Устройство для измерения линейного размера объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения нестабильности преобразования. Изображение объекта 13 переносится оптическим блоком 5 на линейный прибор 4 с зарядовой связью (ПЗС). Генератор 1. счетчик 2 и блок 3 управления формируют сигналы управления ПЗС 4. Блок 6 аппроксимации аппроксимирует ступенчато изменяющийся сигнал, снимаемый с ПЗС 4. Аппроксимация видеосигнала осуществляется блоком 10 временной задержки, резистивным делителем 11 напряжения и ,многовходовым аналоговым коммутатором 12, управляемым счетчиком 8. Амплитудный дискриминатор 9 формирует временной интервал , связанный с диаметром объекта 13. Временной интервал преобразуется в двоичный код с помощью счетчика 7. 4 ил. сл С V4 СЛ 00 Ј сЗ Uon

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (Л

СО

Сд (21) 4763312/28 (22) 29.11.89 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (71) Научно-производственное объединение . по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" (72) В.Я,Ободян, tO.M.Ïóòèëîâ, А.И.Скрипниченко и В.Г.Томский (56) Электронная промышленность, 1982, M

7, с. 82-85.

Метрология, 1984, М 5, с, 3-7, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО РАЗМЕРА ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышеSU 1758431 А1 ние точности измерения за счет уменьшения нестабильности преобразования. Изображение объекта 13 переносится оптическим блоком 5 на линейный прибор 4 с зарядовой связью (ПЗС), Генератор 1. счетчик 2 и блок 3 управления формируют сигналы управления ПЗС 4. Блок б аппроксимации аппроксимирует ступенчато изменяющийся сигнал, снимаемый с ПЗС 4.

Аппроксимация видеосигнала осуществляется блоком 10 временной задержки, резистивным делителем 11 напряжения и многовходовым аналоговым коммутатором

12, управляемым счетчиком 8. Амплитудный дискриминатор 9 формирует временной интервал, связанный с диаметром объекта 13.

Временной интервал преобразуется в двоичный код с помощью счетчика 7. 4 ил.

1758431

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации контроля геометрических параметров изделий бесконтактными оптоэлектронными методами.

Известны измерители, состоящие из многоэлементных линейных фотопреобразователей и счетчика, в которых размер определяется по количеству импульсов, превышающих пороговый уровень. Их недостатком является большая погрешность вследствие дискретного расположения фотоячеек, достигая 3-5 расстояний между ячейками, Известен также измеритель, в котором с целыю уменьшения погрешности из-за дискретности видеосигнал пропускается через фильтр нижних частот. Однако этот прием не уменьшает, а в реальных условиях даже увеличивает погрешность измерения в связи с появлением запаздывания сглаживающего видеосигна*. ла относительно исходного ступенчатого, причем степень запаздывания зависит от крутизны фронта видеосигнала и его положения на линейном фотоприемнике.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель, содержащий оптическую систему, многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, схему управления линейным фотопреобразователем, подключенное к выходу линейки сглаживающее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, компаратор и счетчик, счетный вход которого соединен с задающим генератором, управля:ощий вход компзратора подключен к выходу сглаживающего устройства.

Недостатком прототипа является низкая точность вследствие большой нестабильности работы сглаживающего устройства, выполненного в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, так как даже при малейшем изменении коэффициента усиления сглаженного устройства, из-за большого количества элементов (до 2000) линейно сглаженный видеосигнал начинает существенно отличаться от исходного. Возникают перекосы уровней черного и белого относительно первоначального, точки срабатывания в компараторе перемещаются по фронту видеосигнала, Появляющаяся ошибка вследствие отклонения срабатывания амплитудного дискриминатора относительно середины фронта видеосигнала в десятки раз больше выигрыша от уменьшения дискретности.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет уменьшения нестабил ьности. . Г!оставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные генератор, делитель частоты, блок управления многоэлементным линейным фотопреобразователем, выход которого соединен с управляющим входом многоэлементного линейного фотопреобразователя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный дискриминатор, первый счетчик, счетный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу амплитудного дискриминатора, дополнительно введен второй счетчик, счетный и установочный входы которого подключены соответственно к выходу ro.íåðàòoðà и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки видеосигнала, вход которого подключен к выходу многоэлементного линейного фотопреобразователя, резистивного делителя напря>кения, крайние выводы которого подключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и многовходового аналогового коммутатора, входы которого подключены к крайним и остальным выводам резистивного делителя напряжения, общий выход многовходового аналогового коммутатора соединен с входом амплитудного дискриминатора, управляющие входы многовходового аналогового коммутатора подключены к выходам второго счетчика.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — осциллограммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 — вариант блока временной задержки; на фиг. 4 — осциллограммы, поясняющие последовательность работы блока временной задержки.

Устройство содер>кит задающий генератор 1, дслитель 2 частоты, схему 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем, многоэлементный линейный фотопреобразователь 4, оптическуго систему 5, блок б аппроксимации, первый счетчик 7, второй счетчик 8. амплитудный дискриминатор 9. Блок 6 аппроксимации состоит из блока 10 временной задержки видеосигнала, резистивного делителя 11 напряжения и многовходового аналогового коммутатора 12. Выход задающего генератора 1 соединен с входами делителя 2 частоты. первого счетчика 7 и второго счетчика 8. Выход делителя 2 частоты соединен с входом схемы 3 управления

i75843i

50 многоэлементным линейным фотопреобразователем и установочным входом счетчика

8. Схема 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем подключена к многоэлементному линейному фотопреобразователю 4, его выход соединен с входом блока.10 временной задержки видеосигнала. Крайние отводы резистивного делителя 11 напряжения подключены соответственно к входу и выходу блока 10 временной задержки видеосигнала. Информационные входы многовходового аналогового коммутатора 12 соединены с отводами резистивного делителя 11 напряжения. Выход многовходового аналогового коммутатора 12 через амплитудный дискриминатор

9. связан с управляющим входом первого счетчика 7. Количество отводов резистивного делителя 11 напряжения, включая крайние отводы, равно коэффициенту деления .делителя 2 частоты и емкости второго счетчика 8. Образу|ощие резистивный делитель

11 напряжения резисторы равны между собой. Амплитудный дискриминатор 9 обеспечивает формирование видеосигнала на среднем уровне фронта. Контролируемое изделие 13 находится в поле зрения оптической системы 5.

Измеритель работает следующим обра-. зом.

Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы Ut, частоты f поступающие на делитель 2 частоты на N, где М вЂ” целое число.

Импульсы Uz после делителя 2 частоты поступают на схему 3 управления многоэлеMGHTHblM линейным фотопреобразователем

4, частота опроса элементов которого составляет таким образом f/N. Ступенчатый видеосигнал U4, несущий информацию об освещенности изображения контролируемого обьекта 13, формируемого оптической системой 5, поступает на блок 10 временной задержки, Время задержки равно периоду опроса элементов многоэлементного линейного фотопреобразователя N/f. Второй счетчик 8 и ри поступлении на его установочный вход импульса Uz с делителя 2 частоты, например, в момент t< устанавливается в исходное поло>кение, при этом сигналы Uza в виде двоичного кода, поступающие на адресный вход многовходового аналогового коммутатора 12, устанавливают его также в исходное положение (фиг. 1, замкнут крайний правый ключ). Затем по мере прихода импульсов Ut на счетный вход счетчика 8 код на выходе счетчика 8 Оз меняется, и многовходовый аналоговый комл1утатор 12 поСледовательно подключает отводы резистивного делителя 11 напряжения к амплитудному дискриминатору 9. Поскольку на

35 правом конце резистивного делителя 11 напряжения имеется задержанный видеосигнал Uto, а на левом — исходный видеосигнал

U<, то при последовательиои опросе отводов резистивного делителя 11 напряжения на выходе многовходового аналогового коммутатора 12 будет образовываться ступенчатое линейно изменяющееся напряжение Ов, проходящее через точки А и Б скачкообразного изменения исходного видеосигнала.

Количество ступенек, приходящихся на один элемент многоэлементного линейного фотопреобразователя 4, равно N. При появлении следующего импульса Uz в момент 2 многовходовый аналоговый коммутатор 12 вернется в исходное положение. на выходе многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 появится напряжение, соответствующее освещенности следующего элемента, на выходе блока 10 временной задержки — напряжение, существовавшее на его входе в предшествующем такте, и процесс формирования линейно изменяющегося напряжения между точками Б и В повторится, После достижения сглаженным видеосигналом в момент тз порогового уровня, т.е. середины фронта видеосигнала, амплитудный дискриминатор 9 срабатывает. В исходное положение амплитудный дискриминатор 9 возвращается в момент tp пересечения порогового уровня задним фронтом сглаженного видеосигнала. За время tp - tz существования импульса йв на выходе амплитудного дискриминатора 9 первый счетчик 7 подсчитывает количество пришедших с зада:ощего генератора 1 импульсов. Их количество пропорционально размеру контролируемого изделия.

Цифровая часть предлагаемого устройства может быть реализована с использованием стандартных схемотехнических примеров на цифровых стандартных ИМС.

В качестве многоэлементного линейного фотопреобразователя могут быть применены фотодиодные линейки. линейки на ПЗС, фоторезисторные линейки и другие фотоприемники, что свидетельствует о простоте реализации предлагаемого устройства. Более конкретно рассмотрим блок 10 временной задержки. На фиг. 3 изображен вариант блока10 временной задержки, который включает две схемы 14, 15 выборки и хранения, состоящие иэ ключей 16, 17, запоминающей емкости С и повторителя 18. схему 19 управления ключами, два ключа 20 и 21.

Блок 10 временной задержки работает следующим образом.

С многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 на 1024 элемента с помощью сигналов со схемы 3 управления л

1758431 многоэлементным линейным фотопреобразователем (фиг, 1) сформированный видеосигнал (фиг. 4.1) поступает одновременно va схему 19 управления ключами и на схему 14, 15 выборки и хранения (фиг. 3), Схема 19 управления ключами выделяет из видеосигнала синхронизирующие импульсы и преобразовывает их в сигналы для четных и нечетных элементов (фиг. 4.2, 3) мнагаэлементного линейного фотопреобразавателя 4, В мо мент времени О положительный импульс четных сигналов (фиг. 4.3) открывает ключи

16, 17 в схеме 15 выборки и хранения и клепач

20 (фиг. 3). В течение времени (фиг, 4.3) в схеме 15 выборки и хранения происходит запоминание на конденсаторе С (фиг. 3) амплитуды В (фиг. 4.1) видеосигнала, а запомненная амплитуда А видеосигнала со схемы

14 выборки и хранения через открытый ключ

20 поступает на резистивный делитель 11 напряжения (фиг, 3).

В момент времени (2 с многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 (фиг.

1) поступает синхронизирующий импульс (фиг. 4.1), а положительный импульс нечетных сигналов открывает ключи 16, 17 в схеме 14 выборки и хранения и ключ 27 (фиг. 3).

В этот момент импульсы (фиг. 4.5) на счетчик

8 (фиг. 1) не поступают, счетчик 8 находится в нулевом состоянии, а многовходавый аналоговый коммутатор 12 (фиг. t) через откры гый ключ 21 подключен к схеме 15 выборки и хранения. В момент времени t3 в схеме.14 выборки и хранения (фиг. 3) зайаминается амплитуда С видеосигнала (фиг, 4.1), а многовходовый аналоговый коммутатор 72 при помощи счетчика 8 подключается последовательна,к разным контактам реэистивнага делителя 11 напря>кения (фиг, 1), На выходе многовхадовога аналогового коммутатора

12 (фиг. 1) амплитуда видеосигнала с уровня

В плавно увеличится до амплитуцы С (фиг.

4.6). Блок 10 временной задержки задерживает видеосигнал (фиг. 4,4) на один период.

Благодаря тому, что на входе и выходе блока 10 временной задержки образуется напряжение видеосигнала ат соседних элементов многоэлементного линейного фотопреобраэователя 4, а резистивный делитель

11 напряжения подключен параллельно блоку 10 временной задер>кки, то сглаженный видеосигнал всегда проходит через тачки скачкообразного изменения исходного видеосигнала независимо от изменения параметров схемы, При этом форма видеосигнала сохраняется, обеспечивается срабатывание амплитудного дискриминатора 9 на среднем уровне фронта. Таким образам уменьшается погрешность ат дискретности и повышается точность изме(38 и ия.

Технический эффект заключается в следушащем: повышается точность измерения, уменьшаются габариты, масса и стоимость, упрощаются наладка и обслуживание, повышаетс» качество продукции, уменьшается объем ручного труда.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейного размера объекта, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фатапреобразователь, по20 следовательно соединенные генератор, делитель частоты и блок управления, выход которого соединен с управля1ащими входами многоэлементного линейного фотопреобразавателя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный дискриминатор, первый счетчик, счетный и управляющий входы которого падкл ачены соответственно к выходу генератора и выхоа а щ" е с я тем, чта, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения нестабильности преобразования, она снабжено вторым счетчиком, счетный и

35 установочный входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки видеосигнала, вход которого подкл ачен к выходу многоэлементного линейного фотопреобразователя, реэистивнага делителя напряжения, крайние выводы катарага падключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и

45 мнагавхадавога аналогового коммутатора. входы которого подключены к крайним и остальным выводам резистивнаго делителя напряжения, выход многавходового аналогового коммутатора соединен с входом амплитуднаго дискриминатора, управляющие входы мнаговхадоваго аналогового коммутатора падкл ачены к выходам второго счетчика, 30 ду амплитудного дискриминатора, а тл и ч1758431 шшшшшшш

t

1758431

Составитель 8,0бодан

Редактор А.Маковская Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор А.Ворович

Заказ 2990 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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