Фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий Советский патент 1992 года по МПК G01B21/10 

1

(21)4890509/28 (22)29.10.90 (46)07.10.92. Бюл. №37

(71)Сибирский физико-технический институт им. В, Д. Кузнецова при Томском государственном универститете им. В. В. Куйбышева

(72)С. Я. Пашнев, Г. В. Паньшин и С. А. Янкович

(56)Авторское свидетельство СССР № 1411586, кл.С01 В 21/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 1229568,кл. G 01 В 11/08,1984.

Электронная промышленность, 1982, № 7, с. 7-9.

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ИЗДЕЛИЙ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

измерения диаметров проводников, кабелей, сверел, лазерных пучков. Цель - повышение точности и быстродействия. Цель достигается за счет того, что в устройство, содержащее датчик изображения, формирователь импульсов, схему И, блок счета импульсов заполнения, регистр, индикатор, дополнительно введены блок счета числа реализаций, включенный между датчиком изображения и блоком счета импульсов заполнения, делитель частоты, счетчик и дешифратор. Фотоприемник в устройстве имеет жесткую геометрию и фиксированное разрешение. При этом частота импульсов заполнения жестко связана с частотой генератора фаз напряжений выходного регистра этого фотоприемника. Быстродействие устройства определяется частотой опроса фотоприемника. 6 ил.

со

с

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения диаметров проводников, кабелей, сверел, лазерных пучков и других цилиндрических тел.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства.

На фиг. 1 преведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - вариант блок- схемы датчика изображения, выполненного на базе ПЗС-линейки; на фиг. 3 - одномерные реализации сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - электрическая схема блока счета импульсов заполнения; на фиг. 5 - электрическая схема делителя частоты и счетчика; на фиг. 6 - электрическая схема счетчика реализаций.

Из функциональной схемы (фиг. 1) следует, что датчик изображения (ДИ) 1 видео- сигнальным выходом подключен к входу формирователя 2 импульса, выход которого подключен к первому входу схемы И 3, блока счета импульсов заполнения (Б СИЗ) 4, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам регистра 5, а его выходы соединены с входами дешифратора 6, выходы которого подключены к входам индикатора 7; выход ДИ 1 Сброс подключен к счетному входу блока счета реализаций (БСР) 8, один выход которого подключен к управляющим входам (Сброс) БСИЗ 4 и счетчика 10, а второй выход к управляющему входу (Занесение) регистра 5, тактовый выход ДИ 1 подключен к

NJ О

М IGJ

ND

о

второму входу схемы И 3, выход которой подключен к РЛСДУ делителя частоты 9, а выход его к счетному входу счетчика 10, выход которого подключен к счетному входу БСИЗ 4, а дешифратор 6 включен между информационными выходами регистра 5 и информационными входами индикатора 7.

ДИ 1, функциональная схема которого представлена на фиг. 2, содержит генератор тактовых импульсов(ГТЙ)11, своим выхо- дом подключенный к блоЛ формирования управляющих напряжений (БФУН) 12, выходы которого подключены |с соответствующим входам преобразователя уровней (ПУ) 13, подключенного своими выходами к соот- ветствующим входам ПЗС-линейки 14, видеосигнальный выход которой подключен к входу видеоусилителя 15, выход которого используется по назначению.

Устройство работает следующим обра- зом.

ДИ 1 формирует видеосигнал, соответствующий теневому изображению диаметра изделия, проецируемого на фотоприемную часть ПЗС-линейки. Видео- сигнал поступает на вход формирователя 2 импульсов, где преобразуется в прямоугольный импульс, который поступает на один вход схемы И. На второй вход этой схемы подаются тактовые импульсы ДИ 1. Таким образом, на выходе схемы И при наличии импульса с выхода формирователя 2 импульсов формируется пачка импульсов, число которых пропорционально диаметру измеряемого изделия. Для удобства инди- кации и исключения проблемы масштабирования вводится перед БСИ 4 пересчетная цепочка, обеспечивающая деление тактовой частоты ДИ 1, Необходимое соотношение частоты заполнения и частоты фазы выходного регистра выбирается из следую- .щих соображений. Выходной регистр ПЗС- линейки К1200ЦЛ1 имеет 1024 элемента,24 из них используются для отсчета уровня черного и закрыты от светового потока (3), Таким образом в измерении используются 1000 элементов на5 мм длины фоточувствительной части линейки. Если считать число элементов линейки закрытых тенью измеряемого изделия, то результат такого измерения необходимо корректировать на масштабный множитель. Точно реализовать этот вариант невозможно. Однако, если увеличить частоту заполнения и привязать ее к размерности линейки (15 мм), тогда эта про- блема решается очень просто. Из этих соображений можно взять частоту импульсов заполнения в полтора раза выше частоты фазы выходного режима, тогда на 1 мм длины линейки придется 100 импульсов, а это

значит каждый импульс соответствует 10 микронам длины линейки. Таким образом непосредственный счет этих импульсов в десятичной системе дает результат в линейных размерах линейки. Это достигается следующим образом. Частота фазы выходного регистра ПЗС-линейки в 3 раза ниже частоты тактовых импульсов ДИ 1. Чтобы получить частоту импульсов заполнения в 1,5 раза выше частоты фазы, необходимо разделить тактовую частоту ДИ 1 на 2. Сформированная схемой И пачка импульсов поступает на счетный вход счетчика (десятичного), число разрядов которого зависит от числа реализаций, по которому усредняется результат измерения. Если усреднение идет по 10 реализациям, то счетчик 10 имеет 1 разряд, если по 100 реализациям, то - 2 разряда. В принципе можно производить измерение без усреднения. С выхода счетчика 10 импульсы поступают на счетный вход БСИЗ 4. Одновременно со счетом импульсов заполнения производится счет числа реализаций БСР 8 путем счета импульсов Сброс, который также как и БСИ34 имеет либо один разряд, либо два разряда, либо ни одного разряда, если устройство работает в режиме без усреднения. По завершении счета необходимого числа реализаций в БСР 8 вырабатывается по заднему фронту сигнала соответствующего числу реализаций сигнала Занесение информации в выхода БСИЗ 4 в регистр 5, а после незначительной задержки его формируется сигнал Сброс, по которому счетчики БСИЗ 4 сбрасываются, БСИЗ 4 имеет 4 десятичных разряда, информация с выхода которых записывается в регистр 5, дешифрируется дешифратором в семисег- ментные коды, которые и управляют работой индикатора. Индикатор имеет фиксированную запятую после двух старших разрядов.

Из описанного следует, что счетчик 10 является дополнительным и используется для накопления вместе с основным счетчиком БСИЗ 4 результатов измерения в соответствии с заданным числом реализаций. Деление на число реализаций (10, 100) осуществляется простым отбрасыванием результата накопленного в счетчике 10.

На фиг. 2 поясняется работа ДИ 1. ГТИ 11 запускает БФУН 12, выходы которого подключены к соответствующим входам ПУ 13. БФУН 12 совместно с ПУ 13 формирует напряжения, управляющие работой ПЗС- линейки 14 (3). Сигнал с выхода ПЗС-линейки 14 усиливается видеоусилителем 15, который и используется по назначению.

На фиг. 3 приведены эпюры напряжений поясняющих работу ДИ 1 и устройства в целом. Здесь цифрами обозначено:

1- выход ГТИ 11 ;

2- импульсы Сброс с соответствую- щего выхода ПУ 13;

3- сигнал с выхода видеоусилителя 15;

4- сигнал с выхода формирователя 2 импульсов;

5- пачка импульсов одной реализации на входе счетчика 10.

Устройство выполнено на КМОП серии типа 176 и 561. На фиг. 4 показана электрическая схема БСИЗ 4, где четыре десятичных разряда формируются счетчиками типа 561 ИЕ 10 микросхемы 17.1 - 17.4. Необходимое основание счета для каждого разрада организовано на базе двух элементов И (16.1, 18.1), на микросхеме типа 176 ЛА 7. Сброс счетчиков осуществляется сиг- налом блока счета реализаций 8.

На фиг. 5 показана электрическая схема делителя частоты 9 и дополнительного счетчика 10. Делитель частоты реализован на одном триггере микросхемы 176 ТМ 2 (19) и одном инверторе микросхемы 561 ЛН 2 (22), а дополнительный счетчик реализован на четырехразрядных счетчиках типа 561 ИЕ 10 (20). Основание счета как и ранее формируется логикой микросхемы типа 176 ЛА 7 (21.1 - 21.4). Причем при усреднении по 10 реализациям используется один разряд счетчика, а по 100 реализациям - два счетчика. Это достигается соответствующим положением переключателя ПК1.1.

Описанные схемы (фиг. 4 и 5) работают следующим образом.

На счетной вход схемы 19 поступают тактовые импульсы видеокамеры 1, сформированные элементом И 3. На выходе схемы 19 формируются импульсы, частота которых в 1,5 раза выше частоты фазовых сигналов видеокамеры 1 (описано ранее). Эти импульсы через согласующий элемент НЕ (22) в зависимости от положения переключателя ПК 1,1 проходят непосредственно на счетный вход первого разряда счетчиков БСИЗ 4 (17.1). При усреднении по 10 или 100 реализациям эти импульсы пересчитываются одним или двумя счетчиками с основанием 10 и поступает на другой вход счетчика 17.1, который также работает в режиме счетного входа, только по противоположному относительно его входа С1 разрешающему уровню на этом входе (это особенность работы микросхемы 561 ИЕ 10). По завершении счета необходимого числа реализаций информация накоплена четырьмя разрядами счетчиков (17.1 - 17.4), записывается в регистр 5 и после этого все счетчики одновременно сбрасываются сигналом с выхода БСР 8. Цикл работы схем фиг. 4 и 5 заканчивается и повторяется.

На фиг. 6 показана электрическая схема блока счета реализаций 8. Схема его в основном совпадает со схемой дополнительного счетчика на фиг. 5. Также используются счетчики (23.1, 23.2) на микросхеме типа 561 ИЕ 10, основание счета которых формируется элементами И (24.1 - 24.4) на базе микросхем типа 176 ЛА 7. Элемент 26 используется для формирования импульса сброса счетчиков БСИЗ 4, а 25 занесение в регистр 5.

Схема работает следующим образом.

Сигнал Сброс поступает с выхода ДИ 1 на вход счетчика 23,1 и по заднему фронту этого сигнала меняется состояние счетчика. Число реализаций, по которым производится усреднение, определяется положением переключателя ПК 1.2. В положении 1 сигнал Сброс с выхода ДИ 1 непосредственно поступает на вход схемы формирования импульсов Занесение в регистр и Сброс счетчиков БСИЗ 4. В положении переключателя ПК 1.2 10 или 100 через соответствующие контакты его сигнал с выхода первого или второго счетчика БСР 8 поступает на вход схемы формирования тех же сигналов Занесение и Сброс,

Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий, содержащее последовательно соединенные датчик изображения, формирователь импульсов и схему И, блок счета импульсов заполнения, регистр и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено счетчиком, блоком счета числа реализаций, подключенным между вторым выходом датчика изображения и входами сброса счетчика и блока счета импульсов заполнения, выходом подключенного к регистру, делителем частоты, включенным между выходом двухвхо- довой схемы И, входами подключенной к формирователю импульсов и датчику изображения, и входом счетчика, подключенного к входу блока счета импульсов заполнения, дешифратором, включенным между регистром и индикатором, блок счета числа реализаций подключен управляющим выходом к управляющему входу регистра.

Unap J

4

Фие.2

t

Фие.З

Фиг. 5

ОтЗ

Л