Устройство для измерения геометрических параметров движущихся лесоматериалов Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических размеров движущихся лесоматериалов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения погрешностей, связанных с изменением уровня фона.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования уровня порогового напряжения.

Устройство для измерения геометрических параметров движущихся лесоматериа- лов содержит оптически связанные источник 1 света и обьектив 2, последовательно соединенные тактовый генератор 3, формирователь 4 кадра и формирователь 5 импульса начала кадра, последовательно соединенные фотоэлектрический преобразователь 6, оптически связанный с источником 1 света и управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 3, и усилитель 7, первый и второй реверсивные счетчики 8 и 9, компаратор 10, первый вход которого соединен с выходом усилителя 7, формирователь 11 временных зон, вы- полненный в виде -последовательно соединенных формирователя 12 записи, первый вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульса начала кадра, фрмирователя 13 счета, формирователя 14 контроля и формирователя 15 вычитания,- вторые входы которых соединены соответственно с четвертым, третьим, вторым и первым выходами формирователя 4 кадра, . ключ 16 импульсов заполнения, последова- тельно соединенные триггер 17 огибающей видеосигнала, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора .3 и первым входом ключа 16 импульсов заполнения, второй вход- с выходом компаратора 10, выход - с вторым входом ключа 16

импульсов заполнения, ключ 18 огибающей видеосигнала, триггер 19 наличия бревна и триггер 20 длины бревна, второй вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульса начала кадра, первый элемент И 21, первый вход которого соединен с выходом формирователя 14 контроля, второй вход - с выходом триггера 19 наличия бревна, второй элемент И 22, первый вход кото- рого соединен с выходом формирователя 13 счета и вторым входом ключа 18 огибающей видеосигнала, выход - с суммирующим входом первого реверсивного счетчика 8, третий элемент И 23, первый вход которого соединен с выходом формирователя 15 вычитания, выход-с вычитающим входом первого реверсивного счетчика 8, ключ 24 запрета, первый вход которого соединен с выходом ключа 16 импульсов заполнения и вторыми входами второго и третьего элементов И 22, 23, второй вход - с Р-выходом второго реверсивного счетчика 9 и третьим входом третьего элемента И 23, выход - с . вычитающим входом второго реверсивного счетчика- 9, ключ 25 сброса, первый вход которого соединен с выходом формирователя 12 записи, вторым входом триггера 19 наличия бревна и управляющим входом записи второго реверсивного счетчика 9, вы- ход-с входом сброса первого реверсивного счетчика 8. последовательно соединенные импульсный датчик 26 перемещения, ключ 27 импульсов длины и счетчик 28 длины бревна, второй вход которого соединен с выходом триггера 20 длины бревна, третьими входами первого и второго элементов И 21, 22 и вторыми входами ключей 25, 27 сброса и импульсов длины, блок 29 регистрации данных о длине и минимальном диа- метре бревна, первый информационный вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика 8 и информационным входом второго реверсивного счетчика

9, второй информационный вход - с выходом счетчика 28 длины бревна, управляющий вход - с выходом первого элемента И 21, перемещающий транспортер 30, предназначенный для транспортировки бревна 31, датчик 32 наличия бревна, блок 33 формирования уровня порогового напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 34, первый вход которого соединен с выходом усилителя 7, входного регистра 35, второй вход которого соединен с выходом формирователя 12 записи, и схемы 36 сравнения, второй вход которой соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 34, выход - с третьим входом входного регистра 35. последовательно соединенных селектора 37, первый вход которого соединен с выходом входного регистра 35, выходного регистра 38 и цифроаналогового преобразователя 39, компаратор 10 выполнен управляемым, выход цифроаналогового преобразователя 39 соединен с управляющим входом компаратора 10, последовательно соединенных элемента ИЛИ-НЕ 40 и четвертого элемента И 41, выход которого соединен с вторым входом выходного регистра 38, последовательно соединенных элемента ИЛИ 42, первый вход которого соединен с выходом формирователя 13 счета, второй вход - с выходом формирователя 14 контроля и первым входом элемента ИЛИ-НЕ 40, и пятого элемента И 43, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора 3, третий вход - с выходом датчика 32 наличия бревна и вторым входом четвертого элемента И 41, выход - с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 34, схемы 44 предустановки, первый, второй и третий выходы которой соединены соответственно с вторым и третьим входами селектора 37 и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 40.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор 3 и формирователь 4 кадра определяют длительность цикла,т.е. период кадра. Весь период кадра разбивается на четыре временные зоны. Длительность временных зон и их последовательность строго постоянна и зависит от состояния формирователя 4 кадра. Это состояние определяется тактовым генератором 3, который управляет работой фотоэлектрического преобразователя 6. Таким образом, режимы работы фотоэлектрического преобразователя 6 и формирователя 11 временных зон строго совпадают по времени.

В течение времени зоны записи, вырабатываемого формирователем 12, по команде тактового генератора 3 производится запись информации с линейки фоточувствительных элементов в регистр фотоэлектрического преобразователя 6. В течение зоны счета и

5 зоны контроля формирователей 13 и 14 производится вывод импульсных сигналов с ретст- ра фотоэлектрического преобразователя 6 и засветки линейки его фоточувствительных элементов, В течение зоны вычитания продолжа0 ется засветка линейки фоточувствительных элементов.

Работа формирователей временных зон происходит следующим образом. В начале

5 кадра формирователь 4 кадра обнулен. Формирователь 5 формирует импульс начала кадра, по которому D-триггер формирователя 12 зоны записи устанавливается в единичное состояние. Когда счетчик форми0 рователя 4 сосчитает определенное количество импульсов, на второй вход . формирователя 12 поступает сигнал, который сбрасывает формирователь 12 зоны записи. По заднему фронту сигнала

5 формирователя 12 зоны записи устанавливается в единицу формирователь 13 зоны счета. Через определенное количество импульсов формирователь 13 сбрасывается по второму входу сигналом счетчика формиро0 вателя 4. Работа формирователей 14 и 15 зоны контроля и вычитания производится аналогичным образом. Если в зоне измерения устройства отсутствует бревно 31, то D-триггер 17 огибающей видеосигнала за5 крывает ключ 18 огибающей видеосигнала. Так как уровень амплитуды видеосигнала, поступающего на второй вход D-триггера 17 огибающей видеосигнала с выхода компаратора 10 во время зоны счета, высокий,

0 D-триггер 19 наличия бревна сбрасывается

по второму входу сигналом формирователя

. 12 зоны записи. В течение зоны счета он не

изменяет свое состояние, так как ключ 18

огибающей видеосигнала закрыт. D-триггер

5 20 длины бревна переписывает состояние D-триггера 19 наличия бревна по сигналу формирователя 5. Таким образом, на выходе D-триггера 20 длины бревна в случае отсутствия бревна в зоне измерения

0 присутствует высокий уровень сигнала, разрешающий прохождение импульсов формирователя 12 зоны записи через ключ 25 сброса на вход сброса первого счетчика 8. Второй счетчик 9 импульсов переписывает

5 состояние первого счетчика 8 импульсов по сигналу формирователя 12 зоны записи, поступающему на управляющий вход записи второго счетчика 9 импульсов. Таким образом, счетчики 8 и 9 импульсов находятся в нулевом состоянии.

В момент отсутствия бревна 31 в зоне измерения с помощью блока 32 и 33 осуществляется определение уровня порогового напряжения. После включения питания схема 44 (фиг, 2) предустановки на втором вхо- 5 де селектора 37 (фиг. 2) устанавливает максимальный код, после чего подачей сигнала на третий вход селектора 37 коммутирует второй вход селектора 37 с первым входом выходного регистра 38 (фиг. 2). В 10 завершение всего через элемент ИЛИ-НЕ 40 и четвертый элемент И 41 (фиг. 2) на второй вход выходного регистра 38 подается сигнал записи схемой 44 предустановки. Код с выходного регистра 38 поступает на 15 вход цифроаналогового преобразователя 39 (фиг. 2), а с его выхода преобразованный сигнал - на управляющий вход компаратора 10. Предустановка осуществляется для тех целей, чтобы, пока не будет определен уро- 20 бень. порогового напряжения, компаратор 10 был заблокирован. Предустановка используется только при включении питания, в дальнейшем она в работе устройства не участвует.25

Работа блока 33 уровня порогового напряжения жестко син)фонизирована с работой всего устройства и целом. Единичным сигналом, поступающим с формирователя 12 зоны записи на второй вход входного 30 регистра 35 (фиг. 2), производится его обнуление, после чего блок 33 готов к работе. В момент отсутствия бревна 31 в зоне измерения с датчика 32 наличия бревна на третий вход пятого элемента И 43 (фиг. 2) поступает 35 единичный сигнал, на второй вход пятого элемента И 43 - сигнал с тактового генератора 3. Запускающим сигналом для аналого- цифрового преобразователя 34 (фиг. 2) является единичный сигнал, поступающий с 40 выхода элемента ИЛИ 42 (фиг. 2). В период нахождения формирователя 13 зоны счета, а затем и формирователя 14 зоны контроля в единичном состоянии на второй вход аналого-цифрового преобразователя 34 посту- 45 пает тактовая частота с тактового генератора 3.

Преобразованный сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 34 одновременно поступает на первый вход 50 входного регистра 35 и второй вход схемы 36 (фиг. 2) сравнения. На первый вход схемы 36 сравнения поступает сигнал с выхода . входного регистра 35. Если число, поступа- . ющее в данный момент на второй вход схе- 55 мы 36 сравнения, больше числа, хранимого в входном регистре 35, то оно записывается на его место. Запись осуществляется сигналом, поступающим с первого выхода схемы 36 сравнения на третий вход входнбго реги5

стра 35. Предварительно в входной регистр 35 были записаны нули во все разряды. В дальнейшем при поступлении следующего цифрового кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 34 он сравнивается с предыдущим значением. При такой работе к моменту прохождения всех импульсов с выхода усилителя 7 во входном регистре 35 находится число, равное максимальному уровню фона. В дальнейшем сигнал с выхода входного регистра 35 через селектор 37 поступает на вход выходного регистра 38.

При установлении формирователя 14 зоны контроля из единичного состояния в нулевое на выходе элемента ИЛИ-НЕ 40 возникает перепад из нулевого состояния в единичный, тем самым происходит запись числа в выходной регистр 38. С выхода выходного регистра 38 цифровой код поступает на вход цифроаналогового преобразователя 39,а с его выхода преобразованный код - на второ.й вход компаратора 10, Измерение уровня фона продолжается до тех пор, пока в зоне измерения отсутствует бревно 31. Для блокировки выходного регистра 38 в момент прохождения бревна 31 сигнал записи предварительно поступает на первый вход четвертого элемента И 41, а на второй вход поступает сигнал с датчика 32 наличия. Бревно 31 перемещается транспортером 30 и попадает в зону измерения устройства.

Изображение контролируемого бревна 31 проектируется с помощью объектива 2 на поверхности линейки с фоточувствительными элементами фотоэлектрического преобразователя 6. По команде тактового генератора 3 информация с линейки с фоточувствительными элементами переписывается в регистр фотоэлектрического преобразователя 6 и выводится в виде им- пульсных сигналов. Эти сигналы усиливаются усилителем 7, Амплитуда импульсов зависит от величины освещенности фоточувствительных элементов фотоэлектрического преобразователя 6. Импульсы, амплитуда которых превышает определенный уровень, проходят на выход компаратора 10. D-триггер 17 огибающей видеосигнала открывает ключ 16 импульсов заполнения, если на его второй вход поступает низкий уровень видеосигнала. Импульсы заполнения проходят с выхода тактового генератора 3 через ключ 16 импульсов заполнения на входы элементов И 22 и 23 и ключа 24.

Во время первого кадра после вхождения бревна 31 в зону измерения элемент И 22 OTKpBiT сигналом D-триггера 20 длины бревна. Он хранит состояние в предыдущем кадре, когда в зоне измерения не было бревна 31, Ключ 24 запрета, элемент И 23 закрыты низким уровнем сигнала с Р-выхода второго счетчика 9 импульсов, так как он в нулевом состоянии. В течение зоны счета импульсы заполнения проходят через элемент И 22 и считаются первым счетчиком 8 импульсов в режиме сложения. В начале второго кадра после вхождения бревна 31 в зо ну измерения, устройства D-триггер 20 длины бревна по команде формирователя 5 записывает состояние D-триггера 19 наличия бревна и запирает элемент И 22, ключ 25 сброса и открывает ключ 27 импульсов длины.

По сигналу формирователя 12 зоны записи, поступающему на управляющий вход записи, второй счетчик 9 импульсов переписывает состояние первого счетчика 8 импульсов.

В течение зоны счета импульсы заполнения проходят аналогичным образом на вход ключа 24 запрета и считаются вторым счетчиком 9 в режиме вычитания. Если второй измеренный диаметр больше, то второй счетчик 9 импульсов обнуляется и закрывает ключ 24 запрета и элемент И 23. Если второй диаметр меньше предыдущего, то по окончании зоны измерения во втором счетчике 9 остается разность в измеренных диаметрах. Эта разность считывается счетчиками 8 и 9 импульсов в режиме вычитания импульсами, поступающими через элемент И 23 и ключ 24 запрета в течение зоны вычитания. После того, как второй счетчик 9 импульсов обнуляется, он закрывает ключ 24 запрета и элемент И 23 сигналом с Р-выхода. В результате в первом счетчике 8 импульсов хранится меньший диаметр.

Начиная с второго кадра после вхождения бревна 31 в зону измерения устройства, процесс записи во второй счетчик 9 импульсов, вычитания из него и вычитания из первого, счетчика 8 импульсов повторяется до тех пор. пока бревно не уйдет из зоны измерения устройства измерения.

Во время первого кадра после ухода бревна 31 из зоны измерения D-триггер 19 наличия бревна не будет установлен в 1, так как ключ 18 огибающей видеосигнала в течение зоны счета будет закрыт D-тригге- ром 17 огибающей видеосигнала, а D-триггер 20 длины бревна установлен в 1. Во время зоны контроля происходит запись состояния первого счетчика 8 импульсов и счетчика 28 длины бревна, который во время присутствия бревна в зоне измерения устройства считает импульсы датчика 26 в блок 29 регистрации данных о длине и минимальном диаметре бревна по сигналу элемента И 21.

Во время второго кадра D-триггер 20 длины бревна переписывает состояние О 5 D-триггера 19, разрешая тем самым сброс счетчиков 8, 9 и 28. Устройство готово для очередного замера. Блок 29 хранит информацию о длине и минимальном диаметре бревна 31 до тех пор, пока в него не будет

10 произведена запись информации об очередном бревне.

Формула изобретения Устройство для измерения геометрических параметров движущихся лесоматериа15 лов, содержащее оптически связанные источник света и объектив, последовательно соединенные тактовь1й генератор, формирователь кадра и формирователь импульса начала кадра,, последовательно

0 соединенные фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с источником света и управляющим входом с выходом тактового генератора, и усилитель, первый и второй реверсивные счетчики, компара5 тор, первый вход которого соединен с выходом усилителя, формирователь временных зон, выполненный в виде последовательно соединенных формирователя записи, первый вход которого соединен с выходом фор0 мирователя импульса начала кадра, формирователя счета, формирователя контроля и формирователя вычитания, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым, третьим, вторым и первым выхо5 дами формирователя кадра, ключ импульсов заполнения, последовательно соединенные триггер огибающей видеосигнала, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора и первым

0 входом ключа импульсов заполнения, второй вход соединен с вь1ходом компаратора, выход соединен с вторым входом ключа импульсов заполнения, ключ огибающей видеосигнала, триггер наличия бревна и триггер

5 длины бревна, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульса начала кадра, первый элемент.И. первый вход которого соединен с выходом формирователя контроля, второй вход соединен с выхо0 дом триггера наличия бревна, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом формирователя счета и вторым входом ключа огибающей видеосигнала, выход соединен с суммирующим входом пер5 вого реверсивного счетчика, третий элемент И. первый вход которого соединен с выходом формирователя вычитания, выход соединен с вычитаюидим входом первого реверсивного счетчика, ключ запрета, первый вход которого соединен с выходом ключа имплуьсов заполнения и вторыми входами второго и третьего элементов И, второй вход соединен с Р-выходом второго реверсивного счетчика и третьим входом третьего элемента И. выход соединен с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, ключ сброса, первый вход которого соединен с выходом формирователя записи, вторым входом триггера наличия бревна и управляющим входом записи второго реверсивного счетчика, выход соединен с входом сброса первого реверсивного счетчика, последовательно соединенные импульсный датчик перемещения, ключ импульсов длины и счетчик длины бревна, второй вход которого соединен с выходом триггера длины бревна, третьими входами первого и второго элементов И и вторыми входами ключей сброса и импульсов длины, блок регистрации данных о длине и минимал ь- ном .диаметре бревна, первый информаци- онный вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика и информационным входом второго реверсивного счетчика, второй информационный вход соединен с выходом счетчика длины бревна, управляющий, вход соединен с выходом riepBoro элемента И. перемещающий транспортер, кинематически связанный с импульсным датчиком перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что. с целью повышения точности, оно снабжено датчиком наличия бревна и блоком формирования уровня порогового напряжения, выполненным в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом усилителя, входного регистра, второй вход которого соединен с выходом формирователя записи, и схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход соединен с третьим входом входного регистра, последовательно соеди- 0 ненных селектора, первый вход которого соединен с выходом входного регистра, выходного регистра и цифроаналогового преобразователя, компаратор выполнен управляемым, выхрд цифроаналогового 5 преобразователя соединен с управляющим входом компаратора, последовательно соединенных элемента ИЛИ-НЕ и четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым входом выходного регистра, после- 0 довательно соединенных элемента ИЛИ. первый вход которого соединен с выходом формирователя счета, второй вход соединен с выходом формирователя контроля и первым входом элемента ИЛИ-НЕ. и пяtoгo 5 элемента И. второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, третий вход соединен с выходом датчика наличия бревна и вторым входом четвертого элемента И, выход соединен с вторым входом ана- 0 лого-цифрового преобразователя, схемы предустановки, первый, второй и третий выходы которой соединены соответственно с вторым и третьим входами селектора и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ. 35

От блока 7

От блокаЗ

От йиодга 32

От б л ока /2

К блоку Л

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешностей, связанных с изменением уровня фона. Устройство для измерения геометрических параметров движущихся лесоматериалов содержит оптически связанные источник 1 света, объектив 2 и фотоэлектрический преобразователь 6, на который проецируется теневое изображение бревна 31, двигающегося по транспортеру 30. В момент отсутствия бревна 31 в зоне измерения с помощью датчика 32 наличия бревна и блока 33 формирования уровня порогового напряжения происходят измерение уровня фоновой засветки и коррекция порогового уровня компаратора 10. При попадании бревна 31 в зону измерения в первом реверсивном счетчике 8 постоянно отслеживается минимальный диаметр бревна 31, а в счетчике 28 длины бревна вычисляется его длина. Значения длины и минимального диаметра бревна 31 заносятся в блок 29 регистрации данных. Тактовый генератор 3, формирователь 4 кадра, формирователь 5 импульса начала кадра и формирователь 11 временных зон синхронизируют и управляют работой остальных элементов устройства. 2 ил.

От Йл«о

7«

JJ I