Цифровой измеритель скорости прессования Советский патент 1992 года по МПК B21C31/00 

сл

с

Использование: в области обработки металлов давлением, а именно в средствах регулирования и измерения параметров прессования. Измеритель скорости содержит преобразователь-модулятор, преобразующий линейное перемещение главного плунжера в импульсы светового потока, оп- трон с открытым оптическим каналом, формирователь стробирующего импульса, цифровой индикатор, электронное вычислительное устройство, содержащее блок логического И, кварцевый генератор, счетчик импульсов, вычислительное устройство, выполняющее функцию деления методом последовательного сложения, а также устройство, выполняющее функцию преобразования двоичного кода в десятичный, который и выдается на цифровой индикатор. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к средствам регулирования и измерения параметров прессования и может быть использовано в автоматических регуляторах скорости прессования, а также при измерении инфраниз- ких скоростей как при прессовании, так и в других производственных процессах.

Цель изобретения - повышение точности измерения инфранизких скоростей прессования путем увеличения разрешающей способности устройства, повышение надежности эксплуатации измерителя, а также снижение трудоемкости изготовления предлагаемого устройства.

Повышение точности измерения инфранизких скоростей прессования требует использовать преобразователи перемещений с большой разрешающей способностью с последующим дифференцированием выходного сигнала пути по времени. Определение скорости методом дифференцирования V

AS

At

требует выполнения операции

деления, что влечет за собой необходимость использования в измерительном устройстве вычислителя, выполняющего функцию операции деления.

В устройстве используется метод обратной функции, который, в отличие от известного, имеет максимальную разрешающую способность на инфранизких скоростях, а кроме того, преимуществом такого метода является то, что он может давать ин-форма- цию о мгновенном значении скорости V

).

At

Величина пройденного участка пути AS является величиной постоянной и представляет собой ширину щели, выфрезерованной в диске модулятора. Таким образом, скорость измеряется как частное отделения стро 4СО 00

N

го фиксированного участка пути A S const за время A t ги var. В датчике время прохождения заданного участка пути фиксируется оптронной парой и в виде строби- рующего импульса длительности tn вводится в электронное вычислительное устройство.

Длительность стробирующего импульса измеряется как частное отделения:

tn-f- (2)

TM

где N - количество импульсов, занесенное в счетчик;

fM - кварцованная частота.

Подставив значение (2) в (1), можно выразить V p(S, N, f) в виде

V

SfM N

Как видно из формулы (3), в устройстве скорость обратно пропорциональна количеству импульсов, занесенных в счетчик.

Для измерения инфранизких скоростей такая закономерность особенно ценна, так как позволяет обеспечить значительное повышение разрешающей способности при измерении инфранизких скоростей и прояв- ляется в том, что чем меньше скорость, тем больше длительность стробирующего импульса, и это обстоятельство позволяет занести большее количество импульсов N в счетчик от кварцевого генератора fM. Для этого типа датчиков не трудно обеспечить тм 10000 Гц, в тоже время выполнить дифф- ракционную решетку с такой разрешающей способностью на практике невозможно, но самое главное, что дифракционная решетка с большой разрешающей способностью практически не может работать в загазованной среде, что имеет место в металлургическом производстве, ибо гарь и масла, присутствующие в воздухе, практически сразу выведут ее из строя.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства, в состав которого входит вычислительное устройство.

Главный плунжер 1 пресса (не показан) посредством тяги 2 соединен с металлической лентой 3, перекинутой через шкивы 4 и 5.

На одном валу со шкивом 5 закреплен модулятор светового потока, выполненный в виде диска 6 с прорезями. Светодиод инфракрасного излучения и фотодиод, входящие в состав оптрона 7 с открытым

5

10

15

20

25

30 35 40 45

50

55

оптическим каналом, установлены по разные стороны диска 6 напротив прорезей. Фотодиод подключен к входу формирователя 8 импульсов. Диск 6, оптрон 7, формирователь 8 импульсов образуют датчик 9 импульсов, который своим выходом 10 подключен к входу вычислительного устройства 11. Выход последнего соединен с цифровым индикатором 12.

Электронное вычислительное устройство содержит блок 13 логического И, кварцевый генератор 14, счетчик 15 импульсов датчика, мультиплексор 16, сумматор 17, триггер 18 переполнения сумматора, де- мультиплексор 19 цифровых регистров запоминающего устройства, семь цифровых регистров 20-26 запоминающего устройства, блок 27 синхронизации, декадный счетчик 28, демультиплексор 29 вывода данных, четыре дешифратора 30-33.

Выход 10 формирователя 8 импульсов соединен с информационным входом блока 13 логического И. Вход 34 кварцевого генератора 14 подключен к управляющему входу блока 13 логического И, выход которого через счетчик 15 импульсов датчика связан с первым информационным входом 35 мультиплексора 16. Выход 36 мультиплексора 16 подключен к информационному входу сумматора 17, информационный выход 37 которого соединен с информационным входом демультиплексора 19 цифровых регистров запоминающего устройства. Первый выход 38 демультиплексора 19 подключен к информационному входу первого цифрового регистра 20 запоминающего устройства, а выход 39 регистра 20 соединен с вторым информационным входом мультиплексора 16. Второй-седьмой выходы 40-45 демультиплексора 19 соединены соответственно с информационными входами второго-седь- мого цифровых регистров 21-26, входы 46- 51 регистров подключены соответственно к третьему-восьмому информационным входам мультиплексора 16.

Выход 34 кварцевого генератора 14 подключен к управляющему входу блока 27 синхронизации. Выход 10 формирователя 8 импульсов соединен с первым информационным входом блока 27 синхронизации. Выход 52 переполнения сумматора 17 через триггер 18 переполнения подключен к второму информационному входу 53 блока 27 синхронизации, первый выход 54 которого соединен с управляющим входом мультиплексора 16, а второй выход 55 - с управляющим входом сумматора 17. Третий выход 56 блока 27 синхронизации подключен на управляющий вход демультиплексора 20, четвертый выход 57 - на управляющие входы семи цифровых регистров 20-26. Пятый выход 58 блока 27 синхронизации соединен с входом демультиплексора 29 вывода данных, шестой выход 59 - с входом декадного счетчика 28. Выход 60 декадного счетчика 28 связан с третьим информационным входом блока 27 синхронизации и информационным входом демультиплексора 29 вывода данных, четыре выхода 61-64 которого через соответствующие четыре де- шифратора 30-33 подключены к цифровому индикатору 12.

В электронном вычислительном устройстве скорость прессования вычисляется как частное от деления пройденного (строго фиксированного) участка пути Д5 за измеренное время At var.

Цифровой измеритель скорости прессования работает следующим образом.

При движении главный плунжер 1 прес- са посредством тяги 2 перемещает металлическую ленту 3, которая перекинута через шкивы 4 и 5, что позволяет преобразовать поступательное движение главного плунжера 1 во вращательное движение модулятора светового потока 6, выполненного в виде диска с прорезями, который закреплен на одном валу со шкивом 5. Посредством прорезей в диске осуществляется модуляция инфракрасного излучения от сваетодиода к фотодиоду в оптроне 7 с открытым оптическим каналом. Выработанный в оптроне 7 импульс формируется в формирователе 8 посредством триггера Шмитта.

Таким образом, информационный сиг- нал с датчика 9 поступает на вход электронного вычислительного устройства.

Электронное вычислительное устройство работает следующим образом.

Сигнал датчика 9 подается на инфор- мационный вход 10 блока 13 логического И, на управляющий вход 34 которого подается сигнал от кварцевого генератора 14 частотой fM. В зависимости от скорости прессования меняется длительность стро- бирующего импульса датчика на входе 10, поэтому в счетчик 15 импульсов от кварцевого генератора 14 будет заноситься различное количество импульсов с фиксированной (кварцевой частотой) fM.

Информация со счетчика 15 в виде шестнадцатиразрядного двоичного кода подается на первый информационный вход 35 мультиплексора 16, с которого десять раз в цикле подсуммируется на сумматоре 17. Значение сумматора, равное 10N, через первый выход 38 демультиплексора 19 заносится на первый цифровой регистр 20 запоминающего устройства. Выполнение

декадного цикла подсуммирования осуществляется под управлением блока 27 синхронизации, который управляет передачей информации с входа мультиплексора 16 на сумматор 17 и с сумматора 17 - в регистры 20-26, запоминающего устройства.

Блок 27 синхронизации работает под управлением декадного счетчика 28.

Далее под действием сигналов с блока 27 синхронизации содержимое первого цифрового регистра 20 запоминающего устройства передается на второй информационный вход 39 мультиплексора 16, с которого под действием блока 27 синхронизации десять раз в цикле подсуммируется на сумматоре 17. Значение сумматора 17, равное 100N, через второй вы ход 40 демультиплексора 19 заносится во второй регистр 21 запоминающего устройства. После чего значение 100N с этого регистра 21 передается на третий вход 46 мультиплексора 16, с которого опять десять раз в цикле подсуммируется на сумматоре 17. Значение сумматора 17, равное 1000N, передается через третий вход 41 демультиплексора 19 на третий регистр 22 запоминающего устройства. С этого регистра 22 значение сумматора, равное 1000N, передается на четвертый вход 47 мультиплексора 16, с которого информация подсуммируется на предварительно очищенный сумматор 17. Результат сумматора 17, равный 1000N, каждый раз при отсутствии переполнения передается через четвертый выход 42 демультиплексора 19 на четвертый цифровой регистр 23 запоминающего устройства. Одновременно с этой операцией в декадный счетчик 28 заносится единица.

Таким образом, в декадном счетчике 28 начинается накапливаться целочисленное значение тысяч Кз.

Процесс подсуммирования 1000N в сумматор 17 и занесение единицы в счетчик 28 прекращается в случае переполнения сумматора 17, и единица в счетчик 28 не заносится. Триггер 18 переполнения сумматора 17 разрешает блоку 27 синхронизации переслать содержимое счетчика 28, в виде целочисленного значения Кз - старшего разряда тысяч частного на выход 64 демультиплексора 29, с которого десятичный код числа Кз заносится в дешифратор 33, где десятичный код числа тысяч преобразуется в семисег- ментный код цифры тысяч, который выдается на четвертый разряд цифрового индикатора 12.

После чего под управлением блока 27 синхронизации содержимое четвертого цифрового регистра 23 запоминающего устройства через пятый выход 48 мультиплексора 16 записывается на предварительно очищенный сумматор 17 и к этому числу из регистра 21 в цикле начинает подсуммиро- ваться значение 100N.

К2

Сумма Кз х 1000N + 2 100 N каждый

i 1

раз с сумматора 17 через пятый выход 43 демультмплексора 19 запоминается в пятом цифровом регистре 24. Одновременно с этой передачей заносится единица в счетчик 28, в котором начинает накапливаться целочисленное значение коэффициента «2.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не сработает триггер 18 переполнения сумматора, который разрешает блоку 27 синхронизации переслать значение декадного счетчика 28 в виде целочисленного коэффициента К,2 - разряд сотен частного - на выход 63 демультиплексорз 29, с которого код десятичного числа Ка заносится в дешифратор 32, где он преобразовывается из десятичного кода всемисегментный код разряда согеч, который выдается в виде третьего разрядь на цифровой индикатор 12.

Далее содержимое Кз х 1000N + К2 х х lOONc пятого цифрового регистра 24 через шестой вход 49 мультиплексора 16 передается на предварительно очищенный сумматор 17. К этому числу из регистра 20 в цикле начинает подсуммироваться значение 10N.

Сумма Кз х 1000N + К2 х 100N +

К1

+ Е 1C Ц каждый раз через шестой выход 44

i -

демультиплексора 19 передается для запоминания на шестой цифровой регистр 25. Одновременно с этой пересылкой осуществляется занесение единицы в счетчик 28, в котором накапливается целочисленное значение Ki - разрядов десятков частного.

Процесс подсуммирования продолжается до тех пор, пока не переполнится сумматор 17. В этом случае единица в счетчик 28 не заносится, а триггер 18 переполнения сумматора 17 разрешает переслать содержимое счетчика 28 в виде целочисленного коэффициента Ki - разряда десятков частного - через выход 62 демультиплексора 29 на дешифратор 31, который преобразует десятичный код десятков в семисегментный код цифры, которая высвечивается в виде второго разряда результата на цифровом табло 12 - разряд десятков.

Далее содержимое суммы Кз х 1000N + + Ка х 100N + Ki x 10N с шестого цифрового регистра 25 передается на седьмой вход 50 демультиплексора 16, с которого подсумми- руется на предварительно очищенный сумматор 17. К этому числу из счетчика 15 в

цикле до переполнения подсуммируется значение счетчика N.

Сумма Кз X1000N + K2X100N + K3 x10N+ Ко

+2 N каждый раз через седьмой выход 45 i 1

демультиплексора 19 передается в седьмой цифровой регистр 26 запоминающего устройства. Одновременно с этой пересылкой

g заносится единица в счетчик 28, в котором накапливается значение Ко - целочисленное значение разряда единиц частного. В случае переполнения единица в счетчике 28 не подсуммируется, а триггер 18 переполне5 ния сумматора 17 разрешает блоку 27 синхронизации переслать содержимое счетчика 28 в виде целочисленного значения единицы частного Ко на выход 61 демультиплексора 29, с которого десятичный код единиц

Q частного К0 передается на дешифратор 30. Дешифратор 30 преобразует десятичный код К0 - число единиц, которые высвечиваются в виде первой значащей цифры на цифровом табло.

с Технико-экономические преимущества устройства заключаются в следующем:

Разрешающая способность датчика на инфранизких скоростях значительно (более чем на два порядка) выше по сравнению с

n прототипом.

Использование сквозных прорезей шириной 1 мм и выше в модуляторном диске, на которые копоть не действует, вместо дифракционной решетки позволяет обеспес чить высокую надежность работы датчика в загазованной среде.

Использование металлического модуляторного диска в предлагаемом устройстве позволяет создать надежную, простую, удаQ ропрочную конструкцию с простой технологией изготовления, в отличии от кварцевого диска со сложной технологией изготовления дифракционной решетки.

Использование операции сложения в

5 процессе реализации операции деления, вместо операции вычитания, позволяет лучше использовать разрядную сетку сумматора, а соответственно и повысить точность вычислений на 1 разряд, так как нет необхоQ димости один из разрядов сумматора использовать под хранение знака числа.

Совмещение операции перевода из 2-Й 0 с операцией деления позволяет сократить общее время вычисления и повысить

5 быстродействие.

Формула изобретения Цифровой измеритель скорости прессования, содержащий датчик импульсов, кинематически связанный с главным плунжером пресса, цифровой индикатор, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения инфранизких скоростей прессования за счет увеличения разрешающей способности измерителя, он дополнительно содержит вычислительное устройство, вход которого связан с выходом датчика импульсов, а выход - с входом цифрового индикатора, при этом вычислительное устройство включает блок логического И с одним информационным входом, одним управляющим входом и одним выходом, кварцевый генератор, счетчик импульсов, мультиплексор с восемью информационными входами, одним управляющим входом и одним выходом, сумматор с одним инфор- мационным входом, одним управляющим входом, информационным выходом и выходом переполнения, триггер, первый демуль- типлексор с одним информационным входом, одним управляющим входом и семью выходами, семь цифровых регистров с одним информационным входом, одним управляющим входом и одним выходом каждый, блок синхронизации с тремя информационными входами, одним управляю- щим входом и шестью выходами, декадный счетчик, второй демультиплексор с одним информационным входом, одним управляющим входом и четырьмя выходами, четыре дешифратора, причем выход датчика им- пульсов соединен с информационным входом блока логического И, а выход кварцевого генератора связан с управляющим входом блока логического И, последний своим выходом соединен через счетчик импульсов датчика с первым информационным входом второго мультиплексора, выход

которого подключен к информационному входу сумматора, информационный выход которого соединен с информационным входом первого демультиплексора, первый выход которого подключен к информа- ционному входу первого цифрового регистра, выход первого цифрового регистра подключен к второму информационному входу мультиплексора и с второго по седьмой выходы первого демультиплексора соединены соответвенно, с второго по седьмой информационными входами цифровых регистров, выходы регистров связаны соответственно с третьего по восьмой информационными входами мультиплексора, кроме того, выход кварцевого генератора подключен к управляющему входу блока синхронизации, выход датчика импульсов связан с первым информационным входом блока синхронизации, выход переполнения сумматора через триггер подключен к второму информационному входу блока синхронизации, при этом первый выход блока синхронизации подключен на управляющий вход мультиплексора, второй - на управляющий вход сумматора, третий - на управляющий вход первого демультиплексора, четвертый - на управляющие входы семи цифровых регистров, пятый - на управляющий вход второго демультиплексора. шестой - на управляющий вход декадного счетчика, выход которого соединен с третьим информационным входом блока синхронизации и информационным входом второго демультиплексора, четыре выхода которого через соответствующие четыре дешифратора связаны с цифровым индикатором.