Устройство для измерения смещения объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле углового или линейного смещения объектов. Целью изобретения является повьппенне точности контроля за счет увеличения диапазона измерения контролируемого параметра при постоянной абсолютной погрешности измерения, получаемого путем использования многоштриховой сетки с кодированием номера штриха. Введение сетки с последовательностью отсчетных штрихов разной ширины на известном расстоянии от начального отсчетного йтриха и обработки полученного информационного сигнала путем измерения смещения изображения штриха в поле зрения устройства с учетом поправки , информация о которой закодирована в ширине штриха, позволяют расширить диапазон измерений во столько раз, сколько нанесено дополнительных штрихов. Это приводит к повышению относительной погрешности измерения смещения объекта. 2 з.п. ф-лы, 4 Ш1. (Л Ч. т. Ю СО ч tc 1C Фиг./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1234722 511 4 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

Эб

° (21) 3834286/24-28 .(22) 27.12.84 (46) 30.05.86. Бюл. У 20 (72) Е.Л. Гай, А.Д. Заболотский, А.В. Подобрянский, Ф.П. Хлебников и B.Ô. Федчук (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 551502,. кл. G 01 В 11/26, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 798483, кл. G 01 В 21/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ОЬЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле углового или линейного смещения объектов.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет увеличения диапазона измерения контролируемого параметра при постоянной абсолютной погрешности измерения, получаемого путем использования многоштриховой сетки с кодированием номера штриха. Введение сетки с последовательностью отсчетнык штрихов разной ширины на известном расстоянии от начального отсчетного штриха и обработки полученного информационного сигнала путем измерения смещения изображения штриха в поле зрения устройства с учетом поправки, информация о которой закодирована в ширине штриха, позволяют расширить диапазон измерений во столько раз, сколько нанесено дополнительных штрихов. Это приводит к повышению относительной погрешностй измерения смещения объекта. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле углового или. линейного смещения объектов.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет увеличения диапазона измерения контролируемого параметра при постоянной . абсолютной погрешности измерения, получаемого путем использования многоштриховой сетки с кодированием . номера штриха.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2схема выполнения детектора измерительной длительности; на фиг. 3— схема выполнения измерителя временного интервала; на фиг. 4 †.схема выполнения определителя кода поправки.

Устройство содержит расположенные на оптической оси осветитель 1,. сетку 2, оптический блок, состоящий из светоделителя 3 и объектива 4, зеркало 5 и фотоэлектрический преобразователь 6, блок 7 управления фотоэлектрическим преобразователем,,выход которого подключен к управляющему входу фотоэлектрического преобразователя 6, блок 8 автоматической регулировки усиления, детектор 9 измерительной длительности, измеритель 10 временного интервала, измеритель 11 длительности импульса, определитель 12 кода поправки, сумматор 13, индикатор 14 и синхронизатор

l5, вход блока 8 автоматической регулировки усиления подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя

6, информационный вход детектора 9 измерительной длительности подключен к выходу блока 8 автоматической регулировки усиления, а выход соединен с информационным входом измерителя 10. временного интервала, информационный вход измерителя 11 длительности импульса подключен к выходу детектора 9 измерительной длительности, информационный вход определителя 12 кода поправки подключен к выходу измерителя 11 длительности импульса, первый вход сумматора 13 подключен к выходу определителя 12 кода поправки, а второй — к выходу измерителя .

10 временного интервала, вход индикатора 14 подключен к выходу суммато:ра 13, выходы синхронизатора 15 подключены к синхронизирушщим входам блока Z управления фотоэлектрическим

34722 2 преобразователем, измерителя 10 временного интервала, детектора 9 измерительной длительности, измерителя

ll длительности импульса, определителя 12 кода поправки и сумматора 13, Сетка 2 выполнена в виде подложки с нанесенной на ней последовательностью отсчетных штрихов разной ширины, при этом расстояние между двумя соседними штрихами меньше величины чувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя 6. Зеркало 5 скреплено с объектом 16 и установлено перед объективом 4.

Детектор 9 измерительной длительности выполнен в виде схемы 17 ИЛИ, двух Р -триггеров 18 и 19, входы

R u D одного подключены .к нулевой шине, а инверсный выход — к входу

20 Р второго . D-триггера 19, входы

R è Я которого подключены к нулевой шине, а прямой .выход — к входу $ первого Э-триггера, первый вход схемы

17 ИЛИ подключен к входу С первого

25 D-триггера Я и является синхронизирующим входом детектора 9, второйинформационным входом детектора 9, а выход подключен к входу С второго D-триггера 19, схемы 20 И, один вход которого подключен к прямому выходу второго 9 -триггера 19, второй вход — к выходу схемы 17 ИЛИ, а выход является выходом детектора.

Измеритель 10 временного интервала выполнен в виде RS-триггера 21, генератора 22 опорной частоты, делителя 23 частоты, схем 24 и 25 совпадения, смесителя 26, счетчика 27 и буферного регистра 28, вход S триг. гера 21 соединен с синхронизирующнми входами счетчика 27 и буферного регистра 28 и является синхронизирующим входом измерителя 10, выход генератора 22 соединен с входом делителя 23 и первым входом схемы

24 совпадения, второй выход которой соединен с выходом триггера 21, вход P триггера 21 соединен с первым входом второй схемы 25 совпадений и является информационным вхо5О дом измерителя 10, первый вход смесителя 26 соединен с выходом первой схемы 24 совпадений, второй вход— с . выходом второй схемы 25 совпаде ний, второй вход которой соединен с выходом делителя 23, счетный вход счетчика 27 соединен с выходом смесителя 26 а выход — с информационным входом буферного регистра 28, выход которого является выходом измерителя IO.

Определитель 12 кода поправки выполнен в виде генератора 29 адресов, запоминающего блока 30 кодов длительности, вход которого подключен к выходу генератора 29 адресов за-, поминающего блока, схемы 31 сравне— ния кодов, один вход которой подключен к выходу запоминающего блока 30 кодов длительности, а второй является входом определителя 12, запоминающего блока 32 кодов поправок, вход которого подключен к выходу схемы 31 сравнения кодов, и буферного регистра 33, первый вход которого подключен к выходу запоминаю.щего блока 32 кодов поправок, вто— . рой вход подключен к входу генератора 29 .адресов запоминающего блока и является синхронизирующим входом определителя 12, а выход буферного регистра 33 является выходом определителя 12.

Устройство работает следующим об. разом.

Осветитель 1 освещает сетку 2, расположенную в фокальной плоскости объектива 4. Пучки лучей после сетки 2 отражаются от светоделителя 3 и после объектива 4 отражаются от зеркала 5, жестко скрепленного с контролируемым объектом 16. Отраженные от зеркала 5 пучки лучей собираются на чувствительной площадке фотоэлектрического преобразователя

6, где формируется изображение сетки 2. Сетка 2 может быть выполнена в виде подложки, на которой на непрозрачном фоне имеется некоторое количество прозрачных отсчетных штрихов разной ширины. Один из этих отсчетных штрихов принят начальным.

Ширина каждого отсчетного штриха Ьь.. определяется зависимостью

b; = b,i(i-

- Югде i — номер отсчетного штриха;

b — ширина начального отсчетного штриха;

ЬЬ вЂ” разность между шириной последующего и предыдущего отсчетных штрихов.

Поворот контролируемого объекта

16 приводит к смещению изображения сетки 2 по чувствительной площадке фотоэлектрического преобразователя

6. Фотоэлектрический преобразователь

234722 4 б в соответствии с сигналами управления блока 7 управления фотоэлектрического преобразователя преобразовывает распределение освещенности на чувствительной площадке в видеосигнал. Фотоэлектрический преобразователь 6 может быть выполнен в виде линейки прибора с зарядовой связью (ПЗС). В зависимости от положения

10 изображения сетки 2 на чувствительной площадке фотоэлектрического преобразователя 6 видеосигнал может представлять собой один или два импульса, что соответствует расположе15 нию на чувствительной площадке изображения одного или двух отсчетных штрихов сетки.

Сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 6 поступает в ур блок 8 автоматической регулировки усиления, который стабилизирует амплитуду видеосигнала при изменении освещенности на площадке преобразователя. Это необходимо для исключе ния влияний изменения освещенности на результаты измерения.

Видеосигнал с выхода блока 8 автоматической регулировки усиления поступает на вход детектора 9 измерительной длительности, который выделяет из видеосигнала информационный ви— деоимпульс. При перемещении изображения сетки 2 по площадке фотоэлектрического преобразователя могут воз-, никать два вида неодйозначности, ис35 ключаемые введением детектора 9.

Если изображение отсчетного штриха попадает на край площадки, то импульс в видеосигнале, соответствующий этому штриху, является укороченным и не используется для распознавания штриха, а для распознавания используется второй (полный)

-импульс от второго штриха. Если на площадке находится изображение двух штрихов, то для распознавания положения изображения сетки 2 используется первый из двух импульсов видеосигнала.

Сигналом синхронизации детектора

9 измерительной длительности служит синхроимпульс синхрогенератора 15, задний фронт которого соответствует границе поля зрения фотоэлектричес кого преобразователя 6 в видеосигнале.

Информационный импульс с выхода детектора 9 измерительной длитель1234722 ности, соответствующий полному изображению одного из штрихов сетки 2 на площадке фотоэлектрического преобразователя 6 поступает на измеритель 11 длительности импульса и из-. меритель 10 временного интервала.

Измеритель 11 длительности импульса преобразует длительность информационного видеоимпульса в цифровой код, пропорциональный ширине штриха сетки.

Цифровой код с выхода измерителя

1l длительности импульса поступает на вход определителя 12 кода поправок, который вырабатывает цифровой код поправки в соответствии с шириной штриха.

Код поправки с выхода определителя 12 кода поступает на сумматор

13, на второй вход которого поступает код с выхода измерителя 10 временного интервала, соответствующий расстоянию от середины информационного штриха до границы площадки фотоэлектрического преобразователя 6.

Код суммы с выхода сумматора 13 кодов, пропорциональный измеряемому. смещению, складывается, таким образом, из кода с выхода определителя

12 кода поправки и кода с выхода измерителя 10 временного интервала.

Детектор 9 измерительной длительности работает следующим образом.

Исходно триггер 18 находится в состоянии "1", триггер 19 — в состоя- з5 нии "0". На вход З -триггера 18 подается постоянный сигнал "0". При поступлении импульса синхронизации (фиг. 48) передним фронтом импульса триггер 18 устанавливается в состоя- 40 ние "1". Задним фронтом импульса с выхода схемы ИЛИ (импульса синхронизации) триггер 19 устанавливается в состояние "1", при этом положительный перепад с выхода 3 триггера 19 45 возвращает триггер 18 в состояние

"1" по установочному Б-входу. При поступлении видеосигнала триггер 19 возвращается в исходное состояние

"0" задним фронтом первого импульса видеосигнала.

Есди передний фронт первого импульса видеосигнала совпадает с задним фронтом импульса синхронизации, то детектор выделяет второй импульс 55 видеосигнала.

Выделение необходимого импульса . осуществляет схема ?О И, на входы которои подаются сигналы с выхода схемы 17 ИЛИ и с выхода триггера 19.

Измеритель 10 временного интервала работает следующим образом.

HS-триггер 21 выделяет временной интервал между задним фронтом синхроимпульса и передним фронтом информационного импульса, соответствующий расстоянию от границы площадкй фотоэлектрического преобразователя до ближнего к ней края изображения отсчетного штриха. На схемах 24 и 25 совпадения происходит заполнение вре. менного интервала и информационного импульса соответственно основной заполняющей частотой с выхода генератора 22 с половинной частотой с выхода делителя 23. На смесителе 26 импульсы с выходов схем 24 и 25 совпадения складываются. Благодаря заполнению информационного импульса 2 половинной частотой число импульсов на выходе смесителя 26 пропорционально расстоянию от границы площадки фотоэлектрического преобразователя до середины изображения отсчетного штриха..

Импульсы с выхода смесителя 26 поступают на вход преобразователя

"число-код" счетчика 27, информационный код с выхода счетчика 27 запоминается для последующей. обработки в буферном регистре 28.

Работу счетчика 27 и буферного регистра 28 синхронизует синхрогенератор 15 °

Определитель кода поправки работает следующим образом.

Код, пропорциональный длительности импульса, поступает на один вход схемы 31 сравнения кодов с выхода измерителя 11 длительности импульса..

На второй вход схемы 31 сравнения кодов поступает последовательный ряд кодов из запоминающего блока 30 кодов длительности, который управляется от генератора 29. По результатам сравнения кодов схема 31 сравнения управляет считыванием с запоминающего блока 32 кодов поправки значения поправки, соответствующего поступающему с измерителя 11 длительности импульса, и записанного по адресу, генерируемому в данный момент генератором 29 кода, т.е., соответствующего штриху, изображение которого находится на площадке фотоэлектрического преобразователя 6.

1234722 ностью отсчетных штрихов разнои шир и з о б р е т е н и я - ны, при этом расстояния между двумя

Ф.ормула

Код поправки запоминается в буферном регистре 33. ра, сетка выполнена в виде подложки с нанесенной на ней последовательи10

1. Устройство для измерения смещения объектов, содержащее расположенные на оптической оси осветитель, сетку, оптический блок переноса изображения, зеркало и фотоэлектрический преобразователь, блок управления фотоэлектрическим преобразователем, выход которого подключен к управляющему входу фотоэлектрического преобразователя, измеритель временного интервала, индикатор и синхронизатор, выход которого под" включен к синхронизирующим входам .блока управления фотоэлектрическим преобразователем и измерителя временного интервала, о т л,и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подклю" ченным к выходу фотоэлектрического преобразователя блоком автоматической регулировки усиления, детектором измерительной длительности, информационный вход которого подклю-.чен к выходу блока автоматической регулировки усиления, а выход соединен с информационным входом измерителя временного интервала, измерителем длительности импульса, информационный вход которого подключен к выходу детектора измерительной длительности, определителем кода поправки, информационный вход которого подключен к выходу измерителя длительности импульса, сумматором, один вход которого подключен к выходу определителя кода поправки, а второй к выходу измерителя временного интервала, и индикатором, вход которого подключен к выходу сумматора, выход синхронизатора подключен к синхронизирующим входам детектора измерительной длительности, измерителя длительности импульса, определителя кодов поправки и сумматососедними штрихами меньше величины чувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что детектор измерительной длительности выполнен в виде двух D-триггеров, входы R u

D одного из которых подключены к нулевой шине, а инверсный выход — к входу= ) второго D-триггера, входы

R и Ъ которого; подключены к нулевой шине, а прямой выход — к входу

S первого Э -триггера, схемы ИЛИ, один вход которой подключен к входу

С первого триггера и является синхронизирующим входом детектора, второйинформационным входом детектора, а выход подключен к входу С второго D-триг-. гера, схемы И, один вход которой подкЛючен к прямому выходу 3 -.триг25 гера, второй вход — к выходу схемы

ИЛИ, а выход является выходом детектора.

3. Устройство по. п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что определитель кода поправки выполнен в виде генератора адресов запоминающего блока запоминающего блока кодов длительности, вход которого подключен к выходу генератора адресов запоминающего блока, схемы сравнения кодов, один вход которой подключен к выходу запоминающего блока кодов длительности, а второй является входом определителя, запоминающего блока кодов поправок, вход которого подключен к выходу схемы сравнения кодов, и буферный регистр, первый вход регистра подключен к выходу запоминающего блока поправок, второй вход подключен к входу генератора адресов запоминающего блока и является синхронизнрующим входом определи-. теля, а .выход регистра является выходом определителя.

1234722

Составитель 10. Курбатов

Техред О.Гортвай

Редактор Л. Повхан

Корректор А Зимокосов

Заказ 3785

Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4