DE2116964B2 - Verfahren zur uebertragung einer dreidimensionalen x-,y-,z-achsen-relief- konfiguration auf eine zweidimensionale x-,y-achsen-aufzeichnungsflaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung einer dreidimensionalen X-, K-, Z-Achsen-Relief-Konfiguration auf eine zweidimensionale X-, K-Achsen-Aufzeichnungsoberfläche, unter Verwendung eines Aufnahmestiftes, welcher für die Bewegung in Z-Achsen-Richtung empfindlich ist und mit einer Registriereinrichtung, welche auf die Aufzeichnungsoberfläche aufzeichnet, wobei die Konfiguration in einer der X-, K-Achsen-Richtungen unter Verwendung des Aufnahmestiftes wiederholt linear abgelastet wird, wobei aufeinanderfol-■> gende Abtastungen gegeneinander um einen geringen Betrag in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen versetzt werden und wobei gleichzeitig die Registriereinrichtung wiederholt über der Aufzeichnungsoberfläche verfahren wird, wobei aufeinanderfolgende Verfahrlinien voneinander um einen geringen Betrag in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen versetzt werden. Ein derartiges Verfahren ist der DE-AS 12 78 894 zu entnehmen. Bei dem bekannten Verfahren wird das dreidimensionale Objekt zunächst in einer Richtung, z.B. der X-Achsen-Richtung, und anschließend in der anderen Richtung, z. B. der K-Achsen-Richtung, abgetastet, so daß sich ein Liniennetz ergibt, in der die Oberfläche des Objektes netzartig erfaßt ist. Mit diesem Verfahren können nur Schnittdarstellungen des abgeta-

2<i steten Objekts hergestellt werden. Eine Aufzeichnung der Oberfläche des Objektes auf einer zweidimensionalen Aufzeichnungsfläche mit einem dreidimensionalen Erscheinungsbild ist mit dem bekannten Verfahren nicht möglich.

" Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf einfache Weise die Aufzeichnung der Oberfläche eines dreidimensionalen Objektes auf einer zweidimensionalen Aufzeichnungsfläche mit einem dreidimensionalen Er-

ⁱ⁽⁾ scheinungsbild ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß die Verfahrbewegung der Registriereinrichtung linear in einer der X-, K-Achsen-Richtungen erfolgt und die Z-Achsen-Bewegung des Aufnahmestif-

^J5 tes in eine Bewegung der Registriereinrichtung in die andere der X-, K-Achsen-Richtungen als die, in der die Registriereinrichtungen auf die Aufzeichnungsoberfläche aufzeichnet, umgewandelt wird, wobei die umgewandelte Z-Achsen-Stiftbewegung die aufeinanderfol-

to genden Abtastungen der Registriereinrichtung moduliert.

Aus der US-PS 33 28 884 ist zwar bereits ein Verfahren bekannt, mit dem eine Aufzeichnung der Oberfläche eines dreidimensionalen Objektes auf einer zweidimensionalen Aufzeichnungsfläche mit einem dreidimensionalen Erscheinungsbild ermöglicht wird. Bei diesem Verfahren befindet sich das Objekt und die Aufzeichnungsfläche auf rotierenden Scheiben, während der Aufnahmestift eine geradlinige Bewegung ausführt. Durch die Kombination dieser Bewegungen wird das abzutastende Objekt durch spiralförmige Linien wiedergegeben. Die Übertragung der Bewegung des Aufnahmestiftes auf den Aufzeichnungsstift erfolgt dabei mittels eines kompliziert aufgebauten, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Hebeln bestehenden Mechanismus. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht demgegenüber einen wesentlich einfacheren Aufbau der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

^bü Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Objekt 10, beispielsweise eine Münze, dargestellt, mit einer dreidimensionalen X-. Y-, Z-Achsen-Relief-Konfiguration, deren Oberfläche auf

¹¹' eine Aufzeichnungsoberfläche 11 mit einem scheinbaren dreidimensionalen Erscheinungsbild übertragen und aufgezeichnet werden soll.

Das Objekt 10 liegt auf einem Tisch 12, der von

Führungen 13 getragen wird und kontinuierlich sehr langsam in K-Richtung mittels eines Motors 14 bewegbar ist. Begrenzungsschalter betätigende Finger 15 und 16 sind mit dem Tisch 12 zur Betätigung der Begrenzungsschalter 17 und 18 verbunden, um den Motor 14 umzuschalten und den Tiieh 12 in seine »Ausgangs«-Position zurückzubewegen.

Die Abtastvorrichtung 20 mit einem Aufnahmestift 19 ist in Berührung mit der Oberfläche des Objektes 10 gehalten und gegen Bewegungen in vertikaler oder in Z-Achsen-Riohtung empfindlich und erzeugt dabei ein elektrisches Signal, das den Betrag der Vertikalbewegung wiedergibt. Der Ausgang der Abtastvorrichtung 20 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 21 über Leitungen 22 verbunden. Die Abtastvorrichtung 20 ist mittels eines Arms 23 und eines Ständers 24 an dem Tisch 25 angebracht, welcher von genauen Führungen 26 gehalten wird und mittels eines Motors 27 in X-Richiung bewegbar ist. Begrenzungsschalter betätigende Finger 28 und 29 sind mit dem Tisch 2J verbunden zur Betätigung der Begrenzungsschalter 30, 31, um den Vorschub des Tisches 25 umzukehren und diesen in seine »Anfangs«-Position zurückzubewegen. Ein X-Achsen-Lagecotentiometer 32 ist in der Nähe des Tisches 25 angebracht und ein Potentiometerarm 33 tritt mit dem Potentiometer so in Eingriff, daß, wenn der Tisch 25 zurück und vorwärts in X-Achsen-Position bewegt wird, wiederholte Abtastungen des Objektes 10 bewirkt werden. Die X-Achsen-Position wird kontinuierlich mittels Leitungen 34, 35 zu dem X-Achsen-Positionseingang der X- Y- Registriervorrichtung 11 übertragen.

Auf ähnliche Weise zeigt, wenn der Tisch 12 in der K-Achsen-Richtung bewegt wird, '.in Potentiometerarm 36 in Eingriff mit dem Potentiometer 37 die V-Achsen-Position des Tisches 12 mittels Leitung 38 und Leitung 39, Verstärker 21 und Leitung 52, angeschlossen an die X- K-Registrier-Einrichtung 11, an.

Die Begrenzungsschalter 17 und 18 haben eine mechanische Verbindung, die mit gestrichelter Linie 17'-18' angedeutet ist, und die Begrenzungsschalter Z% 31 haben eine mechanische Verbindung, die durch gestrichelte Linie 3Ο'-3Γ angedeutet ist, so daß die Schalter paarweise für den Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb umgelegt werden. Eine Steuerung 45 steuert den Betrieb der Vorrichtung zusammen mit den Potentiometern 32, 37 und den verschiedenen Begrenzungsschaltern 17,18 und 30,31.

In der Betriebsstellung, wenn der Steuerschalter 46 in die »An«-Stellung gelegt ist, ist eine Batterie 47 über eine variable Widerstandsgeschwindigkeits-Steuerung 48 und über eine Leitung 49 mit dem Motor 27 verbunden, um eine X-Achsen-Bewegung des Tisches 25 und der Abtastvorrichtung 20 zwischen den Vorwärts- und Rückwärts-Grenzen, eingestellt mittels den Schaltern 30, 31 und ein Abtasten des Potentiometers 32 durch den Potentiometerarm 33 zu bewirken, wodurch über Leitungen 34, 35 die X-K-Registriereinrichtung kontinuierlich von der X-Achsen-position der Abtastvorrichtung 20 auf das Objekt 10 informiert wird. Während der Rückwärtsbewegung des Tisches 25, wie sie durch die Begrenzungsschalter 30,31 gesteuert wird, wird die X- V-Registriereinrichtung 11 von der Steuerung 45 über Leitungen 50,51 angeregt, um zu bewirken, daß der Aufzeichnungsstift einen Rückwärtslinienzug auf der Aufzeichnungsoberfläche zieht. Wenn in der Vorrichtung kein toter Gang vorhanden wäre, könnte auch beim Rückführen ein Aufzeichnen ausgeführt werden. Da es jedoch schwierig ist, einen toten Gang vollständig zu eliminieren, ist es für ein sehr sorgfältiges Arbeiten vorzuziehen, nur in einer Richtung aufzuzeichnen. Während der Vorwärtsbewegung der Abtastvorrichtung 20 über das Objekt 10 isi die »Aufzeichnungsstift-Anhebung« nicht in Betrieb und ein Linienzug wird vom Aufzeichnungsstift (nicht dargestellt) auf der Aufzeichnungsoberfläche in der X-V-Registriereinrichtung gezogen. Bei geschlossenem Schalter 60 unterliegt während des X-Linienzuges der Tisch 12 einer sehr langsamen, kontinuierlichen K-Achsen-Bewegung, die im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Eine vertikale oder Z-Achsen-Bewegung des Aufnahmestiftes 19 der Abtastvorrichtung 20 erzeugt ein elektrisches Signal, welches dem Verstärker 21 über die Leitung 22 zugeführt wird. Aus dem Verstärker 21 wird es über die Leitungen 52,39, über das K-Lage-Potentiometer 37 und über die Leitung 38 der K-Achsen-Steuerungdem Aufzeichnungsstift der A'-K-Registreireinrichtung 11 zugeführt, um eine K-Achsen-Modulation des Aufzeichnungsstiftes in Übereinstimmung mit der Größe der Z-Achsen-Bewegung des Aufnahmestiftes 19 auf dem Objekt 10 zu bewirken. Diese K- Achsen-Modulation ist zusätzlich zu der kontinuierlichen, sehr langsamen K-Achsen-Bewegung des Tisches 12, wobei die kontinuierliche Lageinformation hierbei unter der Steuerung des Potentiometers 37 erfolgt.

Eine Anregung des Motors 14 erfolgt von der Steuerung 45, wenn der Schalter 60 in eine »An«-Stel-

Ji) lung geschlossen wird und die Begrenzungsschalter 17 und 18 sich in der dargestellten Position befinden. Ein Geschwindigkeitssteuerwiderstand 62 liegt in einem Kreis mit den Leitungen 59, 58 und 67, 68; die Batterie 61 treibt den Motor 14 an. Wenn der Tisch 12 seine Bewegungsgrenze erreicht, betätigt der Begrenzungsschaltarm 15 den Schalter 17 und legt auch über die Verbindung 17'-18' den Schalter 18 in eine »Rückwärts«-Stellung. Der Kreis ist dann von der Batterie 61 zu dem Motor 14, der Geschwindigkeitssteuerung 62, der Leitung 59, dem Schalter 17 (in übergelegter Stellung), der Leitung 63, der Leitung 69 zu dem Motor 14 und zurück zu der Steuerung 45 über die Leitung 68 geschlossen.

Für den »Vorwärtsw-Betrieb mit dem Schalter 46 der Steuerung 45 in »An«-Stellung ist die Batterie 47 über den Begrenzungsschalter 30 und die Leitung 41 in dem »Vorwärts«-Kreis und über die Leitung 42 mit dem Motor 27 verbunden. Der Rückführungskreis von dem Motor 27 führt über die Leitung 49 und die Geschwindigkeitssteuerung 4β mit variablem Widerstand zur Batterie 47.

Der Begrenzungsschalter 31 liegt mittels der Leitungen 27 und 4V in dem zuvor beschriebenen Kreis.
Für den Rückwärtsbetrieb sind die Begrenzungsschalter 30, 31 von ihren anderen Polen »Λ« mittels des Begrenzungsschalterfingers 29 und der mechanischen Verbindung 3Ο'-3Γ gelegt. Der Rückwärts-Anregungskreis vom Motor 27 führt von der Batterie 47 über die Geschwindigkeitssteuerung 48 mit variablem Wider-

fco stand, die Leitung 49, die Leitung 44 zu dem Schalter 30 und zurück zur Steuerung 45 über die Leitung 40 zu dem Schalter 46.

Be; der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß das Objekt 10 am Tisch 12 befestigt ist und sich der

h'i Tisch 12 in K-Achsen-Richtung mit geringer kontinuierlicher Geschwindigkeit, d. h. etwa 1/100 oder weniger der X-Abtast-Geschwindigkeit, bewegt. Dies bedeutet, daß jeder X-Abtast-Linienzug auf der X- Y-Registrier-

einrichtung 11 eine sehr geringe Neigung abhängig von den relativen X- und K-Abtastgeschwindigkeiten hat. Jeder nachfolgende Linienzug ist jedoch im wesentlichen parallel zu dem vorhergehenden, ausgenommen für leichte Differenzen in der K-Achsen-Modulation ^r> entsprechend der vertikalen oder Z-Achsen-Bewegung des Aufnahmestiftes 19.

Ein alternatives Verfahren besteht darin, den Tisch 12 um einen differentieilen Schritt in V-Achsen-Richtung zwischen den X-Achsen-Abtastungen zu bewegen und to während jeder .Y-Achsen-Abtastung zu halten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man einen Schritt-Motor 14 verwendet, der angeregt wird, wenn der X-Achsen-Begrenzungsschalter 31 von dem Begrenzungsschalterarm 29 umgelegt wird, wodurch der Tisch 12 in eine neue in dichtem Abstand befindliche Stellung vorgerückt wird, während der Tisch 25 sich für die nächste AT-Achen-Abtastung zurückbewegt.

Um Objekte 10 verschiedener Größe abzutasten, können die Begrenzungsarme 15, 16 der V-Achsen-Abmessung und die Begrenzungsarme 28, 29 der X-Achsen-Abmessung in ihrer Länge einstellbar sein, oder die Stellungen der Begrenzungsschalter selbst können einstellbar sein.

Zwei andere alternative Anordungen sind die 2^r> folgenden:

(1) Das Objekt 10 wird stationär gehalten und die Abtastvorrichtung 20 ist in X- und V-Achsen-Richtung über das Objekt bewegbar, und

(2) die Abtastvorrichtung 20 ist stationär gehalter und das Objekt 10 bewegt sich sowohl in X- als auch ir K-Achsen-Richtung.

Mittel können vorgesehen sein, um jede n-te-Abtastung auszulassen, um der Bedienungsperson das Nachfolgen eines bestimmten Profils zu erleichtern ähnlich der Technik, die bei dem Konturenauftragen verwendet wird, bei der jeden-te-Konturenlinie als eine dickere Linie gedruckt wird. Um dies zu erreichen, ist eine Schrittschalterzähler-Vorrichtung 54 mit einer Batterie mit dem Begrenzungsschalter 31 mittels der mechanischen Verbindung 55 verbunden und ihr elektrischer Ausgang an die Leitungen 50, 51 des Aufzeichnungsstift-Anhebe-Mechanismus der X-V-Registriereinrichtung 11 über Leitungen 56, 57 verbunden, wodurch der Aufzeichnungsstift der X-y-Registriereinrichtung 11 davon abgehalten wird, jeden nten-Linienzug zu schreiben. Alternativ kann eine gestrichelte Linie in jedem n-ten-Linienzug geschrieben werden.

Jede gewünschte Verstärkung des X-, Y- oder Z-Signals kann erreicht werden. Die X- und V-Achsen können ausgetauscht werden und die Polaritäten des Aufzeichnungssginals vertauscht werden. Unterschiedliche X- und K-Empfindlichkeiten können eine isometrische Ansicht der Vorlage, welche aufgezeichnet wird, hervorrufen. Somit wird eine sehr flexible, dreidimensionale Aufzeichnung der Oberfläche einer Vorlage erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung einer dreidimensionalen X-, Y-, Z-Achsen-Relief-Konfiguration auf eine zweidimensionale X-. K-Achsen-Aufzeichnungsoberfläche, unter Verwendung eines Aufnahmestiftes, welcher für die Bewegung in Z-Achsen-Richtung empfindlich ist und mit einer Registriereinrichtung, welche auf die Aufzeichnungsoberfläche aufzeichnet, wobei die Konfiguration in einer der X-, K-Achsen-Richtungen unter Verwendung des Aufnahmestiftes wiederholt linear abgetastet wird, wobei aufeinanderfolgende Abtastungen gegeneinander um einen geringen Betrag in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen versetzt werden und wobei gleichzeitig die Registriereinrichtung wiederholt über der Aufzeichnungsoberfläche verfahren wird, wobei aufeinanderfolgende Verfahrlinien voneinander um einen geringen Betrag in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrbewegung der Registriereinrichtung linear in einer der X-, K-Achsen-Richtungen erfolgt und die Z-Achsen-Bewegung des Aufnahmestiftes in eine Bewegung der Registriereinrichtung in die andere der X-, K-Achsen-Richtungen als die, in der die Registriereinrichtung auf die Aufzeichnungsoberfläche aufzeichnet, umgewandelt wird, wobei die umgewandelte Z-Achsen-Stiftbewegung die aufeinanderfolgenden Abtastungen der Registriereinrichtung moduliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relief-Konfiguration in einer der X-, K-Achsen-Richtungen während der Bewegung des Aufnahme-Stiftes über sie in dieser Richtung festgehalten wird und daß die Relief-Konfiguration in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen mit einer Rate, die vergleichsweise klein ist zu der Bewegungsrate des Aufnahme-Stiftes über die Konfiguration kontinuierlich bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Relief-Konfiguration in der einen der X-, K-Achsen-Richtungen während der Bewegung des Aufnahme-Stiftes über sie in dieser Richtung festgehalten wird und daß die Relief-Konfiguration in der anderen der X-, K-Achsen-Richtungen um kleine Beträge zwischen den Abtastungen des Aufnahme-Stiftes über die Relief-Konfiguration intermittierend bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder n-ten-Abtastung der Relief-Konfiguration die Registriereinrichtung ihren Linienzug von der normalen Aufzeichnung ändert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder n-ten-Abtastung verhindert wird, daß die Registriereinrichtung auf der Aufzeichnungsoberfläche während dieser /Men-Abtastung aufzeichnet.