DE1270308B

DE1270308B - Digital arbeitender Rechner

Info

Publication number: DE1270308B
Application number: DE19611270308
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter Boese; Dipl-Ing Elmar Goetz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-12-24
Filing date: 1961-04-25
Publication date: 1968-06-12

Description

Digital arbeitender Rechner Zusatz zur Anmeldung: L 35006 IX c/42 m4 Auslegeschrift 1215 965 Die Hauptpatentanmeldung hat einen digital arbeitenden Rechner zum Gegenstand, der in Abhängigkeit ihm eingegebener charakteristischer Bahndaten einer bestimmten Bahnkurve fortlaufend hinreichend dicht beieinanderliegende Bahnpunkte dieser Bahnkurve errechnet. Die Koordinatenxv und yv eines errechneten Bahnpunktes Pv erscheinen synchronisiert und in zeitlich paralleler Darstellung aller Stellen der digitalen Zahlenangabe am Ausgang des Rechners und werden nach einer einstellbaren Taktfrequenz ft durch die Angabe des folgenden Bahnpunktes ersetzt.
Der Rechner ist in der Lage, solche Bahnkurven zu berechnen, die sich aus Geradenabschnitten und Kreisbögen zusammensetzen bzw. durch solche Kurvenstücke näherungsweise ersetzt werden können. In F i g. 1 ist eine solche Bahnkurve dargestellt. Als charakteristische Bahndaten werden die Anfangs-und Endpunkte der Geradenabschnitte und der Kreisbogenabschnitte sowie die Mittelpunkte der Kreisbogenabschnitte bezeichnet (P, bis P, und PM in F i g. 1). In F i g. 2 sind die Ein- und Ausgänge des symbolisch dargestellten Rechners eingetragen. Dem Rechner R werden die charakteristischen Bahn-Baten PA, PF und PM des jeweils zu errechnenden Bahnkurvenabschnittes in Axialkoordinatendarstellung über die Eingänge 3 bis 8 zugeführt. Diese Eingabe erfolgt in der oben geschilderten digitalen Darstellung. An den Ausgängen 1 und 2 des Rechners erscheinen in der gleichen digitalen Darstellung die errechneten Bahnpunkte Pv in Axialkoordinatendarstellung. Die Ablösung eines Bahnpunktes durch den nächstfolgenden am Ausgang des Rechners wird durch ein Taktsignal t ausgelöst. Das Taktsignal t wird in einem Taktgeber T gebildet, wobei die Taktfrequenz ft von der gewünschten Bahngeschwindigkeit (Vorschub) V abhängig ist. Die Verbindung über den Block 11 in F i g. 2 wird zunächst nicht mitbetrachtet.
Die Innenschaltung und Funktionsweise des Rechners R ist für die Berechnung eines Geradenabschnittes und eines Kreisbogenabschnittes verschieden. Der Rechner nach der Hauptpatentanmeldung ist so ausgebildet, daß er jedes Geradenstück unabhängig von seiner Länge in einer konstanten Anzahl von Schritten durchläuft. Die Zahl dieser Schritte ist wobei K eine charakteristische Konstante des Rechners ist, auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht. F i g. 3 zeigt einen Geradenabschnitt, der in vier Schritten durchlaufen wird. Da K eine Konstante ist, wird jeder Geradenabschnitt bei konstanter Taktfrequenz f t in der gleichen Zeit durchlaufen. Das bedeutet, daß die Bahngeschwindigkeit bei gegebener Taktfrequenz ft um so größer ist, je länger der Geradenabschnitt ist. Der Vorschub läßt sich über den Eingang V des Taktgebers T (F i g. 2) also nur dann exakt einstellen, wenn die Geradenabschnitte alle gleich lang sind.
Bei der Berechnung eines Kreisbogenabschnittes ist bei dem Rechner nach der Hauptpatentanrneldüng die Zahl der Schritte (errechnete Bahnpunkte), mit denen der Kreisbogenabschnitt durchlaufen wird; nicht mehr konstant. Konstant ist in diesem Falle der pro Schritt überstrichene Mittelpunktswinkel dgg. Dieser Wert dgp ist wieder gleich der Rechnerkonstante K. In F i g. 4 ist ein solcher Kreisbogenabschnitt um den Mittelpunkt PM und den Anfangs-Punkt PA und den Endpunkt PE dargestellt. Dieser Kreisbogenabschnitt wird in vier Schritten durchlaufen. Dieses Durchlaufen findet in Wirklichkeit nicht auf dem Kreisbogenabschnitt, sondern auf einem angenäherten Polygonzug statt. Für die hier zu behandelnde Weiterentwicklung des Rechners ist dieser genaue Ablauf jedoch unwesentlich und daher nicht dargestellt. Ein Kreisbogen wird also bei gegebener Taktfrequenz ft mit um so größerer Bahngeschwindigkeit und entsprechend schlechterem (kleinerem) Auflösungsvermögen durchlaufen, je größer der Radius des Kreisbogenabschnittes ist. Beim Kreisbogen läßt sich die Bahngeschwindigkeit über die Taktfrequenz also nur dann eindeutig verstellen, wenn die Radien gleich sind. Die vorliegende Erfindung hat däe Aufgabe, den Rechner nach der Hauptpatentanmeldung in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Bahngeschwindigkeit von der Länge des. Geradenabschnittes bzw. dem Radius der Kreisbogenabschnitte unabhängig wird. Außerdem soll ein Weg gewiesen werden, der zusätzlich zu der in dieser Weise unabhängigen Bahngeschwindigkeit auch noch ein von den Bahnkurvenabschnitten unabhängiges Auflösungsvermögen des Rechners ermöglicht.
Zur Erzielung einer von der Länge der Geradenabschnitte und dem Radius der Kreisbogenabschnitte unabhängigen Bahngeschwindigkeit unter Beibehaltung eines von den Kurvenabschnitten abhängigen Auflösungsvermögens wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß vor dem Durchlaufen jedes Bahnkurvenabschnittes die Länge des Geradenabschnittes bzw. der Radius des Kreisbogenabschnittes von dem Rechner ermittelt wird und die Taktfrequenz - zusätzlich zu der der gewünschten Bahngeschwindigkeit dienenden Einstellung - umgekehrt proportional der ermittelten Länge verändert wird.
Zur gleichzeitigen Erzielung einer von den Bahnkurvenabschnitten unabhängigen Bahngeschwindigkeit und eines von den Bahnkurvenabschnitten unabhängigen Auflösungsvermögens wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß vor dem Durchlaufen jedes Bahnkurvenabschnittes die Länge des Geradenabschnittes bzw. der Radius des Kreisbogenabschnittes von dem Rechner ermittelt wird und die Rechnerkonstante K auf einen Wert eingestellt wird, der dem errechneten Wert umgekehrt proportional ist.
Die Berechnung der Länge der Geradenabschnitte bzw. der Radien der Kreisbogenabschnitte erfolgt dabei erfindungsgemäß in der Weise, daß der Rechner einen Kreisbogen berechnet, und zwar bei einem Geradenabschnitt einen Kreis vom Endpunkt um den Anfangspunkt und beim Kreisbogenabschnitt vom Anfangspunkt um den Mittelwert, wobei in dem Augenblick, in dem die Koordinate 77v den Wert Null annimmt, die Berechnung abgebrochen wird und der gerade vorliegende Wert ev, der gleich der zu errechnenden Strecke ist, in einen. Speicher gegeben wird.
Im folgenden soll die erfindungsgemäße Weiterentwicklung des Rechners nach der Hauptpatent anmeldung näher erläutert werden. In F i g. 5 sind die beiden Punkte PA und PF eines zu berechnenden Geradenabschnittes eingetragen. Wenn dieser Geradenabschnitt mit einer gewünschten durch den Vorschub V bestimmten Geschwindigkeit durchlaufen werden soll, dann muß die Taktfrequenz ft umgekehrt proportional der Strecke T ,-P-7 verstellt werden. Das bedeutet, daß die Länge der Strecke bekannt sein muß. Nun ist es grundsätzlich möglich, die Länge dieser Strecke bereits mit in das Programm aufzunehmen, d. h., sie mit den charakteristischen Bahndaten einzugeben. Das hat aber erstens den Nachteil, daß die Speichermedien (z. B. Lochkarten, Lochbänder oder Magnetbänder), von denen aus die charakteristischen Bahndaten in den Rechner gegeben werden, umfangreicher werden, und zweitens, daß diese Strecken zunächst einmal berechnet werden müssen, denn ihre Längen liegen häufig in den Zeichnungen, aus denen die Programme gewonnen werden, nicht in direkter Form vor. Weiterhin wäre es möglich, die zu ermittelnden Strecken nach dem pythagoräischen Lehrsatz aus Anfangs- und Endpunkten zu berechnen. Der dazu erforderliche Aufwand ist jedoch sehr groß. Gemäß der Erfindung wird die Länge des Geradenabschnittes dadurch ermittelt, daß man den Rechner in seinen für die Kreisbogenberechnung gültigen Schaltzustand versetzt und einen Kreis um den Anfangspunkt PA von dem Endpunkt PE an rechnen läßt. Die Rechnung erfolgt in der in F i g. 5 eingetragenen Pfeilrichtung von PE aus. An einer bestimmten Stelle im Rechner treten die Koordinaten ei, und 27v auf. 77v wird laufend kontrolliert und in dem Augenblick, in dem iv zu Null wird (im Punkt S; F i g. 5), wird der Rechenvorgang abgebrochen. Der in diesem Augenblick vorliegende Wert fv ist gleich der zu ermittelnden Strecke P, PE.
Dieser Wert wird in ein Speicherglied 11 (F i g. 2) eingespeichert und während des anschließenden Durchlaufens des Geradenabschnittes auf den Taktgeber T zur Einwirkung gebracht, wo er die Taktfrequenz ft umgekehrt proportional seiner Größe beeinfiußt.
In ähnlicher Weise wird bei der Ermittlung des Radius eines Kreisbogenabschnittes vorgegangen (F i g. 4). Der Kreis um PM wird, im Punkt PA beginnend, so weit berechnet, bis 77v Null wird (Punkt S); der dann vorliegende Wert ev ist gleich dem gesuchten Radius. Dieser wird wieder in den Speicher 11 (F i g. 2) eingegeben und beeinfiußt während der Rechnung des Kreisbogenabschnittes den Taktfrequenzgeber T in umgekehrt proportionaler Weise.
Solange durch die Werte PA, PE und R nur die Taktfrequenzgeber T in umgekehrt proportionaler mögen wie bei dem Rechner nach der Hauptpatentanmeldung nicht konstant. Es ist um so kleiner, je größer P.-4 P, oder R ist. Wird dagegen nicht die Taktfrequenz durch den im Speicher 11 (F i g. 2) gespeicherten Wert beeinflußt, sondern die Rechnerkonstante K, so erhält man nicht nur eine nur noch von der äußeren Vorschubeinstellung abhängige Bahngeschwindigkeit, sondern gleichzeitig ein konstantes Auflösungsvermögen. Hierbei muß die Beeinflussung der Größe K bzw. dp so sein, daß sich K umgekehrt proportional mit dem im Speicher 11 gespeicherten Wert P,4 P, oder R verändert.
Schließlich ist auch eine Kombination beider Beeinflussungsarten möglich. Es wird dann sowohl die Taktfrequenz ft als auch die Rechnerkonstante K in Abhängigkeit der bekannten Strecke P, P, oder des Radius R verändert. Die Veränderung beider Größen geschieht jedoch nicht gleichzeitig, sondern vielmehr in der Weise, daß Grobveränderungen (Grobeinstellung) an der Rechnerkonstante K vorgenommen werden und Feinveränderungen (Feineinstellung) an der Taktfrequenz ft. Bei einer solchen Kombination ist die Bahngeschwindigkeit von der Gestalt des Kurvenabschnittes unabhängig, während das Auflösungsvermögen im Rahmen der Feineinstellung veränderlich bleibt, also nicht völlig konstant ist. Die Kombination hat jedoch den Vorteil, daß sich eine Grobverstellung der Rechnerkonstante K mit einfachen Mitteln durchführen läßt. Da nämlich der Rechner im natürlichen Binärzahlensystem arbeitet, entspricht eine Änderung der Rechnerkonstante K um den Faktor 2 lediglich der Versetzung des Kommas bei den zu verarbeitenden Binärzahlen. Man kann also eine Grobstufung um den Faktor 2", wobei n jede ganze Zahl ist, praktisch ohne zusätzlichen Aufwand erreichen. Bei dem Rechner nach der Hauptpatentanmeldung wird die Berechnung der Koordinaten eines Kurvenabschnittes unmittelbar durch die Berechnung der Koordinaten des nächstfolgenden Kurvenabschnittes abgelöst. Bei den oben geschilderten Maßnahmen zur Erzielung einer konstanten Bahngeschwindigkeit und/oder eines konstanten Auflösungsvermögens ist vor der Berechnung eines neuen Bahnkurvenabschnittes die Ermittlung der Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes erforderlich. Hierzu könnte man sich grundsätzlich eines zusätzlichen Rechenwerkes bedienen, das in der gleichen Weise aufgebaut ist wie das Rechenwerk nach der Hauptpatentanmeldung. Die Verwendung eines zusätzlichen Rechenwerkes wäre aber zu kostspielig. Es wird daher das gleiche Rechenwerk abwechselnd zur Berechnung der Koordinaten der Bahnkurvenabschnitte und zur Berechnung der Längen der Geradenabschnitte bzw. der Radien der Kreisbogenabschnitte verwendet. Dabei wird die letztgenannte Operation mit bedeutend höherer Taktfrequenz durchgeführt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die für die letztgenannte Rechenoperation erforderliche Zeit praktisch zu keiner Unterbrechung der fortlaufenden Ausgabe der Koordinaten der gesamten Bahnkurve führt.

Claims

Patentansprüche: 1. Digital arbeitender Rechner nach Patentanmeldung L 35006 IX c / 42m4 (deutsche Auslegeschrift 1215 965) zur Ermittlung der Axialkoordinaten der Bahnpunkte einer in beliebiger Weise aus Geradenabschnitten und Kreisbogen abschnitten zusammengesetzten Bahnkurve unter Vorgabe der die Bahnkurve beschreibenden charakteristischen Bahndaten (Anfangs- und Endpunkte der Geraden- und Kreisbogenabschnitte sowie Mittelpunkte der Kreisbogenabschnitte), wobei die Ausgabe der Bahnpunkte für beide Koordinaten synchronisiert und in zeitlich paralleler Darstellung aller Stellen der digitalen Zahlenangabe erfolgt und die Ausgabe jedes Bahnpunktes nach einer entsprechend der gewünschten Bahngeschwindigkeit (Vorschub) einzustellenden Taktfrequenz (ft) durch die Ausgabe des folgenden Bahnpunktes abgelöst wird, d adurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Unabhängigkeit der Bahngeschwindigkeit von der Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes vor dem Durchlaufen jedes Bahnkurvenabschnittes die Länge des Geradenabschnittes bzw. der Radius des Kreisbogenabschnittes von dem Rechner ermittelt wird und die Taktfrequenz zusätzlich zu der der gewünschten Bahngeschwindigkeit dienenden Einstellung umgekehrt proportional der ermittelten Länge verändert wird.
2. Digital arbeitender Rechner nach der Hauptpatentanmeldung L 35006 IX c / 42m4 (deutsche Auslegeschrift 1215 965), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Unabhängigkeit der Bahngeschwindigkeit von der Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes und zur gleichzeitigen Erzielung eines konstanten Auflösungsvermögens vor dem Durchlaufen jedes Bahnkurvenabschnittes die Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes von dem Rechner ermittelt wird und die Rechnerkonstante (K) auf einen Wert eingestellt wird, der dem errechneten Wert umgekehrt proportional ist.
3. Digital arbeitender Rechner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes in der Weise erfolgt, daß der Rechner eine Kreisbahn berechnet, und zwar bei einem Geradenabschnitt einen Kreis vom Endpunkt (PF) um den Anfangspunkt (PA) und beim Kreisbogenabschnitt vom Anfangspunkt (PA) um den Mittelpunkt (PM), wobei in dem Augenblick, in dem die Koordinate iiv den Wert Null annimmt, die Berechnung abgebrochen wird und der gerade vorliegende Wert ev, der gleich der zu errechnenden Strecke ist, in einen Speicher gegeben wird.
4. Digital arbeitender Rechner nach der Hauptpatentanmeldung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Unabhängigkeit der Bahngeschwindigkeit von der Länge des Geradenabschnittes bzw. des Radius des Kreisbogenabschnittes gleichzeitig eine Verstellung der Taktfrequenz (f,) gemäß Anspruch 1 und eine Verstellung der Rechnerkonstante (K) gemäß Anspruch 2 durchgeführt wird, wobei die Verstellung der Taktfrequenz feingestuft und die Verstellung der Rechnerkonstante grobgestuft erfolgt.
5. Digital arbeitender Rechner nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Längen der Geradenabschnitte bzw. Radien der Kreisbogenabschnitte mit bedeutend höherer Taktfrequenz erfolgt als die Berechnung der Bahnkurvenpunkte.