Способ измерения линейных перемещений

(511 4 С 01 В 21/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРБЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Павлодарский индустриальный институт(56) Скрибанов Е.В., Гришин М.П. и др. Устройство для измерения линейных перемещений. - Измерительная техника, 1983, У 11, с. 13-15, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕ 11 НЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности, обусловленной неравномерностью светочувствительности ячеек прибора 3 с зарядовой связью. Линейный фоточувствительный прибор 3 с зарядовой связью (ЛФПЗС), жестко связанный с контролируемым объектом, перемещают вдоль неподвижной осветительной линейки 1, испускающей перпендикулярнь к направлению перемещения равноотстоящие друг от друга лучи света так,чтобы при любом перемещении ЛФ 113 С 3на его светочувствительную поверх"ность падал бы по крайней мере одинлуч. Получают непрерывный видеосиг"нал, аппроксимирующий выходную импульсную последовательность ЛФ 113 С 3,определяют с помощью дифференцирующего блока 7 и нуль-компаратора 8координаты вершин колоколообразныхимпульсов в полученном непрерывномвидеосигнале, являющиеся координатамицентров световых лучей, падающих наЛФПЗС 3 относительно его начала. Выбирают опорный луч и определяют расстояние от него до начала отсчетас помощью измеренных и запомненныхна этапе калибровки расстояний междусоседними лучами, вычисляя разностьмежду координатами опорного луча относительно начала отсчета и началаЛФПЗС 3, находят искомую координат 9начала ЛФПЗС 3 относительно началаотсчета. 3 ил.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьиспользовано для измерения линейныхперемещений.Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности, обусловленной неравномерностью светочувствительности ячеек ПЗС, 10На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующегопредлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения Бблоков 5-8; на фиг. 3 - схема, поясняющая реализацию способа,Устройство, реализующее способ,содержит осветительную линейку 1,в которой с шагом Ь имеются отверстия с размещенными внутри них источниками 2 света, например светодиода;ми, линейный фоточувствительный при бор 3 с зарядовой связью (ЛФПЗС),жеетко связанный с контролируемымобъектом, генератор 4, блок 5 двойной 25коррелированной выборки, фильтр 6нижних частот, дифференцирующий блок7, нуль-компаратор 8, два широтноимпульсных .модулятора 9 и 10, двасчетчика 11 и 12 импульсов, вычислительный блок 13 и блок 14 памяти.Источники 2 света осветительнойлинейки 1 формируют световой потокв направлении, перпендикулярном направлению перемещения объекта. Расстояние между двумя любыми соседнимиисточниками 2 света не превышает длины светочувствительной поверхностиЛФЦЗС 3. Сформированные источникамисвета лучи направляются на светочувствительную поверхность ЛФПЗС 3.способ осуществляетСя следующимобразом,Перед началом измерений перемещений нумеруют по порядку лучи, измеряют и запоминают расстояния междуцентрами соседних лучей ЬЬ ;задают максимальное допустимое смещение цобъекта за один цикл опроа ЛФПЗС 3, которое должно быть, меньше половины расстояния между двумя любыми соседними лучами, так какф иначе будет потеряна определенностьположения ЛФПЗС 3 относительно Осветительной линейки 1. Затем устанавливают середину ЛФПЗС 3, против одного из лучей, номер которого запоминают как исходное значение номера копорного луча, осуществляя тем самым привязку контролируемого объекта косветительной линейке 1.Затем при измерении перемещенийЛФПЗС 3 относительно начала отсчетаили при задании начала отсчета осуществляют циклический опрос ЛФПЗС 3, а в каждом цикле преобразуют последовательность выходных видеоимпульсов ЛФПЗС 3 в непрерывный видеосигнал, аппроксимирующий выходную импульсную последовательность. В полученном непрерывном видеосигнале определяют координаты вершин колоколообразных импульсов относительно начала ЛФПЗС 3, которые будут являться координатами центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3, относительно его начала. Среди этих лучей выбирают опорный луч данного цикла, в качестве которого выбирают луч, координата 1 которого относительно начала ЛФПЗС 3 меньше отличается от координаты какой-то фиксированной точки ЛФПЗС 3, например, его середины, Затем находят смещение д координаты 1 опорного луча в данном цикле относительно координаты 1 опорного луча в предыдущем цикле и путем сравнения най денной величины смещения 4 с заданным максимальным допустимым смещением д определяют номер 1 луча, выбранного в качестве опорного в данном цикле, а также определяют его координату 1 относительно началаотсчета, Так, если Ь д мцксто это означает, что в данном цикле в качестве опорного выбран луч, который являлся опорным и в предыдущем цикле, поэтому в этом случае номер 1 опорного луча и координату 1опорного луча относительно начала отсчета оставляют в данном цикле неизменными. Если же дд, то при допустимой скорости перемещения это означает, что в качестве опорного луча в данном цикле выбран луч, соседний с опорным лучом предыдущего цикла, Чтобы выяснить какой именно, с меньшим или большим на единицу номером, проверяют выполнение еще Одного условия, Если /д+Л/( д(где Ь к - расстояние между -М н 1+1-М лучами), то это означает, что опорным выбран луч, имеющий номер на единицу больше, а поэтому увеличивают на шаг Ь к координату 1опорного луча и на 1 номер 1 опорного луча; Если же ока- жетсЯчтоД +Ь к(Д д сто кООРДи3 146210 нату 1уменьшают на расстояние между Е-м и 1-м лучами, а номеропорного луча уменьшают на 1, Затем после определения координаты 1, опор 5 ного луча относительно начала отсчета, зная его координату 1 относительно начала ЛФПЗС 3, находят искомую координату 1 начала ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета как разность 1-1 (см.фиг.3). Начало отсчета может быть задано в любом цикле опроса ЛФПЗС 3 после выбора опорного луча путем установления координаты 1 , равной координате 1.15Обоснование действий при определении номера и координаты опорного луча состоит в следующем.Пусть 1 =1 -1 - искомая координата начала ЛфПЗС 3 относительно начала отсчета в 1-м цикле опроса ЛФПЗС, 1 и 1 - координаты опорного луча соответственно относительно начала Ьотсчета и начала ЛФПЗС в 1-м цикле.25 Тогда для д+1-го цикла в зависимости от того, выбран ли опорным прежний опорный луч или один из двух соседних, справедливо одно из следующих равенств:+301 к 1 О 1Ф=1 ок1Найдем абсолютную величину перемещения ЛФПЗС 3 для каждого из этихтрех возможных случаев:(.1" -1/:/1 -1" +Ь/;40Поскольку величина / 1 -1/ перемещения ЛФПЗС 3 за один цикл не долж на превышать", то должно выполняться одно из следующих условий:1 / -мс кс/,-(- макс50 где Е 1 1- величина смещения координаты опорного луча данного цикла относительно координаты опорного луча предыдущего цикла (обе координаты берутся .относительно начала ЛФПЗС). При определении номера опорноголуча достаточно проверить выполнениеодного или двух указанных условий. 3П р и м е р, При перемещении ЛФПЗС 3, жестко связанного с контролируемым объектом, вдоль осветительной линейки 1 на него будут падать лучи от источников света 2, которые расположены друг от друга с таким шагом Ь чтобы при любых перемещениях ЛФПЗС 3 на его светочувствительную поверхность падал хотя бы .один луч. Блок 5 двойной коррелированной выборки и фильтр 6 преобразуют после" довательность выходных видеоимпульсов ЛФПЗС 3 в непрерывный видеосигнал, в котором с помощью дифференцирующего блока 7 и нуль-компаратора 8 определяются моменты появления вершин колоколообразных импульсов, соответствующих центрам световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 (см. фиг,2). Широтно-импульсные модуляторы 9 и 10 путем заполнения высокочастотной импульсной последовательностью временных интервалов от начала опроса ЛФПЗС 3 до появления фронтов соответственно первого и второго импульсов с нуль-компаратора 8 и счетчики 11 и 12 определяют координаты центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 1относительно начала ЛфПЗС 3. Используя значения этих координат иизмеренные на этапе калибровки устройства расстояния между центрамисоседних лучей Ь Ь ,вычислительный блок 13 осуществляет всеостальные операции предложенного способа, т.е. выбирает опорный луч,определяет его номер 1 и его расстояние 1 щ от начала отсчета, а затемискомое расстояние 1 начала ЛФПЗС 3относительно начала отсчета (см.фиг, 3). Контролируемая скорость перемещения при времени опроса ЛФПЗС 1 мс может достигнуть 4 м/с. Формула изобретения Способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что перемещают линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС),. связанный с контролируемым объектом, осуществляют циклический опрос ЛфПЗС, определяют величину перемещения в каждом цикле опроса ЛФПЗС, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, до начала измерений устанавливают осветиВН ВФ 7 1 осовак Корректор В Гирня Составитель Техред А, Кра дактор М.Андрушенко Заказ 661/37 Тираж 683 Подписное9 НЯИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Т СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгоро Гагарина, 10 5 4621 тельную линейку, формирующую перпен" дкулярные к направлению перемещения объекта и направленные на светочувствительную поверхность ЛФПЗС лучи света, расстояния Ь между которыми не5 превьппают длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС, задают максимально допустимое перемещение Ь , объекта за один цикл опроса ЛФПЗС из со О отношения д, (Ь/2, определяют начальное значение номера опорного луч 4 света относительно начала ЛФПЗС путем совмещения середины светочувствительной поверхности ЛФПЗС с соответствующим лучом света осветительнсй линейки, затем в процессе измерений относительно начала отсчета перемещают ЛФПЗС вдоль осветительной линпйки, в каждом цикле опроса ЛФПЗС преобразуют последовательность выходньх видеоимпульсов в непрерывный ви, деосигнал, аппроксимирующий выходную ийпульсную последовательность, в по 03 6лученком непрерывном видеосигналефиксируют координаты его максимумов,соответствующих координатам центровлучей света, падающих в данный моментвремени на светочувствительную поверхность ЛФПЗС относительно ее начала, выбирают в качестве опорного луча данного цикла опроса ЛФПЗС лучсвета, координата 1 которого меньшеотличается от координаты серединысветочувствительной поверхности ЛФПЗС,сравнивают координату 1 опорного лучаевета данного цикла опроса с коордийьтой опорного луча предыдущего циклаопроса и определяют величину их смещения Ь, определяют номер опорноголуча света данного цикла опроса путемсравнения величины Ь и Ьопределяют его координату 1, относитель- .но начала отсчета, с учетом 1и 1вычисляют координату начала ЛФПЭС относительно начала отсчета, по которойопределяют величину перемещения.