Способ измерения размера или положения объекта

 

1.. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА ИЛИ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что создают световое или теневое изображение объекта, анализируют его при помощи дискретной шкалы по числу .или координатам меток этой шкалы, накрытых изображением, и определяют измеряемую величину, о т л и ч .а ю щи йен тем, что, с целью повьш1ения точности измерения и упрощения способа, формируют по меньшей мере два изображения объекта, одно Из которых принимают за основное, а другие - за дополнительные, смещают дополнительное изображение относительно предьщущего на величину, превышающую целевое число делений шкалы, измеряют все изображения и по результатам всех измерений определяют измеряемую величину. (О О со 00 О5

986 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ае (18

3(SDG01 В 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- ".»= 1 « « ..»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ (21) 3482599/18-28 (22) 13.08.82 (46) 07.08.84. Бюл. М - 29 (72) В.И. Вирник и Л.Ю. Вирник (71) Одесский конструкторско-технологический институт по поршневым кольцам (53) 531.715.2(088.8) (56) 1. Патент Великобритании

Ф 1492694, кл. G 01 В 11/00, 05.08.76, 2, Авторское свидетельство СССР

9 676862, кл. G 01 В 9/02, 17.10.77 (прототип).

{54)(57) 1.. CHOCO H3MEPEH15f РАЗМЕРА

ИЛИ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, заключающийся в том что создают световое или теневое изображение объекта, анализируют его при помощи дискретной шкалы по числу .или координатам меток этой шкалы, накрытых изображением, и опредепяют измеряемую величину, о т л ич .а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения способа, формируют по меньшей мере два изображения объекта, одно из которых принимают за основное, а другие — 3a дополнительные, смещают дополнительное изображение относительно предыдущего на величину, превышающую целевое число делений шкалы, измеряют все изображения и по результатам всех измерений определяют из- Щ меряемую величину.

1106986

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— щ к и с я тем, что величину смещения каждого дополнительного изображения от предыдущего выбирают из зависимости д . = (и+ 2 )(S+L) где Л; — величина смещения дополнительного изобра:«ения от предыдущего изображения; номер дополнительного изображения; ширина метки шкалы в направлении измерения; размер зоны нечувствительности шкалы (расстояние между соседними метками шкалы); целое число.

Изобретение относится к измери.тельной технике, а именно к способам автоматического бесконтактного измерения размеров или положения объектов.

Известен способ измерения размера или положения объекта, заключающийся (s том что создают световое или теневое изображение объекта, анализируют его при помощи дискретной шкалы и по числу или координатам меток шкалы, накрытых изображением, определяют измеряемую величину (1 ).

Точность измерения данным способом ограничена разрешающей способностью дискретной шкалы. Кроме того, поскольку анализируемое изображение располагается на указанной шкале случайным образом, для его обнаружения необходимо, чтобы изображение было больше зоны нечувствительности дискретной шкалы, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения размера или положения объекта, заключающийся в том, что создают световое или теневое изображение объекта, анализируют его при помощи дискретной шкалы по числу или координатам меток этой шкалы, накрытых изображением и определяют измеряемую величину f2 3.

В известном способе дискретную шкалу поворачивают относительно исследуемого изображения на некоторый угол, измеряют его и используют эту величину для вычисления результата.

Указанный поворот позволяет уменьшить зону нечувствительности дискретной шкалы, однако усложняет способ и вносит дополнительные погрешности, связанные с выполнением до(и+ 2 ) (Б+Е) I где величина смещения дополнительного иэображения от предыдущего изображения; номер дополнительного изображения; ширина метки шкалы в направлении измерения; размер зоны нечувствительности шкалы (расстояние

40

2 полнительных операций и вычислениями, в которых используют дополнительные приближенные исходные данные.

Таким образом, известный способ имеет низкую точность измерения и является сложным.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, 10 что согласно способу измерения размера или положения. объекта, заключающемуся в том, что создают световое или теневое изображение объекта, анализируют его при помощи дискретной шкалы по числу или координатам

Меток этой шкалы, накрытых изображением, и определяют измеряемую величину, формируют по меньшей мере два изображения объекта, одно из которых принимают за основное, а другие — за дополнительные, смещают дополнительное изображение относительно предыдущего на величину, превышающую целое число делений шкалы, измеряют все иэображения и по результатам всех

Измерений определяют измеряемую величину.

Величину смещения каждого дополнительного иэображения от предыдущего выбирают из зависимости

1106986 между соседними метками шкалы);

n — целое число.

На чертеже изображена схема, поясняющая способ измерения размера или 5 положения объекта.

Излучение после взаимодействия с объектом спроектировано в виде, например, светового пятна 1 на дискретную шкалу 2. В качестве дискретной шкалы могут быть использованы: матрица фотоэлементов, линейка ПЗС, сканистр, .видикон и т.п.

Возможность использования в качестве дискретной шкалы позиционно-чувст- 15 вительных фотоприемников на основе сплошных структур определяется ограниченной их разрешающей способностью: непрерывное перемещение светового пятна по такому фотоприемнику вызывает 20 дискретное изменение его выходного сигнала.

Таким образом, любой из упомянутых выше фотоприемников можно представить в виде измерительной дискрет- 25 ной шкалы.

Допустим, что измеряемый параметр объекта определяется положением или размером пятна 1 в направлении Y.

Пятно 1 в направлении Y накрыло мет-. 30 ки 3 и 4 и частично метку 5 шкалы 2.

На шкалу 2 спроектированы также, например, два дополнительных пятна

6 и 7, размеры которых равны размерам пятна 1. Первое дополнительное пятно 6 смещено относительно пятна 1 в направлении Y на величину (n+2 )(S+L) и накрыло метки 8 и 9 и частично метку 10. Число и выбирают таким, чтобы пятна 1 и 6 не пере- 4б секались, например, п=3. Второе дополнительное пятно 7 смещено относительно предыдущего, первого дополни" тельного пятна 6 на величину (п+2 )(S+L) и накрыло почти полнос- 45 тью метки 11-13.

Сумма величин S u L представляет собой цену деления дискретной шкалы 2. Следовательно, пятно 6 смещено относительно пятна 1 на половину 50 цены деления, и пятно 7 относительно пятна 6 — на четверть цены деления шкалы.

Вычисляют значение величины измеряемого размера. 55

Поскольку пятно 1 накрыло две метки, его диаметр d (при условии, что метку считают накрытой тогда, когда накрыто 1007 ее поверхности) можно определить из Следующего двойного неравенства:

4(S+L)-L)d32(S+L)-L.

При этом ошибка измерения равна половине разности между наибольшими и наименьшими значениями d: с)"= + (S + L) .

Пятно 6 сдвинуто относительно пят" на 1 на половину цены деления

-1

2 ($+2.) . Тем не менее результат измерения пятна 6 не изменится: оно также накрыло только две метки.

Очевидно, что размер d не мог быть ни максимальным, ни минимальным, поскольку в обоих случаях произошло бы изменение числа накрытых меток.

Следовательно, можно записать следующее двойное неравенство: (4 (S+L) -L)-2 (S+L) 2d (2 (S+L)-L)+

+2 (S+L)

3,5 (8+Ь) тд 32, 5 (Я+? ) -L. (1)

В результате ошибка измерения уменьшилась вдвое:

27 =+ 2 (S+L)

Допустим, что пятно 7 сдвинуто относительно пятна 6 на четверть цены деления и накрыло три метки.

Для пятна 7 можно записать следующее двойное неравенство:

5(S+L)-L)d 23(S+L)-L (2)

Пересечение неравенств (!) и (2) дает неравенство

3,5(S+L)-Lrdlg3(S+L)-L.

В результате ошибка измерения оказывается равной =+2 (8+1).

Значение величины измеряемого размера может быть также вычислено при помощи следующего уравнения: с2, =-((п „+пу2))6+Ц-2L- Е 2 (S+e)+

)ея

+ Х 2 (5 L)j

ice

1106986 где d

К ш„

Составитель Л. Лобзова

Техред ОЯеце Корректор О. Тигор

Редактор Е. Папп

Заказ 5743/27 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 искомый результат измеренйя; количество дополнительных изображений; наименьшее количество меток шкалы, накрытых одним изображением; наибольшее количество меток шкаль1, накрытых цним изображением; геометрический размер одной 10 метки шкалы в направлении измерения; размер зоны нечувствительности шкалы (расстояние между соседними метками шкалы); 15 номер дополнительного изображения; множество номеров изображений, накрывших по m„ меток, за ислючением младшего номера, 2б множество номеров изображений, накрывших по m Меток за иключением младшего номера.

Для приведенного выше примера получают 4 с г 3 25(S+L)-L+2 (S+L), где — ((2+3+2) (S+L)-2?;2 (S+L)g

= 3,25($+т.)-Ь.

Из рассмотренного примера вид" но, что наличие двух дополнительных определенным образом расположенных изображений позволило уменьшить ошибку измерения в четыре раза.

Предлагаемый способ позволяет rtoвысить точность измерения и упростить способ. Повышение точности измерений обеспечивается за счет того, что измеряют несколько одинаковых изображений, определенным образом расположенных относительно фотоприемника, сравнивают результаты измерений, которые могут быть как одинаковыми, так и неодинаковыми, йо в обоих случаях логнческая обработка поЛуЧЕнной инфорМации обеспечивает уменьшение ошибки измерения.

Упрощение способа обеспечивается за счет замены ряда сравнительно сложных операций, вносящих дополнительные ошибки s результат измерения, многократным повторением одной и той же операции и сравнением полученных результатов.