Способ измерения положения границы объекта и устройство для его осуществления

Способ измерения положения границы объекта и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности измерения путем устранения влияния на погрешность измерения рабочих освещенностей, контраста объекта и механических колебаний основания и объекта относительно фотопреобразователя. На фотопреобразователь 2 проецируют изображения жестко связанных между собой измеряемого и эталонного объектов. Блок 3 выделяет видеосигнал из импульсной последовательности на выходе фотопреобразователя 2. Полученный видеосигнал усиливается в видеоусилителе 4 с регулируемым коэффициентом усиления и подается на аналоговый сумматор 5. Изменением коэффициента усиления видеоусилителя 4 и смещения, подаваемого на второй вход аналогового сумматора 5 с выхода цифроаналогового преобразователя 11, добиваются того, чтобы верхняя и нижняя границы видеосигнала находились соответственно между верхними и нижними опорными уровнями, которые определены блоком 6 анализа видеосигнала. Блок 6 выделяет также N (где N≥1, целое) информационных уровней, на которых формируются временные интервалы от момента начала отсчета до пересечения видеосигналом соответствующего информационного уровня. Положение границы объекта определяют, усредняя по N уровням в блоке 8 вычисления и управления полученную в блоке 7 разность количеств импульсов, заполняющих временные интервалы между одноименными фронтами импульсов видеосигнала. Генератор 10 импульсных последовательностей вырабатывает импульсы, управляющие работой схемы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 В 21!00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4320974/24-28 (22) 22.10.87 (46) 15,04.89. Бюл. В 14 (71) Краснодарский политехнический институт (72) Н.В.Бессарабов, Е.С.Саенко и П.И.Смаль (53) 531.7.717(088.8) (56) Электронная промьпппенность, 1982, В 7, с.82-85. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДДЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повьипение точности и гюмехозащищенности измерения путем устранения влияния на погрешность измерения рабочих одвещенностей, контраста объекта и механических колебаний основания и объекта Ътносительно фотопреобразователя. На фотопреобразователь 2 проецируют изображения жестко связанных между собой измеряемого и зталонного объектов. Блок 3 выделяет видеосигнал из импульсной последовательности на выходе фотопреобразователя 2> Полученный видеосигнал усиливается в

„„SU„„1472759 А1 видеоусилителе 4 с регулируемым коэффициентом усиления и подается на ана° логовый сумматор 5. Изменение коэффициента усиления видеоусилителя 4 и . смещения, подаваемого на второй вход аналогового сумматора 5 с выхода цифроаналогового преобразователя 11, добиваются того, чтобы верхняя и нижняя границы видеосигнала находились соответственно между верхними и нижними опорными уровнями, которые определены блоком 6 анализа видеосигнала. Блок 6 выделяет также Н (где И 1, целое) информационных уровней, на которых формируются временные интервалы от момента начала отсчета до пересечения видеосигналом соответствующего информационного уровня. Положение границы объекта определяют, усредняя по М уровням в блоке 8 вычисления и управления полученную в блоке 7 разность количеств импульсов, заполняющих временные интервалы меяду одноименными фронтами импульсов видеосигнала. Генератор 10 импульсных последовательностей вырабатывает импульсы, управляющие работой схемы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 472759

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения положения, перемещений, линейных размеров объекта.

Цель изобретения — повышение точности и помехозащищенности измерения путем устранения влияния измерений рабочих освещенностей, контраста объ- 1О екта и механических колебаний-основания и объекта относительно фотопреобразователя.

На фиг.1 показаны формы видеосигналов измеряемого и дополнительного объектов; на фиг.2 — функциональная схема устройства, осуществляющего способ измерения положения границы объекта; на фиг.3 — функциональная схема части устройства при измерении изменений размера объекта; на фиг.4— функциональная схема блока обработки.

Устройство для измерения положения границы объекта (фиг.2) содержит оптически связанные объектив 1 и фотопреобразователь 2, последовательно соединенные блок 3 выделения огибающей импульсного сигнала, видеоусилитель 4, аналоговый сумматор 5, блок 6 анализа видеосигнала, блок 7 обработки, блок 8 управления и вычислений, регистратор 9, вход блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала подключен к выходу фотопреобразователя 2, генератор 10 импульсных последовательностей, выходами управления подключенный к управляющим входам фотопреобразователя 2, а выходом синхронизации — к управляющему входу блока 3 выделения огибающей импульсной последовательности, цифроаналоговый преобразователь 11 информационными входами, подключенный к первому порту вывода блока 8, а выходом — к второму входу аналогового сумматора 5, регистр 12, к входам которого подклю-. чены выходы сигналов превышения верхних и нижних опорных уровней блока 6 анализа видеосигнала, а выход связан с первым портом ввода блока 8, триггер 13 знака, S-вход которого подклю- 5О чен к выходу превышения нижнего из верхних опорных уровней блока 6, а выход — к входу инверсии блока 7 обработки, входы сброса триггера l3 и блока 7 обработки соединены между собой и подключены к выходу сигнала начатка периода измерения генератора 10 чмпульсных последовательностей, вход синхронизации блока 7 обработки подключен к выходу импульсов заполнения генератора 10 импульсных последовательностей, второй порт вывода вычислителя 8 подключен к управляю1 щим входам видеоусилителя 4.

Для измерения размера объекта устройство (фиг.3) содержит дополнительный триггер 14 знака и дополнительный блок 15 обработки. S-вход установки дополнительного триггера 1.4 знака подключен к выходу сигнала пересечения видеосигналом верхнего из нижних опорных уровней блока 6 анализа видеосигнала. Второй выход (выход стробов пересечения отрицательным фронтом видеосигнала информационных опорных уровней) блока 6 анализа видеосигнала подключен к входу записи дополнительного блока 15 обработки. Вход сброса дополнительного триггера 14 знака объединен с входом сброса дополнительного блока 15 обработки и подключен к управляющему выходу (выходу сигнала начала периода измерения) генератора 10 импульсных последовательностей. Выход триггера 14 знака связан с входом инверсии до,полнительного блока 15 обработки, входом синхронизации подключенного к выходу импульсов заполнения генератора 10 импульсных последовательностей, а информационными выходами— к третьему порту ввода вычислителя 8.

Блоки 7 и 15 обработки (фиг.4) могут содержать счетчик 16 номера импульса заполнения, счетный вход которого является входом синхронизации блока 7 (15) обработки, вход сброса— входом сброса блока 7 (15), регистр

17 номера импульса заполнения, информационными выходами подключенный к информационным выходам счетчика 16, блок 18 задержки, входом объединенный с входом записи регистра 17 и входом записи блока 7 (15) обработки, накапливающий сумматор 19, информационными входами объединенный с выходами регистра 17, вход инверсии которого является входом инверсии блока 7 (15) обработки, вход записи накапливающего сумматора 19 подключен к выходу блока 18 задержки, а информационные выходы служат ин- формационными выходами блока 7 (15) обработки.

1472759

Устройство, осуществляющее способ измерения положения границы объекта, работает следующим образом (фиг.2).

Объектив 1 создает на фотопреобра5 зователе 2 с переносом заряда изображение основного и дополнительного объектов. Генератор 10 импульсных последовательностей вырабатывает уп равляющие сигналы для фотопреобразователя 2, импульсы синхронизации для блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала, сигнал начала периода измерения для триггера 13 знака и блока 7 обработки. Фотопреобразова, тель 2 преобразует изображение в видеоимпульсы, из которых с помощью блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала выделяют видеосигнал.

Этот видеосигнал усиливается видео.усилителем 4, коэффициент усиления . которого задается кодом, подаваемым на управляющие входы вычислителем 8.

В аналоговом сумматоре 5 из выходного сигнала видеоусилителя 4 вычитается напряжение смещения, вырабатываемое аналого-цифровым преобразователем 11 по коду, задаваемому блоком 8.

Видеосигнал U (фиг. 1) с выхода аналогового сумматора 5 анализируется блоком б анализа видеосигнала.

От момента времени,t, совпадаю о щего с началом периода, измерения до 35 моментов времени пересечения видеосигналом информационных уровней формируют временные интервалы, которые измеряют, подсчитывая импульсы с частотой, равной или кратной регистро- 40 вой частоте фотопреобразователя,заполняющие временные интервалы. На фиг.1 приведен эскиз формы видеосигнала с четырьмя информационными уровнями; t»..., — моменты времени 45 пересечения этих уровней положитель ным фронтом видеосигнала дополнитель" ного объекта, й»,... »+ — моменты времени пересечения этих уровней положительным фронтом измеряемого объек- 50 та. Длины интервалов i+»o » ь где i =1 ...4

Сумма длин этих интервалов, вы раженных количествами укладывающихся на них периодов импульсов заполнения соответствует (в определенном масштабе) расстоянию от левой границы дополнительного объекта до левой границы измеряемого объекта: !

4 Ф »4 4

p t; =, (с,.„,-t;)

»=» ; =»» т.е. искомую сумму длин интервалов можно получить просуммировав измеренные в периодах частоты заполняющих импульсов моменты пересечения положительными фронтами видеосигналов измеряемого и дополнительного объектов информационных опорных уровней.

Коды, соответствующие времени перссечения информационных опорных уровней видеосигналом измеряемого объекта, прибавляются к накопленной сумме, а дополнительного — вычитаются из нее. Для переключения знака слагаемого можно использовать момент времени t пересечения видеосигналом дополнительного объекта нижнего из верхних опорных уровней. При измерении размера объекта дополнительно отмечают моменты 6...t9 пересе.чения отрицательным фронтом видеосигнала дополнительного объекта информационных опорных уровней и моменты t»6...t,> пересечения отрицательным фронтом видеосигнала измеряемого объекта информационных опорных уровней. Выделяют интервалы at

= >t;+« — t; (i = б...9), суммируют их

»+»о

9 »9 9 ьа;= Q (t;„,-с) = +t, — t, »p6 i сб l6 с »6

Эта сумма может быть получена суммированием измеренных в периодах частоты заполняющих импульсов моментов времени пересечения информационных опорных уровней отрицательными фронтами измеряемого и дополнительного объектов. Причем коды, соответствующие моментам времени пересечения информационных опорных уровней измеряемьп» объектом суммируют, а дополнительным объектом вычитают. Для переключения знака суммируемой величины используют момент времени пересечения видеосигналом дополнительного объекта верхнего из нижних опорных уровней. Расстояние между границами измеряемого объекта определяют, вычислив разность расстояний между одноименными границами измеряемого и дополнительного объектов.

Информация о пересечении видеосигналом верхних и нижних опорных уровней записывается в регистр 12,откуда может быть прочитана блоком 8.

Блок 8, задавая коды на управляющих

5 )47 входах видеоусилителя 4 и цифроаналогового преобразователя 11 регулиру-! ет амплитуду видеосигнала и напряжение дополнительного смещения таким образом, чтобы видеосигнал пересекалЛ нижний из верхних и верхний из нижних опорных уровней и не пересекал самый нижний и самый верхний опорные уровни. Если эти условия выполняются, результаты измерений учитываются.

В каждом цикле блок 8 проверяет выполнение указанных условий, читая содержимое регистра 12 и при необходимости корректирует усиление или напряжение смещение видеосигнала, задавая коды на управляющих входах видеоусилителя 4 и цифроаналогового преобразователя 11. В начале цикла измерения (фиг.1, момент t,), сбрасываются триггер 13 знака и счетчик 16 импульсов заполнения в блоке 7 обработки, Счетчик 16 считает импульсы заполнения. В нем всегда содержится код текущего момента времени, отсчитанного от t . В моменты времени пересечения видеосигналом от дополнительного объекта информационных опорных уровней формируются стробы записи, которые, поступая на вход записи регистра 17 {фиг.4), фиксируют в нем код текущего момента времени. После задержки в блоке 18 задержки строб поступает на вход записи накапливающего сумматора 19.Hа информациочных входах сумматора 19 в это время присутствует инверсный код момента превышения видеосигналом информационного опорного уровня. После превышения верхнего из информационных опорных уровней в сумматоре 19 л. накапливается значение-, 1 . В мо<

1=< мент превышения видеосигналом нижнего из верхних опорных уровней триггер 13 знака. устанавливается в единичное состояние, сигнал с его прямого выхода поступает на вход инверсии регистра 17,переключая его на передачу прямого кода. В моменты «...t<4 к накопленной сумме прибавляются прямые коды моментов t«, . . t< превышения видеосигналом измеряемого объекта информационных опорных уровней. К моменту t превышения видеосигналом из<5 меряемого объекта нижнего из верхних опорных уровней в накапливающем сум2759

6 маторе 19 образуется величина

4 <4 4 с = с;

i- =< i=-« <=л которая, в определенном масштабе со5 ответствует расстоянию от левой границы дополнительного объекта до левой границы измеряемого объекта.

Блок 8 читает эту сумму, производит масштабное преобразование и передает результат в регистратор 9.

В устройстве для измерения размера объекта (фиг.3) формирование

< суммы А ; производится таким же

15 ;=< обраяом. Одновременно с помощью дополнительных триггера 14 знака и блока 15 обработки подсчитывается сумма и э ,7 Ь; = Х. ;

1=б i=< i=6

В этом случае учитываются моменты времени пересечения отрицательными фронтами видеосигнала дополнительного и измеряемого объектов информацион25 ных опорных уровней. После пересечения отрицательным фронтом видеосигнала измеряемого объекта верхнего из нижних опорных уровней блок 8 читает из блоков 7 и t5 обработки суммы, З0 вычисляет их разность, выполняет масштабное преобразование и передает результат в регистратор 9, По полученной разности судят о размере измеряемого объекта, 35 формулаизобретения

Способ измерения положения границы объекта, заключающийся в

40 том, что проецируют изображение объекта на фотопреобразователь сканирующего типа, преобразуют спроецированное изображение в импульс видеосигнала, усиливают его, анализируют полученный видеосигнал, сравнивая положение его верхней и нижней границ с положением верхних и нижних опорных уровней, регулируют усиление видеосигнала так, чтобы верхняя и нижняя границы видеосигнала находились между верхними и нижними опорными уровнями соответственно, формируют временной интервал от момента качала отсчета до фронта импульса

55 видеосигнала, заполняют полученный временной интервал счетными импульсами с частотой, равной или кратной частоте опроса фотопреобразователя, 1472759 и определяют положение границы объекта, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности и помехозащищенности, формируют дополнительный импульс видеосигнала, полученный от эталонного объекта, жестко связанного с измеряемым, на N уровнях видеосигнала формируют временные интервалы от момента начала отсчета до одноименных фронтов импульсов видеосигнала, где ¹1, N — целое, а положение границы объекта опреде-. ляют путем усреднения по N уровням разности количеств счетных импульсов, заполняющих временные интервалы на каждом из уровней, 2. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей

2О путем обеспечения измерения наряду с положением объекта и его размера, определяют положение левой и правой границ объекта, а размер объекта определяют как разность между положением правой и левой его границ.

3. Устройство для измерения положения границы объекта, содержащее оптически связанные. объектив и фотопреобразователь с зарядовой связью, ге нератор импульсных последовательностей, выходами управления подключенный к управляющим входам фотопреобраэователя, последовательно соединенные блок выделения огибающей импульсной последовательности и видеоусилитель, блок выделения огибающей импульсной последовательности первым входом подключен к выходу фотапреобразователя, а вторым — к выходу

40 синхронизации генератора импульсных последовательностей, блок анализа видеосигнала, блок обработки, регист- . ратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повьппения точности и поУ

45 мехозащищенности, оно снабжено аналоговым сумматором, первым входом подключенным к выходу видеоусилителя, а выходом — к входу блока анализа видеосИгнала, цифроаналоговым преобразователем, выходом подключенным к второму входу аналогового сумматора, регистром, триггером знака, блоком управления и вычисления, управляющие входы видеоусилителя и цифроаналогового преобразователя подключены соответственно к первому и второму портам вывода блока управления и вычисления, третий порт вывода которого подключен к входу регистратора, а первый и второй порты ввода блока управления и вычисления соединены соответственно с информационными выходами регистра и блока обработки, первый выход блока анализа видеосигнала подключен к входу записи блока обработки, инверсный вход которого соединен с выходом триггера знака, вход сброса соединен с входом сброса триггера знака и с управляющим выходом генератора импульсных последовательностей, а вход синхронизации блока обработки — с выходом счетных импульсов генератора импульсных последовательностей, выходы сигналов превышения верхних и нижних опорных уровней блока анализа видеосигнала соединены с входами регистра, выход превьппения нижнего из верхних опорных уровней подключен к S-входу триггера знака, а видеоусилитель вь полнен с регулируемым коэффициентом усиления.

4. Устройство по п.3, î -. л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения измерения положения границы объекта также и раэг.ера объекта, оно снабжено дополнительными триггером знака и блоком обработки, блок управления и вычисления выполнен с тремя портами ввода, к третьему порту ввода подключень выходы дополнительного блока обработки сигнала, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации блока обработки,вход сброса — с входом сброса дополнительного триггера. знака и входом сброса блока обработки, вход записи — с вторым выходом блока анализа видеосигнала, инверсный вход с выходом триггера знака, S-вход которого соединен с выходом превышения верхнего иэ нижних опорнь.х уровней.

1472759

1472759

sf ) Тираж 683 .

Подписное

ВНЕИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Редактор Т.Лазоренко

Заказ 1699/40

Составитель В. Козлов

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар