DE1524456B2 - Schaltung zum Erkennen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgedruckten Zeichen und Umwandeln derselben in entsprechende Digitalsignale - Google Patents
Schaltung zum Erkennen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgedruckten Zeichen und Umwandeln derselben in entsprechende DigitalsignaleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erkennen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgedruckten
Zeichen und Umwandeln derselben in entsprechende Digitalsignale, bei der mit einem Abtastkopf
aus der Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger und Abtastkopf eine Wechselspannung mit zu
vorbestimmten Zeitpunkten auftretenden Zeichenimpulse erzeugt wird, deren Amplitude für die in diesem
Zeitpunkt abgetastete Zeichenfläche charakteristisch ist, mit einem Taktgeber, der in Abhängigkeit
vom ersten Zeichenimpuls angesteuert ist und beginnend von diesem ersten Zeichenimpuls jeweils zu den
vorbestimmten Zeitpunkten Steuerimpulse erzeugt, mit einem Bezugsspannungsgenerator, in welchem
von der über einen Pegeldetektor festgestellten Amplitude der abgetasteten Wechselspannung verschiedene,
einen vorbestimmten Bruchteil dieser Amplitude ausmachende Bezugsspannungspegel erzeugt
werden, und mit einer Pegel- und Logik-Vergleichsschaltung, der diese Steuerimpulse des Taktgebers
und diese Bezugsspannungspegel des Bezugsspannungsgenerators zugeführt werden und dort derart
ausgewertet werden, daß nur dann an den für ein bestimmtes Zeichen charakteristischen Ausgängen dieser
Vergleichsschaltung ein entsprechendes Digitalsignal auftritt, wenn die Amplitude der zu den vorbestimmten
Zeitpunkten erzeugten Zeichenimpulse die Amplitude des jeweils zugeordneten Bezugsspannungspegels
überschreitet.
Es ist eine Schaltung dieser Art bekannt, bei der die Bezugsspannungspegel jeweils von der maximalen
Amplitude der abgetasteten Wechselspannung abgeleitet werden (US-PS 3188611). Diese bekannte
Schaltung besitzt den Nachteil, daß die Bezugsspannungspegel gegebenenfalls auch von irgendwelchen
Störspannungsspitzen der abgetasteten Wechselspannung abgeleitet werden und dann falsch sind, wenn
nämlich zufällig die höchste Amplitude dieser abgetasteten Wechselspannung solche Störspannungsspitzen
sind. In diesem Fall ist dann keine exakte Erkennung des Zeichens mehr möglich. Ein weiterer Nachteil
dieser bekannten Schaltung ist, daß die Bezugsspannungspegel erst am Ende eines vollen Abtast-Vorganges
abgeleitet werden können, da der Impuls mit der höchsten Amplitude ja gegebenenfalls erst
der letzte Zeichenimpuls sein kann. Damit wird die Zeitdauer, innerhalb welcher ein Zeichen eindeutig
erkannt werden kann, unnötig groß.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu
verbessern, daß die Erkennungssicherheit für die Zeichen erhöht wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Bezugsspannungspegel im Bezugsspannungsgenerator von der Amplitude eines ausgewählten,
zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in bezug auf den ersten Zeichenimpuls auftretenden Zeichenimpulses
abgeleitet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung ergibt sich
aus dem Unteranspruch.
Durch die-Ableitung -der Bezugsspannungspege:
' "von einem vorbestimmten Zeichenimpuls der abgetasteten
Wechselspannung, z. B. dem ersten auftretenden Zeichenimpuls, werden Fehlkennunger.
praktisch ausgeschlossen, da der Bezugsspannungspegel immer voa.eineift ganz bestimmten vorbestimmten
Zeichenimpuls abgeleitet wird und damit immer einen definierten Pegel besitzt. Fehlerkennungen
durch überlagerte Störimpulse oder ungenau erzeugte Zeichenimpulse können damit keine Fehlerkennungen
auslösen. Außerdem stehen die Bezugsspannungspegel insbesondere dann, wenn sie vom erster
auftretenden Zeichenimpuls abgeleitet werden, sofon mit dem Beginn eines Abtastzyklus zur Verfügung
und die Auswertung in der Pegel- und Logik-Vergleichsschaltung kann deshalb schon vor Abschluß
dieses Abtastzyklus beginnen. Damit wird auch die Erkennungszeit wesentlich verkürzt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehematischer
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispie' näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Abtastanordnung zum Abtaster aufgedruckter Zeichen von einem Aufzeichnungsträ
ger, wie sie im Zusammenhang mit einer erfindungs gemäßen Schaltung verwendet werden kann;
F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab ein auf den
Aufzeichnungsträger aufgezeichnetes Zeichen »0« sowie die durch den Abtastkopf davon abgeleitete charakteristische
Wechselspannung;
F i g. 3 bis 6 zeigen Details der erfindungsgemäßen Schaltung.
Bei der Abtastschaltung nach F i g. 1 wird ein auszuwertender Aufzeichnungsträger, beispielsweise eine
Kennkarte 10, auf dem mehrere Zeichen 11 mit magnetischer Tinte aufgetragen sind, zwischen zwei
Führungen 12 und 13 Antriebsrollen 14 bis 17 zugeführt. Die gezahnten Antriebsrollen 14 und 15, die
aus einem nichtmagnetischen Material bestehen, werden über einen Antrieb 20 von einem Synchronmotor
19 angetrieben, der die Kennkarte mit vorbestimmter Geschwindigkeit von beispielsweise 3,81 m/sec an
dem Abtastkopf 27 vorbeibewegt.
Die Zeichen werden dadurch identifiziert, daß die Polarität und die relative Größe der durch den Abtastkopf
27 erzeugten Wechselspannung zu den verschiedenen Zeitpunkten Z1 bis Z8 bestimmt wird. Die
Wechselspannung für die Zahl »0« nach F i g. 2 besitzt mehrere Impulse, deren Pegel Bruchteile der
Amplitude des ersten im Zeitpunkt Z1 auftretenden positiven Impulses betragen. Diese Pegel sind bei der
Darstellung pemäß Fig. 2 willkürlich bei 15, 30, 45,
60, 80 und 100% der Vorderflanke des Impulses im Zeitpunkt Z1 angenommen. Im besonderen Fall hängt
die jcanl aer erforderlichen Pegelgrößen von dem
Grad der Gleichartigkeit der Wechselspannungen ab, aus denen ein bestimmter Wechselspannungsverlauf
festgestellt werden soll.
Aus dem in Fig. 2 gezeigten Spannungsverlauf
geht hervor, daß die Zahl »0« dann identifizierbar ist, wenn ein negativer Impuls zur Zeit Z2 festgestellt
wird, dessen absolute Größe gleich oder größer als 80% der Vorderflanke des zur Zeit Z1 auftretenden
Impulses ist, und wenn außerdem ein positiver Impuls zum Zeitpunkt Z7 mit einer absoluten Größe von
gleich oder größer als 80 % des Vorderflankenimpulses, außerdem ein negativer Impuls zum Zeitpunkt Z8
mit einer Größe von gleich oder größer als der Vorderflankenimpuls
und weiterhin das Fehlen von Impulsen zu den Zeitpunkten Z3 bis Z6 festgestellt wird.
In der Praxis jedoch würden solche strengen Amplituden-Anforderungen eine große Menge von nicht
erkannten Zeichen zur Folge haben. Zusätzlich ist es nicht notwendig, daß bei allen acht Zeitpunkten ein
Signal vorhanden oder nicht vorhanden ist, um z. B. eines von nur vierzehn möglichen Zeichen zu identifizieren.
Es sei ferner bemerkt, daß ein positiver Impuls immer zu dem Zeitpunkt Z1 auftritt, wenn die Vorderflanke
des magnetisierten Zeichens an dem Abtastkopf 27 vorbeiläuft, so daß beim Zeitpunkt Z1 niemals
ein negativer Impuls auftreten kann. Aus diesem Grunde ist für die logische Schaltung kein Eingangsimpuls erforderlich, der dem Zeitpunkt Z1 entspricht.
Die Spannrollen 16 und 17 bestehen aus nachgiebigem Material und sind gegen die Rollen 14 und 15
Federn vorgespannt. Nahe der Spannrolle 16 ist ein Magnetisierkopf 20 zum Magnetisieren der magnetisierbaren
Zeichen 11 der Kennkarte angeordnet. Durch die Führungen 24 und 25 wird die Kennkarte
vom Magnetisierungskopf 22 der Spannrolle 17 zugeführt, welcher ein elektromagnetischer Abtastkopf
27 zugeordnet ist, durch den eine dem magnetischen Zeichen auf der Kennkarte entsprechende Ausgangsspannung
erzeugt wird.
In Bewegungsrichtung hinter dem Abtastkopf 27 sind Führungen 29 und 30 vorgesehen, über welche
die Kennkarte beispielsweise einem Sortiergerät od. dgl. zugeführt wird.
Fig. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab ein abzutastendes
Zeichen »0« sowie den zugehörigen charakteristischen Wechselspannungsverlauf des durch den
Abtastkopf 27 erzeugten Ausgangssignals, wenn das Zeichen »0« durch den Magnetisierungskopf 22 magnetisiert
ist und in der durch den Pfeil 33 angegebenen Richtung an dem Abtastkopf 27 vorbeibewegt
wird. Aus F i g. 2 geht hervor, daß alle Änderungen in der Form des Zeichens »0« in Stufen von 0,03 cm
auftreten. Andere Zeichenformen erzeugen selbstverständlich entsprechend andere Wechselspannungsverläufe.
Da alle Änderungen der Zeichen in Stufen von 0,03 cm auftreten und die Zeichen mittels des Synchronmotors
19 mit einer Geschwindigkeit von genau 3,81 m/sec am Abtastkopf 27 vorbeigeführt werden,
treten demzufolge entweder positive oder negative Impulse von der Form des jeweiligen Zeichens entsprechend
unterschiedlicher Amplitude in Zeitabständen von 86,6 Mikrosekunden auf. Ferner können die
positiven und negativen Impulse nur an acht vorbestimmten Zeitpunkten auftreten, die mit Z1 bis Z8 bezeichnet
sind, da keines der Zeichen breiter als die "* Zahl »0« ist. Zu der Zeit Z9 wird ein Rückstellimpuls
erzeugt, um einen Teil der elektrischen Schaltung zurückzustellen, wie es im folgenden noch näher erläutert
wird.
Zusätzlich ist der letzte durch ein Zeichen erzeugte
Impuls immer negativ, obgleich der Zeitpunkt des Auftretens dieses negativen Endimpulses von der
Breite des betreffenden Zeichens abhängt, denn einige Zeichen sind schmäler als die Zahl »0«.
Gemäß der F i g. 3 und 4 wird das analoge Ausgangssignal des Abtastkopfes 27 über Verstärker 35
und 37 einer Vorderflankentriggerschaltung 40 zugeführt, die vorzugsweise einen Schwellwertverstärker
umfaßt, dessen Schwellwert so gewählt ist, daß eine falsche Triggerung durch Störungen verhindert wird.
Der Schwellwertverstärker speist einen Impulsgenerator, der_ einen durch" Gatter gesteuerten Taktgeber
42 ansteuert. Der Taktgeber 42 umfaßt einen bistabilen Multivibrator, welcher einen Oszillator steuert,
der alle 86,6 Mikrosekunden Ausgangsimpulse erzeugt, d. h., die Impulsfolge entspricht den Abständen
zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Z1 bis Z8.
Der Taktgeber 42 speist einen Impulsgenerator 43, welcher zum Ansteuern eines achtstufigen Zählers 44
vorgesehen ist. Zusätzlich steuert der Taktgeber 42 einen Spitzendetektor 46 an.
Der Ausgang des Verstärkers 37 ist über ein Gatter 48 (F i g. 6) mit einem Spitzendetektor 49 verbunden.
Das Gatter 48 wird durch einen Impulsgenerator 50 aufgetastet, der durch den Taktgeber 42 in
Abhängigkeit von dem Ausgang des Schwellwertverstärkers der Triggerschaltung 40 getriggert wird. Daher
wird die Spitzenamplitude des ersten positiven zum Zeitpunkt Z1 erzeugten Impulses jedes Zeichens
erfaßt und durch den Spitzendetektor 49 gespeichert. Um sicherzustellen, daß der gespeicherte Spannungspegel
nicht durch die von dem Verstärker 37 gelieferten und zu den Zeitpunkten Z2 bis Z8 auftretenden
Impulse gestört wird, ist der Impulsgenerator 50, der monostabiler Multivibrator sein kann, so bemessen,
daß ein Auftastimpuls von beispielsweise etwa 65 Mikrosekunden Dauer erzeugt wird.
Die Ausgangsspannung des Spitzendetektors 49 wird einem Bezugsspannungsgenerator 51 zugeführt.
Der Bezugsspannungsgenerator umfaßt eine Inverterschaltung und eine Vielzahl von Spannungsteilern,
um passende Bezugsspannungspegel beider Polaritäten zu schaffen, die eine Größe von 15, 30, 40, 60,
80 und 100% der Spitzenamplitude des ersten zum Zeitpunkt t1 auftretenden positiven Impulses besitzen,
welcher in dem Spitzendetektor 49 gespeichert wird. Der Bezugsspannungsgenerator 51 erzeugt daher ausgangsseitig
Bezugsspannungspegel, die automatisch in der Größe in einem vorbestimmten Verhältnis zur
Spitzenamplitude des ersten positiven Impulses eingestellt sind und immer unabhängig von dem jeweiligen
tatsächlichen Pegel der analogen Ausgangsspannung des Verstärkers 37.
Jeder dieser Bezugsspannungspegel wird jeweils einem Eingang einer Vielzahl von Vergleichsschaltungen
53 zugeführt, von denen jede einer bestimmten Polarität und relativen Pegelgröße zugeordnet ist.
Dem anderen Eingang jeder Vergleichsschaltung 53 wird jeweils die Ausgangsspannung des Verstärkers
37 zugeführt. Die Vergleichsschaltungen 53 erzeugen in üblicher Bauart ein digitales Ausgangssignal,-wenn
die ein bestimmtes Zeichen repräsentier«Hde Wechselspannung
am Ausgang des Verstärkers 37 die richtige Polarität hat und ihre Amplitude die Größe des
jeweiligen Bezugsspannungspegels überschreitet.
Der achtstufige Zähler 44 bekannter Bauart erzeugt in den Zeitpunkten t1 bis t8 Steuerimpulse mittels
selektiv erregter Impulsgeneratoren 55. Der achtstufige Zähler 44 steuert gleichfalls eine Rückstellschaltung
57, die den Taktgeber 42 zurückstellt und den Spitzendetektor 49 löscht, so daß derselbe die
Spitzenamplitude des von dem nächsten Zeichen erzeugten ersten positiven Impulses feststellen und speichern
kann.
Die Bestimmung der Polarität und relativen Größe des Ausgangssignals des Verstärkers 37 zu den Zeitpunkten
ij bis i8 erfolgt durch Und-Schaltungen 60,
deren einer Eingang an den Ausgang des entsprechenden Impulsgenerators 55 angeschlossen ist, während
der andere Eingang je nach Polarität und der relativen Größe des Signals mit jeweils einer der Ver-'
gleichsschaltungen 53 verbunden ist. Jede Und-Schaltung 60 steuert einen bistabilen Multivibrator an, dessen
invertierte Ausgangssignale an Ausgangsklemmen 61 und 62 abnehmbar sind.
Um für die (+2i5)-Und-Schaltung 60 ein Ausgangssignal
an der Klemme 61 zu erzeugen — also dann, wenn ein bestimmtes Zeichen zur Zeit i2 einen
positiven Impuls ergibt, dessen Amplitude mindestens 15 % der Amplitude des zum Zeitpunkt ij auftretenden
ersten positiven Impulses ist —, ist ein Eingangsimpuls sowohl von der (+15)-Vergleichsschaltung 53
und dem Impulsgenerator 55 mit der Bezeichnung »2« erforderlich. Falls durch ein Zeichen zu dem
Zeitpunkt t2 kein positiver Impuls erzeugt wird, tritt
an der (+215)-Klemme62 in diesem Fall immer ein
»Nicht«-Ausgangssignal auf.
In ähnlicher Weise zeigt ein an der Klemme 61 der (—215)-Und-Schaltung 60 auftretendes Signal an, daß
zum Zeitpunkt t2 ein negativer Impuls mit einer absoluten
Größe von mindestens 15% der Spitzenamplitude des ersten positiven Impulses aufgetreten
ist, während ein »Nicht«-Signal an der Klemme 62 das Fehlen eines negativen Signals von einer solchen
Größe zum Zeitpunkt t2 angibt. Wie oben erwähnt,
tritt ursprünglich immer ein positives Signal, d. h. ein » + 1«-Signal auf, das durch jedes Zeichen erzeugt
wird, während der Endimpuls immer negativ ist, so daß » — 1«- und » + 8«-Signale niemals erzeugt werden
können. Daher sind für »+1«-, »— 1«- oder
» + 8«-Signale keine Und-Schaltungen 60 vorgesehen. Aus gewissen Kombinationen von Ausgangssignalen
der Und-Schaltungen 60 kann damit ein bestimmtes Zeichen erkannt werden. Ausgewählte Kombinationen
der Ausgänge der Schaltungen 60 werden mittels einer passenden logischen Matrix für die Zahlen
»0« bis »9« und z. B. vier Stichwortsymbole an Und-Schaltungen 65 gegeben.
Falls alle möglichen Eingänge der Und-Schaltungen 65 zur Identifizierung eines Zeichens verwendet
werden, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, daß dieses Zeichen genau und richtig festgestellt wird, jedoch
werden auch viele Zeichen nicht gelesen oder zurückgewiesen. Andererseits tritt im Falle, in dem nur
wenige, die Zeichen darstellende, digitale Signale zum Identifizieren eines Zeichens verwendet werden, eine
verhältnismäßig geringe Zurückweisungsrate auf, jedoch wird dann auch oft falsch gelesen. Die Logik
und Verschlüsselungj/niit der die Amplitudenbewertung
mit der höchst möglichen Erkennungssicherheit erfolgt, wird vorzugsweise empirisch gefunden. Natürlich
muß die Ähnlichkeit zwischen dem Spannungsverlauf einer bestimmten Gruppe geprüft werden, damit
festgestellt werden kann, ob die Zahl der Bezugsspannungspegel und/oder die Zahl der Zeitintervalle
vergrößert werden muß. Ferner sollte die logische Gleichung bestimmt werden, nachdem der Spannungsverlauf
unter typischen Rausch- und Verzerrungsbedingungen geprüft worden ist. Beispielsweise
kann Rauschen durch Lücken oder äußere Tinte oder Farbe hervorgerufen werden, während
eine ungenaue Lage der Zeichen auf dem Dokument eine zeitliche Verschiebung des Spannungsverlaufs
zur Folge hat. Eine beispielsweise logische Gleichung für die Zahl »0« ist folgende:
Null = (-830) · (+730) · [(-230) + (+760)]. (+6*s)
· (+5*5) · (=~~" " " '-"^'
Ein Strich über einem Ausdruck bezeichnet ein »Nichte-Signal, d. h. ein Signal, das an der Klemme
62 der Schaltungen 60 erscheint. Der Ausdruck »(—830) (+730)« ist die »Und«-Kombination der ein-
zelnen Signale und meint (—8S0) und (+730), d.h.,
beide dieser Signale sind als Eingangsgrößen für das Zeichen »0« erforderlich. Der Ausdruck »0(—230) +
(+700)« ist die »Oder«-Kombination der einzelnen
Signale und meint (-230) oder (+730), d. h., irgend-
eines dieser Signale stellt eine der erforderlichen Eingangsgrößen
für das Zeichen »0« dar.
Wenn »Nicht«-Signale auftreten müssen, ist ein relativ hoher Pegel erforderlich, um zu verhindern,
daß durch Nebengeräusche ein Zeichen nicht gelesen
wird. Weiterhin wird für den Fall, für den ein relativ starkes (+7)-Signal von mindestens 60°/o vorhanden
ist, kein (—2)-Signal benötigt. Ferner wird eine »0«
auch dann gelesen, wenn die (—2)-, (+7)-
(—8)-Signale bei 30% liegen, obgleich die (—2)-
und (+7)-Signale mindestens 80% und das (—8)-Signal mindestens 100% betragen sollte. Dem Rauschen
ist bei derartigen niedrigen Signalpegeln durch die »Nicht«-Signale in der Logik Rechnung getragen.
Die logischen Eingänge für die »O«-Und-Schaltungen
65 sind in F i g. 4 gezeigt. Die »Oder«-Eingänge werden
durch Oder-Schaltungen 66 geschaffen.
Die Ausgangssignale der Und-Schaltungen 65 werden
einem Zeichenverwertungsgerät 68 zugeführt, das ein Rechengerät, eine Sortiermaschine od. dgl. sein
kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
509518/114
Claims (2)
1. Schaltung zum Erkennen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgedruckten Zeichen und
Umwandeln derselben in entsprechende Digitalsignale, bei der mit einem Abtastkopf aus der
Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger und Abtastkopf eine Wechselspannung mit zu
vorbestimmten Zeitpunkten auftretenden Zeichenimpulse erzeugt wird, deren Amplitude für die in
diesem Zeitpunkt abgetastete Zeichenfläche charakteristisch ist, mit einem Taktgeber, der in Abhängigkeit
vom ersten Zeichenimpuls angesteuert ist und beginnend von diesem ersten Zeichenimpuls
jeweils zu den vorbestimmten Zeitpunkten Steuerimpulse erzeugt, mit einem Bezugsspannungsgenerator,
in welchem von der über einen Pegeldetektor festgestellten Amplitude der abgetasteten
Wechselspannung verschiedene, einen vorbestimmten Bruchteil dieser Amplitude ausmachende
Bezugsspannungspegel erzeugt werden, und mit einer Pegel- und Logik-Vergleichsschaltung,
der diese Steuerimpulse des Taktgebers und diese Bezugsspannungspegel des Bezugsspannungsgenerators
zugeführt werden und dort derart ausgewertet werden, daß nur dan»- an "Sen für
ein bestimmtes Zeichen charakteristischen Ausgängen dieser Vergleichsschaltung ein entsprechendes
Digitalsignal auftritt, wenn die Amplitude der zu den vorbestimmten Zeitpunkten erzeugten
Zeichenimpulse die Amplitude des jeweils zugeordneten Bezugsspannungspegels überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungspegel im Bezugsspannungsgenerator
(51) von der Amplitude eines ausgewählten, zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (z.B.
ij) in bezug auf den ersten Zeichenimpuls auftretenden
Zeichenimpulses abgeleitet werden.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Polarität
der Zeichenimpulse im Bezugsspannungsgenerator (51) von der Amplitude des ausgewählten
Zeichenimpulses sowohl positive als auch negative Bezugsspannungspegel abgeleitet wefden.
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