FI82984B - Foerfarande foer tredimensionell maetning av foeremaol. - Google Patents

Description

82984 Ί Menetelmä kohteen kolmiulotteiseksi mittaamiseksi Förfarande för tredimensionell mätning av föremal 5

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kohteiden kolmiulotteista mittaamista varten näitä kohteita siirrettäessä mittauskehyksen läpi kohteen tilavuuden laskemiseksi sen korkeuden, leveyden ja pituuden differentiaalimittausten avulla. Tilavuudella tarkoitetaan tässä yh-,|q teydessä sekä kuutiotilavutta että ympärystilavuutta.

US-patenttijulkaisun 3 513 444 mukaisesti tunnetaan järjestelmä tiettyä liikerataa pitkin siirtyvän kohteen tilavuuden määritystä varten. Kohteen tilavuus lasketaan mittaamalla sen korkeus ja leveys kunkin ^ differentiaalisen välimatkan osalta, jonka kohde kulkee siirtosuunnassa. Kunkin mittauksen yhteydessä tulee siten lasketuksi kohteen diffe-rentiaalitilavuus. Signaali ilmoittaa, että kohde on siirtynyt sanotun differentiaalisen välimatkan kulkusuunnassaan, kun siirtolaitteen käy-töjärjestelmään liitettävissä oleva pulssigeneraattori on lähettänyt 2q tietyn määrän laskuripiirin laskemia pulsseja. Kohteen kokonaistilavuus saadaan siten näiden differentiaalitilavuusmittausten summana. Tässä tunnetussa järjestelmässä käytetään useita samansuuntaisia valonsäteitä vaaka- ja pystysuorassa suunnassa. Vaaka- ja pystysuorien säteiden valolähteitä vastapäätä on asetettu yhtä suuri määrä valokenno-2g ja. Niiden valokennojen määrä valokennostossa, jotka eivät vastaanota valoa, määrittää siten mitattavan kohteen korkeuden ja leveyden kyseisessä kohdassa. Tämä laskettu tilavuus merkitsee mainitun patenttijulkaisun mukaisesti todellista tilavuutta, kun taas kohteen siirtoon liittyvässä terminologiassa käytetään kuutiotilavuutta, jonka kyseisen 2Q kohteen suurin korkeus, pituus ja leveys määrittävät. Ehdotettu ratkaisu ei sisällä riittävän suuren tietomäärän varastointia, mikä tekisi mahdolliseksi kohteen kuutiotilavuuden laskemisen missä tahansa suunnassa. Mainitussa US-patenttijulkaisussa esitetty ratkaisu sisältää vielä sen huomattavan rajoituksen, että mitattavan kohteen yhtä ulottu-25 vuutta on siirrettävä aina samansuuntaisesti kulkusuunnan suhteen. Tämä vaatimus johtaa kyseisen ratkaisun käyttökelpoisuuden huomattavaan rajoitukseen.

2 82904 "I US-patenttijulkaisuissa 3 588 480 ja 3 436 986 selostetaan järjestelmää tiettyyn suuntaan liikkuvan kohteen tilavuuteen liittyvien tietojen saamiseksi. Tämän kohteen ulotuvuuksien määrittämiseksi poikittain sen liikesuunnan suhteen käytetään suurta määrää valoemittereits asetet-5 tuina samansuuntaisten valonsäteiden muodostamaksi matriisiksi. Kohteen ulottuvuus liikesuunnassa määritetään mittaamalla sen nopeus ja aika, jonka kuluessa se on tämän valomatriisin sisällä. Valomatriisi lähettää koko ajan jatkuvaa valonsäteilyä. Sanottujen patenttien mukaisesti tällaisten järjestelmien avulla kyetään mittaamaan kohteen sekä todel-10 linen että kuutiotilavuus. Kuutiotilavuus saadaan kohteen kussakin suunnassa mitattujen maksimaalisten suoraviivaisten mittojen kertolaskun avulla. Tämän suorittamiseksi yksinkertaisella tavalla selostetun elektronisen laitteiston avulla vaaditaan, että kohteen suurin pituus tai leveys asetetaan samansuuntaisesti tai poikittain sen liikesuun-15 nan suhteen. Selostuksessa mainitaan, että kohteen tällainen suuntaaminen on sinänsä epäolennaista, selostamatta kuitenkaan, miten sanotut tilavuudet muussa tapauksessa lasketaan.

Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa n:o 425 126 selostetaan menetelmää 20 kohteen läsnäolon ilmaisemiseksi mittausalueella sekä sen poikkileikkauksen mittaamiseksi mlttaustasossa. Ulottuvuuksien tarkkaa mittausta varten oletetaan, että kyseisen kohteen poikkileikkaus on suunnilleen ympyränmuotoinen, jolloin kohteena voi olla esimerkiksi tukki. Tässä yhteydessä käytettävä mittauslaite käsittää kaksi järjestelmää, jois-25 sa kummassakin on joukko lähettimiä ja vastaanottimia. Mittausalue määritetään näiden kahden järjestelmän välisenä tasona. Kumpikin järjestelmä käsittää joukon lähettimiä ja pienemmän määrän vastaanottimia. Vastaanottimien välisen etäisyyden ollessa D ja kunkin vastaanottimen välisten lähettimien määrän ollessa s on mahdollista saavut-30 taa mittaustarkkuus + D/2 s. Selostetun kaksoisvastaanottimen avulla tarkkuuden väitetään nousevan arvoon + D/4 s. Selostettu geometria suuremman etäisyyden ollessa vastaanottimien välissä lähettimien väliseen etäisyyteen verrattuna tekee tämän mittausjärjestelmän täysin sopimattomaksi kohteiden yhteydessä, joiden poikkileikkaus eroaa huo-35 mattavasti ympyrän muodosta.

li 3 82934 1 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu menetelmä kohteiden kolmiulotteista mittausta varten antaen mahdollisuuden kohteen sekä kuutio- että ympärvstilavuuden laskemiseksi kohteen asemasta riippumatta siirtohihnalla. Esillä o]evän keksinnön tarkoituksena 5 on erityisesti saada aikaan ratkaisu, joka mahdollistaa mittausjärjestelmän automaattisesti sovellettavissa olevan kalibroinnin sekä automaattisen virheilmaisun ja signaalikäsittelyn parantuneella mittaustarkkuudella. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on käyttää järjestelmä-komponentteja, joiden yhteydessä toleranssiarvoihin liittyvät vaati-10 mukset ovat suhteellisen vaatimattomia.

Keksinnön eräänä lisätarkoituksena on mittauskehyksen modulirakenteen käyttö, Diikä mahdollistaa yksinkertaisten ratkaisujen aikaansaamisen "räätälintyönä" tilavuudeltaan erilaisten kohteiden ulottuvaisuuksien 15 mittausta varten. Tällainen modulirakenne helpottaa myös vianetsintää ja korjauksia.

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkilliset ominaisuudet ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista sekä selostuksesta oheisiin piirustuk-20 siin viitaten.

On selvää, että tämä selostus on tarkoitettu vain esittämään keksinnön luonteeltaan rajoittamattomia sovellutusmuotoja.

25 Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista mittauslaitetta varustettuna mittauskehyksellä ja siirtohihnalla.

Kuvio 2 esittää tämän mittauslaitteen ensimmäistä kalibrointijärjestelmää.

30

Kuvio 3 esittää luonteeltaan rajoittamattomana esimerkkinä yhteensä kahdeksasta modulista valmistettua mittauskehysta.

Kuvio 4 esittää lohkokaaviona ja virtapiirinä esillä olevan keksinnön 35 mukaista laitetta.

Kuviot 5a ja 5b esittävät yksityiskohtaisemmin kuvion 4 mukaisen mittauskehyksen lähetin- ja vastaanotinosaa.

4 82934 1 Kuvio 6 esittää yksinkertaistettuna lohkokaaviona mittauskehyksen lähetin- ja vastaanotinosan keksinnön mukaista vaihtoehtoista sovellutusta mittauskehyksen kokoonpanon havainnollistamiseksi.

5 Kuviot 7,8,9,10 ja 11 esittävät mittauskehyksen kokoonpanoperiaattee-seen liittyvien virtapiirien yksityiskohtia.

Kuvio 12 esittää yksityiskohtaisemmin kuvion 6 mukaista ohjausyksikköä.

10 Kuvio 13 esittää lohkokaavion muodossa mittauskehyksen vastaanotinmo-dulia tahdistetun moduloinnin ja demoduloinnin suorittamista varten.

Kuviot IA ja 15 esittävät kuvion 13 esittämän virtapiirin suodatin-ominaiskäyriä, kuvion IA esittäessä tämän piirin taajuusominaiskäyrää 15 ja kuvion 15 sen vaiheominaiskäyräii.

Kuvio 16 esittää yksinkertaistettuna lohkokaaviopiirinä modulointi-taajuuden jakautumista.

20 Kuvio 17 esittää kuvioiden 17a ja b yhteydessä emitteridiodin virta-ja vaio-ominaiskävriä, kuvioiden 17c ja d esittäessä taas modulointi-ja valosignaaleja.

Kuviot 18a ja 18b esittävät signaali/kohinasuhdetta hyvän ja huonon 25 vastaanotindiodin yhteydessä, tämän vastaanotindiodin mitatessa valo-tason absoluuttisen arvon vastaanottokohdassa.

Kuviot 19a ja 19b esittävät suositeltavaa sovellutusta hyvää ja vastaavasti huonoa vastaanotindiodia varten, joiden yhteydessä ominaisko taajuudeltaan määrätyn vastaanotetun signaalin yhdistetty energia saadaan pysymään määrätyn kiinteän kynnysarvon yläpuolella.

Kuvio 20 esittää keksinnön mukaista tyypillistä vastaanotinmodulia.

kk Kuviot 21 ja 22 esittävät tasokuvana ja sitä vastaavana poikkileikkauksena mitattavan tilavuuden differentiaalista lisäystä.

5 82934 1 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä kaikenlaisten rahdattavien esineiden tilavuuden mittaamista varten, niin että kyseisen esineen kaikki kolme ulottuvaisuutta voidaan mitata riittävällä tarkkuudella näiden arvojen käyttämiseksi perustana esim. rahtikulujen las-5 kemiselle. Tämän tekniikan käyttö edellyttää, että mittauksen aikana tapahtuu suhteellista liikettä kohde-esineen ja mittausjärjestelmän välillä siirtämällä joko esinettä tai mittausjärjestelmää.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista varten tarkoitettu laite on 10 tehty kehyksenä, jonka kautta mitattavat kohteet siirretään kehyksen suhteen mitattavissa olevalla nopeudella. Esimerkkinä tästä on kuvion 1 mukainen jaettu siirtohihna 5. Kehys sisältää kaksi lähetinsivua 6,8 ja kaksi vastaanotinsivua 7,9. Kuvion la mukainen lähetin/vastaan-otinyksikkö, esim. 6,7, kykenee mittaamaan mittauskehyksen läpi siir-15 rettävän kohteen 1 yhden ulottuvuuden. Kuvion 1 mukaisesti kohteen 1 ulottuvuus z-suunnassa mitataan lähetin/vastaanotinparin A avulla, kun taas ulottuvuus y-suunnassa mitataan lähetin/vastaanotinparin B välityksellä. Kolmas ulottuvuus x-suunnassa mitataan samanaikaisesti lähetin/vastaanotinpareilla A ja B, jolloin kohteen x-suunnassa siir-20 tymä kukin matka Ax luetaan. Ilmaisinparit A ja B rekisteröivät siten kohteen liikkeen alku- ja loppukohdan. Tämän menetelmän yhteydessä tarvitaan nopeusmittaria (takometri) 3, joka lähettää signaalin kohteen 1 siirryttyä matkan Ax mittausjärjestelmän suhteen.

25 Vaikka kuviossa 1 on esitetty, että mitattavaa kohdetta 1 siirretään mittauskehyksen 4 suhteen siirtohihnan 5 avulla, niin alaan perehtyneet henkilöt ymmärtävät helposti, että kohde 1 voi mahdollisesti pysyä palkoillaan mittauskehyksen siirtyessä sen sijaan kohteen suhteen.

30 Esillä olevan keksinnön eräänä tärkeänä ominaispiirteenä on se, että menetelmän toteuttamiseen käytettävä laite voidaan valmistaa moduleista, niin että mittauskehyksen kokoa voidaan helposti vaihdella mitattavan kohteen ulottuvuuksien asettamien erilaisten vaatimusten mukaisesti. Kuvion 1 mukaisessa esimerkissä lähetin A käsittää kaksi modulia 6.1, 35 6.2, vastaanotin A kaksi modulia 7.1, 7.2, lähetin B kaksi modulia 8.1, 8.2, joista vain jälkimmäinen on esitetty kuviossa 1, ja vastaanotin B kaksi modulia 9.1, 9.2.

6 82934 1 Kukin lähetin ja sen suhteen vastakkainen vastaanotin käsittää siten yhden tai useamman modulin, kunkin modulin pituuden ollessa L. Tämä merkitsee siis sitä, että kunkin lähettimen kokonaispituus on n x L, jossa n on mielivaltainen kokonaisluku ja arvoltaan = 1 tai suurempi.

5 Sanotut modulit voivat olla identtisiä sekä lähetintä että vastaanotinta varten ja liitettyinä yhteen lukumääränä, joka tarvitaan mittauksen suorittamiseen. Mittaustietoja käsittelevää tietokonetta 2 ei tarvitse ohjelmoida kiinteän modulimäärän käsittelemistä varten. Tietokone kykenee lähettämään koepulsseja ja se rekisteröi palautettujen 10 signaalien perusteella, miten monta modulia kukin lähetin ja vastaanotin sisältää. Tämä järjestely tekee laitteen rakenteesta yksinkertaisen ja halvan, ja sen yhteydessä erilaisiin mittausalueisiin kohdistuvat vaatimukset täytetään asettamalla yksinkertaisesti yhteen vaadittu määrä moduleja kyseisiä vastaanottimia ja lähettimiä varten.

15

Keksintöä selostetaan seuraavassa edelleen kuvioon 3 viitaten. Lähetin-moduleihin 6.1, 6.2; 8.1, 8.2 on asennettu erilliset valoemitterit, esim. IR-diodit, keskinäisen etäisyyden d päähän toisistaan. Vastaan-otinmoduleihin 7.1, 7.2; 9.1, 9.2 on asennettu vastaava määrä valoilmai-20 simia, esim. fototransistroreita tai fotodiodeja, myös keskinäisen etäisyyden d päähän toisistaan.

Antamalla vain yhden lähettimen i ja vastaavan vastaanottimen i toimia samanaikaisesti taataan se, että mittaukset tapahtuvat samansuuntaisilla 25 linjoilla. Kuviossa 3 on esimerkiksi tästä valittu lähetin 6.2.4 ja vastaava vastaanotin 7.2.4.

Siten lähettimen puolelta tuleva valoenergia 10 otetaan vastaan ja ilmaistaan vastaanotinpuolella. Mittauskehyksen kautta kulkevat kohteet 30 peittävät osittain tämän säteilyn, jolloin differentiaaliset peitto-kuvat otetaan vastaan ja ilmaistaan vastaanotinpuolella. Vastaanotin reagoi vain lähettimesta suoraan tulevaan valoenergiaan, jolloin vastaavat valoilmaisimet tai -vastaanottimet käynnistyvät eri ajankohtina, esimerkiksi peräkkäin tai samanaikaisesti vastakkaisen lähetin- tai 35 valodiodin kanssa.

Esillä olevan keksinnön avulla on tarkoitus parantaa slgnaallkäsitte-lyn mittaustarkkuutta.

7 82934 1 On olennaisen tärkeää, että yhden valoemltterin ja yhden valoilmaisimen välinen valoyhteys on suora. Tämä voidaan saada aikaan kahdella tavalla, joista ensimmäinen on esitetty kuviossa 2. Perustana on tällöin se, että vastaauotinilmaisln mittaa valotason absoluuttisen arvon vas-5 taanotinkohdassa. Jos valotaso c on kutakin valodiodia varten yksilöllisesti kalibroitua kynnysarvoa b korkeampi, syntyy valoyhteys lähettimen ja vastaanottimen välille. Kuitenkin voidaan kuvatulla tavalla havaita, että signaali/kohinasuhde voi olla sangen erilainen riippuen yksittäisen valoemltterin ja vastaavan valoilmaisimen laadusta kolmea 10 diodia n, n+1 ja n+2 koskevassa esimerkissä.

Täydellisen peittämisen ja ilman peittämistä mitattujen valovoimakkuuksien perusteella voidaan määrittää eroavuustaso valoemltterin ja valo-ilmaisimen muodostamalle parille. Absoluuttisen arvon mittauksen avulla 15 on tarkoituksena saavuttaa mittausjärjestelmän automaattisesti sovitettava kalibrointi. Tämä edellyttää myös sitä, että on olemassa tietty minimietäisyys kohteen ja seuraavan mittauskehyksen 4 läpi kulkevan kohteen välillä. Heti kun kohde 1 on kulkenut mittauskehyksen 4 kautta, siirtyy järjestelmä kalibroinnin sovltustoimintaan, jolloin kukin emit-20 teri/valodiodi vastaavassa lähetin/vastaanotlnparlssa A,B valvotaan ja kalibroldaaan.

Sanotun mittauksen perusteella voidaan tietokoneen 2 avulla laskea eroavuustaso, jota normaalin toiminnan aikana käytetään määrittämään onko 25 vastaanotin peitetty vai el. Tämä eroavuustaso IT määritetään siten yhtälöstä: IT - ID + k (IL-ID) 30 jossa k on valittu vakio arvoltaan 0<k<l. ID merkitsee mitattua intensiteettiä täydellisen peittämisen yhteydessä ja IL mitattua intensiteettiä ilman peittämistä.

Tämä ratkaisu, vaikka se tuottaakin erinomaisia tuloksia, voi kuitenkin 35 johtaa, kuten edellä on mainittu, siihen, että signaali/kohinasuhde tulee heikoksi, jolloin epäedullisissa tapauksissa voi esiintyä virheellisten mittausten vaara.

8 82934 1 Siten vastaavien lähetin/vastaanotinparien kalibroimiseksi yksilöllisesti tai ryhmissä on keksinnön mukaisesti kuitenkin parempi käyttää seuraavassa selostettua ratkaisua. Valoemitteri/valoilmaisinparien kalibroinnin tarkoituksena on tietenkin valvoa optimaalisella tavalla sig-5 naali/kohinasuhdetta ja kokonaisilmaisuaikaa valoilmaisinta (vastaanotinta) varten signaali/kohinasuhteen pitämiseksi mahdollisimman korkealla, kun taas ilmaisuaika pyritään pitämään mahdollisimman lyhyenä.

Vastaanotinpuolen vertailupiirin kynnysarvoa ja vastaavaan valoemit-10 teriin (lähettimeen) liittyvää kokonaisvalaistusaikaa (integraatio- aikaa) käytetään ohjausparametreina. Valaistusalka kutakin valoeraitte-ri/valovastaanotinparia varten lisätään kokonaisaikaan T koko mittaus-kehystä 4 varten, jolloin

15 N

T = £ t(i) i jossa t(i) merkitsee valaistusaikaa valovastaanottimelle n:o i ja N 20 valoemitteri/valovastaanotinparien kokonaismäärää mittauskehyksessä.

Mitä pienempi on aika T, sitä useammin mittauskehys voidaan osittaa ja sitä nopeammin mitattava kohde voi kulkea mittauskehyksen läpi. Yleensä vaaditaan, että t(i) ei yleensä saisi olla alle 20 mikrosekuntia.

25 Signaali/kohinasuhteen parantamiseksi käytetään keksinnön mukaisesti lähetindiodeista tulevaa moduloitua valoa. Sanottuina lähetindiodelna voivat olla esimerkiksi IR-diodit. Modulointitaajuutta on merkitty kirjaintunnuksella Fm. Modulointi ja siihen liittyvä elektroniikka vähentävät sekä optisia häiriötekijöitä että sähköistä kohinaa vastaanotin-30 modulelesa.

Haitallinen valo (optinen häiriötekijä) muista valolähteistä, kuten auringonvalosta, huoneen valaistuksesta tai vastaavista johtuen eliminoituu, koska vastaanotinmodullen valoilmaisimet ovat vain kohtuulli-35 sessa määrin herkkiä muille modulointitaajuuksille kuin Fm. Modulaatio aiheuttaa sähköistä peruskohlnaa kehyksessä, joka toisaalta johtuu suur-taajuuksisen modulaation jakautumisesta pitkille, tavallisesti 1-3 met- li 9 82984 1 rin mittaisille linjoille, ja toisaalta taas siitä, että suuret ampeeri-määrät yksittäisissä lähetinelementelssä tai valoemitterelssä, yleensä 0,5-1,0 A, tulevat käännetyiksi pois päältä ja päälle samalla taajuudella.

5

Ajan säästämiseksi valoemitterelssä ja valovastaanottimissa käytetään tahdistettua modulointia ja demodulointla. Modulointitaajuus jaetaan periaatteessa mittauskehyksessä 4 kalkkiin valoemittereihin ja valovas-taanottimiin. Vastaanotinpuolella käytetään ohjattua tasasuuntaajaa ja 10 integraattoria, kuten kuviossa 13 on esitetty. Nämä laitteet ovat edullisia neljässä suhteessa, nimittäin sen johdosta, että: vaihesiirtoaika demodulaattoria varten eliminoituu jaetun modulointitaajuuden ansiosta, 15 vastaanotlnelementeissä ilmaistu signaali lisääntyy lineaarisesti ajan mukana, vastaanotlnelementeissä ilmaistu signaali lisääntyy lineaarisesti modu-20 loldun valon voimakkuuden mukaisesti, ja taajuudeltaan ja vaihesuhteiltaan modulointlsignaallln verrattuna toisenlainen kohina häviää demodulaattorln suodatinomlnalsuukslen mukaisesti.

25

Demodulaattorln suodatinominalsuudet on esitetty kuvioissa 14 ja 15. Näiden suodatlnominaisuuksien perusteella voidaan päätellä, että suodatin tekee vastaanottimen tunnottomaksi kohinalle modulointitaajuuden Fm suhteen kaksinkertaisella taajuudella. Lisäksi suodatin tekee vastaan-30 ottimen tunnottomaksi kohinalle Fm:n suuruisen taajuuden yhteydessä vai-hesiirron ollessa 90 astetta.

Näitä molempia ominaisuuksia käytetään slgnaali/kohlnasuhteen parantamiseksi vastaavia valovastaanottlmia varten vastaanotlnmoduleissa.

Modulointitaajuuden Fm jakamisen sijasta pitkille linjoille mittaus-kehyksen läpi jaetaankin kaksoistaajuus 2 x Fm. Kuten kuviosta 16 näkyy, 35 10 82984 1 jaetaan tämä taajuus (2 x Fm) kahdella, mahdollisimman lähellä demodu-laattorla (kuvio 13) olevan asennon saavuttamiseksi signaalltaajuuden Fm lyhintä mahdollista johdotusta varten. Käytettävien lähetlndlodlen nousuja laskuaika voi tyypillisesti olla 1,5 mlkrosekuntia valonsäteilyä var-5 ten. Tämä on esitetty kuviossa 17b yhdessä lähetindiodin virtaominais-käyrän kanssa. Kohdistamalla modulointitaajuus Fm = 312,5 kHz diodeihin tulee diodien valonsäteily 90 astetta viivästetyksi sähköiseen moduloin-tisignaaliin verrattuna, kuten kuvioista 17c ja d selvästi näkyy. Demodu-laattori (kuvio 13) säädetään makslmiherkkyyteen valosignaalia varten.

10 Tämän seurauksena demodulaattori tulee edellä olevan mukaisesti tunnottomaksi kohinalle, joka aiheutuu suurten ampeerimäärien kytkemisestä lä-hetindiodeihin.

Mittauskehys rekisteröi valoyhteyden valoemitteri/valovastaanotinparin 15 välillä vertaamalla valovastaanottimesta saatua signaalia kynnystasoon. Tämä taso voidaan asettaa yksilöllisesti kutakin vastaanotinelementtiä varten tai se voi olla yhteinen koko vastaanotinryhmälle.

Kalibroinnin yhteydessä esiintyy kolme muuttujaa: 20 1. Lähetetyn moduloidun valon voimakkuus.

2. Integrointiaika.

3. Kynnystaso vastaanottimen elektroniikassa.

25 Näistä kolmesta tekijästä muuttuja (1) on erilainen eri diodeilla. Valo-voimakkuus on yhtä ja samaa diodia varten kuitenkin miltei vakio. Vanhentuminen ja pölyn kerääntyminen voivat kyllä ajan kuluessa vähentää tätä voimakkuutta, joka kuitenkin kompensoituu automaattisesti kalibroinnin avulla.

30

Kalibroinnin aikana alunperin valittu kynnysarvo varmistaa riittävän korkean signaali/kohinasuhteen vastaanotinelementtiä varten. Tämän jälkeen lähetinelementtl käynnistetään, kunnes vastaanotinelementtl ilmaisee kynnysarvon saavuttavan signaalin. Tätä tilannetta esittävät kuviot 19a 35 ja 19b, joista näkyy signaali/kohinasuhde kynnysarvoon verrattuna sekä hyvää että huonoa diodia varten. Kynnystaso saavutetaan N(i) pulssi-määrän jälkeen lähetinelementlstä n:o i. Normaalikäyttöä varten on va- n 82984 1 littu integraatioaika t(i) kaavasta: t(i) - (N(i) + K)/Fm, 5 jossa K merkitsee turvatekijää, joka varmistaa sen, että vastaanotettu signaali on selvästi kynnysarvon yläpuolella valonsäteilyn ollessa peittämättömänä. Jos St(i)>TMAX jotain lähetin/vastaanotinelementtipa-ria varten, vähentää ohjausyksikkö 20 (ks. kuviot 4 ja 6) automaattisesti kynnystasoa suorittaen sen jälkeen uuden aikakalibroinnin. Tämä 10 prosessi toistetaan, kunnes Zt(i)<TMAX. Tämä menetelmä edellyttää sitä, että hyvissä lähetin/vastaanotinelementtipareissa käytetään lyhyttä valaistusaikaa (kuvio 19a), kun taas huonommissa lähetin/vastaanotin-elementtipareissa (kuvio 19b) käytetään pitempää valaistusaikaa saman integroidun signaalivoimakkuuden saavuttamiseksi. Kokonaiskäyttöäikä 15 pidetään asetetun rajan, TMAX, alapuolella valvoen myös kynnysarvoja.

Ne vastaanotinelementeistä, jotka eivät ilmaise kynnysarvon yläpuolella olevaa signaalia maksimaalisen integraatioajan tUM kuluttua, määritetään viallisiksi. Tässä yhteydessä viitataan yleensä kuvion 20 esittämään virtapiiriin, jossa analogiseen kanavointilaitteeseen 13 liitetty 20 matriisi-ilmaisin 12 saa peräkkäisiä signaaleja vastanotinelementeistä, vastaavista valoilmaisimista tulevien signaalien ollessa kohdistettuina ohjattuun tasasuuntaajaan 14 ja siitä integraattoriin 15 (kuvio 13), jolloin ilmaistua signaalia verrataan puskuri- ja liitäntäyksiköstä 17 D/A-piirin 18 kautta saatuihin signaaleihin vertailulaitteessa 16.

25

Kuvioista 18a ja 18b, jotka esittävät signaali/kohinasuhdetta kynnysarvoon verrattuna hyvää ja huonoa diodiparia varten kuvioiden 4 ja 5 mukaisen sovellutusmuodon mukaisesti, ilmenee selvästi, että signaali/ kohinasuhde huonoa diodia varten on pienempi kuvion 19b mukaisen suosi-30 teltavan sovellutusmuodon yhtydessä saatuun arvoon verrattuna, tämän sovellutusmuodon liittyessä yleensä kuvion 6 esittämään sovellutukseen.

Täydellisen käyttöajan hyväksikäyttöä varten signaali lisätään integ-35 raattorissa 15 käytettävissä olevaan aikaan. Kuten kuvioista 19a ja 19b näkyy, signaali lisääntyy lineaarisesti ajan mukana, so. signaalivoimak-kuudesta riippuvan gradientin mukaisesti. Tämän esitetyn ratkaisun avulla i2 82984 1 nopeuden asetusvaatimukset tyydytetään välttämällä moduloitujen järjestelmien lukitusaika. Lisäksi tulokseksi saadaan signaalivolmakkuu-den ja -ajan suhteen suoraviivaisesti lisääntyvä signaali. Edelleen taajuus- ja vaihesuhteiltaan toisenlaisen kohinan määrä vähenee demodu-5 laattorin suodatinominaisuuksien ansiosta. Esillä olevan ratkaisun yhteydessä heikko diodipari kompensoidaan siten lisäämällä integraatio-alkaa, jolloin lähetetty valoenergia lisääntyy. Heikko diodipari kykenee siten ilmaisemaan samalla signaali/kohinaetäisyydellä kuin hyvä diodipari.

10

Sanottu automaattinen kalibrointi mahdollistaa keksinnön mukaisen järjestelmän sovittamisen ilman laitteiston käyttäjän ottamia mittoja seuraavlin ei-ihanteellisiin olosuhteisiin: 15 lähetinelementeistä esimerkiksi komponenttitoleranssien tai komponent-tityypin erilaisuuden johdosta aiheutuviin valovoimakkuuden vaihteluihin, vastaanotinelementtien herkkyysvaihteluihin, jotka myös johtuvat komponenttitoleransseista tai -tyypistä, 20 erilaisiin vastaanotinelementtien antamiin vastauksiin, jotka johtuvat siitä, että lähetinelementistä tulevaa valonsädettä ei ole suunnattu makslmivolmakkuudella tarkasti vastaavaa vaetaanotinelementtlä kohti, eri tavalla valmistettujen ja ominaisuuksiltaan erilaisten lähetin- ja vastaanotinelementtien käyttöön yhdessä ja samassa mittaus-25 järjestelmässä, erilaiseen auringonvalon, keinotekoisen valaistuksen tai muiden mittausten välillä esiintyvien olosuhteiden aiheuttamaan taustavalais-tukseen, sekä pölyn kerääntymisen ja muiden vastaanotinelementteihin 30 tulevaa valoa vähentävien tekijöiden vaikutukseen.

Kun kalibrointi tehdään usein, so. kunkin kohteen mittausten välillä, huolehditaan kalkista edellä mainituista valon siirtoa valo-emitteristä valon vastaanottimeen mahdollisesti muuttavista tekijöis-35 tä (esim. pölyn kerääntymisestä) tietokoneen avulla. Lisäksi huolehditaan automaattisesti tuotevaihteluista vastaavissa lähetin/vastaan-otinelementtipareissa.

Il i3 82984 1 Tämä sovellettavissa oleva sovellutusmuoto johtaa myös siihen, että modulin kunkin lähetin/vastaanotinparin ei tarvitse olla tarkassa linjauksessa, kunhan vain lähetlnelementeistä vastaanotetun valon määrä ei tule liian pieneksi, so. ettei se laske alle kynnysarvon.

5

Keksinnön eräänä lisäominaisuutena on se, että sen yhteydessä voidaan tarvittaessa määrittää kumpi lähetin- tai vastaanottoelementistä on viallinen, ja että tämä määritys voidaan myös tehdä sovellettavissa olevan sovellutusmuodon yhteydessä suorittamalla normaalin kalibrointi-10 osituksen lisäksi (jonka yhteydessä vastaanotlnelementti n:o i ilmaisee lä-hetlnelementlstä n:o i tulevan valon) ositus, jossa vastaanotin- ja lähetinelementlt keskenään vaihesiirretään, so. vastaanottolementtl n:o i+1 tai i-1 ilmaisee lähetinelementlstä i tulevan valon.

15 Tämä automaattinen vlkailmalsu, joka voidaan sisällyttää keksinnön mukaisen mittausjärjestelmän sovellettavissa olevaan sovellutusmuotoon käynnistetään erillisen algoritmin avulla tietokoneeseen 2 liittyen, joka valvoo, että kaikki lähetln/vastaanotinelementlt toimivat tyydyttävällä tavalla. Mahdolliset viat voidaan paikantaa tarkasti kyseiseen 20 lähetin- tai vastaanottoelementtiin.

Valvontamittaukeen aikana lähetinelementti i syttyy ja vastaava vastaan-otinelementti j voidaan lukea. Tämä toimenpide suoritetaan vastaavien modulien kaikilla lähetln/vastaanotinelementtipareilla.

25

Jos ensimmäinen valvontamittaus antaa tulokseksi, että yksi tai useampi vastaanotlnelementti ei ilmaise riittävästi valoa, merkitsee tämä siten vikaa joko lähetinelementissä 1 tai vastaavassa vastaanotinelementissä j.

30 Sen määrittämiseksi, onko vika aiheutunut viallisesta lähetin- tai vas- taanotinelementistä, suoritetaan uusi valvontamittaus. Kun lähetinelement-ti i käynnistetään, vastaanotlnelementti j luetaan, jolloin vastaanotin-elementtinä j on lähin vastaanotin, joka varmasti oli toiminnassa ensimmäisen valvontamittaukeen aikana. Valon hajaantumisesta johtuen vastaan-35 otinelementti j ottaa myös vastaan valoa lähetinelementlstä i ollessaan syttyneenä, kuten kuviossa 3 on viitenumerolla 11 merkitty. Valitussa esimerkissä j voi siten merkitä vastaanotinelementtiä i-1 tai i+1.

14 82984 1 Jos vastaanotinelementti j ilmaisee riittävästi valoa, kykenee järjestelmä tällöin ilmoittamaan, että vastaanotinelementtl 1 on viallinen. Jos taas vastaanotinelementti j ei Ilmaise riittävästi valoa lähetin-elementin i ollessa syttyneenä, ilmoittaa järjestelmä, että lähetin-5 elementti i on viallinen.

Tämä järjestelmän itsekoestava toiminta on siten suuriarvoinen tavallisen mittausjärjestelmän yksinkertaiseen korjaus- ja ylläpitotoimintaan verrattuna. Keksinnön sovellettavissa olevan sovellutusmuodon Ί0 mukaisesti erlaisesta taustavalaistuksesta aiheutuvat ongelmat eliminoituvat.

Esillä olevaa laitetta selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin kuvioihin IA,5a ja 5b viitaten, jolloin kuvioita 5a ja 5b ou katsot-15 tava yhdessä mittauskehyksen toiminnan täydellistä ymmärtämistä varten.

Samoin kuin aikaisemmissa esimerkeissä vaakasuorat lähettimet käsittävät kaksi modulia 8.1 ja 8.2, pystysuorat lähettimet modulit 6.1 ja 20 6.2, vaakasuorat vastaanottimet modulit 9.1 ja 9.2 sekä pystysuorat vastaanottimet modulit 7.1 ja 7.2.

Lähetintietoväylä 23 ja vastaanotintietovälylä 24 lähtevät ohjaus-liitännästä 21. Lisäksi syöttösignaali lähetetään takogeneraattoris-25 ta 3 (kuvio 1) ohjausliitäntään 21. Kuten edellä on mainittu, voi mittausjärjestelmä käsittää 1-n modulia vaaka- ja/tai pystysuorassa suunnassa. Järjestelmä laskee itse modulien määrän ja erotuskyvyn kunkin modulin sisällä ja määrittää mittausakselin pituuden vaaka- ja pystysuunnassa. Vaikka esillä olevassa esimerkissä on ykslnkertai-30 suuden vuoksi valittu kaksi modulia kumpaakin akselia varten, voitaisiin molemmilla akseleilla käyttää tietenkin erilaista modull-määrää olettaen kuitenkin, että käytössä on yhtä suuri määrä lähetin-ja vastaanotinmoduleita kummassakin akselisuunnassa. 1 li

Seuraava selostus voidaan ymmärtää parhaiten viittaamalla kuvioiden 5a ja 5b suurennettuihin piirikaavioihin.

i5 82984 1 Ensiksi selostetaan lähetinmodullen toimintaa. Lähetinmodulit sisältävät seuraavat ohjausllnjat: Reset, Shclk, Pxst, Pxout, Modst, Lm.

Reset-signaalla käytetään kaiken valonsäteilyn pysäyttämiseksi kaikis-5 sa moduleissa ja kalkkien laskurien ja ohjauslogiikan nollaamiseksi modulissa.

Shclk-slgnaalia (siirtokello) käytetään yhden tai useamman valopisteen siirtämiseksi alaspäin mittausakselia pitkin.

10

Pxst-signaali (kuvapilrto päälle) ilmaisee uuden valopisteen säteilyn alkukohdan mittausjärjestelmän yläosasta. Signaalin "Pxst" aktivoitua uusi valopiste syttyy ensimmäiseen "Shclk"-signaaliiri.

15 Pxout-8ignaali (kuvapilrto pois) Ilmaisee, että modulin viimeinen valo-pis te on syttynyt. Sitä käytetään siten aloituksen ilmaisimena seuraa-vassa modulissa seuraavan "Shclk"-signaalin yhteydessä.

Modst-eignaali (modulikoetin) aktivoituu aina valopisteiden kytkennän 20 esiintyessä modulien välillä. Sen avulla modulin ohjauslogiikassa olevaa yksinkertaista laskulaitetta käyttäen voidaan laskea valopisteiden määrä kussakin yksittäisessä modulissa.

Lm-taso (viimeinen moduli) testataan kunkin modulin yhteydessä, että 25 saataisiin tietää, onko useita moduleita liitetty sen yläpuolelle.

Jos "Lm"-eignaali on aktiivinen, käytetään "Pxst"-signaalia aloitus-tahdistuksena aina sen esiintyessä. Signaali pidetään lepotilassa kunkin yllä olevan modulin avulla, niin että ainoastaan järjestelmän ylin moduli tekee signaalin aktiiviseksi.

30

Liitäntä P1 moduliin tulee ohjausliitännästä 21 tai allaolevasta modu-llsta. Liitäntä P2 liitetään seuraavaan moduliin, jos se on käytettävissä . 1

Lohko 25 lähetlnmoduleissa merkitsee siirtorekisteriä, esim. 8-bittistä siirtorekisterlä ja valodiodien virtavahvistimia. D1-D6 merkitsevät valodlodimoduleja. Pxst-signaali tulee ohjausliitännäetä 21 käynnis- i6 82984 1 täen valopisteen järjestelmän yläosassa. Jos liitäntä P2-Lmin on korkea, merkitsee tämä sitä, että moduli on ylimpänä järjestelmässä, ja Pxst menee siirtorekisterin 25 syöttöpäähän A. Seuraavan Shclk-signaa-lin tullessa ohjausllitännästä 21, valodiodimodulin Dl ylin diodi 5 syttyy. Kutakin Shclk-pulssia varten valopiste siirtyy alaspäin, kunnes diodimodulin D6 viimeinen diodi syttyy. Tämä tapahtuu samanaikaisesti, kun Pxout-signaali siirtyy seuraavaan allaolevaan moduliin, niin että seuraava Shclk-signaali saa ensimmäisen diodin syttymään. Samanaikaisesti Modst-signaali on aktiivinen, niin että ohjausliitäntä 10 21 voi laskea, miten monta valopistettä moduli sisältää.

On siten selvää, että tällöin pääasiassa testataan, miten monta lähetin-modulia järjestelmä kokonaisuudessaan sisältää, minkä jälkeen valodio-dit sytytetään peräkkäisessä järjestyksessä järjestelmän viimeisestä 15 (loogisessa suhteessa ensimmäisestä) modulista käsin kohti järjestelmän ensimmäistä (loogisessa suhteessa viimeistä) modulia kohti, joka siis on piiriltään lähinnä ohjausliitäntää 21.

Seuraavassa selostetaan edelleen vastaanotinmodulien toimintaa.

20

Reset-slgnaalla käytetään pysäyttämään valonmittaus kaikissa modu-leissa ja nollaamaan kaikki laskurit ja chjauslogiikka.

Shclk-signaali (siirtokello) käytetään yhden tai useamman valopis-25 teen siirtämiseksi alaspäin mittausakselia pitkin.

Pxst-signaali (kuvapiirto päälle) ilmaisee uuden valopisteen säteilyn alkukohdan mittausjärjestelmän yläosasta. Signaalin "Pxst" aktivoitua uusi valopiste syttyy ensimmäiseen "Shclk"-signaaliin.

30

Pxout-signaali (kuvapiirto pois) ilmaisee, että modulin viimeinen valopiste on syttynyt. Sitä käytetään siten aloituksen ilmaisimena seuraavassa modulissa seuraavan "Shclk"-signaalin yhteydessä.

Modst-signaali (modulikoetin) aktivoituu aina valopisteiden kytkennän esiintyessä modulien välillä. Sen avulla modulin ohjauslogilkassa olevaa yksinkertaista laskulaitetta käyttäen voidaan laskea valopisteiden määrä kussakin yksittäisessä modulissa.

i7 82984 1 Lm-taso (viimeinen moduli) testataan kukin modulin yhteydessä, että saataisiin tietää, onko useita moduleita liitetty sen yläpuolelle. Jos tämä signaali on korkea, siis aktiivinen, käytetään "Pxst"-signaalia aloitustahdlstuksena aina sen esiintyessä. Signaali pidetään lepoti-5 lassa kunkin ylläolevan modulin avulla, niin että ainoastaan järjestelmän ylin moduli tekee signaalin aktiiviseksi.

Signaalia Cbarl (vaihda palkki 1) käytetään liittämään viimeisestä pystysuorasta vastaanotlnmodulista saatu Pxout-signaali ensimmäisen 10 vaakasuoran mittauspisteen alkuun. Tämä signaali ristikytketään vaaka-ja pystysuorien modulien välisen siirron yhteydessä, kuten kuvioista 4, 5a ja 5b selvästi näkyy. Tätä signaalia käytetään myös ohjausyksikössä pystysuoran mlttausakselln päättymisen määrittämiseksi. "Palkki" merkitsee tässä ja seuraavassa yhdessä ulottuvuudessa, esim. vaaka-15 tai pystysuorassa suunnassa, olevaa modulijärjestelmää.

Signaalia Cbar2 (vaihda palkki 2) käytetään viimeisestä vaakasuorasta saadun "Pxout"-signaalin liittämiseksi takaisin ohjausliitäntään vaakasuorassa suunnassa olevien modulien määrän määrittämiseksi. Tämä sig-20 naali ristikytketään vaaka- ja pystysuorien modulien välisen siirron yhteydessä.

Taajuutta 10 MHz käytetään vastaanotinmodulln sisäisessä yksikössä 26, johon on sijoitettu ohjauslogilkka ja sisäinen laskuri valovastaan-25 otlnelementtelhln kytketyn A/D-muuttlmen lukualkojen määrittämiseksi.

Tietoväylän 24 (D0-D7) tietoväyläosaa 27 käytetään digitoitujen mittaus-arvojen siirtämiseksi vastaanotlnmoduleista ohjausliitäntään 21 ja ohjaustietokoneeseen 20.

30

Signaali Cc (muutos täydellinen) ilmaisee, että valopisteen mittaus on valmis ohjausliitännän 21 lukemista varten, so. että A/D-muutin on vastaanottanut valovastaanotinelementit. Jos useissa moduleissa tapahtuu aktiivinen digitalisointi samanaikaisesti, limittää vastaanotinmodulln 35 ohjauslogilkka 26 ajallisesti mittausarvon tietoväylään vastaanotin-järjestelmän yläosasta alaspäin.

ie 82984 1 Vastaanotinmodulien liitäntä P1 ottaa vastaan ohjausliitännästä 21 tai alapuolella olevista moduleista tulevat syötöt. Liitäntä P2 ulottuu seuraavaan moduliin esitetyllä tavalla, edellyttäen, että sellainen on olemassa. On sopivaa järjestää kuhunkin moduliin liittyvät puskuri-5 vaiheet siten, että kaikki kuhunkin moduliin tulevat ja siltä lähtevät signaalit vahvistetaan. Sanotun yksikön 26 sisältämä tietokana-vointilaite valitsee tietoväylään 24 lähetettävän tiedon joko sisäisistä tiedoista tai yläpuolella olevista moduleista. Yksikön 26 sisältämä A/D-muutin muuttaa valopisteiden mittauksen digltaalilukemaksl. Tässä 10 yhteydessä on suositeltavaa käyttää vahvistinta ja impedanssisovitusta analogisiin mittauspisteisiin A/D-muutoksen yhteydessä. Sanottu yksikkö 26 sisältää lisäksi valoanturikanavointilaitteen, joka kykenee suuntaamaan yhden mittauspisteen kerrallaan A/D-muuttimeen. Sanotun yksikön myös sisältämän modulin ohjauslogiikka sekä valvoo että tahdistaa 15 kalkkia sisäisiä logiikkaosia käynnistäen allaolevan modulin vastaan-otinjärjestelmässä.

Kuviossa 6 on kuvattu kuvion 4 mukaisen järjestelmän eräs vaihtoehtoinen muunnelma esillä olevan keksinnön mukaisen mittauskehyksen itsemuo-20 doetusperiaatteen havainnollistamiseksi edelleen. Tässä yhteydessä viitataan myös kuvioihin 7-12.

Kuviossa 6 on käytetty mahdollisimman suuressa määrin samoja viitenumerolta kuin kuvioissa 4 ja 5. Ohjaustietokoneen 20 tulisi lähetin/ 25 vastaanotinmodulin tai -modulien sopivan käsittelyn avulla kyetä määrittämään diodien määrä modulia kohti, modulien määrä modullsarjaa (palkkia) kohti sekä modulisarjojen kokonaismäärä kehystä kohti.

Tätä tarkoitusta varten käytetään kuvion 7 mukaista diodilaskurla, 30 jossa CE merkitsee laskurin syöttöpäätä (laskuripää), CLEAR merkitsee laskurin nollaussyöttöä ja 0-m laskurin m+1 tulostusta.

Kaikki lähetin- Ja vastaanotlnmodullt on varustettu tällaisella diodi-laskurilla. Se valitsee diodit peräkkäisessä järjestyksessä. Laskuri 35 on inkrementoitu signaalilla "Shclk", joka on yhteinen kalkille lähetin- ja vastaanotlnmoduleille. Kun k (= 2m) diodia on valittu, laskuri aktivoi seuraavan laskuribltin (bitti m), joka lukitsee laskurin ja aktivoi seuraavassa modulissa olevan laskurin.

ti i9 82 984 1 Signaalin Txst^ ollessa aktiivinen diodilaskuri aloittaa toimintansa tMssH modulissa ja aktiivisessa tilassa oleva signaali Txst . käyn- n+1 nistää diodilaskurln seuraavassa modulissa ohjausyksiköstä 20 poispäin olevassa suunnassa. Signaalin Txst^ ollessa lepotilassa laskuri 5 on nollassa ja siten se inaktivoi signaalin Txst^j. Kaikki seuraavat modulit (n+1, n+2) tulevat siten myös tyhjiksi. Signaalit Shclk ja ensimmäinen Txst-signaali eli TxstO synnytetään ohjausyksikön 20 avulla.

10 Signaali Ccstr aktivoituu aina kun modulin ensimmäinen diodi on aktiivinen toisesta modulista lähtien. Ohjausyksikkö 20 määrittää diodien määrän modulia kohti laskemalla Shclk-jaksojen määrän seuraavaan Ccstr-signaallin asti. Tämä signaali on esitetty kuviossa 8 lähetinmodulia n varten.

15

Ccardn+^ on Ccard-signaali modulista n+1 ohjausyksiköstä 20 poispäin olevassa suunnassa. Ccard merkitsee "vaihda moduli" (vaihde kortti).

Kun signaali Txstn+^ aktivoituu tai Ccard^^ muuttaa tasoa, muuttaa 20 Ccard^ myös tasoa.

Ohjausyksikössä tapahtuu seuraavaa kuvion 9 signaalimerkintään a viitaten. Kun Ccard-signaali muuttaa tasoa, Ccstr (merkiten "muuta kortti-koetlnta" eli modulinmuutospulssia) aktivoituu Shclk-signaalin aikana 25 (diodin ollessa aktiivinen).

Signaali Cbetr (merkiten "muuta palkkikoetlnta" eli modulisarjan muutos-pulssia, toisin sanoen siirtymistä vaakasuorasta lähettimestä pystysuoraan lähettimeen) aktivoituu aina kun ensimmäinen diodi uudessa lähet-30 tlmeseä, jota kuviossa 6 on merkitty modulisarjalla 2 (PALKKI 2), on aktiivinen. Ohjausyksikkö määrittää modulien lukumäärän kussakin modu-lisarjassa laskemalla Ccstr-pulssien määrän mukaanlukien eeuraava Cbstr-eignaali. Signaali esiintyy, kuten kuviosta 10 näkyy, lähetln-modulia n varten.

Signaali Cbar^^ on Cbar-signaali (Cbar merkitsee "vaihda palkkia" (vaihda modulisarjaa) so. lähettimen suunta on muutettava esimerkiksi 35 20 8 2 9 8 4 1 vaakasuorasta pystysuoraan), joka on annettu modulista n+1 ohjausyksiköstä 20 poispäin olevaan suuntaan.

Viimeinen moduli vastaavassa modulisarjassa (palkissa) on varustettu 5 portilla, jonka esitetyssä esimerkissä muodostaa asennossa B oleva kytkin Sw. Signaalin Txstn+^ aktivoituessa tai signaalin Cbar^+^ muuttaessa tasoa, Cbar^ muuttaa myös tasoa modulissa kytkimen ollessa asennossa B.

10 Ohjausyksikössä tapahtuu seuraavaa kuvion 9 signaalimerklntään b viitaten. Kun signaali Cbar muuttaa tasoa, Cbstr aktivoituu Shclk-jakson aikana. Viitaten lisäksi kuvioon 11 signaali Lmod (viimeinen moduli) aktivoituu sen jälkeen kun viimeisen modulin viimeinen diodi on tullut aktiiviseksi. Ohjausyksikkö 20 määrittää modulisarjojen lukumäärän kehys-15 tä kohti laskemalla Cbstr-pulssien määrän signaalin Lmod vastaanottamiseen asti. Lmodn+j on modulista n+1 ohjausyksiköstä poispäin olevassa suunnassa saatu Lmod-signaali. Kaulmpana ohjausyksiköstä 20 olevaan moduliin, tässä kuvion 6 esittämässä tapauksessa moduliin 6.2, ei ole liitetty aktiivista käyttöyksikköä, joka on yhteydessä syöttösignaaliin 20 Lmodn+ ^, ja hilassa esiintyy korkeatasoinen Lmod^^ 5V vastusarvon R

johdosta. Kun tämä moduli saavuttaa aktiivisen Txstn+^-signaalin, kaikki muutkin modulit sisältävät aktiivisen Txst . ,:n. Signaalin Lmod n+1 ollessa aktiivinen se kulkee siten kaikkien modulien kautta takaisin ohjausyksikköön. Vastaavat kytkinasennot kytkimiä A ja B varten on 25 esitetty kuviossa 6. Normaalia modulia varten kytkin on asennossa A, kun taas päätemodulia varten se on asennossa B.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on siten saatu aikaan järjestelmä, jonka lähetin- ja vastaanotlnosat käsittävät samanlaiset modulit, 30 jolloin nämä lähetin- ja vastaanotlnosat voidaan vaivattomasti sovittaa todellisten mlttausvaatlmusten mukaisiksi.

Kuvion 6 mukaisessa ratkaisussa signaali Txst-Jmpl (merkiten hyppäyksellä modulisarjaan 1 varustettua lähettimen aloltussignaalla) käyn-35 nistää laskennan modulista n:o 3 (6.1) moduliin n:o 4 (6.2), minkä jälkeen signaali Txst-Jmp2 aiheuttaa modulisarjan 2 osituksen modulista 1 moduliin 2. Vastaanotinosaa varten ositus tehdään peräkkäi- l! 2i 82934 1 sessä järjestyksessä) modulisarjan 1 ja 2 kautta, so. 7.1, 7.2, 9.1 ja 9.2. Kuviossa 5 tämä ositus tapahtui lähetinosassa modulisarjan 1 viimeisestä lähetinelementlstä modulisarjan 2 ensimmäiseen lähetinelement-tiin ja vastaanotinosassa vastaanotinmodulisarjan 1 viimeisestä ensim-5 mäleeen vastaanotinelementtiin ja sen jälkeen viimeisestä ensimmäiseen vastaanotinelementtlin modullsarjassa 2.

Yhteistä näille molemmille sovellutusmuodoille on siten se, että lähe-tinosan vaaka- ja pystysuorat lähetlnmodulit on signaalien perusteella 10 liitetty sarjaan siten, että ositussignaali syötetään suoraan ensimmäiseen loogiseen lähetlnmoduliln, minkä jälkeen lähetinelementit kussakin lähetinmodulissa aktivoidaan valikoivalla tavalla modullkohtaisesti modulisarjan ensimmäisestä loogisesta lähetinelementlstä viimeiseen loogiseen lähetinelementtiln asti, jolloin vain yksi lähetlnelementti ja 15 yksi vastaanotinelementtl asetettuina suoraan vastakkain mlttauskehyk-seen aktivoituvat kerrallaan, ja että vastaanotinosan pystysuorat vas-taanotlnmodulit ja vaakasuorat vastaanotinmodullt on samalla tavoin asetettu sarjaan kuitenkin signaalien perusteella siten, että ensimmäinen modulisarja ositetaan sen ensimmäisestä loogisesta modullsta 20 viimeiseen loogiseen moduliin asti, minkä jälkeen uloimpana oleva modulisarja ositetaan sen ensimmäisestä loogisesta modullsta viimeiseen loogiseen moduliin asti.

"Samanlaisilla" moduleilla lähetin- ja vastaanotlnoslssa tarkoitetaan 25 sitä, että vastaavat modulit on tehty periaatteessa samanlaisiksi, niin että ne voidaan kuitenkin varustaa jälkeenpäin sisäisillä johdo-tuksilla, kuten esim. kuviossa 6 näkyvillä johdotuksilla 1-6.

Esitetyn ratkaisun avulla on mahdollista sovellutuksesta riippuen muo-30 dostaa mittausjärjestelmä ilman rajoituksia liittämällä yhteen joukko samanlaisia tai erilaisia standardimoduleita. Mittausjärjestelmän sisältämä laitteisto kykenee rekisteröimään sen sisältämien erilaisten modulien anturien määrän ja toimimaan silloinkin kun lähetin/vastaanotin- modulipari el sisällä samaa määrää lähetin- ja vastaanotinelementtejä. oc ^ Järjestelmä rekisteröi siten mittausjärjestelmän sekä vaaka- että pystysuoran osan kokonaispituuden ja erotuskyvyn, näiden osien voidessa olla sopivalla tavalla erilaisia.

22 82984 1 Kuvatunlaisessa mittausjärjestelmässä on myös mahdollista antaa useiden lähetin/vastaanotinelementtiparien olla aktiivisena samanaikaisesti, ja tämä on mahdollista silloin, jos lähetinelementistä tuleva valonsäde 10 ei peitä enempää kuin yhden aktiivisista vastaanotinelementels-5 tä.

On tärkeää ottaa huomioon, että kohteen nopeuteen ja asemaan liittyvän jatkuvan valvonnan yhteydessä nopeutta voidaan sopivalla tavalla muuttaa mittauksen ollessa käynnissä ilman mittaustarkkuuden vähenemistä.

10 Lisäksi kohteiden suuntaus mittauksen aikana ei vaikuta mittaustuloksiin.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan mitata sekä kohteen kuutio-tilavuus että ympärystilavuus. Kohteen kulkiessa mittaustason kautta 15 kuvioiden 21 ja 22 mukaisesti mitataan korkein kohta (HMAX) kunkin luennan yhteydessä vaakasuorien valonsäteiden peittymisen perusteella.

Kun kohde kulkee mittaustason läpi mitataan kohteen oikeanpuolisin piste (BMAX, kuvio 22) ja vasemmanpuolisin piste (BMIN) pystysuorien valonsäteiden peittymisen perusteella. Arvot HMAX, BMAX, BMIN mitataan 20 ja tallennetaan kutakin differentiaalista lisäystä Δχ varten, jonka verran kohde siirtyy kulkusuunnassaan, ks. kuvio 21.

Kuutiotilavuus VK määritetään kohdetta ympäröivän pienimmän suorakulmaisen suuntaissärmiön tilavuutena. Yleensä kuutiotilavuus on todellls-25 ta tilavuutta suurempi. Kuutiotilavuus VK lasketaan tallentamalla kohteen muotoon liittyvien mittojen BMAX, BMIN ja HMAX kaikki lukemat kohteen koko laajuudelta sen kulkusuunnassa. Kun kaikki tiedot on saatu, on sopivan algoritmin avulla mahdollista lukea neljä pistettä BMAX-ja BMIN-pisteiden joukosta, niin että kukin näistä neljästä pisteestä 30 sijaitsee kohteen pystysuoraa ulottuvuutta ympäröivän kunkin pienimmän suorakulmion sivureunassa. Tämän suorakulmion pinta-alaa on merkitty kirjaimilla AR. Kohteen kuutiotilavuus saadaan siten kaavasta VK * AR x HMAX, jossa HMAX kuten edellä on mainittu merkitsee kohteen suurinta korkeutta. Ympärystilavuus VO määritetään oslttaletllavuuksien 33 summana ja lasketaan siis kappaleen ympärysmitan mukaisesti sen kulkusuunnassa. Siten ympärystilavuus saadaan kaavasta: l! 23 82934

1 M

VO = £ vd(i) i 5 jossa M merkitsee kohteeseen liittyvien mittausten kokonaismäärää. Osittaistilavuus vd(i) mittaustasossa "i" määritetään kaavasta: vd(i) = h(i) · b(i) · Λχ 10 jossa h(i) merkitsee kohteen korkeutta mittaustasossa, b(l) kohteen leveyttä ja Δχ differentiaalista etäisyyttä kunkin mittaustason välillä kuvioiden 21 ja 22 mukaisesti. VO on yleensä suurempi kuin todellinen tilavuus, mutta ne voivat olla samoja silloin, jos kohteen poikkileikkaus on suorakulmainen koko kohteen pituudelta.

15

Koska kunkin modulin lähetin- ja vastaanotlnelementtien ositus on tahdistettu, asetetaan lähetinmoduleissa olevien valoemitterien tarkkuudelle suhteellisen pienet vaatimukset, jolloin voidaan käyttää halpoja komponentteja, koska periaatteessa on ilmaistava vain lähetinmodulin valo-20 emitterlstä vastaanotinmodulin valoilmaisimeen tuleva suora valo. Esillä olevan mittausjärjestelmän avulla on selvää, että voidaan saavuttaa noin + 5 mm erotustarkkuus käyttämällä siirtonopeutena alle 30 m/min olevaa arvoa. Tätä erotustarkkuuden arvoa el kuitenkaan ole pidettävä minkäänlaisena rajoittavana tekijänä esillä olevan keksinnön suhteen, 25 vaan se on mainittu tässä yhteydessä ainoastaan tyypillisenä esimerkkinä .

30 35

Claims (10)

24 82984 ^ Patenttivaatimukset

1. Menetelmä kohteiden kolmiulotteista mittausta varten näitä kohteita siirrettäessä mittauskehyksen läpi tai sen suhteen kohteen kuutio- tai 5 ympärystilavuuden laskemiseksi sen korkeuden, leveyden ja pituuden dif-ferentiaalimittausten avulla, jossa mainitussa mittauskehyksessä on useita lähetinelementtejä ja vastaavia vastakkaisia vastaanotinelement-tejä, jolloin jokainen mainituista vastaanotinelementeistä voi ilmaista valoa tiettynä ajanjaksona vastaavan lähetinelementin ollessa aktii-10 vinen, lähetin- ja vastaanotinelementtien ollessa asennettuina modulei-hin, joissa on joukko elementtejä, ja jotka muodostavat rivejä mit-tausakseleita pitkin, jotka ovat suorassa kulmassa suhteelliseen liikesuuntaan nähden niin, että siinä on lähetinsarja, joka on vastaavaa vastaanotinsarjaa vastassa kutakin mainittua akselia pitkin, jolloin 15 jokainen mainittu sarja käsittää yhden tai useamman yhteenkytketyn modulin, jolloin kohteen mittauskehyksen suhteen tapahtuvan liikkeen funktiona olevaa ulkoista signaalia käytetään vastaanotinelementeistä saatujen tietosignaalien yhteydessä sanotun kuutio- tai ympärystilavuuden laskemista varten, sanottujen tietosignaalien ollessa saatuina 20 kohteen aiheuttamien peittokuvien perusteella vastaanotinelementeissä, tunnettu siitä, että kutakin yksittäistä vastaanotinelementtiä tai vastaanotinelement-tiryhmää varten määritetään kynnystaso, joka muodostaa kriteerion sen 25 määrittämiseksi, onko vastaanotinelementti valaistu vai ei, että lähetinmoduulisarjat ja vastaanotinmoduulisarjat ovat sarjaankyt-kettyjä ja aktivoidaan syöttämällä käynnistysignaali vastaavien lähetin- ja vastaanotinmoduulien ensimmäiseen lähetinmoduliin, tämän sig-30 naalin siirtyessä keskenään liitettyjä lähetinmoduleja ja vastaavia yhteenkytkettyjä vastaanotinmoduuleja pitkin niin, että ainakin yksi, mutta eivät kaikki lähetinelementit, ja niitä vastassa olevat vast, vastaanotinelementit kahdessa moduulisarjassa aktivoituu yhtä aikaa, käynnistyssignaalin aiheuttaessa yhden moduulipään rekisteröitymisen 35 tietokoneelle, sen tullessa kunkin moduulin päähän aiheuttaa jokaisen moduulisarjan pään tietokoneelle rekisteröimisen, kun se saavuttaa kunkin moduulisarjan pään vast, mittauskehystä pitkin ja seuraavien 1: 25 82984 1 modulien poissaolon rekisteröitymisen tietokoneelle "viimeinen moduli"-signaalin muodossa, että kaikki ohjaus- ja tietosignaalit lähetin- ja vastaanotinosia var-5 ten syötetään modulista toiseen lähetin- ja vastaanotinmodulien kautta, ja että sanottua lähetinosaa ja vastaanotinosaa valvotaan tietokoneen avulla, jossa myös sanottu tilavuus lasketaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että kukin lähetin/vastaanotinelementtipari kalibroidaan valvomalla lähetinelementistä säteilevän valon määrää ja vastaanotinelementin kynnysarvoa siten, että vastaanotinelementin signaali/kohinasuhde on tietyn rajan yläpuolella, ja valaistusaika on mahdollisimman lyhyt.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jokaisesta lähetinelementistä säteilevän valon määrä määritetään valvomalla lähetetyn valon voimakkuutta tai kestoa lähetin- tai vastaavan vastaanotinelementin aktiiviajan aikana.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kustakin lähetinelementistä tuleva valo moduloidaan ja että vastaanotinelementit ovat herkkiä vain tällaista moduloitua valoa varten.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteen ja mittauskehyksen suhteellista nopeutta muutetaan mittauksen ollessa käynnissä.

6. Yhden tai useamman edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene-30 telmä, tunnettu siitä, että mittauskehyksen lähetin- ja vas- taanotinelementeissä käytetään näkyvää tai näkymätöntä valoa.

7. Minkä vain edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaksi tai useampi, mutta eivät kaikki, 35 lähetin/vastaanotinelementtipari aktivoituu samanaikaisesti.

8. Yhden tai useamman edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- 26 82984 ^ telmä, tunne ttu siitä, että sanotut lähetin- ja vastaanotinmo-dulit lähettävät sanotun käynnistyssignaalin reaktiona sähköisiä ohjaussignaaleja, jotka ilmaisevat vastaavien modulien paikat mittausjärjestelmässä ja niiden ominaisuudet, että lähettimet toimivat peräkkäi-5 sessä järjestyksessä ensimmäisen lähetinmodulin ensimmäisestä loogisesta elementistä lähtien viimeisen lähetinmodulin viimeiseen loogiseen lähetinelementtiin asti, ensimmäisen ohjaussignaalin tullessa lähetetyksi tietokoneeseen käynnistyssignaalin saavuttaessa modulin pään, toisen ohjaussignaalin tullessa lähetetyksi tietokoneelle käynnistys-10 signaalin saavuttaessa kunkin modulisarjan pään kummallakin vastaavalla mittausakselilla, ja kolmannen ohjaussignaalin tullessa lähetetyksi tietokoneelle käynnistyssignaalin saavuttaessa keskenään liitettyjen modulisarjojen pään, ohjaussignaalien tullessa moduleista, joille on tunnusmerkillistä mittausjärjestelmän rakenne, muoto ja koko, ja että 15 moduleita valvovaa tietokonetta ei tarvitse esiohjelmoida mittausjärjestelmän geometrian selvillesaamiseksi.

9. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1-6 ja 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetinosan vaaka- ja pystysuorat lähetin- 20 modulit on liitetty signaalien perusteella sarjaan, niin että ositus-signaali syötetään suoraan ensimmäiseen loogiseen lähetinmoduliin modu-lisarjassa, minkä jälkeen kunkin lähetinmodulien lähetinelementit aktivoidaan valikoivasti modulikohtaisesti ensimmäisestä loogisesta lähe-tinelementistä viimeiseen loogiseen lähetinelementtiin asti moduli-25 sarjassa, jolloin vain yksi mittauskehyksessä suoraan vastakkain oleva lähetinelementti ja vastaanotinelementti aktivoidaan kerrallaan, ja että pysty- ja vaakasuorat vastaanotinmodulit on liitetty myös sarjaan signaalien perusteella siten, että ensimmäinen modulisarja ositetaan ensin sarjan ensimmäisestä loogisesta modulista viimeiseen loogiseen 30 moduliin asti, minkä jälkeen uloin modulisarja ositetaan sen ensimmäisestä loogisesta modulista viimeiseen loogiseen moduliin asti.

10. Yhden tai useamman edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu ulkoinen signaali syöte- 35 tään takogeneraattorista, ja että tietokoneen laskema tilavuusarvo syötetään näyttölaitteeseen. I: 27 82 984