DE2361649C3

DE2361649C3 - Abtastvorrichtung für eine elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2361649C3
Application number: DE2361649A
Authority: DE
Inventors: David Jay Munster Ind. Schaap; Marcel Roger Palos Heights Ill. Sommeria
Original assignee: Hyper-Loop Inc Bridgeview Ill (vsta)
Current assignee: Hyper-Loop Inc Bridgeview Ill (vsta)
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1978-11-23
Also published as: FR2211809A1; CA996656A; DE2361649B2; GB1453842A; IT1000817B; SE394383B; CH588750A5; JPS4987977A; DE2361649A1; US3786331A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastvorrichtung für eine elektrische Kopicrsteuerungsvorrichtung mit einem Abtastkopf, der ein phasenmoduliertes Ausgangssignal nach Maßgabe von Ablenkgröße und Ablenkwinkel eines Tasters erzeugt, und mit Einrichtungen zur Umwandlung und Weiterverarbeitung dieses Ausgangssignals zwecks Bildung von Vorschubsignalen Für Koordinatenstellmotoren.

Eine derartige Abtastvorrichtung in einer elektrischen Kopiersteuerungsvorrichtung ist durch die US-PS 34 57 484 bekanntgeworden. Bei dieser Abtastvorrichtung erfolgt eine Umwandlung der vom Abtastkopf erzeugten Signale in Gleichstromsignale, die dann analog weiterverarbeitet werden und zur Steuerung von Impulsgeneratoren variabler Frequenz dienen, welche ihrerseits dann auf Antriebsmotoransteuereinheiten arbeiten, die die als Schrittmotoren ausgebildeten Stellmotoren speisen.

Weiter ist durch die GB-PS 12 46 895 eine Abtastvorrichtung bekanntgeworden, bei welcher die elektrischen Signale des Abtastkopfes sofort in Gleichspannungen umgeformt werden, welche ihrerseits verstärkt und Steuermotoren zugeführt werden. Die Steuermotoren ergeben mit Hilfe von elektromechanischen Wandlern Frequenzvariable Impulsfolgen, welche der Speisung von Schrittmotoren als den eigentlichen Antriebsmotoren dienen.

Bekannt sind also Abtastköpfe, bei denen ein Wechseistromausgangssignal von einem Wechselstromeingangs- oder -erregungssignal abgeleitet ist, wobei die Größe und die Phase des Ausgangssignals von der Größe und der Richtung der Ablenkung des Tasters abhängig sind (vgl. die bereits erwähnte US-PS 34 57 484). Das Ausgangssignal derartiger Abtastköpfe wird durch eine Analogeinrichtung verarbeitet um ein oder mehrere Gleichspannungspegel zu erzeugen, welche ein Servosystem steuern. Eine derartige Anordnung zeigt über längere Zeitperioden eine Neigung zum Driften, so daß das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsfunktion nicht konstant ist.

Bei keiner der bekannten Abtastvorrichtungen werden in Abhängigkeit von der Auslenkung des Tasters unmittelbar am Abtastkopf digitale Impulsfolgen erzeugt, welche dann digital weiterverarbeitet werden und schließlich gegebenenfalls wieder in analoge Signale umgewandelt werden, um die eigentlichen Antriebsmotoren zu steuern. Zwar sind mehrere Signalumwandlungen und Signalverarbeitungen vorgesehen, die Signalverarbeitung erfolgt jedoch immer an wenigstens einer Stelle auf einer Gleichspannungsbasis, wo eine Drift über lange Zeiten die Genauigkeit der Steuerung ungünstig beeinflußt. Der Umwandlungsaufwand für die Signale ist dabei sehr

groß, ohne daß eine erhöhte Genauigkeit erreicht wird.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine derartige Drift auszuschalten, d. h, eine Abtastvorrichtung der eingangs erwähnten Gattung ?y schaffen, bei der keine derartige Drift auftritt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgangssignal des Abtastkopfes in ein digitales elektrisches Signal umgewandelt wird, welches digital weiterverarbeitet wird, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, durch die in jedem Zyklus der dem Abtastkopf zugeführten Spannung entsprechend der Ablenkrichtung des Tasters ein Spannungsimpuls erzeugt wird, dessen zeitliche Lage innerhalb des Zyklus durch eine Umwandlungseinrichtung in ein dem Ablenkwinkel entsprechendes digitales Signal umge- >s wandelt wird, und wobei Einrichtungen zum Erzeugen je einer trigonometrischen Funktion in Form einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel sowie zugehörige Vervielfaohungseinrichtungen zum Erzeugen von Ausgangsimpulsfolgen vorgesehen sind, die jeweils dem Produkt aus einer der trigonometrischen Funktionen und einer manuell ausgewählten Amplitudenfunktion entsprechen.

Die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung läßt sich durch Benutzung eines integrierten Schaltkreises sehr hoch machen, und es wird eine Abtastvorrichtung zum Auswählen einer Geschwindigkeit innerhalb eines weiten Bereichs von Arbeitsgeschwindigkeiten geschaffen, um eine konstante Bahngeschwindigkeit durch den Geräteantrieb, unabhängig von der Bewegungsrichtung, zu erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung wird direkt von dem phasenmodulierten Ausgangssignal des Abtastkopfes ein digitales Signal abgeleitet, digital weiterverarbeitet und erst dann den verschiedenen erforderlichen Antriebsmotoren zugeführt Da somit bei der Verarbeitung des Ausgangssignals des Abtastkopfes keine Gleichspannungen verwendet werden, tritt auch keine Langzeitdrift als Ergebnis des Alterns der Bauteile oder von Änderungen in der Umgebungstemperatur und dergleichen auf. Damit wird die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung erheblich verbessert Es ist dabei unerheblich, daß bei der Kopiersteuerungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung gegebenenfalls eine Um-Wandlung in Gleichspannungen an der Antriebsstelle erfolgt, da dort die erwähnten Driftprobleme nicht auftreten.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.

Insbesondere kann eine Einrichtung zum Auswählen einer bestimmten Impulswiederholungsrate vorgesehen sein, die einen binären Vervielfacher zur Erzeugung einer Ausgangsimpulsfolge und mit diesem verbundene Schalter zum Steuern der so erreichten Impulswiederholungsrate aufweist Weiter kann eine Einrichtung zum Feststellen des Quadranten des Ablenkwinkels vorgesehen sein, um die Erzeugung der Sinus- und Kosinusfunktionen zu steuern. Schließlich kann das dem Ablenkwinkel entsprechende Signal durch eine Einrichtung zum &° Erzeugen einer Wellenform mit schräger Flanke in Phase mit dem Startsignal erzeugt werden und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals bei Überschreiten eines bestimmten Pegels von der Wellenform mit schräger Flanke vorgesehen sein. ^h >

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig.3 eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Richtung der Tasterablenkung und des entsprechenden erzeugten digitalen Signals,

Fig.4 eine grafische Darstellung der Sinus- und Kosinusfunktionen eines Ablenkwinkels und

Fig.5A und 5B ein Prinzipschallbild, teilweise in Form eines Blockschaltbildes der in F i g. 2 gezeigten Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Abtastvorrichtung dargestellt Ein Abtastkopf 10 ist über eine Verbindungsleitung 11 mit einem digitalen Abtastmechaniijmus 12 verbunden, der zwei Ausgangssignale auf den Verbindungsleitungen 14 und 16, abhängig vom Eingangssignal aus dem Abtastkopf 10, erzeugt Die Verbindungsleitung 14 führt mehrere Impulse, die der gewünschten Bewegung des Maschinenantriebs in Richtung X entsprechen, während die Verbindungsleitung 16 eine entsprechende Impulsfolge führt der die Bewegung des Maschinenantriebs in Richtung Y, rechtwinklig zur Richtung X, trägt Die Verbindungsleitung 14 ist mit einem Eingang einer Drehmeldersperre 18 verbunden, die einen mit einem Servoverstärker 20 verbundenen Ausgang erzeugt der seinerseits einen Motor 22 antreibt Ein Tachometer 24 ist mechanisch mit der Welle des Motors 22 verbunden und bewirkt ein Signal auf einer Verbindungsleitung 26, die mit einem zweiten Eingang des Servoverstärkers 20 verbunden ist Ein Drehmelder 28 ist ebenfalls mit der Welle des Motors 22 verbunden und variiert die Phasendifferenz zwischen dem Ausgang der Drehmeldersperre 18 auf einer Verbindungsleitung 30 und einem zweiten Eingang zur Drehmeldersperre 18, die durch den Drehmelder 28 über eine Verbindungsleitung 32 zustande kommt Ein für den Antrieb in y-Richtung vorgesehenes identisches System ist mit einer Verbindungsleitung 16 verbunden und enthält einen Motor 34, der mit dem V-Antrieb des Gerätes verbunden ist und in Übereinstimmung mit Impulsen auf der Verbindungsleitung 16 unter Spannung gesetzt wird.

Der Abtastkopf 10 wird durch eine Wechselstrom-Signalquelle 9 in Tätigkeit gesetzt, um das geforderte Signal auf der Verbindungslinie 11 zu erzeugen. Der Abtastkopf 10 ist konventionell, und das Signal auf der Verbindungsleitung 11 ist ein Wechselstromsignal mit der gleichen Frequenz wie das Signal, das dem Abtastkopf 10 durch die Quelle 9 zugeführt wird, aber in der Phase um einen Betrag geändert der der Ablenkrichtung des Tasters des Abtastkopfes 10 entspricht und mit einer Amplitude, die der Größe dieser Ablenkung entspricht

Der digitale Abtastmechanismus 12 ist mehr detailliert in Fig.2 gezeigt. Die vom Abtastkopf 10 ausgehende Verbindungsleitung 11 ist mit einem Abtastkopf-Adressen-Wandler 36 verbunden, der die Phase des Signals auf der Verbindungsleitung 11 in ein digitales Signal umwandelt, das einer Speicherstellung oder Adresse in einer Speichereinrichtung entspricht. Das Ausgangssignal des Wandlers 36 ist auf einer Verbindungsleitung 38 vorgesehen, die mit dem Eingang eines Adressenzählers 40 verbunden ist. Der Adressenzähler 40 ist mit mehreren Ausgängen versehen. Eine Gruppe von Ausgängen ist über Verbindungslcitungen 41 mit einem Sinus-ROM-Speicher 42 verbunden, der an einer Reihe von Ausgängen ein digitales Signal erzeugt,

das dem Sinus des Ablenkwinkels entspricht. Diese Ausgänge werden über Verbindungsleitungen 43 mit entsprechenden Eingängen eines Interpolators 44 verbunden, der als digitaler Vervielfacher wirkt, um die Frequenz einer Impulsfolge zu vervielfachen, die einem Ausgang des Interpolators 44 über eine Verbindungsleitung 46 zugeführt wird. Das Auspangssignal wird auf einer Verbindungsleitung 48 erzeugt und stellt eine Impulsfolge mit einer Impulswiederholrate dar, die gleich der Rate der Impulsfolge auf der Eingangsverbindungsleitung 46 ist, vervielfacht um eine Zahl, die den digitalen Signalen entspricht, die den Eingängen des Interpolators 44 vom ROM-Speicher 42 zugeführt wurden. Diese Zahl liegt zwischen 0 und 1, so daß die Impulswiederholrate der Impulsfolge auf der Ausgangsverbindungsleitung 48 immer weniger als diejenige auf der Eingangsverbindungsleitung 46 ist.

Eine andere Reihe von Ausgängen des Adressenzählers 40 ist über Verbindungsleitungen 49 mit entsprechenden Eingängen eines Kosinus-ROM-Speichers 50 verbunden, der an seinen Ausgängen eine digitale Funktion erzeugt, die dem Kosinus des Ablenkwinkels entspricht. Diese digitale Funktion ist über Verbindungsleitungen 51 mit Eingängen eines Interpolators 52 verbunden, der wie der Interpolator 44 die Impulswiederholfrequenz der Impulsfolge, die auf der Eingangsverbindungsleitung 46 erscheint, vervielfacht, um eine Ausgangsimpulsfolge auf der Ausgangsverbindungsleitung 54 mit einer Impulswiederholrate gleich derjenigen der Impulsfolge auf der Verbindungsleitung 46 zu erzeugen, vervielfacht um einen Betrag, der den durch die Verbindungsleitungen 51 zugeführten digitalen Signalen entspricht. Entsprechend sehen die Verbindungsleitungen 48 und 54 jeweils Impulsfolgen als Eingangssignale zur Drehmeldersperre 18 für den ,Y-Antrieb und die entsprechende Drehmeldersperre für den V-Antrieb vor (F i g. 1).

Die Impulswiederholungsrate auf der Verbindungsleitung 46 ist aus einem Zeitgeber 56 hergeleitet, der Zeitimpulse mit einer konstanten Rate liefert. Der Zeilgeber 56 ist mit dem Eingang eines Interpolators 58 verbunden, und die Verbindungsleitung 46 ist mit dem Aisgang des Interpolators 58 verbunden. Die Eingänge des Interpolators 58 sind mit einer Reihe von Schaltern 60 verbunden, die manuell in Obereinstimmung mit der gewünschten Impulswiederholungsrate der Impulsfolge für die Verbindungsleitung 46 betrieben werden. Der Interpolator 58 dient zum Vervielfachen der Impulswiederholungsrate des durch den Zeitgeber 56 erzeugten Signals um einen Betrag, der den von den Schaltern 60 gelieferten digitalen Signalen entspricht, so daß die Impulswiederholungsrate der Impulsfolge auf der Verbindungsleitung 46 deren Produkt ist. Der durch das Setzen der Schalter 60 dargestellte Wert liegt zwischen 0 und 1, so daß die Impulsfrequenz auf der Ausgangsverbindungsleitung 46 immer kleiner ist als die Zeitgeberfrequenz.

Die Frequenz des Zeitgebers 56 ist viel höher als die Frequenz der Quelle 9, welche zweckmäßigerweise einen Frequenzteiler oder ähnliches enthält, so daß das Erregungssignal für den Abtastkopf 10 aus dem Ausgang des Zeitgebers 56 abgeleitet wird.

In F i g. 3 ist eine diagrammatische Darstellung der Art gezeigt auf welche ein digitales Signal in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel des Tasters des Abtastkopfes 10 erzeugt wird. Der in F i g. 3 dargestellte Kreis ist in vier Quadranten I, II, III und IV unterteilt Ein digitaler Wert zwischen 0 und 127 wird erzeugt wenn der Abtastkopf in Richtung des ersten Quadranten abgelenkt wird, ein Wert zwischen 128 und 255, wenn die Ablenkung im zweiten Quadranten erfolgt, ein Wert zwischen 256 und 383, wenn die Ablenkung im dritten Quadranten erfolgt, und ein Wert zwischen 384 und 511, wenn die Ablenkung im vierten Quadranten erfolgt. Die 512 diskreten, digitalen Signale, die in Abhängigkeit von der Richtung der Ablenkung der Abtastvorrichtung erzeugt werden, werden in einem

to binären Zähler mit 9 Stufen untergebracht, wobei jeder der 512 Werte durch eine diskrete Kombination von 9 binären Bits angezeigt wird. Die zwei wesentlichsten Bits zeigen den Quadranten an, in dem die Ablenkung auftritt, und werden in F i g. 3 für jeden entsprechenden Quadranten dargestellt. Im Quadranten I sind die zwei wesentlichsten Ziffern beide 0; im Quadranten II sind die zwei wesentlichsten Ziffern 01 (wobei die unwesentlichste Ziffer rechts angeordnet ist); im Quadranten III sind die zwei wesentlichsten Ziffern 10; und im Quadranten IV sind die zwei wesentlichsten Ziffern 11. Die sieben Ziffern jeder Binärnummer, welche die weniger wichtigen Rangplätze einnehmen, reichen in jedem Quadranten von 0 bis 127.

Es ist notwendig, den Sinus und Kosinus des

Ablenkwinkels herauszuziehen. Es ist aus der Darstellung der F i g. 3 zu erkennen, daß dies durch Benutzung von nur sieben Binärbits geschehen kann, die einem einzelnen Quadranten der Ablenkung zugeordnet sind, da die zwei verbleibenden Bits den Quadranten identifizieren. In Fig.4 sind die Sinus- und Kosinus-Funktion des ersten Quadranten dargestellt. Beim Quadranten Ii ist die Kosinusfunktion gleich der Sinusfunktion des Quadranten I mit umgekehrtem Vorzeichen, und die Sinusfunktion ist gleich der Kosinusfunktion des Quadranten I. Beim Quadranten III sind die Vorzeichen beider Funktionen umgekehrt und beim Quadranten IV sind die Sinus- und Kosinusfunktionen die gleichen wie beim Quadranten II mit umgekehrten Vorzeichen.

So sind also die Sinus- und Kosinusfunktionen für alle vier Quadranten aus den Daten für einen Einzelquadranten hergeleitet und erfordern lediglich sieben Binärbits. Die zwei wesentlichsten Bits werden zum Auswählen der geeigneten Vorzeichen für die Sinus- und Kosinusfunktionen benutzt

In F i g. 5 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, das die Art des Herausziehens der Sinus- und Kosinusfunktionen darstellt. Das vom Abtastkopf 10 hergeleitete Signal wird einer Anschlußklemme bzw. einem Eingang 62 zugeführt der über einen Widerstand 64 mit einem Eingang eines Differentialverstärkers 66 verbunden ist, welcher einen Rückkopplungskreis 68 mit einem Widerstand 67 und einem Kondensator 69 aufweist Der Ausgang des Verstärkers 66 ist Ober einen Widerstand 70 mit dem Eingang eines Differentialverstärkers 72 verbunden, der einen Rückkopplungswiderstand 74 aufweist

Der Ausgang des Verstärkers 72 ist über einen Widerstand 76 mit einer Kontaktleiste von zweipoligen

w Wechselschalter-Kontakten 78 und dann über eine Gleichrichtdiode 80 mit einer anderen Leiste von umkehrenden Kontakten 78 verbunden. Die Kontakte 78 werden durch eine Relaisspule 82 betrieben, die zwischen eine Steuereingangsleiste 84 und Masse

b- geschaltet und so ausgelegt ist daß die Polarität der Diode 80 umgedreht wird, wenn ein Steuersignal an die Leiste 84 zugeführt wird, um die Vorschubrichtung des Geräteantriebs im Verhältnis zur Spur umzudrehen, die

durch den Taster des Abtastkopfes 10 vorgegeben wird.

Das Ende eines Kondensators 86 ist über den Kontakt 78 mit der Diode 80 verbunden, und das andere Ende ist mit Masse verbunden, und eine Wechselspannung wird am Kondensator 86 erzeugt, die der Amplitude des Wechselstromsignals entspricht, welches vom Abtastkopf 10 an den Eingang 62 angelegt wird.

Das nichtgeerdete Ende des Kondensators 86 ist über einen Widerstand 88 mit dem Eingang eines Differentialverstärkers 90 verbunden, der mit einem Rückkopplungswiderstand 92 ausgestattet ist. Der Eingang des Verstärkers 90 ist ebenfalls über einen Widerstand 94 mit dem Abgriff eines Potentiometers 96 verbunden, welches zwischen eine positive Spannungsquelle und Masse geschaltet ist.

Die Lageeinstellung des Abgriffs des Potentiometers dient zum Steuern der Höhe des dem Verstärker 90 zugeführten Signals bei gleichbleibenden Werten für die Widerstände 88 und 94 mit dem Ergebnis, daß die Höhe des dem Eingang des Verstärkers 90 zugeführten Signals die durchschnittliche Höhe der gleichgerichteten Spannung am Kondensator 86 aufweist und daß die Höhe der Spannung durch das Potentiometer 96 gewählt wird. Das Potentiometer 96 ist eingestellt, um die gewünschte Größe der Ablenkung des Tasters des Abtastkopfes 10 zu wählen, wobei die Ablenkung durch das System beibehalten wird.

Der Ausgang des Verstärkers 66 ist weiter mit dem Eingang eines Differentialverstärkers 98 über einen Widerstand 100 verbunden. Der Verstärker 98 dient als Empfänger, um das Wechselstromsignal am Eingang des Verstärkers 66 in eine Rechteckwelle umzuwandeln, wobei die senkrechten Abschnitte oder Übergänge der Rechteckwelle den Nulldurchgängen der Wechselstromwellenform entsprechen und eine Höhe aufweisen, die für den Schaltkreis im Ausgang geeignet ist. Der Ausgang des Verstärkers 98 ist mit einem monostabilen Multivibrator 102 verbunden, der einen kurzen, positiven Impuls erzeugt, wobei er bei den positiven Obergängen der durch den Verstärker 98 erzeugten Rechteckwelle beginnt

Der Ausgang des Multivibrators 102 ist mit der Basis eines Transistors 104 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 106 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand 108 im Abgriff eines Potentiometers HO verbunden ist, das zwischen einer negativen Spannungsquelle und Masse geschaltet ist Das Potentiometer 110 ist zur anfänglichen Justierung des Systems bestimmt

Der Emitter des Transistors 104 ist ebenfalls mit dem doppelumkehrenden Eingang eines Differentialverstärkers 112 verbunden, der einen Rückkopplungskondensator 114 aufweist, welcher seinen Ausgang mit seinem Eingang verbindet, so daß der Verstärker 112 als Integrator dient, um eine anwachsende Flankenspannung zu erzeugen, wann immer der Transistor 104 aasgeschaltet ist Die Neigung der Flanke ist abhängig von der Kapazität des Kondensators 114 und dem Widerstandswert des Widerstandes 108, der im Verhältnis zum Widerstand des Potentiometers 110 sehr hoch ist, so daß der letztere keinen Einfluß auf die Neigung der Flanke hat sondern nur die durchschnittliche Spannungshöhe der Flankenwellenform beeinflußt

Die vom monostabilen Multivibrator 102 gelieferten positiven Impulse dienen zum Bringen des Transistors 104 in Sättigungszustand, wobei der Kondensator 114 Ober den Widerstand 106 aufgeladen wird. Der Wert des Widerstandes 106 ist kleiner als derjenige des Widerstandes 108, so daß der Kondensator sehr schnell aufgeladen wird und am Ende jedes Eingangsimpulses vom monostabilen Multivibrator die gleiche Ladungshöhe erreicht. Nach dem Ende jedes Eingangsimpulses wird der Kondensator 114 über den Widerstand 108 entladen, wobei er zum Erzeugen der Flankenwellenform am Ausgang des Verstärkers 112 dient.

Jede Flanke beginnt am Ende eines durch den Multivibrator erzeugten Impulses, so daß die Phase des Flankensignals ungefähr die gleiche ist wie diejenige des dem Eingang 62 zugeführten Wechselstromsignals und sich davon nur durch die vom Multivibrator 102 erzeugte konstante Breite unterscheidet

Das am Ausgang des Verstärkers 112 erzeugte Flankensignal wird zu dem am Ausgang des Verstärkers 90 erzeugten Gleichstromsignals durch ein summierendes Netzwerk mit einem Widerstand 116 addiert, wobei der Widerstand 116 vom Ausgang des Verstärkers 90 her mit einem Verbindungspunkt 118 verbunden ist und ein Widerstand 120 den Ausgang des Verstärkers 112 mit dem Verbindungspunkt 118 verbindet. Daraus ergibt sich, daß der Verbindungspunkt 118 ein Flankensignal aufweist, dessen Phase von der Phase des Eingangssignals vom Abtastkopf 10 abhängt und dessen Höhe von der Amplitude des Abtastkopfsignals und ebenfalls von der vom Potentiometer 96 gewählten Spannungshöhe abhängt.

Der Verbindungspunkt 118 ist mit dem Eingang eines Differentialverstärkers 122 verbunden, der mit einem Rückkopplungsnetzwerk 124 ausgestattet ist das einen Widerstand 126 und damit parallel verbunden einen Reihenschaltkreis mit einem Widerstand 128 und einem Kondensator 130 enthält Der Verstärker 122 dient als Empfänger, um einen positiven Impuls zu erzeugen, wenn die augenblickliche Spannungshöhe des Signals am Verbindungspunkt 118 über dem Schwellenpotential liegt (d. h. dem Wertpotential). Dies hängt sowohl von der Phase der Flankenfunktion als auch von ihrer durchschnittlichen Gleichstromhöhe ab, und so wird eine Impulsfolge von wechselnder Dauer am Ausgang des Verstärkers 122 erzeugt, und zwar für jede Flanke eine, wobei der Flankenanstieg in einer Phasenlage auftritt, die eine lineare Funktion der Phase der Flanke für jedes Einstellen des Potentiometers % ist vorausgesetzt die Ablenkungsgröße ist konstant Das Potentiometer 110 ist anfänglich justiert, um in jedem Zyklus, wenn der Ablenkwinkel Null ist zu einer bestimmten Zeit die notwendigen Impulse zu erzeugen.

Der Ausgang des Verstärkers 122 ist über einen Widerstand 132 mit dem Eingang eines Verstärkers 134 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Flip-Flops 136 verbunden ist Der Verstärker 134 dient als Leitungsverstärker und regelt die Höhe des durch den Verstärker 122 erzeugten Signals auf den vom Flip-Flop 136 geforderten Wert

Der andere Eingang des Flip-Flops ist über eine Verbindungsleitung 138 mit dem Zeitgeber 56 (F i g. 5B) verbunden, so daß das Flip-Flop auf einer Ausgangsleitung 140 Impulse erzeugt, die mit den Zeitgeberimpulsen des Zeitgebers 56 synchronisiert sind. Die Leitung 140 ist mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 142 verbunden, der zum Erzeugen eines kurzen Impulses von Standardlänge auf einer Ausgangsleitung 144 bei der Anstiegsflanke jedes positiven Impulses auf der Leitung 140 dient

Die Leitung 144 ist mit dem wirksamen Eingang jedes von mehreren Gattern 146 (Fig.5B) verbunden. Der Block von Gattern 146 enthält neun individuelle Daten,

von denen jedes zum Verbinden eines einzelnen Eingangs mit einem einzelnen Ausgang dient, wenn an die Leitung 144 Spannung angelegt wird, so daß ein am Eingang eines Gatters anwesendes Signal in diesem Augenblick an seinen Ausgang übertragen wird.

Der Zeitgeber 56 ist über eine Leitung 154 mit einem Frequenzteiler 156 verbunden, der die Impulswiederholungsfrequenz des Zeitgebers 56 durch einen Faktor teilt, daß an einer mit dem Ausgang des Frequenzteilers 156 verbundenen Leitung 158 eine Impulsfolge mit einer Impulswiederholungsfrequenz von annähernd 512 gegenüber der Frequenz des zum Abtastkopf 10 zugeführten anregenden Signals erzeugt wird, die ebenfalls das 512fache der Impulswiederholungsfrequenz der auf der Leitung 144 erscheinenden Impulsfolge ist. Die Leitung 158 ist mit dem Eingang eines Zählers 160 verbunden, der ein Neun-Stufen-Binärzähler ist, deshalb 512 Zustände hat Der Zähler 160 durchläuft aufeinanderfolgend jeden dieser 512 Zustände, wobei jedes Durchlaufen ein Durchlaufen der anregenden, dem Abtastkopf 10 zugeführten Frequenz darstellt und eine Drehung um den in Fig.3 dargestellten Kreis durch alle vier Quadranten darstellt Die Zeit des Auftretens jedes Impulses auf der Leitung 144 während jedes Zyklus des Zählers 160 bestimmt den Ablenkwinkel, und zu diesem Zeitpunkt wird der Inhalt des Zählers 160 durch die Gatter 122 den Eingängen einer Gruppe von ausschließlichen ODER-Gattern 162 zugeführt wobei für den Ausgang jeder Stufe des Zählers 160 ein Gatter vorgesehen ist _vEin zweiter Eingang jedes der ausschließlichen ODER-Gatter 162 ist mit der 8. Stellung des Zählers 160 verbunden, die das zweite der wesentlichsten Bits davon darstellt Der Zähler 160 ist mit der durch die Quelle 9 erzeugten anregenden Spannung mit Hilfe eines mit dem Ausgang der Quelle 9 verbundenen Empfängers 147 synchron, dessen Ausgang mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 148 verbunden ist Das Ausgangssignal des Multivibrators 148 ist ein Impuls bei jedem positiven Null-Durchgang des Ausgangssignals der Quelle 9 und ist über eine Leitung 150 mit einem Rückstelleingang des Zählers 160 verbunden. Entsprechend wird der Zähler 160 am Beginn jedes Zyklus zu Null zurückgestellt

Jedes der ausschließlichen ODER-Gatter 162 nimmt einen zweiten Eingang von der 8. Stellung des Zählers 160 über ein Gatter 162 auf. Die Eingänge der ODER-Gatter 162 ergänzen deshalb die vom Zähler 160 zugeführten Impulse, wenn ein Ausgangsimpuls am 8. Ausgang des Zählers 160 da ist, und überführen die Impulse in nichtergänzter Form, wenn kein Ausgangsimpuls am 8. Ausgang des Zählers 160 da ist Aus F i g. 3 ist zu ersehen, daß die 8. Stellung des Zählers, die der zweithöchsten Ordnung des digitalen Signals entspricht, dann da ist, wenn der Ablenkwinkel im zweiten oder vierten Quadranten ist In diesem Quadranten ist es notwendig, daß der Winkel vor dem Herausziehen des Sinus des Winkels ergänzt wird, da die Speichereinrichtung lediglich Werte für den ersten Quadranten speichert Beim zweiten Quadranten, der Winkel zwischen 90 und 180° enthält, ist der Sinus des Winkels B dem Sinus des Winkels (90— B) im ersten Quadranten gleich. Endlich ist im vierten Quadranten, der Winkel zwischen 270 und 360° enthält, der absolute Wert des Sinus dem Sinus von (90—B) im ersten Quadranten gleich. Der Winkel (90— B) ist der Ergänzungswinkel des Winkels R Deshalb wird im zweiten und vierten Quadranten der durch die sieben niedrigsten Stellungen des Zählers 160 dargestellte Winkel durch die ausschließlichen ODER-Gatter 162 ergänzt, bevor er zum Herausziehen des Sinus dieses Winkels verwendet wird. Die Vorzeichen der trigonometrischen Funktio-

s nen sind infolge von zwei zusätzlichen Ausgängen eindeutig, die in der höchsten Stellung des Zählers 160 erzeugt werden. Die Eingänge eines ausschließlichen ODER-Gatters 164 sind mit den zwei Ausgängen des Zählers 160 in der höchsten Stellung durch die Gatter 146 verbunden, so daß der Ausgang des Gatters 164 hoch ist, wenn der Ablenkwinkel im zweiten und dritten Quadranten ist, und so anzeigt, daß die Kosinusfunktion negativ ist Ein Inverter 166 ist mit dem Ausgang des Zählers 160 in der höchsten Stellung über ein Gatter 146

is verbunden, um einen Ausgang zu erzeugen, wenn der Ablenkungswinkel im ersten und zweiten Quadranten ist, und zeigt so an, daß das Vorzeichen des Sinus positiv ist Das Gatter 164 und der Inverter 166 sind entsprechend mit Kontakten 168 und 170 verbunden, welche die vom Servosystem benötigte Information in Form der Vorzeichen der trigonometrischen Funktionen liefern. Falls ein hoher Wert erforderlich ist, wenn der Kosinus positiv ist, kann ein Inverter in Serie mit dem Ausgangskontakt 168 geschaltet werden. In ähnlicher Weise kann der Inverter 166 weggelassen werden, falls ein hoher Wert gefordert ist, wenn der Sinus negativ ist.

Die Ausgänge aller ausschließlichen ODER-Gatter 162 sind mit den sieben Eingängen eines ROM-Speichers 172 verbunden, der ausgelegt ist, um auf mehreren Ausgangsleitungen 174 ein digitales Signal zu erzeugen, das dem Sinus des durch das digitale Signal dargestellten Winkels entspricht, wobei das digitale Signal den Eingängen des ROM-Speichers 172 von den Gattern 162 zugeführt wird.

Die Gatter 162 sind ebenfalls individuell über mehrere Inverter 176 mit den sieben Eingängen eines zweiten ROM-Speichers 178 verbunden. Das Umwandeln der an den Ausgängen der Gatter 162 erzeugten Signale schafft ein einem Winkel entsprechendes digitales Signal, das gleich ist 90° weniger dem durch die Ausgänge der Gatter 162 dargestellten Winkel. Deshalb erzeugt der ROM-Speicher 171 an mehreren Ausgängen 180 ein dem Kosinus des Ablenkwinkels entsprechendes digitales Signal.

Aus Fig.4, wo die Sinus- und Kosinus-Funktionen dargestellt sind, geht hervor, daß der Kosinus eines Winkels θ gleich ist dem Sinus eines Winkels (90-0Jt
Die Ausgangsleitungen 174 sind mit Eingängen eines binären Vervielfachers 182 verbunden, der einen anderen mit einer Leitung 184 verbundenen Eingang aufweist Die Leitung 184 sieht eine impulsfolge mit einer Impulswiederholungsfrequenz vor, die der gewünschten Folgegeschwindigkeit entspricht, die durch das Gerät bewirkt werden soll. Aufgabe des binären Vervielfachers 182 ist es, auf einer Ausgangsleitung 186 eine Impulsfolge mit einer Impulswiederholungsfrequenz vorzusehen, die proportional ist dem Produkt aus der Impulswiederholungsfrequenz einer Folge auf der

«o Leitung 184 und der Funktion, die durch das dem Vervielfacher 182 über die Verbindungsleitungen 174 zugeführte digitale Signal dargestellt wird. Entsprechend ist die Impulswiederholungsfrequenz der Impulsfolge auf der Verbindungsleitung 186 A - cos Θ, wobei A

ö die gewünschte Geschwindigkeit und θ der Ablenkwinkel ist und das Produkt gleich ist mit der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit des Gerätes in einer ersten senkrechten Richtung. In ähnlicher Weise sind die

Ausgangsleitungen 180 mit den Eingängen eines binären Vervielfachers 188 verbunden, der mit dem binären Vervielfacher 182 identisch ist. Der Vervielfacher 182 ist ebenfalls mit der Leitung 184 verbunden, um auf einer Ausgangsleitung 190 eine Impulsfolge zu erzeugen. Entsprechend ist die Impulswiederholungsfrequenz der Impulsfolge auf der Leitung 190 proportional A · cos Θ, wobei A die gewünschte Geschwindigkeit und θ der Ablenkwinkel ist und das Produkt der gewünschten Geschwindigkeit in einer zweiten senkrechten Richtung gleich ist. Die Ausgangsleitungen 186 und 190 sind mit der Leitung 14 und 16 des in F i g. 1 gezeigten Systems verbunden.

Aus dem Vorhergehenden ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgelegt ist, um digitale Impulsfolgen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Abtastkopfes 10 zu erzeugen, wobei jede der Impulsfolgen für jede gewünschte Bewegung des Maschinenantriebs in einer der zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einen Impuls aufweist. Die beschriebene Vorrichtung weist keine Drift auf und ist für eine unbegrenzte Zeitdauer stabil.

Kennzeichnend für das Aufsummieren eines Signals, das der Größe eines Wechselstromsignals am Eingang 62 proportional ist, wobei das Plankensignal durch den Verstärker 112 erzeugt wird, ist zu bewerkstelligen, daß die Ablenkungsgröße einen Einfluß auf das durch die Vorrichtung gemäß F i g. 5 erzeugte Signal hat. Falls die Ablenkungsgröße anwächst, so ändert dies die kombinierte Signalhöhe und führt zu einer Verschiebung der Phase des Ausganges des Verstärkers 122, wobei die Richtung der durch den Ausgang des Zählers 160 dargestellten Ablenkung um einen geringen Winkel geändert wird. Die Änderungsrichtung des Ausgangs des Zählers 160 ist so, daß die Richtung des Geräteantriebs geändert wird, so daß der Geräteantrieb an Stelle des Bewegens des Tasters in eine Richtung tangential zur Oberfläche der damit in Verbindung stehenden Abtastspur eine relative Bewegung zwischen der Abtastspur und dem Taster ausführt um die Ablenkungsgröße auf den richtigen Betrag zu bringen. Die Einstellung eines Potentiometers 96 bewirkt das Wählen der für die Ablenkung des Tasters gewünschten Größe.

Die impulsfolge auf der Leitung 184, die der Leitung 46 von F i g. 1 entspricht ist vom Zeitgeber 56 mittels einer Teilereinheit 192 abgeleitet, welche die Impulswiederholungsfrequenz des Zeilgebers durch einen geeigneten Faktor, wie 180, teilt und seinen Ausgang einem binären Vervielfacher 1% zuführt.

Der Vervielfacher 196 ist identisch mit den Vervielfa-

ehern 182 und 188 und dient zum Erzeugen einer Impulsfolge auf einer Leitung 202, die eine Wiederholungsfrequenz gleich dem Produkt aus der durch die Teilereinheit 192 erzeugten Frequenz und einer Funktion, die durch das Setzen der Schalter 60 dargestellt wird, die mit Eingängen des Vervielfachers 196 verbunden sind. Entsprechend wählen die Schaller 60 die Impulsfrequenz für die Impulsfolge auf der Leitung 202, die über einen Schalter 204 in einer seiner Stellungen direkt mit der Leitung 184 verbunden ist. In seiner anderen Stellung verbindet der Schalter 204 die Leitung 202 über eine weitere Teilereinheit 206 mit der Leitung 184, die zum Teilen der Impulsrate um den Faktor 10 dient. So bewirkt der Schalter 204 eine Erhöhung des Einstellbereichs der Impulsfrequenz auf der Leitung 184 um den Faktor 10.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden für die in F i g. 5 aufgeführten Teile folgende Komponenten benutzt:

Empfänger98,134undl46 N8T16A Muitivibratorenl02,142undl48 SN74123N

Flip-Flop 136 SN7474N Widerstände:

68 22 kn 74 100 kn 76 47 kn 88 100 kn 92 100 kn 94 100 kn 96 2kn

106 1 kn

108 20 kn

116 47 kn

120 200 kn

126 1 Mn Kondensatoren

69 51OpF 86 .047 μΡ

114 .05 μΡ

Vervielfacher 182,184 und 196 SN7497N ROM-Speicher 172 und 178 S8771 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abtastvorrichtung für eine elektrische Kopiersteuerungsvorrichlung mit einem Abtastkopf, der ein phasenmoduliertes Ausgangssignal nach Maßgabe von Ablenkgröße und Ablenkwinkel eines Tasters erzeugt, und mit Einrichtungen zur Umwandlung und Weiterverarbeitung dieses Ausgangssignals zwecks Bildung von Vorschubsignalen für Koordinatenstellmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Abtastkopfes (10) in ein digitales elektrisches Signal umgewandelt wird, welches digital weiterverarbeitet wird, wobei Einrichtungen (102, 122) vorgesehen ι S sind, durch die in jedem Zyklus der dem Abtastkopf (10) zugeführisn Spannung entsprechend der Ablenkrichtung des Tasters ein Spannungsimpuls erzeugt wird, dessen zeitliche Lage innerhalb des Zyklus durch eine Umwandlungseinrichtung (160) in ein dem Ablenkwinkel entsprechendes digitales Signal umgewandelt wird, und wobei Einrichtungen (172; 178) zum Erzeugen je einer trigonometrischen Funktion in Form einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel sowie zugehörige Vervielfachungseinrichtungen (182; 188) zum Erzeugen von Ausgangsimpulsfolgen vorgesehen sind, die jeweils dem Produkt aus einer der trigonometrischen Funktionen und einer manuell ausgewählten Amplitudenfunktion entsprechen.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Auswählen einer bestimmten Impulswiederholungsrate als Eingang zu den Vervielfachungseinrichtungen (182; 188), wobei diese Auswahl-Einrichtung einen binä- ^3S ren Vervielfacher (196) aufweist, der mit einer Quelle (56) von Steuerimpulsen und mit mehreren Schaltern (60) zum Erzeugen einer Ausgangsimpulsfolge mit einer Impulswiederholungsrate proportional dem Produkt aus der Impulswiederholungsrate der « Steuerimpulse und einer der Stellung der Schalter (60) entsprechenden Funktion verbunden ist, und durch eine Leitung (184) zum Verbinden des Ausgangs des binären Vervielfachers (196) mit einem Eingang der Vervielfachungseinrichtungen (182; 188).

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch t oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (164, 166) zum Feststellen des Quadranten des Ablenkwinkels und eine Einrichtung (176) zum Ergänzen der ⁵^ binären Darstellung, wenn der Ablenkwinkel im zweiten und vierten Quadranten ist

4. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Kosinusfunktion einen Inverter (176) zum Erzeugen eines dem Komplementwinkel des Ablenkwinkels entsprechenden Signals enthält

5. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtungen zum Erzeugen der Impulse einen monostabilen w Multivibrator (102) zum Umwandeln des Ausgangssignals des Abtastkopfes (10) in eine Impulsfolge enthält, wobei die Vorderflanke jedes Impulses eine Phasenbeziehung zu dem Ausgangssignal proportional dem Ablenkwinkel aufweist. ^h5·

6. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen (86, 90) zum Erzeugen eines dem Ausgangssignal entsprechenden Wiederholungssignals, wobei das Wiederholungssignal eine Wellenform mit schräger Flanke aufweist, und durch eine Einrichtung (122) zum Erzeugen der Impulsfolge in Abhängigkeit davon, daß ein bestimmter Pegel von der Wellenform mit schräger Flanke überschritten wird.

7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine manuell betätigbare Einrichtung (96) zum Steuern der durchschnittlichen Höhe der Wellenform mit schräger Flanke.