Устройство для измерения линейного размера объекта

(19) 1)5 6 0 1/00 ИДЕТЕЛЪСТВУ АВТОРСКОМ твен нов рноруднь й и зне ллургии " ъединение металлуретических епрчермеА.И.Ск, 1982,М шленно 1 ч. 5,с,54) УСТРОЙСТВО Д НЕЙНОГО РАЗМЕРА 57) Изобретение отн 1 ой технике. Цель из Я ИЗМЕОБЬЕКТА сится кбретени ЕНИЯ П змеритель - повыше ГОСУДАРСТВЕННЪИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР. по автоматизации гогичес ких и редп рият 1объектов черной метатавтоматика"(56) Электронная пром7, с. 82-85.Метрология, 1984 ние точности измерения эа счет уменьшения нестабильности преобразования, Иэображение объекта 13 переносится оптическим блоком 5 на линейный прибор 4 с зарядовой связью (ПЗС), Генератор 1. счетчик 2 и блок 3 управления формируют сигналы управления ПЗС 4. Блок б аппроксимации аппроксимирует ступенчато изменяю(цийся сигнал, снимаемый с ПЗС 4, Аппроксимация видеосигнала осуществляется блоком 10 временной задержки, резистивным делителем 11 напряжения и многовходовым аналоговым коммутатором 12, управляемым счетчиком 8. Амплитудный дискриминатор 9 формирует временной интервал, связанный с диаметром объекта 13. Временной интервал преобразуется в двоичный код с помощью счетчика 7. 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации контроля геометрических параметров изделий бесконтактными оптоэлектронными методами.Известны измерители, состоящие измногоэлементных линейных фотопреобразователей и счетчика, в которых размер определяется по количеству импульсов, превышающих пороговый уровень. Их недостатком является большая погрешность вследствие дискретного расположения фотоячеек, достигая 3-5 расстояний между ячейками, Известен также измеритель, в котором с целыю уменьшения погрешности из-за дискретности видеосигнал пропускается через фильтр нижних частот. Однако этот прием не уменьшает, а в реальных условиях даже увеличивает погрешность измерения в связи с появлением запаздывания сглаживающего видеосигна ла относительно исходного ступенчатого, причем степень запаздывания зависит от крутизны фронта видеосигнала и его положения на линейном фотоприемнике.Наиболее близким к предлагаемому является измеритель, содержащий оптическую систему, многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, схему управления линейным фото- преобразователем, подключенное к выходу линейки сглажива 1 ощее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, компаратор и счетчик, счетный вход которого соединен с задающим генератором, управля.,ощий вход компзратора подключен к выходу сглаживающего устройства,Недостатком прототипа является низкая точность вследствие большой нестабильности работы сглаживающего устройства, выполненного в виде последовательно соединенных импульсного дифференциатора и интегратора, так как даже при малейшем изменении коэффициента усиления сглаженного устройства, из-за большого количества элементов (до 2000) линейно сглаженный видеосигнал начинает существенно отличаться от исходного. Возникают перекосы уровней черного и белого относительно первоначального, точки срабатывания в компараторе перемещаются по фронту видеосигнала, Появляющаяся ошибка вследствие отклонения срабатывания амплитудного дискриминатора относительно середины фронта видеосигнала в десятки раз больше выигрыша от уменьшения дискретности. 25 30 35 40 45 50 55 Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения нестабил ьности.. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фотопреобразователь, последовательно соединенные генератор, делитель частоты, блок управления многоэлементным линейным фотопреобразователем, выход которого соединен с управляющим входом многоэлементного линейного фотопреобразователя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный дискриминатор, первый счетчик, счетный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу амплитудного дискриминатора, дополнительно введен второй счетчик, счетный и установочный входы которого подключены соответственно к выходу генератора и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки видеосигнала, вход которого подключен к выходу многоэлементного линейного фото- преобразователя, резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого подключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и многовходового аналогового коммутатора, входы которого подключены к крайним и остальным выводам резистивного делителя напряжения, общий выход многовходового аналогового коммутатора соединен с входом амплитудного дискриминатора, управляющие входы многовходового аналогового коммутатора подключены к выходам второго счетчика.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - вариант блока временной задержки; на фиг. 4 - осциллограммы, поясняющие последовательность работы блока временной задержки,Устройство содержит задающий генератор 1, дслитель 2 частоты, схему 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем, многоэлементный линейный фотопреобразователь 4, оптическую систему 5, блок б аппроксимации, первый счетчик 7, второй счетчик 8, амплитудный дискриминатор 9. Блок 6 аппроксимации состоит из блока 10 временной задержки видеосигнала, резистивного делителя 11 напряжения и многовходового аналогового коммутатора 12. Выход задающего генератора 1 соединен с входами делителя 2 частоты, первого счетчика 7 и второго счетчика 8. Выход делителя 2 частоты соединен с входом схемы 3 управления45 50 многоэлементным линейным фотопреобразователем и установочным входом счетчика 8. Схема 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем подключена к многоэлементному линейному фото- преобразователю 4, его выход соединен с входом блока 10 временной задержки видеосигнала. Крайние отводы резистивного делителя 11 напряжения подключены соответственно к входу и выходу блока 10 временной задержки видеосигнала. Информационные входы многовходового аналогового коммутатора 12 соединены с отводами резистивного делителя 11 напряжения. Выход многовходового аналогового коммутатора 12 через амплитуднь 1 й дискриминатор 9. связан с управляющим входом первого счетчика 7. Количество отводов резистивного делителя 11 напряжения, включая крайние отводы, равно коэффициенту деления .делителя 2 частоты и емкости второго счетчика 8. Обраэуощие резистивный делитель 11 напряжения резисторы равны между собой. Амплитудный дискриминатор 9 обеспечивает формирование видеосигнала на среднем уровне фронта. Контролируемое иэделие 13 находится в поле зрения оптической системы 5.Измеритель работает следующим обра-. зом.Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы 01, частоты 1 поступающие на делитель 2 частоты на й, где М - целое число, Импульсы 02 после делителя 2 частоты поступают на схему 3 управления многоэлементным линейным фотопреобразователем 4, частота опроса элементов которого составляет таким образом Г/И. Ступенчатый видеосигнал 04, несущий информацию об освещенности изображения контролируемого обьекта 13, формируемого оптической системой 5, поступает на блок 10 временной задержки, Время задержки равно периоду опроса элементов многоэлементного линейного фотопреобразователя К/1. Второйсчетчик 8 и ри поступлении на его установочный вход импульса 02 с делителя 2 частоты, например, в момент т 1 устанавливается в исходное положение, при этом сигналы 02 зв виде двоичного кода, поступающие на адресный вход многовходового аналогового коммутатора 12, устанавливают его также в исходное положение (фиг. 1, замкнут крайний правый ключ). Затем по мере приходаимпульсов 01 на счетный вход счетчика 8 код на выходе счетчика 8 Оз меняется, и многовходовый аналоговый комл 1 утатор 12 поСледовательно подключает отводы резистивного делителя 11 напряжения к амплитудному дискриминатору 9. Поскольку на 5 10 15 20 25 30 35 правом конце резистивного делителя 11 напряжения имеется задержанный видеосигнал 01 о, а на левом - исходный видеосигнал О, то при последовательиои опросе отводов резистивного делителя 11 напряжения на выходе многовходового аналогового коммутатора 12 будет образовываться ступенчатое линейно изменяющееся напряжение Ов, проходящее через точки А и Б скачкообразного изменения исходного видеосигнала. Количество ступенек, приходящихся на один элемент многоэлементного линейного фотопреобразователя 4, равно й. При появлении следующего импульса 02 в момент 2 многовходовый аналоговый коммутатор 12 вернется в исходное положение, на выходе многоэлементного линейного фотопреобразователя 4 появится напряжение, соответствующее освещенности следующего элемента, на выходе блока 10 временной задержки - напряжение, существовавшее на его входе в предшествующем такте, и процесс формирования линейно изменяющегося напряжения между точками Б и В повторится, После достижения сглаженным видеосигналом в момент та порогового уровня, т,е. середины фронта видеосигнала, амплитудный дискриминатор 9 срабатывает. В исходное положение амплитудный дискриминатор 9 возвращается в моментпересечения порогового уровня задним фронтом сглаженного видеосигнала. За время и - сз существования импульса йв на выходе амплитудного дискриминатора 9 первый счетчик 7 подсчитывает количество пришедших с зада:ощего генератора 1 импульсов. Их количество пропорционально размеру контролируемого изделия,Цифровая часть предлагаемого устройства может быть реализована с использованием стандартных схемотехнических примеров на цифровых стандартных ИМС, В качестве многоэлементного линейного фотопреобразователя могут быть применены фотодиодные линейки, линейки на ПЗС, фоторезисторные линейки и другие фотоприемники, что свидетельствует о простоте реализации предлагаемого устройства, Более конкретно рассмотрим блок 10 временной задержки. На фиг. 3 изображен вариант блока 10 временной задержки, который включает две схемы 14, 15 выборки и хранения, состоящие иэ ключей 16, 17, запоминающей емкости С и повторителя 18. схему 19 управления ключами, два ключа 20 и 21.Блок 10 временной задержки работает следующим образом,С многоэлементного линейного фото- преобразователя 4 на 1024 элемента с помощью сигналов со схемы 3 управлениямногоэлементным линейным фотопреобразователем (фиг, 1) сформированный видеосигнал(фиг. 4.1) поступает одновременно на схему 19 управления ключами и на схему 14, 15 выборки и хранения (фиг. 3), Схема 19 управления ключами выделяет из видеосигнала синхронизирующие импульсы и преобразовывает их в сигналы для четных и нечетныхэлементов (фиг. 4.2, 3) многоэлементного линейного фотопреобразанателя 4, В мо" мент времени 11 положительный импульс четных сигналов (фиг. 4.3) открывает ключи 16, 17 н схеме 15 выборки и хранения и клепач 20 (фиг. 3). В течение времени (фиг, 4.3) в схеме 15 выборки и хранения происходит запоминание на конденсаторе С (фиг. 3) амплитуды В (фиг, 4.1) видеосигнала, а запомненная амплитуда А видеосигнала со схемы 14 выборки и хранения через открытый ключ 20 поступает на резистивный делитель 11 напряжения (фиг, 3).В момент времени 12 с многоэлементного линейного фотопреобразавателя 4 (фиг, 1) поступает синхронизирующий импульс (фиг, 4,1), а положительный импульс нечетных сигналов открывает ключи 16, 17 в схеме 14 выборки и хранения и ключ 21 (фиг. 3). В этот момент импульсы(фиг. 4.5) на счетчик 8 (фиг. 1) не поступают, счетчик 8 находится в нулевом состоянии, а многонходавый аналоговый коммутатор 12 (фиг, 1) через открыгыйключ 21 подключен к схеме 15 выборки и хранения. В момент времени 13 в схеме.14 выборки и хранения (фиг. 3) зайаминается амплитуда С видеосигнала (фиг, 4.1), а многовходовый аналоговый коммутатор 12 при помощи счетчика 8 подключается последовательна,к разным контактам реэистиннага делителя 11 напрякения (фиг, 1), На выходе многовхаданога аналогового коммутатора 12 (фиг. 1) амплитуда видеосигнала с уровня В плавно увеличится до амплитуды С (фиг.4.6). Блок 10 временной задержки задерживает видеосигнал (фиг. 4,4)на один период.Благодаря тому, что на входе и выходе блока 10 ваеменнай задержки образуется напряжение видеосигнала ат соседних элементов многоэлементного линейного фотопреобраэователя 4, а резистинный делитель 11 напряжения подключен параллельно блоку 10 временной андеркки, то сглаженный видеосигнал всегда проходит через точ ки скачкообразного изменения исходного видеосигнала независимо от изменения параметрон схемы, При этом форма видеосигнала сохраняется, обеспечивается срабатывание амплитудного дискриминатора 9 на среднем уровне фронта, Таким образом уменьшается погрешность от дискретности и повышается точность измерения.Технический эффект заключается н следуащем: повышается точность измерения, уменьшаются габариты, масса и стоимость, упрощаются наладка и обслуживание, понышаетс качество продукции, уменьшается объем ручного труда. Формула изобретенияУстройство для измерения линейного размера объекта, содержащее оптически связанные оптический блок и многоэлементный линейный фатапреабразанатель, по 20 следовательно соединенные генератор, делитель частоты и блок управления, выход которого соединен с управля 1 ащими входами многоэлементного линейного фотопреобразавателя, блок аппроксимации видеосигнала, амплитудный дискриминатор, первый счетчик, счетный и упранляощий входы которого падклачены соответственна к выходу генератора и выхоа а щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения нестабильности преобразования, оно снабжено вторым счетчиком, счетный и 35 установочный нходь 1 которого подклачены соответственна к выходу генератора и выходу делителя частоты, блок аппроксимации выполнен в виде блока временной задержки нидеасигнала, вход которого подклачен к выходу многоэлементного линейного фото 40 преобразователя, реэистиннага делителя напряжения, крайние выводы катарага подключены соответственно к входу и выходу блока временной задержки видеосигнала и мнагавхадовога аналогового коммутатора,входы которого падюначены к крайним и остальным выводам резистиннаго делителя напряжения, выход многанходоного аналогового коммутатора соединен с входом амплитудного дискриминатора, управляющие входы мнаганходанага аналогового коммутатора падклачены к выходам второго счетчика,30 ду амплитудного дискриминатора, а тл и ч1758431 0 Г. 9. Редактор А.Маковск ГКНТ СССР роизводственн Заказ 2990 ВНИИПИ Госуд оставитель В,Ободанехред М,Моргентал Корректор А,Ворови Тираж Подписное венного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1