книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства

в. с. полоник

ТЕ Л Е В И З И О Н Н Ы Е

АВ Т О М А Т И Ч Е С К И Е

УС Т Р О Й С Т В А

ИЗДАТЕЛЬСТВО «СВЯЗЬ» МОСКВА 1974

Ab .

2.НЕРАВНОМЕРНОСТЬ СИГНАЛА И ФОНА

ИЗОБРАЖЕНИЯ

5.ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

;ФОРМЫ И ПРОФИЛЯ ИЗДЕЛИЙ

— 3 -

В в е д е н и е

Телевизионно-вычислительная автоматика (ТВА) — одно из но­ вейших средств, используемых для быстрого и точного контроля самых разнообразных 'Производственных операций, а также облег­ чения научных 'исследований.

Возникнув на базе телевизионной и вычислительной техники, ТВА синтезировала в себе их основные положительные качества: беоконтактность, быстроту, высокую точность и универсальность.

Несмотря на то, что с начала основных разработок по ТВА прошло всего 10—12 лет, можно наблюдать ее успешное проник­ новение в металлургию, машиностроение, биологию, медицину, астрономию и другие многочисленные отрасли промышленности и науки.

Анализ поступивших запросов от различных отраслей народно­ го хозяйства на разработку автоматических телевизионных систем (рис. В. 1) позволяет сделать вывод, что наибольшую потребность

Рис. В. 1. Относительное распределение спроса на телевизионные автоматы по характеру выполняемых операций

— 5 —

в них испытывает металлургическая и машиностроительная про­ мышленность. Это вполне понятно, так как .в металлургии совер­ шенно необходим точный контроль линейных размеров и профи­ лей, а также дефектоскопирование поверхности изделий при высо­ ких температурах металла и высоких скоростях его обработки. В машиностроении требуется высокоточный скоростной автомати­ ческий контроль размеров и формы машиностроительных деталей, особенно имеющих сложную форму.

Для большого числа отраслей промышленности, а также науч­ ных целей значительный интерес представляют автоматический подсчет числа микрочастиц, находящихся в поле зрения микро­ скопа, и распределение их по размерам. Все большие масштабы принимают запросы на автоматические телевизионные системы для слежения за объектами, обнаружения видимых 'изменений на объектах контроля и опознания образов. Следует ожидать, что дальнейшее развитие ТВА приведет к успешной замене человека на большинстве выполняемых им контрольных операций. Это яв­ ляется наиболее существенным там, где скорость поступления ин­ формации в систему управления велика и участие оператора существенно ограничивает ее пропускную способность, так как скорость зрительного восприятия человека составляет всего не­ сколько десятков двоичных единиц в секунду [124]. По-видимому, такая замена целесообразна и в противоположном случае, когда средняя скорость поступления информации очень мала. При этом рабочее время оператора используется малоэффективно, работа становится однообразной и утомительной, что может привести к снижению внимания и, как следствие, к аварии. Примером мо­ жет служить контроль за уровнем воды в • водомерных стеклах электростанций.

Особенно ощутимы преимущества ТВА при сравнении ее с фо­ тоэлектрическими автоматическими устройствами, которые в из­ вестной степени являются родственными ТВА и относятся к одним ■из наиболее технически совершенных средств контроля. Сохраняя все достоинства фотоэлектрической автоматики, ТВА превосходит

еепо ряду параметров:

1.Реакция не на интегральный световой поток от совокупности контролируемых объектов, а на статическое и динамическое рас­ пределение света в поле наблюдения во времени и в пространстве, что устраняет присущую фотоэлектрическим системам несовмести­

ции, чем в фотоэлектрических устройствах с использованием меха­ нических разверток при значительно большей разрешающей спо­ собности, что практически обеспечивает полную независимость точности измерения от скорости движения ‘контролируемого пред­ мета.

3. Работа вне зависимости от колебаний освещенности объекта контроля.

— 6 —

4.Возможность выполнения одновременного контроля несколь­ ких предметов.

5.Осуществление дистанционного визуального наблюдения за объектом контроля одновременно с выполнением 'Контрольных функций.

Телевизионные автоматы (ТА) делятся, как и все автоматы, на два больших класса: первый класс — системы с обратной связью и второй класс —системы без обратной связи (рис. В.2) [117].

В обоих классах ТА, кроме обычных связей между составляю­ щими элементами, обозначенных оплошными линиями, могут су­

ровка размеров изделий, разбраковка изделий по дефектам на их поверхности, регулировка скорости движения предметов, подсчет числа объектов в поле наблюдения .слежение за объектом и др.

К системам этого же класса относятся также с а м о н а с т р а и ­ в а ю щ и е с я а в т о м а т ы , которые могут менять телевизионные параметры системы (число строк разложения, скорость развертки, ширину полосы частот и др.) в зависимости от сложившейся об­ становки. Примером могут служить автоматическое увеличение скорости развертки на участке изображения без деталей и сниже­ ние ее на участке с деталями для более подробного анализа этого участка изображения.

С и с т е м ы в т о р о г о к л а с с а не предусматривают цепей об­ ратной связи, и поэтому в ряде случаев может возникнуть необхо­ димость участия в регулировочных операциях.

Наиболее многочисленными представителями этого класса яв­ ляются к о н т р о л ь н ы е а в т о м а т ы , которые должны подавать сигнал-о появлении брака, наличии недопустимых отклонений

— 7 —

параметров изделий от нормы, возникновении аварийных ситуа­

одно из первых мест по распространению и важности применения.

опознания образов, которые работают путем сличения признаковобъектов с признаками образцов, находящихся в памяти автомата,, самообучающиеся автоматы смогут приспосабливаться ас новым,, изменяющимся условиям на основании запоминания и логической обработки полученной информации.

Естественно, что предложенное деление систем телевизионной’ автоматики является достаточно условным и на практике возмож­ ны различные связи между представителями систем с обратной, связью и систем без нее.

Имеющиеся в настоящее время литературные материалы, опытразработки ТА, а таасже запросы различных отраслей народного хозяйства позволяют провести предварительную классификациюТА по назначению, которая содержит шесть основных групп авто­ матов [115].

К первой группе относятся ТА, которые позволяют автомати­ зировать процессы, связанные с бесконтактным определением ли­ нейных размеров предметов на плоскости и в пространстве и опре­ делением их площадей. Сюда следует отнести* например, контроль, ширины проката и длины раската металла во время движения, измерение площади материала при раскрое одежды или обуви,, определение веса плоских металлических конструкций сложной формы, определение объема древесины и др.

Во второй группе собраны ТА, используемые для полуавтома­ тического и автоматического контроля формы изделий с большой степенью точности: например, средний диаметр болтов, форма, зуба шестерни и др. Сюда же следует отнести и контроль профи­ ля проката.

Третья группа содержит ТА, предназначенные для автоматиче­ ского счета объектов, находящихся в ноле наблюдения, причем: обеспечивается одновременный счет объектов, значительно отли­ чающихся по размерам и имеющих различную форму. В качествепримера можно привести подсчет микрочастиц в цементной, ме­ таллургической, керамической и других отраслях промышленнос­ ти, определение микросостава с дифференциацией по размерам; при медицинских и биологических исследованиях и т. д.

К четвертой группе относятся ТА, предназначенные для авто­ матического слежения за перемещением предметов; например,, слежение за движением астрономических объектов, за перемеще­ нием деталей на конвейере и др.

Пятая группа содержит ТА, которые позволяют автоматически, обнаруживать видимые изменения на объектах контроля, проис­ ходящие мгновенно или в течение длительного времени. Примером

— 8 —

использования таких систем являются автоматы, 'контролирующие положение деталей на конвейерных линиях, сторожевые автоматы

идр.

Кшестой группе относятся ТА для опознания образов, с по­

мощью которых можно находить нужные предметы среди множе­ ства других независимо от их положения, размера и наклона. Если учесть, что опознанные предметы с помощью телевизионных мето­ дов могут быть с высокой точностью и быстротой измерены, будут определены’ их положение и скорость перемещения, проведен под­ счет их числа, обнаружены визуальные изменения на опознанных объектах и определен ряд других параметров, то станет очевидна вся перспективность этого направления.

Кроме перечисленных трупп, имеются ТА различного назначе­ ния. К ним следует отнести ТА для контроля скорости перемеще­ ния предметов, дефектоскопии поверхности изделий и др.

Любой ТА состоит из телевизионного датчика, устройства обра­ ботки информации и индикаторного или исполнительного блока.

Одним из основных устройств ТА является телевизионный дат­ чик (ТД). Современные ТД могут быть построены на передающих трубках с накоплением, диссекторах, трубках бегущего луча или

•сканисторах, причем каждый из них обладает определенными пре­ имуществами. Так, во многих случаях несомненное превосходство имеет диссекторный датчик мгновенного действия, обладающий наибольшей простотой и надежностью, высоким сроком службы и имеющий линейную характеристику в широком диапазоне осве­ щенностей.

В то же время в многокадровой автоматической измерительной системе, особенно если необходимо обеспечивать одновременный визуальный контроль наблюдаемого процесса при малой освещен­ ности, неизбежно использование видиконов— трубок с накоплени­ ем, обладающих достаточной чувствительностью.

Телевизионный датчик должен работать в безоператорном ре­ жиме, обладать малыми геометрическими искажениями, иметь высо­ кую линейность отклоняющих токов, высокую стабильность раз­ меров и центровок растра, высокую линейность и устойчивость усилительного тракта и работать в широком диапазоне освещен­ ностей. Только в этом случае от ТД могут быть получены много­ кратно повторяющиеся идентичные и достоверные данные.

Большую перспективность имеют ТД с высокоточными цифро­ выми развертками, позволяющими осуществлять сканирование изображения по произвольному заданному закону. Для этой цели наиболее удобны передающие трубки с электростатическим откло­ нением.

Исключительно важным в ТД является обеспечение высокой

•контрастной чувствительности, поскольку для большинства реаль­ ных случаев применения в промышленности, медицине и биологии необходимо обнаружение малоконтрастных объектов. Повышение контрастной чувствительности достигается улучшением характе­ ристик передающих трубок и фотоэлектронных умножителей, а

— 9 —