Фотоэлектрическое следящее устройство для определения положения границы раздела твердой и жидкой фазы Советский патент 1982 года по МПК G05B11/06 

Изобретение .касается получения особо чистых металлов и полупровод ников способом зонной плавки, выращивания микрокристаллов, а также процессов вторичной переработки особо чистых материалов, например вытягивания профильных лент из рас плава.. Известны фотоэлектрические следящие устройства для определения положения границы раздела твердой и жидкой фаз, содержащее последовательно соединенные фотооптическу систему, усилитель и схему -Нормиро вания признака фазового состояния вещества и механизм сканирования, кинематически соединенный с фотооптической системой. Сравнение параметров потоков лучистой энергии производится путем попеременного визирования оптической систекы на площадки поверхностей расплава и слитка. При этом следящее устройст во, многократно пересекая контролируемую границу, работает в режим незатухающих колебаний. Однако такой режим работы сокра щает срок службы электромеханическ узлов и вызывает в шлходном сигнал устройства присутствие автоколебат ных составляющих, затрудняющих автоматическое регулирование положения и формы границы раздела. Кроме того, такие устройства .не позволяют визу,ально контролировать направление визирования оптической системл, а также выявлять и регистрировать кривизну границы раздела твердой и жидкой фаз. Целью изобретения являются исключение автоколебаний при отслеживании границы раздела твердой и жидкой фаз, визуализация напр.авления визирования фотооптической систекы и выявление и регистрация кривизны границы раздела. Эта цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные схему формирования признака фазового состояния вещества и усилитель, соединенный с фотооптической системой, и две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных схемл И и схемы КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ, выхода схем КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ подключены к механизму сканирования, прямой выход каждой из схем формирования признака фазового состояния вещества подключен к сортветствуквдему входу одной схекы И,i а инверсные зхлходы - к соответствующим входам другой cxeNti Hi

Кроме того, устройство содержит разделительную призму с зеркальным покрытием боковых граней и притупленным ребром и источник света, расположенный над ее основанием.

Механизм сканирования содержит продольную каретку, соединенную через передачу винт-гайка с первьам отсчетно-приводным механизмом .и установленную на поперечной каретке, которая установлена на направляющей и соединена через передачу винт-гайка с вторым отсчетно-приводным механизмом.

На фиг.1 представлена схема предложенного фотоэлектрического следящего устройства; на фиг.2 - механизм сканирования.

Блок-схема устройства содержит фотооптическую систему 1, состоящую из разделительной призкы 2, источника 3 света, объектива 4, щелевой диафрагмы 5, конденсорных линз 6 и 7 и фотопрйемников 8 и У,усилители 10 и И, схекы 12 и 13 формирования признака фазового состояния вещества, схемы И 14 и 15, схемы КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ 16 и 17 и механизм 18 сканирования. Ось фотооптической система визирована на границу раздела 19 между твердой и жидкой фазами образца 20.

Механизм сканирования содержит продольную 21 и поперечную 22 каретки, передачи винт-гайка 23 и 24, направляющую 25 и отсчетно-приводные механизмы 26 и 27.

В зависимости от конкретных особенностей технологического процесса и перерабатываемого материала схема формирования признака фазового состояния вещества выдает единичный сигнал на илходе при поступлении на фотоприемник потока лучистой энергии либо от расплава, либо от закристаллизовавшегося образца. В дальнейшем примем, что единичный сигнал возникает при визировании электронно-оптического канала на расплав.

Несовпадение сигналов на выходах схем 12 и 13 формирования признака фазового состояния вещества означает, что ось фотооптической системл 1 .визирована на границу раздела между твердой и жидкой фазами. При этом на входах схем И не выполняютс условия совпадения логических перемен-йых. Соответственно схемы КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ остаются в нулевом состоянии, а механизм 18 сканирования выключен.

Если оба электронно-оптических канала окажутся одновременно визированными на расплав, на входы схекы 14 поступят единичные сигналы от схем 12 и 13. Схема 14 выдаст управляющий потенциал, который установит в единичное состояние схему 16.

Включается .отсчетно-приводной механизм 27 и перемещает фотооптическую систему 1 в направлении к твердой части образца. При приближении оптической оси системы к граO нице раздела 19 меняется сигнал на выходе схемы 12, поэтому управляющий потенциал на выходе схе1«ы 14 исчезает. Однако схема 16 сохраняет единичное состояние в течение своей уставки, выбираемой- таким образом, чтобы фотооптическая система дополнительно переместилась в том же направлении на расстояние, равное зоне нечувствительности устройства.

0 Введение выдержки времени на отключение движения уменьшает общее количество включений отсчетно-приводного механизма.

При одновременном визировании

5 обоих каналов на слиток появляются единичные потенциалы на инверсных выходах схем 12 и 13. Схема 15 устанавливает в единичное состояние схему 17 КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ, которая

0 включает отсчетно-приводной механизм 27 в направлении движения в сторону расплава.

Таким образом, поисковые перемещения совершаются только при появлении

5 рассогласования между направлением визирования фотооптической системы и границей раздела твердой и жидкой фаз образца.

Для визуального контроля за направ.. лением визирования фотооптической системы в ее состав введена разделительная призма 2 с зеркальным покрытием .боковых граней и притупленным ребром. Ребро приз№ 1 ориентировано параллельно контролируемой границе.

Основание призмы освещается источником 3 света.

Боковые грани призмы направляют разделенные ребром потоки лучистой энергии от площадок на расплаве к

твердой части образца через конденсорные линзы 6 и 7 на фотоприемники 8 и 9. К выходам фотоприемников подключены усилители 10 и 11.

Освещаемое через основание призмы притупленное ребро отображается объективом 4 на поверхность образца 20 в виде светящегося штриха, указывающего на положение линии соприкосновения площадок, проектируемлх оптической системой на чувствительные элементы фотЬприемников.

Для выявления и регистрации кривизны границы раздела фотооптическая система расположена на продольной

каретке 21,-которая перемещается отсчетно-приводным механизмом 27 по средством передачи винт-гайка 23 в направлении, перпендикулярном к гра це раздела. Продольная каретка уста новлена на поперечной каретке 22, переглещающейся по направляющей 25 ;отсчетно-приводным механизмом 26 по средством передачи винт-гайка 24 вдоль границы раздела. В процессе выполнения развертыва i ющего перемещения отсчетно-приводной механизм 26 непрерывно совмещает центр фотооптической систелвл с границей раздела и вырабатывает сигнал, описывающий отклонение формы границы раздела от прямой линии. Частота включения отсчетно-приво нЪго механизма 26 устанавливается и ходя из динамики изменения в ходе технологического процесса конфигура ции границы раздела. Формула изобретения 1. Фотоэлектрическое следящее устройство для определения положения границы раздела твердой и жидко фаз, содержащее последовательно сое диненнь 1е фотооптическую систему, усилитель и схему формирования признака фазового состояния вещества и механизм сканирования, кинематически соединенный с фотооптической системой, отличающееся тем, что, с целью исключения автоколебаний при отслеживании границы раздела твердой и жидкой фаз,.оно д полнительно содержит последовательно соединенные схему формирования признака фазового состояния вещества и усилитель, соединенный с фотооптической системой, и две цепи, кгикдая из которых состоит из последовательно соединенных схемы И и схекы КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ, выходы схем КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ подключены . к механизму сканирования, прямой, выход каждой из схем формирования признака фазового состояния вещества подключен к соответствующему входу одной схемы И, а инверсные выходы к соответствунхцим входам другой схеш И., 2.Устрой ство по п. 1, о т л и ч.ающееся тем, что, с целью визуализации направления визирования фотооптической систекы, оно содержит разделительную призму с зеркальным покрытием боковых граней и притупленным ребром и источник света, расположенный над ее основанием. 3.Устройствопо П.1, о т л и чающееся тем, что, с целью выявления и регистрации кривизны границы раздела твердой и жидкой фаз, механизм сканирования содержит продольную каретку, соединенную через передачу винт-ггйка с первым отсчетно-приврдным механизмом и установленную на поперечной каретке,-которая установлена на направляющей и соединена через передачу винт-гайка с вторым отсчетно-приводным механиз мом.

v

Фuг.Z