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einer ,lerks-t@..ick"latte nach Beil 1ionturen einer Zeichnurlö
sind in ver@:chiedenenusf@ährunen bekannt. Das Abtasten der zieichnunL- erfolgt
beisl)iels,,,-eise durch eine fotoelektriscllc: Steuerun-, bai @::telcher ein Lichtpunkt
h;#lfti auf oine scil:rarze ichenkante mit einer die ichtung bestiiiiinellden Vorverle-;unL
projeziert wird. yine Fotozelle im Abtastkopf erfaßt den reflektierten Lichtwert
una gibt d s Signal auf einen Verstärker, der ausäarigseitig einen '3tellmotor speist.
'L,.;L"it der ,:lotor,velle ist ein Dreh"-randler mechanisch gekuppelt, welcher
eine Zerle;un, der Drehbe:-jej#uilg in z"";ei elektrische Ä7orn>ollenten voriii:.-@iit.
Die eine Komponente liefert eine .;ecils°l:@;y@alln@iil@;, @lelc'ile ..ich iliit
Uem Sinus des ..C#,.'?torverdrehungs@jink#,lo <-..iridert, "<ährenu die andere
Koinp#)nente eine dem Cosinus des -Dreh-::inkels ents-y)recherlde Sl)arlrun,# abc,*"ib-t:
Die beiden SI)ailulieli vierden ph-_isenei:i")fin(-lich leich@ericiltct uild steuern
je oiiie @tromricfaereizästal'e fUr je einen Antriebsi:iotor der Ldn@;s- und wuerbe"-re#;ung.
dafür sorgt, daß der Lichtfleck seine "halb schwarz - halb ideiß"-Stellung
beibehält.
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Bine solche Anordnung ist relativ aufwendig und liL..t den üroßen
ldüchteil, daß die fär die Steuerung der Antriebsmotoren erforderlichen sin-cos-Sollwertspannun
,en über denr@r:@eg einer mechanischen Drehbewebung des Drelzaalidler s durch den
Stellmotor von den elehtrischen Ausgan gsderten der Fotozelle mittels des Fotoskopverstl:;.rkers
Geronnen ..,erden 1.:asen. 1@:chtf,ili; ist auch die daß nicht nur der Drehaandler,
sondern auch die Potoskopoptik riit ihrer Vorlaufblende nach der Laufrichtung mitgedreht
;,erden müssen.
Weiterhin ist es bekannt, als Tastkopf ein sogenanntes Vidicon
zu verwenden. Dabei werden die Komponenten unter Inkaufnahme eines erheblichen Aufwandes
nicht fotoelektrisch, sondern. elektrisch ermittelt, wobei Sinus- und Gosinus-Spannungen
dadurch geschaffen werden, daß immer dann, wenn der Abtaststrahl das Bild der Kurve
überstreicht, ein Impuls erzeugt wird und daß die Zage der Impulse in bezug zur
Ablenkspannung ausgewertet wird. Somit bilden bei dieser Ausführung die aufgenommenen
Impulse erst nachträglich die Komponenten. Bei einer Einrichtung zur Auswertung
von Radarbildern ist eine Fotozelle mit vier Sektoren bekannt. Die so gebildeten
vier elektrischen Schichtquadranten sind aber elektrisch getrennt und es ist ein
umlaufender Schalter mit vier Segmenten vorgesehen, von denen je eines der Fotozelle
zugeordnet ist, so daß ein umlaufender Schaltarm eine aufeinanderfolgende
Ab-
durchführt. Dabei werden verschiedene Beaufschlagungen der Quadranten
durch einen exzentrischen Lichtfleok spannungsmäßig abgetastet. Diese bekannte Einrichtung
arbeitet mit-dem umlaufenden Schaltarm elektromechanisch. Diese Ausführung eignet
sich nicht für Koordinatenantriebe, die mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten,
zumal bei dieser"bekannten Ausführung keine fortlaufende Auswertung entsprechend
einem Linienverlauf von einer Zeichnung stattfindet, sondern einzelne Meßwerte aneinandergereiht
werden, deren Abstand von der Zeit abhängt, mit der der Schaltarm umläuft.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fotozellensteuerurig zu schaffen, bei
der die Sollwert-Komponenten auf fotoelektrischem gelte erzeugt werden und in der
Teile sowie mechanische Stehgrößen vermieden sind, wobei ein einfacher Aufbau beabsichtigt
ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zelle feststehend
-angeordnet ist und die Sektoren der in an sich bekannter Weise in wenigstens vier
Sektoren aufgeteilten Zelle elektrisch zusammengeschaltet sind und die Sollwert-Komponenten
unmittelbar auf fotoelektrischem ;lege liefern. Durch die Zusammenschaltung der
Sektoren ist eine unmittelbare fotoelektrische Auswertung ohne Zwischenschaltung
mechanischer Glieder möglich. Dabei entfällt gemäß vergleichbaren bekannten Ausführungen
der Fotoskopverstärker mit seinem Stellmotor, dem Tachodynamo, dem Untersetzungsgetriebe
und der mechanische Drehwandler. Auch die Optik braucht nicht mehr nachgedreht zu
werden. Der auf den Bildwandler übertragene Lichtfleck wird elektronisch so verarbeitet,
daß an den Antriebsmotoren des Längs- und Querantriebs die gewünschte Drehzahl und
Drehrichtung entsteht..
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Durch diese unmittelbare Steuerung fallen auch alle störenden Trägheitsmomente,
welche bisher die Höhe der Vorsehubgesehwindigkeiten begrenzen, fort, so daß nur
noch die Ankerträgheitsmomente der Antriebsmotoren die Umsteuerzeiten bestimmen.
. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die im Fotoskop
angeordnete
Fotozelle undrehbar bzw. in der Dreheinstellung gegenüber einem Wagen festetellbar
vorgesehen und liefert gleichzeitig eine Steuerkomponente für die Mi.ttensymmetrieregler
für beide Koordinatenachsen. Unter Verwendung einer kreisförmig ausgeführten fotoelektrischen
Zelle sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung eine Schaltung der vier Sektoren als
Vierfachstern vor.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere mit
einer kreisförmig ausgeführten fotoelektrischen Zelle, zeichnet sich die Erfindung
dadurch aus, daß die vier Sektoren an sich und paarweise in Reihenschaltung angeordnet
sind, wobei diese Reihenschaltung an einen Transformator mit Mittelabgriff angeschlossen
ist und zwei.Zweige der Reihenschaltung als Brückenzweige vorgesehen sind.
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Bei der Ausführung als Vierfachstern sind vorteilhaft sich einander
gegenüberliegende Sektoren an einen Transformator mit Mittelabgriff angeschlossen.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß als Koordinatenmotoren
sogenannte Linearmotoren mit einer entsprechenden Umkehr- und Geschwindigkeitssteuerung
vorgesehen sind in die die Istgeschwindigkeit über optische oder magnetische Maßstäbe
in die Anordnung einführbar ist. Dabei entfallen auch Ritzel und Zahnstangen und
der Koordinatenantrieb ist nur noch von dem Trägheitsmoment des Längs- und
Querwagens
abhängig. Auch di'e Bildung des Drehzahl-Istwertes fü,r jede Koordinate kann durch
bereits bekannte optische oder magnetische Abtastgeräte erfolgen, so daß man auch
auf die Tachodynamos beider goordinatenantriebe verzichten kann. Die Erfindung wird
im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung
dargestellt sind. In dieser zeigen: Fig. 1 ein Schaltschema einer Regeleinrichtung
und eine Antriebssteuerung wie sie bisher bekannt ist; Fig. 2 eine gegenüber der
Figur 1 erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung; Fig. 3 eine schematische Ansicht
eines Bildwandlers und 4 und Funktionsskizzen für dessen Wirkung; Fig. 5 .entsprechende
Darstellungen wie in den Fig, und 6 3 und 4, jedoch aber eine andere Ausführungsform
für einen Bildwandler. In den Zeichnungen sind sich entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen sind weitgehend schematisch gehalten,
so daß sie zur Vermeidung von unübersichtlichen Darstellungen lediglich die für
das Verständnis der Funktion erforderlichen Teile besitzen.
Die
Figur 1 zeigt ein soz;eiianntes Fotoskop 1, welches in einem Koordinatenantrieb
in zwei Richtungen beweglichen ';lagen angeordnet ist. Die Xoordinaten sind durch
die Zahnstangen 2, 3 verdeutlicht, in welche Ritzel 4,5 eingreifen. Entweder werden
zum Antrieb von Kreuzschlittenwagen die Zahnstangen 2,3 in Richtung der eingezeichneten
XY-Achsen angetrieben oder die Zahnstangen sind fest angeordnet, so daß sich dann
die betreffenden Wagen des Kreuzschlittensystems reit den angetriebenen Ritzeln
4,5 bewegen. Solche Ausf'ihrungen sind bekannt und daher nicht näher beschrieben.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Ritzel 4, 5 jeweils über ein Getriebe
6, 7 mit einem Antriebsmotor, dem sogenannten Koordinatenmotor 8, 9, in Verbindung
stehen, und daß auf der -Delle dieses ivlotors zugleich Tachometerdynamos 10, 11
angeordnet sind, welche eine bestimmte Leistung über Zeitungen 12, 13 in eine Regeleinrichtung
zurückspeisen. Die lwlotoren 8, 9 werden über die Leitungen 14, 15 gespeist. Der
oder die erwähnten Wagen, welche das Fotos kop tragen, Nerden durch die erwähnten
Koordinaten antriebsmittel über eine Zeichnung gefahren, welche beispielsweise eine
Kontur, gegebenenfalls einen Strich 16 hat. Die Lichtquelle ist mit 19 bezeichnet
und wird über eine Anschlußleitung 20 durch den Fotoverstärker 21 gespeist. Das
Fotoskop enthält optische, d.h. l,inseneinrichtunGen 21., 22 und Blenden 23.
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Der Lichtfleck 17 wird auf die ringförmibe Fotozelle 18 abgebildet.
Der
Fatozellenstrom wird im sogenannten Fotoskopverstä,rker 21 , bestehend aus einem
Vorverstärker 24 und einer Umkehrstromrichterendstufe 25 in einer Ein;#änGsbrUckenschaltung
so abgeglichen, daß bei der Blendenstellung "halb weiß -halb schwarz" am Verstärkerausgang
die Spannung ilull herrscht. Die Umkehrendstufe speist einen Gleichstromstellmotor
26, der seinerseits über ein Untersetzungsgetriebe 27 die Optik mit einer Vorlaufblende,
welche die ;Iarschrichtung angibt, sowie einen Drehwandler 28 verstellt. `@"lird
die I,Iittelstellung des Lichtflecks durch eine Richtungsänderuns; der Zeichenkontur
gestört, so gelangt an den Verstärkereingang eine von der Größe der Abweichung proportionale
Spannung, die je nach der Abweichungsrichtung ein positives oder negatives Vorzeichen
arinirunt. Der Stellmotor läuft somit in der entsprechenden Drehrichtung mit einer
der Abweichung entsl;rechenden Drehzahl an und kommt erst wieder zur Ruhe, wenn
Uber den Koordinateriantrieb der Lichtfleck seine Ausgangsstellung "halb schwarz
- halb weiß" wieder eingenoi:-Lmen hat.
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Zur Dämpfung dieses Regelvorganges ist mit der `lelle des Stellmotors
26 ein Tourendynamo 29 gekuppelt, der eine der Lrehzahl des Antriebsmotors proportionale
Spannung abgibt, die bei R ich-tunz-,-,uinkehr des Stellmotors ihre Polarität entsprechend
ändert. Die Tachodynainospannung wird als Dämpfung in den Ein,#;äng des Fotoskopverätärkers
21 zuriickgeführt und bewirkt ein :jchnelles Abklingen der Eingangschwingungen am
Verst:irkereingang beim Ausregeln einer vorgegebenen Störgröße.
Die
während der Zeichnuni;sabtastung sich laufend ändernde Stellung des Lichtfleckes
wird über den Stellmotor auf den' Drehwandler 28 übertragen. Der Rotor des Drehwandlers
wird ' einphasig aus dem Sollwertgeber 30, dessen Spannung zur Festlegung der Vorschubgeschwindigkeit
stufenlos über einen Abgriff 31 einstellbar ist, erregt. Der Sollwertgeber 30 wird
ebenso wie der Fotoskopverstärker 21 aus einem Netzanschluß 32, 33 gespeist.
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In die beiden um 90o versetzten Ständerwicklungen 34, 35 induziert
der Rotor 36 des Drehriomentwandlers 28 je eine Wechselspannung, die sich bei der
Lrehung des Rotors dem Betrage nach in der einen Wicklung mit @lem Sinus und in
der anderen ;'iicklung mit dem Cosinus des Verdrehungswinkels ändern. Diese beiden
Spannungskomponenten geben den Sollwert für die Drehzahl und Drehrichtung der zugehörigen
Umkehrantriebe (37, 38) für die Längsbewegung (Y-Achse) und die Querbewegung (Z.-Achse).
Diese vom Drehwandler abgegebene Sollwertspannung wird zuerst, wie symbolisch dargestellt
ist, phasenempfindlich gleichgerichtet und steuert dann in einem .Regelverstärker
mit Soll-Istwertvergleich als veränderliche Gitterspannung den Zündeinsatz eiües
Umkehrstromrichters mit Thyratron- oder Thyristorenbestückung. Die Antriebsmotoren
J,9 sind freniüerreete Gleichstrommotoren, deren Dreirichtung und Drehzahl kontinuierlich
unibesteuert derden können. Die Tachodynamos
10, 11 führen eine
der tatsächlichen Gaschwindit3keit proportionalen Spannung -als Ist-3ert in den
jeweiligen ReGelverstärker des Umkehrantriebs zurUch. Durch Soll-Ist".,ertver...leich
im Regelverstärker wird die von der Laufrichtung uriabhängige gleichbleibende resultierende
Vorschubgeschwindi-keit des Koordinatenantriebs erzielt.
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Die Erfindung; ":ird nun anhand der Figur 2 erläutert. Soweit die
seile übereinstimmen, sind sie mit @,leichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich
eine Beschreibung erübrigt. Gemäß Figur 2 ist beispielsweise ein Fotoskop 39 auf
dem nicht dargestellten C4uerviägen eines Kreuzschlittens,rsteins angeordnet. Dieses
fotoskop besitzt in einem Gehäuse 40 ein :Linsensystem 41, eine Blendenanordnunö
42 und eine Spezialfotozelle 43, die auch als Bildwandler b2zeichnet
Die vom Bildwandler 43 abgegebenEnsin/cos-Signale werden jeweils
einem Umsetzer 85, 86, einem für jede Komponente,zugeführt und dort mit einer Steuergröße
gemischt, welche aus dem Soll-Istwertgeber 87 geliefert wird. In diesen wird ein
einstellbarer Sollwert für die Vorsohubgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Drehzahl,
gemessen von den Tachodynamos 10, 11 derart verglichen, daß das Ausgangssignal,welches
der Soll-Istwert -:,,leger an den Umsetzer 85, 86 gibt, bereits die Soll-Istwertkorrektur
für die Drehzahl enthält. Diese der Solldrehzahl proportionale Steuerspannung wird
im Umsetzer 85, 86 mit dem vom Bildwandler gelieferten Sinus- bzw. Cosinus-Signal;
welches vorwiegend die Marschrichtung bestimmt, derart gemischt, daß ein endgültiges
Steuersignal, welches in der Amplitude die Drehzahl und in der %#'Tinkellage die
Drehrichtung angibt, am Verstärker 88, 47 zur Verfügung steht. Zur Dämpfung des
Regelungsvorganges liefern die Tachodynamos 10, 11 an die Verstärker 88, 47 eine
drehzahl- und drehrichtungsabhängige Spannung g welche in üblicher Weise eingefügt
wird. Bevor die verstärkte Steuerspannung den Urnkehrstromrichtern 48, 49, die über
Energieanschlüsse 50, 51 gespeist werden und dem zugehörigen Antriebsmotor 8 zugeführt
,,rird, muß noch eine Steuergröße eingefügt werden, welche - ebenfalls an der Bildwandlerzelle
abgenoiümen - in den sogenannten Symmetrierreglern 52, 53 dafür sorgt, daß die Littensymmetrie
des Lichtflecks während der Bewegung gewahrt wird, d.h. ,
daß der
Lichtfleck immer in eine symmetrisch gleich große schwarze wie weiße Hälfte aufgeteilt
bleibt. Wären diese Symmetrieregler für jede Bewegungsachse nicht vorhanden, dann
könnte der Lichtfleck nicht auf der Zeichnung gehalten werden und es entstände auf
der Bildwandlerzelle 43 keine symmetrische Hell-Dunkel-Aufteilung und damit erhielte
die Steuerung keine einwandfreien sin/cos-Komponenten. Nunmehr wird anhand der Figuren
3 bis 6 der Bildwandler 43 beschrieben, und zwar in einer Ausführungsform. Beispielsweise
kann man zur Umwandlung eines Lichtfleckes in eine sin/cos Komponente das in der
Fernsehtechnik bekannte Vidicon verwenden, das mit einer entsprechenden Abtastelektronik
versehen, jedoch relativ aufwendig wird. Eine wesentlich einfachere Lösung zeigen
die Fig. 3 bis 6. Verwendet wird eine kreisförmige Fotozelle, vorteilhaft eine Selen-
oder Siliziumzelle. Es können jedoch auch Cadmium-Sulfid-Fotowiderstände in entsprechender
Anordnung verwendet werden. die die Fig. 3 zeigt, wird die Fotozelle in vier Sektoren
54 bis 57 geteilt, die elektrisch hintereinander geschaltet werden. Die Anschlüsse
sind mit 58, 59 und die,Verbindungen mit 60, 61 bzw. 62 bezeichnet. An die Anschlüsse
58, 59 wird ein Transformator 91 angeschlossen, der an eine
Spannungsquelle
90 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung , hat einen Mittelabgriff 89 und in der
Reihenschaltung ist in der Verbindung entsprechend ein Mittelabgriff 63 vorgesehen,
so daß an den Anschlüssen 64, 65 eine Brückenspannung abgenommen werden kann, die
bei einer halbkreisförmigen mittensymmetrischen Beleuchtung bei Drehung des Halbkreises
sich mit einer dreieckförmigen Sinusfunktion ändert. Die Wirkungsweise geht im einzelnen
aus der Fig. 4 hervor, in welcher die Abhängigkeit von der Drehbewegung des Halbkreises
dargestellt ist. In der folgenden Erläuterung anhand der Figuren 4a bis i sind die
Spannungsrichtungen in den einzelnen Sektoren jeweils durch Pfeile angegeben.
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In Fig. 4a heben sich die beiden Spannungen der beleuchteten Fläche
zu Null auf. In Fig. 4b entsteht die halbe Spannung in positiver Richtung. Die beiden
äußeren Achtelsektoren heben sich auf, da die Spannung hier gebensinnig gerichtet
ist. In Fig. 40 ist die volle Spannung erreicht, die bei Stellung Fig. 4d wieder
auf die Hälfte zurückgeht. In Fig. 4e wird der Nullpunkt erreicht, Fig. 4f zeigt
den halben negativen Wert, Fig. 4g das negative Maximum, Fig. 4h den negativen Halbwert
und Fig. 4i den Nullpunkt und den Ausgangspunkt der Betrachtung. Die Kurvenform
kann mit an sich bekannten Siebgliedern rein sinusförmig gestaltet werden. Auch
ist es bekanntlich möglich, aus einer sinusförmigen Spannung elektrisch
eine nach dem Cosinus-Gesetz verlaufende Spannung abzuleiten. Wird
dafür gesorgt, daß die Reflektion der abzutastenden
Zeichenkante
als wittensymmetrische Teilung des Halbkreises auf die Vierfachzelle abgebildet
wird, dann ist die Aufgabe, aus dem Lichtfleck direkt die sin/cos-Komponente zu
gewinnen, gelöst.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung. Verwendet wird die gleiche Zelle,
deren Sektoren 66, 67, 68, 69 jedoch durch Mittelverbindungen 70 zu einem Vierfach-Stern
mit gemeinsamen Mittelpunkt geschaltet sind. Die sich gegenüberliegenden Sektoren
66, 68 bzw. 67, 69 sind jeweils an eine Sekundärwicklung 71, 72 eines Transformators
73, 74 angeschlossen, die von einer Energiequelle 75, 76 gespeist werden. An den
Sekundärwicklungen befinden sich Mittelabgriffe 77, 78, die zu Anschlüssen 79, 80
führen, denen entsprechende Anschlüsse 81, 82 zugeordnet sind, die vom Mittelpunkt
70 abgeführt sind. Zwischen dem Zellenmittelpunkt und dem je,aeiligen Transformatormittelpunkt
entstellt an den Kleiunen 80 und 82 eine sinusförmig verlaufende Spannung und an
den Klemmen 79 und 81 eine entsprechende cosinus-Komponente. Die ;irkungsjieise
erläutert die Fig. 6a bis i. Die ausgesteuerte Kurvenform ist theoretisch trapezförinig.
In ':Eirklichkeit verschleifen sich die 'Gerte und können finit bekannten L"itteln
zu einer Sinusform korrigiert werden. Im Punkt a der Fig. 6 hat die cosinus-Komponente
das negative Maximum, während die beiden belichteten Achtelstücke 83, 84 für die
Sinusfunktion sich zu lull aufheben, Bei Fig. 6b sind beide
Komponenten
gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.
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Im Punkt Fig. 6c ist der Cosinus Null geworden, der Sinuswert liegt
im positiven Maximum.. In Fig. 6d ist der Cosinuswert auf das positive Maximum angestiegen
und bleibt dort gemäß Fig. 6e und 6f, während die Sinusfunktion in Fig. 6e Null
geworden ist und in Fig. 6f das negative Maximum erreicht. In Fig. 6g ist der Cosinuswert
wieder Null und erreicht in Fig. 6h das negative Maximum und in Fig. 6i ist der
Sinuswert auf Null abgeklungen und hat den Ausgangspunkt der Betrachtung wieder
erreicht.
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Die Figuren 4 und 6 zeigen eine Drehung jeweils um 360o, so daß erkennbar
ist, daß tatsächlich alle Steuerbedingungen erfaßt werden. Wird, wie schon ausgeführt,
die Kurvenform der von der Vierfachzelle gesteuerten, an der Brücke abgegebenen
trapezförmigen Spannung entsprechend-gefiltert, dann stehen die benötigten sin/cos-Werte
für die Steuerung des Längs- und Quermotors zur Verfügung. Die gleiche Vierfachzelle
liefert außerdem die Steuerspannung für den Mittensymmetrieregler der X- und Y-Achse,
welcher dafür sorgt, daß der Lichtfleck mittensymmetrisch auf der Zeichenkante geführt
wird. Damit ist der Regelkreis geschlossen und die Anordnung in der Lage, jede beliebige
Kurvenform abzutasten und zu reproduzieren.