Устройство для считывания графической информации

(51) С 06 К 11/06 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЕЛЬСТВУ ине- вы- нноа выходь входамСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ АВТОРСКОМУ( СВ(71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 681. 327. 12 (088. 8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 805368, кл. С 06 К 11/06, 1981. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ по авт.св. У 805368, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит разделительные элементы, входы которых соединены с выходами съемника координат и с генератором синусоидальных колебаний, группу сумматоров, одни входы которых подключены к выходам соответствующих блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами соответствующих блоков определения координат, и вторую группу фазочувствительных детекторов, входы которых соединены с соответствующи-, ми разделительными элементами и с генератором синусоидальных колебаний, а выходы подключены к другим входам соответствующих сумматоров группы.2, Устройство по п. 1, о т л и - . ч а ю щ е е с я тем,.что блок формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит группу ключей,одни входы которых являются входамиблока, другие подключены к соответствующим выходам многофазного триггера, соединенным с входами элемента ИЛИ, а выходы ключей группы подключены к входам развязывающего усилителя, ключ, входы которого соедны с развязывающим усилителем и сходом счетного триггера, подключего к вьмоду элемента ИЛИ, выходы ключа соединены с входами парафазногоусилителя, и нуль-органы, входы которых являются входами блока,подключены к соответствующиммногофазного триггера.3. Устройство по и, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок определения координат содержит последовательно соединенные реверсивныйсчетчик, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока, а третий вход подключенк компаратору, цифроаналоговый преобразователь и сумматор, другой входкоторого является третьим входом блока, третий вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход является выходом блока.4. Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что съемниккоординат содержит датчик угловогоотклонения, выполненный в виде электролитического преобразователя углового отклонения от вертикальной оси..1161972 е Составитель Т.НичипРедактор Е.Копча Техред И.Гергель . Подписноого комитета СССРнй и открытий1 11619Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для ввода графической информации в электронные вычислительные машины. 3По основному авт,св. В 805368 известно устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с координатными шинами, выполненными в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевых обмоток с постоянной высотой и переменной шириной каждой петли в обмотках, геометрические центры прямоугольных обмоток отдельных групп смещены друг относитель. но друга по соответствующей координатной оси, причем одни из концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключены к одним из вхо- ф дов фазовых детекторов, выходы которых соединены с входами блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам бло ков определения координат, а выходы генератора синусоидальных колебаний подключены к съемнику координат и другим входам фазовых детекторов, а каждый из блоков формирования дис .кретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязывающий и парафазный усилители, нуль-органы, многофазный и счетный триггеры и логический элемент ИЛИ, причем входы щ блоков подключены к входам нуль-органов и первым входам одних из ключей, вторые входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы через развязывающий усилитель - 40. с первым входом другого ключа, второй вход которого подключен к выходу счетного триггера, а выходы через пара фазный усилитель - к одному из выходов блока, другой выход которого соединен с входом счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам многофазного триггера, входы которого соединены с выходами нуль"органов,у а каждый из блоков определения координат содержит реверсивный счетчик, преобразователь код - напряжение, компаратор знака, сумматор и источник опорного напряжения, выход кото рого подключен к первому входу сумма" тора, второй вход которого соединен с одним из входов блока и входом компаратора знака, выход которого под= ключен к первому входу реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с другим входом блока, выход которого подключен к выходу сумматора, третий вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика 33Недостатком известного устройства является неудобство в работе и малая скорость считывания, так как по время считывания информации оператору требуется не только наводить съемник на считываемые точки, но и строго выдерживать съемник перпендикулярно к плоскости планшета. В случае образования угла наклона между нормалью планшета и продольной осью съемника меняется расстояние между центром катушки возбуждения съемника и координатными катушками планшета, а также происходит смещение точек перехода выходных сигналов фазовых детекторов через нуль, что приводит к изменению величины кусочно-аналогового сигнала и появлению дополнительных погрешностей считывания, Поэтому для обеспечения достаточной точности считывания оператор во время считывания информации должен строго выдержавать съемник координат перпендикулярно планшету, что вызывает большое неудобство в работе.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для считывания графической информации содержит разделительные элементы, входы которых соединены с выходами съемника координат и с генератором синусоидальных колебаний, группу сумматоров, одни входы которых подключены к выходам соответствующих блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами соответствующих блоков определения координат, и вторую группу фазочувствительных детекторов, входы которых соединены с соответствукицими разделительными элементами и с генератором синусоидальных колебаний, а выходы подключены к другим вхОдам соответствующих сумматоров группы.Кроме того, блок формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит группу ключей, одни вхоз 11619ды которых являются входами блока,другие подключены к соответствующийвыходам многофазного триггера, соединенным с входами элемента ИЛИ, а выходы ключей группы подключены к входамразвязывающего усилителя, ключ, входы которого соединены с развязывающим усилителем и с выходом счетноготриггера, подключенного к выходуэлемента ИЛИ, выходы ключа соецичены с входами парафазного усилителя,и нуль-органы, входы которых являются входами блока, а выходы подключены к соответствующим входам многофазного триггера. 15При этом блок определения координат содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, первыйи второй входы которого являютсяпервым и вторым входами блока, атретий вход подключен к компаратору,цифроаналоговый преобразователь нсумматор, другой вход которого является третьим входом блока, третийвход подключен к источнику опорного днапряжения, а выход является выходомблока, а съемник координат содержит.,цатчик углового отклонения, выполненный в виде электролитического преобразователя углового отклонения отвертикальной оси,На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 -расположение трех координатных катушечных групп для определения однойкоординаты; на фиг, 3 - 5 - времен 35ные диаграммы сигналов, поясняющиеработу устройства.Устройство (фиг. 1) содержит планшет 1, съемник 2 координат, включающий возбуждающую катушку 3 и датчик4 углового отклонения, выполненныйв виде электролитического преобразователя угла отклонения от вертикальной оси, генератор 5 синусоидальныхколебаний, первую группу детекторов(фазочувствительных выпрямителей)6-11, блоки 12 и 13 формированиядискретных и кусочно-аналоговых сигналов, блоки 14 и 15 определения координат, разделительные элементы 16и 17, выполненные в виде трансформаторов, вторую группу фазочувствитель"ных детекторов 18 и 19 и группу сумматоров 20 и 21. Планшет 1 изготовлен из изоляционного материала, на поверхности которого вырезаны пазы с определенным 72 4 шагом, например, равным 1/6 шириныкатушки, имеющей 3 прямоугольные петлевые обмотки по координатам Х и Усоответственно. Для определения горизонтальной координаты используютсятри группы обмоток, уложенных в пазы и сдвинутых друг относительнодруга на 2/3 ширины катушки. Координатные катушки имеют периодическиповторяющуюся форму и для увеличения линейности характеристик преобраэования выполнены в виде вложенных другв друга прямоугольных петель (фиг.2),Перпендикулярно к первым уложены другие три группы катушек для определения вертикальной координаты.На поверхности планшета 1 укладывается тонкий изоляционный лист, на который кренится носитель информации. Выходы координатных катушек подключены к входам фазовых детекторов 6-11. Съемник 2 имеет формукарандаша, на оконечник которого намотана возбуждающая катушка 3, запитываемая током генератора 5 синусоидальных колебаний и предназначеннаядля возбуждения координатных катушек.Кроме того, на противоположном конце съемника 2 координат крепитсядатчик сигналов, предназначенныйдля измерения угла отклонения осисъемника 2 от вертикального направления. Датчик 4 имеет четыре изолированных друг от друга цилиндрических электрода, установленных по окружности в крышке преобразователя.Герметический корпус преобразователя,образуемый крышкой из изоляционногоматериала и сферическим основаниемиз проводящего материала, неполностью заполняется электролитом: частьобъема занята воздушным пузырьком.При горизонтальном расположении преобразователя пузырек располагаетсяв центре и покрывает около половиныплощади каждого из четырех электродов. При этом проводимости между основанием корпуса и каждым иэ электродов одинаковы, При наклоне преобразователя 4 воздушный пузырек смещается от центра, равенство проводимостей нарушается, и на вторичных обмотках трансформаторов 16 и 17 появляются сигналы, пропорциональные угламнаклона оси съемника 2 координат отвертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом сигналы на вторичных обмотках трансформаторов 16 и 17 несут информацию не толь.ко о величинах углов наклона оси съемника 2 координат от вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, но и о направлении наклона оси съемника 2 координат в этих плос костях.Генератор 5 синусоидальных колебаний подключен также к опорным входам фазовых детекторов 6-11, которые . предназначены для демодулирования 1 О наводимой в координатных катушках ЭДС взаимоиндукции и подавления паразитных сигналов извне. Зависимости демодулированных сигналов от перемещения съемника 2 вдоль координаты 15 Х и У имеют вид,показанный на фиг. ЗО. Зависимости демодулирован - ных сигналов от перемещения получены за счет того, что группы координатных катушек имеют периодически 20 повторяющуюся форму (фиг, 2).При наклоне оси съемника 2 координат происходит смещение центра возбуждающей катушки 3 в сторону наклона оси съемника 2 в соответствующей 25 плоскости, пропорциональное углу наклона оси съемника 2, что приводит к ошибке преобразования, При этом также происходит смещение зависимостей демодулированных сигналов от пе ремещения съемника 2 вдоль координаты Х и У в зависимости от величины угла наклона оси съемника 2 координат в соответствующей плоскости и от направления наклона оси съемника 2 в соответствующей плоскости.Блоки 12 и 13 предназначены для формирования дискретных и кусочно- аналоговых сигналов (фиг. Зо) и выделения дискретных импульсов в моменты ,щ времени, когда демодулированные сигналы фазовых детекторов 6-11 достигают нулевого уровня (на фиг. За,.6 показаны сигналы для координаты Х) .Блоки 12 и 13 содержат группу клю чей 22-24, нуль-органы 25"27, многофазный триггер 28, элемент ИЛИ 29, развязывающий усилитель 30, ключ 31, парафазный усилитель 32, счетный триггер 33. М 1Ключи 22-24 подключают сигнал фазовых детекторов 6-8 фк усилителю 30, если на управляющие входы .ключей 22-24 поступают управляющие импульсы измногофазного триггера 28, Нуль органы 25-27 формируют высокие потенциалы при переходе изменяющихся сигналов фазовых детекторов 6-8 через нулевые уровни, Триггер 28 управляет работой ключей 22-24 и элементом ИЛИ 29. Высокий потенциал имеет только тот выход триггера 28, на соответствующий вход которого не подается короткий импульс от нуль-органов 25-27.Таким образом, с входом усилителя 30 соединяется та группа координатных катушек, на выходе которой сигнал переходит через нулевой уровень. Элемент ИЛИ 29 формирует выходной сигнал, показанный (фиг. ЗВ) в виде коротких импульсов при поступлении импульсов с выхода триггера 28, и тем самым при прохождении сигнала в любой группе катушек через нулевой уровень. Усилитель 30 предназначен для развязки выходных цепей трех ключей 22-24 и входа ключа 31.Чтобы получить (фиг, Зц), нужную кусочно-аналоговую характеристику (фиг. ЗБ), надо инвертировать отрицательные наклоны при движении слева направо, а при противоположном движении надо инвертировать положительные наклоны. Таким образом, при движении съемника 2 парафазный усилитель 32 должен менять знак коэффициента усиления после каждого дискретного импульса элемента ИЛИ 29.При движении съемника 2 вправо вдоль оси Х после поступления первого импульса (фиг. 35) на выходе триггера 33 со счетным входом имеется нулевой уровень (фиг. 32), так как управляющий сигнал имеет нулевой уровень, ключ 31 переводит входной сигнал к выходу и выходной сигнал третьей группы катушек соединяется с инвертирующим входом усилителя 32Коэффициент усиления усилителя32 (фиг. Зе) имеет отрицательныйзнак, и отрицательный наклон характеристики инвертируется в положительный. При поступлении следующего дискретного импульса на выходе тригге-,ра 33 появляется сигнал (фиг, Зг) сположительным уровнем, который переводит ключ 31 в предыдущее положение. Таким образом, на неинвертирующий вход усилителя 32 поступает сигнал с выхода второй группы катушек.Коэффициент усиления усилителя 32имеет положительный знак (фиг. Зе),и кусочно-аналоговая характеристикапреобразования имеет положительныйнаклон,7 116197При дальнейшем передвижении съемник 2 вправо вдоль оси Х осуществляют аналогичные переключения ключа 31. Если достигнувший точки а (фиг. За) съемник 2 начинает двигаться влево, то в точке о изменяющийся выходной сигнал третьей группе катушек равен нулю, однако триггер 28 не меняет своего состояния, так как нуль-орган 27 выдает высокий потенциал на те же 10 входы триггера 28, Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 29 дискретный импульс не появляется, и триггер 33: не меняет своего состояния (фиг, З). На выходе усилителя 32 имеется сигнал отрицательной полярности.При дальнейшем передвижении съем- ника 2 влево на выходе элемента ИЛИ 29 появляется дискретный сигнал, который меняет состояние триггера 33 у 0 (фиг. 3), и ключ 31 подключает выходной сигнал первой группы катушек к инвертирующему входу усилителя 32. Коэффициент усиления усилителя 32 имеет отрицательный знак (фиг, ЗА). 25 Таким образом, кусочно-аналоговая характеристика преобразования имеет отрицательные наклоны. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево осуществляются аналогичные переключения ключа 31. Кусочно-аналоговый сигнал, кромеинформации о положении съемника 2между позициями, т.е, в интервалемежду двумя дискретными импульсами 35(фиг. 38, 5 ), несет информацию онаправлении перемещения, амплитудакоторого превышает одну позицию.При перемещении вправо этот сигналимеет только положительную поляр:ность, а при движении влево - отрицательную,Блоки 14 и 15 предназначены дляформирования аналоговых сигналов,соответствующих полному перемещенюо 45съемника 2 по горизонтальной и вертикальной координатам . Оба аналоговые сигнала выдаются одновременно.Блоки 14 и 15 содержат реверсивный счетчик 34, компаратор 35 знака, 50цифроаналоговый преобразователь 36,источник 37 опорного напряжения исумматор 38.Устройство работает следующим образом, 55Допустим, что в заданный моментвремени съемник 2 находится в центрекоординат, и его ось является перпендикулярной плоскости планшета 1. При помощи цепи сброса счетчик 34 и триггер 28 устанавливаются в исходное состояние. Таким образом, как видно из эпюр (фиг. 4 и 5), в первоначальный момент времени кусочно-аналоговый сигнал равняется нулю (фиг.48 и 5 е), а дискретный сигнал (фиг,4 а,) отс, тствует. Так как в исходном состоянии триггер 28 имеет высокий уровень на выходе " 1" (фиг. 4), то переключает ключ 22, и выходной сигнал первой группы катушек поступает на вход ключа 31. Кроме того, в исходном состоянии триггер 33 имеет высокий уровень (фиг. 4 л), из-за чего ключ 31 переключается на выход " 1", а коэффициент усиления усилителя 32 имеет положительный знак (фиг.4 ь 0На втором и третьем выходах триггера 28 имеются .низкие уровни (фиг. 4 О, к) .При передвижении съемника 2 до следующего момента времени к неинвертирующему входу усилителя 32 подключен выходной сигнал первой группы координатных катушек. Так как ось съем- ника 2 является перпендикулярной плоскости планшета 1, то выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 18 равен нулю, и выходной сигнал сумматора 20 является положительным (фнг. 4 В, 5 В). При этом выходной сигнал (фиг. 5) компаратора 35 положителен. Во второй момент времени выходной сигнал третьей группы координат катушек достигает нулевого уровня (фиг.За), и .нуль-орган 27 выдает положительный импульс (фиг. 4 В, 5 г), который переводит триггер 28 в состояние, в котором на его третьем выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий (фиг. ч, И, х) . Поэтому ключ 24 переключается, и на вход ключа 31 поступает сигнал из третьей группы координатных катушек. Кроме того, выходной сигнал триггера 28 поступает на вход элемента ИЛИ 29, на выходе которого появляется импульс (фиг. 4 ж, 5), который поступает на вход счетчика 34 и вход триггера 33. Триггер 33 опрокидывается, и на его входе появляется низкий уровень (фиг. 4 Ь), Поэтому ключ 31 переключается, н выходной сигнал третьей группы координатных катушек подключается к инвертирующему входу9 11619 усилителя 32, коэффициент усиления которого имеет отрицательный знак(фиг. 4 М)В третий момент времени выходной сигнал второй группы катушек дости гает нулевого уровня и нуль-орган 26 опрокидывает триггер 28 в состояние, в котором на его втором выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий (фиг, 4 е,я,о, ,оо фиг. 5), При этом ключ 23 подключает выходной сигнал второй группы координатных катушек к входу ключа 31. Кроме того, элемент ИЛИ 29 выдает импульс (фиг. 4 А, 5), который 15 суммируется в счетчике 34 и опрокидывает триггер 33 (фиг. 4 А). Выходной сигнал триггера 33 переключает ключ 31 в предыдущее состояние, и выходной сигнал второй группы подключается к неинвертирующему входу усилителя 32.На выходе преобразователя 36 формируется напряжение (фиг. 5 О), которое суммируется в сумматоре 38 с 25 входными напряжениями. Полный сигнал соответствует перемещению съемника 2вдоль оси Х (фиг. 5 М).В четвертый момент времени (фиг.4 о, 5 ц) съемник 2 меняет направление 30 перемещения, и в пятый момент времени выходной сигнал второй группы координатных катушек снова достигает нулевого уровня, однако триггер 28 не меняет своего состояния.35Таким образом, в пятый момент времени импульс не появляется, и не происходят никакие переключения. Так как кусочно-аналоговый сигнал при дальнейшем перемещении съемника 2 становится отрицательным, то на выходе компаратора 35 знака имеется отрицательное напряжение (фиг. 5.Пусть при дальнейшем перемещениисъемника 2 он отклоняется на опреде ленный угол в сторону убывания координаты, чтобы входной сигнал третьей группы координатных катушек равнялся нулю (фиг. 43), и происходят переключения, аналогичные переключениям 50 во второй момент времени. При этом элементом ИЛИ 29 вырабатывает импульс, хотя оконечник съемника 2 не достиг границы следующей эоны (фиг, 4 е, 5). Однако в тот же момент времени на вы ходе фазочувствительного выпрямителя 18 появляется сигнал, пропорциональный углу наклона оси съемника 2, ко 72 10 торый имеет положительную полярность и, таким образом, на выходе сумматора 20 появляется сигнал (фиг. 45, 5), при помощи которого в сумматоре 38 осуществляется компенсация погрешности, обусловленной наклоном оси съем- ника 2.Если при дальнейшем перемещении съемника 2 его ось имеет наклон на тот же угол, то в очередной момент времени нулевого уровня достигает выходной сигнал первой группы координатных катушек (фиг. 4 г) и происходят переключения, аналогичные переключениям в первый момент времени.При этом, первая группа координатных катушек подключается к инвертирующему входу усилителя 32, а элементом ИЛИ 29 вырабатывается сигнал, хотя оконечник съемника 2 не достиг границы следующей эоны (фиг. 4 Е, 5). Однако погрешность, обусловленная наклоном оси съемника 2, компенсируется аналогично, как и в предыдущем случае, Таким же образом осуществляется компенсация погрешности, обусловленной наклоном оси съемника внаправлении возрастания координаты. Аналогичным образом определяется другая координата,Существенно, что обе координаты определяются одновременно, а полное пеоемещение вдоль соответствующей оси определяется путем определения количества дискретных шагов и суммированием с величиной перемещения в зоне одной позиции, определяемой по выходному сигналу сумматора. Причем число импульсов определяется суммированием числа импульсов, сформированных при положительном кусочно-аналоговом сигнале, и вычитанием числа импульсов дискретного выхода, сформированных при отрицательной полярности кусочно-аналогового сигнала.Полученные выходные сигналы устройства, амплитуда которых является пропорциональной положению съемника относительно выбранного центра координат, являются аналоговыми во всей плоскости планшета.Таким образом, использование новых элементов, соединенных по предлагаемой схеме выгодно отличается предлагаемое устройство для считыва-, ния графической информации от устройства по прототипу, так как оно позволяет значительно ускорить процесс11считывания, снизить утомляемость оператора и в конечном счете приводит к повышению эффективности работы. Последнее обусловлено тем, что В устройстве устраняется требование жесткой ориентации съемника коордн" нат и возможны отклонения оси съемника от нормали планшета в пределах 61972 2фЗОфград. при сохранении той ае точности,Применение предлагаемого устройст"ва повмиает скорость считывания координат примерно 3,5 раза, а такжеуменьшает количество ошибок и в конечном счете повыиает качество работы.1161972 к ПРи д 8 идение Фиг Фи ю иаорр 30 Ь Киженцц намВо