Устройство для измерения линейного размера объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации контроля геометрических параметров изделий бесконтактными оптс- электронными методами.

Известны измерители, состоящие из многоэлементных линейных фотопреобразователей и счетчика, в которых размер определяется по количеству импульсов, превышающих пороговыйуровень. Их недостатком является большая погрешность вследствие дискретного расположения фотоячеек, достигая 3-5 расстояний между ячейками. Известен также измеритель, в котором с целью уменьшения погрешности из-за дискретности видеосигнал пропускается через фильтр нижних частот. Однако этот прием не уменьшает, а в реальных условиях даже увеличивает погрешность измерения в связи с появлением запаздывания сглаживающего видеосигнала относительно исходного ступенчатого, причем степень запаздывания зависит от крутизны фронта видеосигнала и его положения на линейном фотоприемиике.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель, содержащий оптическую систему, многозлементиый линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, схему управления линейным фотопреобразователем, подключенное к выходу линейки сглаживающее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, компаратор и счетчик, счетный вход которого соединен с задающим генератором, управляющий вход компаратора подключен к выходу сглаживающего устройства.

Недостатком прототипа является низкая точность вследствие большой нестабильности работы сглаживающего устройства, выполненного в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, так как даже при малейшем изменении коэффициента усиления сглаженного устройства, из-за большого количества элементов (до 2000) линейно сглаженный видеосигнал начинает существенно отличаться от исходного. Возникают перекосы уровней черного и белого относительно первоначального, точки срабатывания в компараторе перемеаичются по фронту видеосигнала. Появляющаяся ошибка вследствие отклонения срабатывания амплитудного дискриминатора относительно середины фронта видеосигнала в десятки раз больше выигрыша от уменьшения дискретности.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения нестабильности.

Поставленная цель достигается тем, что

в устройство, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные генератор, делитель частоты, блок управления много0 элементным линейным фотопреобразователем, выход которого соединен с управляющим входом многоэлементного линейного фотопреобразователя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный

5 дискриминатор, первый счетчик, счетный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу амплитудного дискриминатора, дополнительно введен второй счетчик, счетный и

0 установочный входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки видеосигнала, вход которого подключен к

5 выходу многоэлемеитного линейного фотопреобразователя, резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого подключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и

0 многовходового аналогового коммутатора, входы которого подключены к крайним и остальным выводам резистивного делителя напряжения, общий выход многоходового аналогового коммутатора соединен с вхо5 дом амплитудного дискриминатора, управляющие входы многовходового аналогового коммутатора подключены к выходам второго счетчика.

На фиг. 1 приведена блок-схема устрой0 стпа; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - вариант блока временной задержки; на фиг. 4 - осцилло- фаммы, поясняющие последовательность работы блока временной задержки.

5 Устройство содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, схему 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем, многоэлементный . линейный фотопреобразователь 4, оптиче0 скую систему 5, блок 6 аппроксимации, первый счетчик 7, второй счетчик 8, амплитудный дискриминатор 9. Блок 6 аппроксимации состоит из блока 10 временной задержки видеосигнала, резистивного де5 лителя 11 напряжения и многосходового аналогового коммутатора 12. Выход задающего генератора 1 соединен с входами делителя 2 частоты, первого счетчика 7 и второго счетчика 8. Выход делителя 2 частоты соединен с входом схемы 3 управления

многоэлементным линейным фотопреобразователем и установочным входом счетчика

8.Схема 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем подключена к многоэлементному линейному фото- преобразователю 4, его выход соединен с входом блока 10 временной задержки видеосигнала. Крайние отводы резистивного делителя 11 напряжения подключены соответственно к входу и выходу блока 10 временной задержки видеосигнала. Информационные входы многовходового аналогового коммутатора 12 соединены с отводами резистивного делителя 11 напряжения. Выход многовходового аналогового коммутатора 12 через амплитудный дискриминатор

9.связан с управляющим входом первого счетчика 7. Количество отводов резистивного делителя 11 напряжения, включая крайние отводы, равно коэффициенту деления делителя 2 частоты и емкости второго счетчика 8. Образующие резистивный делитель 11 напряжения резисторы равны между собой. Амплитудный дискриминатор 9 обеспечивает формирование видеосигнала на среднем уровне фронта. Контролируемое изделие 13 находится в поле зрения оптической системы 5.

Измеритель работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы Ui, частоты f поступающие на делитель 2 частоты на N, где N - целое число. Импульсы IJ2 после делителя 2 частоты поступают на схему 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем 4, частота опроса элементов которого составляет таким образом f/N. Ступенчатый видеосигнал , несущий информацию об освещенности изображения контролируемого объекта 13, формируемого оптической системой 5, поступает на блок 10 временной задержки. Время задержки равно периоду опроса элементов многоэлементного линейного фотопреобразооателя N/f. Второй счетчик 8 при поступлении на его установочный вход импульса U2 с делителя 2 частоты, например, в момент ti устанавливается в исходное положение, при этом сигналы Uaa в виде двоичного кода, поступающие на адресный вход многовходового аналогового коммутатора 12, устанавливают его также в исходное положение (фиг. 1, замкнут крайний правый ключ). Затем по мере прихода импульсов Ui на счетный вход счетчика В код на выходе счетчика 8 Us меняется, и многовходовый аналоговый коммутатор 12 последовательно подключает отводы резистивного делителя 11 напряжения к амплитудному дискриминатору 9. Поскольку на

правом конце резистивного делителя 11 напряжения имеется задержанный видеосигнал Uю, а на левом - исходный видеосигнал U4. то при последовательном опросе отводов

резистивного делителя 11 напряжения на выходе многовходового аналогового коммутатора 12 будет образовываться ступенчатое линейно изменяющееся напряжение Ue, проходящее через точки А и Б скачкообраз0 ного изменения исходного видеосигнала. Количество ступенек, приходящихся на один элемент многоэлементного линейного фотопреобразователя 4, равно N. При появлении следующего импульса U2 в момент t2

5 многовходовый аналоговый коммутатор 12 вернется в исходное положение, на выходе NiHOi4 eMeHTHoro линейного фотопреобразователя 4 появится напряжение, соответст- вующее освещенности следующего

0 элемента, на выходе блока 10 временной задержки - напряжение, существовавшее на его входе в предшествующем такте, и процесс формирования линейно изменяющегося напряжения между точками Б и В

5 повторится. После достижения сглаженным видеосигналом в момент 1з порогового уровня, т.е. середины фронта видеосигнала, амплитудный дискриминатор 9 срабатывает. В исходное положение амплитудный дискри0 минатор 9 возвращается в момент t4 пересечения порогового уровня задним фронтом сглаженного видеосигнала. За время м - 1з существования импульса UQ на выходе амплитудного дискриминатора 9 первый счет5 чик 7 подсчитывает количество пришедших с задающего генератора 1 импульсов. Их количество пропорционально размеру контролируемого изделия.

Цифровая часть предлагаемого устрой0 ства может быть реализована с использованием стандартных схемотехнических примеров на цифровых стандартных ИМС. В качестве многоэлементного линейного фотопреобразователя могут быть примене5 мы фотодиодные линейки, линейки на ПЗС, фоторезисторные линейки и другие фотоприемники, что свидетельствует о простоте реализации предлагаемого устройства. Более конкретно рассмотрим блок 10 времен0 ной задержки. На фиг. 3 изображен вариант блокаЮ временной задержки, который включает две схемы 14, 15 выборки и хранения, состоящие из ключей 16,17, запоминающей емкости С и повторителя 18. схему 19

5 управления ключами, два ключа 20 и 21.

Блок 10 временной задержки работает следующим образом.

С многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 на 1024 элемента с помощью сигналов со схемы 3 управления

многоэлементным линейным фотопреобразователем (фиг. 1) сформированный видеосигнал (фиг. 4.1) поступает одновременно на схему 19 управления ключами и на схему 14, 15 выборки и хранения (фиг. 3), Схема 19 управления ключами выделяет из видеосигнала синхронизирующие импульсы и преобразовывает их в сигналы для четных и нечетных

элементов (фиг. 4.2,3) многоэлементного линейного фотопреобразователя 4. В момент времени t1 положительный импульс четных сигналов (фиг. 4.3) открывает ключи 16,17 в схеме 15 выборки и хранения и ключ 20 (фиг. 3). В течение времени (фиг. 4.3) в схеме 15 выборки и хранения происходит запоминание на конденсаторе С (фиг. 3) амплитуды В (фиг, 4.1) видеосигнала, а запомненная амплитуда А видеосигнала со схемы 14 выборки и хранения через открытый ключ 20 поступает на резистивный делитель 11 напряжения (фиг. 3).

В момент времени 2 с многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 (фиг. 1) поступает синхронизирующий импульс (фиг. 4.1), а положительный импульс нечетных сигналов открывает ключи 16, 17 в схеме 14 выборки и хранения и ключ 21 (фиг, 3). В этот момент импульсы (фиг. 4.5) на счетчик 8 (фиг. 1) не поступают, счетчик 8 находится в нулевом состоянии, а многовходовый аналоговый коммутатор 12 (фиг. 1) через открытый

ключ 21 подключен к схеме 15 выборки и хранения. В момент времени t3 в схеме 14 выборки и хранения (фиг. 3) запоминается амплитуда С видеосигнала (фиг. 4.1), а многовходовый аналоговый коммутатор 12 при помощи счетчика 8 подключается последовательно разным контактам резистивного делителя 11 напряжения (фиг, 1). На выходе многовходового аналогового коммутатора 12 (фиг. 1) амплитуда видеосигнала с уровня В плавно увеличится до амплитуды С (фиг. 4.6). Блок 10 временной задержки задерживает видеосигнал (фиг. 4.4) на один период.

Благодаря тому, что на входе и выходе блока 10 временной задержки образуется напряжение видеосигнала от соседних элементов многоэлементного линейного фотопреобразователя 4, а резистивный делитель 11 напряжения подключен параллельно блоку 10 временной задержки, то сглаженный видеосигнал всегда проходитчэрезточки скачкообразного изменения исходного видеосигнала независимо от изменения параметров схемы. При этом форма видеосигнала сохраняется, обеспечивается

срабатывание амплитудного дискриминатора 9 па среднем уровне фронта. Таким образом уменьшается погрешность от дискретности и повышается точность измерения.

Технический эффект заключается в следующем: повышается точность измерения, уменьшаются габариты, масса и стоимость, упрощаются наладка и обслуживание, повышается качество продукции, уменьшается

объем ручного труда.

Формула изобретения Устройство для измерения линейного размера объекта, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные генератор, делитель частоты и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами миогоэлементного линейного фотопреобразователя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный дискриминатор, первый счетчик, счетный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу амплитудного дискриминатора, о т л и ч- а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения нестабильности преобразования, оно снабжено вторым счетчиком, счетный и

установочный входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки видеосигнала, вход которого подключен к

выходу многозлементного линейного фотопреобразователя, резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого подключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и

многовходового аналогового коммутатора, входы которого подключены к крайним и остальным выводам резистивного делителя напряжения, выход многовходового аналогового коммутатора соединен с входом амплитудного дискриминатора, управляющие входы ммоговходового аналогового коммутатора подключены к выходам BTOpof о счетчика.

0}

t§

1

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения нестабильности преобразования. Изображение объекта 13 переносится оптическим блоком 5 на линейный прибор 4 с зарядовой связью (ПЗС). Генератор 1. счетчик 2 и блок 3 управления формируют сигналы управления ПЗС 4. Блок 6 аппроксимации аппроксимирует ступенчато изменяющийся сигнал, снимаемый с ПЗС 4. Аппроксимация видеосигнала осуществляется блоком 10 временной задержки, рези- стивным делителем 11 напряжения и ,многовходовым аналоговым коммутатором 12, управляемым счетчиком 8. Амплитудный дискриминатор 9 формирует временной интервал, связанный с диаметром объекта 13. Временной интервал преобразуется в двоичный код с помощью счетчика 7. 4 ил. сл С V4 СЛ 00 Ј сЗ Uon

со

«э- оо in гФиг. 4