Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

ражающих способностей. Источник 15 (модулированного) света расположен относительно главной оси объектива 1 под углом 9 , выбранным так,чтобы освещалась поверхность объекта и фона, а угол If между оптической осью источника 15 и нормалью к поверхности был больше 6/2, что обеспечивает пропорциональность электрических сигналов фотоприемников 2-4 коэффициенту диффузионного отражения поверхности объекта. Источником 15 света освещается плоскость объекта и фона. Перемещение границы объекта в поле зрения вызывает изменения амплитуды переменных сигналов на выходах фотоприемников 2-4, эти сигналы демодулируются, им присваиваются для сигналов от центрального фотоприемника (+2), от смежных

1

Изобретение относися к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения положения границы объектов, например при автоматизации производства кине- скопов.

Цель изобретения - повышение точ- ности и надежности определения положения за счет исключения погрешностей от нестабильности скорости пере- мещения объекта и влияния его отражающих свойств.

На фиг. 1 изображено взаимное размещение объектива и источника светаj на фиг. 2 - блок-схема устройства на фиг. 3 - временные диаграммы на выходах блоков устройс.тва; на фиг.4 блок-схема логического блока.

Устройство содержит объектив 1, три фотоприемника 2-4, три иден- тичных канала, каждый из которых состоит из демодулятора 5 и умножителя 6, соединенных последовательно, сумматор 7, выпрямитель 8, накопи- тель 9 максимального значения, пороговый блок 10, делитель 11 напряжения, компаратор 12, органичитель 13 по знаку, логический блок 14, источник 15 (модулированного) света.

Сумматор 7, вьшрямитель 8 и на- копитель 9 максимального значения

ы ютги(-1), полученные сигналы суммируются. В результате выпрямления сигнала, поступающего с выхода сумматора 7, запоминания максимального значения и сравнения части максимального значения напряжения сигнала с мгновенным значением вьшрямленного сигнала формируются импульсные последовательности. Импульсы поступают на вход логического блока 14, которым из последовательности импульсов выделяется импульс, вызванный последовательным изменением яркости из-за перемещения границы объекта и соответствующий определенному положению границы в поле зрения. Логическим блоком 14 подавляются импульсы, вызванные другими причинами, например из-за плавного изменения яркости изображения. 2 с..п.ф-лы, 4 ил.

соединены последовательно, вход порогового блока 10 соединен с входом накопителя 9, а выход - с вторым входом накопителя 9, делитель 11 напряжения и компаратор 12 соединены последовательно. Первый вход накопителя 9 соединен с вторым входом компаратора 12, выход которого соединен с первым входом логического блока 14, второй и третий входы которого соединень с первьпу и вторым выходами ограничителя 13, вход последнего подключен к входу выпрямителя. Выходы умножителей 6 соединены с входами сумматора 7, а выходы фотоприемников 2-4 соединены с входами соответствующих демодуляторов 5.

Логический блок 14 включает схемы 16 и 17 совпадения, триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21, элемент ИЛИ 22 и схему 23 формирования времени анализа.

Схема 16, триггер 18 и элемент И 20 соединены последовательно.Схема 17, триггер 19 и элемент И 21 так же соединены последовательно, выход схемы 23 соединен с вторьми входами триггеров 18 и 19. Первый вход триггера 18 соединен с вторым входом элемента И 21, а первый вход триггера 19 - с вторым входом эле31

мента И 20. Выходы элементов И 20 и 21 подключены соответственно к первому и .второму входам элемента ИЛИ 22. Первые входы схем 16 и 17 являются первым входом блока 14, второй вход схемы 16 и первый вход схемы 23 являются вторым входом блока 14, вторые входы схем 17 и 23 являются третьим входом блока 14.

Сущность способа заключается в следующем.

Поверхность объекта и фона освещается световым потоком под углом 0 , обеспечивающим отсутствие регистрации зеркального отражения светового потока при всех возможных ориен тациях поверхности объекта, т.е. так чтобы угол 1/ между нормалью к поверхности объекта и лучами света был больше 0/2, при этом полностью освещается поле зрения устройства, т.е плоскость объекта и фон.

При освещении поверхности объекта яркость каждой точки изображения (фиг. 1) можно выразить:

L RIcos ц ,

где L -: яркость каждой точки изображения j

I - интенсивность света, падающего на поверхность; R - коэффициент диффузионного

отражения поверхности; 1/ - угол между падающим лучом света и вектором нормали к поверхности.

Фиксируемые электрические сигналы пропорциональны яркости соответствующих фрагментов изображения, при этом амплитуды электрических сигналов, вызванных отраженным от поверхности объекта световым потоком, зависят от коэффициента диффузионного отражения поверхности. При наличии плоского объекта в поле зрения устройства интенсивность I, угол ц постоянны или меняются плавно и резкие переходы яркости изображения обусловлены изменениями коэффициентов диффузионного отражения объект - фон. Для трехмерных объектов амплитудное распределение вьщеленных электрических сигналов имеет более сложный характер, так как на границе объекта резко меняются не только коэффициенты диффузионного отражения R объект - фон, но и угол if Таким образом, граница объекта характери23824

зуется резким переходом яркости на смежных участках изображения, полученного в -результате освещения поверхности объекта и фона, и по рез, кому пространственному изменению амплитуд выделенных электрических сигналов в смежных участках поля зрения формируется сигнал о положении границы объекта. При наличии

o других внешних источников света для формирования изображения может, быть применен свет другого спектрального диапазона (например, инфракрасный) или модулированный.

5 Устройство раб.отает следующим образом.

Источником 15 (модулированного) света освещается поле зрения устройства, плоскость объекта и фона. Про(-| ецируемое на фотоприемники 2-4

объективом 1 изображение преобразуется в переменные электрические сигналы, амплитуды которых пропорциональны коэффициенту диффузионного

5 отражения поверхности. Пер емещение границы объекта в поле зрения устройства вызывает резкие изменения яркости изображения на фотоприемниках 2 - 4, в резулътате чего амплиg туды переменных сигналов меняются. Напряжения с выходов фотоприемников 2-4 поступают на входы демодуляторов 5. Детектированные сигналы с выходов демодуляторов 5 поступают на входы умножителей 6. Умножителями 6 сигналам, поступающим от фотоэлектрических преобразователей, присваиваются определенные веса, например от центрального фоточувствительного

Q элемента - вес (+2), от смежных 2 и 4 к этому - веса (-1), при этом сумма весов равняется нулю. Сигналы с выходов умножителей 6 поступают на входы сумматора 7. Таким образом,

, при равномерной яркости изображения на фотоприемниках 2-4 суммарный сигнал на выходе сумматора 7 равняется нулю, тем самым частично подавляются сигналы от синфазного изменения яркости изображения.

В результате перемещения границы объекта в поле зрения устройства, на выходе сумматора 7 формируется напряжение и (фиг. За), которое пос- - тупает на вход выгфямителя 8, на выходе которого формируется абсолютное значение напряжения и(фиг.Зб) Сигнал Ug поступает на вход порогового блока 10, на выходе которого

5

0

51

формируется импульсное напряжение и,(, (фиг.Зв) для управления накопителем 9. Выпрямленное напряже ше Ug одновременно поступает на перв)1Й вход накопителя 9 максимального эна ченияд которым запоминается максимальное значение сигнала Ug на время, заданное импульсным напряжением поступающим на второй (управляющий) вход накопителя 9 с выхода порогового блока 10. Часть максимального напряжения сигнала Ug с выхода делителя 11 напряжения поступает на второй вход компаратора 12 (фиг.Зг) на первый вход которого подается . мгновенное напряжение сигнала с вы- -хода выпрямителя 8. Коэффициент деления делителя 11 напряжения выбирается таким образомд чтобы сравниваемые компаратором 12 напряжения U.j и Ug были равны вне полЬгого участка напряжения Ug (может быть использован коэффициент деления 0,3- Oj от максимального значения),

В результате сравнения напряжений Ug и выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал U (фиг. Зд), передний фронт импульсов соответствует определенноку положению изображения границы объекта на фотоприемниках 2 - 4 при этом время появления (точность определения положения) переднего фронта импуль-. сов в широком диапазоне не зависит от контрастности объект - фон. Последовательность импульсов с выхода компаратора 12 поступает на первый вход логического блока 14. Одновременно на второй и третий входы логического блока 14 поступают импульсные сигналы с выходов ограничителя 13 по знаку. На второй вход блока .14 поступает сигнал U, (фиг. Зе),, характеризующий положительное изменение напряжения на выходе сумматора 7, на третий вход - сигнал (фиг Зж), характеризующий отрицательное изменение напряжения на выходе сумматора 7.

Логическим блоком 14 вьщеляется последовательность двух импульсов с противоположным знаком напряжения и ,, вызвавшего каждый импульс, при этом продолжительность ангшиза ограничивается временем последовательного изменения яркости изображения на поверхности фотоприемников 2 . Логическая обработка импульсной последовательности позволяет избежать

12382 . 6

ложных срабатываний устройства из-за плавного изменения формы поверхности объекта, изменения расстояния до поверхности, так как синфазный сиг- 5 нал сумматором 7 полностью не подавляется .

Логический блок 14 работает следующим образом.

Сигнал с первого выхода логического блока 14 поступает на первые входы схем 16 и 17 совпадения (фиг.4), на вторые входы которых через второй и третий входы блока 14 поступают

сигналы с соответствующих выходов ограничителя 13 по знаку. На выходе схем 16 и 17 совпадения выделяются импульсы, соответствующие определенному знаку напряжения на выходе сумматора 7. При положительном напряжении на выходе сумматора 7 схемой 16 совпадения формируется импульс, который поступает на первый вход триггера 18, переключая его в состояние логической 1, тем самым переключая элемент И 20 в состояние готовности. При поступлении следующего импульса с выхода компаратора 12 на выходе схемы 17 совпадения формируется сигнал, означающий, что имеется изменение напряжения на выходе сумматора 7 противоположного знака. Импульс с выхода схемы 17 поступает на второй вход элемента И 20, который с выхода данного элемента через элемент ИЛИ 22 поступает на выход (фиг.Зи) логического блока 14 (передний фронт данного импульса соответствует точному определенному положению границы объекта в поле зрения устройства).

Триггеры 18 и 19 в исходное состояние (логического О) переклю- чаются сигналом, поступающим с выхода схемы 23 формирования времени Анализа. Схема 23 в результате логического преобразования напряжений с выходов ограничителя 13 по знаку и задержки заднего фронта импульсного напряжения формирует импульсный сигнал (фиг.Зз), продолжительность которого соответствует продолжительности последовательного изменения освещенности на фотоприемниках 2-4.

Триггеры 18 и 19 управляются через первьй вход только при наличии уровня логической 1 на вторых входах, поступающего с выхода схемы 23.

71

Формула изобретения

1.Способ определения положения границы объектов, заключающийся в том,что освещают рабочую зону, анализируют отраженный световой поток, по изменению которого определяют положение границы объектов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения положения, освещают рабочую зону под углом 9 обеспечивающим анализ диффузной составляющей отраженного потока, а регистрацию проводят в период времени, когда нормаль к поверхности объекта лежит

в диапазоне 90 V

Z

2.Устройство для определения положения границы объектов,содержащее оптически связанные источник света, объектив и два фотоприемника, размещаемые последовательно по ходу движения объектов, выпрямитель, .пороговый блок, вход которого соедине с выходом выпрямителя, накопитель

JO

23828

максимального значения, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, а второй - с вьисодом порогово-| ,го блока, делитель напряжения, вход 5 которого подключен к выходу накопи- теля максимального значения, компаратор, первый вход которого подключен к выходу делителя напряжения, а второй - к выходу вьтрямителя, ограничитель по знаку и логический блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и надежности определения положения границы, оно снабжено третьим фотоприемником., 15 установленным по ходу движения объекта, тремя умножителями, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, сумматором, входы которого соединены с выходами умножителей, выход сумматора соединен с входом выпрямителя и входом ограничителя по знаку, выход компаратора и выходы ограничителя по знаку подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического блока.

20

25

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и надежности опредешения положения за счет исключения погрешностей от нестабильности скорости перемещения объекта и влияния его 6т&fbeHm (Л

Зврт/ ьно-отраженный луч источника

света

Объект

Источник света

Фон

ФигЛ

2J

13

ъ

Фиг,

Составитель Е. Глазкова Редактор В. Иетраш Техред А.Кравчук

Заказ 1960/38 Тираж 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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

Корректор А.Ворович