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Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Steuergrössen für Koordinatenschreiber
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ben, mit einem elektrischen Generator zum fortlaufenden Erzeugen einer bestimmten Anzahl periodischer elektrischer Wellenzüge verschiedener Form und Frequenz und Einrichtungen zum Auswählen jener Wel- lenzüge, die für das jeweilige zu schreibende Schriftelement erforderlich sind, um gemeinsam ein elek- triches Steuersignal zu liefern, welches die zum Schreiben des Zeichens notwendigen Bewegungen des
Schreibstiftes steuert.
Bei solchen maschinellen Schreibeinrichtungen ist jeder Punkt eines Buchstabens, einer Ziffer oder eines Zeichens (kurz Schriftelement genannt), die zu schreiben sind, durch die Werte seiner Komponenten x und y charakterisiert, während einer Variablen z der Einsatz und die Unterbrechung der Schreibspur vorbehalten ist ; dabei bestimmt die zeitliche Aufeinanderfolge der Komponentenwerte x, y und z die Form der Schreibspur sowie das Gesetz, nach dem der Schreibstift, der beliebigen Typs sein kann, diese Spur durchläuft.
Es wurden bereits Maschinen dieses Typs vorgeschlagen, welche Änderungen elektrischer Grössen erzeugen, die dem vorbeschriebenen Verlauf der Komponenten x, y und z entsprechen ; in allen diesen Fällen bedient man sich einer Einrichtung, eines Speichers, der, einschliesslich einer allenfalls notwendigen Verstärkung, die für jeden Buchstaben, Ziffer oder Zeichen erforderlichen elektrischen Signale liefert, um damit die Schreibspur herzustellen.
Es wurde bereits ein optischer Speicher vorgeschlagen, und auch die Anwendung magnetischer Speicher wurde. schon erwogen. Es liegt auf der Hand, dass eine Vielzahl von Speichertypen verwendbar ist, und tatsächlich wurden beispielsweise schon magnetische Scheiben, Bänder und Trommeln sowie Kerne für diese Zwecke industriell verwendet, insbesondere in sogenannten Ordinatoren.
Die bekannten Speicher können in zwei Klassen unterteilt werden : solche, bei denen sich drehende oder verschiebende Informationsträger vorkommen, und sogenannte statische. Die ersteren-Scheiben, Trommeln, Bänder - weisen eine geringere Zugriffsgeschwindigkeit auf das letztere - Kerne - die hinwieder eine grosse Anzahl von Einzelelementen aufweisen, und komplizierte elektronische Einrichtungen zur Steuerung erfordern, sohin relativ teuer sind. Wohl kann man die Zugriffsgeschwindigkeit nicht statischer Speicher etwa-durch Vervielfachung der Spuren und Sprechköpfe steigern, aber dieser Ausweg führt alsbald zu einem Ansteigen des Preises in vergleichbare Nähe jenes der statischen Speicher.
Es ist also klar, dass für den vorliegend betrachteten Fall, d. h. bei Koordinatenschreibem, die nachfolgend ausgeführten, zu stellenden Forderungen zu Schwierigkeiten führen, welche die Anwendung bekannter Speicher praktisch ausschliessen : a) Kapazität des Speichers : Der Speicherinhalt muss für jede Komponente jedes Gross- und Kleinbuchstabens, für jede Komponente jeder Ziffer und jedes vorkommenden Zeichens, die normalerweise z.
B. im Tastenfeld einer Schreibmaschine vorhanden sind, jeweils eine Spannungs/Zeit-Funktion bieten können, d. s. 3 X 90 = 270 an der Zahl, von denen jede einige hundert Binärinformationen, je nach geforderter Genauigkeit aufweist.
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b) Zugriffsgeschwindigkeit : Unabhängig davon, welche Dreiergruppe der Komponentenfunktionen einem bestimmten Schriftelement entspricht, darf die Summe aus der Zugriffszeit, der Auslaufzeit, der Schreibzeit und der Totzeit nicht über 1/2b sec liegen ; c) die Forderung nach einem erträglichen Aufwand ; d) die Forderung nach einem ertragbaren Preis ; e) die Betriebssicherheit, die jener einer üblichen Schreibmaschine gleichkommen muss.
Es ist schon vorgeschlagen worden, elektrische Komponenten für die Schrift der Ziffern 0-9 mittels eines Generators zu bilden, der fortlaufend elektrische Wellen verschiedener Formen und Frequenzen lie- fert, wobei Einrichtungen zum Auswählen der erforderlichen Wellenzüge, um das Schreiben einer Ziffer zu ermöglichen, vorgesehen sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung unterscheidet sich bekannten gegenüber dadurch, dass der Gene- rator (G) folgende Wellenzüge abgibt : eine Sinuswelle von einfacher, zweifacher und dreifacher Grundfre- quenz, eine gleichgerichtete Sinuswelle von ein-und zweifacher Grundfrequenz, eine Dreieckwelle von ein-, zwei-, drei-und vierfacher Grundfrequenz, eine Trapezwelle von ein-und zweifacher Grundfrequenz und schliesslich eine Viereckwelle von einfacher Grundfrequenz.
Gemäss dem untenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind folgende Wellenzüge zu speichern, um alle Gross- und Kleinbuchstaben, Ziffern und Zeichen einer normalen Schreibmaschinentastatur wiederzugeben :
1) Grundfrequenz : Sinuswelle, gleichgerichtete Sinuswelle, Dreieckwelle, Trapezwelle (abgeschnittene Dreieckwelle), Viereckwelle.
2) Erste Oberwelle (doppelte Frequenz der Grundwelle) : Sinuswelle, gleichgerichtete Sinuswelle, Dreieckwelle, Trapezwelle, (abgeschnittene Dreieckwelle).
3) Zweite Oberwelle (dreifache Frequenz der Grundwelle) : Sinuswelle, Dreieckwelle.
4) Vierte Oberwelle (vierfache Frequenz der Grundwelle) : Dreieckwelle. Dies sind somit zwölf verschiedene Wellenformen.
Indem man einzelne dieser Wellenzüge oder die Summe zweier oder mehrerer verwendet oder indem man sie. unter verschiedenen Phasenbeziehungen anwendet, ist es möglich-wie späternoch näher ausgeführt wird-samliche der erwähnten Zeichen zu schreiben. Es sei noch erwähnt, dass eine Dreieckwelle bestimmter Frequenz das Gleichrichtungsergebnis einer Dreieckswelle der halben Frequenz sein kann.
Die Zeichnungen erläutern ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und geben schematische Darstellung wieder. Fig. l zeigt eine Grundspur und die Fig. 2-6 zeigen Abwandlungen, denen die Grundspur unterworfen werden kann. Fig. 7 ist eine Tabelle, die 14 Grundspuren enthält, die durch verschiedene Wellenkombinationen erzielt werden können. Fig. 8 zeigt in Tabellenform die Ziffern 0-9 und erläutert die Grundspuren, die zum Schreiben derselben nötig"ind. Fig. 9-11 sind Tabellen ähnlich der Fig. 8, die sich jedoch auf Gross- und Kleinbuchstaben sowie Zeichen beziehen. Fig. 12 zeigt ein Prinzipschemaeiner Schaltanordnung für die Verwirklichung der Erfindung.
Es sei zunächst gezeigt, dass eine Spur durch einfache elektrische Mittel verschoben, geneigt, gedreht, verlängert werden kann, u. zw. in beliebigem Ausmass und in beliebiger Richtung, ohne die Grundfunktion x = f (t) und y = f (t), die vom Speicher geliefert wird, zu ändern.
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Wenn man voraussetzt, dass der Schreibstift auf die Steuergrösse nach einem linearen Gesetz anspricht, und man die vom Speicher gelieferten Spannungen direkt an die Schreibstiftsteuerung anlegt, so erhält man in jedem Augenblick x = Kvx und y = KVy als Ansprechfaktor des Schreibstiftes (z. B. in mm/V), welcher von dessen Konstruktion abhängt und seine Empfindlichkeit angibt. Zur Vereinfachung sei angenommen, dass die Empfindlichkeit in der x-und y-Richtung die gleiche ist.
1. Verschiebung : Bezieht man eine (beliebige) Spur auf ein rechtwinkeliges Koordinatensystem x, y,
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sindwelcher gleich ist der Tangente des gewünschten Neigungswinkels, hinzufugt.
3. Rotation : Die Achsen x, y sind einer Drehung um den Winkel y zu unterwerfen. Man setzt :
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stanten Faktoren (Verstärkung) multipliziert hat. Im besonderen stellt eine Rotation um 90 eine Inver- sion von x und y dar.
4. Dehnung oder Stauchung : Eine gegebene Spur kann als Ganzes oder nur in einer Richtung, oder verschieden in mehreren Richtungen gedehnt oder gestaucht werden. Um dies herzustellen, genügt es, die Komponente ) vx, v mit gewählten Faktoren zu multiplizieren (Verstärken, Verstärkungsfaktor).
5. Die vier verschiedenen Verfahren der Transponierung können getrennt oder vereint auf die gleiche
Spur angewendet werden, d. h. sie kann beispielsweise gleichzeitig verschoben, gedreht, geneigt oder ver- grössert werden (Fig. 1). pie Idee, jede Komponente einer Spur aus Wellen aufzubauen, flösst unmittelbar den Gedanken ein, sie nach Fourrier zu analysieren : Es ist jedenfalls leicht verständlich und festzustellen, z. B. graphisch, dass der Aufbau einer Komponente einer beliebigen Spur aus Sinuslinien entsprechender Frequenz, Amplitude und Phase zur Notwendigkeit der Überlagerung einer mehrere Vielfache von zehn betragenden Anzahl von
Harmonischen führt, selbst wenn nur minimale Anforderungen an die Ähnlichkeit der erreichten Spur mit ihrer theoretischen Form gestellt werden.
Die Tatsache, dass die im gegenständlichen Falle in Betracht gezogenen periodischen Wellenzüge nur wenige sind, ergibt folgendes :
1. Die gewählten Wellenformen sind nicht ausschliesslich sinusförmig, aber die Wahl der übrigen (gleichgerichteter Sinus, Dreieck, usw. ) erfolgt nach dem Gesichtspunkt, dass sie leicht durch bekannte
Mittel erstellt werden können.
2. Die fünf erwähnten Transformationsmöglichkeiten, die ebenfalls durch einfache und bekannte
Mittel verwirklicht werden können, erweitern beträchtlich die Realisierungsmöglichkeiten der Spuren.
3. Die Gross- und Kleinbuchstaben, Ziffern und Zeichen einer normalen Schreibmaschineniastatur können praktisch immer aus einigen wenigen einfachen geometrischen Linien zusammengesetzt werden (wie geradlinige Abschnitte, Kreisbögen, Sinusbögen usw. ) oder aus Linien, die durch die genannten
Transformationen gebildet werden (Ellipsenbögen usw.).
4. Wenn die Steuergrösse für ein besonderes Zeichen die Verwendung von so viel Wellen erfordert, dass der statische Speicherprozess unwirtschaftlich wird, erlaubt ein Umlaufspeicner die Aufzeichnung jeder beliebigen Spur in ihrem absoluten Ausmass, Es hat aber eine Analyse der Nachbildung der Schriftelemente einer Schreibmaschinentastatur ergeben, dass-wie die Fig. 8-11 zeigen-in keinem Fall irgendwelche Schwierigkeiten auftreten, und von obigem Ausweg Gebrauch gemacht werden musste.
Die Tafel gemäss Fig. 7 zeigt vierzehn Spuren (Spalte 2), deren Ordnungszahl in der Spalte 1 angegeben ist. Die dritte Spalte zeigt die Form der Komponente in der x-bzw. y-Achse, die notwendig sind, um die Spur zu zeichnen. In dieser Spalte ist die x-Komponente über der y-Komponente dargestellt.
Die Spur 1 wird durch eine Dreieckwelle mit der Frequenz ffürdie Komponente xohne Vorhandensein einer Komponente y gebildet. Die Spur 2 wird ohne Vorhandensein einer Komponente x durch eine Dreieckwelle mit der Frequenz f für die Komponente y gebildet Die Spur 3 ist ein Kreis und wird gebildet durch sinusförmi- ge Komponenten x und y der Frequenz f, die gegeneinander um 900 in der Phase verschoben sind. Die Spur 4 ist ein Halbkreis aus einer gleichgerichteten Sinuswelle der Frequenz f für die x- Komponente und aus einer Sinuswelle für die y- Komponente, ebenfalls mit der Frequenz f, jedoch gegenüber der x- Komponente um 900 pha- senverschoben.
Die Spur 5 wird erhalten mittels einer Dreieckwelle mit der Frequenz f für die x- Komponene und einer Dreieckwelle von der Frequenz 2f für die y-Komponente. Die Spùr 6 besteht aus einer gleichgerichte- ten sinusförmigen x-Komponente mit der Frequenz 2f und einer Sinuswelle der Frequenz f für die y-Komponen- te. Die Spur 7 wird aus Sinuswellen mit Frequenzen 2fbzw. f für die x-bzw. y-Komponenten gebildet. Spur 8 besteht aus einer rechteckigenx-Komponente mitFrequenzfund auseiner dreieckigen y-Komponente mit Frequenz 2f. Die Spur 9 besteht aus Dreieckkomponenten mit der Frequenz f bzw. 3f, ebenso die Spur 10, jedoch mit Frequenz f und 4f für die x-bzw. y-Komponente.
Die Spur 11 setzt sich zusammen aus zwei Trapezwellen der Frequenz f mit gegenseitiger Phasenverschiebung von 900. Die Spur 12 besteht aus Trapezwellen mit Frequenzen 2f bzw. f. Spur 13 besteht aus einer x-Komponente mit Sinusform und Frequenz 2f, während die y- Komponente eine Trapezwelle der Frequenz f ist. Schliesslich besteht die Spur 14 aus einer sinusförmigen x-Komponente der Frequenz 3f und einer sinusförmigen y-Komponente der Frequenz f.
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Die Tabellen der Fig. 8-11 zeigen verschiedene Zeichen, Ziffern und Buchstaben, wie sie auf der
Tastatur einer Schreibmaschine vorkommen, und das in der ersten Spalte angegebene Schriftbild ist das- jenige, das durch Kombinierung der in der dritten Spalte angegebenen Spuren erhalten wird. Die zweite
Spalte gibt ganz einfach nur die Nummern der Spuren an, die notwendig sind, um das korrespondierende
Zeichen zu schreiben. Gewisse Ziffern und Buchstaben sind zweimal aufeinanderfolgend gezeigt, wenn ihre Form durch die Verwendung verschiedener Spuren etwas geändert werden kann. So ist es z. B. gemäss
Fig. 8 möglich, zwei Varianten der Ziffern l, 3 7 und 8 zu erhalten.
Die Fig. 12 stellt in Blockform eine Einrichtung dar, mit der alle Zeichen der Fig. 8-11 geschrieben werden können.
Ein von einer nicht gezeichneten Stromquelle, z. B. vom Netz gespeister Funktionsgenerator 9 lie- fert ununterbrochen die periodischen Wellenzüge, die in der Fig. 7 angeführt sind, und die zum Bilden der vierzehn Spuren notwendig sind. Zusätzlich zu den zwölf Wellenzügen, die vorstehend angeführt sind, liefert der Generator drei Hilfsausgänge, u. zw. eine um 900 phasenverschobene Trapezwelle der Frequenz f, eine Dreieckwelle der Frequenz Zfundeine Sinuswelle der Frequenz f, jede auch um 900 phasenverschoben.
Die Einrichtung enthält für jedes zu schreibende Schriltelement Mittel zum Auswählen der erforderlichen Wellenzüge zum Formen der jeweiligen elektrischen Signale, denen wieder die Verschiebungskomponenten des Schreibstiftes entsprechen. Diese Mittel enthalten Auswahl- und Transformationskreise, von denen in der Figur nur einige gezeichnet und mit x/A, y/A, x/B, x/C, y/C hervorgehoben sind. Der Stromkreis x/A lietert die x-Komponenten, um den Buchstaben A zu zeichnen, während y/A für densel- ben die y-Komponente abgibt. Die Einrichtung enthält also je einen Stromkreis für jede x-und y-Kom- ponente jedes Zeichens, das geschrieben werden soll.
Indes sind diese Stromkreise im allgemeinen sehr einfach aufgebaut, und sie beschränken sich zumeist auf einen. aus festen Widerständen bestehenden Spannungsteiler, um die gewählte periodische Welle auf den Wert zu bringen, den sie zum Ziehen des jeweiligen Zeichens haben muss.
Jeder'der Stromkreise x/A und y/A besitzt zwei Ausgänge I und II, die jeder zur Abgabe der einen bzw. der andern der notwendigen Komponenten zum Schreiben des Buchstaben A bestimmt sind. Alle diese Ausgänge sind zu einem Vierfachschalter Ak geführt, der beispielsweise mittels einer Taste zu schliessen ist, wenn man diesen Buchstaben zu schreiben wünscht.
Ebenso si. 1d die Stromkreise x/B und y/B zu einem Vierfachschalter Bk geführt, denn das Schreiben des Buchstaben B erfordert ebenfalls zwei aufeinanderfolgende Komponenten. Demgegenüber wird der Buchstabe C nur von einer x-Komponente und einer y-Komponente geschrieben, so dass die Stromkreise x/C und y/C nur je einen Ausgang I aufweisen, die mit einem Zweifachschalter Ck verbunden sind, der gleichfalls von einer Taste betätigt werden kann. Alle Ausgänge I der Stromkreise, die die x-Komponente für alle zu schreibenden Zeichen abgeben, sind an einen Kontaktgeber X/I, und alle entsprechenden Ausgänge II, welche den zweiten Ausgang liefern, an einen Kontaktgeber X/II geschaltet.
In gleicher Weise sind die Ausgänge I und II der Stromkreise, welche die y- Komponente liefern, an zwei Kontaktgeber Y 11 und Y/IIgeschaltet. Die Kontaktgeber X/I, X/lI, Y/I und Y/II gestatten die Weitergabe der elektrischen Signale an Ver-
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Verstärker sich z. B. im nur schematisch angedeuteten Schreibkopf E befinden.
Die vier vorerwähnten Kontaktgeber sind jeder dazu bestimmt, die gewählte Schwingung. während einer Periode der Grundwelle durchzulassen. Zu diesem Zwecke können sie beispielsweise von einem Tranistor gebildet sein, der von einem Steueraggregat F gesteuert ist, welches. den Einsatz und die Dauer seiner Leitfähigkeit bestimmt. Dieses Steueraggregat erhält vom Generator G eine Sinuswelle, die die Synchronisation der Schaltvorgänge der Kontakteinrichtungen bewirkt. Ausserdem ist das Steueraggregat mit einem Hauptkontakt K versehen, der jedesmal geschlossen wird, wenn man eine Taste des Tastenfeldes niederdrückt. Beim Schliessen des Schalters K liefert das Steueraggregat zunächst einen Impuls, der die Kontakteinrichtungen X/I und Y/I während einer Periode der Sinusfrequenz F schliesst.
Darauf folgt unmittelbar ein weiterer Impuls, der die Einrichtungen X/II und Y/II während der nächsten Periode der Sinuswelle schliesst. Ausserdem gibt das Steueraggregat einen Ausgang III ab, der eine Einrichtung L speist, welche die M-oder Ausserbetriebsetzung des Schreibkopfes steuert. Wenn letzterer einen Schreibstift besitzt, bewirkt das von L kommende Signal eine Verstellung desselben senkrecht zu den Komponenten x und y, mit dem Ziele, ihn gegen die Schreibfläche zu führen bzw. ihn davon abzuheben, wenn das zu schreibende Zeichen oder ein Teil desselben vollendet ist.
Vollzieht sich das Schreiben mittels eines Flüssigkeitsstrahles, der elektrisch abgelenkt wird, liefert die Einrichtung L eine Beschleunigungs-oder Sperrspannung für diesen.
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Die verschiedenen in der Fig. 12 auftretenden Stromkreise sind durchwegs bekannten Aufbaues, und bilden nicht einen Gegenstand der Erfindung. Sie bilden einen Bestandteil des Wissens eines Fachmannes der elektronischen Schaltungstechnik, und sind daher nicht näher dargestellt.
Es versteht sich, dass man die beschriebene Einrichtung verschiedenen Änderungen unterwerfen kann, etwa in der Weise, dass gewisse der angewendeten periodischen Wellenzüge in den Stromkreisen geformt werden, die zur Auswahl und Transformation derselben bestimmt sind. Auch können die Trapezwellen von Dreieckswellen abgeleitet werden, die im Generator G entstehen, wobei deren Spitzen in den Auswahl- einrichtungen abgeschnitten werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Steuergrössen für Koordinatenschreiber, bei welchen eine Schreibeinrichtung von wenigstens zwei nach zwei Koordinatenachsen gerichteten Steuerkomponenten bewegt wird, um verschiedene, normalerweise im Tastenfeld einer Schreibmaschine vorkommende Schriftelemente, wie Gross- und Kleinbuchstaben, Ziffern und Zeichen zu schreiben, mit einem elektrischen Generator zum fortlaufenden Erzeugen einer bestimmten Anzahl periodischer elektrischer Wellenzüge verschiedener Form und Frequenz und Einrichtungen zum Auswählen jener Wellenzüge, die fur das jeweilige zu schreibende Schriftelement erforderlich sind, um gemeinsam ein elektrisches Steuersignal zu liefern, welches die zum Schreiben des Zeichens notwendigen Bewegungen des Schreibstiftes steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G)
folgende Wellenzüge abgibt : eine Sinuswelle von ein-, zweiund dreifacher Grundfrequenz, eine gleichgerichtete Sinuswelle von ein-und zweifacher Grundfrequenz, eine Dreieckwelle von ein-, zwei-, drei-und vierfacher Grundfrequenz, eine Trapezwelle von ein-und zweifacher Grundfrequenz und schliesslich eine Viereckwelle von einfacher Grundfrequenz.