Устройство для считывания графической информации Советский патент 1985 года по МПК G06K11/06 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в электронные вычислительные машины.5

По основному авт.св. № 805368 известно устройство для считывания графической информсщии, содержащее планшет с координатными шинами, выполненными в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевых обмоток с посто- янной высотой и переменной шириной каждой петли в обмотках, геометрические центры прямоугольных обмоток от- дельных групп смещены друг относительно друга по соответствующей координатной оси, причем одни из концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключены к одним из входон фазовых детекторов, выходы которых соединены с входами блоков формирования дискретных и куслчно-аналоговых сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам бло- ков определения координат, а выходы генератора синусоидальных колебаний подключены к съемнику координат и другим входам фазовых детекторов, а каждый из блоков формирования дис- 30 .кратных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязьшающий и парафазный усилители, нуль-органы, многофазный и счетный триггеры и логический элемент ИЛИ, причем входы JS блоков подключены к входам нуль-органов и первым входам одних из ключей, вторые входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы через развязывающий усилитель - 40с первым входом другого ключа, второй вход которого подключен к выходу счетного триггера, а выходы через парафазный усилитель - к одному из выходов блока, другой выход которого сое-45 динен с входом Счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам многофазного триггера, вхо,цы которого соединены с выходами нуль-органов,50 а каждый из блоков определения координат содержит реверсивный счетчик, преобразователь код - напряжение, компаратор знака, сумматор и источник опорного напряжения, выход кото- 5$ рого подключен к первому входу cy maтора, второй вход которого соединен с одним из входов блока и входом компаратора знака,, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с другим входом блока, выход которого подключен к выходу сумматора, третий вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика 03

Недостатком известного устройства является неудобство в работе и малая скорость считывания, так как по время считьшания информации оператору требуется не только наводить съемник на считываемые точки, но и строго выдерживать съемник перпендикулярно к плоскости планшета. В случае образования угла наклона между нормалью планшета и продольной осью съемника меняется расстояние между центром катушки возбуждения съемника и координатными катушками планшета, а также происходит смещение точек перехода выходных сигналов фазовых детекторов через нуль, что приводит к изменению величины кусочно-аналогового сигнала и появлению дополнительных погрешностей считьшания. Поэтому для обеспечения достаточной точности считывания оператор во время считывания информации должен строго выдержавать съемник координат перпендшсулярно планшету, что вызывает большое неудобство в работе.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для считьгаания графической информации содержит разделительные элементы, входы которых соединены с выходами съемника координат и с генератором синусоидальных колебаний, группу сумматоров, одни входы которых подключены к выходам соответствующих блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами соответствующих блоков определения координат, и вторую группу фазочувствительных детекторов, входа которых соединены с соответствующими разделительными элементами и с генератором синусоидальных колебаний, а выходы подключены к другим входам соответствующих сумматоров группы.

Кроме того, блок формирования дискретных и кусочно-аналоговьпс сигналов содержит группу ключей, одни входы которых являются входами блока, другие подключены к соответствующим выходам многофазного триггера, соединенным с входами элемента ИЛИ, а вых ды ключей группы подключены к входам развязьгоающего усилителя, ключ, входы которого соединены с развязывающим усилителем и с выходом счетного триггера, подключенного к выходу элемента ИЛИ, выходы ключа соедаснены с входами парафазного усилителя, и нуль-органы, входы которых являются входами блока, а выходы подключены к соответствующим входам многофазного триггера.

При этом блок определения координат содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока, а третий вход подключен к компаратору, цифроаналоговый преобразователь и сумматор, другой вход которого является третьим входом блока, третий вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход является выходом блока, а съемник координат содержит датчик углового отклонения, выполненный в виде электролитического преобразователя углового отклонения от вертикальной оси.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 расположение трех координатных катущечных групп для определения одной координаты; на фиг, 3 - 5 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит планщет 1, съемник 2 координат, включающий возбуждающую катушку 3 и датчик 4 углового отклонения, выполненный в виде электролитического преобразователя угла отклонения от вертикальной оси, генератор 5 синусоидальных колебаний, первую группу детекторов (фаз о чув ств ительных выпрямителей) 6-11, блоки 12 и 13 формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, блоки 1А и 15 определения координат, разделительные элементы 16 и 17, выполненные в виде трансформаторов, вторую группу фазочувствительных детекторов 18 и 19 и группу сумматоров 20 и 21.

Планшет 1 изготовлен из изоляционного материала, на поверхности которого вырезаны пазы с определенным

шагом, например, равным 1/6 щирины катушки, имеющей 3 прямоугольные п тлевые обмотки по координатам X и У соответственно. Для определения гоJ ризонтальной координаты используются три Труппы обмоток, уложенных в пазы и сдвинутых друг относительно друга на 2/3 ширины катушки. Координатные катушки имеют периодически

o повторяющуюся форму и для увеличения линейности характеристик преобразования выполнены в виде вложенных друг в друга прямоугольных петель (фиг.2). Перпендикулярно к первым уложены

5 другие три группы катушек для определения вертикальной координаты.

На поверхности планшета 1 укладывается тонкий изоляционный лист, на которьш крепится носитель информации. Выходы координатных катушек подключены к входам фазовых детекторов 6-11. Съемник 2 имеет форму карандаша, на оконёчник которого намотана возбуждающая катушка 3, запитываемая током генератора 5 синусоидальных колебаний и предназначенная для возбуждения координатных катушек. Кроме того, на противоположном конце съемника 2 координат крепится датчик сигналов, предназначенный для измерения угла отклонения оси съемника 2 от вертикального направления. Датчик А имеет четыре изолированных друг от друга цилиндрических электрода, установленных по окружности в крышке преобразователя. Герметический корпус преобразователя, образуемый крьшгкой из изоляционного материала и сферическим основанием из проводящего материала, неполностью заполняется электролитом: часть объема занята воздущным пузырьком. При горизонтальном расположении преобразователя пузырек располагается в центре и покрывает около половины площади каждого из четырех электродов . При этом проводимости между основанием корпуса и каждым из электродов одинаковы. При наклоне преобразователя 4 воздушный пузырек смещается от центра, равенство проводимостей нарушается, и на вторичных обмотках трансформаторов 16 и 17 появляются сигналы, пропорциональные углам наклона оси съемника 2 координат от

вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом сигналы на вторичных обмотках трансформаторов 16 и 17 несут информацию не только о величинах углов наклона оси съемника 2 координат от вертикали в двух взаимно перпендикулярйых плоскостях, но и о направлении наклона оси съемника 2 координат в этих пло костях. Генератор 5 синусоидальных колеб ний подключен также к опорным входам фазовых детекторов 6-11, которые . предназна ены для демодулирования наводимой в координатных катушках ЭДС взаимоиндукции и подавления паразитных сигналов извне. Зависимости демодулированных сигналов от переме щения съемника 2 вдоль координаты X и У имеют вид, показанньй на фиг. 3q. Зависимости демодулированных сигналов от перемещения получены за счет того, что группы координатных катушек имеют периодически повторякщуюся форму (фиг. 2). При наклоне оси съемника 2 коорди нат происходит смещение центра возбуждающей катушки 3 в сторону наклона оси съемника 2 в соответствующей плоскости, пропорциональное углу наклона оси съемника 2, что приводит к ошибке преобразования. При этом также происходит смещение зависимостей демодулированных сигналов от перемещения съемника 2 вдоль координаты X и У в зависимости от величины угла наклона оси съемника 2 координат в соответствующей плоскости и от направ ления наклона оси съемника 2 в соответствующей плоскости. Блоки 12 и 13 предназначены для формирования дискретных и кусочноаналоговых сигналов (фиг. Зб) и вьщеления дискретных импульсов в моменты времени, когда демодулированные сигналы фазовьк детекторов 6-11 достигают нулевого уровня (на фиг. За,. Ь показаны сигналы для координаты X). Блоки 12 и 13 содержат группу ключей 22-24, нуль-органы 25-27, многофазный триггер 28, элемент ИЛИ 29, развязывакяций усилитель 30, ключ 31, .парафазный усилитель 32, счетный триггер 33. Ключи 22-24 подключают сигнал фазовых детекторов 6-8 4k усилителю 30, если на управляющие входы -ключей 22-24 поступают управляющие импульсы из многофазного триггера 28. Нульорганы 25-27 формируют высокие потенциалы при переходе изменяющихся сигналов фазовых детекторов 6-8 через нулевые уровни. Триггер 28 управляет работой ключей 22-24 и элементом . ИЛИ 29. Высокий потенциал имеет только тот выход триггера 28, на соответствующий вход которого не подается короткий импульс от нуль-органов 25-27. Таким образом, с входом усилителя 30 соединяется та группа координатных катушек, на выходе которой сигнал переходит через нулевой уровень. Элемент ИЛИ 29 формирует выходной сигнал, показанный (фиг. ЗЬ) в виде коротких импульсов при поступлении импульсов с выхода триггера 28, и тем самым при прохождении сигнала в любой группе катушек через нулевой уровень. Усилитель 30 предназначен для развязки выходных цепей трех ключей 22-24 и входа ключа 31. Чтобы получить (фиг. 3 q), нужную кусочно-аналоговую характеристику (фиг. 3fii), надо инвертировать отрицательные наклоны при движении слева направо, а при противоположном движении надо инвертировать положительные наклоны. Таким образом, при движении съемника 2 парафазный усилитель 32 должен менять знак коэффициента усиления после каждого дискретного импульса элемента ИЛИ 29. При движении съемника 2 вправо вдоль оси X после поступления первого импульса (фиг. ЗЬ) на выходе . триггера- 33 со счетным входом имеется нулевой уровень (фиг. Зг), так как управляющий сигнал имеет нулевой уровень, ключ 31 переводит входной сигнал к выходу и выходной сигнал третьей группы катушек соединяется с инвертирующим входом усилителя 32. Коэффициент усиления усилителя 32 (фиг. Зе) имеет отрицательный знак, и отрицательный наклон характеристики инвертируется в положительный. При поступлении следующего дискретного импульса на выходе тригге-ч ра 33 появляется сигнал (фиг. 3) с положительным уровнем, который переводит ключ 31 в предыдущее положение. Таким образом, на неинвертирующий вход усилителя 32 поступает сигнал с выхода второй группы катушек. Коэффициент усиления усилителя 32 имеет положительный знак (фиг. Зе), и кусочно-аналоговая характеристика преобразования имеет положительный наклон. При дальнейшем передвижении съемник 2 вправо вдоль оси X осуществляют аналогичные переключения ключа 31 Если достигнувший точки а (фиг. За) съемник 2 начинает двигаться влево, то в точке изменяющийся выходной сигнал третьей грУппе катущек равен нулю, однако триггер 28 не меняет своего состояния, так как нуль-орган 27 выдает высокий потенциал на те же триггера 28. Таким образом, на вькоде элемента ИЛИ 29 дискретный импульс не появляется, и триггер 33 не меняет своего состояния (фиг. Зд) На выходе усилителя 32 имеется сигнал отрицательной полярности. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево на выходе элемента ИЛИ 29 появляется дискретный сигнал который меняет состояние триггера 3 (фиг. За), и ключ 31 подключает выходной сигнал первой группы к атушек к инвертирующему входу усилителя 32 Коэффициент усиления усилителя 32 имеет отрицательный знак (фиг. 3). Таким образом, кусочно-аналоговая характеристика преобразования имеет отрицательные наклоны. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево осуществляются аналогичные переключения ключа 31. : Кусочно-аналоговьй сигнал, кроме информации о положении съемника 2 между позициями, т.е. в интервале между двумя дискретными импульсами (фиг. 3S, Ь), несет информацию о направлении перемещения, амплитуда которого превыиает одну позицик). При перемещении вправо этот сигнал имеет только положительную поляр:ность, а при движении влево - отрицательную. Блоки 14 и 15 предназначены для формирования аналоговых сигналов, соответствующих полному перемещение съемника 2 по горизонтальной и вертикальной координатам, Оба аналоговые сигнала выдаются одновременно. . Блоки 14 и 15 содержат реверсивный счетчик 34, компаратор 35 знака цифроаналоговый преобразователь 36, источник 37 опорного напряжения и сумматор 38. Устройство работает следующим образом . Допустим, что в заданный момент времени съёмник 2 находится в центре координат, и его ось является перпендикулярной плоскости планшета 1. При помощи цепи сброса счетчик 34 и триггер 28 устанавливаются в исходное состояние. Таким образом, как видно из эпюр (фиг. 4 и 5), в первоначальный момент времени кусочно-аналоговый сигнал равняется нулю (фиг.45 и 5е), а дискретньй сигнал (фиг,4,) отсутствует. Так как в исходном состоянии триггер 28 имеет высокий уровень на выходе 1 (фиг. 4г), то переключает ключ 22, и выходной сигнал первой группы катушек поступает на вход ключа 31. Кроме того, в исходном состоянии триггер 33 имеет высокий уровень (фиг. 4л), из-за чего ключ 31 переключается на выход 1, а коэффициент усиления усилителя 32 имеет положительный знак (фиг,4А). На втором и третьем выходах триггера 28 имеются .низкие уровни (фиг, 4ti, к) . При передвижении съемника 2 до следующего момента времени к неинвертирующему входу усилителя 32 подключен выходной сигнал первой группы координатных катушек. Так как ось съемника 2 является перпендикулярной плоскости планшета 1, то выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 18 равен нулю, и выходной сигнал сумматора 20 является положительным (фиг. 4 Б, 51) , При этом выходной сигнал (фиг, 5О компаратора 35 положителен . Во второй момент времени выходной сигнал третьей группы координат катушек достигает нулевого уровня (фиг.Зо), и .нуль-орган 27 выдает положительный импульс (фиг. 4е, 5 г), кото1М 1й переводит триггер 28 в состояние, в котором на его третьем выходе появляется высокий потенциал, а на остальных низкий (фиг. 4ч-, ). Поэтому ключ 24 переключается, и на вход ключа 31 поступает сигнал из третьей группы координатных катущек. Кроме того, выходной сигнал триггера 28 поступает на вход элемента ИЛИ 29, на выходе которого появляемся импульс (фиг. 4х, 5), который поступает на вход счетчика 34 и вход триггера 33. Триггер 33 опрокидывается, и на его входе появляется низкий уровень (фиг. 4А). Поэтому ключ 31 переключается, и выходной сигнал ; третьей группы координатных катушек подключается к инвертирующему входу усилителя 32, коэффициент усиления которого имеет отрицательный знак (фиг. 4м). В третий момент времени выходной сигнал второй группы катушек достигает нулевого уровня и нуль-орган 26 опрокидьшает триггер 28 в состояние, в котором на его втором выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий (фиг. 4Q,4,u,k, фиг. 5&). При этом ключ 23 подключает выходной сигнал второй группы координатных катушек к входу ключа 31. Кроме того, элемент ИЛИ 29 выдает импульс (фиг. 4;i, За), который суммируется в счетчике 34 и опрокидывает триггер 33 (фиг. 4л). Выходной сигнал триггера 33 переключает ключ 31 в предыдущее состояние, и выходной сигнал второй группы подклю чается к неинвертирующему входу усилителя 32. На выходе преобразователя 36 формируется напряжение (фиг. 5 и), которое суммируется в сумматоре 38 с входньми напряжениями. Полный сигнал соответствует перемещению съемника 2 вдоль оси X (фиг. 5k). В четвертый момент времени (фиг.4 5 а) съемник 2 меняет направление перемещения, и в пятый момент времени выходной сигнал второй группы координатных катушек снова достигает нулевого уровня, однако триггер 28 не меняет своего состояния. Таким образом, в пятый момент вре мени импульс не появляется, и не про исходят никакие переключения. Так как кусочно-аналоговый сигнал при дальнейшем перемещении съемника 2 становится отрицательным, то на выхо де компаратора 35 знака имеется отри цательное напряжение (фиг. З) . Пусть при дальнейшем перемещении I съемника 2 он отклоняется на определенный угол в сторону убывания координаты, чтобы входной сигнал третьей группы координатных катушек равнялся нулю (фиг. 48), и происходят переключения, аналогичные переключениям во второй момент времени. При этом элементом ИЛИ 29 вырабатывает импуль хотя оконечник съемника 2 не достиг границы следующей зоны (фиг. 4б, За) Однако в тот же момент времени на вы ходе фазочувствительного выпрямителя 18 появляется сигнал, пропорциональный углу наклона оси съемника 2, который имеет положительную полярность и, таким образом, на выходе сумматора 20 появляется сигнал (фиг. 4&, 5), при помощи которого в сумматоре 38 осуществляется компенсация погрешности, обусловленной наклоном оси съемника 2. Если при дальнейшем перемещении съемника 2 его ось имеет наклон на тот же угол, то в очередной момент времени нулевого уровня достигает выходной сигнал первой группы координатных катушек (фиг. 4) и происхо- . дят переключения, аналогичные переключениям в первый момент времени. При этом,первая группа координатных катушек подключается к инвертирукнцему входу усилителя 32, а элементом ИЛИ 29 вырабатывается сигнал, хотя оконечник съемника 2 не достиг границы следующей зоны (фиг. 4б, 5а). Однако погрешность, обусловленная наклоном оси съемника 2, компенсируется аналогично, как и в предыдущем случае. Таким же образом осуществляется компенсация погрешности, обусловленной наклоном оси съемника в направлении возрастания координаты. Аналогичным образом определяется другая координата. Существенно, что обе координаты определяются одновременно, а полное пеоемещение вдоль соответствующей оси определяется путем определения количества дискретных шагов и суммированием с величиной перемещения в зоне одной позиции, определяемой по вькодному сигналу сумматора. Причем число импульсов определяется суммированием числа импульсов, сформированных при положительном кусочно-аналоговом сигнале, и вычитанием числа импульсов дискретного выхода, сформированных при отрицательной полярности кусочно-аналогового сигнала. Полученные выходные сигналы устройства, амплитуда которых является пропорциональной положению съемника относительно выбранного центра координат, являются аналоговыми во всей плоскости планшета. Таким образом, использование новых элементов, соединенных по предлагаемой схеме выгодно отличается предлагаемое устройство для считывания графической информации от устройства по прототипу, так как оно позволяет значительно ускорить процесс

считывания, снизить утомляемость оператора и в конечном счете приводит к повыпению эффективности работы. Последнее обусловлено тем, что в устройстве устраняется требование жесткой ориентации съемника координат и возможны отклонения оси съемника от нормали планшета, в пределах

, при сохранении той же точности.

Применение предлагаемого устройства повышает скорость считывания координат примерно 1,5 раза, а также уменьшает количество ошибок и в конечном счете повыпает качество работы.

Фиг.2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ по авт.св. № 805368, о тличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит разделительные элементы, входы которых соединены с выходами съемника координат и с генератором синусоидальных колебаний, группу сумматоров, одни входы которьпс подключены к выходам соответствующих блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами соответствующих блоков определения координат, и вторую группу фазочувствительных детекторов, входы кото1И)Пс соединены с соответствующи- , ми разделительными элементами и с генератором синусоидальных колебаний, а выходы подключены к другим входам соответствующих сумматоров группы. 2. Устройство по п. 1,отличающее ся тем,.что блок формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит группу ключей, одни входы которых являются входами блока, другие подключены к соответствующим выходам многофазного триггера, соединенным с входами элемента ИЛИ, а выходы ключей группы подключены к входам развязывающего усилителя, ключ, входы которого соединены с развязывающим усилителем и с выходом счетного триггера, подключенного к выходу элемента ИЛИ, выходы ключа соединены с входами парафазного усилителя, и нуль-органы, входы которых являются входами блока, а выходы подключены к соответствующим входам «б многофазного триггера. (Л 3.Устройство по п. 1, о тличающееся тем, что блок определения координат содержит последова-тельно соединенные реверсивный счетчик, первый и второй входь которого являются первым и вторым входами блока, а третий вход подключен к компаратору, цифроаналоговый преобразователь и сумматор, другой вход ;о to которого является третьим входом блока, третий вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход является выходом блока. 4.Устройство по п. 1,отличающееся тем, что съемник координат содержит датчик углового отклонения, выполненный в виде электролитического преобразователя углового отклонения от вертикальной оси.

«4,

х-зк

Wtwi

в Uf, г « д ш

. А/ifu t/tfum cnu

gj-jj JJ Ifffv dSwtreHuu нтроЛо

гллллг gnKyi,

- ллллг

I I I II 1-1 I 1 1

Лри дВшкении яапрс

При ашхении направо

П П П П П Г

/fpu oBuxtHua намВо

t П П П П .

ffpu дВижмии намВо

a

Фиг.1

% « % 4h

II

t I