Устройство для измерения расстояния Советский патент 1993 года по МПК G01C3/18 

СО

с

Использование: в черной металлургии для измерения толщины листов, диаметра труб, периметра и овальности сварных труб. Сущность изобретения: устройство содержит 1 источник света (1), 1 объектив (4), 1 координатно-чувствительный фотоприемник (5), 1 аналого-цифровой преобразователь (6), 1 блок определения зоны изображения (7), 1 индикатор (8), 1 блок управления (10), 1 блок умножения (11) 2 блока суммирования (12) и (14). 1 блок деления (13). 2 ил.

Фиг.1

XI 00

ю

Ю

со

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, предназначено для измерения расстояния до поверхности изделий и может быть использовано в черной металлургии для измерения толщины листов, диаметра труб, периметра и овальности сварных и прокатных труб большого диаметра и т.п.

Известное устройство для измерения расстояния содержит лазерный источник света, координатно-чувствительный фотоприемник с оптической системой, блок определения расстояния и индикатор 1.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является устройство для измерения расстояния, содержащее источник света, объектив, координатно-чувствительный фотоприемник, блок управления, первый выход которого соединен со входом координатно-чувстви- тельного фотоприемника, блок определения зоны изображения светового пятна, вход которого соединен с выходом координатно-чувствительного фотоприемника, и индикатор.

Причиной, препятствующей получению требуемой точности измерения расстояния является то, что в аналоге и прототипе измеряемое расстояние определяют как координату (на координатно-чувствительном фотоприемнике) центра зарегистрированной фотоприемником зоны изображения светового пятна, что справедливо лишь при абсолютно одинаковой чувствительности всех элементов, составляющих фотоприемник-. При соблюдении этого условия изображение центра светового пятна совпадает с координатой центра изображения. На практике же чувствительность отдельных элементов фотоприемника имеет значительный разброс, что приводит к следующему: при изменении расстояния происходит изменение уровня видеосигнала как вследствие изменения освещенности и восприятия освещения пятна, так и в зависимости от того, на какой из конкретных элементов попадает проекция светового пятна. В результате световое пятно фиксируется с неоднородным освещением, что вызывает неинформативное смещение как самой зоны, так и центра изображения. Кроме того, в реальных осветителях энергетический центр светового пятна не всегда совпадает с его геометрическим центром, что также вызывает неинформативное смещение центра изображения.

Наличие неинформативных смещений центра изображения светового пятна вызывает нарушение функции перемещения центра изображения от собственного

перемещения объекта, что снижает точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная

цель достигается тем, что в устройство для измерения расстояния, содержащее источник света, объектив, координатно-чувствительный фотоприемник, блок управления, первый вход которого соединен со входом

координатно-чувствительного фотоприемника, блок определения зоны изображения светового пятна, вход которого соединен с выходом координатно-чувствительного фотоприемника, и индикатор, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок умножения, первый блок суммирования и блок деления, выход которого соединен со входом индикатора, и второй блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифро- вого преобразователя, второй вход - с выходом блока определения зоны изображения светового пятна, а выход - со вторым входом блока деления, второй вход блока

умножения соединен со вторым выходом блока управления, а третий вход - с выходом блока определения зоны изображения светового пятна, вход которого соединен с выходом координатно-чувствительного фотоприемника через аналого-цифровой преобразователь.

Введение в изобретение в указанной связи аналого-цифрового преобразователя, блока умножения, двух блоков суммирования и блока деления позволяет находить центр зоны изображения светового пятна как центр распределения сигналов его изображения с координатой

40

X

2 XiUi 2 и,.

На фиг. 1 приведена примерная эпюра сигналов зоны изображения светового пятна, поясняющая реакцию прототипа и предлагаемого изобретения на мешающее воздействие одного и того же характера, и подтверждающая возможность достижения цели изобретения. На фиг. 2 приведена

структурная схема устройства для измерения расстояний.

Рассмотрим реакцию прототипа и предлагаемого изобретения на одно и то же ме- шающее воздействие, например на пропадание (аналогично и на появление) в зоне изображения сигнала от одного из элементов координатно-чувствительного фотоприемника.

Для наглядности представим зону изображения в виде ступенчатой функции с числом элементов , дискретностью 1 и приращением напряжения ,1 (см. фиг. 1).

Центр изображения и центр распределения X будет соответствовать координате

Ц

Выпадение одного из элементов (на- пример заштрихованного) из зоны изображения приведет к сдвигу центра изображения в прототипе (ЦИ) на 0,5 шага дискретности расположения фотоэлементов, и будет иметь значение (ЦЙ)1+4,5 т.е. погрешность составит 0,5 шага дискретности.

В предлагаемом же изобретении при выпадении этого же элемента координата X примет значение i+4,2, т.е. погрешность составит 0,2 шага дискретности (в 2,5 раза меньше, чем в прототипе).

Именно введение указанных элементов и их взаимосвязей позволяют достичь технического результата, а именно - повыше- ние точности.

Устройство измерения расстояния состоит из источника 1 света, измеряющего на поверхность контролируемого объекта 2 пучок 3 света (например лазерного), объектива

Изображение светового пятна от попадания на поверхность объекта 2 луча 3 от источника 1 света через объектив 4 проецируется активной зоне координатно-чувствительного фотрприемника 5, который

опрашивается блоком 6 управления. Сигналы от каждого фотоэлемента фотоприемника 5 преобразуются аналого-цифровым преобразователем 10 и в цифровом виде попадают в блок 7 определения зоны изображения, который выделяет (фильтрует) границы зоны зафиксированного фотоприемником изображения светового пятна. Информация о координатах границ зоны, текущих значениях Ui, а также номерах Х фотоэлементов фотоприемника 5 попадает на вход блока 11 умножения, который выполняет операцию UrXi и выдает значения этих произведений блоку 12 суммирования, который, в свою очередь, выполняет операцию 2) UiXi. С выхода блока 12 суммирова0

ния указанный результат поступает на вход блока 13 деления (значение числителя). .Одновременно второй блок 14 суммирования осуществляет сложение всех текущих значений Uj в выделенных границах зоны и передает значение суммы 2, Uj на второй вход

о

блока 13 деления (значение знаменателя). Блок 13 деления выполняет операцию

I UiX

I

п

I и

-- --- л Ч

Частное X от деления представляет собой координату центра распределения и соответствует расстоянию до объекта, которое регистрируется индикатором 8.

Конструкция устройства для измерения расстояния позволяет по сравнению с существующими резко снизить влияние неинформативных воздействий и существенно повысить точность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения расстояния, содержащее источник света, координатно- чувствительный фотоприемник, блок управления, первый выход которого соединен с входом координатно-чувствительного фотоприемника, блок определения зоны изображения светового пятна, вход которого соединен с выходом координатно-чувствительного фотоприемника, и индикатор, о т- личающееся тем. что, с целью повышения точности в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок умножения, первый блок суммирования и блок деления, выход которого соединен с входом индикатора, и второй блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифро- вого преобразователя второй вход-с выходом блока определения зоны изображения светового пятна, а выход- с вторым входом блока деления, второй вход блока умножения соединен с вторым выходом блока управления, а третий вход - с выходом блока определения зоны изображения светового пятна, вход которого соединен с выходом ко- ординатно-чувствительного фотоприемника через аналого-цифровой преобразователь.

Фи2.1