И. м. э. г. моторов, а. с. федотов, а. м. федоров, а. с. еи г. н. петров
25960 6
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ..
Союз Соеетских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 03.1.1968 (№ 1208931/25-8) Кл. 49b, 5/05 с присоединением заявки
Приоритет
МПК В 23с
УД К -621.914.37.06:
:62-52 (.088;8) Номитет по делам изобретений и открытий при Спеете Министров
СССР
Опубликовано 12.Х11.1969. Бюллетень № 2 за 1970
Дата опубликования описания 27Х.1970
Авторы изобретения
К. Д, Бадин, Е. Л. Брагилевский, А. В. Иванов, И . М. МатФеЦ -»< 4"Â
Э. Г. Моторов, А. С. Федотов, А. М. Федоров, А. С. щщутр;1 <>-.. „
Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конст уктофММИ " - " институт по автоматизированному электроприводу в про ышле1Щ11 щдщ сельском хозяйстве и на транспорте
Заявитель
ДВУХКООРДИ НАТНОЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ФАЗОИМПУЛЬСНОЕ КОПИРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Известны устройства для копирования по чертежу.
Недостатком известных устройств является большая трудоемкость при изготовлении издательских оригиналов, так как их приходиться вычерчивать вручную. Трудность вычерчивания заключается и в близком расположении линий карт друг от друга.
Предлагаемая копировальная система обеспечивает: копирование линий равной и переменной ширины по середине; избирательное прослеживание по данной линии на участках, где в зону кольцевого сканирования фотоголовки попадают соседние линии; автоматическое торможение на участках повышенной кривизны с одновременным уменьшением радиуса сканирования для снижения ошибки копирования при сохранении максимальной средней скорости копирования; автоматический поворот плоскости профильного гравировального резца для проведения двойных и тройных параллельных линий; автоматический ввод в режим копирования и опускание резца, подъем резца при замыка нии копируемого контура, автоматический псреход к следующему контуру и ввод в режим копирования с опусканием резца, если этот контур еще не копировался, или переход без опускания резца через ранее награвирован5 ную линию; одновременное изготовление двух (или более) издательских оригиналов, например; в разных масштабах; возможность нанесения на издательский
10 оригинал координатной сетки и другой информации, записанной на магнитную или перфорированную ленту.
Внедрение предлагас.,roto устройства в картографии должно повысить производитель15 ность труда при изготовлении издательских оригиналов карт, уменьшить время, затрачиваемое на пх изготовление, повысить качество карт и снизить объем работ, выполняе t ых вр учную.
20 На фиг. 1 представлена блок-схема фотоэлектрического фазоимпульсного копировального устройства для автоматического управления исполнительным инструментом -по чертежу, например, для картографии. (Двойны25 мп линиями обозначены блоки, относящиеся к предмету изобретения. Прямоугольниками с диагоналями изображены механические редукторы, а волнистыми линиями — ходовые
259606
3 винты); на фиг. 2 — блок-схема устройства копирования середины линии; .на фиг. 3 принцип работы устройства избирательного копирования; на фиг. 4 — блок-схема устройства автоматического торможения; на фиг.5— фотоэлектрическая головка кольцевого сканирования; на фиг. 6 — блок-схема устройства для поворота профильного резца; на фиг. 7— пример простого рельефа местности;,на фиг. 8 — блок-схема устройства автоматизации технологических операций; .на фиг, 9— блок-схема устройства для одновременного изготовления двух издательских оригиналов карт, например, в разных масштабах; на фиг. 10 — блок-схема устройства для управления щаговыми электродвигателями основного координатографа.
Фотоэлектрическая головка 1 кольцевого сканирования (см. фиг. 1), электронный усилитель импульсов 2, устройство 8 копирова,ния середины линии, устройство 4 избирательного копирования, устройство 5 ввода в режим копирования, блок б импульсов со скважностью, равной двум, синусно-косинусный преобразователь 7 и регулятор скорости 8 соединены последовательно. К регулятору скорости подключены два усилителя мощности 9, а затем электродвигатели 10 постоянного тока, которые через механические редукторы обеспечивают перемещение фотоголовки по двум взаимно перпендикулярным направелниям. Устройство 11 автоматического торможения соединено с выходом электронного усилителя и выдает сигналы на фотоэлектрическую головку и на регулятор скорости.
Устройство 12 поворота профильного резца соединено с выходом блока 5, а его выход подан .на резцовую. головку И, на которую поступает сигнал от блока 14 технологических команд, соединенного с устройством ввода в режим копирования и с контрольной фотоголовкой 15 кольцевого сканирования, Импульсные датчики пути 15 установлены по осям Х и У и соединены с блоками 17 усиления и формирования импульсов, выходы которых поданы на шаговые электродвигатели
18, служащие для того, чтобы одновременно с основным координатографом 19 приводить в действие второй координатограф 20.
Составительский оригинал карты 21 является объектом прослеживания фотоэлектрической головкой для изготовления издательского оригинала карт ы 22.
От фотоголовки 1 импульсы фототока поступают на электронный усилитель импульсов 2, а затем на устройство 8 копирования середины линии и параллельно — на устройст.во 11 автоматического торможения.
Устройство 8 копирования середины линии служит для выделения импульса, передний фронт которого по фазе соответствует середине копируемой линии. При этом толщина копируемой линии может изменяться:в несколько раз, 5
15 го
4
Устройство 11 автоматического торможения обеспечивает автоматическое снижение скорости копирования на участках повышенной кривизны и .на углах. Это устройство при появлении ошибки определенной величины автоматически снижает скорость копирования и одновременно уменьшает радиус сканирования фотоголовки.
Устройство 4 избирательного копирования позволяет продолжать копирование данной линии и на тех участках, на которых в зону кольцевого сканирования попадают соседние линии.
Устройство 5 ввода в режим копирования обеспечивает возможность оператору переводить фотоголовку в любую точку карты и направить к выбранной линии, после чего устройство автоматически введет систему в режим копирования.
Длительность импульсов по времени на устройствах 8 и 4 и 5 по сравнению с длительностью промежутка времени между ними небольшая, или другими словами, скважность импульсов на этих устройствах составляет несколько десятков. В блоке б вырабатываются прямоугольные импульсы со скважностью, равной двум. Эти импульсы подаются на статический синусно-косинусный преобразователь
7, состоящий из двух фазочувствительных схем. От блока б прямоугольные импульсы подаются, кроме того, на устройство 12 поворота профильного резца, соединенное с резцовой головкой И.
iB резцовую головку можно вставлять резцы различного диаметра и профиля. Для проведения двойных или тройных линий при изображении дорог применяются профильные резцы. В этом случае устройство 12 обеспечивает поворот резца таким образом, что его плоскость остается перпендикулярной направлению линии.
Синусно-косинусный преобразователь 7 имеет два выхода, с которых напряжения постоянного тока, пропорциональные соответственно синусу и косинусу угла наклона копируемой линии, подаются на регулятор скорости 8. Регулятор скорости установлен на пульте оператора и имеет ручку для регулирования скорости копирования. Два сопротивления регулятора скорости могут быть автоматически введены в цепь для снижения скорости копирования при срабатывании устройства 11 автоматического торможения. Напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла наклона копируемой линии, от регулятора скорости поступают,на усилители мощности 9, например электромашинные или магнитные усилители, а от них подаются на электродвигатели 10, которые через механические редуктора и ходовые винты или рейки обеспечивают перемещение фотоголовки и резцовой головки по осям Х и Y.
Импульсы от фотоголовки 1 поступают на электронный усилитель 2, а затем на ограничитель 28 уровня импульсов сверху и снизу, в результате чего отсеиваются помехи от белого фона бумаги и от черного фона линии и импульсы получаются с высокой крутизной фронта. Эти импульсы подаются на дифференцирующую цепочку 24 и на две схемы сравнения 25 и 2б, С дифференцирующей цепочки 24 импульсы подаются на кипп.реле 27 и фазоинвертор 28. Кипп-реле 27 настроено так, что деятельность его импульсов соответствует самой тонкой линии. На первую схему 10 сравнения 25 приходят импульсы от ограничителя 23 и от кипп-реле 27, т. е. здесь сравнивается длительность импульсов от линии чертежа с длительностью импульсов от киппреле 27, настроенного на самую тонкую ли- 15 нию.
Если сравниваемые импульсы равны по длительности, то на выходе первой схемы сравнения будет нуль, если же толщина копируемой линии будет больше, то через фильтр 20
29 на смещение управляемого кипп-реле 80 будет подаваться дополнительное напряжение, изменяющее длительность импульсов управляемого кипп-реле 80, которое запускается отрицательными импульсами от фазоинвертора 25
28. Импульсы с управляемого кипп-реле 30 подаются на вторую схему сравнения 2б, где они сравниваются с импульсами от ограничителя 28. На схеме сравнения 2б выделяется импульс,:фаза переднего фронта которого со- 30 ответствует середине копируемой линии.
На фиг. 3, поясняющей принцип работы устройства избирательного копирования, показаны два участка копируемой линии А и B.
На участке А сканирующий луч К пересекает З5 линию в точках а и d. На первой осциллограмме показаны импульсы а и d, соответствующие участку А.
На участке В в зону сканирующего луча попадают две соседние линии, от которых по- 40 являются дополнительные импульсы е, f, b, с.
Основной частью устройства избирательного сканирования является кипп реле, скважность импульсов которого близка к единице. Это кипп-реле запускается первым импульсом а 45 и запирает все остальные импульсы, в том числе и второй импульс d от копируемой линии.
На фиг. 3 заштрихованная часть кольца сканирования соответствует длительности им- 50 пульса кипп-реле. Кипп-реле электронным методом как бы закрывает .все кольцо сканирования, оставляя небольшой участок t перед наскакиванием сканирующего луча,на копируемую линию. Посредством такого принципа 55 устройство для избирательного копирования как бы запоминает данную линию и продолжает копировать именно ее и на тех участках, где в зону кольцевого сканирования попадают соседние линии. На второй осцилло- 60 грамме фиг. 3 заштрихована та часть, которая соответствует опрокинутому состоянию киппреле.
Устройство избирательного копирования
Имеет ограниченный диапазон действия, а 65 именно, если соседняя линия попадет в зону г, то система может сбиться и перейти на копирование этой линии.
При копировании участков повышенной кривизны, а также различных углов, фотоэлектрическая копировальная система с фотоголовкой кольцевого сканирования принципиально дает повышенную ошибку — углы и малые радиусы как бы скругляются, причем, чем больше радиус сканирования, тем больше ошибка. Задачей устройства автоматического торможения при копировании участков повышенной кривизны является повышение точности копирования таких участков при средней высокой скорости.
С электронного усилителя импульсов 2 фотоголовки импульсы подаются на симметричный триггер 81 и,на кипп-реле 32, а с них— на схему сравнения 88. Кипп-реле 32 настроено на вырабатывание импульсов со скважностью, равной двум. Если система копирует без ошибки, то длительность импульсов от симметричного триггера 81 и от кипп-реле 82 будет одинакова, и на выходе схемы сравнения
88 будет нуль.
Как только появится ошибка, то импульсы на симметричном триггере 31 по длительности будут отличаться от импульсов на книпп-реле 82, а на выходе схемы сравнения 83 появится разность, от определенной величины которой сработает быстродействующее реле 84.
Контакты реле 34 заведены в цепь регулятора скорости 8 и в цепь электромагнита фотоголовки 1. При срабатывании реле 84 одновременно уменьшается скорость копирования и уменьшается радиус сканирования.
Участок составительского оригинала карты
21 через конденсорные линзы 85 освещается лампочками 3б. Световой поток от участка карты через объектив 87, призму Доне 88, линзу 89 и отверстие в шторке 40 попадает на фотоэлемент 41. Призма Доне вращается синхронным электродвигателем (на чертеже не показан).
На шторку с отверстием фокусируется плоскость копируемой линии, а на катод фотоэлемента — линза объектива. Шторка с отверстием закреплена на якоре 42 электромагнита 48» может перемещаться нлн,вручную посредством микрометрического винта 14, илн автоматически прн подаче напряжения на обмотку электромагнита. Радиус сканирования фотоголовки определяется положением отверстия в шторке относительно оптической оси, а также оптическим увеличением объектива
87. На фиг. 5 отверстие шторки совмещено с оптической осью фотоголовкн.
Для нанесения на издательский оригинал карты двойных или тройных линий, изображающих дороги, в резцовую головку зажимаются профильные резцы. Задачей устройстз для поворота профильного резца является такой поворот резца, чтобы его плоскооть все время оставалась перпендикулярной направлению линии, 250606
Устройство работает следующим образом.
От блока б импульсы подаются на одну из обмоток конденсаторного электродвигателя
45, который через понижающий редуктор 4б соединен с:фазорегулятором 47 и сельсиномдатчиком 48. Трехфазная обмотка фазорегулятора 47 питается от сети, а однофазная подключена ко второй обмотке конденсаторного электродвигателя 45. Сельсин-датчик 48 соединен с сельсином-приемником, расположен.ным в резцовой головке 18. При копировании некоторой линии конденсаторный электродвигатель вращается до тех пор, пока фаза импульсов от блока б совпадает с фазой напряжения от фазорегулятора 47. При повороте линии появляется рассогласование фаз импульсов от блока б и фазорегулятора 47, что снова вызовет вращение конденсаторного электродвигателя. Сельсин-приемник в резцовой головке 18 поворачивает профильный резец,в соответствии с поворотом фазорегулятора 47 и сельсина-датчика 48.
При копировании карт, особенно при копировании топографических карт, встречается большое число замкнутых линий, изображающих горизонтали рельефа местности. Оператор должен внимательно следить, когда копируемая горизонталь «замкнется», и:в этот момент поднять резец и перевести фотоголовку для копирования следующей горизонтали.
На реальных топографических картах таких случаев перехода с горизонтали на горизонталь очень много. Оператору пришлось бы быть очень внимательным.
С целью автоматизации технологических операций (как, например: подъем резца при замыкании копируемой линии; перевод фотоголовки к следующей линии по направлению наперед заданному оператором, ввод в режим копирования и опускания резца, если эта линия не копировалась, переход через ранее награвированную линию без опускания резца) служит контрольная фотоголовка кольцевого сканирования и блок технологических команд.
На фиг. 7 изображен простейший рельеф местности. Оператор эвристически определяет наивыгоднейший порядок копирования. Таким порядком будет путь по пунктирной линии от точки х. Действительно, эта линия захватывает все горизонтали, за исключением двух, которые лежат на пунктирной линии от точки у.
Предлагаемое устройство автоматизации технологических операций обеспечивает следующим .режим работы.
Оператор направляет фотоголовку из точки х по направлению пунктирной линии. (В действительности на составительском оригинале таких пунктирных линий нет, на фиг. 7 они проведены для объяснения принципа работы).
При подходе к точке а устройство автоматически входит в режим копирования по первой горизонтали и при этом опускается резец.
Направление обхода безразлично, оно может быть как по часовой стрелке, так и против
as
65 нее, в зависимости от положения переключателя на пульт управления. После обхода первой горизонтали, когда фотоголовка снова подойдет к точке а, контрольная фотоголовка подаст сигнал об этом, произойдет подъем резца, и система пойдет по направлению пунктира к следующей линии.
В точках б, в, д, з и к последовательность операций такая же, как и в точке а. При подходе к точкам г, е, ж, л, л, последовательность операций изменится. Перечисленные точки лежат на горизонталях, которые уже копировались, поэтому их фотоголовка будет проходить без опускания резца и без ввода в режим копирования.
Для получения необходимой информации о ходе копирования устанавливается контрольная фотоголовка кольцевого сканирования.
Ось контрольной фотоголовки направлена на острие резца. Простейший случай установки контрольной фотоголовки — установка ее соосно с резцом по другую сторону издательского оригинала, как это схематически изображено .на фиг. 1. Если резец не опущен, то на контрольной фотоголовке нет ни одного импульса. Если идет процесс копирования, то в течение одного периода на контрольной фотоголовке появляется один импульс, посколь-. ку в зону кольцевого сканирования попадает линия, прочерченная резцом. В тот момент, когда копируемый контур замыкается на контрольной фотоголовке, появляются два импульса, поскольку в зону кольцевого сканирования, кроме того, попадает начальная. линия, прочерченная резцом. При подходе к ранее награвированной линии на контрольной фото-. головке также появляются .два импульса.
На фиг. 8 показана блок-схема устройства автоматизации технологических операций. Импульсы контрольной фотоголовки 15 усилива-. ются электронным усилителем 49, после чего подаются одновременно на первое кипп-реле
50 и .на схему «И» 51, на которую поступают и импульсы от первого кипп-реле 50, причем длительность импульсов от первого кипп-реле составляет более полупериода сканирования.
До тех пор, пока на контрольной фотоголовке появляется только один импульс за период сканирования на выходе логической схемы «И», сигнал отсутствует. В момент замыкания контура на контрольной фотоголовке появляются два импульса, на выходе схемы
«И» появляется сигнал, который подается на второе кипп-реле 52, а затем через фильтр 58 и усилитель мощности 54 срабатывает электромагнитное реле 55, одни контакты которого размыкают цепь электромагнита резцовой головкой 18, а другие — включают устройство 5 ввода в режим копирования, что обеспечивает перемещение системы,в режиме поиска по направлению, заданному оператором.
При подходе к следующему контуру режим повторяется. В процессе обработки рельефа большой сложности оператор имеет возможность на ходу изменять направление поиска, 259606
9 таким образом, пунктирная линия а — п, изображенная на фиг. 7, может представлять собой любую кривую.
На основном координатографе 19 для каждой из подач устанавливаются импульсные датчики пути 1б, сигналы от которых поступают на блоки усиления и формирования импульсов 17.
Шаговые электродвигатели 18, обеспечивающие перемещение резцовой головки по осям Х и Y второго координатографа 20, питаются от блоков усиления и формирования импульсов. Масштаб воспроизведения карты на втором координатографе 20 зависит от цены импульса шаговых электродвигателей и от передаточного отношения редукторов от щаговых электродвигателей к перемещению резца.
Кроме линейной информации на карте имеется большое количество различного рода условных знаков, надписей и т. п. Для их нанесения можно запрограммировать эту информацию, а для ее нанесения в определенной точке карты нужно перемещать резец или иной исполнительный инструмент в эту точку.
Наиболее целесообразно выполнение таких перемещений производить шаговыми электродвигателями. Отсюда возникает задача управлять шаговыми электродвигателями от фотоголовки. С этой целью электродвигатели 10 малой мощности и управляемые фотоэлектрической системой устанавливаются в шкафу управления и используются для вращения дисков с прорезями. По одну сторону дисков располагаются лампочки, а по другую фотодиоды, с которых сигналы подаются на блоки
17 управления и формирования импульсов.
От последних импульсы поступают на переключатель 5б рода работы. Этот переключатель имеет два положения: при одном из них шаговые электродвигатели 18 основного координатографа 19 управляются от фотокопировальной системы, при дюгом — от программного командоаппарата 57.
Предмет изобретения
1. Двухкоординатное фотоэлектрическое фазоимпульсное копировальное устройство для автоматического управления движением исполнительного инструмента по чертежу, например, для картографии, в котором фотоэлектрическая головка кольцевого сканирования соединена последовательно с электронным усилителем импульсов, устройством ввода в режим копирования, блоком импульсов со скважностью, равной двум, синусно-косинусным преобразователем и регулятором скорости, сигналы с которого подаются на два усилителя мощности и далее на два координатных электродвигателя постоянного тока для перемещения фотоголовки и жестко связанной с ней резцовой головки по осям координат механизма, например, координатографа, отличающееся тем, что, с целью автомати5
Зо
65 зации изготовления издательского оригинала карты IIO составительскому, в него введены блок копирования середины линии и устройство избирательного копирования, включенные последовательно между электронным усилителем импульсов и устройством ввода в режим копирования; устройство автоматического торможения, вход которого подключен к выходу электронного усилителя импульсов, а выходы подключены к регулятору скорости и фотоголовке; устройство для поворота профильного резца, подсоединенное к выходу блока импульсов и к резцовой головке, и контрольная фотоголовка, установленная соосно с резцовой и подключенная к блоку технологических команд, который соединен с устройством ввода в режим копирования и с резцовой головкой.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок копирования по середине линии выполнен на дифференцирующей цепочки, киппреле и двух схем сравнения, первая из которых соединена с кипп-реле, а дифференцирующая цепочка подключена к фазоинвертору для запуска управляемого кипп-реле, на смещение которого через фильтр подключен выход от первой схемы сравнения, а управляемое кипп-реле присоединено ко второй схеме сравнения, причем к блоку копирования через ограничитель уровня импульсов сверху и снизу подключен электронный усилитель.
3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью избирательного копирования, блок копирования по середине линии подключен к кипп-реле, выходные импульсы которого имеют скважность, близкую к единице, и служат для запирания импульсов от соседних линий.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматического торможения для уменьшения ошибки копирования, к выходу усилителя импульсов фотоголовки подключены параллельно симметричный триггер и кипп-реле, вырабатывающее импульсы со скважностью, равной двум, выходы которых соединены со схемой сравнения, подключенной к быстродействующему реле для воздействия на регулятор скорости и электромагнит фотоголовки.
5. Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что, с целью копирования линий разной толщины и снижения ошибки при копировании участков повышенной кривизны, фотоголовка оснащена призмой Дове, установленной внутри полого вала электродвигателя, и непрозрачной шторкой с отверстием, которая может смещаться от оси фотоголовки вручную с помощью микрометрического винта или автоматически от электромагнита.
6. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что, с целью поворота профильного резца, выход блока импульсов со скважностью, равной двум, подключен к первой обмотке конденсаторного электродвигателя, соединенного через понимающий редуктор с фазорегу259606
12 лятором и сельсином-датчиком, который дистанционно управляет сельсином-приемником, установленным на резцовой головке, а вторая обмотка конденсаторного электродвигателя подключена к фазорегулятору.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматизации технологических операций, в него введена контрольная фотоголовка кольцевого сканирования, которая подключена к блоку технологических команд, образованному из последовательно включенных усилителя, первого кипп-реле, логической схемы «И», второго кипп-реле, фильтра, усилителя мощности и электромагнитного реле, причем логическая схема «И» соединена с выходом усилителя, а контакты реле заведены в цепь электромагнита подъема резца и устройства вывода в режим копирования.
8. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью одновременного изготовления двух издательских экземпляров карты, например, в разных масштабах, установлен второй координатограф, оборудованный для перемещения резцовой головки по осям Х и Y шаго5 выми электродвигателями, управляемыми от импульсных датчиков пути основного координатографа через блоки усиления и формирования импульсов.
9. Устройство по пп. 1 .и 8, отличающееся
1О тем, что, с целью управления основным координатографом, как от фотоголовки при копи. ровании линейных элементов карты, так и от программы, записанной на магнитную ленту или перфоленту для нанесения на издатель15 ский оригинал условных знаков, координатной сетки и другой информации, основной координатограф для перемещения фотоголовки и резцовой головки по осям Х и У оборудован шаговыми электродвигателями, соединенными
20 с переключателем рода работы.
Фиг. 8
16
:Ф
Составитель А. Андрианов
Редактор Э. Н. Шибаева Техред Т. П. Курилко Корректор Г. П. Шильман
Заказ 1676/1 Тираж 500 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва )К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
