專利名稱：對平面圖形的數(shù)字化跟蹤控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及各種切割機的自動控制裝置。
現(xiàn)有的光電跟蹤切割機的控制裝置系統(tǒng)有兩種脈沖相位法和光通量比較法。
脈沖相位法的光電頭產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)光點，投射到圖紙上，形成具有一定直徑的光環(huán)，當(dāng)光環(huán)中心與圖線中心重合時，光點轉(zhuǎn)一圈將有兩次遇到遮光的圖線，這時在圖紙下方設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換器件上就會輸出兩個脈沖信號，且這兩個信號相位相差180°，如果光環(huán)與圖線相對位置發(fā)生變化，脈沖的相位也發(fā)生變化，用一控制電路通過對脈沖相位的校正控制光電頭不斷跟蹤圖線。控制電路將光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)送來的脈沖信號放大整形，鑒相之后分為兩路一路是距離偏差信號去控制跟蹤臺的X、Y坐標(biāo)系統(tǒng)，另一路是角度偏差信號，控制光電頭的轉(zhuǎn)動角度，實現(xiàn)跟蹤。
光通量比較法是將光源照射在圖紙上，在光電頭內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)上成像。光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)由四塊對稱的硅光電池構(gòu)成，兩塊一組反向串聯(lián)構(gòu)成差動電路。當(dāng)兩硅光電池中線與圖線重合時，兩電池受光面積相等，輸出信號為零，如果向左或向右偏移時則輸出不為零，輸出大小決定了圖線偏離程度，信號極性決定于圖線偏離的方向。根據(jù)兩組電池的兩個信號的大小和極性，通過控制電路使兩組電池在跟蹤圖線的過程中始終對稱于圖線，控制電路與脈沖相位法大體相同。
綜上所述，目前現(xiàn)有技術(shù)的不足有以下幾點1.光電檢測頭是跟蹤圖線，有一定的誤差。
2.光電檢測頭有轉(zhuǎn)動部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高。
3.輸出的信號為模擬信號，不便存儲計算，無法與數(shù)控機床配套使用。
4.機床割臺與圖形臺是分體的，只能同時作相似運動。
本實用新型目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、跟蹤黑白圖形交界線的光電檢測部分，且可配合數(shù)控機床使用的對平面圖形的數(shù)字化跟蹤控制裝置。
本實用新型由光電檢測部分和邏輯控制部分組成。
光電檢測部分見附圖1，由鏡頭5、反光鏡11、成像毛玻璃10、硅光電池1、光電檢測電路6、照明燈4及外殼3等組成，在外殼3下端安有一凸透鏡5，外殼3上半端內(nèi)安有在縱向上對應(yīng)于凸透鏡5并與凸透鏡5成45°夾角且?guī)б恢行目椎姆垂忡R11，反光鏡11對面垂直安置一塊供成像用的毛玻璃10，在反光鏡11中心孔正上方與距毛玻璃10等距離的位置上安置一硅光電池1，光電檢測電路板固定在外殼3內(nèi)部，外殼的右側(cè)部安置有一個可供調(diào)整鏡頭焦距的旋鈕。光電檢測電路是由三級集成運算放大器、三個可調(diào)電位器、一個三極管、一個光電耦合器和數(shù)字電壓表等組成。電路原理圖見圖2，第一級集成運算放大器G1的正相輸入端電位受可調(diào)電位器W1的移動觸點2控制，稱此電位器為第一調(diào)整電位器，負(fù)相輸入端與正向輸入端之間接有一硅光電池，該硅光電池的正端接負(fù)相輸入端。第二集成運算放大器G2的正相輸入端接地，負(fù)相輸入端與第一級集成運算放大器G1的輸出端通過一電阻R3相連?？烧{(diào)電位器W2的1端與第二級運算放大器G2的輸出端相連，3端接地，其移動觸點3接至第二集成運算放大器G2的負(fù)相輸入端，使第二級運算放大器G2的放大倍數(shù)受控于這個可調(diào)電位器W2，稱此可調(diào)電位器為第二調(diào)整電位器。第三集成運算放大器作為比較器使用，其正相輸入端通過一電阻R5與第二級運算放大器G2的輸出端相連，其負(fù)向輸入端與可調(diào)電位器W3(稱為比較電位器)的移動觸點2相連，該移動觸點2為其負(fù)向輸入端提供一個0～12伏的比較電壓，第三級集成運算放大器G3的輸出端與第三級G4基極相連，其輸出端電位決定三極管G4的導(dǎo)通與截止。三極管集電極接有光電耦合器，隨三極管G4工作狀態(tài)改變而輸出通或斷脈沖信號。數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)k用于調(diào)整第一、二調(diào)整電位器W1、W2和比較電位器W3，將轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點1與第二調(diào)整電位器W2的1端相接，轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點2與第三級的負(fù)向輸入端(比較電位器W3的移動觸點2)相連，轉(zhuǎn)換開關(guān)的活動觸點3與地線之間串接一數(shù)字電壓表。
邏輯控制部分見附圖3，由信號予處理電路4、邏輯判別器5、步進(jìn)脈沖產(chǎn)生與控制器1、系統(tǒng)控制器2、接口電路7、專用微機12、環(huán)行分配器8及驅(qū)動裝置9、10組成。步進(jìn)脈沖產(chǎn)生與控制器1可產(chǎn)生X、Y方向的步進(jìn)信號，系統(tǒng)控制器2提供系統(tǒng)工作的調(diào)諧控制，信號處理電路4可對傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行數(shù)字式濾波，以使高低電平較真實的反映檢測結(jié)果。邏輯判別器5主要是由雙向通用移位寄存器組成，通過環(huán)行分配器向步進(jìn)機發(fā)出步進(jìn)信號，或經(jīng)接口電路7、專用微機12可對判別過程進(jìn)行記錄、平滑、縮放、對稱、旋轉(zhuǎn)等處理，并通過差補運算輸出。這時環(huán)行分配器8受微機12的控制，而不受邏輯判別器控制。
本技術(shù)運用在線切割機床上工作穩(wěn)定可靠，精度高(光電頭靈敏度≤0.001mm，對圖紙的跟蹤精度≤0.005mm)，成本低，對平面圖形可作記憶、對稱、平滑、旋轉(zhuǎn)等處理，特別適合于工藝美術(shù)品及其它不便于用數(shù)學(xué)方程描述的復(fù)雜曲線的切割控制。


圖1是光電檢測部分結(jié)構(gòu)圖，1是硅光電池，2是調(diào)焦旋轉(zhuǎn)，3是外殼，4是照明燈，5是鏡頭，6是電路板，7是旋鈕，8是數(shù)字電壓表，9是觀察口，10是毛玻璃，11是反射鏡。
圖2是光電檢測部分的電路原理圖。
圖3是邏輯控制部分方框圖。1是步進(jìn)脈沖產(chǎn)生與控制器，2是系統(tǒng)控制器，3是時鐘，4是信號處理器，5是邏輯判別器，6是碼盤開關(guān)，7是接口電路，8是環(huán)行分配器，9、10是驅(qū)動器，11是復(fù)位電路，12是專用微機。
圖4是雙向通用移位寄存器的連接圖。
光電檢測部分的調(diào)整及使用見附圖2，將圖紙的黑區(qū)置在鏡頭下，此時硅光電池受光最小，第二級運算集成放大器G2輸出電壓近似為零，將開關(guān)k搬向1端，調(diào)第一調(diào)整電位器W1使數(shù)字電壓表指針為“0”。然后將圖紙的白區(qū)置在鏡頭下，此時硅光電池受光最大，第二級集成運算放大器G2輸出電壓較高，調(diào)第二調(diào)整電位器使數(shù)字電壓表為某一整數(shù)，如5伏。將開關(guān)k搬到2端調(diào)比較電位器W3使數(shù)字電壓表讀數(shù)為第二級集成運算放大器G2輸出電壓的一半，如2.5伏，此電壓做為第二級集成運算放大器G2輸出信號的比較閾值。跟蹤時，圖形板移動，硅光電池上的成像以黑區(qū)逐漸進(jìn)入白區(qū)時，硅光電池的輸出電信號漸大，數(shù)字電壓表的顯示數(shù)字由零漸增，當(dāng)硅光電池的受光面積白區(qū)超過黑區(qū)一半時，光電檢測電路有高電平信號送到邏輯控制電路經(jīng)判別控制圖板移動，當(dāng)硅光電池的受光面積黑區(qū)超過白區(qū)一半時，光電檢測電路有低電平信號送至邏輯控制電路經(jīng)判別控制圖板移動，使圖紙黑白交界線始終跟蹤硅光電池。若將閾值左右偏離(2.5伏左右)，則可實現(xiàn)跟蹤軌跡偏離圖形的目的。如上所述的受光從黑區(qū)進(jìn)入白區(qū)或從白區(qū)進(jìn)入黑區(qū)時，輸出信號由低變高或由高變低時，通過邏輯控制裝置使檢測點的前進(jìn)方向順或逆時針側(cè)轉(zhuǎn)90°，即為新的前進(jìn)方向，若前進(jìn)了一段距離(此距離人為設(shè)定通過邏輯控制部分實現(xiàn))，檢測點沒有跨越黑白交界線(輸入信號電平無變化)則強制在上一次側(cè)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上同向側(cè)轉(zhuǎn)90°，即為新的前進(jìn)方向，若跨越了黑白交接線則按上述規(guī)律繼續(xù)反復(fù)側(cè)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)跟蹤運動。
邏輯判別器的工作是由雙向通用移位寄存器來完成的，見附圖4，并行輸入端A、B、C、D分別接0、1、1、1(或1、0、0、0)信號，并行輸出端QA、QB、QC、QD分別依次代表X軸正方向、Y軸正方向、X軸負(fù)方向、Y軸負(fù)方向，將輸出端代表前進(jìn)方向的信號送至接口電路。QA端接左移串入端，QD端接右移串入端，S1S0端為工作方式控制端，在復(fù)位時使S1、S0都為1，雙向通用移位寄存器為并入工作狀態(tài)，可并入0、1、1、1(或1、0、0、0)，當(dāng)復(fù)位結(jié)束后S1、S0受與圖形邊界對應(yīng)的高低電平控制不是01(右移)，就是1、0(左移)，而時鐘端受系統(tǒng)控制器的控制，一經(jīng)觸發(fā)0(或1)信號即可在QA、QB、QC、QD四個端內(nèi)向左端或右端移動一步，以表示前進(jìn)方向的改變或不變。當(dāng)前進(jìn)方向不改變時，即S1S0不變的條件下，系統(tǒng)控制器將也會產(chǎn)生一環(huán)分觸發(fā)信號，使圖板運動(即跟蹤臺運動)，并由邏輯判別器記錄，當(dāng)記錄到一設(shè)定值時會向雙向通用位移寄存器發(fā)出一個附加脈沖使0(或1)信號繼續(xù)移動而使前進(jìn)方向改變。
權(quán)利要求一種能對平面圖形進(jìn)行數(shù)字化跟蹤控制的裝置，由光電檢測部分和邏輯控制部分組成，其特征是1、光電檢測部分的結(jié)構(gòu)是在外殼體3下端安有一凸透鏡5，外殼體3上半端內(nèi)安有在縱向上對應(yīng)于凸透鏡5并與凸透鏡5成45°夾角且?guī)б恢行目椎姆垂忡R11，反光鏡11對面垂直安置一塊供成像用的毛玻璃10，在反光鏡11中心孔正上方與距毛玻璃10等距離的位置安置一硅光電池1，光電檢測電路的第一級集成運算放大器G1的正相輸入端電位受可調(diào)電位器W1的移動觸點2控制，稱此電位器為第一調(diào)整電位器，負(fù)相輸入端與正向輸入端之間接有一硅光電池，硅光電池的正端接負(fù)相輸入端，第二集成運算放大器G2的正相輸入端接地，負(fù)相輸入端與第一級集成運算放大器G1的輸出端相連，可調(diào)電位器W2的1端接第二級運算放大器的輸出端，3端接地，其移動觸點2接至第二級集成運算放大器G2的負(fù)相輸入端，使第二級運算放大器的放大倍數(shù)受控于這個可調(diào)電位器，稱此可調(diào)電位器為第二調(diào)整電位器，第三級集成運算放大器做為比較器使用，其正相輸入端通過一電阻后與第二級運算器的輸出端相連，其負(fù)向輸入端與可調(diào)電位器W3(稱比較電位器)的移動觸點2相連，該移動觸點2為其負(fù)向輸入端提供一個0～12伏的比較電壓，第三級集成運算放大器的輸出端與三極管基極相連，其輸出端電位決定三極管的導(dǎo)通與截止，三極管集電極接有光電耦合器，隨三極管的工作狀態(tài)，改變對應(yīng)輸出通斷脈沖信號，數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)用于調(diào)整第一、二調(diào)整電位器W1、W2和比較電位器W3，轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點1與第二調(diào)整電位器的1端相連，轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點2與第三級的負(fù)向輸入端相連(W3的移動觸點)，轉(zhuǎn)換開關(guān)的活動觸點3與地線之間串接數(shù)字電壓表，光電檢測電路的電路板固定在外殼內(nèi)壁上，外殼側(cè)壁上安有可供調(diào)整鏡頭焦距和光電檢測電路中可調(diào)電位器的旋鈕，當(dāng)將圖紙的黑區(qū)置在鏡頭下，開關(guān)k搬向1端，調(diào)第一調(diào)整電位器W1使數(shù)字電壓表指針為“0”，然后將圖紙的白區(qū)置在鏡頭下，調(diào)第二調(diào)整電位器使數(shù)字電壓表為某一整數(shù)，如5伏，再將開關(guān)k搬到2端，調(diào)比較電位器W3，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為第二級集成運算放大器G2輸出電壓的一半，如2.5伏，此電壓做為第二級集成運算放大器G2輸出信號的比較閾值，因而實現(xiàn)了光電檢測點在黑、白區(qū)交界處受光面積各超過一半時，光電檢測部分能輸出高或低的電平信號，2、邏輯控制部分根據(jù)光電檢測電路送來的代表黑白區(qū)的低高電平信號能夠判別出跟蹤前進(jìn)的方向，判別方法是當(dāng)檢測點從黑區(qū)進(jìn)入白區(qū)或從白區(qū)進(jìn)入黑區(qū)時，信號處理電路輸入信號由低變高或由高變低時，通過邏輯控制裝置使檢測點前進(jìn)方向順或逆時針側(cè)轉(zhuǎn)90°即為新的前進(jìn)方向，若前進(jìn)了一段距離(此距離可人為設(shè)定)檢測點沒有跨越黑白交界線(輸入信號無變化)，則強制在上一次側(cè)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上同向再側(cè)轉(zhuǎn)90°，即為新的前進(jìn)方向，3、邏輯控制部分的邏輯判別器的工作是由雙向通用位移寄存器來完成，并行輸入端A、B、C、D分別接0、1、1、1(或1、0、0、0)信號，并行輸出端QA、QB、QC、QD分別依次代表X軸正方向、Y軸正方向、X軸負(fù)方向、Y軸負(fù)方向，將輸出端代表前進(jìn)方向的信號送至接口電路，同時QA端接左移串入端，QD端接右移串入端，S1、S0端為工作方式控制端在復(fù)位時使S1、S0都為1，雙向通用移位寄存器為并入工作狀態(tài)，可并入0、1、1、1(或1、0、0、0)，當(dāng)復(fù)位結(jié)束后S1S0受與圖形邊界對應(yīng)的高低電平控制不是0、1(右移)，即是1、0(左移)，而時鐘端受系統(tǒng)控制器的控制一經(jīng)觸發(fā)，0(或1)信號即可在QA、QB、QC、QD四個端內(nèi)向左或右端移動一步以表示前進(jìn)方向的改變或不變，當(dāng)前進(jìn)方向不改變時，即S1、S0不變的條件下，系統(tǒng)控制器將也會產(chǎn)生一環(huán)分觸發(fā)信號，使跟蹤臺運動并由邏輯判別器記錄，當(dāng)記錄到一設(shè)定值時會向雙向通用位移寄存器發(fā)出一個附加脈沖，使0(或1)信號繼續(xù)移動而使前進(jìn)方向改變。
專利摘要本實用新型涉及對平面任意圖形進(jìn)行數(shù)字化跟蹤控制的裝置，可解決現(xiàn)有光電檢測頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度低的缺點。本檢測部分用單個光電元件，工作時無運動部件，運用比較器閾值的原理，使檢測靈敏度達(dá)1微米，并用數(shù)字信號輸出，控制電路簡單，配專用微機可實現(xiàn)縮放、平滑、翻轉(zhuǎn)、偏移、記憶等功能?？膳c數(shù)控系統(tǒng)配合使用，如電火花線切割機、熱切割及計算機識圖繪圖等領(lǐng)域。
文檔編號G06K11/02GK2048997SQ8920264
公開日1989年12月6日 申請日期1989年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月15日
發(fā)明者康建, 田耕 申請人:北京市電加工研究所