Датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия

13335Изобретение относится к автомати=зации технологических процессов, аименно к датчикам контроля расстоянияот инструмента до поверхности обраба 5тываемого изделия, и может быть использовано, например, при контролевылета модуля резательно-сварочнойголовки,Целью изобретения является обеспечение помехоустойчивости и повышениечувствительности при быстро изменяющихся тепловых воздействиях на датчик.На чертеже изображен датчик расстояния от инструмента до поверхности изделия,Датчик включает - чувствительньпэлемент 1, расположенный относительно контролируемого иэделия 2, содержащий ферромагнитное кольцо 3 с обмотками 4 и 5 (соответственно Ь иЬ ), Обмотка 4 намотана по боковойповерхности кольца, а обмотка 5 - тороидально, К обмотке 4 последовательно подключен конденсатор 6 (С), ак обмотке 5 - конденсатор 7 (С ), последовательно с которым включен переменный резистор (задатчик 8, Другиеконцы обмоток 4 и 5 объединены совместно с экраном коаксиального кабе -ля 9, а свободные концы конденсатора 6 и резистора 8 - с центральнойжилой коаксиального кабеля 9, причем параллельно выводам кабеля 9 под 35соединен резистор 10. Другой конецкоаксиального кабеля подключен к постоянному резистору 11 полумостовойКС-цепочки 12, объединяющей вход ивыход измерительного преобразователя 13,Датчик расстояния от инструментадо поверхности изделия работает следующим образом.Чувствительный элемент 1, закрепляемый на инструменте, нижней плоскостью ориентируют относительно плоскости изделия 2 на заданном расстоянии от него. При этом обмотка,Ь, формирует электромагнитное поле, взаимо- о действующее с металлическим изделием.Это взаимодействие приводит к изменению добротности ( колебательногоКконтура Ь,С причем по мере приближения чувствительного элемента к изцелию добротность контура уменьшается. Уменьшается и амплитуда колебаний на выходе измерительного преобразователя 13, связанного с Ь,С,-контуром 01 2посредством длинной коаксиальной линии 9. Частоту колебаний Ь,С-контура Й выбирают равной одной из резонансных частот коаксиальной линии,работающей в режиме короткого замыкания. Этот режим обеспечивается тем, что последовательный колебательныйконтур Ь,С, представляет для линии начастоте Г, значительное сопротивление, определяемое собственным сопротивлением потерь контура и привнесен-ным сопротивлением со стороны изделия. Поскольку для других частот, например, превьппающих Е сопротивлениеконтура становится значительно большим и имеет реактивный характер, то с этой целью параллельно ЬС-контуру подключен постоянный резистор 10 с небольшим сопротивлением, приводящий коаксиальную линию 9 в режим бегущей волны, т.е. устраняющий паразитную генерацию преобразователя 13 на одной из произвольных резонансных частот коаксиальной линии 9. В свою очередь, колебательный контур Ь С, содержащий переменный резистор 8,также подключен к коаксиальной линии 9 и настроен на одну из ее резонансных частот Гг, но при этомПоскольку Ь С-контур практически не чувствителен к перемещениям изделия 2 относительно чувствительного элемента 1, то он выполняет компенсационную роль, т.е. реагирует только на тепловое воздействие извне.Кроме того, Ь, Сг-контур выполняетроль задатчика уровня расстояния между чувствительным элементом 1 и изделием 2, необходимого при автоматическом регулировании положения инструмента, на котором закрепляется чув -ствительный элемент 1 (регулирующие элементы на фиг.1 не показаны). Изменение величины сопротивления резистора 8 приводит к изменению добротности 1 Ь С -контура, относительноКгкоторой оценивается добротность в процессе слежения. Если, например, расстояние между инструментом и изделием больше заданного, то добротность Ц становится больше добротности 1, а. это значит, что входное сопротивление коаксиальной линии 9 связи (со стороны преобразователя 13)на частоте Г больше и в преобразователе возникает генерация на частотет. Увеличение входного сопротивленияз 13 линии 9 создает лучшие условия для образования положительной обратной связи между входом и выходом преобразователя 13 на резонансной частоте. Для случая, когда расстояние между чувствительным элементом 1 и изделием 2 меньше заданного, добротностьбудет меньше добротности Я и на выходе преобразователя 3 установится частота Г Если инструмент расположен на заданном расстоянии, на выходе преобразователя 13 генерация будет отсутствовать, что обеспечивается подбором резистора 11 в полумостовой КС-цепи 12.Поскольку температурные влияния, воздействуя на чувствительный элемент 1, приводят к одинаковым изменениям добротности контуров, то устраняется их влияние на выходной сигнал преобразователя 13. Применение в качестве провода обмоток термостабильного сплава, например манганина, повышает надежность работы конструкции в условиях относительно больших изменений температур, снижая термовлияние на катушку. При этом некоторое снижение добротности, колебательных контуров достаточно эффективно устраняется применением ферромагнитного кольца, увеличивающего индуктивность контура при меньшей длине провода обмотки, а также за счет высокой добротности согласованной короткозамкнутой коаксиальной длинной линии 9, Кроме того, применение ферромагнитного кольца помогает сузить зону воздействия электромагнитного поля чувствительного элемента на металл.Таким образом, датчик позволяет проводить контроль расстояния при быстрых изменениях тепловых воздействий на чувствительный элемент, практически исключить влияние температуры на сигнал измерительного преобра 3350зователя, уменьшить массу и габариты/чувствительного элемента, оперативноосуществлять установку необходимого 5зазора между инструментом и изделием и получать информацию о положенииинструмента относительно заданногозазора.1 О Формула изо 6 ре т енияДатчик расстояния.от инструментадо поверхности изделия, содержащийизмерительный преобразователь, связаннын коаксиальным кабелем с чувстфвительным элементом в виде катушкииндуктивности и конденсаторов, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения помехоустойчивости и 2 О повышения чувствительности В томчисле при быстро изменяющихся тепловых воздействиях, чувствительный элемент выполнен в виде ферромагнитноготора с расположенными равномерно на 2 Б его поверхности двумя обмотками изматериала с низким температурным коэффициентом сопротивления таким образом, что одна из обмоток намотанавокруг оси вращения, образующей тор, Зо а вторая - вокруг оси поперечного сечения тора, при этом один из выводовкаждой обмотки соединен с экраномкоаксиального кабеля, другой выводпервой обмотки через первый конденсатор подключен к центральной жиле коаксиального кабеля, к которой такжеподключен второй вывод второй обмотки через переменный резистор и второй конденсатор, параллельно выводамкоаксиального кабеля с обеих сторонвключены постоянные резистора, авход и выход измерительного преобразователя соединены с центральной жилой коаксиального кабеля через тре тий и четвертый конденсаторы соответственно.1333501 Составитель В.ГрибоваТехред В.Кадар Редактор А.Лежнина Корректор,Л.Бескид Заказ 3908/13 Тираж 974 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5