Фотокопировальная система

 

Изобретение относится к устройствам слежения за контурами плоских кривых и может быть использовано для управления координатными машинами термической резки. Цель изобретения - повышение скорости и точности копирования. Устройство содержит фотосчитывающую головку 1, расположенную над копир-чертежом (КЧ) 2. В радиальных каналах 4 по окружности фотоголовки размещены осветители 3. Фотоприемник 5 расположен в центре головки в месте схождения отраженных лучей осветителя от КЧ 2. Фотоприемник 5 подключен к формирователю 6 задающего сигнала. Генератор 7 вырабатывает последовательности двоичных кодов, поступающие на вход усилителя-осветителя 8 и буферный регистр 9. Смена двоичных кодов на входе усилителяосветителя 8 обеспечивает последовательную коммутацию осветителей 3, создающих на плоскости КЧ 2 световую развертку по окружности или в секторе слежения, центр которого совпадает с направлением линии КЧ 2, определенной на предыдущем этапе сканирования. Выход буферного регистра 9 в свою очередь подключен на вход запоминающего устройства 10. Выбор кода, записанного в устройстве 10, происходит по адресам, определяемым кодом на входе усилителя-осветителя 8 при считывании фотоприемником линии КЧ 2. Это позволяет при преобразовании кода в ЦАП 11 получить на входах приводов 13 координатных перемещений аналоговые сигналы, перемещающие фотоголовку и резак 3 з.п. ф-лы, 7 ил. (Л С

СОК)З СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ KOMVITET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ у

1 (21) 4474831/27 (22) 18.08.88 (46) 07.10.91, Бюл. ¹ 37 (71) Опытно-конструкторское бюро "Роботы" Научно-производственного обьединения "Ритм" (72) О.В.Ольшанский, Е.И,Петрухин, А.И.Гвоздюк, В.Н, Гордеенко и С,Н. Исаев (53) 621.791.945.03 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 442277880044, кл. В 23 K 7/00, 1972. (54) ФОТОКОПИРОВАЛЬНАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к устройствам слежения за контурами плоских кривых и может быть использовано для управления координатными машинами термической резки. Цель изобретения — повышение скорости и точности копирования. Устройство содержит фотосчитывающую головку 1, расположенную над копир-чертежом (КЧ) 2. В радиальных каналах 4 по окружности фотоголовки размещены осветители 3. Фотоприемник 5 расположен в центре головки в.. Ж 1682069 А l месте схождения отраженных лучей осветителя от КЧ 2, Фотоприемник 5 подключен к формирователю 6 задающего сигнала. Генератор 7 вырабатывает последовательности двоичных кодов, поступающие на вход усилителя-осветителя 8 и буферный регистр 9, Смена двоичных кодов на входе усилителяосветителя 8 обеспечивает последовательную коммутацию осветителей 3, создающих на плоскости КЧ 2 световую развертку по окружности или в секторе слежения, центр которого совпадает с направлением линии

КЧ 2, определенной на предыдущем этапе сканирования. Выход буферного регистра 9 в свою очередь подключен на вход запоминающего устройства 10. Выбор кода, записанного в устройстве 10, происходит по адресам, определяемым кодом на входе усилителя-осветителя 8 при считывании фотоприемником линии КЧ 2. Это позволяет при преобразовании кода в ЦАП 11 получить на входах приводов 13 координатных перемещений аналоговые сигналы, перемещающие фотоголовку и резак. 3 з.п. ф-лы, 7 ил, 1682069

Изобретение стносится к фотокопировальным системам слежения за контурами плоских кривых и может использоваться для управления, преимущественно, в координатных машинах термической резки, в основном, листового ме1алла, Целью изобретения является повышение скорости и точности кзпирования, На фиг.1 показaI-:а блок-схема фотокапировальной систем,-, на фиг.2 — схема генератора опорного сигнала; на фиг.3— блок-схема усилителя осветителя; на фиг.4 — блок-схема усилителя-формирователя задающего сигнала; на фиг.5 — пояснение npoIj,åññà фотоследящего копирования; на фиг.6 — перемещение центра копирования при компенсации угла рассогласования; на фиг,7 — перемещение центра О копирования для беэинерционной фотакопировальной системы.

Устройство содержит фотосчитыванзщую головку 1, расположенную под кап ир-чертежом 2 с осветителями 3, размещенными в каналах 4 головки 1, фотоприемник 5, установленный в центральном канале головки 1. Фотаприемник 5 подклнзчен к входу усили еля-формирователя 6 задающего сигнала, выход которого подключен к генератору 7 опорного сигнала, выход которого подклнзчен к входам усилителя-осветителя 8 I, буферноГо регистра 9, В-торой вход буферного рез-истра 9 подключен также к выходу усилителя-формирователя 6 задающего сигнала, а выход подключен на вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 10 с„-.нусно-косинусных nocëåäoBàTåëüHîc.ìé, выходы каторого соединены с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 11, Буферный ретис-гр 9, ПЗУ 10 и ЦАП 11 составляют функциональный преобразователь 12, к выходу которогс подключены приводы 13 перемещения резака 14 и фотосчитывающей головки 1, Генератор 7 опорного сигнала содержит элемент 2И-Н Е

15, на вход которого поступает сигнал с усилителя-формирователя 6 задающего сигнала, а выход подключен на вход RS-триггера

16 и двоичного счетчика 17. Генератор 18 тактовых импульсов подключен к счетному входу двоичного счетчика 17, выходы которого подключены, на вход элемента 3И вЂ” НЕ

19, третий вход этого элемента подклнзчен также к инверсному выхсду RS-триггера 16 и входу элемента 2И-НЕ 20, второй вход которого подключен к генератору 18 тактоsbIx импульсов, Реверсивные счетчики 21 и 22 с предустановкой подклкзчены по кольцевой регистровой схеме, причем выход счетчика 21

?5

55 подключен на входы усилителя-осветителя 8 и регстра 9, а суммирующий вход подключен к генератору 18 тактовых импульсов, вход предустановки подключен к выходу элемента ЗИ вЂ” НЕ 19, в свою очередь вычитающий вход счетчика 22 подключен к выходу элемента 2И-НЕ 20, а вход предустановки подключен к выходу элемента 2И-НЕ 15, второй вход которого подключен к прямому выходу

RS-триггера 16.

Усилитель-осветитель 8 состоит иэ дешифратора 23 пять на тридцать два, выходы которого нагружены на транзисторные ключи 24. осуществляющие коммутацию излучателей 3 осветителя. Усилитель-формирователь 6 задающего сигнала, в свою очередь, состоит иэ усилителя 25 фототока, на вход которого подключен фотоприемник

5, а выход подключен к компаратору 26, обеспечивающему сравнение сигналов с линии на белом фоне копир-чертежа, выход которого подключен к входам генератора 7 опорного сигнала и буферно о регистра 9. входящего в состав функционального преобразователя 12. Радиальные каналы в фотосчитывающей головке выполнены под углом 25 — 50 к ее веотикальной оси. Такой выбор угла обоснован тем, что уменьшение его менее 25 ведет к усложнению конструкции головки и технологии ее изготовления, а увеличение угла больше 50 ведет к ухудшению считывания за счет большого рассеивания света и увеличению затрат энергии.

Выбор углов был определен при изготовлении и испытании вариантов опытных головок.

Система работает следующим образом, Генератор 7 опорного сигнала вырабатывает последовательность двоичных кодов на выходе счетчика 21, поступающие на входы усилителя-осветителя 8 и буферного регистра 9. Принцип работы фотосчитывающей головки 1 основан на создании бегущего светового пятна (фиг.5), диаметр d которого соизмерим с толщиной линии копир-чертежа 2 при круговой траектории за счет последовательной коммутации излучателей 3, например, светодиодов, являющихся практически безинерционными источниками света. Такая последовательная коммутация осуществляется за счет поступления двоичного пятираэрядного кода на вход дешифратара 23 и коммутации посредством транзисторных ключей 24 одного светодиода-излучателя 3 из 32 единиц, размещенных в радиальных каналах 4 фотосчитывающей головки 1. Частота переключения последовательной коммутации дискретных излучателей 3 может меняться в широких пределах и определяется частотой генера1682069

15

25

d.N

2л (2l тора 18 тактовых импулсов. Последовательная смена кодов позволяет сканировать линию копир-чертежа 2 по круговой траектории с радиусом сканирования r. Момент встречи сканирующего пятна и от дискретного светоизлучающего прибора 3 с линией L копир-чертежа 2 регистрируется фотоприемником 5, который размещен в вертикальном канале фотоголовки 1 в месте схождения отраженных лучей осветителя 3 от копи р-чертежа 2.

Сигнал с фотоприемника 5 поступает на вход усилителя 25 и после усиления и срав нения сигналов на компараторе 26 поступает на вход генератора 7 опорных сигналов и регистр 9 функционального преобразователя l2, где по этому сигиалу фактически определяется вектор продвижения Г центра

0 сканирования. В регистре 9 при этом записывается текущий двоичный код с выхода счетчика 21, соответствующий направлению вектора продвижения, определяемого двоичными кодами sin u cos функций, хранящихся в ПЗУ 10 по адресам, определяемым этим кодом. Формирование сигналов управления приводами исполнительных механизмов резака 14 в данном случае и фотосчитывающей головки 1 осуществляется посредством преобразования кодов ПЗУ 10 з!и и cos функций в ЦАП 11, на выходе кото- 30 рых вырабатываются Чх и Vy координатные скорости, составляющие V с результирующего вектора скорости копирования, совпадающего с V<> вектором продвижения центра сканирования 0 в точку считывания

А линии L копир-чертежа 2, Эти сигналы, поступая на приводы 13 перемещений, определяют направление перемещения.

Процесс фотоследящего копирования заключается в определении координатных 40 скоростей Чх и Vy, составляющих вектора продвижения Vo центра 0 фотоголовки вдоль линии копируемого контура L по сигналу фотодатчика, Ось фотосчитывающей головки, пересекая плоскость чертежа, об- 45 разует центр 0 копирования. Вокруг этого центра считывающий луч от осветителя за счет последовательной коммутации радиально расположенных излучателей осветителя перемещается по круговой орбите с 50 радиусом r сканирования со скоростью в, обусловленной частотой смены кодов коммутации f и числом излучателей N, Диаметр d светового пятна соизмерим с шириной линии h.

Число излучателей N определяет коли-» чество дискретных направлений вектора \4 продвижения, от которых зависит точность аппроксимации линии копируемого контура

L. При этом аппроксимация контура шкалой дискретных направлений вектора Vo продвижения позволяет в сочетании с пошаговой коммутацией излучателей заменить предыдущее направление вектора продвижения V< на соседнее или против часовой стрелки.

Точность аппроксимации зависит от количества дискретных направлений N и от величины шага т развертки — расстояния перемещения центра 01 — 0 между двумя моментами определения вектора V<> продвижения, т.е, от скорости V<> копирования.

Если центр 0 находится на копируемой линии L, то для перемещения его по этой линии в направлении от а к Ь необходимо, чтобы координатные составляющие Vx u Vy вектора скорости копирования V<> были пропорциональны значениям синусной Vy и косинусной Vx составляющих вектора продвижения Vo, осуществляющего последовательное движение светового паятна по круговой траектории в момент времени, когда. он пересекает копируемую линию L в точке А. Мгновенное значение вектора Vo, определенное таким образом, является текущим значением вектора продвижения, а двоичный код с выхода счетчика 21 генератора 7 опорных сигналов определяет его текущий код.

Мгновенные значения косинусной Чх и синусной Vy составляющих вектора Vp продвижения определяются двоичными кодами синусной и косинусной функций вектора продвижения V< в момент поступления сигнала с фотоприемника 5 через усилительформирователь 6 задающего сигнала и генератор 7 опорных сигналов.

Аналоговые управляющие сигналы, пропорциональные Ux и Uy, вырабатываются в

ЦАП 11 и, поступив на вход исполнительных механизмов 13 перемещения фотосчитывающей головки и резака, определяют скорость Vo перемещения центра 0 сканирования между моментами определения вектора V< продвижения по линии L копирования.

Скоростьасканирования определяется из соотношения

Минимальный радиус r сканирования с учетом равенства ширины h линии копирования L и диаметра d светового пятна в плоскости сканирования определяется как

1682069

Величина радиуса сканирования при этом зависит, в основном, от параметров фотоголовки и излучателей, диаметра светового пятна и их числа, определяемого также количес1вом направлений вектора продвижения V<, которое целесообразно принимать кратным значению и (8,16,32,64). г

При совпадении линии копирования IL u одного из направлений вектора \4 продвижения величина радиуса г не играет роли.

Однако преобразование текущего кода Vo в аналоговые управляющие сигналы Ux u Uy при несовпадении направлений линии копирования и текущего вектора V< продвижения происходит с ошибкой, вследствие чего центр копирования О стремится уйти с копируемой линии (фиг.6).

Но так каак фотокопировальная система замкнутого типа, то она стремится возвратиться в линию а — Ь. В результате центр

0 копирования перемещается по некото1 рой эквидистантной линии э — b и ошибка копирования составляет ОВ, при этом она компенсируется появлением угла рассогласования hap между вектором V< скорости перемещения фотссчитывающей головки и вектором продвижении V<>. Значение ошибки копирования тем больше., чем больше r.

На фиг.7 показана траектория перемещения центра О ког ирования для безинерционной фотоког1ировальной системы, Пусть в некоторый момент времени центр

0 копирования находится в точке 01. Сигнал о пересечении линии копирования световым пятном получен в тсчке А1, текущий векэтор Vo< продвижения определяет вектор скорости Vo<, в направлении которого перемещается точка 0 за один цикл сканирования, при этом центр О перемещается в точку Ог, Определив следующее значение уп равляющего вектора Vo2 по точке Аг, определяют следующее направление Voz u т.д.

Так как положение каждой точки А и направление вектора Vol около линии аЬ определено соотношение r, d и h, центр О копирования движется по ломаной ллнии„ которая укладывается в полосу дрейфа. С. уменьшением r величина дрейфа уменьшается.

Величина амплитуды дрейфа центра 0 копирования около оси коплрования а-Ь зависит также от соотношения величины вектора скорости копирсвания Vpi и шага m развертки, Чем больше скорость Uo копирования, тем больше m — шаг развертки за период Т сканирования, что ухудшает динамические харак-еристлки перемещения фотосчитыва5

i0

55 ющей головки вследствие вибраций в механических конструкциях фотокопировальной

1 системы, где Т = — . (3)

Для улучшения динамичеаских характеристик при перемещении центра О необходимо увеличить частоту е сканирования соразмерно максимальной скорости копирования Uo.

Для уменьшения ошибки определения вектора Vp продвижения и для улучшения динамических свойств приводов радиус сканирования необходимо увеличивать.

B фотокопировальной системе в фотоголовке радиально под углом 30 к центру оси расположены 32 светодиода, работающие в качестве излучателей с частотой 1,333 кГц, что при скоростях исполнительных органов и считывания до 8 м/мин и частотой смены кодов коммутации излучателей f = 43 кГц обеспечивается шаг развертки m = 0,1 мм, радиус г сканирования при этом составил

4мм, 8 устройстве достигаются высокие динамические характеристики за счет большого значения вектора скорости копирования

V и малого шага развертки m при оптимальном радиусе сканирования r.

-При этом генератор 7 опорного сигнала, построенный на принципе синхронного asтомата, обеспечивает сканирование светового луча по круговой траектории посредством последовательной коммутации усилителем-осветителем 8 дискретных излучателей 3 в секторе слежения, симметричном относительно точки считывания графика, определенной на предыдущем цикле сканирования.

Работа в режиме сканирования в секторе слежения поясняется схемой генератора

7 опорного сигнала. Двоичные реверсивные счетчики со схемой предуста?1овки образуют кольцевой регистр, причем выходы счетчика 21 О,-Оз и генератора 18 .образуют пятиразрядный двоичный код, последовательность кодовых комбинаций которых однозначно определяют номер одного из 32 излучателей 3 осветителя, излучающего в данный момент. При появлении на выходе усилителя-формирователя задающего сигнала в информации о пересечении сканирующего луча с линией копир-чертежа 2 происходит установка RS-триггера 16 и счетчика 17, в этот момент происходит и запись двоичного кода 0 — Оз с выхода счет чика 21 на вход Do — 0з счетчика 22, соотве1 ствующего номеру излучателя 3, сигнал о. которого сканировал в данный момент н линию копир-чертежа.

1682069

5

25

35 преобразователя

После появления на выходе элемента

ЗИ-НЕ 19 сигнала, устанавливающего границу сектора слежения, что определяется подключением выходов О или (и) О счетчика на вход элемента ЗИ вЂ” НЕ 19, происходит перезапись кода Оо-Оз с выходов счетчика 22 на входы 0 -Оз счетчика 21, определяющего код начала сектора слежения на новом цикле сканирования и сброс

RS-триггера 16. При этом элемент 2И вЂ” НЕ 20 блокирует работу счетчика 22, а счетчик 21 начинает работу в режиме суммирования выходного кода с числом импульсов, поступающих с генератора 18, что и обеспечивает сканирование копир-чертежа по круговой траектории с номера светодиода, определяющего начало сектора сканирования на этом этапе слежения. Сканирование в этом режиме длится до поступления нового сигнала с усилителя-формирователя на вход элемента 2И вЂ” НЕ 15, при этом работа генератора 7 опорного сигнала повторяется аналогично описанному.

Устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить скорость копирования и технологическую скорость реза листового металла

Формула изобретения

1, Фотокопировальная система, содержащая фотосчитывающую головку с входящим в нее фотодатчиком, подключенным к усилителю-формирователю задающего сигнала. функциональный преобразователь, выходы которого подключены к приводам перемещения резака, усилитель-осветитель, подключенный к осветителю, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и скорости слежения, корпус фотосчитывающий головки выполнен осевым с радиальными каналами, система дополнительно снабжена генератором опорного сигнала, осветитель выполнен в виде дискретных излучателей, размещенных в радиальных каналах, фотодатчик размещен в осевом канале корпуса фотосчитывающей головки, входы усилителя-осветителя и функционального преобразователя связаны с выходом генератора опорного сигнала, на вход которого подключен выход усилителяформирователя задающего сигнала, управляющий вход функционального преобразователя подключен к выходу усилителя-формирователя задающего сигнала, при этом функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных буферного регистра, постоянного запоминающего устройства синуснакосинусных последовательностей и цифроаналогового преобразователя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что генератор опорного сигнала BblfloRнен в виде кольцевого регистра на двух реверсивных счетчиках, причем выходы первого счетчика подключены на информационные входы второго, а выходы второго подключены к информационным входам первого, суммирующий вход первого счетчика подключен к выходу тактового генератора, выход которого также подключен на входы третьего счетчика и первого элемента

2И вЂ” НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера и третьему входу элемента ЗИ вЂ” НЕ, выход первого элемента 2И вЂ” НЕ подключен к вычитающему входу второго счетчика, вход предустановки которого подключен к выходу второго элемента 2И вЂ” НЕ и R-входам установки RS-триггера и третьего счетчика, выходы последнего подключены к входам элемента

ЗИ-НЕ, а выход этого элемента подключен к счетному входу счетчика и S-входу установки RS-триггера, на первый вход второго элемента 2И вЂ” НЕ подключен выход формирователя задающего сигнала, а второй вход подключен к прямому выходу RSтриггера, выходы первого счетчика и тактового генератора подключены на входы усилителя-осветителя и функционального

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиальные каналы в фотосчитывающей головке выполнены под углом 25 — 50 к ее вертикальной оси.

4, Система поп1, отл и ча ю ща я с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности при передаче светового потока от осветителя, в радиальных каналах фотосчитывающей головки установлены оптоволоконные световоды.

1682069

1682069

1682069

Составитель В.Покровский

F åäàêT0ð А.Шандор 1ехред M.ÌîðãåHòàë Корректор М,Максимишинец ,=.Iàêÿç 3367 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государе венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производ<.геенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101