книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства
.pdf, 't+f1•>-'Ч' £*< |
|
иЛ STS) 4; |
e. п о л о н и к |
ревизионные
ітоматические
\’-ZLZ 'Ъ'\
{ГГІ'ЛСІИНІ
гь:-№: иппщ г,
ь\( ■>:Jr
W) ,.d№
3|qE0 ц dNi'
:NOL
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
6ФЗ
П52
УДК 621.397.6
Полоник В. С.
П52 Телевизионные автоматические
«Связь», 1974.
216 с. с ил.
Приводятся отечественные и зарубежные матеп
направлениям телевизионно-вычислительной автом* |
« |
||||
сматрнваются тслевнзнонныъ .датчики к их |
состар |
||||
конкретные |
.телевизионные |
автоматически*' |
|
|
|
грешностей |
контроля. |
для |
ннжене |
|
|
Кинга |
предназначена |
•*. • |
|
||
сіи прикладного телевидения. |
Она ж |
|
|||
вузов и техникумов, знакомым |
с осію |
|
|
30403—16
43—74
045(01)—74
© Издательство «Связь», 1974 г.
I
Владимир Степанович Полоник
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОьл,
|
Редактор В. А. Лазарева |
|
||
Техн. редактор К. Г. Маркоч |
|
Корректор |
||
Сдано в набор 29/Ѵ111—1973 г. |
13,5 |
Подписано в печ. S |
||
Форм. бум. 60х90/ю |
13,5 печ. л. |
усл.-п. л. |
14,41 |
|
Тираж 15 000 экз. |
Т-00969 Бумага тип. № 3 |
Зак. нзд. 14981 Ц( |
||
Издательство |
«Связь», Москва-центр, Чистопрудный |
бульи |
Типография издательства «Связь» Государственного комитет. Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжно!
Москва-центр, ул. Кирова. 40. Зак. тип. 214
Ab .
V |
( |
|
|
|
ОГ ЛАВ ЛЕ НИЕ |
|
|
............................................................................................................................. |
|
|
5 |
1. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ДАТЧИКИ |
|
|
|
не соображ ен и я .............................................................................................. |
|
12 |
|
ческие устройства ......................................................................................... |
|
13 |
|
ібразователи |
ев ет -^ о и гн а л ................................................................................. |
о |
25 |
|
|
|
2.НЕРАВНОМЕРНОСТЬ СИГНАЛА И ФОНА
ИЗОБРАЖЕНИЯ
не соображ ения ................................................................................................... |
|
|
|
|
|
49 |
||
івномерпость |
видеосигнала ................................................................................... |
|
|
|
50 |
|||
івномерность |
фона |
изображ ения...................................................................... |
сигнала и фона |
изображения |
52 |
|||
обы компенсации |
неравномерностей |
52 |
||||||
[іенсацпя для систем бегущего луча |
. . . |
. ' ' ............................. |
|
58 |
||||
3. |
АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ В |
|
|
|||||
ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ДАТЧИКАХ |
|
|
|
|||||
не соображ ения....................................................................................................... |
|
|
|
|
|
62 |
||
■матпческая оптимизация четкости изображения.......................................... |
|
63 |
||||||
іматическая оптимизация режима работы трубки . . . . . |
75 |
|||||||
матпческая регулировка усиления в Т Д .................................................... |
|
|
84 |
|||||
матпческая термостабилизацня фотослоя видикона ............................... |
|
87 |
||||||
ше автоматические регулировки ..................................................................... |
|
|
|
89 |
||||
. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ |
|
|||||||
|
|
РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ |
|
|
|
|||
іе соображ ения ....................................................................................................... |
|
|
|
|
|
94 |
||
"соматические си стем ы .............................................................................. |
|
|
|
97 |
||||
. иные автоматы |
на времяимпульсной б а з е ......................................... |
изображения |
101 |
|||||
иные |
автоматы |
с оптической |
дискретизацией |
125 |
||||
■піСшиые автоматы, использующие |
разность |
граничных токов |
128 |
|||||
Ір гк и ........................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
5.ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
;ФОРМЫ И ПРОФИЛЯ ИЗДЕЛИЙ
,іе соображ ения...................................................................................................... |
. . . . |
. . . . . . . |
138 |
||
роль |
формы |
изделий |
139 |
||
|роль |
профиля |
и з д е л и й .................................................................. |
|
|
1 |
рвой расчет систем и некоторые схемные решения телевизионных |
|
||||
іатов для контроля профиля |
п р о к а т а |
........................................... |
154 |
— 3 -
6. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ СЧЕТА ЧИСЛА ПРЕДМЕТОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ПОЛЕ
НАБЛЮДЕНИЯ
6.1. |
Общие соображения ...................................................................................................... |
|
159 |
6.2. |
Статистические способы |
с ч е т а ................................................................................ |
161 |
6.3. |
Способы индивидуальной |
о ц ен к и ............................................................................ |
163 |
7.ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ РАЗЛИЧНОГО
|
|
|
НАЗНАЧЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
||
7.1. Общие |
соображ ения...................................................................................................... |
для |
обнаружения видимых |
изменений |
172 |
||||||
7.2. |
Телевизионные |
автоматы |
|
||||||||
|
на объекте |
. . . |
. |
........................................................................172 |
|||||||
7.3. Телевизионные |
автоматы |
для опознания |
о б р а з а .................................... |
|
|
' |
177 |
||||
7.4. Телевизионные |
автоматы |
для |
контроля |
скорости |
перемещения |
184 |
|||||
7-5. |
о б ъ е к т о в ............................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Прочие |
телевизионные а в т о м а т ы ........................................................................... |
|
|
|
|
|
186 |
||||
|
8. |
ПОГРЕШНОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ДАТЧИКОВ |
|
|
|||||||
8.1. Общие соображ ения...................................................................................................... |
|
|
|
особенностями |
способов |
192 |
|||||
8.2. |
Погрешности, |
обусловленные механическими |
192 |
||||||||
8.3. |
контроля............................................................................................................................. |
|
связанные с |
применением |
телевизионной |
||||||
Основные погрешности, |
198 |
||||||||||
|
техн и к и ............................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
. |
||
8.4. Погрешности, возникающие при автоматическом счете объектов |
206 |
||||||||||
Список литературы |
.......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
209 |
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
°Іо |
|
|
|
|
ио |
Измерение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линейных |
|
|
|
|
размеров |
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
Счет |
|
|
|
20 |
частиц |
|
|
|
|
Контроль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щормы |
|
|
|
|
Дефекто |
|
Слежение |
W |
|
скопия |
„,а Измерение |
|
- |
/за іікт ом |
|||
|
flpo>-. на antтех |
Измерение |
||
|
:_____ |
|
■------- 4 |
площадей сіаена |
|
|
|
Г Т |
|
|
|
Вид |
операции |
|
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
мость |
высокой чувствительности |
с широким нолем наблюдения. |
2. |
Существенно более высокая |
скорость выработки информа |
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
ществовать связи, обозна |
|
|
||||
ченные |
пунктиром. |
Такие |
|
|
||
связи характерны в основ |
|
|
||||
ном для простейших ТА, |
|
|
||||
когда информация, вырабо |
|
|
||||
танная |
датчиком, |
поступает |
|
|
||
непосредственно |
в |
команд |
|
|
||
ное или даже исполнитель |
|
|
||||
ное (индикаторное) устрой |
|
|
||||
ство. |
|
п е р в о г о |
|
|
||
С и с т е м ы |
|
|
||||
к л а с с а предусматривают |
|
|
||||
полностью автоматизирован |
|
|
||||
ные устройства. К этим си |
|
|
||||
стемам |
следует |
отнести, в |
|
|
||
первую |
очередь, |
автоматы |
Рис. В. 2. Структурные схемы телевизи |
|||
д л я у п р а в л е н и я |
р а з |
онных автоматов: а) система |
с обрат |
|||
л и ч н ы м и п р о и з в о д с т |
ной связью; б ) система без |
обратной |
||||
связи; |
|
|||||
вен II ы м и и |
д р у г и м и |
1 — объект контроля; 2 — телевизионный дат |
||||
п р о ц е с с а м и . |
Сюда |
вхо |
чик; 3 — логическое устройство; 4 — командное |
|||
дит автоматическая |
регули |
устройство; 5 — исполнительный |
механизм |
|||
|
|
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
ций и т. п. |
классу следует условно |
отнести автоматы для |
К этому же |
||
о п о з н а н и я |
о б р а з о в , которые будут, |
шо-видимому, занимать- |
одно из первых мест по распространению и важности применения.
Еще большие возможности открываются |
для |
использования |
с а м о о б у ч а ю щ и х с я автоматов. В отличие |
от |
автоматов для- |
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 —