Устройство для измерения смещения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной TexHH fe и может быть использовано при контроле углов.ого итщ линейного смещения объектов.

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

На фиг. I представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема выполнения детектора измерительной длительности; на фиг. 3 - схема вьтолнения измерителя временного интервала; на фиг. 4 -.схемй выполнения определителя кода поправки.

Устройство содержит расположен- иые на оптической оси осветитель 1, сетку 2, оптический блок, состоя- ящй из светоделителя 3 и объектива А зеркало 5 и фотоэлектрический преобразователь 6, блок 7 управления фотоэлектрическим преобраэователем, выход которого подключен к управляющему входу фотоэлектрического преобразователя 6, блок 8 автоматической регулировки усиления, детектор 9 измерительной длительности, измеритель 10 временного интервала, измеритель, 1 1 длительности импульса, определитель 12 кода поправки, сумматор 13, индикатор 14 и синхронизатор 15, 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 синхронизирукядим входам блока 7 управления фотоэлектричёрсчм

1

, -

234722

10

15

20

преобразователем, измерителя 10 временного интервала, детектора 9 измерительной длительности, измерителя 11 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 D -триггеров 18 и 19, входы R и D одного подключены .к нулевой шине, а инверсный выход - к входу Р второго- D-триггера 19, входы

30

R и S которого подключены к нулевой шине, а прямой выход - к входу S первого 1)-триггера, первый вход схемы 17 ИЛИ подключен к входу С первого

25 .D-триггера 1В и является синхронизирующим входом детектора 9, второй- информационным входом детектора 9, а выход подключен к входу С второго 1 -триггера 19, схемы 20 И, один вход которого подключен к прямому выходу второго D -триггера 19, второй вход - к выходу схемы 17 ИЛИ, а выход является выходом детектора. Измеритель 10 временного интервала вьтолнен в виде RS-триггера 21,

f генератора 22 опорной частоты, делителя 23 частоты, схем 24 и 15 совпадения, смесителя 26, счетчика 27 и буферного регистра 28, вход S триггера 21 соединен, с синхронизирующими 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 Р триггера 21 соединен с первым входом второй схемы 25 совпадений и является информационным вхо дом измерителя 10, первый вход смесителя 26 соединен с выходом первой схемы 24 совпадений, второй вход с выходом второй схемы 25 совпаде- нйй, второй вход которой соединен

5 с выходом делителя 23, счетньй вход счетчика 27 соединен с выходом смесителя 26, а выход - с информационным входом буферного регистра 28,

40

45

3

выход которого является выходом измерителя 10,

Определитель 12 кода поправки выполнен в виде генератора 29 адресов запоминающего блока 30 кодов длительности, вход которого подключен к вЬшоду генератора 29 адресов за- , поминающего блока, схемы 31 сравнения 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 вьрсоду схемы 31 сравнения кодов, и буферного регистра 33, первый вход .которого подключен к выходу запоминающего блока 32 кодов поправок, второй 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 ра.ботает следующим образом.

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 1 б, Отраженные от зеркала 5 пучки лучей собираются на чувствительной площадке фотоэлектрического преобразователя 6, где формируется изображение сетки 2 , Сетка 2 может быть вьшолнена 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 отсчетногр штриха Ъ определяется зависимостью

b-b, + (i-0ub,

, . i - номер отсчетного штриха;

Ъ,- ширина начального отсчетного

штриха;

ЛЪ - разность между шириной последующего и предьщущего отсчетных штрихов. Поворот контролируемого объекта 16 приводит к смещению изображения сетки 2 ПО чувствительной площадке фотоэлектрического преобразователя 6. Фотоэлектрический преобразователь

347224

6 в соответствии с сигналами управления блока 7 управления фотоэлектрического преобразователя преобразовывает распределение освещенности на 5 чувствительной площадке в видеосигнал. Фотоэлектрический преобразователь 6 может быть вьтолнен в виде линейкк прибора с зарядовой связью (ПЗС), В зависимости от полбжения

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

Сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 6 поступает в

20 блок 8 автоматической регулировки усиления, которьй стабилизирует амплитуду видеосигнала при изменении освещенности на площадке преобразователя. Это необходимо для исключег

25 ния влияний изменения освещенности на результаты измерения.

Видеосигнал с выхода блока 8 автоматической регулировки усиления поступает на вход детектора 9 измери30 тельной длительности, который выделяет из видеосигнала информационный видеоимпульс. При перемещении изображения сетки 2 по площадке фотоэлектрического преобразователя могут возг

никать два вида неоднозначности ис- ключаемь1е введением детектора 9. Если изображение отсчетного штриха попадает на край площадки, то импульс в видеосигнале, соответствую- Q щий этому штриху, является укороченным и не используется для распознавания штриха, а для распознавания используется второй (полный) нмпульс от второго штриха. Если на 5 площадке находится изображение цвух. штрихов, то для распознавания положения изображения сетки. 2 используется первый из двух импульсов видеосигнала,

0 Сигналом синхронизации детектора 9 измерительной длительности служит синхроимпульс синхрогенератора 15, задний фронт которого соответствует границе поля зрения фотоэлектричес

5 кого преобразователя 6 в видеосигнале,

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

Измеритель 11 длительности импульса преобразует длительность ин- фо{ мационного видеоимпульса в цифровой код, пропорциональный ширине штриха сетки.

Цифровой код с выхода измерителя

11длительности 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 фотэлектрического преобразователя 6.

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

12кода 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 состонии О. На вход D -триггера 18 подается постоянный сигнал О. При поступлении импульса синхронизации (фиг. 4S) передним фронтом импульса триггер 18 устанавливается в состояние 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 возвращает триггер 18 в состояние 1 по установочному S- входу. При поступлении видеосигнала триггер 19 возвращается в исходное состояние О задним фронтом первого импульса видеосигнала.

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

Вьщеление необходимого импульса осуществляет схема 20 И, на входы

которой подаются сигналы с выхода схемы 17 ИЛИ и с выхода триггера 19. Измеритель 10 временного интерваа работает следующим образом. RS-триггер 21 выделяет временной интерзап между задним фронтом синхроимпульса и передним фронтом информационного импульса, соответствующий расстоянию от границы площадки фотоэлектрического преобразователя до ближнего к ней края изображения от- счетного штриха. На схемах 24 и 25 совпадения происходит заполнение временного 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 з апол- нению 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 пр.еобразователя

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

Рабату счетчика 27 и буферного

регистра 28 синхронизует синхрогене- ратор 15.

Определитель кода поправки работает следующим образом.

Код, пропорциональный длительное-

ти импульса, поступает на один вход схемы 31 сравнения кодов с выхода измерителя 11 длительности импульса. На второй вход схе№1 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 данньй момент .генератором 29 кода, т.е..,

соответствующего -штриху, изображение которого находится на площадке фото- электрическо.го преобразователя 6.

Код поправки регистре 33.

запоминается в буферном

Формула изобретени

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, индикатой и синхронизатор, выход которого под- knro4eH к синхронизирующим входам .блока управления фотоэлектрическим преобразователем и измерителя временного интервала, о т л.и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенным к выходу фотоэлектрического преобразователя блоком автоматической регулировки усиления, детектором измерительной дпительности, информационный вход которого подключен к выходу блока автоматической регулировки усиления, а выход соединен с информационным входом измерителя временного интервала,, измерителем длительности импульса, информационньй 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 длительност измерителя длительности импульса, о ределителя кодов поправки и суммато

10

5

20

25

О

5

0

5

ра, сетка вьшолнена в виде подложки с нанесенной на ней последовательностью отсчетных штрихов разной ширины, при этом расстояния между двумя соседними штрихами меньше величины чувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя.

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что детектор измерительной длительности вьтолнен в виде двух D-триггеров, входы К и D одного из которых подключены к нулевой шине, а инверсный выход - к входу :Р второгр D-триггера, входы R и которого ; подключены к нулевой шине, а прямой выход - к входу S первого 33 -триггера, схемы ИЛИ, один вход которой подключен к входу С первого триггера и является синхронизирующим входом детектора, второй - информационным входом детектора, а выход подключен к входу С второго D-триг-- гера, И, один вход которой подк11зоч1ен к прямому выходу 33 -гтриг- гера, второй вход - к выходу схемы ИШ, а- выход является выходом детектора.

3. Устройство по. п. 1, о т л и- чающееся тем, что определитель кода поправки выполнен в виде reHqpairopa адресов запоминающего блока, запоминающего блока кодов дли- тельноЪти, вход которого подключен к выходу генератора адресов запоминающего блока, схеъв 1 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 синхронизирукщим входом определителя, а выход регистра является выходом определителя.

jlРедактор Л. Повхан

Составитель Ю. Курбатов Техред О.Гортвай

Заказ 3785Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

w

W

Корректор А. Зимокосов

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле углового или линейного смещения объектов. Целью изобретения является повьппе- нне 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./