Устройство для считывания гра-фичЕСКОй иНфОРМАции Советский патент 1981 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графи- . ческой информации в электронные вычислительные машины.

Известны устройства для считыван графической информации, содержащие планшет, по поверхности которого распределены две группы взаимно перпендикулярных токопроводящих рамок, соединенных с коммутаторами, которые осуществляют последовательный во времени опрос рамок токовыми импульсами, съемник, осуществляющий съем информации с носителя, закрепленного на планшете, блок определен,ия поправки, соединенный со съемником и предназначенный для определения координаты точки, находящейся в области между соседними рамками, счетчики координат, блокtмасштабирования,, предназначенный для форми„ ювания координаты измеряемой точки в необходимом масштабе, блок управления, генератор одиночных импульсо и пусковую кнопку i.

Недостатком известного устройств является его невысокая точность, определенная шагом концентрических кольцевых обмоток на съемнике.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является , устройство для считывания графи- . ческой информации, содержащее планшет с координатными шинами, съемник координат, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к одним из входов фазовых детекторов. Устройство содержит также фа0зовращающие линейки, соединенные с генераторами синусоидальных колебаний 12) .

Недостатком этого устройства является то, что при прохождении сигнала от начала фазовращающей линейки к ее концу происходит его затухание, что ухудшает линейность характеристики преобразования, так как для линейного распределения фазы

0 сигнала между двумя соседними шинами необходима не только фазовая, но и амплитудная симметрия сигналов, воспринимаемых от diiH, находящихся по обе стороны от зондируемой.

5 Указанное нарушение линейности ведет

к понижению точности работы устрой. ства.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит блоки .формирования дискретного и кусочноаналогового сигналов и блоки определения координат, а координатные шины выполнены в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевых обмоток с постоянной высотой и переменной шириной каждой петли в обмотках, геометрические центры прямоугольных обмоток отдельных груп смещены друг относительно друга по соответствующей координатной оси,прчем из концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключен к другим входам фазовых детекторов, выходы которых соединены со входами блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходы которых подключены к соответствующи входам блоков определения координат а выход генератора синусоидальных колебаний подключен к съемнику координат.

Кроме того, в предлагаемом устройстве каждый из блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязывающий и парафазный усилители, нуль-органы, многофазный и счетный. триггеры и логический элемент ИЛИ, причем входы блоков подключены ко входам нуль-органов и первым входам одних из ключей, вторь е входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы через развязывающий усилитель - с первым входом другого ключа, второй вход которого подключен к выходу счётного триггера, а выходы через парафазный усилитель - к одному из выходов блока, другой выход которог соединен со входом счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ/ входы которого подключены к выходам многофазного триггера, входы которого соединены с выходами нуль-органов, а каждый из блоков определениякоординат содержит ревесивный счетчик, преобразователь код - напряжение, компаратор знака, сумматор и источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора, 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 cyNJnaTOpa, трети вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 расположение трех координатных .

кат.ушечных групп для определения одной координаты; на фиг. 3, 4 и 5 временные диаграммы-сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг.1) содержит планшет 1, съемник 2 координат, генератор 3 синусоидальных колебаний шесть фазовых детекторов (фазочувствительных выпрямителей) 4-9, два блока 10 и И формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов и два блока 12 и 13 определения координат.

Планшет 1 изготовлен из изоляционного материала, на поверхности которого вырезаны пазы с определенным шагом, например равным 1/6 ширины катушки, имеющей 3 прямоугольные петлевые обмотки по координатам X и У соответственно. Для определения горизонтальной координаты используются три группы обмоток, уложенных в пазы и сдвинутых друг относительно друга на 2/3 ширины катушки. Координатные катушки имеют периодически повторяющуюся форму и для увеличения линейности .характеристики преобразования выполнены в виде вложенных друг в друга прямоугольных петель. Перпендикулярно к первым уложены другие три группы катушек для определения вертикальной координаты (фиг.2).

На поверхности планшета 1 укладывается тонкий изоляционный лист, на который крепится носитель информации. Выходы координатных катушек подключены ко входам фазовых детекторов 4 .- 9. Съемник 2, предназначенный для возбуждения координатных катушек, имеет форму карандаша, на оконёчник которого намотана возбуждающая катушка, записываемая током генератора 3 синусоидальных колебаний. Кроме того, генератор 3 подключен к опорным входам фазовых детекторов 4 - 9, которые предназначены для демодулирования наводимой в координатных катушках ЭДС взаимоиндукции и подавления паразитных сигналов извне. Зависимости демодулированных сигналов Ц,х/ Огх Чзх -ly , Ujy от перемещения съемника 2 вдоль координаты X и У имеют вид, показанный на фиг. 3 а для координат X. Показанные на фиг. 3,а зависимости демодулированных сигналов от перемещения получены за счет того, что группы координатных катушек имеют периодически повторяющуюся форму (фиг. 2)-.

Блоки 10 и 11 предназначены для формирования дискретных и кусочно60 аналоговых сигналов . и , по казанных на фиг. 3 б, и выделения дискретных импульсов Uc(x и в моменты времени, когда демодулированные сигналы U, 1}, , U,y, , ОЗУ

65 фазовых детекторов 4-9 достигают. нулевого уровня (на фиг. 3 а,3 в показаны сигналы для координаты X). Блоки 10 и 11 содержат три ключа 14 - 16, три нуль-органа 17 - 19, многофазный триггер 20, логический элемент ИЛИ 21, развязывающий усили тель 22, четвертый ключ 23, парафаз ный усилитель 24, счетный триггер 2 Три ключа 14 - 16 подключают демодулированный сигнал ц, Uj, фазовых детекторов 4 - б к усилител 22, если на управляющие входы ключей 14 - 16 поступают управляющие импульсы из многофазного триггера 2 (фиг. 3 в, г, д). Нуль-органы l7 - 19 формируют высокие потенциал при переходе изменяющихся демодулированных сигналов фазовых детекторо 4-6 через нулевые уровни. Многофазный триггер 20 управляет работой ключей 14 - 16 и элементом ИЛИ 21. Высокий потенциал имеет только тот выход многофазного триггера 20, на соответствующий вход которого не подается короткий импульс от нульорганов 17 - 19. Таким образом, со входом усилителя 22 соединяется та группа координатных катушек, на выходе которой сигнал переходит через нулевой уровень. Элемент ИЛИ 21 формирует дискретный выходной сигнал Udxпоказанный на фиг. 3 в, в виде коротких импульсов при поступлении импульсов со входа многофазного триггера 20, а тем самым при прохождении сигнала в любой группе катушек через нулевой уровень, Усилитель 22 предназначен для развязки выходных цепей трех ключей . 14 - 16 и входа четвертого ключа 2 Как видно из фиг. 3 а, чтобы получить нужную кусочно-аналоговую характеристику, показанную на фиг. 3 1адо инвертировать отрицательные наклоны при движении слева направо, а при противоположном движении надо инвертировать положительные наклоны Таким образом, при движении съемник 2 парафазный усилитель 24 должен менять знак коэффициента усиления после каждого дискретного импульса Udx элемента: ИЛИ 21. При движении съемника 2 вправо вдоль оси X после поступления первого дискретного импульса (Фиг. 3 в) на выходе триггера 25 со счетным входом имеет ,с.я нулевой уровень 025 (фиг. 3 г) ; так как управляющий сигнал 1)25 имеет нулевой уровень, четвертый ключ 23 переводит входной сигнал к выходу, и выходной сигнал третьей группы катушек соединяется с инвертирующим входом парафазного усилите .ля 24. Как видно из фиг. 3 е, коэффициент усиления парафазного усилит ля 24 имеет отрицательный знак, и отрицательный.наклон характеристи ки инвертируется в положительный. При поступлении следующего дискретного импульса , на выходе триггера 25 со счетным входом появляется сигнал U25 (фиг. 3 г) с положительным уровнем, который переводит четвертый ключ 23 в предыдущее положение. Таким образом, на неинвертирующий вход парафазного усилителя 24 поступает сигнал с выхода второй группы катушек. Коэффициент усиления парафазного усилителя 24 имеет положительный знак (фиг. 2 е), и кусочноаналоговая характеристика преобразования имеет положительный наклон. При дальнейшем передвижении съемника 2 вправо вдоль оси X осуществляются аналоговые переключения четвертого ключа 23. Если достигнувший точки 3 (фиг. 3 а) съемник 2 начинает двигаться влево, то в точке О, изменяющийся выходной сигнал третьей группы катушек равен нулю, однако многофазный триггер 20 не меняет своего состояния,так как нуль-орган 19 выдает высокий потенциал на те же входы многофазного триггера 20. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ, 21 дискретный сигнал UcJx не появляется и триггер 25СО счетным входом не меняет своего состояния (фиг. 3 д). На выходе парафазного усилителя 24 имеется сигнал орицательной по-лярности. При дальнейшем передвижений съемника 2 влево на выходе элемента 21 появляется дискретный сигнал и,3х, который меняет состояние триггера 25 (фиг. 3 д), и четвертый ключ 23 подключает выходной сигнал первой группы катушек к инвертирующему входу парафазного усилителя 24. Коэффициент усиления парафазного усилителя 24 имеет отрицательный знак (фиг. 3 ж). Таким образом, усочно-аналоговая характеристика преобразования имеет отрицательные наклоны. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево осуществляются аналогичные переключения четвертого ключа 23. Кусочно-аналоговый сигнал кроме информации о положении съемника 2 между позициями (то есть в интервале между двумя дискретными импульсами Ud, (фиг. 3 б, 3 в) несет информацию о направлении перемещения, амплитуда которого превышает одну позицию. При перемещении вправо этот сигнал имеет только положитель ную полярность, а при движении влево - отрицательную. Блоки 12 и 13 предназначены для формирования аналоговых сигналов и, Uy, соответствующих полному перемещению.съемника 2 по горизонтальной и вертикальной координатам. Оба аналоговые сигнала Ux, Uy выдаются одновременно. Блоки 12 и 13 определения координат (фиг. 1) содержат реверсивный счетчик 26, компаратор 27 знака. преобразователь 28 код - напряжение, источник 29 опорного напряжения и сумматор 30. Реверсивный сче чик 26 предназначен для суммирования и вычитания дискретных импульсов Компаратор 27 знака предназначен для управления работой реверсивного счетчика 26. Преобразователь 28 код - напряжение предназначен для преобразования содерж мого реверсивного счетчика 26 в напряжение. Источник 29 опорного напряжения предназначен для формирования опорного напряжения . С матор 30 предназначен для суммирования сигналов Чцдх , U2g . Устройство работает следующим образом. Допустим, что в момент времени съемник 2 находится в центре коорд нат. При помощи цепи сброса реверСИВН1ЛЙ счетчик 26 и многофазный триггер 20 устанавливаются в исход ное состояние. Таким образом, как видно из эпюр (фиг. 4 и фиг. 5), в момент времени t кусочно-аналог вый сигнал равняется нулю (фиг. 4 и фиг. 5 е), а дискретный сигнал U (фиг. 4. б и фиг. 5 е) отсутствует. Так как в исходном состоянии много фазный триггер 20 имеет высокий уровень Цгн на выходе (фиг.4 и тем самым переключает первый ключ 14, то.выходной сигнал первой группы катушек U поступает на вхо четвертого ключа 23. Кроме того, в исходном состоянии триггер 25 имеет высокий уровень Ujs (фиг. 4 из-за чего четвертый ключ 23 перек а коэффицичается на выход ент усиления парафазного усилителя 24 имеет положительный зцак (фиг.4 Как видно из эпюр (фиг. 4 з и фиг. 4 и), в момент времени t на второ и третьем выходах многофазного триггера 20 имеются низкие уровни. При передвижении съемника 2 до момента времени t2 к .неинвертирующему входу парафазного усилителя 24 подключен выходной сигнат перво группы координатных катушек. Так как и(;дх О, то выходной сигнал U27 (фиг. 5 ж) компаратора 27 знака положителен. Как видно из фиг. 5 и до момента времени t2 на выходе устройства сигнал U . в момент времени tj выходной сигнал третьей группы координатных катуше достигает нулевого уровня (Фиг. 3 и индикатор нуля 19 выдает положительный импульс (фиг. 4 д, фиг. 5 г), который переводит много фазный триггер 20 в состояние, в ко тором на его. третьем выходе появляется высокий потенциал, а на ост ных - низкий (фиг.. 4 ж, 3, и) . Поэ тому ключ 16 переключается , и на вход четвертого ключа 23 поступает сигнал из третьей группы координат ных катушек. Кроме того, выходной сигнал многофазного триггера 20 поступает на вход элемента ИЛИ 21, на выходе которого появляется импульс Udx (фиг. 4 е, фиг. 5 д), который поступает на вход реверср вного счетчика 26 и вход триггера со счетным входом 25. Триггер 25 опрокидывается, и на его входе появляется низкий уровень (фиг.4к). ПОЭТОМУ четвертый ключ 23 переключается, и выходной сигнал третьей группы координатных катушек подключается к инвертирующему входу парафазного усилителя 24, коэффициент усиления которого имеет отрицательный знак (фиг. 4 л). В момент времени t на выходе преобразователя 28 получается напряжение , которое суммируется с иклх и U25. . . В момент времени t выходной сигнал второй группы катушек достигает нулевого уровня, и нуль-орган 18.с опрокидывает многофазный триггер 20 (фиг. 4 г, ж, 3, и, фиг. 5 в) в состояние, в котором на его втором выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий. При этом ключ 15 подключает выходной сигнал Ujx второй группы координатных катушек к входу четвертого ключа 23. Кроме того, в момент .времени tg элемент ИЛИ 21 выдает импульсы V дц. (фиг. 4 е, фиг. 5 д), которые суммируются в реверсивном счетчике 26 и опрокидывают триггер 25 со счетным входом (фиг. 4 к). Выходной сигнал Ugj триггера 25 переключает ключ 23 в предыдущее состояние и выходной сигнал Ujx второй группы подключается к неинвертирующему входу парафазного усилителя 24 На выходе преобразователя 28 код - напряжение формируется напряжение U2J (фиг. 5 з), которое суммируется с напряжениями и Ujq . Полный сигнал Uj;, соответствующий перемещению счетчика 2 вдоль оси X, показан на фиг. 5 и. Как видно (фиг. 4 д, фиг. 5 а) в момент врем.ени t и t4 съемник 2 меняет направление перемещения , и в момент времени t выходной .сигнал второй группы координатных катушек снова достигает нулевого уровня, однако многофазный триггер 20 не меняет своего состояния. Таким образом, в момент времени t дискретный импульс U(3j( не появляется и не происходят никакие переключения. Так как аналого-кусочный сигнал .,. при дальнейшем перемещении съемника 2 становится отрицательным, то на выходе компаратора 27 знака имеется отрицательное напряжение 1137 (Фиг.5 ж) в момент времени tj выходной сигнал третьей группы координатных катушек становится равным нулю (фиг. 4 а, фиг. 5 а) и происходят

переключения, аналогичные переключениям в момент t .Таким образом, на выходе парафазного усилителя 24 кусочно-аналоговый сигнал являеся отрицательным.

В момент времени t нулевой уровень достигает выходной сигнал СЦц первой группы координатных катушек. При этом первая группа координатных катушек подключается к инвертирующему входу пара.фаэного усилителя 24 и формируется полный сигнал Uy,Аналогичным образом определяется дру- гая координата. .

Существенно, что обе координаты определяется одновременно. Таким образом, полное перемещение может быть определено.путем определения количества дискретных шагов и суммированием с величиной перемещения в зоне одной позищ и, определяемой по выходному кусочно-аналоговому сигналу. Причем дискретное число импульсов определяется суммирование числа импульсов, сформированных при положительном кусочно-аналогово сигнале, и вычитанием Л1сла импульсов дискретного выхода, сформированных при отрицательной полярности кусочно-аналогового сигнала.

Применение блоков 10 - 13 позволяет формировать дискретный сигнал, пропорциональный целому числу шагов квантования, и кусочно-аналоговый сигнал, пропорциональный положению съемника внутри шага квантования, полученные выходные сигналы устройства, амплитуда которых является пропорциональной положению съемника относительно выбранного центра координат, являются аналоговыми во всей плоскости планшета.

Использование новых блоков и связей, соединенных по предлагаемой cxeNfeyповыщает точность преобразования графической информации.

Формула изобретения

1. Устройство для считывания графической информации, содержащее планшетс координатными шинами,съемник координат, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к одним из входов фазовых детекторов, отличающееся тем)что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блоки формирования дискретного и кусочно-аналогового сигналов и блоки определения координат, а координатные шины выполнены в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевых обмоток с постоянной высотой и переменной

шириной каждой петли в обмотках, геометрические центры прямоугольных обмоток отдельных групп смещены друг относительно друга по соответствующей координатной оси, причем одни из концов прямоугольных петлевых обмоток группы подключены к другим входам фазовых детекторов, выходы которых соединены со входами блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходы

0 которых подключены к соответствующим входам блоков определения координат, а выход генератора синусоидальных колебаний подключен к съемнику координат .

5

2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся Тем, что в нем каждый из блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязывающий и парафазный усилители, нуль-органы,

0 многофазный и счетный триггеры и логический элеме.нт ИЛИ, причем входы блоков подключены ко входам нульорганов и первым входам одних из ключей, вторые входы которых соеди5нены с выходами многофазного триггера, а выходы через развязывающий усилитель - с первым входом другого ключа, второй вход которого подключен к выходу счетного триггера, а

0 выходы через парафазный усилитель к одному из выходов блока, другой выход которого соединен со входом счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого

5 подключены к выходам многофазного триггера, входы которого соединены с выходами нуль-органов.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что,в нем каждый из блоков определения координат .

0 содержит реверсивный счетчик,преобразователь код - напряжение, компаратор знака, сумматор и источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора,

5 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

0 другим входом блока, выход которого подключен к выходу сумматора, третий вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение, вход которого подключен к выходу

5 реверсивного счетчика.

И::точники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 549819, кл. G 06 К 11/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР

0 404104, кл. G 06 К 11/00, 1972 (прототип).

i/d

I I I II II I I

15

25

при BSuiKCHuu направо //

Г

n

ffSuiKeuau Ha/ieSo x

Siynki

fffu fffuffenuu на/tefo

JS Ы

3

/7

zs

ml/g

и„

, J