Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и надежности опредешения положения за счет исключения погрешностей от нестабильности скорости перемещения объекта и влияния его 6т&fbeHm (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„$0„„12 82 (51) 4 С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3835843/24-28 (22) 04.01.85 (46) 23.05.87. Бюл. Ф 19 (71) Вильнюсский государственный университет им. В.Капсукаса (72) А.Б.Дактарюнас, Д.Й.Кирвялис, В.А.Ванагас и Ю.Ю.Киселис (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1262282, кл. G 01 В 21/00, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ГРАНИЦЫ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и надежности определения положения за счет исключения погрешностей от нестабильности скорости перемещения объекта и влияния его от13 ражающих способностей. Источник 15 (модулированного) света расположен относительно главной оси объектива

1 под углом 8, выбранным так,чтобы освещалась поверхность объекта и фона, а угол между оптической осью источника 15 и нормалью к поверхности был больше B /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 присваиваются веса": 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 с с мгновенным 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 может быть использовано для определения положения границы объектов, например, при автоматизации производства кине- 5 скопов.

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;

15 на фиг. 3 — временные диаграммы на выходах блоков устройства; на фиг.4— блок-схема логического блока.

Устройство содержит обьектив 1, три фотоприемника 2 — 4, три идентичных канала, каждый из которых состоит из демодулятора 5 и умножителя 6, соединенных последовательно, сумматор 7, выпрямитель 8, накопи25 тель 9 максимального значения, пороговый блок 10, делитель 11 напряжения, компаратор 12, органичитель 13 по 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 2С 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 эле3 мента И ?0. Выходы эле»ентов И 20 и 21 подключены соответственно к первому и второму входам элемента

ИЛИ 22. Первые входы схс» 16 и 17 являются первым входом блока 14, второй вход схемы 16 и первый вход

5 схемы 23 являются вторым входом блока 14, вторые входы схем 17 и 23 являются третьим входом блока 14.

Сущность способа заключается в следующем.

Поверхность объекта и фона освещается световым потоком под углом

Р, обеспечивающим отсутствие регистрации зеркального отражения светового потока при всех возможных ориентациях поверхности объекта, т.е. так, чтобы угол между нормалью к поверхности объекта и лучами света бып больше 8/2, при этом полностью освещается поле зрения устройства, т.е. плоскость объекта и фон.

При освещении поверхности объекта яркость каждой точки изображения (фиг. 1) можно выразить:

13123

L = RIcos p где L â€, яркость каждой точки изображения; 30

I — интенсивность света, падающего на поверхность;

R — коэффициент диффузионного отражения поверхности; ц — угол между падающим лучом света и вектором нормали к поверхности.

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 I 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

R объект — фон, но и угол . Таким образом, граница объекта характери82 4 зуется резким псреходо» яркости на смежных участках изображения, полученного в результате освещения поверхности объекта и фона, и по резкому пространственному изменению амплитуд выделенных электрических сигналов в смежных участках поля зрения фор»ируется сигнал о положении границы объекта. При наличии других внешних источников света для формирования изображения може быть применен свет другого спектрального диапазона (например, инфракрасный) или модулированный.

Устройство работает следующим образом.

Источником 15 (модулированного) света освещается поле зрения устройства, плоскость объекта и фона. Проецируемое на фотоприемники 2 — 4 объективом 1 изображение преобразуется в переменные электрические сигналы, амплитуды которых пропорциональны коэффициенту диффузионного отражения поверхности. Перемещение границы объекта в поле зрения устройства вызывает резкие изменения яркости изображения на фотоприемниках 2 — 4, в результате чего амплитуды переменных сигналов меняются.

Напряжения с выходов фотоприемников

2 — 4 поступают на входы демодуляторов 5. Детектированные сигналы с выходов демодуляторов 5 поступают на входы умножителей 6. Умножителями

6 сигналам, поступающим от фотоэлектрических преобразователей, присваиваются определенные веса, например от центрального фоточувствительного элемента — вес (+2), от смежных 2 и

4 к этому — веса (-1), при этом сумма весов равняется нулю. Сигналы с выходов умножителей 6 поступают на входы сумматора 7. Таким образом, при равномерной яркости изображения на фотоприемниках 2 — 4 суммарный сигнал на выходе сумматора 7 равняется нулю, тем самым частично подавляются сигналы от синфазного изменения яркости изображения.

В результате перемещения границы объекта в поле зрения устройства, на выходе сумматора 7 формируется напряжение U (фиг. За), которое поступает на вход вьптря»ителя 8, на выходе которого формируется абсолютное значение напряжения 11 (фиг.Зб)

Сигнал Б поступает на вход порогового блока 10, на выходе которого формируется импульсное напряжение (фиг.Зв) для управления накопителем 9. Выпрямленное напряжение

Ug одновременно поступает на первый вход накопителя 9 максимального значения, которым запоминается максимальное значение сигнала U< на время, заданное импульсным напряжением, поступающим на второй (управляющий) вход накопителя 9 с выхода порогового блока 10. Часть максимального напряжения сигнала U с выхода де9 лителя 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

U и U> были равны вне пологого и участка напряжения U (может быть использован коэффициент деления 0,30,7 от максимального значения).

В результате сравнения напряжений U< и U на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал U (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 блока

14 поступает сигнал 0„ (фиг. Зе), характеризующий положительное изменение напряжения на выходе суммаН тора 7, на третий вход — сигнал U„> (фиг. Зж), характеризующий отрицательное изменение напряжения на выходе сумматора 7.

Логическим 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 — „4.

Логическая обработка импульсной последовательности позволяет избежать

12382 6 ложных срабатываний устройства из-за плавного изменения формы поверхности объекта, изменения расстояния до поверхности, так как синфазный сигнал сумматором 7 полностью не подавЛЯЕТСЯ.

Логический блок 14 работает следующим образом. !

Сигнал с первого выхода логического блока 14 поступает на первые

Входы схем 16 и 17 совпадения (фиг.4), на вторые входы которых через второй и третий входы блока 14 поступают

15 сигналы с соответствующих ВыходОВ ограничителя 13 по знаку. На выходе схем 16 и 17 совпадения выделяются импульсы, соответствующие определенному знаку напряжения на выходе сумматора 7. При положительном напряжении на выходе сумматора 7 схемой 16 совпадения 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 12 на выходе схемы 17 совпадения формируется сигнал, означающий, что имеется изменение напряжения на выходе сумматора 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 определенному

40 положению границы объекта в поле зрения устройства).

Триггеры 18 и 19 в исходное состояние (логического "0") переклю чаются сигналом, поступающим 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 Б„, (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.

2382

Зеркал ный пу с8

Юзека

7 131

Формула 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 шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения положения, освещают рабочую зону под углом g, обеспечивающим анализ диффузной составляющей отраженного потока, а регистрацию проводят в период времени, когда нормаль к поверхности объекта лежит в диапазоне 9С о е

2. 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 максимального значения, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, а второй — с выходом порогово,го блока, делитель напряжения, вход которого подключен к выходу накопителя максимального значения, компаратор, первый вход которого подключен к выходу делителя напряжения, а второй — к выходу выпрямителя, ограни10 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 фотоприемником,, установленным по ходу движения объекта, тремя умножителями, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, сумматором, входы которого соединены с выходами ум2О ножителей, выход сумматора соединен с входом выпрямителя и входом ограничителя по знаку, выход компаратора и выходы ограничителя по знаку подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического блока.

1312382

lip(Ц!Я е

ul3II—

Составитель Е. Глазкова.

Редактор В. Петраш Техред A.Êðàâ÷óê

Корректор А.Ворович

Заказ 1960/38 Тираж 678

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления Способ определения положения границы объектов и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к области измерительной техники

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении геометрических характеристик различных объектов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, техническим результатом при использовании изобретения является повышение быстродействия

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к интерферометрам перемещений

Изобретение относится к устройству для измерения размера периодически перемещающегося объекта, содержащему оптоэлектронный измерительный прибор, включающий в себя приемопередающие элементы, расположенные не менее чем в одной плоскости изменения, перпендикулярной продольной оси объекта, а также блок обработки, причем плоскость измерения измерительного портала ограничена не менее чем двумя измерительными балками, расположенными под заданным углом друг к другу

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, черной и цветной металлургии при производстве проката, в резино-технической и химической промышленности при производстве трубчатых изделий без остановки технологического процесса

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, черной и цветной металлургии при производстве проката, в резино-технической и химической промышленности при производстве трубчатых изделий без остановки технологического процесса

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах АСУ ТП промышленных предприятий

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах АСУ ТП промышленных предприятий

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах АСУ ТП промышленных предприятий
Наверх