SU877584A1 - Устройство дл считывани графической информации - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ

J, .

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

Известны ультразвуковые устройства дл  считывани  графической информации , содержащие планшет и генератор опорных импульсов, подключенный через последовательно соединенные делитель частоты, усилитель, виэир-йзлучатель , точечные приемники сигналов и усилители со входами вычитателей частот, к которым последовательно подключены групповой счетчик, вычислитель координат и блок вывода кодов I.

Недостатками известных устройств  вл ютс  возможность сбо  от акустических шумов на входах приемников сигналов ввиду отсутстви  контрол  результатов считывани , а также нестабильность результатов считываг НИН по точности из-за колебаний скорости ультразвука в воздухе и вследствие интерференции пр мых и отрс1женных сигналов, обусловленной непрерывной работой излучател .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому т сническоИНФОРМАЦИИ

му решению  вл етс  известное устройство дл  считывани  графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним из входов вычитател  частот, счетчик,

10 блок управлени , вычислитель координат к последовательно соединенные узел контрол  и блок вывода информации , визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных пульсов, соединенный с делителем частоты 2.

Недостатком зтого устройства  вл етс  низка  точность- кодировани  из-за интерференции пр мых и отра20 женных сигналов, обусловленной непрерывной работой лзлучател , вычитателей частот и счетчика. Кроме того, из-за интерференции пр мых и отраженных сигналов возможен срыв слежени 

25 за фазой излучаемого сигнала при положении визира-излучател  вблизи кра  планшета, когда рассто ние от излучател  до посторонних объектов больше рассто ни  до приемника сигнала. При этом необходимо прерывать

считывание информации и устанавливать начальные коды в счетчике и вычислителе координат. Наконец, дополнительный контрольный излучатель и контрольный приемник сигнала усложн ют конструкцию, схему и настройку устройства, не гарантиру  при этом полную компенсацию колебаний скорости ультразвука в воздухе, так как например, температура воздуха в зоне контрольного канала может отличатьс  от температуры над рабочим полемпланшета изтза изол ции зтих двух частей устройства друг от друга , необходимой при непре|рывной работе излучателей.

Цель изобретени  - повышение точности устройства.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  считывани  графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилителиформирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним из входов вычитател  Частот, счетчик, блок управлени , вычислитель координат и последовательно соединенные узел контрол  и блок вывода информации , визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов , соединенный с делителем частоты, введены блок синхронизации, интегратор, преобразователь кодфаза , узел сравнени  кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом прерывател  сигнала и с одним из выходов делител  частоты, выход прерывател  сигнала соединен со входом усилител , а управл ющий вход - с одним из выходов дополнительного делител  частоты другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнени  кодов , другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним из входов преобразовател  код-фаза , другой вход которого подключен к .выходу генератора опорных импульсов , а выход - к другому входу вычитател  частот, выход которого соединен с соответствующим входом блока синхронизации, выход которого соединен через первый ключ с одними из входов счетчика и интегратора, йторой выход которого подключен ко входу вычислител  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 сравнени  кодов, причем управл ющие входы коммутатора, счетчика , интегратора, вычислител  координат , второго ключа и блдка синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управлени , вход которого подключен к другому выходу .делител  частоты.

Кроме того, указанна  цель достигаетс  в устройстве тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнительному выходу узла контрол , а выход - к управл ющему входу генератора опорных импульсов.

На фиг. 1 представлена структурна схема двумерного варианта устройства на фиг. 2 - временна  диаграмма работы его счетчика и интегратора; на фиг. 3 - расположение приемников сигналов и излучател  в трехмерном варианте устройства.

Устройство в двумерном варианте (фиг. 1) содержит планшет 1, свободно перемещаемый визир-излучатель 2 и св занные с ним через воздушную Среду три точечных приемника 3 сигналов . Рассто ние между соседними приемниками 3, фиксированными на планшете 1 на пр мой линии, рпвно1/1. С выходом генератора 4 опорных импульсов последовательно соединены делитель 5 частоты, прерыватель 6 (излучаемого) сигнала, усилитель 7 (излучател ) и визир-излучатель 2, причем управл ющий вход прерывател  6 подключен через делитель 8 частоты к выходу делител  5. Выходы приемников 3 через усилители-формирователи 9 и коммутатор 10 соединены с одним из двух входов .вычитател  11 частот. Выход вычитател  11 соединен с другим его входом через последовательно включенные блок 12 синхронизации, 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 преобразовател  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 сравнени  кодов подключены к делителю 8 и к промежуточному выходу регистра 18 сдвига, а выход - к управл ющим входам ключей 13 и 16. С выходом регистра 18 сдвига интегратора соединены последовательно вычислитель 21 координат, узел 22 контрол  и блок 23 вывода информации. Вход блока 24 управлени  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. Управл ющий вход генератора 4 подключен к другому выходу узла 22 через детекто 25 знака ошибки. Сумматор 14 и регистр 15 образуют счетчик 26, а сумматор 17 и регистр 18 - интегратор 27. .. Устройство работает следующим об разом. Объект кодировани  - чертеж, гра фик или объемную модель (не показано ) - креп т на планшете 1. При вкл чении устройства запускаетс  генера тор 4, сигналы которого через блок 24 управлени  обеспечивают синхрони зированную работу всех блоков yctpo ства. Делитель 5 понижает частоту сигналов генератора 4 до частоты излучени , выбранной с учетом необходимой точности и помехозащищеннос ти устройства, а также с учетом условий излучени  сигнала на наиболее выгодной частоте, с точки зрени дальности действи  ультразвуковой св зи между визиром-излучателем 2 и приемниками 3. Сигнал на выходе прерывател  6, управл емого Делителем 8, представл ет собой пакеты 1 мпульсов, причем частоты заполнени  и повторени  пакетов наход тс  в кратном соотношении , поскольку делитель 8 подключен к быходу делител  5. Период следова ни  пакетов выбран с учетом скорост распространени  излучаемого сигнала и размеров планшета. При этом рассто ние между соседними пакетами, излученными в пространство, примерн равно максимальному удалению визира-излучател  2 от приемника 3 в пр делах планшета 1. В этом случае Отраженные сигналы не оказывают замет ного вли ни  на точность работы уст ройства. Сигнал с выхода усилител  7 поступает на визир-излучатель 2, центр излучени  которого, совпадающий с острием указател , оператор совмещае с точками кодируемого объекта. Прием ники 3 обнаруживают излученные в пространство пакеты импульсов. Усилители-формирователи 9, каждый из которых включает линейный усилитель и детектор л  (не показаны), выдают во врем  прихода пакета импульсов сигналы в виде меандра. От инерционности цепи: усилитель излучател  - излучатель - передающа  среда приемник - усилитель-формирователь зависит число импульсов в пакете, которое выбрано дл  опытного ультразвукового устройства равным 16-ти. Коммутатор 10 по сигналам блока 24 периодически поочередно подключает выходы усилителей-формирователей , 9 к вычитанию 11. Врем  подключени  каждого канала должно быть не менее одного периода излучаемого сигнала. В рассматриваемом устройстве это врем  равно двум периодам излучаемого сигнала. В основе работы устройства лежит  вление Допплера: излучатель движетс , а приемники сигналов неподвижны . При этом частоты сигналов на выходах приемником получают допплеровские сдвиги. Разностные (допплеровские ) частоты, представл ющие скорости V излучател  относительно приемников, и интегралы от них, представл ющие рассто ни  г, /т 1, 2, 3 (номер приемника) от излучател  2 до приемников 3, определ ютс  в процессе работы кольца, составленного из вычитател  11, блока 12 синхронизации, счетчика 26, включающего сумматор 14 и регистр 15, интегратора 27, включающего сумматор 17 и регистр 18, и преобразователи 19 код-фаза. Ключи 13 и 16 включают св зи между элементами этого кольца в рабочие циклы устройства, когда в результате совпадени  кода сигнала делител  8, определ ющего врем  распррстранени  сигнала от визир-излучател  2 до т-го приемника 3, с кодом рассто ни  tn поступающим из регистра 18, узел 20 вырабатывает разрешающий импульс. Три последовательных кода в регистре 15 и регистре 18 расположены в пор дке опроса приемников 3. Длина регистра 15, как и регистра 18, равна тр разр дами , где m - число приемников 3, ар- разр дность кода. В начале считывани  информации оператор помещает визир-излучатель 2 в точку прив зки, фиксированную на планшете 1, например точку 01, и устанавливает, использу  блок 24, нулевые значени  скоростей (V(n(0) в регистре 15 сдвига счетчика 26, начальные значени  рассто ний (0) в регистре 18 сдвига интегратора 27 и начальные значени  координат XQ, Уд точки прив зки в вычислителе 21. С этого момента осуществл етс  слежение за фазами сигналов, поступающих от приемников 3. Процесс слежени  за фазами включает следующий р д операций, временные соотношени  между которыми даны на фиг. 2. Периодически поочередно, каждый цикл работы устройства, соответствующий циклу коммутатора 10, с помощью преобразовател  19, на счетный вход которого поступают импульсы от генератора 4, восстанавливаютс  фазы сигналов из п младших разр дов кодов e(i) (фиг. 2,с( ). Эти коды формируютс  с нулевого по 1-й цикл, поэтому и соответствующие им фазы относ тс  к i-му циклу: ) (фиг.2,6). Частота восстановленного сигнала равна частоте излучаемого сигнала. Одновременно с восстановлением фазы из кода периодически поочередно сравниваютс  фазы Ч(1) с фазами ,,(i+l) сигналов от соответствующих приемников 3 (фиг. 2,6). Сигналы от риемников 3, поступающие через комутатор 10, относ тс  уже к i+1-му

циклу работы устройства. Сравнение i-ro (задержанного) и i+1-го (текущего ) сигналов происходит на вычитателе 11, по состо нию которого (1 или О ) после истечени  времени опроса т-го приемника 3, блок 12 синхронизации, управл емый блоком 24 управлени , формирует сигнал W( 1+1) , равный или (фиг. 2, ), представл ющий ускорение визир-излучател  2 относительно т-го приемника :(в последовательном коде).

Ускорени  Wj(i+l) интегрируютс  счетчиком 26, причем перед сложением последовательных кодов в регистре 15 будет код скорости ) (фиг. 2,д) а после сложени  - код скорости V(i+l) (фиг. 2,е).

Скорости Vyn(i+l) интегрируютс  интегратором 27. Последовательные коды в регистре 18 сдвига интегратора е (i) до суммировани  их с величинами V(i+l) показаны на фиг. 2/«, а после суммировани  на фиг. 2,з. Одновременно интегратор суммирует ускорени  Wn,(i+l) , что практически не оказывает вли ни  на величину C(i+l ( интеграл от ускорений после остановки излучател  равен нулю), но необходимо дл  устойчивости вычислительного процесса.

Операции интегрировани  выполн ютс  только в рабочие циклы, когда пакет излученных импульсов достигает т-го приемника 3, т.е. когда сигнал с выхода KOivDviyTaTopa 10 несет достоверную информацию о фазе. Это, в частности, выполн етс  после установки рассто ний гп (0) в регистре 18 сдвига при положении излучател  2 в точке прив зки, т.е. в нулевом цикле. Дл  сравнени  фаз используетс  один период из пакета импульсов .

В процессе определени  рассто ний 1 г а / ъ г вычислитель 21 рассчитывает координаты точки.

Одновременно с расчетом координат Х,У вычислитель 21 определ ет контрольную сумму Е, котора , при правильной работе устройства, должна быть меньше наперед заданного минимального порога, например, 1/16 мм.

Величину Е непрерывно провер ет узел 22, Если допускаетс  погрешность в определении хот  бы одного из трех рассто ний В , &г , 83, величина которой равна одной длине волны (равной, например,. 8 мм) или более (на меньшую величину устройство ошибитьс  не может, поскольку в нем реализован принцип слежени  за фазой), то Е наверн ка превышает наперед заданный порог и узел 22 не пропускает коды координат X и У в блок 23. Одновременно включаетс  светова  или звукова  сигнализаци , указывающа  на необходимость устранени  сбо  путем установки начальных

кодов при положении визира в точке прив зки.

В отличие от известного устройства , узел 22 не только блокирует выдачу кодов при сбое, но и позвол е сохран ть посто нной длину волны излучаемого сигнала.

Введение детектора 25 и св зи между узлом 22 и генератором 4 через детектор 25 позвол ет значительно упростить устройство ввиду исключеН11Я дополнительного излучател  и дополнительного приемника сигнала с усилителем. При этом также повышаетс  точность контрол  длины волны , а, следовательно, и точность работы устройства, так как одни и те же рассто ни  8.,, e/j используютс  и дл  вычислени  координат X и У, и, вместе с К, дл  контрол  длины волны .

Рассмотренный режим работы узла 22 и генератора 4 обеспечивает защит кодов координат, как от ошибок оператора (например, оператор блокировал сигнал.рукой или сн л визир-излучатель с рабочего пол  планшета), так и от сбоев во всех блоках устройства за исключением блока 23. Одновременно полностью исключаетс  вли ние среды (температур, давлени  и влажности воздуха).

Блок 23 интегрирует по времени поступающего в него коды координат, что необходимо дл  повышени  точност считывани  информации, затем, по сигналам блока 24, включающего пульт оператора, выдает коды координат на перфоратор или в ЭВМ (не показаны), преобразу  коды из последовательных в параллельно-последовательные.

Сигнал от блока 24, поступающий на второй управл ющий вход ключа 16, выключает его на период усреднени  (интегрировани ) кодов X и.У в блоке 23, предшествующий .выдаче кодов на перфоратор или в ЭВМ. позвол ет снизить ошибку вычислени  фазы, когд не требуетс  большого быстродействи 

Цель- изобретени  - повышение точности работы устройства достигаетс  в результате использовани  всей совокупности новых признаков: тех, -которые осуществл ют прерывистый режим работы и тем самым устран ют интерференцию пр мых и отраженных сигналов , и тех, которые позвол ют практически осуществить прерывистый режим за счет увеличени  быстродействи при кодировании перемещений.

Claims (2)

1. В свою очередь прерывистый режим работы устройства позвол;зет повысить помехозащищенность новой схемы, отел живающей фазы. В предлагаемом устройстве фаза отслеживаетс  не по одному пакету излученных импульсов, который может совпасть с импульсом помехи, а по целому р ду пакетов, причем из каждого пакета беретс  лишь один период сигнала. В результате такого раст жени  во времени процесса формировани  кода перемещени  визира устройство оказываетс  защищенным практически от любых возможных в по мещении акустических шумов Даже удары металлического предмета постальному планшету вблизи приемника не привод т к сбою устройства. Отсутствие интерференции пр мых и отраженных сигналов,больша  допус тима  скорость визира и практически полна  помехозащищенность устройств вз тые вместе, обеспечивают надежвое слежение за фазами в точках приема сигналов. Трехмерный вариант предлагаемого устройства включает двумерный вариайт и содержит дополнительно точечный приемник 3 сигнала и усилитель-фор мирователь 9. Коммутатор 10 имеет допо нительный канал,регистры 15 и 18 сдвиг дополнительные разр ды,а вычислитель 21 - дополнительные цепи дл  опреде лени  координаты Z и контрольной су мы E-J. Расположение приемником 3 в трех мерном варианте показано на фиг. 3. Приемники расположены на пересекающихс  перпендикул рных пр мых, по два приемника на каждой пр мой, при чем три приемника удалены от точки пересечени  пр мых на рассто нии L/l, а четвертый - на рассто ние L . Такое расположение приемников обеспечивает возможность получени  конт рольной суммы дл  обнаружени  сбо  и подстройки частоты генератора. При сравнении с результатами испытаний устройств, соответствующих схем прототипа, установлено, что точность устройства повьшена вчетверо . Абсолютна  погрешность не превышает 1/16 мм на планшете 400x600 м Устройство устойчиво против акустических шумов. Слежение за фазой излучаемого сигнала надежно осуществл етс  как в плоскости планшета, так и при удалении визира-излу ател от него или подъеме на рассто ние до 1м. Визир-излучатель допустимо перемещать со скоростью до 2, м/с. Формула изобретени  1. Устройство дл  считывани  графической информации, содержащее планшет с установленными на нем точечными приемниками сигналов, подключенными через соответствующие усилители-формирователи ко входам коммутатора, выход которого соединен с одним из входов вычитател  частот, счетчик, блок управлени , вычислитель координат и последовательно соединенные узел контрол  и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, отличающе.ес   тем, что, с целью повышени  точности устройства, оно содержит блок синхронизации, интегратор, преобразователь код-фаза, узел сравнени  кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом пр ерывател  сигнала и с одним из выходов делител  частоты, выход прерывател  сигнала соединен со входом усилител , а управл ющий вход - с одним из выходов дополнительного делител  частоты, другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнени  кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним из входов преобразовател  код-фаза, другой вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, а выход к другому входу вычислител  частот,выход которого соединен р соответствующим вхсэдом блока синхронизации,выход которого соединен через первый ключ с одними из входов счетчика и интегратора , второй выход которого подключен ко входу вычислител  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 сравнени  кодов, причем управл ющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислител  координат, второго ключа и блока синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управлени , вход которого подключен к другому выходу- делител  частоты. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что оно содержит детектор знака с  ибки, вход которого подключен к дополнительному выходу.узла контрол , а выход - к правл ющему входу генератора опорных импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 475638, кл. G 06 К 11/00, 1972.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2099464/18-24, кл. G 06 К 11/00, 1973 (прототип).

   ua.i