УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА И ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для бесконтактного измерения и контроля размера и положения протяженных изделий, например, труб, провода, волокна в процессе их изготовления.

Цель изобретения повышение информативности за счет одновременного измерения в двух сечениях.

На фиг. 1, 2 приведены функциональные схемы устройства; на фиг. 3 принципиальная схема блока разделения; на фиг. 4 блока формирования выходных кодов; на фиг. 5 временные диаграммы.

Устройство содержит оптически связанные последовательно установленные источник 1 света, конденсор 2, зеркало 3, направляющие свет на контролируемое изделие 4, объектив 5, оптический фильтр 6, причем, оптические оси конденсатора 2 и объектива 5 взаимно перпендикулярны и пересекаются, зеркало 3 установлено в плоскости, проходящей через точку пересечения и перпендикулярной плоскости, в которой расположены оптические оси конденсатора и объектива 5, под острым углом к ним; pазвеpтывающий фотоприемник 7, блок 8 опроса и управления, блок 9 обработки сигнала, блок 10 разделения, блок 11 формирования выходных кодов, тактирующий выход блока 8 опроса и управления соединен через шину 12 с тактирующими входами развертывающего фотоприемника 7 и блока 9 обработки сигнала, первый управляющий выход блока 8 через шину 13 связан с первыми управляющими входами фотоприемника 7, блока 10 разделения и блока 11 формирования выходных кодов, второй управляющий выход блока 8 связан через шину 14 со вторым управляющим входом фотоприемника 7, третий управляющий выход блока 8 связан через шину 15 с вторыми управляющими входами блоков 10 и 11, высокочастотный выход блока 8 через шину 16 связан с высокочастотным входом блока 1, выход фотоприемника 7 через шину 17 связан с информационным входом блока 8 обработки сигнала, выход которого через шину 18 связан с информационным входом блока 10 разделения, выходы которого через шины 19 и 20 связаны с информационными входами блока 11 формирования выходных кодов, выходы 21, 22, 23, 24 которого являются выходными шинами устройства, шина 13 является выходной шиной синхронизации.

Развертывающий фотоприемник 7 содержит, например, (фиг. 2) фотодиодную линейку (матрицу 25), регистры 26 и 27 сдвига стирания и считывания, тактовые входы регистра 26 и 27 подключены к шине 12, информационные входы подключены соответственно к шинам 13 и 14.

Блок 8 опроса и управления, например, содержит (фиг. 2) последовательно включенные генератор 28 тактовых импульсов, тактовый и высокочастотный выходы которого подключены соответственно к шинам 12 и 16, первый 29, второй 30 делители частоты, выходы которых подключены соответственно к шинам 15 и 13, блок 31 задержки, выход которого подключен к шине 14.

Блок 9 обработки сигнала, например, включает (фиг. 2) усилитель 32 видеосигнала, вход которого подключен к шине 17, а выход к информационному входу блока 33 выборки-хранения, тактовый вход которого связан с шиной 12, а выход подключен к входу фильтра 34 нижних частот, выход которого подключен к входам амплитудного детектора 35 и компаратора 36, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 35, а выход с шиной 18.

Развертывающий фотоприемник 7 служит для преобразования распределения яркости оптического сигнала в соответствующую совокупность электрических сигналов может быть выполнен на основе интегральных МДП-фотодиодных одно- и двумерных матриц.

Регистры 26 и 27 сдвига предназначены для обеспечения последовательного выбора и непосредственного считывания информации с фотоприемных элементов матрицы 25 и могут быть выполнены как на основе интегральных микросхем, так и изготовлены совместно с фотоматрицей по единой интегральной технологии, т. е. конструктивно могут быть выполнены на одной подложке.

Блок 8 опроса и управления предназначен для формирования тактовой (шина 12), первой (шина 13), второй (шина 14), третьей (шина 15), управляющих, а также высокочастотной (шина 16) импульсных последовательностей.

Генератор 28 тактовых импульсов предназначен для формирования и выдачи импульсных последовательностей для тактирования 26, 27 (шина 12), а также для заполнения сформированных измерительных интервалов импульсами высокой частоты (шина 16). Может быть выполнен, например, на основе стандартного кварцевого генератора.

Делители 29, 30 частоты предназначены для деления тактовой частоты в соответствующее число раз.

Блок 31 задержки предназначен для тактирования формирования сигнала запуска стирания (шина 14), задержанного относительного сигнала запуска считывания (шина 13) на заданный интервал времени. Может быть выполнен, например, в виде тактируемого одновибратора.

Усилитель 32 видеосигнала предназначен для усиления выходного сигнала фотоприемника 7 и может быть выполнен по стандартной схеме активного преобразователя тока в напряжение.

Блок 33 предназначен для выборки и хранения пикового (среднего) значения уровня видеосигнала.

Фильтр 34 нижних частот, выполненный, например, по стандартной схеме активного фильтра нижних частот второго порядка, предназначен для выделения видеосигнала из дискретизированного сигнала на выходе усилителя 32 видеосигнала. Формирование измерительных импульсов по интерполированному сигналу с выделением огибающей позволяет повысить точность измерения в 10-100 раз по сравнению с обработкой дискретизированного сигнала.

Амплитудный детектор 35 предназначен для формирования следящего порога компаратора 36 при выделении измерительных сигналов, пропорциональных размерным параметрам преобразуемого изображения, и может быть выполнен по известной схеме активного пикового детектора.

Компаратор 36 предназначен для формирования прямоугольного импульса, равного по ширине видеоимпульсу на выходе фильтра 34 при амплитуде 0,5 от максимальной.

Блок 10 разделения служит для разделения измерительных сигналов, соответствующих измеряемым величинам по первому и второму сечению контролируемого изделия 4. Блок 10 включает (фиг. 3) схемы 37, 38, совпадения, D-триггер 39, первые входы схем 37, 38 соединены с шиной 18 (выход компаратора 36), вторые входы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 39, вход установки "нуля" которого подключен к шине 13, тактирующий вход к шине 15, а информационный вход к шине питания, выходы схем 37 и 38 соединены с шинами 19 и 20 соответственно.

Блок 11 предназначен для формирования и выдачи на ЭВМ кодов, соответствующих измеряемым величинам, выполнен (фиг. 4) четырехканальным и включает D-триггеры 40, 41, 42, схемы 43, 44, 45, 46 И, 47, 48 ИЛИ, счетчики 49, 50, 51, 52, D-входы триггеров 40, 42 соединены с шиной питания, тактирующие входы связаны соответственно с шинами 19 и 20, входы установки "нуля" с шинами 12 и 15, выходы соединены с первыми входами схем 43, 36 И, вторые входы которых связаны с шиной 16, а выходы соединены с первыми входами схем 47, 48 ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами схем 44, 45 И, первые входы которых подключены соответственно к шинам 19 и 20, вторые входы связаны с выходом триггера 41, включенного в режиме деления на 2, тактирующий вход триггера 41 связан с шиной 16, выходы схем 47, 44, 45, 48 подключены к тактирующим входам счетчиков 40, 50, 51, 52 соответственно, входы установки "нуля" которых соединены с шиной 13, а выходы 21, 22, 23, 34 являются шинами выдачи информации устройства.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 света, сформированный конденсором 2, направляется на контролируемое изделие 4. При этом продольная ось изделия 4 перпендикулярна направлению распространения светового потока. Далее этот поток, частично затененный изделием 4, попадая на зеркало 3, установленное на пути потока под углом, например 45^о к направлению его распространения, отражается в направлении, перпендикулярном направлению основного светового потока, проецируется с помощью объектива 5 и оптического фильтра 6 на светочувствительную поверхность развертывающего фотоприемника 7. Таким образом формируется теневое изображение изделия 4 с первого сечения.

Одновременно часть светового потока попадает на зеркало 3, отражается от него направлении, перпендикулярном начальному направлению основного потока и падает на изделие 4. Теневое изображение изделия 4 с другого сечения одновременно с первым проецируется с помощью объектива 5 и оптического фильтра 6 на светочувствительную поверхность развертывающего фотоприемника 7.

Информационными параметрами являются ширина проекций теневого изображения изделия 4 на поверхности фотоприемника 7 и расстояния от центров этих проекций до начала или конца фотоприемника. Измерение этих величин производится путем оптоэлектронного преобразования полученных изображений, осуществляемого следующим образом.

Генератор 28 тактовых импульсов формирует две импульсные последовательности: высокочастотную (V 16, фиг. 5), низкочастотную тактовую (V 12, фиг. 5) (по сравнению с первой частота меньше в 10-100 раз, что может быть получено с помощью делителя частоты) которая подается на тактирующие входы регистров 26, 27 и блока 33 выборки-хранения. Делением частоты этого сигнала (делителями 29, 30) получается сигнал запуска считывания (V 13, фиг. 5), который поступает на информационный вход регистра 27 сдвига считывания, а также на вход блока 31 задержки. Импульсы с выхода блока 31, задержанные относительно входных импульсов запуска считывания на интервал времени Т_н накопления фотоприемной матрицы (V 14, фиг. 5), подаются по шине 14 на информационный вход регистра 26 сдвига стирания.

Таким образом, сформированы необходимые для опроса фотоматрицы 25 сигналы, подача которых на соответствующие входы фотоприемника 7 обеспечивает подачу "единицы" в регистр 26 стирания и продвижение ее вдоль регистра для приведения уровней сигналов ячеек фотодиодной матрицы 25 в исходное состояние; подачу "единицы" в регистр 27 считывания и продвижение ее вдоль регистра для последовательного подключения каждой фотодиодной ячейки матрицы 25 к выходу фотоприемника 7.

При продвижении "единицы" по регистрам 26 и 27 осуществляется последовательный опрос (стирание и считывание) каждой ячейки матрицы 25. При этом промежуток времени между подачей на матрицу 25 импульсов стирания и считывания определяет время накопления Т_н соответствующих фотоприемных элементов матрицы 25, а следовательно, ее чувствительность.

Теневое изображение контролируемого изделия 4 вызывает изменение уровня выходного тока ячеек матрицы 25, вследствие чего распределение выходных сигналов при считывании во времени пропорционально пространственному распределению интенсивности света по светочувствительной поверхности фотоприемника 7 (V 7, фиг. 5).

Считанный с ячеек матрицы 25 токовой сигнал с ее выхода подается через шину 17 на инвертирующий вход усилителя 32 видеосигнала, который преобразует токовые сигналы в соответствующие напряжения.

Дискретно-аналоговый видеосигнал с выхода усилителя 32 (V 32, фиг. 5) подается на вход блока 33 выборки-хранения, тактируемого импульсами с шины 12. На выходе блока 33 выделяется видеосигнал, дискретизированный по уровням сигналов с ячеек матрицы 25 (V 33, фиг. 5). Далее с помощью фильтра 34 нижних частот выделяется плавная интерполированная огибающая видеосигнала (V 34, фиг. 5), которая подается на один вход компаратора 36 и вход амплитудного детектора 35. На выходе компаратора 36 формируются прямоугольные импульсы (V 18, фиг. 5), равные по ширине видеоимпульсам на выходе фильтра 34 при амплитуде 0,5 от максимальной, что достигается установкой коэффициента передачи амплитудного детектора 35, равного 0,5.

Таким образом, сформированы измерительные сигналы, длительности которых пропорциональны размерам проекций изображения контролируемого изделия 4 в двух сечениях.

Сигнал с выхода компаратора 36 подается через шину 18 на первые входы схем 37, 38. На прямом выходе триггера 39 формируется из сигнала на С-входе (V 15, фиг. 5) единичный сигнал, действующий в течение первого полупериода опроса фотоприемнка 7. Этот сигнал подается на второй вход схемы 37, на выходе которой выделяется первый видеоимпульс, соответствующий размеру изделия 4 в одном сечении. Единичный сигнал с инверсного выхода триггера 39, действующий в течение второго полупериода опроса фотоприемника 7, подается на второй вход схемы 38, на выходе которой выделяется второй видеоимпульс, соответствующий размеру изделия 4 в другом сечении, перпендикулярном первому.

Сигналы с выходов блока 10 разделения через шины 19 и 20 поступают на входы блока 11 формирования выходных кодов: первый видеоимпульс на С-вход триггера 40 и один вход схемы 44 И, второй видеоимпульс на С-вход триггера 41 и один вход схемы 46 И. На выходе триггера 40 формируется импульс длительностью от переднего фронта первого видеоимпульса до конца первого полупериода опроса фотоприемника 7. Этот импульс с выхода схемы 43 И, заполненный высокочастотными импульсами, подается на первый вход схемы 47 ИЛИ. На второй вход схемы 47 ИЛИ с выхода схемы 45 И подается первый видеоимпульс, заполненный импульсами высокой частоты, деленной триггером 42 на 2 (V 45, фиг. 5). На выходе схемы 47 ИЛИ получается сигнал (V 47, фиг. 5), часть которого, равная по длительности первому видеоимпульсу, заполнена импульсами частоты вдвое ниже, чем остальная часть сигнала от заднего фронта первого видеоимпульса до конца полупериода опроса фотоприемника 7. Количество импульсов заполнения подсчитывается с счетчиком 49, код на выходе которого (шина 21) соответствует длительности интервала от середины видеоимпульса до конца первого полупериода опроса фотоприемника 7, что соответствует положению первого сечения изделия 4.

В счетчике 50 подсчитывается количество импульсов заполнения первого видеоимпульса с выхода схемы 45 И. Код на выходе счетчика 50 (шина 22) соответствует размеру изделия 4 в первом сечении.

Аналогично на выходах счетчиков 51 и 52 формируются коды, соответствующие размеру (шина 23) и положению (шина 24) изделия 4 в другом сечении.

Из-за разной частоты импульсов заполнения масштаб измерения размеров в два раза меньше масштаба измерения положения. Это должно быть учтено при дальнейшей обработке информации в ЭВМ.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение информативности за счет одновременного измерения в двух сечениях. Цель достигается тем, что формируют световой поток, разделяют сформированный световой поток на первый и второй потоки, направляют их на изделие с двух различных направлений, по которым получают два теневых изображения, проецируют их на развертывающий фотоприемник, преобразуют теневые проекции в электрические сигналы, определяют длительность видеоимпульсов этих сигналов и длительности временных интервалов от начала или конца развертки до центров видеоимпульсов, по которым судят о размере и положении изделия в двух сечениях. 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА И ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ, содержащее оптически связанные последовательно установленные источник света, конденсатор, а также объектив, оптический фильтр, развертывающий фотоприемник, блок опроса и управления, блок обработки сигнала, тактирующий, первый и второй управляющие выходы блока опроса и управления, соединенные соответственно с тактирующими, первым и вторым управляющими входами развертывающего фотоприемника, выход которого подключен к информационному входу блока обработки сигнала, управляющий вход которого связан с тактирующим выходом блока опроса и управления, блок формирования выходных кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности, оно снабжено плоским зеркалом, блоком разделения, информационный вход которого связан с выходом блока обработки сигнала, а выходы с информационными входами блока формирования выходных кодов, первый и второй управляющие входы блока разделения и блока формирования выходных кодов связаны соответственно с первым и третьим управляющими выходами блока опроса и управления, высокочастотный выход которого подключен к высокочастотному входу блока формирования выходных кодов, блок формирования выходных кодов выполнен четырехканальным, выход каждого канала является выходной шиной устройства, первый управляющий выход блока опроса и управления является выходом синхронизации устройства, блок разделения выполнен в виде триггера и двух схем совпадения, первые входы которых объединены и являются информационным входом блока разделения, вторые входы соединены с прямым и инверсным выходами триггера, R- и C-входы которого являются первым и вторым управляющими входами блока разделения, первый вход триггера подключен к шине питания, выходы первой и второй схем совпадения являются выходами блока разделения, конденсатор и объектив оптически сопряжены через плоское зеркало и установлены таким образом, что их оптические оси взаимно перпендикулярны.