МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2010 года по МПК G01B21/00 G01N25/72 

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

Известно устройство идентификации (распознавания) изделий, содержащее последовательно соединенные генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, и включенным в цепь его колебательного контура, пороговый элемент, последовательно включенные фотоприемник, формирователь импульсов, а также первую выходную клемму, являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство SU 1185419 А "Датчик положения и контроля", кл. МКИ⁴ Н01Н 36/00, 15.10.1985). Такое устройство имеет суженные функциональные возможности, так как производит идентификацию (распознавание):

а) только ненагретых металлических и неметаллических изделий и не позволяет производить наряду с ненагретыми металлическими и неметаллическими изделиями идентификацию нагретых металлических и неметаллических изделий, потому что его фотоприемник работает в видимом диапазоне оптического излучения;

б) ограниченной номенклатуры контролируемых изделий, т.е. им осуществляется идентификация только каждого из двух разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе из двух выходов устройства, и не позволяет производить идентификацию изделий, имеющих расширенную номенклатуру по числу, виду материала и термическому состоянию контролируемых изделий. Например, такое устройство не позволяет идентифицировать каждое изделие из четырех разновидностей контролируемых изделий (нагретое металлическое, нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое и ненагретое неметаллическое) на одном соответствующем выходе из четырех выходов устройства, так как у него отсутствуют третий и четвертый выходы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход - с выходом порогового элемента, первую выходную клемму, соединенную с выходом логического элемента И и являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства, инвертор, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов (см. авторское свидетельство SU 1610268 А1, кл. МКИ⁵ G01В 21/00 "Индуктивно-оптический датчик положения и контроля", 30.11.1990). Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как:

- производит идентификацию только нагретых металлических и неметаллических изделий;

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

Кроме того, такое устройство характеризуется двумя зонами его чувствительности - ближней и дальней зонами чувствительности вдоль оси симметрии индуктивного чувствительного элемента, совпадающей с осью симметрии чашки его ферритового сердечника. В ближней зоне чувствительности, в которой одновременно действуют электромагнитное поле индуктивного чувствительного элемента и инфракрасное излучение контролируемого нагретого изделия в пределах чувствительности инфракрасного фотоприемника, производится идентификация (распознавание) контролируемых изделий. В дальней зоне чувствительности, в которой действует только инфракрасное излучение контролируемых изделий в пределах чувствительности фотоприемника инфракрасного излучения от конца границы ближней зоны чувствительности и до расстояния предельной чувствительности инфракрасного фотоприемника, такое устройство работает только как бесконтактный фотоэлектрический датчик, в одинаковой степени срабатывающий от нагретых металлических и неметаллических изделий по его второму выходу (выходная клемма 12). Это приводит к снижению надежности его работы в режиме идентификации контролируемых изделий, когда устройство находится в исходном состоянии, при котором на его выходах установлены напряжения с уровнями логического "0", а контролируемое им изделие находится за пределами действия зоны действия его чувствительного элемента, из-за ложных его срабатываний от таких посторонних источников инфракрасного излучения, как нагретые металлические и неметаллические предметы, фотоэлектрические датчики положения с открытым оптическим каналом, установленные на технологическом оборудовании, и работающие генераторы инфракрасного излучения измерительных приборов, используемых при ремонте технологического оборудования в цеховых условиях, в том случае, когда они находятся за пределами действия электромагнитного поля. При этом ложные его срабатывания проявляются в виде формирования на его выходной клемме 12 ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".

Наряду с этим такое устройство обладает низкой надежностью работы при случайном попадании в пределах его ближней зоны чувствительности посторонних нагретых неметаллических предметов одновременно в область оптического окна инфракрасного фотоприемника и в зону действия электромагнитного поля, когда устройство находится в исходном состоянии, а контролируемое изделие находится за пределами его чувствительной поверхности. При этом ложные его срабатывания проявляются в виде формирования на его выходной клемме 12 ложных импульсов напряжения также с уровнем логической "1".

Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности идентификации (распознавания) наряду с нагретыми металлическими и неметаллическими изделиями ненагретых металлических и неметаллических изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий, а также повышение надежности работы устройства путем устранения его ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения и нагретых неметаллических предметов.

Решение указанной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно формирователя импульсов и первого порогового элемента, а его выход является первым выходом устройства, первый инвертор, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику ко входу формирователя импульсов, последовательно включенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу и выполненным в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального отверстия ферритового сердечника, детектор, второй пороговый элемент, а также второй инвертор, вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, второй логический элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно формирователя импульсов, второго порогового элемента и второго инвертора, а его выход является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого инвертора, второго инвертора и второго порогового элемента, а его выход является третьим выходом устройства, четвертый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого инвертора и первого порогового элемента, а его выход является четвертым выходом устройства, при этом емкостной чувствительный элемент установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии его центрального отверстия в сторону закрытого торца ферритового сердечника, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и инфракрасные 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 инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема взаимного расположения инфракрасных 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 четырех видов изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических изделий в режиме идентификации четырех видов изделий; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых неметаллических изделий в режиме идентификации четырех видов изделий; на фиг.6 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых металлических изделий в режиме идентификации четырех видов изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной в кольцевом пазу открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием, генератор электрических колебаний 4, к цепям колебательного контура которого подключен индуктивный чувствительный элемент 1, первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу генератора 4, первый логический элемент И 6, первую выходную клемму 7, являющуюся первым выходом устройства и подключенную к выходу первого логического элемента И 6, последовательно включенные мультивибратор 8 с емкостным чувствительным элементом 9, выполненным в виде токопроводящей пластины и подключенным к его входу, детектор 10, второй пороговый элемент 11 выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, а также первый инвертор 12, второй логический элемент И 13, соединенные между собой параллельно первый и второй инфракрасные фотоприемники 14, 15, формирователь импульсов 16, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 14 и 15, а его выход соединен с первым входом второго логического элемента 13, входом первого инвертора 12 и первым входом первого логического элемента И 6, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 5, второй инвертор 17, вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, вторую выходную клемму 18, являющуюся вторым выходом устройства и подключенную к выходу второго логического элемента И 13, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно второго порогового элемента 11 и второго инвертора 17, третью выходную клемму,19, являющуюся третьим выходом устройства, третий логический элемент И 20, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно первого инвертора 12, второго инвертора 17 и второго порогового элемента 11, выход - с выходной клеммой 19, четвертый логический элемент 21, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого инвертора 12 и первого порогового элемента 5, четвертую выходную клемму 22, соединенную с выходом четвертого логического элемента И и являющуюся четвертым выходом устройства.

Генератор 4 выполнен, например, на основе транзистора по схеме автогенератора электрических колебаний с индуктивной трехточкой, в котором индуктивный чувствительный элемент 1 подключен к цепям его колебательного контура (см. книгу "Виленский П.И., Срибнер Л.А. Бесконтактные путевые выключатели. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 80 с., ил. - (Библиотека по автоматике; Вып.654)", стр.20, рис.10, а; стр.38, рис.25).

Мультивибратор 8 выполнен, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу "Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: "Сов. радио", 1974", с.175, рис.4.42, а).

Емкостной чувствительный элемент 9, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 8, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 8 и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 8 (см. журнал "Радио", №10, 2002. с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 9 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, совпадающей с геометрической формой сквозного центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 9 установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 соосно с этим отверстием со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника 3 вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника 3 в сторону, противоположную расположению катушки индуктивности 2, т.е. в сторону закрытого торца ферритового сердечника 3. Наличие такого смещения не позволяет магнитному потоку рассеяния (на фиг.2 не показан для лучшей читаемости чертежа) электромагнитного поля 23, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 9 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур генератора 4. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 4 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности устройства.

Детектор 10 выполнен, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода с выходной нагрузкой в виде параллельной RC-цепи (см. книгу "Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: "Сов. радио", 1977", с.174, рис.4.9, б).

Каждый инфракрасный фотоприемник 14, 15 выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на основе 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.

Индуктивный чувствительный элемент 1 включает в себя катушку индуктивности 2, ферритовый сердечник 3, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 установлена обмотка катушки индуктивности 2. У открытого торца чашки ферритового сердечника 3 при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности 2 с генератора 4 образуется в воздушном пространстве электромагнитное поле 23. 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, охватывающим своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри сердечника 3 через сплошной слой феррита, образующего закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 3. Внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 электромагнитное поле также отсутствует, так как отверстие выполнено в сплошном слое феррита, и магнитный поток замыкается внутри ферритового сердечника 3 через этот слой феррита вследствие небольшого сопротивления феррита для магнитного потока по сравнению с сопротивлением воздуха.

Поэтому взаимодействие емкостного чувствительного элемента 9, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 со смещением в сторону его закрытого торца, с электромагнитным полем 23 катушки индуктивности 2 полностью исключается. При этом центральное отверстие в виде сквозного отверстия чашки ферритового сердечника 3 позволяет конструктивно выполнить электрическое соединение емкостного чувствительного элемента 9 с мультивибратором 8 со стороны закрытого торца чашки ферритового сердечника 3, без взаимодействия соединительного проводника с электромагнитным полем 23, т.е. без внесения нежелательного дополнительного затухания в контур генератора 4, приводящего к уменьшению соединительным металлическим проводником его добротности и, как следствие к нарушению режима работы генератора 4. Причем емкостной и индуктивный чувствительные элементы 1, 9 и инфракрасные фотоприемники 14, 15, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 9, установлены в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. При этом плоскости открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2, оптических окон инфракрасных фотоприемников 14, 15 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 9, установленные параллельно между собой и направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 24, образуют чувствительную поверхность устройства.

При таком взаимном расположении элементов чувствительного элемента устройства он и, следовательно, устройство в целом характеризуется двумя зонами чувствительности - ближней и дальней зонами чувствительности вдоль осей симметрии индуктивного и емкостного чувствительных элементов 1 и 9, проведенных через их центры перпендикулярно плоскостям открытого торца ферритового сердечника 3 и емкостного чувствительного элемента 9 соответственно. В ближней зоне чувствительности, в которой одновременно действуют электромагнитное поле 23 индуктивного чувствительного элемента 1, электрическое поле 25 емкостного чувствительного элемента 9 и инфракрасное излучение контролируемого нагретого изделия 24 в пределах чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15, производится идентификация (распознавание) контролируемых изделий 24. В дальней зоне чувствительности, ограниченной в пределах чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15 концом границы ближней зоны чувствительности устройства и расстоянием предельной чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15, устройство теряет свойство идентификации (распознавания) контролируемых изделий 24. Но в этой зоне устройства в условиях производственных технологических процессов могут находиться различные посторонние источники инфракрасного излучения, которыми могут быть нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, например оптические датчики с открытым оптическим каналом или метрологическое оборудование с измерительными генераторами инфракрасного излучения. Такие источники, воздействуя своим инфракрасным излучением на чувствительный элемент фотоприемника 14, вызывают ложные срабатывания формирователя импульсов 16, проявляющиеся в виде формирования на его выходе ложных импульсов напряжения с уровнями логической "1", что может приводить к снижению надежности работы устройства.

Поэтому схема взаимного расположения элементов чувствительного элемента устройства, схемное решение устройства и алгоритм обработки сигналов инфракрасных фотоприемников 14, 15, индуктивного и емкостного чувствительных элементов 1, 9 разработаны с учетом наличия указанных мешающих факторов таким образом, чтобы устранить ложные срабатывания устройства при ложных срабатываниях формирователя импульсов 16 в процессе идентификации контролируемых изделий.

Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 14, 15, емкостного чувствительного элемента 9, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 24 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 27 (28) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 23, электрического поля 25 и в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 14, 15 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 24 с оптическим окном фотоприемника 14 (15), электромагнитным полем 23, электрическим полем 25 и оптическим окном фотоприемника 15 (14). Это, в свою очередь, обеспечивает:

1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 24 своим инфракрасным излучением 26 сначала одного фотоприемника 14 (15), потом пересечение электромагнитного поля 23, оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, а затем взаимодействие с электрическим полем 25, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 23 и оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, далее засвечивание другого фотоприемника 15 (14), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 23, 25 соответственно и оставляя на некотором промежутке времени оба фотоприемника в засвеченном состоянии, потом затемнение фотоприемника 14 (15), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 23, 25 соответственно и оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 25, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 23 и оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, далее выход из зоны действия электромагнитного поля 23, оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии и, наконец, затемнение фотоприемника 15 (14) и выход контролируемого нагретого металлического или неметаллического изделия 24 из зоны чувствительной поверхности устройства.

Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 24 фотоприемников 14 (15) и 15 (14) происходит без разрыва, т.е. формируется на выходе формирователя импульсов 16 обоими параллельно включенными фотоприемниками сплошной импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной времени нахождения контролируемого нагретого изделия 24 в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 14 (15) и до момента выхода из засвеченного состояния фотоприемника 15 (14);

2) последовательное прохождение ненагретыми металлическим, неметаллическим и нагретыми металлическим, неметаллическим контролируемыми изделиями 24 фотоприемника 14 (15) соответственно без его засвечивания вследствие отсутствия у контролируемых изделий инфракрасного излучения 26 и с засвечиванием фотоприемника 14 (15) вследствие наличия у них инфракрасного излучения 26, потом пересечение ими электромагнитного поля 23, затем взаимодействие их с электрическим полем 25, далее прохождение ими фотоприемника 15 (14) соответственно без засвечивания и с засвечиванием его и выход контролируемых изделий 24 из зоны чувствительной поверхности устройства. В результате чего на выходе второго порогового элемента 11 формируются импульсы напряжений с уровнями логической "1" длительностями, равными длительности нахождения контролируемого изделия 24 в электрическом поле 25 емкостного чувствительного элемента 9. При этом на выходе порогового элемента 5 происходит формирование импульсов напряжений с уровнями логической "1" при взаимодействии контролируемых нагретых и ненагретых металлических изделий с электромагнитным полем 23. Вместе с тем отсутствует формирование на выходе порогового элемента 5 таких импульсов при взаимодействии контролируемых нагретых и ненагретых неметаллических изделий 24 с электромагнитным полем 23 вследствие отсутствия внесения ими существенного затухания в колебательный контур генератора 4, в который включен индуктивный чувствительный элемент 1;

3) получение импульсов на выходе формирователя импульсов 16 длительностью, всегда большей, чем длительность каждого импульса на выходе первого порогового элемента 5 и второго порогового элемента 11;

4) получение на выходе первого порогового элемента 5 в случае взаимодействия чувствительного элемента устройства с контролируемым нагретым или ненагретым металлическим изделием 24 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, всегда большей, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 11;

5) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходные импульсы формирователя импульсов 16 большей длительности всегда "охватывали" выходные импульсы меньшей длительности первого порогового элемента 5 и второго порогового элемента 11, и чтобы в то же время выходные импульсы первого порогового элемента 5, длительности которых больше, чем длительности импульсов на выходе второго порогового элемента 11, всегда "охватывали" выходные импульсы последнего.

Следовательно, такое взаимное расположение инфракрасных фотоприемников, индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства их выходных сигналов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации четырех видов изделий из числа нагретых металлических, неметаллических и ненагретых металлических, неметаллических изделий и расширить номенклатуру контролируемых изделий до четырех единиц, т.е. производить распознавание металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий по алгоритму: идентификация каждого из четырех разновидностей контролируемых изделий на один соответствующий выход из четырех выходов устройства, а также повысить надежность работы устройства.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 24 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) фотоприемники 14, 15 находятся в затемненном состоянии. В результате формирователь 16 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0", которое подается на первые входы логических элементов 6, 13 и вход инвертора 12 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). После чего на выходе инвертора 12 устанавливается напряжение U5 с уровнем логической "1", которое подается на первые входы логических элементов 21, 20.

При этом в момент подачи напряжения питания генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. В результате последний переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0", которое подается на вход инвертора 17 и вторые входы логических элементов 6, 21 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). При этом на выходе инвертора 17, втором и третьем входах соответственно логических элементов 20 и 13 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1".

Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 10, входе порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 11 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, втором и третьем входах соответственно логических элементов 13 и 20 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). В результате:

- уровень логической "1" напряжения U4 с выхода инвертора 17 через третий вход логического элемента 13 на его выход и выходную клемму 18 не проходит, и на выходе логического элемента 13 и выходной клемме 18 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0", так как на первый и второй входы логического элемента 13 поданы с выходов соответственно формирователя импульсов 16 и второго порогового элемента 11 напряжения U1 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U5 с выхода инвертора 12 через первый вход логического элемента 21 на его выход и выходную клемму 22 не проходит, и на выходе логического элемента 21 и выходной клемме 22 устанавливается напряжение U9 с уровнем логического "0", так как на второй вход логического элемента 21 подано с выхода порогового элемента 5 напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение;

- уровни логической "1" напряжений U5 и U4 с выходов соответственно инверторов 12 и 17 через первый и второй входы логического элемента 20 на его выход и выходную клемму 19 не проходят, и на выходе логического элемента 20 и выходной клемме 19 устанавливается напряжение U8 с уровнем логического "0", так как на третий вход логического элемента 20 подано с выхода порогового элемента 11 напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- на первый и второй входы логического элемента 6 поданы с выходов формирователя импульсов 16 и порогового элемента 5 соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического "0", поэтому на выходе логического элемента 6 и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U7 с уровнем логического "0.

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 24 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 устанавливаются соответственно напряжения U6, U7, U8 и U9 с уровнями логического "0" (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). При этом устройство готово к первому циклу идентификации изделий.

Рассмотрим работу устройства в режиме идентификации четырех видов контролируемых изделий - нагретых неметаллических, нагретых металлических, ненагретых неметаллических и ненагретых металлических, при котором контролируемое изделие 24 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах его ближней зоны чувствительности в одном из направлений по стрелке 27 или 28.

При введении в направлении стрелки 27 (28) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого неметаллического изделия 24, происходит засвечивание фотоприемника 14 (15) его инфракрасным излучением 26 (см. фиг.2). При этом на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", которое подается на вход формирователя 16, который переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, входе инвертора 12 и первых входах логических элементов 6, 13 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). После чего на выходе инвертора 12 устанавливается напряжение U5 с уровнем логического "0", которое подается на первые входы логических элементов 20, 21. В результате:

- уровень логической "1" напряжения U1 с выхода формирователя 16 через первые входы логических элементов 13 и 6 на их выходы и соответственно на выходные клеммы 18 и 7 не проходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 18 и 7 продолжают присутствовать напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию устройства, так как на вторые входы логических элементов 13 и 6 поданы с выходов соответственно пороговых элементов 11 и 5 напряжения U3 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- переключения логического элемента 21 в другое состояние не происходит, так как на обоих входах логического элемента 21 установлены с выходов соответственно инвертора 12 и порогового элемента 5, соответствующие исходному состоянию устройства напряжения U5 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие его переключение;

- уровень логической "1" напряжения U4 с выхода инвертора 17 через второй вход логического элемента 20 на его выход и на выходную клемму 19 не проходит, и на его выходе и на выходной клемме 19 продолжает присутствовать напряжение U8 с уровнем логического "0", соответствующее исходному состоянию устройства, так как на первый и третий входы логического элемента 20 поданы с выходов инвертора 12 и порогового элемента 11 соответственно напряжения U5 и U3 с уровнями логического. "0", запрещающие его прохождение.

Затем перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 24, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электромагнитного поля 23. После чего генератор 4 продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии, так как контролируемое нагретое неметаллическое изделие 24 не вносит существенного затухания в колебательный контур генератора 4. В результате переключения порогового элемента 5 в другое устойчивое состояние не происходит, и на его выходе продолжает присутствовать соответствующее исходному состоянию устройства напряжение U2 с уровнем логического "0", которое подано на вторые входы логических элементов 21 и 6 и вход инвертора 17. При этом на выходе инвертора 12, втором и третьем входах соответственно логических элементов 20 и 13 продолжает присутствовать напряжение U4 с уровнем логической "1", соответствующее исходному состоянию устройства. Поэтому переключения логических элементов 13, 6, 20 и 21 в другое состояние не происходит, и соответственно на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 продолжают присутствовать напряжения U6, U7, U8 и U9 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию устройства, так как логические уровни напряжений в различных точках схемы устройства и состояния диаграмм на фиг.3 не изменились и соответствуют прежним значениям, установленным до вхождения контролируемого изделия 24 в зону действия электромагнитного поля 23.

Далее перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 24, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 23, входит в зону действия электрического поля 25 емкостного чувствительного элемента 9 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 8 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 8 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом пороговый элемент 11 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1", которое подается на второй и третий входы логических элементов 13 и 20 соответственно. После чего происходит переключение логического элемента 13 в другое состояние, при котором на его выходе и выходной клемме 18 устанавливается напряжение U6 с уровнем логической "1", а на выходах логических элементов 6, 20 и 21 и соответственно на выходных клеммах 7, 19 и 22 продолжают присутствовать напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию устройства, так как:

- на всех трех входах логического элемента 13 установлены напряжения U1, U3 и U4 с уровнями логической "1", поданных с выходов соответственно формирователя 16, порогового элемента 11 и инвертора 17, разрешающие переключение логического элемента 13 в другое состояние;

- уровень логической "1" напряжения U1 с уровнем логической "1" с выхода формирователя 16 не проходит через первый вход логического элемента 6 на его выход и выходную клемму 7, потому что на второй вход логического элемента 6 подано с выхода порогового элемента 5 напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение;

- уровни логической "1" напряжений U3 и U4 с уровнями логической "1" с выходов соответственно порогового элемента 11 и инвертора 17 не проходят соответственно через третий и второй входы логического элемента 20 на его выход и выходную клемму 19, потому что на первый вход логического элемента 20 подано с выхода инвертора 12 напряжение U5 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- на обоих входах логического элемента 21 установлены с выходов соответственно инвертора 12 и порогового элемента 5 напряжения U5 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие его переключение в другое состояние.

Потом перемещающееся контролируемое изделие 24, по-прежнему оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 23 и электрического поля 25, засвечивает фотоприемник 15 (14). После чего уровень напряжения на входе и выходе формирователя 16, соответствующий уровню логической "1", не изменился, так как параллельно включенные фотоприемники 14, 15 реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента засвечивания фотоприемника 15 (14), не изменились.

При дальнейшем перемещении в том же направлении контролируемое изделие 24, оставаясь в зонах действия электромагнитного и электрического полей 23 и 25 соответственно и оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 14 (15). При этом происходит затемнение последнего, после чего уровень напряжения U1 на выходе формирователя 16, соответствующий уровню логической "1", также не изменяется по причине реализации фотоприемниками 14, 15 логической функции МОНТАЖНОЕ ИЛИ. В связи с этим описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 14 (15), также не изменились.

Затем контролируемое изделие 24, оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 23, выходит из зоны действия электрического поля 25. При этом мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 10 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате на вход порогового элемента 11 подается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого он переключается в другое устойчивое состояние, т.е. в исходное состояние, и на выходе порогового элемента 11 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается на второй и третий входы логических элементов 13 и 20 соответственно. После чего логический элемент 13 переключается в исходное состояние, и на его выходе и выходной клемме 18 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0, а на выходах логических элементов 6, 20 и 21 и соответственно на выходных клеммах 7, 19 и 22 продолжают присутствовать напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического "0", так как:

- уровни логической "1" напряжений U1 и U4 с выходов формирователя 16 и инвертора 17 не проходят на выход логического элемента 13 соответственно через его первый и третий входы на его выход и выходную клемму 7, потому что на втором входе логического элемента 13 с выхода порогового элемента 11 установлено напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U1 с уровнем логической "1" с выхода формирователя 16 не проходит через первый вход логического элемента 6 на его выход и выходную клемму 7, потому что на второй вход логического элемента 6 подано с выхода порогового элемента 5 напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U4 с выхода инвертора 17 через второй вход логического элемента 20 на его выход и выходную клемму 19 не проходит, потому что на первый и третий входы логического элемента 20 с выходов соответственно инверторам и порогового элемента 11 поданы напряжения U5 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- на обоих входах логического элемента 21 установлены с выходов соответственно инвертора 12 и порогового элемента 5 напряжения U5 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие его переключение в другое состояние.

На этом формирование импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходной клемме 18 заканчивается.

Далее контролируемое изделие 24, оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электромагнитного поля 23. После чего генератор 4 и пороговый элемент 5 продолжают находиться в исходном состоянии, при котором на выходе порогового элемента 5, входе инвертора 17 и вторых входах соответственно логических элементов 6 и 21 продолжает присутствовать напряжение U2 с уровнем логического "0", соответствующее исходному состоянию устройства, а на выходе инвертора 17, втором и третьем входах соответственно логических элементов 20 и 13 - напряжение U4 с уровнем логической "1", соответствующее исходному состоянию устройства. После чего переключения логических элементов 13, 6, 20 и 21 в другое состояние не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 логические уровни напряжений U6, U7, U8 и U9, соответствующие уровням логического "0", не изменились, так как логические уровни напряжений соответственно на входах логических элементов 13, 6, 20 и 21 не изменились и соответствуют прежним значениям, установившимся после выхода контролируемого изделия 24 из зоны действия электромагнитного поля 23. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 24 из зоны действия электромагнитного поля 23, также не изменились после выхода его из зоны действия электромагнитного поля 23.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 24 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 15 (14). После чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, при котором на выходе формирователя 16 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0, которое подается на первые входы логических элементов 6, 13 и вход инвертора 12, который при этом переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U5 с уровнем логической "1". Но под действием нулевого уровня напряжения U1 с выхода формирователя 16 и уровня логической "1" с выхода инвертора 12 переключения логических элементов 13, 6, 20 и 21 в исходное состояние не происходит, так как логические элементы 13, 20 и 6, 21 уже переключены в исходное состояние под действием соответственно напряжений U3, U2 с уровнями логического "0", поданными соответственно с выходов пороговых элементов 11 и 5 на соответствующие входы логических элементов 13, 20 и 6, 21. На этом цикл идентификации нагретого неметаллического изделия 24 на выходной клемме 18 заканчивается. В результате устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении нагретого неметаллического контролируемого изделия 24 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого неметаллического изделия повторяется.

Таким образом, при прохождении в направлении стрелки 27 (28) в зону чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия информационный сигнал напряжения U6 с уровнем логической "1" об его идентификации появляется только на выходной клемме 18 устройства, а на выходных клеммах 7, 19 и 22 при этом присутствуют соответственно напряжения U7, U8 и U9 с уровнями логического "0".

В случае прохождения в направлении стрелки 27 (28) относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия 24 происходит засвечивание фотоприемников 14, 15 вследствие наличия у него инфракрасного излучения 26 и формирование на выходе формирователя 16 импульса напряжения U1 с уровнем логической "1" (см. фиг 4), который подается на первые входы логических элементов 6, 13 и вход инвертора 17, на выходе которого при этом формируется импульс напряжения U5 с уровнем логического "0", который подается на первые входы логических элементов 20 и 21.

Наряду с этим при пересечении контролируемым нагретым металлическим изделием 24 электромагнитного поля 23 происходит формирование на выходе порогового элемента 5 импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), который подается на вторые входы логических элементов 6, 21 и вход инвертора 17, на выходе которого при этом происходит формирование импульса напряжения U4 с уровнем логического "0", который подается на второй и третий входы логических элементов 20 и 13 соответственно.

Вместе с тем при взаимодействии контролируемого изделия 24 с электрическим полем 25 происходит формирование на выходе порогового элемента 11 импульса напряжения U3 с уровнем логической "1", который подается на второй и третий входы соответственно логических элементов 13 и 20.

В результате на выходе логического элемента 6 и выходной клемме 7 происходит формирование импульса напряжения U7 с уровнем логической "1", а на выходах логических элементов 13, 20 и 21 и соответственно на выходных клеммах 18, 19 и 22 продолжают присутствовать напряжения U6, U8 и U9 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию устройства, так как:

- на обоих входах логического элемента 6 действуют импульсы напряжений U1 и U2 с уровнями логической "1", которые проходят на его выход и выходную клемму 7 в виде импульса напряжения U7 с уровнем логической "1";

- импульсы напряжений U1 и U3 с уровнями логической "1", поданные соответственно с выходов формирователя 16 и порогового элемента 11, через первый и второй входы логического элемента 13 на его выход и выходную клемму 18 не проходят, потому что на третий вход логического элемента 13 подан с выхода инвертора 17 импульс напряжения U4 с уровнем логического "0", запрещающий их прохождение;

- импульс напряжения U3 с уровнем логической "1", поданный с выхода порогового элемента 11, через третий вход логического элемента 20 на его выход и выходную клемму 19 не проходит, потому что на первый и второй входы логического элемента 20 поданы с выходов-инверторов 12 и 17 соответственно импульсы напряжений U5 и U4 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение.

По окончании формирования на выходной клемме 7 импульса напряжения U7 с уровнем логической "1", которому соответствует момент выхода контролируемого нагретого металлического изделия 24 из зоны действия электромагнитного поля 23, и после выхода его из области оптического окна фотоприемника 15 (14) цикл идентификации нагретого металлического изделия 24 заканчивается. В результате устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении нагретого металлического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами напряжений, приведенными на фиг.4, повторяется.

Таким образом, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия информационный сигнал напряжения U7 с уровнем логической "1" об его идентификации появляется только на выходной клемме 7, а на выходных клеммах 18, 19 и 22 при этом присутствуют соответственно напряжения U6, U8 и U9 с уровнями логического "0".

В случае прохождения в направлении стрелки 27 (28) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого неметаллического изделия 24 засвечивания фотоприемников 14, 15 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 26 и переключения формирователя 16 в другое устойчивое состояние не происходит. В результате чего на выходе формирователя 16 в течение всего цикла идентификации ненагретого неметаллического изделия 24 формирования импульса напряжения U1 с уровнем логической "1" не происходит, и, следовательно, формирователь 16, логический элемент 6, инвертор 12 и логические элементы 6, 13 находятся в течение всего этого цикла идентификации в исходном состоянии. Поэтому на выходе формирователя 16 и выходе инвертора 12 в течение всего цикла идентификации присутствуют соответственно напряжения U1 и U5 с уровнями логического "0" и логической "1", а на выходах логических элементов 13, 6 и соответственно на выходных клеммах 18 и 7 - напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0" (см. фиг.5). При этом перехода генератора 4 в режим срыва электрических колебаний не происходит вследствие отсутствия внесения контролируемым ненагретым неметаллическим изделием 24 существенного затухания в его колебательный контур при взаимодействии его с электромагнитным полем 23. Поэтому переключения порогового элемента 5 в другое устойчивое состояние и формирования на его выходе импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" не происходит, и он продолжает также находиться в исходном состоянии в течение всего цикла идентификации контролируемого изделия 24. При этом на выходе порогового элемента 5, входе инвертора 17, вторых входах логических элементов 6 и 21 и на выходе инвертора 17 в течение всего цикла идентификации присутствуют соответственно напряжения U2 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1" (см. фиг.5). В этом случае формируются только импульсы напряжений U3 и U8 с уровнями логической "1" соответственно на выходах порогового элемента 11 и логического элемента 20. Импульс напряжения U3 с уровнем логической "1", поданный соответственно на второй вход логического элемента 13 и третий вход логического элемента 20, проходит только на выход логического элемента 20 и выходную клемму 19 в виде импульса напряжения U8 с уровнем логической "1", так как на первом и втором входах логического элемента 20 установлены соответственно с выходов инверторов 12 и 17 напряжения U5 и U4 с уровнями логической "1", разрешающие его прохождение (см. фиг.5). При этом импульс напряжения U3 с выхода порогового элемента 11 и напряжение U4 с выхода инвертора 17 с уровнями логической "1" соответственно через второй и третий вход логического элемента 13 на его выход и выходную клемму 18 не проходят, и на выходе логического элемента 13 и выходной клемме 18 продолжает присутствовать напряжение U6 с уровнем логического "0", так как на первый вход логического элемента 13 с выхода формирователя 16 подано напряжение U1 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение. По окончании формирования импульса напряжения U8 на выходной клемме 19, которому соответствует момент выхода контролируемого ненагретого неметаллического изделия 24 из зоны действия электрического поля 25, и после выхода его из зоны действия электромагнитного поля 23 и за пределы оптического окна фотоприемника 15 (14) цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия 24 заканчивается. Устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении контролируемого ненагретого неметаллического изделия 24 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, цикл его идентификации повторяется.

Таким образом, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал напряжения U8 с уровнем логической "1" об его идентификации появляется только на выходной клемме 19, а на выходных клеммах 18, 7 и 22 при этом присутствуют соответственно напряжения U6, U7 и U9 с уровнями логического "0".

В случае прохождения в направлении стрелки 27 (28) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 24 цикл идентификации его аналогичен описанному выше циклу идентификации контролируемого нагретого металлического изделия 24 в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4. Его отличие состоит лишь в том, что в этом случае на выходах формирователя 16 и инвертора 12 не происходит формирования импульсов соответственно напряжений U1 и U5 с уровнями логической "1" и логического "0" вследствие отсутствия засвечивания фотоприемников 14, 15 контролируемым ненагретым металлическим изделием 24. Поэтому на выходах формирователя 16 и инвертора 12 присутствуют в течение всего цикла идентификации контролируемого ненагретого металлического изделия 24 соответственно напряжения U1 и U5 с уровнями логического "0" и логической "1". При этом только на выходе логического элемента 21 и выходной клемме 22 происходит формирование импульса напряжения U9 с уровнем логической "1", а на выходах логических элементов 13, 6 и 20 и выходных клемм 18, 7 и 19 присутствуют соответственно напряжения U6, U7 и U8 с уровнями логического "0" (см. фиг.6).

После окончания формирования на выходе логического элемента 21 и выходной клемме 22 импульса идентификации контролируемого ненагретого металлического изделия 24, которому соответствует выход его из зоны действия электромагнитного поля 23, и после выхода контролируемого изделия 24 за пределы оптического окна фотоприемника 15 цикл его идентификации заканчивается. В результате устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении ненагретого металлического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии диаграммами напряжений, приведенными на фиг.6, повторяется.

Таким образом, при прохождении в направлении стрелки 27 (28) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 24 информационный сигнал напряжения U9 с уровнем логической "1" об его идентификации появляется только на выходной клемме 22, а на выходных клеммах 18, 7 и 19 при этом присутствуют соответственно напряжения U6, U7 и U8 с уровнями логического "0".

Следовательно, в рассмотренном режиме работы устройства информационный сигнал на его выходной клемме 18 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия, информационный сигнал на выходной клемме 7 - нагретого металлического изделия, информационный сигнал на выходной клемме 19 - ненагретого неметаллического изделия, а информационный сигнал на выходной клемме 22 - ненагретого металлического изделия, чем и обеспечивается процесс идентификации (распознавания) четырех видов изделий из числа нагретого металлического, нагретого неметаллического, ненагретого металлического и ненагретого неметаллического изделий по алгоритму: идентификация каждого из четырех контролируемых изделий на один соответствующий выход из четырех выходов устройства, т.е. обеспечивается процесс идентификации изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий, а также повышение надежности работы устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает также шесть режимов идентификации изделий при суженной номенклатуре контролируемых изделий до двух единиц:

1) режим идентификации нагретых неметаллических и металлических изделий;

2) режим идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий;

3) режим идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий;

4) режим идентификации нагретых металлических и ненагретых неметаллических изделий;

5) режим идентификации ненагретых металлических и неметаллических изделий;

6) режим идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий.

В режиме идентификации нагретых неметаллических и металлических изделий используются соответственно выходные клеммы 18 и 7 устройства, а его выходные клеммы 19 и 22 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 18 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия информационный сигнал U7 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 7. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4.

В режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий используются соответственно выходные клеммы 18 и 22 устройства, а его выходные клеммы 7, 19 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 18 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 22 при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. 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 22. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.6.

В режиме идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий используются соответственно выходные клеммы 18, 19 устройства, а его выходные клеммы 7, 22 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 18 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 19 при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 19. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

В режиме идентификации нагретых металлических и ненагретых неметаллических изделий используются соответственно выходные клеммы 7 и 19 устройства, а его выходные клеммы 18, 22 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 7 отрабатывается информационный сигнал U7 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 19 при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 19. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

В режиме идентификации ненагретых металлических и неметаллических изделий используются соответственно выходные клеммы 22 и 19 устройства, а его выходные клеммы 7, 18 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия на выходной клемме 22 отрабатывается информационный сигнал U9 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 19 при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.6. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" об его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 19. На выходной клемме 22 при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого неметаллического" изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

В режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий используются соответственно выходные клеммы 7 и 22 устройства, а его выходные клеммы 18 и 19 при этом не задействуются. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 7 отрабатывается информационный сигнал U7 с уровнем логической "1", несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 22 при этом присутствует напряжение U9 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 22. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.6.

Вместе с тем предлагаемое устройство обеспечивает также четыре режима идентификации изделий при суженной номенклатуре контролируемых изделий до трех единиц:

1) режим идентификации нагретых металлических, нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий, когда не задействуется выходная клемма 19;

2) режим идентификации нагретых металлических, нагретых неметаллических и ненагретых неметаллических изделий, когда не задействуется выходная клемма 22;

3) режим идентификации нагретых металлических, ненагретых металлических и ненагретых неметаллических изделий, когда не задействуется выходная клемма 18;

4) режим идентификации нагретых неметаллических, ненагретых металлических и ненагретых неметаллических изделий, когда не задействуется выходная клемма 7.

При этом работа устройства при идентификации каждого контролируемого изделия в режимах идентификации трех видов изделий приведена выше в описании его работы в режиме идентификации четырех видов контролируемых изделий и поясняется диаграммами, приведенными на фиг.1 - фиг.6.

Повышение надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся в дальней зоне его чувствительности, обеспечивается следующим образом.

При попадании инфракрасного излучения от посторонних источников в область оптического окна фотоприемника 14 (15) или в оптические окна обоих фотоприемников 14, 15 происходит его или их засвечивание в момент нахождения устройства в исходном состоянии, при котором контролируемое изделие 24 находится за пределами его чувствительной поверхности. В результате происходит срабатывание формирователя 16 и формирование на его выходе ложного импульса напряжения U1 с уровнем логической "1", который подается на первые входы логических элементов 13, 6 и вход инвертора 12, на выходе которого происходит формирование ложного импульса напряжения U5 с уровнем логического "0". Но под действием ложного импульса напряжения U1 с выхода формирователя 16 на выходах логических элементов 13 и 6 и соответственно на выходных клеммах 18 и 7 формирования ложных импульсов напряжений U6 и U7 с уровнями логической "1" не происходит, и на их выходах и соответственно выходных клеммах 18 и 7 продолжают присутствовать напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0", так как на их вторые входы соответственно с выходов пороговых элементов 11 и 5 поданы напряжения U3 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение ложного импульса напряжения U1. При этом поданный на первые входы логических элементов 20 и 21 ложный импульс напряжения U5 с уровнем логического "0" для этих логических элементов является блокирующим, поэтому логические элементы 20 и 21 продолжают находиться в исходном состоянии, при котором на их выходах и соответственно на выходных клеммах 19 и 22 продолжают присутствовать напряжения U8 и U9 с уровнями логического "0".

Таким образом, ложного срабатывания от посторонних источников инфракрасного излучения логических элементов 13, 6, 20 и 21 и формирования на их выходах и соответственно на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 ложных импульсов напряжений с уровнями логической "1" не происходит.

Устранение ложных срабатываний устройства и, следовательно, повышение надежности его работы при случайном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых неметаллических предметов одновременно в область оптического окна фотоприемника 14 (15) и в электромагнитное поле 23 происходит следующим образом.

При одновременном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15) и в электромагнитное поле 23 на выходе формирователя 16 формируется ложный импульс напряжения U1 с уровнем логической "1", который подается на первые входы логических элементов 13 и 6 и вход инвертора 12. При этом на выходе инвертора 12 и первых входах логических элементов 20 и 21 формируется ложный импульс напряжения U5 с уровнем логического "0". Вместе с тем при взаимодействии постороннего нагретого неметаллического предмета с электромагнитным полем 23 перехода генератора в режим срыва электрических колебаний не происходит вследствие отсутствия внесения существенного затухания в колебательный контур генератора 4, в который включен индуктивный чувствительный элемент 1. Поэтому переключения порогового элемента 5 в другое состояние не происходит, и он продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на его выходе, вторых входах логических элементов 6 и 21 и входе инвертора 17 продолжает присутствовать напряжение U2 с уровнем логического "0", а на выходе инвертора 17 - напряжение U4 с уровнем логической "1", соответствующие исходному состоянию устройства. При этом ложный импульс напряжения U1 с уровнем логической "1" с выхода формирователя 16 через первые входы логических элементов 13 и 6 на их выходы и соответственно на выходные клеммы 18 и 7 не проходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 18 и 7 продолжают присутствовать напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию устройства, а на выходах логических элементов 20 и 21 и соответственно на выходных клеммах 19 и 22 продолжают присутствовать соответственно напряжения U8 и U9 с уровнями логического "0", соответствующие также исходному состоянию устройства, так как:

- на второй вход логического элемента 6 с выхода порогового элемента 5 подано напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение ложного импульса напряжения U1;

- на второй вход логического элемента 13 подано с выхода порогового элемента 11 напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение ложного импульса напряжения U1;

- на первый и второй входы логического элемента 21 поданы с выходов соответственно инвертора 12 и порогового элемента 5 ложный импульс напряжения U5 и напряжение U2 с уровнями логического "0", запрещающие его переключение в другое состояние;

- уровень логической "1" напряжения U4 с уровнем логической "1" через второй вход логического элемента 20 на его выход и выходную клемму 19 не проходит, потому что на первый и третий входы логического элемента 20 поданы с выходов соответственно инвертора 12 и порогового элемента 11 ложный импульс напряжения U5 и напряжение U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение. Т.е. в этом случае на выхода логических элементов 13. 6, 20 и 21 и соответственно на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 формирования ложных импульсов с уровнями логической "1" не происходит.

Таким образом, при попадании из дальней зоны чувствительности устройства, инфракрасного излучения в область оптического окна фотоприемника 14 (15) или в оптические окна обоих фотоприемников 14, 15 от посторонних источников инфракрасного излучения, а также при попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых неметаллических предметов одновременно в область оптического окна фотоприемника 14 (15) и в зону действия электромагнитного поля 23 на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 устройства формирования соответственно ложных импульсов напряжений U6, U7, U8 и U9 с уровнями логической "1" не происходит, чем и обеспечивается повышение надежности работы предлагаемого устройства.

Кроме того, устройство дополнительно обладает в пределах его ближней зоны чувствительности повышенной надежностью работы при случайном попадании посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15). Это происходит следующим образом.

Устранение ложных срабатываний устройства и, следовательно, повышение надежности его работы при попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15) происходит аналогично описанному выше для случая устранения ложных срабатываний устройства от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся в дальней зоне его чувствительности.

Следовательно, при случайном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15), на выходных клеммах 18, 7, 19 и 22 формирования соответственно ложных импульсов напряжений U6, U7, U8 и U9 с уровнями логической "1" не происходит, чем и обеспечивается дополнительно повышение надежности работы предлагаемого устройства.

В предложенном устройстве реализован потенциальный принцип формирования на его выходах информационных сигналов идентификации нагретых и ненагретых изделий, когда нахождению контролируемого изделия в зоне его чувствительной поверхности однозначно соответствует установление на его соответствующем выходе потенциала с уровнем логической "1", соответствующего информационному сигналу идентификации контролируемого изделия. Причем этот сигнал (в отличие от импульсного принципа формирования сигналов идентификации изделий) не исчезает и продолжает присутствовать на соответствующем выходе устройства, отслеживая при этом своим потенциальным сигналом с уровнем логической "1" контролируемое изделие, как при перемещении его в пределах зоны чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении его в ней в неподвижном состоянии (после вхождения в нее) в течение сколь угодно продолжительного промежутка времени.

Следовательно, 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 четырех режимах контроля положения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала.

В режиме контроля положения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик оптико-емкостного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 18, а выходные клеммы 7, 19 и 22 не задействуются.

В режиме контроля положения нагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения индуктивно-оптического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 7, а выходные клеммы 18, 19 и 22 не задействуются.

В режиме контроля положения ненагретых металлических изделий устройство функционирует как индуктивный бесконтактный датчик положения автогенераторного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.6. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 22, а выходные клеммы 7, 18 и 19 не задействуются.

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.5. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 19, а выходные клеммы 7, 18 и 22 не задействуются.

Из описанного выше следует, что предлагаемое устройство является многофункциональным устройством, так как в нем сочетаются функциональные возможности нескольких типов устройств, обеспечивающих контроль изделий с учетом их термического состояния и вида материала: устройство идентификации двух видов контролируемых изделий (6 типов), устройство идентификации трех видов контролируемых изделий (4 типа), устройство идентификации четырех видов контролируемых изделий (1 тип), датчик контроля положения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния (4 типа), что существенно расширяет функциональные возможности изобретения.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых металлических и неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий. Многофункциональное устройство идентификации изделий содержит индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, первый инвертор, при этом в устройство дополнительно введены второй инфракрасный фотоприемник, мультивибратор, детектор, второй пороговый элемент, второй инвертор, второй логический элемент И, третий логический элемент И, четвертый логический элемент И, емкостной чувствительный элемент, которые соответствующим образом связаны между собой. Технический результат - обеспечение идентификации изделий без контакта с ними с высокой надежностью работы в условиях воздействия на него посторонних источников инфракрасного излучения и при попадании в зону действия его чувствительного элемента посторонних предметов. 6 ил.

Многофункциональное устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно формирователя импульсов и первого порогового элемента, а его выход является первым выходом устройства, первый инвертор, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, отличающееся тем, что в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику ко входу формирователя импульсов, последовательно включенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу и выполненным в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального отверстия ферритового сердечника, детектор, второй пороговый элемент, а также второй инвертор, вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, второй логический элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно формирователя импульсов, второго порогового элемента и второго инвертора, а его выход является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого инвертора, второго инвертора и второго порогового элемента, а его выход является третьим выходом устройства, четвертый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого инвертора и первого порогового элемента, а его выход является четвертым выходом устройства, при этом емкостной чувствительный элемент установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии его центрального отверстия в сторону закрытого торца ферритового сердечника, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и инфракрасные 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 инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.