Устройство для считывания графической информации Советский патент 1990 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам автоматизированного считывания и ввода в ЭВМ метрической информации (координат) структурно сложных изображений и объемных (трехмерных) объектов, и может быть использовано в системах автоматизированного проектирования, автоматизированьой обработки изображений в научном и техническом эксперименте, а также в других областях науки и техники, где требуется, рперативное определение плоскостных и пространственных параметров проектируемых и исследуемых объектов.

Принцип действия устройства для считывания графической информации ос

нован на преобразовании электромагнитного поля в точке пространства, в которую помещен съемник координат.

Целью изобретения является расши- рение области применения устройства за счет обеспечения возможности считывания третьей координаты.

На фиг. I приведена функциональная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - функциональная схема блока определения координат индуктивных датчиков положения на фиг, 4 - функциональная схема бло- ка вычисления координат считываемой точки.

Устройство (фиг.1) содержит съемник 1 координат с двумя индуктивными

ми - к выходу устройства, а управляющим выходом выходом в - к блоку 9 управления, и группу ключей lSj-13 передачи кода счетчиков 8f-83 координат, информационными входами связанных с соответствующими счетчиками 8,-8 координат с информационными выходами - с соответствующими входами г, з- е блока 12 вычисления координат, при этом разрешающие входы ключей 13,-133 передачи кода связаны с выходами 5, в , г выбора координатных осей блока управления соответственно, а опрашивающие входы подключены к выходу | блока 11 определения положения индуктивных датчиков 2 и 3.

Блок 9 управления (фиг.2) содержит

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания метрической информации в трехмерном пространстве. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обеспечения возможности считывания третьей координаты. Указанная цель достигается в устройстве, содержащем съемник координат с индуктивными датчиками положения, выходы которых соединены со входами умножителей, выходы которых подключены ко входам соответствующих сумматоров, аналого-цифровые преобразователи, коммутаторы, счетчики координат, блок управления и блок определения координат индуктивных датчиков положения, тем, что в него введены блок вычисления координат считываемой точки, три группы ключей и три группы равномерно расположенных по осям координат электромагнитных излучателей, выполненных в виде катушек индуктивности, связанных с индуктивными датчиками положения и подключенных одними выводами к выходам коммутаторов, а другими - к шине нулевого потенциала устройства, причем блок определения координат индуктивных датчиков положения содержит два элемента сравнения, два регистра, две группы ключей и элемент ИЛИ, а блок вычисления координат считываемой точки содержит приемный регистр, четыре группы ключей, сумматор, генератор импульсов, счетчик микрокоманд, дешифратор, элементы И и элемент ИЛИ. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

торых в сочетании по три через умножители

V

связаны соответственно

датчиками 2 и 3 положения, выходы ко-20 счетчик 14 операций, входом начальной

установки через генератор 15 одиночных импульсов, подключенный к кнопке 16 пуска. Счетчик 14 операций связан с дешифратором 17, выходы которого по- 25 даны на выход блока 9 управления и на распределитель 18 импульсов, подключенный к генератору 19 тактовых импульсов.

Блок 11 определения положения инс сумматорами 51 и 5-2 s подкггюченны- ми к аналого-цифровым преобразователям 6, и 62, коммутаторы 7,-7-j, информационными входами подключенные к счетчикам 8.,-8э координат, блок 9 управления, выходом а начальной установки связанный с установочными входами счетчиков координат, выхо-зо дуктивных датчиков 2 и 3 содержит

35

дами 5, в , г опрашивающих импульсов - со счетными входами соответствующих счетчиков 8,-83 координат, и коммутаторами 7,-Уз, синхронизирующим выходом j- с соответствующими входами аналого-цифровых преобразователей 61 и 6. Устройство дополнительно включает три (по числу осей) группы 10,- 10з электромагнитных излучателей (координатных катушек) , индуктивно связанных с датчиками 2 и 3 положения съемника 1 координат, расположенных равномерно с заданным шагом по осям системы координат и подключенных одними выводами к выходам коммутаторов 7,-73, а другими - к точке нулевого потенциала устройства. Блок 11 определения положения индуктивных датчиков входами а, 6 соединен с синхронизирующими и входами а, о- с ин40

50

два элемента 20., и 20 7 сравнения, ни информационные входы которых по разрядно подключены к информационн выходам соответствующих аналого-ци ровых преобразователей 6, и 6 непосредственно, а другие - через по разрядно соединенные запоминающие регистры 21, и 21 и ключи передачи кода, при этом опрашивающие входы а, 5 элементов 20 и 20 сравнения подключены к синхронизир ющим выходам соответствующих анало го-цифровых преобразователей 6 и 62, выходы возрастания сравниваемы величин ( ) - к оправшивающим вх дам соответствующих групп ключей 221 и 22 Ј передачи кода, а выходы уменьшения или равенства сравнив ае мых величин () объединены через элемент ИЛИ 23 и поданы на управля щий вход блока I2 вычисления коорд нат.

формационными выходами аналого-цифровых преобразователей 6 и 6а соответственно. Устройство также содержит блок 12 вычисления координат, управляющим входом а подключенный к выходу j блока 1 1 определения положения индуктивных датчиков 2 и 3 и выходу а начальной установки блока 9 управления, информационными выхода5

0

0

5

два элемента 20., и 20 7 сравнения, одни информационные входы которых поразрядно подключены к информационным выходам соответствующих аналого-цифровых преобразователей 6, и 6 непосредственно, а другие - через поразрядно соединенные запоминающие регистры 21, и 21 и ключи г передачи кода, при этом опрашивающие входы а, 5 элементов 20 и 20 сравнения подключены к синхронизирующим выходам соответствующих аналого-цифровых преобразователей 6 и 62, выходы возрастания сравниваемых величин ( ) - к оправшивающим входам соответствующих групп ключей 221 и 22 Ј передачи кода, а выходы уменьшения или равенства сравнив ае- мых величин () объединены через элемент ИЛИ 23 и поданы на управляющий вход блока I2 вычисления координат.

Блок I2 вычисления координат считываемой точки (фиг.4) содержит приемный регистр 24, поразрядно через группу 25 элементов ИЛИ подключенный к соответствующим входам групп ключей 131-13з счетчиков 8 -8 координат, а инверсными и прямыми выходами

своих триггеров связанный соответственно с первой 26 и второй 27 труппами ключей передачи кода данного блока, сумматор 28, связанный с ключами первой группы 26 одноименными разря

дами, а с ключами второй - со сдвигом на один разряд влево, подключенную к сумматору третью группу 29 ключей выдачи кода, выходы которой поданы .на выход устройства и на вход схемы 30 автономного управления бло-- ка J2, включающей счетчик 31 микрокоманд, к выходам триггеров которого подключен дешифратор 32, связанный соответственно с тремя элементами ИЗЗ, 34 и 35, к вторым входам которых подкгаочен генератор 36 импульсов при этом установочным входом счетчик 31 микрокоманд связан с выходом а начальной установки блока 9 управления, счетным через элемент ИЛИ37 с выходом блока 11 определения положения индуктивных датчиков 2 и 3 и выходами элементов ИЗЗ-35, элементы ИЗЗ и ЗА подключены также к опрашивающим входам первой 26 и второй 27 групп ключей передачи кода, а элемент ИЗЗ - к опрашивающим входам третьей группы 29 ключей выдачи кода и счетному входу счетчика 14 операций блока 9 управления.

Съемник 1 координат, предназначенный для указания человеком-оператором считываемой точки А на объекте, выпол нен в виде щупа, в корпусе которого находятся два идентичных индуктивных датчика 2 и 3 положения, каждый из которых образован тремя приемными катушками индуктивности, расположен- ными по ортогональным плоскостям сферы, причем магнитные оси образующих один датчик катушек индуктивности пересекаются в центре сферы. Острие съемника оператор помещает в точку объекта (чертежа, макета), координату которой считываются.

Умножители 4 индуктированных сш- налов предназначены для усиления сигналов с выходов приемных катушек ин- дуктивных датчиков 2 и 3 положения в соответствии с квадратичной зависимостью выхода от входного сигнала и могут быть собраны по известным схемам с использованием микросхем К544УД2А.

Аналоговые сумматоры 5 предназначены для сложения выходных сигналов умножителей 4 для каждого из датчиков 2 и 3 положения и могут быть собраны по известным схемам промышленны серий элементов вычислительной техники.

Аналого-цифровые преобразователи 61 и 6 г предназначены для представления амплитуд выходных сигналов сумматоров 5f и 5 в цифровой форме и могут быть выполнены с использование микросхем 1J07IIB2 согласно РТМ на эту серию.

Коммутато ры 7 предназначены для последовательностей коммутации трех ортогональных групп Ю, -Ю5 координатных катушек индуктивности (электромагнитных излучателей} с целью последовательного возбуждения их. импульсами тока, генерирующими в рабочем пространстве переменное электромагнитное поле. Коммутаторы .могут быть реализованы на базе дешифраторов кодов соответствующих счетчиков 8Т-83 координат и токовых ключей. Дешифраторы могут быть выполнены на микросхемах К155ИДЗ, а токовые ключи - на транзисторах КТ816.

Блок 9 управления (Фиг.2) предназначен для формирования необходимой последовательности сигналов управления блоками и элементами устройства и реализуется на стандартных элементах дискретной вычислительной техники (счетччк, дешифратор, элементы И и ИЛИ).

Блок 11 определения положения индуктивных датчиков 2 и 3 (фиг.З) предназначен для определения к оорди- нат центров датчиков путем последо- вательногр сравнения величин сумм квадратов амплитуд сигналов, индуктированных в приемных катушках датчиков, и может быть реализован на стандартных элементах промышленных серий и с использованием элементов сравнения.

Блок 12 вычисления координат считываемой точки (фиг.4) предназначен для вычисления текущих координат х, у, z элементов обрабатываемых объектов по соотношениям х 2xr-x1, У 2уг-у1} z 2ZJ-Z,,, где (х.,, у, z, (х j, у4, z) - координаты цент- роз первого 2 и второго 3 индуктивных датчиков положения и реализуется в соответствии с функциональной схемой на стандартных дискретных элементах промышленных серий.

7-J

Ключи передачи (выдачи) кодов пред назначены для перезаписи кодов на триггерных регистрах или вьщачи на выход устройства и реализуются на стандартных двух- и трезшходовых схемах совпадения промышленных серий.

Устройство работает следующим об- разом.

При установке острия съемника координат в выбранную точку обрабатываемого объекта (изображение, макет) замыкается кнопка 16 пуска (фиг.2). 1Три этом счетчик 14 операций блока 9 управления устанавливается в началъ

ное состояние 01, а блок 9 управления сигналом по выходу q производит необходимые начальные установки на счетчиках 8т-8 координат и других триггерных элементах устройства.При этой установке счетчика 34 операций блок 9 управления по выходе i выда- ет импульсы на счетный вход счетчика 6 координаты и на вход коммутатора 7 . В соответствии с поступлением этих импульсов происходит доследрва- тельный во времени и пространстве опрос координатных катушек индуктивности 101 оси ОХ. В процессе опроса с некоторого момента (в соответствии с удалением считываемой точки от координатных катушек) в приемных катушках индуктивных датчиков 2 и 3 положения индуктируются импульсы ЭДС1 суммарная

15

20

25

30

нения через схему ИЛИ23 поступае выход блока 11, передавая в блок вычисления координат считываемой ки через посредство группы ключей передачи кода, управляемых разреш щим сигналом на выходе i блока 9 равления, код счетчика 8., коорди Оба канала формирования и анализ налов с индуктивных датчиков 2 и положения работают параллельно, время опроса координатных катуше ной оси ОХ коды счетчика 81 дважд поступают в блок I2 вычисления к динат считываемой точки.

Блок I2 вычисления координат тываемой точки работает следующи разом.

По сигналу с выхода о блока 3 редёления положения индуктивных чиков 2 и 3 счетчик 33 микрокома устанавливается через элемент ИЛ в положение 01, а на приемный

амплитуда квадратов которых, формиру- ,,. гистр 24 через -группу элементов

40

емая с помощью умножителей 41- и сумматоров , возрастает по мере сокращения расстояния между центром индуктивного датчика и координатной осью ОХ. Максимума амплитуда достигает при возбуждении координатной катушки, номер которой соответствует координате центра датчика по выбранной координатной оси. Номер данной катушки для каждого из датчиков 2 и 3 45 фиксируется с помощью элементов 20.

20, сравнения, выполняющих последовательное сравнение цифровых эквивалентов амплитуд, полученных с помоИЛИ 25 поступает код счетчика 8 . динат. Сигналом с генератора импульсов через элемент И 33 код ординаты х1 центра первого индук ного датчика 2 положения в обрат коде с инверсных выходов приемн регистра 24 через первую группу ключей передачи кода заносится в матор 28. В процессе опроса коорд натных катушек на выходе блока появляется второй сигнал, к коду чика 31 микрокоманд через элемен ИЛИ 37 добавляется единица. При тоянии 10 счетчика 43 срабатыва

щью аналого-цифровых преобразователей 5„ элемент И34, а сигналом с его выхода 6, и 6а. На информационные входы элементов 201 и 20 сравнения поданы вычерез посредство второй группы 27 ключей передачи кода на сумматор 28 подается код координаты х4 центра второго индуктивного датчика 3 поло- жения,сдвинутый на один разряд влево, . на сумматор 28 в прямом коде поступает число +2хг. В итоге на сумматоре 28 образуется число х 2х,-х , т.е, искомая координата острия съемходы аналого-цифровых преобразователей 6, и 6 .j непосредственно, по которым поступают значения текущей амплитуды, а на вторые входы через запоминающие регистры 21 7. и ключи 221и 22 Ј передачи кода поступают значения предыдущей амплитуды. Если

48

Е

8

Е , (Е - сумма квадратов амплитуд ЭДС, индуктируемых в трех приемных катушках индуктивных датчиков 2 и 3 положения), по выходу цифровой код с аналого-цифровых преобразователей 6t и 62 переносится на запоминающие регистры 21., и 21 Ј и процесс возбуждения координатных катушек i Q, продолжается. Если E.Fj, , то сигнал с выхода элементов 20.. и 20- срав

0

5

0

нения через схему ИЛИ23 поступает на выход блока 11, передавая в блок 12 вычисления координат считываемой точки через посредство группы ключей 13 передачи кода, управляемых разрешающим сигналом на выходе i блока 9 управления, код счетчика 8., координаты. Оба канала формирования и анализа сигналов с индуктивных датчиков 2 и 3 положения работают параллельно, и за время опроса координатных катушек одной оси ОХ коды счетчика 81 дважды поступают в блок I2 вычисления координат считываемой точки.

Блок I2 вычисления координат считываемой точки работает следующим образом.

По сигналу с выхода о блока 31 оп- редёления положения индуктивных датчиков 2 и 3 счетчик 33 микрокоманд устанавливается через элемент ИЛИ 37 в положение 01, а на приемный ре0

5

ИЛИ 25 поступает код счетчика 8 . координат. Сигналом с генератора 36 импульсов через элемент И 33 код координаты х1 центра первого индуктивного датчика 2 положения в обратном коде с инверсных выходов приемного регистра 24 через первую группу 26 ключей передачи кода заносится в сумматор 28. В процессе опроса координатных катушек на выходе блока 3 появляется второй сигнал, к коду счетчика 31 микрокоманд через элемент ИЛИ 37 добавляется единица. При состоянии 10 счетчика 43 срабатывает

элемент И34, а сигналом с его выхода

через посредство второй группы 27 ключей передачи кода на сумматор 28 подается код координаты х4 центра второго индуктивного датчика 3 поло- жения,сдвинутый на один разряд влево, . на сумматор 28 в прямом коде поступает число +2хг. В итоге на сумматоре 28 образуется число х 2х,-х , т.е, искомая координата острия съем91

ника 1 координат, совмещенного со считываемой точкой.

По завершении этой микрокоманды счетчик 31 микрокоманд принимает состояние 11 и очередной сигнал генератора 36 импульсов поступает на выдачу кода вычисленной координаты х с сумматора 28 через третью группу 29 ключей выдачи кода на выход уст- ройства и по выходу в в блок 9 управления, а счетчик 31 микрокоманд занимает исходное состояние 00, схема

30 автономного управления блока 12 дами к выходам коммутаторов, а други- готова к вычислению координаты считы- 15 ми к шине нулевого потенциала уст- ваемой точки по оси OY.ройства, информационные и синхронизиПо сигналу с выхода Б блока 12 счетчик 14 операций блока 9 управления принимает состояние 10, что соответствует опросу импульсами тока 20 координатных катушек индуктивности по оси OY. Описанные выше действия по определению координаты х острия съемника 1 (кординаты х считываемой точки) полностью повторяются и для осей 25 выходами блока управления, а входы - OY и OZ. В результате их трехкратно- с информационными входами блока вы- го выполнения координаты x,y,z считываемой точки последовательно постурующие входы блока определения координат индуктивных датчиков положения соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей, выходы счетчиков координат подключены к информационным входам групп ключей, первые управляющие входы которых соединены с соответствующими

числения координат считываемой точки, первый управляющий вход которого подключен к установочным входам коорди- 30 натных счетчиков, второй управляющий вход, соединенный с вторыми управляющими входами групп ключей, подключен к выходу блока определения координат датчиков положения, причем первый

пают на выход устройства.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройств считывания графической информации за счет обеспечения возможности считывания третьей координаты. Использование съемника коор- « выход блока вычисления координат 53

динат типа карандаш, инвариантного к пространственной ориентации, повышает эргономические параметры устройства.

Формула изобретения

40

тываемой точки соединен с информационным входом блока управления, а второй выход является информационным выходом устройства.

ми положения, выходы которых соединены с входами умножителей, выходы которых подключены к входам соответствующих сумматоров, выходы которых

цы ключей и элемент ИЛИ, выход «ото- рого является выходом блока, синхронизирующими входами которого явля- ютсд управляющие ВХ.РДЫ элементов

соединены с информационными входами go сравнения, первые информационные

аналого-цифровых преобразователей, коммутаторы, информационные входы которых подключены к выходам счетчиков координат, счетные и установочные входы которых и управляющие входы коммутаторов и аналого-цифровых преобразователей соединены с соответст- вующими выходами блока управления, и

входы которых, соединенные с информационными входами регистров, являются информационными входами блока, выходы регистров подключены к инфор- 5g мационным входам групп ключей,, выходы которых соединены с вторыми информационными входами элементов сравнения, первые выходы которых

блок определения координат индуктивных- подключены к входам элемента ИЛИ, а

8

10

датчиков положения, отлич а ю - щ е е с я тем, что,с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности считывания третьей координаты, оно содержит блок вычисления координат считываемой точки, по три группы ключей и равномерно расположенных по осям координат электромагнитных излучателей, выполненных в виде катушек индуктивности, связанных с индуктивными датчиками положения и подключенных одними выв о-

выходами блока управления, а входы - с информационными входами блока вы-

рующие входы блока определения координат индуктивных датчиков положения соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей, выходы счетчиков координат подключены к информационным входам груп ключей, первые управляющие входы которых соединены с соответствующими

выходами блока управления, а входы - с информационными входами блока вы-

числения координат считываемой точки, первый управляющий вход которого подключен к установочным входам коорди- натных счетчиков, второй управляющий вход, соединенный с вторыми управляющими входами групп ключей, подключен к выходу блока определения координат датчиков положения, причем первый

тываемой точки соединен с информационным входом блока управления, а второй выход является информационным выходом устройства.

входы которых, соединенные с информационными входами регистров, являются информационными входами блока, выходы регистров подключены к инфор- мационным входам групп ключей,, выходы которых соединены с вторыми информационными входами элементов сравнения, первые выходы которых

вторые - к управляющим входам ре- гистрод.

5

0

входы - к выходам дешифратора, информационные входы которого соединены с выходами счетчика микрокоманд, информационными входами блока являются входы первой группы ключей, выходы которых соединены с информационными входами приемного регистра, прямые и инверсные выходы которого соединены соответственно с информационными входами второй и третьей групп ключей, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И, а выходы подключены к информационным входам сумматора, выходы которого соединены с информационными входами четвертой группы ключей, управляющий вход которой соединен с выходом соответствующего элемента И, а. выходы являются инфор- мационньгми выходами блока.

X.Y.Z

фие. 1

Фиг. 2

Фиг.З