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Zeichenmaschine mit Digitalanzeige
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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Zeicilenmaschine mit Digitalanzeige
und ist dadurch charakterisiert, daß die Winkellage der Zeichenlineale (10) an einem
im Zeichenkopf untergebrachten Codeteilkreis (11) elektrooptisch abgegriffen wird
und die so gewonnenen elektrischen Signale in einem Decoder (18) in einen üblichen
Winkelwert umgesetzt werden und dieser in einer Ziffern-Anzeige (19) digital dargestellt
wird. Ferner ist vorgesehen, daß auch die seitliche und die Ilöhenlage des Zeichenkopfes
auf den Laufwagen (3)(5) über eine vereodete Teilung in der gleichen Weise abgegriffen,
umgesetzt und angezeigt werden wie die Winkellage der Zeichenlineale.
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Damit ermöglicht die Erfindung den Bau einer im Ablesesystem grundliegend
verbesserten Zeichenmaschine, die für die verschiedensten Zwecke auf Zeichentischen,
Zeichenbrettern und größeren Zeichenanlagen verwendet werden kann.
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Bekanntlich müssen bei einer Zeichenmaschine die Zeichenlineale (10)
auf der gesamten Zeichenflache verschoben, d.h. in jede beliebige Position gebracht
werden können, und es muß möglich sein, die Winkel lage der Lineale (10) in bezug
auf die rechtwinkligen Koordinaten des Zeichenbretts (1) bzw. der orientierten Zeichnung
beliebig zu verändern. Bei vielen Zeichen- und Konstruktionsaufgaben, insbesondere
bei großflächigen, ist es erforderlich, sehr zahlreiche zu den Koordinaten linien
winkelige Linien zu ziehen und dies mit hoher Winkelgenauigkeit. Damit gewinnt die
hierzu dienende Einrichtung besondere Bedeutung.
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Alle herkömmlichen Zeichenmaschinen besitzen hicrzu eine relativ
grobe außenliegende Winkelteilung, meist in 3600 mit einem Teilungsintervall ton
1 Grad. Der Winkel wird mit Hilfe eines Indexstrichs abgelesen, wobei die Dezimalen
geschätzt werden müssen, daneben gibt es
Präzisionsausführungen,
die mit einem, meist doppelsinnigen, Nonius ausgestattet sind, der eine Ablesefeinheit
von 1/6 Grad, also 10', ermöglicht. Sowohl die Einstellung des Indexstrichs bzw.
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die Dezimalenschätzung als auch die Ablesung des Nonius erfordern
Sorgfalt, Aufmerksamkeit und Zeit. Dabei muß z.B. auch der Drehsinn berücksichtigt
werden, was leicht zu Irrtümern führen kann, und das Auge ist, insbesondere bei
höheren Genauigkeiten, überdurchschnittlich beansprucht. Eine digitale Ablesung
der Winkelwerte ist mit den herkömmlichen, im Zeichenmaschinenbau üblichen Mitteln
nicht erreichbar oder wäre, z.B. bei Verwendung eines Getriebes mit Zählwerk, kompliziert
und ungenau und genauigkeitsminderndem Verschleiß unterworfen. Erfindung Erfindung
Demgegenüber ermöglicht die vorliegende eine mühelose, irrtumsfreie, digitale, in
großen, gut sichtbaren Leuchtziffern angezeigte und wesentlich genauere Ablesung
und Einstellung der Winkelwerte am Zeichenkopf wie auch, bei entsprechender erweiterter
Ausführung, der sonstigen Einstellwerte der Zeichenmaschine.
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Dies wird dadurch erreicht, daß im Zeichenkopf ein Teilkreis (11)
mit vercodeter Winkelteilung zentrisch zur Drehachse (8) und ein der Codierung zugeordneter
elektrooptischer Abtaster untergebracht sind, und daß die bei der Abtastung gewonnenen
Signale in einem Decoder (18) in allgemein verwendete, herkömmliche Winkelwerte
umgesetzt und so mittels einer mehrstelligen Ziffern-Anzeige (19) digital angezeigt
werden. Hierbei ist der Zeichenkopf in seinen wesentlichen mechanischen Teilen in
der herkömmlichen Weise ausgeführt; er ist an einem Bewegungsmechanismus, sei es
einem Parallelogramm, sei es einer Laufwagen-Einrichtung, befestigt, be-Verschwenkung
sitzt einen Knopf (7) zur der Lineale (10) mit einer Klemm-und/oder Rasteinrichtung
sowie Linealhalter (9). Im Gegensatz zum bisher Oblichen ist jedoch der außenliegende,
mit einer Winkelteilung versehene Teilkreis, der die Winkellage der Zeichenlineale
(10) anzeigt, durch einen innenliegenden Kreis (11) mit vercodeter Winkelteilung
ersetzt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Abbildung 1 in Draufsicht bei
geöffnetem Gehäuse und in der Abbildung 2 im Schnitt dargestellt.
Dort
ist in gebräuchlicher leise auf einem Zeichenbrett (1) ein Laufwagen-System nontiert,
das eine oben liegende horizontale Laufschiene (2) besitzt, an der die auf einem
exakt geführten Wagen (3) befestigte vertikale Laufschiene (4) über die gesamte
Breite des Zeichenbretts (1) frei bewegt werden kann. An der vertikalen Schicne
(4) ist ein, in der Regel mit Gewichtsausgleich versehener Laufwagen (5) befestigt,
der die Grundplatte (6) mit dem kompletten Zeichenkopf trdgt.
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Der in den Abbildungen 1 und 2 vereinfacht als Ausführungsbeispiel
dargestellte Zeichenkopf hat als wesentliche Bauelemente einen Griffkopf (7), der
mit der Drehachse (8) und dem Linealhalter (9) fest verbunden ist, und mit dem man
die Lineale (10) von 'and beliebig verschwenken kann. Weiteres wesentliches, und
zwarerfindungskennzeichnendes Bauelement des Zeichenkopfes ist der an der Drehachse
(8) befestigte und zu dieser zentrierte Teilkreis (11) mit vercodeter Winkelteilung.
Damit entfdllt der sonst übliche außenliegende Metallkreis mit gewöhnlicher Winkelteilung
und Bezifferung. Der beschriebene Kreis (11) besteht aus Glas oder einem anderen
transparenten Material und liegt im Inneren des Gehäuses (12). Seine vercodete Winkelteilung
kann z.B. die BCD-Vercodung aufweisen. Eine solche Vercodung besteht aus hellen
und dunklen Feldern. Die Ablesestelle des Kreises wird von einer künstlichen Lichtquelle
(13), z.B. einer LED, beleuchtet und auf der Gegenseite unter Zwischenschaltung
eines in der Abbildung der Einfachheit halber vernachlässiten radialen Spalts auf
elektrooptischem ege abgetastet. hierzu sind, wie in Abbildung 2 vereinfacht dargestellt,
im Inneren des Gehäuses (12) radial angeordnete lichtempfindliche elektronische
Bauelemente (14), z.B. Phototransistoren, befestigt. Je nach der von der Winkellage
der Zeichenlineale (10) abhängigen Position des Teilkreises (11) geben die einzelnen
photoelektrischen Bauelemente (14) eine bestimmte Kombination von elektrischen "Ja"-
und "Nein"-Signalen (}high, Low) ab. Im Ausführungsbeispiel sind Beleuchtungselement
(13), Abtastelemente(l4) und eine zugehörige elektrische Steckerleiste (15) für
das Kabel (16) auf einem gemeinsamen, mit der Grundplatte (6) fest verbundenen,
U-förmigen, den Teilkreis (11) umgreifenden Träger (17) befestigt.
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Die Signale gelangen übr eine elektrische Leitung (16) zu einem Decoder
(18), der sie in allgemein verwendete, herkö:imliche ;JinkelvJerte, z.B. in Winkelgrade
und Winkelminuten, umsetzt. Die umgesetzten elektrischen Signale werden einer mehrstelligen
Ziffern-Anzeige (19) zugeführt und erscheinen hierdurch als gewöhnliche Ziffern
in dezimaler digitaler Darstellung. Hierbei können verschiedene Systeme von Ziffern-Anzeigen
verwendet werden, z.3.
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die Sieben-Segment-Anzeige.
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Bei der Decodierung und Darstellung der Winkelwerte kann auch auf
die übliche bzw. eine geforderte Drehrichtung Rücksicht enommen werden. Bei einer
entsprechenden Ausführung der Winkelvercodung können die Werte z.3. von einer bestimmten
!tull-Lage ausgehend in entgegengesetzten Richtungen steigend dargestellt werden.
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In jedem Fall wird der dargestellte Winkelwert eindeutig eine bestimmte
Lage der Zeichen lineale (10) wiedergeben, und der Benützer kann diesen Wert in
einfacher, irrtumsfreier Weise ohne Schätz- und Rechenoperation ablesen.
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Eine solche Ablesung bietet besondere Vorteile sowohl bezüglich der
Sicherheit als auch der Schnelligkeit. Darüber hinaus erlaubt das Prinzip der maschinellen
Winkelablesung an verdodeten Kreisen mit einfachen Mitteln eine sehr hohe Genauigkeit,
die mit den herkömmlichen mechanischen Mitteln, wie Teilkreis und Nonius, nur mit
ungleich höherem instrumentellen und Bedienungs-Aufwand erreicht werden kann.
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Der Patentanspruch 2 erweitert die Vorteile des vorangegangenen Anspruchs
dadurch, daß der Decoder (18) und die Anzeige-Einrichtung (19) in unmittelbarer
tiahe des Zeichenkopfes und mit diesem verbunden angeordnet sind. Ein Ausführungsbeispiel
zeigt die Abbildung 1. Dort werden die vom elektrooptischen Abtaster kommenden Signale
über das Kabel (16) dem Decoder (18) zugeführt.
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Dieser befindet sich an einem Triger dicht über dem Zeichenkopf und
ist mit der Ziffernanzeige (19) unmittelbar verbunden, so daß der Benützer den Winkelwert
bei der Bedienung der Zeichenmaschine bequem ablesen kann. Decoder (18) und Ziffern-Anzeige
(19) sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das mit der Grundplatte (6)
(10)
verbunden ist, beim Verschwenken der Zeichen-Lineale lso unverändert seine Lage
beibehilt.
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Schließlich sieht die Erfindung auch noch die 1-löglichkeit einer
Ausgabe der gewonnenen Winkelwerte unabhangig von der Liffernanzeige vor. Eine solche
Vorrichtung kann 3edeutung haben, wenn bei der 3edienunr der Zeichenanlage gemessene
oder eingestellte Werte, z.B. zum Zwecke einer anderweitigen Datenverarbeitung oder
Speicherung, gleichzeitig mit dem urspränglichen Einstellvorgang ausgegeben werden
müssen. Umgekehrt kann es notwendig sein, die Zeichenmaschinc gemäß Patentanspruch
auch zum maschinellen Auftragen von Punkten und Linien zu verwenden, indem die Bewegungen
des Zeichenkopfes durch einen Servomotor bewerkstelligt und letzterer von außen
angesteuert werden soll. Bei dieser Verwendung wird nämlich der ausgegebene Winkelwert
zum Vergleich mit einem vorprogrammierten Wert und zur Inbetriebsetzung bzw. Abschaltung
des Servomotors verwendet.
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Der ILLanspruch 3 sieht hierzu vor, daß die den Winkelwert darstellenden
Signale einer außenliegenden Steckverbindung zugeführt werden. In der Abbildung
ist eine solche Steckverbindung vernachlässigt. Sie kann durch ein handelsübliches
Bauelernent,d.h.
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eine mehrpolige Steckerleiste, verwirklicht werden, die am Gehäuse
des Decoders (18) befestigt ist. Eine solche Anordnung entspricht in der praktischen
Ausführung der weiter oben beschriebenen Steckerleiste (15).
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Gemäß Anspruch 3 ist es also möglich, daß an der Steckverbin-(19)
dung die in der Ziffernanzeige ausgegebenen Werte gleichzeitig und parallel als
vercodete elektrische Potentiale abgegriffen werden können. Damit kann man die Anzeige
auf größere Entfernungen übertragen oder, etwa durch eine Abruftaste gesteuert,
in einen Speicher eingeben. Ist, was bei einem speziellen Anwendungsgebiet vorkommen
kann, die Winkelbewegung des Zeichenkopfes motorisch gesteuert und soll die Möglichkeit
bestehen, diesen auf einen bestimmten vorgegebenen Winkelwert einzustelien, so kann
über die Steckerleiste der jeweils vorhandene Winkelwert in vercodeter Form an den
Steuerungsmechanismus geleitet werden, und es ist dadurch
möglich,
die Bewegung des tflotors, - d.h. Vor, Rück, Stop - so zu steuern, daß die gewünschte
Wirkung erreicht wird. In diesem Fall muß der angestrebte Wert in vercodeter Form
einprogrammiert werden, und der Mechanismus hat den tatsachlichen mit den vorgegebenen
Wert zu vergleichen und danach die Befehle an den Rotor zu geben.
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Gerade bei der immer wichtiger werdenden automatischen Datenverarbeitung,
die auch eine automatische Erstellung von Plänen, Karten, Zeichnungen und anderen
Liniengebilden einschließt, ist es sehr wichtig und von großem Vorteil, die Möglichkeit
einer automatischmotorischen Bewerkstelligung von Zeichenaufgaben zu haben. Diese
ist ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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I Dienste der elektronischen Datenverarbeitung stehen auch die in
den Patentansprüchen 4 und 5 offengelegten Gedanken. So ist insbesondere vorgesehen,
daß sowohl der horizontale (3) als auch der vertikale (5) Laufwagen mit einem die
Longitudinal- in eine Rotationsbewegung umsetzenden Getriebe ausgerüstet sind, bei
dem die Rotationsbewegung auf einen Teilkreit242it vercodeter Winkelteilung übertragen
und in der in Anspruch 1 dargestellten Weise elektrooptisch abgetastet wird, und
daß die bei der Abtastung gewonnenen Signale in einem Decoder in dezimale Längen
in iten umgesetzt und 28 (29) so mittels einer mehrstelligen Ziffernanzeige digital
angezeigt werden.
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Bei normalen Laufwagen-Zeichenmaschinen ist meist von einer Skalierung
der horizontalen wie der vertikalen Koordinate Abstand genommen. Die Neuerung ermöglicht
jedoch die Erfassung dieser beiden Werte, und zwar auf äußerst einfachem und betriebssicherem
Weg. Dabei ist vorgesehen, möglichst gleiche oder ähnliche Baugruppen wie für den
Zeichenkopf zu verwenden, um auf diese Weise die Herstellkosten zu minimieren. Somit
wird die zu messende Längsbe wegung zunachst in eine Drehbewegung umgewandelt, vorzugsweise
mit Hilfe eines Zahnrad-Getriebes. In dem in den Abbildungen 3 und 4 dargestellten
Beispiel sind an beiden Schienen Zahnstangen (20) bebefestigt, an denen beim Verschieben
der Vertikalschine bzw. des Zeichenkopfes je ein Zahnrad (21) abgerollt. An diesen
Zahnrädern sind
beim Zeichenkopf verwendete Teilkreise (22) mit (gleichaartige wie
vercodeter
Winkelteilung zentrisch befestigt, so daß diese Kreise (22) indirekt ein Längenmaß
wiedergeben. Bei geeigneter Proportionierung entspricht eine volle Umdrehung einem
runden dezimalen Lingenma3, z.B. einem Dezimeter. Es ist nun nur noch nötig, die
Kreise (22) in der gleichen Weise abzutasten, wie den Teilkreis (11) am Winkelkopf,
nämlich mit einem feststehenden elektrooptischen Abtaster, und in einem Decoder
in der gewünschten Weise umzuwandeln. In der schematisierten Abbildung 4 ist nur
eines der lichtempfindlichen elektronischen Bauelemente (23) dargestellt. Es ist
zusammen mit dem Beleuchtungselement (24) auf einem gemeinsamen, den Teilkreis (22)
umgreifenden Träger (25) montiert, ahnlich wie bei der Abtast-Einrichtung des weiter
oben beschriebenen Zeichenkopf Wenn auf der vollen Länge der Bewegungseinrichtung
das Zahnrad (21) und damit der Codekreis (22) mehrere Umdrehungen macht, so kann
dies durch einen in den Decoder eingefügten Zähler berücksichtit werden, wobei die
Umdrehungszahl als Längenmaß eine eigene, vorgesetzte Dezimalstelle einnimmt. Die
so gewonnenen elektrischen Signale werden, wie unter Anspruch 1 dargelegt, mittels
einer mehrstelligen Ziffernanzeige digital angezeigt.
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Schließlich sieht die Erfintñg nach Anspruch 5 auch noch vor, daß
die horizontalen und vertikalen L3ngenwerte der Laufwagenlagen in des unmittelbarer
rXahe Winkelwert angezeigt werden. Durch diese örtliche Zusammenführung der drei
entscheidenden Maßgrößen erhöht sich die rasche und übersichtliche Ablesbarkeit
und damit einfache Bedienbarkeit der ganzen Anlage. Die Zusammenführung ist, da
die Werte in Form von elektrischen Signalen vorliegen, durch entsprechende mehradrige
Kabel sehr einfach möglich. In der Abbildung 5 ist eine solche Lösung dargestellt.
Hierbei sind die einzelnen Felder mit entsprechenden Symbolen (26) versehen. Das
oberste Feld (27) zeigt den Winkelwert des Zeichenkopfes auf, das mittlere (28)
die Lage des horizontalen Laufwagens (3) und das unterste (29) die Lage des den
Zeichenkopf tragenden vertikalen Laufwagens (5). Der Benützer hat damit auf einem
Blick alle ihh interessierenden und ggf. auch für die Speicherung oder elektronische
Weiterverarbeitung notwendigen Zahlenwerte und kann so seine Maschine einfacher,
sicherer und schneller bedienen.