软件控制实现高速摄影机的收片启动特性

    1 引 言

    图1 高速摄影机片道示意图摄影机运转时收片盘的一个显著特点是:随着缠绕的胶片的增多其半径在逐渐的增大,同时负载转矩逐渐增大。尤其在摄影机启动的过程中,要求胶片的线速度按照一定的加速过程快速的启动,同收片盘的半径随着胶片的缠绕而增大,在这一过程中收片盘的角速度(转速)的变化是比较复杂的。以往采用模拟的控制方式对摄影机进行控制,很难实现这一特性,经常在启动时出现堆断片问题。本文对棱镜补偿式高速摄影机的收片启动特性进行了分析,基于分析给出用软件控制实现收片启动特性的方法及实验结果。

    2 启动特性分析[2]

    2.1 启动特性分析

    摄影机能平稳运行而不发生堆断片现象的一个理论前提是:在每一时刻收片盘的线速度等于输片轮的线速度,即:Vl=Vs,以下的分析都是基于这一条件展开的。

    收片启动特性计算的原则是:首先根据拍摄频率确定启动过程中Vq(t)特性, Vq(t)是指启动过程中胶片的运动线速度(一般为时间的指数函数或一次函数,亦即输片齿轮上的线速度Vs(t)),由Vq(t)可以确定启动过程中的胶片耗量sq(t),继而可以确定在启动过程中收片盘半径rl的变化。由于Vl= Vs,最终可以求出在启动过程中收片盘转速变化情况Xlq(t),得到Xlq(t)的表达式后,就可以用控制实现这一特性。

    假设启动过程中胶片速度为匀加速变化,即

Vq(t) = C•t (1)

    式中C为匀加速度;t表示时间。设总的启动时间为t0,则在启动结束时胶片运动的线速度为

Vq(t0) = C•t0=Xs(t0)•R (2)

    式中Xs(t0)为输片轮在启动结束时的转速,对于一定的结构,该转速由所选择的拍摄频率决定,拍摄频率选定后,Xs(t0)即一定;R是与输片齿轮支撑圆半径及胶片厚度有关的一个常量。由(2)式可求出常数C并代入(1)式可求出在给定频率、给定启动时间内启动时胶片线速度的表达式

Vq(t) = t•Xs(t0)•R/t0(3)

    在启动过程中所消耗的胶片量可表示如下式

    而收片盘的半径rl与所缠绕的胶片数量sq(t)之间的关系可由下式求出[3]

    式中D表示胶片厚度和层间间隙之和;r0表示收片轴半径。由于有关系式Vl= Vs= Vq,则可由(5)式得出启动过程中收片盘的转速Xlq(t)的表达式[3]

    由(6)式可求得收片盘的角加速度Elq(t)的表达式

    (7)式中为简便记,以导数表示。

    在启动过程中胶片盘的转动惯量表达式为

Ji= K•(r4l- r40) (8)