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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbsttätigen Umwandlung
von sich auf einer Zeichenfläche befindenden oder auf diese aufzubringenden Positionen
und/oder Symbolen in numerische Form mittels einer Matrix mit sich kreuzenden Leiterbahnen,
denen elektrische Signale zugeführt sind, und einem Stift, der einen örtlichen Druck
auf eine flexible Abtastfläche der Matrix ausübt.
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Die Erstellung der Steuerprogramme numerisch gesteuerter Arbeitsmaschinen
stellt in vielen Fällen eine eintönige, aber gleichzeitig hohe Konzentration erfordernde
Arbeit dar, so daß wegen der raschen Ermüdung der Programmierer Fehler nicht auszuschließen
sind. Zur Verringerung des Programmieraufwandes bei Routinearbeiten wurden besondere
Programmiersprachen geschaffen, bei denen der Programmierer nur allgemeine Anweisungen
gibt, während eine Rechenanlage die zur Realisierung dieser Anweisungen erforderlichen
Rechnungen durchführt.
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Sehr oft besteht das Problem, graphisch vorliegende Informationen
einer Rechenanlage so zuzuführen, daß diese daraus selbsttätig ein Steuerprogramm
für numerisch gesteuerte Arbeits- oder Zeichenmaschinen herstellen kann. Es ist
bereits bekannt, hierzu fotoelektronisch arbeitende Abtasteinrichtungen vorzusehen,
die den zu übertragenden Linien nachgeführt werden und dabei Lagemeßsysteme beeinflussen.
Die von diesen abgegebenen Werte werden zu diskreten Zeiten digital auf einem Programmträger,
z. B. einem Lochstreifen, abgespeichert, der seinerseits eine numerisch gesteuerte
Arbeitsmaschine steuert. Die bei diesem Programmierverfahren erforderliche Nachführeinrichtung
mit fotoelektronischem Meßsystem und besonderen Stellantrieben sowie das digitale
Lagemeßsystem erfordern einen erheblichen Aufwand.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zur Speisung einer Rechenanlage mit
graphisch vorliegenden Daten besteht darin, die Lage eines Lichtstiftes auf einer
Kathodenstrahlröhre mittels eines Elektronenstrahles abzutasten, das Abtastergebnis
zu digitalisieren und einem Rechner zuzuführen, der seinerseits den Elektronenstrahl
hell tastet. Die Ergebnisse können dann unmittelbar wieder auf der Kathodenstrahlröhre
graphisch dargestellt werden. Eine Umwandlung der Abtastergebnisse in eine zur Steuerung
von numerisch gesteuerten Maschinen geeignete Form ist nach dem bekannten Verfahren
zwar grundsätzlich möglich, doch müßte dann bereits bei der Entwurfsarbeit eine
Großrechenanlage dauernd zur Verfügung stehen, was zu unvertretbaren Kosten führen
würde.
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Eine weitere bekannte Einrichtung zur Übersetzung einer graphischen
Darstellung in eine binär verschlüsselte Information macht von einem mit einer Platte
belegten Rahmen Gebrauch, wobei die Platte mit Löchern versehen sein muß, die rasterartig
verteilt sind. An einer Längsseite des Rahmens ist ein binärer Maßstab angeordnet,
und ein über der Platte verfahrbarer Querträger ist ebenfalls mit einem binären
Maßstab versehen. Auf dem Querträger ist ein Stifthalter verschiebbar angeordnet,
der einen Druckstift aufweist, welcher eine auf die Platte gelegte Zeichnung abtastet.
Der Druckstift muß die Zeichnung durchdringen und betätigt dadurch einen unter dem
entsprechenden Loch angeordneten Schalter. Die Einrichtung ist kompliziert und aufwendig
im Aufbau. Die abzutastende Zeichnung wird durch den sie durchdringenden Stift zerstört.
Es ist ferner eine Matrix bekannt, die aus einer druckempfindlichen Widerstandsschicht
besteht, die zwischen sich kreuzenden Leiterzügen angeordnet ist. Durch einen Stift
wird ein lokaler Druck auf die druckempfindliche Widerstandsschicht ausgeübt, die
an der Druckstelle deformiert wird und dort ihren Widerstand ändert. Bei dieser
Matrix ist nicht sichergestellt, daß ein eindeutiges, der jeweiligen Position zugeordnetes
Signal erhalten wird.
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Ein einfaches, aber sehr instruktives Beispiel für die der Erfindung
zugrunde liegende Problemstellung ist die Erstellung eines Programms, mit dem die
Leiterbahnen einer Leiterplatte mittels einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
ausgefräst werden sollen. Hierzu muß zunächst eine Skizze auf gerastertem Papier
entsprechend der vorgesehenen Schaltung aufgezeichnet werden. Die Punkte, zwischen
denen der Fräser Leitermaterial entfernen oder an denen besondere Arbeitsoperationen
vorgenommen werden, z. B. Löcher gebohrt werden sollen, müssen durch Auszählen in
zwei Koordinaten bezüglich ihrer Entfernung von einem Bezugspunkt erfaßt werden
und die so gewonnenen Daten auf einem Datenblatt festgehalten werden. Nach Fertigstellung
der Skizze und Erfassung aller erforderlicher Daten müssen letztere, z. B. Positionswerte,
von Hand in einer der Steuerung der Maschine angepaßten Form in eine Stanzeinrichtung
übertragen werden, die einen Lochstreifen herstellt.
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Gegenüber diesen mühsamen und zeitraubenden Operationen des Auszählens
von Positionen und ihrer Übertragung auf die Stanzvorrichtung ist die eigentliche
Bearbeitungszeit, also das Ausfräsen der Leiterplatte, verschwindend klein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Programmierhilfe zu
schaffen, die bei vertretbarem Aufwand eine selbsttätige Umwandlung von mittels
eines Stifts bezeichneter Positionen und/oder Zeichen in numerische, zur direkten
Steuerung einer Arbeitsmaschine oder zur weiteren Verarbeitung in einer Großrechenanlage
geeigneter Form vornimmt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die kreuzenden
Leiterbahnen der Matrix mit geringem Abstand unmittelbar gegenüberstehen und durch
den Druck des Stiftes eine direkte Kontaktgabe jeweils zweier sich kreuzender Leiterbahnen
erfolgt und daß ein Taktgeber an die Leiterbahnen der X- und Y-Richtung jeweils
verschiedene logische Signale anlegt und durch die Kontaktgabe zweier Leiterbahnen
sich der Signalzustand der einen Leiterbahn ändert, und daß logische Schaltkreise
vorgesehen sind, deren beide Eingänge jeweils mit den in X- und Y-Richtung verlaufenden
Leiterbahnen gleicher Ordnungszahl verbunden sind und die ein Signal ausgeben, wenn
an beiden Eingängen gleicher Signalzustand herrscht, wodurch die Ordnungszahl der
Leiterbahn festgestellt wird, deren Signalzustand sich durch die Kontaktgabe geändert
hat, und daß durch Umkehrung der Signalzustände an den Leiterbahnen der X- und Y-Richtung
die Ordnungszahl der in der anderen Koordinatenrichtung verlaufenden Leiterbahn
der sich berührenden Leiterbahnen festgestellt wird.
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Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeispiele
darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 Trägervorrichtungen für jeweils parallele
Leiterbahnen zur reinen Positionsverarbeitung, F i g. 2 eine Schaltung zur Verarbeitung
der von den Leiterbahnen abgegebenen Signale und F i g. 3 Trägervorrichtungen für
jeweils parallele Leiterbahnen zur kombinierten Positions- und Zeichenverarbeitung.
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In F i g. 1 a und 1 b trägt eine in der Aufsicht und der Seitenansicht
dargestellte Grundplatte U aus Isolierstoff Leiterbahnen W1 . . . Wlo aus Metall,
die durch Rillen voneinander getrennt sind. In diesen Rillen liegen elastische Fäden
aus isolierendem Kunststoff. Auf diese Kunststoffäden wird eine elastische Kunststoffolie
O entsprechend F i g.1 c und 1 d aufgelegt, die ebenfalls metallische voneinander
isolierte Leiterbahnen S1 ... Slo trägt, deren Richtung senkrecht zur Richtung
der Leiterbahnen W1 ... Wlo steht. Die Leiterbahnen sind mit Anschlüssen
a1 . . . alo bzw. bi ... blo versehen. Die Folie 0 aus isolierendem Kunststoff
wird mittels einer nicht dargestellten Haltevorrichtung in Richtung der von ihr
gebildeten Ebene federnd gespannt. Die Leiterbahnen von Grundplatte und Folie sind
durch einen geringen, von Kunststoffäden P1 . . . Plo bestimmten Abstand voneinander
getrennt.
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Auf der Folie O ist eine ebenfalls nicht dargestellte Zeichenfläche,
z. B. Zeichenpapier, aufgebracht, die eine dem Verlauf der sich kreuzenden Leiterbahnen
entsprechende Rasterung trägt. Wird nun mit einem Stift ein Druck auf die Zeichenfläche
ausgeübt, dann berühren sich die beiden darunterliegenden, sich kreuzenden Leiterbahnen
der Grundplatte U und der Folie O. Ein dann entstehender elektrischer Kontakt wird
zur selbsttätigen Anzeige und/oder Weiterverarbeitung ausgenutzt.
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Eine Schaltung hierfür zeigt F i g. 2. Die Grundplatte U und die daraufliegende
Folie O mit der Zeichenfläche wird im folgenden als Einheit betrachtet und mit Positionsfeld
A bezeichnet. Das Positionsfeld A hat wieder zehn senkrechte Leiterbahnen Si . .
. Si. und zehn waagerechte Leiterbahnen W1 . . . Wlo, die sämtlich beiderseitig
mit Anschlüssen versehen sind. Die waagerechten Leiterbahnen W1 . . . Wlo sind über
ein entkoppelndes Diodengatter D", mit einer gemeinsamen Leitung L"" die senkrechten
Leiterbahnen S1 ... Slo über ein Diodengatter D, mit einer gemeinsamen Leitung
L, verbunden. Beide Leitungen dienen zum Zuführen von Taktsignalen, die der logischen
»0« oder dem logischen »L« entsprechen und von einem Taktgenerator TG abgegeben
werden. Die Taktsignale für die Leitungen L, und L", sind gegeneinander versetzt,
was in einfacher Weise durch ein Verzögerungsglied US bewirkt werden kann.
Die anderen Anschlüsse der waagerechten und senkrechten Leiterbahnen sind mit den
Eingängen zugeordneter NOR-Schaltungen V1 . . . VU verbunden, deren Ausgangssignale
eine erste Matrix Ml beaufschlagen, die sie in einen Binär-Kode umsetzt. Der Binär-Kode
ist an sich beliebig, für viele Anwendungszwecke hat sich der natürlich binäre oder
der dezimalbinäre Kode als vorteilhaft erwiesen. Über einen elektronischen Umschalter
U1 werden die Ausgangssignale, z. B. in Tetraden eines dezimalbinären Kodes nacheinander
in zugeordnete Speicher KSS und KS", übergeführt, von wo sie tetradenweise über
einen weiteren elektronischen Umschalter U" in eine weitere Kodiermatrix M2 gelangen,
die sie in eine Darstellung 1 aus 10 umsetzt. Die Ausgangssignale der Matrix M2
gelangen zu einer weiteren Matrix M3, die sie in einen bestimmten Lochstreifenkode
umsetzt. Die Ausgangssignale der Matrix M3 werden, gegebenenfalls durch einen Verstärker
V verstärkt, den Steuereingängen eines Lochers zugeführt, der z. B. aus magnetisch
betätigten Lochstanzen bestehen kann und jeweils eine Zeile des Lochstreifens L
gleichzeitig herstellt.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt: Ist zwischen keinen der sich kreuzenden
Leiterbahnen ein elektrischer Kontakt vorhanden, dann werden die Eingänge der NOR-Schaltungen
V1 ... VN wegen der Versetzung der von dem Taktgeber TG abgegebenen
Signale jeweils mit einem »L«- und einem »0«-Signal beaufschlagt. Die NOR-Schaltungen
geben somit keine Ausgangssignale ab.
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Wird durch den Druck eines Zeichenstiftes auf der Zeichenfläche ein
Kontakt zwischen zwei sich kreuzenden Leiterbahnen hergestellt, so nehmen beide
Eingänge der NOR-Schaltungen, die mit den kontaktgebenden Leiterbahnen verbunden
sind, jeweils während einer Taktperiode gleiches Potential an. Die beiden betreffenden
NOR-Schaltungen (bei Leiterbahnen gleicher Ordnungszahl nur eine NOR-Schaltung)
geben während einer Taktperiode nacheinander jeweils ein Ausgangssignal ab. Diese
Ausgangssignale werden in der Kodematrix Ml in dezimalbinären Kode umgesetzt und
über den Umschalter U1 in Speicher KSS bzw. KS", übergeführt. Die Umsetzung in einen
Binärkode ist vorteilhaft, da dabei an Aufwand für die nachgeschalteten Speicher
gespart wird, die grundsätzlich aber auch zur Speicherung von Signalen im Dezimalkode
ausgelegt sein können.
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Die Speicher KSs und KS", sind vorgesehen, um eine zu Fehlern führende
Weiterverarbeitung der aus der mehrfachen Kontaktgabe der gleichen Leiterbahnen
entstehenden Signale zu verhindern. Die Speicher sind dann so beschaffen, daß nur
Werte neu übernommen werden, die sich wenigstens in einer Koordinate (w oder s)
von dem anstehenden Signal unterscheiden. Hierzu braucht nur eine Koinzidenzprüfung
der Speicherinhalte mit den neu gelieferten Daten vorgenommen zu werden. Der Zeichner
hat dann die Möglichkeit, auf einem der überdeckungsfläche zweier sich kreuzender
Leiterbahnen entsprechendem Feld den Zeichenstift beliebig zu führen, z. B. einen
großen Punkt, einen Kreis od. dgl. zu ziehen, ohne daß nach der ersten Kontaktgabe
dabei noch entstehende Kontakte verarbeitet werden.
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Bei der gezeichneten Einrichtung A bräuchten die Speicher KSS und
KS", nur für eine einer Dezimalstelle entsprechende, aus Dualstellen bestehende
Tetrade des dezimalbinär kodierten Signals ausgelegt zu werden. Hat die Einrichtung
bis 100 senkrechte und waagerechte Leiterbahnen, was aus Gründen der ausreichenden
Übersichtlichkeit schwer darzustellen ist, so werden die Speicher um die Plätze
für eine weitere, einer zweiten Dezimalstelle entsprechende Tetrade erweitert.
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Die Umsetzung aus dem dezimalbinären Kode in den Lochstreifenkode
könnte unmittelbar in einer Kodematrix erfolgen. Die dargestellte Zwischenkodierung
in den dezimalen Kode hat außer einem geringeren Aufwand noch den Vorteil, daß über
die Kodematrix M3 vor der Übernahme des eigentlichen einer Position entsprechenden
Befehles die sogenannte
Adresse dieses Befehles von einem zentralen
Leitwerk LW dem Lochstreifen zugeführt werden kann. Dieses Leitwerk, das
von den Taktimpulsen des Taktgenerators TG beaufschlagt wird, steuert außerdem
die Umschalter U1 und U2 sowie die übernahme der Signale in die Speicher.
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Die aus den NOR-Schaltungen V1 ... Vlo aufgebaute logische
Schaltung kann bei -entsprechender Abwandlung auch durch andere Elemente,
z. B. durch UND-Glieder, realisiert werden.
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Die Übertragungseinrichtung gemäß der Erfindung ist gedacht zur Übernahme
und Abspeicherung von Positionswerten in numerischer Form. Der so entstandene Programmträger
kann je nach Art und Umfang der Steuerung etwa vorhandener Arbeitsmaschinen diese
unmittelbar steuern oder - insbesondere bei komplizierteren Steuerungen - auch als
Informationsträger für ein in besonderen Rechnern zu erstellendes Programm dienen.
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Neben der Einrichtung zur selbsttätigen Übertrageng von Positionswerten
auf einen Programmträger können noch weitere Felder sich kreuzender Leiterbahnen
vorgesehen sein, mit denen bestimmte Zeichen, z. B. Schaltungssymbole, selbsttätig
auf den Programmträger übertragen werden. In F i g. 3 ist eine derartige Anordnung
dargestellt. Das Positionsfeld A zur selbsttätigen Übertragung der Positionswerte
ist so aufgebaut, wie in F i g. 1 a . . . 1 d beschrieben. Ein zusätzliches Zeichenfeld
B enthält in den überdeckungsflächen von jeweils zwei sich kreuzenden Leiterbahnen
Schaltungssymbole (Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Dioden, Meßgeräte,
logische Elemente) oder Verbindungssymbole (Kreise, Geraden usw.). Die Anschlüsse
der Leiterbahnen Sll . . . S2, und Wll ... W1. sind wieder einerseits mit
nicht dargestellten NOR-Schaltungen, andererseits mit Leitungen verbunden, über
die von dem Taktgeber gegeneinander versetzte, das logische »0« und »L« darstellende
Takte zugeführt werden. Die Ausgänge der zusätzlichen NOR-Schaltungen gelangen wieder
über die Umschaltmatrix und den elektronischen Umschalter U1 auf besondere, nicht
dargestellte Speicher, von denen aus sie über den weiteren Umschalter U2 und die
Matrizen M2 und M3 auf die Verstärker V und die Lochstanzen PE gelangen.
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Der Wirkungsablauf bei Berührung des Zeichenfeldes B mit einem Zeichenstift
entspricht demjenigen der F i g. z. Berührt ein Stift also eines der mit Schaltungssymbolen
gekennzeichneten Felder, dann wird ein Kontakt zwischen zwei sich kreuzenden Leiterbahnen
hergestellt, der in eine bestimmte Lochkombination auf dem Lochstreifen umgesetzt
wird. Selbstverständlich können Zeichenfelder entsprechend Feld B der F i
g. 3 das mit A bezeichnete Positionsfeld auf allen Seiten umgeben. Eine Trennung
der Ausgänge der Felder A und B, wie sie gezeichnet ist, ist an sich
nicht erforderlich, sie erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit, falsche Signalkombinationen
und damit Fehler in besonderen Prüfeinrichtungen zu erkennen.
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Eine Zeichnung oder eine Leiterplatte kann nach der Ausführungsform
gemäß F i g. 3 so erstellt werden, daß ein Zeichner eine Skizze auf einer das Positionsfeld
A bedeckenden, entsprechend gerasterten Zeichenfläche macht, indem er zunächst mit
einem Zeichenstift eine Position auf dem Positionsfeld A vorgibt, dann ein Symbol
in dem Zeichenfeld B auswählt, das an dieser Stelle gezeichnet oder aus leitendem
Material herausgearbeitet werden soll, dann z. B. eine weitere Position vorgibt
und auf der Zeichenfläche den Verbindungsweg (z. B. Gerade) bezeichnet usw. Die
abgenommenen Daten werden in der geschilderten Art auf einen Lochstreifen übertragen,
auf dem damit außer Positionswerten auch die in der Elektrotechnik überwiegenden
Schaltungssymbole aufgebracht sind. Er kann dann in vorteilhafter Weise als Datenlieferant
für eine Großrechenmaschine dienen, die selbsttätig aus den Informationen ein auf
Lochstreifen oder Magnetband übertragbares Steuerprogramm für numerisch gesteuerte
Zeichen- oder Werkzeugmaschinen herstellt, mit deren Hilfe in beliebigem Maßstab
ein Schaltbild gezeichnet, eine Leiterplatte gefräst und gegebenenfalls bestückt
werden kann.
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Die Anordnung kann eine akustische oder optische Anzeigevorrichtung
aufweisen, die die Übernahme eines Signals auf den Programmträger, z. B. bei der
Steuerung eines Lochstreifens, anzeigt.