Устройство для считывания графической информации

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Советскик Сфцмалмстмческих Республик(22) Заявлено 023)779 (21) 2790817/18-24 (53) М. Кл. 6 06 К 11/00 с присоединением заявкм Нов Государственный комитет С С СР но делам изобретений н открытий.12(088,8) Дата опубликования описания 30,10,81(72) Автор . мзобретеммя Э,К. Скворцов Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Сибирского отделения АН СССР(54) устРОЙстВО для считыВАния ГРАфическОЙ ИНФОРМАЦИИ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам ввода графической информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ).Известны ультразвуковые устройства для считывания графической информации, содержащие планшет и генератор опорных импульсов, подключенный через последовательно соединенные делитель частоты, усилитель, визир-излучатель, точечные приемники сигналов и усилители со входами вычитателей частот, к которым последовательно подключены групповой счетчик, вычислитель координат и блок вывода кодов 1.Недостатками известных устройств являются возможность сбоя от акустических шумов на входах приемников сигналов ввиду отсутствия контроля результатов считывания, а также нестабильность результатов считыва-, ния по точности из-эа колебаний скорости ультразвука в воздухе и вследствие интерференции прямых и отраженных сигналов, обусловленной неп 1 зерывной работой излучателя.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому тсхническому решению является известное устройство для считывания графическойинформации, содержащее планшет сустановленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним иэ 1 О входов вычитателя частот, счетчик,блок управления, вычислитель координат К последовательно соединенныеузел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенныйк усилителю, генератор опорных им 1 з пульсов, соединенный с делителемчастоты 2.Недостатком этого устройства является низкая точность кодированияиз-за интерференции прязыс и отра женных сигналов, обусловленной непрерывной работой излучателя, вычитателей частот и счетчика. Кроме того,иэ-эа ийтерференции прямых и отраженных сигналов возможен срыв слеженияза фазой излучаемого сигнала при положении визира-излучателя вблизикрая планшета, когда расстояние отизлучателя до посторонних объектовбольше расстояния до приемника сиг- ЭО нала. При этом необходимо прерыватьными через соответствующие усилителиформирователи ко входам коммутатора,выход которого соединен с одним извходов вычитателя частот, счетчик,блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенныеузел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенныйк усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителемчастоты, введены блок синхронизации,интегратор, преобразователь кодфаза, узел сравнения кодов, ключи,прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которогосоединен со входом прерывателя сигнала и с одним из выходов делителячастоты, выход прерывателя сигналасоединен со входом усилителя, а управляющий вход - с одним из выхо 25 30 35 40 дов дополнительного делителя частоты,другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнения кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним иэ входов преобразователя код-фаза, другой вход которого подклю чен к выходу генератора опорных импульсов, а выход - к другому входу вычитателя частот, выход которого соединен с соответствующим входом блока синхронизации, выход которого соединен через первый ключ с одними из входов счетчика и интегратора, второй выход которого подключен ко входу вычислителя координат, а другой вход - к выходу второго, ключа, один из входов которого соединен с .выходом счетчика, а другой вход и один из входов первого ключа - с выходом узла сравнения кодов, причем управляющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислителя координат, второго ключа и блока синхронизации соединены с соответствующимивыходами блока управления, вход ко 45 60 55 65 считывание информации и устанавливать начальные коды в счетчике ивычислителе координат. Наконец, дополнительный контрольный излучательи контрольный приемник сигнала усложняют конструкцию, схему и настройкуустройства, не гарантируя при этомполную компенсацию колебаний скорости ультразвука в воздухе, так какнапример, температура воздуха взоне контрольного канала может отличаться от температуры над рабочим 10полемпланшета из-.за изоляции этихдвух частей устройства друг от друга, необходимой при непрерывной работе излучателей,Цель изобретения - повышение точности устройства.Указанная цель достигается тем,что в устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечны- щми приемниками сигналов, подключенторого подключен к другому выходу делителя частоты.Кроме того, указанная цель достигается в устройстве тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнительному выходу узла контроля, а выход - к управляющему входу генератора опорных импульсов,На фиг. 1 представлена структурная схема двумерного варианта устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы его сЧетчика и интегратора 1 на фиг, 3 - расположение приемников сигналов и излучателя в трехмерном варианте устройства. Устройство в двумерном варианте (фиг. 1) содержит планшет 1, свободно перемещаемый визир-излучатель 2 и связанные с ним через воздушную среду три точечных приемника 3 сигналов. Расстояние между соседними приемниками 3, фиксированными на планшете 1 на прямой линии, равноЦ 2. С выходом генератора 4 опорных импульсов последовательно соединены делитель 5 частоты, прерыватель б (излучаемого) сигнала, усилитель 7 (излучателя) и визир-излучатель 2, причем управляющий вход прерывателя б подключен через делитель 8 час" тоты к выходу делителя 5. Выходы приемников 3 через усилители-формирователи 9 и коммутатор 10 соединены с одним из двух входов,вычитателя 11 частот. Выход вычитателя 11 соединен с другим его входом через последовательно включенные блок 12 синхронизация, ключ 13, сумматор 14, регистр 15, ключ 16., сумматор 17, регистр 18 сдвига и соединенный с промежуточным выходом регистра 18 сдвига преобразователь 19 фкод-фазаф, При этом счетный вход преобразователя 19 подключен к выходу генератора 4, между выходом и другим входом сумматора 14 включен регистр 15 счетчика, а другие входы сумматора 17 соединены с конечным выходом регистра 18 сдвига и с выходом ключа 13Входы узла 20 сравнения кодов подключены к делителю 8 и к промежуточному выходу регистра 18 сдвига, а выход - к управляющим входам ключей 13 и 16. С выходом регистра 18 сдвига интегратора соединены последовательно вычислитель 21 координат, узел 22 контроля и блок 23 вывода информации. Вход блока 24 управления подключен к делителю 5, а его выходы соединены с коммутатором 10, блоком 12 синхронизации, регистром 15, ключом 16, регистром 18 сдвига, вычислителем 21 и блоком 23. Управляющий вход генератора 4 подключен к другому выходу узла 22 через детектор 25 знака ошибки. Сумматор 14 и регистр 15 образуют счетчик 26, асумматор 17 и регистр 18 - интегра- вижны. При этом частоты сигналов натоор 27. выходах приемником получают допплеУстройство работает следующим об- ровские сдвиги. Разностные (допплеразом. ровские) частоты, представляющиеОбъект кодирования - чертеж, гра- скорости Ч излучателя относительнофик или объемную модель (не показа-приемников, и интегралы от ннх,но) - крепят на планшете 1, При вклю- представляющие расстояния 0 /в17чении устройства запускается генера- = 1 2 3 (номер приемника) от излутор 4, сигналы которого через блок чателя 2 до приемников 3, определя 24 управления обеспечивают синхрони- ются в процессе работы кольца, сосзированную работу всех блоков усТрой-тавленного из вычитателя 11, блокаства. Делитель 5 понижает частоту . 12 синхронизации, счетчика 26, вклюсигналов генератора 4 до частоты чающего сумматор 14 и регистр 15,излучения, выбранной с учетом необ- интегратора 27, включающего сумматорходимой точности и помехозащищеннос .и регистр 18, и преобразователити устройства, а также с учетом 19 ефкод-Фазаф. Ключи 13 и 16 вклюусловий излучения сигнала на наибо чают связи между элементами этоголее выгодной частоте, с точки зрения кольца в рабочие циклы устройства,дальности действия ультразвуковой когда в результате совпадения кодасвязи между визиром-излучателем 2 сигнала делителя 8, определяющегои приемниками 3. время распространения сигнала отСигнал на выходе прерывателя 6, 20 визир-излучателя 2 до в-го приемника .управляемого делителем 8, представ, с кодом расстояния 8, поступаюляет собой пакеты импульсов, причем щим из регистра 18, узел 20 вырабачастоты заполнения и повторения па- тывает разрешающий импульс. Трикетов находятся в кратном соотноше- последовательных кода в регистре 15нии, поскольку делитель 8 подключен 25 и регистре 18 расположены в порядкек выходу делителя 5. период следова- опроса приемников 3. Длина регистрания пакетов выбран с учетом скорости 15, как и регистра 18, равна вр раэраспространения излучаемого сигнала рядами, где в " число приемников 3,и размеров планшета. При этом рас- а р - разрядность кода.стояние между соседними пакетами, З В начале считывания информации излученными в пространство, примерно оператор помещает визир-излучатель 2равно максимальному удалению визи- в точку привязки, фиксированную на ра-излучателя 2 от приемника 3 в пре- планшете 1, например точку 01, иделах планшета 1. В этом случае от- устанавливает, используя блок 24, раженные сигналы не оказывают замет- .нулевые значения скоростей (Чю(0) в ного влияния на точность работы уст- З регистре 15 сдвига счетчика 26, на" ройства. чальные значения расстояний 1 (О) вСигнал с выхода усилителя 7 пос- регистре 18 сдвига интегратора 27 тупает на визир-излучатель 2, центр и начальные значения координат Хр, излучения которого, совпадающийс . Уэ точки привязки в вычислителе 21. острием указателя, оператор совмещает 40 С этого момента осуществляется слежес точками кодируемого объекта. Прием- ние за фазами сигналов, поступающихники 3 обнаруживают излученные в от приемников 3. пространство пакеты импульсов. Уси-, Процесс слежения за фазами вклюлители-формирователи 9, каждый из чает следующий ряд операций, времен- которых включает линейный усилитель 4 ные соотношения между которыми даны и детектор Муля (не показаны), вы- на фиг. 2.дают во время прихода пакета импуль- Периодически поочередно, каждый сов сигналы в виде меандра. От инер- цикл работы устройства, соответствуюционности цепи; усилитель иэлучате- щий циклу коммутатора 10, с помощью ля - излучатель - передающая среда - 0 преобразователя 19, на счетный входприемник - усилитель-Формирователь которого поступают импульсы от гене- зависит число импульсов в пакете, ратора 4, восстанавливаются фазы сигкоторое выбрано для опытного ультра- налов из и младших разрядов кодов звукового устройства равным 16-ти. 6,(1) (фиг. 2, 4 ). Эти коды формиКоммутатор 10 по сигналам блока руются с нулевого по 1-й цикл, поэ периодически поочередно подклю-тому и соответствующие им фазы отночает выходы усилителей-формировате- сятся к 1-му циклу; Чщ,(1) (фиг.2,б),лей 9 к вычитанию 11. Время подклю- Частота восстановленного сигнала. чения каждого канала должно бытьравна частоте излучаемого сигнала. не менее одного периода излучаемого Одновременно с восстановлением сигнала. В рассматриваемом устрой- Щ Фазы из кода периодически поочередстве это время равно двум периодам но сравниваются фазы Ч(1) с фазами излучаемого сигнала. Ч (1+1) сигналов от соответствующихВ основе работы устройства лежит .прйемников 3 (фиг. 2,Ь). Сигналы от явпение Допплера: излучатель дви- приемников 3, поступающие через комжется, а приемники сигналов непод 5 мутатор 10, относятся уже к 1+1-му5 30 15 20 25 30 35 40 45 50 55 40 циклу работы устройства. Сравнение1-го (задержанного) и 1+1-го (текущего) сигналов происходит на вычитателе 11, по состоянию которого(1 ф или фОф) после истечениявремени опроса щ-го приемника 3,.блок 12 синхронизации, управляемыйблоком 24 управления, Формирует сигнал И(1+1), равный ф+1 ф. или ф(фиг. 2, ), представляющий ускорениевизир-излучателя 2 относительно в-гоприемника .(в последовательном коде),Ускорения Х(1+1) интегрируютсясчетчиком 26, причем перед слджениемпоследовательных кодов в регистре 15будет код скорости Ч,(1) (Фиг. 2,8),а после сложения - код скоростиЧ, (1+1) (фиг. 2,е ) .Скорости Ч(1+1) интегрируютсяинтегратором 27 Последовательныекоды в регистре 18 сдвига интегратора 3 (1) до суммирования их с величинами Ч,(1+1) показаны на фиг. 2,м, апосле суммирования на фиг. 2,З, Одновременно интегратор суммирует ускоренияИ,(1+1), что практически неоказывает влияния на величину 6(1+1)(интеграл от ускорений после остановки излучателя равен нулю), нонеобходимо для устойчивости вычислительного процесса.Операции интегрирования выполняются только в рабочие циклы, когдапакет иэлученных импульсов достигаетщ-го приемника 3, т.е. когда сигналс выхода коммутатора 10 несет достоверную информацию о фазе. Это, вчастности, выпслняется после установки расстояний 6 щ (0) в регистре18 сдвига при положении излучателя2 вточке привязки, те. в нулевомцикле. Для сравнения фаэ используется один период из пакета импульсов.В процессе определения расстоянийР, 31, 6, вычислитель 21 рассчитывает координаты точки,Одновременно с расчетом координатХ,У вычислитель. 21 определяет контрольную сумму Е, которая, при правильной работе устройства, дОлжнабыть меньше наперед заданного минимального порога, например, 1/16 мм.Величину Е непрерывно проверяетузел 22. Если допускается погрешность в определении хотя бы одногоиэ трех расстояний В, В., ВЗ, величина которой равна одной длиневолны (равной, например 8 мм) илиболее (на меньшую величйну устройство ошибиться не может, поскольку внем реализован принцип слежения зафазой), то Е наверняка превышаетнаперед заданный порог и узел 22не пропускает коды координат Х и Ув блок 23. Одновременно включаетсясветовая или звуковая сигнализация,указывающая на необходимость устранения .сбоя путем установки начальных 6 кодов при положении визира в точкепривязки.В отличие от известного .устройства, узел 22 не только блокируетвыдачу кодов при сбое, но и позволяетсохранять постоянной длину волныизлучаемого сигнала,Введение детектора 25 и связимежду узлом 22 и генератором 4 черездетектор 25 позволяет значительноупростить устройство ввиду исключения дополнительного излучателя идополнительного приемника сигналас усилителем. При этом также повышается точность контроля длины волны, а, следовательно, и точность работы устройства, так как одни и теже расстояния 8, 62 используются идля вычисления координат Х и У, и,вместе с 83, для контроля длины волны.Рассмотренный режим работы узла22 и генератора 4 обеспечивает защитукодов координат, как от ошибок оператора (например, оператор блокировалсигнал. рукой или снял визир-излучатель с рабочего поля планшета) так1и от сбоев во всех блоках устройства,эа исключением блока 23, Одновременно полностью исключается влияние среды (температур, давления и влажностивоздуха),Блок 23 интегрирует по времени поступающего в него коды координат,что необходимо для повышения точностисчитывания информации, затем по сигналам блока 24, включающего пультоператора, выдает коды координат наперфоратор или в ЭВМ (не показаны),преобразуя коды из последовательныхв параллельно-последовательные.Сигнал от блока 24, поступающийна второй управляющий вход ключа 16,выключаетего на период усреднения(интегрирования) кодов Х и, У в блоке23, предшествующий, выдаче кодов наперфоратор или в ЭВИ. Это позволяетснизить ошибку вычисления фазы, когдане требуется большого быстродействия.Цель изобретения - повышение точности работы устройства доСтигаетсяв результате использования всей совокупности новых признаков: техкоторые осуществляют прерывистый режимработы и тем самым устраняют интерференцию прямых и отраженных сигналов, и тех, которые позволяют практически осуществить прерывистый режим за счет увеличения быстродействия при кодировании перемещений.В свою очередь прерывистый режим работы устройства позволяет повысить помехозащищенность новой схемы, отсле-. живающей фазы. В предлагаемом устройстве фаза отслеживается не по одному пакету излученных импульсов, которыйможет совпасть с импульсом помехи,а по целому ряду пакетов, причем иэкаждого пакета берется лишь один пе877584 риод сигнала. В результате такогорастяжения во времени процесса формирования кода перемещения визираустройство оказывается защищеннымпрактически от любых возможных в помещении акустических шумов, Дажеудары металлического предмета постальному планшету вблизи приемникане приводят к сбою устройства.Отсутствие интерференции прямыхи отраженных сигналов, большая допустимая скорость визира и практически ополная помехозащищенность устройстввзятые вместе, обеспечивают надежное слежение за фазами в точкахприема сигналовТрехмерный вариант предлагаемого 5устройства включает двумерный вариант и содержит дополнительно точечный приемник 3 сигнала и усилитель-формирователь 9. Коммутатор 10 имеет дополнительный канал, регистры 15 и 18 сдвига -Одополнительные разряды,а вычислитеЛь21 - дополнительные цепи для определения координаты 2 и контрольной суммы Е 3.Расположение приемником 3 в трех- р 5мерном варианте показано на фиг. 3.Приемники расположены на пересекающихся перпендикулярных прямых, подва приемника на каждой прямой, причем три приемника удалены от точки.пересечения прямых на расстоянииИ 1, а четвертый - на расстояние Ь .Такое расположение приемников обеспечивает воэможность получения контрольной сумкою для обнаружения сбояи подстройки частоты генератора,При сравнении с результатамииспытаний устройств, соответствующихсхеме прототипа, установлено, чтоточность устройства повьааена вчетверо. Абсолютная погрешность не превышает 1/16 мм на планшете 400 х 600 мм.Устройство устойчиво против акустических шумоВ. Слеженне эа фазойизлучаемого сигнала надежно осуществляется как в плоскости планшета,так и при удалении визира-излучателяот него или подъеме на расстояниедо 1 м. Визир-излучатель допустимоперемещать со скоростью до 2,м/с. формула изобретения 1. Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединенс одним иэ входов вычитателя частот,счетчик, блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенные узел контроля и блок выводаинформации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блоксинхронизацни, интегратор, преобразователь "код-фаза, узел сравнения кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты,вход которого соединен со входомпрерывателя сигнала и с одним извыходов делителя частоты, выход прерывателя сигнала соединен со входомусилителя, а управляющий вход - содним из выходов дополнительного делителя частоты, другой выход которого подключен к одному из входовузла сравнения кодов, другой входкоторого соединен с первым выходоминтегратора и одним из входов преобразователя код-фазаф, другойвход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, а выходк другому входу вычислителя частот,выход которого соединен,с соответствую-щим входом блока синхронизации, выходкоторого соединен через первый ключс одними иэ входов счетчика и интегратора, второй выход которого подключен ко входу вычислителя координат, а другой вход - к выходу второго ключа, один из входов которогосоединен с выходом счетчика, адругой вход и один из входов первогоключа - с выходом узла сравнения.кодов, причем управляющие входыкоммутатора, счетчика, интегратора,вычислителя координат, второго ключан блока синхронизации соединены ссоответствующими выходами блокауправления, вход которого подключенк другому выходу: делителя частоты.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнйтельномуо:выходу узла контроля, а выход - куправляющему входу генератора опорных импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 475638 кл. 6 06 К 11/00, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2099464/18-24,кл. 6 06 К 11/00, 1973 (прототип).877584НИИПИ Заказ 9618/75 ираж 748 Подписное нлнал ППП фПатентф, .Ужгород,ул.Проектная,