Opublikowano: 25.11.1965 48967 KI 42 b, 5 MKP G 01 b 4$/36 UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Adam Komarzewski, dr inz. Tomasz Sluszkiewicz Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza (Katedra Maszyn i Po¬ miarów Elektrycznych) Kraków (Polska) MBLIOTEK :u Pate 1 i wg Fotoelektryczny impulsowy miernik polozenia i wymiarów przedmiotów ruchomych, w szczególnosci przedmiotów goracych, w trakcie procesu produkcyjnego Wynalazek dotyczy fotoelektrycznego impulso¬ wego miernika polozenia i wymiarów, sluzacego do bezkontaktowego pomiaru polozenia lub pomiaru wymiarów przedmiotów ruchomych w trakcie pro¬ cesu produkcyjnego, a w szczególnosci materialów goracych takich jak wlewki, kesy, drut, blachy walcowane na goraco i inne. W przeciwienstwie do znanych rozwiazan pracujacych na czestotliwosci sieci wynoszacej 50 Hz lub 60 Hz impulsowy mier¬ nik wedlug wynalazku pracuje przy wlasnej, w ra¬ zie potrzeby podwyzszonej czestotliwosci nosnej, na przyklad 500 Hz, umozliwiajac przez to dokonanie pomiaru szybkozmiennych wielkosci. Znane mier¬ niki sa z reguly napedzane silnikiem synchronicz¬ nym i dlatego maja tylko jeden kanal do przesyla¬ nia impulsów, których faza jest mierzona w odnie¬ sieniu do napiecia sieci. Powoduje to czesto poja¬ wianie sie bledów pomiaru, pochodzacych z wahan napiecia i czestotliwosci sieci.Istota fotoelektrycznego impulsowego miernika wedlug wynalazku polega na uzyciu wirujacego elementu, na przyklad wirujacego bebna, jako ele¬ mentu generujacego dwa szeregi sygnalów impul¬ sowych, przy czym element ten jest napedzany do¬ wolnym silnikiem, na przyklad elektrycznym sil¬ nikiem asynchronicznym zwartym. Na pobocznicy wirujacego elementu sa rozmieszczone równomier¬ nie i równolegle do osi obrotu podluzne otwory.Otwory te przecinaja promieniowanie zwiazane z wielkoscia mierzona ruchomego przedmiotu a zara- 10 15 20 30 zem sluza do generowania szeregu impulsów od¬ niesienia, mierzac w ten sposób kat przestrzenny i zamieniajac go na kat fazowy. Za pomoca wiru¬ jacego elementu glowica pomiarowa dokonuje po¬ miaru. Wynik tego pomiaru jest przesylany dwoma równoleglymi kanalami o identycznych wlasciwo¬ sciach czestotliwosciowych. Dzieki temu zostaja usuniete zródla szeregu bledów fazowych, wyste¬ pujacych w znanych urzadzeniach.Na rysunku fig. 1 przedstawia schematycznie wi¬ dok fragmentu glowicy pomiarowej fotoelektrycz¬ nego impulsowego miernika wedlug wynalazku, fig. 2 — zestawienie zespolów regulatora petli, a fig. 3 — schemat blokowy elektroniki regulatora petli. Glowica pomiarowa miernika wedlug wyna¬ lazku sklada sie z elementu wirujacego 1, w któ¬ rym moze byc na przyklad stalowy beben (fig. 1).Na pobocznicy elementu 1 (bebna) sa rozmieszczo¬ ne równomiernie podluzne otwory 2 o krawedziach równoleglych do osi wzglednie krawedzi mierzo¬ nego przedmiotu D i prostopadlych do kierunku ruchu pobocznicy. Element 1 jest napedzany silni¬ kiem elektrycznym 3 i wiruje ze stala predkoscia.W glowicy sa umieszczone dwa uklady fotoelektry- czne wyposazone w elementy fotoczule 5. Elemen¬ ty 5 stanowia zródla dwóch szeregów impulsów a i b jako napiec zmiennych, przesunietych miedzy soba o kat fazowy. Jako elementów 5 mozna uzyc' fotodiody germanowe, fototranzystory germanowe lub podobne. 4896748967 W miejsce jednego z ukladów fotoelektrycznych mozna zastosowac generator synchroniczny 6 o sta¬ lym magnesie. W tym przypadku wirnikiem gene¬ ratora 6 pozostaje nadal ten sam element 1 (be¬ ben). Jezeli element fotoczuly 5 jest zródlem sygna¬ lu elektrycznego a to generator 6 jest zródlem sy¬ gnalu b, przy czym polozenie stojana generatora~6 ustala faze szeregu impulsów b jako impulsów od¬ niesienia.W celu wzmocnienia oswietlenia elementu foto- czulego 5 stosuje sie w ukladach fotoelektrycznych na drodze promieniowania pochodzacego od mie¬ rzonego przedmiotu D, soczewke 7 a do zmiany kierunku biegu promieni uzywa sie lustra 4. Po¬ wierzchnia lustra 4 jest napylona warstwa metalu, na przyklad zlota lub odpowiednio dobranymi war¬ stwami aluminium, germanu i krzemionki. War¬ stwa ta czyni z lustra filtr optyczny o zmniejszo¬ nym wspólczynniku odbicia dla widzialnej czesci widma. W przypadku gdy miernik jest uzywany do pracy w podwyzszonej temperaturze otoczenia winien on byc dodatkowo wyposazony w pólprze¬ wodnikowy ochladzacz elektryczny 8, w którym jest umieszczony miniaturowy element fotoczuly 5.Promieniowanie niosace informacje o polozeniu krawedzi wzglednie osi mierzonego przedmiotu D," na przyklad drutu, przechodzi przez otwory 2, od¬ bija sie od lustra 4 i pada na miniaturowy element fotoczuly 5. Po przejsciu przez otwory 2 wirujacego bebna 1 promieniowanie staje sie szeregiem impul¬ sów o kacie fazowym a, bedacym miara polozenia przedmiotu D. Kat ten jest mierzony w odniesieniu do impulsów z drugiego pomocniczego zródla o tej samej czestotliwosci. Drugi szereg impulsów mozna uzyskac albo z drugiego analogicznego elementu fo- toczulego oswietlonego pomocniczym zródlem pro¬ mieniowania albo z pomocniczego generatora syn¬ chronicznego 6, którego wirnikiem jest, jak juz wspomniano, ten sam beben 1.Fotoelektryczny impulsowy miernik polozenia i wymiarów wedlug wynalazku moze znalezc za¬ stosowanie miedzy innymi do mierzenia polozenia drutu w trakcie jego walcowania na goraco, gdzie zachodzi koniecznosc pomiaru i regulacji wielkosci petli drutu. Miernik zastosowany do tego procesu musi byc wyposazony w dodatkowe zespoly prze¬ twarzajace sygnaly celem sterowania predkosci sil¬ nika walcowniczego, skutkiem czego nazywa sie go regulatorem petli. Zmierzona wielkosc petli jest Wskazywana na ekranie lampy oscyloskopowej a regulacja petli jest realizowana przez zespól sy¬ gnalów elektrycznych przekazywanych do ukladu automatyki napedowej silnika walcowniczego je¬ dnej z klatek sasiadujacych z petla.Na rysunku fig. 2 i 3 przedstawiaja przykladowo kompleksowe rozwiazanie fotoelektrycznego impul¬ sowego miernika wedlug wynalazku — jako regu¬ latora petli, przeznaczonego do mierzenia polozenia drutu walcowanego na goraco i do sterowania wal¬ carka. Dodatkowe zespoly, w które jest wyposazo¬ ny fotoelektryczny impulsowy miernik wedlug wy¬ nalazku stanowiacy" regulator petli, skladaja sie z szafy S regulatora petli, w której jest umieszczony zespól elektroniczny E, czlon calkujacy C, tablica ogólna T oraz ze wskaznika petli W (fig. 2). Glowi¬ ca pomiarowa 6 wykorzystuje promieniowanie podczerwone rozzarzonego drutu D i mierzy kat a zalezny od przesuniecia X drutu D wzgledem po- 5 lozenia srodkowego. Wiazka promieni jest przery¬ wana przez wirujacy beben 1 z otworami 2 (fig. 1) - a nastepnie pada na element fotoczuly 5, wytwa¬ rzajac napiecie a o prawie prostokatnym przebie¬ gu funkcji w czasie. Pomocniczy generator syn- io chroniczny 6, którego wirnikiem jest beben 1 wy¬ twarza napiecie b o przebiegu w czasie zblizonym do prostokata i czestotliwosci zgodnej z czestotli¬ woscia napiecia a. Napiecia a i b sa przeksztalcone na napiecie prostokatne i po wzmocnieniu we 15 wzmacniaczach wstepnych sa przesylane ekrano¬ wanymi kablami do zespolu elektronicznego E (fig. 3). Informacja o wartosci i znaku kata a za¬ warta jest we wzajemnym przesunieciu fazowym cp napiec a i b. W zespole elektronicznym E napiecia 20 a i b zostaja wzmocnione we wzmacniaczach mocy a nastepnie w detektorze fazy zostaja przeksztalco¬ ne na napiecie stale proporcjonalne do kata cp z uwzglednieniem znaku.Napiecie to jest wprowadzone jako „sygnal pro- 25 porcjonalny" P do obwodu sterowania predkosci silnika, walcowniczego _ z, .mozliwoscia skokowego regulowania na tablicy ogólnej T wielkosci tego na¬ piecia (regulacja statyzmu).Celem uzyskania samonastawnosci regulatora 30 jest zastosowany czlon calkujacy C, otrzymujacy sygnal na zadzialanie, od zespolu elektronicznego E (fig. 3). Czlon calkujacy C jest rozwiazany jako trójpolozeniowy uklad z regulowana wielkoscia strefy nieczulosci o mechanicznym przesuwaniu 35 styków potencjometru przez silnik dwufazowy M.Dzieki temu, ze glowica G nie podaje sygnalu, gdy drutu D nie ma w polu widzenia, przy czym napiecie calego zespolu elektronicznego E wynosi wtedy „zero" Voltów, czlon calkujacy C jest w spo- 40 czynku w zakresie strefy nieczulosci, zachowujac uzyskane nastawienie. Umozliwia to, w pewnych granicach, samoczynne doregulowanie pracy wal¬ carki do wlasciwego stosunku predkosci klatki bez udzialu obslugi. Do obwodu sterowania silnika 45 walcowniczego jest wprowadzony sygnal calkowy I przez czlon calkujacy C. Wskaznik petli W jest wy¬ posazony w lampe oscyloskopowa, na ekranie któ- , rej ukazuje sie obraz O petli goracego drutu D w postaci swiecacego pionowego odcinka. Obraz ten 50 przesuwa sie w osi x* w slad za ruchami petli dru¬ tu D, a w osi z' przesuwa sie w slad za ruchami suwaka czlonu calkujacego C. Praktycznie biorac obraz O zawiera trzy informacje, a mianowicie: 1) informuje o obecnosci petli drutu D w polu wi¬ dzenia glowicy G, gdy zas petli drutu w polu wi¬ dzenia nie ma, obraz gasnie, 2) informuje o wielko¬ sci petli drutu, przy czym przesuwanie poziome obrazu O (wzdluz osi x') odpowiada zmianom kata a czyli przesunieciom petli drutu oraz 3) informuje 60 o zapasie oporu opornika regulatora samonastaw¬ nego, gdzie przesuwanie pionowe z9 obrazu O od¬ twarza ruchy suwaka potencjometru w czlonie C (fig. 3) i informuje o ewentualnej potrzebie dpre- gulowania predkosci opornikiem sterowania recz- 65 neSO-5 48967 6 Fotoelektryczny impulsowy miernik polozenia i wymiarów wedlug wynalazku pozwala przepro¬ wadzic skomplikowane pomiary z duza dokladno¬ scia, przy duzej predkosci dzialania miernika i pel¬ nym wysterowaniu fazowym. Predkosc dzialania miernika jest o rzad wyzsza (10-cio krotnie) od predkosci dzialania znanych rozwiazan tego typu, przy czym istnieje tu liniowa zaleznosc sygnalów od wielkosci mierzonej. W przypadku gdy w polu widzenia nie ma mierzonych przedmiotów miernik nie daje falszywych sygnalów. Ponadto zapewnia niezaleznosc sygnalów od czestotliwosci sieci.Miernik wedlug wynalazku nadaje sie szczegól¬ nie do pomiaru polozenia i wymiarów materialów walcowanych na goraco. PL