УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ И КОНТРОЛЯ ВРАЩЕНИЯ 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 металлических и неметаллических изделий, а также в качестве бесконтактного датчика контроля вращения изделий с учетом их термического состояния и вида материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный элемент, и пороговое устройство, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, установленный соосно с центральным отверстием чашки ферритового сердечника со стороны его закрытого торца, формирователь импульсов, а также логический элемент И, первую клемму, соединенную с выходом логического элемента И и являющуюся первым выходом устройства, вторую клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1610268, кл. МКИ⁵ G01В 21/00 "Индуктивно-оптический датчик положения и контроля", 1990). Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как:

- производит идентификацию только нагретых изделий (металлических и неметаллических) и не позволяет производить идентификацию (распознавание) наряду с нагретыми изделиями ненагретых металлических изделий;

- осуществляет идентификацию изделий из числа ограниченной номенклатуры по числу разновидностей контролируемых изделий в соответствии с алгоритмом: идентификация из двух разновидностей контролируемых изделий одного изделия на одном соответствующем выходе из двух выходов устройства - и не позволяет осуществлять идентификацию изделий из числа расширенной номенклатуры (например, из набора из трех видов контролируемых изделий - нагретое металлическое, нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое) по числу разновидностей контролируемых изделий и по виду их материала согласно алгоритму: идентификация трех разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе из трех выходов устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми и ненагретых изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее 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, пороговый элемент, последовательно соединенные инфракрасный фотоприемник, установленный соосно с центральным отверстием ферритового сердечника со стороны его закрытого торца, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, выход которого является первым выходом устройства, в него введены первый триггер, С-вход которого соединен с выходом порогового элемента, D-вход - с источником напряжения питания, прямой выход - с первым входом первого логического элемента И, второй триггер, С-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, D-вход - к источнику напряжения питания, прямой выход - ко второму входу первого логического элемента И, второй логический элемент И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, второй вход - с прямым выходом второго триггера, а выход его является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, второй вход - к инверсному выходу второго триггера, а выход его является третьим выходом устройства, логический элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, второй вход - с выходом формирователя импульсов, одновибратор, вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, выход - с третьими входами первого, второго и третьего логических элементов И, блок установки в исходное состояние, вход которого подключен к выходу одновибратора, выход - к R-входам первого и второго триггеров, при этом индуктивный чувствительный элемент и инфракрасный фотоприемник образуют чувствительный элемент устройства, а плоскость открытого торца ферритового сердечника и плоскость оптического окна инфракрасного фотоприемника, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока установки в исходное состояние схемы устройства; на фиг.3 - схема взаимного расположения, индуктивного чувствительного элемента, инфракрасного фотоприемника и контролируемого изделия; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.6 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых металлических изделий в режиме идентификации трех видов изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, размещенной в кольцевом пазу чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием со стороны его открытого торца, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме индуктивной трехточки, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура, пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник 6, установленный со стороны закрытого торца чашки ферритового сердечника 3, соосно с его центральным отверстием, формирователь импульсов 7, а также первый синхронный триггер 8, С-вход которого соединен с выходом порогового элемента 5, D-вход - с источником напряжения питания, первый логический элемент И 9, первый вход которого подключен к прямому выходу первого синхронного триггера 8, первую выходную клемму 10, соединенную с выходом логического элемента 9 и являющуюся первым выходом устройства, второй синхронный триггер 11, С-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов 7, D-вход - к источнику напряжения питания, прямой выход - ко второму входу логического элемента 9, второй логический элемент И 12, первый вход которого соединен с инверсным выходом триггера 8, второй вход - с прямым выходом триггера 11, третий вход - с третьим входом логического элемента 9, вторую выходную клемму 13, подключенную к выходу логического элемента 12 и являющуюся вторым выходом устройства, третий логический элемент И 14, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера 8, второй вход - с инверсным выходом триггера 11, третий вход - с третьим входом логического элемента 12, третью выходную клемму 15, подключенную к выходу логического элемента 14 и являющуюся третьим выходом устройства, одновибратор 16, выход которого соединен с третьим входом логического элемента 14, блок 17 установки в исходное состояние схемы устройства, вход которого подключен к выходу одновибратора 16, выход - к R-входам триггеров 8, 11, логический элемент ИЛИ 18, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента 5, второй вход - с выходом формирователя импульсов 7, выход - со входом одновибратора 16. При этом индуктивный чувствительный элемент 1 и инфракрасный фотоприемник 6 образуют чувствительный элемент устройства. Плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 и плоскость поверхности оптического окна инфракрасного фотоприемника 6 направлены в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 19, установлены параллельно друг другу и образуют чувствительную поверхность устройства.

Инфракрасный фотоприемник 6 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 6.

Одновибратор 16 выполнен, например, по схеме ждущего мультивибратора на основе триггера и времязадающей RC-цепи в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, резистор R_τ которой подключен к источнику питания, а точка соединения их подключена к R-входу триггера, на вход , являющийся входом одновибратора, подаются запускающие импульсы, на входы и В при этом подаются напряжения с уровнями логической "1", а прямой выход триггера является выходом одновибратора 16 (см. книгу "Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 352 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека. Вып.1111)", с.188, рис.1.136а, б).

Блок 17 установки в исходное состояние выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг.2. Схема блока 17 установки в исходное состояние схемы предлагаемого устройства включает логический элемент 2ИЛИ-НЕ 20, выход которого является выходом блока 17 установки в исходное состояние, последовательно включенные конденсатор 21 и резистор 22, образующие времязадающую RC-цепь, подключенную к источнику напряжения питания +U, для формирования импульса положительной полярности в момент подачи напряжения питания в схему предлагаемого устройства и подачи его с резистора R22 на один из входов логического элемента 2ИЛИ-НЕ 20, одновибратор 23, выполненный, например, по схеме, идентичной схеме одновибратора 16 и описанной выше, на основе триггера и формирующей RC-цепи, выход которого подключен ко второму входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 20, а вход его является входом блока 17 установки в исходное состояние.

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 устанавливается 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 24. 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. Поэтому установленный вблизи закрытого торца чашки ферритового сердечника 3 фотоприемник 6 своими металлическими конструктивными элементами не взаимодействует с электромагнитным полем 24 и, следовательно, не вносит существенного затухания в колебательный контур генератора 4 и не снижает его добротности, что, в свою очередь, не приводит к срыву колебаний генератора 4 и нарушению его функционирования.

Установка фотоприемника 6 со стороны закрытого торца ферритового сердечника 3 соосно с его центральным отверстием обеспечивает в момент нахождения контролируемого изделия 19 напротив этого отверстия схватывание электромагнитным полем 24, образованным его катушкой индуктивности 2 в пространстве у открытого торца ферритового сердечника 3, потока инфракрасного излучения 25, испускаемого нагретым контролируемым изделием 19, проходимого через указанное отверстие на оптическое окно фотоприемника 6, так как в пределах действия этого поля его сечение в плоскости, параллельной плоскости открытого торца чашки ферритового сердечника 3, имеет форму кольца, в центре которого располагается часть потока инфракрасного излучения от нагретого контролируемого изделия 19, попадаемого на инфракрасный фотоприемник 6.

Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасного фотоприемника 6, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 19 (см. фиг.3) при прохождении им в направлении стрелки 26 (27) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 24 и в пределах расстояния чувствительности фотоприемника 6 всегда обеспечивает:

1) последовательное пересечение нагретым контролируемым изделием 19 сначала электромагнитного поля 24, а затем засвечивание через центральное отверстие ферритового сердечника 3 фотоприемника 6 сквозь его оптическое окно;

2) формирование на выходе формирователя импульсов 7 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной времени нахождения контролируемого нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 6 и до момента выхода его из засвеченного состояния;

3) последовательное пересечение ненагретым металлическим контролируемым изделием 19 электромагнитного поля 24 и центрального отверстия ферритового сердечника 3 без засвечивания им фотоприемника 6 вследствие отсутствия у контролируемого изделия инфракрасного излучения и нагретым металлическим контролируемым изделием с засвечиванием инфракрасного фотоприемника 6 и формирование на выходе порогового элемента 5 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электромагнитном поле 24 индуктивного чувствительного элемента 1;

4) получение на выходе порогового элемента 5 импульса длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе формирователя 7;

5) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс порогового элемента 5 большей длительности всегда "охватывал" выходной импульс меньшей длительности формирователя импульсов 7.

Такое взаимное расположение инфракрасного фотоприемника 6 и индуктивного чувствительного элемента 1 и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием 19, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства их выходных сигналов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации трех видов изделий из числа нагретых (металлических и неметаллических) и ненагретых металлических изделий и расширить номенклатуру контролируемых изделий до трех, т.е. производить распознавание контролируемых изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий согласно алгоритму: идентификация из трех разновидностей контролируемых изделий одного изделия на одном соответствующем выходе из трех выходов устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 19 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.3) происходит через резистор 22 заряд конденсатора 21 блока 17 установки в исходное состояние (см. фиг.2). В результате на резисторе 22 формируется короткий импульс с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 20, инвертируется им и проходит на его выход в виде импульса напряжения U6 (см. фиг.4-6) с уровнем логического «0», так как на втором входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 20 установлено с выхода одновибратора 23 разрешающее инвертирование напряжение с уровнем логического «0». В результате чего по R-входам триггеры 8, 11 устанавливаются в исходное состояние, при котором на их прямых выходах устанавливаются соответственно напряжения U3 и U4 с уровнями логического «0». При этом инфракрасный фотоприемник 6 находится в затемненном состоянии, и на выходе формирователя 7 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического «0», которое подается на второй вход логического элемента 18 и на С-вход триггера 11. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания 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 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 (см. фиг.4-6) с уровнем логического «0», которое подается на С-вход триггера 8 и на первый вход логического элемента 18. В результате чего на первом входе и выходе логического элемента ИЛИ 18 и на выходе одновибратора 16 устанавливается напряжение с уровнем логического «0». Так как с прямого выхода триггера 8 подается на первые входы логических элементов 9, 14 напряжение U3, с прямого выхода триггера 11 - на вторые входы логических элементов 9,12 напряжение U4, а с выхода одновибратора 16 - на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 напряжение U5 с уровнями логического «0», на их выходах и на выходных клеммах 10, 13 и 15 также устанавливаются соответственно напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического «0».

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 19 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, а на выходных клеммах 10, 13, 15 устанавливаются соответственно напряжения U7, U8, U9 с уровнями логического «0», и устройство готово к первому циклу идентификации нагретых или ненагретых изделий в режиме идентификации трех видов изделий.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации трех видов (нагретое металлическое, нагретое неметаллическое и ненагретое металлическое) изделий, при котором контролируемое изделие 19 перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зоны действия электромагнитного поля 24 индуктивного чувствительного элемента 1 и расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника 6 в одном из направлений по стрелке 26 или 27.

При перемещении в направлении стрелки 26 (27) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого металлического изделия 19, оно входит в зону действия электромагнитного поля 24 индуктивного чувствительного элемента 1. При этом происходит срыв генерации генератора 4 вследствие внесения затухания в его колебательный контур контролируемым изделием 19. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 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 U1 (см. фиг.4) с уровнем логической "1", которое подается на С-вход триггера 8 и через логический элемент 18 на вход одновибратора 16. В результате по положительному перепаду входного напряжения U1 переключения одновибратора 16 в другое состояние не происходит, так как его запуск происходит только по отрицательному перепаду входного напряжения. При этом происходит только переключение триггера 8 в другое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1", которое подается на первые входы логических элементов 9 и 14 соответственно. В этот момент на инверсном выходе триггера 8 устанавливается напряжение с уровнем логического «0», которое подается на первый вход логического элемента 12. Однако уровень логической "1" с прямого выхода триггера 8 на выходные клеммы 10 и 15 устройства соответственно через логические элементы 9 и 14 не проходит, так как на их третьи входы подается с выхода одновибратора 16 напряжение U5, на второй вход логического элемента 9 с прямого выхода триггера 11 - напряжение U4 с запрещающими уровнями логического «0». Поэтому на выходных клеммах 10 и 15 продолжают оставаться соответственно напряжения U7 и U9 с уровнями логического «0».

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 19, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, перекрывает центральное отверстие индуктивного чувствительного элемента 1. При этом происходит засвечивание инфракрасного фотоприемника 6 инфракрасным излучением 25. В результате формирователь 7 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1", которое подается через второй вход логического элемента 18 на вход одновибратора 16 и на С-вход триггера 11. Последний переключается по положительному перепаду входного напряжения U2 в другое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1", а на инверсном выходе - напряжение с уровнем логического «0». И в этом случае переключения одновибратора 16 также не происходит по положительному перепаду напряжения U2, так как на выходе логического элемента 18 перепады напряжения отсутствуют из-за наличия на его выходе постоянного уровня напряжения логической "1", определяемого выходным напряжением U1 с уровнем логической "1" порогового элемента 5. С прямого выхода триггера 11 напряжение U4 с уровнем логической "1" подается на вторые входы логических элементов 9, 12, а с его инверсного выхода напряжение с уровнем логического «0» - на второй вход логического элемента 14. При этом уровень логической "1" напряжения U4 через логические элементы 9 и 12 соответственно на выходные клеммы 10 и 13 не проходит, так как на их третьи входы с выхода одновибратора 16 подается напряжение U5, а на первый вход логического элемента 12 с инверсного выхода триггера 8 - напряжение с запрещающими уровнями логического «0». Поэтому на выходных клеммах 10 и 13 продолжают оставаться соответственно напряжения U7 и U8 с уровнями логического «0».

Далее перемещающееся контролируемое изделие 19, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, выходит за пределы центрального отверстия индуктивного чувствительного элемента 1 и открывает оптическое окно фотоприемника 6. При этом фотоприемник 6 затемняется, формирователь 7 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе, и, следовательно, на С-входе триггера 11 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического «0». В момент переключения формирователя 7 на второй вход логического элемента 18 поступает отрицательный перепад напряжения U2 с выхода формирователя 7, однако на выходе логического элемента 18 и, следовательно, на входе одновибратора 16, этот перепад не возникает, так как через первый вход логического элемента 18 на входе одновибратора 16 установлен постоянный уровень логической "1", определяемый напряжением U1 с выхода порогового элемента 5, и запуск одновибратора 16 не происходит. Поэтому описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.4 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 6 не изменились, так как на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 продолжает подаваться с выхода одновибратора 16 напряжение U5 с уровнем логического «0», а генератор 4 по-прежнему продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 19, оставляя фотоприемник 6 в затемненном состоянии, выходит за пределы действия электромагнитного поля 24. После чего генератор 4 снова переходит в режим генерации колебаний, т.е. в исходное состояние, в результате пороговый элемент 5 также переключается в исходное состояние, при котором на его выходе и на С-входе триггера 8 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического «0». В момент отрицательного перепада напряжения U1 на выходе порогового элемента 5, т.е. по заднему фронту импульса напряжения U1, происходит через логический элемент 18 запуск одновибратора 16 и формирование на его выходе импульса напряжения U5 с уровнем логической "1", который подается на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 и на вход блока 17 установки в исходное состояние. При этом импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" проходит на выход логического элемента 9 и на выходную клемму 10, так как на первый и второй его входы поданы с прямых выходов триггеров 8 и 11 соответственно напряжения U3 и U4 с уровнями логической "1", которые разрешают его прохождение. При этом импульс напряжения U5 с выхода одновибратора 16 на выходы логических элементов 12 и 14 и соответственно на выходные клеммы 13 и 15 не проходит, так как на первый вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 14 поданы соответственно напряжения и с уровнями логического «0» с инверсных выходов триггеров 8 и 11 соответственно, запрещающие его прохождение. По спаду импульса одновибратора 16 происходит запуск блока 17 установки в исходное состояние и формирование на его выходе короткого импульса отрицательной полярности U6, который устанавливает по R-входам триггеры 8 и 11 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах устанавливаются соответственно напряжения U3 и U4, а на выходных клеммах 10, 13 и 15 - соответственно напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического «0», т.е. схема устройства устанавливается в исходное состояние, и цикл идентификации нагретого металлического изделия на этом заканчивается. При повторном перемещении нагретого металлического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия на выходной клемме 10 устройства отрабатывается импульсный информационный сигнал напряжения U7 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходе одновибратора 16 - импульс напряжения U5 с уровнем логической "1", который через логические элементы 12 и 14 соответственно на выходные клеммы 10 и 13 не проходит, и на них присутствуют соответственно напряжения U8 и U9 с уровнями логического «0».

В случае перемещения в направлении стрелки 26 (27) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого неметаллического изделия 19, оно входит в зону действия электромагнитного поля 24 индуктивного чувствительного элемента 1. При этом контролируемое изделие 19 существенного затухания в колебательный контур генератора 4 не вносит, и последний продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии, при котором на выходе порогового элемента 5 установлено напряжение U1 с уровнем логического «0». В этом случае формирования импульсов напряжений U1 и U3 соответственно пороговым элементом 5 и триггером 8 не происходит (см. фиг.5).

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 19, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, перекрывает центральное отверстие индуктивного чувствительного элемента 1 и своим инфракрасным излучением 25 засвечивает инфракрасный фотоприемник 6. В результате формирователь 7 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1", которое подается на С-вход триггера 11 и на второй вход логического элемента 18. В результате по положительному перепаду напряжения U2 на прямом выходе триггера 11 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1", которое подается на вторые входы логических элементов 9 и 12, но на выходные клеммы 10 и 13 устройства соответственно через логические элементы 9 и 12 оно не проходит. По положительному перепаду выходного напряжения U2 формирователя 7 запуска одновибратора 16 через логический элемент 18 не происходит, и на третьи входы логических элементов 9, 12 подается с его выхода напряжение U5, а на первый вход логического элемента 9 с прямого выхода триггера 8 напряжение U3 с запрещающими уровнями логического «0».

Далее перемещающееся контролируемое изделие 19 в выбранном направлении, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, открывает центральное отверстие индуктивного чувствительного элемента 1. В результате чего инфракрасный фотоприемник 6 затемняется, и формирователь 7 переключается в другое устойчивое состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического «0», которое подается через логический элемент 18 на вход одновибратора 16. По заднему фронту импульса напряжения U2 происходит через логический элемент 18 запуск одновибратора 16 и формирование на его выходе импульса напряжения U5 с уровнем логической "1", который подается на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 и на вход блока 17 установки в исходное состояние. При этом импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" проходит на выход логического элемента 12 и на выходную клемму 13, так как на первый и второй его входы поданы соответственно напряжения с инверсного выхода триггера 8 и с прямого выхода триггера 11 U4 с уровнями логической "1", которые разрешают его прохождение. При этом импульс напряжения U5 с выхода одновибратора 16 на выходы логических элементов 9 и 14 и соответственно на выходные клеммы 10 и 15 не проходит, так как на первые входы логических элементов 9, 14 с прямого выхода триггера 8 и на второй вход логического элемента 14 с инверсного выхода триггера 11 поданы соответственно напряжения U3 и с уровнями логического «0», запрещающие его прохождение. По спаду выходного импульса одновибратора 16 происходит запуск блока 17 установки в исходное состояние и формирование на его выходе короткого импульса отрицательной полярности U6, который устанавливает по R-входам триггеры 8 и 11 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах устанавливаются соответственно напряжения U3 и U4, а на выходных клеммах 10, 13 и 15 - соответственно напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического «0», т.е. схема устройства устанавливается в исходное состояние, и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия на этом заканчивается. При повторном перемещении нагретого неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 13 устройства отрабатывается импульсный информационный сигнал напряжения U8 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходе одновибратора 16 - импульс напряжения U5 с уровнем логической "1", который через логические элементы 9 и 14 соответственно на выходные клеммы 10 и 15 не проходит, и на них присутствуют соответственно напряжения U7 и U9 с уровнями логического «0».

При перемещении в направлении стрелки 26 (27) в зону чувствительной поверхности устройства, например ненагретого металлического изделия 19, оно входит в зону действия электромагнитного поля 24 у открытого конца торца чашки ферритового сердечника 3. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 4 вследствие внесения затухания контролируемым изделием 19 в его колебательный контур. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 6 и, когда его значение оказывается ниже входного порогового значения напряжения триггера порогового элемента 5, последний переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1, которое подается на С-вход триггера 8 и через логический элемент 18 на вход одновибратора 16. По положительному перепаду напряжения U1 запуска одновибратора 16 не происходит, так как его запуск происходит только по его отрицательному перепаду, но при этом происходит переключение триггера 8 в другое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1". Уровень логической "1" напряжения U3 подается на первые входы логических элементов 9, 14, но на их выходы и соответственно на выходные клеммы 10 и 15 устройства он не проходит, так как на третьи входы логических элементов 9 и 14 подается с выхода одновибратора 16 напряжение U5 и на второй вход логического элемента 9 с прямого выхода триггера 11 - напряжение U4 с уровнями логического «0», запрещающие его прохождение.

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 19, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, перекрывает центральное отверстие ферритового сердечника 3. При этом засвечивание фотоприемника 6 не происходит вследствие отсутствия инфракрасного излучения 25 от ненагретого контролируемого изделия 19 и на выходе формирователя 7 формирования импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" не происходит. После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.6 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента перекрывания контролируемым изделием 19 центрального отверстия ферритового сердечника 3 не изменились, так как на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 продолжает подаваться с выхода одновибратора 16 напряжение U5 с уровнем логического «0», а генератор 4 по-прежнему продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний.

Далее контролируемое изделие 19, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 24, открывает центральное отверстие ферритового сердечника 3. При этом описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.6, установившиеся до момента открывания контролируемым изделием 19 центрального отверстия ферритового сердечника 3 также не изменились, так как на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 продолжает подаваться с выхода одновибратора 16 напряжение U5 с уровнем логического «0», а генератор 4 по-прежнему продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 19 выходит за пределы действия электромагнитного поля 24. После чего генератор 4 снова переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате пороговый элемент 5 также переключается в исходное состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента и на С-входе триггера 8 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического «0». По заднему фронту импульса напряжения U1 происходит через логический элемент 18 запуск одновибратора 16 и формирование на его выходе импульса напряжения U5 с уровнем логической "1", который подается на третьи входы логических элементов 9, 12, 14 и на вход блока 17 установки в исходное состояние. При этом импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" проходит на выход логического элемента 14 и на выходную клемму 15, так как на первый и второй его входы поданы соответственно напряжения U3 с прямого выхода триггера 8 и с инверсного выхода триггера 11 с уровнями логической "1", которые разрешают его прохождение. При этом импульс напряжения U5 с уровнем логической "1" с выхода одновибратора 16 соответственно на выходы логических элементов 9 и 12 и на выходные клеммы 10 и 13 не проходит, так как на вторые входы логических элементов 9, 12 с прямого выхода триггера 11 и на первый вход логического элемента 12 с инверсного выхода триггера 8 поданы соответственно напряжения U4 и с уровнями логического «0», запрещающие его прохождение. По спаду выходного импульса одновибратора 16 происходит запуск блока 17 установки в исходное состояние и формирование на его выходе короткого импульса отрицательной полярности U6, который устанавливает по R-входам триггеры 8 и 11 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах устанавливаются соответственно напряжения U3 и U4, а на выходных клеммах 10, 13 и 15 - соответственно напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического «0», т.е. схема устройства устанавливается в исходное состояние, и цикл идентификации ненагретого металлического изделия на этом заканчивается. При повторном перемещении ненагретого металлического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.6, повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия на выходной клемме 15 устройства отрабатывается импульсный информационный сигнал напряжения U9 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходе одновибратора 16 - импульс напряжения U5 с уровнем логической "1", который через логические элементы 9 и 12 соответственно на выходные клеммы 10 и 13 не проходит, и на них присутствуют соответственно напряжения U7 и U8 с уровнями логического «0».

Таким образом, в рассмотренном режиме работы устройства наличие импульсного информационного сигнала на его первой выходной клемме 10 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия, на второй выходной клемме 12 - прохождению нагретого неметаллического изделия, на третьей выходной клемме 15 - прохождению ненагретого металлического изделия, чем и обеспечивается процесс идентификации (распознавания) трех видов изделий из числа нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий, т.е. обеспечивается процесс идентификации изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий.

Предлагаемое устройство обеспечивает также три режима идентификации изделий при сужении номенклатуры контролируемых изделий до двух единиц:

1) режим идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий;

2) режим идентификации нагретых металлических и ненагретых металлических изделий;

3) режим идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий.

В режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий используются выходные клеммы 10 и 13, а выходная клемма 15 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 10 отрабатывается импульсный информационный сигнал U7 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 12 при этом присутствует напряжение с уровнем логического «0», и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия импульсный информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 13. На выходной клемме 10 при этом присутствует напряжение с уровнем логического «0», и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

В режиме идентификации нагретых металлических и ненагретых металлических изделий используются выходные клеммы 10 и 15, а выходная клемма 13 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 10 отрабатывается импульсный информационный сигнал U7 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 15 при этом присутствует напряжение с уровнем логического «0», и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия информационный сигнал U9 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 15. На выходной клемме 10 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического «0», и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.6.

В режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий используются выходные клеммы 13 и 15, а выходная клемма 10 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 13 отрабатывается импульсный информационный сигнал U8 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 15 при этом присутствует напряжение с уровнем логического «0», и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия импульсный информационный сигнал U9 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 15. На выходной клемме 13 при этом присутствует напряжение с уровнем логического «0», и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.6.

В предложенном устройстве реализован импульсный режим формирования на его выходах информационных сигналов идентификации нагретых и ненагретых изделий, когда передвижению контролируемого изделия относительно его чувствительной поверхности без остановки в ней однозначно ставится в соответствие наличие кратковременного импульса с уровнем логической "1" на его соответствующем выходе, длительность которого фиксирована и определяется параметрами элементов времязадающей RC-цепи одновибратора 16, а не наличие потенциала высокого логического уровня, непрерывно отслеживающего наличие в неподвижном положении или наличие перемещающегося контролируемого изделия в пределах зоны чувствительной поверхности устройства в течение сколь угодно продолжительного промежутка времени, длительность которого определяется длительностью нахождения в ней контролируемого изделия. Такой режим формирования информационных сигналов на выходах предлагаемого устройства позволяет производить наряду с идентификацией движущихся контролируемых изделий также контроль вращения изделий.

Это, в свою очередь, позволяет обеспечить работу предлагаемого устройства в трех режимах контроля вращения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала, из которого они изготовлены:

1) Режим контроля вращения нагретых металлических изделий;

2) Режим контроля вращения нагретых неметаллических изделий;

3) Режим контроля вращения ненагретых металлических изделий.

В режиме контроля вращения нагретых металлических изделий устройство функционирует как импульсный бесконтактный датчик контроля индуктивно-оптического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При этом импульсный информационный сигнал снимается с выходной клеммы 10, а выходные клеммы 13 и 15 не задействуются.

В режиме контроля вращения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как импульсный бесконтактный датчик контроля оптического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 13, а выходные клеммы 10 и 15 не задействуются.

В режиме контроля вращения ненагретых металлических изделий устройство функционирует как импульсный бесконтактный индуктивный датчик контроля автогенераторного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.6. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 15, а выходные клеммы 10 и 13 не задействуются.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий. Сущность: при перемещении нагретых металлических изделий относительно чувствительного элемента устройства, образованного индуктивным чувствительным элементом с центральным отверстием и инфракрасным фотоприемником, установленным соосно с этим отверстием, происходит последовательное пересечение контролируемым изделием электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента и засвечивание инфракрасного фотоприемника. При этом на первом выходе устройства появляется импульсный информационный сигнал с уровнем логической "1", несущий информацию об идентификации нагретых металлических изделий. На втором и третьем выходах устройства при этом присутствуют напряжения с уровнями логического "0". В случае перемещения нагретых неметаллических изделий импульсный информационный сигнал с уровнем логической "1", несущий информацию об идентификации нагретого неметаллического изделия, появляется только на втором выходе устройства. При этом на первом и третьем выходах устройства присутствуют напряжения с уровнями логического "0". При перемещении относительно чувствительного элемента устройства ненагретых металлических изделий импульсный информационный сигнал с уровнем логической "1" появляется только на третьем выходе устройства. На первом и втором выходах устройства при этом присутствуют напряжения с уровнями логического "0". Устройство обеспечивает идентификацию нагретых металлических, нагретых неметаллических, и ненагретых металлических изделий без контакта с ними. Устройство может быть использовано также в качестве импульсного бесконтактного датчика контроля вращения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 6 ил.

Устройство идентификации изделий и контроля вращения, содержащее 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, пороговый элемент, последовательно соединенные, инфракрасный фотоприемник, установленный соосно с центральным отверстием ферритового сердечника со стороны его закрытого торца, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения распознавания наряду с нагретыми и ненагретых изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий, в него введены первый триггер, С-вход которого соединен с выходом порогового элемента, D-вход - с источником напряжения питания, прямой выход - с первым входом первого логического элемента И, второй триггер, С-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, D-вход - к источнику напряжения питания, прямой выход - ко второму входу первого логического элемента И, второй логический элемент И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, второй вход - с прямым выходом второго триггера, а выход его является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, второй вход - к инверсному выходу второго триггера, а выход его является третьим выходом устройства, логический элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, второй вход - с выходом формирователя импульсов, одновибратор, вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, выход - с третьими входами первого, второго и третьего логических элементов И, блок установки в исходное состояние, вход которого подключен к выходу одновибратора, выход - к R-входам первого и второго триггеров, при этом индуктивный чувствительный элемент и инфракрасный фотоприемник образуют чувствительный элемент устройства, а плоскость открытого торца ферритового сердечника и плоскость оптического окна инфракрасного фотоприемника, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.