Устройство идентификации и контроля положения изделий

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых металлических и неметаллических и ненагретых металлических изделий. Согласно изобретению устройство идентификации и контроля положения изделий содержит чувствительный элемент, образованный индуктивным и емкостным чувствительными элементами и двумя инфракрасными фотоприемниками, генератор электрических колебаний, два пороговых элемента, формирователь импульсов, три логических элемента И, мультивибратор, детектор. Устройство обеспечивает идентификацию 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 нагретых и ненагретых металлических и неметаллических предметов. 5 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых металлических и неметаллических и ненагретых металлических 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, размещенной 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 идентификацию наряду с ненагретыми металлическими изделиями нагретых металлических и неметаллических изделий;

б) ограниченной номенклатуры контролируемых изделий, т.е. им осуществляется идентификация только двух разновидностей контролируемых изделий (ненагретых металлических и неметаллических) согласно алгоритму: каждое изделие идентифицируется 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 одно из трех разновидностей контролируемых изделий (нагретое металлическое, нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое) на одном соответствующем выходе из трех выходов устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный элемент, пороговый элемент, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, а также логический элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом формирователя и выходом порогового элемента, первую выходную клемму, соединенную с выходом логического элемента И и являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР 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 изделий (металлических и неметаллических) и не позволяет производить идентификацию (распознавание) наряду с нагретыми изделиями ненагретых металлических изделий;

- осуществляет идентификацию изделий из числа ограниченной номенклатуры по числу разновидностей контролируемых изделий в соответствии с алгоритмом: идентификация из двух разновидностей контролируемых изделий одного изделия на одном соответствующем выходе из двух выходов устройства, и не позволяет осуществлять идентификацию изделий из числа расширенной номенклатуры (например, из набора из трех видов контролируемых изделий - нагретое металлическое, нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое) по числу разновидностей контролируемых изделий и по виду их материала согласно алгоритму: идентификация трех разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе из трех 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 первому 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 в пределах ближней зоны его чувствительности при случайном попадании:

1) посторонних нагретых неметаллических предметов в область оптического окна инфракрасного фотоприемника или одновременно в область оптического окна инфракрасного фотоприемника и в электромагнитное поле индуктивного чувствительного элемента;

2) посторонних нагретых металлических предметов одновременно в область оптического окна инфракрасного фотоприемника и в электромагнитное поле индуктивного чувствительного элемента, когда устройство находится в исходном состоянии, а контролируемое им изделие при этом находится вне зоны действия чувствительного элемента устройства. В первом случае на первом выходе устройства (выходная клемма 12) имеют место ложные его срабатывания, проявляющиеся в виде формирования на этом выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1", во втором случае на втором выходе устройства (выходная клемма 7) - ложных импульсов также с уровнем логической "1".

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

Указанная задача 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 соответственно с прямым выходом формирователя импульсов и прямым выходом первого порогового элемента, а его выход является первым выходом устройства, 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, выход которого соединен с третьим входом первого логического элемента И, а также второй логический элемент И, первый, второй, третий входы которого подключены соответственно к инверсному выходу первого порогового элемента, выходу второго порогового элемента, прямому выходу формирователя импульсов, а его выход является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый, второй, третий входы которого соединены соответственно с прямым выходом первого порогового элемента, инверсным выходом формирователя импульсов, выходом второго порогового элемента, а его выход является третьим 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 металлических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.4. - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых металлических изделий в режиме идентификации трех видов изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной в кольцевом пазу со стороны 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, подключенную к выходу первого логического элемента 6 и являющуюся первым выходом устройства, мультивибратор 8 с емкостным чувствительным элементом 9, подключенным к его входу, детектор 10, вход которого соединен с выходом мультивибратора 8, второй пороговый элемент 11, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу детектора 10, второй логический элемент И 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с инверсным выходом первого порогового элемента 5 и выходом второго порогового элемента 11, вторую выходную клемму 13, подключенную к выходу логического элемента 12 и являющуюся вторым выходом устройства, 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 прямой выход соединен с первым входом логического элемента И 6 и с третьим входом логического элемента 12, третий логический элемент И 17, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с прямым выходом первого порогового элемента 5, с инверсным выходом формирователя 16 и с выходом второго порогового элемента 11, третью выходную клемму 18, подключенную к выходу третьего логического элемента И 17 и являющуюся третьим 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), с.20, рис.10, а; с.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", 2002, №10, 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 19, 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 высокочастотное электромагнитное поле 19. 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 высокочастотное электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри сердечника 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 высокочастотное 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 19 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 19, 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.

Между инфракрасными фотоприемниками 14, 15 установлен индуктивный чувствительный элемент 1 с емкостным чувствительным элементом 9 (см. фиг.2). При этом инфракрасные фотоприемники 14, 15, индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 9 установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Причем плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников 14, 15, плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 9, направленные в одну сторону, установлены параллельно между собой и 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. В ближней зоне чувствительности, в которой одновременно действуют электромагнитное поле 19 индуктивного чувствительного элемента 1, электрическое поле 23 емкостного чувствительного элемента 9 и инфракрасное излучение контролируемого нагретого изделия 20 в пределах чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15, производится идентификация (распознавание) контролируемых изделий. В дальней зоне чувствительности, ограниченной в пределах чувствительности фотоприемников 14, 15 инфракрасного излучения концом границы ближней зоны чувствительности устройства и расстоянием предельной чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15, устройство теряет свойство идентификации (распознавания) контролируемых изделий 20. 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 чувствительные элементы фотоприемников 14, 15, вызывают ложные срабатывания устройства, проявляющиеся в виде формирования на выходах устройства ложных импульсов напряжения с уровнями логической "1", что приводит к снижению надежности его работы.

Кроме того, в ближнюю зону чувствительности устройства в зону действия его чувствительного элемента могут случайно попадать, например, посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и вызывать ложные срабатывания устройства, которые проявляются также в виде формирования на выходах устройства ложных импульсов напряжения с уровнями логической "1". Поэтому взаимное расположение элементов чувствительного элемента устройства, схемное решение устройства и алгоритм обработки сигналов фотоприемников 14, 15, индуктивного и емкостного чувствительных элементов 1, 9 выбирается с учетом наличия указанных мешающих факторов таким образом, чтобы устранить ложные срабатывания устройства.

Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 14, 15, емкостного чувствительного элемента 9, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 20 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 21 (22) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 19, электрического поля 23 и в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 14, 15 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 20 с оптическим окном фотоприемника 14 (15), электромагнитным полем 19, электрическим полем 23 и оптическим окном фотоприемника 15 (14). Это в свою очередь обеспечивает:

1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 20 своим инфракрасным излучением 24 сначала одного фотоприемника 14 (15), потом пересечение электромагнитного поля 19, оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, а затем взаимодействие с электрическим полем 23, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 19 и оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, далее засвечивание другого фотоприемника 15 (14), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 19, 23 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 19, 23 соответственно и оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 23, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19 и оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, далее выход из зоны действия электромагнитного поля 19, оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, и, наконец, затемнение фотоприемника 15 (14) и выход контролируемого нагретого металлического изделия 20 из зоны чувствительной поверхности устройства.

Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 20 одного 14 (15) и другого 15 (14) фотоприемника 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 20 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 ненагретым металлическим и нагретыми металлическим и неметаллическим контролируемыми изделиями 20 фотоприемника 14 (15) соответственно без его засвечивания вследствие отсутствия у контролируемого изделия инфракрасного излучения 24 и с засвечиванием фотоприемника 14 (15) вследствие наличия у него инфракрасного излучения 24, потом пересечение им электромагнитного поля 19, затем взаимодействие его с электрическим полем 23, далее прохождение им фотоприемника 15 (14) соответственно без засвечивания и с засвечиванием его и выход контролируемого изделия 20 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 20 в электрическом поле 23 емкостного чувствительного элемента 9;

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

4) получение на прямом и инверсном выходах первого порогового элемента 5 в случае взаимодействия чувствительного элемента устройства с контролируемым нагретым или ненагретым металлическим изделием 20 импульсов напряжений соответственно с уровнями логической "1" и логического "0" длительностями, всегда большими, чем длительности импульсов 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 выходах 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 трех видов изделий из числа нагретых металлических и неметаллических изделий и ненагретых металлических изделий и расширить номенклатуру контролируемых изделий до трех изделий, т.е. производить распознавание неметаллических и металлических изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий по алгоритму: идентификация каждого из трех разновидностей контролируемых изделий на один соответствующий выход из трех выходов устройства, а также повысить надежность работы устройства.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 20 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 прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U1 и U5 с уровнями логического "0" и логической "1", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 6, третий вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 17 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). 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 прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 17, второй вход логического элемента 6 и на первый вход логического элемента 12 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5). Вместе с тем, в момент подачи напряжения питания мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на 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 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается на второй вход логического элемента 12 и на третьи входы логических элементов 6 и 17 (см. фиг.3, фиг.4, фиг.5), после чего на выходах логических элементов 6, 12, 17 и на выходных клеммах 7, 13, 18 устанавливаются соответственно напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", так как:

- на всех трех входах логического элемента 6 установлены напряжения U1, U2 и U3 соответственно с прямого выхода формирователя 16, прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 с уровнями логического "0", под действием которых происходит переключение логического элемента 6 в исходное состояние, при котором на его выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0";

- уровень логической "1" напряжения U4 с инверсного выхода порогового элемента 5 через первый вход логического элемента 12 на его выход и выходную клемму 13 не проходит, и на выходе логического элемента 12 и на выходной клемме 13 устанавливается напряжение U7 с уровнем логического "0", потому что на втором и третьем входах логического элемента 12 соответственно с выхода порогового элемента 11 и прямого выхода формирователя 16 установлены напряжения U3 и U1 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U5 с инверсного выхода формирователя 16 через второй вход логического элемента 17 на его выход и выходную клемму 18 не проходит, и на выходе логического элемента 17 и на выходной клемме 18 устанавливается напряжение U8 с уровнем логического "0", потому что на первом и третьем входах логического элемента 17 соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 установлены напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение.

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 20 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходных клеммах 7, 13 и 18 устанавливаются соответственно напряжения U6, U7 и U8 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 трех видов контролируемых изделий - нагретых металлических, нагретых неметаллических и ненагретых металлических, при котором контролируемое изделие 20 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах ближней зоны чувствительности устройства в одном из направлений по стрелке 21 или 22.

При введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого металлического изделия 20, происходит засвечивание его инфракрасным излучением 24 (см. фиг.2) фотоприемника 14 (15), в результате 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 прямом выходе, на первом и третьем входах соответственно логических элементов 6, 12 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). Но уровень логической "1" напряжения U1 с выхода формирователя 16 на выходы логических элементов 6, 12 и соответственно на выходные клеммы 7, 13 не проходит, и на их выходах и выходных клеммах 7, 13 устройства продолжают присутствовать напряжения U6, U7 с уровнями логического "0", так как на второй и третий входы логического элемента 6 с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 поданы соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение уровня логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 6 и на выходную клемму 7, а на второй вход логического элемента 12 с выхода порогового элемента 11 подано напряжение U3 с уровнем логического"0", запрещающее прохождение через третий и первый входы логического элемента 12 на его выход и выходную клемму 18 соответственно с прямого выхода формирователя 16 и с инверсного выхода порогового элемента 5 напряжений U1 и U4 с уровнями логической "1".

Через некоторый промежуток времени перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электромагнитного поля 19. При этом контролируемое изделие 20 вносит существенное затухание в колебательный контур генератора 4, который переходит в режим срыва генерации электрических колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. В результате происходит переключение порогового элемента 5 в другое устойчивое состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 с уровнем логической "1", которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 17 и 6, и U4 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 12. При этом переключения логических элементов 6, 12 и 17 в другое состояние не происходит, и на их выходах и выходных клеммах 7, 13 и 18 продолжают присутствовать напряжения U6, U7 и U8 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию схемы устройства, так как:

- уровни логической "1" напряжений U1 и U2 с прямых выходов соответственно формирователя 16 и порогового элемента 5 через первый и второй входы логического элемента 6 на его выход и на выходную клемму 7 не проходят, потому что с выхода порогового элемента 11 на третий вход логического элемента 6 подано напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U1 с прямого выхода формирователя 16 через третий вход логического элемента 12 на его выход и на выходную клемму 13 не проходит, потому что с инверсного выхода порогового элемента 5 и с выхода порогового элемента 11 соответственно на первый и второй входы логического элемента 12 поданы напряжения U4 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- уровень логической "1" напряжения U2 с выхода порогового элемента 5 через первый вход логического элемента 17 на его выход и на выходную клемму 18 не проходит, потому что с инверсного выхода формирователя 16 и с выхода порогового элемента 11 соответственно на второй и третий входы логического элемента 17 поданы напряжения U5 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение.

Затем перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, входит в зону действия электрического поля 23 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 соответственно на третий вход логического элемента 6, второй вход логического элемента 12 и третий вход логического элемента 17. В результате логический элемент 6 переключается в другое состояние, и его на выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логической "1", а на выходах логических элементов 12 и 17 и соответственно на выходных клеммах 13 и 18 продолжают присутствовать напряжения U7 и U8 с уровнями логического "0", так как:

- на всех трех входах логического элемента 6 устанавливаются напряжения U1, U2, U3 с уровнями логической "1, поэтому на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логической "1";

- уровни логической "1" напряжений U3 и U1 соответственно с выхода порогового элемента 11 и с прямого выхода формирователя 16 через второй и третий входы логического элемента 12 на его выход и выходную клемму 13 не проходят, потому что с инверсного выхода порогового элемента 5 на первый вход логического элемента 12 подано напряжение U4 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- уровни логической "1" напряжений U2 и U3 соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 и с выхода порогового элемента 11 через первый и третий входы логического элемента 17 на его выход и выходную клемму 18 не проходят, потому что с инверсного выхода формирователя 16 на второй вход логического элемента 17 подано напряжение U5 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение.

Далее перемещающееся контролируемое изделие 20, по-прежнему оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19 и электрического поля 23, 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 20, оставаясь в зонах действия электромагнитного и электрического полей 19, 23 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. Потом контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, выходит из зоны действия электрического поля 23. 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 его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается соответственно на третий вход логического элемента 6, второй вход логического элемента 12, третий вход логического элемента 17, после чего под действием напряжения U3 с выхода порогового элемента 11 с уровнем логического "0" на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0", а на выходах логических элементов 12 и 17 и соответственно на выходных клеммах 13 и 18 продолжают присутствовать напряжения U7 и U8 с уровнями логического "0". На этом формирование импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.

Затем контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электромагнитного поля 19, после чего генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате пороговый элемент 5 переключается также в исходное состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1", которые подаются соответственно на первый вход логического 17, второй вход логического элемента 6 и на первый вход логического элемента 12. При этом под действием напряжения U2 с уровнем логического "0" с прямого выхода порогового элемента 5 переключения логического элемента 17 в исходное состояние не происходит, так как он уже находится в таком состоянии под действием напряжений U5 и U3 с уровнями логического "0" с инверсного выхода формирователя 16 и с выхода порогового элемента 11. Поэтому на выходе логического элемента 17 и на выходной клемме 18 продолжает присутствовать напряжение U8 с уровнем логического "0". Вместе с тем, уровень логической "1" напряжения с инверсного выхода порогового элемента 5 через первый вход логического элемента 12 на его выход и на выходную клемму 13 не проходит, и на его выходе и выходной клемме 13 продолжает присутствовать напряжение U7 с уровнем логического "0", так как на второй и третий входы логического элемента 12 соответственно с выхода порогового элемента 11 и прямого выхода формирователя 16 поданы напряжения U3 и U1 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 20 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 15 (14), после чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, при котором на прямом и инверсном выходах формирователя 16 устанавливаются соответственно напряжения U1 и U5 с уровнями логического "0" и логической "1", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 6, третий вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 17. Но под действием этих напряжений переключения логических элементов 6, 12, 17 не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13 и 18 продолжают присутствовать напряжения U6, U7 и U8 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию схемы устройства. На этом цикл идентификации нагретого металлического изделия 20 на выходной клемме 7 устройства заканчивается. В результате устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении нагретого металлического контролируемого изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого металлического изделия повторяется.

Таким образом, при введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия информационный сигнал напряжения U6 с уровнем логической "1" о его идентификации появляется только на выходной клемме 7 устройства, а на выходных клеммах 12 и 18 при этом присутствуют соответственно напряжения U7 и U8 с уровнями логического "0".

В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия 20 происходит засвечивание фотоприемников 14, 15 вследствие наличия у него инфракрасного излучения 24 и переключение формирователя 16 в другое устойчивое состояние. В результате на прямом и инверсном выходах формирователя 16 происходит формирование соответственно импульсов напряжений U1 и U5 с уровнями логической "1" и логического "0" (см. фиг.4), которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 6, третий вход логического элемента 12 и второй вход логического элемента 17. Но под действием этих импульсов переключения логических элементов 6, 12, 17 не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 продолжают присутствовать напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", так как:

- уровень логической "1" импульса напряжения U1 с прямого выхода формирователя 16 через первый вход логического элемента 6 на его выход и выходную клемму 7 не проходит, и на его выходе и выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U6 с уровнем логического "0", потому что на втором и третьем входах логического элемента 6 с прямого выхода порогового элемента 5 и с выхода порогового элемента 11 установлены соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение импульса напряжения U1 с уровнем логической "1";

- уровни логической "1" импульса напряжения U1 с прямого выхода формирователя 16 и напряжения U4 с инверсного выхода порогового элемента 5 соответственно через третий и первый входы логического элемента 12 на его выход и выходную клемму 13 не проходят, и на его выходе и выходной клемме 13 продолжает присутствовать напряжение U6 с уровнем логического "0", потому что на втором входе логического элемента 12 с выхода порогового элемента 11 установлено напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение;

- под действием импульса напряжения U5 с уровнем логического "0", поданного с инверсного выхода формирователя 16 на второй вход логического элемента 17, переключения последнего не происходит, и на выходе логического элемента 17 и на выходной клемме 18 подтверждается присутствие напряжения U8 с уровнем логического "0", потому что этот импульс вместе с напряжениями U2 и U3 с уровнями логического "0", поданными соответственно на первый и третий входы логического элемента 17 с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11, является запрещающим для переключения логического элемента 17 в другое состояние.

Наряду с этим при пересечении нагретым неметаллическим контролируемым изделием 20 электромагнитного поля 19 формирования пороговым элементом 5 импульсов напряжений U2 и U4 на его прямом и инверсном выходах с уровнями соответственно логической "1" и логического "0" в течение всего цикла идентификации нагретого неметаллического изделия не происходит (см. фиг.4), так как оно существенного затухания в колебательный контур генератора 4 не вносит, и генератор 4 продолжает находиться в исходном состоянии. В результате на первом входе логического элемента 17, втором входе логического элемента 6 и на первом входе логического элемента 12 продолжают присутствовать в течение всего цикла идентификации нагретого неметаллического изделия 20 соответственно напряжения U2 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1", соответствующие исходному состоянию схемы устройства. В этом случае формируется только импульс напряжения U3 на выходе порогового элемента 11 с уровнем логической "1", который подается на третьи входы соответственно логических элементов 6, 17 и на второй вход логического элемента 12 (см. фиг.4). Под действием импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" происходит формирование на выходе логического элемента 12 и на выходной клемме 13 импульса напряжения U7 с уровнем логической "1", а на выходы логических элементов 6 и 17 через их третьи входы и соответственно на выходные клеммы 7 и 18 импульс напряжения U3 с уровнем логической "1" не проходит, и на выходах логических элементов 6 и 17 и выходных клеммах 7 и 18 продолжают присутствовать соответственно напряжения U6 и U8 с уровнями логического "0", так как:

- на первом и третьем входах логического элемента 12 установлены соответственно с инверсного выхода порогового элемента 5 напряжение U4 и с прямого выхода формирователя 16 импульс напряжения U1 с уровнями логической "1", разрешающие прохождение на выход логического элемента 12 и выходную клемму 13 с выхода порогового элемента 11 импульса напряжения U3 с уровнем логической "1";

- на втором входе логического элемента 6 установлено с прямого выхода порогового элемента 5 напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение через первый и третий входы логического элемента 6 на его выход и выходную клемму 7 соответственно с прямого выхода формирователя 16 и выхода порогового элемента 11 импульсов напряжений U1 и U3 с уровнями логической "1";

- на первом и втором входах логического элемента 17 установлены соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 напряжение U2 и с инверсного выхода формирователя 16 импульс напряжения U5 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение через третий вход на выход логического элемента 17 и выходную клемму 18 с выхода порогового элемента 11 импульса напряжения U3 с уровнем логической "1".

После окончания формирования на выходной клемме 13 импульса напряжения U7 с уровнем логической "1", которому соответствует момент выхода контролируемого изделия 20 из зоны действия электрического поля 23, и после выхода контролируемого нагретого неметаллического изделия 20 из зоны действия электромагнитного поля 19 и области оптического окна фотоприемника 15 (14) цикл идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается. В результате устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном перемещении нагретого неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии диаграммами напряжений, приведенными на фиг.4, повторяется.

Таким образом, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 13 формируется импульс напряжения U7 с уровнем логической "1", а на выходных клеммах 7 и 18 при этом присутствуют соответственно напряжения U6 и U8 с уровнями логического "0".

В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 20 засвечивания фотоприемников 14, 15 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 24 и переключения формирователя 16 в другое устойчивое состояние не происходит, в результате чего на прямом и инверсном выходах формирователя 16 формирования в течение всего цикла идентификации ненагретого металлического изделия 20 соответственно импульсов напряжений U1 и U5 не происходит (см. фиг.5). В этом случае формируются импульсы напряжений U2 и U4 на прямом и инверсном выходах порогового элемента 5 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 17, второй вход логического элемента 6 и на первый вход логического элемента 12, а также импульс напряжения U3 на выходе порогового элемента 11 с уровнем логической "1", который подается на третьи входы логических элементов 6, 17 и второй вход логического элемента 12 соответственно. При этом на выход логического элемента 6 через его второй и третий входы импульсы напряжений U2 и U3 соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 с уровнями логической "1" не проходят, и на его выходе и выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U6 с уровнем логического "0", так как на первом входе логического элемента 6 с прямого выхода формирователя 16 подано напряжение U1 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение этих импульсов.

Вместе с тем, импульс напряжения U3 с уровнем логической "1" на выход логического элемента 12 через его второй вход с выхода порогового элемента 11 не проходит, и на выходе логического элемента 12 и на выходной клемме 13 продолжает присутствовать напряжение U7 с уровнем логического "0", так как поданные на первый и третий входы логического элемента 12 соответственно с инверсного выхода порогового элемента 5 импульс напряжения U4 и с прямого выхода формирователя 16 напряжение U1 с уровнями логического "0" запрещают его прохождение.

Но при этом импульс напряжения U3 с уровнем логической "1", поданный на третий вход логического элемента 17 с выхода порогового элемента 11, проходит на его выход и выходную клемму 18 в виде импульса напряжения U8 с уровнем логической "1", так как на его первом и втором входах присутствуют соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 импульс напряжения U2 и с инверсного выхода формирователя 16 напряжение U5 с уровнями логической "1", разрешающие его прохождение. По окончании формирования импульса напряжения U8 на выходной клемме 18, которому соответствует момент выхода контролируемого ненагретого металлического изделия 20 из зоны действия электромагнитного поля 19, и после выхода контролируемого изделия 20 за пределы оптического окна фотоприемника 15 (14) цикл его идентификации на этом заканчивается. Устройство устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу идентификации контролируемого изделия. При повторном прохождении контролируемого ненагретого металлического изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, цикл его идентификации повторяется.

Таким образом, при введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 20 информационный сигнал напряжения U8 с уровнем логической "1" о его идентификации появляется только на выходной клемме 18 устройства, а на выходных клеммах 7 и 13 при этом присутствуют соответственно напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0".

Следовательно, в рассмотренном режиме работы устройства информационный сигнал на его выходной клемме 7 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия, информационный сигнал на выходной клемме 13 - нагретого неметаллического изделия, а информационный сигнал на выходной клемме 17 - ненагретого металлического изделия, чем и обеспечивается процесс идентификации (распознавания) трех видов изделий из числа нагретого металлического, нагретого неметаллического и ненагретого металлического изделий, т.е. обеспечивается процесс идентификации изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий.

Предлагаемое устройство обеспечивает также три режима идентификации изделий при суженной номенклатуре контролируемых изделий до двух единиц:

1) режим идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий;

2) режим идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий;

3) режим идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий.

В режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий используются выходные клеммы 7 и 13, а выходная клемма 18 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 7 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической "1", несущий информацию о его идентификации. На выходной клемме 13 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия информационный сигнал U7 с уровнем логической "1" о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 13. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4.

В режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий используются выходные клеммы 7 и 18, а выходная клемма 13 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 7 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической "1", несущий информацию о его идентификации. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 18. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение U6 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

В режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических изделий используются выходные клеммы 13 и 18, а выходная клемма 7 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 13 отрабатывается информационный сигнал U7 с уровнем логической "1", несущий информацию о его идентификации. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U8 с уровнем логического "0", и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия информационный сигнал U8 с уровнем логической "1" о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 18. На выходной клемме 13 при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0", и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5.

Повышение надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся в дальней зоне чувствительности устройства, 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 20 находится за пределами его чувствительной поверхности. В результате происходит срабатывание формирователя 16 и формирование на его прямом и инверсном выходах ложных импульсов напряжений U1 и U5 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 6, третий вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 17. Но под действием этих импульсов на выходах логических элементов 6, 12, 17 и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 формирования ложных импульсов не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 продолжают присутствовать соответственно напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", так как:

- на втором и третьем входах логического элемента 6 соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 установлены напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение;

- на второй вход логического элемента 12 с выхода порогового элемента 11 подано напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение ложного импульса напряжения U1 с прямого выхода формирователя 16 и напряжения U4 с инверсного выхода порогового элемента 5 с уровнями логической "1";

- ложный импульс напряжения U5 c уровнем логического "0" с инверсного выхода формирователя 16, поданный на второй вход логического элемента 17, вместе с напряжениями U2 и U3 с уровнями логического "0", поданными соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 на первый и третий входы логического элемента 17, являющийся запрещающим для переключения логического элемента 17 в другое состояние, подтверждает присутствие на его выходе и выходной клемме напряжения U8 с уровнем логического "0".

Таким образом, ложного срабатывания логических элементов 6, 12, 17 и формирования на их выходах и на выходных клеммах 7, 13, 18 соответственно ложных импульсов напряжений U6, U7, U8 с уровнями логической "1" не происходит.

Повышение надежности работы устройства путем устранения в пределах его ближней зоны чувствительности ложных срабатываний от посторонних нагретых металлических или нагретых неметаллических предметов, случайно попадающих в область оптического окна инфракрасного фотоприемника 14 (15) или одновременно в область оптического окна инфракрасного фотоприемника 14 (15) и в электромагнитное поле 19, когда устройство находится в исходном состоянии, а контролируемое изделие 20 при этом находится вне зоны действия чувствительного элемента устройства, 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 нагретых неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15) происходит идентично описанному выше для случая устранения ложных срабатываний устройства от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся в дальней зоне его чувствительности.

При одновременном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых металлических предметов в электромагнитное поле 19 и в область оптического окна фотоприемника 14 (15) на прямом и инверсном выходах формирователя 16 формируются соответственно ложные импульсы напряжений U1 и U5 с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 6, третий вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 17, а на прямом и инверсном выходах порогового элемента 5 - соответственно ложные импульсы напряжений U2 и U4 с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 17, второй вход логического элемента 6 и первый вход логического элемента 12. Но под действием этих ложных импульсов на выходах логических элементов 6, 12, 17 и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 формирования ложных импульсов напряжений U6, U7, U8 с уровнями логической "1" не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 продолжают присутствовать напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", так как:

- на третий вход логического элемента 6 подано напряжение U3 с выхода порогового элемента 11 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение с выхода формирователя 16 и с прямого выхода порогового элемента 5 через первый и второй входы логического элемента 6 на его выход и выходную клемму 7 соответственно ложных импульсов напряжений U1 и U2 с уровнями логической "1";

- на первый и второй входы логического элемента 12 поданы соответственно ложный импульс напряжения U4 с инверсного выхода порогового элемента 5 и напряжение U3 с выхода порогового элемента 11 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение с прямого выхода формирователя 16 через третий вход логического элемента 12 на его выход и выходную клемму 13 ложного импульса напряжения U1 с уровнем логической "1";

- на второй и третий входы логического элемента 17 подаются с инверсного выхода формирователя 16 и с выхода порогового элемента 11 соответственно импульс напряжения U5 и напряжение U3 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение с прямого выхода порогового элемента 5 через первый вход логического элемента 17 на его выход и выходную клемму 18 ложного импульса напряжения U2 с уровнем логической "1".

При одновременном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних нагретых неметаллических предметов в область оптического окна фотоприемника 14 (15) и в электромагнитное поле 19 на прямом и инверсном выходах формирователя 16 формируются ложные импульсы напряжений U1 и U5 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического 6, третий вход логического элемента 12 и на второй вход логического элемента 17. При этом на прямом и инверсном выходах порогового элемента 5 формирования ложных импульсов напряжений U2 и U4 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0" не происходит вследствие отсутствия внесения посторонним нагретым неметаллическим предметом существенного затухания в колебательный контур генератора 4. Поэтому генератор 4 и пороговый элемент 5 продолжают находиться в исходном состоянии, при котором на первом, втором входах соответственно логических элементов 17, 6 и на первом входе логического элемента 12 продолжают присутствовать напряжения U2 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1". Но под действием ложных импульсов напряжения U1 и U5 соответственно с прямого и инверсного выходов формирователя 16 с уровнями логической "1" и логического "0" на выходах логических элементов 6, 12, 17 и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 формирования ложных импульсов напряжений U6, U7, U8 с уровнями логической "1" не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18, продолжают присутствовать напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", так как:

- с прямого выхода порогового элемента 5 и выхода порогового элемента 11 подаются соответственно на второй и третий входы логического элемента 6 напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение ложного импульса напряжения U1 с уровнем логической "1" с выхода формирователя 16 на выход логического элемента 6 и на выходную клемму 7;

- на второй вход логического элемента 12 с выхода порогового элемента 11 подано напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение с прямого выхода формирователя 16 ложного импульса напряжения U1 и с инверсного выхода порогового элемента 5 напряжения U4 с уровнями логической "1" на выход логического элемента 12 и выходную клемму 13 соответственно через его третий и первый входы;

- на первый, второй и третий входы логического элемента 17 поданы соответственно с прямого выхода порогового элемента 5 напряжение U2, с инверсного выхода формирователя 16 ложный импульс напряжения U5 и с выхода порогового элемента 11 напряжение U3 с уровнями логического "0", запрещающие переключение его в другое состояние и подтверждающие присутствие на выходе логического элемента 17 и на выходной клемме 18 напряжения U8 с уровнем логического "0", соответствующего исходному состоянию схемы устройства.

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 посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов в пределах ближней зоны чувствительности устройства в область оптического окна фотоприемника 14 (15) или одновременно в зону действия электромагнитного поля 19 и в область оптического окна фотоприемника 14 (15) на выходных клеммах 7, 13 и 18 устройства формирования соответственно ложных импульсов напряжений U6, U7 и U8 не происходит, чем и обеспечивается повышение надежности работы предлагаемого устройства.

Кроме того, устройство обладает в пределах его ближней зоны чувствительности повышенной надежностью работы при случайном попадании посторонних ненагретых металлических предметов в зону действия электромагнитного поля 19 или посторонних ненагретых неметаллических предметов одновременно в области оптических окон фотоприемников 14, 15 и в зоны действия электромагнитного и электрического полей 19 и 23. Это происходит следующим образом.

При попадании постороннего ненагретого металлического предмета в зону действия электромагнитного поля 19 происходит формирование на прямом и инверсном выходах порогового элемента 5 ложных импульсов напряжений U2 и U4 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 17, второй вход логического элемента 6 и на первый вход логического элемента 12. Но под действием этих ложных импульсов переключения логических элементов 6, 12 и 17 в другое состояние не происходит, и на их выходах и соответственно на выходных клеммах 7, 13, 18 продолжают присутствовать напряжения U6, U7, U8 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию схемы устройства, так как:

- на первом и третьем входах логического элемента 6 соответственно с прямого выхода формирователя 16 и с выхода порогового элемента 11 установлены напряжения U1 и U3 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение с прямого выхода порогового элемента 5 ложного импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" через второй вход логического элемента 6 на его выход и на выходную клемму 7;

- на первый, второй и третий входы логического элемента 12 поданы соответственно с инверсного выхода порогового элемента 5 ложный импульс напряжения U4, с выхода порогового элемента 11 напряжение U3 и с прямого выхода формирователя 16 напряжение U1 с уровнями логического "0", запрещающие переключение логического элемента 12 в другое состояние и подтверждающие присутствие на его выходе и на выходной клемме 13 напряжения U7 с уровнем логического "0", соответствующего исходному состоянию схемы устройства;

- на третьем входе логического элемента 17 с выхода порогового элемента 11 установлено напряжение U3 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение с прямого выхода порогового элемента 5 ложного импульса напряжения U2 и с инверсного выхода формирователя 16 напряжения U5 с уровнями логической "1" соответственно через первый и второй входы логического элемента 17 на его выход и на выходную клемму 18.

При попадании постороннего ненагретого неметаллического предмета одновременно в области оптических окон фотоприемников 14, 15 и в зоны действия электромагнитного и электрических полей 19, 23 происходит формирование только ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" на выходе порогового элемента 11, который подается на второй вход логического элемента 12 и третьи входы логических элементов 6, 17. Но уровень логической "1" этого ложного импульса на выходы логических элементов 6, 12 и 17 и соответственно на выходные клеммы 7, 13 и 18 не проходит, и на их выходах и выходных клеммах 7, 13 и 18 продолжают присутствовать соответственно напряжения U6, U7 и U8 с уровнями логического "0", соответствующие исходному состоянию схемы устройства, так как:

- на первом и втором входах логического элемента 6 с прямых выходов соответственно формирователя 16 и порогового элемента 5 установлены соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического "0", запрещающие прохождение с выхода порогового элемента 11 ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" через третий вход логического элемента 6 на его выход и на выходную клемму 7;

- на третьем входе логического элемента 12 с прямого выхода формирователя 16 установлено напряжение U1 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение соответственно с инверсного выхода порогового элемента 5 напряжения U4 и с выхода порогового элемента 11 ложного импульса напряжения U3 с уровнями логической "1" через первый и второй входы логического элемента 12 на его выход и на выходную клемму 13;

- на первом входе логического элемента 17 с прямого выхода порогового элемента 5 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение с выхода порогового элемента 11 ложного импульса напряжения U3 и с инверсного выхода формирователя 16 напряжения U5 с уровнями логической "1" соответственно через третий и второй входы логического элемента 17 на его выход и на выходную клемму 18.

Таким образом, при случайном попадании в пределах ближней зоны чувствительности устройства посторонних ненагретых металлических предметов в зону действия электромагнитного поля 19 или посторонних ненагретых неметаллических предметов одновременно в области оптических окон фотоприемников 14, 15 и в зоны действия электромагнитного и электрического полей 19 и 23 на выходных клеммах 7, 13 и 18 устройства формирования соответственно ложных импульсов напряжений U6, U7 и U8 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 изделия, причем этот сигнал (в сравнении с импульсным принципом 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 в течение сколь угодно продолжительного промежутка времени.

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

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.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 7, а выходные клеммы 13 и 18 не задействуются.

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.4. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 13, а выходные клеммы 7 и 18 не задействуются.

В режиме контроля положения ненагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения индуктивно-емкостного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 18, а выходные клеммы 7 и 13 не задействуются.

Устройство идентификации и контроля положения 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 соответственно с прямым выходом формирователя импульсов и прямым выходом первого порогового элемента, а его выход является первым выходом устройства, 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, выход которого соединен с третьим входом первого логического элемента И, а также второй логический элемент И, первый, второй, третий входы которого подключены соответственно к инверсному выходу первого порогового элемента, выходу второго порогового элемента, прямому выходу формирователя импульсов, а его выход является вторым выходом устройства, третий логический элемент И, первый, второй, третий входы которого соединены соответственно с прямым выходом первого порогового элемента, инверсным выходом формирователя импульсов, выходом второго порогового элемента, а его выход является третьим 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.