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

Опра'ничігваю.щчьм'и факторами .здесь являются 'возможные чрезмер­ но большие изменения измеряемого размера и значительные пере­ мещения предмета вдоль направления развертки, так как при этом просвет может вообще исчезнуть или выйти из поля зрения.

Определение качества оптической фокусировки изображения ленты, а также поверочный контроль ее ширины осуществляются с помощью прозрачной шкалы (сетки) и окуляра при втором поло­ жении поворотного зеркала. Оптимальная фокусировка, осуществ­ ляемая с помощью микрообъектива, достигается в том случае, ког­ да в окуляре изображения сетки и ленты одновременно видны рез­ ко, так как плоскости фотослоя трубки и сетки оптически сопря­ жены.

Структурная схема ТА шоб'ражеіна тіа ipmc. 4.24. Частота строк принята равной 10 кГц, частота кадров — 400 Гц. Введение «узко­ го» кадра, содержащего 25 строк, увеличивает время накопления потенциального рельефа, что способствует повышению отношения сигнала к помехам, а также предотвращает возможный прожог фо­ тослоя. Полоса частот видеотракта составляет 400—1,5-ІО6 Гц.

Видеоимпульсы от просвета, возникающие в ТД, проходят не­ обходимое усиление и поступают в формирующее устройство типа триггера Шмитта, после которого проходят ограничительные кас­ кады и стабилизацию амплитуды для исключения влияния размаха сигнала на результаты контроля. Сформированные таким образом

—120 —

видеоимпульсы подводятся к мостовой схеме, в диагональ которой включены индикаторный прибор и световое табло. Сканирование изображения просвета производится от генератора частоты строк и связанного с ним через синхроячейку генератора частоты кадров, что исключает возможность отклонения числа строк в кадре от за­ данной величины в 25 строк.

Принципиальная схема синхроячейки приведена на рис. 4.25. Синхросигнал от генератора частоты строк поступает в положи­ тельной іполніріноюти на эмиттер усилителя Ть собранного іпо охеіме

с общей базой. Коллектор Ті соединен через резистор R2 с коллек­ тором синхронизируемого блокинг-генератора Т2, работающего с частотой в пять раз ниже частоты ведущих импульсов. Регулировка частоты блокинг-генератора осуществляется резистором R$ в цепи эмиттера. Последующая ступень деления на 5 собрана на блокинггенераторе Т3; регулировка его частоты производится изменением сопротивления резистора Rs. Снимаемые с обмотки трансформато-

—121 —

pa Tp2 импульсы с частотой 400 Гц поступают на усилитель — бу­ фер Ть где после усиления отрицательная часть импульса ограни­ чивается диодам Ді на уровне, определяемом делителем RaRn, а положительная — поступает для синхронизации генератора кад­ ровой раз-вертки.

Наследование данного ТА показало, что он ір.аіботает достаточ­ но устойчиво и обеспечивает точность контроля не хуже 0,5 %•

Способ с лазерным лучом

Если поместить контролируемый провод в лазерный пучок пер­ пендикулярно его оси, то на некотором расстоянии от провода мож­ но наблюдать дифракционную картину, представляющую собой со­ вокупность точек, с убывающей интенсивностью от центра (рис. 4.26). Диаметр провода может быть получен путем измерения рас­ стояния между центрами точек, которое обратно пропорционально

величине этого диаметра [168]. .

Распределение интенсивности точек J от центра подчиняется за- кону J — SU1A' ' где х = 2пагХ\ а — угол между осью лазера и

Способ контроля при неперпендикулярном направлении развертки

До настоящего времени здесь рассматривались способы изме­ рения размеров изделий только для случая перпендикулярного на­ правления развертки к краям изображения изделия. Однако иног­ да может встретиться необходимость измерения размера и при дру­ гом взаимном положении развертки и изделия, например, при не­ контролируемом повороте измеряемой ленты в плоскости, перпен­ дикулярной 'Оси визирования во время измерения фрис. 4.27). Если использовать равностороннюю развертку АВС с постоянным углом раствора а, то легко показать, что независимо от расположения из­

— 122 —

Однако если учесть трудности вписывания растра точно в за­ данные размеры, а также неточности в определении Z0бр и Т0йР, то наиболее целесообразно величину всего коэффициента перед 2^ определять экспериментально.

В качестве ТД для телевизионного измерителя площадей может быть использована любая прикладная телевизионная установка. Видеосигнал с выхода ТД преобразуется в видеоимпульсы с нор­ мированной амплитудой и крутизной фронтов и поступает затем в блок формирования и замешивания маркерных импульсов, на вто­ рой вход которого подается синусоидальное напряжение с частотой порядка 1 МГц от достаточно стабильного генератора. С выхода указанного блока снимаются пакеты импульсов в виде меандров с частотой 1 МГц, причем число импульсов в пакете соответствует длительности видеоимпульса. В качестве индицирующего устройст­ ва используется счетчик импульсов или -мостовой ідрті'бор.

На рис. 4.29 изображена принципиальная схема блока формиро­ вания и смешения. Видеоимпульсы, усиленные левой половиной лампы Л 1, поступают на ее правую половину, образующую совме-

Рис. 4.29. Принципиальная схема блока формирования и замешивания

стно с левой половиной лампы Лг, на сетку которой подаются си­ нусоидальные колебания частоты 1 МГц, смесительный каскад. С выхода смесительного каскада пакеты высокочастотных импуль­ сов подводятся к триггеру Шмитта (Л3), где происходит их норми­ рование. Затем через катодный повторитель на правой половине лампы Лг импульсы подаются на счетчик или непосредственно с триггера Шмитта на прибор, включенный по мостовой схеме и про­ градуированный непосредственно в единицах площади.

Проведенные испытания макета ТА показали, что он работает достаточно устойчиво при различных уровнях освещенности и конт­ раста предмета и дает точность порядка 3%.

Изложенный способ позволяет контролировать размер суммар­ ной площади всех предметов, находящихся в поле зрения ТД. При необходимости измерения площади какого-либо, одного предмета применяют схему следящего стробирования, с помощью которой выделяют заданный предмет из среды других (101]. Для этого

— 124 —

устанавливают запускающий импульс, имеющий на экране видеоприемиого устройства вид светящегося штриха вблизи левого верх­ него края изображения выбранного предмета. Во время строчной развертки запускающий импульс открывает канал видеосигнала и своим фронтом включает генератор меток; срез видеосигнала от­ ключает генерацию меток и запирает на все оставшееся время строки прохождения видеосигнала, чем исключается влияние дру­ гих предметов на результаты определения площади контролируе­ мого предмета. Одновременно видеосигнал задерживается немного меньше, чем на период строки, в результате чего его фронт запус­ кает развертку последующей строки. Схема отключается на осталь­ ное время развертки по кадру при появлении импульса, соответст­ вующего задержанному срезу видеосигнала, полученному при по­ следнем пересечении изображения предмета по строке.

4.4. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ С ОПТИЧЕСКОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Общие сведения

Следующий этап развития ТА для контроля размеров изделий основан на введении в функцию преобразования числа дискретных оптических элементов п, приходящихся на измеряемый размер, т. е. в данном случае f ( а) —Fz(n).

Способы контроля в этом случае осуществляются за счет нало­ жения на 'Изображение мелкой равномерной штриховой маски или разбивки изображения на достаточно большое число равных час­ тей с применением Волошиной оптики. При сканировании такого изображения в видеосигнале будут присутствовать маркерные сиг­ налы,'которые в дальнейшем подсчитываются. Так как дискретиза­ ция производится непосредственно на изображении, дальнейшие искажения, возникающие из-за нелинейности сканирования или из­ менения размеров развертки, приводят только к изменению часто­ ты или фазы следования маркеров, но не их числа, которое опреде­ ляет размер предмета.

Благодаря указанным преимуществам таких ТА погрешность измерения может быть снижена до 0,14-0,05%.

Большим преимуществом систем с дискретизацией изображения является получение видеосигнала в цифровой форме, что сущест­ венно облегчает его дальнейшую обработку и введение в управля­ ющие механизмы.

Способ с моноскопом1)

Этот способ является промежуточным между способом с элект­ рическими маркерами и способами с оптической дискретизацией. Структурная схема устройства приведена на рис. 4.30а.

оМоноскопом называется передающая трубка, не чувствительная к свету, на мишень которой нанесены те или иные постоянные изображения; при сканиро­ вании мншеии моноскопа возникает видеосигнал, соответствующий нанесенному изображению.

— 125 —

Изображение объекта обычным образом приобразуется в видео­ сигнал с помощью ТД, но блок разверток питает параллельно с ТД и моноскоп. На мишени моноскопа, который представляет собой точную копию передающей трубки, нанесено перпендикулярно на­ правлению развертки возможно большее число параллельных штрихов. Во время сканирования мишени моноскопа будет получен видеосигнал в виде серии маркерных узких импульсов положитель­ ной или отрицательной полярности.

Направление развертки

Рис. 4.30. К измерению размеров с помощью моноскопа а) структурная схема устройства; б) штрихи миры, нанесенные на сигнальную пластину моноскопа;

/ — объект; 2 — ТД; 3 — микшер; 4 — счетчик; 5 — моноскоппый датчик; 6 — блок разверток

Если теперь подать на вход логической схемы И видеосигнал от объекта и от моноскопа, на вход счетчика пройдет только то число маркеров, которое пропорционально измеряемому размеру. Для из­ менения цены одного маркера штрихи на мишени моноскопа мож­ но располагать не параллельно, а в виде клина [127].

Точность метода ограничивается возможностями создания иден­ тичных ім'іішѳней, іпірожектоіро'в и фокусирующих и отклоняющих систем для обеих трубок, а также числом нанесенных штрихов на мишени моноскопа.

Способ с моноскопом не нашел пока реального применения.

Способ с оптической мирой

Как указывалось ів гл. 1, имеется много способов дааирети’зации изображения с помощью измерительных мир двух типов: с вы­ травленными на стекле штрихами, заполненными черной краской (25 штрихов/мм), с прочерченными штрихами на алюминирован­ ном слое (100 штрихов/мм). При экспериментировании миры по­ мещались в плоскость промежуточного изображения или проециро­ вались с помощью полупрозрачного зеркала на фотослой видикона в таком масштабе, при котором используется имеющаяся разре­ шающая способность системы. Во всех случаях было установлено, что из-за малой величины модуляции видеосигнала, отношение сигнал/шум получалось слишком низким. По-видимому, примене­ ние оптических мир такого рода допустимо лишь для достаточно грубых измерений.

Способы с волоконной оптикой

Хорошие результаты были получены при использовании в ка­ честве дискретизирующего устройства волоконной оптики [126]. Простая оптическая схема такого типа представлена на рис. 4.31.

— 126 —

Здесь изображение измеряемого объекта проецируется на торцы световодов, расположенных в один ряд вплотную друг к другу. Противоположные торцы световодов располагаются на расстоянии не менее апертуры передающей трубки в виде регулярного квад­ ратного или спирального растра или в виде жгута с беспорядочным размещением световодов. С помощью второго объектива изображе­ ние торца волоконной оптики проецируется на фотослой передаю­ щей трубки.

В обоих случаях расположения световодов число засвеченных (или затемненных) торцов будет пропорционально измеряемому размеру. Поэтому, подсчитав число видеоимпульсов за один кадр с помощью обычного счетчика в первом случае или определив чис-

P-1IC. 4.31. Оптическая схема ТД с волоконном оптикой:

J — контролируемый объект; 2 — объектив; 3 — проекция изображения объекта; 4 — .волоконное оптическое кодирующее устройство (ВОКУ); 5 — объектив; 6 — проекция закодированного изображения; 7 — передающая трубка

ло заовеченіных (.или ізатемінѳніньі'х) торцов іс помощью телевизнойіных 'методов подсчета объекта во втором, получаем точную инфор­ мацию о протяженности объекта. Поскольку дискретизация изоб­ ражения происходит до процесса развертки, точность метода обус­ ловливается в основном механическими и температурными неста­ бильностями и может быть снижена до десятых долей процента.

Описанная волоконная оптика получила название ВОКУ — волоконное оптическое кодирующее устройство, так как здесь про­ исходит своеобразное механическое кодирование изображения. Та­ кое ВОКУ позволяет снизить в Z раз требования к разрешающей способности передающих трубок, где Z — число строк растра на выходном торце ВОКУ.

Применение логической развертки в соединении с другой разно­ видностью ВОКУ [47] позволяет значительно сократить избыточ­ ность информации, в частности, уменьшить необходимую полосу частот канала 'связи (в 50 іраіз при общем числе 'световодов, 'ран­ ном 10 000). Для этого уложенные на входе ВОКУ в одну линию световоды располагаются на выходе ВОКУ таким образом, что в первый верхний ряд подаются световоды, производящие грубое квантование изображения (через каждые 100 световодов), а в по­ следующие нижние ряды — производящие точное квантование (в пределах каждой сотни световодов). Сканирование полученного таким образом растра производится по строкам с помощью рав­ носторонней пилообразной развертки, а по кадрам с помощью ша­ говой развертки, причем число шагов определяется номером свето-

— 127 —

вода в первом верхнем ряду, на который попадает засвеченный край изображения контролируемого предмета.

Недостатком этой системы является возможность определения положения только одного края изображения.

С помощью ВОКУ могут быть созданы еще более совершенные системы для контроля линейных размеров — системы с коорди­ натно-кодовым методом измерения и с двоичным кодированием элементов изображения [47], которые являются достаточно универ­ сальными.

Общим недостатком ТД с ВОКУ являются значительные поте­ ри света в сложной оптической системе и трудности укладки и за­ крепления большого числа световодов в точно заданном порядке.

Телевизионный датчик с волоконной оптикой внедрен на Чере­ повецком металлургическом заводе для измерения длины раската металла с температурой от 800 до 1100°С и при скорости переме­ щения раската до 2,5 м/с; точность измерения достигает ±0,4% [53].

В качестве преобразователя свет.— сигнал здесь используется диссектор со щелевой диафрагмой, который легко обеспечивал по­ лучение сигнала на выходе ФЭУ-35 до 1,8 В. Такая высокая вели­ чина сигнала практически полностью устраняет воздействие про­ мышленных помех па работу ТА. Например, за 300 ч. работы не наблюдалось ни одного случая нарушения работы ТД по причине действия помех.

4.5. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАЗНОСТЬ ГРАНИЧНЫХ ТОКОВ РАЗВЕРТКИ

Общие сведения

Хотя ТА с ВОКУ имеют большие преимущества по точности контроля, для их осуществления необходимы сложные устройства с волоконной оптикой, изготовление которых пока связано со значи­ тельными трудностями.

Рассматриваемый ниже способ измерения размеров базируется на замене времени в функции преобразования значением разности граничных токов развертки Д/гр при электромагнитных развертках или разности граничных напряжений Д£Угр при электростатических развертках, т. е. в данном случае

/ (а) = F3(А/гр) или / (а) = Д4 (А Urp)

(в дальнейшем будем оперировать только с граничным током раз­ вертки) .

Условимся называть граничным током развертки значение, ко­ торое соответствует совпадению центра апертуры с границей изоб­ ражения контролируемого изделия. Измерив значение граничных токов на обоих краях изделия, можно определить искомый размер. В зависимости от направления сканирования краев предмета вы­ ходной сигнал ТД образуется в результате вычитания (направле­ ния развертки одинаковы) или сложения (направления развертки противоположны) граничных токов.

—128 —