Способ измерения положения границы объекта и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 04 С 01 В 2100 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДДЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьипение точности и гюмехозащищенности измерения путем устранения влияния на погрешность измерения рабочих одвещенностей, контраста объекта и механических колебаний основания и объекта Ътносительно фотопреобразователя. На фотопреобразователь 2 проецируют изображения жестко связанных между собой измеряемого и зталонного объектов. Блок 3 выделяет видеосигнал из импульсной последовательности на выходе фотопреобразователя 2 Полученный видеосигнал усиливается в 801472759 видеоусилителе 4 с регулируемым коэффициентом усиления и подается на аналоговый сумматор 5. Изменение коэффициента усиления видеоусилителя 4 и .смещения, подаваемого на второй входаналогового сумматора 5 с выхода цифроаналогового преобразователя 11, добиваются того, чтобы верхняя и нижняя границы видеосигнала находилисьсоответственно между верхними и нижними опорными уровнями, которые определены блоком 6 анализа видеосигнала. Блок 6 выделяет также Н(где И1, целое) информационныхуровней, на которых формируются временные интервалы от момента началаотсчета до пересечения видеосигналомсоответствующего информационногоуровня. Положение границы объектаопределяют, усредняя по М уровням вблоке 8 вычисления и управления полученную в блоке 7 разность количествимпульсов, заполняющих временные интервалы меяду одноименными фронтамиимпульсов видеосигнала. Генератор 1 Оимпульсных последовательностей вырабатывает импульсы, управляющие работой схемы. 2 с. и 2 з,п. ф-лы,4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения положения, перемещений, линейных размеров объекта.Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности измерения путем устранения влияния измерений рабочих освещенностей, контраста объ О екта и механических колебаний-основания и объекта относительно фотопреобразователя.На фиг,1 показаны формы видеосигналов измеряемого и дополнительного объектов; на фиг,2 - функциональная схема устройства, осуществляющего способ измерения положения границы объекта; на фиг,З - функциональная схема части устройства при измерении изменений размера объекта; на фиг.4 - функциональная схема блока обработки.Устройство для измерения положения границы объекта (фиг,2) содержит оптически связанные объектив 1 и Фотопреобразователь 2, последовательно соединенные блок 3 выделения огибающей импульсного сигнала, видеоусилитель 4, аналоговый сумматор 5, блок 6 анализа видеосигнала, блок 7 обработки, блок 8 управления и вычислений, регистратор 9, вход блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала подключен к выходу фотопреобразователя 2, генератор 10 импульсных последователь. ностей, выходами управления подключенный к управляющим входам фотопреобразователя 2, а выходом синхронизации - к управляющему входу блока 3 выделения огибающей импульсной последовательности, цифроаналоговый преобразователь 11 информационными входами, подключенный к первому порту вывода блока 8, а выходом - к второму входу аналогового сумматора 5, регистр 12, к входам которого подключены выходы сигналов превышения верхних и нижних опорных уровней блока 6 анализа видеосигнала, а выход связан с первым портом ввода блока 8, триггер 13 знака, 8-вход которого подклю чен к выходу превышения нижнего из верхних опорных уровней блока 6, а выход - к входу инверсии блока 7 обработки, входы сброса триггера 13 и блока 7 обработки соединены между Ы собой и подключены к выходу сигнала начатка периода измерения генератора 10 чмпульсных последовательностей,вход синхронизации блока 7 обработки подключен к выходу импульсов заполнения генератора 10 импульсных последовательностей, второй порт выводавычислителя 8 подключен к управляющим входам видеоусилителя 4. Для измерения размера объекта устройство (фиг.З) содержит дополнительный триггер 14 знака и дополнительный блок 15 обработки. Я-вход установки дополнительного триггера 1.4 знака подключен к выходу сигнала пересечения видеосигналом верхнего из нижних опорных уровней блока 6 анализа видеосигнала. Второй выход (выход стробов пересечения отрицательным Фронтом видеосигнала информационных опорных уровней) блока 6 анализа видеосигнала подключен к входу записи дополнительного блока 15 обработки. Вход сброса дополнительного триггера 14 знака объединен с входом сброса дополнительного блока 15 обработки и подключен к управляющему выходу (выходу сигнала начала периода измерения) генератора 10 импульсных последовательностей. Выход триггера 14 знака связан с входом инверсии до,полнительного блока 15 обработки, входом синхронизации подключенного к выходу импульсов заполнения генератора 10 импульсных последовательностей, а информационными выходами - к третьему порту ввода вычислителя 8. Блоки 7 и 15 обработки (фиг,4) могут содержать счетчик 16 номера импульса заполнения, счетный вход которого является входом синхронизации блока 7 (15) обработки, вход сброса - входом сброса блока 7 (15), регистр 17 номера импульса заполнения, информационными выходами подключенный к информационным выходам счетчика 16, блок 18 задержки, входом объединенный с входом записи регистра 17 и входом записи блока 7 (15) обработки, накапливающий сумматор 19, информационными входами объединенный с выходами регистра 17, вход инверсии которого является входом инверсии блока 7 (15) обработки, вход записи накапливающего сумматора 19 подключен к выходу блока 18 задержки, а информационные выходы служат ин-формационными выходами блока 7 (15) обработки.Устройство, осуществляющее способ измерения положения границы объекта, работает следующим образом (фиг,2).Объектив 1 создает на фотопреобра 5 зователе 2 с переносом заряда изображение основного и дополнительного объектов. Генератор 10 импульсных последовательностей вырабатывает уwравляющие сигналы для фотопреобразователя 2, импульсы синхронизации для блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала, сигнал начала периода измерения для триггера 13 знака и блока 7 обработки. Фотопреобразова, тель 2 преобразует изображение в видеоимпульсы, из которых с помощью блока 3 выделения огибающей импульсного сигнала выделяют видеосигнал. Этот видеосигнал усиливается видео- усилителем 4, коэффициент усиления . которого задается кодом, подаваемым на управляющие входы вычислителем 8. В аналоговом сумматоре 5 из выходного сигнала видеоусилителя 4 вычитается напряжение смещения, вырабатываемое аналого-циФровым преобразователем 11 по коду, задаваемому блоком 8.30Видеосигнал Б, (фиг. 1) с выхода аналогового сумматора 5 анализируется блоком б анализа видеосигнала.От момента времени В , совпадаю офщего с началом периода, измерения до 35 моментов времени пересечения видеосигналом информационных уровней формируют временные интервалы, которые измеряют, подсчитывая импульсы с частотой, равной или кратной регистро вой частоте фотопреобразователя,заполняющие временные интервалы. На Фиг.1 приведен эскиз формы видеосигнала с четырьмя информационными уровнями; с, - моменты времени 45 пересечения этих уровней положительным фронтом видеосигнала дополнитель" ного объекта, йцС, - моменты времени пересечения этих уровней положительным фронтом измеряемого объек та. Длины интерваловЛ"; +9 О 1 фгде 1 =1 4Сумма длин этих интервалов, выраженных количествами укладывающихся на них периодов импульсов заполнения соответствует (в определенном масштабе) расстоянию от левой гра" ницы дополнительного объекта до левой границы измеряемого объекта: А 14 9Ь; =, (;, -;)т.е, искомую сумму длин интервалов можно получить просуммировав измеренные в периодах частоты заполняющих импульсов моменты пересечения положительными фронтами видеосигналов измеряемого и дополнительного объектов информационных опорных уровней. Коды, соответствующие времени перс- сечения информационных опорных уровней видеосигналом измеряемого объекта, прибавляются к накопленной сумме, а дополнительного - вычитаются из нее. Для переключения знака слагаемого можно использовать момент временипересечения видеосигналом дополнительного объекта нижнего из верхних опорных уровней. При измерении размера объекта дополнительно отмечают моменты 1 пересечения отрицательным фронтом видеосигнала дополнительного объекта информационных опорных уровней и моменты СС, пересечения отрицательным фронтом видеосигнала измеряемого объекта информационных опорных уровней. Выделяют интервалы С = Ь с; - Е; ( = 6 9), суммируют их Й19 9м;=(;,-с,) =; с, -с;6 ; - 166Эта сумма может быть получена суммированием измеренных в периодах частоты заполняющих импульсов моментов времени пересечения информационных опорных уровней отрицательными фронтами измеряемого и дополнительного объектов. Причем коды, соответствующие моментам времени пересечения информационных опорных уровней измеряемьж объектом суммируют, а дополнительным объектом вычитают. Для переключения знака суммируемой величины используют момент времени пересечения видеосигналом дополнительного объекта верхнего из нижних опорных уровней. Расстояние между границами измеряемого объекта определяют, вычислив разность расстояний между одноименными границами измеряемого и дополнительного объектов.Информация о пересечении видеосигналом верхних и нижних опорных уровней записывается в регистр 12,откуда может быть прочитана блоком 8, Блок 8, задавая коды на управляющих5 147 входах видеоусилителя 4 и цифроанало. гового преобразователя 11, регулиру ет амплитуду видеосигнала и напряжение дополнительного смещения таким образом, чтобы видеосигнал пересекал 1 нижний из верхних и верхний из нижних опорных уровней и не пересекал самый нижний и самый верхний опорные уровни, Если эти условия выполняются, результаты измерений учитываются. В каждом цикле блок 8 проверяет выполнение указанных условий, читая содержимое регистра 12 и при необходимости корректирует усиление или напряжение смещение видеосигнала, задавая коды на управляющих входах видеоусилителя 4 и цифроаналогового преобразователя 11, В начале цикла измерения (Фиг.1, момент ,), сбрасываются триггер 13 знака и счетчик 16 импульсов заполнения в блоке 7 обработки,Счетчик 16 считает импульсы заполнения, В нем всегда содержится код текущего момента времени, отсчитанного от , . В моменты временипересечения видеосигналом от дополнительного объекта информационнь опорных уровней Формируются стробы записи, которые, поступая на вход записи регистра 17 (фиг.4), фиксируют в нем код текущего момента времени. После задержки в блоке 18 задержки строб поступает на вход записи накапливающего сумматора 19,На информациочных входах сумматора 19 в это время присутствует инверсный код момента превышения видеосигналом инФормационного опорного уровня, После превышения верхнего из информационных опорных уровней в сумматоре 19фнакапливается значение-. В мо 1= мент превышения видеосигналом нижнего из верхних опорных уровней триггер 13 знака. устанавливается в единичное состояние, сигнал с его прямого выхода поступает на вход инверсии регистра 17,переключая его на передачу прямого кода, В моменты Сй к накопленной сумме прибавляются прямые коды моментов Г.ц,11 превышения видеосигналом измеряемого объекта информационных опорных уровней, К моменту С превышения видеосигналом из 5меряемого объекта нижнего из верхних опорных уровней в накапливающем сум 20 Формула изобретения Способ измерения положенияграницы объекта, заключающийся в 40том, что проецируют изображение объекта на Фотопреобразователь сканирующего типа, преобразуют спроецированное изображение в импульс видеосигнала, усиливают его, анализируют полученный видеосигнал, сравнивая положение его верхней и нижней границ с положением верхних и нижних опорных уровней, регулируют усиление видеосигнала так, чтобы верхняя и нижняя границы видеосигнала находились между верхними и нижними опорными уровнями соответственно, формируют временной интервал от момента качала отсчета до фронта импульса 55 видеосигнала, заполняют полученныйвременной интервал счетными импульсами с частотой, равной или кратной частоте опроса фотопреобразователя,27596маторе 19 образуется величина4 14Ас1:( :которая, в определенном масштабе соответствует расстоянию от левой границы дополнительного объекта до левой границы измеряемого объекта,Блок 8 читает эту сумму, производитмасштабное преобразование и передаетрезультат в регистратор 9.В устройстве для измерения размера объекта (Фиг.3) ФормированиефсуммыИ, производится таким же15образом. Одновременно с помощью дополнительных триггера 14 знака и блока 15 обработки подсчитывается суммаи э;Е =1=б =б =6В этом случае учитываются моментывремени пересечения отрицательнымиФронтами видеосигнала дополнительного и измеряемого объектов информацион 25ных опорных уровней. После пересечения отрицательным фронтом видеосигнала измеряемого объекта верхнего изнижних опорных уровней блок 8 читает из блоков 7 и 15 обработки суммы,З 0 вычисляет их разность, выполняетмасштабное преобразование и передаетрезультат в регистратор 9, По полученной разности судят о размере измеряемого объекта,35и определяют положение границы объекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьппения точности и помехозащищенности, Формируют дополнительный импульс видеосигнала, полученный от эталонного объекта, жесткосвязанного с измеряемым, на И уровнях видеосигнала формируют временные интервалы от момента начала отсчета до одноименных фронтов импульсов видеосигнала, где И 1, М - целое,а положение границы объекта опреде-.ляют путем усреднения по И уровнямразности количеств счетных импульсов, заполняющих временные интервалына каждом из уровней,2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей2 Опутем обеспечения измерения нарядус положением объекта и его размера,определяют положение левой и правойграниц объекта, а размер объектаопределяют как разность между положением правой и левой его границ.3. Устройство для измерения положения границы объекта, содержащее оптически связанные. объектив и фотопреобразователь с зарядовой связью, ге нератор импульсных последовательностей, выходами управления подключенный к управляющим входам фотопреобраэователя, последовательно соединенные блок выделения огибающей импульсной последовательности и видеоусилитель, блок выделения огибающейимпульсной последовательности первымвходом подключен к выходу фотапреобразователя, а вторым - к выходу40синхронизации генератора импульсныхпоследовательностей, блок анализавидеосигнала, блок обработки, регист- .ратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что с целью повьппения точности и поУ45мехозащищенности, оно снабжено аналоговым сумматором, первым входомподключенным к выходу видеоусилителя,а выходом - к входу блока анализа видеосИгнала, цифроаналоговым преобразователем, выходом подключенным квторому входу аналогового сумматора,регистром, триггером знака, блоком управления и вычисления, управляющие входы видеоусилителя и цифроаналогового преобразователя подключены соответственно к первому и второму портам вывода блока управления и вычисления, третий порт вывода которого подключен к входу регистратора, а первый и второй порты ввода блока управления и вычисления соединены соответственно с информационными выходами регистра и блока обработки, первый выход блока анализа видеосигнала подключен к входу записи блока обработки, инверсный вход которого соединен с выходом триггера знака, вход сброса соединен с входом сброса триггера знака и с управляющим выходом генератора импульсных последовательностей, а вход синхронизации блока обработки - с выходом счетных импульсов генератора импульсных последовательностей, выходы сигналов превышения верхних и нижних опорных уровней блока анализа видеосигнала соединены с входами регистра, выход превьппения нижнего из верхних опорных уровней подключен к Б-входу триггера знака, а видеоусилитель вь.полнен с рег;лируемым коэффициентом усиления.4. Устройство по а.З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения измерения положения границы объекта также и размера объекта, оно снабжено дополнительными триггером знака и блоком обработки, блок управления и вычисления выполнен с тремя портами ввода, к третьему порту ввода подключень выходы дополнительного блока обработки сигнала, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации блока обработки,вход сброса - с входом сброса дополнительного триггера. знака и входом сброса блока обработки, вход записи - с вторым выходом блока анализа видеосигнала, инверсный вход с выходом триггера знака, Б-вход которого соединен с выходом превышения верхнего иэ нижних опорнь.х уровней, 14727591472759 7 М авитель В. Козлед Л.Сердюкова Редакт ректор С.Шекмар Ла к оиэводственно-издательский комбинат "Патент Ужгород, ул. Гагарина,1 Заказ 1699/40 Тираж 683 . одписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5