Пристрій для автоматичного контролю поверхневих дефектів

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля для анализа качества обработки поверхностей различных деталей, в частности поршневых колец. Известно устройство для автоматического контроля поверхностных дефектов, содержащее телекамеру, схему формирования бинарных видеосигналов, детектор, блок памяти с прямым доступом, схему управления блоком памяти, операционную схему, блок операционной памяти, схему вывода, селектор, состоящий из схемы совпадения, схемы сравнения, дешифратора и элемента памяти, блок памяти локальных окон, схему формирования адресов в виде счетчика по строке, счетчика по кадру и счетчика текущего адреса, а также схему син хронизации [Авт. св. СССР № 1715047, кл. G 01 N 21/88, опублик. 1995]. Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является устройство для автоматического контроля поверхностных дефектов, содержащее телекамеру, компаратор, схему совпадения, счетчик строк, дешифратор, счетчик адресов, счетчик элементов, блок памяти локальних окон, счетчик приращений, элемент памяти, две схемы сравнения, два счетчика координат, схему управления и схему вывода [Авт. св. СССР № 1790288, кл. G 01 N 21/88, опублик. 1994]. Работа его основана на том, что синхронно с формированием телевизионного изображения контролируемой поверхности формируется локальное окно, накладываемое затем на это изображение. Для этого в каждой строке телевизионного кадра подсчитывается число элементов разложения изображения, формируются номера элементов изображения, соответствующие границам локального окна в каждой строке, и в период между моментами совпадений текущи х номеров элементов изображения со сформированными началом и концом локального окна в каждой строке разрешается контроль поверхности. В приведенных аналоге и прототипе начало подсчета элементов изображения в каждой телевизионной строке задержано относительно начала строки на фиксированное число элементов изображения (константу), которое соответствует длительности гасящего строчного импульса. При этом невозможно ввести поправку на неточность позиционирования объекта контроля, что влияет на надежность контроля. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для автоматического контроля поверхностных дефектов, в котором путем введения схемы выборки первого кадра и подключения выхода дешифратора, соответствующего номеру средней в кадре строки, ко второй схеме управления, счетчика коррекции схемы ИЛИ, формирователя, коммутатора, второй схемы совпадения и новых связей обеспечивается повышение надежности контроля. Такой технический результат может быть достигнут если в устройство для автоматического контроля поверхностных дефектов, содержащее телекамеру, компаратор, схему совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы вывода, счетчик строк, выход которого соединен с входом дешифратора, счетчик адреса, выход которого соединен с входом блока памяти, второй выход которого соединен с первым входом счетчика приращений, второй вход и второй выход соединен с первым выходом и третьим входом первой схемы управления, соответственно, второй вход которой соединен с первым выходом блока памяти, второй и третий выходы - с первым и вторым входами первого счетчика координат, соответственно, а четвертый и пятый выходы - с первым и вторым входами второго счетчика координат, соответственно, вы ход которого соединен с первым входом второй схемы сравнения, выход первого счетчика координат соединен с первым входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с первым входом элемента памяти, второй вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения, выход телекамеры соединен с входами компаратора и схемы синхронизации, третий выход которой соединен со счетчиком элементов, первый выход которого соединен со вторым входом второй схемы сравнения и вторым входом первой схемы сравнения, первый выход дешифратора соединен с первым входом счетчика адреса, третьим входом первой схемы сравнения и третьим входом второй схемы сравнения, согласно изобретению дополнительно введены схема ИЛИ, выход которой соединен с третьим входом счетчика приращений, первый выход которого соединен с первым входом схемы ИЛИ, вторым входом счетчика адреса и первым входом первой схемы управления, схема выборки первого кадра, первый вход которой соединен с кнопкой "Пуск", второй выход соединен со вторым входом схемы вывода, а первый выход - с первым входом коммутатора и первым входом второй схемы управления, первый выход которой соединен с первым входом регистра, второй и третий выходы соединены со вторым и третьим входами счетчика коррекции, соответственно, пятый вход- вы ходом дешифратора, а восьмой вход со вторым выходом формирователя, первый выход которого соединен со вторым входом счетчика элементов, второй выход которого соединен с четвертым входом первой схемы управления и шестым входом второй схемы управления, третий вход коммутатора соединен с шиной "Константа", второй вход - с вы ходом регистра, а выход соединен с четвертым входом счетчика коррекции, выход которого соединен со вторым входом регистра и с входом второй схемы совпадения, выход которой соединен с первым входом формирователя и седьмым входом второй схемы управления, первый выход схемы синхронизации соединен со вторым входом счетчика строк, третьим входом счетчика адреса, вторым входом схемы ИЛИ, вторым входом второй схемы управления, первым входом счетчика коррекции и вторым входом формирователя, а второй выход соединен с первым входом счетчика строк и вторым входом схемы выборки первого кадра, выход компаратора соединен с первым входом первой схемы совпадения и третьим входом второй схемы управления, выход элемента памяти соединен со вторым входом первой схемы совпадения и четвертым входом второй схемы управления. Суть изобретения заключается в осуществлении коррекции положения локального окна относительно телеизображения контролируемой поверхности с целью точного совмещения путем изменения величины указанной в прототипе задержки. Для этого в первом кадре телевизионной развертки, начиная с момента фиксации детали, выбирается телевизионная строка, соответствующая середине кадра. Это достигается введением схемы выборки первого кадра и подключения выхода дешифратора, соответствующего номеру средней в кадре строки ко второй схеме управления. В этой строке определяется расстояние от начала локального окна до задней границы изображения контролируемой поверхности с помощью счетчика коррекции. Это расстояние в виде числа элементов изображения запоминается в регистре, а затем, в частности при контроле поршневых колец, используется вместо константы для задания начала подсчета элементов изображения в каждой строке, начиная со второго кадра изображения. Это достигается введением коммутатора, подключающего в каждой строке выход регистра ко входу счетчика коррекции. После корректировки местоположения локального окна выбирают видеосигналы, принадлежащие только этому окну, и анализируют на наличие неоднородностей в поле локального окна, которые представляют собой дефекты. Схема вывода фиксирует обнаруженные дефекты. Таким образом, за счет выявления несовпадений позиций локального окна и изображения контролируемой поверхности, т. е. влияния разброса размеров и неточности фиксации объекта контроля, и последующей компенсации этого несовпадения путем автоматического изменения положения локального окна достигается повышение надежности контроля. На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для автоматического контроля поверхностных дефектов; на фиг. 2 - пример реализации схемы синхронизации; на фиг. 3 -пример реализации первой схемы управления; на фиг. 4 - пример реализации схемы выборки первого кадра; на фиг. 5 - пример реализации второй схемы управления; на фиг. 6 - пример реализации схемы совпадения. Устройство для автоматического контроля поверхности дефектов содержит телекамеру 1, компаратор 2, схему 3 совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы 4 вывода, счетчик строк 5, выход которого соединен с входом дешифратора 6, счетчик адреса 7, выход которого соединен с входом блока 8 памяти, второй выход которого соединен с первым входом счетчика приращений 9, второй вход и второй выход соединен с первым выходом и третьим входом первой схемы 10 управления, соответственно, второй вход которой соединен с первым выходом блока 8 памяти, второй и третий выходы ~ с первым и вторым входами первого счетчика координат 11, соответственно, а четвертый и пятый выходы - с первым и вторым входами второго счетчика координат 12, соответственно, выход которого соединен с первым входом второй схемы 13 сравнения, выход первого счетчика координат 11 соединен с первым входом первой схемы 14 сравнения, выход которой соединен с первым входом элемента памяти 15, второй вход которого соединен с выходом второй схемы 13 сравнения, выход телекамеры 1 соединен с входами компаратора 2 и схемы 16 синхронизации, третий выход которой соединен со счетчиком элементов 17, первый выход которого соединен со вторым входом второй схемы 13 сравнения и вторым входом первой схемы 14 сравнения, первый выход дешифратора 6 соединен с первым входом счетчика адреса 7, третьим входом первой схемы 14 сравнения и третьим входом второй схемы 13 сравнения, схему 18 ИЛИ, выход которой соединен с третьим входом счетчика приращений 9, первый выход которого соединен с первым входом схемы 18 ИЛИ, вторым входом счетчика адреса 7 и первым входом первой схемы 10 управления, схема 19 выборки первого кадра, первый вход которой соединен с кнопкой "Пуск", второй вы ход соединен со вторым входом схемы 4 вывода, а первый выход - с первым входом коммутатора 20 и первым входом второй схемы 2 управления, первый выход которой соединен с первым входом регистра 22, второй и третий выходы соединены со вторым и третьим входами счетчика коррекции 23, пятый вход - с выходом дешифратора 6, а восьмой вход - со вторым выходом формирователя 24, первый выход которого соединен со вторым входом счетчика элементов 17, второй выход которого соединен с четвертым входом первой схемы управления 10 и шестым входом второй схемы 21 управления, третий вход коммутатора 20 соединен с шиной "Константа", второй вход-с вы ходом регистра 22, а выход соединен с четвертым входом счетчика коррекции 23, выход которого соединен со вторым входом регистра 22 и с входом второй схемы совпадения 25, выход которой соединен с первым входом формирователя 24 и седьмым входом второй схемы 21 управления, первый выход схемы 16 синхронизации соединен со вторым входом счетчика строк 5, третьим входом счетчика адреса 7, вторым входом схемы 18 ИЛИ, вторым входом второй схемы 21 управления, первым входом счетчика коррекции 23 и вторым входом формирователя 24, а второй выход соединен с первым входом счетчика строк 5 и вторым входом схемы 19 выборки первого кадра, выход компаратора 2 соединен с первым входом первой схемы 3 совпадения и третьим входом второй схемы 21 управления, выход элемента 15 памяти соединен со вторым входом первой схемы 3 совпадения и четвертым входом второй схемы 21 управления. Схема 16 синхронизации (фиг. 2) выполнена из следующи х основных узлов. Компаратора 26, элемента ИЛИ 27, формирователя 28 строчного синхроимпульса (ССИ), RC-генератора 29, источника опорного напряжения 30, усилителя 31, формирователя 32 кадрового синхроимпульса (КСИ). Первая схема 10 управления (фиг. 3) состоит из семи элементов "И", инвертора и триггера. Схема 19 выборки первого кадра (фиг. 4) выполнена из D-триггеров и схемы "И". Счетчик адреса 7 может быть построен на J-K - триггерах, например, серии К155ТВ1. Триггер имеет по три информационных входа J и К. Одновременные входы объединены по схеме "И". В первом триггере счетчика одна пара информационных входов J и К объединена в управляющий вход и соединена с выходом дешифратора 6. Вторая пара J и К входов объединена в установочный вход и на нее подают ССИ. Вход С является тактовым и соединен с первым выходом счетчика приращений 9. Вход С каждого последующего триггера счетчика соединен с выходом предыдущего триггера и с соответствующей адресной шиной блока памяти 8. Счетчики координат 11 и 12, счетчик коррекции 23 и счетчик приращений 9 могут быть реализованы на микросхемах серии К155ИЕ7. Вторая схема 21 управления (фиг. 5) может быть реализована на шести элементах "И", инверторе, двух Т-триггерах и RC-цепочке. Эта реализация обусловлена особенностями объекта контроля поршневого кольца. Вторая схема 25 совпадения построена на микросхеме К155ЛН2, схема включения ее приведена на фиг. 6. Работу устройства поясним на примере контроля поверхности заготовок поршневых колец. Подаваемая автоматическим транспортным устройством деталь фиксируется перед телекамерой 1. В заявляемом устройстве использована серийная телекамера типа КТ-3, содержащая синхрогенератор, следовательно схема синхронизации 16 получает от телекамеры 1 полный телевизионный сигнал, выделяет из него строчный и кадровый синхроимпульсы, формирует их в цифровом виде и управляет работой устройства. Компаратор 26 (фиг. 2) выделяет синхросмесь из полного телевизионного сигнала. Строчные синхроимпульсы выделяются дифференцирующей цепью R1C1 и формируются формирователем 28 ССИ, кадровые синхроимпульсы после усилителя 31 формируются интегрирующей цепью R 2C2 и формируются формирователем 32 КСИ. RC-генератор 29 запускается ССИ в начале каждой строки. Счетчик строк 5 работает от ССИ и сбрасывается в исходное состояние по КСИ. Дешифратор 5 определяет начальную и конечную строки локального окна и в этот период разрешает работу первой 14 и второй 13 схем сравнения и счетчика адреса 7, который работает также от ССИ. Начальным состоянием счетчика адреса 7 является нулевое состояние. При включении питания оно устанавливается автоматически специальной схемой, как и всех элементов устройства. В конце каждого кадра изображения это состояние устанавливается по шинам сброса, которые не показаны на фиг. 1 как второстепенные. Сметчик адреса 7 имеет один режим работы, при котором он в течение одной строки переключается четыре раза. Один раз от ССИ, остальные три - по сигналу от счетчика приращений 9. Переключения счетчика 7 происходят при наличии высокого уровня на управляющем входе. В момент появления очередного строчного импульса счетчик адреса 7 выбирает соответствующий адрес блока 8 памяти. На первом выходе блока 8 памяти формируется код знака приращения (один разряд "1" или "0"), а на втором - код приращения. Первый и второй входы счетчиков координат 11 и 12 являются соответственно вычитающим и суммирующим. В зависимости от кода знака первая схема 10 управления выбирает один из этих входов. Состояние счетчика приращений 9 до записи в него текущего приращения характеризуется как нулевое, и нулевой сигнал на его втором выходе запрещает схеме 10 управления прохождение импульсов тактовой частоты со счетчика элементов 17 на счетчики координат 11 и 12. Запись первоначального приращения в счетчик приращений 9 происходит по ССИ через схему 18 "ИЛИ". Запись последующих в данной строке приращений в счетчик приращений 9 происходит от сигнала с его первого выхода также через схему 18 "ИЛИ". Как только счетчик приращений 9 получает ненулевое содержимое, он разрешает прохождение импульсов тактовой частоты первой схеме 10 управления на соответствующий вход первого счетчика координат 11. Одновременно импульсы тактовой частоты с первого выхода схемы 10 управления поступают на второй (счетный) вход счетчика приращений 9. Эта процедура происходит до тех пор, пока содержимое счетчика приращений 9 не станет равным нулю. В этот момент счетчик приращений 9 сигналом со второго выхода прекращает прохождение импульсов тактовой частоты со схемы 10 управления на счетчик координат 11. На первом выходе счетчика приращений 9 появляется сигнал перехода на следующий адрес в этой строке. В этот момент на первом счетчике координат 11 устанавливается значение полученной координаты и одновременно счетчик адреса 7 выбирает следующий адрес блока 8 памяти. Далее все происходит аналогично описанному для первой точки локального окна, но для второго счетчика координат 12. Содержимое счетчиков координат 11 и 12 параллельным кодом устанавливается на первых группах входов соответственно первой 14 и второй 13 схем сравнения. В момент появления на вторых гр уппах входов вначале схемы сравнения 14, а затем - 13 номеров элементов изображения, равных вначале содержимому счетчика координат 11, а затем и 12, схема сравнения 14 переводит элемент памяти 15 в состояние, при котором он разрешает прохождение бинарных видеосигналов с компаратора 2 через схему совпадения 3 на схему вывода 4, а затем схема сравнения 13 переводит элемент памяти 15 в состояние, запрещающее прохождение этих сигналов, тем самым формируя локальное окно. В момент фиксации детали перед телекамерой 1 транспортный автомат вырабатывает сигнал "Пуск", который со входа кнопки "Пуск" подается на первый вход схемы 19 выборки первого кадра. С первого выхода схемы 19 выборки первого кадра сигнал первого кадра изображения управляет коммутатором 20 и разрешает второй схеме 21 управления управление счетчиком коррекции 23. Начало подсчета элементов изображения счетчиком элементов 17 в каждой телевизионной строке задержано относительно начала строки на фиксированное число элементов изображения (константу). Это число соответствует длительности гасящего строчного импульса. При появлении сигнала первого кадра коммутатор 20 выставляет "константу" параллельным кодом на входы параллельного занесения счетчика коррекции 23. Во всех строках первого кадра счетчик элементов 17 запускается с задержкой на величину "константа". По каждому ССИ в счетчик коррекции 23 записывается "константа" и при наличии сигналов от схемы 25 совпадения на седьмом входе и формирователя 24 на восьмом входе схемы 21 управления тактовая частота с шестого входа поступает на третий выход и далее на вычитающий вход счетчика коррекции 23. Когда содержимое счетчика коррекции 23 становится равным нулю, он через схему 25 совпадения и формирователь 24 запускает счетчик элементов 17. При этом формирователь 24 снимает свой сигнал с восьмого входа схемы 21 управления. Вторая схема 25совпадения предназначена для выявления одновременного нулевого состояния всех разрядов счетчика коррекции 23. На выходе схемы 25 совпадения сигнал появляется при наличии нулевой на всех ее входа х одновременно. Этим сигналом сбрасывается в исходное состояние формирователь 24. Формирователь 24 представляет собой обычный RS-триггер, построенный на микросхеме К555ЛАЗ (Лихгциндер Б. Я., Кузнецов В. Н. Микропроцессоры и вычислительные устройства в радиотехнике. Киев, "Вища школа", 1988, с. 64). Сигналом от схемы 25 совпадений формирователь 24 сбрасывается в нуль. Сигналом от схемы 16 синхронизации он взводится в "1". При появлении номера строки середины кадра на пятом входе схемы 21 управления появляется сигнал, который совпадает с сигналом начала локального окна от элемента памяти 15 взводит триггер ТИ второй схемы 21 управления. Этот триггер запоминает первую половину кольцеобразного локального окна. В это время счетчик коррекции 23 работает как описано выше в режиме вычитания и до начала второй половины локального окна остается в нулевом состоянии. Сигнал начала второй половины локального окна на четвертом входе схемы 21 управления приводит к взведению триггера ТТ2 и подключению тактовой частоты к суммирующему входу сче тчика коррекции 23. Работа счетчика коррекции 23 заканчивается по приходу с выхода компаратора 2 на третий вход схемы управления 21 импульса конца контролируемой поверхности, который перебрасывает триггер ТТ2 в исходное состояние и тем самым разрешает записать содержимое счетчика коррекции 23 в регистр 22. Затем, начиная со второго кадра, запуск от счетчика элементов 17 управляет содержимое регистра 22, поступающее на счетчик коррекции 23 вместо "константы" через коммутатор 20. Сигнал со второго выхода схемы 19 выборки первого кадра, который появляется с началом второго кадра и присутствуе т до окончания операции контроля, разрешает схеме вывода 4 принять решение о годности поршневого кольца .