Устройство для бесконтактного измерения скорости движущейся поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения протяженных объектов: колонки, проката, ленточных изделий в ходе технологического процесса, транспортных и робототехнических средств. Цель - расширение функциональных возможностей. Движущаяся поверхность подсвечивается с помощьюдополнительного источника света 1. На выходе развертывающего фотоприемника 3 сигнал изменяется пропорционально неоднородностям поверхности. В блоке 8 выделения экстремумов выделяют М локальных экстремумов сигнала, соответствующих неоднородностям поверхности в течение периода разверткИ", для этого сигнал дифференцируют и подают на компаратор. На вход блока 9 вычисления скорости сигнал подают в виде импульсной последовательности, положение фронтов которой соответствует экстремумам сигнала. В блоке 9 вычисления скорости измеряют величины временных интервалов сдвига между импульсными последовательностями при одновременном сравнении задержанной на период развертки и текущей импульсной последовательности соседних периодов развертки и определяют скорость и направление движения по временному сдвигу фронтов Последовательностей. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.слGИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения таких протяженных объектов, как полотна проката, ленточных изделий в ходе технологического процесса, транспортных и робототехнических средств.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения направления движения поверхности. ,На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2а - функциональная схема блока выделения экстремумов; на фиг. 2 б - функциональная схема блока вычисления скорости; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.Устройство содержит (фиг. 1) источник света 1, оптическую систему 2, развёртывающий фртоприемник 3, управляющие входы которого по шине 4 соединены с блоком 5 развертки и синхронизации, а его выход подключен к сигнальному входу по шине 6 ко входу функционального преобразователя 7, содержащий блок 8 выделения экстремумов и блок 9 вычисления скорости, связанные между собой шиной 10, к тактовым входам блока 8 выделения экстремумов и блока 9 вычисления скорости по шине 11VIiJ^ >&

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s G 01 P 3/36, 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ6 (21) 4461056/10 (22) 18,07.88 (46) 23.02.92. Бюл. М 7 (71) Уфимский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) P.M.Ãàëèóëèí, И.Ф.Мынова и И.Ф.Биглова (53) 681,2.083.8 .621.397 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 484462,кл. G 01 Р 3/50, 1973, . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖУЩЕЙСЯ

ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения протяженных объектов: колонки, проката, ленточных изделий в ходе технологического процесса, транспортных и робототехнических средств. Цель — расширение функциональных возможностей. Движущаяся поверхность подсвечивается с помощью

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения таких протяженных объектов, как полотна проката, ленточных изделий в ходе технологического процесса, транспортных и робототехнических средств.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения направления движения поверхности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2а- функциональная схема блока выделения экстремумов; на фиг. 2 б — функцио2 х дополнительного источника света 1, На выходе развертывающего фотоприемника 3 сигнал изменяется пропорционально неоднородностям поверхности. B блоке 8 выделения экстремумов выделяют М локальных экстремумов сигнала, соответствующих неоднородностям поверхности в течение периода разверткИ, для этого сигнал дифференцируют и подают на компаратор. На вход блока 9 вычисления скорости сигнал подают в виде импульсной последовательности, положение фронтов которой соответствует экстремумам сигнала. В блоке 9 вычисления скорости измеряют величины временных интервалов сдвига между им-. пульсными последовательностями при одновременном сравнении задержанной на период развертки и текущей импульсной последовательности соседних периодов развертки и определяют скорость и направление движения по временному сдвигу фронтов последовательностей. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. т! к. нальная схема блока вычисления скорости; 4 на фиг. 3 — временные диаграммы работы Ql устройства. явей

Устройство содержит (фиг. 1) источник ф, света 1, оптическую систему 2, развертывающий фотопривмиикЗ, упрввпяющив входы ) и которого по шине 4 соединены с блоком 5 развертки и синхронизации, а его выход подключен к сигнальному входу по шине 6 ко входу функционального преобразователя

7, содержащий блок 8 выделения экстремумов и блок 9 вычисления скорости, связанные между собой шиной 10, к тактовым входам блока 8 выделения экстремумов и блока 9 вычисления скорости по шине 11

1714514 подключен тактовый выход блока 5 развертки и синхронизации, синхронизирующий выход которого подключен по шине 12 ко второму входу блока 9 вычисления скорости; выходы 13 и 14 блока 9 вычисления 5 скорости являются выходами устройства.

Блок 8 выделения экстремумов содержит (фиг. 2 а) последовательно подключенные блок 15 выборки-хранения, блок 16 дифференцирования и компаратор 17..10

Блок 9 вычисления скорости может содержать (фиг. 2 б) регистр 18 сдвига, три схемы И 19, 20, 21, два счетчика 22, 23, триггер 24, два интегратора 25, 26, компаратор 27, две схемы ИЛИ 28, 29, инвертор 30- 15 и делитель 31 числа импульсов.

Устройство работает следующим образом, 1

Ось оптической системы 2 устанавливают перпендикулярно движущейся со скоро- 20 стью 7 поверхности таким образом, чтобы получить движущееся изображение в плоскости развертывающего фотоприемника с требуемым оптическим масштабом К. Тогда

Ч = К Чизобр, ->

ГДЕ Чизобр = Л/Т (Ь! — СМЕЩЕНИЕ ИЗОбРажЕния на развертывающем фотоприемнике 3 на период развертки Т). 30

Движущуюся поверхность подсвечивают с помощью дополнительного источника света

1, если она не светится сама; как например, раскаленный прокат или ее собственного излучения недостаточно для получения изо- 35

> бражения. Развертывающий фотоприемник . 3 может иметь фоточувствительную поверхность с длиной по координате, равной L. Ha . выходе развертывающего фотоприемника 3 .. получают электрический сигнал при его раз- 40 вертке с заданным периодом Т; который устанавливают исходя из априорной информации о характере движения поверхности и диапазона скорости (фиг. 3 а). При этом скорость развертки постоянна и равна 45 отношению длины фотоприемника к периоду Т(Чрззв = 1 /Т). Дальше выходной сигнал развертывающего фотоприемника 3 подают на функциональный преобразователь.7. В блоке 8 выделение экстремумов выделяют 50

М локальных экстремумов сигнала, соответствующих неоднородностям поверхности в течение периода Т. Для этого, например, дифференцируют сигнал. Моменты перехода через ноль производной сигнала будут 55 соответствовать положениям локальных экстремумов. исходйого,сигнала, то есть максимумам и минимумам (фиг. 3 г). То же самое производят в течение следующего периода Т. 3а период развертки происходит временной сдвиг локальных неоднородностей видеосигнала (экстремумов), равный -т = /Чразв.

В блоке 9 вычисления скорости сигнал подают в виде импульсной последовательности, положение фронтов которой соответствует экстремумам сигнала (фиг. 3 ж).

Затем эту импульсную поеледовательность задерживают на период опроса Т, например, с помощью регистра 18 сдвига (фиг. 3 з).

В следующий период развертки с фотоприемника подают в блок 8 выделения экстремумов и блок 9 вычисления скорости текущий сигнал, который обрабатывается аналогично предыдущему, Полученная последовательность подается в блок 9 вычисления скорости. В блоке 9 вычисления скорости измеряют величины временных интервалов сдвига между импульсными последовательностями при одновременном сравн«ии задержанной и текущей импульсной r .следовательностей.соседних периодов развертки с периодом Ттакт, и определяют направление движения по временному сдвигу фронтов последовательностей, которые соответствуют экстремумам исходного сигнала относительно начала развертки.

Затем в триггере 24 выделяют величины временных интервалов сдвига между импульсными последовательностями (фиг, 3 и) и с помощью схемы И 21 заполняют их импульсами с периодом Ттакт. (4 ti = Ni Tтакт.) (фиг. 3 к) количество импульсов в i-ом временном интервале N суммируют по всем временным интервалам периода развертки

Т

M хср = g Ni Ттакт п1

1=1

С помощью счетчика 22 определяют общее количество импульсов в импульсной последовательности каждого периода развертки и с помощью делителя 31 числа импульсов определяют значение скорости

Направление скорости получают с помощью интеграторов 25, 26 (фиг, 3 и) путем определения постоянных составляющих импульсов, получаемых с триггера 24, Компаратор 27 производит сравнение постоянных составляющих и формирует на выходе единицу, когда скорость совпадает и ноль, когда скорость движения поверхности

1714514 противоположна скорости развертки. Этот сигнал выдается на выход устройства, а также используется для переключения сигналов с выхода триггера 24 схемами И 19 и 20, ИЛИ 28.

Направление вектора скорости движения поверхности определяется из соотношения;

t < t + Т вЂ” направление скорости движения поверхности совпадает с направлением развертки, t > t + Т вЂ” направление скорости движения поверхности противоположно направлению скорости развертки, где t1, t> + т — интервалы времени от,начала развертки до j-го моментов, соответствующих положению локальных экстремумов в соседние периоды развертки соответственно.

Таким образом, определяется направление вектора скорости.

Развертывающий фотоприемник 3 может быть одно- и двухкоординатным и может быть выполнен на фотолинейке и матрице ПЗС, интегральный МДП-фотодиодной линейке и матрице, сканистора.

При использовании фотоматриц со строчной и кадровой разверткой устройство позволяет определять направление вектора скорости в плоскости, т,е. по двум координатам. Для этого необходимо определять смещение оптических неоднородностей отдельно по строкам и отдельно между строками.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения скорости движущейся поверхности, содержащее оптически связанные источник

5 света и развертывающий фотоприемник с оптической системой, расположенные таким образом, чтобы их оптические оси пересекались на движущейся поверхности, блок синхронизации, управляющие выхо10 ды которого подключены к развертывающему фотоприемнику, функциональный преобразователь, о т л и ч а ю щ е е с я.тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, функциональный преобра15 зователь подключен к выходу развертывающего приемника и выполнен в виде последовательно соединенных блока выделения экстремумов и блока определения скорости, тактовые входы блока выделения

20 эестремумов и блока определения скорости подключены к тактовому выходу блока синхронизации, выход синхронизации которого подключен к входу синхронизации блока определения скорости, выходы которого яв25 ляются выходами устройства.

2. Устройство по п.1, отл и ч а ю ще ес я тем, что блок выделения экстремумов содержит последовательно установленные блок выборки-хранения, дифференциатор и

30 компаратор, причем управляющий вход блока выборки-хранения является тактовым входом блока выделения экстремумов, 1714514

Фиг.2

1714514

Фи1 .3

45

Составитель B. Парамонов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Редактор А. Зробок

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 690 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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