DE2042147B2

DE2042147B2 - Automatischer Kurvenfolger

Info

Publication number: DE2042147B2
Application number: DE2042147A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Tokio Kakuta
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1969-05-31
Filing date: 1970-08-25
Publication date: 1973-11-08
Also published as: FR2062152A5; DE2042147A1; US3638187A; DE2042147C3; DE2026798B2; GB1277977A; DE2026798A1; GB1318272A; FR2044837A1; DE2026798C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Kurvenfolger mit einem Detektor, der nach einem in sich geschlossenen Suchmuster einen die /i- verfolgende Kurve enthaltenden Flächenbereich abtastet und dabei bei Vorhandensein jedes Schnittpunktes seines Suchmusters mit der Kurve anspricht und Informationssignale über die Lage von mindestens zwei Schnittpunkten abgibt, und einer an den Detektor angeschlossenen Steuereinrichtung, die aus den Informationssignalen Steuersignale ermittelt, die die Nachfahrrichtung und -strecke darstellen, um die der Detektor nach Beendigung des Abtastvorganges um einen Nachfahrschritt weitergestellt wird, woraufhin er mit einem neuen Abtastvorgang beginnt.

ίο Bei automatischen Kurvenfolgern ist es bekannt (französische Patentschrift 1540151), bei geradlinigem Kurvenverlauf auch im Falle von Kurvenverzweigungen (Gabelungen oder Kreuzungen) der jeweils vorhergehenden Nachfahrrichtung zu folgen.

*5 Bei den bekannten Kurvenfolgem kann jedoch bei gebogenem Kurvenverlauf der Fall auftreten, daß sie insbesondere an Verzweigungsstellen auf einen abzweigenden Kurvenast abgleiten und scheinbaren Abweichungen vom allgemeinen Kurvenverlauf folg_en

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit hoher Sicherheit auch bei gekrümmten Kurven ein stetiges, dem wahren Kurvenverlauf entsprechendes Nachfahren zu erreichen und insbesondere an Verzweigungsstellen ein Abgleiten auf einen Nebenast zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kurvenfolger dei eingangs erwähnten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine der Steuereinrichtung zugeordnete Rechenstufe, die eine durch zwei während eines Abtastvorganges ermittelte Kurvenschnittpunkte verlaufende Gerade bestimmt, und eine der Rechenstufe nachgeschaltete Vergleichsstufe, die aus den während des nachfolgenden Abtastvorganges tatsächlich ermittelten Informationssignalen die der Geraden am nächsten liegenden zur Bestimmung des neuen Nachfahrschrittes und zur Eingabe in die Rechenstufe auswählt.

Bei dem erfindungsgemäßen Kurvenfolger werden auf Grund der während eines Abtastvorganges ermittelten Daten die während des nachfolgenden Abtastvorganges zu erwartenden Schnittpunkte des Suchmusters mit der verfolgten Kurve durch die Rechenstufe näherungsweise vora jsberechnet, und zwar mit Hilfe der durch zwei Kurvenschnittpunkte verlaufenden Geraden. Falls dann während des nachfolgenden Abtastvorganges mehr als zwei Schnittpunkte ermittelt werden, wie dies etwa bei Vorhandensein einer Verzweigung (Kreuzung oder Gabeso lung) oder mehrerer durch den Abtastbereich nebeneinander verlaufender, sich nicht treffender Kurven der Fall ist, wählt die Vergleichsstufe aus den ermittelten Schnittpunkten die den vorausberechneten Schnittpunkten am nächsten kommenden aus, und nach mindestens einem dieser ausgewählten Schnittpunkte wird dann der sich anschließende Nachfahrschritt festgelegt und die Gerade mit Hilfe eines zweiten ausgewählten, entweder während desselben oder während des unmittelbar vorhergehenden Abtastvorganges ermittelten Kurvenschnittpunktes in der Rechenstufe neu bestimmt, während die übrigen Schnittpunkte für eine spätere Verarbeitung gespeichert werden können. Die in dem erfindungsgemäßen Kurvenfolger mit Hilfe der Rechenstufe und der Vergleichsstufe jeweils am Ende eines Abtastvorganges ermittelte Gerade bildet somit während der nachfolgenden Kurvenverfolgung eine Bezugsgerade, die den weiteren Verlauf der gerade verfolgten Kurve auch

>ei Abweichungen der Kurve vom Mittelpunkt des !uchmusters in erster Näherung wiedergibt, und mit loher Sicherheit wird an Hand einfacher Kriterien tuch bei gebogenen Kurven ein stetiges, dem wahren iCurvenverlauf entsprechendes Nachfahren erreich» jnd insbesondere bei Vorhandensein mehrerer Kurzen oder Kurvenäste im Abtastbereich ein Abgleiten des Detektors von dem gerade verfolgten Kursenteil auf eine Nebenkurve oder einen Nebenast vermieden.

Zweckmäßigerweise enthält der erfindungsgemäße Kurvenfolger Speicher zur Speicherung der durch die Informationssignale dargestellten Richtungen und eine Näherungsstufe, die die durch die Informationssignale dargestellten Richtungen jeweils in die nächstliegende von mehreren vorgegebenen Bezugsrichtungen umwandelt. Hierdurch wird einerseits eine einfache Speicherung der Lagekoordinaten der Kurvenschnittpunkte in einem bezüglich ies jeweiligen Mittelpunkts des Suchmusters festen Koordinatensystems erreicht, und andererseits ergibt sich aus der Umwandlung der den einzelnen Kurvenschnittpunkten innerhalb dieses Koordinatensystems zugeordneten Richtungen in die nächstliegende von mehreren fest vorgegebenen Bezugsrichtungen eine bauliche Vereinfachung des Stelltriebs für den Detektor, da die Nachfahrbewegung des Detektors auf bestimmte Bezugsrichtungen beschränkt ist.

Im Hinblick auf eine verfeinerte Kurvenverfolgung kann die Rechenstufe zur Vorausberechnung der zu erwartenden Nachfahrrichtung und einer dazu entgegengesetzten Nachfahrsperrichtung an einen Speicher für die Nachfahrrichtung und die Nachfahrsperrichtung des vorhergehenden Abtast Vorganges angeschlossen sein. Auf diese Weise werden durch die Rechenstufe jeweils zwei während des nachfolgenden Abtastvorganges zu erwartende Schnittpunkte des Suchmusters mit der gerade verfolgten Kurve, b2W. die diesen zu erwartenden Kurvenschnittpunkten jeweils zugeordneten Richtungen innerhalb des suchmusterfesten Koordinatensystems vorausbestimmt, von denen die eine in Richtung des zu verfolgenden Kurventeils liegt und die andere in Richtung des bereits verfolgten Kurventeils weist und eine Rücklaufsperre bildet, wobei die Vorausberechnung dieser zu erwartenden Nachfahrrichtung bzw. Nachfahrsperrrichtung mit Hilfe der während des vorhergehenden Nachfahrvorganges tatsächlich ermittelten Nachfahrrichtung bzw. Nachfahrsperrichtung erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist ferner eine Bewertungsstufe vorgesehen, die bei Ermittlung von mehr als drei Kurvenschnittpunkten während eines Abtastvorganges anspricht und die ermittelten Kurvenschnittpunkte zwecks Erkennens einer Kurvenkreuzung auf ihre gegenseitige Relativlage untersucht. Hierdurch ist es möglich, eine kreuzende Nebenkurve von finer durch das Suchmuster verlaufenden, jedoch die gerade verfolgte Kurve nicht durchsetzenden Nebenkurve zu unterscheiden, da in diesem Fall die Anzahl der während eines Ablast Vorganges ermittelten Kurvenschnittpunkte kein ausreichendes Unterscheidungskriterium bildet.

Im Hinblick auf eine weitere Vereinfachung des Bau- und Rechenaufwands ist vorzugsweise ein Register zur Speicherung einer vorgegebener, NachfahrstrecLc vorgesehen, um die der Detektor nach jedem Abtastvorgang weitergestellt wird, wobei die Länge des Nachfahrschritts nach der Art der zu verfolgenden Kurven bestimmt wird und eewünsehtenfalls während des Betriebs des Kurvenfolgers verändert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kurvenfolgers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt eines Ausführungsbeispiels des Detektors der Fig. 1,

Fig. 3 die perspektivische Ansicht des mechanischen Antriebs der Fi g. 1 mit dem Zusammenwirken zwischen dem Detektor und einem Papierstreifen mit dem Kurvenbild,

¹S Fig. 4 eine Schemazeichnung zur Erklärung des Umfangs-Abtastvorgangs des Detektors zur Verfolgung einer auf dem Papierstreifen abgebildeten Kurve mit der Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Detektors und dem Ausgangssignal der Rechenschaltung,

Fig. 5 ein Beispiel von vorgegebenen Bezugsrichtungen zur Bestimmung der beim Nachfahren einer Kurve durch den Detektor einzuschlagenden Richtung,

²S Fig. 6 eine Schemazeichnung mit dem Umfang-Abtastvorgang des Detektors und der Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Detektors und dem Ausgangssignal der Rechenschaltung, wenn die Kurve auf dem Papierstreifen eine Abzweigung enthält,

Fig. 7 ein Blockschaltbild, in welchem die programmierten Funktionsabläufe der in F i g. 1 gezeigten Anlage durch Maschinen und Geräte ersetzt sind, Fi g. 8 ein Kurvenbild zur Erklärung der Funktion der Schaltung für die Kurvenvorausberechnung,

F i g. 9 ein Kurvenbild zur Erklärung der Beziehung zwischen dem durch den Umiangs-Abtastvorgang gewonnen Ausgangssignal des Detektors und der Rechenanlage,

Fig. 10 a und 10 b Kurvenbilder zur Erklärung der Beziehung zwischen dem durch den Umfangs-Abtastvorgang gewonnenen Ausgangssignal des Detektors und der Rechenanlage,

Fig. 11 ein Laufplan zur Erkennung eines Kurvenzweigs oder einer Kurvenkreuzung, wenn durch den Detektor vier Ausgangssignale abgegeben werden. Das Kurven-Nachfahrsystem der Fig. 1 mit einer Einrichtung zur Unterscheidung von Kurvenrichtungen enthält die Rechenanlage 10, den Abtaster oder Fühler 20 sowie den mechanischen Antrieb 30. Der Fühler 20 tastet die Lagendaten einer auf einem Zeichenblatt abgebildeten nachzufahrenden Kurve ab und überträgt diese Daten an die Recheneinrichtung 10. Die Recheneinrichtung 10 verarbeitet diese Daten in geeigneter Weise für die Steuerung des mechani-

■)5 sehen Antriebs 30 in Abhängigkeit von dem den verarbeiteten Daten entsprechenden Digitalsignalen, wodurch der Fühler 20 über einen bestimmten Weg in einer bestimmten Richtung bewegt wird. Dann tastet der Fühler 20 die neuen Lagedaten der Kurve

*"" an der neuen Stellung ab. Durch Wiederholung dieses Arbeitszyklus wird die Kurve oder Figur automatisch nachgefahren, und das bei jedem Vorgang erzeugte Digitalsignal wird an einen externen elektronischen Computer od. dgl. (nicht gezeigt) übertragen.

Nachstehend wird der Aufbau der betreffenden Bauteile beschrieben. Der Fühler 20 umfaßt den Detektor 21, der den Farbton der Zeichnung bzw. die Schwarz-Weiß-Werte in elektrische Signale umsetzt,

sowie die Rechenschaltung 22, die das Ausgangssignal des Detektors 21 elektrisch verarbeitet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Detektor 21 aus einem optischen Detektor mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau. Der Detektor 21 der Fig. 2 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 24 aus lichtundurchlässigem Material, dessen oberes Ende verschlossen ist, während das andere Ende in einen Konus ausläuft, an dessen Spitze sich die öffnung 26 befindet. Weiter umfaßt der Detektor 21 einen zum Gehäuse 24 kon zentrisch angeordneten Innenzylinder 27, der mit der oberen Wand 25 des zylindrischen Gehäuses 24 verbunden ist. Das untere Ende des Innenzylinders 27 ist in einem geeigneten Abstand von der öffnung 26 angeordnet. Ein Element zur Lichtaufnahme bzw. ein photoelektrischer Umsetzer 28 befindet sich im Innenzylinder 27, und die Lichtquelle 29 ist im Raum zwischen dem Gehäuse 24 und dem Innenzylinder 27 angeordnet und wirft ihr Licht durch die öffnung 26 nach außen. Der photoelektrische Umsetzer empfängt das von einem Punkt auf der abzutastenden Zeichnung reflektierte Licht und setzt es in ein elektrisches Signal um.

Die Rechen- oder Verarbeitungsschaltung 22 bildet die Wellenform des Ausgangssignals des photoelektrischen Umsetzers 28 zur Bewertung von Weiß oder Schwarz in Abhängigkeit von den geformten Signalen, um am Ausgang ein Binärsignal »Null« oder »Eins« abzugeben. Wenn die Erkennungsdaten weiß angeben, so gibt die Verarbeitungsschaltung 22 das Ausgangssignal »Eins« ab, während im Falle einer Schwarzabtastung das Signal »Null« abgegeben wird. Auf diese Weise werden solche Signale der Rechenoder Verarbeitungsanlage 10 nacheinander vom Fühler 20 eingegeben.

Der mechanische Antrieb 30 der F i g. 1 besitzt die beiden Schrittmotoren 31 und 32 sowie die Steuerschaltung 33 zur Steuerung der Motoren 31 und 32 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Rechenanlage 10. Die Einzelheiten des mechanischen Antriebs 30 sind in F i g. 3 dargestellt. Danach besteht der mechanische Antrieb aus der auf der Welle 35 angebrachten drehbaren Trommel 34 zur Führung des die durch den Detektor 21 nachzufahrende Kurve tragenden Papierstreifen 36. Die Trommel oder der Zylinder 34 wird durch den Schrittmotor 31 für die .X-Achse über dessen Welle 37 und den Riemen 38 zum Vorschub des Papierstreifens 36 in Richtung des Pfeiles X (.Y-Achse) gedreht. Der Papierstreifen wird von der Rolle 40 ab- und von der Rolle 41 aufgewickelt. Die Führungsrollen 42 und 43 dienen zum Andruck des Papierstreifens auf die Umfangsfläche der Trommel 34. Der den Detektor 31 führende endlose Riemen 46 läuft über die Riemenscheibe 44 und 45. Der Detektor 21 ist so angebracht, daß seine öffnung 26 auf die Achse der Trommel 34 hin gerichtet ist, und wird längs der Umfangsfläche der Trommel in axialer Richtung bewegt (Y-Achse). Die Riemenscheibe 45 wird durch den Schrittmotor 32 für die Y-Achse angetrieben. Die Schrittmotoren 31 und 32 drehen sich um einen bestimmten Winkel, wenn sie einen Impuls von der Steuerschaltung 33 empfänger, wodurch der Papierstreifen 36 und der Detektor 21 um eine bestimmte Strecke weiterbewegt werden. Auf diese Weise bewegen die Schrittmotoren 31 und 32 bei jedem Schritt den Papierstreifen 36 und den Detektor 21 um 0,1 mm relativ zueinander fort. Der mechanische Antrieb 30 besitzt somit den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie ein herkömmlicher Koordinatenschreiber.

Die Rechen- oder Verarbeitungsanlage 10 der Fig. 1 enthält einen Programmspeicher 11 zur Speicherung des Programms für die Abtastung einer Figur, die Dekodiereinrichtung 12zur Dekodierung des vom Speicher 11 übertragenen Programms, die Folgesteuerung 13 zur Steuerung der Arbeitsfolge der verschiedenen nachstehend beschriebenen Geräte in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Dekodiereinrichtung 12 sowie eine Gruppe von Registern 14 mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Schieberegistern. Die meisten dieser Schieberegister speichern zeitweilig die Eingangs- oder Ausgangssignale einer Ein-

¹S gabe-Ausgabeschaltung 15, und die übrigen Register speichern Konstanten, Betriebsarten, Speicheradressen, Rücksprungadressen usw. Diese Schieberegister werden durch die Folgesteuersignalc der Folgesteuerung 13 betätigt. Die Verarbeitungsanlage 10 enthält weiter die Rechenschaltung 16, die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Register 14 verschiedene Operationen durchführt wie z. B. Additionen, Subtraktionen, logische Multiplikationen und logische Additionen oder Verknüpfungen. Die Art der Opera-

^a5 tionen wird durch das Rechen-Folgesteuersignal der Folgesteuerung 13 gewählt und bestimmt. Weiter ist der Steuerzähler 17 zur Bestimmung der Adresse des das Programm speichernden Speichers 11 vorgesehen. Der Speicher speichert den Inhalt eines Feldes für eine Sprungadresse in Abhängigkeit von einem Sprungbefehl und den Inhalt eines Schieberegisters für die Rücksprungadresse aus der Gruppe der Register 14 in Abhängigkeit von einem Programmbefehl zum Rücksprung von einem Unterprogramm. Das Steuerpult 18 ist mit verschiedenen Schaltern und Anzeigegeräten zur Steuerung der Anlage ausgerüstet.

Wenn die nicht gezeigte Starttaste am Steuerpult 18 niedergedrückt wird, so beginnen verschiedene Geräte zu arbeiten, und der Detektor 21 des Fühlers 20 tastet die Figur in Abhängigkeit von dem im Speicher 11 gespeicherten Programm ab. Der Antrieb 30 bewegt den Detektor 21 so, daß dieser die auf dem Papierstreifen 36 nachzufahrende Figur im wesentlichen über den Umfang eines Quadrats abtastet. Dieser Umfangs-Abtastvorgang wird durch die geeignete Steuerung der Schrittmotoren 31 und 32 des Antriebs 30 über die Steuerschaltung 33 ermöglicht.

Die Anzahl der in einem Umfangs-Abtastvorgang abzutastenden Punkte kann durch einen Befehl vom Steuerpult 18 ausgewählt werden. Im Beispiel der Fig. 4 werden zehn Abtastungen in Richtung der X-Achse und zehn Abtastungen in Richtung der Y-Achse vorgenommen. Somit werden bei einem vollständigen Umfangs-Abtastvorgang insgesamt vierzig Punkte abgetastet.

Die Arbeitsweise der verschiedenen Bauteile ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Nachfahrens einer Form der auf dem Papierstreifen 36 abgebildeten Figur.

Die Schemazeichnung der Fig. 4 dient zur Erklärung des Nachfahrvorgangs des Detektors 21 bei der Verfolgung einer Figur, die hier als Kurve 47 auf dem Papierstreifen 36 erscheint. P₁, P₂... P₄₀ sind die entsprechenden Punkte, die aufeinanderfolgend durch den Detektor 21 abgetastet werden, wenn dieser gegenüber der Figur auf dem Papierstreifen 36 verstellt wird. Die weißen und schwarzen Punkte an den Abtaststellen zeigen das Ergebnis der Bewertung durch

die Verarbeitungsschaltung 22, die durch die Ausgangssignale des Detektors 21 beim Abtasten dieser Stellen vorgenommen wird. Zum Beispiel zeigt ein weißer Punkt an der Stelle P₁, daß das Ergebnis der Bewertung durch die Verarbeitungsschaltung 22 auf Grund des Ausgangssignals des Detektors 21 an dieser Stelle »weiß« ist, wogegen ein schwarzer Punkt an der Stelle F₁₆ zeigt, daß das Ergebnis der Bewertung durch die Verarbeitungsschaltung 22 auf Grund des Ausgangssignals des Detektors 21 an dieser Stelle »schwarz« ist. Beim dargestellten Beispiel ist es somit offensichtlich, daß an den Punkten P₁₆, P₁₇, P₁₈, P₃₅, P₃₆ und P₃₇ eine Figur vorliegt. In diesem Falle wird die Kurve 47 nach diesen beiden Datengruppen sowie den Vorausberechnungsdaten aus dem vorhergehenden Abtastvorgang nachgefahren. Die beiden Datengruppen gelangen von der Verarbeitungsschaltung 22 über die Eingabe-Ausgabeschaltung 15 der Rechenanlage 10 an die Gruppe der Register 14 und werden dort gespeichert. Die in diesen Registern gespeicherten Daten werden durch die Rechen- oder Verarbeitungsschaltung 16 entsprechend dem Programm verarbeitet. Die beiden Punkte P₁₇ und P₃₆ aus den beiden Punktegruppen nahe dem Mittelpunkt der Kurvenbreite 47 werden durch Ausmittlung der größten und kleinsten Zahlen der Punktegruppen bestimmt, und die so ermittelten Werte werden in den Registern 14 gespeichert. Die Punkte P₁₇ und P₃₆ zeigen die Richtung oder den Verlauf der Kurve 47, und einer von ihnen gibt die zu verfolgende Richtung an. Um erfindungsgemäß zu bestimmen, welche der Mittelpunktdaten der zu verfolgenden Richtung entspricht, wird beim vorhergehenden Nachfahrvorgang die Richtung des nachfolgenden Vorgangs vorausberechnet, und die vorausberechnete Richtung wird in den Registern 14 gespeichert. Somit wird die Richtung, die der vorausberechneten Richtung am nächsten liegt, als zu verfolgende Richtung bestimmt. Auf diese Weise wird die Vorberechnung der Richtung des vorangehenden Nachfahrvorganges als Bezug beim darauffolgenden Nachfahrvorgang verwendet. In der gleichen Weise wird die Sperrichtung für den Nachfahrvorgang bestimmt. Weiterhin wird angenommen, daß der Mittelpunkt der Umfangsabtastung normalerweise auf der Kurve 47 liegt.

Das Verfahren zur Bestimmung der Richtung, in welche der Detektor 21 zu fahren ist, wird nachfolgend an Hand der Fig. 5 beschrieben. In Fig. 5 sind durch die Programmierung des Computers 8 Bezugsrichtungen vorgegeben. Diese Richtungen sind entgegen dem Uhrzeigersinn als »1«, »2« ... »8« kodiert. Angenommen, der Punkt P₁₇ liege am nächsten zur vorausberechneten Nachfahrrichtung, so ist die nächste Bezugsrichtung für diesen Punkt »1«, und ein dieser Bezugsrichtung »1« entsprechendes Ausgangssignal gelangt von den Registern 14 über die Eingabe-Ausgabeschaltung 15 an die Steuerschaltung 33 des mechanischen Antriebs 30. Dieses Ausgangssignal wird auch in den Registern 14 gespeichert. Üa in diesem Ausführungsbeispiel vierzig Punkte abgetastet werden (Fig. 4), wird die Ordnungszahl für den Punkt P₁₇ gespeichert, und diese Information zur Bestimmung der während des folgenden Nachfahrvorgangs verwendeten Bezugsgeraden benutzt.

Das Schema der Fig. 6 dient zur Erklärung des Nachfahrvorgangs, wenn die Kurve 47 den Zweig 48 besitzt. In diesem Falle zeigen die Daten für die Punkte P₃₅, P₅₆, P₃₇; P₁₆, P₁₇, P₁₁₁ und P₇, P_n, P„ daß eine Figur oder Kurve an diesen Punkten vorhanden ist. In der gleichen Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 beschrieben, bestimmt die Rechenanlage 10 die Mittelpunkte P₃₆, P₁₇ und P₈ aus den drei Datengruppen für diese Punkte, und diese Daten werden mit der vorausberechneten Bezugsgeraden aus dem vorhergehenden Abtastvorgang verglichen, um zu bestimmen, welcher der drei Punkte die tatsächlich zu verfolgende Richtung darstellt, worauf ein entsprechendes Signal an den mechanischen Antrieb 30 übertragen wird. Außer den Daten für die zu verfolgende Richtung und die Richtung, die bereits verfolgt wurde, werden auch Daten für den Punkt P₈ gewonnen, die zeigen, daß eine Ab-

*5 zweigung oder Kreuzung vorliegt, und die von der Rechenanlage 10 die Durchführung einer anderen Operation verlangen. Wenn z. B. die Nachfahrrichtungen bei den entsprechenden Nachfahrvorgängen mit »2, 2, 1,3, 1 ...« bezeichnet sind, so zeigen die entsprechenden Daten die Form der Kurve.

Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise kann an Hand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem Blockschaltbild der Fig. 7 noch besser erklärt werden. In Fig. 7 sind die verschiedenen nach dem Programm der Fig. 1 ablaufenden Funktionen durch Maschinen und Geräte ersetzt, und außerdem sind Einzelheiten der Rechenanlage 10 und des Fühlers 20 gezeigt.

In F i g. 7 ist die Lichtquelle 29 (F i g. 2) des Detektors 21 an eine Quelle 221 in der Verarbeitungsschaltung 22 angeschlossen. Außerdem besitzt die Verarbeitungsschaltung 22 den Gleichspannungsverstärker 222 und den Diskriminator 223 zur Unterscheidung von Weiß und Schwarz in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Verstärkers 222. Der Diskriminator 223 gibt das Ausgangssignal »0« für Weiß und das Ausgangssignal »1« für Schwarz ab. Das Ausgangssignal des Diskriminators 223 gelangt an den Speicher 101 für den vorhergehenden Wert der Rechenanlage 10 sowie an die Vergleichsschaltung 102, wo es mit dem Ausgangssignal des Speichers 101 für den vorhergehenden Wert verglichen wird. Wenn sich die Nachfahrdaten von weiß auf schwarz als Ergebnis des Vergleichs dieser beiden Ausgangssignale ändern,

so gelangt das Ausgangssignal »1« an die Leitung 103. Wenn sich umgekehrt die Nachfahrdaten von schwarz auf weiß ändern, so gelangt das Ausgangssignal »1« an die Leitung 104. Das Ausgangssignal »1« auf der Leitung 103 wird an den Speicher 105 übertragen.

so Gleichzeitig speichert der Speicher 105 die Lagedaten des Detektors 21, die vom Lagezähler 106 eingegeben werden. Dieser Zustand entspricht z. B. einer Bewegung des Detektors 21 vom Punkt P₆ zum Punkt P₇ in Fig. 6. Wenn der Detektor 21 weiter bewegt wird und wenn die Vergleichsschaltung 102 einen Wechsel von schwarz auf weiß feststellt, so gelangt das Ausgangssignal »1« an die Leitung 104 und wird an die Schaltung 107 zur Bestimmung des Mittelwerts übertragen. Dieser Zustand entspricht z. B. der Bewegung des Detektors 21 vom Punkt P₉ zum Punkt P₁₀ ir F i g. 6. Als Ergebnis bestimmt jetzt der Mittelwertbe Stimmer 107 den Mittelwert der Lagedaten des De tektors, die beim vorhergehenden Abtastvorgang er zeugt und im Speicher 105 gespeichert wurden sowii die Lagedaten des Detektors 21 beim *egenwärtigei Nachfahrvorgang. Auf diese Weise werden die Lage daten eines Punktes nahe dem Mittelpunkt bestimmt während der Detektor 21 einen schwarzen Punkt ab

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tastet. Der Mittelpunkt entspricht z. B. dem Punkt P₈ in Fig. 6. Der gewonnene Mittelwert wird in einem der Speicher 108 bis 111, z. B. in 108 gespeichert. Wenn während nachfolgender Umfangs-Abtastvorgängc weitere Daten für den Mittelwert übertragen werden, so werden sie nacheinander in den Speichern 109, 110 und 111 gespeichert.

Ein Teil der Mittelweitdaten wird an den Detektor 112 für Abweichungen übertragen, wo sie mit Daten vom Register 113 für die vorausberechnete Nachfahrrichtung und vom Register 114 für die vorausberechnete Nachfahr-Sperrichtung verglichen werden. Die Ergebnisse dieses Vergleichs werden nacheinander an die Register 115 bis 118 für Abweichwerte von der Nachfahrrichtung und an die Register 119 bis 122 für Abweichwerte von der Nachfahrsperrichtung übertragen und dort gespeichert. Die an die Register 115 bis 118 für die Abweichwerte von der vorausberechneten Nachfahrrichtung übertragenen Daten gelangen zur Abtastung des Minimalwerts an den Minimalwertdetektor 123. Aus dem in den Speichern 108 bis 111 gespeicherten Mittelwertdaten werden die dem Minimalwert entsprechenden Daten bestimmt, um den Wert zu zeigen, der am nächsten zur Kurve in der zu verfolgenden Richtung liegt, die durch den vorhergehenden Nachfahrvorgang bestimmt wurde, so daß dieser Wert im Speicher 124 für die Nachfahrrichtung gespeichert wird. In der gleichen Weise greift der Minimalwertdetektor 123 den Minimalwert aus dem in den Speichern 119 bis 122 gespeicherten Daten ab, in welchen die Abweichwerte von der Nachfahrsperrrichtung gespeichert sind. Eines der Ausgangssignaie der Speicher 108 bis 111, das diesem Minimalwert entspricht, wird dann als das der vorhergehenden Nachfahrsperrichtung nächstliegende bestimmt. Dieses Ausgangssignal wird im Speicher 125 für die Nachfahrsperrichtung gespeichert. Die in den Speichern 124 und 125 gespeicherten Daten gelangen an die Schaltung 126 für Vorausberechnungen. Das Ausgangssignal des Speichers 124 wird auch der Schaltung 127 für die Annäherung an die Nachfahrrichtung eingespeist, die bestimmt, welche der Bezugsrichtungen der F i g. 5 dem Ausgangssignal des Speichers 124 am nächsten liegt, wobei das Signal für die dem Ausgangssignai des Speichers 124 am nächsten liegende Bezugsrichtung als Näherungsausgangssignal übertragen wird. Wenn z. B. die angenäherte Richtung in Richtung »1« der Fig. 5 liegt, so wird die Richtung »1« als Naherungsausgangssignal übertragen. Das Ausgangssignal der Schaltung 127 für die angenäherte Nachf ahrrichtung gelangt über die Leitung 128 an die Eingabe-Ausgabeschaltung. Dieses Signal dient zum Antrieb der Schrittmotoren 31 oder 32 des mechanischen Antriebs 30, um den Detektor 21 in der angenäherten Richtung um einen Schritt weiter zu bewegen.

Das Ausgangssignal der Schaltung 127 für die angenäherte Nachfahrrichtung gelangt auch an die Schaltung 126 für Vorausberechnungen, zur Berechnung der Kurvenschnittpunkte, die voraussichtlich im nächsten Abtastvorgang auf Grund der vorstehend erwähnten Daten abgetastet werden.

Die vorstehend beschriebenen Funktionen werden näher an Hand der F i g. 8 erläutert, in welcher das Kennzeichen 50 die K-1 .-Umfangsabtastung bezeichnet, a, einen Punkt in Abtastrichtung der bei diesem Abtastvorgang abzutastenden Kurve 51 und b, einen Punkt in der Abtastsperrichtung der Kurve 51. Somit werden die Daten für den Punkt α, im Speicher 124 für die Abtastrichtung und die Daten für den Punkt b, im Speicher 125 für die Abtastsperrichtung gespeichert.

Wenn unter diesen Umständen die Richtung, aus welcher der Punkt a, vom Mittelpunkt der Umfangsabtastung 50 gesehen wird, nahe oder annähernd an die Richtung »1« der Fig. 5 liegt, so erzeugt die Schaltung 127 für die angenäherte Nachfahrrichtung ein Ausgangssignal für die Richtung »1«. In Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal bewegt der mechanische Antrieb 30 den Detektor 21, um den Abtastmittelpunkt um einen bestimmten Weg in der Richtung »1« (durch den Pfeil 54 angezeigt) weiter zu bewegen, und der K.-Umfangs-Abtastvorgang wird

'5 in dem durch die ausgezogene Linie 53 gekennzeichneten Bereich durchgeführt. Da die Nachfahrstrecke in Richtung »1« ein bekannter Wert ist, läßt sich die Lagebeziehung zwischen dem Suchmuster des K-I.-Umfangs-Abtastvorgangs und dem des K.-Umfangs-Abtastvorgangs bestimmen, wenn der K-I.-Abtastvorgang vollendet ist.

Insbesondere werden zwei Kreuzungspunkte a₂ und b₂ zwischen der die Punkte α, und i>, verbindenden Geraden 52 und dem Suchmuster 53 des K.-Abtastvorgangs bestimmt. Jeder dieser Punkte a-, und b₂ wird durch seine Lage auf dem Suchmuster der K.-Umfangsabtastung dargestellt. Diese Werte können durch eine gewöhnliche Rechenoperation durch die Schaltung 126 für die Vorausberechnung gewonnen werden und werden in den Speichern 113 und 114 gespeichert.

Dementsprechend werden die bei dem K.-Umfangs-Abtastvorgang tatsächlich gewonnenen Ausgangssignale des Mittelwertdetektors 107 im Abweichungsdetektor 112 mit den Ausgangssignalen der Register 113 und 114 verglichen. Der Wert, der sich aus dem Vergleich des Ausgangssignals der Mittelwertvergleichsschaltung 107 mit dem Ausgangssignal des Registers 113 ergibt, d. h. die Differenz zwischen diesen beiden Ausgangssignalen wird in einem der Speicher 115 bis 118 für den Abweichwert der Nachfahrrichtung gespeichert, z. B. in 115. In der gleichen Weise wird der durch den Vergleich des Ausgangssignals der Mittelwertvergleichsschaltung mit dem Aus-

+5 gangssignal des Registers 114 gewonnene Wert in einem anderen Speicher für den Abweichwert aer Nachfahrsperrichtung, z. B. in 119 gespeichert, und das jetzt verwendete Ausgangssignal der Mittelwertvergleichsschaltung 107 wird in einem der entspre-

So chenden Speicher 108 bis 111 gespeichert, z. B. in 108.

Anschließend ermittelt der Minimalwertdetektoi 123 den Minimalwert von den Speichern 115 bis Hi für den Abweichwert der Nachfahrrichtung und der Speichern 119 bis 122 für den Abweichwert der Nachfahrsperrichtung, und die Ausgangssignale der ent sprechenden Speicher 108 bis 111 werden im Speichel für die Nachfahrrichtung 124 und im Speicher für du Nachfahrsperrichtung 125 gespeichert. Die Daten fü:

den Punkt a₃ der F i g. 8 werden im Speicher 124 um die Daten für den Punkt b, im Speicher 125 gespei chert. Aus der vorstehenden Beschreibung geht her vor, daß der Inhalt der Register 113 und 114 für dii Vorausberechnung veränderlich ist. Die vorstehen« beschriebenen Vorgänge werden zur Verfolgung eine stetigen Kurve wiederholt.

Auf diese Weise wird ein neuer Abschnitt de Kurve durch Annäherung des neuen Abschnitts a

die Gerade verfolgt, wobei die Daten, die beim vorhergehenden Nachfahrvorgang gewonnen wurden als Ausgangspunkt dienen, wodurch der Ort und die Lage des neuen Abschnitts vorausberechnet werden. Durch dieses Verfahren läßt sich eine fehlerhafte Auswahl 5 des zu verfolgenden Kurvenabschnitts ausschließen, wenn während des Nachfahrvorgangs eine Abzweigung oder Kreuzung erreicht wird.

Fig. 9 zeigt ein Kurvenbild dieser Funktion. Die Punkte a_A, b_A und c, auf den Kurven 61 und 62, die während des vorangegangenen Umfangs-Nachfahrvorganges 60 abgetastet wurden, sind nach den aus dem vorangegangenen Nachfahrvorgang gewonnenen Daten Punkte, die daraufhin zu untersuchen sind, ob sie in der zu verfolgenden Richtung oder in der Nach- ¹S fahrsperrichtung liegen. Die Daten für den in der Nachfahrsperrichtung liegenden Punkt werden im Speicher 125 gespeichert und andere Daten in den Speichern 131 und 132.

Wenn vier Punkte abgetastet werden, so ist zu beurteilen, ob sie eine Kreuzung darstellen oder nicht. Zum Beispiel werden in der Fig. 10 A die vier Punkte /n,, W₂, m₃ und m_A durch den Umfangs-Abtastvorgang 70 für die sich kreuzenden Kurven 71 und 72 abgetastet, und ebenso werden vier Punkte durch den Umfangs-Abtastvorgang 75 für die verzweigten Kurven 76 und 77 der Fig. 1OB abgetastet. Somit muß zwischen diesen beiden Bedingungen unterschieden werden. Um unter diesen Umständen zu einer Bewertung zu gelangen, wird die Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Punkten untersucht.

Fig. 11 ist ein Durchlaufplan für diesen Zweck. Die Symbole der Fig. 11 entsprechen den Symbolen zur Darstellung der Schnittpunkte des Suchmusters mit den verschiedenen Kurven der Fig. 1ÜA und 1OB. Aus diesem Durchlaufplan läßt sich leicht feststellen, daß sich die Kurven 70 und 71 der F i g. 10 A kreuzen, während die Kurven 76 und 77 der Fig. 10 B Zweige sind.

Beim ersten Umfangs-Abtastvorgang muß ζ. B. durch Betätigung eines externen Schalters die Nachfahrrichtung und die Nachfahrsperrichtung eingestellt werden. Diese Richtungen werden im Register 113 zur Vorausberechnung der Nachfahrrichtung und im Register 114 zur Vorausberechnung für die Nachfahrsperrichtung durch Betätigung eines Schalters (nicht gezeigt) auf dem Steuerpult der Fig. 1 gespeichert. Die Lage der Mittelpunkte einer Kurve werden durch einen Umfangs-Abtastvorgang gewonnen, und die Punkte, die den in den Registern 113 und 114 gespeicherten Daten am nächsten kommen, werden ausgewählt, um den Inhalt dieser Register durch die Daten dieser Punkte zu ersetzen.

Das Register 135 in Fig. 7 ist über die Leitung 136 an das Steuerpult 18 angeschlossen und speichert die Daten für den bei jedem durch das Steuerpult 18 bestimmten Abtastvorgang nachzufahrenden Weg. Das Ausgangssignal des Registers 135 gelangt für den nächsten Nachfahrvorgang an die Vorausberechnungsschaltung 126 zur Bestimmung der Nachfahrrichtung und zur Vorausberechnung der Nachfahrspernchtung.

Obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel ein optischer Detektor verwendet wurde, kann jede andere Art von Detektor, wie z. B. ein elektrischer oder elektromagnetischer je nach der Art des Papierstreifens oder der Tusche eingesetzt werden.

Um den mechanischen Antrieb zur Bewegung des Detektors über die Oberfläche der Zeichnung weiter zu vereinfachen, können der photoelektrische Umsetzer sowie die Lichtquelle stationär bleiben und über optische Faserstränge mit einem beweglichen Abtastkopf verbunden werden.

Wird, wie vorstehend beschrieben, ein einziger Detektor verwendet, so muß dieser dauernd während des Abtastvorganges bewegt werden. Diese Schwierigkeit kann durch Verwendung einer Anzahl von Detektoren vermieden werden, die am Umfang eines Quadrats angeordnet sind und der Reihenfolge nach zur Durchführung des Umfangs-Abtastvorganges betätigt werden.

Außerdem ist es offensichtlich, daß der Detektor auch anstatt längs der Umfangslinie eines Quadrats längs der Umfangslinie anderer Polygone, wie z. B. einem Sechseck, Achteck usw. bewegt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatischer Kurvenfolger mit einem Detektor, der nach einem in sich geschlossenen Suchmuster einen die zu verfolgende Kurve enthaltenden Flächenbereich abtastet und dabei bei Vorhandensein jedes Schnittpunktes seines Suchmusters mit der Kurve anspricht und Informationssignale über die Lage von mindestens zwei Schnittpunkten abgibt, und einer an den Detektor angeschlossenen Steuereinrichtung, die aus den Informationssignalen Steuersignale ermittelt, die die Nachfahrrichtung und -strecke darstellen, um die der Detektor nach Beendigung des Abtastvorganges um einen Nachfahrschritt weitergestellt wird, woraufhin er mit einem neuen Abtastvorgang beginnt, gekennzeichnet durch eine der Steuereinrichtung (10) zugeordnete Rechenstufe (126), die eine durch zwei während eines Abtastvorganges (50) ermittelte Kurvenschnittpunkte (α,, &,) verlaufende Gerade (52) bestimmt, und eine der Rechenstufe (126) nachgeschaltete Vergleichsstufe (112), die aus den während des nachfolgenden Abtastvorganges (53) tatsächlich ermittelten Informationssignalen («₃, b₃) die der Geraden (52) am nächsten liegenden zur Bestimmung des neuen Nachfahrschrittes und zur Eingabe in die Rechenstufe (126) auswählt.

2. Kurvenfolger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speicher (115 bis 132) zur Speicherung der durch die Informationssignale dargestellten Richtungen und eine Näherungsstufe (127), die die durch die Informationssignale dargestellten Richtungen jeweils in die nächstliegende von mehreren vorgegebenen Bezugsrichtungen umwandelt.

3. Kurvenfolger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenstufe (126) zur Vorausberechnung der zu erwartenden Nachfahrrichtung und einer dazu entgegengesetzten Nachfahrsperrichtung an einen Speicher (124, 125) für die Nachfahrrichtung und die Nachfahrsperrichtung des vorhergehenden Abtastvorganges angeschlossen ist.

4. Kurvenfolger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bewertungsstufe, die bei Ermittlung von mehr als drei Kurvenschnittpunkten (/n, bis m₄) während eines Abtastvorg_anges anspricht und die ermittelten Kurvenschnittpunkte zwecks Erkennens einer Kurvenkreuzung auf ihre gegenseitige Relativlage untersucht.

5. Kurvenfolger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Register (135) zur Speicherung einer vorgegebenen Nachfahrstrecke, um die der Detektor nach jedem Abtastvorgang weitergestellt wird.