SU1357711A1 - Фотоэлектронный измеритель смещений светового п тна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. .Цель изобретени  - повьшение точности измерени  координат светового п тна. Цель достигаетс  согласованием формы развертки электронного изображени  п тна с геометрическими параметрами треугольной диафрагмы 6. Рабоча  частота и амплитуда импульсов генератора 7 строчной развертки согласованы с рабочей частотой и амплитудой импульсов генератора 8 кадровой развертки , а именно сумма угла при вершине диафрагмы У и угла, образованного направлени ми профил  треугольно-симметричной развертки, равна 180, кратность отношени  частоты кадровой развертки к частоте строчной развертки равна удвоенному числу сканируемых вдоль строки световых п тен, а амплитуды строчной, и кадровой разверток соответствуют A a sint//2 : :(ctgo/+ctgy); : tg of/2, где a - длина наименьшей из сторон диафрагмы; п - число потери вдоль строки; у углы, прилежащие к стороне а диафрагмы. Соблюдение данньпс условий позвол ет осуществить вхождение и выход светового п тна по нормали к сторонам диафрагмы. При этом момент контакта светового п тна с краем диафрагмы не зависит от размеров светового п тна и  вл етс  посто нным.4 ил S (Л 556 СП Ф1/г,г

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении.

Цель изобретени  - повьшение точ- ности измерений координат светового п тна за счет согласовани  формы разверток электронного изображени  п тна с параметрами треугольной диафраг мы.

На фиг. 1 приведена блок-схема фотоэлектронного измерител ; на фиг.2- схема расположени  диафрагмы диссектора относительно направлени  раз-вертки электронного изображени  све- тового п тна на фиг. 3 - эпюры напр жений строчной (а), кадровой (б) . развертки и положени  синхроимпульсов начала и конца кадра (в); на фиг. 4 - блок-схема узла обработки видеосигнала:. Устройство содержит фокусирующую оптическую систему 1, диссекторный фотоприемник 2 с фотокатодом 3, фокусирующей катушкой 4, отклон ющими катушками 5 и треугольной диафрагмой 6, узел управлени  развертками диссектора- , содержащий генератор 7 строчной развертки, генератор 8 кадровой развертки, задаюгций генератор 9, формирователь 10 синхроимпульсов, а также узел 11 обработки видеосигнала , состо щий из обнаружител  12 сигналов, аналогового запоминающего устройства 13, компаратора 14, фор- мирователей 15-17 команд, блока 18 пам ти и арифметического устройства 19.

Диссекторный фотоприемник 2 опти- 4eckH с в зан с оптической системой 1 отклон ющие катушки подключены к первым выходам генератора 7 и 8 строчной и кадровой разверток, вторые выходы которых соединены между собой и с третьим входом узла 11 обработки видеосигналов. Входы генератора 7 строчной развертки и генератора 8 кадровой развертки соединены с выходом задающего генератора 9. Третий выход генератора 8 кадровой разверт- ки подключен к входу формировател  10 синхроимпульсов, выход которого соединен с вторым входом узла 11 обработки видеосигнала, третий вход ко торого соединен с выходом диссектор- ного фотоприемника 2.

Вход обнаружител  12 сигналов  вл етс  первым входом узла 11 обработки видеосигнала, а выходы обнаружите11

л  12 сигналов соединены через

формирователи 15 и 16 с управл ющими входами блока 18 пам ти. Первый вход аналогового запоминающего устройства 13  вл етс  вторым входом узла 11 обработки видеосигнала, второй вход аналогового запоминающего устройства 13 подключен к входу обнаружител  12 сигналов и к второму входу компаратора 14, первый вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства 13 через емкость С,. Выход компаратора 14 подключен к входу формировател  17 команд. Три выхода блока 18 пам ти соединены с соответствующими трем  входами арифметического устройства 19, а три сигнальных входа блока 18 пам ти соединены с выходами генераторов 7 и 8 строчной и кадровой разверток узла управлени  разверткой.

Согласование формы разверток с параметрами диафрагмы путем подбора соответствующих частот и амплитуд разверток обеспечивает вхождение свето- Boi o п тна по нормали в диафрагму. При этом момент контакта светового п тна с краем диафрагмы не зависит от размеров светового п тна и оказываетс  посто нным, что приводит к резкому увеличению точности получаемых координат.

Рабоча  частота и амплитуда импульсов генератора 7 строчной развертки согласована с рабочей частотой и амплитудой импульсов генератора 8 кадровой развертки таким образом,что выполн етс  определенное соотношение между углами при вершинах диафрагмы 6 и развертки, а именно сумма угйа d при вершине диафрагмы 6 и угла /i, образованного направлени ми профил  треугольно-симметричной зигзагообраз - ной развертки, равна 180°. Кратность отношени  частоты кадровой развертки к частоте строчной развертки должна быть равна удвоенному числу сканирующих вдоль строки световых п тен.Действительно дл  получени  зигзагообразной развертки на отклон ющие ка- тушки 5 подаетс  от генераторов 7 и 8 разверток напр жение треугольно- симметричной формы. Причем частота кадровой развертки f должна быть выше частоты строчной развертки f

f 2 п-f стр ,

где п - число анализируемых вдоль строки п тен.

313

Тем самым обеспечиваетс  движение диафрагмы 6 относительно изображени  светового п тна по зигзагообразной траектории. Согласование угла d при вершине треугольной диа- фрагмы с углом /J, образованным направлени ми развертки, достигаетс  подбором амплитуды напр жени  кадро - вой развертки таким образом, что .биссектрисы углов о и /j станов тс  параллельными. Диафрагма предварительно сориентирована так, что биссектриса угла 0 при. вершине диафрагмы перпендикул рна направлению стро- kи развертки. Кроме того, при сов- мещении вершины диафрагмы с вершиной треугольной развертки изображение светового п тна должно полностью проваливатьс  в отверстие диафрагмы с вершиной треугольной развертки , изображение светового п тна должно полностью проваливатьс  в отверстие диафрагмы. Амплитуда напр жени , кадровой развертки А определ етс  по параметрам диафрагмы диссек- тора путем использовани  геометрических соотношений между имеющимис  элементами .

Амплитуда кадровой А и строчной развертки А определена параметрами, треугольной диафрагмы и удовлетвор ет условию

А ,,7, а

sin -j

К Ctgrt +CtgJf

где а - длина наименьшей из сторон

диафрагмы, образующих уголо п - число п тен вдоль строки. Амплитуды разверток и их частоты , подобранные указанным образом, обеспечивают оптимальную работу устрой- ства за счет вхождени  светового п тна в диафрагму и выхода из нее по нормали к соответству ощей стороне в точке независимо от изменени  размеров измер емого -п тна. При этом стабилизируетс  отсчет момента контакта и достигаетс  максимальна  точность определени  координат центра т жести световых п тен, которое ведетс  прив зкой к этому моменту контакта . А значение у 90°  вл етс  верхним граничным дл  используемой, треугольной диафрагмы.

5 O 5 0 5

.

5

0

5

114

Устройство работает следующим образом .

Сначала производитс  измерение эталонного п тна. Его изображение формируетс  фокусирующей оптической системой на фотокатоде 3 диссекторно- го фотоприемника 2. Электронное изображение проходит через пространство, охваченное отклон юш 1ми катушками 5, и направл етс  на треугольную диафрагму 6. Переменное напр жение от генераторов 7 и 8 строчной и кадровой разверток осуществл ет перемещение электронного изображение относительно треугольной диафрагмы 6. При попадании фотоэлектронов в треугольную диафрагму 6 на выходе диссекторно- го фотоприемника 2 по вл етс  видеосигнал , несущий информацию о положении п тна.

Этот сигнал поступает в узел 11 .обработки видеосигнала. В узле 11 происходит выделение и запоминание следующей информации: t, - момент начала вхождени  п тна в диафрагму; t - момент начала выхода п тна из диафрагмы; г момент полного выхода п тна из диафрагмы.

Эти моменты времени, отсчитываемые по видеосигналу, соответствуют либо эталонному п тну, либо п тну, которое измен етс  на предьадущем этапе в случае системы п тен, отно-. сительно которых измерены все смещени  п тна, отслеживаемого в текупщй момент. Положение рабочего видеоим-: пульса исследуемого п тна определ етс  моментами времени t., , t 2, t j. Начало временных отсчетов производитс  относительно синхроимпульса начала строки в момент времени tp.

Б узле 1.1 обработки производ тс  следующие операции. Вычисл етс  временное положение проекции центра эталонного п тна или предыдущего в случае системы п тен относительно синхроимпульса

50

.+

tOi t ol

03 t 02

Причем равенство в формулах получаетс  из предположени , что за врем  длительности кадра размер светового п тна не измен етс . Аналогичной обработке в узле 11 обработки

513577

видеоимпульса подвергаютс  моменты времени, соответствующие рабочему импульсу

t . t, +

t 3 - t2

Ь Ч +

ts - t2

И наход тс 

- л

At t - t.,

1 L

sin

Эти значени  и есть искомые проекции временных смещений, соответствующие координатам х и у исследуемого п тна в косоугольной системе координат , с углом между координатными ос ми, равным /ь , задаваемым треугольной разверткой. Эти проекции, определ емые по временным моментам, дл  положени  п тна св заны с линейными перемещени ми следующим образом

Если L - длина строки, то длина треугольной развертки равна

1

Задава  частоту строчной развертки fj., находим скорость треугольной развертки

V L-fc/sin /3/2.

Переход от проекций временных моментов к проекци м линейных смещений определ етс  следующими формулами:

JX ,f-f(sin /3/2) ,

Лу L-at -f (sin /3/2) .

Операци  перехода из косоугольной системы координат в пр моугольную осуществл етс  в арифметическом устройстве 19 узла 11 обработки видеосигнала . При попадании следующего п тна в окрестность диафрагмы 6 процедура повтор етс , причем набор двух координат получаетс  при однострочном сканировании изображени  треугольной диафрагмой 6.

В момент по влени  видеосигнала с выхода диссекторного фотоприемника 2 срабатывает обнаружитель 12 сигналов Его роль состоит в том, что при превышении амплитуды видеосигнала порогового уровн , установленного в ком

0

5

5

0

5

0

5 0

g

11 6

параторе 14, он дает команду на формирователь 15. Регулировка порогового уровн  производитс  установкой его от внешнего источника посто нного напр жени . Сформированный по команде компаратора 14 в формирователе 15 командный импульс на запись в блоке 18 пам ти позвол ет занести в пам ть сигнал в параллельно-двоичном коде, поступающий от вторых выходов генераторов 7 и 8 строчной и кадровой разверток. Этот сигнал, отсчитанный по длительности, дает момент времени t, . Выработка команды с формировател  15 синхронизируетс  по моменту по влени  видеосигнала с уровнем, превышающим некоторый уровень шумов, соответствующего моменту t - вхождени  светового п  тна в диафрагму.

В Момент реверса, соответствующего моменту совмещени  вершины диафрагмы с вершиной зигзагообразной развертки , по синхроимпульсу, поступающему с формировател  10 синхроимпульсов начала и конца кадра, в аналоговом запоминающем устройстве 13 записываетс  значение амплитуды видеосигнала 1лол  9 соответствующее моменту полного провала светового п тна в диафрагму 6 диссекторного фотоприемника 2.

С аналогового запоминающего устройства 13 значение If,,, поступает на первый вход компаратора 14, на второй вход которого поступает текущее значение видеосигнала.

В момент начала выхода светового п тна из диафрагмы видеосигнал начинает уменьшатьс , что приводит к срабатыванию компаратора 14 в момент, когда Тгек ущ видеосигнала меньше I ,дд„ . При срабатывании компаратора 14 выдаетс  команда на формирователь 17, который вьщает разрешающий импульс записи сигнала от генераторов 7 и В строчной и кадровой разверток в блок 18 пам ти. Это соответствует моменту времени tj - начала выхода п тна из диафрагмы 6 (фиг. 1), При полном выходе светового п тна за пределы диафрагмы 6 снова срабатывает обнаружитель 12 по уровню сигнала , который становитс  ниже порогового значени , задаваемого от внешнего источника, и подаетс  команда на формирователь 16, которьй вырабатывает команду разрешени  записи в блок 18 пам ти сигнала от генераторов 7 и 8 строчной и кадровой разверток в момент времени tj - полного выхода п тна из диафрагмы диссектора Зафиксированные в блоке 19 пам ти значени  моментов времени t,t , t , соответствующие положению светового п тна относительно диафрагмы 6, подаютс  в арифметическое устройство 19, где производитс  вычисление ис- комых параметров по вышеприведенным формулам.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фотоэлектронный измеритель смещений светового .п тна, содержащий фокусирующую оптическую систему,дис- секторный фотоприемник, включающий фотокатод, отклон ющую систему в ви- де пары катушек и треугольную диафрагму , расположенную за фотокатодом, генератор строчной развертки, задающий генератор, формирователь синхроимпульсов и узел обработки видеосиг- нала, оптическа  фокусирующа  система оптически св зана с диссекторным фотоприемником, отклон ющие катушки подключены к первому выходу генератора строчной развертки, вход кото- рого подключен к выходу задающего генератора, выход формировател  синхроимпульсов соединен с первым входом узла обработки видеосигнала,второй вход которого соединен с выходом диссекторного фотоприемника, о т- личающийс  тем, что, с

   5

   5 Q

   5

   целью повышени  точности измерени  координат световых п тен переменных размеров, он снабжен второй парой отклон ющих катушек, генератором кадровой развертки, вход которого соединен с выходом задающего генератора, первый выход - с второй парой отклон ющих катушек, второй выход - с вторым выходом генератора строчной развертки и с третьим входом узла обра- ботки видеосигнала, а третий выход соединен с входом формировател  синхроимпульсов , генератор строчной и кадровой разверток образуют блок симметрично треугольной развертки электронного изображени , треугольна  диафрагма диссекторного фотоприемника ориентирована так, что биссектриса угла о1 при одной из его вершин перпендикул рна направлению строчной развертки, величина угла при другой ее вершине не более 90, кратность соотношени  частот кадровой и строчной разверток равна двум, а амплитуды кадровой А, и строчной-А разверток определены параметрами треугольной диафрагмы и равны

   А| а-sinof / 2 (ctgc +ctgoT) ;

   tgc//2,

   где а - длина наименьшей из сторон

   диафрагмы,

   а сумма углов с/ и /j , образованного направлени ми треугольно-симметричной развертки, равна 180 .

   К (0,L03

   U2

   У ,

   x

   Нопро&ленае cmpo/fu

   (JJUZ.2.

   Налрав/гение разберлгг и

   X

   ШШШХШ.

   фиг.