Сканирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 168 505 6 02 В 26/1 Т конструктор- стем програмин СС 977 ТРОЙСТВОтся к приборостройствам управления может быть испольитывания и ввода и. Цель изобретеГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Смоленское специальноско-технологическое бюро симного управления(54) СКАНИРУЮЩЕЕ УС (57) Изобретение относи ению, а именно к устро лучом в пространстве, и зовано в устройствах с графической информаци 2ния - повышение точности эа счет синхронизации частоты колебаний зеркала, При отклонении зеркала 3 световой поток осветителя 1 попадает на вход фотоприемника 2, выходной сигнал которого попадает на вход управляемого генератора 5, на входе которого формируется переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов и частотой следования 5, меньшей резонансной частоты 10 электромагнитного резонансного привода 4, Это напряжение поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 6 и далее на усилитель 7 мощности, усиленный сигнал подается на обмотки статора электромагнитного резонансного привода 4 и возбуждает колеб ния его ротора. 3 з,п. ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к приборостроению, а именно устройствам управления лучом в пространстве, и может быть использовано в устройствах считывания и ввода графической информации,Цель изобретения - повышение точности за счет синхронизации частотц колебаний зеркала,На фиг. 1 изображена функциональная схема сканирующего устройства; на фиг. 2 - структурная схема измерительной части сканирующего устролства; на фиг, 3 - электрическая схема блока логической обработки; на фиг, 4- электрическая схема управляемого генератора,Сканирующее устройство содержит осветитель 1, Фотоприемник 2, зеркало 3, установленное на оси электромагнитного резонансного привода 4, управляемый генератор 5, цифроаналоговый преобразователь 6, усилитель 7 мощности, фотоприемник 8 начала строки сканирования, блок 9 логической обработки, осветитель 10, фокусирующий объектив 11, интерферометр 12 с непараллельным ходом лучей, уголковые отражатели 13 и 14, установленные на зеркале 3,Блок 9 логической обработки содержит первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 и пятый 19 одновибраторы, счетчик 20, схему ЗИ - ИЛИ-НЕ 21, схему ЗИ - НЕ 22 и реверсивнцй счетчик 23,Управляемый генератор 5 содержит компаратор 24, дифференцирующую цепочку 25, содержащую первый конденсатор 26 и первый резистор 27, транзистор 28, времязадающую цепочку 29, состоящую из второго конденсатора 30 и второго резистора 31, триггер Шмидта 32 и счетчик 33,Сканирующее устройство работает следующим образом.Фотоприемник 2 устанавливается в исходном положении таким образом, чтобы при отклонении от зеркала 3 при его нейтральном положении световой поток осветителя 1 попадал на вход фотоприемника 2,Выходной сигнал фотоприемника 2 поступает на вход управляемого генератора 5 на входе которого формируется переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов с частотой следования г, несколько меньвей резонансной частоты 1 о электромагнлтного резонансного привода 4, т.е,1 о, Это напряжение поступает на знало. говый вход цифроаналогового преобразователя 6, который изменяет амплитуду выходного сигнала в соответствии с входным кодом, поступающим на эго информационный вход, Начальная установка схемы обеспечивается соответствующим выбором разрядноСти входного кода или тем, что на старший разряд цифроаналогового преобразователя 5 6 постоянно подана логическая единица. Навход усилителя 7 мощности подаются сигналы с частотой следования импульсов и амплитудой, равной половине максимального выходного сигнала цифроаналогового пре образователя 6. Усиленный усилителем 7мощности сигнал поступает на обмотки статора электромагнитного резонансного привода 4 и возбуждает механические колебания его ротора. При колебаниях зер кала 3 световой поток осветителя 1 уходит свходного окна фотоприемника 2, а затем при обратном ходе, вновь засвечивает фото- приемник 2. По сигналу с выхода фотоприемника 2 управляемый генератор 5 20 изменяет фазу выходного сигнала. В результате введения обратной связи в электромеханическое резонансное сканирующее устройство образуется замкнутая резонансная система, частота колебаний которой оп ределяется механическим резонансомэлектромагнитного резонансного привода 4 за счет того, что фаза возбуждающего воздействия всегда совпадает с фазой вынужденных колебаний,30 Сканируемое пятно, сформированноена линии сканирования фокусирующим объектом 11 из коллимированного светового пучка осветителя 10, в зависимости от амплитуды колебаний зеркала 3, может не дохо дить от среднего положения до фотоприемника 8 начала строки сканирования; дойти до фотоприемника 8, но не пересечь его; пересечь его, но не дойти до значения минимально допустимой амплитуды колебаний;40 отклониться в пределах установленного допуска на амплитуду колебаний; превысить максимально допустимую амплитуду колебаний. Блок 9 логической обработки по сигналу фотоприемника 8, синхронно с ко лебаниями зеркала 3, выделяет одну из этихситуаций; воздействуя на выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 6 кодовой комбинацией со своего выхода, приводит амплитуду колебаний в соответствие с 50 заданными требованиями, Анализ описанных ситуаций блоком 9 логической обработки осуществляется по значению времени т между двумя последовательными пересечениями световым пятном входного окна фо топриемника 8 при колебании зеркала 3:10; (1)2)тмакс = т1 мин, (3) ттмакс ф51015 20 30 35 40 45 50 55 Истинность первого неравенства означает, что состояние сканирующего устройства соответствует первым двум ситуациям.Истинность второго неравенства два соответствует третьей ситуации,Для всех этих случаев блок 9 логической обработки должен последовательно, на каждый период сигналов с выхода управляемого генератора, увеличивать значение выходного кода до тех пор, пока не изменится состояние сканирующего устройства,При использовании интерферометрического контроля сканирующее устройство работает следующим образом,Часть светового потока интерферометра 12, отраженная входной ганью соответствующего этому плечу уголкового отражателя 14, попадает на вход фотоприемника 2, При колебаниях зеркала 3 интерферометр 12 измеряет угол поворота этого зеркала и формирует на своем выходе последовательность импульсов, период следования которых и несет в себе информацию об элементарном угле поворота зеркала 3. Подсчитывая число этих импульсов. начиная с момента пересечения лучем концевого фотоприемника 8, получают информацию а положении сканирующего пятна на линии сканирования, зная коэффициент пересчета угла поворота зеркала 3 и перемещение сканирующего пятна,Блок 9 логической обработки предназначен для логического анализа состояния сканирующего устройства и изменения значения выходного кода в соответствии с результатами анализа. Одновибраторы 15 - 17 формируют короткие импульсы по соответствующим фронтам входных сигналов. счетчик 20 подсчитывает количество прохождений сканирующего пятна через фотоприемник 8 начала строки сканирования, одновибратор 18 формирует импульс, длительностью, равной тмин, однавибратор 19 формирует импульс длительностью Л 1 == тмакс Тмин, реверсивный счетчик 23 вырабатывает выходной код, управляющий цифроаналоговым преобразователем б.Принцип регулирования состоит в том, чтобы прибавляя или вычитая единицы из реверсивного счетчика 23 (соответственно увеличивая или уменьшая выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 6), установить амплитуду колебаний такой, при которой время возврата т сканирующего пятна находилось в заданных пределах Тмин11 макс.При рассмотрении работы сканирующего устройства принимаем, что перепад напряжения на выходе усилителя 7 мощности из отрицательного значения в положительное соответствует положительному фронту напряжения на выходе управляемого генератора 5 и направлению движения сканируемого пятна от нейтрального положения к фотодатчику 8 начала строки сканирования.В том случае, если сканируемое пятно не доходит до фатодатчика 8, т,е, амплитуда колебаний мала, необходимо увеличить напряжение на выходе циФроаналогового преобразователя 6.Положительный фронт на втором входе блока запускает одновибратар 16, который устанавливает счетчик 20 в исходное состояние, Импульс с выхода однавибратора 16 проходит на выход схемы ЗИ - ИЛИ-НЕ 21 и прибавляет единицу в реверсивный счетчик 23. Так как сканируемое пятно не доходит до фотоприемника 8 и возвращается, та па отрицательному фронту сигнала на втором входе блока запускается одновибратар 17 и в реверсивный счетчик 23 добавляется еще одна единица (на выходе счетчика 20 в исходном состоянии - логическая единица). Далее этот процесс повторяется до тех пар, пока сканирующее пятно не дойдет до фотоприемника 8. Запускается однавибратор 15, в счетчик 20 добавляется единица состоя. ние выхода счетчика 20 при этом не изменяется), сигнал с выхода одновибратара 15 проходит через схему ЗИ-НЕ 22, вычитает единицу из реверсивного счетчика 23 и па заднему франту запускает одновибратар 18, формирующий импульс длительностью 1 мин. Сканируемое пятно не переходит через фотоприемник 8, так как второго импульса на первом входе блока нет, и при возвращении пятна одновибратар 17 через схему ЗИ - ИЛИ - НЕ 21 прибавляет единицу в реверсивный счетчик 23. Амплитуда колебаний растет. При ттмин сканируемое пятно дважды пересекает фотоприемник 8, Для первого импульса с выхода фотоприемника 8 работа схемы описана. Второй импульс переводит счетчик 20 в состояние, при котором на его выходе устанавливается логический ноль, Но на время действия импульса с выхода одновибратара 18 разрешен другой вход схемы ЗИ - ИЛИ - НЕ, и импульс с выхода одновибратора 15 добавляет еще одну единицу в реверсивный счетчик 23. Амплитуда колебаний продолжает расти. При достижении заданного значения амплитуды колебаний второй импульс с выхода одновибратара 15 появляется во время действия импульса с выхода одновибратора 19, Схемы ЗИ - ИЛИ - НЕ и ЗИ - НЕ заперты. За цикл работы в реверсивный счетчик 23 сначала добавлена единица. а затем его состояние уменьшено на единицу. Значение кода на выходе блока 9 логический обработки неиз 1682966менно. Амплитуда колебаний не изменяется без воздействия внешних по отношению к блоку 9 логической обработки причин.Управляемый генератор работает следующим образом,В исходном положении, при отсутствии напряжения питания на усилителе 7 мощности световой поток осветителя 1, отраженный зеркалом 3, испадает на вход фотоприемника 2, Выходной сигнал фотоприемника 2 при этом превышает порог срабатывания компаратора 24, поэтому на выходе компаратора установлен уровень логического нуля, Транзистор 28 закрыт и на выходе триггера Шмидта,32 формируются импульсы, частота которых выбирается несколько меньшей в 1 О, где о - резонансная частота злектромагнитногс резонансного вибратора, т,е, частота колебаний 11 на выходе счетчика 33 1гп 1 О. Счетчик 33 выполняет функцию деления входной частоты с коэффициентом деления в = 2, 4, 8 Значение в выбирается при расчете схемы из условий приемлемых габаритов и устойчивой работы,Выходное напряжение управляющего генератора 5, усиленное усилителем 7, вызывает поворот ротора электромагнитного резонансного привода 4, поэтому сигнал на выходе фотоприемника 2 уменьшается до значения, меньшего порога срабатывания компаратора 24, на выходе компаратора 24 формируется положительный фронт, выделяемый дифференцирующей цепочкой 25, построенной на конденсаторе 26 и резисторе 27. Транзистор 28 открывается и шунтирует конденсатор 30 времязадающей цепочки 29, Конденсатор 30 разряжается, и на выходе триггера Шмидта 32 формируется положительной фронт, Полярность напряжения, приложенного к обмотке электромагнитного резонансного привода 4, изменяется на противоположную, Происходит плавное торможение ротора электромагнитного резонансного вибратора 4, и затем ротор отклоняется в обратном направлении.Фо рмула изобретения 1. Сканирующее устройство, содержащее зеркало, установленное на оси электромагнитного резонансного привода, связанного с уп равляемым генератором, осветитель, объектив и фатоприемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет синхронизации частоты колебаний зеркала, в него дополнительно введеныы фотоприемник начала строки сканирования, цифроаналоговый преобразователь с аналоговым входом и информационными разрядами, усилитель мощности и блок ло 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гической обработки, выполненный с двумя входами, причем фотоприемник начала строки сканирования размещен в плоскости сканирования, его выход подключен к первому входу блока логической обработки, выход фотоприемника соединен с входом управляемого генератора, выход которого подключен к второму входу блока логической обработки и к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя, информационные разряды которого связаны с выходом блока логической обработки, а выход соединен с входом усилителя мощности, выход которого подключен к входу электромагнитного резонансного привода,2. Устройство по и, 1, отл ич а ю щеес я тем, что в него дополнительно введены два уголковых отражателя, установленных на зеркале и образующих с осветителем и фотоприемником схему интерферометра,3, Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок логической обработки включает в себя пять одновибраторов, счетчик, схему ЗИ - ИЛИ-НЕ, схему ЗИ-НЕ и реверсивный счетчик, причем вход первого одновибратора является первым входом блока логической обработки, а входы второго и третьего одновибраторов соединены между собой и являются вторым входом блока логической обработки, выход первого одновибратора подключен к счетному входу счетчика и соединен с входом четвертого одновибратора, с одним из входов схемы ЗИ - НЕ и с первым входом третьей схемы И схемы ЗИ - ИЛИ - НЕ, выход второго одновибратора соединен с установочным входом счетчика и входом второй схемы И схемы ЗИ - ИЛИ - НЕ, выход третьего одновибратора соединен с первым входом первой схемы И схемы ЗИ-ИЛИ-НЕ, второй вход которой соединен с выходом счетчика, прямой выход четвертого одновибратора соединен с входом пятого одновибратора и с вторым входом третьей схемы И схемы ЗИ-ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу схемы ЗИ - НЕ, второй вход которой подключен к инверсному входу четвертого одновибратора, а третий вход схемы ЗИ - НЕ соединен с инверсным выходом пятого одновибратора, выходы реверсивного счетчика являются выходами блока логической обработки,4. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что управляемый генератор содержит компаратор, дифференцирующую цепочку, включающую в себя первые конденсатор и резистор, транзистор, времязадающую цепочку, включающую в себя вторые конденсатор и резистор триггерЗаказ 3411 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4(5 КНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Шмидта и счетчик, причем вход компаратора является входом управляемого генератора, выход компаратора соединен с входом дифференцирующей цепочки, выход которой соединен с базой транзистора, коллектор которого подключен к входу триггера Шмидта, к второму конденсатору и к выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом триггера Шмидта и со счетным входом счетчика, выход которого является выходом управляющего генерато ра, эмиттер транзистора и второй конденсатор подключены к общей шине управляемого генератора.