Датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия

 

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-цепочкой. В основу работы датчика положен принцип сравнения добротностей KOHTJ ров, отражающих уход датчика от заданного положения. 1 ил. 00 со со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю Of Jt ду !! В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4049725/25-27 (22) 07.04,86 (46) 30.08.87. Бюл. № 32 (72) А.А.Ахлынин (53) 62!.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 872097, кл. В 23 К 9/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1154064, кл. В 23 К 9/10, !983. (54) ДАТЧИК РАССТОЯНИЯ О ЛСТРУМЕНТА

ДО ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов тепловой обработки металлов преимущественно сваркой и резкой и ретает задачу контроля расстояния в условиях быстропеременнъж тепловых воздействий на металл. Достигается это и 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 измерительным преобразователем, вход и выход которого объединены RC-цепочкой. В основу работы датчика положен принцип сравнения добротностей контуров, отражающих уход датчика от заданного положения. ил.

Изобретение относится к автомати= зации технологических процессов, а именно к датчикам контроля расстояния от инструмента до поверхности обраба5 тываемого изделия, и может быть использовано, например, при контроле вылета модуля резательно-сварочной головки, Целью изобретения является обеспе- 10 чение помехоустойчивости и повышение чувствительности при быстро изменяющихся тепловых воздействиях на датчик.

На чертеже изображен датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия.

Датчик включает — чувствительньп! элемент 1, расположенный относительно контролируемого иэделия 2, содержащий ферромагнитное кольцо 3 с обмотками 4 и 5 (соответственно L< и

). Обмотка 4 намотана по боковой поверхности кольца, а обмотка 5 — то-. роидально, К обмотке 4 последовательно подключен конденсатор 6 (С<), а к обмотке 5 — конденсатор 7 (С ), последовательно с которым включен переменный резистор (задатчик) 8. Другие концы обмоток 4 и 5 объединены совместно с экраном коаксиального кабе— ля 9, а свободные концы конденсатора б и резистора 8 — с центральной жилой коаксиального кабеля 9, причем параллельно выводам кабеля 9 под35 соединен резистор )О. Другой конец коаксиального кабеля подключен к постоянному резистору 11 полумостовой

RC-цепочки 12, объединяющей вход и выход измерительного преобразователя 13, Датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия работает следующим образом.

Чувствительный элемент 1, закрепляемый на инструменте, нижней плоскостью ориентируют относительно плоскости изделия 2 на заданном расстоянии от него. При этом обмотка.L формирует электромагнитное поле, взаимо- gg действующее с металлическим изделием.

Это взаимодействие приводит к изменению добротности Q„ колебательного

К контура L,С,, причем по мере приближения чувствительного элемента к изцелию добротность контура уменьшается. Уменьшается и амплитуда колебаний на выходе измерительного преобразователя 13, связанного с L,С,-контуром

01 2 посредством длинной коаксиальной линии 9. Частоту колебаний L C< -контура f выбирают равной одной из резон ан сных часто т к оак си аль ной линии, работающей в режиме короткого замыкания. Этот режим обеспечивается тем, что последовательный колебательный контур !.,С, представляет для линии на частоте f, значительное сопротивление, определяемое собственным сопротивлением потерь контура и привнесенным сопротивлением со стороны изделия. Поскольку для других частот, например, превьппающих Е, сопротивление контура становится значительно большим и имеет реактивный характер, то с этой целью параллельно L C êoíòópy 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 резонансных частот коаксиальной линии 9. В свою очередь, колебательный контур

L С2, содержащий переменный резистор 8,также подключен к коаксиальной линии 9 и настроен на одну из ее резонансных частот f но при этом 2 1 ° !

Поскольку L С -контур 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, C -контур выполняет роль задатчика уровня расстояния между чувствительным элементом 1 и изделием 2, необходимого при автоматическом регулировании положения инструмента, на котором закрепляется чув— ствительный элемент 1 (регулирующие элементы на фиг.1 не показаны). Изменение величины сопротивления резистора 8 приводит к изменению добротности Q „ L С вЂ конту, относительно

2 2 которой оценивается добротность в процессе слежения. Если, например, расстояние между инструментом и изделием больше заданного, то добротность Q<, становится больше добротности Q „, а. это значит, что входное сопротивление коаксиальной линии 9 связи (со стороны преобразователя 13) на частоте f, больше и в преобразователе возникает генерация на частоте

f . Увеличение входного сопротивления з 13 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 ) и издели— ем 2 меньше заданного, добротность будет меньше добротности Q„ и на выходе преобразователя !3 установится 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 термостабильного сплава, например манганина, повышает надежность работы конструкции в условиях относительно больших изменений температур, снижая термовлияние на катушку. При этом некоторое снижение добротности, колебательных контуров достаточно эффективно устраняется применением 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 тепловых воздействий на чувствительный элемент, практически исключить влияние температуры на сигнал измерительного преобра3 350! зователя, уменьшить массу и габариты

I чувствительного элемента, оперативно осуществлять установку необходимого

5 зазора между инструментом и изделием и получать информацию о положении инструмента относительно заданного зазора.

Формула изо 6ре т ения

Датчик расстояния. от инструмента до поверхности изделия, содержащий измерительный преобразователь, связаннын коаксиальным кабелем с чувсте вительным элементом в виде катушки индуктивности и конденсаторов, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения помехоустойчивости и

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

2 его поверхности двумя обмотками из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления таким образом, что одна из обмоток намотана вокруг оси вращения, образующей тор, Зо а вторая — вокруг оси поперечного сечения тора, при этом один из выводов каждой обмотки соединен с экраном коаксиального кабеля, другой вывод первой обмотки через первый 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 тре45 тий и четвертый конденсаторы соответственно.

i 33350 I

Составитель В. Грибова

Техред В.Кадар

Редактор A.Ëåæíèíà

Корректор Л.Бескид

Заказ 3908/13 Тираж 974 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1I3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4