Automatische Kopiervorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine automa tische Kopiervorrichtung.
Bisher wurde zum Kopieren. von Mustern eine ganze Anzahl von automatischen Maschinen vor geschlagen, die den Umrissen der Muster vermöge des Unterschiedes der Charakteristik der Lichtüber tragung oder -Reflexion des Musters und des Umge bungsmaterials folgen sollen. Ein Hauptnachteil der bisher bekannten Vorrichtungen bestand darin, dass diese Vorrichtungen Ungleichmässigkeiten oder gar plötzlichen Änderungen der Konturen nicht rasch und genau folgen konnten.
Das lag teilweise in der Verwendung einer mecha nischen Vorrichtung, um den Kopierkopf mit dem Linienmuster in Beziehung zu bringen, wobei bei spielweise üblich war, ein mechanisches Antriebsrad, das mit konstanter Drehzahl umläuft, direkt oder über einen Pantographen (Storchschnabel) mit dem Abtastkopf zu kuppeln. Eine andere Quelle von Ungenauigkeiten bestand in der Verwendung eines Abtastkopfes, der bis zu einem gewissen Grade mit dem wirklichen Mittelpunkt des Arbeitsgliedes nicht konzentrisch war, aber den Vorteil besass, dass er die Möglichkeit zur Zweideutigkeit verringerte, die sich ergibt, wenn Abtastachse und Drehachse des Abtastkopfes zusammenfallen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine automatische Kopiervorrichtung zu schaffen, die eine konstante lineare Geschwindigkeit aufrecht erhalten kann, ohne dass mechanische Kontaktantriebe ver wendet werden müssen, und eine optische automatische Kopiervorrichtung zu schaffen, bei der der Abtastkopf mit dem wirklichen Mittelpunkt der Drehung des Arbeitsgliedes optisch konzentrisch sein kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automa tische Kopiervorrichtung mit photoelektrischer Steu erung, bei der die Kopierbewegung durch die Nach- fahrbewegung eines Abtastkopfes mit einstellbarer Geschwindigkeit gesteuert wird, der längs einer zu kopierenden Linie durch Antriebsmotore in zwei Koor dinatenrichtungen bewegt wird, wobei die Drehachse des Abtastkopfes zumindest angenähert senkrecht zu dem abgetasteten Linienstück gehalten wird und der Abtastlichtfleck so längs einer Kreisbahn um die Drehachse des Abtastkopfes bewegt wird, dass bei jedem Umlauf die zu kopierende Linie an beiden Sei tenrändern überschritten wird und sich daher infolge des Unterschiedes der Reflexionseigenschaften der zu kopierenden Linie und der die Linie tragenden Ober fläche ein Messwert ergibt.
Die Kopiervorrichtung nach dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert ausser einem Grundanteil von der doppelten Umlauffrequenz einen von der momentanen Lage der Kreisbahn zu dem überstrichenen Linienstückabhängigen Anteil von der Umlauf-(Abtast) frequenz enthält, dass Mittel vorgesehen sind, die für die Steuerung der beiden Antriebsmotore der Nachfahrbewegung von dem Messwert den Anteil mit der Abtastfrequenz aussieben und benutzen, und Mittel die, um den Abtastkopf in der gewünschten Bewegungsrichtung zu halten, von dem Messwert den Anteil mit der doppelten Abtast frequenz aussieben und benutzen.
In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht und nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Abtasteinheit einer Kopiervorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 22 in Fig. 1, Fig. 3 ein elektrisches Block-Schaltschema der Abtasteinheit nach Fig. 1 und 2, Fig. 4A und 4B den Verlauf von Kurven, die mit der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 erhalten wurden, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Abtasteinheit, Fig. 5a einen Schnitt durch den unteren Teil der Abtasteinheit nach Fig. 5 längs der Linie 5a-5a, Fig. 6 schematisch ein Schaltschema des elek trischen Teils der Abtasteinheit und Fig.
7 schematisch ein Schaltschema.
Der Abtastkopf der Abtasteinheit besitzt eine Platte 10, an der ein oberes Gehäuse 11 und ein unteres Gehäuse 12 abnehmbar befestigt sind. Ein rohrförmiger Körper 13 mit einer als Drehachse aus gebildeten, aufwärts gerichteten Verlängerung 14 hängt in einem Lager 15, das in der Platte 10 sitzt. Die Aus senfläche des Körpers 13 ist zylindrisch und steht mit drei Rädern 16, von denen nur eins gezeigt wird und die auf einer Platte 17 montiert sind, die in dem unteren Gehäuse 12 sitzt, so in Berührung, dass der Körper 13 frei rotieren kann, während seine Rotations achse mit der Längsachse 0-0 der Abtasteinheit zusam menfällt. Ein Schieber 18, dessen Aufgabe noch beschrieben wird, bewegt sich frei, aber mit einem Minimum an Spiel, in einem schwalbenschwanzför migen Schlitz im unteren Ende des Körpers 13.
Der Schieber trägt einen zylindrischen Körper 19, dessen Längsachse mit der Längsachse 0-0 parallel ist, je doch nicht notwendigerweise mit dieser zusammen fallen muss.
Eine mittels der Abtasteinheit zu kopierende Zeich nung ist in Fig. 1 durch die Linie 20 unter dem Abtast kopf dargestellt. Der Schieber 18 trägt eine Sucher lampe 21 zum Beleuchten einer bestimmten Fläche der mittels des Kopfes abzutastenden Zeichnung. Die Befestigung der Sucherlampe am Schieber erfolgt über ein lösbares Kugelgelenk, so dass die Sucherlampe so eingestellt werden kann, dass der Lichtstrahl eine bestimmte gewünschte Richtung einnehmen kann. Eine optische Anordnung zum Abtasten eines Fleckes in Kreisbahn besitzt eine feste Linse 22, eine feste Photozelle 23 und einen drehbaren Spiegel 24, der auf der Welle eines Motors 25 befestigt ist, der am Körper 19 sitzt.
Die Drehachse der Motorwelle halbiert den Winkel zwischen der optischen Achse der Linse und der Photozelle, und der Spiegel ist in einem kleinen Winkel gegenüber der Drehachse geneigt. (Der Winkel ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da er für eine Darstellung zu klein ist.) Der Abtastkopf der vorliegenden Ausführungsform wird genau auf die zu kopierende Linie gerichtet gehalten, indem der ganze Kopf so verschoben wird, dass er die Achse des abgetasteten Kreises in der Mitte der Linie hält, und indem die optische Anordnung so gedreht wird, dass ihre momentane Bahn tangential zu dem betreffenden Teil der abgetasteten Linie gehalten wird.
Die Verschiebung des ganzen Kopfes wird durch Motore X, Y für die Bewegung in Richtung einer x- bzw. y-Koordinate (Fig. 3) bewirkt, die mit dem Kopf in einem (nicht gezeigten) Stützrahmen sitzen. Die Drehung des Körpers 13 und der zuge hörigen optischen Anordnung wird durch einen Servo motor 26 mit Getriebe bewirkt, der auf der Platte 10 sitzt und ein Zahnrad 26' antreibt, das mit einem anderen Zahnrad 27 kämmt, das fest auf der Welle 14 sitzt. Ein Koordinaten-Zerleger 28, der insbesondere in Form eines zweiphasigen Drehtransformators aus geführt ist, ist ebenfalls auf der Platte 10 befestigt und besitzt ein Zahnrad 29, das mit dem Rad 27 kämmt, wobei die Drehzahlen der Räder 27 und 29 das Verhältnis 1:1 aufweisen.
Elektrische Energie für den Antrieb des Motors 25 wird mittels Bürsten 32 an einem aus Isoliermaterial bestehenden, an der Stützplatte 10 montierten Glied 33 von Schleifringen 30 und 31 abgenommen. Die Photo zelle 23 sitzt an einem Stützarm 23A und ist hinsicht lich ihrer Stellung verstellbar, so dass sie genau in die optischen Achse gebracht werden kann.
Die zu kopierende Linie besitzt ein höheres oder geringeres Reflexionsvermögen als die Oberfläche, auf die sie gezeichnet ist, so dass beim Zusammenfallen des von der Photozelle gesehenen (erfassten) Fleckes mit der Linie ein wesentlicher Wechsel in der von der Photozelle aufgenommenen Lichtmenge und ein entsprechender Wechsel in der Ausgangsgrösse der Photozelle eintritt.
Die Drehzahl des Motors 25 und die Dicke der Linie im Verhältnis zur Grösse des Fleckes bzw. die Grösse des Fleckes im Verhältnis zur Dicke der Linie sind so gewählt, dass bei genauer Einstellung des Kopfes über der Linie die Ausgangs- grösse der Photozelle zumindest angenähert eine Sinus welle von der Frequenz 2fo, d.h. gleich dem Doppelten einer Bezugsfrequenz fo ist, wobei letztere zweck- mässigerweise gleich der Frequenz des elektrischen Speisenetzes ist.
In Fig. 3 wird die Ausgangsgrösse der Photozelle 23 über einen Verstärker 34 einem Filter 35 zugeführt, das eine Spannung der Bezugsfiequenz fo durchlässt, aber eine Spannung einer Harmonischen der Bezugsfre quenz sperrt, wobei die Ausgangsgrösse vom Filter eine erste Steuerspannung darstellt und einem Zer- leger 28 zugeführt wird, der ein Wechselstromzerleger und so eingerichtet ist, dass er bei der Bezugsfrequenz f, arbeitet.
Wenn der Fleck umläuft, schneidet er bei jedem Umlauf zweimal die Linie, und die Motor drehzahl ist so, dass die resultierende, in Fig. 4A gezeigte Sinuswelle im Vergleich zur Bezugswelle fo die doppelte Frequenz 2f. besitzt und infolgedessen vom Filter 35 gesperrt wird.
Wenn die Drehachse gegenüber der Mitte der Linie verschoben ist, besitzt die Ausgangsgrösse des Verstärkers 34 die in Fig. 4B gezeigte Form, aus der zu ersehen ist, dass eine Span nung der halben Frequenz der Sinuswelle in Fig. 4A auftritt, d.h. von Bezugsfrequenz f.. Diese Spannung wird dem Zerleger zugeführt, der daraus abgeleitete Steuerspannungen den Motoren X, Y für die x- bzw. y-Koordinate zuführt, um die Drehachse 0 auf die Mitte der Linie zurückzubringen.
Die Ausgangsgrösse des Verstärkers 34 wird eben falls einem phasenempfindlichen Gleichrichter 36 zugeführt, der mit der Ausgangsgrösse eines Frequenz- verdopplers 37 beliefert wird, der seinerseits über die Netzklemmen L und N mit der Bezugsfrequenz fo beliefert wird. Auch der Motor 25 ist an die Klemmen L und N angeschlossen und ist vom phasensynchronen Typ, d.h. der Motor bleibt in Synchronismus und in gleichbleibender Phasenbeziehung mit der Frequenz des Speisenetzes. Unter der Wirkung des phasen empfindlichen Gleichrichters 36 kann der optischen Anordnung eine Bezugslinie in der x, y-Ebene zuge ordnet gedacht werden, deren Richtung von der momentanen Stellung der optischen Anordnung ab hängt.
Wenn diese Linie eine Zeit lang eine bestimmte Neigung zu dem betreffenden Längenelement- der abgetasteten Linie besitzt, ist die Ausgangsgrösse der Photozelle und damit die Ausgangsgrösse des Ver stärkers 34 nicht nur in Synchronismus, sondern auch in vorbestimmter konstanter Phasenbeziehung mit dem dem Gleichrichter 36 zugeführten Signal von doppelter Bezugsfrequenz. In diesem Falle reicht die Ausgangsgrösse des Gleichrichters 36, die ein zweites Signal dargestellt, nicht hin, um den Servomotor 26 zu betätigen.
Wenn sich die Neigung zwischen Bezugslinie und abgetasteter Linie und damit die Phasenbeziehung der dem Kreise 36 zugeführten Signale ändert und das zweite Signal, das eine Gleichstromspannung ist, auf einen Wert ansteigt, dass sie den Servomotor betätigen kann, der ein Gleichstrommotor ist, dreht der Servo motor den Körper 13 solange, bis das zweite Signal wiederum nicht mehr hinreicht, um den Servomotor zu betreiben, indem dann die optische Anordnung ihre Bezugslinie wieder in der vorbestimmten Neigung zur Linie besitzt. Die Bewegung des Körpers 13 unter der Wirkung des Servomotors wird durch eine mecha nische Kupplung auf den Rotor des Zerlegers über tragen, der die Motore für die x- bzw. y-Koordinate betätigt und eine beliebige erforderliche Bewegung des Abtastkopfes herbeiführt.
Ein drittes Signal, das der gewünschten Linear geschwindigkeit des Kopfes längs der Linie propor tional ist, wird von einer in der Mitte angezapften Impedanz 38 gewonnen, die über die Klemmen L und N vom Netz gespeist wird, wobei das dritte Signal dem Zerleger zugeführt wird, um die erforderliche Betätigung der Antriebsmotore für die X- bzw. Y-Kom- ponenten zu bewirken.
Der Abtastkopf kann eine zweite Photozelle 39 (Fig. 1, 3) aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie den Abtastweg des Fleckes an einem Punkt vor der ersten Photozelle 23 sieht und durch einen Motor steuerkreis 40 die Drehzahl der Antriebsmotore für die X- und Y-Komponente bestimmt. So können beim Abtasten eines geraden Teils einer Linie beide Photo zellen die Linie sehen und der Kopf kann sich mit Höchstgeschwindigkeit bewegen. Wenn die Photo zelle 39 durch eine Änderung des einfallenden Lichtes erkennt, dass die Linie ihre Richtung geändert hat, dann betätigt sie den Kreis 40, um die Motore für die X- und Y-Komponente abzubremsen, so dass möglichst hohe Abtast-Geschwindigkeiten möglich werden, ohne dass die Gefahr besteht, bei Richtungsänderungen über die Linie hinauszuschiessen.
Die Geschwindig- keitsänderung, die bewirkt wird, kann in einer oder mehreren bestimmten Stufen oder in Abhängigkeit von der Änderung des Signals aus der Photozelle 39 kontinuierlich erfolgen.
Beim Betrieb ist mit dem Abtastkopf ein Werkzeug, z.B. ein Schneidbrenner oder ein Rändelkopf, ver bunden, so dass das Werkzeug einer Figur folgt, die genau der abgetasteten Strichzeichnung entspricht. In bestimmten Fällen ist es zweckmässiger, ein Werkzeug zu benutzen, das einer zu einer Strichzeichnung ver setzten Linie folgt, beispielsweise mit einer Versetzung, die genügt, um eine weitere maschinelle Behandlung des ausgeschnittenen Teils zu ermöglichen. Eine Ver setzung kann durch eine elektrische Vorspannung erreicht werden, die in den Kreis der Abtasteinheit eingeführt wird, aber ihr Betrag ist durch die Grösse des abgetasteten Kreises begrenzt und kann in einer praktischen Ausführungsform sehr klein sein.
Die Ausführungsform der Fig. 1 verwendet für die Versetzung eine mechanische Vorrichtung mit einem Schieber 18. Der Schieber ist, wie Fig. 1 und 2 zeigen, durch zwei Druckfedern 41 (Fig. 2), die bewirken, dass ein Stift 42 fest gegen den Rand einer exzentrischen Scheibe 43 gedrückt wird, die drehbar auf der Aussenfläche des rohrförmigen Körpers 13 sitzt, für eine Bewegung nach rechts gesperrt. Ein Drehen des Exzenters 43 durch einen mit Einstellskala versehenen, an dem Nocken befestigten Stellring 44 verändert den Abstand, um den die Drehachse des abgetasteten Fleckes von der Längsachse des Abtast kopfes verschoben ist, wobei die Einstellskala des Stellrings 44 direkt die Grösse dieser Verschiebung anzeigt.
Während die oben beschriebene Vorrichtung mit rechtwinkeligen Koordinaten arbeit, ist es auch möglich, mit Polarkoordinaten zu arbeiten. Bei einer Vorrichtung für Polarkoordinaten wird der Winkel, um den die optische Anordnung durch den Servo motor gedreht wird, in bezug auf einen Radius und nicht auf eine Tangente bestimmt.
Ausser den beschriebenen können auch andere Ausführungsformen der mechanischen und elektri schen Teile vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei Verwendung eines Zerlegers 28 für Gleichstrom das Filter 35 durch einen phasenempfindlichen Gleich richter ersetzt sein, der an die Bezugsfrequenz ange schlossen ist und ein entsprechendes Gleichstrom signal erzeugt, wenn die Drehachse des Abtastfleckes von der Mitte der Linie verschoben ist.
In einer anderen Ausführungsform wird die Bezugs frequenz von einem durch den Motor 25 angetriebe nen Tachometergenerator erzeugt, so dass Änderungen der Drehzahl des Tachometers eine einheitliche Änderung der Frequenz und Phase der Bezugsfrequenz in der ganzen Anordnung bewirken. Die Verwendung des phasensynchronen Motors kann dadurch ver mieden werden, dass der Stator des Motors drehbar gemacht und mit dem Zerleger gekuppelt ist, so dass Drehungen des Motorstators auf den Zerlegeistator übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind der Servo motor 26 und der Zerleger 28 vom Kopf 13 getrennt montiert und ein zweiter Zerleger ist vorgesehen, der mit dem Servomotor gekuppelt ist, so dass der Motorrotor und die Rotoren der beiden Zerleger mit einander rotieren. Der zweite Zerleger wird dann benutzt, um die Anordnung in Phasensynchronismus zu halten, sei es durch Antreiben des Motors 25, der synchron läuft, oder durch Steuern der Bezugsfre quenz.
Änderungen sind auch hinsichtlich der Konstruktion des optischen Teils möglich. Beispielsweise kann die Photozelle drehbar sein, um die erforderliche Abtastung zu erreichen, wobei sich dann der Spiegel erübrigen kann. Auch ist es möglich, die Linsen zu drehen, wobei die Photozelle stationär bleibt. In einer speziellen Aus führungsform kann die Linse auch exzentrisch in einer Bohrung in der Welle des Motors 25 montiert sein, wobei die Photozelle hinter dem Motor ange ordnet ist und Licht empfängt, das mittels der Linse durch die Bohrung übertragen wird.
In den Fig. 5 und 6 ist ein Kopiermechanismus mit einem Abtastkopf 45 (Fig. 5), einer Schalteinheit 46 (Fig. 7), einer Servomotorsteuereinheit 47 (Fig. 7), um die Koordinaten-Stellung der Abtasteinheit zu steuern, und einer Servomotorsteuereinheit 48 (Fig. 7), um die Drehstellung der Abtasteinheit zu steuern, ver anschaulicht.
In den Fig. 5, 5A und 6 ist eine Abtasteinheit gezeigt, die eine punktförmige Lichtquelle 49 aufweist, die in einem Gehäuse 50 sitzt, wobei das Licht dieser Quelle durch eine Linse 52 auf eine Oberfläche 51 fokussiert ist. Die abzutastende Linie ist mit 53 gekenn zeichnet und hat als Untergrund die Oberfläche 51. Die Breite der Linie ist zum Zwecke der Veranschau lichung übertrieben stark dargestellt. Die Linse 52 ist exzentrisch in einem Ring 54 montiert, der drehbar im Gehäuse abgestützt ist. Am Aussenrand des Ringes 54 sitzt eine Verzahnung 55, die in Treibein- griff mit einem Ritzel 56 steht, das auf der Welle eines Motors 57 sitzt.
An der Unterseite des Ringes 54 befindet sich eine Verlängerung 58 aus Nichteisenmetall mit einem magnetischen Einsatz 59. Unmittelbar unter dem Ring 54 ist ein weiterer Ring 60 montiert, der an seinem Aussenrand eine Verzahnung trägt, die direkt mit einem Ritzel 61 auf der Welle eines Zerlegers 62 kämmt und indirekt (über das Ritzel 61) mit einem Ritzel 63 auf der Welle eines Servomotors 64 gekuppelt ist. Die Ringe 54 und 60 sind in dem Gehäuse 50 unabhängig voneinander drehbar. An der Oberseite des Ringes 60 befinden sich vier Induktanzvorrichtun gen 65, 66, 67, und 68 mit U-förmigen ferromagne- tischen Kernen und elektrisch leitenden Wicklungen auf den Kernen.
Wie aus Fig. 5A ersichtlich ist, sind die Induktanzvorrichtungen in Abständen von 90 rings um den Ring 60 angeordnet und die offenen Enden der Kerne liegen in unmittelbarer Nähe der Verlängerung 58. Unterhalb des Ringes 60 liegt eine Isolierhülse 69, an der fünf Schleifringe 70, 71, 72, 73 und 74 montiert sind. Der Ring 60, die Induktanz vorrichtungen, die Isolierhülse 69 und die Schleifringe bilden zusammen einen einheitlichen Aufbau, der drehbar im Gehäuse 50 montiert ist. Leitungen zu den Schleifringen sind über Schleifbürsten geführt, so dass der einheitliche Aufbau ständig umlaufen kann.
Am oberen Ende des Gehäuses 50 ist ein Glied 75 mit einer halbreflektierenden Oberfläche in einem Winkel von 45 zur Gehäuseachse montiert. Eine Verlängerung 76, die ein lichtempfindliches Element 77 enthält, ist auf der einen Seite des Gehäuses auf glei cher Höhe mit dem Mittelpunkt der halbreflektierenden Oberfläche angeordnet, wobei die Achse der Verlän gerung im rechten Winkel zur Achse des Gehäuses 50 liegt.
Es sei nunmehr die Arbeitsweise der Abtasteinheit vom mechanischen Gesichtspunkt aus beschrieben. Das Licht der Quelle 49 wird mittels der Linse 52 auf das Papier geworfen und, da die Linse exzentrisch montiert ist, liegt der Fokussierpunkt der Linse nicht auf der Gehäuseachse. Wenn der Motor 57 erregt ist, läuft das Ritzel 56 um und treibt das Getriebe 55 und die Linse 52 und bewirkt, dass der Fokussierpunkt eine Kreisbahn auf der Oberfläche 51 beschreibt.
Das von der Oberfläche reflektierte Licht durchläuft die Linse, trifft auf die halbreflektierende Oberfläche und wird in die Verlängerung 76 und auf die Photozelle 77 reflektiert. Wenn das Licht sich über die Oberfläche bewegt, hängt der reflektierte Betrag des Lichtes von dem Zustand der Oberfläche ab, wobei das Überfahren der Linie auf dem Papier plötzliche Zunahmen oder Abnahmen des reflektierten Lichtes bewirkt.
Die Aus- gangsgrösse der Photozelle kann dann benutzt werden, um das Verhältnis des Fokussierpunktes zur Linie 53 und damit die relative Lage der Abtasteinheit zur Linie zu bestimmen.
In Fig. 7 bezeichnen die Buchstaben a, b, c, d, e, q, r, u, v, w und z die Verbindungen zwischen der Schaltung der Fig. 7 und der Abtasteinheit der Fig. 5. Über die Widerstände 78, 79, 80 und 81 wird den Schleifringen 70, 72, 71 bzw. 73 und von dort den Spulen der Induktanzvorrichtungen 65, 67, 66 bzw. 68 ein positives Potential zugeleitet. Die andern Enden der Spulen sind an einen gemeinsamen Zusammen- schluss- oder Erdungspunkt am Gehäuse über den Schleifring 74 geführt.
Beim Umlaufen der Linse läuft auch die Hülse 58 um und führt den magnetischen Einsatz 59 mit sich, der bei jedem vollen Umlauf einmal in unmittelbare Nähe zum Magnetkern einer jeden Induktanzvorrichtung gelangt und dabei einen Magnetpfad geringer Reduktanz bewirkt und dadurch einen Impuls erzeugt. Im Laufe einer einzigen Um drehung der Linse erhält man also vier entsprechende Impulse, einen an jedem Schleifring und zwar je nach 90 Umdrehung der Linse einen Impuls.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, besitzt der erste Teil der Schalteinheit 46 zwei Paare Elektronenröhren V1 und V2 sowie V3 und V4. Die Röhren V1 und V2 sind als bistabiler Multivibrator geschaltet, wobei ihre Anoden 84 und 85 über Widerstände 86 bzw. 87 mit einer Quelle B+ positiven Potentials verbunden sind. Das Gitter der Röhre V1 ist über einen Widerstand 89 mit der Anode der Röhre V2 und über einen Wider stand 90 mit B- verbunden. Das Gitter 91 der Röhre V2 ist über einen Widerstand 92 mit der Anode der Röhre V 1 und über einen Widerstand 93 mit B- ver bunden. Die Arbeitsweise einer solchen Schaltung ist bekannt und wird deswegen hier nicht beschrieben.
So ist bekannt, dass normalerweise eine Röhre voll. leitend ist, während die andere Röhre gesperrt ist. Die Impulse von der Vorrichtung 65 werden (über u) dem Gitter der Röhre V1 zugeführt, während die Impulse der Vorrichtung 67 (über W) und einen geeigneten Kondensator dem Gitter der Röhre V2 zugeführt werden. Beim Auftreffen dieser Impulse wer den die Röhren V1 und V2 abwechselnd leitend.
Entsprechend bilden auch die Röhren V3 und V4, durch die von den betreffenden induktiven Vorrich tungen 66 und 68 erzeugten Impulse gesteuert, einen bistabilen Multivibrator. Das Gitter der Röhre V3 erhält Impulse von den Schleifringen 70 und 72, während das Gitter der Röhre V4 seine Impulse von den Schleifringen 71 und 73 erhält. Um zu verhüten, dass die Impulse des Schleifringes 70 an dem Schleif ring 72 auftreten und umgekehrt, ist das Gitter der Röhre V3 mit den Schleifringen über kleine Kondensatoren 94 bzw. 95 gekoppelt.
Eine Röhre V5 bildet die Kathodenfolgeausgangs stufe eines Verstärkers 96, dessen Eingangskreis mit der Photozelle 77 verbunden ist. Die Kathode der Röhre V5 ist über einen Widerstand 97 mit Erde verbunden, während die Anode an eine Quelle posi tiven Potentials angeschlossen ist. Die Röhren V6, V7, V8 und V9 bilden eine Reihe Schaltröhren, die von den Multivibratoren gesteuert werden, und die Gitter dieser Röhren sind mit den Gittern der Röhren V1 bzw. V4 gekoppelt. Die Kathoden der Röhren V6 bis V9 sind gemeinsam mit der Kathode der Röhre V5 verbunden und die Anoden sind über Widerstände 98 bis<B>101</B> mit einer Quelle positiven Potentials verbunden.
Der Ausgangskreis der Röhre V6 ist mit einem Gleich richterkreis aus einem Widerstand 102 und einem Gleichrichter 103 über einen Kondensator 104 ver bunden, der an das Gitter der Röhre V10 führt. In entsprechender Weise sind die Ausgangskreise der Röhren V7, V8 und V9 über Kondensatoren 104 mit Gleichrichterkreisen aus Widerständen 102 und Gleich richtern 103 verbunden und an die Gitter der Röhren V11, V12 bzw. V13 geführt.
Die Kathoden der Röhren V10 und V11 sind über die Sekundärwicklung eines Transformators 105 ge erdet, der von einem Wechselstromnetz mit Wechsel strom von 60 Hertz gespeist wird. Die Anoden der Röhren V10 und V11 sind an entgegengesetzte Enden der Primärwicklung eines Transformators 106 ange schlossen, der mit seiner Mittelanzapfung an konstan tem Gleichstrompotential liegt. Die Ausgangsgrösse der Sekundärwicklung des Transformators 106 wird über einen Verstärker 107 und Leitungen a und b an eine Statorspule des Zerlegers 62 gegeben. Ein veränderliches Wechselstrompotential wird durch ein Potentiometer 108 von einem Transformator 109 erhalten, der an ein Wechselstrom-Netz mit 60 Hertz angeschlossen ist, wobei dieses Potential über Lei tungen c, d der anderen Statorspule des Zerlegers 62 zugeführt wird.
Die Kathoden der Röhren V12 und V13 sind mit einander und über die Sekundärwicklung eines Trans formators 110 mit Erde verbunden, wobei die Anoden über die Widerstände 111 bzw. 112 an positives Poten tial angeschlossen sind. Die Ausgangsgrösse der Röhren V12 und V13 erscheint an den Klemmen q und r, die, erforderlichenfalls über einen Verstärker, mit den Klemmen q und r des Drehsteuerungs- Servomotors 64 verbunden sind. Die Ausgangsgrössen der beiden Rotorspulen des Zerlegers 62 werden zwei Verstärkern 113 und 114 zugeführt, die Antriebs motore<B>115</B> bzw. 116 steuern. Einzelheiten der An triebsmotore und ihrer Verstärker sind nicht gezeigt.
Natürlich müssen sie gross genug ausgelegt sein, um den Wagen mit dem Abtastkopf und das gesteuerte Werkzeug anzutreiben, und umkehrbar sein, wobei die momentane Antriebsrichtung von der Polarität der vom Zerleger erhaltenen Signale abhängt.
Bei dem dargestellten Abtaster laufe z.B. der Einsatz 59 an der Induktanzvorrichtung 65 vorbei und verursache einen Impuls, der am Schleifring 70 auf tritt und an das Gitter der Röhre V1 gelegt wird. Die Schaltung des Multivibrators V1 und V2 ist so gewählt, dass der genannte Impuls bewirkt, dass die Röhre V1 nichtleitend wird, so dass ein positiver Impuls an das Gitter der Röhre V2 gelangt, die nur solange leitend bleibt, als die Röhre V 1 nichtleitend ist. Da der Ring 58 durch den Motor 57 gedreht wird, passiert der magne tische Einsatz 59 die entgegengesetzte Induktanzvor richtung 67, die bewirkt, dass am Schleifring 72 ein Impuls auftritt, der dem Gitter der Röhre V2 zugeleitet wird. Der Multivibrator ist bistabil und die Röhre V2 blieb deswegen leitend, bis der letztgenannte Impuls auftritt.
Der Impuls vom Schleifring 73 bewirkt, dass die Röhre V2 nichtleitend wird, und ein positiver Impuls gelangt ans Gitter der Röhre V1 (die nicht leitend ist) und bewirkt, dass sie leitend wird. Es ergibt sich demnach, dass die Röhre V6 während der einen Hälfte der Umdrehung der Abtastvorrichtung leitend ist, während die Röhre V7 während der anderen Hälfte nichtleitend ist.
Die Schaltung des Multivibrators V3, V4 ist gleich der soeben beschriebenen Schaltung, ausgenommen, dass das Gitter V3 die Impulse der zwei Induktanz- vorrichtungen 65 und 67 erhält, während die Impulse der beiden Vorrichtungen 66 und 68 an das Gitter der Röhe V4 geführt werden. Die Röhre V3 ist des wegen während des ersten Viertels der Umdrehung aus der gezeigten Stellung nichtleitend, wobei ange nommen wird, dass die Umdrehung in Fig. 5a im Gegenuhrzeigersinne erfolgt. Der nächste Impuls kommt von der Vorrichtung 66 und bewirkt, dass die Röhre V4 nichtleitend wird.
Wie vorher bezüglich der Röhren V6 und V7 erklärt wurde, sind V8 und V9 abwechselnd leitend. V8 leitet beispielsweise nur, wenn V3 leitend ist. Der nächste Impuls kommt von Vorrichtung 67 und bewirkt, dass die Röhre V3 nichtleitend ist, und der vierte Impuls kommt von der Vorrichtung 68 und bewirkt, dass die Röhre V4 nichtleitend ist.
Betrachtet man eine vollständige Umdrehung, die besteht aus einem ersten Viertel von 65 bis 66, einem zweiten Viertel von 66 bis 67, einem dritten Viertel von 67 bis 68 und einem vierten Viertel von 68 bis 65, dann ist die Röhre V8 leitend während der Viertel 1 und 3, und die Röhre V9 ist leitend während der Viertel 2 und 4.
Die soeben beschriebenen Wirkungen sind gleich denen eines mechanischen Kommutators. Die Schalt einheit und der Impulsgenerator könnten also durch einen mechanischen Kommutator ersetzt und vier Bürsten mit den Gittern der Röhren V6 bis V9 in solcher Weise verbunden werden, dass eine gleiche Schaltwirkung erreicht wird.
Statt dessen könnte die ganze Kommutierung auch mechanisch mit der Ausgangsgrösse des Verstärkers 96 bewirkt werden, die über einen auf den Ring 60 montierten mechanischen Kommutator an die Röhren V 10 bis V I 3 gelegt würde. Doch genügen die Schwierig keiten der mechanischen Kommutation, wie z.B. Geräusch und Bürstenabnutzung, um der gezeigten Anordnung den Vorzug zu geben.
Zur Vereinfachung sei angenommen, dass von der Photozelle 77 keine Ausgangsgrösse vorliegt, ausser wenn der Lichtfleck auf eine nicht geschwärzte Fläche auftritt. Wenn der Lichtfleck den in Fig. 5a gezeigten Pfad abtastet, wird die Ausgangsgrösse der Photozelle infolge der vorhandenen Linie 53 im ersten Viertel verringert. Beim Abtasten des zweiten Viertels fällt das Licht ganz auf die Oberfläche, und die Ausgangs- grösse der Photozelle erreicht einen Maximalwert. Im dritten Viertel wird die Ausgangsgrösse der Photo zelle verringert wie im ersten Viertel, während im vierten Viertel die Ausgangsgrösse wiederum einen Maximalwert erreicht.
Die Ausgangsgrösse der Photo zelle wird einer Röhre V5 zugeführt, die in Kathoden folgeschaltung arbeitet, und Änderungen am Gitter der Röhre V5 erscheinen als Änderungen an den Kathoden der Röhren V6, V7, V8 und V9.
Da die Röhre V8 während der Viertel 1 und 3 lei tend ist, besteht das an das Gitter der Röhre V12 angelegte Signal aus einem Signal, das der Ausgangs- grösse der Photozelle während des ersten und dritten Viertels proportional ist. In ähnlicher Weise ist das an das Gitter der Röhre V13 angelegte Signal der Ausgangsgrösse der Photozelle während des zweiten und vierten Viertels proportional. Der Servomotor 64 ist so angeordnet und mit den Röhren V12 und V13 verbunden, dass er bestrebt ist, den Ring 60 zu drehen, bis das Signal von der Röhre V12 gleich dem Signal von der Röhre V13 ist.
Die Drehung des Ringes 60 ändert natürlich die Stellung der Induktanzvorrichtun gen gegenüber der Linie 53, und die Viertel werden dadurch gedreht, bis eine Linie, die 65 und 67 ver- bindet, parallel zu einer Linie verläuft, die tangential zur Linie 53 im Drehmittelpunkt verläuft. Nur in diesem Moment ist das Signal aus der Röhre V12 gleich dem Signal aus der Röhre V13, d.h. die Aus- gangsgrösse der Photozelle ist während der Viertel 1 und 3 gleich der Ausgangsrösse der Photozelle während der Viertel 2 und 4.
Da die Röhre V6 während des Viertels 1 und 2 leitend ist, ist das an das Gitter der Röhre V10 ange legte Signal proportional der Ausgangsgrösse der Photozelle während der Viertel 1 und 2. In ähnlicher Weise ist das an das Gitter der Röhre V11 angelegte Signal proportional der Ausgangsgrösse der Photozelle während des dritten und des vierten Viertels. Wenn diese Signale gleich sind, ist die Ausgangsgrösse der Sekundärwicklung des Transformators 106 gleich null. Wenn die an die Gitter der Röhren V 10 und V 11 angelegten Signale nicht gleich sind, erscheint eine Ausgangsgrösse an der Sekundärwicklung, wobei die Amplitude der Ausgangsgrösse von der Grösse des Unterschiedes abhängig ist und ihr Vorzeichen davon abhängt, welches von den an die Gitter der Röhren V 10 und V11 angelegten Signalen grösser ist.
Diese Aus- gangsgrösse wird an den Zerleger 62 zusammen mit einem dritten Signal V geleitet, das von dem Poten tiometer 108 für die Drehzahlregelung stammt und eine bestimmte Phase, aber veränderliche Amplitude besitzt.
Angenommen, dass eine Linie von 65 auf 67 parallel zu einer Linie verläuft, die zur Linie 53 im Drehmittelpunkt parallel ist, dann ergibt sich, dass ein Vergleich der Ausgangsgrösse der Photozelle im Viertel 1 und 2 zur Ausgangsgrösse der Photozelle im Viertel 3 und 4 ein Signal ergibt, das von der Verschiebung der Achse des Abtastkopfes aus der Mittellinie 53 abhängig ist. Die Ausgangsgrösse der Sekundärwicklung des Transformators<B>106</B> entspricht deswegen hinsichtlich der Phase der Richtung der Verschiebung.
Wenn ein zweites Signal B den Winkel der Tangente an Linie 53 im Drehmittelpunkt (relativ zur x-Achse) darstellt, dann sind die Ausgangssignale, die not wendig sind, um Drehzahl und Richtung der Antriebs motore X und Y zu steuern, um den Kopierkopf mit konstanter Geschwindigkeit längs der Mitte der Linie zu bewegen: (1) V. sin B + S. cos B und (2) V. cos B - S. sin B.
Der Wert von B ist proportional zur Stellung der Welle des Servomotors 64 und damit zur Stellung der Welle des Zerlegers 62. Die Verschiebung S ist pro portional zur Eingangsgrösse zum Zerleger aus dem Verstärker 107, während das Signal V zur Drehzahlein stellung am Potentiometer 108 proportional ist. Die Ausgangsgrössen der Rotorspulen des Zerlegers sind deswegen den Ausdrücken (1) bzw. (2) direkt propor tional.
Diese Ausgangsgrössen werden benutzt, um die Antriebsmotore X und Y zu steuern, und der Abtast- kopf folgt deswegen der Linie, und ihm gegenüber wird, wie bereits erwähnt, der Ring 60 so gedreht, dass eine Linie, die die Punkte 65 und 67 (Fig. 5a) verbindet, zur Linie 53 im Drehmittelpunkt tangential ist.
Obwohl die Ausführungsform in Zusammenhang mit einem rechtwinkeligen Koordinatensystem be schrieben worden ist, kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, dass die Nachführung gemäss einem Polarkoordinatensystem erfolgt.