Способ определения координат движущихся элементов механизма и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к области измерений, в частности к определению координаты движущегося элемента исследуемого механизма или станка. Сущность: в изобретении осуществляется повышение быстродействия определения координат элемента движущегося объекта за счет многократного определения координат за 1 кадр без ухудшения точности и существенного усложнения устройства . В способе определения координат движущегося элемента механизма с помощью координатора на ПЗС-матрице 12, устанавливают модулируемый точечный и.с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903341/28 (22) 21.01.91 (46) 23,03.93. Бюл. М 11 (71) Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения (72) Л.Г.Андриевский, В.Е, Горбачев, С.В.Лобанов и М.Л.Михайловская (56) Воробьев В.С, и др. Твердотельная телевизионная камера для автоматического определения координат элементов изображения, журнал ТКТ М 11, 1987, изд. *Искусство", с. 23-26.

Патент США (ч 4668866, кл. Н 04 В 5/33, 26.05.87. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

ДВИЖУЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗ Ы „18О3738 Al

МА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к области измерений, в частности к определению координаты движущегося элемента исследуемого механизма или станка, Сущность: в изобретении осуществляется повышение быстродействия определения координат элемента движущегося объекта эа счет многократного определения координат за 1 кадр без ухудшения точ- ности и существенного усложнения устройства. В способе определения координат движущегося элемента механизма с помощью координатора на ПЗС-матрице 12, устанавливают модулируемый точечный ис1803738

20

35

1 точник 2 излучения на движущийся элемент механизма 1, осуществляют импульсную мо-. дуляцию источника излучения, а частоту модуляции выбирают в и раз больше частоты кадров координатора, при этом жестко связывают частоту кадров координатора с частотой вращения опорного элемента механизма 1, причем за каждый кадр определяют координаты и последовательных положений источИзобретение относится к области измерений, в частности к определению координаты движущегося элемента исследуемого механизма или станка, используемого, например, в промышленности при диагностике оборудования и автоматизации производства.

Целью предлагаемых изобретений состоит в существенном повышении быстродействия определения координат элемента движущегося объекта за счет многократного определения координат за К кадр, без ухудшения точности и существенного усложнения устройства.

На фиг. 1 и 2 приведены блок-схема предлагаемого устройства и эпюры сигналов получаемые при реализации предлагаемого способа соответственно.

Устройство содержит подвижный элемент механизма 1, источник излучения 2, объектив 3, датчик опорных сигналов 4, формирователь интервалов накопления 5, формирователь трехфазной импульсной последовательности 6, счетчик числа переносов иэ секции накопления в секцию хранения 7, счетчик числа элементов в строке

8, формирователь импульса обратного хода строки 9, счетчик числа строк в кадое 10, усилители-формирователи 11, ПЗ С-матрицу

12, формирователь импульсов отсчета 13, счетчик числа отсчетов 14, регистр координаты источника излучения по оси Х 15, регистр координаты источника излучения по оси У 16, формирователь интервала накопления 17, первый R-S-триггер 18, первый элемент ИЛИ 19, второй элемент ИЛИ 20, второй R-S-триггер 21.

На фиг. 2 приведены эпюры сигналов с первого выхода датчика опорного сигнала 1, со второго выхода этого же датчика 2, с выхода первого RS-триггера 3, с выхода второго RS-триггера 4, с выхода первого формирователя импульсов 5 и с выхода второго формирователя импульсов 6. ника 2 излучения, а каждую координату ставят в соответствии с порядковым номером положения источника 2. Способ и устройство позволяют изменять траекторию движущихся объектов, имеющих скорость движения до 300 Гц, и вычислять ускорение движения. Это эквивалентно повышению частоты кадров применяемых устройств на

ПЗС-матрице до 20-30 кГц. 2 ил.

Устройство работает следующим образом.

Датчик опорных сигналов ДОС 4 выдает сигналы дискретных положений опорного элемента механизма. Сигнал на первом выходе ДОС приведен на эпюре 1 (фиг.2), где интервалу Толк соответствует сигнал с ДОС нерабочего хода исследуемого элемента механизма. Период следования импульсов (время кадра) равен периоду движения опорного элемента механизма. Интервал соответствует времени накопления зарядов в секции накопления (СН) ПЗС-матрицы, за время одного кадра. Сигналы на втором выходе ДОС 1 приведены на эпюре 2 (фиг.2) Число импульсов в интервале Т постоянно и равно числу дискретных положений опорного элемента механизма

Интервал между импульсами зависит от скорости движения опорного элемента механизма, например, главного вала станка или машины. В течение интервала времени Тм сигналом со второго выхода ДОС 1 осуществляется импульсная модуляция первичного источника излучения установленного на подвижном элементе механизма, в моменты времени, соответствующие дискретным положениям опорного элемента механизма. При этом в указанные моменты времени в СН ПЗС-матрицы формируются зарядовые пакеты, число которых в интервале времени Т постоянно и равно

h. Положение каждого зарядового пакета в

СН матрицы соответствует определенному положению (координате) движущегося элемента механизма. Формирование сигналов, необходимых для управления ПЗС-матрицей в условиях переменной частоты кадров, осуществляется следующим образом, Считывание изобретения осуществляется трехфазными импульсными сигналами, Формирователь трехфазной импульсной последовательности ФНП выполненный, например, на базе кольцевого генератора, 1803738 вырабатывает сигналы, управляющие выходным регистром и затвором сброса ПЗСматрицы. Перенос зарядовых пакетов из CH в секцию хранения CX матрицы осуществляется построчно во время обратного хода кадра. Интервал переноса формируется первым RS-триггером. Сигнал с выхода 1-ro формирователя импульсов ПФН совпадающий с положительным фронтом импульса на первом выходе ДОС 1 (эпюра 5, фиг. 2), переводит первый RS-триггер в единичное состояние. Импульсом с выхода счетчика числа переносов (СЧП) коэффициент пересчета которого равен числу строк в матрице

m RS-триггер устанавливается в нулевое состояние. На вход СЧП, выполненного, например, на базе двоичного счетчика, поступает импульсы с выхода 3-й фазы

ФНП. Обнуление СЧП осуществляется импульсом с выхода ПФН в начале обратного хода каждого кадра. Сигнал на выходе первого

RS-триггера приведен на эпюре 3 (фиг.2). В течении интервала Тхр зарядовое изображение строка за строкой передается в выходной регистр и с его помощью позлементно переносится в выходной элемент матрицы.

В это время в СН матрицы формируется новая зарядовая картина. Интервал Тхр формируется вторым RS-триггером. Импульс с выхода второго формирователя импульсов, совпадающий с отрицательным фронтом сигнала на первом выходе ДОС 1 (эпюра 6, фиг. 2), переводит второй RS-триггер в единичное состояние. Счетчик числа элементов в строке СЧЭ, выполненный, например, на базе счетчика с коэффициентом пересчета и, равным числу элементов в строке, формирует импульс прямого хода строки. Импульс обратного хода строки вырабатывает формирователем обратного хода строки, сигнал с выхода которого .поступает на вход счетчика числа строк (СЧ С).

Коэффициент пересчета СЧС равен числу строк в матрице m. Импульсом первого выхода СЧС второй RS-триггер устанавливается в нулевое состояние, СЧЭ и СЧС обнуляются импульсами с выхода второго формирователя импульсов. Сигнал на выходе второго RS-триггера приведен на эпюре

4 (фиг.2). Усилитель-формирователь формирует двухуровневые трехфазные импульсные последовательности, управляющие СН, СХ, выходным регистром и затвором сброса матрицы в соответствии с полученными интервалами Тд, Txp, Toocc, Тп. Видеосигнал с выхода матрицы поступает на вход формирователя импульсов отсчета ФИО, который включает в себя видеоусилитель и noporosoe устройство, При превышении амплиту5

55 ды видеосигнала заданного порогового значения ФИО вырабатывает импульс, который поступает на счетный вход счетчика числа отсчетов и входы синхронизации регистра координаты источника излучения по оси X u регистра координаты источника излучения по оси Y. B регистры в моменты превышения амплитуды видеосигнала порогового значения записываются показания СЧЭ и

СЧС соответственно. Порог срабатывания

ФИО выбран таким образом, что в регистры записываются только координаты тех точек траектории движения подвижного элемента механизма, которые соответствуют дискретным положениям опорного элемента механизма.

Применение предложенных способа и устройства позволило измерять траекторию движущихся обьектов имеющих скорость движения до 300 Гц и вычислять ускорение движения, что эквивалентно повышению частоты кадров до 20-30 кГц. Данное повышение частоты кадров съема информации для существующих способов и устройств невозможно. Погрешность измерений адекватна измерениям производимым существующими способами.

Испытания показали, что быстрота измерений повысилась в 100 раз без снижения точности и можно производить измерения при горизонтальном, вертикальном, круговом, эллиптическом и т.д, движении источника излучения.

Формула изобретения

1. Способ определения координат движущихся элементов механизма, заключающийся в том, что освещают контролируемый элемент механизма источником излучения, проэцируют его изображение на чувствительную поверхность координатора, выполненного на ПЗС-матрице, определяют координаты контролируемую движущегося элемента механизма, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, устанавливают источник излучения на контролируемый элемент механизма, осуществляют импульсную модуляцию источника излучения с частотой f,óäîåлетворяющей соотношению

1=ll fK где f< — частота кадров координатора, которую устанавливают равной частоте вращения, контролируемого элемента механизма, за каждый кадр координатора определяют и последовательных координат источника излучения, соответствующих координатам . контролируемого элемента механизма.

2. Устройство для определения координат движущихся элементов механизма, содержащее источник излучения, оптически

1803738

Составитель С. Адаменко

Редактор G. Стенина Техред M. Моргентал Корректор 3, Салко

Заказ 1048 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 связанные и последовательно расположенные по ходу светового потока объектив и

ПЗС-матрицу, последовательно соединенные формирователь 3-х фаэной импульсной последовательности, счетчик числа элементов в строке, формирователь импульса обратного хода строки, счетчик числа строк в кадре и регистр координаты Y источника излучения, счетчик числа переносов, последовательно соединенные усилитель-формирователь ПЗС-матрицы, формирователь импульсов отсчета и счетчик числа отсчетов, регистр координаты источника излучения, вход которого соединен с выходом формирователя 3-х фазной импульсной последовательности, выход счетчика числа элементов в строке соединен с входом регистра координаты Х источника излучения,, первый вход усилителя формирователя соединен с выходом формирователя импульса обратного хода строки, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено последовательно соединенными формирователем интервалов накопления и первым RS-триггером, последовательно соединенными датчиком опорных сигналов и вторым формирователем интервалов накопления и вторым RSтриггером, первым и вторым элементом

ИЛИ, первые входы которых объединены и соединены с вторым входом первого формирователя интервалов накопления, вторые входы — соответственно с выходом счетчика

5 числа строк в кадре и с выходом счетчика числа перекосов, а выходы -соответственно с вторыми входами первого и второго RSтриггеров, вторые входы регистров координат Х, Y источника излучения объединены и

10 соединены с первым входом счетчика числа отсчетов, второй вход которого соединен с вторыми входами счетчика числа строк в кадре и счетчика числа элементов в строке с объединенными входами перво15 го и второго элементов ИЛИ, с выходом первого формирователя интервалов накопления и с вторым входом усилителя.формирователя, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вы20 ходами первого и второго триггеров, пятый вход — с выходом формирователя 3-х фазной импульсной последовательности, второй выход счетчика числа строк в кадре первого элемента ИЛИ соединен с вторым

25 входом, источник излучения предназначен для установки на подвижном элементе механизма, второй выход формирователя интервалов накопления соединен с входом источника излучения.