Multe companii pãstreazã mii de documente din diverse motive (pentru arhivã, ca documente legate, etc). Pentru toate aceste desene / documente este necesar un spatiu de depozitare adecvat. Alte conditii impuse ar fi ca aceste desene / documente sã poatã fi regãsite repede, sã contina toate informatiile tehnice necesare si sã reprezinte ultima variantã a proiectului.

La desenele unui proiect trebuie sã aibã acces toate persoanele implicate pentru realizarea sa, urmãrindu-se în acelasi timp si confidentialitatea proiectului.

Pentru a atinge toate aceste scopuri este necesarã o citire a informatiei continute de aceste desene / documente si transformarea acesteia într-o informatie digitalã pentru a putea fi stocatã pe suport magnetic. Acest proces este cunoscut sub denumirea de scanare.

Pentru a putea folosi aceste desene în proiectarea asistatã de calculator (CAD) este necesarã pãstrarea acestor desene sub forma CAD, ceea ce presupune conversia unor desene realizate manual în format CAD.

Existã doua etape în ceea ce priveste pãstrarea desenelor pe suport magnetic, functie de obiectivele urmãrite de utilizator :
• Scanarea desenelor, stocarea si arhivarea lor în formatul initial obtinut prin scanare sub forma unor imagini realizate dintr-o reuniune de puncte, cunoscut sub denumirea de format raster (bitmap).
• Scanarea desenelor în format raster si conversia lor în format CAD.

Existã patru cãi de conversie a unui desen în format CAD :
• Scanarea desenelor, salvarea lor în format raster si apoi utilizarea unui program CAD pentru desenarea vectorilor peste imaginea raster.
• Scanarea desenelor în format raster, apoi utilizarea unui program de autoconversie ( vectorizare automatã ) care transformã întregul desen în format CAD.
• Scanarea desenelor într-un format raster, apoi utilizarea unui editor raster rulând sub un program CAD, pentru editare, salvare si plotare.
• Digitizarea desenului folosind o tabletã digitizoare, aceasta fiind cea mai scumpã si cea mai bunã metodã.

Introducere

Digitizoarele sunt o categorie specialã de instrumente de intrare ce pot fi considerate o interfata între mânã si calculator.

Un digitizor este o suprafatã planã, capabilã sã genereze coordonatele x, y când un dispozitiv numit creion este plasat în apropiere sau pe suprafatã. Se spune cã un creion este în proximitate când este tinut destul de aproape de digitizor astfel încât acesta sã-l detecteze. Rezultatul detectãrii poate fi " aprinderea " unui pixel (aparitia cernelii digitale), dacã atingerea s-a fãcut într-o regiune unde aplicatia acceptã scrierea, sau o comandã, dacã creionul a atins un buton de control afisat pe ecran. Scrierea poate fi un cuvânt, un desen oarecare sau un anumit semn grafic (ce poate fi interpretat ca o comandã).

La prima vedere se poate crede cã digitizoarele lucreazã dupã acelasi principiu de functionare ca un mouse. Valabilitatea acestei presupuneri se limiteazã doar la faptul cã un digitizor poate emula cele mai raspândite tipuri de mouse. Deosebirea fundamentalã între modul de lucru relativ al unui mouse si modul de lucru absolut al unui digitizor este alta. În modul de lucru relativ, denumit si mod mouse, pozitia creionului pe digitizor nu corespunde cu punctul corespunzãtor al cursorului de pe ecran.

Indiferent din ce pozitie de pe digitizor se reia desenul, cursorul este pus în miscare de la ultima sa pozitie.

În modul de lucru absolut, coordonatele creionului de pe digitizor, corespund cu pozitia actualã a cursorului de pe monitor. Dacã creionul este ridicat de pe digitizor si pus în alt loc, cursorul face acelasi salt.

Un digitizor diferã de un Touchscreen (TS), cu toate ca unele dintre ele utilizeazã tehnologii asemãnãtoare (display sensibil la atingere - utilizat pentru a citi pozitia degetului). TS se folosesc pentru culegerea articolelor si transferul lor, dar nu pot fi utilizate pentru scris.

În timp ce TS utilizeazã ca intrare degetul, digitizorul utilizeazã un creion pentru a capta comenzile, caracterele scrise, adnotãrile, schitele scrise cu cernealã electronicã. Dacã o tabletã rãspunde la atingerile de deget, pãstrarea mâinii pe tabletã în timpul scrierii poate da erori. Digitizoarele oferã acuratete mai mare decât TS, fiind mai potrivite pentru sistemele cu creion.

Pâna recent, marea majoritate a tabletelor erau opace, plasate pe vârfurile unui pupitru separat de display.

O variantã initiala de digitizoare

Schema mecanica este prezentata în Figura 1.

Acest dispozitiv este format dintr-o placã de desen din lemn (18 inch / 26 inch) pe suprafata cãreia se misca doua brate metalice de lungime fixa, articulate, la capetele unuia fiind fixate doua potentiometre circulare liniare.

Dispozitivul va furniza prin intermediul celor douã potentiometre, doua tensiuni V1, V2, unui convertor A / D, a cãrui iesire se aplicã unui microprocesor, care va determina pozitia (coordonatele) vârfului de scriere de pe tabletã, determinând totodatã si aprinderea pixelilor corespunzãtori pozitiei vârfului.

Rutina de determinare a pozitiei vârfului utilizeazã urmãtorul algoritm de calcul :

a) Se calculeazã unghiurile :

q1 = A1* V1 + B1

q2 = A2* V2 + B2

b) Se calculeazã raza:

H = 2Rsin(q2 / 2).

c) Se calculeazã faza :

f = q1 + b = q1 + 90 - q2/2.

d) Se determinã coordonatele carteziene :

x = H cos (q)

y = H sin (q).

Parametrii A1, A2, B1, B2 se determinã prin calibrarea dispozitivului astfel :

Se plaseazã vârful de scriere în 2 puncte de coordonate cunoscute de pe tabletã si corespunzãtor acestor pozitii se mãsoarã tensiunile de pe cele 2 potentiometre. Fie Vij tensiunea corespunzãtoare potentiometrului i si punctului de test j. Se vor obtine, pentru parametrii de mai sus, valorile:

Ai = (qi1 - qi2) / (Vi1-Vi2)

Bi = (Vi1*qi2 - Vi2*qi1) / (Vi1 - V i2)

Schema electricã a dispozitivului este în Figura 2 .

Microprocesorul esantioneaza iesirea convertorului cu o anumitã ratã (4 pct. / s), culegând tensiunile digitale V1, V2, urmând procedura de calcul si afisare pentru fiecare esantion. Programul continuã într-o bucla, culegând date, atâta timp cât utilizatorul foloseste dispozitivul.

3. Digitizoare moderne

Un digitizor are 3 componente importante : o tableta, un creion si un controller. Tableta constã într-o arie senzitivã ce determina pozitia creionului. Aceastã suprafata este asezata deasupra sau dedesubtul display-ului. Creionul reprezintã dispozitivul de pointare. El poate avea un element activ care trimite semnale tabletei sau care poate primi semnal de la tableta . Controller-ul tabletei contine componente electronice ce scaneazã aria activa a tabletei, detecteazã pozitia creionului si translateazã schimbarea pozitiei într-o serie de perechi de coordonate (x, y).

Unele modele de astfel de dispozitive de intrare se potrivesc cu aceasta definitie larga a tabletelor digitizoare . Aceste modele se bazeazã pe punerea în practica a diferitelor efecte fizice : câmpuri electromagnetice, semnale electrostatice, unde acustice de suprafata, filme rezistive, hârtii sensibile la apasare, pulsuri magneto-strictive . Acestea sunt tehnologii bazate pe grile regulat - spatiale, pe grile cu perioada spatiala dependenta de fazã, filme transparente, traductoare liniare, linii de întârziere, microfoane si semnale AC si DC.

În toate modelele de digitizoare controller-ul tabletei trimite un flux de coordonate x si y computerului principal cu o ratã între 60 - 400 puncte / secunda . O ratã de 120 pct. / sec este consideratã minimã pentru o buna recunoastere a caracterului . O aplicatie de luare de notite, fãrã translatia scrisului de mânã, necesitã aceeasi performantã înaltã pentru o afisare corectã.

4. Tehnologii folosite la realizarea digitizoarelor

Dintre tehnologiile enumerate mai sus, numai câteva se folosesc în mod curent . Mai jos vom prezenta cele mai utilizate patru tipuri de digitizoare.

a) Digitizor cu grila electromagnetica

Schema de principiu a unui astfel de echipament este data în Figura 3.

Aria activã a tabletei electromagnetice contine o grila de conductoare fine (fire sau trasee conductoare pe un circuit imprimat) legate în formã de buclã pentru a genera un câmp electromagnetic .

Grila actioneaza ca o antena pe suprafata tabletei. Când se apropie creionul, bobina genereazã un curent de intensitate micã ce induce o tensiune micã într-unul din firele grilei. Procesorul tabletei detecteazã tensiunea si o translateazã în coordonate (x, y). Grila este de obicei situatã pe suprafata posterioara a LCD-ului într-un Pen System. Astfel firele digitizorului vor crea linii negre pe display.

Când creionul se apropie de marginea grilei, câmpul electromagnetic se distorsioneazã. Spatiile între conductoarele grilei afecteazã acuratetea; spatii mai mici permit detectia mai exactã a pozitiei creionului.

În implementarea traditionala, grila este desenatã pe un circuit imprimat având un substrat rigid epoxi, sau confectionat pe baza unui film Mylar transparent . Placa epoxi este mai scumpa si mai greu de realizat. De asemenea este mai grea deoarece distanta dintre doua fire alaturate este mai mare decât la cele cu film Mylar. Acestea din urma dau posibilitatea îndoirii firelor în jurul unui spatiu protector astfel încât firele de întoarcere se afla sub grila. În cele mai multe tablete electromagnetice grila detecteazã un semnal de la creion. Acesta contine o bobina de sarcina subtire ce genereazã un câmp magnetic de intensitate scãzutã. Când este apropiat suficient de suprafata ariei digitizorului, câmpul magnetic induce un curent electric în grila, curent ce este invers proportional cu distantã între conductor si bobina. Procesorul tabletei verificã grila periodic si detecteazã curentul. Aceste date culese sunt apoi translatate în coordonate x si y ce indicã punctul de contact al creionului.

Cele mai multe din tabletele bazate pe grila electromagnetica, utilizeaza cel mai puternic semnal provenit de la liniile x, y ale grilei, pentru a determina pozitia grosierã, apoi calculeazã pozitia fixã interpolând valorile citite din doua - trei citiri ale grilei. O variantã de acces este folosirea unei grile fazã cu doua seturi de fire x, aflate la distante diferite. Controller-ul calculeazã pozitia pe baza semnalului cel mai puternic relativ la doua seturi de fire, mai rapid fatã de cãutarea individuala a firelor, în vederea determinarii celui mai puternic semnal. Se foloseste aceeasi metoda si pentru determinarea pozitiei y.

Multe tablete electromagnetice dau eroare de vitezã când stiloul se misca în diagonala cu viteze mari. Eroarea rezultã datoritã diferentei de timp dintre pozitiile citite. Acest lucru poate sã nu fie valabil dacã utilizatorul scrie numai caractere mici, dar eroarea poate fi importantã pentru desene, schite rapide, semnaturi, înflorituri etc.

Proiectarea bobinei electromagnetice a creionului poate da eroare de înclinare, bobina aflatã în interiorul corpului creionului fiind situatã cu un ici deasupra vârfului creionului, când utilizatorul tine creionul într-o pozitie normala. Dacã utilizatorul înclina prea mult creionul în timp ce scrie pot sã aparea erori.

Interferenta este un alt dezavantaj al grilelor electromagnetice. Câmpul electromagnetic pe care aceste tablete îl utilizeazã este deranjat serios de cadrele metalice, armonicele componentelor electronice digitale etc. (aceste tablete utilizeazã în mod tipic o frecventa de aproximativ 120kHz pentru semnalele dintre tabletã si creion). Ca rezultat tableta trebuie proiectatã corespunzãtor pentru fiecare Pen Computer. Chiar schimbarea tipului LCD-ului pentru acelasi produs va determina reproiectarea digitizorului.

O altã problema de proiectare este ca grila nu poate fi pusa în fata LCD fãrã sa determine aparitia unor linii negre pe display. Solutia este sa se puna grila sub LCD.

Printre fabricantii ce utilizeazã aceastã tehnologie se numara Calcomp, Hitachi, Logitech, Summagraphics si Wacom etc.

Digitizorul Wacom foloseste tehnologia electromagneticã numita give - and - receive resonance care elimina necesitatea cablului pentru creion. La fiecare 20 us se schimba distributia rolurilor dintre digitizor si creion la emitator / receptor .

În rolul de emitator digitizorul emite unde electromagnetice de o anumita frecventa ce sunt receptionate de un circuit de rezonantã paralel aflat în creion. Tensiunea indusa în bobina circuitului este înmagazinata într-un condensator legat în paralel cu bobina. Energia înmagazinata aici este folositã de creion pentru a retransmite undele pe o altã frecventã digitizorului. Digitizorul poate localiza deci, în modul de lucru receptor, undele transmise la creion si poate stabili pozitii.

O altã caracteristica care derivã din acest procedeu este posibilitatea de a produce linii mai groase sau mai subtiri în functie de cât de tare este apasat creionul pe suprafata digitizorului. Presiunea exercitatã asupra creionului modificã frecventa de rezonantã a circuitului paralel din creion si digitizorul poate sesiza dacã s-a apasat creionul mai tare sau mai încet.

b) Digitizor cu grila electrostaticã

Schema de principiu a unui astfel de echipament este data în figura 4.

Lucreazã asemanator cu cele electromagnetice cu doua diferente principale. În primul rând firele grilei sunt conectate doar la un capat, nu în bucla, deoarece controller-ul le utilizeazã pentru a genera semnale electrostatice si nu electromagnetice. În al doilea rând creionul are o sonda capacitivã în vârful sau si nu o bobina. Sonda este un simplu vârf metalic cu un capat rotund. În timp ce vârful (stiloului) creionului se apropie de suprafata tabletei, capacitatea între acestea cupleazã energia dintre ele, deci creionul transmite un semnal printr-un cablu de conectare spre procesorul tabletei care calculeazã pozitia curentã. Utilizarea unui vârf de sonda evitã problemele care apar la bobinele electromagnetice datorate înclinarii .

Tabletele de tip grila electrostaticã sunt plasate deasupra LCD care protejeazã grila de interferentele cu componentele computerului. Din pacate liniile grilei sunt vizibile. Producatorul încearca sã le facã mai putin vizibile.

c) Digitizoare cu film rezistiv

Schema de principiu a unui astfel de dispozitiv este data in Figura 5.

Aria activã a unei tablete pe baza de film rezistiv constã dintr-un substrat de material izolat dielectric, de obicei sticla, acoperit cu un conductor transparent usor rezistiv cum ar fi oxidul de indiu.

Electrozii de pe margini aplicã un semnal de 5V, de obicei AC, la o margine a tabletei si 0V pe marginea opusa. Creionul este o sonda metalicã ce atinge filmul. Controller-ul citeste tensiunea culeasa de creion : 1V, lânga o margine, crescând treptat spre 5V în timp ce utilizatorul mutã creionul spre cealaltã margine. Se aplicã tensiunea mai întâi între partea stânga si cea dreapta a tabletei, pentru a calcula coordonata x si apoi între marginile de sus si de jos, pentru a calcula coordonata y.

O altã variantã, în care creionul furnizeazã un semnal de 5V, prezintã 4 electrozi la cele 4 colturi ale filmului. Acesti electrozi masoara curentii diferiti, culesi de la stilou, în momentul în care utilizatorul traverseazã suprafata tabletei.

Dupã ce controller-ul masoara tensiunea (sau curentul în functie de proiectare) senzorii anunta controller-ul tabletei, controller ce converteste datele senzorilor în valori digitale. Controller-ul microprocesorului calculeazã apoi coordonatele x, y ale punctului de contact al creionului. Un avantaj deosebit al multor astfel de modele, este cã acceptã degetul la fel de bine ca si creionul.

Unii producãtori pun un al doilea strat conductiv pe suprafata de jos a substratului pentru a-l apãra de zgomote de RF, sau pun un al doilea strat pe filmul rezistiv pentru a-l proteja de zgârieturi. Unele modele utilizeazã de asemenea cai liniar variabile cu electrozi pentru a simplifica calculele controller-ului.

Digitizoarele cu filme rezistive au câteva dezavantaje, inclusiv incapacitatea lor de a simti proximitatea stiloului. Spre deosebire de alte modele, aici creionul trebuie sã atingã ecranul înainte ca digitizorul sã înregistreze pozitia sa, astfel încât este imposibil sã se retinã starea cursorului când utilizatorul misca creionul deasupra display-ului.

O altã problema este claritatea imaginii, ea depinzând de grosimea filmului si de al doilea strat protector. Transmisivitatea opticã a unor digitizoare poate fi mai micã de 70%. Aceastã transparentã micã reduce contrastul imaginii LCD, facând-o greu de citit.

Un alt dezavantaj este dat de acele rupturi microscopice din film care pot determina erori de pozitie. Aceste greseli se pot datora fortarilor termice, tranzitiilor de la o temperatura joasa la una ridicatã (sau invers) sau pur si simplu datoritã utilizarii zilnice. Erorile vor aparea pe display ca gãuri negre. Se poate desena în jurul acestor gauri dar nu în ele.

Dacã contactul electric între creion si film este slab, digitizorul poate produce date eronate. Cauzele acestui contact slab pot fi : existenta unor grasimi pe suprafatã, rezistente de contact ridicate, atingerea usoara a tablitei.

d) Digitizoare cu film capacitiv / electrostatic (CEF)

In Figura 6 este prezentata schema de principiu a unui astfel de dispozitv.

Tehnologia CEF combina multe avantaje ale proiectarii grilelor electrostatice si electromagnetice, cu aspectele de cost scãzut si usor de realizat, ale tehnologiei cu film rezistiv.

Aria activã este un substrat transparent de sticla sau plastic ce a fost acoperit pe dedesubt cu o foaie de material transparent conductor cum ar fi oxidul de indiu.

Filmul nu se afla pe suprafata expusã a sticlei (unde poate fi zgâriat sau stricat). Este nevoie ca el sã fie conductiv moderat. Unele filme ofera 90% transmisivitate, ceea ce înseamna la fel de transparent ca însasi sticla LCD. Tensiunile de 0 si 5V aplicate pe muchiile opuse ale tabletei creeazã un câmp electrostatic deasupra sticlei. O sondã capacitivã în vârful creionului culege acest semnal prin sticla. Creionul masoara astfel un câmp electrostatic într-un punct, câmpul fiind provenit de la întreaga tableta. Din aceasta cauzã, micile defecte din film care au efecte negative la tabletele cu film rezistiv, nu au nici un efect aici.

Ca o grila bazata pe tehnologie electrostaticã, o grila CEF nu este afectatã de metale si nici de componentele electronice ale calculatorului. Sensibilitatea la apropierea creionului este de asemenea foarte bunã ; digitizoarele CEF pot sa simta creionul chiar si când este tinut la câtiva ici de suprafatã. Oricum acuratetea scade. Consumul de putere este mic, 15 mW când creionul este activ si mult mai mic când nu este folosit. Este tehnologia cu cel mai mic consum de putere.

e) Alte optiuni

În afara celor 4 tehnologii descrise mai sus, se mai folosesc citeva tehnologii de digitizoare. Science Accesories a vândut diferite modele de digitizoare bazate pe sonar.

În unele modele, creionul contine o sursa de sunet care realizeaza un impuls de sunet distinct de 60 de ori / sec. Douã mici microfoane în fata utilizatorului culeg pulsurile si masoarã timpul de intirziere al sunetului necesar ajungerii la microfoane, calculând pozitia creionului prin triunghiularizare. Aceasta nu trebuie confundatã cu tehnologia undelor acustice de suprafata utilizatã în unele Touch Screen. Acolo undele sonore se propagã prin sticla, aici prin aer.

5. Descrierea digitizorului NewSketch 1212 HRII

NewSketch 1212 HRII este o tableta grafica realizata în tehnologie electromagnetica.

a) Modul de lucru

Operatiile ce pot fi realizate sunt:
• de desenare, de desenare cu mâna libera si de deplasare a imaginilor;
• ghidarea cursorului pe ecranul calculatorului;
• alegerea aplicatiei dintr-un sablon.

Acest dispozitiv are urmatoarele piese componente:
• tableta cu aria activa ;
• un stilou cu doua butoane sau un dispozitiv cu patru butoane ;
• un adaptor serial de la 9 pini la 25 de pini;
• drivere ADI pentru Windows;
• blocul de alimentare.

b) Caracteristici si parametrii

Acest echipament lucreaza cu Autocad, varianta existenta în laborator fiind Autocad R 14.

Aria de lucru corespunzatoare digitizorului din laborator este de 12"x12".

Proximitatea reprezinta distanta maxima de deasupra ariei active unde stiloul poate fi tinut si poate fi citita informatia provenita de la digitizor.

Proximitatea pentru NewSketch 1212 HRII este de 1/2 inch. Stiloul însa, poate fi detectat si de la o distanta mai mare, dar se pierde din acuratete. Daca însa, stilou este deplasat în afara ariei de lucru sau a zonei de proximitate, tableta nu va mai putea furniza nici o informatie.

Rezolutia este cea mai mica distanta pe care tableta o poate distinge si se masoara în linii pe inch (lpi). Rezolutia hard a digitizorului prezentat este de pâna la 2540 lpi.

Pentru început va prezentam butoanele si functiile lor (butoane ce se afla situata pe partea din spate a aparatului, mai existând pe lânga acestea si leduri ce indica starea echipamentului).

Deci digitizorul prezinta
• butonul de pornit - oprit;
• cablul ce conecteaza digitizorul la calculator;
• o intrare numita cursor - unde se introduce stiloul ;
• butonul reset - întrerupe comunicarea de date a digitizorului;

Prezentarea stiloului. Avem un stilou cu doua butone si unul cu patru butoane. Pentru cel cu doua butoane semnificatia lor este urmatoarea : butonul 1 emuleaza functiile butonului stâng al mouse-ului, iar butonul 2 emuleaza functiile butonului drept al mouse-ului.

În Figura 7 este przentat dispozitivul de lucru pe tabletã.

Ledurile au urmatoarea semnificatie:unul indica starea de pornit - oprit, al doilea indica senzitivitatea , iar al treilea indica daca butonul este apasat sau nu.

Schimbul stiloului cu doua butoane cu cel cu patru, se face urmând pasii: se intra în Control Panel de unde se selecteaza KYE Tablet Control Panel, apoi se apasa butonul Configure, dupa care se poate opta pentru unul din cele doua tipuri de stilouri. Tot de aici se pot schimba si se pot seta functii noi pentru stilou. Se mai pot alege modalitatile de reprezentare a cursorului pe ecran, modul de lucru ce poate fi absolut sau relativ, dimensiunea suprafetei active.

Pentru a putea functiona atât mouse-ul cât si digitizorul în Autocad, digitizorul trebuie setat din Preferences, permitând astfel functionarea celor doua dispozitive simultan.

In Figura 8 este prezentata imaginea unui digitizor NewSketch 1212.