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

А 1 мл крови содержится около 5 миллиардов эритроцитов и 7 мил­ лионов лейкоцитов, а исследователю придется обнаруживать толь­ ко несколько таких клеток в 10—20 мл крови. Поэтому уже давно возник вопрос об автоматизации этого процесса.

Из большого числа признаков атипичности клеток (их около 30) наиболее характерным является их сравнительно большой раз­ мер (20—30 мкм), который иногда достигает величины 80 мкм. Кроме того, они отличаются особенностью собираться в агрегаты размером 100 мкм и выше. В зарубежных работах этого направле­ ния {162] в качестве дополнительного признака используется еще дифференциация клеток по оптической плотности.

Разработанный ТА для обнаружения атипичных клеток в кро­ ви работает на принципе обнаружения объектов, размер которых превышает заданный. Высокая скорость анализа позволяет быстро

Плоскость фотопленки

Рис. 4.15. Оптико-механическая схема ТА для обнаружения атипических клеток:

— п о —

период кадровой развертки, считывание ее — за последующий пе­ риод. Одновременно с помощью коммутатора полезная информа­ ция за время одного кадра подается в анализирующее устройство. Затем в течение трех кадров происходит механическое перемеще­ ние іи успокоение столика с капилляром. За это же время происхо­ дит накопление и стирание хаотической информации, получаемой

Н акопление •

Счит ывание

Стирание

Перен. препарата

Подача инрюрмац.

за время перемещения препарата, и длительное стирание информа­ ции от первого кадра. После этих операций начинается накопление полезной информации от последующего участка капилляра и цикл повторяется сначала.

Выработанные видеосигналы в каждом ТД поступают через коммутаторы на свои анализирующие устройства, которые произ­ водят селекцию сигналов от клеток, имеющих размер вдоль строки больше заданногоСигналы с выхода анализирующих устройств по­ ступают на индикаторно-командный блок, с помощью которого при появлении тревожного сигнала мгновенно выключается шаго­ вый двигатель, препарат останавливается и сигнал подается опера­ тору.

Назначением коммутатора является создание специальных им­ пульсов, определяющих рабочий цикл ТА в соответствии с цикло­ граммой рис. 4.17. Для этого в коммутаторе вырабатываются за­ пускающие и считывающие импульсы. Запускающие импульсы за­ дают ритм работы, а считывающие позволяют осуществлять селек­ цию полезной информации от каждого из пяти кадров.

Работает коммутатор следущим образом. На его вход поступа­ ют синхроимпульсы частоты кадров, которые на делителе делятся на 5. Затем эта последовательность импульсов подается на вход триггера каскада формирования. На второй вход триггера поступа­ ют синхроимпульсы частоты кадров таким образом, чтобы триггер срабатывал■от фронта разделенного импульса и от среза синхро­ импульса. В итоге на выходе триггера возникает вспомогательный импульс, одинаковый по длительности с синхроимпульсом, но с

— 112 —

частотой повторения f, равной 1/5 кадра. Срез этого импульса ис­ пользуется для запуска триггера считывающих импульсов, на вто­ рой вход которого подводятся синхроимпульсы частоты кадров. С выхода триггера снимаются считывающие импульсы с -длитель­ ностью рабочего периода. Фронт считывающего .импульса таким образом совпадает с срезом четвертого импульса частоты кадров, а срез — с фронтом пятого импульса частоты кадров.

Для формирования запускающих импульсов полученные рань­ ше считывающие импульсы в отрицательной полярности подаются на вход триггера формирования запускающих импульсов, на вто­ рой вход которого подводятся синхроимпульсы с таким расчетом, чтобы этот триггер срабатывал от среза считывающего импульса и от среза синхроимпульса. В результате на выходе триггера получа­ ются запускающие импульсы с частотой /, равной 1/5 кадра, и дли­ тельностью, равной длительности синхроимпульсов частоты кадров.

На цепи анализирующих устройств и цепь управления работой шагового двигателя считывающие к запускающие импульсы по­ ступают через эмиттерные повторители.

Анализирующее устройство предназначено для обнаружения в составе видеосигналов импульсов, длительность которых превосхо­ дит заданную, и подачи в индикаторно-командный блок сигнала об обнаружении атипичной клетки. Для этого видеоимпульсы от ком­ мутатора поступают на вход усилителя, а затем на вход блока за­ держки на 0,2 мкс с целью устранения фона изображения путем сложения незадержанного и задержанного сигналов (см. разд. 2-4). Полученные узкие импульсы проходят формирование с помощью триггера Шмитта, в результате чего видеосигнал содержит только импульсы с длительностью соответствующие входному сигналу, и гасящие импульсы частоты строк и кадров. Чтобы исключить из дальнейшего анализа гасящие импульсы, в схему замешиваются импульсы, длительность которых равна или меньше активной ча­ сти строки и кадра. Длительность этих импульсов может регулиро­ ваться в широких пределах, что позволяет выделять любой участок растра. После замешивания в смесителе полученный сиг­ нал ограничивается таким образом, чтобы в нем остались только видеоимпульсы. Эти импульсы усиливаются и поступают на триггер Шмитта, к части нагрузки которого подключена линия задержки, согласованная на выходе; вместе с сумматором она составляет се­ лектор выделяемых импульсов. Для обнаружения клетки с разме­ ром вдоль строки более 12 мкм необходима задержка сигнала на 1 мкс. С выхода линии снимаются импульсы, задержанные на ве­ личину t3, соответствующую размеру обнаруживаемой клетки, и подаются на вход сумматора. На другой его вход подается неза­ держанный сигнал той же полярности. В результате сложения по­ лучаются импульсы, которые после ограничения снизу на рабочем уровне усиливаются, формируются триггером Шмитта и использу­ ются в качестве тревожного сигнала, наличие которого индици­

руется включением неоновой лампочки в индикаторно-командном блоке.

— 113 —

\

Необходимость перемещения предметного столика микроскопа сравнительно большой массы с высокой скоростью и требование его практически мгновенной остановки при подаче сигнала обусло­ вило применение в качестве движущего элемента шагового двига­ теля типа ШД-4.

Перемещение столика выполняется с помощью ходового винта, связанного с валом шагового двигателя через редуктор. Для пита­ ния шагового двигателя используется напряжение с частотой 300 Гц, причем для перемещения столика на заданную величину 0,6 мм необходимо подать па шаговый двигатель напряжение в те­ чение 12 периодов синусоиды.

Основным блоком автоматического привода столика микроско­ па является блок синхронизации, который предназначен для согла­ сования дискретных перемещений столика с программой обработ­ ки одного поля зрения микроскопа. В блоке синхронизации при по­ даче запускающего импульса формируется пакет из 12 периодов синусоиды частоты 300 Гц. При поступлении сигнала от телевизион­ ной части в случае обнаружения подозреваемой клетки выход пи­ тающего напряжения мгновенно прекращается. В случае необхо­ димости в медленном перемещении столика с блока синхрониза­ ции па пульт управления подается переменное напряжение часто-' той 50 Гц.

Р^'"........

Р

Рис. 4.18. Общим вид ТА для обнаружения атипических клеток в крови:

В пульте управления производится переключение с автоматиче­ ского на ручное управление движением столика, а также реверс его движения.

Общий вид макета автомата для обнаружения атипичных кле­ ток в крови приведен на рис. 4.18

— 114 —

Способы с использованием дифференциальной системы

Рассмотренные способы контроля не позволяют получить точ­ ность измерения выше 1,5%. Значительное увеличение точности мо­ жет быть достигнуто за счет применения оптических методов, опи­ санных в разд. 1.2 («дифференциальная система»), С их использо­ ванием были разработаны ТА для контроля в металлургии отрас­ ли промышленности.

Принцип действия этих ТА заключается в том, что для выра­ ботки управляющего сигнала используются разность импульсов, по­ лучаемых от двух ТД, разнесенных друг от друга на базовое рас­ стояние и наведенных на края контролируемого предмета [173, 186]. При этом возникает следующая ситуация (рис. 4.19): если размер

і% Ромин. больше Меньше ширит номин. номин.

Сигнал

с нам. _г _г _г

I

Сигнал

д

сном

Л "L

Резулып. л

сигнал 1Г

Рис. 4.19. К способу контроля линейных размеров с помощью

постоянной базы: а) расположение камер (I—ТД, 2—контро­ лируемый предмет, 3—форма импульсов); б) рабочие импульсы

предмета точно равен расстоянию между оптическими осями ка­ мер, то рабочие импульсы, имея всегда противоположную поляр­ ность, будут совпадать во времени своими фронтами и срезами и результирующий сигнал будет равен нулю. При уменьшении или увеличении размера предмета возникает результирующий сигнал той или другой полярности соответственно, а его длительность чис­ ленно характеризует отклонение размера предмета от номинала. Перемещение предмета в плоскости, перпендикулярной оси визи­ рования, не сказывается на результатах измерения, так как в этом случае фронты рабочих сигналов перемещаются по оси времени без нарушения взаимного расположения.

Преимуществом данного типа ТА является, как уже указыва­ лось, независимость точности контроля от расстояния между ТД и контролируемым предметом, так как оси ТД направлены парал­ лельно.

Рассмотрим созданное на несколько видоизмененном по срав­ нению с описанным принципе практическое телевизионное устрой­ ство для контроля размеров раскаленных поковок в процессе сво­ бодной ковки на гидравлическом прессе с усилием 12 000 т [89]. Устройство обеспечивает контроль диаметра поковок в пределах

— Т115 ~

300-^4000 мм, а также контроль их эллипсности и соосности двух цилиндрических частей поковок с точностью не хуже 0,7%. В состав устройства входят оптико-телевизионная система, штанга с при­ способлением для перемещения визиров вдоль нее, система дистан­ ционного управления, анализа и индикации размеров. Учитывая большую ответственность при контроле размера поковок (стоимость одной поковки иногда достигает десятков и сотен тысяч рублей), в данном ТА наряду с автоматической индикацией размера использо­ вался визуальный дублирующий контроль за положением краев изображения поковки на экране ВПУ.

Оптическая схема устройства приведена на рис. 4.20а. Ее осно­ ву составляют два подвижных оптических визира и центральный

Рис. 4.20. Оптическая схема устройства для контроля размеров поковок в про­

узел. Оптические визиры состоят из длиннофокусных менисковых линз и пентапризм и служат для совмещения оптических осей ви­ зиров с краями измеряемой поковки. Центральный узел включает в себя прямоугольную призму, объектив, ИК светофильтр, телеви­ зионную камеру и служит для получения совмещенного изображе­ ния двух краев поковки на фотослое видикоиа с последующей пе­ редачей изображения на экран ВПУ и анализирующее устройство.

— 116 —

Перед оптическими визирами установлено защитное стекло, обра­ зующее окно с размерами 510ÖX100 мм. Каждый из оптических визиров может перемещаться по штанге на расстояние от 150 до

2000 мм.

Применение длиннофокусных менисковых линз обеспечивает параллельный ход лучей от краев поковок, размещаемых в фокаль­ ных плоскостях линз, а следовательно, постоянство увеличения и фокусировки изображения при любых рабочих перемещениях ви­ зиров. Наличие пентапризм позволяет избежать ошибок измере­ ния, обусловленных люфтами между визирами и направляющей станиной, так как возможные на практике перемещения и поворо­ ты визиров компенсируются свойством пентапризм стабилизиро­ вать положение изображения.

В процессе ковки изображения краев поковки на экране ВПУ могут накладываться друг на друга, соприкасаться или образовы­ вать просвет (рис. 4.206. в) в зависимости от соотношений разме­ ров поковки и расстояния между осями визиров. Перемещая визи­ ры по штанге, можно от одного вида изображения переходить к другому. При этом устройство может выполнять две функции: из­ мерение диаметра поковки и контроль диаметра в процессе ковки.

Для измерения диаметра поковки перемещением визиров доби­ ваются соприкосновения изображений двух краев поковки. При этом расстояние между оптическими осями визиров будет равно диаметру поковки, величина которого определяется по шкале элек­ тромеханического указателя.

Для получения поковки заданного диаметра визиры устанавли­ вают так, чтобы расстояние между их осями было равно заданному размеру; при этом на экране ВПУ будет наблюдаться просвет меж­ ду изображениями краев поковки или они наложатся друг на дру­ га. Прессом обжимают поковку до тех пор, пока изображения кра­ ев взаимно не соприкоснутся, что соответствует заданному диамет-- ру. По ширине полосы наложения изображений или просвета меж­ ду ними можно определять величину отклонения размера' поковки от заданного.

Работа анализирующего устройства при всех этих манипуляци­ ях протекает таким образом, что 77-импульсы, ширина которых пропорциональна отклонению контролируемой величины от номи­ нальной, выделяются из общего видеосигнала, нормируются по амплитуде и интегрируются. Полученная таким образом средняя составляющая тока может быть использована для автоматического управления прессом и контроля с помощью стрелочного прибора. Последовательность операций в анализирующем устройстве для получения управляющего сигнала аналогична рассмотренной при описании ТА для контроля диаметра проволоки.

Схема оконечного измерительного моста приведена на рис. 4.21. Две половины лампы 6Н2П служат двумя плечами моста; осталь­ ные два плеча образуются резисторами R& и Ra. Применение двух половин лампы в качестве плеч позволяет получить минимальную разбалансировку моста при изменении питающих напряжений.

— 117 —

Намлучший режим работы лампы подбирается с помощью потен­ циометра ,R2. Средняя составляющая импульсов, приходящих на сетку первой половины 6Н2П, вызывает нарушение равновесия в мосте, и по его диагонали протекает ток, вызывающий отклонение стрелки измерительного прибора и срабатывание исполнительного реле. Подбор исходного состояния схемы производится потенцио­ метром Ri. Пределы рабочих токов регулируются шунтом Т?5. В уст-

Рис. 4.22. Зависимость сигнала «ид-икона ЛИ-405 от температуры контролируемо­ го предмета

ройстве использовались объектив «ТАИР-3»,, менисковые линзы диаметром 70 мм и фокусным расстоянием 6100 мм, однокамерная прикладная телевизионная установка с видиконом ЛИ-4.05, чувст­ вительным в ИК области спектра. Поскольку температура поковки при измерении размеров составляет 550-^-650°С, применение этого видикона способствует устранению помех от окружающих предме­ тов, которые имеют значительно более низкую температуру.

Кривая зависимости сигнала видикона ЛИ-405 от температуры объекта приведена на рис. 4.22.

Штанга с приспособлением для перемещения визиров представ­ ляет собой корпус, внутри которого находятся две колонны короб­ чатого сечения с направляющими длиной 5800 мм. Внутренняя по­ лость корпуса с одной стороны отделена по всей длине от загряз­ ненной атмосферы стеклом, а с другой — кожухом с дверцами для удобства обслуживания приборов, находящихся внутри штанги.

Электромеханические узлы оптических визиров обеспечивают перемещение их вдоль штанги по направляющим. Узлы верхнего и нижнего визиров конструктивно и схемно идентичны. Каждый из них состоит из приводного двигателя, редуктора, двух концевых выключателей и датчика измерения положения. Выход редуктора заканчивается двумя зубчатыми трубками, обеспечивающими за­ цепление с рейкой штанги. Одна из трубок — силовая — осуществ­ ляет перемещение визира по направляющим штанги, другая — из-

— 'Lie —

мерительная — передает вращение на ротор измерительного дат­ чика. Скорость перемещения визиров равна 10 мм/с, что обспечивает удобство контроля и не вносит заметной погрешности из-за выбега двигателя. С точки зрения надежности, долговечности и малого выбега выбран электродвигатель переменного тока с полым ротором типа АДП-362 мощностью 19,6 Вт и частотой вращения

1960 об/мин.

Для выключения двигателя в крайних положениях предусмотре­ ны концевые микровыключатели типа Д-701. В качестве измерите­ ля положения визира использован бесконтактный индукционный датчик — сельсин типа БД-500.

На пульте управления кузнеца, кроме необходимых органов управления, находится индикатор со шкалами грубого и точного отсчетов. Шкала точного отсчета дает возможность произвести от­ счет с точностью в 1 мм.

Точность работы всего устройства может быть повышена при использовании сигнала обратной связи. Из [33] известно, что для получения сигнала обратной связи при слежении за размером по­ ковки целесообразно использовать движение луча трубки по фигу­ ре Лиссажу для управления фазочувствительным блоком, выраба­ тывающим напряжения, величины и полярность которых соответст­ вуют направлению сдвига краев изображений поковки относитель­ но точек пересечения фигур Лиссажу.

Способы с использованием раздваивающих систем

Способы контроля размеров с помощью раздваивающих систем были приведены в § 1.2, а ТА для контроля ширины стальной лен­ ты описан в {77, 122]. Здесь будет описан более совершенный ва­ риант такого ТА. Рассмотрим его оптическую схему, изображенную на рис. 4.23. Оптическая схема имеет следующие параметры: пре­ дел измерения ширины ленты 0,8-г-З мм; увеличение системы 3К-М0*; величина раздвоения 10 мм; освещенность в плоскости фо­ тослоя видикона ^ 5 0 лк; увеличение окуляра 12,7х.

Свет от осветителя приходит через оптическую систему и под­ свечивает стальную ленту, теневое увеличенное изображение кото­ рой попадает на поворотное зеркало. При первом положении по­ воротного зеркала изображение делится ребром призмы на две по­ ловины. Каждая половина изображения с помощью последующей оптической системы переносится на фотослой видикона. В резуль­ тате на фотослой проецируется два противоположных края ленты с расстоянием между ними 10 мм, которое определяется конструк­ тивными элементами оптической системы. При изменении ширины ленты изменяется и просвет между краями. Это изменение в даль­ нейшем индицируется на приборе. Поскольку просвет между края­ ми изображения ленты делается малым и путем увеличения прое­ цируется на большую часть фотослоя трубки, то незначительное изменение измеряемого размера приводит к большому изменению просвета, а следовательно, к возрастанию точности измерения.

— 119 —