SU1312382A1 - Способ определени положени границы объектов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и надежности опредешени  положени  за счет исключени  погрешностей от нестабильности скорости перемещени  объекта и вли ни  его 6т&fbeHm (Л

Description

ражающих способностей. Источник 15 (модулированного) света расположен относительно главной оси объектива 1 под углом 9 , выбранным так,чтобы освещалась поверхность объекта и фона , а угол If между оптической осью источника 15 и нормалью к поверхности был больше 6/2, что обеспечивает пропорциональность электрических сигналов фотоприемников 2-4 коэффициенту диффузионного отражени  поверхности объекта. Источником 15 света освещаетс  плоскость объекта и фона. Перемещение границы объекта в поле зрени  вызывает изменени  амплитуды переменных сигналов на выходах фотоприемников 2-4, эти сигналы демодулируютс , им присваиваютс  дл  сигналов от центрального фотоприемника (+2), от смежных

1

Изобретение относис  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  определени  положени  границы объектов, например при автоматизации производства кине- скопов.

Цель изобретени  - повышение точ- ности и надежности определени  положени  за счет исключени  погрешностей от нестабильности скорости пере- мещени  объекта и вли ни  его отражающих свойств.

На фиг. 1 изображено взаимное размещение объектива и источника светаj на фиг. 2 - блок-схема устройства на фиг. 3 - временные диаграммы на выходах блоков устройс.тва; на фиг.4 блок-схема логического блока.

Устройство содержит объектив 1, три фотоприемника 2-4, три иден- тичных канала, каждый из которых состоит из демодул тора 5 и умножител  6, соединенных последовательно, сумматор 7, выпр митель 8, накопи- тель 9 максимального значени , пороговый блок 10, делитель 11 напр жени , компаратор 12, органичитель 13 по знаку, логический блок 14, источник 15 (модулированного) света.

Сумматор 7, вьшр митель 8 и на- копитель 9 максимального значени 

ы ю т ги (-1), полученные сигналы суммируютс . В результате выпр млени  сигнала , поступающего с выхода сумматора 7, запоминани  максимального значени  и сравнени  части максимального значени  напр жени  сигнала с мгновенным значением вьшр мленного сигнала формируютс  импульсные последовательности . Импульсы поступают на вход логического блока 14, которым из последовательности импульсов выдел етс  импульс, вызванный последовательным изменением  ркости из-за перемещени  границы объекта и соответствующий определенному положению границы в поле зрени . Логическим блоком 14 подавл ютс  импульсы, вызванные другими причинами, например из-за плавного изменени   ркости изображени . 2 с..п.ф-лы, 4 ил.

соединены последовательно, вход порогового блока 10 соединен с входом накопител  9, а выход - с вторым входом накопител  9, делитель 11 напр жени  и компаратор 12 соединены последовательно. Первый вход накопител  9 соединен с вторым входом компаратора 12, выход которого соединен с первым входом логического блока 14, второй и третий входы которого соединень с первьпу и вторым выходами ограничител  13, вход последнего подключен к входу выпр мител . Выходы умножителей 6 соединены с входами сумматора 7, а выходы фотоприемников 2-4 соединены с входами соответствующих демодул торов 5.

Логический блок 14 включает схемы 16 и 17 совпадени , триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21, элемент ИЛИ 22 и схему 23 формировани  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 вторьми входами триггеров 18 и 19. Первый вход триггера 18 соединен с вторым входом элемента И 21, а первый вход триггера 19 - с вторым входом эле31

мента И 20. Выходы элементов И 20 и 21 подключены соответственно к первому и .второму входам элемента ИЛИ 22. Первые входы схем 16 и 17  вл ютс  первым входом блока 14, второй вход схемы 16 и первый вход схемы 23  вл ютс  вторым входом блока 14, вторые входы схем 17 и 23  вл ютс  третьим входом блока 14.

Сущность способа заключаетс  в следующем.

Поверхность объекта и фона освещаетс  световым потоком под углом 0 , обеспечивающим отсутствие регистрации зеркального отражени  светового потока при всех возможных ориен таци х поверхности объекта, т.е. так чтобы угол 1/ между нормалью к поверхности объекта и лучами света был больше 0/2, при этом полностью освещаетс  поле зрени  устройства, т.е плоскость объекта и фон.

При освещении поверхности объекта  ркость каждой точки изображени  (фиг. 1) можно выразить:

L RIcos ц ,

где L -:  ркость каждой точки изображени  j

I - интенсивность света, падающего на поверхность; R - коэффициент диффузионного

отражени  поверхности; 1/ - угол между падающим лучом света и вектором нормали к поверхности.

Фиксируемые электрические сигналы пропорциональны  ркости соответствующих фрагментов изображени , при этом амплитуды электрических сигналов , вызванных отраженным от поверхности объекта световым потоком, завис т от коэффициента диффузионного отражени  поверхности. При наличии плоского объекта в поле зрени  устройства интенсивность I, угол ц посто нны или мен ютс  плавно и резкие переходы  ркости изображени  обусловлены изменени ми коэффициентов диффузионного отражени  объект - фон. Дл  трехмерных объектов амплитудное распределение вьщеленных электрических сигналов имеет более сложный характер, так как на границе объекта резко мен ютс  не только коэффициенты диффузионного отражени  R объект - фон, но и угол if Таким образом, граница объекта характери23824

зуетс  резким переходом  ркости на смежных участках изображени , полученного в -результате освещени  поверхности объекта и фона, и по рез , кому пространственному изменению амплитуд выделенных электрических сигналов в смежных участках пол  зрени  формируетс  сигнал о положении границы объекта. При наличии

o других внешних источников света дл  формировани  изображени  может, быть применен свет другого спектрального диапазона (например, инфракрасный) или модулированный.

5 Устройство раб.отает следующим образом.

Источником 15 (модулированного) света освещаетс  поле зрени  устройства , плоскость объекта и фона. Про (-| ецируемое на фотоприемники 2-4

объективом 1 изображение преобразуетс  в переменные электрические сигналы , амплитуды которых пропорциональны коэффициенту диффузионного

5 отражени  поверхности. Пер емещение границы объекта в поле зрени  устройства вызывает резкие изменени   ркости изображени  на фотоприемниках 2 - 4, в резулътате чего амплиg туды переменных сигналов мен ютс . Напр жени  с выходов фотоприемников 2-4 поступают на входы демодул торов 5. Детектированные сигналы с выходов демодул торов 5 поступают на входы умножителей 6. Умножител ми 6 сигналам, поступающим от фотоэлектрических преобразователей, присваиваютс  определенные веса, например от центрального фоточувствительного

Q элемента - вес (+2), от смежных 2 и 4 к этому - веса (-1), при этом сумма весов равн етс  нулю. Сигналы с выходов умножителей 6 поступают на входы сумматора 7. Таким образом,

, при равномерной  ркости изображени  на фотоприемниках 2-4 суммарный сигнал на выходе сумматора 7 равн етс  нулю, тем самым частично подавл ютс  сигналы от синфазного изменени   ркости изображени .

В результате перемещени  границы объекта в поле зрени  устройства, на выходе сумматора 7 формируетс  напр жение и (фиг. За), которое пос- - тупает на вход выгф мител  8, на выходе которого формируетс  абсолютное значение напр жени  и(фиг.Зб) Сигнал Ug поступает на вход порогового блока 10, на выходе которого

5

0

51

формируетс  импульсное напр жение и,(, (фиг.Зв) дл  управлени  накопителем 9. Выпр мленное напр же ше Ug одновременно поступает на перв)1Й вход накопител  9 максимального эна чени д которым запоминаетс  максимальное значение сигнала Ug на врем , заданное импульсным напр жением поступающим на второй (управл ющий) вход накопител  9 с выхода порогового блока 10. Часть максимального напр жени  сигнала Ug с выхода делител  11 напр жени  поступает на второй вход компаратора 12 (фиг.Зг) на первый вход которого подаетс  . мгновенное напр жение сигнала с вы- -хода выпр мител  8. Коэффициент делени  делител  11 напр жени  выбираетс  таким образомд чтобы сравниваемые компаратором 12 напр жени  U.j и Ug были равны вне полЬгого участка напр жени  Ug (может быть использован коэффициент делени  0,3- Oj от максимального значени ),

В результате сравнени  напр жений Ug и выходе компаратора 12 формируетс  импульсный сигнал U (фиг. Зд), передний фронт импульсов соответствует определенноку положению изображени  границы объекта на фотоприемниках 2 - 4 при этом врем  по влени  (точность определени  положени ) 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 ограничител  13 по знаку. На второй вход блока .14 поступает сигнал U, (фиг. Зе),, характеризующий положительное изменение напр жени  на выходе сумматора 7, на третий вход - сигнал (фиг Зж), характеризующий отрицательное изменение напр жени  на выходе сумматора 7.

Логическим блоком 14 вьщел етс  последовательность двух импульсов с противоположным знаком напр жени  и ,, вызвавшего каждый импульс, при этом продолжительность ангшиза ограничиваетс  временем последовательного изменени   ркости изображени  на поверхности фотоприемников 2 . Логическа  обработка импульсной последовательности позвол ет избежать

12382 . 6

ложных срабатываний устройства из-за плавного изменени  формы поверхности объекта, изменени  рассто ни  до поверхности, так как синфазный сиг- 5 нал сумматором 7 полностью не подавл етс  .

Логический блок 14 работает следующим образом.

Сигнал с первого выхода логического блока 14 поступает на первые входы схем 16 и 17 совпадени  (фиг.4), на вторые входы которых через второй и третий входы блока 14 поступают

сигналы с соответствующих выходов ограничител  13 по знаку. На выходе схем 16 и 17 совпадени  выдел ютс  импульсы, соответствующие определенному знаку напр жени  на выходе сумматора 7. При положительном напр жении на выходе сумматора 7 схемой 16 совпадени  формируетс  импульс, который поступает на первый вход триггера 18, переключа  его в состо ние логической 1, тем самым переключа  элемент И 20 в состо ние готовности . При поступлении следующего импульса с выхода компаратора 12 на выходе схемы 17 совпадени  формируетс  сигнал, означающий, что имеетс  изменение напр жени  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 положению границы объекта в поле зрени  устройства).

Триггеры 18 и 19 в исходное состо ние (логического О) переклю- чаютс  сигналом, поступающим с выхода схемы 23 формировани  времени Анализа . Схема 23 в результате логического преобразовани  напр жений с выходов ограничител  13 по знаку и задержки заднего фронта импульсного напр жени  формирует импульсный сигнал (фиг.Зз), продолжительность которого соответствует продолжительности последовательного изменени  освещенности на фотоприемниках 2-4.

Триггеры 18 и 19 управл ютс  через первьй вход только при наличии уровн  логической 1 на вторых входах, поступающего с выхода схемы 23.

71

Claims (2)

1.Способ определени  положени  границы объектов, заключающийс  в том,что освещают рабочую зону, анализируют отраженный световой поток, по изменению которого определ ют положение границы объектов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности определени  положени , освещают рабочую зону под углом 9 обеспечивающим анализ диффузной составл ющей отраженного потока, а регистрацию провод т в период времени, когда нормаль к поверхности объекта лежит

в диапазоне 90 V

Z

2.Устройство дл  определени  положени  границы объектов,содержащее оптически св занные источник света, объектив и два фотоприемника, размещаемые последовательно по ходу движени  объектов, выпр митель, .пороговый блок, вход которого соедине с выходом выпр мител , накопитель

JO

23828

максимального значени , первый вход которого соединен с выходом выпр мител , а второй - с вьисодом порогово-| ,го блока, делитель напр жени , вход 5 которого подключен к выходу накопи- тел  максимального значени , компаратор , первый вход которого подключен к выходу делител  напр жени , а второй - к выходу вьтр мител , ограничитель по знаку и логический блок, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности и надежности определени  положени  границы, оно снабжено третьим фотоприемником., 15 установленным по ходу движени  объекта , трем  умножител ми, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, сумматором, входы которого соединены с выходами умножителей , выход сумматора соединен с входом выпр мител  и входом ограничител  по знаку, выход компаратора и выходы ограничител  по знаку подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического блока.

20

25

Зврт/ ьно-отраженный луч источника

света

Объект

Источник света

Фон

ФигЛ

2J

13

ъ

Фиг,

Составитель Е. Глазкова Редактор В. Иетраш Техред А.Кравчук

Заказ 1960/38 Тираж 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Корректор А.Ворович