SE444237B - Anordning for bestemning av vinkelleget mellan tva kongruenta foremal - Google Patents

Description

7810317-3 för ökning av noggrannheten vid mätdatainsamlingen. Dessutom måste i och för överensstämmelsedetekteringen av de data- satser som skall jämföras en ansenlig tolerans tillåtas, eftersom små masstoleranser hos de föremål som skall behand- las samt oönskade mätonoggrannheter vid spetsvinkliga snitt mellan kontur och avsökningscirkel leder till förhållandevis tora läqosförändringar hos den aktuella skärningspunkten och S (f: MJ: áñæ .......|.......,-| CL unuinciuuæ Vllnll' .<1 1 Län-at Gilugcuo föreliggande uppfinning syftar sålunda till att åstadkomma en anordning för vinkellägesoestämning, vilken utmärker _ sig genom förbättrad mätsäkerhet respektive mätnoggrannhet l' utan stor apparatkostnad. Anordningens särdrag framgår av patentkravet.

Vid anordningen enligt uppfinningen sker korrelationen av füremåls- och referensföremålsavsökningsdata sålunda ej genom prövning avseende direkt överensstämmelse, utan genom inkrementell eller även kontinuerligt över avsökningscirkel- periferin fortskridande multiplikativ sammankoppling och integration (korskorrelation) av avsökningsdata, varvid osystematiska avvikeler hos enskilda data i stor ut- sträckning utjämnas redan genom integrationen. Dessutom rör det sig vid inkrementell avsökning liksom även vid den kon- tinuerliga avsökningen principiellt om en linjeintegration över avsökningscirkeln, varför i varje fall ett förhållande- vis stort antal avsökningsdata står till förfogande. Däri~ genom erhålles en ytterligare förbättring av mätnoggrann- heten och mätsäkerheten.

Ytterligare särdrag och fördelar hos uppfinningen kommer att beskrivas under hänvisning till det på ritningarna visade utföringsexemplet av uppfiningen. På ritiningarna visar fin. I ett principschema av en första del av en anordning enligt uppfinningen för vinkellägesbestämning. nämligen 7810317-3 delen med den opt0~e1ektroniska avbildningsanordningen och den elektrnwiska bildavsökningsanordningen, Fig. 2 en andra del av anordningen enligt uppfinningen, nämligen dataminnes- pch databearbetningsdelen, och fig. 3 ett vinkeldiagram för olika avsökningssignaler och en korrelationsintegral för att belysa förfarandet enligt uppfinningen.

Enligt fig. 1 är ett föremål G som skall behandlas anordnat i upptagningsområdet för en opto-elektronisk bildomvandlare, speciellt en bildomvandlare med fotoelektrisk bildalstring och elektronstråleavsökning samt tillhörande hprisontal- och vertikalavlänkningsanordningar Vh respektive Vv. Därvid alstras en motsvarande bild B för en efterföljande avsökning och omvandling i motsvarande binära föremålsavsökningsdata sn. Avsökningen sker med hjälp av en avsökningsstyrkoppling ASt, exempelvis cirkulärt med polära avsökningskoordinater ¶/ (azimut och f'(radie), vilka antyds bakom hänvisninga- beteckningen s i och för känneteckning av föremålsavsöknings- G data i tillståndet för utvinning ur Föremålsbilden.

Bíldomvandlarens V data-utgång är för enkelhets skull, såsom i det följande även övriga kopplingsíngångar respek- tive kepplíngsutgångar, försedd med samma hänvisningsbeteck- ning som den aktuella ingången eller utgången för motsvarande signal.

Genom elektronstråleavsökníngen av föremålsbílden B alstras för varje avsökningspunkt en binär signal med värdet 0 respek- tive 1 i beroende av läget för avsökningspunkten innanför eller utanför föremålsytan respektive föremålskonturen. Där- med sker sålunda en omvandling av föremålsbilden i avsök- ningsdntfl som skall lagras och bearbetas ytterligare. Prin- eipinllt är det möjligt att genomföra den i detta fall nöd» vnndxntvis cirkulära bíldavsökningen synkront med kørrela~ linnen av på motsvarande sätt synkrnnt avsökta referensdate. 7810317-3 Eftersom dock elektronstråleavsökningen av föremålsbilden sker förhållandevis långsamt skulle då vid upprepad bearbet~ ning med Flera avsökningscirklar totalt sett en mycket stor tidsåtgång krävas för en vinkellägesbestämning. Vid ut- föringsexemplet härledes med väsentlig tidsvinst Först och främst en till hela föremålet svarande total sats av före- målsavsökningsdata genom bildavsökningen, vilken sats lagras för dauelektroniska bearbetningen. Denna bildavsökning be- höver sålunda ej nödvändigtvis vara Fullständigt i överens- stämmelse med de för den vidare bearbetningen använda av- sökningsdatasatserna, vilken egenskap dock utgör en speciellt lämplig tids- och minnesplatssparande vidareutveckling av uppfinningen. Sålunda är i fig. 1 den nämnda cirkulära bild- avsökningen representerad med hjälp av avsökningsstyrkopp- lingen A5t och en överordnad programstyranordning PSt.

Princípiellt kunde dock även exempelvis en total avkänning av Föremålsbilden med motsvarande dataredundans i Förhållan- de till Faktiskt använda data i den ytterligare bearbetningen företagas.

För den církulära avsökningen är i det exemplifierade fallet ett vertikalavlänkningssteg av samt ett horisontalavlänk- ningssteg ah anordnade inom enheten ASt i form av en sinus- respektíve kosinusgenerator med synkron tidsberoende argu- mentsutstyrning i enlighet med avsökningsvinkeln“Y(t) av ett linjärt tidsstyrníngssteg wst. Detta senare steg alstrar för genomlöpningen av varje avsökningscirkel en linjärt tidsberoende rampfunktion, en för varje avsökningscykel, dvs totalt en sågtandsfunktion. De olika avsökningsradierna? i cyklerna bestäms därvid genom en med wst synkroniserad reduktionsanordning, vilken i det exemplifierade fallet om- fattar en steqgenerator iäp för alstring av radiella in- kremcntfišmed efterföljande summeringslänk stO. Utgången av den senare länken är ansluten till motsvarande amplitudstyr- ingångar av elementen av och ah. Den synkroniserade utlös» ninqen av på varandra följande tidsramper i elementet wet nnmt av radiesteg i elementet ik? sker med hjälp av en 7810317-3 komparator d1, som vid uppnående av en full vridning runt avsökningsvinkeln“V å ena sidan återställer tidsrampen till ”f- 0 och å andra sidan aktiverar ett radíesteg¿§9. Med en tids- fördröjning i en tidslänk TU anslutes därefter en ny tids- ramp och därmed en ny avsökningscykel.

Den i fig. 2 visade kopplingsdelen innefattar ett digitalt föremålsavsökningsminne GSp samt ett referensföremålsav- sökningsdataminne RSp. Båda minnena visas separat i fig. 2, men kan exempelvis utgöras av olika minnesplatsområden inom ett gemensamt dataminne i en mikroprocessor eller liknande.

I det följande antyds dataingångarna och datautgångarna samt minnenas styringångar för enkelhets skull i analog form.

-Det inses dock att styrningen och datakommunikationen med minnena på sedvanligt sätt sker i digital form, varvid mot- svarande omvandlare är anordnade vid analog-digitalövergångs- punkterna. Betts gäller speciellt även för den tidsberoende förloppsstyrningen och dataöverföringen mellan bildavsök- ningen och minnen, vartill på bekant sätt en tids- och amplitudkvanticering med analog-digitalomvandling är nöd- vändigs Dessa inom databearbetningstekniken allmänt kända kopplingsorgan beskrivs eller visas här ej närmare.

För överskådlighets skull antyds inom illustrationen av föremålsdataminnet GSp ett koordinatsystem med en triangulär kontur av föremålsbilden B, vars tyngdpunkt ligger i origo.

För enkelhets skull är här även motsvarande, med sina data i minnet RSp befintliga referensföremål GR antytt streckat och ävenledes i nollpunktskongruent tyngdpunkte- läqe. Föremålsbilden B är inlåst tillsammans med den vinkel H1 som kännetecknar dess vinkelläge i förhållande till referensläget, varvid vinkeln Ü mäts mellan den horisontella koordinataxeln och triangelns övre spets. Motsvarande gäller für vinkelläqet för referensföremålet GR med vinkeln B.

Såsom referensläge antages vinkeln G = H0. så att vinkeln G1 kännetecknar det sökta vinkelläget för föremålet. Bestäm- ninqen av vinkelläget sker, såsom skall förklaras nedan, genom stegvis relativ rörelse av GR i förhållande till H med L 7a1os17-3 vínkelsteg AU ända tills ömsesidig täckning erhålles.

Denna relativa vridning kan vid oförändrat minnesinnehåll simuleras genom motsvarande omordnad avsökning, vilket även- Iedes hör till i och för sig känd minnesteknik. Dataavsök- ningen sker med olika avsökningsradier ru, r1, rz osv, vilka skiljer sig med radiesteg ¿Är. Vínkelkoordinaterna för den cykliska avsökningen respektive den motsvarande dataavsök- ningen betecknas med ¶7i och för särskiljning från vinkel- läget. Dataavsökningen av föremålsdataminnet GSp samt refe- rensföremålsdataminnet RSp fastlägges synkront genom styr- storheterna ¶7 och r via reagerande styringângar. Genom antagandet att den relativa vridníngen företages genom vinkel- förskjutning av GR erhåller minnet RSp dessutom styrstor- heten ü. Üvertagningen av föremålsavsökningsdata ss från bild- omvandlaren V i minnet GSp sker före dataavsökningen och databearbetningen synkront med den långsamt förlöpande bild- avsökningen under den koordinerande verkan av programstyr- anordningen PSt, vars utgång är förbunden med en motsvarande styringång St på minnet G5p. Iordningställning av mot- svarande referensföremålsavsökningsdata SGR (47fl, r) i minnet RSp sker enligt den ovan såsom avslutad antagna iden- tifieringen av föremålet, I RSp finns sålunda alla erforder- liga avsökningsdata för föremålet GR (r,¶Û, Ü) lagrade. ör varje korrelationscykel avsökes föremålsavsöknings- s CL"'T 0 , o . . U . ata G (då r) mellan Ü och 306 med inkrementeilt vaxanoe CP ur minnet GSp och sammankopplas dessa data i en multi» plikator H med de synkront, dvs ävenledes mellan 00 och 3600 inkrementellt ökande referensföremålsavsökningsdata SGR (¶Z r, U) till produktsignalen p. En integrator I bildar härur fram till slutet av en cykel korrelationsintegralen k dvs en bestämd línjeintegral över hela avsökningscirkelns omkrets. I fiq. 3 axel a visas förloppet av avsökningssigna- len enligt sß för läget B, som antyds inom blocket Gßp i fiq. 2. Axel 2 i fig, 3 visar förloppet av avsökningssig- nalen enligt enn för U = D. Nästa korrelationscykel sker sedan för samma avsökningsradie, här exempelvis r = rg. med det inkrementellt förändrade relativa vinkelläget Ü = (33. 7810317-s vilket ger nästa värde på korrelationsintegralen k. Sålunda uppnås stegvis det vinkelläge Du för vilket avsökningssignal~ förloppet av s visas utmed axel c i fig. 3. Med E : 3600 avslutas den tšïl avsökníngsradien rz hörande satsen av korre- lationscykler. Det därmed erhållna förloppet av korrelations- integralvärden över Ü visas utmed axel d i fig. 3 (för enkel- hets skull kontinuerligt). För H = G1 erhålles ett absolut maximum, som lätt kan detekteras och användas för att känne- teckna det tillordnade värdet av D såsom giltig vridnings- vinkel av föremålet i förhållande till referensläget. Därmed är uppgiften för vinkellägesbestämningen löst. Dock kan flera korrelationscykler svarande mot andra avsökningsradier, exempelvis med beloppet L}r inkrementellt avtagande radier r = ro, r1, ... följa, varvid varje cykel åter bör resultera i samma värde på D1. Genom medelvärdesbildning över dessa redundanta resultat erhålles ett tillförlitligt slutresultat.

Ar och ro kan anpassas till egenheterna hos konturformen, här exempelvis genom styrförbindningar mellan RSt och lKe respektive Str.

Ovan nämnda förfarlngssteg realiseras i utföringsexemplet medelst följande uppbyggnad av korrelationsstyrkopplingen KSt. En överordnad dataavsökningsstyrkoppling RSt sätter igång avsökningscyklerna genom ansättning av en första in- krementellt stegad rampstigning av Ü i en vinkelstyrkoppling WSt. En komparator D1 fastställer slutet av en avsöknings- respektive korrelationseykel vid ü = 3600, avslutar rampen genom återkoppling till Ü = D och påbörjar med en fördröjning genom en tidslänk T1 en ny cykel. Samtidigt styres en steg- generator IK1, som avger ett vinkelinkrement Jlfl till en med H-ingången av referensföremålsdataminnet RSp förbunden sum- meringslänk Stw. Den följande korrelationscykeln förlöper sålunda såsom förklarats med förändrat relativt vinkelläge av GR i förhållande till B respektive G.

En på ingångssidan med utgången D =2QB av elementet Sh: för- bunden komparator D2, som på sina med 1 respektive D be- tevknnde komplementära utgångar vid uppfyllande av villkoret 7a1o317-3 Ü 3600 avger de angivna binära signalerna fastställer slutet av en sats av korrelationscykler, vilka är tillordnade en avsökningsradie r och friger fram till dess via en OCH-logik U1 återupprepningen av korrelationscyklerna genom D1. Vidare I styr 02 vid slutet av en sats av korrelationscykler via en OCH-logik U2, ler vad gäller styrkopplingen RSt, en steggenerator IK2, som som möjliggör överordnade ingrepp och kontrol- alstrar ett avsökningsradieinkrement ¿Ät'och via en exempelvis funktionen r = rz -flfllr bildande summeringslänk Str styr minnenas GSp och RSp avsökníngsradieavkänníngsingångar.

Därmed utlöses de redundanta korrelationscykelsatserna med var sin bestämning av föremålets vínkelläge._ Maximiurvalet under korreiationsintegralvärdena sker medelst två minneslänkar S och S å vars datain ån ar dessa inte- 1 P2 gralvärden k anligger parallellt. Inläsníngen i Sp1 Frigives % vid slutet av en korrelationscykel av D1 via styringången S1, så att alltid det senaste korrelationsintegralvärdet lagras i Sp1. Inläsningen i Spz frigives emellertid via en difFerens~ bildare DB med efterföljande nollkomparator 03 och över styr~ ingången endast när villkoret Åk : ksp ksp )Ü är uppfyllt 2 1 Sålunda innehåller Sp, inom förloppet av en korrelations- cykelsats alltid det fram till den sista cykeln erhållna relativt sett största k~värdet, vid slutet av korrelations- cykelsatsen sålunda det absolut största k-värdet. Den aktuel- la vridningslägevinkeln ü lägger ständigt utgående från Stw på dataingången av en tillkommande minneslänk Spz. Vid upp- trädande av ett nytt relativt sett maximalt k~värde erhåller Sp; på sin styringång 53 en inskrivningsinstruktion av D3, så att i Sp; alltid det till det relativt sett största k- värdet hörande Ü-värdet, vid slutet av en korrelatíonscykel- sats sålunda det mot detabsolut största k-värdet hörande H-värdet, dvs det sökta H1 lagras och står till Förføqande vid utgången A.

Het är sålunda tydligt att apparaten enligt uppfinningen b\qqer nå en multínlikativ sammankmppling av över åtminstone 7810317-3 en avsökningscirkel fördelade föremåls- och referensföremåls- avsükningsdata (ss respektive sGR) och en integration av den sålunda erhållna produktsignalen (p) utmed avsöknings- cirkelns periferi genomförs för ett flertal relativa vinkel- lägen hos nämnda Föremålsavsökníngsdata (ss) i Förhållande till nämnda referensföremålsavsökningsdata-(SGR). De sålunda erhållna, mot vardera ett relativt vinkelläge mellan före- målsbild (B) och referensföremål (G) svarande korrelations- integralerna (k) underkastas ett absolut extremväÉdesurva1.

Det mot det absoluta extremvärdet (k1) av korrelationsínte- gralerna svarande relativa vinkelläget (G1) utväljs såsom korrekt vinkelläge För föremålet i Förhållande till referens- Föremålets (GR) utgångsläge. En mot hela föremålet (R) svarande total uppsättning av föremålsavsöknlngsdata (ss) avleds och lagras ur en föremålsbild och denna totala tpp- sättning av Föremålsavsökningsdata och en mot hela referens~ föremålet (GR) svarande total uppsättning av referensföre- I. n u» O lsavsokningsdsta {sGR} avsoks med avseende pe samma sv= QIO sökningsradie (rl och över avsökningscirkelns omkrets in- krementellt fördelade föremålså och referensföremålsavsök- ningsdata i synkront på varandra Följande arbetssteg i och för bildande av en sats av korrelationscykler. Dessa av- sökningsdata tillförs multíplikatorn och integratorn. Denna avsökning av lagrade avsökningsdata För varje cykel sker inom en sådan mot en avsökningsradie (r) svarande sats av korrelationscykler motsvarande olika relativa vinkellägen mellan föremålsbilden (b) och referensföremålet (BR).

För korrelationen avsöks ekvidístant fördelade Förcmåls- och referensföremåls-avsökningsdata på en avsökningscykel.

För de på varandra Följande cyklarna inom en mot en avsök» ningsradíc (rä svarande sats av korrelationscykler avsöks föremäls- och referensföremålsdnta vilka svarar mot inkre« mvntellt över åtminstone ungefärligen ett helt varv ïördeladn relativa vinkellägen mellan föremålsbilden och referenafore- målet. fiïr: -7810317-s “ID En bildning sker av korrelatiønsintegralerna (kl som svarar mot inkrementellt över ett helt varv på varandra Följande relativa vinkellägen (Ü, ß + Åïfl) av föremålsbild och referens- fdremål och de sålunda erhållna korrelatíonsinteqralerna f underkastas ett absclut maximimurvalr Genom avsökning av Föremålsbílden (B) för var och en av de mot vardera en avsökníngsradíe svarande satserna av korrela- tionscykler härleds och lagras en mat tillhörande avsökninqs~ radie svarande sats av Föremålsavsökningsdata. För varje ¶_ sådan sats av Föremålsavsökníngsdata iordníngställs en mot if samma avsökníngsradie svarande sats av referensföremåls- avsökningsdata.

Claims (1)

1. rf1t@iv"§ , l 7810317-z 11 PATENTKRAV Anordning för bestämning av vinkelläget mellan två kongruenta föremål, varvid tyngdpunktsläget för bilden av R ett föremål, föremålsbílden, bestäms genom avsökníng av Å raremåisbiiden Gen utvärdering av härvid erhållna avsökninqs- V data och en identifiering av föremålet genom dess tíllordning till ett referensföremål företas genom jämförelse av nämnda avsökningsdata med lagrade referensdata, varvid vinkelläqes- bestamningen sker genom korrelation av cirkulära avsökninqs- data för föremålet och för referensföremålet, vilka data svarar mot en avsökningsradie i förhållande till bildtyngd- punkten, k ä n n e t e c,k n a d av en opto-elektronisk biidomvandlare (V) med en efterföljande avsökningsstyrkopplinq (Å5t) med programstyrning (Fåt), och ett till bildomvandlafi àg rena (V) datautgång (%;(¶',f }) anslutet föremålsdata~minne ä» (G5p) med därtill kopplat referensföremålsdata-minne (Råp). \ I att datautgångarna på föremålsdata~minnet (C59, och på referensföremåldata-minnet (Rßp) är anslutna till en multi- plikator (M) med efterföljande integrator (I), att en till lässtyringångarna på föremålsdata-minnet (GSp) och till referensföremålsdata-minnet (RSp) ansluten korrelations~ styrkoppling (Kåt) är anordnad, vilken avger de synkrona avsökníngssignalerna (fia, r) för avsökningen av föremåle- och referensföremålsavsökningsdata (SG, SGR) över omkretsen avvarsin avsökníngscirkel, att korrelationsstyrkopplingen (Kat: uppvisar en itefatianskappiifig (est, vet, 91. u1, 11: å för upprepad successiv aktivering av korrelationscykler över varsin avsökningscirkel samt en med denna iterations- koppling i styrförbíndelse stående framkopplingsanordning (IKI, Stw, D2) för alstring av ett med de suocessiva korrela- tionseyklerna föränderligt relativ~vinkel]äge mellan före- mâls- och referensföremålsavsökninqsdata (sn, ann), samt att en med integratorn (I) och framkopplingsanordningen ïlK1.'5tw, D23 i styrförbindelse stående extremvärdesurvals~ koppling $p1, Snz. D33 är anordnad, som i förening med ett tillkommande minne {Sn3“ ger den sökta vinkelandrinqvn 113,* vid utqfnvgnrv irl) hgs minnet (Spå), una-_