DE2008171B2

DE2008171B2 - Vorrichtung zum fotoelektrischen Abtasten einer auf einer Unterlage dargestellten Umrißlinie

Info

Publication number: DE2008171B2
Application number: DE2008171A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Victor Diprose; Arthur Stuart Forbes
Original assignee: Hancock & Co. (Engineers) Ltd., Slough, Buckinghamshire (Grossbritannien)
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1974-08-29
Also published as: US3614448A; GB1213785A; JPS4814994B1; DE2008171C3; DE2008171A1; FR2033366B3; FR2033366A7

Description

Y.

^α 4

^jJ^Snihin^f!ä^r,?ⁿii^Au^l^{U d}f^Vo"|^ch«»nf» Das Okularloüi 12 ist aus der optischen Achse 30

wird mit einfachen Mitteln erreicht, denn die Ver- versetzt und es sei erwiihnt. daß der Strahl fünfmal

Wendung eines Reflexionspnsmas gestattet daß die _{renekUerl wird) das hejßt} ,„ _{unßemder Anzahl}.

optische Achse des Reflexionspnsmas mit der Rota- Wenn daher das Prisma um die optische Achse 30

«onsachse des Prismas zusammenfallen kann, ro 5 rotiert, zu der es symmetrisch angeordnet »st, folgt

daß jeglicher Aufwand zur Erzielung einer ausge- der Punkt 29 einem kreisförmigen Weg mit der

wuchteten Rotation des Prismas entfallt. Ferner er- optischen Achse 30 als Zentrum und der Punkt 29

roöghcht die Anwendung des Luftturbinenaniriebs, führt dabei zwei Umdrehungen bei je einer Um-

daß der das Reflexionspnsma haltende Rotor mit drehung des Prismas aus

einer minimalen Anzahl sich drehender Teile auf » Da die obere und untere Fläche 14 bzw. 22 benk-

einfache Weise auf eine Umdrehungszahl gebracht recht zu der optischen Achse stehen, bleibt die Länge

werden kann, die wesentlich über der mit einem des Weges durch das Prisma konstant, wenn das

Elektromotor eraelbaren Drehzahl liegt. Prisma rotiert, und folglich kann das Prisma mit

In Ausgestaltung der Erfindung ist dem das Re- nichtparallelem Licht beschickt werden, ohne daß flexionspnsma tragenden Rotor eine Drehzahlrege- i₅ Astigmatismus eingeführt wird. Außerdem besteht hubeinrichtung zugeordnet, die eine eiektrodyna- der Vorteil, daß das Prisma, wenn es korrekt monmische Bremse einschließt, so daß die Drehzahl des tiert ist, dynamisch in bezug auf die optische Achse Rotors konstant gehalten werden kann. Nach einem (die auch die Rotationsachse ist) ausbalanciert ist, weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung ist der und es kann daher mit hoher Drehzahl in UmRotor in Luftlagern gelagert, so daß der Reibungs- 20 drehung versetzt werden, ohne daß unerwünschte widerstand auf ein Minimum herabgesetzt und ein Wirkungen auf Grund von Unwucht zu befürchten sehr einfacher Lageraufbau gegeben ist. _sj_ncl

Weitere Ausgestaltungseinzelheiten sind in den I_n konventionellen Umrißhniennachlaufköpfen ist

restlichen Unteranspruchen gekcnnzeich.iet. es üblich, den Abtastfleck bei einer Hauptfrequenz,

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines 25 das heißt, bei 50 oder 60 Zvklen je Sei-unde, vibrie·-

in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh- ren zu lassen oder anzutreiben, und die Zeitdauer

rungsbeispiels erläutert. Es zeigt ein-s halben Zyklus ist natürlich erforderlich, um

Fig. 1 ein Schema, das den Weg eines Lichtflecks jede Änderung in der Richtung der Umrißlinie zu

durch ein rotierendes Prisma zeigt, welches einen erfassen und den Steuer- bzw. Regelvorgang zu

Abtastkreis erzeugt, 30 starten, welcher ein Steuerungssignal erzeugt. Mit

Fig. 2 ein dem der Fig. 1 ähnliches Schema, je- einem ausbalancierten Rotatiousglied — z.B. einem

doch im rechten Winkel zu F i g. 1 gesehen, Pechan-Schmidt-Prisma, wenn es wie beschrieben

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine Aus- benutzt wird — ist es möglich, bei einer höheren führungsform eines Umrißliniennachlaufkopfs nach Drehzahl zu arbeiten und einen Nachlaufkopf vorder Erfindung, 35 zusehen, in dem die Abtastanordnung z. B. mit

Fig.4 eine Reihe von Diagrammen, die Signale 6000 UpM angetrieben wird. Diese Drehzahl kann

zeigen, die während des Betriebs erzeugt werden und in einer sehr einfachen Weise durch Verwendung

Fig. 5 eine Schaltung zur Beeinflussung der Wir- eines Luftturbinenantriebs und durch die Verwen-

belstrombremse für die Drehzahlregelung des rotie- dung von luftgeschmierten Lagerungen erreicht wer-

renden Prismas. 40 den. Dies ergibt ein Abtastmaß von 200 Zyklen je

Gemäß Fig. 1 ist eine Lochplatte Il mit einer Sekunde, wobei in Rechnung gestellt ist, daß der

öffnung in Form eines Okularlochs 12 versehen, Abtastfleck zwei Umdrehungen bei je einer Um-

durch das Licht von einer Quelle (nicht gezeigt) in drehung des Prismas macht.

Form eines Strahls 13 austritt. Der Strahl 13 trifft Bei Benutzung eines Nachlaufkopfs isu es nötig, auf eine obere Fläche 14 eines Prismas (Pechan- 45 dasjenige Material zu berücksichtigen, das das Schmidt-Prisma) auf. Das Prisma besitzt einen Luft- Schneidwerkzeug — sei es ein Sauerstoffschneidspalt 15 und die beiden schrägen Seitenflächen 16 brenner oder ein Fräswerkzeug — unvermeidlich und 17 sind versilbert, um reflektierende Flächen zu beim Herausarbeiten der auszuarbeitenden Fläche bilden. Nachdem der Strahl 13 in das Prisma cinge- bzw. des Werkstücks wegnimmt. Wenn die Achse treten ist, legt er air Strahl 18 seinen Weg zurück, 5° der Sauerstoffschneidfiamme oder des Fräswerkzeugs bis ei¹ den Luftspalt JS erreicht, wo er als Strahl 19 einen Weg beschriebe, der genau der Umrißlinic entreflekticrt wird und dann auf die versilberte Fläche spräche, würde das resultierende Werkstück schmalei 16 auftrifft. Dort wird der Lichtstrahl als Strahl 20 sein als die durcn die Umrißlinie dargestellte Form, zum Luftspalt 15 reflektiert. Die Achse des Strahls 20 und zwar um die halbe Weite des Schnitts, der durcli steht senkrecht zur Luftspaltebene und der größte 55 das Schneidwerkzeug entsteht. Es ist üblich, die« Teil des Strahls 20 passiert al;. Strahl 21 den Luft- durch Versetzen der Achse des Nachlaufkopfs ir spalt 15 und trifft auf die untere Fläche 22 des Pris- bezug auf die Umrißlinie auszugleichen. Das Ver· mas auf, wo er in Form eines Strahls 23 reflektiert setzen wire¹ oft als Schnittspaltzugabc bezeichnet,
wird. Der Strahl 23 trifft wiederum auf die versilberte Eine Ausführungsform der Erfindung ist ir Fläche 17 auf und wird als Strahl 24 reflektiert. Der 60 Fig. 3 gezeigt, die einen senkrechten Schnitt durcl Strahl 24 trifft unter einem Winkel auf den Luftspalt einen Umrißliniennachlaufkopf darstellt. Er enthäl 15 auf und wird als Strahl 25 reflektiert, der auf die ein oberes Gehäuseteil 31, das auf einem unterer untere Fläche 22 des Prismas in einem annähernd Gehäuseteil 32 befestigt ist, und einen Deckel 33, dei rechten Winkel trifft und im wesentlichen die untere auf dem oberen Gehäuseteil 31 befestigt ist. Inner Fläche 22 als Strahl 26 passiert. Der Strahl 26 pas- 65 halb des Gehäuses ist ein Lampengehäuse 34 ange· siert dann eine Öffming 27 zu einer Linse 28 und ist ordnet, das eine Lampe 35 enthält, die mit cinei auf einen Punkt auf einer Unterlage 29 fokussiert, Stromquelle über ein Kabel 36 zusammengeschaJtel die die abzutastende Umrißlinic 29« trägt. ist. Der untere Teil der Lampe 35 ist in einem Ge-

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häuse 37 enthalten, und der untere Teil des Gehäuses Um die Reibung soweit wie möglich zu reduzieret

37 enthält eine sphärische Linse 38, durch die ein und um sicherzustellen, daß keine Beschädigung de:

Lichtstrahl von einem Faden oder seinem Äquivalent Lager eintritt, wenn die Luftzufuhr abgeschnitter

in der Lampe 35 projiziert wird. Das Licht passiert wird, während die Turbine bei voller Drehzahl läuft

eine Öffnung in einer Lochplatte 39 und tritt in ein 5 kann die Lagerbuchse 50 zweckmäßigerweise mi

eine halbreflektierende Fläche enthaltendes Element Polytetrafluoräthylen überzogen sein, und die Ober

40 ein, das verschiedene Formen aufweisen kann. Es fläche 48 des Flansches 44 oder der gesamte Rotoi

kann aus einem halbversilberten Spiegel bestehen, 43 mit Flansch 44 kann anodisicrt sein, wobei dei

der die Hälfte des Lichts des Strahls durchläßt und Rotor selbst aus Aluminium besteht. Die Luft, die

die andere Hälfte nach rechts auf die Zeichnung io von den Druck- und Zapfenlagern abströmt, gelang

reflektiert, oder es kann aus einem Spiegel bestehen, entweder durch einen Kanal 56 in das Gehäuse odei

der ein zentrales kreisförmiges Loch in der Versil- sammelt sich in einer Ausnehmung 57 in der Lager-

berung aufweist, durch das der Strahl passieren kann, buchse 50 und gelangt dann durch die Kanäle 58 ir

wobei das Licht reflektiert wird, wenn der Strahl von das Innere des Gehäuses. In jedem Fall kann die

der entgegengesetzten Richtung Jen Spiegel passiert. 15 Luft durch ein Abströmloch 59 in die Atmosphäre

Vorzugsweise besteht das Element 40 aus zwei Pris- entweichen.

men (Swannblock), die an einer Fläche 41 zusam- Der in Umdrehung versetzbare Turbinenrotor 42

mengekittet sind, wobei dieser Prismenblock eben- enthält das Reflexionsprisma 60 (Pechan-Schmidt-

falls die eine Hälfte des Lichts durchläßt und die Prisma). Der Lichtstrahl wird am Luftspalt 61 irr

andere Hälfte nach links auf die Zeichnung reflek- ao Prisma 60 reflektiert, wird weiter an den schrägen

tiert. versilberten Flächen 62 reflektiert, wird weiter ar

Der Lichtstrahl passiert dann ein in Umdrehung einer unteren Fläche 63 des Prismas reflektiert und versetzbares Glied, das aus einem Turbinenrotor 43 ebenfalls an der zweiten schrägen versilberten Fläche besteht. Der Rotor 43 weist die Form einer Hülse 64 des Prismas, wird dann schließlich durch Remit einem einwärts gerichteten Flansch auf, wobei 25 flexion am Luftspalt nach unten gerichtet und tritt die Hülse ein Reflexionsprisma 60 (Pechan-Schmidt- als Strahl 65 aus dem Prisma aus, der eine Linse 6i Prisma) abstützt und einen auswärts gerichteten passiert, durch welche er scharf auf einen Punkt 67 Flansch 44 mit einem äußeren Ring 45 aufweist, wo- auf der Oberfläche 68 der die Umrißlinie enthaltenbei der Ring 45 an dem Flansch 44 befestigt ist und den Unterlage fokussiert wird.
Getriebezähne aufweist, die in seinen Umfang ein- 30 Der Nachlaufkopf brauch! nicht rechtwinklig zui gearbeitet sind. Die Getriebezähne stellen eine ein- Oberfläche der normalerweise horizontalen Unterlage fache Ausführung von Turbinenlaufschaufeln 46 an gesetzt zu sein, aber aus Vereinfachungsgründen in einem Elementartyp einer Luftturbine dar. Die Tür- bezug auf Zeichnung und Beschreibung ist der Kopf bine ist sehr klein und wegen der später beschriebe- in senkrechter Lage dargestellt, während die Unternen Eigenschaften ist nur eine sehr kleine Kraft er- 35 lage 68 in einem Winkel von ungefähr 10° geneigt forderlich, um die Turbine anzutreiben, so daß eine gezeigt ist

verhältnismäßig leistungsschwache Konstruktion der Um den Versatz oder die Schnittspaltzugabe des

Turbine ausreicht. Die Luft zum Antreiben der Nachlaufkopfs einstellen zu können, sind das Lam-

Turbine wird durch ein Loch oder durch mehrere pengehäuse 34 und das untere Gehäuse 37 durch

Löcher geliefert; eines davon ist gestrichelt mit 47 40 Schrauben 69 an einer Plat'e 70 befestigt, die gegen

angedeutet. einen inneren vorspringenden Ring 71 im oberen

Ein Schieberventil 105 ist vorgesehen, um das Gehäuseglied mittels Bolzen 72 und 73 montiert ist. Steuern der Turbine und die Umkehrung der Dreh- Der Bolzen 72 weist einen verdickten Teil 74 auf, richtung zu ermöglichen. Die Fähigkeit zur Umkeh- dessen Schultern gegen den Ringteil 71 im Gehäuse rung der Rotationsrichtung der Turbine macht es 45 liegen, und die verschiebbare Platte 70 ist durch ein möglich, der Umrißlinie in jeder Richtung zu folgen federndes Glied 75 in Kontakt gehalten. Eine Boh- oder über einen Teil der Umrißlinie zurückzufahren, rung 76 mit Spiel für den Schaft des Bolzens 73 ist wenn dieser Teil schon einmal nachgefahren worden vorgesehen, und der Bolzenkopf ist mit einem Puffer ist, z. B. wenn der Schnitt auf Grund einer Störung 77 versehen, auf dem die Platte 70 schwingen kann, nicht ausgeführt wurde. Es ist zu beachten, daß, wie 50 Um die Einstellung der Höhe des Puffers 77 vorsehen im Falle des Nachfahrens in umgekehrter Richtung, zu können, ist das Loch in den Ringteil 71 mit einem die Schnittspaltzugabe auf der gegenüberliegenden Gewinde versehen, und die Mutter 78 bildet die Kon-Seite der Umrißlinie gemacht werden muß. tennutter. Das Schwingen der Platte 70 wird durch

Der Flanschteil 44 ist mit einer unteren Fläche 48 einen Stift 79 gesteuert, der an der Platte 70 befestigt versehen, die auf einer stationären Lagerfiäche 49 55 ist. Dieser Stift wird durch eine Daumenscheibe 80 a einer zylindrischen Lagerbuchse 50 ruht. Luft, die am Ende einer Welle 80 betätigt, die sich durch eine durch das Loch 47 zugeführt wird, wird unter Druck Lagerbuchse 81 in der Wand des oberen Gehäuses 31 ebenfalls zu einem Kanal 51 geliefert, der mit einer erstreckt und an ihrem äußeren Ende eine befestigte, Ausnehmung 52 in Verbindung steht. Eine flache geeichte Skala 82 aufweist, die zusammenhängend Nut 53 ist in die Fläche der Lagerbuchse 50 einge- 60 mit einem Einstellknopf zum Verdrehen der Welle arbeitet und die durch den Kanal 51 zugeführte Luft 80 und der Skala 82 ausgebildet ist.
stützt das Gewicht des Rotors 43 ab und ermöglicht Der beschriebene Nachlaufkopf ist zum Erzeugen eine fast reibungslose Rotation. Luft wird ebenfalls zweier Signale an zwei Motoren eingerichtet, die den von der Ausnehmung 52 entlang einem Teil 54 mit Nachlaufkopf und das Schneidwerkzeug in Richtunreduziertem Durchmesser geliefert, und von diesem 65 gen bewegen, die parallel zu zwei zueinander recht-Teil 54 wird Luft durch einen schmalen Durchgang winklig liegenden Koordinaten liegen, um der Um- 55 zu einem Zapfenlager eingelassen, in dem der rißlinie zu folgen. Dies ist eine bekannte Antriebs-Rotor 43 gelagert ist. form. Demgemäß braucht die hier gegebene Be-

(ο

Schreibung nur ausreichend zu sein, um das volle Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.

Eingeschlossen in dem dem Nachlaufkopf zugeordneten Schaltkreis ist eine Einrichtung zum Erzeugen einer Rechteckwclle, wobei die Einrichtung die Form eines monostabilcn Multivibrators aufweist. Dieser ist so aufgebaut, daß er, einmal getriggert, in seiner Betriebsstellung für eine Zeitperiode bleibt, die der Zeit einer halben Umdrehung des Rotors 43 gleich ist. Er wird durch eine Fotozelle geschaltet, die bei jeder Umdrehung von der Lampe 35 einen Lichtblitz empfängt, so daß die Rechteckwelle in Phase zur Rotation des Rotors 43 festgelegt ist. Der Multivibrator verbleibt in seiner Betriebsstellung für eine halbe Umdrehung und schaltet dann für den Rest der Umdrehung in seine Außerbetricbsstellung um.

Zwei weitere Signale werden durch die fotoelektrisch^ Einrichtung erzeugt, in der eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente verwendet sind, von denen eines mit dem Bezugszeichen 97 angedeutet ist. Jedes dieser Fotoelemente ist mit einem Widerstand in Reihe geschaltet, z. B. mit dem Widerstand 98. Der Rotor 43 enthält einen Schlitz 99 mit einer solchen umfangsmäßigcn Länge, daß wenigstens die Hälfte der Fotoelemente 97 zu jeder Zeit beleuchtet sind. Die Fotoelemente arbeiten lediglich als Schalter, die eingeschaltet sind, wenn sie beleuchtet sind, und die ausgeschaltet sind, wenn sie durch den Rotor 43 verdunkelt sind. Bei einer konventionellen Abtastanordnung sind die Fotoelemente mit gleichem Abstand voneinander in einem Ring um die Lampe 35 herum angeordnet, aber wenn das Reflcxionsprisma (Pechan-Schmidt-Prisma) benutzt wird, rotiert der Abtastfleck mit der doppelten Rotordrehzahl und es wird eine abweichende Anordnung der Fotoelemente vorgenommen. Die Widerstände 98 sind hinsichtlich ihres Werts so gewählt, daß sie bei konstanter Gleichspannung die erforderlichen Verhältnisse aufweisen, um eine Spannung zu erzeugen, die sich einer Sinuswclle annähert, wenn die Blende rotiert. Das ist das Kriterium, das beherrscht werden muß, wie auch immer die Fotoelemente angeordnet sind. Die Fotoelemente sind in Gruppen geschaltet, um vier Quadranten zu bilden, so daß sie mit der konstanten Gleichspannung zwei angenähert sinusförmige Wellen erzeugen werden, die in bezug zueinander um 90° Rotordrehung phasenverschoben sind.

Die Fotoelemente und ihre Widerstände sind in Wirklichkeit jedoch nicht mit einer konstanten Gleichstromquelle zusammengeschaltet, sondern die Spannung in Rcchteckwellcnform vom Multivibrator wird an die Fotoelemente und ihre Widerstände angelegt, so daß der Wechsel des Multivibrators von seiner Betriebssteliung in seine AußerbetriebsstcIIung — und umgekehrt — die Wirkung hat, daß eine Hälfte jeder Welle umgekehrt wird. Daher besteht das Ausgangssignal aus zwei sich wiederholenden Wellcnformcn, wobei jede eine Grundfrequenz aufweist, die der doppelten Drehzahl des Rotors 43 entspricht. Die kombinierte Wirkung ist die, daß sich jede Wellenform so ändert, daß ihr mittlerer Gleichstromwcrt ein Maximum ist, wenn die Richtung des Teils der Umrißlinie, der gerade nachgefahren wird, parallel zu der zugehörigen Koordinate liegt, und daß der Wert auf Null abfällt, wenn die Richtung des Teils der Limrißlinic. der gerade nachgefahren wird.

rechtwinklig zu der zugehörigen Koordinate liegt. Ein Differenzverstärker ist für jede Wellenform vorgesehen, und der Verstärker liefert die Energie zum Antreiben des entsprechenden Koordinatenmotors.

Im Betrieb passiert das Licht von der Lampe 35 die sphärische Linse 38 und die öffnung in der Platte 39 zum Okularloch 42 und durch das Okularloch zum rotierenden Prisma 60. Wie beschrieben,

ίο veranlaßt die Rotation des Prismas 60 den daraus austretenden Strahl 65, einem kreisförmigen Weg zu folgen, so daß der Lichtpunkt 67, der auf die Unterlage 68 auftrifft, sich ebenfalls auf einem kreisförmigen Weg bewegt, der die Umrißlinie zweimal während jeder Umdrehung kreuzt. Das von der Unterlage 68 reflektierte Licht wandert durch die Linse 66 und das Prisma 60 zurück, wobei es genau demselben Weg folgt wie der Lichtstrahl, bis es die halbreflektierende Fläche 41 erreicht, an der die Hälfte des von der Unterlage zurückkehrenden Lichts durch eine Öffnung in einer Öffnungsplatte 100 zu einem lichtempfindlichen Element 101 reflektiert wird. Das Kreuzungssignal, das durch das Fotoelement 101 erzeugt wird, wird (nach Verstärkung, wenn nötig) benutzt, um den Multivibrator zu triggern.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die durch den Multivibrator erzeugte Rechteckvelle sich in der Phase mit Bezug auf die Rotation des Rotors 43 in Abhängigkeit von der Richtung dei Umrißlinie ändert, wogegen die Einstellung der beiden sich wiederholenden Wcllcnformen, die durch den Ring des Fotoelements 97 erzeugt werden, zui Rotation des Abtastflecks festgelegt ist. Demgemäß ändern sich die beiden sich wiederholenden Wellenformen in Abhängigkeit von der Richtung der Umrißlinie. und dies ändert in der Folge die Spannungen, die den beiden Koordinatenmotoren zugefühn werden.

Es wurde oben ausgeführt, daß der Multivibratoi so eingerichtet ist, daß er — nachdem er in die Betricbsstellung getriggert worden ist — für eine Hälftt der Dauer einer Umdrehung des Rotors 43 in dei Betriebssteliung verbleibt und dann in die Außerbetricbsstellune für die verbleibende halbe Umdrehung zurückkehrt. Dieser Zustand kann nur aufrechterhalten werden, wenn der Rotor im wesentlichen mit einer konstanten Drehzahl umläuft. Wenr ein elektrischer Wechselstromsynchronmotor benutz· wird, ist das verhältnismäßig einfach zu erreichen aber wenn der Antrieb durch eine hochtourige Tür bine durchgeführt wird, ist es notwendig, die Drehzahl der Turbine zu regeln, so daß sie im wesent liehen konstant ist.

Die Drehzahlregelung für die Turbine wird er reicht durch eine elektrodynamische oder Wirbel strombremse mit einer festen Windung83 (Fig.'. und 5). die in einem Gehäuse angeordnet ist, da: am unteren Gehäuseteil 32 befestigt ist, wobei dii Windung in einer Hülse 84, die vom unteren Endi des Rotors 43 gebildet wird, einen Wirbelstrom er zeugt. Die Turbine läuft mit einer Drehzahl voi 6000 UpM, um eine Abtast- oder Linienkreuzungs frequenz von 200 Linienkreuzungen je Sekunde zi erreichen, und die Wirbelstrombremse ist so ein gerichtet, bei dieser Drehzahl ein Bremsmoment zi erzeugen, das angenähert gleich dem doppelten Be schleunigungsmoment der Turbine entspricht. Folg lieh ist, wenn die Bremse bei der halben Kraft isl

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das Netzbeschfeunigungsmomcnt gleich Null und die Drehzahl bleibt konstant.

Die Regelung ist so eingerichtet, daß die Wirbelstrombremse ausgeschaltet ist, wenn die Drehzahl auf 5925UpM abfällt. Zwischen 5925 und 6075 UpM empfängt die Bremse eine Reihe elektrischer Impulse, deren Dauer sich mit der Drehzahl ändert. und ab 6075 UpM ist die Bremse dauernd eingeschaltet.

Die Betriebsweise der Regeleinrichtung ist durch eine Reihe von in Fig. 4 gezeigten Diagrammen dargestellt, und die Schaltung ist in F i g. 5 gezeigt Eine Fotozelle wird benutzt, um einen monostabilen Multivibrator (oder sein Äquivalent) durch Empfang eines Lichtblitzes bei jeder Umdrehung der Abtasteinrichtung zu triggern. Die Fotozelle 85 ist zwischen zwei Widerständen R 1 und R 2 angeordnet, die ihrerseits zwischen eine positive 12-V-I.citung 86 und eine Erdungs- oder Grundleitung 87 geschaltet sind. Die Vcrbindungsleitung von Fotozelle 85 und R 2 ist an die Basis eines npn-Transistors VTX geschaltet, dessen Emitter mit der Erdungsleitung 87 verbunden ist. Der Kollektor von VT 1 ist über einen Widerstand R 3 mit der positiven Leitung 86 verbunden, und die Verbindung VTl, Kollektor und A3 ist mit einer Seite eines Kondensators C1 verbunden, dessen andere Seite mit der Verbindungsleitung eines Widerstands R 4 und der Anode einer Diode D1 zusammengeschaltet ist, deren Kathode über einen Widerstand R 5 mit einer negativen 12-V-Leitung88 verbunden ist.

Die durch die auf die Fotozelle 85 auftreffenden Lichtblitze veranlaßten Stromänderungen veranlassen Stromimpulsc in VTi, und die Spannungsänderungen an seinem Kollektor werden C 1 zugeführt, und die Ausgangssignalc von Cl werden der Diode D 1 zugeführt. Die an der Verbindung der Kathode von Dl und R 5 ankommenden Impulse werden der Basis eines npn-Transistors VT 2 zugeführt, dessen Emitter mit der negativen 12-V-Leitung 88 verbunden und dessen Kollektor mit den in Reihe geschalteten Widerständen R 6 und R 7 verbunden ist. wobei die Verbindungsleitung dieser Widerstände über einen weiteren Widerstand R 8 mit einer Seite eines Hochleistungskondensators C 2 und mit der Basis eines Transistors VT3 eines Paars von npn-Transistcrcn VT 3 und VTA verbunden ist, die den monostabilen Multivibrator bilden. Die Basis vom Transistor VTA ist an die Erdungsleitung 87 angeschlossen. Die Emitter von VT 3 und VT 4 sind zusammen über einen gemeinsamen Widerstand R 9 mit der negativen 12-V-Leitung 88 verbunden. Der Kollektor VT 3 ist über einen Widerstand R 10 mit der positiven Leitung 86 verbunden, während der Kollektor von VT 4 direkt mit dieser Leitung 86 zusammengeschaltet ist. Die Verbindungsleitung des Kollektors von VT 3 und R 10 ist mit der Basis eines pnp-Transistors VTS zusammengeschaltet, der als Verstärker arbeitet. Dessen Emitter ist mit der positiven Leitung 86 verbunden, und sein Kollektor ist über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 11 und R 12 mit der Erdungsleitung 87 verbunden, wobei die Verbindungsleitung dieser beiden Widerstände R 11, R 12 mit der Basis eines weiteren Transistors VT 6 zusammengeschaltet ist, dessen Emitter an die

ίο

Erdungsteitiing 87 angeschlossen ist, während sein Kollektor mit der Bremswicklung 83 zusammengcschaltct ist. Zur Bremswicklung 83 liegt parallel cine Diode D 3, deren Polarität derart ist, daß sic Strom durchläßt, wenn VT6 ausgeschaltet ist und das Feld der Wicklung 83 zusammenbricht. Dies verhindert die Entwicklung von hohen Ausgleichsspiinnungen in der Bremsspule.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird mittels der

ίο Fi g. 4 verständlich, die in drei Abschnitte a, b und c eingeteilt ist, welche die Bedingungen zeigen, wenn die Turbine zu langsam läuft (das heißt, unter 6000 UpM), die Bedingungen, wenn die Turbine mit der richtigen Drehzahl läuft, und die Bedingungen,

wenn die Turbine zu schnell läuft.

In der F i g. 4 stellt die bei 4 b (1) gezeigte Wellenform den Stromfluß durch die Fotozelle 85 dar, die durch die Rotation des Rotors abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Abschnitt 4 b (2) stellt die WeI-lenform des monostabilen Multivibrators dar, wobei die Periode τ die »Ein«-Periode des monostabilen Multivibrators darstellt, der einmal getriggert worden ist. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators wird geglättet und seine Wellenform ist im Abchnitt4/> (3) gezeigt, wobei der Transistor PT 6 während der Periode leitend ist, in der das Ausgangssignal unterhalb der Nullinie liegt, das heißt, während der Zeitabschnitte 89 und 90 der Wellenform. Wie im Abschnitt 4 b (4) gezeigt, wird daher die Bremse für eine Hälfte der Gesamtzeit in jeder gegebenen Periode gespeist, und die Kraft der Turbine ist ausreichend, um sie bei der richtigen Drehzahl mit dieser Bremskraft laufen zu lassen.

Wenn die Turbine aus irgendeinem Grund zu lang-

sam laufen sollte, fallen die in den Kurven des Abschnitts 4 λ gezeigten Bedingungen an. Abschnitt 4 a (1) zeigt die Wellenform des Fotozcllenstroms. wobei die »Ein«-Periodc gleich der »Aus«-Pcriode ist, jedoch sind beide Perioden länger. Die »Ein«-Periode des monostabilen Multivibrators bleibt unverändert und ist wieder mit dem Buchstaben τ bezeichnet, jedoch sind die »Aus«-Perioden entsprechend länger. Dies hat zum Ergebnis, daß die Ausgangswelle des monostabilen Multivibrators einen größeren Teil

aufweist, der über der Nullinie liegt, wie im Abschnitt 4 a (3) gezeigt ist. so daß sich entsprechend längere »Aus''-Pcrioden und kürzere »Ein«-Perioden für die Bremse ergeben, wie im Abschnitt 4 a (4) gezeigt ist, wobei die »Ein«-Perioden mit 93 und 94 bezeichnet sind.

Wenn die Turbine zu schnell läuft (über 6000 UpM), wie es die Kurven im Abschnitt 4 c zeigen, in dem die entsprechenden »Ein«-Perioden für die Fotozelle bei 4 c (1) gezeigt sind, sind diese Perioden auf Grund der höheren Drehzahl kürzer. Andererseits bleiben die »Ein«-Perioden für den monostabilen Multivibrator, wie bei 4 c (2) gezeigt ist, so lang wie zuvor und sind gleich τ, so daß die »Aus«-Perioden entsprechend gekürzt sind. Dies erzeugt die Wirkung in dem geglätteten Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators, die bei 4 c (3) gezeigt ist, worin die Teile 95 und 96 unter der Nulllinie verlängert sind, so daß die »Ein«-Perioden 97 und 98 für die Bremse, wie bei 4 c (4) gezeigt, länger sind

als die »Aus«-Perioden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

W-

Claims

Flache ein lichtempfindlicher Empfänger for das zu Patentansprüche: diesem reflektierte, von der Unterlage zu der halb reflektierenden Flache zurückkehrende Licht zuge-

1. Vorrichtung zum fotoelektrischen Abtasten ordnet ist.

einer auf etaer Unterlage dargestellten Umrißlinie 5 Automatische fotoelektrische Nachlaufsysteme zur mittels eines eine baJbreflektierendp Fläche und Abtastung einer auf einer Unterlage aufgezeichneten ein rotierendes optisches Element passierenden, Umrißlinie werden industriell vielfältig verwendet, auf die Unterlage fokussierten, die Umrißlinie z. B. beim automatischen Schneiden von Stahlplatten kreisbannförraig kreuzenden Uehtstrahlenbün- mittels maschinell angetriebener Schneidbrenner. Die dels, wobei der halbreflektierenden Fläche ein io Umrißlinie wird dabei automatisch voia Nachlauflichtempfindlicher Empfänger für das zu diesem kopf des Nachlaufsystems nachgefahren, und die reflektierte, von der Unterlage zu der halbreflek- vom Nachlaufkopt erhaltenen Steuersignale werden tierenden Fläche zurückkehrende Licht zugeord- auf die Schneidbrenner übertragen, die aus der net ist, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlplatte das Werkstück ausschneiden, dessen Form das optische Element ein der halbreflektierenden »5 dem Verlauf der Umrißlinie auf der Unterlage entFläche (41) nachgeordnetes Reflexionsprisraa (60) spricht.

mit einer ungeraden Anzahl reflektierender Ein Nachlaufkopf der eingangs genannten Gattung

Flächen aufweist, daß das Reflextonsprisma (60) ist durch die USA.-Patentschrift 2 933 668 bekannt, in einem nach dem Turbinenprinzip angetriebenen Bei diesem Nachlaufkopf wird ein Lichtstrahlen-Rotor (43) gelagert ist und daß dem Reflexions- 20 bündel durch eine halbreflektierencfc Haw-he und prisma (60) eine unbewegliche, das Lichtstrahlen- nachfolgend durch eine Linse auf die die Umrißlinic bündel (26) auf die Unterlage (68) fokussierende aufweisende Unterlage fokussiert und so geführt, daß teststehende Linse (66) nachgeordnet ist. der auf der Unterlage gebildete Lichtfleck die Um-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- rißlinie ständig kreisbahnförmig kreu't. Zwecks kennzeichnet, daß dem Turbinenrotor (43) eine 25 kreisbahnförmigen Kreuzens der Umrißlinie durch Drehzahlregelungseinrichtung (83, 84) zur Kon- den Lichtfleck ist die Linse in Umdrehung versetzbar stanthaltung seiner Drehzahl zugeordnet ist. und exzentrisch zu ihrer Rotationsachse gelagert,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- wobei sie über ein Zahnradgetriebe mittels eines kennzeichnet, daß die Drehzahlregelungseinrich- Elektromotors angetrieben wird. Das von der Untertung aus einer auf den Turbinenrotor (43) eine 30 lage auf demselben Wege reflektierte Licht trifft auf veränderbare Fremsbelastung ausübenden elek- die halbreflektierende Fläche und wird durch sie trodynamischen Bremse (83, 84) besteht. auf eine Fotozelle abgelenkt, die bei jeder Kreuzung

4. Vorrichtung nach den Arrprüchen 1 bis 3, der Umrißlinie Signale zur Steuerung des Nachlaufdadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenrotor kopfs erzeugt.

(43) aus einer zylindrischen hülse mit einem 35 Der Nachteil bei diesem Nachlaufkopf besteht sich radial nach außen erstreckenden Flansch darin, daß die Linse exzentrisch zu ihrer Rotations-

(44) besteht, dessen Außenumfang mit Turbinen- achse gelagert und nicht dynamisch ausbalanciert ist. schaufeln (46) in Form von Getriebezähnen ver- Dadurch ist die Umdrehungszahl der Linse begrenzt, sehen ist. wenn störende Unwuchterscheinurgen und Vibratio-

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, 40 nen vermieden werden sollen. Eine dynamisch ausdadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenrotor gewuchtete Linsenanordnung würde andererseits zu-(43) in Luftlagern (50, 49) gelagert ist. sätzlich Material- und Zeitaufwand erfordern, wobei

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- jeder einzelne Nachlaufkopf individuell ausgewuchtet kennzeichnet, daß die Lager eine die Rotorhülse werden müßte. Von der erzielbaren Umdrehungszahl drehbar aufnehmende zylindrische Lagerbuchse 45 der Linse hängt jedoch unter anderem die Nachlauf-(50) mit einer zusätzlichen oberen Lagerfläche genauigkeit des Nach lauf kopfs ab.

(49) aufweisen, wobei der Lagerfläche (49) eine Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf-

Gegenlagerfläche (48) des Rotorflansches (44) zu- fung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten geordnet ist. Gattung, bei der die Nachlaufgenauigkeit auf ein-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- 50 fache Weise verbessert ist.

kennzeichnet, daß die den Lagerflächen der Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

Lagerbuchse (50) gegenüberliegenden Lagerflä- gelöst, daß das optische Element ein der halbchen des Turbinenrotors (43) aus Aluminium reflektierenden Fläche nachgeordnetes Reflexionsbestehen und anodisiert sind. prisma mit einer ungeraden Anzahl reflektierender

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, 55 Flächen aufweist, daß das Reflexionsprisma in einem dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen nach dem Turbinenprinzip angetriebenen Rotor geder Lagerbuchse (50) mit Polytetrafluorethylen gelagert ist und daß dem Reflexionsprisma eine unbeüberzogen sind. wegliche, das Lichtstrahlenbündel auf die Unterlage

fokussicrende feststehende Linse nachgeordnet ist.

60 Mit dieser Lösung ist eine sehr hohe Umdrehungszahl des rotierenden optischen Elements erzielbar,

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum foto- wodurch die Signale zur Steuerung der Vorrichtung elektrischen Abtasten einer auf einer Unterlage dar- bzw. zum sehr genauen Nachlaufen einer Umrißlinie gestellten Umrißlinie mittels eines eine halbreflek- durch die Vorrichtung wesentlich schneller aufeintierende Fläche und ein rotierendes optisches EIe- 65 anderfolgend erzeugt werden, so daß die Nachlauf- ment passierenden, auf die Unterlage fokussierten, genauigkeit der Vorrichtung gegenüber bekannten, die Umrißlinie kreisbahnförmig kreuzenden Licht- nach dem Prinzip der Kreisbahnabtastung arbeitenstrahlenbündels, wobei der halbreflektierenden den Nachlaufköpfen wesentlich verbessert ist. Der