Устройство для определения положения границы объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области фотоэлектрических измерений и предназначено для автоматической регистрации положения линии раздела поверхностей или зон с различными коэффициентами диффузионного отражения, и может быть использовано для управления промышленным роботом.

Целью изобретения является повышение надежности определения положения границы объектов при наличии пространственных шумов вне контрольной зоны расстояний за счет исключения погрешностей от их влияния.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы на выходах блоков устройства; на фиг. 3блок-схема вычислителя.

Устройство содержит объектив 1, первый 2 и второй 3 фотоприемники, дифференциаторы 4, схему 5 определения разности сигналов, выпрямитель 6, накопитель 7 максимального значения, пороговый блок 8, первый 9 и второй 10 делители напряжения, компараторы 11 и 12, элемент 13 ИСКЛЮЧА ЮЩЕЕ ИЛИ ограничители 14 по знаку, вычислитель 15. Последний содержит логический блок 16, схему 17 формирования времени анализа, делитель 18 сигналов, блок

19сравнения. Объект освещается источником

20света, вход выпрямителя 6 подключен к выходу схемы 5 определения разности сигналов, вход порогового блока 8 соединен с выходом выпрямителя 6, один вход накопителя 7 максимального значения подключен к выходу выпрямителя 6, вход делителя 9 напряжения соединен с выходом накопителя 7 максимального значения, один вход компаратора 11 подключен к выходу делителя 9 напряжения, другой - к выходу выпрямителя 6, входы дифференциаторов 4 соединены с выходами соответствующих фотоприемников 2 и 3, а выходы соедине(Пэ с входами схемы 5 определения разности сигналов, вход второго делителя 10 напряжения подключен к выходу накопителя 7 максимального значения, первый вход воторого компаратора 12 соединен с выходом выпрямицтеля 6, а второй - с выходом второго делителя 10 напряжения, входы элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами компараторов 11 и 12, входы двух ограничителей 14 по знаку иодк тючены к выходам соответствующих дифференциаторов 4, один вход вычислителя 15 соединен с выходом элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, каждая из двух пар других входов подключена к выходам соответствуюплих ограничителей 14 по знаку, а выход порогового блока 8 соединен с вторым входом накопителя 7 максимального значения.

Устройство работает следующим образом.

Поле зрения устройства освещается источником 20 света на заданном расстоянии. При наличии других источников света источник

20 является модулированным источником света и работа устройства будет рассмотрена при освещении поля зрения источником модулированного света и наличии во входной цепи демодуляторов. В пространстве перед объективом 1 устройства образуются три зоны: первая на расстоянии LI-ALi ; L- Lo-|-AL2, вторая и третья соответственно на расстояниях L ;Lo--AL и + AL2.

Объективом 1 проецируется на плоскость фотоприемников 2 и 3, раз.мещенных последовательно по ходу движения, участок изображения объекта. Иеремещени-е границы объекта в поле зрения устройства вызывает изменения напряжений на выходах фотоприемников 2 и 3 с амплитуда.ми, зависяп;ими от отражающих свойств поверхности объекта и фона. Напг)яжения, поступающие с выходов фотонриемников 2 и 3, дифференцируются дифференциаторами 4 и подаются на входы схемы 5 определения разности. Разностный сигнал IJ5 (фиг. 2) с выхода схемы 5 поступает на вход выпрямите;1Я 6, на выходе которого формируется абсолютное значение входного напряжения. Сигнал UG с выхода выпрямителя 6 подается на вход порогового блока 8, форми)ующего импульсные сигна.мы д:1я управления накопителем 7. Выпрям.ленные напряжения с выхода блока 6 одновременно поступают на вход нако1П1теля 7 максимального значения, которым запоминается максимальное значение сигнала f-;a время, заданное импульсны.м напряжением, поступающим на управляю1ций вход накопителя 7 с выхода порогового блока 8. Сигна. с выхода накопителя 7 максимального значения поступают на входы делителей 9 и 10 напряжения. Напряжение Ьц (фиг. 2) с выхода .челите:1я 9 подается па второй вход компаратора 11, на первый вход которого поступает мгновенное значение enrpta.ia IJi, (фиг. 2) с выхода выпрямителя 6. На второй-вход ком паратора 12 поступает часть максимального значения напряжения IJici {фиг. 2) с выхода второго делителя И) 1-;апряжения, отличающегося от напряжения на входе делителя 9. ОдпоБременно па первый вход компаратора 12 поступает мгновенное значение сигпала Ьб. Коэффициенты .деления де.штелей 9 и 10 папряжеи.ия выбраны таким образом, чтобы компараторы 11 и 12 срабатывали в неполо1их участках изменения напряжения Uf,. например 70 и 30% максимального значения сигнала соответственно. В результате сравнения нап)яжений компараторами 1, 12 формируются импу;1ьсные сигналы, передний фронт которых соответ ствуст определенному положению изображения границы объекта на поверхности фотоприемников 2 и 3. Напряжения с выходов компараторов 11 и 12 подаются на входы элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. которым формируются импульсные сигналы (фиг. 2). Длительность данных импульсов АТ1 и ЛТ2 не зависит от контрастности объект - фон и зависит от расстояния до объекта. Перемещение предметов в некоторой удаленности от заданного расстояния вызывает на выходе элемента 13 импульсы, длительность которых отличается от регистри руемых на расстоянии LO. Напряжения с выходов дифференциаторов 4 параллельно поступают на входы соответствующих ограничителей 14 по знаку, которыми формируются импульсные сигналы, отображающие знак напряжений на входе, т.е. выделяется направление изменения освещенности на фотоприемниках 2 и 3. При этом на первых выходах ограничителей 14 по знаку формируются напряжения, соответствующие положите.ным сигналам, на вторых - отрицательным сигналам на входах. Напряжение с выхода элемента 13 поступает на вход 21 вычислителя 15. Напряжения с выходов ограничителей 14 по знаку поступают на вторые входы вычисли теля 15 (фиг. 3) таким образом, что с первых выходов ограничителей 14 по знаку сигналы поступают на первую пару входов 22 и 23 вычислителя 15, со вторых выходов ограничителей по знаку 14 сигналы поступают на вторую пару выходов 24 и 25 вычислителя 15. Импульсные напряжения с выхода элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ несут информацию о временном изменении освещенности на одном из фотоприемников 2 или 3, а также о перемещении объектов во второй или в третьей зонах расстояний ( 4-AL2, L :Lo-ALi). Момент формирования импульсов при перемещении объекта в первой зоне расстояний (Lo-ALi ;L ;Lo/AL2) зависит от удаленности объекта от LO, и с изменением удаленности меняется точность определения положения границы объекта. Напряжения с элемента 13 подаются на первый вход 21 вычислителя 15. Перемещение границы объекта с коэффициентом отражения выше чем фон в поле зрения устройства в контрольной зоне расстояний AQ (фиг. 1) вызывает на первом выходе одного ограничителя по знаку импульсный сигнал о положительном изменении освещенности. Данный сигнал поступает на вход 22 вычислителя 15, с которого одновременно подается на входы логического блока 16 и схемы 17 формирования времени анализа. Схемой 17 формирования времени анализа в результате логического преобразования напряжений, поступающих на входы 22-25 вычислителя 15, образуется сигнал Ui7 (фиг. 2), длительность которого соответствует продолжительности изменения освещенности на фотоприемниках 2 и 3. Данный сигнал приводит в состояние готовности логический блок 16 и делитель 18 сигналов. Напряжение с выхода элемента 13 через вход 21 вычислителя 15 поступает на вход логического блока 16, которым в результате логического преобразователя одновремен но поступающих сигналов со входов 21 и 22 вычислителя 15 на выход 26 передается импульс длительностью ATI. Данный импульс поступает на первый вход делителя 18 сигналов. Дальнейшее перемещение границы объекта в поле зрения устройства вызывает импульсный сигнал на выходе другого ограничителя 14 по знаку, который подается на вход 23 первой пары входов вычислителя 15. На выходе элемента 13 формируется импульс длительностью ДТ2, который после обработки в логическом блоке 16 передается на выход 27. Импульсный сигнал U27 (фиг. 2) на выходе 27 возникает только в том случае, если за время анализа на входы логического блока 16 поступает последовательность импульсов, вызванная последовательным, однознаковым изменением освещенности на фотоприемниках 2 и 3. Этот импульсный сигнал U27 также может быть использован для регистрации положения границы объекта с меньщей точностью. Длительность ATI и АТ2 сигналов не зависит от величины амплитуд сигналов с схемы 5, а связана только с их временными параметрами. Импульс длительностью АТ2 с выхода 27 логического блока 16 одновременно поступает на другой вход делителя 18 сигналов, которым осуществляется деление напряжений, пропорциональных длительности ATI и АТ2 импульсов. Сигнал с выхода делителя 18 поступает на вход блока 19 сравнения, которым результат деления сравнивается с заданными порогами. На выходе 28 блока 15 возникает импульс Uig (фиг. 2) только при выполнении условия 1 -К1 , что соответствует определенному положению объекта в поле зрения устройства в определенном контрольном диапазоне расстояний в зоне LO-ALi : LO-ALa. Коэффициенты Kl и К2 задаются, исходя из соображений точности определения положения границы объекта в поле зрения и ширины контрольной зоны расстояний AQ. Перемещение объектов вне контрольной зоны расстоянии вызывает импульсы только на выходе 26 логического блока 16, или не выполняются условия сравнения результата деления с порогами, так как ATI на расстоянии LO отличается от АТ2 вне контрольной зоны расстояний AQ. По окончании времени анализа, формируемого блоком 17, логический блок 16 и делитель 18 сигналов переключаются в исходное состояние. Формула изобретения Устройство для определения положения границы объекта, содержащее оптическую систему, два фотоприемника, оптически связанные с ней и устанавливаемые последовательно по ходу движения исследуемого объекта, схему определения разности сигналов, выпрямитель, вход которого подключен к выходу схемы определения разности сигналов, пороговый блок, вход которого соединен с выходом выпрямителя, накопитель максимального значения, один вход которого подключен к выходу выпрямителя, первый делитель напряжения, вход которого соединен с выходом накопителя максимального значения, и первый компаратор, один вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, другой - к выходу выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при наличии пространственных шумов вне контрольной зоны расстояний, оно снабжено источником света, двумя дифференциаторами, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, а выходы соединены с

входами схемы определения разности сигналов, вторым делителем напряжения с коэффициентом деления, отличным от первого, вход которого подключен к выходу накопителя максимального значения, вторым компаратором, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, а второй - с выходом второго делителя напряжения, элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены с выходами компараторов, двумя ограничителями по знаку, входы которых подключены к выходам соответствующих дифференциаторов, и вычислителем, один вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, каждая из двух пар других входов подключена к выходам соответствующих ограничителей по знаку, а выход порогового блока соединен с другим входом накопителя максимального значения.

Л

2ггз2В

18