Фотокопировальная система

)5 В 23 К 7/00 ТЕНИааи1 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 427804, кл, В 23 К 7/00, 1972.(54) ФОТОКОПИРОВАЛЬНАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к устройствам слежения за контурами плоских кривых и может быть использовано для управления координатными машинами термической резки. Цель изобретения - повышение скорости и точности копирования, Устройство содержит фотосчитывающую головку 1, расположенную над копир-чертежом (КЧ) 2. В радиальных каналах 4 по окружности фото- головки размещены осветители 3. Фотоприемник 5 расположен в центре головки в 1682069 А 1 месте схождения отраженных лучеи осветителя от КЧ 2, Фотоприемник 5 подключен к формирователю 6 задающего сигнала. Генератор 7 вырабатывает последовательности двоичных кодов, поступающие на вход усилителя-осветителя 8 и буферный регистр 9, Смена двоичных кодов на входе усилителя- осветителя 8 обеспечивает последовательную коммутацию осветителей 3, создающих на плоскости КЧ 2 световую развертку по окружности или в секторе слежения, центр которого совпадает с направлением линии КЧ 2, определенной на предыдущем этапе сканирования. Выход буферного регистра 9 в свою очередь подключен на вход запоминающего устройства 10, Выбор кода, записанного в устройстве 10, происходит по Я адресам, определяемым кодом на входе усилителя-осветителя 8 при считывании фотоприемником линии КЧ 2. Это позволяет при преобразовании кода в ЦАП 11 получить на входах приводов 13 координатных перемещений аналоговые сигналы, перемещающие фотоголовку и резак. 3 э.п. ф-лы, 7 ил,Изобретение стносится к фотокопировальным системам слежения за контурами плоских кривых и может использоваться для управления, преимущественно, в координатных машинах термической резки, в основном, листового ме 1 алла,Целью изобретения является повышение скорости и точности копирования,На фиг,1 показана блок-схема фотокопировальной системь, на фиг.2 - схема генератора опорного сигнала; на фиг,З - блок-схема усилителя осветителя; на фиг.4 - блок-схема усилителя-формирователя задающего сигнала; на фиг,5 - пояснение процесса фотоследящего копирования; на фи-.б - перемещение центра копирования при компенсации угла рассогласования; на фиг,7 - перемещение центра О копирования для беэинерционной фотокопировальной системы,Устройство содержит фотосчитывающую головку 1, расположенную под копир-чертежом 2 с осветителями 3, оазмещенными в каналах 4 головки 1, фото- приемник 5, установленный в центральном канале головки 1. Фотоприемник 5 подклнэчен к входу усили.еля-формирователя б задающего сигнала, выход которого подключен к генератору 7 опорного сигнала, выход которого подключен к входам усилителя-осветителя 8 и буферного регистра 9, В- орой вход буферного регистра 9 подключен также к выходу усилителя-формирователя б задающего сигнала, а выход подключен на вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 10 синусно-косинусных последовательностей, выходы которого соединены с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 11,Буферный регистр 9, ПЗУ 10 и ЦАП 11 составляют функциональный преобразователь 12, к выходу которого подключены приводы 13 перемещения резака 14 и фотосчитывающей головки 1, Генератор 7 опорного сигнала содержит элемент 2 И-Н Е 15, на вход которого поступает сигнал с усилителя-Формирователя 6 задающего сигнала, а выход подключен на вход ВЯ-триггера 16 и двоичного счетчика 17. Генератор 18 тактовых импульсов подключен к счетному входу двоичного счетчика 17, выходы которого подключены, на вход элемента ЗИ - НЕ 19, третий вход этого элемента подключен также к инверсному выходу РЯ-триггера 16 и входу элемента 2 И-НЕ 20, второй вход которого подключен к генератору 18 тактовых импульсов,Реверсивные счетчики 21 и 22 с предустановкой подклкзчены по кольцевой регистровой схеме, причем выход счетчика 21 5 10 15 20 5 ЗО 35 40 45 50 55 подключен на входы усилителя-осветителя 8 и регстра 9, а суммирующий вход подключен к генератору 18 тактовых импульсов, вход предустановки подключен к выходу элемента ЗИ - НЕ 19, в свою очередь вычитающий вход счетчика 22 подключен к выходу элемента 2 И-НЕ 20, а вход предустановки подключен к выходу элемента 2 И-Н Е 15, второй вход которого подключен к прямому выходу ЙБ-триггера 16.Усилитель-осветитель 8 состоит иэ дешифратора 23 пять на тридцать два, выходы которого нагружены на транзисторные ключи 24, осуществляющие коммутацию излучателей 3 осветителя. Усилитель-формирователь б задающего сигнала, в свою очередь, состоит иэ усилителя 25 фототока, на вход которого подключен фотоприемник 5, а выход подключен к компаратору 26, обеспечивающему сравнение сигналов с линии на белом фоне копир-чертежа, выход которого подключен к входам генератора 7 опорного сигнала и буферноо регистра 9, входящего в состав функционального преобразователя 12, Радиальные каналы в фотосчитывающей головке выполнены под углом 25 - 50 к ее веотикальной оси, Такой выбор угла обоснован тем, что уменьшение его менее 25 ведет к усложнению конструкции головки и технологии ее изготовления, а увеличение угла больше 50 ведет к ухудшению считывания за счет большого рассеивания света и увеличению затрат энергии. Выбор углов был определен при изготовлении и испытании вариантов опытных головок.Система работает следующим образом, Генератор 7 опорного сигнала вырабатывает последовательность двоичных кодов на выходе счетчика 21, поступающие на входы усилителя-осветителя 8 и буферного регистра 9. Принцип работы фотосчитывающей головки 1 основан на создании бегущего светового пятна (фиг.5), диаметр д которого соизмерим с толщиной линии копир-чертежа 2 при круговой траектории за счет последовательной коммутации излучателей 3, например, светодиодов, являющихся практически безинерционными источниками света, Такая последовательная коммутация осуществляется за счет поступления двоичного пятираэрядного кода на вход дешифратора 23 и коммутации посредством транзисторных ключей 24 одного светодиода-излучателя 3 из 32 единиц, размещенных в радиальных каналах 4 фотосчитывающей головки 1. Частота переключения последовательной коммутации дискретных излучателей 3 может меняться в широких пределах и определяется частотой генера1682069 10 15 20 25 тора 18 тактовых импулсов. Последовательная смена кодов позволяет сканировать линию копир-чертежа 2 по круговой траектории с радиусом сканирования г, Момент встречи сканирующего пятна и от дискретного светоизлучающего прибора 3 с линиейкопир-чертежа 2 регистрируется фотоприемником 5, который размещен в вертикальном канале фотоголовки 1 в месте схождения отраженных лучей осветителя 3 от копи р-чертежа 2. Сигнал с фотоприемника 5 поступает на вход усилителя 25 и после усиления и срав нения сигналов на компараторе 26 поступает на вход генератора 7 опорных сигналов и регистр 9 функционального преобразователя 12, где по этому сигналу фактически определяется вектор продвижения Чо центра 0 сканирования. В регистре 9 при этом записывается текущий двоичный код с выхода счетчика 21, соответствующий направлению вектора продвижения, определяемого двоичными кодами зи и соя функций, хранящихся в ПЗУ 10 по адресам, определяемым этим кодом. Формирование сигналов управления приводами исполнительных механизмов резака 14 в данном случае и фото- считывающей головки 1 осуществляется посредством преобразования кодов ПЗУ 10 з и и сов функций в ЦАП 11, на выходе которых вырабатываются Чх и Чу координатныескорости, составляющие Ч с результирующего вектора скорости копирования, совпадающего с Чо вектором продвиженияцентра сканирования 0 в точку считывания 35А линиикопир-чертежа 2, Эти сигналы,поступая на приводы 13 перемещений, определяют направление перемещения.Процесс фотоследящего копированиязаключается в определении координатных 40скоростей Чх и Чу, составляющих векторапродвижения Чо центра О фотоголовкивдоль линии копируемого контурапо сигналу фотодатчика, Ось фотосчитывающейголовки, пересекая плоскость чертежа, образует центр 0 копирования. Вокруг этогоцентра считывающий луч от осветителя засчет последовательной коммутации радиально расположенных излучателей осветителя перемещается по круговой орбите с 50радиусом г сканирования со скоростью в,обусловленной частотой смены кодов коммутации 1 и числом излучателей И,Диаметр б светового пятна соизмеримс шириной линии и.Число излучателей М определяет количество дискретных направлений вектора Чопродвижения, от которых зависит точностьаппроксимации линии копируемого контура. При этом аппроксимация контура шкалой дискретных направлений вектора Чо продвижения позволяет в сочетании с пошаговой коммутацией излучателей заменить предыдущее направление вектора продвижения Чо на соседнее или против часовой стрелки.Точность аппроксимации зависит от количества дискретных направлений Й и от величины шага а развертки - расстояния перемещения центра 01 - О между двумя моментами определения вектора Чо продвижения, т,е, от скорости Чо копирования. Если центр 0 находится на копируемой линии , то для перемещения его по этой линии в направлении от а к Ь необходимо, чтобы координатные составляющие Чх и Чу вектора скорости копирования Чо были пропорциональны значениям синусной Чу и косинусной Чх составляющих вектора продвижения Чо, осуществляющего последовательное движение светового пэятна по круговой траектории в момент времени, когда. он пересекает копируемую линиюв точке А. Мгновенное значение вектора Чо, определенное таким образом, является текущим значением вектора продвижения, а двоичный код с выхода счетчика 21 генератора 7 опорных сигналов определяет его текущий код,Мгновенные значения косинусной Чх и синусной Чу составляющих вектора Чо продвижения определяются двоичными кодами синусной и косинусной функций вектора продвижения Чо в момент поступления сигнала с фотоприемника 5 через усилитель- формирователь 6 задающего сигнала и генератор 7 опорных сигналов.Аналоговые управляющие сигналы, пропорциональные Ох и Оу, вырабатываются в ЦАП 11 и, поступив на вход исполнительных механизмов 13 перемещения фотосчитывающей головки и резака, определяют скорость Чо перемещения центра 0 сканирования между моментами определения вектора Чо продвижения по линиикопирования.Скоростьвсканирования определяется из соотношения Минимальный радиус г сканирования с учетом равенства ширины и линии копирования . и диаметра б светового пятна в плоскости сканирования определяется какВеличина радиуса сканирования при этом зависит, в основном, от параметров фотоголовки и излучателей, диаметра светового пятна и их числа, определяемого также количес 1 вом направлений вектора продвижения Ч 0, которое целесообразно принимать кратным значению и (8,16,32,64).гПри совпадении линии копированияи одного из направлений вектора Ч 0 продвижения величина радиуса г не играет роли. Однако преобразование текущего кода Ч 0 в аналоговые управляющие сигналы Ох и Оу при несовпадении направлений линии копирования и текущего вектора Уа продвижения происходит с ошибкой, вследствие чего центр копирования О стремится уйти с копируемой линии фиг.6).Но так каак фотокопировальная система замкнутого типа, то она стремится возвратиться в линию а - Ь, В результате центр 0 копирования перемещается по некото 1рой эквидистантной линии з - Ь и ошибка копирования составляет ОВ, при этом она компенсируется появлением угла рассогласования Ьср между вектором Ч, скорости перемещения фотосчитывающей головки и вектором продвижении Чо. Значение ошибки копирования тем больше., чем больше г.Нз фиг.7 показана траектория перемещения центра О когирования для безинерционной фотоког 1 ировальной системы, Пусть в некоторый момент времени центр О копирования находится в точке 01. Сигнал о пересечении линии копирования световым пятном получен в тсчке А 1, текущий векатор Чо 1 продвижения определяет вектор скорости Чо 1, в направлении которого перемещается точка 0 за один цикл сканирования, при этом центр 0 перемещается в точку Ог, Определив следующее значение уп равляющего вектора Чог по точке Аг, определяют следующее направление Чог и т,д,Так как положение каждой точки А и направление вектора Чы около линии аЬ определено соотношение г, б и Ь, центр 0 копирования движется по ломаной линии которая укладывается в полосу дрейфа. С. уменьшением г величина дрейфа уменьшается.Величина амплитуды дрейфа центра 0 копирования около оси коплрования а-Ь зависит также от соотношения величины вектора скорости копирсвания Чю и шага гп развертки,Чем больше скорость О 0 копирования, тем больше п 1 - шаг развертки за период Т сканирования, что ухудшает динамические харак-еристики перемещения фотосчитыва 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ющей головки вследствие вибраций в механических конструкциях фотокопировальной1системы, где Т = - . (3)шДля улучшения динамичеаских характеристик при перемещении центра О необходимо увеличить частоту в сканирования соразмерно максимальной скорости копирования 00.Для уменьшения ошибки определения вектора Чо продвижения и для улучшения динамических свойств приводов радиус сканирования необходимо увеличивать.В фотокопировальной системе в фотоголовке радиально под углом 30 к центру оси расположены 32 светодиода, работающие в качестве излучателей с частотой 1,333 кГц, что при скоростях исполнительных органов и считывания до 8 м/мин и частотой смены кодов коммутации излучателей 1 = 43 кГц обеспечивается шзг развертки гп = 0,1 мм, радиус г сканирования при этом составил 4 мм,8 устройстве достигаются высокие динамические характеристики за счет большого значения вектора скорости копирования Чо и малого шага развертки гп при оптимальном радиусе сканирования г.При этом генератор 7 опорного сигнала, построенный нз принципе синхронного автомата, обеспечивает сканирование светового луча по круговой траектории посредством последовательной коммутации усилителем-осветителем 8 дискретных излучателей 3 в секторе слежения, симметричном относительно точки считывания графика, определенной нз предыдущем цикле сканирования.Работа в режиме сканирования в секторе слежения поясняется схемой генератора 7 опорного сигнала. Двоичные реверсивные счетчики со схемой предустановки образуют кольцевой регистр, причем выходы счетчика 21 00-Оз и генератора 18,образуют пятиразрядный двоичный код, последовательность кодовых комбинаций которых однозначно определяют комер одного из 32 излучателей 3 осветителя, излучающего в данный момент, При появлении на выходе усилителя-Формирователя задающего сигнала в информации о пересечении сканирующего луча с линией копир-чертежа 2 происходит установка РЯ-триггера 16 и счетчика 17, в этот момент происходит и запись двоичного кода 0 - Оз с выхода счет чика 21 на вход 00-Оз счетчика 22, соотве 1 ствующего номеру излучателя 3, сигнал о которого сканировал в данный момент н линию копир-чертежа,510 15 20 25 30 35 преобразователя 40 45 50 После появления на выходе элемента ЗИ-НЕ 19 сигнала, устанавливающего границу сектора слежения, что определяется подключением выходов Оо или (и) О счетчика на вход элемента ЗИ - НЕ 19, происходит перезапись кода О-Оз с выходов счетчика 22 на входы Ос-Оз счетчика 21, определяющего код начала сектора слежения на новом цикле сканирования и сброс ЯБ-триггера 1 б. При этом элемент 2 И - НЕ 20 блокирует работу счетчика 22, а счетчик 21 начинает работу в режиме суммирования выходного кода с числом импульсов, поступающих с генератора 18, что и обеспечивает сканирование копир-чертежа по круговой траектории с номера светодиода, определяющего начало сектора сканирования на этом этапе слежения. Сканирование в этом режиме длится до поступления нового сигнала с усилителя-формирователя на вход элемента 2 И - НЕ 15, при этом работа генератора 7 опорного сигнала повторяется аналогично описанному.Устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить скорость копирования и технологическую скорость реза листового металла Формула изобретения 1, Фотокопировальная система, содержащая фотосчитывающую головку с входящим в нее фотодатчиком, подключенным к усилителю-формирователю задающего сигнала. функциональный преобразователь, выходы которого подключены к приводам перемещения резака, усилитель-осветитель, подключенный к осветителю, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и скорости слежения, корпус фото- считывающий головки выполнен осевым с радиальными каналами, система дополнительно снабжена генератором опорного сигнала, осветитель выполнен в виде дискретных излучателей, размещенных в радиальных каналах, фотодатчик размещен в осевом канале корпуса фотосчитывающей головки, входы усилителя-осветителя и функционального преобразователя связаны с выходом генератора опорного сигнала, на вход которого подключен выход усилителяформирователя задающего сигнала, управляющий вход функционального преобразователя подключен к выходу усилителя-формирователя задающего сигнала, при этом функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных буферного регистра, постоянного запоминающего устройства синуснакосинусных последовательностей и цифроаналогового преобразователя. 2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что генератор опорного сигнала выполнен в виде кольцевого регистра на двух реверсивных счетчиках, причем выходы первого счетчика подключены на информационные входы второго, а выходы второго подключены к информационным входам первого, суммирующий вход первого счетчика подключен к выходу тактового генератора, выход которого также подключен на входы третьего счетчика и первого элемента 2 И - НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу ЯЯ-триггера и третьему входу элемента ЗИ - НЕ, выход первого элемента 2 И - НЕ подключен к вычитающему входу второго счетчика, вход предустановки которого подключен к выходу второго элемента 2 И - НЕ и В-входам установки КЯ-триггера и третьего счетчика, выходы последнего подключены к входам элемента ЗИ-НЕ, а выход этого элемента подключен к счетному входу счетчика и Я-входу установки КЯ-триггера, на первый вход второго элемента 2 И - НЕ подключен выход формирователя задающего сигнала, а второй вход подключен к прямому выходу ЯЯ- триггера, выходы первого счетчика и тактового генератора подключены на входы усилителя-осветителя и функционального 3, Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что радиальные каналы в фотосчитывающей головке выполнены под углом 25 - 50к ее вертикальной оси,4, Система поп 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехозащищенности при передаче светового потока от осветителя, в радиальных каналах фото- считывающей головки установлены оптоволоконные световоды.1682069Составитель В.Покровский Редактор А,Шандор 1 ехред М.Моргентал Корректор М,Максимишин Заказ 3367 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роизводс венно.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10