DE1257941B

DE1257941B - Abtasteinrichtung an Nachlaufsteuerungen fuer kopierende Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Brennschneidmaschinen

Info

Publication number: DE1257941B
Application number: DEM70230A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Guenther Hannappel
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1966-07-14
Filing date: 1966-07-14
Publication date: 1968-01-04
Also published as: NO117431B; US3493763A; GB1174126A

Description

Abtasteinrichtung an Nachlaufsteuerungen für kopierende Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Brennschneidmaschinen Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung an Nachlaufsteuerungen für kopierende Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Brennschneidmaschinen, mit einer Lichtquelle, einem Lichtempfänger und einer elektrischen Steuereinrichtung, wobei die Abtastung einer Zeichnungslinie, Kontur od. dgl. durch die Bewegung eines Lichtflecks über mindestens einen Teil der Zeichnungslinie, - Kontur od. dgl. erfolgt.
Bei bekannten Abtasteinrichtungen dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1143 911) ist dem fotoelektrischen Lichtempfänger, der häufig als Differentialfotowiderstand ausgebildet ist, zur Beleuchtung der abzutastenden Strichvorläge eine netzfrequenzgespeiste, kontinuierlich brennende Glühlampe zugeordnet. Dabei wird der optische Kontrast zwischen dem Strich und dessen Umgebung in ein solches elektrisches Signal umgewandelt, daß die Lage der aus Lichtquelle und- Lichtempfänger bestehenden konstruktiven Einheit beispielsweise motorisch in eine stets gleiche relative Lage zum abzutastenden Strich gebracht wird. Unter anderem besteht der Nachteil derartiger Einrichtungen in einer starken Fremdlichtempfindlichkeit.
Andere bekannte fotoelektrische Abtasteinrichtungen (deutsche Auslegeschrift 1223 932) bedienen sich zur Beleuchtung der Vorlage eines senkrecht zum abzutastenden Strich oszillierenden Lichtstrahls. In diesem Fall wird das zur Nachstellung von Lichtquelle und Lichtempfänger notwendige Signal durch elektrischen Vergleich zwischen dem momentan beleuchteten, abzutastenden Flächenelement und der Relativstellung des oder der Lichtempfänger, im häufigsten Fall durch Phasenvergleich, gewonnen. Bei den Einrichtungen dieser Art wird der oszillierende Lichtstrahl elektromechanisch erzeugt, beispielsweise durch Reflexion eines von einer Glühlampe ausgesandten Strahls an einer magnetisch bewegten Spiegelfläche oder einem exzentrisch angeordneten, motorisch rotierenden Linsensystem. Mit Rücksicht auf die Nachlaufsteuereinrichtungen zu fordernden Abtastgeschwindigkeiten von einigen Metern pro Minute bei Umfahrradien von wenigen Millimetern ist eine Oszillatorfrequenz des Lichtstrahls von einigen hundert Hertz unerläßlich. Insbesondere hieraus erklären sich die Nachteile der genannten Lichtquellen. Sowohl Spiegelschwinger als auch mit der genannten Frequenz rotierende Linsen- oder Prismensysteme sind aus mechanischen Gründen anfällig und kostspielig.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung zu schaffen, bei weleher die vorstehend genannten Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden werden.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, als Lichtquelle eine Gas- und/oder Dampfentladungslampe zu verwenden, deren Strahlung als Wechsellicht auf der abzutastenden Vorlage abgebildet wird. Die Verwendung von Wechsellicht an Stelle von kontinuierlich brennenden Glühlampen hat den Vorteil, daß auf die Anordnung von mechanisch bewegten Teilen, wie z. B. Schwingspiegel, rotierende Blenden usw. zur Erzielung einer oszillierenden Bewegung des Abtastpunktes auf der Vorlage verzichtet werden kann. Dies bedeutet eine Verringerung der zur Durchführung des Steuervorganges zu bewegenden Massen und damit eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit der Nachlaufsteuerung.
Als Medium für die Gasentladung kommt beispielsweise Xenon oder Argon in Frage. Für die Dampfentladung wird vorteilhafterweise Quecksilber verwendet. Durch die Wahl der entsprechenden Medien und deren eventuelle Kombination lassen sich die Parameter der Lampe in bekannter Weise verändern.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine fadenförmige Gas- und/oder Dampfentladungslampe zu benutzen und dem Entladungsfaden mindestens einen Elektromagneten zur oszillierenden Ablenkung des Fadens zuzuordnen. Dadurch wird auf einfache Weise eine Schwingung des zwischen zwei Elektroden brennenden Fadens bzw. Lichtbogens erreicht, die in relativ weitem Bereich regelbar ist. Diese Regelbarkeit erlaubt eine gute Anpassung der Nachlaufsteuerung an die zu fahrende Vorschubgeschwindigkeit der Schneidmaschine. Es ist auch möglich, die Oszillation des Fadens durch ein periodisches Verändern der Spannung im Faden zu erreichen. Eine derartige Maßnahme bedingt aber einen größeren Aufwand, der auf Sonderfälle beschränkt ist.
Die Lampe kann..mit Gleichspannung, Wechselspannung oder pulsierender Gleichspannung betrieben werden. Die Elektromagneten werden vorteilhafterweise mit Wechselspannung oder pulsierender Gleichspannung gespeist: Welche Stromart im Einzelfall Verwendung findet, hängt von der Art der zu steuernden Maschinen ab.
Bei Anordnung eines einzigen Elektromagneten ist nur eine Käntenäbtagtüng der Zeichnungslinie möglich. Zur Erzielung einer Strichmittenabtastung wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Anordnung mehrerer Elektromagneten radial symmetrisch um den Entladungsfäden herum vorgeschlagen, wobei vorzugsweise je zwei sich gegenüberliegen.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung einer Strichmittenabtastungsanordnung besteht darin, daß um die parallel zur abzutastenden Vorlage befindliche Lampe zwei Magneten vorgesehen werden, die eine gemeinsame Mittelachse aufweisen, wobei diese Achse senkrecht auf die Vorläge gerichtet ist. Vorteilhafterweise wird auch die vorzugsweise in der Lampe-vorgesehene Blende und-die den Lichtfleck auf die Vorlage übertragende Optik in der gleichen Mittelachse angeordnet. Es entsteht dadurch eine kompakte Baueinheit von relativ gedngem Gewicht.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der übertragung des Lichtfleckes besteht in der Verwendung eines Spiegelsystems;- das den an der Blende austretenden Lichtstrahl an den Magneten vorbei über _eine Optik auf die Vorlage überträgt.
Zum Stand der' Technik gehören auch Abtast Systeme, bei denen der Lichtfleck auf der Vorlage an Stelle einer in einer Ebene verlaufenden Schwingbewegung eine auf einer Kreisbahn verlaufende Rotationsbewegung durchführt. Diese Drehbewegung wird durch rotierende Blenden oder durch eine gemeinsame Rotation von Funktionsgeber und Signalwandler erreicht. Auch bei Gebrauch von Wechsellicht ist eine derartige Rotation des Lichtfleckes erzielbar, wenn gemäß einem weiteren Vorschlag dem Entladungsfaden eine rotierende Ablenkung um seine Mittelachse erteilt wird. Zweckmäßigerweise werden dazu um die Gaslampe mindestens zwei Paar von Elektromagneten, vorzugsweise mehr, angeordnet und die Mittelachse des Entladungsfadens senkrecht auf die abzutastende Fläche gerichtet. Den Elektromagneten ist eine Schalteinrichtung zugeordnet, die in bestimmter Folge und Umlaufrichtung eine Erregung der Magneten und damit eine Rotation des abgelenkten Entladungsfadens bewirkt. Die Benutzung eines kreisenden Lichtpunktes zur Abtastung der Zeichnungslinie hat den Vorteil der direkten Zuordnung der Magnetphasen zum abtastenden Punkt und die damit verbundene, sehr einfache Steuerbarkeit der Abtastung.
Die Verwendung des Wechsellichtes in Gestalt eines um eine Mittelachse rotierenden abgelenkten Entladungsfadens bietet auch die Möglichkeit zur Abtastung räumlicher Modelle und Kurven. Hierzu werden zwei Paar von Elektromagneten um den Entladungsfaden herum angeordnet, deren Mittelachsen senkrecht aufeinanderstehen und durch die Mittelachse des Entladungsfadens hindurchgehen. Jedem Magnetpaar ist eine separate Optik, Steuerung usw. zugeordnet.
An Stelle einer elektromagnetischen Ablenkung des Entladungsfadens ist auch eine elektrostatische Ablenkung möglich. Diese hat den Vorteil, daß sie praktisch leistungslos erfolgen kann und die Regelung der Ablenkungsamplitude sehr einfach ist, da die statische Ablenkung direkt proportional der Spannung ist. Die Elektroden für die Ablenkeinheit werden vorteilhafterweise auf der Außenfläche der Lampe angebracht. Die elektrostatische Ablenkung ist insbesondere dort von Vorteil, wo aus konstrutiven Gründen eine Schwingung des Fadens in Feldrichtung an Stelle einer Schwingung senkrecht zur Feldrichtung, wie bei Elektromagneten zwangläufig der Fall, erwünscht ist.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Entladungsfaden durch zusätzliche elektromagre= tische und/oder elektrostatische Mittel gebündelt bzw. eingeschnürt. Dazu können beispielsweise Magnetspulen, Kondensatorplatten oder auch ein statisches Linsensystem benutzt werden. Die Bündelung des Entladungsfadens ergibt eine schärfere Abbildung des Abtastpunktes und dadurch eine Erhöhung der Abtastgenauigkeit.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
F i g.1 zeigt die Abtasteinrichtung einer Nachlaufsteuerung einer Brennschneidmaschine, wobei auf die zur Drehbewegung der Abtasteinrichtung erforderlichen Stromkontakte usw. zur Vereinfachung verzichtet wurde. Es ist ferner zu beachten, daß die unter der Abtasteinrichtung gezeichnete Linie um 90° aus ihrer tatsächlichen Ebene herausgeklappt wurde. Das gleiche ist mit den Lichtempfängern in der Steuereinrichtung erfolgt; F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf, wenn keine Änderung. der Bewegungsrichtung erforderlich ist; F i g. 3 zeigt die Stellung des Lichtfleckes an einer Umlenkstelle und F i g. 4 den dabei entstehenden Spannungsverlauf; F i g. 5 zeigt in Ansicht die Anordnung der Magneten und die Lampe zur Erzielung einer Rotation des Entladungsfadens und _ F i g. 6 eine entsprechende Draufsicht.
In F i g. 1 stellt 1 eine um die Mittelachse 2 drehbare Abtasteinrichtung dar, die neben der Gasentladungslampe 3 die Ablenkmagneten 4 und 5 sowie eine Optik 6 enthält, die den durch die Blende 7 begrenzten Teil des Entladungsfadens 8 durch den halbdurchlässigen Spiegel 9 auf den abzutastenden Strich 10 vorzugsweise punktförmig in 11 abbildet. Werden nunmehr die gleichförmig in Serie geschalteten Magneten 4 und 5 aus dem Niederfrequenzgenerator 12 gespeist, schwingt der mit dem Stromversorgungsgerät 13 betriebene Entladungsfaden 8 mit der den Magneten aufgedrückten Frequenz in Abhängigkeit von deren Phase senkrecht zur Zeichnungsebene und hüllt als oszillierender Lichtverkehr 14 den Strich 10 ein. Das von der Vorlageebene, auf der sich der Strich 10 befindet, reflektierte Licht gelangt über den halbdurchlässigen Spiegel 9 nach Abbildung durch die Optik 15 bei geradem Verlauf der Linie 10 derart auf die beiden Lichtempfänger 16 und 17, daß vorzugsweise die die Linie 10 überragenden Teile des Lichtvektors 14 symmetrisch auf den Lichtempfängern abgebildet werden, von denen beide in bekannter Weise in je einem Zweig einer Brücke liegen. Wird diese Brücke mit Gleichspannung 18 gespeist, entsteht an den Diagonalpunkten 19 und 20 der Brücke - wie aus F i g. 2 ersichtlich - eine zur Nullinie 21 symmetrische Spannung 22, deren Frequenz und Phase gleich der Frequenz und Phase des die Ablenkung des Entladungsfadens 8 bewirkenden Generators 12 ist. Werden nunmehr die Diagonal-Spannung einerseits und die vom Generator 12 ändererseits gelieferten Spannungen einem Differentialverstärker 27 geeigneter Bauart zugeführt, entsteht an dessen Ausgang keine Spannung und der am Verstärkerausgang 22 angeschlossene, polaritätsabhängige, zweifeldrige Gleichstrommotor 23 bleibt in Ruhestellung.
Wird entsprechend F i g. 3 hingegen beispielsweise eine rechtwinklig verlaufende Linie 25 abgetastet, entsteht eine Situation, bei der der Lichtvektor 14 einseitig zur Gänze auf der Linie verläuft. Hierdurch werden die Lichtempfänger 16 und 17 verschieden stark beleuchtet, an den Punkten 19 und 20 entsteht eine von Null verschiedene Wechselspannung 26 gemäß F i g. 4, und am Ausgang 22 des Differentialverstärkers 21 entsteht eine so gerichtete Spannung, daß der Motor 23 unter Zwischenschaltung des Reibrades 24 die Abtasteinrichtung 1 so lange dreht, bis der Lichtvektor 14 wiederum senkrecht auf der abzutastenden Linie 25, und zwar nunmehr auf ihrem nach unten gezeichneten Schenkel, steht. Durch die Drehung der Abtasteinrichtung wird, wie z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1143 911 bekannt, eine Betätigung der Koordinatenmotoren für die x- und y-Richtung bewirkt und damit die Bewegungsrichtung des Schneidbrenners entsprechend verändert.
Die F i g. 5 und 6 zeigen die Anordnung der Gasentladungslampe mit vier Elektromagneten zur Erzielung einer Rotationsbewegung des abzulenkenden Entladungsfadens 29 um seine Mittelachse 28. Hierzu wird den in Reihe geschalteten, gleichsinnig gewikkelten und in je einer Linie vorgesehenen, senkrecht aufeinanderstehenden Spulenpaaren 30 und 31 sowie 32 und 33 je eine Wechselspannung 41 und 42 gleicher Frequenz, jedoch um 90° verschobener Phase, zugeführt. Die Folge ist eine Rotation des magnetischen Feldvektors im Inneren der Entladungslampe und damit eine Rotation des Entladungsfadens 29.
Eine derärtige Einrichtung ermöglicht gemäß F i g. 5 die Erzeugung eines für Abtastzwecke geeigneten, um die Achse 28 rotierenden Lichtstrahls 37, wenn die Projektion der fadenförmigen Entladung 29 über die Optik 35 erfolgt. Die zum Zweck einer räumlichen Abtastung geeignete Lichtquelle ist in F i g. 6 dargestellt. Sie arbeitet nach dem gleichen Magnetprinzip, gestattet jedoch über die beiden, vorzugsweise zylinderförmigen, Linsen 38 und 39 die Gewinnung von zwei senkrecht aufeinanderstehenden Wechsellichtvektoren 40 und 41, die phasenmäßig genau gekoppelt sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Abtastvorrichtung an Nachlaufsteuerungen für kopierende Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Brennschneidmaschinen mit einer Lichtquelle, einem Lichtempfänger und einer elektrischen Steuereinrichtung, wobei die Abtastung einer Zeichnungslinie, Kontur od. dgl. durch die Bewegung eines Lichtfleckes über mindestens einen Teil der Zeichnungslinie, Kontur od. dgl. hinweg erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Gas- und/oder Dampfentladungslampe (3) verwendet wird, deren Strahlung als Wechsellicht auf der abzutastenden Vorlage abgebildet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas- und/oder Dampfentladungslampe (3) mit fadenförmiger Entladung betrieben wird und dem Entladungsfaden (8) mindestens ein Elektromagnet (4 bzw. 5) zur oszillierenden Ablenkung des Fadens (8) zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (3) mit Gleichspannung betrieben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (3) mit Wechselspannung betrieben wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (3) mit pulsierender Gleichspannung betrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Elektromagneten (4 bzw. 5) mit Wechselspannung oder gepulster Gleichspannung gespeist werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 mit mehreren Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten (4, 5) radial symmetrisch, vorzugsweise je zwei gegenüberliegend, um den Entladungsfaden (8) herum angeordnet sind. B.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer oszillierenden Ablenkung des Fadens (8) in einer Ebene zwei Elektromagneten (4, 5) mit einer gemeinsamen Mittelachse (2) vorgesehen sind, wobei die Achse (2) senkrecht auf die anzutastende Vorlage gerichtet ist und der Entladungsfaden parallel zur Vorlagenebene verläuft.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise in der Lampe (3) angeordnete Blende (7) und die den Lichtfleck auf die Vorlage übertragende Optik (6) die gleiche Mittelachse (2) wie die Elektromagneten (4, 5) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Blende (7) gelangende Teil des Entladungsfadens über ein Spiegelsystem ausgeblendet wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer um die Mittelachse (28) des Entladungsfadens (29) rotierenden Ablenkung des Fadens (29) mindestens zwei Paar von Elektromagneten (30, 34 und 32, 36) angeordnet sind und die Mittelachse (28) des Fadens (29) senkrecht auf die abzutastende Vorlage gerichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur räumlichen Abtastung eines Modells zwei Paar von Elektromagneten um den Entladungsfaden herum angeordnet sind, wobei die Mittelachsen der Magnetpaare senkrecht aufeinanderstehen und jedem Magnetpaar eine gesonderte Optik, Steuereinrichtung usw. zugeordnet ist.
13. Abgeänderte Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Ablenkung des Fadens elektrostatisch erfolgt. 14.- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf der Außenfläche der Lampe angebracht sind. 15.. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsfaden durch zusätzliche elektromagnetische oder elektrostatische Mittel gebündelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1143 911, 1223932.