Глава 17. АВТОМАТИЧЕКИЕ УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ - ГРАФОПОСТРОИТЕЛИ

Рис. 17.2. Конструкция электромеханических графопостроителей: а - планшетный, б - барабанный

Графопостроитель, как правило, включает в себя собственно построитель - электромеханическую часть, перемещающую каретку с пером а иногда и носитель, блок преобразования и подготовки данных и блок управления. Конструкции построителей электромеханических плоттеров показаны на рис. 17.2, а растрового - на рис. 17.5. Регистрирующим органом планшетных и барабанных (рулонных) плоттеров служит пишущий узел - каретка с закрепленным шариковым стержнем, карандашом, пером с чернилами, резцом и др. Узел записи может иметь одно или несколько, (до восьми, как в плоттере типа Ао Union итальянского производства), перьев различных цветов и толщин. В более быстродействующих растровых плоттерах узел записи представляет собой “гребенку” металлических электродов и контрэлектродов, образующих растр.

Разновидностью электромеханических чертежных автоматов являются координатографы, отличающиеся повышенной точностью и способом нанесения изображения. Изображение наносится путем вырезания, гравирования, экспонирования, а также с помощью фрезерных и режущих головок, фотоголовок с набором диафрагменных дисков и других специальных инструментов. Применяются координатографы, например, для изготовления высокоточных фотошаблонов. Координатографы, как правило, работают в автономном режиме

суправлением с магнитоносителей, подготовленных на ЭВМ.

Воснове работы графопостроителя лежит принцип преобразования команд на входе в пропорциональное перемещение пишущего узла. В планшетном графопостроителе пишущий узел приводится в движение от шаговых электродвигателей (ШД) и механизмов, преобразующих вращательное движение валов ШД в поступательное движение пишущего узла. Это преобразование движения осуществляется блочно-троссовой системой, ленточными барабанами, ходовыми винтами и зубчатыми рейками.

Управление шаговым двигателем значительно проще, чем двигателем постоянного или переменного тока, и заключается в преобразовании цифрового кода в унитарный (чис- ло-импульсный) код. Угол поворота вала ШД пропорционален числу импульсов, поданных на его обмотки. Частота вращения вала (а отсюда и скорость вычерчивания) определяется частотой следования импульсов. Преобразование цифрового кода в унитарный выполняет интерполятор. При одновременном или попеременном вращении валов обоих двигателей пишущий узел обеспечивает вычерчивание горизонтальных или наклонных линий. Число возможных направлений, по которым может перемещаться пишущий узел, для разных устройств различно и меняется от четырех (перемещение только по координатам х и у) до 32- х ( с шагом в 11° 25'). Минимальная величина перемещения пишущего узла называется единичным шагом и составляет для разных типов плоттеров 0,1, 0,05, 0,025, 0,01, 0,005 мм. Скорость вычерчивания линий достигает 2300 мм/c (скоростной графопостроитель типа

AccuPlot 700 производства Gerber Garment Technology, Inc.).

В планшетных плоттерах носитель неподвижен, в барабанных носитель имеет краевую перфорацию и перемещается ведущим барабаном в прямом и обратном направлениях. При одновременных перемещениях узла записи и бумаги оба движения складываются, образуя требуемую траекторию.

Плоттеры могут работать непосредственно с ЭВМ, для этого они подключаются к каналу стандартного сопряжения, а также автономно, используя в качестве промежуточного носителя магнитный носитель. Способ автономного управления применяется наиболее часто в САПР, так как скорость записи информации на МН намного выше, чем скорость вычерчивания, а, следовательно, при этом способе процессор ЭВМ занят при выводе информации меньшее время, что повышает эффективность использования ресурсов ВС.

Блок преобразования и подготовки данных принимает и хранит в БЗУ порцию данных, подлежащих выводу. Как и в графических дисплеях, для вычерчивания элементов чертежа применяется аппроксимация. Для реализации процедур упрощенной аппроксимации - интерполяции произвольных линий с помощью единичных шагов пишущего узла, используется линейно-круговой интерполятор - специальный процессор, решающий задачу представления линий отрезками единичных приращений. Интерполятор входит в число устройств плоттера. В случае, если при выводе графической информации встречаются сложные кривые, выше 3-го порядка, то соответствующие вычисления проводятся в процессоре ЭВМ. В блок преобразования входит также схема прерываний, обеспечивающая построение штриховых, штрихпунктирных и других необходимых типов линий.

Наибольшая трудность заключается в нанесении алфавитно-цифровых и специальных символов. Символы в поле чертежа пишутся перьями, входящими в состав пишущего узла, или с помощью специальных буквопечатающих головок. Нанесение необходимых символов в поле чертежа в точке с заданными координатами обеспечивает генератор символов, хранящий в ПЗУ микропрограммы описания каждого символа, и вырабатывающий сигналы управления приводом с целью перемещения пишущего узла. Размеры наносимых символов могут изменяться путем масштабирования. Расположение символов может быть горизонтальным, вертикальным или под другим фиксированным углом наклона. Скорость вычерчивания символов определяется быстродействием исполнительных органов плоттера, например, шаговых двигателей. Более высокой скоростью обладают плоттеры с буквопечатающей головкой.

Блок управления на основании данных, полученных от интерполятора и генератора символов, вырабатывает сигналы управления электродвигателями и пишущим узлом в процессе построения элементов чертежа. Работа блока управления совместно с интерполятором и генератором символов позволяет значительно уменьшить объем информации, поступающей из ЭВМ, а следовательно, упростить программное обеспечение ЭВМ, улучшить использование пропускной способности канала, уменьшить объем промежуточных носителей.

17.2. Принципы работы графопостроителя по вычерчиванию

В процессе вычерчивания графических документов графопостроитель должен выполнять следующие операции:

-принимать информацию из стандартного канала сопряжения с ЭВМ либо с накопителя на магнитном носителе;

-масштабировать символы, графики, чертежи;

-поднимать и опускать относительно носителя пишущие узлы;

-вычерчивать линии разного типа (сплошные, пунктирные, штрихпунктирные), разной толщины и цвета, проводить отрезки прямых, дуги и окружности, осуществлять штриховку;

-наносить стандартные и нестандартные символы, обеспечивать их поворот, наносить текст.

Все эти операции устройства плоттера выполняют под воздействием специальных команд. В языке плоттера имеются команды для указания номера и положения пишущего узла, задания координат начала и конца и типа вычерчиваемой линии (движение по прямой, окружности, дуге), для вывода символов и текста. Состав команд определяется конструкцией плоттера и зависит от возможностей интерполятора и генератора символов.

Пример 17.1. Необходимо запрограммировать вычерчивание фрагмента чертежа, изображенного на рис. 17.3. Запишем алгоритм на естественном языке. Пусть в начальный момент времени пишущий узел находится в точке 0 в поднятом состоянии. Алгоритм имеет следующий вид:

1) перо №1 пишущего узла опустить

2)провести непрерывную линию из точки 0 в точку 1

3)провести непрерывную линию из точки 1 в точку2

4)провести непрерывную линию из точки 2 в точку 3

5)провести пунктирную линию из точки 3 в точку 0

6)перо №1 поднять

7)провести отрезок 0 - 4

8)перо №1 опустить

9)начертить окружность в направлении по часовой стрелке с радиусом 4 - 5, с центром в точке 5

10)перо №1 поднять

11)провести отрезок 4 - 6

12)перо №2 опустить

13)начертить текст “Вид В”

14)перо №2 поднять. Конец.

Рис. 17.3. Фрагмент чертежа

Для реализации этого алгоритма на некотором плоттере необходимо заменить указанные операции соответствующим двоичным или шестнадцатеричным кодом команд языка конкретного плоттера. Объем такой программы может занимать около 40 команд в шестнадцатеричном коде.

Трудоемкость написания программ на языках графопостроителей вызвала создание языков более высокого уровня, содержащих такие операторы, как “отрезок”, “ломаная”, “дуга”, “окружность”, “контур”, “текст”. Для трансляции программ, написанных на языках высокого уровня, в программы, состоящие из команд языков графопостроителя, служат программы-компиляторы, называемые постпроцессорами. Постпроцессоры реализуются на