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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopiereinrichtung zur Steuerung der Antriebe von Kopiermaschinen, beispielsweise von Portalbrennschneidmaschinen, mit einem Photogeber und einer diesem zugeordneten Einrichtung zur Abtastung der zu kopierenden Kontur durch einen entlang einer Kreisbahn geführten Lichtstrahl, mit Schrittantrieben zur Verschiebung des Photogebers samt der Abtasteinrichtung sowie des Arbeitsorgans der
Kopiermaschine entlang wenigstens zweier Koordinatenachsen, sowie mit Wandlern, die aus Photogebersignalen und aus mit der Abtasteinrichtung korrelierten Bezugswechselspannungen Eingangssignale für die Schrittantriebe der Koordinatenachsen formen.
Bei einer bekanntgewordenen Kopiereinrichtung (s. UdSSR-Patentschrift Nr. 190 768) sind die Wandler für jede Koordinatenachse beispielsweise als phasenempfindliche Gleichrichter ausgeführt. Das Ausgangssignal jedes Wandlers stellt eine pulsierende Spannung dar, deren Mittelwert dem Betrag der Verstellgeschwindigkeit entlang der entsprechenden Koordinatenachse proportional ist.
Nachteile der bekannten Einrichtungen sind durch die Anwendung eines Trägheitsgliedes bei den Wandlern zur Umwandlung der Photogebersignale und der Bezugswechselspannungen in Eingangssignale für die Schrittantriebe bedingt. Das Trägheitsglied wird gegebenenfalls zur Glättung der pulsierenden Ausgangsspannung jedes Wandlers benutzt. Als Trägheitsglied dient gewöhnlich der Antriebsmotor selbst. Falls jedoch trägheitsarme bzw. trägheitslose Motoren, beispielsweise Schrittmotoren verwendet werden, führt man absichtlich ein Trägheits- glied (einen Filter) zur Aussonderung der mittleren Wandlerausgangsspannung ein.
Das Trägheitsglied setzt die Wirkungsgeschwindigkeit des Folgesystems herab, was zu dynamischen Fehlern beim Kopieren krummliniger Abschnitte der zu kopierenden Kontur bzw. zur Herabsetzung der mittleren Geschwindigkeit der Kopiereinrichtung führt.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile, d. h. die Erstellung von trägheitslosen Wandlern zur Umwandlung der Photogebersignale und der Bezugswechselspannungen in Eingangssignale für die Schrittantriebe.
Dieses Ziel wird mit einer Kopiereinrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass jeder Wandler zum Umwandeln der Momentanwerte der jeweiligen Bezugswechselspannung in Eingangssignale für den ihm zugeordneten Schrittantrieb in jenem Zeitpunkt jeder Abtastperiode des Abtaststrahles herangezogen ist, welcher einem der Schnittpunkte der Kreisbahn des Abtaststrahles mit der zu kopierenden Kontur entspricht.
JederWandler kann so ausgeführt sein, dass er einen (ersten) Spannungsformer aufweist, welcher aus der Bezugswechselspannung eine pulsierende Gleichspannung formt, deren Spannungsmomentanwerte in jedem herausgegriffenen Zeitpunkt proportional der jeweiligen Verstellgeschwindigkeit sind, an diesen ersten Spannungsformer eine Einheit zur Umwandlung der genannten Spannungsmomentanwerte in eine ihnen jeweils proportionale Impulsdauer mit einem ersten Eingang angeschlossen und ein zweiter Eingang dieser Einheit mit dem Ausgang des Photogebers verbunden ist, wobei der Ausgang dieser Einheit über eine erste Koinzidenzschaltung, deren zweitem Eingang Impulse mit einer innerhalb eines durch die maximale Schrittanzahl der Schrittantriebe während einer Abtastperiode gegebenen Frequenzbereichs liegenden Frequenz zugeführt werden,
mit jenem Eingang des zugehörigen Schrittantriebes verbunden ist, welcher der Verstellgeschwindigkeit des Photogebers und des Arbeitsorgans zugeordnet ist, dass ferner ein weiterer (zweiter), zwei Ausgänge aufweisender Spannungsformer vorgesehen ist, der aus der Bezugswechselspannung zwei zueinander inverse, rechteckig pulsierende Gleichspannungen formt, von denen die Verstellrichtung des Photogebers und des Arbeitsorgans abhängig ist, die beiden Ausgänge des zweiten Spannungsformers je an die ersten Eingänge von zwei weiteren Koinzidenzschaltungen angeschlossen sind, deren zweite Eingänge mit dem Ausgang des Photogebers verbunden sind, und dass die Ausgänge der beiden weiterenKoinzidenzschaltungen mit zwei der Verstellrichtung zugeordneten Eingängen des Schrittantriebes rerbunden sind.
Es empfiehlt sich, in jedem Wandler zwischen den Ausgang der ersten Koinzidenzschaltung und dem der Verstellgeschwindigkeit zugeordneten Eingang des Schrittantriebes einen Frequenzteiler einzuschalten.
Weiters ist es von Vorteil, wenn jeder Wandler mit einem frequenzgesteuerten Impulsgenerator und einer Steuereinheit hiezu versehen ist, wobei der Ausgang des Impulsgenerators an den zweiten Eingang der ersten Koinzidenzschaltung gelegt ist und die Steuereinheit einen mit dem Ausgang des Photogebers und einen mit dem Ausgang des ersten Spannungsformers verbundenen Eingang aufweist.
Die Steuereinheit kann dabei so aufgebaut sein, dass sie einen Spannungsformer aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Spannungsformers verbunden ist und dessen Ausgang eine pulsierende Gleichspannung entnehmbar ist, von der die Frequenz des Impulsgenerators abhängt, und dass dieser letztgenannte Ausgang mit einem ersten Eingang eines Schaltkreises verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Photogebers und dessen Ausgang an den Eingang des Impulsgenerators gelegt ist, wobei der Schaltkreis zum Aussondern des jeweiligen Momentanwertes der pulsierenden Gleichspannung bei Eintreffen von Photogebersignalen und damit zur Festlegung der Frequenz des Impulsgenerators herangezogen ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von den inden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen und Schaubilder näher erläutert. Es zeigen Fig. l ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Kopiereinrichtung samt den steuerbaren Antrieben, Fig. 2 eine Ausführungsvariante eines Wandlers, Fig. 3 das Prinzip der Ab-
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verläufe an verschiedenen Punkten eines in der Kopiereinrichtung gemäss Fig. 1 enthaltenen Wandlers, Fig. 5 eine der möglichen Varianten der Photogeberverstellungsbahn und Fig. 6 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten des Wandlers gemäss Fig. 2
Die Kopiereinrichtung zur Steuerung der Antriebe von Kopiermaschinen, beispielsweise von Portalbrennschneidmaschinen, enthält einen Photogeber --1-- (Fig.
1), der mit einem System --2-- zur Abtastung der zu kopierenden Kontur --3-- durch einen entlang einer Kreisbahn geführten Lichtstrahl sowie mit Schrittantrieben - 4 und 5-- für jede Koordinatenachse (--X bzw. Y--) in Verbindung steht.
DieEinrichtung enthält femerWandler --6 und 7-- zum Umformen von Signalen des Photogebers --1-- und von Bezugswechselspannungen einer Bezugssignalquelle--8--in Eingangssignale für die Schrittantriebe--4 und 5-- der beiden Koordinatenachsen. Daraus folgt, dass der Eingang jedes Wandlers--6 und 7-- mit dem Ausgang des Photogebers --1-- und dem Ausgang der Bezugssignalquelle--8--verbunden ist, wogegen die Ausgänge jedes Wandlers--6 bzw. 7-- jeweils mit den Eingängen der Schrittantriebe--4 und 5--für jede Koordinatenachse verbunden sind.
Die Anzahl der Wandler und der Schrittantriebe des Photogebers entsprechen der Anzahl der Koordinatenachsen, nach deren Richtung der Photogeber --1-- verstellt werden kann. Der Ausgang jedes Schrittantriebes --4 und 5-- ist mit dem Photogeber --1-- und dem Arbeisorgan --8-- der Kopiermaschine, hier der Portal- brennschneidmaschine, verbunden.
In den meisten Fällen hat das Arbeitsorgan --9-- der Maschine einen eigenen Antrieb, der nicht unbedingt ein Schrittantrieb zu sein braucht, der aber durch die Signale der gleichen Wand- ler --6 und 7-- wie die Schrittantriebe--4 und 5-- des Photogebers --1-- gesteuert wird. jeder Wandler --6bzw.7-- enthält in reihe geschaltet einen erstenSpannungsformer'-lO--für pulsierende Gleichspannung, deren Werte jeweils der Verstellgeschwindigkeit des photogebers --1-- entlang der entsprechenden Koordinatenachse proportional sind, und eine Einheit welche die Momentanwerte der pulsierenden Gleichspannung in eine ihnen jeweils proportionale Impulsdauer umwandelt.
Die Polarität dieser ge- formten Spannungen wird entsprechend der konkreten Schaltung der gesamten Kopiereinrichtung gewählt. Ein anderer Eingang der Einheit - -11- - ist mit dem Ausgang des photogeberss --1-- verbunden. Der Ausgang der Einheit --11-- ist an den Eingang einer ersten Koinzidenzschaltung --12-- gelegt, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Impulsgenerators --13-- verbunden ist. Der Ausgang jeder koinzidenzschaltung --12--ist mit einem Eingang --14-- des Schrittantriebes --4 bzw. 5-- verbunden, welcher der Verstellgeschwindigkeit des Photo- gebers --1-- und somit des Arbeitsorganes --9-- in der jeweiligen Koordinatenrichtung zugeordnet ist.
Darüber hinaus enthält jeder Wandler--6 und 7--einen weiteren (zweiten) Spannungsformer--15--zur Erzeugung von pulsierenden Gleichspannungen, von denen die Bewegungsrichtung des photogebers --1-- entlang der entsprechenden Koordinatenachse abhängig ist. Der Eingang dieses Spannungsformers und der Ein-
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Ausgänge17--sind mit dem Ausgang des Photogebers --1-- verbunden, wogegen ihre Ausgänge mit Eingängen --18 und 19-- derSchrittantriebe --4 und 5--verbunden sind, welche der Verstellrichtung des photogebers --1-- entlang der entsprechenden Koordinatenachse zugeordnet sind.
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Wandler--6 und 7--kann einenFrequenzteiler-20--Schrittantriebes --4 bzw. 5--verbunden ist.
Ausserdem kann jeder Wandler--6 und 7--einen eigenen frequenzgesteuerten Impulsgenerator --21-- und eine Stenereinheit --22-- für diesen enthalten. Der Ausgang des gesteuerten Impulsgenerators--21--ist an den zweiten Eingang der ersten Koinzidenzschaltung --12-- gelegt, wogegen die Eingänge der Steuereinheit --22-jeweils an den Ausgang des Spannungsformers--10--und an den Ausgang des Photogebers--1--gelegt sind.
Die Steuereinheit --22-- enthält einen Spannungsformer --23--, der während einer Abtastperiode die Abhängigkeit der Frequenz des Impulsgenerators --21-- von der Phasenverschiebung des Photogebersignales gegen- über dem Bezugssignal bedingt, und einen Schaltkreis--24--, welcher die Momentanwerte der pulsierenden Gleichspannung aussondert, wobei der Eingang des Spannungsformers--23--mit dem Ausgang des ersten Span- nungsformers--10--verbunden ist. Der Ausgang des Spannungsformers--23--ist mit dem ersten Eingang des Schaltkreises --24-- verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Photogebers --1-- und dessen Ausgang mit dem Eingang des steuerbaren Impulsgenerators --21-- verbunden ist.
Die Kopiereinrichtung zur Steuerung von Kopiermaschinenantrieben funktioniert wie folgt :
Unter der Wirkung der von der Quelle --8-- (Fig. 1) eintreffenden Bezugssignale (Bezugswechselspannungen) Ux und Uy löst das Kreisabtastsystem --2-- einen Abtastlichtstrahl aus, dessen Spur --25-- (Fig. 3) auf der Fläche, die das Bild der zu kopierenden Kontur trägt, einen Kreis --26-- mit der Mitte im Punkt --27-- umschreibt.
Nehmen wir nun an, dass die erwähnte Spur --25-- des Abtastlichtstrahles einen Punkt und die Linie "ab"eine gerade Linie der zu kopierenden Kontur --3-- darstellt. -- #
Die Steuerung der Schrittantriebe --4 und 5-- des Photogebers --1-- besteht darin, dass der Vektor Vo der Verstellgeschwindigkeit des auf der Linie "ab" befindlichen Mittelpundtes --27-- des Kreises --26--mit der
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Mit andern Worten, zur Erfüllung dieser Bedingung ist es erforderlich, dass die Geschwindigkeit Vx für die Koordinatenachse X proportional der Projektion des Halbmessers R auf die Achse X, und auf die gleiche Weise
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die Achse Y ist :
- .#
Vx = Vo. cos p : - #
Vy = vo. sin v ;
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EAnderseits wird die gleichmässige Geschwindigkeit der abtastenden Spur --25-- auf der Kreisbahn durch die beiden um Tr/2 gegenseitig verschobenen Sinusspannungen gewährleistet. Die anfängliche Phase dieser Spannungen wird derart eingestellt, dass beim Schneiden der Koordinatenachsen X bzw. Y durch den Abtaststrahl die Momentanwerte der entsprechenden Sinusspannungen Ux bzw. Uy gleich Null sind ; diese Spannungen sind die bereits erwähnten Bezugssignale der Quelle--8--.
Zur Vereinfachung der Erklärungen sind der Halbmesser R des Kreises --26-- und die Amplitude Uo der
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wobei K der Proportionalitätsfaktor ist, welcher bei der vorgenommenen Vereinfachung 1 beträgt, und u t1 den Phasenwinkel der Momentanwerte der Sinusspannungen Ux und Uy darstellt.
Wie aus Fig. 3 und den angeführten Gleichungen zu entnehmen ist, werden von den Bezugsspannungen Ux und Uy Betrag und Vorzeichen der Verstellgeschwindigkeiten in jeder Koordinatenrichtung abgeleitet.
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Schrittzahl je Abtastperiode T und in Richtungsvorzeichen der Photogeberverstellung an der jeweiligen Koordinatenachse X und Y.
Die Aussonderung der Momentanwerte der Bezugsspannungen Ux und U erfolgt im Moment des Eintrittes der Kurzimpulse (Fig. 4a) vom Photogeber --1-- (Fig. 1), wobei während einer Abtastperiode T nur ein einziger Impuls eintrifft. Diese Impulse gelangen an die einen Eingänge der Wandler--6 und 7--, deren andern Eingän-
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von denen Betrag und Richtung der Verstellgeschwindigkeit abgeleitet wird. Die Art der Steuerimpulse ist durch den Aufbau der Wandler--6 und 7-- bedingt,jeder Wandler --7bzw. 7-- hat Bauelement --10, 11, 12--zur Bestimmung der Schrittzahl je Abtastperiode sowie Bauelemente --15, 16, 17-- zur Bestimmung der Vorzeichen für die Verstellrichtung des PhC'togebers --1-- und des Arbeitsorganes--9--.
Die Umformung der genannten Eingangssignale der Wandler--6 und 7-- in Impulsfolgefrequenzen geht folgendermassen vor sich :
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dauer werden die Momentanwerte der pulsierenden Spannung (Fig. 4b) zu den Zeitpunkten t, dise durch die Kurzimpulse (Fig. 4a) des Photogebers--1--bestimmt sind, umgeformt. Die Messung des Momentanwertes der pulsierenden Gleichspannung und dessen Umsetzung in eine Impulsdauer kann beispielsweise durch Aufladen eines Festkondensators (nicht gezeigt) auf eine dem zu messenden Momentanwert entsprechende Spannung und an- schliessende lineareEntladung desselben vcrgenommenwerden, wie inFig. 4e dargestellt.
Am Ausgang der Einheit --11-- erscheinen die Impulse (nicht gezeigt) in Rechteckform und mit einer den Impulsen gemäss Fig. 4e entsprechenden Dauer ; sie gelangen zum ersten Eingang der ersten Koinzidenzschaltung --12--.
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Dauer des Ausgangsimpulses der Einheit --11-- vor.
Die Zahl der auf den Eingang --14-- der Schrittantriebe --4 und 5--während der Abtastperiode T eingei troffenen Impulse ist also den Momentanwerten der Sinusspannungen Ux und Uy proportional (Fig. 3). Dadurch wird die Verstellung des Mittelpunktes --27-- des Kreises --26-- an der Lime "ab" um einen bestimmten
Wert während einer Abtastperiode gesichert.
Die Vorzeichen der Bewegungsrichtung des Photogebers --1-- und des Arbeitsorganes --9-- entlang jeder
Koordinatenachse werden folgendermassen erhalten :
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--15-- liegenKoinzidenzschaltungen --16 und 17-- mit den Kurzimpulsen (Fig. 4a) des Photogebers --1-- multipliziert. Da die Ausgangsimpulse des Spannungsformers --15-- gegeneinander invertiert sind, erscheint zum Zeitpunkt t, wo vom Photogeber-l-ein Kurzimpuls eintrifft (Fig. 4a), ein Impuls von gleicher Dauer (Fig. 4g) nur am Ausgang einer der Koinzidenzschaltungen-16 bzw. 17--, so dass er nur ein bestimmtes Vorzeichen (z.
B."+") der Verstellrichtung des Photogebers-l-und des Arbeitsorganes --9-- entlang der entsprechenden Koordinatenachse angibt. Hiebei erscheint am Ausgang der andern Koinzidenzschaltung (--16 oder 17--) ein Signal
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Koordinatenachse Kurzimpulsserien, deren Frequenz der Frequenz, mit der die Linie "ab" durch das Kreisab- tastsystem--2--abgetastet wird, entspricht. Bei jedem Schrittantrieb --4 und 5-- wird je nach den am Eingang - -18 bzw. 19-- vorliegenden Impulsen eine Speicherzelle (nicht gezeichnet) in den entsprechenden Zustand eingestellt. Die Speicherzelle speichert die Verstellrichtung des Punktes-27- (Fig. 3) zwischen zwei aufeinander-
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Frequenzwertes am Eingang --14-- des Schrittantriebes --4 bzw. 5-ab (z.
B. beim Kopieren eines Rechteckwinkels, dessen Seiten parallel zu den Koordinatenachsen liegen). Da die minimale Zahl der Impulse, die vom Impulsgenerator --13-- auf den Eingang --14-- jedes Schrittantriebes --4 bzw. 5-- während der Dauer eines Ausgangsimpulses der Einheit --11-- eintreffen können, gleich 1 ist, so ist das erwähnte Verhältnis zahlenmä- ssig der maximalen Zahl der vom Impulsgenerator --13-- während einer Abtastperiode T eintreffenden Impul-
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mit den Koordinatenachsen zusammenfallen oder unter einem Winkel von cl = 450 zu diesen Achsen liegen, eine gestufte Linie dar.
Es sei angenommen, dass während einer Abtastperiode der Mittelpunkt --27-- vom Punkt A (Fig. 5) in den Punkt C verschoben wird. Dann fahrt der Schrittantrieb an der Koordinatenachse X nx Schritte und an der Koordinatenachse Y ny Schritte aus. Da die Schrittfrequenz jedes Schrittantriebes --4 bzw. 5-gleich ist (was durch die Anwendung eines gemeinsamen Impulsgenerators --13-- für die beiden Wandler --6 und 7-- bedingt ist), erfolgt während der gleichzeitigen Existenz der Impulse an den Ausgängen der Einheit --11-- in jedem der erwähnten Wandler --6 und 7-- die Verstellung des Mittelpunktes --27-- entlang einer unter 45 geneigten Geraden vom Punkt A zum Punkt B.
Nach Vollziehung der ny Schritte an der Koordinatenachse Y erfolgt die Verstellung nur an der Achse X vom Punkt B zum Punkt C.
Da der Umwandlungsvorgang mit der Abtastfrequenz erfolgt, die z. B. 50 Hz beträgt, so gleicht der Antrieb des Arbeitsorganes --9-- die gestufte Linie A-B-C der Bahn S aus. Jedoch entsteht hiebei ein gewisser statistischer Nachbildungsfehler der Kontur (in Fig. 5 nicht gezeigt), da die gestufte Linie der Bahn S die zu kopierende Linie "ab" nur mit den Spitzen berührt.
Der erwähnte Nachteil wird durch Anwendung eines eigenen frequenzgesteuerten Generators-21- (Fig. 2) mit einer Steuereinheit --22-- in jedem Wandler-6 bzw. 7-und durch entsprechende Auswahl des Umwandlungsverhältnisses bei bei Umwandlung der Momentanwerte der pulsierenden Gleichspannung (Fig. 6b) in eine Impulsdauer (Fig. 6d) beseitigt.
Der Proportionalitätsfaktor für die Umwandlung der Spannungsmomentanwerte in eine Impulsdauer in der Einheit --11-- wird derarteingestellt, dass die volle Einschaltung des gesteuerten Impulsgenerators --21--, bei
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--11-- der1, 2, 3... ist (Fig. 6b).
Unter der gleichen Bedingung wird die Frequenz des steuerbaren Impulsgenerators - -21-- grössenmässig konstant gehalten.
Zu Beginn der vollen Einschaltung des gesteuerten Generators --21-- setzt die sinusförmige Regelung seiner Frequenz ein. Diese Aufgabe ist leicht lösbar, da die Beziehung des maximalen Frequenzwertes fmax zum minimalenFrequenzwert fmin des Generators--21--, die durch das Verhältnis Ufmax (Fig. 6c) bestimmt wird, UfI11in nicht gross ist.
Hiebei isturfdie pulsierende Spannung, welche die Abhängigkeit der Frequenz des steuerbaren Generators --21-- von der Phasenverschiebung des Photogebersignales gegenüber dem Bezugssignal wiedergibt.
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Steuerung der Frequenz des Impulsgenerators --21-- erzeugt die Steuereinheit --22-- einespannung Ulf, welche die Abhängigkeit der Frequenz des gesteuerten Generators --21-- von der Phasenverschiebung wtl des Photogebersignales gegenüber dem Bezugssignal wiedergibt, herangezogen ist.
Die Erfindung gestattet es also, die Steuerung von Antrieben schnellarbeitender Kopierwerkzeugmaschinen beträchtlich zu verbessern. Sie erhöht die Kopiergenauigkeit, erweitert den Kopiergeschwindigkeitsbereich und erhöht die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Steuersystems.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kopiereinrichtung zur Steuerung der Antriebe von Kopiermaschinen, beispielsweise von Portalbrennschneidmaschinen, mit einem Photogeber und einer diesem zugeordneten Einrichtung zur Abtastung der zu kopierenden Kontur durch einen entlang einer Kreisbahn geführten Lichtstrahl, mit Schrittantrieben zur Verschiebung des Photogebers samt der Abtasteinrichtung sowie des Arbeitsorganes der Kopiermaschine entlang wenigstens zweier Koordinatenachsen, sowie mit Wandlern, die aus Photogebersignalen und aus mit der Abtasteinrichtung korrelierten Bezugswechselspannungen Eingangssignale für die Schrittantriebe der Koordinatenachsen
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jeweiligen Bezugswechselspannung in Eingangssignale für den ihm zugeordneten Schrittantrieb (4,5) in jenem Zeitpunkt jeder Abtastperiode des Abtaststrahles herangezogen ist,
welcher einem der Schnittpunkte der Kreisbahn des Abtaststrahles mit der zu kopierenden Kontur entspricht.