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

Способ двух кам ер, располож енны х под углом

Камеры направляются на края объекта измерения (полосы), причем обе поворачиваются относительно продольной оси полосы

измеряемой полосы (рис. 4.5s,). При перемещении полосы без из­ менения ее ширины точка 5 будет перемещаться в горизонталь­ ном направлении.

Величина вертикального смещения точки S на экране при изме­ нении ширины изображения полосы на величину h = di/2 sin ср/2.

Величина горизонтального перемещения точки S на экране при

— 100 —

боковом перемещении изображения полосы на величину р m=p/cos ф/2.

Из выражения для определения величины Іі следует, что способ ,с поворотом камер обеспечивает возможность значительного повы­ шения точности измерения при уменьшении угла поворота. Фак­ тором, ограничивающим уменьшение этого.угла, является требова­ ние сохранения пределов отклонения точки 5 в границах растра.

4.3. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ НА ВРЕМЯИМПУЛЬСНОЙ БАЗЕ

Общие сведения

Хронологически первыми были разработаны ТА на времяим­ пульсной базе, в которых /(а) —Fi(ti), где функция Fi(ti) представ­ ляется средней составляющей видеоимпульсов или их длительно­ стью. В последнем случае известно большое число решений, направ­

рассматриваемых систем не превышает 1,5%.

Телевизионные автоматы на времяимпульсной базе отличаются простотой исполнения, так как весь автомат состоит из телевизион­ ного датчика и индикаторного прибора или счетчика.

Искомый размер предмета 1=1' — =Kt-„ где V — размер опти-

4

ческой проекции измеряемого предмета на фотослое преобразовате­ ля свет — сигнал; L — расстояние от предмета до объектива теле­ визионного датчика; F — фокусное расстояние объектива; к — ко­ эффициент пропорциональности (наиболее просто определяемый экспериментально), связывающий размер проекции I' с длительно­ стью видеоимпульса; 4 — длительность видеоимпульса.

Таким образом, при заданном расстоянии до объекта контроля и выбранной оптической системе размер объекта однозначно опре­ деляется длительностью видеоимпульса.

Способ постоянной составляющей видеоимпульсов

Способ основан на непосредственном измерении постоянной со­ ставляющей последовательности П-образных видеоимпульсов, по­ лучаемых при сканировании изображения контролируемого пред­

— 101 —

мета электронным лучом передающей трубки. Для этого изображе­ ние объекта проецируется на планшайбу передающей трубки, нахо­ дящейся в ТД, и преобразуется в видеосигнал, который поступает в формирующий блок. Здесь сигнал подвергается двустороннему ограничению и из него формируются выталкивающие импульсы, позволяющие выделить рабочие видеоимпульсы, которые подаются на измерительный прибор, проградуированный непосредственно в единицах длины.

Для удобства работы стрелка прибора при соответствии разме­ ра изделия заданному устанавливается на нуль в середине шкалы путем подачи компенсирующего напряжения в мостовую схемѵ. При изменении размеров изделия стрелка отклоняется в ту или другую сторону.

Для создания автомата, самостоятельно выдерживающего за­ данный размер изделия, выходной ток должен подаваться к ис­ полнительному механизму, воздействующему на размер изделия.

На рассмотренном способе разработан ТА для контроля диамет­ ра тонкой проволоки при ее протяжке [120].

Структурная схема ТА приведена на рис. 4.7. Изображение кон­ тролируемой проволоки в виде тени проецируется с помощью мик­ роскопа М-10 на фотослой видикона. Развертка осуществляется ге-

6

Рис. 4.7. Структурная схема ТА для контроля диаметра .тонко» проволоки:

/ — осветитель; 2 — конденсатор; 3 — контролируемая проволока; 4 — микроскоп: 5 — призма; 0 — ТД; 7 — измерительный прибор

нератором пилообразного тока в однострочном режиме, направле­ ние развертки — перпендикулярно оси проектируемой проволоки. Видеосигнал, образованный передающей трубкой (рис. 4.8, осцил. а ) , поступает на усилитель, а затем на ограничитель, после прохождения которого приобретает вид рис. 4.8, осцил- б . Далее сформированный видеосигнал подводится к смесительному каска­ ду, в который одновременно поступают выталкивающие импульсы прямоугольной формы, совпадающие во времени с видеосигналом, но несколько шире его.

102 —

Рис. 4.8. Осциллограммы формы сигналов ТА для контроля диа­ метра проволоки

Выталкивающие импульсы формируются следующим образом. Импульсами строчной частоты, вырабатываемыми в генераторе развертки, запускается генератор импульсов задержки (рис. 4.8, осцил. в), на выходе которого образуются /7-импульсы (рис. 4.8, осцил. г). Эти импульсы затем дифференцируются, а полученные выбросы от срезов запускают генератор выталкивающих импульсов (рис. 4.8, осцил. д).

— 403 —

На выходе смесительного каскада возникает сигнал (рис. 4.8, осцил. е), образованный в результате сложения видеосигнала и вы­ талкивающих импульсов, которые служат в качестве пьедесталов для видеоимпульсов. Суммарный сигнал подается на диодный огра­ ничитель, на выходе которого выделяются рабочие импульсы (рис- 4.8, осцил. ж).

Размах рабочих импульсов стабилизируется с помощью стаби­ литрона, после чего они поступают на вход измерительного моста, в диагональ которого включен стрелочный прибор с нулем по сере­ дине, реагирующий на изменение постоянной составляющей вход­ ного сигнала. В обе стороны от нулевого положения шкала прибо­ ра проградуирована в процентах от номинального значения диа­ метра контролируемой проволоки.

Ток, проходящий через стрелочный прибор, используется также для управления световой сигнализацией с помощью реле, которые замыкают лампочки табло с соответствующей надписью: Больше,

Норма, Меньше.

Основные технические данные ТА таковы: диапазон измерения диаметров проволоки от 20 до 100 мкм, точность контроля 1±0,5%, частота строчной развертки 6 кГц, освещенность в плоскости фото­ слоя видикопа около 100 лк.

Телевизионный датчик выполнен в виде трубы длиной 155 мм и диаметром 50 мм, которая укреплена на микроскопе.

Одним из вариантов сигнализации о выходе диаметра проволо­ ки за пределы норм является цифровая аппаратура. Для дискрети­ зации видеосигнала использовалось наложение на последний высо­ кочастотных маркерных колебаний [88].

Способ счета числа строк

В основе способа лежит подсчет числа строк, приходящихся на измеряемый предмет при условии, что строки расположены парал­ лельно сторонам предмета (рис. 4.9а). После ограничения видео-

Рис. 4.9. К способу счета числа строк: а) размещение изображения контролируемого предмета относительно строк растра (заштрихован­ ная часть); б) — формирование подсчитываемых импульсов

сигнала импульсы дифференцируются и после повторного ограни­ чения подсчитываются электрическим счётчиком (рис. 4.96).

— 104 —

эффициент пропорциональности; п — число строк, приходящихся на измеряемый предмет; Яі, п2 — число строк, приходящихся на фон; Z •— число активных строк растра.

Способ с электрическим маркером

Рассматриваемый способ является развитием предыдущего. Структурная схема такого ТА приведена на рис. 410а. Строка изо­ бражения объекта преобразуется в ТД в видеосигнал, поступаю-

Рнс. 4Л0. Структурные схемы ТА с использованием электрических маркеров: а) простая схема; б) схема с управляемой частотой маркеров;

; — объект контроля; 2 — ТД; 3 — логическая схема типа И; 4 — генератор маркерных им­ пульсов; 5 — счетчик импульсов; 6' — блок разверток; 7 — промежуточный блок

щий на вход схемы И, на второй вход которой подаются маркер­ ные импульсы от генератора импульсов, стабилизированного квар­ цем'. Таким образом, маркерные импульсы проходят на счетчик только при наличии видеосигнала. Поэтому их количество опреде­ ляет в заданном масштабе контролируемый размер.

Как уже указывалось, точность контроля рассмотренных ТА на времяимпульсной базе определяется в основном нелинейностью строчной развертки и зависит поэтому от местоположения и раз­ мера изображения предмета. При достаточно точном фиксировании места изображения и при небольших колебаниях его размеров по­ лучаемая ошибка может быть определена экспериментально и, яв­ ляясь систематической, достаточно просто учитывается при опре­ делении общей погрешности.

Рассмотрим созданный на этой базе ТА для контроля степени износа контактного провода на электрических железных дорогах

(181].

В результате интенсивного трения лыжи пантографа электропо­ ездов о контактный провод последний подвергается износу, и когда его поперечное, вначале круглое, сечение достигает 0,7 от первона­ чального, возникает опасность обрыва и аварии. Поскольку место контакта при прохождении состава является источником сильных электрических помех, применение каких-либо электрических уст­ ройств для быстрого контроля предельно допустимого износа про­ вода исключено.

Решение задачи было получено благодаря применению телеви­ зионной автоматики. На крыше вагона (рис. 4.11) размещается

— 105 —

ТД на диссекторе, работающем в однострочном режиме и направ­ ленном снизу на контактный провод. Поскольку лыжа пантографа до блеска отшлифовывает плоскую часть контактного провода, то эта часть хорошо отражает свет ночью при освещении снизу до-

Рис. 4.11. Расположение оборудования при контроле износа контактного про­ вода

статочно сильным источником света, в то время как другие части провода, будучи подвержены коррозии, отражают свет незначи­ тельно. Изображение светлой части контактного провода преобра­ зуется в видеоимпульсы с длительностью, пропорциональной шири­ не изношенной части провода. После необходимого формирования сигнал поступает на вычислительное устройство, в котором в дли­ тельность импульсов вводится поправка на реальную высоту кон­ тактного провода, непрерывно изменяющуюся во время хода со­ става. В дальнейшем в сигнал заводятся маркерные импульсы, с помощью которых он линейно преобразуется в напряжение; послед­ нее подводится к осциллографу. Запись показаний производится на фотопленку с одновременной фиксацией пройденного расстоя­ ния, что дает возможность найти, в дальнейшем, бракованный участок.

Поправка на высоту контактного провода вводится с помощью переменного резистора, движок которого связан механически с пантографом и изменяет свое положение в зависимости от его вы­ соты.

Для компенсации поперечного перемещения контактного прово­ да относительно ТД служит специальная следящая система, при­ водимая в действие от устройства, размещенного на лыже и реаги­ рующего на взаимное расположение лыжи и проводаНеобходи­ мость в данной компенсации вызвана желанием снизить погреш­ ность контроля, вызываемую нелинейностью развертки; при работе всегда в одном и том же участке растра эта погрешность будет постоянной.

Описанный ТА работает при скорости состава до 200 км/ч, обес­ печивает контроль сечения приблизительно через каждые 3 см дли­ ны контактного провода, при колебаниях высоты провода от 4,4 до

— 106 —

5,3 м и при отклонении его от осевой линии на 25 см. Частота од­ нострочной развертки равна 2000 Гц.

В качестве второго примера рассмотрим созданный фирмой «Сименс» телевизионный анализатор кривых [159], который дает возможность анализировать кривые длиной до 30 м при ширине 60, 100 и 120 мм со скоростью 20 мм/с. Запись кривых может произ­ водиться со скоростью 10, 20, 60 мм/ч.

Принцип работы анализатора поясняется рис. 4.12. Бумажная лента 1 с нанесенной кривой равномерно передвигается с помощью системы передачи 2, приводимой в движение, синхронным двигате-

Ріис. 4Л2. Функциональная схема анализатора гра­ фиков

лем. Изображение кривой проецируется через оптическую систе­ му 3 на мишень передающей трубки видикон 4, работающей в ре­ жиме однострочного разложения. Полученный видеосигнал усили­ вается в усилителе 5 и подается в командный блок 6.

Командный блок запускает в блоке 7 генератор маркерных им­ пульсов в начале каждого прямого хода сканирующего луча и ос­ танавливает генератор при достижении лучом линии графика. Та­ ким образом, каждая ордината кривой преобразуется в число им­ пульсов, которые подаются на блок счетных каскадов 8. Для опре­ делений площади, ограниченной кривой, все маркерные импульсы подаются на счетчик 9, показания которого дают в заданном мас­ штабе указанную площадь.

Для определения среднего арифметического необходимо раз­ делить показания счетчика 9 на длительность анализируемого про­ цесса, которая показывается счетчиком 1U, работающим совмест­ но с блоком делителей 11.

— і107 —

Для получения статистических данных распределения анализи­

меток выбирается такой, чтобы на полный размах развертки при­ ходилось 100 импульсов. Для обеспечения работы прибора при лентах разной ширины (60, 100, 120 мм) в блоке 7 имеется пере­ ключатель, изменяющий размах развертки пропорционально шири­ не ленты. Для учета различной скорости записи (10, 20, 60 мм/ч) в блоке 11 имеется переключатель, соответственно изменяющий ко­ эффициент деленияТочность работы анализатора составляет

± 1,2% .

Сведения о других телевизионных анализаторах графиков мож­ но найти в [1].

Наиболее простой ТА для контроля линейных размеров, постро­ енный на способе с электрическим маркером, разработан с исполь­ зованием вместо передающей трубки однострочного скаиистора [45]. Измеряемый объект проецируется на однострочный сканистор, который разворачивается с помощью пилообразного напря­

жения. Выработанный ви­ деосигнал в данном ТД про­ ходит через цепочку диффе­ ренцирования, как указыва­ лось в 'главе 1, после чего он формируется таким обра­ зом, чтобы превратиться в прямоугольные импульсы по­ стоянной амплитуды. В дальнейшем эти импульсы проходят те же операции, что и в ТА, для определе­ ния диаметра іпроіволоки и индицируются на шкале прибора.

Частота однострочной развертки принята 50 Гц, точность работы ТА — око­ ло ±5% . Общий вид маке­

та прибора приведен на рис. 4.13. Для ТА с электрическим мар­ кером 'может быть применена непосредственная компенсация по­ грешности, обусловленной нелинейностью развертки; компенсация осуществляется за счет изменения частоты маркеров пропорцио­ нально скорости сканирования изображения (см. рис. 4.106).

Ток развертки из генератора развертки поступает в промедсуточ­ ный блок, в котором дифференцируется и полученное напрялсение, пропорциональное крутизне кривой тока, прикладывается к реак­ тивной лампе, изменяющей частоту генератора меток в нуясном направлении [102].

108 —

Способ сравнения длительности импульсов

В некоторых случаях применения ТА необходимо сигнализиро­ вать об объектах, когда их размер не достигает заданной величи­ ны или, наоборот, превышает ее (сортировка .изделий по заданным размерам, обнаружение микрочастиц с большими размерами

и др.).

Задача может быть решена путем сравнения длительности ви­ деоимпульса от контролируемого объекта с длительностью задан­ ного импульса [54]. Для этого передний край видеоимпульса за­ пускает триггер анализирующего устройства, который формирует импульс эталонной длительности ta, подаваемый в противофазе на схему сравнения (рис. 4.14а)- На выходе этой схемы в зависимости

Рис. 4.14. Временные диаграммы способов сравнения импульсов: а) способ срав­

нения длительности видеоимпульсов; б) способ с временной задержкой;

от соотношения сравниваемых импульсов будут возникать импуль­ сы различаой полярности, характеризующие размер контролируе­

мого объекта.

Более точные результаты могут быть получены путем сравне­ ния временного положения видеоимпульса от контролируемого объекта с временным положением этого же импульса, но прошед­

его возникновении наступит время At, когда оба импульса будут существовать одновременно. При подаче этих импульсов на вход схемы совпадения на ее выходе в течение времени At будет выда­ ваться сигнал об обнаружении объекта с размером, превышающим заданный.

С использованием второго способа разработана установка для автоматического обнаружения атипичных клеток в жидкой кро­ ви [21].

Исследование крови больных злокачественными новообразова­ ниями на присутствие в ней атипичных клеток является, несом­ ненно, весьма актуальной задачей современной онкологии, оно мо­ жет пролить свет на некоторые особенности гематогенного метастазирования, на судьбу опухолевых клеток, попавших в кровь, а также иметь прогностическое значение и в конечном итоге помочь лечению больных этим грозным недугом [43]. Однако искать ати­ пичные клетки в цельной крови практически невозможно, так как

— 109 - -