Способ считывания графической информации

(72) Авто изобрет В .Я. Зенин, Е,П, Басов, Г.Н. Сабаев, А.М. Рогулйн,Н.Е. Конюхов, Е.В. Марков, В.В, Кожин и Е;Д; Соуо 5 лор,) Заявител 54) СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИ зобретение вычислите использов считывании втомат тносится ной техн о при по рафическ и может втоматич информак т м дискретные ждом участпри помощи сци- ния ско олее близким по техничпредлагаемому явля ывания графической ванныйсна разбиении на дискретные учас электромагнитного частке опрашивающи ущности кпособ считации, осночитыванияозбужденииа каждом у н полЕки,поля м Известны способы считывания графической информации, основанные на разбиении поля считывания на участки, возбуждении на ка ке электромагнитного поляпоследовательности опрашивающих импульсов, преобразовании этого поля в электрический измерительный сигнал и выделении дискретного участка тываемой точки по моменту измене полярности управляющего сигнала, по которому определяют местоположение участка считывания (грубое определение координат считываемой точки), и последующим определении точного зна" чения координат, например, путем повторного формирования электромагнит" ного поля на участке считывания последовательностью опрашивающих импульсов, амплитуду которых изменяют по линейному закону, и преобразовании этого поля в электрический управляющий сигнал, по изменению полярности которого судят о точном местоположении координат считываемой точки 1,Недостатками таких способов являются относительно невысокая точность считывания, которая обусловлена невозможностью подачи в координатную шину большого количества опрашиваемых импульсов с линейно нарастающей амплитудой (с малой дискретностью), т.е. при малом отличии предыдущего импульса от амплитуды последующего.3 9820 пульсами, преобразовании электромагнитного поля в электрический измерительный сигнал, выделении дискретного участка считываемой точки, при этом определяют по моменту изменения полярности измерительного сигнала местоположение сначала участка считыва-ния (грубое определение координаты), а затем точное значение кординаты путем Формирования электромагнитного 9 поля на участке считывания за счет поочередного возбуждения координатных шин, ограничивающих участок считывания, измерительными импульсами, преобразовании этого поля в электричес кие управляющие сигналы, последовательном делении большего сигнала на ряд постоянных коэффициентов, сравнении результатов каждого деления до изменения знака деления на противопо; 2 ф ложный и по числу операций деления формирования точного значения координаты2 .Однако этот способ характеризуется недостаточной тоцностью определения И координат, обусловленной ограниченным числом операций деления амплитуды измерительного сигнала на ряд постоянных коэффициентов и определяемой уровнем тепловых шумов коорди- Зф натных шин. Кроме того, недостатками этого способа являются нестабильность порога срабатывания компаратора, при помощи которого производится сравнение результатов деления, и относительно малое максимально допустимое расстояние между координатными шинами планшета, определяемое длиной линейного участка характеристики изменения амплитуды измерительного сигна-,р ла на участке считывания, что, в свою очередь, усложняет конструкцию планшета за счет относительно большого количества шин и обслуживающих ихэлектронных узлов. 43Целью изобретения является повышение точности способа.Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу считывания графической информации, основанному на фВ разбиении поля считывания на.дискретные участки, возбуждении электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании электромагнитного поля в электрический измерительный сигнал, выделении дискретного участка считываемой точки по моменту изменения полярности изме 38 фрительного сигнала, в выделенном дискретном участке считываемой точки возбуждают суммарное электромагнитное поле периодическими, модулированными по ширине опорными сигналами, преобразуют суммарное электромагнитное поле в периодический, модулированный по амплитуде дополнительный измерительный сигнал, выделяют первую гармоническую составляющую этого сигнала и по сдвигу Фазы между гармонической составляющей дополнительного измерительного сигналаи одного из опорных сигналов судят о точном значении координаты считываемой точки.На Фиг. 1 представлены зависимости . распределения амплитуд сигналов, индуцируемых в катушке сьемника координат, в функции расстояния до координатной шины при протекании по ней электрического тока; на фиг, 2- участок планшета, ограниченный координатными шинами с номерами п; и+1, на котором расположен сьемник координат; на Фиг, 3 - восходящие участки характеристики распределения амплитуды, изображенной на фиг. 1, при возбуждении шин с номерами ии и+1, участвующие в определении точного значения координат на участке считывания; на Фиг. 4 - периодические модулированные по ширине опорные сигналы (Д,и Эи+), возбуждающие соответствейно шины ии и+1 при точном определении координаты; на Фиг, 5- периодический модулированный по амплитуде сигнал, индуцированный с сьемнике координат при возбуждении шин с номерами и"1, и+1 при тоцном определении координаты; на Фигб - блоксхема устройства, при помощи которого реализуется предлагаемый способ,Предварительное грубое определение считываемой точки основано на разбиении всего поля считывания на отдельные участки и выделении участка считывания, на котором находится считываемая точка, путем последовательного возбуждения электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании этого поля в электрический измерительный сигнал, выделении дискретного участка считываемой точки но моменту изменения полярности измерительного сигнала, по которому определяют местоположение участка считывания.38 богибающей котброго и является дополнительным измерительным сигналом ипредставляет собой сумму двух гармонических электрических сигналов,амплитуды которых соответствуют значениям функций Г(Х) и Г(20-Х) в точках, соответствующих расстояниям отцентра катушки 6 съемника до возбуждаемых координатных шин ии и+1.Незначительное отличие функцииГ на участке считывания 0 - Мот синусоиды позволяет использоватьсоответствующие Гррмонические Функ"ции э 1 п - и соз - и получить выра 4 с(. 4 сСжение, характеризующее изменение фазыизмерительного сигнала в виде = х,й:т.е, изменение фазы изиерительногсигнала прямо пропорционально изменению местоположения съемника координат внутри участка считывания.Таким образом, определение точного значения координаты считываемойточки сводится к измерению разностифаз между измерительным сигналом иопорным. Изменение фазы дополнительного измерительного сигнала линейносвязано .с изменением местоположениясъемника координат на участке считы"вания, и, варьируя соотношением опор"ной и тактовой частоты, можно в широких пределах и без существенныхзатрат оборудования изменять дискретность измерения фазы, а следователь-но, разрешающую способность и точность определения координат считываемой. Кроме того, поскольку измери. тельным сигналом является огибающаямодулированного сигнала Е(И,й), топаразитные фазовые сдвиги и искажения, возникающие в цепи съемника координат (за счет временного, теплового изменения параметров реактивныхи нелинейных элементов), оказываютсянезначительными,Предлагаемый способ может бытьреализован на устройстве, представленном на Фиг. 6.Устройство считывания графическойинформации содержит планшет 1 с системами взаимно перпендикулярных шин,подключенный через первый 2 и второй3 блок ключей к первому 4 и второму 5коммутаторам, блок 6 управления, вы"ходы которого подключены соответственно к управляющему входу третьего. блока 7 ключей, ко входам счетчиков 8и 9 точного и грубого отсчета соответственно, съемник 10 координат,5 9820Точное определение координат основано на суперпозиции электромагнитных полей от двух координатных шин,возбуждаемых периодическими модулированными импульсными,сигналами. . зЭлектромагнитное поле, образованноеэтими сигналами, преобразуется. в катушке Съемника в электрический периодический модулированный по амплитуде. сигнал, который представляет собойсумму двух периодических модулированных сигналов, фаза первой гармонической составляющей сгибающей которого пропорциональна расстоянию отцентра съемника катушки до коорди-.натной шины.Эту составляющую выделяют, изме-;ряют ее фазу путем сравнения полученного сигнала с опорным и по величине этой фазц определяют точное зна-фВчение координаты точки на участкесчитывания, Определение точного местоположения точки координат поясняется фиг. 1-5,Из зависимости, представленной нафиг.,1, видно, что нулевое значениеЗДС, индуцируемой в катушке съемникакоординат, соответствует положениюцентра катушки непосредственно надкоординатной шиной планшета, При перемещении съемника, вправо амплитуданаведенного сигнала вначале растет,достигая максимума, а затем спадает,асимптотически приближаясь к нулю.Характер распределения амплитуд на- Иведенного сигнала зависит от диаметра катушки индуктивного съемника ивысоты его подъема над поверхностьюпланшета. При определенных параметрах катушки съемника координат, которые могут быть выбраны расчетнымпутем, характер зависимости распределения амплитуд наведенного сигналана восходящем участке приближается ксинусоидному. Так, например,. при диа-ФФметре катушки съемника 17 мм и вы-соте ее подъема над шиной 8,5 мм отличие характеристики Е(Х) от синусоиды не превышает 0,5.ЯПри одновременном возбужденииэлектромагнитного поля на участкесчитывания (фиг. 2 и 3) двумя периодическимй модулированными по ширинеимпульсными сигналами 31 и 3Я(фиг. 4) в съемнике наводится электрический периодический модулированный по амплитуде сигнал Е(М,С) (Фиг 5)первая гармоническая составляющаяподключенный через усилитель 11 кфильтру 12 и блоку 13 сравнения,преобразователь 14, третий коммутатор 15, первый 16 и второй 17 модуляторы. Блок 6 управления содержит юузел 18 синхронйзации, соединенныйвыходом с делителем 19 частоты, который, в свою очередь, вторым входомсоединен с генератором 20 импульсов,а одним из выходов с Формирователем 1021 сигналов, Преобразователь 13 фазакод содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель 22, ключ23, триггер 24 и элемент И 25Устройство работает. следующим образом,По сигналу нПуск" узла 18 синхронизации блока 6 управления вырабатываются сигналы установки в исходноесостояние делителя 19 частоты, блока 2013 сравнения и счетчиков 8 и 9 точного и грубого отсчета, после чего .делитель 19 частоты начинает вырабатывать импульсы опроса координатныхшин, которые одновременно поступаютна третий коммутатор 15 и через формирователь 21 на вход счетчика 9 грубого отсчета. Через третий коммутатор 15 импульсы опроса поступают вблоки ключей 2 или 3 и, в зависимос- З 0ти от того, по какой из координатпроизводится измерение, подаются сигналы соответственно на горизонтальные или вертикальные шины планшета 1.Номер возбуждаемой шины определя- ЗЗется коммутаторами 4 или 5, счетчиком 9 грубого отсчета, содержимоекоторого изменяется на единицу младшего разряда каждый раз после поступления очередного импульса с выхода 40делителя 19 частоты через формирователь 21. Таким образом, возбуждение координатных шин производится последовательно по возрастающим номерам, При последовательном возбуждении координатных шин в съемнике 10 координат наводится электрический измерительный сигнал, который усиливается усилителем 11 и подается на вход блока 13 сравнения, в котором анализируется полярность наведенного сигнала. Если сигнал, наведенный в съемнике 10 координат, отсутствует или имеетЫ отрицательную полярность, то блок 13 сравнения сигналом на одном из своих выходов разрешает поступление следующего опросного импульса через Формирователь 21 на вход счетчика 9 грубого отсчета координат. При изменении полярности наведенного в съемнике 10 сигнала на противоположную на одном из выходов блока 13 сравнения появмляется сигнал, запрещающии дальнеишеепоступление опросных импульсов черезформирователь 21 на вход счетчика9 грубого отсчета, и устройство переходит в режим точного определенияместоположения съемника 10 координат,При этом тем же сигналом с выходаблока 13 сравнения переключается третий коммутатор. 15 и разрешает поступление периодических импульсных модулированных сигналов с выходов первого и второго модуляторов 16 и 17 через третий коммутатор 15 на вход блоков ключей 2 или 3.На первые и вторые входы модуляторов 16 и 17 поступают импульсные периодические сигналы частотами соответственно Я и М с выходов делителя частоты 19.Номера координатных шин, на которые подаются эти сигналы, определяются соответственно коммутаторами 4или 5 в зависимости от состояниясчетчика 9 грубого отсчета в моментперехода устройства в режим точногоопределения координат считываемойточки.Одновременно сигналом с другого выхода блока 13 сравнения разрешается работа преобразователя 14 фазакод. Сигнал, наведенный с съемнике 10 координатусиливается усилителем 11, Фильтруется Фильтром 12, настроенным на частоту первой гармонической составляющей огибающей периодических модулированных импульсных сигналом, опрашивающих координатные шины на участке считывания, и посту-. пает на вход усилителя-ограничителя 22 преобразователя 14 фаза-код, затем с выхода усилителя-ограничителя 22 полученный сигнал через ключ 23, управляемый сигналом с выхода блока 13 сравнения поступает на вход триг. гера 24, на другой вход которого подается опорный сигнал .с первых входов модуляторов 16 и 17. При этом на выходе триггера 24 появляется сиг нал, длительность которого соответствует величине рассогласования фаз между сигналом наведенным в съемнике координат и опорным. Этот разностный сигнал с выхода триггера 24 по9820 формула изобретения ступает на вход элемента И 25. На другой вход этого элемента подаются импульсы тактовой частоты с выхода генератора 20 импульсов блока б управления. На выходе элемента И 25 об разуется импульсная последовательность, число импульсов в которои соответствует длительности импульса рассогласования фаз, Эти импульсы поступают на вход счетчика 8 точного отсчета координат, По окончании импульса рассогласования фаз, т.е. по окончании выработки точного значения координаты считываемой точки по заднему фронту импульса рассогласования 1 з фаз с выхода триггера 24 узел 18 синхронизации блока 6 управления вырабатывает импульсы, по которым осуществляется перезапись содержимого счетчиков 9 и 8 грубого и точного от- М счета координат через блок ключей 7 на выход устройства и установка счет. чиков грубого 9 и точного 8 отсчета координат и блока 13 сравнения в исходное состояние, а затем аналогичным образом производится измерение другой координаты считываемой точки.Предлагаемый способ позволяет получить более высокую точность считывания и лучшую разрешающую способ- ЗО ность измерения координат по сравнению с прототипом.Разрешающая способность повыша" ется с +0,1 до + 0,02 мм, а суммар" ная точность доведена до О, 1 мм вмес-и то 0,4 мм.Кроме того, реализация предлагаемого способа позволяет значительно увеличить расстояние между коорди" натными шинами планшета, поскольку Е при точном определении местоположения съемника координат на участке считывания полностью используется восходящий участок амплитудной характеристики измерительного сигнала 4 в отличие от прототипа, где исполь 38 10зуется только лишь линейная ее часть,составляющая примерно 30-40 от общейдлины восходящего участка, Это позволяет сократить объем оборудования,необходимого для управления коммутацией координатных шин, что, в своюочередь, позволяет повысить надежность устройства и технологичностьего изготовления. Способ считывания графической информации, основанный на разбиенииполя считывания на дискретные участки, возбуждении электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании электромагнитного поля в электрический измерительный сигнал, выделеНии дискретногоучастка считываемой точки по моментуизменения полярности измерительногосигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, ввыделенном дискретном участке считываемой точки возбуждают суммарноеэлектромагнитное поле периодическими, модулированными по ширине опорными сигналами, преобразуют суммарноеэлектромагнитное поле в периодический, модулированный по амплитуде дополнительный измерительный сигнал,выделяют первую гармоническую составляющую этого сигнала и по сдвигу фазымежду гармонической составляющей дополнительного измерительного сигналаи одного из опорных сигналов судят оточном значении координаты считывае"мой точки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРН 484536, кл. С 06 К 11/00, 19732. Авторское свидетельство СССРН 661578, кл, С 06 К 11/ОО, 1976