Устройство для считывания графической информации

 

(!ц67О943

ОПИСАНИЕ

Союз Соаетских

Социалистических

Республик

iK АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.04.74 (21) 2015968/18-24 с присоединением заявки № (51),,! К> е

G 06К 11/00

СССР по долзм изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.06.79. Б!оллетснь М 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.79 (53) УДК 681.327.12 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. В. Курков, А. Ф. Белов и В. М. Васильев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

ГосУдаРстоеииы!! комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для считывания графической информации, и может быть использовано для измерения координат центров плоских выпуклых фигур правильной формы, например центров отверстий на печатных платах и негативах печатных плат.

Известно устройство для считывания графической информации, содержащее планшет, выполненный в виде двух платформ

Х и У, перемещаемых щаговыми двигателями по направляющим во взаимно перпендикулярных направлениях, неподвижный проекционный экран, смонтированный над платформами, датчики положения, соединеннь|е с преобразователями сигналов датчиков в цифровой код (1).

В этом устройстве наведение на точку, координаты которой должны быть считаны, производится оператором по увеличенному изображени:о окрестности кодируемой точки. Выход в окрестность точки осуществляется перемещением платформ.

Недостатки такого устройства заключаются в возможности появления грубых субъективных ошибок, вносимых оператором при навсдении на точку, и в зависимости длительности измерения от тренированности и быстроты реакции оператора.

Известны устройства для автоматического считывания координат плоских изображений путем развертывающего сканирования изображения световым лучом и реги5 страции изменения отраженного илн проходящего света в точках изменения контрастности изображения (2).

Это устройство также содержит две переметцасмые относительно развертываю1р щего светового луча платформы, приемник света и блок отсчета с двумя датчиками, преобразователями перемещений и ревсрсивными счетчиками.

1(недостаткам устройства относится нс15 обходимость двукратного сканирования по взаимно ортогональным осям в целях исключения неопределенности, возникающей прп совпадении направления сканирования с направлением линии изображения, и необходимость обработки получаемой информации на ЗВМ для се интерпретации.

Наиболсе близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство (3), содержащее планшет, механически связанный с щаговыми двигателями, датчики положет!ия, под! люченные к входам блока формирования квадранта перемещения, каналы преобразования, каждый из которых содержит реверсив30 ный счетчик, входы управления и счетный

670943 вход которого подключены к управляющим и импульсному выходам блока формирования квадранта перемещения, блок управления приводом, выход которого соединен с соответствующим шаговым двигателем, и блок обмена информацией (блок вывода на перфоленту).

Распознавание кодируемых элементов чертежа и установка в необходимую точку осуществляются оператором при помощи оптического экрана, а кодирование проводится с автоматическим округлением величины приращения координат до величины, кратной шагу сетки точной бумаги, на ко 10p,ю нанесен чертеж. Если элемент чертежа не лежит в узле сетки, оператор вручную набирает на клавиатуре величину поправки координат.

Недостатками данного устройства являются зависимость скорости измерения от оператора и возможность появления грубых субъективных ошибок, вносимых оператором, особенно при считывании насыщенных чертежей.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит блок определения положсния планшета, выполненный в виде оптически связанных источника света и фотоприемника, расположенных по обе стороны от планшета, блоки определения середины отрезка, дополнительные реверсивные счетчики, сумматоры и логический блок. Вход логического блока подключен к выходу фотоприемника, а выходы — к одним из входов блока обмена информацией и блоков определения середины отрезка, другие входы которых соединены с импульсным выходом соответствующего блока формирования квадранта перемещения, а выходы— со счетными входами дополнительных реверсивных счетчиков, установочные входы которых подключены к разрядным выходам реверсивных счетчиков каналов преобразования и через сумматоры к входам блоков управления приводом. Разрядные выходы дополнительных счетчиков соединены с входами сумматоров, подключенных соответственно к блоку обмена информацией.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства. Фиг. 2 поясняет процесс нахождения центра круглого элемента на фотошаблоне.

Измерительный стол 1 имеет планшет 2, на котором устанавливается измеряемый объект. Планшет 2 снабжен кодовыми винтами Х и У, соединенными с шаговыми двигателями 3. Планшет 2 измерительного стола 1 соединен с датчиками 4 положения, расположенными по каждой оси перемещения. На станине измерительного стола 1 установлены источник 5 света и фотоприемник 6, выполненный на базе фоточувст5

65 вительного элемента, например ФЭУ, и соединенный с логическим блоком 7; обмотки возбуждения шаговых двигателей 3 связаны с блоком 8 управления приводом.

Выходы датчиков 4 положения подключены к входам блока 9 формирования квадранта перемещения. Выход блока 9 формирования квадранта персмещения соединен со счетным входом реверсивного счетчика 10 н через блок 11 определения середины отрезка со счетным входом дополнительного реверсивного счетчика 12.

Выходы управления направлением счета (+) и (— ) блока 9 формирования квадранта перемещения соединены с соответствующими управляющими входами (+) (— ) направления счета реверсивного счетчика 10 и дополнительного реверсивного счетчика 12, выходы «0» и «1» реверсивного счетчика 10 — с одной стороны с входами сумматора 13, а с другой стороны— с входами установки «0» и «1» дополнительного реверсивного счетчика 12. Выходы «1» дополнительного реверсивного счетчика 12 подключены к вторым входам сумматора 13 и к блоку 14 обмена информацией.

Третья группа входов сумматора 13 соединена с регистром координата Х, находящимся в блоке 14 обмена информацией, выходы сумматора 13 — с соответствующими входами блока 8 управления приводом.

Управляющие входы блока 11 определения середины отрезка соединены с логическим блоком 7, под контролем которого осуществляется передача информации между различными частями устройства. Чтобы не загромождать схему, часть связей на чертеже не приведена.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый объект (чертеж, фотошаблон печатной платы, маска микросхемы, печатные платы и т. д.) крепится на планшете 2. Перед началом процесса считывания координат производятся совмещение осей координат измеряемого объекта и планшета 2, а также фиксация начала отсчета. После этого реверсивные счетчики 10 и 12 устанавливаются в исходное состояние.

Перечисленные объекты измерения обладают одним общим свойством. Они представляют собой комбинацию распределенных по площади прозрачных и непрозрачных участков. Например, на прозрачном основании нанесены непрозрачные линии или фигуры (фотошаблоны) и, наоборот, на непрозрачном основании имеются прозрачные линии или фигуры (отверстия в печатных платах, масках микросхем и т. д.) .

Источник 5 света формирует параллельный пучок света с малым диаметром сечЕ670943

5 ния. Световой луч падает перпендикулярно на поверхность обмеряемого объекта. За плоскостью обмеряемого объекта непосредственно против источника 5 света размещается фотоприемник 6, реагирующий на изменение яркости светового луча. При перемещении планшета 2 в том или ином направлении световой луч (источник 5 света неподвижен) прочерчивает на поверхности обмеряемого объекта некоторую траекторию. При этом он пересекает прозрачные и непрозрачные участки объекта. Поскольку диаметр сечения светового луча выбирается меньше минимальной толщины, то в процессе пеоемещения планшета изменяется освещение фотоприемника 6, а следовательно, и уровень выходного сигнала последнего от некоторого максимального (по абсолютной величине) значения на прозрачном участке до некоторого минимального значения на непрозрачном участке.

Так как положение планшета 2 в любой момент времени известно, то оно может быть зафиксировано и в момент изменения уровня освещенности приемника, т. е. могут быть зафиксированы координаты точки пересечения траектории светового луча с любой линией или контуром фигуры.

Предлагаемое устройство может работать в нескольких режимах: считывание координат отверстий печатных плат по образцу или фотошаблону, обмер масок или фотошаблонов микросхем по заданной программе, измерение плоских геометрических объектов методом сканирования и т. д. Наиболее полно отличительные особенности предлагаемого устройства проявляются при реализации режима измерения координат отверстий печатных плат по заданной программе.

В исходном состоянии планшет 2 измсрительного стола 1 устройства устанавливается в начале отсчета, реверсивные счетчики 10 и 12 и регистры координат в блоке

14 обмена информацией устанавливаются в исходное состояние «О». счетный и становочные входы блока 12 открыты, входы фотоприемника 6 и логического блока 7 заблокированы.

Из блока 14 обмена инфо мацией заносятся координаты О1 и У„центра очерсдного считываемого отверстия, заданныс на черте>ке копструктооа (ввод исходной информации может производиться как с промежуточного носителя: перфоленты, магнитной ленты, так и непосредственно из

ЭВМ с помощью канала связи). Коды заданных координат центра измеряемого отверстия хранятся в течение всего времени обоаботки данного отверстия.

Из блока 14 обмена информацией коды координат измеряемого отверстия поступают на входы соответствующих сумматоров

13 и являются одним из слагаемых. Роль второго слагаемого выполняет код текущс50

65. только сумма станет равной нулю. блок 8 управления приводом выключает шаговые двигатели 3. В результате световой луч оказывастся внутри измеряемого отверстия, например, как показано на фиг. 2. Очевидно, ITo положение луча по отношению к истинному центру отвсрс-.ия произвольно, потому что факторы, определяющие истиннос положение центра отверстия, носят случайньш характер.

После выхода светового луча i3 заданную точку обмеряемого объекта управление перемсщением планшета 2 передается специальной программе логического блока 7.

Первой командой логического блока 7 блокируется связь блока 8 управления приводом с сумматорами 13 и разблокируется вход фотоприемника 6. По второй команде блок 8 управления приводом по координате Х включает шаговый двигатель Х (3) го поло>кения планшета, снимаемый с реверсивных счетчиков 10 координат Х и Y.

Таким образом, на информационных выходах сумматоров 13 появляются коды алге5 браической суммы заданного н текущего положения планшета 2. Одновременно сумматором 13 определяется знак рсзультата алгебраического сложения.

Результат сложения и знак суммы посту1о пают в блок 8 управления приводом перемещения планшета 2. Прп рсзультатс сложения, отличном от нуля, блок 8 управления приводом включает шаговые двигатели . 3. Направление перемещения определяется

15 знаком суммы и выбирaåòñÿ таким образом, чтобы точка объекта с заданными координатами совместилась с точкой пересечения световым лучом поверхности измеряемого объекта.

В более общем случае величина рассогласования между тек, щпм и заданным положением планшета может служить для задания скорости перемещения. Поскольку планшст 2 связан с датчиками 4 положения, то последними с помощью блока 9 формирования квадранта перемещения в процессе движения планшета 2 формируется импульсный (унитарный) код перемещения, который с соответствующим знаком, формнр .емым в виде потенциалов на выходах (+) и (— ) тем же блоком 9, регистрируется в реверсивных счетчиках Х и Y: основном 10 и дополнительном 12. Поскольку логический блок 7 разрешает прямую передачу с блока 10 на блок 12, т< состояние реверсивного счетчика 10 навязывается дополнительному реверсивному счетчику 12, тем самым исключается рассогласование двух параллельно работаю4О щих счетчиков, По мере перемещения планшета 2 код, хранящийся в счетчиках 10 и 12, приближается к коду заданной координаты, следовательно, алгебраическая сумма на выходе сумматора 13 стремится к нулю. Как

670943

7 так, чтобы платформа перемещалась в направлении то тки а (фиг. 2). Как только световой луч пересечет границу отверстия в точке а, изменится уровень сигнала на выходе фотоприемника 6, что фиксируется логическим блоком 7. Блок 7 выдает очередную команду, по которой блок 8 управления приводом по координате Х останавливает двигатель Х (3). Одновременно по команде логического блока 7 прекращается передача импульсов с выхода блока 9 на счетный вход счетчика 12, блок 11 переводится в режим деления на 2, а прямаясвязь между блоками 10 и 12 заблокируется. Последующей командой блок 8 управления приводом по координате Х снова включает двигатель Х (3), изменив знак перемещения на противоположный так, что планшет 2 перемещается в направлении точки а. При этом в счетчике 10 продолжает регистрироваться текущее положение планшета 2, т. е. когда световой луч пересечет границу отверстия в точке в и блок 8 управления приводом по координате Х по очередной команде логического блока 7 остановит двигатель Х, в счетчике

10 будст храниться координата точки в. В то же время в дополнительном счетчике 12 будет регистрироваться только т/2 пройденного отрезка пути, так как код перемещения поступает в данном случае на вход дополнительного счетчика 12 с коэффициентом деления 2, следовательно, по достижении точки в в счетчике 12 координат хранится код координаты точки, определяемой выражением

Х + ад =Л2 где Մ— координата Х точки а;

4т, — длина отрезка, ограниченного точками а и b.

Таким образом, в счетчике 12 координат получен код координаты Хо истинного центра отверстия О.

Затем логический блок 7 снимает блокировку связи блока 8 управления приводом двигателя 3 с сумматором 13 и разрешает доступ иа вход схемы суммирования сумматора 13 кода состояния дополшттельиого счетчика Х (12) и заблокирует входы, связывающие сумматор 13 с регистром uîîðдииатьт Х в б loK0 14 обмена информацией.

При этом иа своих выходах схема выдаст разность между значением координаты истинного центра отверстия Хо и кодом текущего положения планшета Хт,. Устройство отрабатывает указанную разность и перемещается в точку с координатой Хтт, а затем приступает к измеренито координаты

Уо истинного центра отверстия, которое осуществляется аналогично описанному для координаты Х.

После считывания координаты центра отверстия по команде логического блока 7

8 состояние дополнительных счетчиков 12 считывается в блок 14 обмена информацией, с помощью которого координаты истинного центра отверстия либо записываются на промежуточный носитель, либо передаются непосредственно в ЭВМ. Заключительной командой цикла логичсский блок

7 переводит блоки устройства в исходное состояние, после чего оно готово к обработке следующего отверстия.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает автоматизацию ряда технологических работ, в частности аттестацию фотошаблонов, печатных плат и масок гибридных микросхем, подготовку перфолент для сверлильного станка с программным управлением, позволяет повысить то тность измерений и полностьто исключить грубые ошибки оператора.

Формула изобретения

Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет, механически связанный с щаговыми двигателями, датчики положения, подключенные к входам блока формирования квадранта перемещения, каналы преобразования, каждый из которых содержит реверсивный счетчик, входы управления и счетный вход которого подключены к управляющим и импульсному выходам блока формирования квадранта перемещения, блок управления приводом, выход которого соединен с соответствующим шаговым двигателем, и блок обмена информацией, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит блок определения положения планшета, выполненный в виде оптически связанных источника света и фотоприемника, расположенных по обс стороны от планшета, блоки определения середины отрезка, дополнительные реверсивные счетчики, с .мматоры и логический блок, вход которого подключен к выходу фотоприемника, а выходы — к одним из входов блока обмена информацией и блот.ов определения серсдттттт,т отрезка, другие входы которых соединены с ттмпульсньтм выходом гоотвстгтвутощего блока формирования квадранта петзехтещеттия, а выходтт — со стеттттттти входами дополтштельиых рс версивиых счет шков, установочные входы которых подключены к разрядным выходам реверсивных счетчиков каналов преобттазования и через сумматоры к входам блоков управления приводом, разрядные выходы дополнительных счетчиков соединены с входами сумматоров, подключенных соответственно к блоку обмена информацией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Г

l. Ashlev F. R., Murphy Е. В., Savard Н. J.

А computer-controlled coordinate-measuring

mashine. «The Hell System Technical Jourпа1», 49, № 9, 1970, р. 2193.

2. Федотов О. П. Обработка снимков с пузырьковых камер на устройствах растрового разложения. — В сб. Материалы

670943

II симпозиума по ядерной радиоэлектронике. Дубна, 1964, ОИЯИ, с. 85.

3. Лвторское . свидетельство СССР

¹ 319844, кл. G 01С 11/26, 1970.

670943

Фиг. 2

Составитель В. Киселев

Корректоры: О. Данишева и Л. Брахнина

Редактор И. Грузова

Техред А. Камышникова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1310/17 Изд. Мо 388 Тираж 779 Подписное

ЦНИИПИ НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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