Способ измерения линейных перемещений и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

fey

каждом цикле опроса Л ФПЗС. Перебор значений последовательности прекращается при фиксации в очередном цикле опроса видеосигнала источника света, фиксируют текущее значение ко да у правления источниками света, по которому определяют номер совпадающего со светочувствительной поверхностью ЛФПЗС источника света и его Смещение относительно начала отсчетной шкапы. Измеряемое перемещение определяют как сумму известного по калибровке смещения источника относительно начала отсчетной шкалы и измеренной координаты. Устройство, реализующее способ, содержит осветительную линейку и последовательно соединенные ЛФПЗС 3, блок 5 двойной коррелированной выборки. ФНЧ 6, дифференцирующий блок 7, компаратор 8, ШИМ-модулятор 9, счетчик 10, вычислительный блок. 11 и блок 12 памяти. Для управления источниками света, используются последовательно соединенные линия задержки, второй дифференцирующий блок, триггер, элемент И-НЕ, второй счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с источниками света осветительной линейки. 2 с.п.ф., 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике/Цель изобретений - повышениедостоверности. Способ предусматривает использование осветительной линейки и линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью (ЛФПЗС). Линейка содержит источники света, расстояние между которыми не превышает длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС. ЛФПЗС перемещают относительно осветительной линейки, осуществляют его циклический опрос, в каждом цикле опроса формируют ее непрерывный видеосигнал, фиксируют координату максимума этого видеосигнала, соответствующую координате центра светового пятна от луча света, падающего в данный момент времени на светочувствительную поверхность ЛФПЗС относительно ее начала. Источники света осветительной линейки включают в заданной последовательности по одному в

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения перемещений в контрольно-измерительной аппаратуре, прецизионных станках с про- граммным управлением и т.п.

Целью изобретения является повышение достоверности за счет получения абсолютного значения перемещения относительно начала отсчета за один цикл опроса ЛФПЗС при отсутствий ограничений на скорость перемещения контролируемого объекта до момента выполнения измерения.

На фиг.1 приведена блок-схема устрой- ства, реализующего способ; на фиг.2 - временные диаграммы измерительного канала; на фиг.З - временные диаграммы схемы управления источниками света; на фиг.4-6 - примеры схемных решений дифферёнциру- ющего блока, генератора, широтно-импуль- сного модулятора соответственно,

Устройство, реализующее способ, содержит осветительную линейку 1, в которой с шагом, меньшим длины светочувствитель- ной поверхности ЛФПЗС, размещены источники 2 света (например, светодиоды), линейный фоточувствительный прибор 3 с зарядовой связью (ЛФПЗС), генератор 4, блок 5 двойной коррелированной выборки, фильтр 6 нижних частот, дифференцирующий блок 7, компаратор 8, широтно-импуяь сный модулятор 9, счетчик 10. вычислительный блок 11. блок 12 памяти, дешифратор 13. второй, счетчик ЛА-, элемент И-НЕ 15, триггер 16с разделительными входами, второй дифференцирующий блок 17 и линию 18 задержки.

Источники 2 света формируют световой поток в направлении, перпендикулярном направлению смещения объекта и перпендикулярном к светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3. Необходимые для работы ЛФПЗС 3 последовательности импульсов формируются генератором 4. Точные значения координат центров источников света от- носительно начала отсчетной шкалы измеряются при паспортизации устройства и заносятся в блок 12 памяти устройства.

При включении устройства в осветительной линейке 1 включается только один из источников 2 света. Расстояние .между источниками 2 света меньше длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3, так что при любом положении Л ФПЗС 3 относительно линейки 1 в пределы светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3 попадает не менее одного источника 2 света. Если включенный источник 2 света находится в пределах светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3. то в каждом цикле опроса ЛФПЗС 3 на выходе ЛФПЗС 3 имеется последовательность видеоимпульсов, которая преобразуется в аппроксимирующий ее непрерывный видеосигнал с определением координаты его вершины относительно начла ЛФПЗС 3. т.е. координаты наблюдаемого источника свет-а - его центра - относительно начала ЛФПЗС. По значению кода состояния счетчика, формирующего последовательность кодов управления источниками света, определяется номер наблюдаемого источника. По этому номеру из памяти выбирается паспортизованное значение координаты центра данного источника относительно начала отсчетной шкалы осветительной линейки 1. Сумма координат центра источника относительно начала отсчетной шкалы и относительно начала ЛФПЗС есть абсолютное значение перемещения относительно начала отсчетной шкалы осветительной линейки.

Если включенный источник 2 света не находится в пределах светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3. то импульс генератора 4, соответствующий обратному ходу цикла опроса ЛФПЗС 3, продвинет на единицу счетчик 14, формирующий код управления источниками 2 света, и в следующем цикле опроса ЛФПЗС 3 будет включен уже другой источник света. Процесс изменения кода управления будет продолжаться до тех пор, пока не оудет зафиксирован видеосигнал источника света. При этом изменение состояния счетчика 14 блокируется с сохранением текущего значения до тех пор, пока в очередном цикле опроса ЛФПЗС 3 не будет отсутствовать видеосигнал источника света. В этом случае счетчик 14 снова начнет продвигаться на единицу после каждого пустого цикла опроса до тех пор, пока в очередном цикле видеосигнал не будет зафиксирован.

Способ не требует никаких предварительных установок и привязок. Величина аб- солютного перемещения относительно начала отсчетной шкалы осветительной линейки отсчитывается в первом же цикле опроса ЛФПЗС, содержащем видеосигнал источника света. Максимальная временная задержка от момента установки ЛФПЗС в положение измерения до момента выдачи данных отсчета перемещения равна произведению числа источников света осветительной линейки на длительность цикла опроса ЛФПЗС.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Осветительная линейка 1 разделена на К равных участков отверстиями с размещенными внутри них источниками света 2. Длина каждого из участков меньше длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3,т так что при любом положении ЛФПЗС 3 относительно осветительной линейки 1 со светочувствительной поверхностью совмещен хотя.бы один источник света. Если этот источник 2 света в данном цикле опроса ЛФПЗС 3 включен, то на выходе ЛФПЗС 3 имеется последовательность видеоимпульсов, которая синхронизируемым от генератора 4 блоком 5 двойной коррелированной выборки и фильтром 6 нижних частот преобразуется в аппроксимирующий входную последовательностьнепрерывныйвидеосигнал, имеющий колоколообразную форму. Дифференцирующий блок 7 и компаратор 8 формируют импульс, совпадающий фронтом е центром колоколообразного видеосигнала. Этот импульс поступает на первый вход широтно-импульсного модулятора 9, блокируя прохождение через него тактовых импульсов на первый счетчик 10, на котором таким образом фиксируется координата центра светового луча относительно начала ЛФПЗС 3. Выход первого счетчика 5 10 соединен с первым входом вычислительного блока 11, на вход управления которого поступает импульс обратного хода с второго выхода генератора 4. По этому импульсу осуществляется перенос кода

10 координаты со счетчика 10 в вычислительный блок 11, сброс в нуль счетчика 10 и возврат в исходное состояние широтно-импульсного модулятора 9. Двунаправленной шиной адресов/данных вычислительный

5 блок ft соединен с блоком 12 памяти, в котором записаны обмеренные при паспортизации устройства точные координаты всех источников 2 света осветительной линейки 1 относительно начала ее отсчетной

0 шкалы. Управление источниками 2 света осуществляет дешифратор 13, вход которого соединен с выходом второго счетчика 14, а каждый из выходов - с одним из источников 2 света. Счетный вход второго счетчика

5 14 соединен с.выходом элемента И-НЕ 15, на первый вход которого подан импульс об- ратного хода от генератора 4. Второй вход элемента 1/Ь-НЕ 15 соединен с прямым выходом триггера 16 с раздельными входами,

0 управляемого по входу установки нуля выходным импульсом компаратора 8, а по входу установки единицы выходным импульсов второго дифференцирующего блока 17, который формируется по срезу задержанного

5 линией задержки 18 импульса обратного хода генератора 4. Импульс дмфференци- рующего блока 17 либо устанавливает триггер с раздельными входами 16 в состояние лог.1, либо подтверждает это состояние,

0 если оно было установлено ранее. При отсутствии видеосигнала выходные импульсы компаратора 8 также отсутствуют, триггер 16 находится в состоянии лог. V, импульсы обратного хода проходят через элемент

5 И-НЕ 15 на второй счетчик 14, последовательно изменяя его состояние. Соответственно изменяется входной код дешифратора 13 и номер включенного ис- точника2 света. При каком-то значении кода

0 управления включенным оказывается совмещенный со CBeT04yecf вительной поверхностью ЛФПЗС 3 источник 2 света. Тогда в данном цикле опроса ЛФПЗС 3 на выходе компаратора 8 появится импульс, который

5 переведет триггер 16с раздельными входа- . ми е состояние лог.О, запрещающее про хождение следующего импульса обратного хода через элемент И-НЕ 15 на второй счетчик 14, который сохранит свое состояние. Приходящий, по окончании импульса

обратного хода выходной импульс второго дифференцирующего блока 17 переведет триггер 16с раздельными входами в состояние лог.1, но выходной импульс компаратора 8 вновь переведет триггер 16 в состояние лог.О и следующий импульс обратного хода также на счетчик 1.4 не пройдет. Счетчик 14 будет сохранять свое состояние до тех пор, пока в циклах опроса будут импульсы компаратора 8. При сдвиге светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3 с включенного источника 2 света импульс компаратора 8 в очередном цикле опроса будет отсутствовать, сброса триггера 16 в состояние лог.О не произойдет, импульсы обратного хода снова будут поступать на второй счетчик 14 и источники 2 света будут переключаться дешифратором 13 до тех пор, пока не включится совмещенный в данный момент времени с ЛФПЗС 3 источник 2 света. Выход счетчика 14 соединен с вторым входом вычислительного блока 11, и в каждом цикле опроса в блок 11 передается код номера включенного на данном цикле источника 2 света. По этому номеру из блока 12 памяти выбирается значение смещения данного источника 2 света относительно начала отсчетной шкалы осветительной линейки 1. Суммированием величины смещения с измеренной координатой источника 2 света относительно начала светочувствительной поверхности ЛФПЗС 3 определяется абсолютная величина измеряемого перемещения.

Формула изобретения 1. Способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что перемещают линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС), связываемый с контролируемым объектом, относительно осветительной линейки, формируют перпендикулярные к направлению перемещения объекта лучи света, расстояние между которыми не превышает длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС, направляя их на светочувствительную поверхность ЛФПЗС,осуществляют циклический опрос ЛФПЗС, в каждом цикле опроса преобразуют последовательность выходных импульсов ЛФПЗС в непрерывный видеосигнал, аппроксимирующий выходную импульсную последовательность, в полученном непрерывном видеосигнале фиксируют координату его максимума, соответствующую координате центра светового пятна от луча, падающего в данный момент времени на светочувствительную поверхностью ЛФПЗС относительно ее начала, определяют номер этого луча света и величину его смещения относительно начала отсчета.

отличающийся тем. что, с целью повышения достоверности путем получения абсолютного значения перемещения относительно начала отсчета за один цикл опроса ЛФПЗС при отсутствии ограничений на

скорость перемещения контролируемого

объекта до момента выполнения измерения,

, источники света осветительной линейки

включают в заданной последовательности,

0 по одному в каждом цикле опроса ЛФПЗС. прекращают перебор значений последовательности при фиксации видеосигнала в очередном цикле опроса, фиксируют текущее значение кода управления источниками

5 света, определяют по значению кода номер совпадающего со светочувствительной поверхностью ЛФПЗС источника света и определяют величину перемещения как сумму измеренной в данном цикле координаты ис0 точника света относительно начала светочувствительной поверхности ЛФПЗС и соответствующего данному номеру источника света смещения центра его светового пятна относительно начала отсчета,

5 2. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные осветительную линейку и линейный фоточувствительный прибор с зарядовой смесью (ЛФПЗС), расстояние между источ0 никами света осветительной линейки не превышает длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС, последовательно соеди- ненные генератор, блок двойной коррелированной выборки, к сигнальному

5 входу которого подключен выход ЛФПЗС, фильтр нижних частот, первый дифференцирующий блок, компаратор, широтно-им- пульсный модулятор, первый счетчик и вычислительный блок, соединенный дву0 направленной шиной с блоком памяти, а также второй счетчик, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, генератор соединен вторым выходом с вторыми входами широтно-импульсного

5 модулятора и первого счетчика и входом управления вычислительного блока, третьим выходом - с третьим входом широтно- импульсного модулятооа и групповым выходом-с входом управления ЛФПЗС, от0 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности за счет получения абсолютной величины перемещения при отсутствии ограничений на скорость перемещения контролируемого объекта до мо5 мента выполнения измерения, оно снабжено последовательно соединенными линиями задержки, вторым дифференцирующим блоком, триггером с раздельными входами и элементом И-НЕ. дешифратором, вход которого соединен с выходом второго счетчика, а каждый из выходов соединен с соответствующим выводом одного из источников света осветительной линейки, другие выводы источников света объединены и соединены с шиной питания, второй вход триггера с раздельными входами соеи

а) Импульс обратного хода

U

о) Bi/деоимпуль - сына бшоде ЛФПЗС

на бшоде ФНЧ6

г) Выходной сиг- k нал дифферент цирующего {. блока

д} Выходной и сигнал компаратора L

Vв У

е} Тактовые им-, лульсы на &й7- деШИМ-модулятора

яйимлульсыьлро лускония штА модулятора L

и) Так тобьte им- пульсы на 8хо- де счетчика fO

динен с выходом компаратора, выход элемента И-НЕ соединен со счетным входом второго счетчика, вход линии задержки и второй вход элемента И-НЕ объединены и соединены с вторым выходом генератора.

(димлульсы обратного хода

{ИЗыходнь/е импульсы /ш- ни и задержки

д)8ыхоЈные U импульсы компаратора

$ Выходные М,У лульсь/ дифференцирующего8локсг /7

д) Выход триггер а iB

$ Счетный и бход счетчика М

ж}Мзменение сое/паяния cve/rjt/vKo M

Шиг.З

г-4-V

S. к &

-- и

L-JI q & -j

/Р/

XI

Фи&4

cZ

dk

--,.

$№5