Устройство для определения пространственных изменений объектов решетчатой структуры

 

Изобретение относится к оптическим методам контроля, в частности изменений объектов решетчатой структуры, например намотанной на решетку пряжи. Одновременно с освешением измеряемого объекта цветным излучением, а эталонного объекта излучением , цвет которого является дополнительным до белого к первому излучению, и выявлением изменений измеряемого объекта по цветности фрагментов совмещенного изображения , формируют фурье-спектр измеряемого объекта в плоскости, не соосной с плоскостью совмеш.енного изображения. С помощью установленной в плоскости фурьеспектра диафрагмы, состоящей из трех непрозрачных заслонок, перекрывают зоны, соответствующие фурье-спектру эталонного объекта, и регистрируют остаточную энергию фурье-спектра измеряемого объекта с помош,ью фотоприемника, расположенного непосредственно за диафрагмой. 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С: (21) 4030396/28-25 (22) 26.02.86 (46) 07.07.88. Бюл. № 25 (71) Центральный научно-исследовательский институт промышленности лубяных волокон (72) М. И. Суровягин, О. В. Рожков, В. В. Живетин, А. П. Тимашов, М. В. Горохов и Л. Н. Тимашова (53) 628.94 (088.8) (56) Ebersole F. Optical image subtraction.—

Opt. Eng., 1975, ч. 14, № 5, р. 436 — 447.

Авторское свидетельство СССР № 1104887, кл. G 01 С 11/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ

ОБЪЕКТОВ РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к оптическим методам контроля, в частности изменений

„„SU„„1408372 А 1 (sD 4 б 01 N 33 36 21 88 объектов решетчатой структуры, например намотанной на решетку пряжи. Одновременно с освещением измеряемого объекта цветным излучением, а эталонного объекта излучением, цвет которого является дополнительным до белого к первому излучению, и выявлением изменений измеряемого объекта по цветности фрагментов совмещенного изображения, формируют фурье-спектр измеряемого объекта в плоскости, не соосной с плоскостью совмещенного изображения. С помощью установленной в плоскости фурьеспектра диафрагмы, состоящей из трех непрозрачных заслонок, перекрывают зоны, соответствующие фурье-спектру эталонного объекта, и реги"трируют остаточную энергию фурье-спектра измеряемого объекта с помощью фотоприемника, расположенного непосредственно за диафрагмой. 2 ил.

1408372

Изобретение относится к средствам оп{тической обработки информации и может быть использовано для контроля изменений ,объектов с решетчатой структурой, в част,>ности в текстильной промышленности для контроля поверхности пряжи.

Цель изобретения — повышение производительности и объективности процесса оонаружения изменений объектов.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — диафрагма, устанав- 10 ливаемая в плоскости частотного фильтра.

Устройство содержит источник 1 света, два диаметрально противоположных канала — измерительный и эталонный, и после15 довательно установленные в каждом канале конденсор 2, зеркало 3, поворачивающее оптическую ось на 90, цветные светофильтры 4 v 55, кадровое окно 6 объекта и объектив 7, полупрозрачное зеркало

8 в измерительном канале, расположенное 20 за объективом 7 и поворачивающее оптическую ось на 90, полупрозрачное зеркало 9 для совмещения изображений контролируемого и эталонного об.ьектов, экран 10, диафрагму 11, расположенную в измерительном канале за полупрозрачным зеркалом 8, в плоскости изображения источника света на одной оси с объективом 7, и фотоприемник 12, расположенный непосредственно за диафрагмой. При этом диафрагма выполнена в виде набора жестко связанных непрозрачных заслонок, централь ная из которых расположена соосно с объек { тивом 7, а центры других заслонок по(парно симметричны относительно централь ной заслонки.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемый объект и эталонный объект с одинаково ориентированной решетчатой и структурой устанавливают в кадI„(х, y, i>,) = 1(Х) circ (— — -), с(Р

50 где P — коэффициент увеличения изображения источника света;

I (> ) — спектральное распределение интенсивности излучения источника света;

g5 d„— диаметр светящегося тела источника света; где I„(x, у л) — распределение интенсивности излучения с длиной волны л в изображении источника света при отсутствии объекта; — символ преобразования

Фурье;

6 — дельта-функция Дирака;

® — символ свертки; — коэффициенты ряда Фурье, Ъ характеризующие величину энергии в q-м порядке дифракции (q-й составляющей фурье-спектра ); а -- расстояние от задней главной плоскости об.ьектива до плоскости фурье-спектра. ровые окна б измерительного и эталонного каналов соответственно и с помощью источника 1 света, конденсоров 2, зеркал 3 и цветных светофильтров 4 и 5 освещают излучениями, окрашенными в дополнительные (до белого) цвета. Объективы 7 формируют окрашенные в дополнительные цвета изображения эталонного и измеряемого объектов, которые с помощью полупрозрачных зеркал 8 и 9 совмещают на экране 10, в результате чего формируют совмещенное изображение.

Одновременно с формированием совмещенного изображения формируют пространственно-частотный спектр (фурье-спектр) контролируемого объекта в плоскости, расположенной на одной оси с объективом 7 с помощью полупрозрачного зеркала 8.

Установленная в плоскости фурье-спектра диафрагма 11 перекрывает зоны, соответствующие фурье-спектру эталонного объекта.

Наличие изменений в измеряемом объекте по сравнению с эталонным изменяет пространственное распределение энергии фурьеспектра контролируемого объекта, и энергию, не перекрытую диафрагмой, регистрируют фотоприемником 12.

При этом, при решетчатой структуре объекта его амплитудный коэффициент пропускания имеет вид

1() = А + В Р(2ч Д) где А — постоянная величина;

 — коэффициент модуляции решетки;

F — функция распределения амплитудного коэффициента пропуска ния решетки; — координата плоскости объекта, перпендикулярная линиям решетки;

v» — пространственная частота решетки.

Распределение интенсивности в плоскости (х, у) фурье-спектра имеет вид

При круглой форме равнояркого светящегося тела источника света распределение интенсивности излучения с длиной волны л в изображении источника имеет вид

1408372

Таким образом, фурье-спектр объекта с решетчатой структурой имеет вид дискретного набора изображений источника света, образованных излучением с длиной волны Х, симметричных относительно центрального изображения на расстоянии

1 х=q k. 1)о аПри немонохроматическом источнике света в каждом порядке q (кроме q = О) имеется набор изображений источника, образованных излучениями в диапазоне Ь..З, выделяемом цветным светофильтром измерительного канала.

Положение центров дифракционных изображений источника света относительно оптической оси при немонохроматическом излучении определяется выражением

1 —— g(i+ > ). vo а/2, где Ь и Ь вЂ” верхняя и нижняя границы спектрального диапазона излучения источника.

Размеры дифракционных изображений источников определяются следующим образом: продольный размер

bq= q(h — B)voа+ поперечный размер

d=d. °

При наличии в структуре измеряемого объекта дополнительных включений, например, в виде элементов круглой формы или в виде произвольно ориентированных линий, в частотной плоскости дополнительно формируется фурье-спектр этих элементов.

Для элементов круглой формы с коэффициентом пропускания

t(р) = circ(р/Йр), гаер = Л + q, dKp — диаметр круглого фрагмента; (5 n) — координаты плоскости объекта, имеем распределение интенсивности в плоскости фурье-спектра, симметричное относительно оптической оси:

1(г; л) = 1(Х) circ () ®

® (21 i (dкр г) /(с(кр-r) j где 1 — функция Бесселя первого рода первого порядка.

Для элемента в виде произвольно ориентированной линии

t(p) = rect (- — ), где d„поперечный размер линии, распределение интенсивности фурье-спектра ориентировано в направлении, перпендикулярном ориентации линии и имеет вид

I(r; a) = 1(Х)circ (-,"- — ) ® sine (d„r).

И ф

Положение 1о первого нуля относительно оптической оси в распределении интенсивности фурье-спектра круглого элемента при источнике света размером д„определяется выражением

5 "Р д„Д 1,22Ха

10 =

2 а для элемента в виде линий

à = — "

d„ f Ха (1л

10 длина b и ширина d заслонок равны соответственно

30 bq — — q(4 — G ) vo-a + d„P ц

d = d (I.

При этом размеры фотоприемника 12, расположенного непосредственно за диафрагмой 11, должны обеспечивать регистрацию энергии фурье-спектра одиночных элементов по крайней мере до первого нулевого значения энергии, т.е. диаметр фотоприемника равен

Рф ) 2 = d.. P + 2 1,22 а/dÜ, 40 где Й вЂ” поперечный размер наименьшего элемента структуры контролируемого объекта. Отсюда находится количество N пар симметричных заслонок диафрагмы:

N = Рф/2Л -aVo.

При полной идентичности измеряемого и эталонного объектов фурье-спектр измеряемого объекта полностью перекрывается диафрагмой, и сигнал, снимаемый с фотоэлемента, отсутствует. Наличие изменений в измеряемом объекте, например появление каких-либо включений в структуре решетки в виде произвольно ориентированных одиночных элементов, приводит к изменению пространственного распределения энергии в спектре измеряемого объекта по сравнению с эталонным. На дискретное распределение фурье-спектра решетки накладывается непрерывное распределение фурье-спектра элементов. В результате часть энергии фурьеспектра измеряемого объекта, а именно часть

При этом на расстояниях- - или 1,22).а /d«p а сосредоточено до 84% йолной энергии спектра элемента.

Исходя из этого в плоскости фурьеспектра контролируемого объекта перекрывают зоны, соответствующие составляющим фурье-спектра эталонного объекта.

Для этого используют диафрагму, размеры и форма заслонок которой совпадает с

20 распределением энергии фурье-спектра эталонного объекта, причем центр средней заслонки совпадает с оптической осью объектива, а центры попарно симметричных заслонок удалены от оптической оси на расСТОЯНИИ

1„= с1 (Ь + > ) o- a /2, 1408372 (lf .ðãèè, характеризующую изменения измешх!ого объекта по сравнению с эталон>!м и не перекрытую диафрагмой, регист-! ру!от фотоприемником, сигнал с которопропорционален этим изменениям.

Таким образом, обнаруживают изменения ъектов с помощью фотоэлектрической гистрации изменений пространственного спределения энергии фурье-спектра контлируемого объекта.

При этом форму и пространственное 10 ложение изменений определяют по форме положению цветных фрагментов совмеенного изображения. ротным зеркалом в плоскости частотного спектра, совпадающей с плоскостью изображения источника света, а фотоприемник установлен непосредственно за диафрагмой, при этом диафрагма выполнена в виде набора жестко связанных непрозрачных заслонок, центральная из которых расположена соосно с оптической осью, а центры других заслонок, попарно симметричных относительно центральной, расположены на расстоянии от оптической оси, равном р н р г<

fä = q (G + h ) vo. aI/2, длина и ширина заслонок равны соответственно

Ь, = ц(Ь + 7) о-а + АР;

Формула изобретения

d= d„P, гдел и Ь—

v0—

d„—

q= 1,2,3...—

4, ) 7

< gall

+Ф— и юг.2

Составитель В. Варнавский

Редактор Е. Папи Текред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 3307/49 Тираж 847 Подписное

ВНИИП!! осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугвская наб., д. 4/5

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

Устройство для определения пространс венных изменений объектов решетчатой с. руктуры, содержащее источник света и р сположенные диаметрально противопол жно относительно него измерительный и 20 э алонный каналы, в каждом из которых и следовательно по ходу луча расположены к нденсор, цветной светофильтр, кадровое окн объекта и объектив, а также поворотн е зеркало в измерительном канале, пол прозрачное зеркало в эталонном канале и общий для обоих каналов экран, отлич юи4ееея тем, что, с целью повышения прои водительности и объективности определ ния изменений, в устройство дополнительи введены диафрагма и фотоприемник, 30 и воротное зеркало выполнено полупрозрач0 !м, причем диафрагма установлена на опти-!, ской оси измерительного канала за. пово-! верхняя и нижняя границы спектрального диапазона, выделяемого светофильтром измерительного канала; пространственная частота эталонного объекта; расстояние от задней главной плоскости объектива измерительного канала до частотной плоскости; диаметр светящегося тела источника света; коэффициент увеличения изображения источника света; номер пары симметричных заслонок относительно центральной заслонки.