Устройство для считывания графической информации

 

-УётРОЙСТВО ДЛЯ СЧИ-ШВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных координатных шин, направляющую , жестко связанную с планшетом, tpaaepcy, кинематически связанную с направляющей и корпусом съемника информации , содержащего линзу с визирHbD4 перекрестием и катушку индуктивности , ось которой расположена ортогонально поверхности планшета, подключенную к выходу формирователя синуеоидального сигнала, амплитудные 11искриминаторы, выходы которых соединены с одними из входов блоков фо1ялирования координат, другие ходы которых подключены к разрядным выходам делютеля частоты , из выходов которого соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, a вхсуч с .выходом генератора нглпульсов, о тл и ч a К) щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в нем съемник кор|щинат содержит две дополнительные индуктивности, оси которых расположены ортогонально друг другу фУгу g и параллельно соответствующим коорди ;оордим юмет- Vf натным планшета, причем геометюное- С, ийеские центры катушек индуктивносI , Bxo-te ти съемника координат совмацены ;тивнос1 ды дополнительных катушек индуктивн соединены с дополнительным выходом формирователя синусоидального сигнала, a выходы систем ортогональных координатных шин планшета подключены к входам соответствующих амплитудных дискриминаторов. СХ ) оо а

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECtlVSlNH зов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЭОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ н двтонсномм сеиде дддствм (21) 3380909tl8-24 (22) 06.01.82 (46) 15 05.83. Бюл. Р 18 (72) Г.И.Алексеев, Г.Г.Маньшин, И.Е.Масько, Н.H.Ñîêîëîâ, В.И.@едьков И А.И.Лысенко (71) Институт технической кибернети" ки АН Белорусской ССР и Опытно-конструкторское бюро машиностроения при заводе Эвистор (53) 681.327.12(088.8). (56) 1. Патент СШ 9 3801733, кл. 340, :35-38 опублик, 1973 ° . °

2. Устройство для считывания графической информации ЭМ-719, техническое описание Я2М1.142.002 TO (прототип) .. (54) (57) .УС 1 РОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ

ГРАФИЧЕСКОЙ .ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных координатных шин, направляющую, жестко связанную с планшетом, траверсу, кинематически связанную с. направлякщей и корпусом съемника ин формации, содержащего линзу с визир-. ным перекрестием и катушку индуктив..SU„„018.136 A ности, ось которой расположена ортогонально поверхности планшета, подключенную к выходу формирователя сннусоидального сигнала, амплитудные цискриминаторы, выходы которых соединены с одними из входов блоков формирования координат, другие входы которых подключены к разрядньм выходам делителя частоты, одним из выходов которого соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, а вход— с .выходом генератора импульсов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в нем съемник координат содержит две дополнительные катушки индуктивности, оси которых расположены ортогонапьно друг другу Е

Ф и параллельно соответствующим коорд натным ос@ планшета, причем геомет риЧеские центры катушек индуктивнос тн съемника координат. совмещены, вх ды дополнительных катушек индуктивн

Фй соединены с дополнительным выхФ- Я дом формирователя синусоидального сигнала, а выходы систем ортогональных координатных шин планшета нодклю чены к входам соответствующих ампли». тудных дискриминаторов.

10181 Зб

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в ЭВМ.

Известно устройство для считывания графической информации, содержащее координатный матричный планшет, содержащий в направлении каждой иф двух осей координат,па две сетки riocледовательно соединеннйх координатных шин, блоки анализа, управления )О и определения координат (1).

Недостатки этого устройства заключаются в конструктивной сложности планшета и схемы обработки считанной инФормации, а также в том, что устрой15 ство не позволяет считывать координаты точек в абсолютной системе коорди" нат.

Наиболее близким к предлагаемаму является устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных координатных шин по две сетки, шин на каждую координатную ось ),направляющую, жестка сн язанную с планшетом устройства, траверсу, механически связанную с направляющей, съемник координат, кинематически связанный с транерсой и содержащий линзу с визирным перекрестием и катушку индуктивности, блок управления, векторные сумматоры, входи которых подключены к выходам систем координатных шин, а выходы - к входам амплитудных дискриминаторов, выходы которых соединены с входами блоков Формирования кодов З5 координат, генератор. импульсов, делитель частоты и формирователь синусоидального сигнала, выход которого соединен с катушкой индуктинности съемника координат (2). 40

Недос т атак изв ес тного ус тройс тв а состоит в его сложности, обусловленной необходимостью иметь в планшете на каждую координату па две группы систем координатных шин, а также нек-45 торные сумматоры в составе его элект" ранних блоков и узлов.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для считывания.граФической информации, содержащем планшет с системами взаимно ортоганальных координатных шин, направляющую, жест« ка связанную с планшетам, траверсу, кинематически авязанную с направляю- 55 щей и корпусом съемника информации, содержащего линзу с визирным перекрестием и катушку иидуктивности, ось которой расположена артаганально поверхности планшета., подключенную 60 к выходу формирователя синусоидального сигнала, амплитудные дискриминаторы, выходы которых соединены с одними из входов блоков формирования координат, другие входы котоРых под- 65 ключены к разрядным выходам делителя частоты, один из выходов которого соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, а вход - с выходом генератора импульсов,.съемник координат содержит две дополнительные катушки индуктивности, оси которых расположены артогонально друг другу и параллельно соответстнукщим координатным осям планшета, причем геометрические центры всех катушек индуктивнасти съемника координат совмещены, входы дополнительных катушек индуктивности соединены с дополнительным выходом Формирователя синусоидального сигнала., а выходы систем ортогональных координатных шин планшета подключены к входам соответствующих амплитудных дискриминаторов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройстна; на фиг. 2 — схема Формирователя синусоидального сигнала; на фиг. 3 и 4 — взаимное расположение катушек индуктивнасти съемника координат; на фиг. 5 н б - различные нарианты конструкции съемника координат; на фиг. 7 — временная диаграмма сигналов устройства.

Устройство (Фиг. 1) содержит координатный матричный планшет 1 с системами 2 и 3 взаимно ортогональных прямолинейных последовательно соединенных координатных шин, блок 4 катушек индуктивности съемника 5 координат, кинематически связанного с транерсай б, кинематически связанной с направляющей 7, жестко закрепленной на координатном планшете 1, генератор 8 импульсон, выход которого подключен к счетному входу делителя 9 частоты, выход одного или двух старших разрядов которого соединен с входом формирователя 10. синусоидальнога сигнала, выход синусоидального сигнала и дополнительный ныход квадратурного (косинусоидального) сигнала которого подключены к клеммам а и о, к дополнительна введенным катушкам индуктинности съемника 5 координат, блоки 11 и 12 формирования кодов координат х(у), содержащие регистр 13(14) для измерения сдвига Фазы, входам поразрядно связанный с другим выходом делителя 9 частоты, установочным входом — с выходам первого (второго) амплитудного дискриминатора 15(16), вход которого подключен к выходу системы 2(3} координатных шин, и с первым входом узла 17(18) управления, второй вход которого подключен к выходам двух старших разрядов 1.3(14), а выходы управлянюцих сигналов -,к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 19(20) числа пе- : риодов

Цифрами 21 и 22 обозначены выходы кодов считываемых координат Х и у

1018136,блоков 11 и 12 формирования кодо% координат.

На фиг. 2 представлена схема Формирователя 10 синусоидального сигнала с дополнительным выходом квадратур". ного (косинусондального) сигнала, а .также электрическая схема блока 4, к которому он подключен.

Формирователь 10 (фиг. 2) содержит триггер 23, счетный вход которого подключен к нулевому выходу триггера ® (n-1)-ro разряда и-разрядного делите)яя 9 частоты, а единичньзл выходом.через полосовой фильтр 24 - к входу усилителя 25, выход которого подключен к паре дополнительных катушек 15

2б и 27 ицдуктивности (обозначены

L и Ь )блока 4, усилитель 28, входом через полосовой Фильтр 29 подклю-ченный к единичному выходу триггера старшего (n-ro) разряда делителя 9, а выходом — к основной катушке 30 индуктивности (катушка Ь. ) .блока 4.

На Фиг. 3 представлена схема взаимного расположения и взаимной ориен,.тации катушек индуктивности Ь - L3.

1 блока 4. Катушка Ь„{основная) и ка тушки Ь и Ь (дополнительные) в прос-. тейшем случае представляют собой ци-. линдрические катукиси индуктивности приблизительно одинаковЫх радиусов, имеющие общий центр, являющийся точкой пересечения их электрических осей, ориентированные"взаимно ортогонально по отношению друг к другу.

На Фиг. 4 представлена схема взаимного расположения и взаимной ориен- З5 тации индукционных систем Ь вЂ” Ь бло1 3 ка 4 s случае, если каждая из них выполнена в виде пары разнесенных в пространстве катушек индуктивности (Ь > и Ь., L И L> Ь > и Ь",.) соеди- 4(} ненных йоследовательйо и одинаково удаленных от точки пересечения их электрических осей.

Можно указать ряд других вариантов исполнения индукционных систем 45 блока 4, например такой, когда индукционные системы Ь2и L3 имеют форму катушек индуктивности прямоугольного сечения и т.д.

На фиг. 5 представлен чертеж вари- О анта конструктивного исполнения съем-. ника 5 с блоко;л 4 индукционных систем L — - - . Конструктивно блок 4 раз1 1-.5 мещается в корпусе съемника 5 таким образом, что электрические оси дополнительных индукционных систем (. Ь и .

ЬЭ) параллельны направлениям осей 0„ и 0> координатной системы матричного плайшета .

На фиг. б показан вариант конструкт тинного исполнения съемника 5 с раз- 60 несенными индукционными системами L и Ь

На фиг. 7 показаны временные диаграммы напряжений в характерных точках электрической схемы Формирователя 10 синусоидального сигнала, выпол.ненного в соответствии с фиг. 2, предназначенные для пояснения работы последнего.

Координатный матричный планшет 1 (фиг. 1) является рабочим столом оператора, осуществляющего считывание, и предназначен для размещения и закрепления íà его рабочей поверхности носителя считываемой графической информации. Планшет выполняется из диэлектрического матер .ала с малым коэффициентом линейного расширения.

Кроме того, планшет 1 выполняет

1 оль несущей конструкции, на которой крепится направляющая 7 с траверсой 6 и съемником 5.

Система 2(3) координатных шин, встроенных в тело планшета 1 и уложенных с шагом d/2, предназначена для формирования сигнала фазового рассогласования в процессе взаимодействия с магнитным полем индукционных. систем съемника координат, фаза которого в соответствии с заложенным способом считывания пропорциональна в пределах каждого периода d укладки, приращению считываемой координаты х(м).

Блок 4 катушек индуктннности съемника координат служит для Формирования периодических гармонических пространственно квадратурных электромагнитных полей, порождающих в процессе агнитного взаимодействия с проводни.ками систем 2 и 3 сигналы фазового рассогласования.

Съемник 5 координат предназначен для механического крепления катушек. индуктивности блока 4 и установления взаимно однозначного соответствия между параметрами сигналов фазового рассогласования и положением, занимаемым центром визирного перекрестья, отно,сительно осей координатной системы планшета(.1 ).

Генератор 8 импульсов предназначен для формирования периодической импульсной последовательности сигналов.

Делитель 9 частоты предназначен для накопления счетных импульсов, поступающих с выхода генератора 8, и формирования опорных двухуровневых периодических сигналов на выходах триггеров старших, и-го и (n-l)-го, разрядов, as которых формирователем

10 формируются синусоидальный и квадратурный ему опорные сигналы электрического тока.

Блоки ll и 12 предназначены для формирования кодов считываемых координат х и

В регистрах 13 и 14 периодически, с частотой и переменного электромагнитного поля индукционных систем блока 4, Фиксируются коды, соответствующие положению съемника координат от носительно границ пары эои, шириной

1018136

Й каждая, на которые разбивается условно все поле считывания в направлениях измерениЯ, в пределах которых находится проекция центра индукционных систем блока 4 при считывании очередной точки графического изображения.

В счетчиках 19 и 20 в виде кодов фиксируются номера упомянутой пары зон, Узел 17(18) управления првдиазна- >0 чен для анализа последовательности измерения состояний триггеров двух старших разрядов регистра 13 (14) и эпределения знака приращения кода считываемой координаты, фиксируемого 5 в счетчике 19 (20), при переходе съемика координат иэ каждой предыдущей оны поля считывания в последукщую.

Амплитудный дискриминатор 15 (16) предназначен для формирования сигна- 20 ла фазового рассогласования в моменты перехода сигнала, наводимого в системе 2 (3) координатных шин, через нулевой уровень. формирователь 10 синусоидального ,сигнала, электрическая схема которого представлена на фиг. 2, работает следующим образом.

При поступлении симметричного двухуровневого сигнала U„ (фиг. 7) с ну- 30 левог выхода (n-1)-го разряда и-разрядного делителя 9 частоты на счетный вход триггера 23, на единичном выходе последнего формируется двухуровневый сигнал U2 по форме совпадающий с сигналом U+, поступающим на З5 вход фильтра 24 с единичного выхода триггера и-го разряда делителя 9, но сдвинутый во времени относительно последнего на четверть периода. Гармонические сигналы U =-.Umcoswt и 40

U5=U sinwt, поступакщив с выходов фильтров 29 и 24 соответственно на усилители 28 и 25, усиливаются последними по мощности и в виде токовых сигналов Х.=Х совий и I =-Qsintut 45

2 поступают в катушки индуктивности 30 (сигнал Iq ) и 26, 27 (сигнал 12) блока 4 °

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. 50

После установки и закрепления носителя считываемой графической информации на поле планшета 1 движением траверсы 6 влево и перемещением съемника 5 вниз устанавливают последний в заранее заданное положение, при ко" тором центр катушек индуктивности блока 4 находится над областью пересечения первых рамок систем 2 и 3 координатных шин, а центр визирного перекрестья — в квадрате размерами

dr(d, примыкакщем к началу аппаратур" ной системы координат. Затем устанав-. ливают схему в исходное состояние, например, специальным импульсой от кнопки Сброс (на фиг. 1 не пока- 65 вана) ° При этом в регистрах 13 и 1-4 и счетчиках 19 и 20 устанавливаются нулевые коды. Далее, по сигналу запуска устройства, включают генератор 8 счетных импульсов. С момента включения генератор 8 начинает вырабатывать последовательность импульсов, следующих через равные промежутки времени, соответствующие величиче установленной дискретности кодового представления измеряемых координат.

При поступлении на счетный вход делителя 9 укаэанная последовательность импульсов преобразуется в двухуровневые сигналы болев низкой частоты, из которых Формирователем 10 вырабатывается опорный синусоидальный сигнал электрического тока I =I singlet и сосинусоидальнцй сигнал I<=I osvt.

Ток 1, протекая по виткам катуэ(У шек индуктивности дополнительных каТушек 26 и 27 индуктивности, примеры конструктивного исполнения которых отдельно и в сборе с корпусом съемника 5 показаны на фиг. 3, 4, 5 и 7, создает в окружающем съемник пространстве круговые поля стоячих электромагнитных волн, изменяющиеся во времени по закону синуса с частотой и), пространственно ортогональные друг другу. Эиергия магнитной составляющей поля, создаваемого катушкой

26 индуктивности (L2), наводит в проводниках системы 2 координатных шин

ЭДС взаимоиндукцин Х: (.

Поскольку плоскость расположения витков индукционной катушки 26 ортоI гональна плоскости расположения системы 3 координатных шин, в последней

ЭДС взаимоиндукции равна нулю.

Аналогичным образом энергия магнитной составляющей поля, создаваемого катушкой 27 индуктивности (ЬЗ), наводит в проводниках системы 3 координатных шин ЭДС вэаимоиндукции ((При этом, в силу ортогональности плоскости расположения витков катушки 27 индуктивности к плоскости расположения системы 2 координатных шин, ЭДС взаимоиндукции в последней от ,цействия поля катушки 27 индуктивности равна также нулю.

Одновременно ток I. протекая по виткам катушки 30 индуктивности (фиг. 2), создает в окружающем съемник: пространстве электромагнитное поле, ортогональное полям катушек 26 и 27 индуктивности, HBMBHRIogsecs во времени по закону косинуса с той же частотой 4J, Энергия магнитной составляющей этого поля, подобно тому, как это имеет место s известном устройстве, наводит в системах 2 и $ координатных шин ЭДС взаимоиндукции, соответственно равные В2„и

Амплитуды Е и Е.„ наведенными сигналов являются четнйми периодическими (с периодом d) функциями пространст1018136 венных переменных х и v (измеряемых координат) .

Амплитуды Е „и Å2 - нечетные периодические функцйк то&о же периода.

При определенных соотношениях радиусов катушек индуктивности съемника координат к величине периода укладки координатных шин с достаточной точностью удовлетворяются следукщие законы изменения укаэанных амплитуд:

-мз 2JI . 23

1х Д E. = G09 У

1 М

Е =Мп,— Х Е .=зю — vю ()

2JI. 2.и

gX 9 с . Поэтому, с учетом выражения (1), совокупный измерительный сигнал, наведенный в системе 2 координатных шин, отвечает соотношению

Е„=Ф«Е.Х=Мп k + Х (Z)

З а совокупный измерительный сигнал

ЭДС вэаимоиндукции, наведенный в системе 3 координатных шин, соответствен но

Е„=а +Ее =. ше+ а v (3)

У 1У 2.3

Сигнал е> поступает на вход ампли -ЗО

;тудного дкскриминатора 15. В момент перехода сигнала еХ через нулевой уровень на его выходе формируется . сигнал рассогласования (сдвига фаэ ), поступающий на вход блока 11. Этот сигнал осуществляет перезапись кода, соответствующего сдвигу фазы измери" тельного сигнала относительно опорного I X sinu@, из делителя 9 частоты в регистр 13. В результате в послед" нем фиксируется код, соответствующий 4О фазовому сдвигу ЧХ-Я-х, пропорциональному координате х центра указателя, отвечающей исходному положению, (левый нижний угол планшета) съемника координат.. Обновление кода в ре- 4$ гкстре 13 происходит с частотой u}, Измерение фазового сдвига по другой координате осуществляется аналогично узлом 18.

Для измерения координат прОиэвольу) ной точки иэображения, не выключая устройства, перемещают съемник 5 координат вместе с траверсой 6 до совмещения визирного перекрестья последнего с этой точкой. Число полных периодов изменения фазы сигнала Й. адекватное числу полных периодов 6 системы 2 координатных шин, проходимых.съемником 5 в направаении измеряемой координаты х до момента совпадения его визирного перекрестья со считываемой точкой, фиксируется в счетчике 19. Подсчет указанного числа периодов производится с помощью узла 17 управления и осуществляется .следующим образом. При перемещении 65 съемника 5 по направлению возрастания считываемой координаты к.состояния триггеров (n-1)-ro и п-го разрядов регистра 13 периодически изменяются в порядке возрастания кода (00, 01, 10, ll) и в соответствии с изменением фазы сигнала Ех на 2, причем в момент каждого перехода этих разрядов из состояния 11 в состояние 00 узел 17 управления вырабатывает сигнал, поступакхций на суммирукщий вход счетчика.19, и в нем. накапливается число, равное целому числу периодов

Й измеряемой координаты х. При перемещенки съемника 5 в обратном направлении состояния триггеров (n-1)-го и

Иго разрядов изменяются в обратной последовательности (l l 10, 01 00) .

При этом при переходе разрядов из состояния 00 в состояние ll узел 17 управляющая вырабатывает сигнал, Iioc- тупакщий на другой (вычитающий) вход счетчика 19, отслеживая в последнем новое число, равное целому числу периодов d, укладывакщееся в новое значение считываемой координаты. Таким образом, каждая измеряемая координа- . та к представляется суммарньак кодом, содержащимся в регистре 13-(младшие разряды) и в счетчике 19 (старшие разряды).

Съем кодов координаты х произ"..одится, например, по команде из внешнего устройства (ЭВМ) с выхода 21 устройства.

Процедура измерения координаты у осуществляется блоком 12 формирования кодов координаты X аналогичным обраМ зом.

Таким образом, показана принцьпиальная возможность считывания координат с помощью устройства.

Введение в состав устройства дополнктельных индуктивных катушек 26 и 27 и взаимно ортогональное по отношению друг к другу и к имеющейся индукционной системе размещение их в пространстве обеспечили существенное упрощение известного устройства при сохранении всех его технических параметров. отпадает необходимость в двух системах координатных шин из четырех, имекицихся в устройстве-прототипе, а также в векторных сумматорах, функции кото-. рых приняли на себя координатные шины двух оставшихся систем (2 и 3) координатных шин.

Экономический эффект от использования предложенного изобретения обуславливается меныаей. стоимостью изготовления за счет исключенных иэ устройатва двух систем координатных шин, векторных сумматоров, а также исходя из уменьшения процента технологического брака, имеющего место при изготовлении планшетов из-за несовершенства технологии укладки систем. координатных шин.

1018136

1018136

1018136

Лииза с кащушквйС и бширник пврвкресавви

Lg и, %ac 7

Заказ 3545/48 Тираж. 706

ВНИНПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4. Составитель Т.Ничипорович

Редактор Л.Алексеенко Техред Е. Харитончик Корректор С.Шекмар