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Elektromechanische Einrichtung zur Aufnahme eines räumlichen Modells
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Einrichtung zur Aufnahme eines räumlichen
Modells und zur Übertragung der gewonnenen Werte auf einen Lochstreifen, eine Zeichnung
oder einen sonstigen Aufzeichnungsträger.
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Es ist bekannt, zum Festhalten der Koordinaten einer Zeichnung einen
Lochstreifen zu verwenden, so daß die Gestalt eines Modells durch die Lochungen
bestimmt wird, wobei diese Information unmittelbar in eine Werkzeugmaschine zur
Herstellung des Modells eingegeben werden kann. Liegt aber einmal ein Modell vor,
so läßt sich nicht ohne weiteres stufen, ob das hergestellte Modell genau der Konstruktionszeichnung
entspricht. Hierzu ist eine Einrichtung eUnScht, die umgekehrt die Gestalt des Modells
wieder in einen Lochstreifen überträgt, um zwischen dem Ausgangslochstreifen und
dem Pruflochstrifen vergleiche anstellen zu können.
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Häufig sollen auch Meßverte des Modells gewonnen werden, die den Abmesnngen
in einer schräg zur Basis des Modells verlaufenden
Ebene entsprechen.
Dies trifft z. B. für die erstellung einer Schablone zu, deren Umriß nicht dem Grundriß
des Modells entspricht. So muß zur Herstellung einer Matrize für den Kotflügel eines
traftfahrzeugs das Kotflügelmodell hinsichtlich der vertikalen und horizontalen
Fahrzeugachse gedreht werden, um die Pressung in der richtigen Weise ausführen zu
können. Es ist also erwünscht, die von einem Modell abgenommene Information über
die räumlichen Abmessungen so umzurechnen, daß sie unmittelbar zur Herstellung einer
Konstruktionszeichnung, einer Schablone oder dgl. in einer beliebigen Ebene dienen
kann. Hierbei empfiehlt es sich häufig, nicht den Umweg über einen Lochstreifen
zu nehmen, sondern die Zeichnung in der gewünschten Ebene oder den gewünschten Ebenen
unmittelbar mittels eines entsprechend gesteuerten Zeichengerät es vorzunehmen.
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Bei der Herstellung kleiner Gegenstände ist es häufig vorteilhaft,
von einem vergrößerten Modell desselben auszugehen, dessen Abmessungen genau bestimmt
werden können. In diesem Falle empfiehlt es sich, die gewonnene Information zunächst
auf Lochstreifen zu nehmen und dann auf den kleineren Maßstab umzurechnen. Das große
Modell wird von da an entbehrlich.
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Aufgabe der Br£indang ist die Schaffung einer Einrichtung zur Aufnahe
eines Modells, mit der die genannten und ähnliche Aufgaben der Praxis in einfacher
Weise selbsttätig bewältigt verden können.
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Die erindungsgemäße Einrichtung, die zur Lösung dieser Aufgabe
dient,
ist in den am Schluß beigefügten Ansprüchen beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel derselben wird nachstehend an Hand der Zeichnung
erläutert. Hierin sind: Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einrichtung, Fig. 2 ein Längsschnitt der Abtastvorrichtung, Fig. 3 eine Draufsicht
derselben, Fig. 4 ein Teilschnitt der zeichnerischen Ausgabevorrichtung längs der
Ebene 4-4-4 in Fig. 1, Fig. 5 eine Darstellung der getrieblichen Verbindung einer
der drei elektrischen Abnahmevorrichtungen, Fig. 6 die Darstellung einer Ausgabevorrichtung
und Fig. 7 ein Blockschaltbild der elektrischen Anlage.
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Zur Drehung der Zeichenebene wird erfindungsgemäß von der Vektoraddition
einander entsprechender Linien auf zwei zusammengehörigen Ansichten Gebrauch gemacht,
die auf den Ausdruck "# yi cos A # xj sin A", wobei A der Drehwinkel gegen die dritte
Ansicht des Ausgangskoordinatensystems ist, hinausläuft. Wenn eine Zeichenebene
um den Winkel A in der einen Ebene und um den Winkel B in einer dazu senkrechten
Ebene (Z-Ebene) gedreht wird, ergibt sich eine zusammengesetzte Drehung um eine
Zvischenachse nach der Formel zO sin B + (+ xi sin A + yi cos A) cos B.
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Diese Ausdrücke lassen sich ableiten durch Betrachtung der Abszisse
und Ordinate der Projektion eines Punktes, wobei die betreffende Zeichenebene durch
den Ursprung der Abszisse und der Ordinate verläuft und der Drehwinkel vom Grundriß
zu der Ordinate gerechnet wird. Die Vorzeichen der trigonometrischen Funktionen
hängen natürlich von dem Quadranten ab, in welchem die Zeichenebene liegt.
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Das gleiche läßt sich durch die folgenden drei Gleichungssysteme ausdrücken:
x = Xi cos A + Y1 sin A; xO = x cos B + z sin B; x = x cos B-zOsin B y= -x1 sin
A + Y1 cos A; yo = y ; y = yo Z = zj ; zO=-x sin B+z cos B ; z = xO sinB+zocos B
Hierbei bedeutet der Suffix i das Eingangssignal, während der Suffix o sich auf
das Ausgangssignal bezieht.
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Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist erfindungsgemäß eine Grundplatte 10 mit
einem ersten durch Schraubenspindeln 12 schwenkbaren Tisch 11 versehen, auf dem
ein zweiter schwenkbarer Tisch 13 mittels Schraubenspindeln 14 angebracht ist. Der
Tisch 13 trägt ein Modell 16 und die Grundplatte trägt zwei senkrechte eeitenwände
18, auf denen sich Laufschienen 19 befinden. Auf den Schienen 19 laufen Rollen 20,
die auf Achsen 21 eines Iängssupports 22 drehbar sind.
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Der Längssupport 22 besitzt seinerseits zwei in Querrichtung verlaufende
Schienen 24, auf denen Rollen 25 eines Quersupports 26
laufen. Der
Quersupport 26 trägt seinerseits einen vertikal verschiebbaren Tasterhalter 27,
an dessen unterem Ende ein Taster 28 befestigt ist.
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Ein perforiertes Stahlband 31 ist mit seinen Enden am Support 22 befestigt
und verläuft über Stifträder 32, deren Drehung der Längsbewegung des Tasters genau
entspricht. In gleicher Weise werden Stifträder 34 von einem Band 35 angetrieben,
dessen Enden am Quersupport 26 befestigt sind. Ferner greift eine am Tasterträger
27 angebrachte, genau bearbeitete Zahnstange 37 in ein Zahnrad 38, das vorzugsweise
federnde Zähne besitzt, um so das Zahnrad 38 bei Vertikalbewegungen des Tasters
28 zu verstellen. Die Drehung dieses Zahnrades stellt die Eingangsgröße zi dar.
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Von den Stifträdern 32 und 34 werden Drehmelder angetrieben, deren
Anordnung am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist. Sie zeigt die betriebliche Verbindung
der Drehmelder mit dem Sti£trad 32. Die Anordnung für das Stiftrad 34 ist entsprechend.
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Das Stiftrad 32 treibt ein Wechsel getriebe 41, so daß durch Ein-Stellung
des gleichen Übersetzungsverhältnisses in allen Wechselgetrieben eine gleichmäf3ige
Maßstabänderung durchgeführt werden kann. Die Abtriebswelle 42 des Wechselgetriebes
41 ist mit einem Komponentenzerleger 43 verbunden, der zwei Abtriebswellen 44 und
45 besitzt. Die eine Abtriebsvelie dreht sich um einen Betrag, der gleich dem Eingangswinkel,
multipliziert mit dem Cosinus einer bezugsgröße ist, srXhrend dle andere Abtriebiwelle
sich um den Bingangswinkel,
multipliziert mit dem Sinus der gleichen
Bezugsgröße dreht. Die Bezugsgröße wird durch einen einstellbaren Winkel A gegeben,
während die Eingangsgröße des Stiftrades 32 der Wert xi ist. Ebenso ergeben sich
abgeleitet von der Eingangsgröße yi des Stiftrades 34 die Ausgangswerte yi cos A
und yi sin A.
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Von den Abtriebswellen 44 und 45 werden Differentialdrehmelder 49
bzw. 50 angetrieben. Diese treiben über entsprechende Untersetzungsgetriebe 51 und
52 weitere Drehmelder 53 und 54, um so eine Fein- und Grobverstellung der elektrischen
Signale zu gewinnen. Die Signale werden derart addiert, daß sich Ausgangsgrößen
y = yi cos A - zi sin A und x = xi cos A + yi sin A (Fig. 7) ergeben.
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Eine etwas abweichende Anordnung gilt für den vertikal verschiebbaren
Taster, weil hier die Drehmelder 58 und 59 über ein Getriebe 41 unmittelbar von
der vertikalen Verschiebung des Tasters 28 verstellt werden. Die Drehmelder 58 und
59 sind wieder über eine Untersetzung 60 verbunden, um so Fein- und Grobanzeige
zu liefern. Wird die x-Achse durch den Taster gelegt, so ist die Ausgangsgröße der
letzteren Drehmelder gleich oder proportional der Größe xi - x.
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Bin instellgeber 61 verstellt zwei Binstellmotoren 62 und 63 über
Verstärker 64 und 65, sowie Schleifengeber 66 und 67, die sur Rückführung dienen.
Der Einstellgeber 61 bestimmt den ersten
Drehwinkel A und ist mit
einer entsprechenden Skala versehen.
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Der Einstellmotor 62 ist über den Schleifengeber 66 mit dem einen
Komponentenzerleger 43 verbunden. Der andere Komponentenzerleger 43 wird in gleicher
Weise von dem anderen Einstellmotor 63 mit der Bezugsgröße A versorgt. Ein Differentialgeber
69 ermöglicht eine geringe Verstellung des zweiten gomponentenzerlegers 43 zwecks
größerer Genauigkeit.
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In weicher Weise dient ein zweiter Einstellgeber 71 zur Voreinstellung
der Komponentenzerleger 72 und 73(Fig. 7) auf einen zweiten Drehwinkel B.
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Durch Anwendung der erwähnten Staffelung in Fein- und Grobverstellung
können die Größen x, y und z für alle Verschiebungen des Tasters innerhalb einer
einzigen Umdrehung der Drehmelder 53, 54 und 59 für die Grobverstellung gehalten
werden. Wenn der Bedienungsmann mit dem Taster ein Modell abtastet, werden also
durch die kombinierten Bewegungen des Tasterhalters, des Quersupports und des Längssupports
die Augenblickskoordinaten eines Punktes xi, yi und zi in feine und grobe elektrische
Signale x, y und z umgeformt, die einer Drehung der Abtastebene um einen Winkel
A um die Achse IX1-O-IX entsprechen.
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Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt einer zeichnerischen Ausgabevorrichtung
74, die sich über die ZeichenflAche 75 eines Zeichentisches 76 bewegt. Der Zeichentisch
76 weist zwei Lkngsschienen 77 auf, auf denen Rollen 78 eines Längsausgabewagens
79 laufen.
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Auf dem Ausgabewagen 79 sind zwei unabhängig angetriebene Querausgabewagen
80 auf Rollen 81 verschiebbar, die auf Schienen 82 des Wagens 79 laufen. Der Längswagen
wird z. B. vom Ausgangsservomotor 86 in Richtung x0 angetrieben, während die Querwagen
durch die Servomotoren 87 und 88 für die Richtungen y0 und zO verstellt werden.
In jedem Falle geschieht der Antrieb über ein Getriebe 89 (Fig. 7) auf Stifträder
91, die ein Lochband 90 mitnehmen. In gleicher Weise wie bei der Eingabe sind die
Lochbänder 90 über die Stifträder 91, tomponentenzerleger und Drehfeldgeber derart
gekoppelt, daß sie die Größen (xO cos B-ZO sin B), yO und (xO sin B + ZO cos B)
in elektrischen Spannungen in Fein-und Grobkanälen erzeugen.
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Wenn die Ausgabevorrichtung sich in ihrer richtigen Stellung befindet,
ergibt sich keine Differenz zwischen diesen Ausgangsgrößen und den Größen x, y und
z. Demgemäß ist der Eingabekanal für Feinverstellung elektrisch mit dem Ausgabekanal
für Feinverstellung verbunden, während der Eingabekanal für Grobverstellung elektrisch
mit dem Ausgabekanal für Grobverstellung verbunden ist.
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Tritt beispielsweise eine Differenz in der Größe z auf, so erscheint
eine Spannung an den Ausgängen der Drehmelder 94 und 95, die über das Getriebe 96
verbunden sind. Diese Spannungen werden einem Sektorschalter 97 oder dgl. zugeführt,
der die Amplitude der Abweichung im Grobkanal, d. h. die Ausgan.gsgröße des Drehmelders
95, mit einer Bezugsspannung vergleicht und die Abweichung auf einen Verstärker
99 gibt, wenn die Abweichung größer als die Bezugsspannung ist. Andernfalls verbindet
der Schalter 97 die
Abweichung im Feinkanal, die am Ausgang des
Drehmelders 94 auftritt, mit dem Verstärker 99. In ähnlicher Weise arbeiten die
beiden anderen Sektorschalter 100 und 101. Die Ausgangsgrößen der drei Verstärker
99 werden auf Motoren 86, 87 und 88 gegeben, die über entsprechende Vorgelege 89
die zugeordneten Stifträder 91 derart verdrehen, daß die Spannungsabweichungen verschwinden.
Wenn dies erreicht ist, haben die Ausgaberäder die übereinstimmende Lage mit den
Eingaberädern 32 und 43, sovie 38 erreicht.
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Mit den Ausgaberädern 91 sind über Getriete 107, 108 und 109 Codiervorrichtunjen
104, 105 und 106 verbunden. Die Ausgänge dieser Codiervorrichtungen sind mit einer
digitalen Anzeigetafel 110 verbunden, so daß in jedem Augenblick die abgetastete
Größe abgelesen werden kann, während die Ausgabespannung gleichzeitig auf ein Programmiergerät
111 gegeben wird. Das Programmiergerät enthält z. B. eine Reihe von Folgeschaltern,
die von Relais derart betätigt werden, daß sie Lochsignale für die Größen xo, y0
und zO erzeugen. Je nach der Art des verwendeten AuEzeichnungsträgers können natürlich
auch andere Analog-Digitalumsetzer verwendet werden.
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Die Ausgangsgröße des Programmiergeräts wird auf einen StreiBenlocher
112 gegeben, der seinerseits auf das Programmiergerät rückgekoppelt ist, um die
Lochungsfolge zu steuern. Ein Hilisgerät 113 ist wie üblich vorgesdhn, um Instruktionen
hinsichtlich eines parabolischen Anlaufs der Streifenlochvorrichtung und dgl. zu
geben.
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Zahlreiche Bauelemente der Schaltung nach Fig. 7 stimmen mit ein ander
überein. Nachstehend werden übereinstimmende Teile aufgezählt: Drehmelder 118 entspricht
Drehmelder 58 Getriebe 119 " Getriebe 60 Drehmelder 120 § Drehmelder 59 Drehmelder
121 H Drehmelder 94 Getriebe 122 Getriebe 96 Drehmelder 123 " Drehmelder 95 Differential-
Differentialgeber 124 n geber 50 Differential- Differentialgeber 125 " geber 50
Getriebe 126 n Getriebe 52 Differential- Differentialgeber 128 geber 54 Einstell-
Einstellmotor 130 " motor 62 Einstell- Einstell-Rotor 131 n motor 63 Differential-
Differentialgeber 132 " geber 69.
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Der Drehmelder 132 dient ähnlich wie der Drehmelder 69 zur Nachstellung
des Koordinatengleichlaufs.