Фотоэлектрическое следящее устройство для определения положения границы раздела твердой и жидкой фазы

 

<н968784

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ( ф1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 11. 70 (21) 1492461/18-24

Р )М.Кл. с присоединением заявки ¹

G 05 В-11/06

Государственный комитет

СССР во делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621-555.

° 6 (088,8) Опубликовано 231082, Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 23. 10.82 (72) Автор изобретения

И.Н.Муниц

Всесоюзный научно-исследовательск алюминиевой, магниевой и электрод (71) Заявитель ут (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СЛЕДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА

ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ

Изобретение касается получения особо чистых металлов и полупроводников способом зонной плавки, выращивания микрокристаллов, а также процессов вторичной переработки особо чистых материалов, например вытягивания профильных лент из расплава.

Известны фотоэлектрические следящие устройства для определения положения границы раздела твердой и жидкой фаз, содержащее последовательно соединенные фотооптическую систему, усилитель и схему ормирования признака фазового состояния вещества и механизм сканирования, . кинематически соединенный с фотооптической системой. Сравнение параметров потоков лучистой энергии производится путем попеременного визирования оптической системы на площадки поверхностей расплава и слитка. При этом следящее устройство, многократно йересекая контролируемую границу, работает в режиме незатухающих колебаний.

Однако такой режим работы сокращает срок службы электромеханических узлов и вызывает в выходном сигнале устройства присутствие автоколебательных составляющих, затрудняющих автоматическое регулирование положения и форьы границы раздела.

5 Кроме того, такие устройства не позволяют визуально .контролировать направление визирования оптической системы, 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 направления визирования фотооптической системы 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

25 .схемы И и схемы KPATKOBPEtiEHHAH IIAМЯТЬ, выходы схем КРАТКОВРЕМЕННАЯ

ПАМЯТЬ подключены к механизму сканирования, прямой выход каждой из схем формирования признака фазового состояния вещества подключен к соот968784 ветствующему входу одной схемы И, а инверсные выходы — к соответствую- щим входам другой схемы И.

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 первым 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.l представлена схема предложенного фотоэлектрического следящего устройства; на фиг.2 - механизм сканирования.

Блок-схема устройства содержит фотооптическую систему l, состоящую иэ разделительной призмы 2, источника 3 света, объектива 4, целевой диафрагмы 5, конденсорных линз 6 и 7 и фотоприемников 8 и 9,усилители 10 и 11, схемы 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 системы 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 механизм 26 и 27.

В зависимости от конкретных особенностей технологического процесса и перерабатываемого материала схема формирования признака фазового .состояния вещества выдает единичный сигнал на выходе гри 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 система 1 .визирована на границу раздела между твердой и жидкой фазами. При этом на входах схем И не выполняются условия совпадения логических переменных. Соответственно схемы КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ остаются в нулевом состоянии, а механизм 18 сканирования выключен °

Если оба электронно-оптических канала окажутся одновременно визи.-

65 мых оптической системой на чувстви- тельные элементы фотоприемников.

Для выявления и регистрации кривизны границы раздела фотооптическая система расположена на продольной каретке 21, которая перемещается рованными на расплав, на входы схемы 14 поступят единичные сигналы от схем 12 и 13. Схема 14 выдаст управляющий потенциал, который установит в единичное состояние схему 16.

З Включается отсчетно-приводной механизм 27 и перемещает фотооптическую систему 1 в направлении к твердой части образца. При приближении оптической оси системы к гра10 нице раздела 19 меняется сигнал на выходе схемы 12, .поэтому управляющий потенциал на выходе схемы 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.

20 Введение выдержки времени на отключение движения уменьшает общее количество включений отсчетно-приводного ме хан из ма.

При одновременном визировании

25 обоих каналов на слиток появляются един ичные потенциалы н а ин версных выходах схем 12 и 13. Схема 15 устанавливает в единичное состояние схему 17 КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПАМЯТЬ, которая

ЗО включает отсчетно-приводной механизм

27 в направлении движения в сторону расплава.

Таким образом, поисковые перемещения совершаются только при появлении рассогласования между направлением визирования фотооптической системи и границей раздела твердой и жидкой фаз образца.

Для визуального контроля за направ40 лением визирования фотооптической системы в ее состав введена разделительная призма 2 с зеркальным покрытием .боковых граней и притупленным ребром. Ребро призмы ориентировано параллельно контролируемой границе.

45 Основание приэьи освещается источником 3 света.

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

50 твердой части образца через конденсорные линзы. б и 7 на фотоприемники

8 и 9. К выходам фотоприемников подключены усилители 10 и 11.

Освещаемое через основание приэьы притупленное ребро отображается объективом 4 на поверхность образца 20 в виде светящегося штриха, указывающего на положение линии соприкосновения площадок, проектируе968784 отсчетно-приводным механизмом 27 посредством передачи винт-гайка 23 в направлении, перпендикулярном к границе раздела. Продольная каретка установлена на поперечной каретке 22, перемещающейся по направляющей 25 . отсчетно приводным механизмом 26 посредством передачи винт-гайка 24 вдоль границы раздела.

В процессе выполнения развертыва:ющего перемещения отсчетно-привод- 10 ной механизм 26 непрерывно совмеща° ет центр фотооптической системы с границей раздела и вырабатывает сигнал, описывающий отклонение фор,мы границы раздела от прямой линии.

Частота включения отсчетно-приводного механизма 26 устанавливается исходя иэ динамики изменения в ходе технологического процесса конфигурации границы раздела. 20

Формула изобретения

1. Фотоэлектрическое следящее 25 устройство для определения положения границы раздела твердой и жидкой фаз, содержащее последовательно соединеннйе фотооптическую систему, усилитель и схему формирования при- 30 знака фазового состояния вещества и механизм сканирования, кинематически соединенный с фотооптической системой, о т л и ч а ю. щ е е с я тем, что, с целью исключения автоколебаний при отслеживании границы раздела твердой и жидкой фаз,,оно 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 схема И и схема

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 схема И, а инверсные выходык соответствующим входам другой схема H.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с"целью визуализации направления визирования фотооптической система, оно содер-. жит разделительную призму с зеркальным покрытием боковых граней и притупленным ребром и источник света, расположенный над ее основанием.

3. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью выявления и регистрации кривизны границы раздела твердой и жидкой фаз, механизм сканирования содержит продольную каретку, соединенную через передачу винт-гайка с .первым отсчетно-приводным механизмом и установленную на поперечной каретке, ° котОрая установлена на направляющей и соединена через передачу винт-гайка с вторым отсчетно-приводным механиз» мом.

968784

Составитель В.Лукащин

Техред Л. Пекарь

Редактор И.Николайчук

Корректор С.Иекмар

Подписи ое

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 81á5/75 Тираж 914

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5