Устройство для считывания гра-фической информации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (n>805368 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 210778 (21) 2647414/18-24 с присоединением заявки ¹ .— (23) Приоритет

Опубликовано 15,02,81. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 15.02.81 (53)М. Кл.3

С 06 К 11/00 дарственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытн и (53) УДК 681, 327. . 12 (088, 8) г

К. C . .Кришюнас, В. В. Лаурушка, В. П. Лауру гис,;,Л.В. Буйвид и 3.И. Тураускас ф (! Э

Каунасский политехнический институт им. . Антанаеа Снечкуса

--- -... f (72) Авторы изобретения (71) 3 а я в итель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧ,СКОИ

ИНФОРМАЦИИ

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

Известны устройства для считывания 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, закреп- 15 ленного на планшете, блок определения поправки, соединенный со съемником и предназначенный для определения координаты точки, находящейся в области между соседними рамками, 20 счетчики координат, блок <масштабирования, предназначенный для форми,)ования координаты измеряемой точки в необходимом масштабе, блок управления, генератор одиночных импульсов и пусковую кнопку (1).

Недостатком известного устройства является его невысокая точность, определенная шагом концентрических кольцевых обмоток на съемнике, 30

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с координатными шинами, съемник координат, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к одним из входов фазовых детекторов. Устройство содержит также фаэовращающие линейки, соединенные с генераторами синусоидальных колебании (2).

Недостатком этого устройства является то, что при прохождении сигнала от начала фазовращающей линейки к ее концу происходит era затухание, что ухудшает линейность характеристики преобразования, так как для линейного распределения фазы сигнала между двумя соседними шинами необходима не только фазовая, но и амплитудная симметрия сигналов, воспринимаемых от шшин, находящихся по обе стороны от зондируемой.

Указанное нарушение линейности ведет к понижению точности работы устройства.

Цель изобретения — повышенке точности устройства.

805368

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 групп смещены друг относительно друга по соответствующей координатной оси,причем иэ концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключены к другим входам фазовых детекторов, выходы которых соединены со входами блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков определения координат, а выход генератора синусоидальных колебаний подключен к съемнику координат.

Кроме того, в предлагаемом устройстве каждый иэ 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, вторые входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы через раэвязывающий усилитель — с 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 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 определения координат содержит реверсивный 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 сумматора, третий 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 катушечных 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 11 формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов и два блока 12 и 13 определения координат.

Блоки 10 и 11 предназначены для формирования дискретных и кусочноаналоговых сигналов,U„

Планшет 1 изготовлен иэ изоляционного материала, на поверхности кото 5 рого вырезаны пазы с определенным шагом, например равным 1/б 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 линей25 ности 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 катуЗ5 шек подключены ко входам фазовых детекторов 4 — 9. Съемник 2, предназначенный для возбуждения координатных катушек, имеет форму карандаша, на оконечник которого намотана возбуждающая катушка, записываемая

40 током генератора 3 синусоидальных колебаний. Кроме того, генератор 3 подключен к опорным входам фазовых детекторов 4 — 9, которые предназначены для демодулирования наводимой

45 в координатных катушках ЭДС взаимоиндукции и подавления паразитных сигналов извне. Зависимости демодулированных сигналов Ц „, () „, П „, Uqyz

U от перемещения съемника 2 вдоль координаты Х и У имеют вид, показанный на фиг. 3 а для координаты

Х, Показанные на фиг. З,а зависимости демодулированных сигналов от перемещения 4х получены за счет того, что группы координатных катушек имеют периодически пбвторяющуюся форму (фиг. 2).

805368 нулевого уровня (на фиг. 3 а, 3 в показаны сигналы для координаты Х).

Блоки 10 и 11 содержат три ключа

14 — 16, три нуль-органа 17 — 19, многофазный триггер 20, логический элемент ИЛИ 21, развязывающий усилитель 22, четвертый ключ 23, парафазный усилитель 24, счетный триггер 25.

Три ключа 14 — 16 подключают демодулированный сигнал U<„, U>x, U>x фазовых детекторов 4 — 6 к усилителю

22, если на управляющие входы ключей 14 — 16 поступают управляющие импульсы из многофазного триггера 20 (фиг. 3 в, г, д). Нуль-органы

17 — 19 формируют высокие потенциалы при переходе изменяющихся демодулированных сигналов фазовых детекторов

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 UgX показанный 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 разв язки выходных цепей трех ключей .

14 — 16 и входа четвертого ключа 23.

Как видно из фиг. 3 а, чтобы получить нужную кусочно-аналоговую характеристику, показанную на фиг. 3 б, радо инвертировать отрицательные наклоны при движении слева направо, а при противоположном движении надо инвертировать положительные наклоны.

Таким образом, при движении съемника

2 парафазный усилитель 24 должен менять знак коэффициента усиления после каждого дискретного импульса

Щх элемента ИЛИ 21. При движении съемника 2 вправо вдоль оси Х после поступления первого дискретного импульса Udx(фиг. 3 в) на выходе триггера 25 со счетным входом имеет cÿ нулевой уровень U (фиг. 3 г); так как управляющий сигнал V 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 усилителя 24 имеет отрицательный знак, и отрицательный. наклон характеристики инвертируется в положительный.

При поступлении следующего дискретного импульса Щ, на выходе триггера 25 со счетным входом появляется сигнал 1) (фиг. 3 г) с положительным уровнем, который переводит четвертый ключ 23 в предыдущее положение.

Таким образом, на неинвертирующий вход парафазиого 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 Х осуществляются аналоговые переключения четвертого ключа 23, Если достигнувший точки (фиг. 3 а) съемник 2 начинает двигаться влево, то в точке С3 изменяющийся выходной сигнал третьей групБлоки 12 и 13 определения координат (фиг. 1) содержат реверсивный счетчик 26, компаратор 27 знака, пы катушек равен нулю, однако многощ фазный 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, 2) дискретный сигнал Vyx e появляется и триггер 25 со счетным входом не меняет своего состояния (фиг. 3 д).

На выходе парафазного усилителя

24 имеется сигнал орицательной по-лярности. При дальнейшем передвиже"

30 нии съемника 2 влево на выходе злсмента 21 появляется дискретный сигнал Udx, который меняет состояние триггера 25 (фиг. 3 д), и четвсртыи ключ 23 подключает выходной сигнал

35 первой группы катушек к инвертирующему входу парафазного усилителя 24.

Коэффициент усиления парафазного усилителя 24 имеет отрицательный знак (фиг. 3 ж). Таким образом, му4р сочно-аналоговая характеристика преобразования имеет отрицательные наклоны. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево осуществляются аналогичные переключения четвертого ключа 23.

4> Кусочно -aHaxoroaaari сигнал кроме информации о положении съемника 2 между позициями (то есть в интервале между двумя дискретными импульсами Ud, (фиг. 3 б, 3 в) несет

5р .информацию о йаправлении перемещения, амплитуда которого превышает одну позицию. При перемещении вправо этот сигнал имеет только положительную полярность, а при движении вле55 во — отрицательную.

Блоки 12 и 13 предназначены для фсрмирования аналоговых сигналов

V, соответствующих полному перемещению .съемника 2 по горизонтальной и вертикальной координатам.

Оба аналоговые сигнала Ux, U> выдаются одновременно.

805368 преобразователь 28 код — напряжение, источник 29 опорного напряжения и сумматор 30. Реверсивный счетчик 26 предназначен для суммирования и вычитания дискретных импульсов Ugx. Компаратор 27 знака предназначен для управления работой реверсивного счетчика 26. Преобразователь 28 код — напряжение предназначен для преобразования содержимого реверсивного счетчика 26 в напряжение. Источник 29 опорного напряжения предназначен для формирования опорного напряжения Ц29 . Сумматор 30 предназначен для суммирования сигналов UNLAX, Пд, Пд

Устройство работает следующим 15 образом.

Допустим, что в момент времени съемник 2 находится н центре координат. При помощи цепи сброса реверсивный счетчик 26 и многофазный ! триггер 20 устанавливаются в исходное состояние. Таким образом, как видно из эпюр (фиг. 4 и фиг. 5), н момент времени t кусочно-аналоговый сигнал равняется нулю (фиг. 4 б и фиг. 5 е), а дискретный сигнал Udx (фиг. 4. б и фиг. 5 е) отсутствует.

Так как в исходном состоянии многофазный триггер 20 имеет высокий уровень ()2н на выходе 1 (фиг.4 ж) и тем самым переключает первый 30 ключ 14, то выходной сигнал первой группы катушек U X поступает на вход четвертого ключа 23. Кроме того, в исходном состоянии триггер 25 имеет высокий уровень U2> (фиг. 4 к), 3$ из-за чего четвертый ключ 23 переключается на выход 1, а коэффициент усиления парафазного усилителя

24 имеет положительный знак (фиг.4 л) .

Как видно из эпюр (фиг. 4 з и фиг. 4О

4 и), в момент времени t на втором и третьем выходах многофазного триггера 20 имеются низкие уровни.

При передвижении съемника 2 до момента времени t2 к .неиннертирую- 45 щему входу парафазного усилителя

24 подключен выходной сигна первой группы координатных катушек. Так как Uggx + 0 То выходной сигнал Ugy (фиг. 5 ж) компаратора 27 знака $0 положителен. Ка« видно из фиг. 5 и, до момента времени t2 на выходе устройства сигнал U> = U Ax. В момент времени t2 выходной сигнал третьей гРуппы координатных катушек достигает нулевого уровня (фиг. 3 а) и индикатор нуля 19 выдает положительный импульс Ulg (фиг. 4 д, фиг. 5 r), который переводит многофазный триггер 20 в состояние, в котором на его. третьем выходе появ- 60 ляется высокий потенциал, а на остальных — низкий (фиг.. 4 ж, з, и). Поэ— тому ключ 16 переключается, и на вход четвертого ключа 23 поступает сигнал из третьей группы координат- 6$ ных катушек. Кроме того, ныходной сигнал Ugly Мнсгофаэнсгс триггера 20 поступает на вход элемента ИЛИ 21, на выходе которого появляется импульс Щ (фиг, 4 е, фиг. 5 д), который поступает на вход реверсивного 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 конвертирующему входу парафаэного усилителя 24, коэффициент усиления которого имеет отрицательный знак (фиг. 4 л) . В момент времени t2 на выходе преобразователя 28 получается напряжение U2, которое суммируется с UKAX и ()м

В момент времени t ныходной сиг3 нал второй группы катушек достигает нулевого уровня, и нуль-орган 18с опрокидывает многофазный триггер 20 (фиг. 4 r, ж, з, 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

U2x, второй группы координатных катушек к входу четвертого ключа 23.

Кроме того, в момент вРемени t3 элемент ИЛИ 21 выдает импульсы U<3X (фиг. 4 е, фиг. 5 д), которые суммируются в реверсивном счетчике 26 и опрокидывают. триггер 25 со счетным входом (фиг. 4 к) . Выходной сигнал U>< триггера 25 переключает ключ 23 в предыдущее состояние и выходной сигнал Ugy, второй группы подключается к неиннертирующему входу парафазного усилителя 24, На выходе преобразонателя 28 код — напряжение формируется напряжение 1)2 (фиг. 5 э), которое суммируется с напряжениями цкд и 029 °

Полный сигнал Ux, соответствующий перемещению счетчика 2 вдоль оси

Х показан на фиг. 5 и.

Как видно (фиг. 4 д, фиг. 5 а) .в момент времени t> и tg съемник 2 меняет направление перемещения, и н момент времени tp выходной, сигнал второй группы координатных катушек снова достигает нулевого уровня, однако многофазный триггер 20 не меняет своего состояния. Таким образом, в момент времени 4 дискретный импульс U не появляется и не происходят никакие переключения.

Так как аналого-кусочный сигнал UxAx,. при дальнейшем перемещении съемника

2 становится отрицательным, то на выходе компаратора 27 знака имеется отрицательное напряжение U2 (фиг.5 ж).

В момент времени t выходной сигнал третьей группы координатных катушек становится равным нулю (фиг. 4 а, фиг. 5 а) и происходят

805368

10 переключения, аналогичные переключениям в момент t2 . Таким образом, на выходе парафазного усилителя 24 кусочно-аналоговый сигнал У Ау является отрицательным.

В момент времени t< нулевой уровень достигает выходной сигнал U

При этом первая группа координатных катушек подключается к инвертирующему входу парафаэного усилителя 24 и формируется полный сигнал UX,Аналогичным образом определяется другая 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 позиции, определяемой ,по выходному кусочно-аналоговому сигналу. Причем дискретное 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.

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

cxetA,ïoâûùàåò точность преобразования графической информации.

Формула изобретения

1. Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с координатными шинами, съемник координат, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к одним из входов фазовых детекторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем;-:что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блоки формирования дискретного и кусочно-аналогового сигналов и блоки определения координат, а координатные шины вы1олнены 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 осн, причем одни иэ концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключены к другим входам фазовых детекторов, выходы которых соединены со входами блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков определения координат, а выход генератора синусоидальных колебаний подключен к съемнику координат.

35 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в нем каждый из блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязывающий и nagp рафазный усилители, нуль-органы, многофазный и счетный триггеры и логический элемент ИЛИ, причем входы блоков подключены ко входам нульорганов и первым входам одних из ключей, вторые входы которых соеди25 нены c âûõoäàìè многофазного тригге ра, а выходы через раэвяэывающий усилитель — c первым входом другого ключа, второй вход которого подключен к выходу счетного триггера, а

30 выходы через парафаэный усилитель к одному иэ выходов блока, другой выход которого соединен со входом счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого

35 подключены к выходам многофаэного триггера, входы которого соединены с выходами нуль-органов.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что,в нем каж4g дый иэ блоков определения координат, содержит реверсивный счетчик,преобразователь код — напряжение, компаратор знака, сумматор и источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора, 45 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

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

55 реверсивного счетчика.

И"точники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 549819, кл. G 06 К 11/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 404104, кл. G 06 К 11/00, 1972 (прототип).

805368

tmUp их

Составитель T. Ннчипорович

Редактор И. Циткина Техред Н. Келуюак Корректор Н. Бабцнйц

Заказ 10906/74 Тираж 756 Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,, Иосква, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

° »» . Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4