DE1143911B

DE1143911B - Automatische Kopiereinrichtung mit lichtelektrischer Steuerung

Info

Publication number: DE1143911B
Application number: DEC18021A
Authority: DE
Inventors: Frans Brouwer
Original assignee: Westinghouse Canada Inc
Current assignee: Westinghouse Canada Inc
Priority date: 1958-07-16
Filing date: 1958-12-08
Publication date: 1963-02-21
Also published as: CH377235A; US3017552A; FR1218497A

Description

DEUTSCHES

kl. 21 c 62/80

INTERNATIONALE KI.

PATENTAMT H 02 ρ; G 05 g

ANMELDETAG: 8. DEZEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIET: 21.FEBRUAR 1963

Zum Kopieren von Mustern und Schablonen sind bereits eine ganze Anzahl automatischer Einrichtungen vorgeschlagen worden, die den Umrissen der Schablone vermöge des Unterschieds in den Eigenschaften der Lichtdurchlässigkeit oder Lichtreflexion der Schablone und ihrer Umgebung oder Berandung folgen sollen. Ein Hauptnachteil dieser Einrichtungen besteht darin, daß sie Ungleichmäßigkeiten und plötzliche Änderungen der Konturen nicht rasch und genau genug folgen können.

Das liegt teilweise in der Verwendung einer mechanischen Vorrichtung, um den Kopierkopf mit dem Linienmuster in Beziehung zu bringen, wobei es beispielsweise üblich war, ein mechanisches Antriebsrad, das mit konstanter Drehzahl umläuft, direkt oder über einen Storchschnabel mit dem Abtastkopf zu kuppeln. Eine andere Quelle von Ungenauigkeiten besteht in der Verwendung eines Abtastkopfes, der mit dem wirklichen Mittelpunkt des gesteuerten Werkzeuges nicht konzentrisch ist.

Es sind auch bereits automatische Kopiereinrichtungen mit zwei Koordinatenstellmotoren bekannt, bei denen sich ein Abiastfleck in einer Kreisbahn um die Achse des Abtastkopfes bewegt und jedesmal beim Überschreiten der Kontur der Schablone einen Impuls abgibt, durch den die Verschiebung der Achse relativ zur Mitte der Kontur erfaßt wird. Diese Anordnungen sind aber wegen der erforderlichen Impulsauswertung verhältnismäßig kompliziert und erfordern eine umfangreiche elektrische Schaltung.

Ferner ist eine photoelektrische Kurvenabtasteinrichtung bekannt, bei welcher der Abtastfleck geradlinig über der Kurve hin- und herbewegt wird, so daß er die abzutastende Linie beiderseits überschreitet. Befindet sich der erfaßte Linienteil nicht mehr in der Mitte der Abtastbahn, so wird der Abtastkopf durch Phasenvergleich des die doppelte Abtastfrequenz aufweisenden Anteils der Meßgröße mit der die Abtastung bewirkenden Wechselspannung in die Mittellage zurückgeführt und folgt so der Kurve. Die Kurve wird hierbei relativ zum Abtastkopf senkrecht zur Abtastbewegung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Demzufolge ist die Vorschubgeschwindigkeit des Abtastkopfes in Linienrichtung nicht konstant. Ferner ist die Erfassung von Linienstücken, die parallel zur Bahn des Abtastflecks laufen, unmöglich. Diese Anordnung ist also zum allseitigen Kopieren von Schablonen nicht geeignet. Die Erzielung einer gleichmäßigen Abtastgeschwindigkeit ist z. B. für das Brennschneiden sehr wesentlich.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße automatische Kopiereinrichtung äußerst einfach, zuverlässig

Automatische Kopiereinrichtung mit lichtelektrischer Steuerung

Anmelder:

Canadian Westinghouse Co. Ltd., Hamilton, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: Kanada vom 16. Juli 1958 (Nr. 755 121)

Frans Brouwer, Ancaster, Ontario (Kanada), ist als Erfinder genannt worden

und genau. Die von der Photozelle gelieferte Meßgröße wird direkt verstärkt und einem einfachen Filter zugeführt, dessen Ausgangsgröße entsprechend der Stellung des Abtastkopfes den Koordinatenstellmotoren zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße automatische Kopiervorrichtung mit lichtelektrischer Steuerung, bei der die Kopierbewegung des Abtastkopfes längs einer abzutastenden Linie durch zwei Koordinatenstellmotoren gesteuert wird, wobei eine gedachte Bezugslinie des Abtastkopfes in bestimmtem Winkel zu dem abgetasteten Linienstück gehalten wird und der Abtastfleck in einer Kreisbahn um die Achse des Abtastkopfes bewegt wird, so daß er die abzutastende Linie beiderseits überschreitet und eine den Abweichungen von der Linie entsprechende Meßgröße liefert, ist dadurch gekennzeichnet, daß der die Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße im Verein mit einer der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit des Abtastkopfes proportionalen Größe zur Steuerung der Koordinatenstellmotoren dient und daß der die doppelte Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße in an sich bekannter Weise durch Phasenvergleich mit der die Abtastung bewirkenden Wechselspannung zur Rückführung der gedachten Bezugslinie in die Soilage dient.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

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3 4

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Abtasteinheit das fest auf der Welle 14 sitzt. Ein Zerleger 28 ist einer Kopiervorrichtung, ebenfalls auf der Platte 10 befestigt und besitzt ein

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, Zahnrad 29, das mit dem Rad 27 kämmt, wobei die

Fig. 3 ein elektrisches Block-Schaltschema der Ab- Drehzahlen der Räder 27 und 29 das Verhältnis 1:1 tasteinheit nach Fig. 1 und 2, 5 aufweisen.

Fig. 4 A und 4 B den Verlauf von Kurven, die mit Elektrische Energie für den Antrieb des Motors 25

der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 erhalten wurden, wird mittels Bürsten 32 an einem aus Isoliermaterial

Fig. 5 einen Längschnitt durch eine weitere Aus- bestehenden, an der Stützplatte 10 montierten Glied führungsform der Abtasteinheit, 33 von Schleifringen 30 und 31 abgenommen. Die

Fig. 5 a einen Schnitt durch den unteren Teil der io Photozelle 23 sitzt an einem Stützarm 23 A und ist Abtasteinheit nach Fig. 5 längs der Linie 5 a-5 a, hinsichtlich ihrer Stellung verstellbar, so daß sie ge-

Fig. 6 ein Schaltschema des elektrischen Teils der nau in die optische Achse gebracht werden kann. Abtasteinheit und Die zu kopierende Linie besitzt ein höheres oder

Fig. 7 ein Schaltschema. geringeres Reflexionsvermögen als die Oberfläche,

Der Abtastkopf der Abtasteinheit besitzt eine 15 auf die sie gezeichnet ist, so daß beim Zusammen-Platte 10, an der ein oberes Gehäuse 11 und ein un- fallen des von der Photozelle »gesehenen« (erfaßten) teres Gehäuse 12 abnehmbar befestigt sind. Ein rohr- Fleckes mit der Linie ein wesentlicher Wechsel in der förmiger Körper 13 mit einer als Drehachse ausge- von der Photozelle aufgenommenen Lichtmenge und bildeten aufwärts gerichteten Verlängerung 14 hängt ein entsprechender Wechsel in der Ausgangsgröße der in einem Lager 15, das in der Platte 10 sitzt. Die 20 Photozelle eintritt. Die Dicke der Linie ist im VerAußenfläche des Körpers 13 ist zylindrisch und mit hältnis zur Größe des Fleckes oder die Größe des drei Rädern 16, von denen nur eins gezeigt wird und Fleckes ist im Verhältnis zur Dicke der Linie so gedie auf einer Platte 17 montiert sind, die in dem un- wählt, daß bei genauer Einstellung des Kopfes über teren Gehäuse 12 sitzt, so in Berührung, daß der der Linie die Ausgangsgröße der Photozelle zumin-Körperl3 frei rotieren kann, während seine Rota- 25 dest angenähert eine Sinuswelle von der Frequenz tionsachse mit der Längsachse O-O der Abtasteinheit gleich der Bezugsfrequenz der Einheit ist, die zweckzusammenfällt. Ein Schieber 18, dessen Aufgabe noch mäßigerweise gleich der Frequenz des elektrischen beschrieben wird, bewegt sich frei, aber mit einem Speisenetzes ist.

Minimum an Spiel, in einem schwalbenschwanzf örrni- In Fig. 3 wird die Ausgangsgröße der Photozelle 23

genSchlitzimunterenEndedesKörpersl3. DerSchie- 30 über einen Verstärker34 einem Filter 35 zugeführt, ber trägt einen zylindrischen Körper 19, dessen Längs- das ein Signal der Bezugsfrequenz durchläßt, aber ein achse mit der Längsachse 0-0 parallel ist, jedoch nicht Signal einer Harmonischen der Bezugsfrequenz notwendigerweise mit dieser zusammenfallen muß. sperrt, wobei die Ausgangsgröße vom Filter ein

Eine mittels der Abtasteinheit zu kopierende Zeich- erstes Steuersignal darstellt und einem Zerleger 28 nung ist in Fig. 1 durch die Linie 20 unter dem Ab- 35 zugeführt wird, der ein Wechselstromzerleger und so tastkopf dargestellt. Der Schieber 18 trägt eine eingerichtet ist, daß er bei Bezugsfrequenz arbeitet. Sucherlampe 21 zum Beleuchten einer bestimmten Wenn der Fleck umläuft, schneidet er bei jedem UmFläche der mittels des Kopfes abzutastenden Zeich- lauf zweimal die Linie, und die Motordrehzahl ist so, nung. Die Befestigung der Sucherlampe am Schieber daß die resultierende in Fig. 4 A gezeigte Sinuswelle erfolgt über ein lösbares Kugelgelenk, so daß die 40 im Vergleich zur Bezugswelle die doppelte Frequenz Sucherlampe so eingestellt werden kann, daß der besitzt und infolgedessen vom Filter 35 gesperrt wird. Lichtstrahl eine bestimmte gewünschte Richtung ein- Wenn die Drehachse gegenüber der Mitte der Linie nehmen kann. Eine optische Anordnung zum Ab- verschoben ist, besitzt die Ausgangsgröße des Vertasten eines Fleckes in Kreisbahn besitzt eine feste stärkers 34 die in Fig. 4 B gezeigte Form, aus der zu Linse 22, eine feste Photozelle 23 und einen dreh- 45 ersehen ist, daß ein Signal der halben Frequenz der baren Spiegel 24, der auf der Welle eines Motors 25 Sinuswelle in Fig. 4 A auftritt, d. h. von der gleichen befestigt ist, der am Körper 19 sitzt. Die Drehachse Frequenz wie die Bezugsfrequenz. Das erste Signal der Motorwelle halbiert den Winkel zwischen der op- wird dem Zerleger zugeführt, der seinerseits die enttischen Achse der Linse und der Photozelle, und der sprechenden Signale den Motoren für die X- und Spiegel ist in einem kleinen Winkel gegenüber der 50 Y-Komponente zuführt, um die Drehachse auf die Drehachse geneigt. (Der Winkel ist in der Zeichnung Mitte der Linie zurückzubringen, nicht dargestellt, da er für eine Darstellung zu Die Ausgangsgröße des Verstärkers 34 wird ebenklein ist.) falls einem phasenempfindlichen Gleichrichter 36 zu-

Der Abtastkopf der vorliegenden Ausführungsform geführt, der mit der Ausgangsgröße ernes Frequenzwird genau auf die zu kopierende Linie gerichtet ge- 55 verdopplers 37 beliefert wird, der seinerseits über die halten, indem der ganze Kopf so verschoben wird, Netzklemmen L und JV mit der Bezugsfrequenz beliedaß er die Achse des abgetasteten Kreises in der fert wird. Auch der Motor 25 ist an die Klemmen L Mitte der Linie hält und so die optische Anordnung und N angeschlossen und ist vom phasensynchronen dreht, daß eine Bezugslinie tangential zu dem Teil Typ, d. h., der Motor bleibt in Synchronismus und in der abgetasteten Linie gehalten wird. Die Verschie- 60 gleichbleibender Phasenbeziehung mit der Frequenz bung des ganzen Kopfes wird durch Motoren für die des Speisenetzes. Unter der Wirkung des Gleichrich-Bewegung in Richtung einer X- bzw. Y-Koordinate ters 36 kann die optische Anordnung als eine Anord-(Fig. 3) bewirkt, die mit dem Kopf in einem (nicht nung mit Bezugslinie angenommen werden, und wenn gezeigten) Stützrahmen sitzen. Die Drehung des diese Linie eine bestimmte Neigung zur Länge des Körpers 13 und der zugehörigen optischen Anord- 65 Teils der abgetasteten Linie besitzt, ist die Ausgangsnung wird durch einen Servomotor 26 mit Getriebe größe der Photozelle und damit die Ausgangsgröße bewirkt, der auf der Platte 10 sitzt und ein Zahnrad des Verstärkers 34 in Synchronismus und in vorbeantreibt, das mit einem anderen Zahnrad 27 kämmt, stimmter 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 darstellt, nicht hin, um den Servomotor zu betätigen.

Wenn die Neigung zwischen Bezugslinie und abgetasteter Linie die Phasenbeziehung der dem Kreise 36 zugeführten Signale ändert und das zweite Signal, das ein Gleichstromsignal ist, auf einen Wert ansteigt, daß es den Servomotor betätigen kann, der ein Gleichstrommotor ist, dreht der Servomotor den Körper 13, bis das zweite Signal wiederum nicht hinreicht, um den Servomotor zu betreiben, wenn 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 mechanische Kupplung auf den Rotor des Zerlegers übertragen, der die Motoren für die X- und Y-Koordinaten betätigt und eine beliebige erforderliche Bewegung des Abtastkopfes herbeiführt.

Ein drittes Signal, das der gewünschten Lineargeschwindigkeit des Kopfes längs der Linie proportional ist, wird von einer in der Mitte angezapften Impedanz

38 gewonnen, die über die Klemmen L und N gespeist wird, wobei das dritte Signal dem Zerleger zugeführt wird, um die erforderliche Betätigung der Antriebsmotoren für die X- und Y-Komponenten zu bewirken.

Der Abtastkopf kann eine zweite Photozelle 39 aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie den Abtastweg des Fleckes an einem Punkt vor der ersten Photozelle 23 »sieht« und durch einen Motorsteuerkreis 40 die Drehzahl der Antriebsmotoren für die X- und Y-Komponente bestimmt. So können beim Abtasten eines geraden Teils einer Linie beide Photozellen die Linie sehen, und der Kopf kann sich mit Höchstgeschwindigkeit bewegen. Wenn die Photozelle

39 durch eine Änderung des einfallenden Lichtes erkennt, daß die Linie ihre Richtung geändert hat, dann betätigt sie den Kreis 40, um die Motoren für für die X- und Y-Komponente abzubremsen, so daß möglichst hohe Arbeitsgeschwindigkeiten möglich werden, ohne daß die Gefahr besteht, bei Richtungsänderungen über die Linie hinauszuschießen. Die Geschwindigkeitsänderung, 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 wird mit dem Abtastkopf ein Werkzeug, z. B. ein Gasbrenner oder ein Fräskopf, verbunden, so daß das Werkzeug eine Linie beschreibt, die genau der abgetasteten Strichzeichnung entspricht. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßiger, ein Werkzeug zu benutzen, das einer zu einer Strichzeichnung versetzten Linie folgt, beispielsweise mit einer Versetzung, die genügt, um eine weitere maschinelle Behandlung des ausgeschnittenen Teils zu ermöglichen. Eine Versetzung 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 ein mechanisches Verfahren, das einen Schieber 18 benutzt. Der Schieber ist, wie Fig. 1 und 2 zeigen, durch zwei Druckfedern 41 (Fig. 2), die bewirken, daß ein Stift 42 fest gegen die Oberfläche eines Nockens 43 gedruckt wird, der drehbar auf der Außenfläche eines rohrförmigen Körpers 13 sitzt, für eine Bewegung nach rechts unter Spannung gesetzt. Ein Drehen des Nockens 43 durch ein mit Einstellskala versehenes, an dem Nocken befestigtes Handrad 44 verändert den Abstand, um den die Drehachse des abgetasteten Fleckes von der Längsachse des Abtastkopfes verschoben ist, wobei die Einstellskala des Rades 44 direkt die Größe dieser Verschiebung anzeigt. Während die oben beschriebene Vorrichtung mit

ίο rechtwinkeliger Koordinatenanordnung arbeitet, ist es auch möglich, mit Polarkoordinaten zu arbeiten. Bei einer Vorrichtung mit Polarkoordinaten wird der Winkel, um den die optische Anordnung durch den Servomotor gedreht wird, in bezug auf einen Radius und nicht auf eine Tangente bestimmt.

Natürlich ist die beschriebene Ausführungsform nur ein spezielles Beispiel der hier darzustellenden Vorrichtung, und es können andere Ausführungsformen und Änderungen der mechanischen und elek- irischen Teile vorgesehen werden. Beispielsweise kann bei Verwendung eines Zerlegers 28 für Gleichstrom der Filter 35 durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter ersetzt werden, der an die Bezugsfrequenz angeschlossen ist und ein entsprechendes Gleichstromsignal erzeugt, wenn die Drehachse des Abtastfleckes von der Mitte der Linie verschoben ist. In einer anderen Ausführungsform wird die Bezugsfrequenz von einem durch den Motor 25 angetriebenen Tachometergenerator erzeugt, so daß Änderangen 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 vermieden werden, daß der Stator des Motors drehbar gemacht und mit dem Zerleger gekuppelt wird, so daß Drehungen des Motorstators auf den Zerlegerstator übertragen werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind Servomotor 36 und Zerleger 28 vom Kopf getrennt montiert, und ein zweiter Zerleger ist vorgesehen, der mit dem Servomotor gekuppelt ist, so daß der Motorrotor und die Rotoren der beiden Zerleger miteinander 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 Bezugsfrequenz.

Änderungen sind auch hinsichtlich der Konstruktion des optischen Teils möglich. Beispielsweise kann die Photozelle gedreht werden, 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 Ausführungsform kann die Linse auch exzentrisch in einer Bohrung in der Welle des Motors 25 montiert sein, wobei die Photozelle hinter dem Motor angeordnet ist und Licht empfängt, das mittels der Linse durch die Bohrung übertragen wird.

In den Fig. 5 bis 7 ist ein Kopiermechanismus mit einem Abtastkopf 45 (Fig. 5), einer Schalteinheit 46 (Fig. 7), einer Servomotorsteuereinheit 47 (Fig. 7), um die Stellung der Abtasteinheit zu steuern, und einem Servomotor 48 (Fig. 7), um die Drehstellung der Abtasteinheit zu steuern, veranschaulicht. In den Fig. 5, 5 a 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 gekennzeichnet und hat als Hintergrund die Oberfläche 51. Die Breite der Linie ist zum Zwecke der Veranschaulichung 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 ein Zahnrad 55, das im Treibeingriff mit einem Ritzel 56 auf der Welle eines Motors 57 sitzt.

Das Gitter der Röhre Vl ist über einen Widerstand 89 mit der Anode der Röhre V 2 und über einen Widerstand 90 mit B- verbunden. Das Gitter 91 der

Schaltung ist bekannt und wird deswegen hier nicht beschrieben. So ist bekannt, daß normalerweise eine

Schleifringen 70, 72, 71 bzw. 73 und von dort den Spulen der Induktanzvorrichtungen 65, 67, 66 bzw. 68 ein positives Potential zugeleitet. Die anderen Enden der Spulen sind an einen gemeinsamen Zu-5 sammenschluß- 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 An der Unterseite des Ringes 54 befindet sich eine io einer jeden Induktanzvorrichtung gelangt und dabei Verlängerung 58 aus Nichteisenmetall mit einem ma- einen Magnetpfad geringer Reduktanz bewirkt und gnetischen Einsatz 59. Unmittelbar unter dem Ring dadurch einen Impuls erzeugt. Im Laufe einer ein-54 ist ein weiterer Ring 60 montiert, der an seinem zigen Umdrehung der Linse erhält man also vier ent-Außenrand ein Zahnrad trägt, das direkt mit einem sprechende Impulse, einen an jedem Schleifring, und Ritzel 61 auf der Welle eines Zerlegers 62 kämmt 15 zwar je nach 90° Umdrehung der Linse einen Impuls, und indirekt (über das Ritzel 61) mit einem Ritzel 63 Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, besitzt der erste Teil

auf der Welle eines Servomotors 64 gekuppelt ist. Die der Schalteinheit 46 zwei Paare Elektronenröhren Vl Ringe 54 und 60 sind in dem Gehäuse 50 unabhängig und V 2 sowie V 3 und V 4. Die Röhren Vl und V 2 voneinander drehbar. An der Oberseite des Ringes 60 sind als bistabiler Multivibrator geschaltet, wobei ihre befinden sich vier Induktanzvorrichtungen 65, 66, 67 20 Kathoden 82 und 83 über Widerstände 86 bzw. 87 und 68 mit U-förmigen ferromagnetischen Kernen mit einer Quelle positiven Potentials verbunden sind, und elektrisch leitenden Wicklungen auf den Kernen.
Wie aus Fig. 5 a ersichtlich ist, sind die Induktanzvorrichtungen in Abständen von 90° rings um den
Ring 60 angeordnet, und die offenen Enden der 25 Röhre V 2 ist über einen Widerstand 92 mit der Kerne liegen in unmittelbarer Nähe der Verlängerung Anode der Röhre Vl und über einen Widerstand 93 58. Unterhalb des Ringes 60 liegt eine Isolierhülse 69, mit B- verbunden. Die Arbeitsweise einer solchen an der fünf Schleifringe 70, 71, 72, 73 und 74 montiert sind. Der Ring 60, die Induktanzvorrichtungen,
die Isolierhülse 69 und die Schleifringe bilden zusam- 30 Röhre voll leitend ist, während die andere Röhre gemen einen einheitlichen Aufbau, der drehbar im Ge- sperrt ist. Die Impulse von der Vorrichtung 65 werhäuse 50 montiert ist. Leitungen zu den Schleifringen den (über u) dem Gitter der Röhre Vl zugeführt, sind über Schleifbürsten geführt, so daß der einheit- während die Impulse der Vorrichtung 67 (über W) liehe Aufbau ständig umlaufen kann. und geeignete Kondensatoren dem Gitter der Röhre

Am oberen Ende des Gehäuses 50 ist ein Glied 75 35 V 2 zugeführt werden. Beim Auftreff en dieser Impulse mit einer halbreflektierenden Oberfläche in einem werden die Röhren Vl und V 2 abwechselnd leitend. Winkel von 45° zur Gehäuseachse montiert. Eine Entsprechend bilden auch die Röhren V 3 und V 4,

Verlängerung 75, die ein lichtempfindliches Element durch die von den betreffenden induktiven Vorrich-77 enthält, ist auf der einen Seite des Gehäuses auf tungen 66 und 68 erzeugten Impulse gesteuert, einen gleicher Höhe mit dem Mittelpunkt der halbreflek- 40 bistabilen Multivibrator. Das Gitter der Röhre V 3 tierenden Oberfläche angeordnet, wobei die Achse der erhält Impulse von den Schleifringen 70 und 72, Verlängerung im rechten Winkel zur Achse des Ge- während das Gitter der Röhre V 4 seine Impulse von häuses 50 liegt. den Schleifringen 71 und 73 erhält. Um zu verhüten,

Es sei nunmehr die Arbeitsweise der Abtasteinheit daß die Impulse vom Schleifring 70 an dem Schleif vom mechanischen Gesichtspunkt aus beschrieben: 45 ring 72 auftreten und umgekehrt, ist das Gitter der Das Licht der Quelle 49 wird mittels der Linse 52 Röhre V 3 mit den Schleifringen über kleine Kondenauf das Papier geworfen, und da die Linse exzentrisch satoren 94 bzw. 95 gekoppelt, montiert ist, liegt der Fokussierpunkt der Linse nicht Eine Röhre V 5 bildet die Kathodenfolgeausgangs-

auf der Gehäuseachse. Wenn der Motor 57 erregt ist. stufe eines Verstärkers 96, dessen Eingangskreis mit läuft das Ritzel 56 um und treibt das Getriebe 55 und 50 der Photozelle 77 verbunden ist. Die Kathode der die Linse 52 und bewirkt, daß der Fokussierpunkt Röhre V 5 ist über einen Widerstand 97 mit Erde eine Kreisbahn auf der Oberfläche 51 beschreibt. Das verbunden, während die Anode an eine Quelle posivon der Oberfläche reflektierte Licht durchläuft die tiven Potentials angeschlossen ist. Die Röhren V 6, Linse, trifft auf die halbreflektierende Oberfläche und Vl, F8 und V9 bilden eine Reihe Schaltröhren, wird in die Verlängerung 76 und auf die Photozelle 55 die von den Multivibratoren gesteuert werden, und 77 reflektiert. Wenn das Licht sich über die Ober- die Gitter dieser Röhren sind mit den Gittern der fläche bewegt, hängt der reflektierte Betrag des Lieh- Röhren Vl bis V 4 verbunden. Die Kathoden der tes von dem Zustand der Oberfläche ab, wobei das Röhren V6 bis V9 sind gemeinsam mit der Kathode Vorhandensein der Linie auf dem Papier eine plötz- der Röhre V 5 verbunden, und die Anoden sind über liehe Zunahme oder Abnahme des reflektierenden 60 Widerstände 98 bis 101 mit einer Quelle positiven Lichtes bewirkt. Die Ausgangsgröße der Photozelle Potentials verbunden. Der Ausgangskreis der Röhre

V 6 ist mit einem Gleichrichterkreis aus einem Widerstand 102 und einem Gleichrichter 103 über einen Kondensator 104 verbunden, der an das Gitter der

In Fig. 7 bezeichnen die Buchstaben a, b, c, d, e, 65 Röhre FlO führt. In entsprechender Weise sind die r, u, v, w, und ζ die Verbindungen zwischen der Ausgangskreise der Röhren F 7, F 8 und F 9 über - — ■■-- Kondensatoren 104 mit Gleichrichterkreisen aus

Widerständen 102 und Gleichrichtern 103 verbunden

kann dann benutzt werden, um das Verhältnis des Fokussierpunktes zur Linie 53 und damit die relative Lage der Abtasteinheit zur Linie zu bestimmen.

Schaltung der Fig. 7 und der Abtasteinheit der Fig. 5. Über die Widerstände 78, 79, 80 und 81 wird den

und an die Gitter der Röhren FIl, V12 bzw. V13 geführt.

Die Kathoden der Röhren FlO und FIl sind über die Sekundärwicklung eines Transformators 105 geerdet, der von einem Wechselstromnetz mit Wechselstrom von 60 Hertz gespeist wird. Die Anoden der Röhren FlO und FIl sind an entgegengesetzte Enden der Primärwicklung eines Transformators 106 angeschlossen, der mit seiner Mittelanzapfung an konstantem 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 Wechselstromnetz mit 60 Hertz angeschlossen ist, wobei dieses Potential über Leitungen c, d der anderen Statorspule des Zerlegers 62 zugeführt wird.

Die Kathoden der Röhren F12 und F13 sind miteinander und über die Sekundärwicklung eines Transformators 110 mit Erde verbunden, wobei die Anoden über die Widerstände 111 bzw. 112 an positives Potential angeschlossen sind. Die Ausgangsgröße der Röhren F12 und F13 erscheint an den Klemmern? und r, die erforderlichenfalls über einen Verstärker mit den Klemmen q und r des Servomotors 64 verbunden sind. Die Ausgangsgrößen der beiden Rotorspulen des Zerlegers 62 werden zwei Verstärkern 113 und 114 zugeführt, die Antriebsmotoren 115 bzw. 116 steuern. Einzelheiten der Antriebsmotoren 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 Antriebsrichtung von der Polarität der vom Zerleger erhaltenen Signale abhängt.

Bei dem dargestellten Abtaster läuft der Einsatz 59 an der Induktanzvorrichtung 65 vorbei und verursacht einen Impuls, der am Schleifring 70 auftritt und an das Gitter der Röhre Fl gelegt wird. Die Schaltung des Multivibrators Fl und F 2 ist so gewählt, daß der genannte Impuls bewirkt, daß die Röhre F1 nichtleitend wird, so daß ein positiver Impuls an das Gitter der Röhre F 2 gelangt, die nur so lange leitend bleibt, wie die Röhre Fl nichtleitend ist. Da der Ring 58 durch den Motor 57 gedreht wird, passiert der magnetische Einsatz 59 die entgegengesetzte Induktanzvorrichtung 67, die bewirkt, daß am Schleifring 72 ein Impuls auftritt, der dem Gitter der Röhre 72 zugeleitet wird. Der Multivibrator ist bistabil, und die Röhre F 2 bleibt deswegen leitend, bis der letztgenannte Impuls auftritt. Der Impuls vom Schleifring 73 bewirkt, daß die Röhre F 2 nichtleitend wird, und ein positiver Impuls gelangt ans Gitter der Röhre F1 (die nichtleitend ist) und bewirkt, daß sie leitend wird. Es ergibt sich demnach, daß die Röhre F 6 während der einen Hälfte der Umdrehung der Abtastvorrichtung leitend ist, während die Röhre F 7 während der anderen Hälfte nichtleitend ist.

Die Schaltung des Multivibrators F 3, F 4 ist gleich der soeben beschriebenen Schaltung, ausgenommen, daß das Gitter F 3 die Impulse der zwei Induktanzvorrichtungen 65 und 67 erhält, während die Impulse der beiden Vorrichtungen 66 und 68 an das Gitter der Röhre F 4 geführt werden. Die Röhre F 3 ist deswegen während des ersten Viertels der Umdrehung aus der gezeigten Stellung nichtleitend, wobei angenommen wird, daß die Umdrehung in Fig. 5 a im Gegenuhrzeigersinne erfolgt. Der nächste Impuls kommt von der Vorrichtung 66 und bewirkt, daß die Röhre F 4 nichtleitend wird. Wie vorher bezüglich der Röhren F 6 und F 7 erklärt wurde, sind F 8 und V 9 abwechselnd leitend. F 8 leitet beispielsweise nur, wenn F 3 leitend ist. Der nächste Impuls kommt von Vorrichtung 67 und bewirkt, daß die Röhre nichtleitend ist, und der vierte Impuls kommt von der Voro richtung68 und bewirkt, daß die Röhre/?4 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 F 8 leitend während der Viertel 1 und 3, und die Röhre F 9 ist leitend während der Viertel 2 und 4.
Die soeben beschriebenen Wirkungen sind gleich denen eines mechanischen Kommutators. Die Schalteinheit und der Impulsgenerator könnten also durch einen mechanischen Kommutator ersetzt und vier Bürsten mit den Gittern der Röhren F 6 bis F 9 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 unter einen auf den Ring 60 montierten mechanischen Kommutator an die Röhren FlO bis F13 gelegt wird. Doch genügen die Schwierigkeiten 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 auftrifft. Wenn der Lichtfleck den in Fig. 5 a 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 Ausgangsgröße der Photozelle erreicht einen Maximalwert. Im dritten Viertel wird die Ausgangsgröße der Photozelle verringert wie im ersten Viertel, während im vierten Viertel die Ausgangsgröße wiederum einen Maximalwert erreicht. Die Ausgangsgröße der Photozelle wird einer Röhre F 5 zugeführt, die in Kathodenfolgeschaltung arbeitet, und Änderungen am Gitter der Röhre F 5 erscheinen als Änderungen an den Kathoden der Röhren V6, Vl, F8 und F9.

Da die Röhre F 8 während der Viertel 1 und 3 leitend ist, besteht das an das Gitter der Röhre F12 angelegte Signal aus einem Signal, das der Ausgangsgröße der Photozelle während des ersten und dritten Viertels proportional ist. In ähnlicher Weise ist das an das Gitter der Röhre F13 angelegte Signal der Ausgangsgröße der Photozelle während des zweiten und vierten Viertels proportional. Der Servomotor 64 ist so angeordnet und mit den Röhren F12 und F13 verbunden, daß er bestrebt ist, den Ring 60 zu drehen, bis das Signal von der Rohre F12 gleich dem Signal von der Röhre F13 ist. Die Drehung des Ringes 60 ändert natürlich die Stellung der Induktanzvorrichtungen gegenüber der Linie 53, und die Viertel werden dadurch gedreht, bis eine Linie, die 65 und 67 verbindet, parallel zu einer Linie verläuft, die tangential zur Linie 53 im Drehmittelpunkt verläuft. Nur in diesem Moment ist das Signal aus der Röhre F12

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gleich dem Signal aus der Röhre F13, d. h., die Ausgangsgröße der Photozelle ist während der Viertel 1 und 3 gleich der Ausgangsgröße der Photozelle während der Viertel 2 und 4.

Da die Röhre F 6 während der Viertel 1 und 2 leitend ist, ist das an das Gitter der Röhre FlO angelegte Signal proportional der Ausgangsgröße der Photozelle während der Viertel 1 und 2. In ähnlicher Weise ist das an das Gitter der Röhre FIl 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 FlO und FIl angelegten Signale nicht gleich sind, erscheint eine Ausgangsgröße an der Sekundärwicklung, wobei die Amplitude der Ausgangsgröße von der Größe des Unterschiedes abhängig ist und ihre Lage davon abhängt, welches von den an die Gitter der Röhren FlO und FIl angelegten Signalen größer ist. Diese Ausgangsgröße wird an den Zerleger 62 mit einem dritten Signal F geleitet, das von dem Potentiometer 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 in den Viertem 1 und 2 zur Ausgangsgröße der Photozelle in den Vierteln3 und 4 ein erstes Signals ergibt, das von der Verschiebung der Achse des Abtastkopfes aus der Mittellinie 53 abhängig ist. Die Ausgangsgröße der Sekundärwicklung des Transformators 106 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 notwendig sind, um Drehzahl und Richtung der X- und Y-Antriebsmotoren zu steuern, um den Kopierkopf mit konstanter Geschwindigkeit längs der Mitte der Linie zu bewegen:

+S COSjB

F cos B — S sin B.

(D

(2)

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 proportional zur Eingangsgröße zum Zerleger aus dem Verstärker 107, während das Signal F zur Drehzahleinstellung am Potentiometer 108 proportional ist. Die Ausgangsgrößen der Rotorspulen des Zerlegers sind deswegen den Ausdrücken (1) bzw. (2) direkt proportional. Diese Ausgangsgrößen werden benutzt, um die X- und F-Antriebsmotoren zu steuern, und der Abtastkopf folgt deswegen der Linie und wird, wie bereits erwähnt, in Ringen 60 so gedreht, daß eine Linie, die 65 und 67 verbindet, zur Linie 53 im Drehmittelpunkt tangential ist.

Obwohl die Ausfuhrungsform in Zusammenhang mit einem rechtwinkeligen Koordinatensystem beschrieben worden ist, sind die Maßnahmen auch mit einem Polarkoordinatensystem möglich, wobei im letzteren Falle der Winkelfehler gegenüber der Senkrechten auf dem Radius gemessen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Automatische Kopiereinrichtung mit lichtelektrischer Steuerung, bei der die Kopierbewegung des Abtastkopfes längs einer abzutastenden Linie durch zwei Koordinatenstellmotoren gesteuert wird, wobei eine gedachte Bezugslinie des Abtastkopfes in bestimmtem Winkel zu dem abgetasteten Linienstück gehalten wird und der Abtastfleck in einer Kreisbahn um die Achse des Abtastkopfes bewegt wird, so daß er die abzutastende Linie beiderseits überschreitet und eine den Abweichungen von der Linie entsprechende Meßgröße liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der die Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße im Verein mit einer der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit des Abtastkopfes proportionalen Größe zur Steuerung der Koordinatenstellmotoren dient und daß der die doppelte Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße in an sich bekannter Weise durch Phasenvergleich mit der die Abtastung bewirkenden Wechselspannung zur Rückführung der gedachten Bezugslinie in die Sollage dient.

2. Kopiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Kreisbahn des Abtastfleckes relativ zur Dicke der abzutastenden Linie so gewählt ist, daß die Meßgröße mindestens näherungsweise eine Sinusschwingung darstellt.

3. Kopiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der die Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße durch ein Filter (35) ausgesiebt wird, das nur die Bezugsfrequenz durchläßt und die Oberwellen der Bezugsfrequenz unterdrückt.

4. Kopiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Rückführung der gedachten Bezugslinie in die Sollage die Meßgröße in einem Phasendetektor (36) mit einer passend gewählten Oberwelle der Bezugsfrequenz verglichen wird.

5. Kopiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kreisbewegung des Abtastflecks durch ein von einem Motor gedrehtes optisches Element bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (25) für das optische Element (24) ein Phasensynchronmotor ist.

6. Kopiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Stellgröße zur Rückführung der Bezugslinie in die Sollage einem Servomotor zugeführt wird, der den Abtastkopf entsprechend nachdreht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellgrößen für die beiden Koordinatenstellmotoren von einem Zerleger (28) abgenommen werden, dem der die Abtastfrequenz aufweisende Anteil der Meßgröße und die der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit entsprechende Größe zugeführt werden und dessen Rotor mit dem Servomotor (26) gekuppelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 987 245;
britische Patentschriften Nr. 561171, 583 520,
672853;

USA.-Patentschriften Nr. 2 489 305, 2 861192.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen