Устройство для считывания графической информации

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ш 1 52513 Союз Советских Социалистических Республик) М,Кл. С 06 К 1 с присоединением заявки(23) ПриоритетОпубликовано 15,08.76, Бюллетень3 Дата опубликования описания 05.11.76 осурарственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений 3) 1,3 и открытии 72) Автор изобретения И, Наливайко(71) Заявитель итут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволАН СССР УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ра щи Изобретение относится к следящим системам считывания графической информации, в особенности для считывания произвольной непересекающейся линии, записанной на фоточувствительном материале с помощью светового луча постоянной интенсивности, и преобразования ее в цифровую форму для ввода в ЭЦВМ.Известно устройство для считывания графической информации, содержащее оптически связанные микропроекционную систему и фотоэлементы, механически связанные с координатными сервосистемами,Недостатком известного устройства является неизбежность схода каретки с линии графика в случае переменной ширины последней, особенно при значительных изменениях этой ширины. Например в случае записи магнитных вариаций с помощью стандартной магнитовариационной станции, ширина линии записи на фотобумаге может изменяться от 0,1 до 1,5 мм в пределах длины линии на фотоэлементах от 2,0 до 30 мм,С целью повышения точности считывания предлагаемое устройство для считывания графической информации содержит зеркальную призму, оптически связанную с фотоэлементами и микропроекционной системой, электродвигатель, на валу которого установлен микрометрический винт, связанный с зеркальной призмой, связанной с фотоэлементами, и кодирующий диск, жестко соединенный с фотоэлементами и электрически связанный с одной из координатных сервосистем,Оптическая система совместно с фотоэлементами способна совершать неограниченное угловое перемещение вокруг оптической оси, перпендикулярной плоскости чертежа. Угловое перемещение обеспечивает двигатель управляемой своей сервосистемой по команде от фотоэлементов.Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что независимость движения следящей системы от ширины линии графика обеспечивается введением адаптации по ширине линии с помощью оптического расщепления изображения участка линии, проецируемого на фотоэлементы, подвижной зеркальной призмой, способной перемещаться по направлению оптической оси проекционной части оптической системы с помощью микрометрического винта, приводимого в движение двигателем, управляемым командами соответствующих фотоэлементов.Независимость движения фоточувствительного узла от угла наклона линии графика обеспечена введением программного кодирующего диска, поворачивающегося совместно с оптической системой и фотоэлементами и вь батывающего кодовые команды, отражаю е3угловые положения оптической системы, соответствующие углам наклона линии графика и являющиеся характеристикой активности зарегистрированного графиком процесса, Кодовые команды управляют сервосистемой, обеспечивающей перемещение подвижной платформы по абсциссе, скорость которой может изменяться от - 1 хмакс до +хманс Одновременно кодовые комбинации углового положения фоточувствительного узла выводятся на ЭЦВМ в качестве меры активности зарегистрированного процесса,На фиг, 1 приведена кинематическая схемапредлагаемого устройства для считывания графической информации; на фиг, 2 - блоксхема управления устройством; на фиг. 3 - общий вид конструктивных особенностей следящей фоточувствительной головки, вид сбоку, разрез; на фиг. 4 - общий вид конструктивных особенностей, вид сверху; на фиг. 5 - следящая головка, вид спереди; на фиг. б - оптическая схема системы адаптации (ход лучей при смещении головки относительно линии); на фиг. 7 - схема действия; на фиг. 8 - схема хода лучей при действии системы адаптации.Считывающее устройство состоит из направляющих 1, на которых установлена платформа 2, способная двигаться по всей длине направляющих, Под платформой вдоль направляющих 1 расположен считываемый график 3. Платформа 2 механически связана с электродвигателем 4 через стальную гибкую ленту 5 и кодирующим диском 6. На платформе 2 находится каретка 7, установленная с возможностью перемещения по направлению, перпендикулярному направляющим 1.Каретка 7 связана механически с электродвигателем 8 и кодирующим диском 9 через стальную гибкую ленту 10, На каретке 7 смонтирована поворотная оптическая фоточувствительная головка 11, которая состоит из поворотной трубы 12, способной поворачиваться вокруг своей оси на 360. Труба 12 закреплена в упорных шарикоподшипниках 13 и 14, один из которых установлен в теле каретки 7, а второй - в крышке 15. На поворотной трубе 12 смонтированы микропроекционная оптическая система 16, зубчатое колесо 17 с кодовыми пробивками и корпус 18 системы адаптации. С помощью электродвигателя 19, на оси которого закреплено зубчатое колесо 20, входящее в зацепление с колесом 17, поворотная труба 12 совместно со смонтированными на ней узлами может поворачиваться на 360.В корпусе системы адаптации установлены зеркальная призма 21, закрепленная в оправе 22, способной перемещаться по направляющим 23, микрометрический винт 24, установленный на оси двигателя 25, с помощью которого перемещается оправа зеркальной призмы 22 по направляющим 23.На боковых стенках корпуса 18 расположены фоточувствительные элементы 26 и 27, на 5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 6 О 56 которые проецируется изображение участка линии графика с помощью микропроекционной системы 16 и зеркальной призмы 21.На каретке 7 и в крышке 15 смонтированасистема, читающая кодовые комбинации, пробитые на зубчатом колесе 17. Система состоит из осветителя 28 и фотодиодной линейки 29.Устройство имеет четыре электродвигателя.Двигатели выполняют свои ограниченные функции, совместно обеспечивая движение фотоголовки строго по линии графика. Каждый двигатель получает управляющие сигналы от своей группы фотоэлементов, которые преобразуются в электронных узлах сервосистем, в соответствии с индивидуальной функцией.На фиг. 2 показано, что сервосистема, управляющая движением по абсциссе, состоит из фотодиодной линейки 29, читающей код углового положения поворотной трубы 12, блока 30 дешифровки кода, блока 31 управления движением и двигателя 4. Сервосистема, управляющая движением фотоголовки по ординате, состоит из фотоэлементов 26 с и 27 с, блока 32 преобразования сигналов, усилителя 33 и двигателя 8. Сервосистема, управляющая угловым перемещением фотоголовки на угол, состоит из фотоэлементов 26 в и 27 в, усилителей 34 и 35, блока 36 управления двигателем и двигателя 19. Сервосистема, управляющая перемещением зеркальной призмы при адаптации по ширине линии, состоит из фотоэлементов 26 а и 27 а, блока 37 сравнения сигналов, блока 38 управления двигателем и двигателя 25.Работает устройство следующим образом.По направляющим 1 платформу устанавливают над линией графика в положение желаемого начала считывания. Поворотную оптическую головку 11 устанавливают так, чтобы направление осевой линии фотоэлементов совпадало с направлением касательной в данной точке считываемой линии, Включают электрическое питание всех схем, В зависимости от углового положения поворотной головки и, следовательно, кодовой комбинации, установившейся на фотодиодной линейке 29, блоки 30 и 31 включают двигатель 4, и платформа 2 начинает перемещаться по направляющим со скоростью 1 ха, соответствующей данному угловому положению аа.Как только начинается перемещение фото- головки по направлению Х (фиг. 7), фотоэлементы 2 ба, 26 в и 26 с входят в зону затемнения, вызванного уменьшением количества света, отраженного от линии, по сравнению со светом, отраженным от фона.Фотоэлемент 26 в подает сигнал на блок 34 и вызывает вращение двигателя 19, поворачивающее фотоголовку в направлении +а. Одновременно фотоэлемент 26 с аналогично через блоки 32 и 33 вызывает вращение двигателя 8, который перемещает платформу 2 в направлении + У. Поворот и движение в направлении + У продолжаются до тех пор, по60 55 5ка фотоэлементы 26 в и 2 бс не выйдут из зоны затемнения. Сервосистема Х непрерывно вводит в зону затемнения фотоэлементы 26 в и 26 с. Сервосистемы, управляющие углом поворота а и движением в направлении У, непрерывно стремятся вывести фотоголовку из зоны затемнения. Таким образом, устанавливается непрерывное движение, подобное скольжению по кромке считываемой линии, с полной скоростью У, равной векторной сумме 1,.+1, а направление вектора полной скорости совпадает с направлением касательной в данной точке линии и определяется углом а.Аналогично работают фотоэлементы 27 в и 27 с в случае отрицательного наклона считываемой линии. Сервосистемы а и У работают также, но в обратном направлении.В случае прохождения участка поворота считываемой линии фотоэлементы 26 в или 27 в в зависимости от угла наклона линии и его знака будут вызывать поворот фотоголовки таким образом, чтобы направление движения совпадало с касательной в данной точке линии. При этом соответственно изменяется скорость 1.а сервосистема, определяющая движение по У, удерживает фотоголовку над линией попеременного вывода из затемнения фотоэлементов 2 бс и 27 с,В случае, когда считываемая линия расположена параллельно оси абсцисс, угол а=О, а скорость 1= У= К При этом скорость 1=0. Когда считываемая линия параллельна оси ординат, угол а составляет 90. Скорость К,=1,макс=У, а К,=О. Когда угол а превышает 90, по командам кодовых комбинаций угла положения скорость 1 приобретает отрицательное значение и платформа 2 движется в обратном направлении. Действия сервосистем а и У аналогичны описанным. При изменении ширины линии вступает в действие сервосистема адаптации. Эта сервосистема построена несколько иначе по сравнению с описанными. Фотоэлементы 26 а и 27 а составляют пару, включенную в схему, реагирующую на изменение освещенности при равенстве освещенностей обоих фотоэлементов пары, При изменении освещенности одного из элементов пары схема не реагирует. В случае одновременного одинакового затемнения фотоэлементов сервосистема с помощью двигателя 25 раздвигает группы фотоэлементов 26 и 27 (как схематично показано в положении фотоголовки на фиг. 8). При одинаковом увеличении освещенности сервосистема сдвигает фотоэлементы. Таким образом, обеспечивается касание фотоэлементов группы 26 и группы 27 к кромке считываемой линии независимо от ее ширины.Реально система адаптации построена следующим образом.Группы фотоэлементов 26 и 27 неподвижно закреплены на боковых стенках корпуса 18,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Адаптация осуществлена путем управляемого перемещения оптически расщепленного изображения участка считываемой линии.Призма 21, боковые грани которой покрыты зеркальным слоем металла и составляют угол между собой равный 90, расположена так, что ребро зеркальных граней направлено в сторону микропроекционной системы 16 и установлено перпендикулярно ее оптической оси (фиг. 6 и 8). Изображение участка линии, ширина которой отмечена 5, и 5 проецируется микропроекционной системой 16 на зеркальные грани призмы 21, находящейся в положении А, Поскольку ребро призмы пересекает оптическую ось, половина;изображения считываемой линии 05 отражаясь от грани проецируемой на правую боковую стенку и изображение точки 5 ь попадает в точку 5 ь Аналогично проецируется точка 5 на левую стенку в точку 5,.Фотоэлементы 26 и 27 расположены так, чтобы изображение левой и правой кромок считываемой линии касались краев фотоэлементов, а проекционная система устанавливается так, чтобы эти точки были сфокусированы в плоскости фотоэлементов. При увеличении ширины линии, например, до размеров 55 изображения точек 5 и 5 отражаясь от зеркальных граней, уходят за пределы поля изображения, занимаемого фотоэлементами. Проходя через фотоэлементы, изображение затемненного участка вызывает сигналы фотоэлементов, которые поступают на сервосистему. Сервосистема перемещает призму до тех пор, пока точки изображения Т и Т не попадут на края фотоэлементов, и сигналы управления прекратятся, а призма 21 установится в положение В,Вследствие изменения длины оптического хода лучей возникает расфокусировка изображения точек 5 и 5. Для устранения этого явления, одновременно с перемещением призмы 21 перемещается сопряженная механически с призмой микропроекционная система 16.На фиг. б показан ход лучей в оптической системе при боковом сдвиге головки. Когда оптическая головка находится точно над серединой линии, а система адаптации установила призму в нормальное рабочее положение, изображения кромок линии касаются краев фотоэлементов. При боковом сдвиге головки относительно линии одна из кромок своим изображением начинает затемнять соответствующий фотоэлемент. Одновременно изображение противоположной кромки удаляется от края своего фотоэлемента. Фотоэлемент, освещенность которого изменилась, вызывает срабатывание соответствующей сервосистемы, восстанавливающей центральное положение фотоголовки относительно середины считываемой линии.Таким образом, при описанном взаимодействии всех сервосистем фотоголовка совершает движение с постоянной линейной скоростьюпо траектории, совпадающей со считываемой линией.Стальные ленты 5 и 10 приводов сервосистем Хи У совершают линейные перемещения, соответствующие перемещениям фотоголовки по оси Х и У. Кодирующие диски 6 и 9 связаны с лентами приводов, которые передают движение дискам без скольжения.Кодовые комбинации, изображенные на дисках 6 и 9 и зубчатом колесе 17, считываются фотоэлементами и далее выводятся на внешние устройства ЭЦВМ (перфоратор, магнитная запись и т, д.). На кодирующее устройство одновременно выводятся три кодовые комбинации, соответствующие абсциссе Х, ординате У и углу положения фотоголовки.Таким образом, осуществляется преобразование графической информации в цифровую форму, удобную для ввода в ЭЦВМ, Кодовые комбинации Х и У позволяют описать в цифровом виде функцию, представленную на графике, а код, соответствующий углу поворота фотоголовки, дает производную этой функции, т. е, скорость изменения процесса, описываемого графиком.Формула изобретенияУстройство для считывания графическойинформации, содержащее оптически связан 10 ные микропроекционную систему и фотоэлементы, механически связанные с координатными сервосистемами, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности считывания, оно содержит зеркальную призму, опц тически связанную с фотоэлементами и микропроекционной системой, электродвигатель,на валу которого установлен микрометрический винт, связанный с зеркальной призмой,связанной с фотоэлементами, и кодирующий20 диск, жестко соединенный с фотоэлементамии электрически связанный с одной из координатных сервосистем,6 Составитель Н. Волгинаедактор В. Филиппова Техред М. Семенов Корректор А. Дзесов ПодписР Типография, пр. Сапунова каз 2302/4 Изд.1657 ЦНИИПИ Государственног по делам из 113035, Москва, Ж