Датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия Советский патент 1987 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, а именио к датчикам контроля расстояния от инструмента до поверхности обрабатываемого изделия, и может быть использовано, например, при контроле вылета модуля резательно-сварочной головки.

Целью Изобретения является обеспечение помехоустойчивости и повышение чувствительности при быстро изменяющихся тепловых воздействиях на датчик.

На чертеже изображен датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия,

Датчик включает - чувствительны элемент 1, расположенньй относительно контролируемого изделия 2, содержащий ферромагнитное кольцо 3 с обмотками 4 и 5 (соответственно L, и LJ). Обмотка 4 намотана по боковой поверхности кольца, а обмотка 5 - тороидально. К обмотке 4 последователь- 25 ьгх частот коаксиальной линии 9. В.

но подключен конденсатор 6 (С,), а свою очередь, колебательный контур

LjCj., содержащий переменный резистор 8,также подключен к коаксиальк обмотке 5 - конденсатор 7 (С), последовательно с которым включен пере- менньш резистор (задатчик 8. Другие концы обмоток 4 и 5 объединены совместно с экраном коаксиального кабеля 9, а свободные концы конденсатора 6 и резистора 8 - с центральной жилой коаксиального кабеля 9, причем параллельно выводам кабеля 9 подсоединен резистор 10. Другой конец коаксиального кабеля подключен к постоянному резистору 11 прлумостовой RC-цепочки 12, объединяющей вход и выход измерительного преобразователя 13.

Датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия работает следующим образом.

ной линии 9 и настроен на одну из ее 2Q резонансных частот f, но при этом f i f, .

Поскольку Lj Cg-KOHTyp практически не чувствителен к перемещениям изделия 2 относительно чувствительного

35 элемента 1, то он выполняет компенсационную роль, т.е. реагирует только на тепловое воздействие извне. Кроме того, L,,C2-контур выполняет роль задатчика уровня расстояния меж

40 ду чувствительным элементом 1 и изделием 2, необходимого при автоматическом регулировании положения инструмента, на котором закрепляется чув ствительный элемент 1 (регулирующие

Чувствительньй элемент , закреп- 45 элементы на фиг.1 не показаны). Из- ляемый на инструменте, нижней плос- менение величины сопротивления резис- костью ориентируют относительно плос- тора 8 приводит к изменению добротности Q к; Lj C -KOHTypa, относительно которой оценивается добротность QK,

кости изделия 2 на заданном расстоянии от него. При этом обмотка.L, формирует электромагнитное поле, взаимо- 50 процессе слежения. Если, например, действующее с металлическим изделием. расстояние между инструментом и изЭто взаимодействие приводит к изменению добротности Q колебательного контура L,C,, причем по мере приближения чувствительного элемента к изделию добротность контура,уменьшается. Уменьшается и амплитуда колебаний на выходе измерительного преобразователя 13, связанного с L,С,-контуром

посредством длинной коаксиальной линии 9. Частоту колебаний L,С,-контура f, выбирают равной одной из резонансных частот коаксиальной линии, работающей в режиме короткого замыкания. Этот режим обеспечивается тем, что последовательный колебательный контур , представляет для линии на

частоте f, значительное сопротивление, определяемое собственным сопротивлением потерь контура и привнесен- ным сопротивлением со стороны изделия. Поскольку дли других частот, например, превышающих f, сопротивление контура становится значительно большим и имеет реактивный характер, то с этой целью параллельно L,С,-контуру, подключен постоянный резистор 10

с небольшим сопротивлением, приводящий коаксиальную линию 9 в режим бегущей волны, т.е. устраняющий паразитную генерацию преобразователя 13 на одной из произвольных резонансной линии 9 и настроен на одну из ее резонансных частот f, но при этом f i f, .

Поскольку Lj Cg-KOHTyp практически не чувствителен к перемещениям изделия 2 относительно чувствительного

элемента 1, то он выполняет компенсационную роль, т.е. реагирует только на тепловое воздействие извне. Кроме того, L,,C2-контур выполняет роль задатчика уровня расстояния между чувствительным элементом 1 и изделием 2, необходимого при автоматическом регулировании положения инструмента, на котором закрепляется чувствительный элемент 1 (регулирующие

делием больше заданного, то добротность Qt становится больше добротности Q KI а это значит, что входное со- g5 противление коаксиальной линии 9 связи (со стороны преобразователя 13) на частоте f больше и в преобразователе возникает генерация на частоте f ,|. Увеличение входного сопротивления

зователя, уменьшить массу и габариты чувствительного элемента, оперативно осуществлять установку необходимого зазора между инструментом и изделием и получать информацию о положении инструмента относительно заданного зазора.

линии 9 создает лучшие условия для образования положительной обратной связи между входом и выходом преобразователя 13 на резонансной частоте. Для случая, когда расстояние между чувствительным элементом 1 и изделием 2 меньше заданного, добротность QK, будет меньше добротности Q и

на выходе преобразователя 13 устано- IQ Формула изобретения вится частота f, . Если инструмент

расположен на заданном расстоянии, на выходе преобразователя 13 генерация будет отсутствовать, что обеспечивается подбором резистора 11 в полумостовой RC-цепи 12.

Поскольку температурные влияния, воздействуя на чувствительный элемент 1 , приводят к одинаковым изменениям добротности контуров, то устраняется их влияние на выходной сигнал преобразователя 13. Применение в качестве провода обмоток термостабильно го сплава, например манганина, по- вьшает надежность работы конструкции в условиях относительно больших изменений температур, снижая термовлияние на катушку. При этом некоторое снижение добротности колебательных контуров достаточно эффективно устраняется зо вторая - вокруг оси поперечного сеприменением ферромагнитного кольца, увеличивающего индуктивность контура при меньшей длине провода обмотки, а также за счет высокой добротности согласованной короткозамкнутой коаксиальной длинной линии 9. Кроме того, применение ферромагнитного кольца помогает сузить зону воздействия электромагнитного поля чувствительного элемента на металл.

Таким образом, датчик позволяет проводить контроль расстояния при быстрых изменениях тепловьрс воздействий на чувствительный элемент, практически исключить влияние температу- ,g тий и четвертый конденсаторы соответры на сигнал измерительного преобраственно.

1333501

зователя, уменьшить массу и габариты чувствительного элемента, оперативно осуществлять установку необходимого зазора между инструментом и изделием и получать информацию о положении инструмента относительно заданного зазора.

Датчик расстояния.от инструмента до поверхности изделия, содержащий измерительный преобразователь, связанньй коаксиальным кабелем с чувствительным элементом в виде катушки индуктивности и конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения помехоустойчивости и

повышения чувствительности, в том числе при быстро изменяняцихся тепловых воздействиях, чувствительный элемент выполнен в виде ферромагнитного тора с расположенными равномерно на

его поверхности двумя обмотками из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления таким образом, что одна из обмоток намотана вокруг оси вращения, образующей тор.

5

0

чения тора, при этом один из выводов каждой обмотки соединен с экраном коаксиального кабеля, другой вывод первой обмотки через первьй конденсатор подключен к центральной жиле коаксиального кабеля, к которой также подключен второй вывод второй обмотки через переменный резистор и второй конденсатор, параллельно выводам коаксиального кабеля с обеих сторон включены постоянные резистора, а вход и выход измерительного преобразователя соединены с центральной жилой коаксиального кабеля через трественно.

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов тепловой обработки металлов npeii- мущественно сваркой и резкой и решает задачу контроля расстояния в условиях быстропеременкьгл тепловых воздействий на металл. Достигается это Б датчике, чувствительный элемент которого выполнен в виде ферромагнитного кольца с намотанными на его боковой поверхности двумя обмотками, каждая из которых включена в свой колебательный контур., соединенный с измерительные преобразователем, вход и выход которого объединены RC-цепоч- кой. В основу работы датчика положен принцип сравнения добротностей KOHTJ ров, отражающих уход датчика от заданного положения. 1 ил. 00 со со ел

Редактор А.Лежнина

Составитель В,Грибова Техред В.Кадар

Заказ 3908/13 Тираж 974Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб,, д. 4/5

Произнодственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л.Бескид