Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления

(51) 4 С 01 В 21/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ У К АВТОР н- Целью венныиаирвялис,ч- лоо во СССР О, 1984 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНГРАНИЦЫ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к котрольно-измерительной технике.изобретения является повышениености и надежности опредеаенияжения за счет исключения погрештей от нестабильности скоростиремещения объекта и влияния его13 ражающих способностей. Источник 15 (модулированного) света расположен относительно главной оси объектива 1 под углом 6 , выбранным так,чтобы освещалась поверхность объекта и фона, а уголмежду оптической осью источника 15 и нормалью к поверхности был больше 6 /2, что обеспечивает пропорциочальность электрических сигналов Фотоприемников 2 - 4 коэффициенту диффузионного отражения поверхности объекта, Источником 15 света освещается плоскость объекта и фона. Перемещение границы объекта в поле зрения вызывает изменения амплитуды переменных сигналов на выходах фотоприемников 2 - 4, эти сигналы демодулируются, им присваиваютсявеса"; для сигналов от центрального фотоприемника (+2), от смежных 12382(-1), полученные сигналы суммируются, В результате вылрямления сигнала, поступающего с выхода сумматора 7, запоминания максимального значения и сравнения части максимального значения напряжения сигнала ссмгновенным значением выпрямленного сигнала формируются импульсные последовательности, Импульсы поступают на вход логического блока 14, которым из последовательности импульсов выделяется импульс, вызванный последовательным изменением яркости из-за перемещения границы объекта и соответствующий определенному положению границы в поле зрения, Логическим блоком 14 подавляются импульсы, вызванные другими причинами, например из-за плавного изменения яркости изображения, 2 с.п.ф-лы, 4 ил.Изобретение относися к контроль. но-измерительной технике и можетбыть использовано для определенияположения границы объектов, например,при автоматизации производства кинескопов.Цель изобретения - повышение точ-ности и надежности определения положения за счет исключения погрешностей от нестабильности скорости перемещения объекта и влияния его отражающих свойств,На фиг. 1 изображено взаимное размещение объектива и источника света;на фиг. 2 - блок-схема устройства;15на фиг. 3 - временные диаграммы навыходах блоков устройства; на фиг.4 -блок-схема логического блока.Устройство содержит обьектив 1,три Фотоприемника 2 - 4, три идентичных канала, каждый из которыхсостоит из демодулятора 5 и умножителя 6, соединенных последовательно,сумматор 7, выпрямитель 8, накопигтель 9 максимального значения, пороговый блок 10, делитель 11 напряжения, компаратор 12, органичитель 13по знаку, логический блок 14, источник 15 (модулированного) света.Сумматор 7, выпрямитель 8 и накопитель 9 максимального значения соединены последовательно, вход порогового блока 10 соединен с входом накопителя 9, а выход - с вторым входом накопителя 9, делитель 11 напряжения и компаратор 12 соединены последовательно. Первый вход накопителя 9 соединен с вторым входом компаратора 12, выход которого соединен с первым входом логического блока 14, второй и третий входы которого соединены с первым и вторым выходами ограничителя 13, вход последнего подключен к входу выпрямителя. Выходы умножителей 6 соединены с входами сумматора , а выходы фотоприемников 2 - 4 соединены с входами соответствующих демодуляторов 5.Логический блок 14 включает схемы 16 и 17 совпадения, триггеры 18 и 19, элементы И 2 С и 21, элемент ИЛИ 22 и схему 23 формирования времени анализа.Схема 16 триггер 18 и элемент И 20 соединены последовательно.Схема 17, триггер 19 и элемент И 21 так же соединены последовательно, выход схемы 23 соединен с вторыми входами триггеров 18 и 19, Первый вход триггера 18 соединен с вторым входом элемента И 21, а первый вход триггера 19 - с вторым входом эле3мента И О, Выходы элементов И 20и 21 подключены соответственно кпервому и второму входам элементаИЛИ 22, 11 ервые входы схем 16 и 17являются первым входом блока 14,второй вход схемы 16 и первый вход5схемы 23 являются вторым входом блока 14, вторые входы схем 17 и 23 являются третьим входом блока 14,Сущность способа заключается вследующем.Поверхность объекта и фона освещается световым потоком под угломР , обеспечивающим отсутствие регистрации зеркального отражения светового потока при всех возможных ориентациях поверхности объекта, т,е, так,чтобы уголмежду нормалью к поверхности объекта и лучами света быпбольше В/2, при этом полностью освещается поле зрения устройства, т,е.плоскость объекта и фон,При освещении поверхности объектаяркость каждой точки изображения(фиг. 1) можно выразить;25 13123 Ь = К 1 соз ,где Ь - яркость каждой точки изображения; 301 - интенсивность света, падающего на поверхность;К - коэффициент диффузионногоотражения поверхности;угол между падающим лучомсвета и вектором нормали кповерхности.Фиксируемые электрические сигналы пропорциональны яркости соответствующих фрагментов изображения, при этом амплитуды электрических сигналов, вызванных отраженным от поверхности объекта световым потоком, зависят от коэффициента диффузионного отражения поверхности. При наличии плоского объекта в поле зрения устройства интенсивность 1, угол постоянны или меняются плавно и резкие переходы яркости изображения обусловлены изменениями коэффициентов диффузионного отражения объект фон. Для трехмерных объектов амплитудное распределение выделенных электрических сигналов имеет более сложный характер, так как на границе объекта резко меняются не только коэффициенты диффузионного отражения К объект - фон, но и угол. Таким образом, граница объекта характери 82 4зуется резким переходом яркости насмежных участках изображения, полученного в результате освещенияповерхности объекта и фона, и по резкому пространственному изменениюамплитуд выделенных электрическихсигналов в смежных участках полязрения Формируется сигнал о положении границы объекта. При наличиидругих внешних источников света дляформирования изображения может, бытьприменен свет другого спектрального диапазона (например, инфракрасный)или модулированный.Устройство работает следующимобразом,Источником 15 (модулированного)света освещается поле зрения устройства, плоскость объекта и фона. Проецируемое на фотоприемники 2 - 4объективом 1 изображение преобразуется в переменные электрические сигналы, амплитуды которых пропорциональны коэффициенту диффузионногоотражения поверхности. Перемещениеграницы объекта в поле зрения устройства вызывает резкие измененияяркости изображения на фотоприемниках 2 - 4, в результате чего амплитуды переменных сигналов меняются.Напряжения с выходов фотоприемников2 - 4 поступают на входы демодуляторов 5, Детектированные сигналы свыходов демодуляторов 5 поступаютна входы умножителей 6. Умножителями6 сигналам, поступающим от фотоэлектрических преобразователей, присваиваются определенные веса, напримерот центрального Фоточувствительногоэлемента - вес (+2), от смежных 2 и4 к этому - веса (-1), при этом сумма весов равняется нулю. Сигналы свыходов умножителей 6 поступают навходы сумматора 7. Таким образом,при равномерной яркости изображенияна фотоприемниках 2 - 4 суммарныйсигнал на выходе сумматора 7 равняется нулю, тем самым частично подавляются сигналы от синфазного изменения яркости изображения.В результате перемещения границыобъекта в поле зрения устройства, навыходе сумматора 7 формируется напряжение 13, (фиг. За), которое поступает на вход вьптрямителя 8, навыходе которого формируется абсолютное значение напряжения 11 (фиг.Зб)Сигнал Бь, поступает на вход порогового блока 1 О, на выходе которогоформируется импульсное напряжение Г (фиг,Зв) для управления цакопителем 9. Выпрямленное напряжецие ТЛВ одновременно поступает ца первый вход накопителя 9 максимального зцачения, которым запоминается максимальное значение сигнала 0 на время, заданное импульсным напряжением,поступающим на второй (управляющий)вход накопителя 9 с выхода порогового блока 10. Часть максимальногонапряжения сигнала Б с выхода де 9лителя 11 напряжения поступает на второй вход компаратора 12 (фиг.Зг),на первый вход которого подается . мгновенное напряжение сигнала с вы,хода выпрямителя 8. Коэффициент деления делителя 11 напряжения выбирается таким образом, чтобы сравниваемые компаратором 12 напряжения Б, и Б были равны вне пологогоиучастка напряжения Б (может быть использован коэффициент деления 0,3- 0,7 от максимального значения).В результате сравнения напряжений Б и Бна выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал П (Фиг. Зд), передний фронт импульсов соответствует определенному положению изображения границы объекта на фотоприемниках 2 - 4, при этом время появления (точность определения положения) переднего фронта импуль-. сов в широком диапазоне не зависит от контрастности объект - фон, Последовательность импульсов с выхода компаратора 12 поступает на первый вход логического блока 14. Одновременно на второй и третий входы логического блока 14 поступают импульсные сигналы с выходов ограничителя 13 по знаку. На второй вход блока14 поступает сигнал 0 (фиг. Зе), характеризующий положительное изменение напряжения на выходе суммаН тора 7, на третий вход - сигнал Б (фиг. Зж), характеризующий отрицательное изменение напряжения на выходе сумматораЛогическим блоком 14 выделяется последовательность двух импульсов с противоположным знаком напряжения Б вызвавшего каждый импульс при этом продолжительность анализа ограничивается временем последовательного изменения яркости изображения на поверхности фотоприемников 2 в ,4, Логическая обработка импульсной последовательности позволяет избежать 12382 6ложных срабатываний устройства из-заплавного изменения Формы поверхности объекта, изменения расстояния доповерхности, так как синфазный сигнал сумматором 7 полностью не подавляется,Логический блок 14 работает следующим образомСигнал с первого выхода логического блока 14 поступает на первыевходы схем 16 и 17 совпадения (фиг.4),на вторые входы которых через второйи третий входы блока 14 поступают15 сигналы с соответствующих вхдограничителя 13 по знаку, На выходесхем 16 и 17 совпадения выделяютсяимпульсы, соответствующие определенному знаку напряжения на выходе сумматора 7. При положительном напряжении на выходе сумматора 7 схемой 16совпадения формируется импульс, который поступает на первый вход триггера 18, переключая его в состояние логической "1", тем самым переключая элемент И 20 в состояние готовности. При поступлении следующего импульса с выхода компаратора 12на выходе схемы 17 совпадения формируется сигнал, означающий, что имеется изменение напряжения на выходесумматора 7 противоположного знака.Импульс с выхода схемы 17 поступает на второй вход элемента И 20, который с выхода данного элемента через элемент ИЛИ 22 поступает на выход (Фиг.Зи) логического блока 14(передний фронт данного импульса соответствует точному определенному40положению границы объекта в поле зрения устройства),Триггеры 18 и 19 в исходное состояние (логического "0") переключаются сигналом, поступающнм с выхода схемы 23 Формирования времени анализа. Схема 23 в результате логического преобразования напряжений с выходов ограничителя 13 по знаку и задержки заднего фронта импульсного напряжения формирует импульсный сигнал П (фиг.Зз), продолжительность которого соответствует продолжительности последовательного изменения освещенности на фотоприемниках 2 - 4, Триггеры 18 и 19 управляются через первый вход только при наличии уровня логической "1" на вторых входах, поступающего с выхода схемы 23, 7 1 З 1Формула изобретения 1, Способ определения положения границы объектов, заключающийся в том,что освещают рабочую зону, анализируют отраженный световой поток, по изменению которого определяют положение границы объектов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности определения положения, освещают рабочую зону под углом Я, обеспечивающим анализ диффузной составляющей отраженного потока, а регистрацию проводят в период времени, когда нормаль к поверхности объекта лежит в диапазоне 9 С р) - .о ВГ2. Устройство для определения положения границы объектов, содержащее оптически связанные источник света, объектив и два фотоприемника, размещаемые последовательно по ходу движения объектов, выпрямитель, .пороговый блок, вход которого соединен с выходом выпрямителя, накопитель 2382максимального значения, первый входкоторого соединен с выходом выпрямителя, а второй - с выходом порогово,го блока, делитель напряжения, вход5 которого подключен к выходу накопителя максимального значения, компаратор, первый вход которого подключенк выходу делителя напряжения, а второй - к выходу выпрямителя, ограни 10 читель по знаку и логический блок,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и надежности определения положения границы,оно снабжено третьим фотоприемникомустановленным по ходу движения объекта, тремя умножителями, входы которыхсоединены с выходами соответствующих фотоприемников, сумматором, входы которого соединены с выходами ум 20 ножителей, выход сумматора соединенс входом выпрямителя и входом ограничителя по знаку, выход компаратора и выходы ограничителя по знакуподключены соответственно к первому,второму и третьему входам логического блока,1312382 Ие Составитель Е, Глазкова,Редактор В. Петраш Техред А.Кравчук орович оррек писное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгор Проектная, 4 аказ 1960/38 Тира ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж678 Поенного комитета СССРтений и открытий Раушская наб., д. 4/5