Съемная координат Советский патент 1989 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах для считывания графической информации.

Целью изобретения является повышение надежности съемника координат.

На фиг.1 приведена функциональная схема съемника координат; на фиг.2 - конструкция съемника координат; на фиг.З - электрическая принципиальная схема съемника координат; на фиг.4 - вольт-амперная характеристика фотодиода; на фиг.5 - зависимость величины светового потока от угла наклона съемника;на фиг.6 - зависимость напряжения на входе компаратора от угла наклона съемника; на фиг.7 - зависимость ЭДС, наводимой в катушке индуктивности от места положения съемника; на фиг.8-11 - различные положения светового канала съемника.

В состав предлагаемого съемника координат (фиг.1-2) входят цилиндрическая катушка индуктивности 1, формирователь 2 сигналов считивашя,

Ј j

CD CD 4 ОО

фазоинвертор 3, элемент 4 индика- ции, датчик 5 положения (в него входит фоточувствительный элемент 6 - фотодиод), компаратор 7, первый усилитель-ограничитель 8, второй усилитель-ограничитель 9. Узлы 2-4, 6-9 расположены на плате 10. Механическая часть съемника состоит из полого цилиндрического корпуса 11 и полого конического наконечника 12. Фокусирующий элемент 13 расположен внутри полого конического наконечника 12. На внешней поверхности наконечника 12 размещена цилиндрическая катушка индуктивности 14, С помощью штифта 15 в наконечнике 12 закреплена плата 10, расположенная в корпусе 11. Катушка 14 индуктивности намотана изолированно от наконечника 12 и подключена к входу формирователя 2 сигналов считывания. Катушка 14 индуктивности предназначена для преобразования магнитного потока, пронизывающего витки катушки в ЭДС.

Фазоинвертор 3 предназначен для разделения сигналов, поступающих с выхода усилителя 2 сигналов считывания по полярности. Сигналы положительной полярности поступают на вход первого усилителя-ограничителя 8, а сигналы отрицательной полярности поступают на вход второго усилителя-ограничителя 9.

Элемент 4 индикации предназначен для оповещения оператора, работающего со съемником координат, о наличии съема, выполнен он на транзисторе, в коллектор которого включен . светодиод (фиг.З).

Датчик 5 положения содержит также фокусирующий элемент 13 в фокусе фоточувствительного элемента 6. Датчик 5 положения совместно с компаратором 7 предназначен для формирования сигнала разрешения для первого и второго усилителей-ограничителей 8, 9, если ось съемника координат совпадает с нормалью к поверхности планшета.

Датчик 5 положения работает следующим образом.

На фиг.4 приведена вольт-амперная характеристика фот очувствитель- ного элемента 6 (фотодиода) при различных значениях светового потока. Так как световой поток, проникающий в канал съемника, зависит от

угла отклонения съемника и определяется по формуле

I I : S I k- -7- г2 -г- } 0 о4 созго6 J

0

5

0

5

0

5

0

5

где I - световой поток, проникающий в канал съемника; k - коэффициент отражения карты;

г - радиус кристалла,, фотодиода;

oL - угол отклонения съемника, то получаем зависимость величины светового потока, проникающего в оптический канал съемника, от угла наклона съемника (фиг.5), которая приведена при освещенности, необходимой для нормальной работы оператора. На фиг.6 приведена зависимость напряжения на первом входе компаратора 7 от величины угла отклонения торца съемника при определенных величинах освещенности физической карты с учетом зависимостей,приведенных на фиг.З, из которой хорошо видно, что при углах отклонения съемника от нормали к поверхности планшета от 0 до 10° напряжение на первом входе компаратора 7 практически не меняется. Поэтому на второй вход компаратора 7 поступает напряжение Uon , которое равно напряжению на фотодиоде VD1 (фиг.З) при угле отклонения торца съемником Ю . Таким образом, отклонение съемника координат от нормали к поверхности планшета на углы от 0 до 10 компаратор 7 на своем выходе формирует сигнал разрешения от усилителей-ограничителей 8, 9, при этом элемент 4 индикации горит, оповещая оператора о съеме. При отклонении съемника координат нормали к поверхности план шета на углы больше 10° ток через фотодиод 6 увеличивается, а напряжение на нем уменьшается и становится меньше Uon,, при этом компаратор 7 не формирует сигнала разрешения для усилителей-ограничителей 8, 9, а элемент считывания 4 не горит.

Усилитель-ограничитель 8 импульсов предназначен для формирования ТТЛ уровня 1 при присутствии на первом входе сигнала, уровень которого больше +Uoril .

Усилитель-ограничитель 9 импульсов предназначен для формирования

ТТЛ уровня 1 при присутствии на первом входе сигнала, уровень которого меньше -Uon, .

Плата 10 выполнена из фольгиро- в анного стеклотекстолита. На ней размещены, электрические элементы фомирователя 2 сигналов-считывания, датчика 5 положения, компаратора 7, фазоинвертора 3, усилителей-ограничителей 8, 9.

Корпус 11 предохраняет от механических повреждений элементы,расположенные на плате 10. В одном из торцов корпуса 11 размещен элемент 4 индикации. Наконечник 12 выполнен из магнитно-мягкого материала в виде конуса, в центре которого имеется оптический канал, в котором расположены фокусирующий элемент 13 и фоточувствительный элемент 6.

Съемник координат работает следующим образом.

В исходном состоянии (в воздухе, фиг.9) фотодиод 6 освещен световым потоком, который поступает по оптическому каналу наконечника 12. Световой поток фокусируется элементом 13 на элемент 6. При этом внутренней сопротивление освещенного фотодиода 6 мало. Поэтому напряжение на первом входе, к которому подключен фотодиод 6, компаратора 7 не превышает по величине на- пряжения Uon,поступающего на второй вход компаратора 7,и на выходе будет уровень О. При этом элемент 4 индикации не горит, а первый и второй усилители 9 и 8 заблокированы и не реагируют на усиленные усилителем сигналы с катушки 14 индуктивности. Если фотодиод 6 не освещен (фиг.8), т.е. по оптическому каналу наконечника 12 не поступает ,- световой поток, то его внутреннее сопротивление велико. Тогда напряжение на первом входе компаратора 7 превышает по величине напряжение U0(H на втором входе и на выходе появляется сигнал 1. Этот сигнал с выхода компаратора 7 поступает на первый выход съемника координат на элемент 4 индикации, на разрешающие входы первого и второго усилителей-ограничителей 8, 9. Элемент 4 индикации загорается, усилители 8, 9 открываются и пропускает сигналы на второй и третий выходы съемника координат. Полярность ЭДС, на

5

0

5

0

5

0

5

0

5

водимой в катушке 14 индуктивности, зависит от взаимного расположения опрашиваемой шины и съемника.На фиг.7 приведена такая зависимость. Съемник координат касается поверхности планшета в точке t (точка пересечения оси съемника с поверхностью планшета) . При опросе импульсным током шин, лежащих слева от съемника (от точки t), т.е. шин п, (п-1), (п-2)... и так далее, в катушке 14 индуктивности будет наводиться ЭДС отрицатель- ной полярности (левые11 импульсы), а при опросе шин, лежащих справа от оси -съемника, т. е. шин (п+1), (п+2)... и так далее, в катушке 14 будет наводиться ЭДС положительной полярности (правые импульсы). Левые и правые импульсы с выхода катушки 14 индуктивности поступают на вход усилителя-формирователя 2. Импульсы, усиленные формирователем 2, поступают на вход фазоинвертора 3. С первого выхода фазоинвертора 3 правые импульсы поступают на вход усилителя-ограничителя 8, ас второго выхода фазоинвертора 3 левые импульсы поступают на вход усилителя-ограничителя 9. Если уровень входного импульса, поступающего на вход усилителя-ограничителя 8, больше уровня +U. , а на втором входе присутствует сигнал разрешения с выхода компаратора 7, то усилитель-формиро-- ватель 8 формирует импульсs который поступает на второй выход съемника координат. Если уровень входного сигнала на входе усилителя-формирователя 9 меньше уровня -11ОП2 , а на втором входе присутствует сигнал разрешения с выхода компаратора 7, то усилитель-формирователь 9 формирует импульс, который поступает на третий выход.

Если съемник опущен своей съемной частью на поверхность планшета, то ось съемника отклонена от нормали к поверхности планшета на угол oi (фиг.10), центр катушки 14 индуктивности не совпадает с точкой t пересечения оси съемника с поверхностью планшета. Это несовпадение определено углом оС и равно величине Л . Величина Д. будет определять погрешность съема координат с планшета. некоторый световой поток попадает в оптический канала, фокусируется элементом 13 на фотодиоде

714

6, что вызывает изменение уровня напряжения на первом входе компаратора 7. Чем больше отклонение оси съемника от нормали, тем больше величина светового потока, проникающего в оптический канал наконечника 12, и тем самым сильнее изменение уровня напряжения на первом входе компаратора 7. Так как уровень на- пряжения на первом входе компаратора 7, при котором происходит его срабатывание, определяется уровнем напряжения U0(1, на втором входе компаратора 7, то уровнем Uon, можно регулировать допустимый угол отклонения оси съемника от нормали к поверхности планшета. Допустимый угол выбирается исходя из требуемой точ- ности определения координат, т.е. исходя из допустимой величины отклонения Л . Если величина отклонения А не превышает допустимую величину погрешности определения координат (заданную величиной иоп„ ) , на выходе компаратора 7 имеется уровень 1, горит светодиод и на выходе, съемника формирователя сигнал съема катушки 14 индуктивности.

На фиг.11 показано положение съем ника, при котором точка пересечения оси съемника с поверхностью планшета находится слева от шины с номером (п+1), а центр катушки 5находится справа от этой шины. При таком положении съемника опрос (п+1)-и шины вызовет в катушке 14 не правый, а левый импульс. В этом случае отклонение Д превышает допустимую величину и проникающий в оптический канал световой поток вызывает срабатывание компаратора 7. При этом гаснет светодиод 4 и блокируются усилители 8, 9, т.е. в этом положении съемника не осуществляется определение его координат.

По сравнению с прототипом предлагаемый съемник координат обладает существенно более высокой надежно

8

0 5

о

5

0

5

стью и долговечностью. Это объясняется тем, что в предлагаемом съемнике отсутствуют имеющиеся в прототипе механические узлы (кнопки, пружина, подвижной шток).

Формула изобретения

1.Съемник координат, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого расположена плата, формирователь сигналов считывания, полый конический наконечник, соединенный через разьбовое соединение с цилиндрическим корпусом, цилиндрическую катушку индуктивности, соединенную с первым входом формирователя сигналов считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он содержит оптически связанные фокусирующий элемент и фоточувствительный элемент, расположенные внутри полого конического наконечника, выход фоточувствительного элемента подключен к второму входу формирователя сигналов считывания, и элемент индикации, расположенный на торце корпуса съемника и соединенный с первым выходом формирователя сигналов считывания.

f

2.Съемник поп,1, отличающийся тем, что формирователь сигналов считывания содержит фазо- инвертор, первый и второй усилители-ограничители и компаратор, выход которого является первым выходом формирователя и подключен к входам разрешения первого и второго усилителей- ограничителей, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами формирователя, первым входом которого является вход усилителя-ограничителя, выход которого подключен к входу фазоинвертора, выходы которого соединены с аналоговыми входами первого и второго усилителей- ограничителей .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах для считывания графической информации. Цель изобретения - повышение надежности съемника координат за счет фиксации сигнала считывания только в положении оси съемника, совпадающем с нормалью к поверхности планшета. Указанная цель достигается в съемнике, содержащем полый цилиндрический корпус, внутри которого расположена плата с формирователем сигналов считывания, содержащим усилитель-формирователь, полый конический наконечник, соединенный через резьбовое соединение с цилиндрическим корпусом, цилиндрическую катушку индуктивности, соединенную с первым входом формирователя сигналов считывания, тем, что он содержит оптически связанные фокусирующий элемент, расположенный внутри полого конического наконечника, выход фоточувствительного элемента подключен ко второму входу формирователя сигналов считывания, и элемент индикации, расположенный на торце корпуса съемника и соединенный с первым выходом формирователя сигналов считывания, содержащего фазоинвертор, первый и второй усилители-ограничители и компаратор. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

ю го зо

у (/гн)Фиг 4

7000 S000- 3000

1000 V(B)

40- 30 20. W

15

Световой латок

to

50

(В}

QcBtujtNtiocm 10ООО (ati)

СВетоВои потом

Zff 4-5

Фиг. 6

60

75 90 Л)

fT-2 ГТ-1 ГГ |t /7+f ft+Z

(pus. 8

фиг.7

wJr vv -

/7-2 /ТГ-/ /7 /TV/ /W2

cpuff.S