SU1552003A1 - Способ измерени положени объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений и координат объектов. Цель изобретени  - повышение точности измерени  путем исключени  вли ний изменений  ркости изображени , значительных низкочастотных помех, дрейфа параметров фотопреобразовател  и паразитных засветок фотопреобразовател . На фотопреобразователь 4 на ПЗС проецируют изображение диафрагмы 2 таким образом, чтобы ширина изображени  была бы больше периода расположени  фоточувствительных  чеек фотопреобразовател  4 на ПЗС. Преобразовывают изображение в видеосигнал. Полученный видеосигнал сравнивают с 2^к1, где К1≥1, целое, опорными уровн ми в блоке 6 сравнени . При каждом совпадении сигнала с опорным уровнем формируетс  временной интервал, длительность которого измер етс  подсчетом импульсов счетчиком 10. Блок 11 цифровой обработки осуществл ет суммирование длительностей всех сформированных интервалов за К2, где К2≥1, целое, периодов видеосигнала. Блок 7 обнаружени  ошибки фиксирует превышение верхнего опорного уровн  в каждом периоде видеосигнала. По коду суммы длительностей временных интервалов суд т о положении объекта. 10 ил.

Description

i т ,

1

/

и,

Ж

5

ад

Us

vn

i/g

70

11

фиё.1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений и координат объектов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  путем исключени  вли ний изменений  ркости изображени , значительных низкочастотных помех , дрейфа параметров фотопреобра- 10 зовател  и тракта аналоговой обработки видеосигнала и паразитных засветок регистра сдвига фотопреобразовате- л , имеющих значительные низкочастотные составл ющие пространственного 15 спектра.

На фиг.1 дана функциональна  схе- Ма устройства дл  осуществлени  способа измерений; на фиг.2 - схема бло- |ка управлени ; на фиг.З - схема блока 20 цифровой обработки; на фиг.4 - схема блока управлени  записью; на фиг.5 - схема блока обнаружени  ошибки; на фиг.6 - вариант исполнени  формировател  стробов записи; на фиг.7 - диа- .25 граммы напр жений, по сн ющие работу блока сравнени Ј на фиг.8 - диаграммы напр жений, по сн ющие работу блока управлени  записью; на фиг.9 - диаграммы напр жений, по сн ющие ра- 30 боту блока обнаружени  ошибки; на фиг.10 - эскиз формы видеоимпульса при различных освещенност х.

Устройство, реализующее способ измерени  положени  объекта, содержит оптически св занные источник 1 света, диафрагму 2, объектив 3 и фотопреобразователь 4 на приборе с зар довой св зью (ПЗС), последовательно соединенные блок 5 выборки, блок 6 срав- п йени , блок 7 обнаружени  ошибки и регистратор 8, последовательно соединенные блок 9 управлени , счетчик 10, блок 11 цифровой обработки. Вход блока 5 выборки подключен к выходу фото- 45 преобразовател  4 на ПЗС, к управл ющему входу которого подключен второй выход блока 9 управлени , третий выход которого подключен к объединенным второму входу счетчика 10 и второму входу блока 7 обнаружени  ошибки, третий вход которого объединен с вторым входом блока 11 цифровой обработки и подключен к четвертому вы- tходу блока 9 управлени , п тый выход которого подключен к третьему входу блока 11 цифровой обработки. Шестой выход блока 9 управлени  подключен к второму входу блока 5 выборки. Вто50

55

п 5

0

5

рой выход блока 6 сравнени  подключен к четвертому входу блока 11 цифровой обработки, информационные выходы которого подключены к информационным входам регистратора 8.

Блок 6 сравнени  (фиг.2) может содержать блок 12 компараторов, содержащий 2К( , где К, i. 1, целое, компараторов, источник 13 опорных напр жений и формирователь 14 стробов записи. Источник 13 опорных напр жений подключен своими выходами к управл ющим входам блока 12 компараторов , первый вход которого  вл етс  входом блока 6 сравнени .

Выходы блока 12 компараторов подключены к входу формировател  14

стробов записи. Выход верхнего oriop- i

ного уровн  блока 12 компараторов  вл етс  первым выходом блока 6 сравнени , вторым выходом которого  вл етс  выход формировател  14 стробов записи.

Блок 11 цифровой обработки (фиг.З) может содержать блок 15 задержки, блок 16 управлени  записью результата и последовательно включенные регистр 17 номера импульса заполнени , входы которого  вл ютс  первыми входами блока 11 цифровой обработки, накапливающего сумматора 18 и регистра 19 результата, причем вход блока 15 задержки и вход записи регистра 17 номера импульса заполнени  объединены и  вл ютс  четвертым входом блока 11 цифровой обработки, выход блока 15 задержки подключен к входу записи накапливающего сумматора 18, выходы регистра 19  вл ютс  информационными выходами блока 11 цифровой обработки. Вход установки и вход регистровой частоты блока 16 управлени  записью результата  вл ютс  соответственно вторым и третьим входами блока 11 цифровой обработки. Выходы сигналов сброса и записи блока 16 управлени  записью результата подключены, соответственно , к входу сброса накапливающего сумматора 18 и входу записи регистра 19 результата.

Блок 16 управлени  записью результата (фиг.4) содержит RS-триггер 20, вход установки которого  вл етс  входом установки блока 16, первьй 21 и второй 22 В-триг.геры, причем информационный вход первого D-триггера 21 объединены с пр мым выходом RS- триггера 20, пр мой выход - с информационным входом второго D-триггера 22 и  вл етс  выходом записи блока 16 управлени  записью результата. Пр мой выход триггера 22 подключен к входу сброса RS-триггера 20 и  вл етс  выходом сброса блока 16 управлени  записью результата. Входы синхронизации первого 21 и второго 22 D-триггероЁ объединены и  вл ютс  входом регистровой частоты блока 16 управлени  записью результата.

Блок 7 обнаружени  ошибки (фиг.5) содержит первый D-триггер 23, вход синхронизации которого  вл етс  первым входом блока 7 обнаружени  -ошибки , второй D-триггер 24, информационным входом подключен к пр мому выход первого D-триггера 23, а пр мым выходом - к информационному входу первого D-триггера 23 и к выходу блока 7 обнаружени  ошибки, формирователь 25 сигнала сброса, входом подключенный к третьему входу блока 7 обнаружени  ошибки, логический элемент ИЛИ 26, первый вход которого  вл етс  вторым входом блока 7 обнаружени  ошибки и подключен к входу синхронизации второго D-триггера 24. Второй вход логического элемента ИЛИ 26 подключен к выходу формировател  25 и входу установки второго D-триггера 24, а выход - к входу сброса первого D-триггера 23„

Формирователь 14 стробов записи (фиг.6) содержит первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент 31 задержки. Входы первого 27 и второго логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ  вл ютс  входами формировател  14 стробов записи. Выходы первого 27 и второго 28 логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены соответственно к входам тре- тьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29,первый выход которого подключен к первому входу четвертого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, к второму входу которого подключен выход элемента 31 задержки, вход которого подключен к второму входу третьего логического элемента ИСКЛЮ- ЧАЩЕЕ ИЛИ 29. Выход четвертого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30  вл етс  выходом формировател  14 стробоз записи.

Способ осуществл етс  устройством следующим образом.

5

0

Источник 1 света освецает днафр г- му 2, св занную с объектом. Изображение формируетс  объективом 3 на поверхности фотопреобразовател  4. При изменении положени  объекта происходит перемещение изображени  св занной с ним диафрагмы 2 по поверхности фотопреобразовател  4. Под управлением

Q блока 9 управлени  на выходе фотопреобразовател  4 на ПЗС формируетс  последовательность видеоимпульсов и (фиг,7), амплитуды которых про- порционапьны распределению освещен- ностей в изображении диафрагмы 2. С выхода фотопреобразовател  4 на ПЗС видеоимпульсы V (фкг.1) поступают на вход блока 5 выборки, где из них с помощью двойкой коррелированной выборки с последующей фильтрацией фильтром нижних частот «ыделлетс  огибающа  U пачки видео- импульсов. Управление двойной коррелированной выборкой осуществл етс 

5 с помэщью сигнала, подаваемого с блока 9 управлени . Сигнал U2 с выхода блока 5 выборки поступает на первые

if

входы 2 компараторов блока 12 ком- тар эторов, на вторые входы которых 0 поданы опорные уровни Uon s. .. ,11опг от источника 13 опорных напр жений. Сигналы U (фиг.2), образующиес  в

результате компарировани , поступают с выходов компаратора на входы фор5 мирсвател  14 стробов записи, вырабатывающего на выходе последовательность стробов 1Тф записи по положительным и отрицательным фронтам им- пульсов U. В рассматриваемом примере

0 реализации устройства К(2, следовательно 5 на фиг.7-9 использовано четыре компаратора и на выходе формировател  14 вырабатываетс  8 стробов записи, С выхода импульсов заполне-

5 ни  блока 9 управлени  на счетный вход счетчика 10 импульсов частоты заполнени  поступают импульсы Us частоты заполнени . С выхода импульсов времени сдвига блока 9 управлени  на

0 вход сброса счетчика 10 импульсов

частоты заполнени  поступают импульсы

Ug длительностью Тп (врем  переписи зар довых пакетов из секции накоплени  в регистр сдвига фотопреобразова- 5 тел  4 на ПЗС) и с периодом Тс (врем  сдвига зар довых пакетов в регистре фотопреобразовател  4 на ПЗС). На счетный вход счетчика 10 поступают импульсы U$ частоты заполнени . По

положительному уровню импульсов U6 счетчик 10 сбрасываетс  и находитс  в сброшенном состо нии в течение времени переписи Тп.

По положительному фронту каждого строба 1ц записи, поступающему на вход записи регистра 17 номера импульса заполнени , записываетс  код содержимого счетчика 10, подсчиты- вающего импульсы частоты заполнени , а по положительному фронту каждого импульса, задержанного блоком 15 задержки строба записи, код, хран щийс  в регистре 17 номера импульса за- полнени , складываетс  в накапливающем сумматоре 18 с накопленной в нем суммой.

По положительному фронту импульсо Ug в блоке 9 управлени  формируетс  сигнал Ug Рабочий цикл. Например, по положительному фронту первого импульса U6 на выходе сигнала рабочего цикла блока 9 управлени  по вл ет с  перепад напр жени  Ug,  вл ющийс  началом сигнала Рабочий цикл, а по

V t |

положительному фронту 2 г импульса где 1 - целое, U, - отрицательный фронт сигнала Ug, определ ющий конец сигнала Рабочий цикл (фиг.8) Сформированный сигнал Рабочий цикл подаетс  на вход установки S RS-триг гера 20. С шестого выхода блока 9 управлени  на входы синхронизации первого 21 и второго 22 D-триггеров подаютс  импульсы UH регистровой частоты. По отрицательному фронту импульса Ue RS-триггер 20 устанавливаетс  и напр жение логической 1 с его пр мого выхода передаетс  на информационный вход первого D-три гера 21. С приходом на вход синхронизации первого D-триггера 21 положи- .тельного фронта очередного импульса

U,, регистровой частоты, он устанавливаетс  в состо ние логической 1, на его пр мом выходе формируетс  положительный фронт сигнала U) записи результата, по которому результат измерени  переписываетс  из накапливающего сумматора 18 в регистр 19 результата , причем на информационные входы регистра 19 результата подаетс  код суммы начина  с (К +К2+1)/2-го младшего разр да и конча  старшим разр дом. Такое подключение эквивалентно сдвигу кода суммы на ( +1)/2 разр дов вправо, т.е. делению

на 2(к + +). , где К,, К

1

суммы ..« «.,

целые, К 1, К г ь 1 .

Выбор количества учитываемых в результате разр дов основан на следующих соображени х. Пусть - число эталонных уровней в блоке 6 сравнени . Результат измерени  получают путем суммировани  результатов одиночных измерений. Случайные погрешности измерени  при этом уменьшаютс  в первом приближении в -fn раз, где п 2 а, а - общее число суммирований за рабочий цикл. Если суммируемые коды имеют Р разр дов , то дл  представлени  результата и суммирований требуетс  п P+1+K/)+Ki разр дов. Если бы погрешность результата не зависела от количества измерений, дл  представлени  результата было бы достаточно Р старших разр дов суммы. Дл  отображени  дополнительной информации, обеспечивающей уменьшение погрешности в раз, необходимо дополнительно

logt-Jn --- logl (K,+K2 + 1)

двоичных разр дов. Тогда в результа- те требуетс  сохранить ( ) двоичных разр дов, т.е. можно

не учитывать Р4 -Р -г- (К,,+К2+1) младших разр дов суммы. Результат измерени , записанный в регистре 19, далее поступает на регистратор 8, в котором производитс  масштабирование и дальнейша  обработка. В качестве регистратора в рассматриваемом варианте использована микроЭВМ.

Блок 7 обнаружени  ошибки работает следующим образом. С приходом положительного фронта сигнала Ug Рабочий цикл формирователь 25 импульса сброса вырабатывает короткий импульс, / устанавливающий первый 0-триггер 23 в состо ние логического О, а второй - в состо ние логической 1. Если за врем  измерени  произошло превышение верхнего опорного уровн , состо ние логической 1 будет переписано из второго D-триггера 24 в первый и с приходом очередного сигнала ТП состо ние логической 1 будет вновь записано во второй D-триг- гер, т.е. его состо ние не изменитс  и на выходе блока обнаружени  ошибки состо ние логической 1, означающее

что результат измерени  действителен, первый D-триггер будет сброшен. Если за врем  измерени  превышение верхнего опорного уровн  не произойдет, к моменту прихода следующего сигнала ТП первый D-триггер 23 будет в состо нии логического О и это состо ние будет переписано во второй D- триггер 24. На выходе блока 7 обнаружени  ошибки установитс  уровень логического О, сигнализирующий о том, что результат измерени  недействителен . Это состо ние сохранитс  до начала следующего рабочего цикла и должно анализироватьс  регистратором.

Ширина изображени  диафрагмы должна существенно превышать шаг  чеек фотопреобразовател . И чем она больше тем больший участок фотопреобразовател  соответствует зоне срабатывани  компараторов и тем значительнее при достаточном количестве уровней будет усреднение характеристик фоточувствительных  чеек. Верхний предел шири- ны фронтов видеосигнала определ етс  крутизной, необходимой дл  четкого срабатывани  компараторов. Кроме того , широкий видеосигнал неизбежно обладает плохой симметрией, например, из-за неравномерной освещенности.

На фиг.10 приведены типичные формы видеосигналов, образуемых узкой диафрагмой в услови х отсутстви  насыщени  (кривые 1,2) и при значительных искажени х сигнала из-за сильной пересветки (крива  3), сох

5

5 о

0

5

ран ющей, однако, симметричность сигнала в зоне действи  компараторов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  положени  объекта , заключающийс  в том, что проецируют на фотопреобразователь изображение диафрагмы, св занной с объектом, преобразуют спроецированное изображение в видеосигнал, сравнивают напр жение видеосигнала с 2 опорными уровн ми, где К, 1, формируют временные интервалы от момента начала опроса фотопреобразовател  до момента

   равенства напр жени  видеосигнала каждому из 2 опорных уровней напр жени , измер ют временные интервалы путем заполнени  их счетными импульсами , суммируют количество импульсов, соответствующих каждому временному интервалу в течение одного периода видеосигнала, измер ют положение объекта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений , формируют изображение диафрагмы , ширина которого больше периода светочувствительных  чеек фотопреобразовател , опорные уровни выбирают в зоне осевой симметрии видеосигнала изображени  диафрагмы, суммируют количество импульсов 2 2 периодов видеосигнала, где Kg - t, фиксируют превышение верхнего опорного уровн  напр жением видеосигнала в каждом его периоде, по коду суммы су-, .д т о положении объекта.

   От блока 9

   1 Ј

   I

   фиг.Ъ

   фиеЛ

   Фае. 5

   Фиё.6

   и

   ML JL

   11Ш1ШШ

   ML JLJULJL

   Фие.8

   6

   u

   Фие.З

   Фие.Ю