DE1563691A1

DE1563691A1 - Kopiervorrichtung fuer Maschinen,insbesondere Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE1563691A1
Application number: DE19661563691
Authority: DE
Inventors: Blackwell Iii Francis O
Original assignee: Seneca Falls Machine Co
Current assignee: Seneca Falls Machine Co
Priority date: 1965-04-19
Filing date: 1966-04-19
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1563691B2; FR1476403A; CH457086A; GB1149845A; US3395282A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen P 15 63 691.6-14

zur Eingabe vom 22. Sept. 196 9 Sch. Name d. Anm. Seneca Palls Machine Co.

Kopiervorrichtung für Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen.

Die Erfindung betrifft eine Kopiervorrichtung für Maschinen, insbesondere für Werkzeugmaschinen.

Es ist eine Kopiervorrichtung für eine Präsmaschine bekannt, die aus einer sich drehenden von einem Elektromotor angetriebenen und auf die Kopiervorlage gerichteten Hohlwelle besteht, mit einer am oberen Ende der Hohlwelle angeordneten Photozelle, mit einer das untere Ende der Hohlwelle verschließenden und eine exzentrische öffnung aufweisenden Blende, mit einer Lichtquelle zum Ausleuchten der Kopiervorlage und mit an die Photozelle angeschlossenen Schaltungselementen zur Erzeugung von Stellsignalen für die Werkzeugmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Kopiervorrichtung zu verbessern. Insbesondere soll nicht mehr auf die Netzfrequenz als Bezugsfrequenz zurückgegriffen werden» Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Generator vor, dessen Rotor auf der rotierenden Hohlwelle montiert 1st, dessen Stator in dem die Hohlwelle aufnehmenden Gehäuse montiert ist und der zwei Wicklungen trägt, die an einen Eingang der Schaltungselemente angeschlossen sind. Durch die Anordnung des Generators auf der rotierenden Hohlwelle wird ein Synchronmotor überflüssig. Weiter wird die Frequenz des Generatorsignales unmittelbar proportional zu der Drehgeschwindigkeit, Als Ergebnis läßt sieh eine hohe Genauigkeit aufrechterhalten. Anstatt aleh auf die Ψerhält-

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nismäßig niedrige Netzfrequenz zu verlassen, läßt sich die Hohlwelle mit hoher Geschwindigkeit antreiben, was zu einer hohen Auflösung führt. Dies bedeutet, daß mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß* auf dem den Stator tragenden Gehäuse ein Schneckenrad sitzt, mit dem Schneckenrad eine Schnecke in Eingriff steht und diese von Hand verdrehbar ist. Hiermit erhält man die Möglichkeit, den Generator manuell voreinzustellen. Insbesondere kann man den Stator des generators relativ zu dessen Rotor verdrehen.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß die in der Hohlwelle angeordneten Photozelle in Abhängigkeit von der IBtastung der Kopiervorlage aufeinanderfolgende vorlaufende und nacheilende Impulse erzeugt, von den vorlaufenden Impulsen getriggerte Zeitsteuermittel vorgesehen sind, die die nachlaufenden Impulse zurückweisen, Tormittel durch Zeitsteuermittel gesteuert werden und auf die Signal-erzeugenden Mittel eine steuernde Punktion ausüben.

Erfindungsgemäß werden damit die nachlaufenden Impulse zurückgewiesen. Anderenfalls würde die Kopiervorrichtung sowohl auf die vorlaufenden wie auch auf die nachlaufenden Impulse ansprechen und damit sehr schnell in Schwingungen in entgegengesetzten Richtungen geraten. Dies liegt daran, daß die vorlaufenden bzw. die nachlaufenden Impulse jeweils Bewegungen in entgegengesetzter Richtung verursachen.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß die Zeitsteuer^ und Tormittel Mittel zum Zusammenfassen des erzeugten Signales und der Umkehrung dieses Signales aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der elektrischen Schaltung sieht die Erfindung vor, daß die Zeitsteuermittel von einem ersten Multivibrator gebildet werden, der von den vorlaufenden Impulsen jgetriggert wird, und Rückstellmittel, die seitlich so abgestimmt sind, daß sie die nachlaufenden Impulse zurückweisen, ein zweiter Multivibrator vorgesehen ist, der von dem ersten Multivibrator getr'Jggert wird, und Tormittel vorgesehen sind, die von dem zweiter! Multivibrator ^eslöuert werden» um. das erzeugte Signal -2-

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und dessen Umkehrung zusammenzufassen.

Weiter sieht die Erfindung vor, daß der zweite Multivibrator vor dem ersten Multivibrator zurückkäippt und Mittel vorgesehen sind, um die Zeitpunkte des Rückkippens des ersten und des zweiten Multivibrators wahlweise unabhängig vnneinander einzustellen»

Schließlich ist noch vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Kopiervorrichtung ohne Verstellung sowohl eine Kante als auch eine Linie abtasten kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kopiervorrichtung liegt darin, daß nicht nur die nacheilenden Impulse zurückgewiesen werden. Durch Ausblenden eines wesentlichen Anteiles der Drehbewegung, einschließlich des die nachlaufenden Impulse enthaltenen Anteiles, wird der Einfluß von Fremd- oder Störspannungen unterdrückt. Die Photozelle der Kopiervorrichtung spricht auf Kontraste an und damit auch auf Schmutz oder Verunreinigungen auf der Zeichnung, die gerade abgetastet wird. Hierdurch würden Impulse erzeugt, die ein Fehlverhalten der Vorrichtung bewirken würden. Die Schaltung der erfindungsgemäßen Kopiervorrichtung unterdrückt diese Impulse so daß ein Fehlverhalten vermieden wird.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführung weiter erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Anwendung bei einem Vertikalfräser.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Kopierkopf.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der fotoelektrischen Abtast- und Kopiersteuerschaltung.

Fig. 4 ist ein Schaltbild der Fotozellenanordnung.

Fig. 5 ist ein Schaltbild der Abtaststeuerung, der Impulsformung und weiterer Schaltmittel.

Fig. 6 ist ein Schaltbild der Tor- und Modulatorkreise.

Fig. 7 ist ein Schaubild mit der Darstellung verschiedener Spannungsformen über einer Zeitachse.

Fig. 1 zeigt einen Arbeitstisch 1, der an einem Rahmen 2 gelagert ist und sich in einer horizontalen Ebene entlang von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen verschieben läßt. Der Antrieb in der X- und in der Y-Richtung erfolgt durch Servomotore 3 und 4. Die Servomotore können Wechselstrom- oder Gleichstrom motore sein. Vorzugsweise handelt es sich um Motore mit mechanischer Kraftverstärkung, wie sie in der laufenden USA-Patentanmeldung Aktenzeichen 285.683 vom 5. Juni "©63 beschrieben werden.

Auf dem Arbeitstisch 1 ist ein Werkstück 5 befestigt. Dieses liegt unter einer Senkrecht-Fräsmaschine, die das Werkzeug 7 trägt. Dieses Werrkzeug 7 soll in das Werkstück 5 ein bestimmtes Muster einschneiden, wie es in der Umrißzeichnung 8 durch eine Linie 9 gezeigt wird. Auf dem Werkstück 5 wird der auszuführende Schnitt durch die Linie 9* angezeigt.

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Im gezeigten Beispiel bewegen sich der Arbeitstisch 1 und das Werkstück 5 relativ zu dem Werkzeug 7. Selbstverständlich kann man auch umgekehrt vorgehen. Die Umrißzeichnung 8 bewegt sich zusammen mit dem Arbeitstisch 1 relativ zu dem optischen Kopierkopf 10. Der Kopierkopf 10 enthält einen Teil des Kopiersystems. Am Rahmen 2 ist er mit einem Arm 11 befestigt. Der Kopierkopf 10 betätigt gemäß der nachzufahrenden Linie 9 eine Fotozellenanordnung 12. Die von dieser Fotozellenanordnung 12 abgegebene Spannung wird über eine Leitung 56 einer Steuerschaltung 14 zugeleitet. Die Steuerschaltung 14 liefert die Antriebsspannung für die Servomotore 3 und 4. Für die Bedienung ist ein Bedienungspult 15 vorgesehen, sowie ein Schalthebel 16, mit dem die Tischbewegungen von Hand gesteuert werden können.

OPTISCHER KOPIERKOPF

Wie Fig. 2 zeigt, enthält der optische Kopierkopf 10 ein rohrförmiges Gehäuse 17 von allgemein zylindrischer Form. Ein rotierendes optisches Rohr 18 ist in dem Gehäuse 17 in Lagern 19, 20 gelagert, die eine Drehung um die Gehäuseachse zulassen. An seinem unteren Ende trägt das Rohr 18 einen Abtastkopf mit einer Kappe 21 und einem Kragen 22, der auf das Rohr 18 aufgeschoben werden kann. Ein in einer Umfangsnute des Kragens liegender Ring 23 hält die Kappe 21 im Schnappsitz auf dem Rohr 18. Der Abtastkopf enthält noch ein Rohrstück 24, das in das Rohr 18 eingesteckt ist und durch eine Endwand 25 abgeschlossen wird. Die Endwand 25 enthält eine öffnung 26, die in einer Linie mit einer in der Kappe 21 vorgesehenen weiteren öffnung 27 liegt. In der öffnung 27 befindet sich eine Linse 28. Die Öffnungen 26 und 27 und damit auch die Linse 28 sind gegenüber der Drehachse des Rohres 18 versetzt. Sie liegen somit exzentrisch und beschreiben damit bei einer Drehung des Rohres 18 einen Kreis.

An seinem oberen Ende wird das Rohr 18 durch ein Rohrstück 29 abgeschlossen» das in das Rohr 18 eingesteckt ist. Das Rohrstück 29 seinerseits wird an seinen beiden Enden durch Stopfen 30 verschlossen, die in der Drehachse des Rohres 18 liegende öffnungen 31 aufweisen.

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An Stelle von vom Kopierkopf 10 getragenen Lichtquellen, die die Umrißzeichnung 8 ausleuchten würden, könnte diese auch von unten ausgeleuchtet bzw. durchleuchtet werden.

Ein rohrförmig-zylindrischer Lichtschirm 41 ist; am unteren Ende des Kopierkopfes 10 befestigt. In einem Schlitz 42 des Lichtschirmes 41 sitzt eine Klemmschraube 43, mit der der Lichtschirm 41 vertikal verschieblich festgeklemmt wird. Der Lichtschirm 41 vermeidet die Einwirkung von Fremdlicht. Ebenso bildet er einen Reflektor, der die Ausleuchtung der Umrißzeichnung 8 verstärkt.

Der Stator 32 des Antriebsmotors sitzt mit enger Passung in dem Gehäuse 17 und enthält eine Büchse 36 und eine Endwand 37. Eine Abstandshülse 44 sitzt zwischen dem Rotor 35 und d?m unteren Lager 20. Dadurch wird das Rohr 18 im Kopierkopf 10 an dessen Ende gehalten.

Zur Durchführung der Zuleitungen für die Lichtquellen 40 sind im Gehäuse 17, im Teil 38, in der Buchse 36 und in der Endwand 37 Bohrungen 45 vorgesehen.

An seinem oberen Ende wird das Gehäuse 17 durch einen Ring 46 abgeschlossen, der auf einer Schulter am Ende des Gehäuses 17 auf sitzt und durch eine Kappe 47 abgedeckt wird. Die Kappe hat ein hülsenförmiges Ende 48, mit dem sie in den Sockel 48» der Fotozellenanordnung 12 eingeschoben wird. Dadurch wird eine präzise Ausrichtung des Rohres 18, der Öffnungen 31 und der Eintrittsöffnung der Fotozellenanordnung 12 gewährleistet.

Das obere Ende des Rohres 18 wird durch den Stopfen 30 verschlossen, der die Öffnung 31 aufweist. Mit dem Stopfen 30 wird Fremdlicht abgehalten. Die Öffnungen 31 haben einen solchen Durchmeaser, daß sie nur eine unmittelbare Beleuchtung durch die öffnungen 26 und 27 aufnehmen und durchlassen. Der Ausdruck Beleuchtung ist relativ zu verstehen. Dagegen wird eine Beleuchtung durch ;' Licht verhindert, das von der Innenwand des Rohre« 18 reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht würde zu Störungen Anlaß geben.

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Auch eine andere Lichtabschirmung ist denkbar. Ebenso könnte man die Innenwand des Rohres 18 behandeln, um damit eine Reflexion zu vermeiden.

Zur anfänglichen Ausrichtung und zur Voreinstellung, was im folgenden noch beschrieben wird, werden das Gehäuse 17 und der Generatorstator 34 relativ zu dem Arm 11 und der Umrißzeichnung 8 gedreht, wobei der Kopierkopf 10 in bezug auf die ffotozellenan-Ordnung 12 schon zusammengesetzt ist. Diese Drehung erfolgt mit einem auf dem Gehäuse 17 befestigten Schneckenrad 175, in das eine Schnecke 176 eingreixt, die in einem von dem Arm 11 gehaltenen Lagerring 177 gelagert ist. Ein Lagerring 178 trägt die Fotozellenanordnung 12 zur Drehung mit dem Kopierkopf 10. Bei einer Drehung des Handrades 179 wird die Schnecke 176 angetrieben und dreht das Gehäuse 17 und den Generatorstator 34. Dadurch wird der Generatorstator 34 relativ zu dem permanentmagnetischen Rotor 35 eingestellt. Relativ zu der exzentrischen Abtastöffnung 37 steht der Rotor 35 fest. Der Motor 32, 33 ist ein Induktionsmotor, der eine solche Relatiwerstellung zuläßt.

ALLGEMEINE SCHALTUNGSBESCHREIBUMG

Gemäß Fig. 3 enthält die Fotozellenanordnung 12 eine übliche lichtempfindliche elektronische Vorrichtung. Im gezeigten Beispiel ist dies eine Vervielfacherröhre 50. Die Vervielfacherröhre 50 ist relativ zu dem Kopierkopf 10 so angeordnet, daß durch die öffnungen 31 durchtretende Lithtimpulse auf die Kathode 51 auftreffen. An der Anode 52 entstehen Ausgangsimpulse. Die Vervielfacherröhre 50 wird von einer Spannungsquelle 53 gespeist.

Die Impulse der Anode 52 werden über eine Leitung 54 einer Emitterfolgestufe 55 zugeleitet, die die Vervielfacherröhre 50 vom übrigen Teil der Steuerschaltung isoliert und die gewünschte Belastung der Röhre bewirkt. Dies wird im folgenden beschrieben.

Die Ausgangsspannung der Emitterfolgestufe 55 wird über eine Leitung 56 einer Kopierschaltersteuerung 57 zugeleitet, die einen

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Teil einer Steuerschaltung 58 bildet. Von der Kopierschaltersteuerung 57 läuft das Signal über eine Leitung 59 zu einem Schmidt-Trigger 60, in dem die Impulse so geformt werden, daß.sie eine steile Anstiegsflanke erhalten.

Der Ausgang des Schmidt-Triggers 60 ist über eine Leitung 61 mit der ersten Flip-rFlop-Stufe 62 eines Multivibrators verbunden. Die Funktion der Flip-Flop-Stufe 62 liegt darin, Impulse mit nachlaufenden Kanten zurückzustoßen, wie dies noch beschrieben werden Wird. Die erste Flip-Flop-Stufe 62 bildet weiter noch ein Betatigungssignal, das über eine Leitung 63 einer Schaltung 64 zugeführt wird, die ein Relais 65 steuert. Das Relais 65 betätigt einen Schalter 66. Dieser ist so geschaltet, daß er mehrere Funktionen ausführt: Anschalten einer Lichtquelle 13(Fig. 1) zur visuellen Anzeige, daß der Kopierkopf 10 der abzutastenden Linie folgt; Abs dialten des Antriebs, wenn sich der Kopierkopf 10 nicht mehr auf der abzutastenden Linie befindet; und andere Funktionen. Eine zweite Flip-Flop-Stufe 67 bildet einen zweiten Impuls, der in einem Abstand von etwa 180° von dem Impuls mit der vorlaufenden Kante liegt, der die erste Flip-Flop-Stufe 62 triggerte.

Die Ausgangsimpulse der zweiten Flip-Flop-Stufe 67 werden über Leitungen 68 und 69 in Stufenform den Verstärkern 70 und 71 zugeleitet, die von üblicher Bauart sind. Die verstärkten Signale werden über Leitungen 72 und 73 einer Tast- und Modulatorsteuerschaltung 74 zugeleitet, wo sie zum Tasten der Ausgangssignale der senkrecht aufeinanderstehenden Wicklungen 34, 34' des Kopierkopfgenerators verwendet werden. Sie dienen dann zur Steuerung der Servomotore 3 und 4.

Das Ausgangssignal der Wicklung 34 wird über Leitungen 75 und 76 einem für diese Achse vorgesehenen Diodenschalter 77 zugeleitet. Das Ausgangssignal der anderen Wicklung 34' wird über Leitungen 78 und 79 einem für diese Achse vorgesehenen Diodenschalter 80 zugeleitet. Die Diodenschalter 77 und 78 werden vom Multivibrator über die Leitungen 72, 73, 81 und 82 gesteuert. Die Ausgangssignale der betreffenden Diodenschalter werden den Modulatoren

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83 und 84 über Tiefpaßfilter 85 zugeleitet. Diese bilden Gleichspannungssignale, die der gewünschten Geschwindigkeit proportional sind und eine Polarität aufweisen, die der gewünschten Bewegungsrichtung entlang den betreffenden Achsen entspricht. Die modulierten Signale werden in dem Verstärker 86 verstärkt und über Leitungen 87 und 88 und zusammengekoppelte Potentiometer und 90, mit denen die Vorschubgeschwindigkeit gesteuert wird, Leitungen 91 und 92 zugeführt, an die die Servomotore 3 und 4 angeschlossen sind.

Wenn es sich bei den Servomotoren um Gleichspannungsmotore handelt, können die Modulatoren weggelassen und die von den Diodenschaltern 77 und 78 gebildeten Gleichspannungssignale über die Filter 85 und die Verstärker 86 unmittelbar den Antrieben zugeführt werden.

SCHALTUNGSEINZELHEITEN

Gemäß Fig. 4 ist die Vervielfacherröhre 50 an eine Stromversorgung angeschlossen, die einen Aufwärtstransformator 95 und einen Gleichrichter 96 enthält. Über eine konventionelle Filterschaltung mit Kondensatoren 97 und Widerständen 98 wird die gleichgerichtete Spannung der Kathode 51 und den verschiedenen Elektroden zugeführt. Die Spannungsversorgung 53 enthält auch noch einen Widerstand 99, der mit dem Gleichrichter 96 in Reihe liegt. Die Ausgangsspannung der Röhre 50 wird der Emitterfolgestufe über einen Widerstand 100 und ein Potentiometer 101 zugeleitet. Das Potentiometer 101 bildet damit ein Mittel, um die gesamte Anordnung an verschiedene Betriebsbedingungen hinsichtlich des Kontrastes der Umrißzeichnung 8 anzupassen.

Die Emitterfolgestufe ^ erfüllt eine Trennfunktion. Die Fotozellenanordnung wird von dem übrigen Teil der Schaltung abgetrennt, während gleichzeitig die von der Fotozellenanordnung abgegebenen Signale den Steuerschaltungen zugeführt werden»

Über einen Kondensator 102 wird das an dem Potentiometer 101 ab-

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gegriffene Signal zwei Transistoren 103 und 104 zugeführt, die von einer nicht gezeigten Spannungsquelle gespeist werden. Die Transistoren sind gemäß Darlington geschaltet und haben einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen sehr niedrigen Ausgangswiderstand. Sie ermöglichen eine recht wesentliche Leistungsverstärkung des Eingangssignales, ohne daß die Impulshöhe dabei beeinflußt wird.

Die Emitterfolgestufe 55 enthält eine Rückkopplung mit dem Kondensator 105 und dem Widerstand 106. Hierdurch ergibt sich der gewünschte hohe Eingangswiderstand. Mit den Widerständen 107 und 108 wird die Vorspannung für die Transistoren 103 und 104 erzeugt. Ein Siebkondensator 109 und ein an Masse angeschlossener Widerstand 110 vervollständigen die Schaltung.

Die Ausgangsspannung der Emitterfolgestufe 55 wird über einen Kondensator 111 und eine Leitung 56 abgenommen und der in Fig. gezeigten Schaltung zugeführt. Diese Schaltung bildet einen Teil der Kopierschaltersteuerung 57. Diese Schaltung enthält einen Transistor 112, dessen Basis an die Leitung 56 angeschlossen ist. Sowohl der Kollektor als auch der Emitter des Transistors 112 sind an Lastwiderstände 113 angeschlossen. Die über die Leitun gen 114 und 115 abgenommenen Ausgangssignale sind in ihrer Größe gleich und in ihrer Polarität entgegengesetzt. Die Widerstände 116 bestimmen den Betriebspunkt des Widerstandes 112. Die Ausgangssignale werden über die Koppelkondensatoren 117 und den Schaltern8 dem Eingang des Schmidt-Triggers 60 zugeführt.

Die komplementären Impulse entgegengesetzter Polarität und der Schalter 118 sind vorgesehen, um dem Schmidt-Trigger 60 einen negativen Eingangsimpuls zuzuleiten. Nur ein solcher Impuls wird vom Schmidt-Trigger angenommen, unabhängig davon, ob der optische Kopierkopf eine helle Linie auf einem dunklen Hintergrund abtastet. Zur gleichmäßigen Belastung des Transistors 112 ist noch ein Massewiderstand 119 vorgesehen.

Der Schmü-Trlgger 60 ist von konventioneller Bauart. Seine Funk-

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tion liegt darin, die gezackten und verhältnismäßig schwachen Eingangsimpulse zu formen und einen Ausgangsimpuls zu bilden, der eine scharf begrenzte Anstiegsflanke aufweist, wie es in der Zeichnung deutlich gezeigt wird. Da Schaltungen für Schmidt-Trigger allgemein bekannt sind, sind Einzelheiten in der Zeichnung weggelassen. Ein Belastungswiderstand 120 ist vorgesehen, ebenso wie ein Massewiderstand 121.

Der Ausgang des Schmidt-Triggers 60 ist über einen Koppelkondensator 122, eine Sperrdiode 123 und eine Leitung 61 an die erste Flip-Flop-Stufe 62 angeschlossen, womit der Transistor 124 ab- und der Transistor 125 angeschaltet wird. Ein Anschalten des Transistors 125 erzeugt auf der Leitung 126 einen negativen Spannungsanstieg, wobei der Transistor 127 abgeschaltet und der Transistor 128 in der zweiten Flip-Flop-Stufe 67 angeschaltet wird. Ein Anschalten oder Kippen der zweiten Flip-Flop-Stufe 67 in der eben beschriebenen Weise löst das Zurückkippen aus. Die zeitliche Folge läßt sich mit dem Potentiometer 129 einstellen. Auf gleiche Weise bewirkt ein Kippen der ersten Flip-Flop-Stufe 62 ein Zurückkippen, dessen zeitliche Folge mit dem Potentiometer 130 eingestellt werden kann. Vor dem Zurückkippen der ersten Flip-Flop-Stufe 62 ist diese gegenüber den über die Leitung 61 zugeführten Impulsen unempfindlich. Das Potentiometer 130 wird so eingestellt, daß die erste Flip-Flop-Stufe 62 unmittelbar nach einem Impuls mit nachlaufender Kante und vor dem folgenden Impuls mit vorlaufender Kante zurückkippt. Die Ausdrücke "vorlaufend" und "nachlaufend" beziehen sich dabei auf die Richtung der Bewegung des Kopierkopfes 10 über die Linie 9, s. Fig. 1. Zum Bei. spiel kann das Potentiometer 130 so eingestellt werden, daß die Stufe 62 etwa 300° nach dem Schneiden der vorlaufenden Kante der Linie 9 zurückkippt„ Das Potentiometer 129 wird so eingestellt, daß die Stufe 67 etwa 18o° nach dem Schneiden der vorlaufenden Kante der Linie 9 zurückkippt. Theoretisch würde die Stufe bei 180° vom Schnittpunkt mit der vorlaufenden Kante der Linie zurückkippen. Falls jedoch tatsächlich die Linie im Unterschied zu der vorlaufenden Kante der Linie nachgefahren werden soll, ist im allgemeinen eine Versteilung von 180° erforderlich«,

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ORIGINAL IWSPECTEO

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Wie bereits beschrieben, werden die Ausgangssignale der Flip-Flop-Stufe 67 über die Verstärker 70, 71 und die Leitungen 72, den Diodentorschaltungen zugeführt. Die Diodentorschaltungen 77 und 80 sind miteinander identisch, ebenso wie die Modulatoren 83 und 84."Darum wird jeweils nur eine dieser Schaltungen besprochen. Gemäß Fig. 6 enthält die Diodentorschaltung 77 zwei Erdungsnetzwerke, die gegeneinandergeschaltet sind und in der dargestellten Ausführung je zwei Widerstände 132 und ein Potentiometer 133 enthalten, die mit Sperrdioden 134 und 135 in Reihe liegen. Die Dioden 135 und 134 sind gegeneinandergeschaltet. Bei einem bestimmten Spannungsabfall zwischen den Leitungen 81 und 82 wird daher nur eins der beiden Erdungsnetzwerke leitend. Die Wicklung 34 des Generatorstators ist mit ihren beiden Enden an die beiden Erdungsnetzwerke angeschlossen, so daß in jedem Zeitaugenblick nur ein Ende der Wicklung 34 an Masse liegt.

Auf gleiche Weise ist die Wicklung 34^f des Generatorstators über die Torschaltung 80 geerdet.

Beim Zurückkippen der zweiten Flip-Flop-Stufe 67 wird die Polarität des Spannungsabfalls zwischen den Leitungen 81 und 82 umgedreht. Die Spannung hat demnach die eine Polarität, wenn der Flip-Flop 67 durch den Triggerimpuls in der einen Richtung gekippt wird, und die andere Polarität, wenn der Flip-Flop 67 etwa 180° später sich selbst zurückkippt.

Eine Erdung des Generatorfeldes 34 über eines der Erdtungsnetzwerke ermöglicht, daß das Ausgangssignal dieser Wicklung über die Leitung 136, den Widerstand 137 und den Glättungskondensator 85 weitergegeben wird. Die anschließende Erdung der Feldwicklung 34 über das andere Erdungsnetzwerk bewirkt, daß die Umkehr des erzeugten Signales über die Leitung 136 übertragen wird. In dem Filternetzwerk 85 wird ein Durchschnittswert dieser Signale gebildet. Es entsteht eine Gleichspannung, die über die Leitung

138 der Mittelanzapfung der Primärwicklung eines Transformators

139 zugeleitet wird. Ein Basisspannungssignal, das die gleiche Größe wie die an den Potentiometern 133 abgenommene Spannung hat,

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in diesem Fall 6 V, wird von einer geeigneten Quelle über die Lei -tung 140 der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung eines Transformators 141 zugeleitet. Der Spannungsunterschied zwischen diesen Signalen (d. h. den auf den Leitungen 138 und 140) ist der Vorschubgeschwindigkeit entlang der X-Achse (im Fall der Torschaltung 77» der Y-Achse im Fall der Torschaltung 80) proportional. Die Polarität der Spannung gibt die Bewegungsrichtung an.

Die vorstehende Betriebsweise wird grafisch in Fig. 7 gezeigt. Der Teil A zeigt die von der Vervielfacherröhre 50 abgegebenen Impulse. Abwechselnd werden Impulse 145 und 146 mit vorlaufender und nachlaufender Kante gezeigt. Teil B zeigt den Impuls in der ersten Flip-Flop-Stufe 62. Dieser Impuls 147 wird durch den Impuls 145 mit der vorlaufenden Kante getriggert. Er hält zeitlich bis nach dem Impuls 146 an, so daß dieser von der Torschaltung zurückgehalten wird.

Teil C von Fig. 7 zeigt die Impulse 148 und 149 der zweiten Flip-Flop-Stufe 67. Der Impuls 148 wird durch den Impuls 147 der ersten Flip-Flop-Stufe 62 ausgelöst. Der Impuls 149 erscheint etwa 180° später als durch das Rückstellpotentiometer 129 vorgegeben wird. Teil D zeigt die Spannungsform am Punkt D in Fig. 6, während Teil E die Spannungsform am Punkt E in Fig. 6 zeigt. Die erstere wird als Impuls 150 und die letztere als Impuls 151 dargestellt. Die AusgangsSpannung der Generätorwicklung 34 wird in Teil F als Spannungswelle 152 gezeigt. Die umgedrehte Spannung wird bei 153 gezeigt.

Man ersieht darauf, daß der Spannungsimpuls 150 das Generatorausgangssignal 152 und der Impuls 151 das umgekehrte Signal 153 auslöst. Abhängig von dem Zeitpunkt, an dem dies erfolgt, erhält man einen Durchschnitts-Gleichspannungswert 154. Bei einem Vergleich dieser Spannung mit der Bezugsspannung, wie sie durch das Potentiometer 133 vorgegeben wird, ist sie der Vorschubgeschwindigkeit proportional. Fig. 7 erläutert die Betriebsweise für einen Vorschub entlang der X-Achse, der gleich dem Vorschub entlang der Y-Achse 1st. Dadurch entsteht eine Bewegung unter einem Winkel von 45°.

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Der Transformator 141 wird über einen Strombegrenzungswiderstand 142 von einer geeigneten (nicht dargestellten) Wechselspannungsquelle gespeist. Am Ausgang des Transformators 139 läßt sich demnach ein moduliertes Antriebssignal abgreifen, das der angezeigten Vorschubgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung entlang der jeweiligen Achse entspricht. Dieses Signal wird im Verstärker 86 (Fig. 3) verstärkt und dem Servomotor für die betreffende Achse zugeleitet. Bei Verwendung von Gleichspannungsmotoren können die Modulatoren 83 und 84 weggelassen werden.

Die Flip-Flop-Stufen 62 und 67 sind mit Ausnahme der Relativeinstellung der Rückstellfunktion identisch. Jede enthält einen üblichen Multivibrator mit einem Transistor 156. Bei Sperren des Transistors 124 lädt sich der Kondensator 157 über das Potentiometer 130. Beim Zünden des Transistors 156 entsteht am Widerstand 158 ein Impuls, der über Dioden 159 der Basis des Transistors 125 zugeleitet wird. Dadurch wird dieser abgeschaltet und die Schaltung in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Lastwiderstände 160, Vorspannungswiderstände 161 und Erdungswiderstände 161 und 162 sind zusammen mit Filterkondensatoren 163 vorgesehen, ebenso wie ein Temperaturausgleichswiderstand 164. Funktion und Betriebsweise dieser Teile sind bekannt und eine weitere Erläuterung ist daher nicht nötig.

Die Flip-Flop-Stufen sind über eine Leitung 126, einen Koppelkondensator 165 und eine Sperrdiode 166 verbunden. Ein Erdungswiderstand 167 ist ebenso vorgesehen. Die erste Flip-Flop-Stufe 62 ist mit der Schaltung 64 über die Leitung 168, den Widerstand 169 und über einen Transistor 170 verbunden, dessen Arbeitspunkt durch einen Vorspannungswiderstand 171 bestimmt wird. Das Relais 65 wird von dem Transistor 170 gesteuert. Die Charakteristik des Relais 65 und seine Steuerschaltung, zu der die Sperrdiode 180 gehört, bewirken, daß das Relais 65 erregt bleibt, solange wie die erste Flip-Flop-Stufe 62 aus ist. Die Stufe 62 ist aus, wenn sie zurückgekippt ist. Dies wird so eingestellt, daß es nach de« nacheilenden Impuls erfolgt, wodurch dieser zurUckgewiesea wird.

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Das Steuerpult 15 enthält handbetätigte und automatische Start- und Stop-Steuerungen. Der Schalthebel 16 ist so in die Schaltung eingebaut, daß er eine Handbetätigung des Arbeitstisches 1 ermöglicht.

Die Erfindung betrifft somit ein fotoelektrisches Abtast- und Kopiersystem für die Steuerung einer Maschine, mit der sowohl ein linien- als auch ein kantenförmiges Muster wiedergegeben werden kann. Zum Antrieb des rotierenden Kopfes ist für das optische Meßsystem kein Synchronmotor erforderlich. Die Netzfrequenz dient nicht als Benzugsfrequenz. Stattdessen ist der Generator unmittelbar an das rotierende Abtastelement angeschlossen, um von diesem angetrieben zu werden. Die Frequenz des Generatorsignales hat daher einen unmittelbaren Zusammenhang mit der -Drehgeschwindigkeit. Als Ergebnis läßt sich eine hohe Genauigkeit aufrechterhalten. Anstatt sich auf die verhältnismäßig niedrige Netzfrequenz zu verlassen, läßt sich das optische Rohr mit höheren Geschwindigkeiten antreiben, was zu einem weit höheren Informationsgrad führt, wodurch ein genaues Abtasten bei sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten möglich wird.

Vorspannungsverstellungen sind möglich. Hierzu wird die Lage der Generatorausgangswicklungen relativ zu dem abzutastenden Muster verstellt. Auch der Kopierkopf läßt sich mühelos abnehmen und durch einen Kopierkopf ersetzen, dessen Einblicköffnung einen anderen Abstand von der Drehachse hat, so daß ein größerer oder kleinerer Kreis beschrieben wird.

Tatsächlich wird eine Kante der Linie nachgefahren, da die Anordnung als Triggerimpuls den Schnittpunkt des Kopierkopfes mit einer Kante der Linie verwendet, wobei der folgende Impuls zurück gewiesen wird. Falls zum Beispiel die Mitte der Linie 9 nachgefahren werden soll statt der vorlaufenden Kante der Linie 9, so läßt sich dies durch Einstellen der Rückstellzeit in der Stufe 67 erreichen. Eine unendlich feine Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit ist möglich. Schwierige Formen lassen sich genau nachfahren. Auch scharfe Ecken mit Richtungsänderungen von mehr

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als 90° können kopiert werden. Rechtwinklige Ecken lassen sich mit hoher Geschwindigkeit und Kurven können glatt nachgefahren werden. Am Ende der Linie wird die Anordnung ihre Richtung
schnell umkehren und die Linie automatisch entlang der anderen Kante nachfahren.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen P 15 63 691*6-14 zur Eingabe vom "}9. Juni 19Ö9 VA. Name d. Anm. SENECA FALLS HACHINE COMPANY P ATENTAN S P R Ü CH E

1. Kopiervorrichtung für Maschinen, insbesondere für Werkzeugmaschinen, bestehend aus einer sich drehenden von einem Elektromotor angetriebenen und auf die Kopiervorlage gerichteten Hohlwelle, mit einer am oberen Ende der Hohlwelle angeordneten Fotozelle, mit einer das untere Ende der Hohlwelle verschließenden und eine exzentrische öffnung aufweisenden Blende, mit einer Lichtquelle zum Ausleuchten der Kopiervorlage, und mit an die Fotozelle angeschlossenen Schaltungselementen zur Erzeugung von Stellsignalen für die Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch einen Generator (34, 35), dessen Rotor (35) auf der Hohlwelle (18) montiert ist, dessen Stator (34) in dem die Hohlwelle (.18) aufnehmenden Gehäuse (17) montiert ist und eine Wicklung (34) und eine Wicklung (34·) trägt, und die Wicklungen (34, 34') an einem Eingang der Schaltungselemente angeschlossen sind.

2. Kopiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem den Stator (34) tragenden Gehäuse (17) ein Schneckenrad (175) sitzt, mit dem Schneckenrad (175) eine Schnecke (176) in Eingriff steht und diese von Hand verdrehbar ist·

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozelle (5Q) in Abhängigkeit von der Abtastung der Kopiervorlag· (9) aufeinanderfolgend· vorlaufende und nacheilende Impulse erzeugt, von den vorlaufenden Impulsen getrig- gerte Zeitsteuermittel (62) vorgesehen sind, die die nachlau fenden impulse zurückweisen. Tormittel durch Zeitittuermitttl

S 62/5 ^H&üe Unterlagen (Art 711 au.. 2 Nr. ι w*i 3 *·. JntonmmM*mn -16-

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gesteuert werden und auf die Signal-erzeugenden Mittel eine steuernde Funktion ausüben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuer- und Tormittel Mittel zum Zusammenfassen des erzeugten Signales und der Umkehrung dieses Signales aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuermittel (62) von einem ersten Multivibrator gebildet werden, der von den vorlaufenden Impulsen getriggert wird, und Rückstellmittel, die zeitlich so abgestimmt sind, daß sie die nachlaufenden Impulse zurückweisen, ein zweiter Multivibrator (67) vorgesehen ist, der von dem ersten Multivibrator (62) getriggert wird, und Tormittel vorgesehen sind, die von dem zweiten Multivibrator (67) gesteuert werden, um das erzeugte Signal und dessen Umkehrung zusammenzufassen.

6· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Multivibrator (67) vor dem ersten Multivibrator (62) zurückkippt und Mittel vorgesehen sind, um die Zeitpunkte des Rückkippens des ersten und des zweiten Multivibrators wahlweise unabhängig voneinander einzustellen.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ohne Verstellung sowohl eine Kante als auch eine Linie abtasten kann.

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