DE1943217A1

DE1943217A1 - Digital-Umsetzer mit einem kraftangetriebenen Einstellorgan

Info

Publication number: DE1943217A1
Application number: DE19691943217
Authority: DE
Inventors: Blake Dale Glendon; Gerber Heinz Joseph
Original assignee: Gerber Scientific Instrument Co
Current assignee: Gerber Systems Corp
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1969-08-20
Publication date: 1970-09-03
Also published as: JPS493013B1; FR2031015A5; US3553842A; GB1234887A; DE1943217B2

Description

Digital-Umsetzer mit einem kraftangetrieben en Einstellorgan

Die Erfindung bezieht sich auf als X-Y-Koordinaten-Umsetzer bezeichnete Geräte, die zur Übertragung von Linien, Umrandungen oder anderen graphischen Merkmalen einer Karte, Zeichnung, graphischen Darstellung oder von anderen derartigen bildlichen Darstellungen oder Graphiken dienen, um die Informationen zur Verwendung durch einen Rechner oder eine andere Datenverarbeitungsmaschine zur koordinieren. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges Gerät, bei dem ein Fadenkreuz oder Einstellorgan von Hand entlang einer digital darzustellenden Linie oder Umrandung bewegt wird, mit dem ein kraftangetriebenes Nachführantriebssystem verbunden ist, um die zur Bewegung und Einstellung des Fadenkreuzes notwendige Kraft zu vermindern*

Bisher hatten von Hand zu bedienende Umsetzer ein Einstellorgan, das von der Bedienungsperson ergriffen und entlang der betreffenden Linie oder Umrandung geführt wurde. Ein solches Einstellorgan ist an Schlitten o. dgl. Teilen, die in der X- und Y-Hichtung relativ zu einer gegebenen Arbeitsfläche beweg-

009 8 3 6/1754

bar sind, befestigt ,um eine Bewegung zu jedem Punkt dieser Fläche zu erlauben, und es ist daher, wenn das Einstellorgan bewegt wird, notwendig, um eine solche Bewegung zu erreichen, dass die Schlitten oder anderen tragenden Teile ebenfalls bewegt werden. Im Ifall von sehr grossen Umsetzern ist die tragende Einrichtung notwendigerweise recht gross und trotz aller Bemühungen, ihr Gewicht und die Reibung zwischen den beweglichen Teilen herabzumindern, ist eine beträchtliche Kraft zum Erreichen der gewünschten Bewegung ^ notwendig, die am Einstellorgan aufgebracht werden muss, Das ist nicht nur für die Bedienungsperson ermüdend, sondern mächt es auch schwierig, das Einstellorgan in passende Übereinstimmung mit der zu digitalisierenden äusseren Form zu bringen, so dass demzufolge der Digitalisiervorgang langsam, ermüdend und oftmals weniger genau, als erwünscht, ist.

Die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen digitalen Umsetzer zu schaffen, bei dem das Fadenkreuz oder ein anderes Ein stellorgan von Hand mit einem sehr geringen Kraftaufwand bewegt werden kann, wodurch ein schnelleres und genaueres Digitalisieren mit allen-P falls geringer Ermüdung der Bedienungsperson erreicht wird. Die Bewegungseinrichtung gemäss der Erfindung für das Fadenkreuz ist von besonderem Vorteil bei Verwendung an relativ grossen Umsetzern, bei welchen das Problem der Bewegung des Fadenkreuzes bisher besondere Schwierigkeiten bereitet hat, jedoch ist die Anwendung dieses Systems nicht auf derart grosse Umsetzer beschränkt und es kann mit bedeutendem Erfolg auch bei kleineren Umsetzern angewendet werden.

Im allgemeinen besteht die Erfindung ""irr einem X-T-Koor- ' dinaten-Digital-Umsetzer, der eine Arbeitsfläche zur Aufnahme eines Papierbogens o. dgl. hat, auf welchem eine .zu digitalisierende Linie oder Umrandung angebracht ist,

009836/1754

und der ein Fadenkreuz oder ein anderes Einstellorgan hat, das in der X- und Y-Eichtung über die Arbeitsfläche bewegbar ist, tot es entlang der zu digitalisierenden Linie oder Umrandung zu fuhren bzw. zu.jedem Punkt dieser Linie zu bringen. Das Fadenkreuz ist an zwei Seilzügen angebracht, die sich, je in der X- und Y-Richtung erstrecken. Jeder Seilzug ist mit seinem einen Ende an dem Fadenkreuz befestigt, während sein anderes Ende auf eine entlang der Kante der Arbeitsfläche angeordnete Trommel gewickelt ist. Die Trommel ist federbelastet oder steht in anderer Weise unter dem Einfluss einer Kraft, so dass sie bestrebt ist, den zugehörigen Seilzug aufzuspulen und das Fadenkreuz zu sich 1t»t> zu ziehen, wenn auf dieses keine manuelle Kraft aufgebracht wird. Die Trommel ist in einem Schlitten aufgenommen, der entlang einer Kante der Arbeitsfläche in einer senkrecht zum Seilzug liegenden Sichtung bewegbar ist. Ein motorisches Antriebssystem ist für den Antrieb eines jeden Schlittens entlang der jeweiligen Kante der Arbeitsfläche vorgesehen und jedes Antriebssystem ist von der Bewegung des Seilzuges des anderen Schlittens abhängig, so dass die Schlitten mit dem Fadenkreuz ausgerichtet oder fluchtend bleiben. Wenn z.B. das Fadenkreuz in der X-Richtung bewegt wird, so wird der in der X-Richtung sich erstreckende Seilzug von seiner Trommel ab- oder auf diese aufgewickelt und es wird eine Einrichtung verwendet, die in Abhängigkeit von dieser Bewegung des Seilzuges die Arbeitsweise des Antriebsmotors für den anderen Schlitten steuert, so dass der andere Schlitten mit dem Fadenkreuz ausgerichtet bleibt, wobei der in der Y-Richtung sich erstreckende Seilzug rechtwinklig zu dem in der X-Richtung sich erstreckenden Seilzug gehalten wird. Mit den beiden Trommeln oder den beiden Schlitten verbundene Kodiergeräte liefern dann die gewünschte Ausgangsinformation.

Ein digitaler X-X-Umsetzer mit einer in gegebenen X- und Y-Koordinafcen sich erstreckenden Arbeitsfläche zur Auf-

000836/1754

nähme eines ein digital darzustellendes Merkmal aufweisenden. Gegenstandes ist im "besonderen gekennzeichnet durch, ein von Hand über die Arbeitsfläche, in den X- und Y-Koordinatenrich- -tungen bewegbares Einstellorgan, durch einen entlang einer Kante der Arbeitsfläche in der X-Koordinatenrichtung bewegbaren, ersten Schlitten, durch einen entlang der anderen Kante der Arbeitsfläche in der Y-Koordinatenrichtung 'bewegbaren zweiten Sehlitten, durch einen mit einem ersten Motor ausgestatteten Antrieb für die Bewegung des ersten Schlittens in der X-Eichtung, durch einen mit einem zweiten Motor ausgestatteten Antrieb für die Bewegung des zweiten Schlittens in der Y-Eichtung, durch einen mit dem zweiten Schlitten verbundenen X-Seilzug,' der mit seinem einen Ende an dem Einstellorgan (Fadenkreuz) befestigt ist und sich von da aus in der X-Eichtung zu dem zweiten Schlitten erstreckt, welcher eine Einrichtung (Trommel) zur Aufnahme eines Teiles des X-Sedlzuges und zum Abrollen dieses Seilzuges, wenn das Einstellorgan in der X-Eichtung vom zweiten Schlitten weg, sowie zum Aufrollen des X-Seilzuges, wenn das Einstellorgan in der X-Eichtung auf den zweiten Schlitten zu bewegt wird, enthält, durch einen mit dem ersten Schlitten verbundenen Y-Seilzug,, dessen eines Ende an dem Einstellorgan befestigt ist und der sich von da aus in der Y-Eichtung auf den ersten Schlitten hin erstreckt, welcher eine Einrichtung (Trommel) zur Aufnahme-eines Teiles des Y-Seilzuges und für dessen Abrollen, wenn das Einstellorgan in der Y-Eichtung vom ersten Schlitten weg, sowie zum Aufrollen des Y-Seilzuges, wenn das Einstellorgan in der Y-Eichtung auf den ersten Schlitten zu bewegt wird, enthält, durch Einrichtungen (mechanischer und elektrischer Art) zur Steuerung der Energiezufuhr zum ersten Motor in Abhängigkeit vom Auf- und Abrollen des X-Seilzuges und durch Einrichtungen (mechanischer und elektrischer Art) zur Steuerung der Energiezufuhr zum zweiten Motor in Abhängigkeit vom Ab- und Aufrollen des Y-Seilzuges.

QO 9836/17 54

Weitere Merkmale und besondere erfxndungswesentliehe Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines digitalen Umsetzers gemäss der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer teilweise abgebrochen gezeichneten, perspektivischen Ansicht einen Teil des digitalen Umsetzers der Fig. 1.

Fig.-3 zeigt schematisch in einem Diagramm das Antriebsund Steuersystem des Umsetzers der Fig. 1.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines digitalen Umsetzers gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen lotrechten Schnitt entlang der Linie 5-5 in der Fig. 4.

Wig« 6 zeigt schematisch das Antriebs- und Steuersystem des digitalen Umsetzers nach der Fig. 4.

Anhand der Fig. i bis 3 wird zunächst ein Ausführungsbeispiel gemäs.3 der Erfindung beschrieben. Der digitale Umsetzer ist in !''ig. 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Er hat einen Auflagetlach oder oiüe Planscheibe 12_S die eine ebene Arbeitsfläche 14 zum Auflegen eines Papierbogens oder ähnlichen Gegenstandes, der eine digital darzustellende Linie oder Umrandung aufiijfcj üiägb-, Im gezeigten Beispiel ist dieser Gegenstand ein

00 98 36/1754 ■ _f

1343217

Diagrammblatt 16 mit einer digital darzustellenden Linie oder Kurve 18. Das Blatt 16 kann auf der Arbeitsfläche durch geeignete Mittel gehalten werden, z.B. kann auf die Unterseite des Blattes ein Vakuum einwirken, so dass das Blatt 16 durch den Atmosphären druck auf der Arbeitsfläche 14· gehalten wird. Der Auf lagetiscli 12 kann in einer vertikalen, in einer horizontalen oder in irgendeiner geneigten Ebene ausgerichtet sein und er ist im Fall grosser Umsetzer normalerweise in einer geneigten, nahezu vertikalen Ebene während des Digitalisierens angeordnet.

Zur Durchführung des Digitalisiervorganges hat der digitale Umsetzer 10 nach Fig. 1 ein Einstellorgan in Form eines Fadenkreuzes 20 mit einem sich in einem gegebenen Anzeige- oder Einstellpunkt schneidenden Haarkreuz. Beim Digitalisieren wird der Einstellpunkt des Fadenkreuzes 20 von Punkt zu Punkt entlang der Linie 18 geführt, indem das Fadenkreuz erfasst und bewegt wird. An dem Fadenkreuz sind zwei sich längs erstreckende und flexible Elemente 22, 24· befestigt. Diese Elemente bestehen aus Schnur-Kabelseil, Drahtseil α. dgl. bzw. können sie aus Werkstoffen dieser Art bestehen und sie werden nachstehend der Einfachheit halber als "Seilzüge" bezeichnet, worunt^öT>" im weiten Sinn irgendein geeignetes flexibles Teil zu verstehen ist. Oer Seilzug 22 ist an seinem rechtsseitigen Ende am Fadenkreuz 20 "befestigt und erstreckt sich in der X-Richtung zu einem zugeordneten, längs dex* linksseitigen Kante des "Auflagetisches 12 angeordneten Schlitten 26 hin. Da sich dieser Seilzug 22 in der X-Richtung erstreckt, wird er nachstehend als "X-Seilzug" bezeichnet«, Der andere Seilzug 24- ist mib seinem unteren Ende am Fadenkreuz 20 befestigt und erstreckt sich aufwärts in der X-Richtung zu einem weiteren Schlitten 28_S der entlang der Oberkante des Auflagetisches 12 angeordnet ist. Da dieser· Seilzug 24· sich in der Y-Richtung erstreckt, wird er nachstehend als "!-Seilzug" bezeichnete

00983 6/17 5 4

Der Schlitten 26 ist durch eine führungsschiene 30 und eine Leitspindel 32 entlang der linksseitigen Kante des Auflagetisches 12 in der Y-Hichtung beweglich geführt. Die Leitspindel 32 wird, um den Schlitten 26 in der Y-Eichtung zu bewegen, durch einen !zugeordneten Motor 34- gedreht. Mit der Leitspindel 32 ist ferner ein Potentiometer 36 verbunden, das bezüglich der Winkelverstellung der Leitspindel 32 und damit bezüglich der Y-Stellung des Schlittens 26 - für einen später noch zu erklärenden Zweck ein Signal gibt. In ähnlicher Weise ist der Schlitten 28 entlang der Oberkante des Auflagetisches 12 durch eine weitere Führungsschiene 38 und eine Leitspindel 40 in der X-Eichtung beweglich geführt. Die Leitspindel 40 wird durch einen zugeordneten Motor 4-2 gedreht und bewegt so den Schlitten 28. Ein Potentiometer 44 ist mit der Leitspindel 4-0 verbunden, um bezüglich deren Wxnkelver st ellung - und damit bezüglich der X-Stellung des Schlittens 28 - ein Signal zu liefern.

Die Fig. 2 zeigt mehr im einzelnen die an jedem Schlitten 26 und 28 angebrachte mechanische Vorrichtung. Der dem Schlitten 26 zugeordnete X-Seilzug 22 ist an seinem linksseitigen Ende auf eine Trommel 4-6 aufgewickelt, die auf einer Welle 48 befestigt ist, welche selbst relativ zum Schlitten 26 um eine parallel zur Y-Achse angeordnete Achse drehbar gelagert ist. Eine Spiralfeder 50 ist mit ihrem einen Ende an der Welle 48, mit ihrem anderen Ende am Schlitten 26 befestigt und dient dazu, auf die Welle 48 sowie die Trommel 46 eine Kraft auszuüben, so dass sie bestrebt sind, den X-Seilzug 22 auf die Trommel 46 aufzuwickeln und damit das Fadenkreuz 20 in Richtung auf den Schlitten 26 zu ziehen. Die durch die Feder 50 ausgeübte Kraft ist jedoch relativ klein, so dass die Bedienungsperson das Fadenkreuz 20 mit nur geringem Kraftaufwand vom Schlitten 26 hinwegbewegen und in einer gegebenen Stellung halten kann. Der Schlitten 26 trägt ferner ein mit der Welle 48 verbundenes Kodiergerät 52 und ein Potentiometer 54,

009836/17 54

194321

die beide dazu dienen, entsprechend der Winkelverstellung der Welle 48 Signale zu geben.

Der Schlitten,28 ist dem Schlitten 26 im Hinblick auf die daran befestigten Bauteile gleich. Diese Bauteile sind eine in bezug auf den Schlitten 28 drehbar um eine parallel zur X-Achse sich erstreckende Achse gelagerte Welle 56» eine auf der Weite 56 befestigte und das obere Ende des Y-Seilzuges 24- aufnehmende Trommel 58, eine auf die Welle 56 eine derartige Kraft, dass diese bestrebt ist, den Y-Seilzug 24 aufzuwickeln und das Fadenkreuz 20 gegen den Schlitten 28 zu ziehen, ausübende Feder 60 und ein Kodiergerät 62, sowie ein Potentiometer 64, um in Abhängigkeit von der Winkelverstellung der Welle 56 ein Signal zu liefern.

Die beiden Potentiometer 36 und 44, die ,jeweils .mit den Leitspindeln 32 bzw. 40 verbunden sind, und die beiden: Potentiometer 54 und 64, di© jeweils mit den Trommelwellen 48 bzw. 56 verbunden sind, sind elektrisch an die Motoren 34 und 42 angeschlossen und bilden in Verbindung mit diesen, zwei Brücken- oder Ausgleichsservosysteme, und zwar eines für jeden Motor, um den oberen Schlitten 28 auf die Bewegung des Fadenkreuzes 20 in der X-Richtung hin in abhängiger bzw. mitnehmender Beziehung in der X-Riehtung und um in gleicher Weise den linksseitigen Schlitten 26 auf die Bewegung des Fadenkreuzes 20 in der Y-Richtung hin in abhängiger bzw. mitnehmender Beziehung in dieser Richtung zu bewegen. Die Verbindung der Bauteile, um eine Steuerung für den Antrieb der Schlitten zu erreichen, ist in Fig; 3 gezeigt. In dieser Figur sind die verschiedenen Teile schematisch dargestellt. Es ist zu sehen, dass der Schleifarm 66 des Potentiometers 36 antriebsseitig mit der Le it spindel 32 und dem Motor 34 verbunden ist, so dass er zu verschiedenen Stellungen entlang seinem zugeordneten Schleifdraht bewegt wird, wenn die Leitspindel 32 gedreht

009836/1754

wird, und dass dadurch eine Spannung aufgebracht wird, die der Winkelstellung der Leitspindel 32 und der Y-Stellung des Schlittens 26 entspricht. Das Potentiometer 64- am Schlitten 28 hat seinerseits seinen Schleifkontakt 68 in einer Lage, die mit der Y-Stellung des Fadenkreuzes .20 übereinstimmt. Das heisst, da der Y-Seilzug 24- in der Y-Richtung bewegt wird, wird der Seilzug 24- auf die Trommel 58 auf oder von dieser abgewickelt und diese dreht wiederum die Welle 56, an welcher der Schleifkontakt 68 befestigt ist. Damit ist die Spannung am Schleifarm 68 in direkter Beziehung zur Y-Stellung des Fadenkreuzes 20 und zeigt diese an. Die an den beiden Schleifkontakten 66 und 68 auftretenden Spannungen werden einem Summierverstärker 70 zugeführt, der dazu dient, diese Spannungen zu summieren und eine verstärkte Übertragung der Differenz- oder Korrekturspannung an den Motor 34- zu liefern, welcher ein umkehrbarer Servomotor ist und in der einen Richtung in Abhängigkeit von dem einen Polaritätsspannungssignal und in der entgegengesetzten Richtung in Abhängigkeit vom entgegengesetzten Polaritätsspannungssignal drehen kann.

Betrachtet man die Arbeitsweise des bisher beschriebenen · Systems der Fig. 3, so ist das Antriebssystem für den Y-Sciili&ten 26 ausgeglichen, wenn die Spannungen an den Schleifkontakten 66 und 68 gleich sind. Ist das der Fall, wird 7um Vc-r-stärker 70 kein Ausgangssignal geliefert, (l.r Motor j^li- bleibt .energielos und der Schlitten 26 stillsöebend» Er; :x.\. jedoch nun angenommen, dass das-Faden— ki-iJi'iS ?<) ι i der Ϊ-Richlv'ng durch direkte Abwärtsbewegung von ier :/_;ο'·5*igten stellung aus verschoben worden ist. Hierbei wird etwas voia Y-BeiliJUjj 24 von dor Trommel 58 abge- ^vokelt und der Schleifkontakt 68 des Potentiometers 64-änaert; seine La^e und ändert die an dieBem Potentiometer euftrviu-emi-j Spannung* Als Ergebnis dieser ßpannun-gsänderung gibt dei· Verstärker ^r/0 ,jetzt ein Auößangs-Korrektursignal, das don Motor 54 in Gang setzt, um die leitspindel 32

0 0 9 8 3 6/1754

194321

10 -

und den Schlitten 26 anzutreiben. Die Motoranschlüsse sind so, dass der Motor 34- durch die Korrektur spannung derart in Gang gesetzt wird, dass er den Schlitten 26 in der gleichen Richtung (abwärts) "bewegt, in welcher das Fadenkreuz 20 verschoben wurde. Da ferner der Motor 34- "bei seinem Lauf die Leitspindel 32 antreibt, wird der zugeordnete Schleifkontakt 66 des Potentiometers 36 verschoben, wodurch sich die Spannung ändert. Auch hier sind die Anschlüsse so, dass die Spannung am Schleifkontakt 66 in der gleichen Sichtung geändert wird wie die änderung der Spannung am Schleifkontakt 68, so dass der Motor auf eine Nullstellung hin arbeitet, in welcher die Spannung am Schleifkontakt 66 wieder ausgeglichen oder gleich der Spannung am Schleifkontakt 68 ist, wodurch ein Null-Ausgangssignal vom Verstärker 70 an den Motor 34- gegeben wird. Weiterhin sind die Antriebsverhältnisse zwischen den verschiedenen Heilen und die Eigenschaften der Potentiometer so gewählt, dass eine bestimmte Verschiebung des Fadenkreuzes 20 in der X-Richtung sich in einer genau gleichen Machfülarbewegung des Schlittens 26 in der X-Richtung niederschlägt, wenn er von seiner ursprünglichen nullstellung in die neue Nullstellung gebracht wird. Selbstverständlich wird voiu Verstärker 70 ein Korrektursignal gegeben, sobald das ^l Fadenkreuz 20 nur wenig von seiner ausgeglichenen Stellung weg bewegt wird, und der Schlitten 26.beginnt dementsprechend beinahe sofort irgendeiner Bewegung des Fadenkreuzes in der X-Richtung zu folgen, wobei er den X-Seilzug 22 zu jeder Zeit rechtwinklig oder im wesentlichen rechtwinklig zum X-Seilzug 2Λ hält» Das Kodiergerät 62 ist ebenfalls mit dem Fadenkreuz 20 über die Welle 56,' die Trommel 58 und den Seilzug 24 verbunden und liefert ein für die X-Stellung des Fadenkreuzes 20 kennzeichnendes Signal, das eines der KooF&iiiateiiaus— gangssignale des Umsetzers ist und zu eimern geeigneten Aufzeichnungsgerät oder dergleichen über die Ausgangsleitung "-69 übertragen wird.

009 8.3 6/1 7 ΚΔ

Das in Fig. 3 gezeigte Antriebssystem für die Bewegung des Schlittens 28 ist im wesentlichen dem oben für die Bewegung des Schlittens 26 beschriebenen System gleichartig. Im einzelnen enthält es die Potentiometer 54· vonä. 44-, deren Schleifkontakte 71 und 72 jeweils durch den X-Seilzug 22 und durch die Leitspindel 40 sowie den Motor 42 eingestellt werden· Die an diesen beiden Schleifkontakten auftretenden Spannungen werden im Summierverstärker 74 summiert, der eine verstärkte Übertragung der Differenzoder Korrekturspannung, die dem Motor 42 aufgebracht wird, liefert, um diesen in Gang zu setzen und damit die Leitspindel 40 anzutreiben- Deshalb wird bei Ausgang unter ausgeglichenem Zustand, wenn das Fadenkreuz 20 in der X-Richtung bewegt wird, der X-Seilzug 22 von der oder auf die zugeordnete Trommel 46 ab- bzw. aufgewickelt und diese Drehung der Trommel 4-6 stellt den Schleifkontakt 71 des Potentiometers 54 wieder so ein, dass die hier auftretende Spannung verändert und ein Korrektursignal für den den Motor 42 in Gang setzenden Verstärker 74- hervorgerufen wird. Der Motor 42 treibt aufgrund seiner Ingangsetzung den Sehlitten 28 in der gleichen Richtung, wie die Bewegung des Fadenkreuzes 20 ging, und stellt damit den Schleifkontakt 72 des Potentiometers 44- in die neue, ausgeglichene Stellung oder Nullstellung mit Bezug auf den Schleifkontakt 71- Wiederum sind die verschiedenen Antriebsverhältnisse der betroffenen Teile und die Eigenschaften der Potentiometer 54- und 44- derart, dass bei einer bestimmten Bewegung des Fadenkreuzes 20 in der X-Richtung der Schlitten 28 eine gleiche Verschiebung erfährt, so dass der Y-Seilzug 24- fortwährend rechtwinklig zum X-Seilzug 22 gehalten wird. Die Bewegung des Fadenkreuzes 20 in. der X-Richtung wird ebenfalls durch das Kodiergerät 52 am Schlitten 26 abgefühlt, welches über die Leitung 76 ein Ausgangs signal liefert, das kennzeichnend für die X-Koordinate des Fadenkreuzes 20 ist. Dieses Signal ist das andere KoordinatenauSßangsaifsnal des Digital-Umsetzers

0098 36/17 54

19432

und wird dem zugeordneten Aufzeichnungsgerät o. dgl. über die Ausgangsleitung 76 zugeleitet.

In den Fig. 4, 5 und "6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gezeigt. Die Fig. 4- ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Digital-Umsetzers, der im wesentlichen dem in der Fig. 1 gezeigten ähnlich ist mit Ausnahme des Aufbaus der Schlitten und deren Antriebsvorrichtungen» Aus diesem Grund zeigt Fig. 4 nur die Schlitten und deren Antriebe, während andere Teile· des Digital-Umsetzers aus Gründen der Klarheit weggelassen wurden. Das Fadenkreuz des gezeigten Umsetzers ist mit 80 bezeichnet und kann in .den X- und Y-Richtungen über einem Blatt Papier oder dergleichen, das auf einer darunter liegenden Trag- oder Arbeitsfläche aufliegt, bewegt werden. Ein X-Seilzug 82 ist an seinem rechtsseitigen Ende an dem Fadenkreuz 80 befestigt, während sein linksseitiger Endteil zuerst über eine Rolle 84-läuft und dann auf die Trommel 86 aufgewickelt ist. Die beiden letztgenannten Bauteile sind auf einem Schlitten 88 angeordnet, der durch eine Führungsschiene 90 und Leitspindel 92 in der !-Richtung beweglich geführt ist. Die Bewegung des Schlittens 88 in der Y-Richtung wird durch einen Schrittmotor 94- bewirkt, der mit der Leitspindel 92 verbunden ist, mit welcher ebenfalls ein Kodiergerät 96 in Verbindung ist, das ein die Y-Stellung des Schlittens 88 darstellendes Signal - und damit, wie nachfolgend beschrieben werden wird, die Y-Stellung des Fadenkreuzes 80 - liefert. ·

Die Rolle 84, über die der X-Seilzug 82 läuft, wird von einem Tragteil 98 getragen, das auf dem Schlitten 88 in der X-Richtung gleitend beweglich in bezug auf diesen Schlitten gelagert ist und durch eine zwischen das Tragteil 98 und den Schlitten 88 geschaltete Schraubenzugfeder 100 nach links in der Fig. 4· gezogen wird. Damit wird die ^age des gleitenden Tragteils 98 in bezug auf den Schlitten 88 durch die auf den X-Seilzug 82 ausgeübte Kraft bestimmt und kann dazu benutzt werden, die

-■■■-■--■■*■; : 0 09836/1754

194321

■'■'■- 13 ■-. - '

Seilzugspannung anzuzeigen· Das gleitende Tragteil 98 hat eine bestimmte neutrale Stellung relativ zum Schlitten 88 und dieser enthält eine Anzeigevorrichtung, die seine Lage relativ zu einer solchen neutralen Stellung angibt. Im gezeigten Beispiel enthält die Anzeigevorrichtung eine am rechtsseitigen Ende der Feder 100 befestigte Anzeigefahne 102, Die Anzeigefahne 102 ist tatsächlich relativ zu dem Tragteil 98 fest und bewegt sich mit diesem, da die Feder 100 an dem Tragteil selbst befestigt ist. Ein zugeordnetes, mit der Anzeigefahne zusammenarbeitendes .Anzeigegerät 104 kann, wenn die Fahne ' 1o2 auf der einen Seite ihrer neutralen Stellung ist, ein Ausgangssignal geben, es kann ein weiteres Ausgangssignal liefern, wenn die Fahne 102 auf der entgegengesetzten Seite ihrer neutralen Stellung ist und es kann ein drittes oder Null-Signal liefern, wenn die Fahne 102 genau in ihrer neutralen Stellung ist. Das Anzeigegerät 104 kann verschiedene Formen haben} es kann z.B. eine photo-elektrische Anordnung sein. Der Schlitten 88 trägt ferner noch einen Schrittmotor 106, der unmittelbar mit der Trommel 86, auf welcher der X-Seilzug 82 aufgewickelt ist, verbunden ist und diese antreibt.

Mit dem Fadenkreuz 80 ist ebenfalls ein Ende eines Y-Seilisuges 108 verbunden, dessen anderes Ende an eine Vorrichtung auf dem Schlitten 110 angeschlossen ist, wobei diese Vorrichtung und der Schlitten im wesentlichen den dem X-SeJ Izup; 82 zugeordneten Bauteilen gleich sind. Im einzelnen l'uifb der X-Seilzug 108 über eine Rolle 112 und wird auf einer Trommel 114 aufgewickelt. Die Holle 112 wird von einem gleitenden Tragteil 116 getragen, das seinerseits in der Y-Eichtung relativ zum Schlitten 110 beweglich gelagert ist und von einer zwischen den Schlitten -HO und das Tragteil 116 geschalteten Feder 118 in Fig. 4 nach aufwärts gezogen wird. Der Schlitten 110 ist

009836/17 54 '

in der X-Richtung durch eine Führungsschiene 120 sowie eine Leitspindel 122 beweglich, geführt und er wird in der Y-Richtung durch einen Schrittmotor 124-, der mit der Leitspindel 122 verbunden ist, angetrieben. Mit der Leitspindel 122 ist ein Kodiergerät 126 verbunden, das ein die X-Stellung des Schlittens 110 kennzeichnendes Ausgangssignal abgibt. Die Feder 118 trägt an ihrem am Tragteil 116 befestigten Ende eine Anzeigefahne 128 und ein zugeordnetes Anzeigegerät 130 gibt Signale, die die Lage der Fahne 128 relativ zu ihrer neutralen Stellung angeben. Die Trommel 114, auf welcher der T-Seilzug 108 aufgewickelt ist, wird durch einen weiteren, vom Schlitten 110 getragenen Schrittmotor 132 angetrieben.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen, in Fig. 4 dargestellten BauteiLen sind in Fig. 6 schematisch gezeigt. Der elektrische Kreis enthält einen X-Antrieb 140, von dem Impulse ausgehen, die gleichzeitig den Schrittmotoren 106 und 124 über die Leitungen 142 und 144 zugeführt werden, so dass diese beiden Motoren synchron arbeiten. Der X-Antrieb 140 ist abhängig vom Ausgangssignal des Anzeigegerätes 104 auf dem Schlitten 88 und die Verbindungen zwischen den Teilen sind derart., dass, wenn die Fahne 102 auf der einen Seite ihrer neutralen Stellung ist, der X-Antrieb Impulse für das Ingangsetzen der Schrittmotoren 106 und 124 für eine Drehung in der einen Richtung liefert, dass, wenn die Fahne 102 auf der entgegengesetzten Seite der neutralen Stellung ist, der X-Antrieb Impulse für das Ingangsetzen der Motoren 106 und 124 für eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung liefert, und dass, wenn die Fahne 102 genau in der neutralen Stellung ist, vom X-Antrieb 140 keine Impulse ausgehen, so dass also beide Motoren 106 und 124 stillstehen.

00 9 8-3 6 /17 54

Es sei min zuerst angenommen, dass das Fadenkreuz 80 an einem bestimmten Punkt gehalten wird und die Anzeigefahne 102 in ihrer neutralen Stellung ist, womit ein ausgeglichener Zustand herrscht und die Schrittmotoren stillstehen. Das heisst, es werden vom X-Antrieb 140 keine Ausgangsimpulse abgegeben und es bleiben deshalb die beiden Schrittmotoren 106 und 124· sillstehend, so dass in gleicher Weise die Trommel 86 und der Schlitten 110 in festen Stellungen gehalten sind. Es sei nun jedoch angenommen, dass das Fadenkreuz 80 in der X-Eichtung nach rechts in Fig. 6 bewegt wird. Diese Bewegung des Fadenkreuzes ergibt eine Zugwirkung auf den X-Seilzug 82 und veranlasst anfangs, dass das gleitende Tragteil 98 gegen die Kraft der Feder 100 nach rechts gezogen wird, wobei die Feder und damit die zugeordnete Anzeigefahne 102 aus ihrer neutralen Stellung verschoben werden und ein Ausgangssignal vom Anzeigegerät 104 gegeben wird. Das von diesem gegebene Signal veranlasst den X-Antrieb 140, Impulse zu erzeugen, die sowohl dem Schrittmotor 106 wie dem Schrittmotor 124 zugeführt werden, was zu einer übereinstimmenden Drehung führt. Die Drehrichtungen dieser beiden Motoren sdjid gleichsinnig, so dass der Motor 124 die Leitspindel 122 dreht, um den Schlitten 110 nach rechts - in der gleichen Richtung der Bewegung des Fadenkreuzes 80 - zu bringen, und der Motor 106 dreht die Trommel 86, um mehr vom X-Seilzug 82 abzuwickeln, wobei die Seilzugspannung auf die Trommel 84 nachlässt, so dass das gleitende Tragteil 98 sich gegen seine neutrale Stellung hin bewegen kann. Die relativen Antriebsverhältnisse zwischen den verschiedenen Teilen sind derart, dass die Anzahl der für die Rückkehr der Anzeigefahne . 102 zu ihrer neutralen Stellung notwendigen Schritte des Motors 106 genau gleich der Anzahl der Schritte des Motors 124 ist, die notwendig sind, um den Schlitten 110 zur neuen X-Stellung des Fadenkreuzes 80 zu bringen. Daraus wird klar, dass ein kraftangetriebenes Nachführsystem ge-

009 83 6/17 54

.-■ 16 ..-

"bildet ist, bei dem der Schlitten 110 dazu veranlasst wird, selbsttätig der Bewegung des Fadenkreuzes 80 in der X-Richtung zu folgen. .

Die Einrichtung zum Antrieb des Schlittens 88 in der Y-Richtung in Abhängigkeit von der Bewegung des Y-Seilzuges 108 oder der auf diesen ausgeübten Kraft ist der für den Antrieb des Schlittens 110 beschriebenen Einrichtung gleich. Wie Fig. 6 zeigt, besteht sie aus einem Y-Antrieb 146, der Ausgangsiwpulse liefert, die zugleich dem Schrittmotor 94 und dem Schrittmotor 132 über die Leitungen 150 und 148 übermittelt werden. Der T-Antrieb 146 ist abhängig von dem Anzeigegerät 130 gelieferten Signalen. Wenn das Fadenkreuz 80 in der Y-Richtung bewegt wird, verkleinert es entweder die auf die .Bolle 112 ausgeübte Kraft oder vergrössert diese und veranlasst, dass das gleitende Tragteil 116 aus seiner neutralen Stellung verschoben wird. Diese Verschiebung in der Lage bringt andererseits das Anzeigegerät 13O dazu, ein Ausgangssignal zu liefern, das dem Y-Antrieb 146 übermittelt wird und diesen veranlasst, Impulse abzugeben, die den Schrittmotoren 94 und 132 zugeführt werden. Die dem Motor 94 zugeführten Impulse sind derart, dass der Schlitten 88 in der gleichen Sichtung bewegt wird, wie das Fadenkreuz 80 bewegt wird, und die dem Motor 132 zugeführten Impulse sind so, dass die Trommel 114 in einer solchen Sichtung gedreht wird, dass das gleitende Tragteil 116 in seine neutrale Stellung zurückkehrt. Somit wird, wenn das Fadenkreuz 80 in einer von zwei Eichtungen entlang der Y-Achse geführt wird, eine entsprechende Bewegung des Schlittens 88 selbsttätig herbeigeführt, die den X-Seilzug 82 rechtwinklig zum Y-Seilzug 108 hält. Da die beiden Schlitten 88 und 110 somit zu jeder Zeit mit den X- und Y-Koordinatenßttllungen des Fadenkreuzes 80 fluchten, und zwar durch die oben beschriebenen Antriebsvorrichtungen, geben die den entsprechenden Leitspindeln 92 und 122 zugeordneten Kodiergeräte 96 und 126 in gleicher Weise Signa-Ie, die kennzeichnend für die X- und Y-Koordinaten des Fadenkreuzes 80 sind. Diene Signale werden durch zugehörige Ausgangale.itungen 152 und 154 einem Aufseichiiungsgerät o.dgl« zugeleitet und enthalten die gewünschten Auegangseignale der Einrichtung.

009 8 3 6 /1 7 5 4

Claims

Pat ent ans ρ rü ehe

1. Digitaler X-Y-Umsetzer mit einer in gegebenen X- und Y-Koordinaten sich erstreckenden Arbeitsfläche zur Aufnahme eines ein digital darzustellendes Merkmal aufweisenden Gegenstandes, gekennzeichnet durch ein von Hand über die Arbeitsfläche (14) in den X- und Y-Koordinatenrichtungen bewegbares Einstellorgan (20} 80), durch einen entlang einer Kante der Arbeitsfläche (14-) in der X-Koordinatenrichtung bewegbaren ersten Schlitten (28$ 110), durch einen entlang der anderen Kante der Arbeitsfläche in der Y-Koordinatenrichtung bewegbaren zväten Schlitten (26} 88), durch einen mit einem ersten Motor (4-2} 124-) ausgestatteten Antrieb für die Bewegung des ersten Schlittens (28} 110) in der X-Richtung, durch einen mit einem zweiten Motor (34-} 94·) ausgestatteten Antrieb für die Bewegung des zweiten Schlittens (26} 88) in der Y-Richtung, durch einen mit dem zweiten Schlitten (26} 88) verbundenen X-Seilzug (22} 82), der mit seinem einen Ende an dem Einstellorgan (20} 80) befestigt ist und sich von da aus in der X-Richtung zu dem zweiten Schlitten (26} 88) erstreckt, welcher eine Einrichtung (4-6} 86) zur Aufnahme eines feiles des X-Seilzüges (22} 82) und zum Abrollen dieses Seilzüges, wenn das Einstellorgan (20} 80) in der X-Richtung vom zweiten Schlitten (26} 88) weg, sowie zum Aufrollen des I-Seilzuges (22} 82), wenn das Einstellorgan (20} 80) in der X-Richtung auf den zweiten Schlitten zu bewegt wird, enthält, durch, einen mit dem ersten Schlitten (28} 110) verbundenen Y-Se il zug (24·} 108), dessen eines Ende an dem Einstellorgan (20} 80) befestigt ist und der sich, von da aus in der Y-Richtung auf den ersten Schlitten (28} 110) hin erstreckt, welcher eine Einrichtung (58} 114·) zur Aufnahme eines Teile» de« Y-Seilzügea (24-j 108) und für dessen Ab-

' 009836/17 54

rollen,' wenn das Einstellorgan (20}80) in der Y-Richtung vom ersten Schlitten weg, sowie zum Aufrollen des Y-Seilzuges, wenn das Einstellorgan (20j 80) in der Y-Richtung auf den ersten Schlitten zu bewegt wird, enthält, durch Einrichtungen (54,74 44} 84,98,100,102,104,140) zur Steuerung der Energiezufuhr zum ersten Motor (42} 124) in Abhängigkeit vom Auf- und Abrollen des X-Seilzuges (22}82) und durch Einrichtungen (64,70,36} 112,116,118,128,130,146) zur Steuerung der Energiezufuhr zum zweiten Motor (34} 94) in Abhängigkeit vom Ab- und Aufrollen des X-Seilzuges (24}108).

2..Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Ab- un d Aufrollen des X-Seilzuges (22} 82) durch eine Trommel (46}86), auf welcher ein Teil des X-Seilzüges aufgewickelt ist, und Vorrichtungen (48,50} 106) zur Drehung der Trommel (46}86) in der einen Richtung, um bei Bewegung des Einstellorgans (20}80) vom zweiten Schlitten (26}88) hinweg den X-Seilzug abzurollen, und zur Drehung der Trommel (46}86) in der entgegengesetzten Richtung, um den X-Seilzug bei Bewegung des Einstellorgans auf den zweiten Schlitten (26}88) zu aufzurollen, enthalten und dass die Einrichtungen zur Steuerung des ersten Motors (42}124) in Abhängigkeit vom Ab- und Aufrollen des X-Seilzuges (22}82) Steuerglieder (54,74,72| 84,98,100,102,104,140) aufweisen, die zwischen die Trommel (46}86) und den ersten Motor (42} 124) geschaltet sind und den ersten Motor der Drehung der Trommel folgen lassen.

3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Drehung der Trommel (46) zum Abrollen des X-Seilzuges (22) bei Bewegung des Einstellorgans (20) vom zweiten Schlitten (26) hinweg und zum Aufrollen des X-Seilzuges (22) bei Bewegung des Einstellorgans (20) auf den zweiten Schlitten zu eine Feder (50) aufweisen, die zwischen der Trommel (46)

ORIGINAL

009836/17 54

und dem zweiten Schlitten (26. ) arbeitet und die Trommel (46) auf ihre Winkelstellung bezogen derart beaufschlagt, dass sie bestrebt ist, den X-Seilzug (22) aufzurollen und das Einstellorgan (20) gegen den zweiten Schlitten zu ziehen.

4. Umsetzer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (54,74·»72) ein erstes, mit der Trommel (46) verbundenes Potentiometer (54) aufweisen, das eine mit der Winkelstellung der Trommel in Beziehung zum zweiten Schlitten (26) verknüpfte Ausgangs spannung liefern kann, dass sie ein zweites, mit dem ersten Schlitten (28) verbundenes Potentiometer (44) aufweisen, das eine die Stellung des ersten Schlittens in der X-Koordinatenrichtung wiedergebende Ausgangs spannung liefern kann, und dass Einrichtungen (74) vorgesehen sind, die die beiden Potentiometer (54, 44) untereinander und mit dem ersten Motor (42) zur Bildung eines Brückenservosystems verbinden.

5. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Ab- und Aufrollen des X-Seilzuges (82) eine Trommel (86) enthalten, auf welcher ein Teil des X-Seilzuges aufgewickelt ist, dass ein Schrittmotor (106) antriebeseitig mit der Trommel (86) verbunden ist, dass die Einrichtungen zur Steuerung der Energiezufuhr zum ersten Motor (124) in Abhängigkeit vom Ab- und Aufrollen des X-Seilzuges Vorrichtungen zur Ingangsetzung des die Trommel (86) zu ihrer Drehung und zum Abrollen des X-Seilzuges, wenn das Einstellorgan (80) vom zweiten Schlitten (88) weg bewegt wird, sowie zur Ingangsetzung des die Trommel in der entgegengesetzten Richtung zum -Aufrollen des X-Seilzuges, wenn das Einstellorgan (80) auf den zweiten Schlitten (88) zu bewegt wird, antreibenden Schrittmotors (106) aufweisen, dass der den ersten Schlitten (110) antreibende Mo tor (124) ebenfalle ein Schrittmotor ist und dass die Einrichtungen zur Steuerung der Energiezufuhr zum ersten Motor (124) in Abhängigkeit vom Ab- und Aufrollen de ι X-Seilzuges

009836/1754

194321

- 20 ■■-"■■

(82) Vorrichtungen (140) für das Ingangsetzen des ersten Motors (124) gleichzeitig und synchron mit der Ingangsetzung des Trommel-Schrittmotors (106) enthalten·

6. Umsetzer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zum Ingangsetzen des Schrittmotors (106) bei Bewegung des Einstellorgans (80) auf den zweiten Schlitten (88) zu oder von diesem hinweg Vorrichtungen (100, 102, 104, 140) zum Ingangsetzen des letzteren Motors in Abhängigkeit von der auf den X-Seilzug (82) ausgeübten Kraft enthalten, so dass die Trommel (86) zum Abrollen des X-ßeilzuges gedreht wird, wenn diese Eräft einen bestimmten Wert überschreitet, und die Trommel zum.Aufrollen des X-Seilzuges gedreht wird, wenn diese Kraft geringer als ein bestimmter Wert ist.

7. Umsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zum Ingangsetzen des Trommel-Schrittmotors (106) bei Bewegung des Einstellorgans (80) auf den zweiten Schlitten (88) zu oder von diesem hinweg ein federbelastetes Teil (98, 84) aufweisen, über welches der X-Seilzug (82) von der Trommel (86) zum Einstellorgan (80) geht und das eine Lage relativ zum zweiten Schlitten (88) hat, die von der auf den X-Seilzug ausgeübten Kraft abhängig ist, und dass Einrichtungen (104, ' 140) vorgesehen sind, die entsprechend der Stellung des letzteren Gliedes in bezug auf den zweiten Schlitten den Trommelantriebs-Schrittmotor (106) in Gang setzen.

8_e Umsetzer nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum gleichzeitigen und synchronen Ingangsetzen des ersten Motors (124) mit dem Ingangsetzen des Trommel-Schrittmotors (106) einen einzigen Antrieb (140) enthalten, der zwischen das federbelastete Teil (98, 84) und den ersten Motor (124) sowie den Trommelantriebs-Schrittmotor (106) zur Erzeugung eines Motorantriebs-Ausgangssignals in Abhängigkeit von der

009836/1754

Stellung des federbelasteten Teils und für die Übermittlung eines solchen Ausgangssignals gleichzeitig zu beiden letzteren Motoren (106, 124) geschaltet ist.

9. umsetzer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Ingangsetzen des Trommel-Schrittmotors (106) bei Bewegung des Einstellorgans auf den zweiten Schlitten (88) zu oder von diesem weg eine Rolle (84) aufweisen, über welche der X-Seilzug (82) von der Trommel (86) zum Einstellorgan (80) geht, dass eine Vorrichtung (98) zum Tragen .der Holle (84-) für eine körperliche Bewegung relativ zum zweiten Schlitten (88) in der Richtung der auf diese durch den X-Seilzug ausgeübten Kraft vorgesehen ist, dass IFedereinrichtüngen (100) vorgesehen sind, die die Rolle in die der auf diese durch den X-Seilzug ausgeübten Kraft entgegengesetzten Richtung zwingen, und dass Einrichtungen (104, 140) zum Ingangsetzen des Trommelantriebs-Schrittmotors (106) ■vorgesehen sind, um diesen Motor zum Abrollen des X-Seilzuges, wenn die Rolle (84) auf der einen Seite einer bestimmten neutralen Stellung in bezug auf den zweiten Schlitten (88) steht, und um diesen Motor zum Aufrollen des X-Seilzuges, wenn die Rolle auf der anderen Seite der neutralen Stellung in bezug auf den zweiten Schlitten steht, zu drehen.

10. Umsetzer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Ingangsetzen des ersten Motors (124) gleichzeitig und synchron mit dem Ingangsetzen der Trommel (86) einen einzigen Antrieb (140) aufweisen, der in Abhängigkeit von der auf den X-Seilzug ausgeübten Spannkraft ein den Motor in Gang setzendes Ausgangssignal liefert, und dass Einrichtungen (142, 144) zum gleichzeitigen Übertragen des zweiten Ausgangssignals auf die beiden letzteren Motoren (106, 124) vorgesehen sind.

Ga/Ur - 22 059

009836/175A

Lee rs ei te