Бесконтактный способ определения положения кромки предмета

 

БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ ПРЕДМЕТА, заключающийся в получении теневой проэкции предмета на расположенном в плоскости изображения о&ьектива сканирующем фотопреобразователе,например дискретном на приборе с зарядовой связью, преобразовании теневой проекции в видеоимпульс и определении измеряемого размера по положению фронта видеоимпульса, отличающ-и и с я тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности измерения, видеоимпульсы интегрируют по .крайней мере в пределах его фронта, измеряют амплитуду видеоимпульса , определяют положение фронта относительно конца интервала по отношению величины полученного интеграла к амплитуде видеоимпульса, измеряемый размер определяют как сумму положения фронта .относительно конца (Л интервала и оставшейся части видео- , импульса.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 01 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ." ::, :Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ - @:,"-,.у. (21) 3222726/18-21 (22) 12; 12. 80 (46) 23.01. 84. Бюл. М 3 (72) И.А.Аронов и Э.Ш.Зельман . (71) Всесоюзный ордена Ленина научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (53) 621 ° 374(088.8) (56) 1. Илефельдт Ю, Копинен Г.-И., Гаппе В., Вреде В. Йепрерывные измерения ширины горячекатанной полосы на входе травильной установки.- - Черные металлы, 1977,9 44, с.9-12.

2. Патент С(11А Р 38&2302, кл. 23592, 1975. (54)(57) BECKOHTAKTHblA СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ ПРЕДМЕТАс заключающийся.в получении теневой проекции предмета на расположенном в плоскости иэображения объектива сканирующем фотопреобразователе,например дискретном на приборе с зарядовой связью, преобразовании теневой проекции в видеоимпульс и определении измеряемого размера по положению фронта видеоимпульса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности H помехозащищенности измерения, видеоимпульсы интегрируют по,крайней мере в пределах его фронта, измеряют амплитуду видеоимпульса, определяют положение фронта относительно конца интервала по отношению величины полученного интеграла к амплитуде видеоимпульса, измеряемый размер определяют как сумму Я положения фронта .относительно конца интервала и оставшейся части видео-, импульca.

1068702

Изобретение относится к измери".: тельной технике и может быть испольэовано, например, для бесконтактного измерения линейных размеров проката.

Известен способ измерения .линейных размеров проката, основанный на создании с помощью объектива теневой проекции предмета в плоскости изображения и измерении координат проеекции дискретным фотоэлектрическим преобразователем (ДФП) (1 .

Недостатком данного способа является низкая точность и низкая помехо10 защищенность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, заключающийся в получении теневой проекции предмета на расположенном в плоскости изображения объектива сканирующем фотопреобразо- 20 вателе, например дискретном на приборе с зарядной связью (ПЗС), преобразовании теневой проекции. в видиоимпульс и определении изменяемого размера по положению фронта видеоимпульса. Положение фронта видеоимпульса определяют положением соответствующего засвеченного элемента, при этом засвеченным считается тот элемент, амплитуда которого превышает уровень, выбранный с учетом соотноше5 строке, а также низкая помехоустойчи- З5 ния полезного и шумового сигналов(23.

Недостатками такого способа являются предельная точность, определяемая дискретным шагом элементов в вость к импульсным помехам по фронту видеоимпульса.

Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности измерения.

Поставленная цель достигается тем,40 что согласно бесконтактному способу определения положения кромки предмета, заключакщемуся в получении теневой проекции предмета на расположенном в плоскости изображения объектива45

На фиг. 1 изображена зависимость освещенности сканирующей линии сплошного фотопреобразователя; на фиг. 2зависимость освещенности вдоль ска- 65 сканирующем фотопреобраэователе, например дискретном на приборе с зарядовой свяЗью, преобразовании теневой проекции в видеоимпульс и определении измеряемого размера по положению 50

Фронта видеоимпульса, видеоимпульсы интегрируют по крайней мере в пределах его фронта, измеряют амплитуду видеоимпульса, определяют положение фронта относительно конца интервала интегрирования по отношению величины полученного интеграла к амплитуде видеоимпульса, измеряемый размер определяют как сумму положения фройта относительно конца интервала и оставшейся части видеокмпульса.

ХТ

3 ()(X ) 1 ХК

1 1

ХК

)„ «" " (" -" >" (X Х J ХК

I илк

Из уравнения (1 ) получаем координату кромки

ХК

f<(x)dX

Н

Хф1= ХХ (2) Величина интеграла в выражении (2) при неизменной форме и длительности фронта - величина постоянная и, следовательно, смещение кромки на величину )Х приведет к такому же смещению Х„ и Хф„. Как видно кз уравнения (2), координата ХФ не зависит от длительности интервала Т.

При изменении освещенности все координаты fÄ(X) изменяются в upas, т.е,,и f(Х) = f2 (Х), соответственно

А2= А1. Начало и конец фронта, а также длительность интервала T остаются теми же. Тогда

К К Хк

$ Е (Kldx J Xxf (xgdx (3) нирующей линии дискретного фотопреобраэователя; на фнг. 3 — блок-схема устройства реализующего предлагаемый способ измерения.

На фиг. 1.сплошной линией показана зависимость %(x) освещенности предмета в плоскости изображения вдоль сканирующей линии преобразователя (осб Х). Если фотопреобразователь сплошной, то этот же график будет изображать собой видеокмпульс (при линейном фотопреобраэователе), А1 - амлитуда видеосигнала, Х вЂ” начало фронта видеоимпульса, Хk — конец фронта видеоимпульса.

При интегральной оценке положения координаты на оси Х берется интервал, начало которого совпадает с началом фронта Хн, а длительность Т несколько больше длительности фронта, -при этом координата Х = Хн+ T ) Х„. Проинтегрируем видеоймпульс в пределах длительности интервала T и возьмем отношение полученного интеграла 3„ к амплитуде A2 ° Площадь интегрирования на фиг. 1 показана штриховкой.

Она равна площади прямоугольника с высотой A „ и некоторой шириной (Х вЂ”

Хф1), которая может служить мерой положения кромки предмета.

1068702

Таким образом координата Х „не зависит от изменения освещенности и. амплитуды видеоимпульса.

Как видно иэ уравнения.(1 ) получение интегральной сценки связано с определением координаты Хн начала фронта. Можно значение Хн выбрать ранее действительного начала фронта, так как значение f„(X) до начала фронта равно О. Можно начало интегирования определять по уровню отсечки например, у„„(фиг. 1) в точке 0,т.е.

Хн = Хо . Если уровень отсечки брать пропорциональным амплитуде A>, то при ее,изменении (кривая f2 (Х) пересечение уровня отсечки „ с кривой

f2 (Х) в точке 0 будет на той же координате X p . При этом все рассуждения и полученные формулы остаются справедливыми, только вместе Х следует брать значение Xz и от него же следует отсчитывать интервал Т.

В случае .сплошного фотопреобразователя интегральная оценка положения кромки обеспечивает те же метрологические характеристики, что и привязка на пропорциональном уровне. Учитывая, что схемная реализа- . ция интегральной <щенки сложнее, чем привязка на пропорциональном уровне, интегральную оценку для сплошных преобразователей следует использовать в случаях наличия высокочастотных помех на фронте, так как при интегрировании высокочастотной помехи ее влияние на точность измерения существенно уменьшается.

Преимущество интегральной сценки положения кромки предмета выявляется при использовании дискретных фотопреобразователей. На фиг. 2,а показано распределение освещенности вдоль линии измерения на предмете при трех различных положениях кромки

А,В,С. Расстояние между положениями

А и С равно одному дискрету ДФП (с учетом масштаба объектива), положение В является промежуточным. На фиг. 2,6 для этих положений показано распределение освещенности (наклонные линии а,в,с в плоскости изображения вдоль сканирукщей линии

ДФП) . Ha фиг. 2,в для каждого положения показано распределение амплитуд видеоимпульса с соответствукщих номеров ямеек.

При интегральной оценке каждому промежуточному положению кромки соответствует свое значение интеграла, которое, будучи отнесено к амплитуде A видеоимпульса, может служить мерой положения кромки предмета. Длительность интервала интегрирования Т здесь удобно определять путем отсчета .заданного количества ячеек, например пяти ячеек на фнг. 2,6. Значение интеграла меняется от своего минимального до максимального значения постепенно при движенин кромки в пределах одного дискрета из положения A в положение С, при этом начало интегрирования приходится на третью ячейку. При дальнейшем смещении кромки sa положение

С появляется сигнал во второй ячейке, интегрирование начинается со второй ячейки и значение интеграла

30 скачком изменяется с максимального а минимальное.

При обратном движении кромки на границах дискретов интеграл скачком меняется с максимального значения

15 до минимального.

Устройство для .осуществления предлагаемого способа (фиг. 3) измеряет положение кромки предмета

1. Оио содержит объектив 2, проецирующий предмет 1 в плоскость Изображения, где расположен сканирующий фотопреобразователь 3, например

ДФП на ПЗС. Генератор 4 тактовых импульсов обеспечивает синхронизацию работы устройства. Устройство снабжено блоком .5 вндеоимпульса и подключенными к нему и связаннымы друг с другом блоком 6 определения амплитуды видеоимпульса, блоком 7 формирования интервала интегрирования и вычислительным блоком 8, состоящим из интегратора

9, запоминакщего устройства 10, счетчика 11, делителя 12 и сумматора 13. знаку или иному признаку).. В част50 ности, этот импульс может проходить вообще по отдельному каналу. Нуле-. вым импульсом устройство приводится в исходное состояние.

Блок .5 выделения видеоимпульса выдает импульсы прямоугольной формы с амплитудой, пропорциональной освещенности ячейки с соответствующим номером дискрета фотопреобразователя.

Положение фронта видеоимпульса несет информацию об измеряемом размере. Амплитуда вндеоимпульса A определяется и запоминается блоком 6 (например, пнк-детектороьг или схемой

60 выборки и хранения) .

Устройство работает следукицим образом.

-Объектив 2 проецирует предмет 1 в плоскость изображения на фотопре40 обраэователь 3, при этом диапазон перемещения кромки уменьшается (c учетом масштаба) на длине фотопреобраэователя. Сннхрониэирующий тактовый генератор 4 выдает пол +1 импуль.

45.сов основной ностоянной частоты в такте, где n — число дискретов фото- .

° преобразователя. Каждый нулевой импульс в такте отличается от остальных (например, по амлитуде, форме, 1068702

1 2

Блок 7 формирования интервала интегрирования определяет начало интегрирования (например, по появлению первого импульса) и задает длительность интервала интегрирования. Длительность интервала интегрирования закладывается (или выбирается) на основании данных о характере видеосигнала для конкоетного объекта.

Вычислительный, блок 6 своим интегратором 9 ведет интегрирование им- 10 пульсов фронта, получаемых из блока

5, при этом интегратор управляется импульсами из блока 7.

По окончании интегрирования величина запоминается в запоминающем 15 устройстве 10.

После окончания интегрирования последнего импульса в интервале интегрирования счетчик 11 подсчитывает все последующие импульсы до конца такта от генератора 4. управление ведется блоком 7 по второму . выходу.

В последующем такте делитель 12 определяет отношение Э/А, которое является мерой положения кромки по отношению к концу интервала интегрирования. Величина отношения 3/A добавляется в определенном масштабе к подсчитанному числу импульсов от генератора 4. Полученная сумма s сумматоре 13 определяет положение кромки относительно крайней ячейки.

Работа устройства описана применительно к дискретному фотопреобразо вателю, но его схема может быть использована и для сплошного фотопреобразователя.

Предлагаемый способ выгодно отличается от,известных способов опреде1ления положения кромки предмета,так как позволяет повысить точность измерения за счет уменьшения влияния помех,а при использовании ДФП, кроме того,определять положение кромки внутри дискре та;

1068702 фиг 5

Составитель С.Николаев

Редактор Н.Лазаренко Техред В.далекорей КорректорИ.Эрдейи

Заказ 11444/33 Тираж 591 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4