专利名称：对平面图形的数字化跟踪控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及各种切割机的自动控制装置。
现有的光电跟踪切割机的控制装置系统有两种脉冲相位法和光通量比较法。
脉冲相位法的光电头产生一个旋转光点，投射到图纸上，形成具有一定直径的光环，当光环中心与图线中心重合时，光点转一圈将有两次遇到遮光的图线，这时在图纸下方设置的光电转換器件上就会输出两个脉冲信号，且这两个信号相位相差180°，如果光环与图线相对位置发生变化，脉冲的相位也发生变化，用一控制电路通过对脉冲相位的校正控制光电头不断跟踪图线。控制电路将光电转換环节送来的脉冲信号放大整形，鉴相之后分为两路一路是距离偏差信号去控制跟踪台的X、Y坐标系统，另一路是角度偏差信号，控制光电头的转动角度，实现跟踪。
光通量比较法是将光源照射在图纸上，在光电头内部的光电转換环节上成像。光电转換环节由四块对称的硅光电池构成，两块一组反向串联构成差动电路。当两硅光电池中线与图线重合时，两电池受光面积相等，输出信号为零，如果向左或向右偏移时则输出不为零，输出大小决定了图线偏离程度，信号极性决定于图线偏离的方向。根据两组电池的两个信号的大小和极性，通过控制电路使两组电池在跟踪图线的过程中始终对称于图线，控制电路与脉冲相位法大体相同。
综上所述，目前现有技术的不足有以下几点1.光电检测头是跟踪图线，有一定的误差。
2.光电检测头有转动部件，结构复杂，制造精度要求高。
3.输出的信号为模拟信号，不便存储计算，无法与数控机床配套使用。
4.机床割台与图形台是分体的，只能同时作相似运动。
本实用新型目的是提供一种具有结构简单、跟踪黑白图形交界线的光电检测部分，且可配合数控机床使用的对平面图形的数字化跟踪控制装置。
本实用新型由光电检测部分和逻辑控制部分组成。
光电检测部分见附图1，由镜头5、反光镜11、成像毛玻璃10、硅光电池1、光电检测电路6、照明灯4及外壳3等组成，在外壳3下端安有一凸透镜5，外壳3上半端内安有在纵向上对应于凸透镜5并与凸透镜5成45°夹角且带一中心孔的反光镜11，反光镜11对面垂直安置一块供成像用的毛玻璃10，在反光镜11中心孔正上方与距毛玻璃10等距离的位置上安置一硅光电池1，光电检测电路板固定在外壳3内部，外壳的右侧部安置有一个可供调整镜头焦距的旋钮。光电检测电路是由三级集成运算放大器、三个可调电位器、一个三极管、一个光电耦合器和数字电压表等组成。电路原理图见图2，第一级集成运算放大器G1的正相输入端电位受可调电位器W1的移动触点2控制，称此电位器为第一调整电位器，负相输入端与正向输入端之间接有一硅光电池，该硅光电池的正端接负相输入端。第二集成运算放大器G2的正相输入端接地，负相输入端与第一级集成运算放大器G1的输出端通过一电阻R3相连。可调电位器W2的1端与第二级运算放大器G2的输出端相连，3端接地，其移动触点3接至第二集成运算放大器G2的负相输入端，使第二级运算放大器G2的放大倍数受控于这个可调电位器W2，称此可调电位器为第二调整电位器。第三集成运算放大器作为比较器使用，其正相输入端通过一电阻R5与第二级运算放大器G2的输出端相连，其负向输入端与可调电位器W3(称为比较电位器)的移动触点2相连，该移动触点2为其负向输入端提供一个0～12伏的比较电压，第三级集成运算放大器G3的输出端与第三级G4基极相连，其输出端电位决定三极管G4的导通与截止。三极管集电极接有光电耦合器，随三极管G4工作状态改变而输出通或断脉冲信号。数字电压表和转換开关k用于调整第一、二调整电位器W1、W2和比较电位器W3，将转換开关的触点1与第二调整电位器W2的1端相接，转換开关的触点2与第三级的负向输入端(比较电位器W3的移动触点2)相连，转換开关的活动触点3与地线之间串接一数字电压表。
逻辑控制部分见附图3，由信号予处理电路4、逻辑判别器5、步进脉冲产生与控制器1、系统控制器2、接口电路7、专用微机12、环行分配器8及驱动装置9、10组成。步进脉冲产生与控制器1可产生X、Y方向的步进信号，系统控制器2提供系统工作的调谐控制，信号处理电路4可对传输的信号进行数字式滤波，以使高低电平较真实的反映检测结果。逻辑判别器5主要是由双向通用移位寄存器组成，通过环行分配器向步进机发出步进信号，或经接口电路7、专用微机12可对判别过程进行记录、平滑、缩放、对称、旋转等处理，并通过差补运算输出。这时环行分配器8受微机12的控制，而不受逻辑判别器控制。
本技术运用在线切割机床上工作稳定可靠，精度高(光电头灵敏度≤0.001mm，对图纸的跟踪精度≤0.005mm)，成本低，对平面图形可作记忆、对称、平滑、旋转等处理，特别适合于工艺美术品及其它不便于用数学方程描述的复杂曲线的切割控制。
图1是光电检测部分结构图，1是硅光电池，2是调焦旋转，3是外壳，4是照明灯，5是镜头，6是电路板，7是旋钮，8是数字电压表，9是观察口，10是毛玻璃，11是反射镜。
图2是光电检测部分的电路原理图。
图3是逻辑控制部分方框图。1是步进脉冲产生与控制器，2是系统控制器，3是时钟，4是信号处理器，5是逻辑判别器，6是码盘开关，7是接口电路，8是环行分配器，9、10是驱动器，11是复位电路，12是专用微机。
图4是双向通用移位寄存器的连接图。
光电检测部分的调整及使用见附图2，将图纸的黑区置在镜头下，此时硅光电池受光最小，第二级运算集成放大器G2输出电压近似为零，将开关k搬向1端，调第一调整电位器W1使数字电压表指针为“0”。然后将图纸的白区置在镜头下，此时硅光电池受光最大，第二级集成运算放大器G2输出电压较高，调第二调整电位器使数字电压表为某一整数，如5伏。将开关k搬到2端调比较电位器W3使数字电压表读数为第二级集成运算放大器G2输出电压的一半，如2.5伏，此电压做为第二级集成运算放大器G2输出信号的比较阈值。跟踪时，图形板移动，硅光电池上的成像以黑区逐渐进入白区时，硅光电池的输出电信号渐大，数字电压表的显示数字由零渐增，当硅光电池的受光面积白区超过黑区一半时，光电检测电路有高电平信号送到逻辑控制电路经判别控制图板移动，当硅光电池的受光面积黑区超过白区一半时，光电检测电路有低电平信号送至逻辑控制电路经判别控制图板移动，使图纸黑白交界线始终跟踪硅光电池。若将阈值左右偏离(2.5伏左右)，则可实现跟踪轨迹偏离图形的目的。如上所述的受光从黑区进入白区或从白区进入黑区时，输出信号由低变高或由高变低时，通过逻辑控制装置使检测点的前进方向顺或逆时针侧转90°，即为新的前进方向，若前进了一段距离(此距离人为设定通过逻辑控制部分实现)，检测点没有跨越黑白交界线(输入信号电平无变化)则强制在上一次侧转的基础上同向侧转90°，即为新的前进方向，若跨越了黑白交接线则按上述规律继续反复侧转，实现跟踪运动。
逻辑判别器的工作是由双向通用移位寄存器来完成的，见附图4，并行输入端A、B、C、D分别接0、1、1、1(或1、0、0、0)信号，并行输出端QA、QB、QC、QD分别依次代表X轴正方向、Y轴正方向、X轴负方向、Y轴负方向，将输出端代表前进方向的信号送至接口电路。QA端接左移串入端，QD端接右移串入端，S1S0端为工作方式控制端，在复位时使S1、S0都为1，双向通用移位寄存器为并入工作状态，可并入0、1、1、1(或1、0、0、0)，当复位结束后S1、S0受与图形边界对应的高低电平控制不是01(右移)，就是1、0(左移)，而时钟端受系统控制器的控制，一经触发0(或1)信号即可在QA、QB、QC、QD四个端内向左端或右端移动一步，以表示前进方向的改变或不变。当前进方向不改变时，即S1S0不变的条件下，系统控制器将也会产生一环分触发信号，使图板运动(即跟踪台运动)，并由逻辑判别器记录，当记录到一设定值时会向双向通用位移寄存器发出一个附加脉冲使0(或1)信号继续移动而使前进方向改变。
权利要求一种能对平面图形进行数字化跟踪控制的装置，由光电检测部分和逻辑控制部分组成，其特征是1、光电检测部分的结构是在外壳体3下端安有一凸透镜5，外壳体3上半端内安有在纵向上对应于凸透镜5并与凸透镜5成45°夹角且带一中心孔的反光镜11，反光镜11对面垂直安置一块供成像用的毛玻璃10，在反光镜11中心孔正上方与距毛玻璃10等距离的位置安置一硅光电池1，光电检测电路的第一级集成运算放大器G1的正相输入端电位受可调电位器W1的移动触点2控制，称此电位器为第一调整电位器，负相输入端与正向输入端之间接有一硅光电池，硅光电池的正端接负相输入端，第二集成运算放大器G2的正相输入端接地，负相输入端与第一级集成运算放大器G1的输出端相连，可调电位器W2的1端接第二级运算放大器的输出端，3端接地，其移动触点2接至第二级集成运算放大器G2的负相输入端，使第二级运算放大器的放大倍数受控于这个可调电位器，称此可调电位器为第二调整电位器，第三级集成运算放大器做为比较器使用，其正相输入端通过一电阻后与第二级运算器的输出端相连，其负向输入端与可调电位器W3(称比较电位器)的移动触点2相连，该移动触点2为其负向输入端提供一个0～12伏的比较电压，第三级集成运算放大器的输出端与三极管基极相连，其输出端电位决定三极管的导通与截止，三极管集电极接有光电耦合器，随三极管的工作状态，改变对应输出通断脉冲信号，数字电压表和转换开关用于调整第一、二调整电位器W1、W2和比较电位器W3，转换开关的触点1与第二调整电位器的1端相连，转换开关的触点2与第三级的负向输入端相连(W3的移动触点)，转换开关的活动触点3与地线之间串接数字电压表，光电检测电路的电路板固定在外壳内壁上，外壳侧壁上安有可供调整镜头焦距和光电检测电路中可调电位器的旋钮，当将图纸的黑区置在镜头下，开关k搬向1端，调第一调整电位器W1使数字电压表指针为“0”，然后将图纸的白区置在镜头下，调第二调整电位器使数字电压表为某一整数，如5伏，再将开关k搬到2端，调比较电位器W3，使数字电压表读数为第二级集成运算放大器G2输出电压的一半，如2.5伏，此电压做为第二级集成运算放大器G2输出信号的比较阈值，因而实现了光电检测点在黑、白区交界处受光面积各超过一半时，光电检测部分能输出高或低的电平信号，2、逻辑控制部分根据光电检测电路送来的代表黑白区的低高电平信号能够判别出跟踪前进的方向，判别方法是当检测点从黑区进入白区或从白区进入黑区时，信号处理电路输入信号由低变高或由高变低时，通过逻辑控制装置使检测点前进方向顺或逆时针侧转90°即为新的前进方向，若前进了一段距离(此距离可人为设定)检测点没有跨越黑白交界线(输入信号无变化)，则强制在上一次侧转的基础上同向再侧转90°，即为新的前进方向，3、逻辑控制部分的逻辑判别器的工作是由双向通用位移寄存器来完成，并行输入端A、B、C、D分别接0、1、1、1(或1、0、0、0)信号，并行输出端QA、QB、QC、QD分别依次代表X轴正方向、Y轴正方向、X轴负方向、Y轴负方向，将输出端代表前进方向的信号送至接口电路，同时QA端接左移串入端，QD端接右移串入端，S1、S0端为工作方式控制端在复位时使S1、S0都为1，双向通用移位寄存器为并入工作状态，可并入0、1、1、1(或1、0、0、0)，当复位结束后S1S0受与图形边界对应的高低电平控制不是0、1(右移)，即是1、0(左移)，而时钟端受系统控制器的控制一经触发，0(或1)信号即可在QA、QB、QC、QD四个端内向左或右端移动一步以表示前进方向的改变或不变，当前进方向不改变时，即S1、S0不变的条件下，系统控制器将也会产生一环分触发信号，使跟踪台运动并由逻辑判别器记录，当记录到一设定值时会向双向通用位移寄存器发出一个附加脉冲，使0(或1)信号继续移动而使前进方向改变。
专利摘要本实用新型涉及对平面任意图形进行数字化跟踪控制的装置，可解决现有光电检测头结构复杂，精度低的缺点。本检测部分用单个光电元件，工作时无运动部件，运用比较器阈值的原理，使检测灵敏度达1微米，并用数字信号输出，控制电路简单，配专用微机可实现缩放、平滑、翻转、偏移、记忆等功能。可与数控系统配合使用，如电火花线切割机、热切割及计算机识图绘图等领域。
文档编号G06K11/02GK2048997SQ8920264
公开日1989年12月6日 申请日期1989年3月15日 优先权日1989年3月15日
发明者康建, 田耕 申请人:北京市电加工研究所