Сканирующее устройство

 

Изобретение относится к приборостроению , а именно к устройствам управления лучом в пространстве, и может быть использовано в устройствах считывания и ввода графической информации. Цель изобрете/1цний Сканирования 98 ния - повышение точности за счет синхронизации частоты колебаний зеркала. При отклонении зеркала 3 световой поток осветителя 1 попадает на вход фотоприемника 2, выходной сигнал которого попадает на вход управляемого генератора 5. на входе которого формируется переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов и частотой следования f, меньшей резонансной частоты f0 электромагнитного резонансного привода 4. Это напряжение поступает на вход цифро-аналогового преобразователя б и далее на усилитель 7 мощности , усиленный сигнал подается на обмотки статора электромагнитного резонансного привода 4 и возбуждает колебания его ротора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. fe

! союз советских социдлистических

РЕСПУБЛИК ((9) (I I) l 682966 А1 (и)5 G 02 В 26/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

)! /!

Ф !

» !

»

\а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4691430/10 (22) 30.03.89 (46) 07.10.91. Бюл, М 37 (71) Смоленское специальное конструкторско-технологическое бюро систем программного управления (72) В.А.Легонькое и В.В.Оборин (53) 535.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 635450, кл. G 02 В 26/10, 1977. (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам управления лучом в пространстве, и может быть использовано в устройствах считывания и ввода графической информации. Цель изобретения — повышение точности эа счет синхронизации частоты колебаний зеркала, При отклонении зеркала 3 световой поток осветителя 1 попадает на вход фотоприемника

2, выходной сигнал которого попадает на вход управляемого генератора 5, на входе которого формируется переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов и частотой следования f, меньшей резонансной частоты fo электромагнитного резонансного привода 4. Это напряжение поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 6 и далее на усилитель 7 мощности, усиленный сигнал подается на обмотки статора электромагнитного резонансного привода 4 и возбуждает колебания его ротора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1682966

Изобретение относится к приборостроению, а именно устройствам управления лучом в пространстве, и может быть использовано в устройствах считывания и ввода графической информации, Цель изобретения — повышение точности за счет синхронизации частоты колебаний зеркала.

На фиг. 1 изображена функциональная схема сканирующего устройства; на фиг. 2— структурная схема измерительной части сканирующего устройства; на фиг, 3 — электрическая схема блока логической обработки; на фиг, 4- электрическая схема управляемого генератора, Сканирующее устройство содержит осветитель 1, фотоприемник 2, зеркало 3, установленное на оси электромагнитного резонансного привода 4, управляемый генератор 5, цифроаналоговый преобразователь 6, усилитель 7 мощности, фотоприемник 8 начала строки сканирования, блок 9 логической обработки, осветитель 10, фокусирующий объектив 11, интерферометр 12 с непараллельным ходом лучей, уголковые отражатели 13 и 14, установленные на зеркале

3, Блок 9 логической обработки содержит первый 15, второй I6, третий 17, четвертый

18 и пятый 19 одновибраторы, счетчик 20, схему ЗИ вЂ” ИЛИ-НЕ 21, схему ЗИ вЂ” НЕ 22 и реверсивн ый счетчик 3.

Управляемый генератор 5 содержит компаратор 24, дифференцирующую цепочку 25, содержащую первый конденсатор 26 и первый резистор 27, транзистор 28, времязадающую цепочку 29, состоящую из второго конденсатора 30 и второго резистора

31, триггер Шмидта 32 и счетчик 33, Сканирующее устройство работает следующим образом.

Фотоприемник 2 устанавливается в исходном положении таким образом, чтобы при отклонении от зеркала 3 при его нейтральном положении световой поток осветителя 1 попадал на вход фотоприемника 2.

Выходной сигнал фотоприемника 2 поступает на вход управляемого генератора 5„ на входе которого формируется переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов с частотой следования г, несколько меньшей резонансной частоты fo электромагн лтного резонансного привода 4, т.е.

f < fo, 3To напряжeH e поступаеT Ha аНапоговый вход цифроаналогового преобразователя 6, который изменяет амплитуду выходного сигнала в соответствии с входным кодом, поступающим на его информационный вход, Начальная установка схемы обеспечивается соответствующим выбором разрядноСти входного кода или тем, что на старший разряд цифроаналогового преобразователя

5 6 постоянно подана логическая единица. На вход усилителя 7 мощности подаются сигналы с частотой следования импульсов и амплитудой, равной половине максимального выходного сигнала цифроаналогового пре10 образователя 6. Усиленный усилителем 7 мощности сигнал поступает на обмотки статора электромагнитного резонансного привода 4 и возбуждает механические колебания его ротора. При колебаниях зер15 кала 3 световой поток осветителя 1 уходит с входного окна фотоприемника 2, а затем при обратном ходе, вновь засвечивает фотоприемник 2. По сигналу с выхода фотоприемника 2 управляемый генератор 5

20 изменяет фазу выходного сигнала. В результате введения обратной связи в электромеханическое резонансное сканирующее устройство образуется замкнутая резонансная система, частота колебаний которой on25 ределяется механическим резонансом электромагнитного резонансного привода 4 за счет того, что фаза возбуждающего воздействия всегда совпадает с фазой вынужденных колебаний, 30 Сканируемое пятно, сформированное на линии сканирования фокусирующим объектом 11 из коллимированного светового пучка осветителя 10, в зависимости от амплитуды колебаний зеркала 3, может не дохо35 дить от среднего положения до фотоприемника 8 начала строки сканирования; дойти до фотоприемника 8, но не пересечь его; пересечь его, но не дойти до значения минимально допустимой амплитуды колебаний;

40 отклониться в пределах установленного допуска на амплитуду колебаний; превысить максимально допустимую амплитуду колебаний. Блок 9 логической обработки по сигналу фотоприемника 8, синхронно с ко45 лебаниями зеркала 3, выделяет одну из этих ситуаций; воздействуя на выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 6 кодовой комбинацией со своего выхода, приводит амплитуду колебаний в соответствие с

50 заданными требованиями, Анализ описанных ситуаций блоком 9 логической обработки осуществляется по значению времени т между двумя последовательными пересечениями световым пятном входного окна фо55 топриемника 8 при колебании зеркала 3:

< 0; (1) т 1иин, (2) тмакс = т мин, (3)

< тмакс (4

16829

55 l

Истинность первого неравенства означает, что состоя ние сканирующего устройства соответствует первым двум ситуациям.

Истинность второго неравенства два соответствует третьей ситуации.

Для всех этих случаев блок 9 логической обработки должен последовательно, на каждый период сигналов с выхода управляемого генератора, увеличивать значение выходного кода до тех пор, пока не изменится состояние сканирующего устройства.

При использовании интерферометрического контроля сканирующее устройство работает следующим образом, Часть светового потока интерферометра 12, отраженная входной г„анью соответствующего этому плечу уголкового отражателя 14, попадает на вход фотоприемника 2. При колебаниях зеркала 3 интерферометр 12 измеряет угол поворота этого зеркала и формирует на своем выходе последовательность импульсов, период следования которых и несет в себе информацию об элементарном угле поворота зеркала 3.

Подсчитывая число этих импульсов. начиная с момента пересечения лучем концевого фотоприемника 8, получают информацию о положении сканирующего пятна на линии сканирования, зная коэффициент пересчета угла поворота зеркала 3 и перемещение сканирующего пятна, Блок 9 логической обработки предназначен для логического анализа состояния сканирующего устройства и изменения значения выходного кода в соответствии с результатами анализа. Одновибраторы 15 — 17 формируют короткие импульсы по соответствующим фронтам входных сигналов. счетчик 20 подсчитывает количество прохождений сканирующего пятна через фотоприемник 8 начала строки сканирования, одновибратор 18 формирует импульс, длительностью, равной тмин, одновибратор 19 формирует импульс длительностью Л t =

ro пятна находилось в заданных пределах

Тмин < т < тмакс.

При рассмотрении работы сканирующего устройства принимаем, что перепад напряжения на выходе усилителя 7 мощности из отрицательного значения в положитель= тмакс тмин, реверсивный счетчик 23 вырабатывает выходной код, управляющий цифроаналоговым преобразователем б.

Принцип регулирования состоит в том, чтобы прибавляя или вычитая единицы иэ реверсивного счетчика 23 (соответственно увеличивая или уменьшая выходное напряжение цифроаналогового преобразователя

6), установить амплитуду колебаний такой, при которой время возврата t сканирующеное соответствует положительному фронту напряжения на выходе управляемого генератора 5 и направлению движения сканируемого пятна от нейтрального положения к фотодатчику 8 начала строки сканирования.

В том случае, если сканируемое пятно не доходит до фотодатчика 8, т,е. амплитуда колебаний мала, необходимо увеличить напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 6.

Положительный фронт на втором входе блока запускает одновибратор 16, который устанавливает счетчик 20 в исходное состояние, Импульс с выхода однавибратора 16 проходит на выход схемы ЗИ вЂ” ИЛИ-НЕ 21 и прибавляет единицу в реверсивный счетчик

23. Так как сканируемое пятно не доходит до фотоприемника 8 и возвращается, то по отрицательному фронту сигнала на втором входе блока запускается одновибратар 17 и в реверсивный счетчик 23 добавляется еще одна единица (на выходе счетчика 20 в исходном состоянии — логическая единица).

Далее этот процесс повторяется до тех пор, пока сканирующее пятно не дойдет до фотоприемника 8. Запускается одновибратор 15, в счетчик 20 добавляется единица (состояние выхода счетчика 20 при этом не изменяется}, сигнал с выхода одновибратора 15 проходит через схему ЗИ-НЕ 22, вычитает единицу из реверсивного счетчика 23 и по заднему фронту запускает одно вибратор 18. формирующий импульс длительностью

t H. Сканируемое пятно не переходит через фотоприемник 8, так как второго импульса на первом входе блока нет, и при возвращении пятна одновибратор 17 через схему ЗИ вЂ” ИЛИ вЂ” НЕ 21 прибавляет единицу в реверсивный счетчик 23. Амплитуда колебаний растет. При t < тмин сканируемое пятно дважды пересекает фотоприемник 8. Для первого импульса с выхода фотоприемника

8 работа схемы описана. Второй импульс переводит счетчик 20 в состояние, при котором на его выходе устанавливается логический ноль, Но на время действия импульса с выхода одновибратора 18 разрешен другой вход схемы ЗИ вЂ” ИЛИ вЂ” НЕ, и импульс с выхода одновибратора 15 добавляет еще одну единицу в реверсивный счетчик 23. Амплитуда колебаний продолжает расти. При достижении заданного значения амплитуды колебаний второй импульс с выхода одновибратора 15 появляется во время действия импульса с выхода одновибратора 19, Схемы ЗИ вЂ” ИЛИ вЂ” НЕ и ЗИ вЂ” НЕ заперты. 3а цикл работы в реверсивный счетчик 23 сначала добавлена единица. а затем его состояние уменьшено на единицу. Значение кода на выходе блока 9 логический обработки неиз1682966 меино. Амплитуда колебаний не изменяется без воздействия внешних по отношению к блоку 9 логической обработки причин.

Управляемый генератор работает следующим образом, B исходном положении, при отсутствии напряжения питания на усилителе 7 мощности световой поток осветителя 1, отраженный зеркалом 3, испадает на вход фотоприемника 2. Выходной сигнал фотоприемника

2 при этом превышает порог срабатывания компаратора 24, поэтому на выходе компаратора установлен уровень логического нуля, Транзистор 28 за,крыт и на выходе триггера Шмидта 32 формируются импульсы, частота которых выбирается несколько меньшей m 1,, где fp — резонансная частота электромагиитногс резонансного вибратора, т.е, частота колебаний f1 иа выходе счетчика 33 fll < m fo. Счетчик 33 выполняет функцию деления входной частоты с коэффициентом деления m = 2, 4, 8... Значение m выбирается при расчете схемы из условий приемлемых габаритов и устойчивой работы.

Выходное напряжение управляющего генератора 5, усиленное усилителем 7, вызывает поворот ротора электромагнитного резонансного привода 4, поэтому сигнал на выходе фотоприемника 2 уменьшается до значения, меньшего порога срабатывания компаратора 24, на выходе компаратора 24 формируется положительный фронт, выделяемый дифференцирующей цепочкой 25, построенной на конденсаторе 26 и резисторе 27. Т ранэистор 28 открывается и шуитирует конденсатор 30 времязадающей цепочки 29. Конденсатор 30 разряжается, и иа выходе триггера Шмидта 32 формируется положительной фронт. Полярность напряжения, приложенного к обмотке электромагнитного резонансного привода 4, изменяется на противоположную, Происходит плавное торможение ротора электромагнитного резонансного вибратора 4, и затем

pomp отклоняется в обратном направлении.

Фо рмула изобретения

1. Сканирующее устройство, содержащее зеркало, установленное на оси электромагнитного резонансного привода, связанного с уп равляемым генератором, осветитель, объектив и фатоприемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет синхронизации частоты колебаний зеркала, е него дополнительно введеныы фотоприемиик начала строки сканирования, цифроаналоговый преобразователь с аналоговым входом и информационными разрядами, усилитель мощности и блок ло5

55 гической обработки, выполненный с двумя входами, причем фотоприемник начала строки сканирования размещен в плоскости сканирования, его выход подключен к первому входу блока логической обработки, выход фотоприемника соединен с входом управляемого генератора, выход которого подключен к второму входу блока логической обработки и к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя, информационные разряды которого связаны с Bblxoдом блока логической обработки, а выход соединен с входом усилителя мощности, выход которого подключен к входу электромагнитного резонансного привода.

2. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что в него дополнительно введены два уголковых отражателя, установленных на зеркале и образующих с осветителем и фотоприемником схему интерферометра.

3, Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок логической обработки включает в себя пять одновибраторов, счетчик, схему ЗИ вЂ” ИЛИ-НЕ, схему ЗИ-НЕ и реверсивный счетчик, причем вход первого одновибратора является первым входом блока логической обработки. а входы второго и третьего одновибраторов соединены между собой и являются вторым входом блока логической обработки, выход первого одноеибратора подключен к счетному входу счетчика и соединен с входом четвертого одновибратора, с одним из входов схемы

ЗИ вЂ” НЕ и с первым входом третьей схемы И схемы ЗИ вЂ” ИЛИ вЂ” НЕ, выход второго одновибратора соединен с установочным входом счетчика и входом второй схемы И схемы

ЗИ вЂ” ИЛИ вЂ” НЕ, выход третьего одновибратора соединен с первым входом первой схемы

И схемы ЗИ-ИЛИ-НЕ, второй вход которой соединен с выходом счетчика, прямой выход четвертого одновибратора соединен с входом пятого одиовибратора и с вторым входом третьей схемы И схемы ЗИ-ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу схемы

ЗИ вЂ” НЕ, второй вход которой подключен к инверсному входу четвертого одиовибратора, а третий вход схемы ЗИ вЂ” НЕ соединен с инверсным выходом пятого одиовибратора, выходы реверсивного счетчика являются выходами блока логической обработки.

4. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что управляемый генератор содержит компаратор, диффереицирующую цепочку, включающую е себя первые конденсатор и резистор, транзистор, еремяэадающую цепочку. включающую е себя вторые конденсатор и резистор триггер

1682966

8m Ю4ТРСфг Ьг Ф

Составитель С.Орешин

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 3411 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Шмидта и счетчик, причем вход компаратора является входом управляемого генератора, выход компаратора соединен с входом дифференцирующей цепочки, выход которой соединен с базой транзистора, коллектор которого подключен к входу триггера

Шмидта, к второму конденсатору и к выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом триггера Шмидта и со счетным входом счетчика, выход которого является выходом управляющего генерато5 ра, эмиттер транзистора и второй конденсатор подключены к общей шине управляемого генератора.