульсы с выхода дифференцирующей цепочки поступят на входы схем И 13 и И 14 и на вход триггера 12, а выходным импульсом селектора первого импульса будет запущен одновибратор 21 (фиг. 2р). В это время на втором входе И 13 еще будет действовать положительный потенциал с выхода триггера 12 (фиг. 2з), что создаст условия для срабатывания схемы И 13 и, следовательно, на ее выходе появится импульс (фиг. 2и), поступивший на ее вход. В схеме И 14 условий для совпадения не будет, так как на одном ее входе будет в это время действовать нулевой потенциал с другого выхода триггера 12 (фиг. 2ж) и, следовательно, на ее выходе импульс не появится (фиг. 2к). Импульс с выхода схемы И 13 поступит на вход интегратора 15, который в это время будет находиться в режиме разряда (фиг. 2л) и мгновенно сбросит его на нуль. Появление нулевого потенциала на выходе интегратора 15 приведет к срабатыванию компаратора нуля 17, на выходе которого появится положительный импульс (фиг. 2н), который пройдя через смеситель импульсов компаратора 19 поступит на один из входов схемы совпадения И 20 (фиг. 2п). На втором входе схемы совпадения И 20 в это же время будет действовать отрицательный импульс с выхода одновибратора 21 (фиг. 2р), в связи с чем импульс со входа И 20 на ее выходе (фиг. 2с) не появится из-за наличия разных потенциалов на ее входах. Отрицательный импульс с выхода дифференцирующей цепочки поступив на вход триггера, переключит последний, в результате чего на входе интегратора 15 появится положительный потенциал (фиг. 2ж), а на входе интегратора 16 - отрицательный (фиг. 2з).

Допустим, что третья магнитная метка не записалась на изделии 3 (например, запись происходила во время нахождения записывающей магнитной головки 1 над стыком двух железнодорожных рельсов), в связи с чем она не будет в дальнейшем считана считывающей головкой 2 и, следовательно, в момент времени Т4 при прохождении места, где эта метка должна была быть записана на измеряемом изделии 3 считывающей магнитной головки 2 (фиг. 2), на выходе последней, а значит и на выходах усилителя считывания (фиг. 2б) и селектора первого импульса (фиг. 2в) не окажется импульсов от этой метки (на фиг. 2а, б,в эти сигналы представлены пунктирными линиями). В связи с этим интегратор 16 будет продолжать находиться в состоянии разряда (фиг. 2м). В процессе разряда интегратора 16 при достижении напряжением на его выходе нулевого значения (фиг. 2, время Т5), сработает компаратор нуля 18 и на его выходе появиться положительный импульс (фиг. 2о), который в той же полярности поступит на выход смесителя импульсов компараторов 19, то есть на один из входов схемы И 20 (фиг. 2п). На другом входе И 20 будет действовать положительный потенциал с выхода одновибратора 21, который в это время будет находиться в состоянии релаксации (фиг. 2р), так как он не запустился ввиду отсутствия сигнала от потерянной метки. Одновременное присутствие на обоих входах схемы совпадения И 20 положительных потенциалов даст возможность на ее выходе (фиг. 2с) получить импульс с выхода компаратора нуля 18, который, в конечном счете, будет искусственно созданным импульсом от магнитной метки, которая должна была быть записана на измеряемом изделии 3, но не записалась. Этот импульс поступит на вход логического элемента ИЛИ 7 (фиг. 2г) и далее на счетчик 8, увеличит записанное в нем число на единицу и, пройдя через схему нанесения первой метки на вход усилителя записи, запишется в виде четвертой магнитной метки на измеряемое изделие (фиг. 2а). Одновременно этот же импульс поступит на вход дифференцирующей цепочки 11, с выхода которой (фиг. 2е) положительный импульс от переднего фронта входного импульса поступит на входы схем совпадения И 13 и И 14. В это время на втором входе И 13 будет действовать положительный потенциал с выхода триггера 12 (фиг. 2ж), что создаст условия для срабатывания схемы И 14 и, следовательно, на ее выходе появится импульс (фиг. 2к), поступивший на ее вход. В схеме И 13 условий для совпадения не будет, так как на одном ее входе будет в это время действовать нулевой потенциал с другого выхода триггера 12 (фиг. 2з) и, следовательно, на ее выходе импульс со входа не появится (фиг. 2и), отрицательный импульс с выхода дифференцирующей цепочки, поступив на вход триггера, переключит его и подготовит устройство к следующему циклу работы. Таким образом, четвертая магнитная метка на измеряемом изделии будет несколько сдвинута относительно того места, на котором она должна была бы находиться, если бы нормально записалась третья, но величина этого сдвига, который фактически будет представлять погрешность измерения, по абсолютной величине не превысит 2...3% от длины измерительной базы.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в тех отраслях промышленности и строительства, где имеется необходимость измерять линейные размеры движущихся относительно друг друга устройства и изделий из ферромагнитных материалов, а именно:
в металлургической промышленности - для измерения во время движения длины прокатываемых изделий из ферромагнитных сплавов;
в железнодорожном строительстве и транспорте - для определения длины проложенных железнодорожных путей и пройденного пути транспортными средствами;
в трубопроводном транспорте - для определения пути, пройденного приборами, измеряющими внутри трубопроводов химические и физические параметры транспортируемых жидкостей и трубопроводов.

Преимущество заявленного устройства состоит в том, что оно обеспечивает повышенную точность измерения за счет того, что поступающие от считывающей головки сигналы от магнитных меток, наносимых на измеряемое изделие, воспринимаются устройством, независимо от величины относительной скорости движения устройства и измеряемого изделия и за счет того, что устройство автоматически создает сигнал от потерянной по каким-либо причинам магнитной метки в том случае, если с момента считывания предыдущей магнитной метки проходит на 2...3 процента больше времени, чем составляла длительность временного интервала между моментом считывания предыдущей магнитной метки и моментом записи ее на измеряемое изделие и в течение этого времени устройством не была считана метка, которая оказалась потерянной.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины изделий, выполненных из ферромагнитных материалов, в процессе движения изделия и устройства относительно друг друга. Устройство имеет записывающую и считывающую магнитные головки для нанесения меток на изделие и их считывания. Устройство также имеет два идентичных канала запоминания временных интервалов нечетных и четных меток. Каналы выполнены на основе интеграторов. Кроме того, корпус считывающей головки соединен с вибродвигателем. Наличие двух каналов запоминания временных интервалов меток позволяет устройству автоматически создавать сигнал от потерянной по каким-либо причинам метки. Наличие вибропривода считывающей головки позволяет исключить зависимость амплитуды выходного сигнала головки от величины относительной скорости движения устройства и изделия. 2 ил.

Устройство для измерения длины изделий, содержащее записывающую и считывающую магнитные головки, усилитель записи, усилитель считывания, счетчик, логический элемент ИЛИ, вход записывающей головки подключен к выходу усилителя записи, выход считывающей головки подключен к входу усилителя считывания, отличающееся тем, что в него дополнительно введены дифференцирующая цепочка, одновибратор, триггер с счетным входом, селектор первого импульса, схема записи первой метки, два идентичных канала запоминания временных интервалов нечетных и четных меток, каждый из которых состоит из схемы совпадения, интегратора и компаратора нуля, смеситель импульсов компараторов, третья схема совпадения, вибрационный двигатель, сообщающий механические колебательные движения считывающей магнитной головке, выход усилителя считывания подключен ко входу селектора первого импульса, выход которого подключен к одному из входов логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу усилителя записи через схему записи первой метки и к входу дифференцирующей цепочки, к выходу которой подключены входы двух схем совпадения каналов запоминания временных интервалов и счетный вход триггера, к выходам которого подключены два других входа схем совпадения, выходы которых подключены к входам сброса интеграторов, управляющие входы которых подключены к выходам триггера, а выходы интеграторов подключены к входам компараторов, выходы которых подключены к входам смесителя импульсов компараторов, выход которого подключен к одному из входов третьей схемы совпадения, к другому входу которой подключен выход одновибратора, к входу которого подключен выход селектора первого импульса, а к выходу третьей схемы совпадения подключен второй вход логического элемента ИЛИ.