Устройство для измерения геометрических параметров изделий Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

татов измерения, возникающий из-за локальных дефектов измеряемых изделий. Введение в устройство (К-1) идентичных каналов позволяет осуществить выделение информативных участков в К заданных направлениях одновременно за время одного кадра. 1 3,п. ф-лы, 6 ил,

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет осуществления электронного сканирования. Функциональный преобразователь 8, модулирующий заданную траекторию сканирования, реверсивный счетчик 6, цифроаналого- вый преобразователь 7,блок 9 сравнения, формирователь 10 импульсов и блок 13 вычислений позволяют при использовании передающей телевизионной камеры 5 в качестве сканирующего узла осуществить выделение информативных участков дифракционной картины в направлениях, не совпадающих и совпадающих с направлением строчной и кадровой разверток. Траектории сканирования реализуются как линейными., так и нелинейными, программно изменяются от кадра к кадру, что позволяет сканировать дифракционную камеру в требуемых сечениях с заданным шагом дискретизации, выполнять статическую обработку результатов измерения в нескольких сечениях, осуществляя упорядоченный выбор и рангоные процедуры с целью получения устойчивого оценивания и удаления аномальных резуль S СП со vj СО о: ю 00

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано для измерения и контроля диаметра отверстий, размера волокон, щелей, зазоров, проволоки, параметров пружин и изделий сложной формы, фотометрирования световых пучков при регистрации быстропротекающих однократных процессов, в системах распознавания образов.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет осуществления электронного сканирования.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, осуществляющего последовательное выделение информативных участков из телевизионного разложения по m траекториям; на фиг.2 - структурная схема устройства осуществляющего параллельное выделение информативных участков из телевизионного разложения по К траекториям; на фиг.З и А - временные диаграммы,поясняющие работу устройства для измерения и функционального преобразователя при выделении информативных участков дифракционной картины в правой части растра и левой части растра соответственно; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу блока обработки электрического сигнала; на фиг.6 - растр, на который спроецирована дифракционная картина от круглого отверстия (пунктирными линиями показаны примеры линейных и нелинейных траекторий выделения информативных участков из дифракционной картины) ,

Устройство для измерения геометрических параметров изделий (фиг.1) содержит последовательно расположенные лазер 1, телескопическую систему 2 для проецирования светового потока на объект 3 измерения , объектив 4, передающую телевизионную камеру 5 (двумерный светоэлектрический

преобразователь), реверсивный счетчик 6, цифроаналоговый преобразователь 7, функциональньгй преобразователь 8, блок 9 сравнения, формирова- г тель 10 импульсов, аналоговый ключ 11, блок 12 обработки электрического сигнала и блок 13 вычислений. Выход телевизионной камеры 5 соединен с аналоговым входом аналогового клю0 ча 11, выход генератора кадровой развертки телевизионной камеры 5 соединен с первым входом блока 12 обработки электрического сигнала и с установочным входом реверсивного счет5 чика 6, выход генератора строчной развертки телевизионной камеры 5 соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика 6 и первым управляющим входом функционального пре0 образователя 8, второй управляющий вход которого соединен с блоком 13 вычислений, выход реверсивного счетчика 6 соединен с входом цифроанало- гового преобразователя 7, выходом

5 соединенного с первым входом блока 9 сравнения, выход функционального преобразователя 8 соединен с вторым входом блока 9 сравнения, выходом соединенного с входом формирователя

0 10 импульсов, первый выход которого соединен с вторым входом блока 12 обработки электрического сигнала, а второй выход - с логическим входом аналогового ключа 11, выход которого

5 соединен с третьим входом блока 12 обработки электрического сигнала, выходом соединенного с блоком 13 вычислений.

0 Устройство может содержать (К-1) идентичных каналов, каждый из которых состоит из функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения, формирователя 10 импульсов, аналогос вого ключа 11 и блока 12 обработки электрического сигнала.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Объект 3 облучают излучением лазера 1 , которое расширено телескопической системой 2. В фокальной плоскости объектива 4 формируется дифракционная картина, соответствующая дифракции Фраунгофера на объекте 3, и в этой же плоскости объектива А установлена мишень видикона передающей телевизионной камеры 5. Последняя осуществляет преобразование дифракционной картины в электрический сигнал, в виде построчного разложения (фиг.За и 4а), который поступает на аналоговый вход ключа 11. Последний открывается (замыкается) на короткий промежуток времени (фиг.Зе и Ае) в течение формирования строки разложения в момент пересечения данной строки с заданной траекторией сканирования. На аналоговом выходе ключа 11 появляется сигнал в виде коротких электрических импульсов (фиг.Зж, 4ж и За), амплитуда каждого из которых пропорциональна интенсивности регистрируемой дифракционной картины в точках, соответствующих пересечению траектории сканирования с соответствующей строкой разложения (фиг.6). Полученная последовательность импульсов (фиг.За) в течение формирования кадра (полукадра) дискретно описывает распределение интенсивности

10

15

20

25

30

ка 6, цифроаналогового преобразователя 7, функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения и формирователя 10 импульсов, временной реж1гм работы которых и устройства для измерения задается импульсами генераторов кадровой и строчной разверток телевизионной камеры 5.

В конце каждого телевизионного разложения на выходе генератора кадровой развертки формируется импульс, который поступает на первый вход блока 12 обработки электрического сигнала, где устанавливает в исходное состояние (нулевое) счетчики, входящие в состав блока 12, и на установочньпг вход реверсивного счетчика 6, в нем в виде позиционного кода на выходной шине устанавливается число, равное количеству строк в одном кадре (полукадре) разложения. Кодовая комбинация с выхода реверсивного счетчика 6 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 7 и преобразуется им в постоянное напряжение и„,стр (фиг.Зг и Дг), которое поступает на первый вход блока 9 сравнения.

В конце каждой строки разложения на выходе генератора строчной развертки формируется импульс (фиг..За,б и 4а,б), который поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6. В момент окончания формирования каждой строки из числа, записанного

в регистрируемой дифракционной карти-35 в счетчике 6, вычитается единица, соне в соответствир с заданной траекторией сканирования. В блоке 12 обработки электрического сигнала импульсная последовательность (фиг.За) преобразуется в непрерывный сигнал (фиг.Зв), который дифференцируется (фиг.Зг), и в моменты перехода сигнала через нулевое значение фиксируются моменты экстремума (фиг,5д) сиг40

50

нала (фиг.Зв), далее формируется временной интервал (фиг.Зе), пропорциональный линейному размеру одного или нескольких максимумов в регистрируемой дифракционной картине, который заполняется импульсами высокой частоты (фиг.Зж) и преобразуется в позиционный код. Последний вводится в блок 13 вычислений, на выходе которого формируется результат измерения.

Привязка заданной траектории ска- 5 нирования к телевизионному растру (построчному разложению) осуществляется при помощи реверсивного счетчнответственно,уменьшается на одну единицу кодовая комбинация на выходе счетчика 6. Пропорциожально изменению кода на выходе счетчика 6 изменяется (уменьшается) напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7. Импульс с выхода генератора строчной развертки поступает также на первый управляющий вход функционального преобразователя 8, на его второй управляющий вход поступают одноразрядная и три п-разрядные кодовые комбинации с выхода блока 13 вычислений и задают направление и траекторию сканирования. На выходе функционального преобразователя 8 формируется (фиг.Зг и 4г) линейно изменяющееся напряжение, моделирующее заданную траекторию сканирования, которая повторяется в течение каждой строки телевизионного разложения.

Напряжения с ВЕ.СХОДОВ цифроанало- гоБого преобразователя 7 и функцио0

5

0

5

0

ка 6, цифроаналогового преобразователя 7, функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения и формирователя 10 импульсов, временной реж1гм работы которых и устройства для измерения задается импульсами генераторов кадровой и строчной разверток телевизионной камеры 5.

В конце каждого телевизионного разложения на выходе генератора кадровой развертки формируется импульс, который поступает на первый вход блока 12 обработки электрического сигнала, где устанавливает в исходное состояние (нулевое) счетчики, входящие в состав блока 12, и на установочньпг вход реверсивного счетчика 6, в нем в виде позиционного кода на выходной шине устанавливается число, равное количеству строк в одном кадре (полукадре) разложения. Кодовая комбинация с выхода реверсивного счетчика 6 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 7 и преобразуется им в постоянное напряжение и„,стр (фиг.Зг и Дг), которое поступает на первый вход блока 9 сравнения.

В конце каждой строки разложения на выходе генератора строчной развертки формируется импульс (фиг..За,б и 4а,б), который поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6. В момент окончания формирования каждой строки из числа, записанного

5 в счетчике 6, вычитается единица, со5 в счетчике 6, вычитается единица, со0

0

ответственно,уменьшается на одну единицу кодовая комбинация на выходе счетчика 6. Пропорциожально изменению кода на выходе счетчика 6 изменяется (уменьшается) напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7. Импульс с выхода генератора строчной развертки поступает также на первый управляющий вход функционального преобразователя 8, на его второй управляющий вход поступают одноразрядная и три п-разрядные кодовые комбинации с выхода блока 13 вычислений и задают направление и траекторию сканирования. На выходе функционального преобразователя 8 формируется (фиг.Зг и 4г) линейно изменяющееся напряжение, моделирующее заданную траекторию сканирования, которая повторяется в течение каждой строки телевизионного разложения.

Напряжения с ВЕ.СХОДОВ цифроанало- гоБого преобразователя 7 и функционалыюго преобразовгчтеля 8 поступают соответственно на первый и второй входы блока 9 сравнения, на выходе которого в момент равенства входных напряжений (определяющий момент пересечения заданной траектории сканирования с соответствующей строкой разложения) появляется сигнал (фиг.Зд и Ад). Формирователь 10 им- пульсов по сигналу, поступающему на его вход с выхода блока 9 сравнения, формирует на первом и втором выходах по одному импульсу. Причем импульс, появляющийся на втором выходе, задер жан относительно импульса, появившегося на первом выходе на величину длительности первого импульса. С первого выхода формирователя 10 импульсов сигнал поступает на второй вход блока 12 обработки электрического сигнала. Сигнал с второго выхода формирователя 10 ггмпульсов (фиг.Зе ii 4е) поступает на логический вход аналогового ключа 11 и управляет его состоянием. На аналоговый вход ключа 11 непрерывно поступает видеосигнал . В момент появления управляющего импульса ключ 11 замыкается, и фрагмент строки видеосигнала (фиг.Зж, 4ж и 5а) поступает на вход блока 12 обработки электрического сигнала.

Время появления импульса, управляющего состоянием аналогового ключа 1 относительно начала каждой строки разложения, определяется порядковым номером строки и заданной траекторией сканирования и за время кадра может варьироваться в пределах всей длительности строки. Выходное напря- жение функционального преобразователя 8 корректируется с учетом длительности импульса, появляющегося на первом выходе формирователя 10 импульсов .

К началу следующего кадра (полукадра) блок 13 вычислений формирует сигнал (кодовые комбинации), соответствующий новому направлению и траек

тории сканирования и транслирует на

второй управляющий вход функционального преобразователя 8 соответствующий код. В момент начала нового кадра реверсивный счетчик,6 и счетчики блока 12 устанавливаются в исходное 55 состояние, и цикл работы устройства с отработкой следующих траектории и направления сканирования повторяется.

5 0 5 Q

„ с

5

0

5

Таким образом, осуществляется последовательное в течение нескольких кадров сканирование дифракционной картины программно по заданным направлениям и траекториям. Информация о размере изделия в заданных сечениях копится в памяти блока 13 вычислений и представляется в обработанном виде на экране дисплея или регистрируется печатающим устройством.

Алгоритм работы устройства (фиг.2) аналогичен изложенному, В данном устройстве аппаратными средствами - введением (К-1) идентичных каналов достигается увеличение быстродействия и точности измерения. В течение одного полукадра (кадра) одновременно реализуются заданные направления и траектории сканирования и, соответственно, осуществляется измерение изделия в требуемых сечениях.

Функциональный преобразователь 8 вырабатывает напряжение, изменяющееся в соответствии с требуемым направлением и траекторией сканирования и согласованное с амплитудной характеристикой цифроаналогового преобразователя 7.

При реализации устройства (фиг.2), осуществляющего сканирование одновременно по нескольким траекториям, схема функционального преобразователя 8 может быть существенно упрощена, так как в этом случае каждый функциональный преобразователь может вырабатывать сигнал, соответствующий одной траектории сканирования, не требует внешнего управления по второму управляющему входу, а только синхронизирован импульсами генератора строчной развертки.

При изменении кодов на входе функционального преобразователя 8, имитирующего заданную траекторию, осуществляется выделение из телевизионного разложения информативных участков, что соответствует сканированию регистрируемого дифракционного поля по требуемой траектории как линейной, так и нелинейной (круговой, экспоненциальной, логарифмической, тригонометрической и т.д.).

Длительность импульса, появляющегося на втором выходе формирователя 10 импульсов, управляющего состоянием аналогового ключа 11, выбирается в соответствии с линейными размерами

деталей изображения, проецируемог-о на мишень телевизионной камеры 5 и с целью оптимизации обработки электрического сигнала программно изменяется от строки к строке или от кадра к кадру.

Блок 12 обработки электрического сигнала преобразует сигнал, поступающий на его вход с выхода аналогового ключа 11 в позиционный код, содержащий информацию о размере измеряемого изделия в заданном направлении сканирования.

Формула изобретения

5

0 5 д

нения, формирователя импульсов и аналогового ключа, блоком вычислений, аналоговый вход аналогового ключа связан с выходом двумерного свето- электрического преобразователя, выход генератора строчной развертки которого связан с реверсивным входом реверсивного счетчика и с первым управляющим входом функционального преобразователя, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока вычислений, вход которого соединен с выходом блока обработки электрического сигнапа, выход генератора кадровой развертки двумерного сретоэлектричес- кого преобразователя соединен с вторым входом блока обработки электрического сигнала и с установочным входом реверсивного счетчика, выход циф- роаналогового преобразователя подключен к второму входу блока сравнения, второй выход формирователя импульсов подключен к третьему входу блока обработки электрического сигнала.

t

1ДИ

I

II

- и

У

с

V/

ЛгЛ7; ifOC/T рос/про Лровая «опт расщро

fhrr/ocgAe/fi/e Cffyrovf/oi/f fjee/)av(tf

(раг.б

||.|..|||||||1Ш11

Х . 1х-

И -1