УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2008 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых и ненагретых неметаллических изделий, а также в качестве датчика контроля положения неметаллических изделий с учетом их термического состояния.

Известно устройство идентификации (распознавания) изделий, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, и включенным в цепь его колебательного контура, пороговое устройство, последовательно включенные фотоприемник, формирователь, а также первую клемму, являющуюся первым выходом устройства, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с первой клеммой, вторую клемму, соединенную с выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1185419, МКИ⁴ Н01Н 36/00 "Датчик положения и контроля", 1985). Такое устройство производит идентификацию ненагретых неметаллических изделий и не позволяет производить идентификацию нагретых неметаллических изделий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, формирователь, логический элемент 2И, первую клемму, соединенную с выходом логического элемента 2И и являющуюся первым выходом устройства, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу чашки ферритового сердечника, и включенным в цепь его колебательного контура, и пороговое устройство, а также инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, второй - с выходом логического элемента 2И, вторую клемму, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1610268, МКИ⁵ G01B 21/00 "Индуктивно-оптический датчик положения и контроля", 1990). Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не позволяет производить идентификацию (распознавание) наряду с нагретыми неметаллическими изделиями ненагретых неметаллических изделий.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми неметаллическими изделиями и ненагретых.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый фотоприемник, первый формирователь, к входу которого подключен первый фотоприемник, логический элемент 2И, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя, а выход его является первым выходом устройства, индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, и пороговый элемент, а также инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, второй вход - с выходом логического элемента 2И, а выход его является вторым выходом устройства, в него введены второй фотоприемник, подключенный к входу первого формирователя параллельно первому фотоприемнику, последовательно соединенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу, детектор и второй формирователь, выход которого подключен к входу инвертора и к второму входу логического элемента 2И, при этом выход порогового элемента соединен с третьим входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а емкостной чувствительный элемент, выполненный в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, совпадающей с геометрической формой центрального отверстия ферритового сердечника, установлен внутри его центрального отверстия соосно с ним со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника в сторону закрытого торца ферритового сердечника, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и фотоприемники, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а плоскости оптических окон 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 фотоприемников, емкостного и индуктивного чувствительных элементов и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) соединенные между собой параллельно первый и второй инфракрасные фотоприемники 1, 2, каждый из которых 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 фотоприемника, первый формирователь 3, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 1 и 2, логический элемент 2И 4, первый вход которого подключен к выходу первого формирователя 3, первую выходную клемму 5, подключенную к выходу логического элемента 2И 4 и являющуюся первым выходом устройства, индуктивный чувствительный элемент 6, выполненный в виде катушки индуктивности 7, размещенной в кольцевом пазу со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8 с центральным отверстием, высокочастотный генератор электрических колебаний 9, выполненный, например, по схеме индуктивной трехточки, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 6 подключены к цепям его колебательного контура, пороговый элемент 10, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 9, мультивибратор 11 с емкостным чувствительным элементом 12, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на базе операционного усилителя (см. книгу Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1974, с.175, рис.4.42, а), детектор 13, 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), вход которого соединен с выходом мультивибратора 11, второй формирователь 14, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу детектора 13, выход - к второму входу логического элемента 2И 4, инвертор 15, вход которого соединен с выходом второго формирователя 14, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 16, первый вход которого подключен к выходу инвертора 15, второй вход - к выходу логического элемента 2И 4, третий вход - к выходу порогового элемента 10, вторую выходную клемму 17, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и являющуюся вторым выходом устройства.

Индуктивный чувствительный элемент 6 включает в себя катушку индуктивности 7, ферритовый сердечник 8, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8 устанавливается обмотка катушки индуктивности 7. У открытого торца чашки при подаче на катушку индуктивности 7 с генератора 9 электрических колебаний высокочастотного сигнала образуется в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле 18. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального отверстия катушки индуктивности 7, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающим своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 7 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 спой феррита, образующего закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 8. Внутри центрального отверстия ферритового сердечника 8 высокочастотное электромагнитное поле также отсутствует, так как отверстие выполнено в сплошном слое феррита, и магнитный поток замыкается внутри ферритового сердечника 8 через этот слой феррита вследствие небольшого сопротивления феррита для магнитного потока по сравнению с сопротивлением воздуха. Поэтому взаимодействие емкостного чувствительного элемента 12, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 8 с электромагнитным полем 18 катушки индуктивности 7, полностью исключается.

Емкостной чувствительный элемент 12, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 11, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 11 и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 11 (см. журнал "Радио", №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 12 выполнен в виде токопроводящей пластины дискообразной формы, совпадающей с геометрической формой центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 8 индуктивного чувствительного элемента 6. Причем емкостной чувствительный элемент 12 установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника 8 соосно с ним со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника 8 вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника 8 в сторону, противоположную размещению катушки индуктивности 7, т.е. в сторону закрытого торца ферритового сердечника 8. Наличие такого смещения не позволяет потоку рассеяния электромагнитного поля 18, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 12 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур высокочастотного генератора электрических колебаний 9. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 9 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности устройства.

Между инфракрасными фотоприемниками 1, 2 размещен индуктивный чувствительный элемент 6 с емкостным чувствительным элементом 12 (см. фиг.2). При этом инфракрасные фотоприемники 1, 2, индуктивный и емкостной чувствительные элементы 6, 12 соответственно установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Причем плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников 1, 2, плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 6 катушки индуктивности 7 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 12, направленные в одну сторону, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность устройства.

Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 1, 2, емкостного чувствительного элемента 12, индуктивного чувствительного элемента 6 и контролируемого изделия 20 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 21 (22) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 18 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8, электрического поля 19 емкостного чувствительного элемента 12 и в пределах чувствительностей фотоприемников 1, 2 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 20 с оптическим окном фотоприемника 1 (2), электромагнитным полем 18, электрическим полем 19 емкостного чувствительного элемента и оптическим окном фотоприемника 2 (1). Это, в свою очередь, обеспечивает:

1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым неметаллическим изделием 20 своим инфракрасным излучением 23 сначала одного фотоприемника 1 (2), потом пересечение электромагнитного поля 18 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8, оставляя при этом фотоприемник 1 (2) в засвеченном состоянии, а затем взаимодействие с электрическим полем 19 емкостного чувствительного элемента 12, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 18 и оставляя при этом фотоприемник 1 (2) в засвеченном состоянии, далее засвечивание другого фотоприемника 2 (1), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 18, 19 соответственно и оставляя на некотором промежутке времени оба фотоприемника в засвеченном состоянии, потом затемнение фотоприемника 1 (2), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 18, 19 соответственно и оставляя при этом фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 19, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 18 и оставляя фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии, далее выход из зоны действия электромагнитного поля 18, оставляя при этом фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии, и, наконец, затемнение фотоприемника 2 (1) и выход нагретого контролируемого неметаллического изделия 20 из зоны чувствительной поверхности устройства.

Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым изделием одного 1 (2) и другого 2 (1) фотоприемника происходит без разрыва, т.е. формируется на выходе первого формирователя 3 обоими параллельно включенными фотоприемниками сплошной импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной времени нахождения нагретого контролируемого неметаллического изделия в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 1 (2) и до момента выхода из засвеченного состояния фотоприемника 2 (1);

2) последовательное прохождение ненагретым контролируемым изделием фотоприемника 1 (2) без его засвечивания вследствие отсутствия у контролируемого изделия инфракрасного излучения 23, потом пересечение им электромагнитного поля 18 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8, затем взаимодействие его с электрическим полем 19 емкостного чувствительного элемента 12, далее прохождение им фотоприемника 2 (1) без засвечивания его из-за отсутствия у контролируемого изделия 20 инфракрасного излучения 23 и выход контролируемого изделия 20 из зоны чувствительной поверхности устройства. Таким образом, на выходе второго формирователя 14 формируется импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электрическом поле 19 емкостного чувствительного элемента 12;

3) получение на выходе первого формирователя 3 импульса длительностью, всегда большей, чем длительность каждого импульса на выходе порогового элемента 10 и второго формирователя 14;

4) получение на выходе порогового элемента 10 в случае взаимодействия чувствительного элемента устройства с ненагретым контролируемым металлическим изделием 20 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, всегда большей, чем длительность импульса на выходе второго формирователя 14;

5) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс первого формирователя 3 большей длительности всегда "охватывал" выходные импульсы меньшей длительности порогового элемента 10 и второго формирователя 14 и чтобы в то же время выходной импульс порогового элемента 10, длительность которого больше, чем длительность импульса на выходе второго формирователя 14, всегда "охватывал" выходной импульс последнего.

Такое взаимное расположение 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 неметаллических изделий, т.е. производить распознавание неметаллических изделий с учетом их термического состояния.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 20 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) фотоприемники 1, 2 находятся в затемненном состоянии. В результате формирователь 3 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 2И 4 устанавливается напряжение U1, а на выходе логического элемента 2И 4, на втором входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и на первой выходной клемме 5 устанавливается напряжение U5 с уровнем логического "0" (см. фиг.3 и фиг.4). При этом мультивибратор 11 находится в заторможенном состоянии, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 13 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0".

После чего второй формирователь 14 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, входе инвертора 15 и втором входе логического элемента 2И 4 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое инвертором 15 инвертируется в напряжение U4 с уровнем логической "1" и подается на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания генератор 9 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 10. При этом пороговый элемент 10 переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 (см. фиг.3, фиг.4) с уровнем логического "0", которое подается на третий вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16. При этом напряжение U4 на выходе инвертора 15 с уровнем логической "1" инвертируется логическим элементом 2ИЛИ-НЕ 16 в напряжение U6 с уровнем логического "0" и проходит на его выход и вторую выходную клемму 17, так как на второй и третий входы логического элемента 2ИЛИ-НЕ поданы с выхода порогового элемента 10 и логического элемента 2 И 4 соответственно разрешающие напряжения U2 и U5 с уровнями логического "0".

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 20 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходных клеммах 5 и 17 устанавливаются соответственно напряжения U5 и U6 с уровнями логического "0".

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий, при котором контролируемое изделие 20 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зон действия электромагнитного поля 18 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8, электрического поля 19 емкостного чувствительного элемента 12 и зон чувствительностей инфракрасных фотоприемников 1, 2 в одном из направлений по стрелке 21 или 22.

При введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства, например, нагретого неметаллического изделия 20 происходит засвечивание его инфракрасным излучением 23 (см. фиг.2) фотоприемника 1 (2), в результате на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", которое поступает на вход формирователя 3, который переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 2И 4 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). При этом уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 2 И 4, второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и первую выходную клемму 5 не проходит, так как на второй вход логического элемента 2И 4 подано запрещающее напряжение U3 с выхода второго формирователя 14 с уровнем логического "0". Поэтому на первой выходной клемме 5 продолжает присутствовать напряжение U5 с уровнем логического "0".

Через некоторый промежуток времени перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 1 (2) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электромагнитного поля 18 ферритового сердечника 8. При этом контролируемое изделие 20 существенного затухания в колебательный контур генератора 9 не вносит, и последний продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии. Поэтому описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента вхождения контролируемого изделия в зону действия электромагнитного поля 18, не изменились.

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 1 в засвеченном состоянии и по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 18, входит в зону действия электрического поля 19 емкостного чувствительного элемента 12 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 11 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 11 преобразуется детектором 13 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входной пороговый уровень напряжения триггера формирователя 14. При этом формирователь 14 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1", которое подается на вход инвертора 15 и на второй вход логического элемента 2И 4. Так как на обоих входах логического элемента 2И 4 присутствуют напряжения с уровнями логической "1", то на его выходе, на втором входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и на выходной клемме 5 устанавливается уровень напряжения U5 с уровнем логической "1". При этом на выходе инвертора 15 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16. Так как на первом и третьем входах логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 установлены соответственно разрешающие напряжения U4 и U2 с уровнями логического "0", происходит инвертирование логическим элементом 2ИЛИ-НЕ 16 напряжения U1 с уровнем логической "1" в напряжение U6 с уровнем логического "0". В результате чего напряжение U6 на второй выходной клемме 17 остается на прежнем нулевом логическом уровне.

Далее перемещающееся контролируемое изделие 20, по-прежнему оставляя фотоприемник 1 (2) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 18 и электрического поля 19, засвечивает фотоприемник 2 (1).

После чего уровень напряжения на входе и выходе формирователя 3, соответствующий уровню логической "1", не изменился, так как параллельно включенные фотоприемники 1, 2 реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента засветки фотоприемника 2 (1), не изменились.

При дальнейшем перемещении в том же направлении контролируемое изделие 20, оставаясь в зонах действия электромагнитного и электрического полей 18, 19 и оставляя фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 1 (2). При этом происходит затемнение фотоприемника 1 (2). После чего уровень напряжения U1 на выходе формирователя 3, соответствующий уровню логической "1", также не изменяется по причине реализации фотоприемниками 1, 2 логической функции МОНТАЖНОЕ ИЛИ. В связи с этим описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 1 (2), также не изменились.

Далее контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 18, выходит из зоны действия электрического поля 19. При этом мультивибратор 11 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 13 устанавливается напряжение с уровнем логического "0". В результате на вход формирователя 14 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 второй вход логического элемента 2И 4 и на вход инвертора 15. В результате чего логический элемент 2И 4 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе, на втором входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и выходной клемме 5 устанавливается напряжение U5 с уровнем логического "0", а на выходе инвертора 15 - напряжение U4 с уровнем логической "1". В результате формирование информационного сигнала на выходной клемме 5 об идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается, и по первому входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 происходит инвертирование им напряжения U4 с уровнем логической "1" в напряжение U6 с уровнем логического "0" и прохождение его на выходную клемму 17, так как на второй и третий входы логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 поступают соответственно разрешающие уровни напряжений U5 и U2 с уровнями логического "0".

Затем контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 1 (2) в затемненном состоянии, а фотоприемник 2 (1) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электромагнитного поля 18. После чего генератор 9 по-прежнему остается в режиме генерации колебаний, т.е. в исходном состоянии. В результате описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 20 из зоны действия электромагнитного поля 18, не изменились.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 20 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 2 (1). После чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, и на выходе формирователя 3 и на первом входе логического элемента 2И 4 устанавливается напряжение U1, а на выходной клемме 5 - напряжение U5 с уровнями логического "0". На этом цикл идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается. При повторном прохождении нагретого контролируемого изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого неметаллического изделия повторяется.

Следовательно, при прохождении контролируемого нагретого неметаллического изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства на выходной клемме 5 формируется импульс напряжения U5 с уровнем логической "1", а на выходе инвертора 15 - импульс напряжения U4 с уровнем логического "0", который логическим элементом 2ИЛИ-НЕ 16 не инвертируется и на выходную клемму 17 через него не проходит, так как поданный к этому моменту с выхода логического элемента 2И 4 на второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" запрещает его инвертирование и прохождение. На выходной клемме 17 при этом информационный сигнал не отрабатывается, и на ней присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0".

В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 20 засвечивания фотоприемников 1, 2 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 23 и переключения формирователя 3 в другое состояние не происходит, в результате на его выходе и на выходной клемме 5 формирования импульсов напряжений U1 и U5 соответственно не происходит (см. фиг.4). В этом случае формируются только импульс напряжения U3 на выходе формирователя 14 с уровнем логической "1" и импульс напряжения U4 на выходе инвертора 15 с уровнем логического "0", который инвертируется логическим элементом 2ИЛИ-НЕ 16 в импульс напряжения U6 с уровнем логической "1" и проходит через него на выходную клемму 17, так как поданные к этому моменту на второй и третий входы логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 с выходов логического элемента 2И 4 и порогового элемента 10 соответственно нулевые логические уровни напряжений U5 и U2 разрешают инвертирование и прохождение. На этом цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия заканчивается. При повторном прохождении ненагретого неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл идентификации его, описанный выше в соответствии с диаграммами напряжений, приведенными на фиг.4, повторяется.

Следовательно, при прохождении контролируемого ненагретого неметаллического изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства на выходной клемме 17 формируется импульс напряжения U6 с уровнем логической "1", а на выходной клемме 5 информационный импульс напряжения U5 не отрабатывается, и на ней присутствует напряжение с уровнем логического "0".

Так как емкостной чувствительный элемент 12 в одинаковой мере реагирует как на ненагретые металлические, так и ненагретые неметаллические изделия, то в случае выполнения схемы устройства, например, без цепочки, включающей в себя генератор 9 электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом 6 и пороговый элемент 10, невозможно было бы обеспечить в предлагаемом устройстве однозначность идентификации (распознавания) ненагретых неметаллических изделий, т.е. невозможно обеспечить выполнение поставленной цели, так как на его второй выходной клемме 17 формировались бы информационные сигналы в одинаковой мере как от ненагретых металлических, так и от ненагретых неметаллических контролируемых изделий. Наличие же указанной цепочки в предлагаемом устройстве позволяет путем формирования ею от ненагретого металлического изделия на выходе порогового элемента 10 выходного импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" (см. показанные импульсы штриховой линией на диаграммах U2 на фиг.3. и фиг.4) заблокировать им по третьему входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 прохождение информационного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1", сформированного от ненагретого металлического изделия на выходе формирователя 14, через инвертор 15 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ на выходную клемму 17 устройства и тем самым обеспечить достижение поставленной цели.

Таким образом, в описанном режиме работы устройства импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" на выходной клемме 5 соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия, а импульс напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходной клемме 17 - прохождению ненагретого неметаллического изделия. Чем и обеспечивается идентификация нагретых и ненагретых неметаллических изделий.

Следовательно, устройство позволяет реализовать режим дифференцированного реагирования на нагретые и ненагретые неметаллические изделия, т.е. осуществлять идентификацию (распознавание) неметаллических изделий с учетом их термического состояния.

В предлагаемом устройстве реализован потенциальный режим формирования на его выходах информационных сигналов об идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий, когда нахождению контролируемого изделия в зоне его чувствительной поверхности однозначно соответствует установление на его определенном выходе потенциала с уровнем логической "1", соответствующего информационному сигналу идентифицируемого изделия. Причем этот сигнал не исчезает и продолжает присутствовать на соответствующем выходе устройства, "отслеживая" на нем своим потенциалом с уровнем логической "1" контролируемое изделие как при перемещении его в пределах зоны чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении в ней в неподвижном состоянии в течение сколь угодно продолжительного промежутка времени. Таким образом, имеет место однозначное соответствие потенциального информационного сигнала на соответствующем выходе устройства истинному положению контролируемого изделия в определенной точке пространства, где устанавливается предлагаемое устройство. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить работу предлагаемого устройства в режимах контроля положения неметаллических изделий с учетом их термического состояния.

В режиме контроля положения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения фотоэлектрического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 5, а выходная клемма 17 не задействуется.

В режиме контроля положения ненагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения 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 5 не задействуется.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для идентификации неметаллических изделий с учетом их термического состояния. При перемещении нагретых неметаллических изделий относительно чувствительного элемента устройства происходит последовательное засвечивание первого инфракрасного фотоприемника, пересечение электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента, взаимодействие с электрическим полем емкостного чувствительного элемента и засвечивание второго инфракрасного фотоприемника. При этом на первой выходной клемме устройства появляется сигнал с уровнем логической "1", несущий информацию о прохождении зоны действия чувствительного элемента устройства нагретым неметаллическим изделием. На второй выходной клемме при этом сигнал идентификации не отрабатывается, и на ней присутствует напряжение с уровнем логического "0". В случае прохождения зоны действия чувствительного элемента устройства ненагретыми неметаллическими изделиями сигнал с уровнем логической " 1" появляется только от емкостного чувствительного элемента и проходит на вторую выходную клемму устройства, при этом на первой выходной клемме устройства сигнал идентификации не отрабатывается и на ней присутствует напряжение с уровнем логического "0". Техническим результатом является расширение функциональных возможностей путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми и ненагретых неметаллических изделий. 4 ил.

Устройство идентификации и контроля положения изделий, содержащее первый фотоприемник, первый формирователь импульсов напряжения, выполненный по схеме триггера Шмитта, ко входу которого подключен первый фотоприемник, логический элемент 2И, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов напряжения, а выход его является первым выходом устройства, индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, и пороговый элемент, а также инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, второй вход - с выходом логического элемента 2И, а выход его является вторым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми и ненагретых неметаллических изделий, в него введены второй фотоприемник, подключенный ко входу первого формирователя импульсов напряжения параллельно первому фотоприемнику, последовательно соединенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу, детектор и второй формирователь импульсов напряжения, выход которого подключен ко входу инвертора и ко второму входу логического элемента 2И, при этом выход порогового элемента соединен с третьим входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а емкостной чувствительный элемент, выполненный в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, совпадающей с геометрической формой центрального отверстия ферритового сердечника, установлен внутри его центрального отверстия соосно с ним со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника в сторону закрытого торца ферритового сердечника, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и фотоприемники, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а плоскости оптических окон фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.