Устройство для считывания графической информации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Соцмалмстмческих

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 020779 (21) 2790817/18-24 (53) М. Кл.

G 06 К 11/00 с присоединением заявкм М?—

Государствеииый комитет

С С С Р ио делам изобретеиий и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 30.1081. Бюллетень Н9 40 (53) УДК 681.327. . 12 (088. 8) Дата опубликования описания 30.1081 (72) Автор . мзобретеммя

Э.К. Скворцов

Специальное конструкторское бюро научного приборостроения

Сибирского отделения AH СССР (7 3 ) За яв итель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике, в частности к устройствам ввода графической информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ).

Известны ультразвуковые устройства для считывания графической информации, содержащие планшет и генератор опорных импульсов, подключенный через последовательно соединенные делитель частоты, усилитель, ви» эир-излучатель, точечные приемники сигналов и усилители со входами вычитателей частот, к которым последовательно подключены групповой счетчик, вычислитель координат и блок вывода кодов (lj.

Недостатками известных устройств являются возможность сбоя от акустических шумов на входах приемников сигналов ввиду отсутствия контроля результатов считывания, а также нестабильность результатов считыва-. ния по точности из-эа колебаний скорости ультразвука в воздухе и вследствие интерференции прямых и отраженных сигналов, обусловленной непрерывной работой излучателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому т ническому решению является известное устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним иэ

1О входов вычитателя частот, счетчик, блок управления, вычислитель координат К последовательно соединенные узел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты (2).

Недостатком этого устройства является низкая точность кодирования из-за интерференции пряьых и отраженных сигналов, обусловленной непрерывной работой излучателя, вычитателей частот и счетчика. Кроме того, иэ-эа ийтерференции прямых и отраженных сигналов возможен срыв слежения за фазой излучаемого сигнала при положении визира-излучателя вблизи края планшета, когда расстояние от излучателя до посторонних объектов больше расстояния до приемника сиг30 нала. При этом необходимо прерывать

877584 формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним из входов вычитателя частот, счетчик, блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенные узел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, введены блок синхронизации, интегратор, преобразователь кодфаза, узел сравнения кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом прерывателя сигнала и с одним из выходов делителя частоты, выход прерывателя сигнала соединен со входом усилителя, а управляющий вход — с одним из выходов дополнительного делителя частоты, другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнения кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним иэ входов преобразователя код-фаза, другой вход которого подклю чен к выходу генератора опорных импульсов, а выход - к другому входу вычитателя частот, выход которого соединен с соответствующим входом блока синхронизации, выход которого соединен через первый ключ с одними из входов счетчика и интегратора, второй выход которого подключен ко входу вычислителя координат, а другой вход — к выходу второго .ключа, один из входов которого соединен с .выходом счетчика, а другой вход и один из входов первого ключа - с выходом узла сравнения кодов, причем управляющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислителя координат, второго ключа и блока синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управления, вход ко25

55

65 считывание информации и устанавливать начальные коды в счетчике и вычислителе координат. Наконец, дополнительный контрольный излучатель и контрольный приемник сигнала усложняют конструкцию, схему и настройку устройства, не гарантируя при этом полную компенсацию-колебаний скорости ультразвука в воздухе, так как например, температура воздуха в зоне контрольного канала может отличаться от температуры над рабочим полем планшета из-.за изоляции этих двух частей устройства друг от друга, необходимой при непрерывной работе излучателей.

Цель изобретения - повышение точ- IS ности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечны- ;у ми приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилителиторого подключен к другому выходу делителя частоты.

Кроме того, указанная цель достигается в устройстве тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнительному выходу узла контроля, а выход - к управляющему входу генератора опорных импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема двумерного варианта устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы его сЧетчика и интегратора1 на фиг. 3 — расположение приемников сигналов и излучателя в трехмерном варианте устройства.

Устройство в двумерном варианте (фиг. 1) содержит планшет 1, свободно перемещаемый визир-излучатель 2 и связанные с ним через воздушную среду три точечных приемника 3 сигналов. Расстояние между соседними приемниками 3, фиксированными на планшете 1 на прямой линии, равноЦ2.

С выходом генератора 4 опорных импульсов последовательно соединены делитель 5 частоты, прерыватель 6 (излучаемого) сигнала, усилитель 7 (излучателя) и визир-излучатель 2, причем управляющий вход прерывателя 6 подключен через делитель 8 частоты к выходу делителя 5. Выходы приемников 3 через усилители-формирователи 9 и коммутатор 10 соединены с одним из двух входов,вычитателя 11 частот. Выход вычитателя 11 соединен с другим его входом через последовательно включенные блок 12 синхронизация, ключ 13, сумматор 14, регистр 15, ключ 16., сумматор 17, регистр 18 сдвига и соединенный с промежуточным выходом регистра 18 сдвига преобразователь 19 код-фаза . При этом счетный вход преобразователя 19 подключен к выходу генератора 4, между выходом и другим входом сумматора 14 включен регистр

15 счетчика, а другие входы сумматора 17 соединены с конечным выходом регистра 18 сдвига и с выходом ключа 13 ° Входы узла 20 сравнения кодов подключены к делителю 8 и к промежуточному выходу регистра 18 сдвига, а выход — к управляющим входам ключей 13 и 16. С выходом регистра 18 сдвига интегратора соединены последовательно вычислитель 21 координат, узел 22 контроля и блок 23 вывода информации. Вход блока 24 управления подключен к делителю 5, а его выходы соединены с коммутатором 10, блоком

12 синхронизации, регистром 15, ключом 16, регистром 18 сдвига, вычислителем 21 и блоком 23. Управляющий вход генератора 4 подключен к другому выходу узла 22 через детектор

25 знака ошибки. Сумматор 14 и регистр 15 образуют счетчик 26, а

877584 сумматор 17 и регистр 18 — интегра- вижны. При этом частоты сигналов на то ор 27. выходах приемником получают допплеУстройство работает-следующим об- ровские сдвиги. Разностные (допплеразом. ровские) частоты, представляющие

Объект кодирования — чертеж, гра- скорости V излучателя относительно

Щ фик или объемную модель (не показа- приемников, и интегралы от ннх, но) - крепят на планшете 1. При вклю- представляющие расстояния 0 /m

TYl чении устройства запускается генера- = 1,2,3 (номер приемника) от излутор 4, сигналы которого через блок чателя 2 до приемников 3, определя24 управления обеспечивают синхрони- ются в процессе работы кольца, сосзированную работу всех блоков усТрой- 1 тавленного из вычитателя 11, блока ства. Делитель 5 понижает частоту . 12 синхронизации, счетчика 26, вклюсигналов генератора 4 до частоты чающего сумматор 14 и регистр 15, излучения, выбранной с учетом необ- интегратора 27, включающего сумматор ходимой точности и помехозащищеннос- 17 .и регистр 18, и преобразователи ти устройства, а также с учетом 19 .код-фаза . Ключи 13 и 16 вклюусловий излучения сигнала на наибо- 15 чают связи между элементами этого лее выгодной частоте, с точки зрения кольца в рабочие циклы устройства, дальности действия ультразвуковой когда в результате совпадения кода связи между визиром-излучателем 2 сигнала делителя 8, определяющего и приемниками 3. время распространения сигнала от

Сигнал на выходе прерывателя 6, 20 визир-излучателя 2 до m-го приемника .управляемого делителем 8, представ- 3, с кодом расстояния Ил,, поступаюляет собой пакеты импульсов, причем щим из регистра 18, узел 20 вырабачастоты заполнения и повторения па- тывает разрешающий импульс. Три кетов находятся в кратном соотноше- последовательных кода в регистре 15 нии, поскольку делитель 8 подключен 25 и регистре 18 расположены в порядке к выходу делителя 5. период следова- опроса приемников 3. Длина регистра ния пакетов выбран с учетом скорости 15, как и регистра 18, равна mp раэраспространения излучаемого сигнала рядами, где m " "число приемников 3, и размеров планшета. При этом рас- а р — разрядность кода. стояние между соседними пакетами, З0 В начале считывания информации излученными в пространство, примерно оператор помещает визир-излучатель 2 равно максимальному удалению визи- в точку привязки, фиксированную на ра-излучателя 2 от приемника 3 в пре- планшете 1, например точку 01, и делах планшета 1. В этом случае от- устанавливает, используя блок 24, раженные сигналы не оказывают замет- .нулевые значения скоростей (Vm(OI в ного влияния на точность работы уст- З регистре 15 сдвига счетчика 26, наройства. чальные значения расстояний Cm (О) в

Сигнал с выхода усилителя 7 пос- регистре 18 сдвига интегратора 27 тупает на визир-излучатель 2, центр . и начальные значения координат Хр, излучения которого, совпадающий c . У точки привязки в вычислителе 21. острием указателя, оператор совмещает 40 С этого момента осуществляется слежес точками кодируемого объекта. Прием- ние за фазами сигналов, поступающих ники 3 обнаруживают излученные в от приемников 3. пространство пакеты импульсов. Уси-, Процесс слежения за фазами вклюлители-формирователи 9, каждый из чает следующий ряд операций, временкоторых включает линейный усилитель 4 ные соотношения между которыми даны и детектор Муля (не показаны), вы- на фиг. 2. дают во время прихода пакета импуль- Периодически поочередно, каждый сов сигналы в виде меандра. От инер- цикл работы устройства, соответствуюционности цепи; усилитель иэлучате- щий циклу коммутатора 10, с помощью ля - излучатель — передающая среда - . 0 преобразователя 19, на счетный вход приемник — усилитель-формирователь которого поступают импульсы от генезависит число импульсов в пакете, ратора 4, восстанавливаются фазы сигкоторое выбрано для опытного ультра- налов из и младших разрядов кодов звукового устройства равным 16-ти. m(i) (фиг. 2, 4 ). Эти коды формиКоммутатор 10 по сигналам блока руются с нулевого по 1-й цикл, поэ24 периодически поочередно подклю- тому и соответствующие им фазы отночает выходы усилителей-формировате- сятся к i-му циклу: Чщ,„(1) (фиг.2,б). лей 9 к вычитанию 11. Время подклю- Частота восстановленного сигнала. чения каждого канала должно быть равна частоте излучаемого сигнала. не менее одного периода излучаемого Одновременно с восстановлением сигнала. В рассматриваемом устрой- Щ фазы из кода периодически поочередстве это время равно двум периодам но сравниваются фазы Ч„„„(1) с фазами излучаемого сигнала. (1+1) сигналов от соответствующих

В основе работы устройства лежит .прйемников 3 (фиг. 2,ь). Сигналы от явпение Допплера: излучатель дви- приемников 3, поступающие через комжется, а приемники сигналов непод« Я мутатор 10, относятся уже к i+1-му

877584

50

d0 циклу работы устройства. Сравнение

i-го (задержанного) и 1+1-го (текущего) сигналов происходит на вычитателе 11, по состоянию которого (1 или 0 ) после истечения времени опроса m-го приемника 3,. блок 12 синхронизации, управляемый блоком 24 управления, формирует сигнал И„„(1+1)У равный +1 . или -1 (фиг. 2, ), представляющий ускорение визир-излучателя 2 относительно m-го приемника .(в последовательном коде).

Ускорения W (i+1) интегрируются счетчиком 26, причем перед сложением последовательных кодов в регистре 15 будет код скорости Ч,„(1) (фиг. 2,b), а после сложения — код скорости

Ч,„(1+1) (фиг. 2,е ) .

Скорости Ч„,(1+1) интегрируются интегратором 27.. Последовательные коды в регистре 18 сдвига интегратора 0 (i) до суммирования их с величинами V (i+1) показаны на фиг. 2,м, а после суммирования на фиг. 2,З. Одновременно интегратор суммирует ускорения М„,(1+1), что практически не оказывает влияния на величину 6 (1+1) (интеграл от ускорений после остановки излучателя равен нулю), но необходимо для устойчивости вычислительного процесса.

Операции интегрирования выполняются только в рабочие циклы, когда пакет иэлученных импульсов достигает

m-го приемника 3, т.е. когда сигнал с выхода коммутатора 10 несет достоверную информацию о фазе. Это, в частности, выпслняется после установки расстояний Вщ (О) в регистре

18 сдвига при положении излучателя

2 в точке привязки, т ° е. в нулевом цикле. Для сравнения фаэ используется один период из пакета импульсов.

В процессе определения расстояний <„ 8@, Sg, вычислитель 21 рассчитывает координаты точки.

Одновременно с расчетом координат

Х,У вычислитель 21 определяет контрольную сумму Е, которая, при правильной работе устройства, дОлжна быть меньше наперед заданного минимального порога, например, 1/16 мм.

Величину Е непрерывно проверяет узел 22. Если допускается погрешность в определении хотя бы одного иэ трех расстояний В„, В ., ВЗ, величина которой равна одной длине волны (равной, например,, 8 мм) или более (на меньшую величйну устройство ошибиться не может, поскольку в нем реализован принцип слежения за фазой), то Е наверняка превышает наперед заданный порог и узел 22 не пропускает коды координат Х и У в блок 23. Одновременно включается световая или звуковая сигнализация, указывающая на необходимость устранения сбоя путем установки начальных 6 кодов при положении визира в точке привязки.

В отличие от известного .Устройства, узел 22 не только блокирует выдачу кодов при сбое, но и позволяет сохранять постоянной длину волны излучаемого сигнала.

Введение детектора 25 и связи между узлом 22 и генератором 4 через детектор 25 позволяет значительно упростить устройство ввиду исключения дополнительного излучателя и дополнительного приемника сигнала с усилителем. При этом также повышается точность контроля длины волны, а, следовательно, и точность работы устройства, так как одни и те же расстояния 8„, 62 используются и для вычисления координат Х и У, и, вместе с 83, для контроля длины волны.

Рассмотренный режим работы узла

22 и генератора 4 обеспечивает защиту кодов координат, как от ошибок оператора (например, оператор блокировал сигнал. рукой или снял визир-излучатель с рабочего поля планшета) так

I и от сбоев во всех блоках устройства, эа исключением блока 23 Одновременно полностью исключается влияние среды (температур, давления и влажности воздуха).

Блок 23 интегрирует по времени поступающего в него коды координат, что необходимо для повышения точности считывания информации, затем по сигналам блока 24, включающего пульт оператора, выдает коды координат на перфоратор или в ЭВМ (не показаны), преобразуя коды из последовательных в параллельно-последовательные.

Сигнал от блока 24, поступающий на второй управляющий вход ключа 16, выключает его на период усреднения (интегрирования) кодов X и, У в блоке

23, предшествующий, выдаче кодов на перфоратор или в ЭВИ. Это позволяет снизить ошибку вычисления фазы, когда не требуется большого быстродействия.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства доСтигается в результате использования всей совокупности новых признаков: тех, .которые осуществляют прерывистый режим работы и тем самым устраняют интерференцию прямых и отраженных сигналов, и тех, которые позволяют практически осуществить прерывистый режим за счет увеличения быстродействия при кодировании перемещений.

В свою очередь прерывистый режим работы устройства позволяет повысить помехозащищенность новой схемы, отсле-. живающей фазы. В предлагаемом устройстве фаза отслеживается не по одному пакету излученных импульсов, который может совпасть с импульсом помехи, а по целому ряду пакетов, причем иэ каждого пакета берется лишь один пе877584

10 риод сигнала. В результате такого растяжения во времени процесса формирования кода перемещения визира устройство оказывается защищенным практически от любых возможных в помещении акустических шумов. Даже удары металлического предмета по. стальному планшету вблизи приемника не приводят к сбою устройства.

Отсутствие интерференции прямых и отраженных сигналов, большая допустимая скорость визира и практически полная помехозащищенность устройств взятые вместе, обеспечивают надеж» ное слежение за фазами в точках приема сигналов °

Трехмерный вариант предлагаемого устройства включает двумерный вариант и содержит дополнительно точечный приемник 3 сигнала и усилитель-формирователь 9. Коммутатор 10 имеет дополнительный канал, регистры 15 и 18 сдвига -!О дополнительные разряды, а вычислитеЛь

21 - дополнительные цепи для определения координаты 2 и контрольной суммы Е3.

Расположение приемником 3 в трех- р мерном варианте показано на фиг. 3.

Приемники расположены на пересекающихся перпендикулярных прямых, по два приемника на каждой прямой, причем три приемника удалены от точки. пересечения прямых на расстоянии

И1, а четвертый — на расстояние Ь .

Такое расположение приемников обеспечивает воэможность получения контрольной суммы для обнаружения сбоя . и подстройки частоты генератора.

При сравнении с результатами испытаний устройств, соответствующих схеме прототипа, установлено, что точность устройства повьааена вчетверо. Абсолютная погрешность не пре- 40 вышает 1/16 мм на планшете 400х600 мм.

Устройство устойчиво против акустических шумоВ. Слеженне эа фазой излучаемого сигнала надежно осуществляется как в плоскости планшета, 45 так и при удалении визира-излучателя от него или подъеме на расстояние до 1 м. Визир-излучатель допустимо перемещать co скоростью до 2,м/с.

Формула изобретения

1. Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на нем. точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним иэ входов вычитателя частот,. счетчик, блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенные узел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок синхронизацни, интегратор, преобразователь код-фаза, узел сравнения кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом прерывателя сигнала и-с одним из выходов делителя частоты, выход прерывателя сигнала соединен со входом усилителя, а управляющий вход - с одним из выходов дополнительного делителя частоты, другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнения кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним из входов преобразователя код-фаза, другой вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, а выходк другому входу вычислителя частот,выход которого соединен,с соответствую- щим входом блока синхронизации, выход которого соединен через первый ключ с одними иэ входов счетчика и интегратора, второй выход которого подключен ко входу вычислителя координат, а другой вход — к выходу второго ключа, один из входов которого соединен с выходом счетчика, а другой вход и один из входов первого ключа — с выходом узла сравнения .кодов, причем управляющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислителя координат, второго ключа н блока синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управления, вход которого подключен к другому выходу: делителя частоты.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнйтельному

S0:âûõîäó узла контроля, а выход — к управляющему входу генератора опорных импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 475638 кл. G 06 K 11/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2099464/18-24, кл. G 06 К 11/00, 1973 (прототип).

877584

ВНИИПИ Заказ 9618/75

Тираж 748 Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород,ул.Проектная,4