Линейно-круговой интерполятор

 

(72) Автор, изобретения

Т. Л. Шанидзе

Научно- производственное обьединение электронной вычислительной те хники (71) Заявитель (54} ЛИНЕЙНО-КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

f5

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматического управления и мбжет быть применено в системах автоматизированного проектирования, программного управления металлобрабатываюшими станками.

Известен линейно-круговой интерполятор, предназначенный для применекия в системах программного управления металлообрабатывающими станками и служащий для управления перемещением режущего органа в соответствии с очертанием отрабатываемого контура. Однако в нем не учитываются специфические задачи, выдвинутые формированием и нанесением чертежа не непрерывно протягиваемую рулонную бумагу со строчной разверткой иэображения (1)

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является линейно-круговой интерполятор, содержащий последовательно соединенный блок ввода программы, блок определения квадранта интерполяции, блэк управления, подклю 4 ен ный чеоез вьГчисли тел ьный бл DK K

2 блоку ввода программы и блоку определения квадранта интерполяции, счетчик импульсов, подключенный к генератору импульсов и дешифратору, выход которо го подключен к блоку управления(/

3(åäîñòàòîê этого интерполятора эаюаалючается в том, что он не обеспечивает нред отвращение искажений, вызванных по следующим причинам. Аппроксимируя дугу вертикальными отрезками, отраниченными текущими и предыдущими ординатами в 1 и7У квадранте проиэводится смешение значений ординат на один шаг влево по отношению ко11 и1П квадранту. При переходе в Х или Л квад» рант искусственно меняется направле» ние шага. Кроме того, при вычерчива нии толстых дуг или окружностей в первом и четвертом квмранте направле ние утолщения линии становится противоположным направлению отработки, т.е. перемещению по оси абсцисс. (:ледовательно, недостатком известного иктер полятора является его низкая точность.

Ш к адраитов. Эта погрешность компенсируется путем добавления одной, так называемой компенсирующей развертки, в которой не дается шаг по оси абсцисс.

В момент, когда текущая точка отработки пересекает вертикальный диаметр знак оценочной функции ие меняется.

Однако для обеспечения зиакоперемениых функций в момент перехода текущей точки отработки в I или 1V квадрант необходимо дать шаг по оси ординат на единицу выбранного масштаба, В результате текущая ордината искусственно уменьшается и погрешность в I и 1V квадранте увеличивается на единицу выбранного масштаба.

Устранение этого искажения осуществляется при помощи формирователя 10, который служит для добавления «компенсирующей. развертки, искусственного изменения координат в соответствии с требованиями обеспечения знакопеременности оценочной функции и для уточнения ординаты в конце вычисления.

Если отрабатывается окружность или дуга, которая пересекает вертикальный диаметр, "компенсирующая развертка дается, когда . Х; = Х,, где Х; текущая абсцисса, Х вЂ . абсцисса центра.

В этой развертке не дается шаг по оси абсцисс, но для обеспечения знакопеременности да ется шаг по оси оордииат. В последующих развертках вычисления ведутся обыкновенно. Однако при вычислении оценочной функции при шаге по оси х берется текущая абсцисса, уменьшенная .-на единицу. Если дуга начинается в Х или IV квадранте, начальная точка, как правило, берется внутри окружности и начальное значение оценочной функции отрицательно, т.е, P 4 Я Х < 4 5 (P -предыдущее зна« чение оценочной функции, Х -текуU. àÿ абсцисса в системе координат, начало которой совпадает с центром) бе рется абсцисса, уменьшенная на единицу.

Вышесказаииое осуществляется следующим образом.

Э,,, 647653

Белью изобретения является созда— ние линейно-кругового интерполятора, обеспечивающего отработку дуг и окружностей разных толщин с соблюдением полной симметрии относительно осей координат, т.е. повьпцение точности интерполятора.

Для достижения цели в предлагаемый интерполятор введены формирователь корректирующего сигнала, соединенный с 10 блоком управления и с выходами дешифратора, блока ввода программы, вычислительного блока и блока определения квадранта интерполяции и последовательно соединенные блок вычисления текущей 15 координаты, подключенный к блоку управления и к выходу блока ввода программы, и счетчик циклов, подключенный к блоку управления, блоку ввода программы, вычислительному блоку и к выходам генератора импульсов и дешифратора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого линейно-кругового интерполятора, который содержит блок 1 вво да программы, вычислительный блок 2, блок 3 определения квадранта интерполяции, блок 4 управления, дешифратор

5, счетчик импульсов 6, генерато(импульсов 7, счетчик циклов 8, блок вы» числения текущей координаты 9 и формирователь 10 корректирующего сигнала.

Работа интерполятора основана- на .том, что по оси абсцисс дается шаг на единицу выбранного масштаба, а по оси ординат - на тп единиц и вычисляется функция Р, оценивающая по какой оси следует осуществить следующий шаг, Применение интерполятора для преоб-. разования цифровой информации в чертежи, наносимые на непрерывно протягиваемую бумагу со строчной разверткой изображения, выдвигает специфические задачи, которые определяют особенности структуры предлагаемого устройства.

При выводе информации из электронной 45 вычислительной машины (ЭВМ) в виде чертежа производится аппроксимация отрабатываемого контура (дуга, окружность, наклонная прямая) вертикальными отрезками (т.е. отрезками параллельными оси ординат),, ограниченными текушйм и предыдущим значениями ординаты, при этом вертикальный диаметр относят к I или IV квадранту. Это вызывает смещение в Х и IV квадранте значений ьрдийат, на один шаг в сторону центра.

Следовательно, нарушается симметрия

7 и LV квадрантов относительноИ и

К о гда нач и н а ется отработк а дуги, которая находится в T или 1Ч квадранте или ее начальная точка лежит на вертикальном диаметре (т.е. на диаметре, параллельном оси ординат), из бло- S ка 1 в формирователь 10 поступают признак V j - 0 (знак оценочной функции) и признак первой развертки для данной дуги. По этим признакам и по номеру соответствующей операции, поступившему из дешифратора 5, в формирователе 10 вырабатываются и посылаются в блок 4 разрешение очистки первого регистра операции и запрет прибавления единицы при вычислении оценочной функции: (, ер;„-) =Р (Р4ФР1(2Х .111, где " .(T< + j) - оценочная функция при

20 шаге по оси K, полученная в сумматоре, Р (Х ) — удвоенная текущая абсцисса в системе координат, начало которой совпадает с центром дуги, запи25 санная в первом регистре операнда, Р { F i j } — предыдущее значение оценочной функции, записанное во втором регистре операнда.

В результате сложения оценочная

30 функция не изменится и, следовательно, не дается шаг по оси g . To же самое осуществляется, когда текущая точка отработки находится на вертикальном диаметре (дуга начинается во 1У или

П1 квадранте) и в формирователь 10 поступают признак P > Q из блока 1 и пРизнак Х j Х ц = Q из вычислитель ного блока 2. Однако в этом случае несмотря на то, что знак оценочной функ- о ции ие изменился, в формирователе 10 искусственно вырабатывается и посылается в блок 4 сигнал, по которому дается шаг по оси ординат.

Ввиду того, что добавлена одна развертка (компенсирующая) во всех пос ледуюших развертках при вычислении оцен очной функции V,,)= ;> 2 х qg следует брать абсциссу, уменьшенную на единицу. С этой целью из формирователя

10 в блок 4 выдается сигнал запрета прибавления единицы в цепи переносов при преобоазовании абсциссы х -х где Х, -абсцисса в старой сис.г . ме, Х и, -абсцисса центра отраба ва мой дуги или окружности, Х -абсцисса в системе координат с началом в центре дуги или окружности.

В результате х уменьшается на единицу. То же самое происходит при преобразовании ордынаты, если текущая точка отработки находится в первом квадранте °

3;=3j Чц где ) - ордината в старой системе, у — ордината центра отрабатыва Ь, емой дуги или окружности, lJ — ордината в системе коордиъ) ( нат с началом в центре дуги или окружности.

Если из блока 3 в формирователь 10 поступает признак, указывающий на то, чтто текущая точка отработки находится в IV квадранте, формирователь 10 в блок 4 выдаст сигнал, по которому меняется знак ординаты и запрещается прибавление единицы в цепи переносов, т.е; вычисляется по формуле

9;=Зи, 3j

В результате абсолютная величина уменьшается на единицу.

Необходимость уменьшения ординаты на единицу вызвано тем, что когда

Х дается шаг по оси ординат, несмотря на го, что цри шаге по оси абсцисс знак оценочной функции не изменился. Это обстоятельство учитывается при переводе ордииаты в старую систему координат.

С этой целью при вычислении ордина3;=5,, изформирователя 10 в блок 4 поступает сигнал, по которому запрещается прибавление единицы в цепи переносов, если текущая точка отработки находится в IV квадранте, или осуществляется прибавление единицы в цепи переносов, если текущая точка отработки находится в квадранте I. Этим осуществляется уточнение ординаты так, чтобы погрешность лежала в пределах дискретности, т.е. в пределах единицы выбранного масштаба.

При формировании чертежа по опорным, точкам элемента (дуга. окруж-. и

H0cTb, прямая и т.д.), выдаваемым из вычислительной машины, утолщение окружности или дуги должно быть осуществлено в сторону центра. Линия контура формируется в виде совокупности отрезков, количество которых, как в вертикальном, так и в горизонтальном сечен"ш равно требуемой толщине. Во Ы

647653 и И1 квадрантах утолщение, т.е, расположение ликий толщины относительно базовой линии, осуществляется в направлении возрастания абсциссы, а в 1 и

3V квадрантах — в противоположном направлении. За базовую линию отработки (интерполяционная линия) принимается отрабатываемый элемент (дуга, окружность, прямая) ординаторной толщины, точки которого вычисляются в процессе интерполирования. В соответствии с вышеизложенным во 7J или Ш квадрантах в каждом горизонтальном сечении (параллельном оси абсцисс) отрезок, ближайший к центру, определяется абсциссаи It и арнннатами Ц 4 IX 1 ав в а" i (Р О та в 4 или 1т нванрантах — абсциссой x и ординатами где 4 -заданная т олщина.

Это обстоятельство накладывает сле- 25 дующее дополнительное требование на интерполятор. При построчной отработке толстых дуг и окружностей в 2 и 1V квадрантах вычисления ординат должны производится с опережением на (4 -Ц ЗО развертку.

Счетчик циклов 8 служит для Вь4пол-нениа последовательно 44 циклов интерполирования в первой развертке, относящейся к I или 1V квадранту;- отраба- Л тываемой дуги или окружности (Т - ае;данная толщина), причем под циклом интерполирования понимается вычисление

Ординаты отрабатываемого элемента, соответствующей одной развертке. 4о

При переходе текущей точки отработки из Я или 1TI. квадрантов соответственно в 1 или IV квадранты, в счетчик

8 и у а нрнзнакгО>а из б ока 1, признак толстой дуги или окружности 45 из блока @, признак Х - Х 4 = O из вычислительного блок@ 2, номер второй . операции из дешифратора 5 и синхроимпульса из генератора 7. Совпадение этих признаков устанавливает в еди- 5О ничное состояние триггер режима зацикливания (на чертеже не показан). Если отРабатываетсн дУгар ко ГОРаи полность4О находится в первом или четвертом квардранте, режим з44пикливания устанавливае 4 N ся Hpm поступлении В счетчик 8 IlpBGBB ка Р4 j 4 Q и признака перВОй развертки из блока ввода 1, признака толстой дуги. Из блока управления 4, номера второй оп(Рации из дешифратОра 5 и синхроимпульса из генератора 7. В процессе вычислений по соответствующим номерам операции, поступившим из дешифратора 5 и синхроимпульсам, поступив-шим из генератора 7, логические схемы в счетчике 8 вырабатывают и посылают в блок 4 управляющие признаки, которые меняют ход вычислений. Осуществляются

Т циклов вычислений, соответствующие

Х;, Х 4 . Х +p-Ц разверткам. Причем„первая из них является компенсирующей разверткой. Для отличия первого цикла, соответствующего компенсирующей" развертке, от остальных при

Отработке дуги, находящейся полностью в: Х или EV квадрантах, в конце первого цикла из счетчика 8 в блок I поступает сигнал, уничтожающий признак первой развертки. В том случае, если дуга начинается Во Ц или BY квадранте или

Отрабатывается окружность, признаком отличия компенсирующей" развертки является наличие условий Р > О и 444-, =О

4)

В конце каждого цикла счетчик 8 осуществляет запись в один из регистров операндов блока 2 соответственно чисел 1, 2 ° ., 1" -1 и выполнение через блок 4 соответственно следующих

Операций, x;+ 1

М;+ 2 ; +(т-1)

П олучаемый результат используется в качестве текущей абсциссы при выполнении следующего цикла интерполирования. Таким образом, при помощи счетчика 8 вычисляются ординаты.g,=1()

jj =х(х 4(I... g Цх;(44 -Ц) причем потребителю и в блок ввода программы

1 посылается ордината ц = к }(-1)), О счетчике 8 прризводятся счет сичхроимпульсов, соответствующих первой

Операции каждого цикла, и сравнение количества циклов с заданной толщиной поступившей из блока 1. При их равенстве вырабатывается сигнал, снимающий режим зацикливания.

Во всех последующих развертках осуществляется один цикл интерполирования.

При этом в вычислениях участвует абсци писса

x> x;+(T=g)

Блок 9 служит для увеличения текущей абсциссы в соответствии с заданной толщиной. С этой целью до начала

647653

ЦНИИПИ 3 3О у40 тир 1014 Подисн

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 цикла интерполирования из блока ввода программы 1 в блок 9 поступают признак F с О и признак, указывающий на то, что отработка элемента была начата s предыдущих развертках. Иэ блока

4 в блок 9 поступает признак толстой дуГн или окружности. По этим признакам через логические схемы счетчика 8 блок .9 осуществйяет запись числа (Т-1) в один иэ регистров операндов блока 2 и через блок 4 вьпиитнение дополнительной операции.

Х = Х, +(Т- 1).

Вычисление ординат отрабатываемой дуги или окружности заканчивается в с развертке X = Х пс,> - (Т -1), где

Х,,х . наибольшая абсцисса рассматриваемой дуги или окружности.

Формула изобретения

Линейно-круговой интерцолятор, содержащий последовательно соединенные блок ввода программы, блок определения квадранта интерполяции, блок управления, подключенный через вычислительный блок к блоку ввода программы и блоку определения квадранта интерполяции, счетчик импульсов, подключенный к генератору импульсов и дешифратору, выход которо о подключен к блоку управления, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности интерполятора, в него введены формирователь корректирующего сигнала, соединенный с блоком управления и с выходами дешифратора, блока ввода программы, вычислительного блока и блока определения квадранта интерполяции, и последовательно соединенные блок вычисления текушей координаты, подключенный к блоку управления и к выходу блока ввода программы, и счетчик циклов подключенный к блоку управления, блоку ввода программы, вычислительному блоку и к выходам генератора импульсов и дешифратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Великобритании

М 1343999, кл. Я 3 М, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

l4 332438, МКл. Cj 05 В 19/02, 1969.