Устройство для считывания графической информации Советский патент 1981 года по МПК G06K11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ

J, .

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

Известны ультразвуковые устройства для считывания 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 являются возможность сбоя от акустических шумов на входах приемников сигналов ввиду отсутствия контроля результатов считывания, а также нестабильность результатов считываг НИН по точности из-за колебаний скорости ультразвука в воздухе и вследствие интерференции прямых и отрс1женных сигналов, обусловленной непрерывной работой излучателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому т сническоИНФОРМАЦИИ

му решению является известное устройство для считывания 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 вычитателя частот, счетчик,

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

Недостатком зтого устройства является низкая точность- кодирования из-за интерференции прямых и отра20женных сигналов, обусловленной непрерывной работой лзлучателя, вычитателей частот и счетчика. Кроме того, из-за интерференции прямых и отраженных сигналов возможен срыв слежения

25 за фазой излучаемого сигнала при положении визира-излучателя вблизи края планшета, когда расстояние от излучателя до посторонних объектов больше расстояния 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 усложняют конструкцию, схему и настройку устройства, не гарантируя при этом полную компенсацию колебаний скорости ультразвука в воздухе, так как например, температура воздуха в зоне контрольного канала может отличаться от температуры над рабочим полемпланшета изтза изоляции зтих двух частей устройства друг от друга, необходимой при непре|рывной работе излучателей.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для считывания 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 вычитателя Частот, счетчик, блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенные узел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, введены блок синхронизации, интегратор, преобразователь кодфаза, узел сравнения кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом прерывателя сигнала и с одним из выходов делителя частоты, выход прерывателя сигнала соединен со входом усилителя, а управляющий вход - с одним из выходов дополнительного делителя частоты другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнения кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним из входов преобразователя код-фаза, другой вход которого подключен к .выходу генератора опорных импульсов, а выход - к другому входу вычитателя 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 вычислителя 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 сравнения кодов, причем управляющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислителя координат, второго ключа и блдка синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управления, вход которого подключен к другому выходу .делителя частоты.

Кроме того, указанная цель достигается в устройстве тем, что оно содержит детектор знака ошибки, вход которого подключен к дополнительному выходу узла контроля, а выход - к управляющему входу генератора опорных импульсов.

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

Устройство в двумерном варианте (фиг. 1) содержит планшет 1, свободно перемещаемый визир-излучатель 2 и связанные с ним через воздушную Среду три точечных приемника 3 сигналов. Расстояние между соседними приемниками 3, фиксированными на планшете 1 на прямой линии, рпвно1/1. С выходом генератора 4 опорных импульсов последовательно соединены делитель 5 частоты, прерыватель 6 (излучаемого) сигнала, усилитель 7 (излучателя) и визир-излучатель 2, причем управляющий вход прерывателя 6 подключен через делитель 8 частоты к выходу делителя 5. Выходы приемников 3 через усилители-формирователи 9 и коммутатор 10 соединены с одним из двух входов .вычитателя 11 частот. Выход вычитателя 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 преобразователя 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 сравнения кодов подключены к делителю 8 и к промежуточному выходу регистра 18 сдвига, а выход - к управляющим входам ключей 13 и 16. С выходом регистра 18 сдвига интегратора соединены последовательно вычислитель 21 координат, узел 22 контроля и блок 23 вывода информации. Вход блока 24 управления 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. Управляющий 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 кодирования - чертеж, гра фик или объемную модель (не показано) - крепят на планшете 1. При вкл чении устройства запускается генера тор 4, сигналы которого через блок 24 управления обеспечивают синхрони зированную работу всех блоков yctpo ства. Делитель 5 понижает частоту сигналов генератора 4 до частоты излучения, выбранной с учетом необходимой точности и помехозащищеннос ти устройства, а также с учетом условий излучения сигнала на наиболее выгодной частоте, с точки зрени дальности действия ультразвуковой связи между визиром-излучателем 2 и приемниками 3. Сигнал на выходе прерывателя 6, управляемого Делителем 8, представляет собой пакеты 1 мпульсов, причем частоты заполнения и повторения пакетов находятся в кратном соотношении, поскольку делитель 8 подключен к быходу делителя 5. Период следова ния пакетов выбран с учетом скорост распространения излучаемого сигнала и размеров планшета. При этом расстояние между соседними пакетами, излученными в пространство, примерн равно максимальному удалению визира-излучателя 2 от приемника 3 в пр делах планшета 1. В этом случае Отраженные сигналы не оказывают замет ного влияния на точность работы уст ройства. Сигнал с выхода усилителя 7 поступает на визир-излучатель 2, центр излучения которого, совпадающий с острием указателя, 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 ля (не показаны), выдают во время прихода пакета импульсов сигналы в виде меандра. От инерционности цепи: усилитель излучателя - излучатель - передающая среда приемник - усилитель-формирователь зависит число импульсов в пакете, которое выбрано для опытного ультразвукового устройства равным 16-ти. Коммутатор 10 по сигналам блока 24 периодически поочередно подключает выходы усилителей-формирователей, 9 к вычитанию 11. Время подключения каждого канала должно быть не менее одного периода излучаемого сигнала. В рассматриваемом устройстве это время равно двум периодам излучаемого сигнала. В основе работы устройства лежит явление Допплера: излучатель движется, а приемники сигналов неподвижны. При этом частоты сигналов на выходах приемником получают допплеровские сдвиги. Разностные (допплеровские) частоты, представляющие скорости V излучателя относительно приемников, и интегралы от них, представляющие расстояния г, /т 1, 2, 3 (номер приемника) от излучателя 2 до приемников 3, определяются в процессе работы кольца, составленного из вычитателя 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 связи между элементами этого кольца в рабочие циклы устройства, когда в результате совпадения кода сигнала делителя 8, определяющего время распррстранения сигнала от визир-излучателя 2 до т-го приемника 3, с кодом расстояния tn поступающим из регистра 18, узел 20 вырабатывает разрешающий импульс. Три последовательных кода в регистре 15 и регистре 18 расположены в порядке опроса приемников 3. Длина регистра 15, как и регистра 18, равна тр разрядами, где m - число приемников 3, ар- разрядность кода. В начале считывания информации оператор помещает визир-излучатель 2 в точку привязки, фиксированную на планшете 1, например точку 01, и устанавливает, используя блок 24, нулевые значения скоростей (V(n(0) в регистре 15 сдвига счетчика 26, начальные значения расстояний (0) в регистре 18 сдвига интегратора 27 и начальные значения координат XQ, Уд точки привязки в вычислителе 21. С этого момента осуществляется слежение за фазами сигналов, поступающих от приемников 3. Процесс слежения за фазами включает следующий ряд операций, временные соотношения между которыми даны на фиг. 2. Периодически поочередно, каждый цикл работы устройства, соответствующий циклу коммутатора 10, с помощью преобразователя 19, на счетный вход которого поступают импульсы от генератора 4, восстанавливаются фазы сигналов из п младших разрядов кодов e(i) (фиг. 2,с( ). Эти коды формируются с нулевого по 1-й цикл, поэтому и соответствующие им фазы относятся к i-му циклу: ) (фиг.2,6). Частота восстановленного сигнала равна частоте излучаемого сигнала. Одновременно с восстановлением фазы из кода периодически поочередно сравниваются фазы Ч(1) с фазами ,,(i+l) сигналов от соответствующих приемников 3 (фиг. 2,6). Сигналы от риемников 3, поступающие через комутатор 10, относятся уже к i+1-му

циклу работы устройства. Сравнение i-ro (задержанного) и i+1-го (текущего) сигналов происходит на вычитателе 11, по состоянию которого (1 или О ) после истечения времени опроса т-го приемника 3, блок 12 синхронизации, управляемый блоком 24 управления, формирует сигнал W( 1+1) , равный или (фиг. 2, ), представляющий ускорение визир-излучателя 2 относительно т-го приемника :(в последовательном коде).

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

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

Операции интегрирования выполняются 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, выполняется после установки расстояний гп (0) в регистре 18 сдвига при положении излучателя 2 в точке привязки, т.е. в нулевом цикле. Для сравнения фаз используется один период из пакета импульсов.

В процессе определения расстояний 1 г а / ъ г вычислитель 21 рассчитывает координаты точки.

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

Величину Е непрерывно проверяет узел 22, Если допускается погрешность в определении хотя бы одного из трех расстояний В , &г , 83, величина которой равна одной длине волны (равной, например,. 8 мм) или более (на меньшую величину устройство ошибиться не может, поскольку в нем реализован принцип слежения за фазой), то Е наверняка превышает наперед заданный порог и узел 22 не пропускает коды координат X и У в блок 23. Одновременно включается световая или звуковая сигнализация, указывающая на необходимость устранения сбоя путем установки начальных

кодов при положении визира в точке привязки.

В отличие от известного устройства, узел 22 не только блокирует выдачу кодов при сбое, но и позволяе сохранять постоянной длину волны излучаемого сигнала.

Введение детектора 25 и связи между узлом 22 и генератором 4 через детектор 25 позволяет значительно упростить устройство ввиду исключеН11Я дополнительного излучателя и дополнительного приемника сигнала с усилителем. При этом также повышается точность контроля длины волны, а, следовательно, и точность работы устройства, так как одни и те же расстояния 8.,, e/j используются и для вычисления координат X и У, и, вместе с К, для контроля длины волны.

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

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

Сигнал от блока 24, поступающий на второй управляющий вход ключа 16, выключает его на период усреднения (интегрирования) кодов X и.У в блоке 23, предшествующий .выдаче кодов на перфоратор или в ЭВМ. позволяет снизить ошибку вычисления фазы, когд не требуется большого быстродействия

Цель- изобретения - повышение точности работы устройства достигается в результате использования всей совокупности новых признаков: тех, -которые осуществляют прерывистый режим работы и тем самым устраняют интерференцию прямых и отраженных сигналов, и тех, которые позволяют практически осуществить прерывистый режим за счет увеличения быстродействи при кодировании перемещений.

В свою очередь прерывистый режим работы устройства позвол;зет повысить помехозащищенность новой схемы, отел живающей фазы. В предлагаемом устройстве фаза отслеживается не по одному пакету излученных импульсов, который может совпасть с импульсом помехи, а по целому ряду пакетов, причем из каждого пакета берется лишь один период сигнала. В результате такого растяжения во времени процесса формирования кода перемещения визира устройство оказывается защищенным практически от любых возможных в по мещении акустических шумов Даже удары металлического предмета постальному планшету вблизи приемника не приводят к сбою устройства. Отсутствие интерференции прямых и отраженных сигналов,большая допус тимая скорость визира и практически полная помехозащищенность устройств взятые 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 разряды,а вычислитель 21 - дополнительные цепи для опреде ления координаты Z и контрольной су мы E-J. Расположение приемником 3 в трех мерном варианте показано на фиг. 3. Приемники расположены на пересекающихся перпендикулярных прямых, по два приемника на каждой прямой, при чем три приемника удалены от точки пересечения прямых на расстоянии L/l, а четвертый - на расстояние L . Такое расположение приемников обеспечивает возможность получения конт рольной суммы для обнаружения сбоя и подстройки частоты генератора. При сравнении с результатами испытаний устройств, соответствующих схем прототипа, установлено, что точность устройства повьшена вчетверо. Абсолютная погрешность не превышает 1/16 мм на планшете 400x600 м Устройство устойчиво против акустических шумов. Слежение за фазой излучаемого сигнала надежно осуществляется как в плоскости планшета, так и при удалении визира-излу ател от него или подъеме на расстояние до 1м. Визир-излучатель допустимо перемещать со скоростью до 2, м/с. Формула изобретения 1. Устройство для считывания 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 вычитателя частот, счетчик, блок управления, вычислитель координат и последовательно соединенные узел контроля и блок вывода информации, визир-излучатель, подключенный к усилителю, генератор опорных импульсов, соединенный с делителем частоты, отличающе.ес я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок синхронизации, интегратор, преобразователь код-фаза, узел сравнения кодов, ключи, прерыватель сигнала и дополнительный делитель частоты, вход которого соединен со входом пр ерывателя сигнала и с одним из выходов делителя частоты, выход прерывателя сигнала соединен со входом усилителя, а управляющий вход - с одним из выходов дополнительного делителя частоты, другой выход которого подключен к одному из входов узла сравнения кодов, другой вход которого соединен с первым выходом интегратора и одним из входов преобразователя код-фаза, другой вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, а выход к другому входу вычислителя 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 вычислителя 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 сравнения кодов, причем управляющие входы коммутатора, счетчика, интегратора, вычислителя координат, второго ключа и блока синхронизации соединены с соответствующими выходами блока управления, вход которого подключен к другому выходу- делителя частоты. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит детектор знака сяяибки, вход которого подключен к дополнительному выходу.узла контроля, а выход - к правляющему входу генератора опорных импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 475638, кл. G 06 К 11/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2099464/18-24, кл. G 06 К 11/00, 1973 (прототип).

ua.i