CH287297A - Gerät zum Abtasten von ebenen Kurven. - Google Patents

Description

  Gerät zum Abtasten von ebenen Kurven.    Es sind bereits Geräte zum Abtasten ge  kennzeichneter Funktionskurven bekannt ge  worden. Bei einer bekannten Ausführung ist  das eine Ufer der Kurve geschwärzt. Ein in  der Kurvenebene durch Abbilden einer Blende  erzeugter kreisförmiger Lichtfleck aktiviert  eine Photozelle. Deren Photostrom hängt von  der Lage des Lichtfleckes zur Kurve ab. Er ist  proportional der nicht vom geschwärzten Ufer  überdeckten Fläche des Lichtfleckes. Seine  Differenz gegenüber demjenigen Photostrom,  der bei einer Halbierung des Lichtfleckes  durch die Kurve entstehen würde, ist ein Mass  für die Abweichung des Zentrums des     Licht-          fleckes    von der Kurve. Dieses -Mass kann zur  Steuerung eines Servomotors verwendet wer  den.

   Dieser Servomotor bewegt einen die  Blende und die Photozelle enthaltenden     Tast-          kopf    in der Ordinatenrichtung eines     kartesi-          schen    Koordinatensystemes der Kurvenebene,  während die Kurve selbst unabhängig davon  in Abszissenrichtung verschoben wird.  



  Das bekannte Gerät hat verschiedene Nach  teile. Es ist notwendig, einer dem wirklichen  Photostrom proportionalen Spannung eine an  dere entgegenzuschalten, die dem Strom bei  einer Halbierung des Lichtfleckes entspricht.  Diese Gegenspannung hängt aber von ver  schiedenen, schlecht kontrollierbaren Faktoren  ab; sie muss sieh mit der Alterung der Photo  zelle und mit den Schwankungen ihrer Be  triebsspannungen ändern und daher von Zeit  zu Zeit nachjustiert werden. Ferner führt das    Abtastprinzip zu einem Gleichstromsignal,  während Wechselstromsignale vorzuziehen  sind, um einen günstig wirkenden     Servover-          stärker    benutzen zu können.  



  Es ist. bereits vorgeschlagen worden, die  Wechsellichtemissionen von zwei Lichtflecken,  die durch die Abbildung zweier Blenden mit  tels zweier gegenphasig durch Wechselstrom  erregter Projektionslampen erzeugt werden,  zum Erzeugen eines Fehlersignals auszunut  zen. Die Fig. 1a und 1b lassen das Prinzip die  ser Methode erkennen. Mit K ist die Funk  tionskurve bezeichnet. Sie ist in Form eines  Striches gleichmässiger Breite dargestellt. Zu  ihren beiden Seiten befinden sich die Licht  flecken     F'1    und     h'.,.    Jeder von ihnen entsteht  durch die Abbildung einer Blende     mittels     einer ihr zugeordneten Projektionslampe. Die  beiden Projektionslampen werden mit Wech  selstrom gespeist, jedoch gegenphasig. Die  Frequenz kann etwa 50 Hz betragen.

   Der  Wechselstrom jeder Projektionslampe ist  einem Gleichstrom überlagert. Von beiden  Lichtflecken gehen also     Wechsellichtemissio-          nen    aus, und zwar sind beide Emissionen     ge-          genphasig.    Die Grösse der Emission hängt von  der Ausdehnung der Lichtflecken quer zur  Kurve ab. Dabei ist zu berücksichtigen, dass  die vom Kurvenstrich überdeckten Teile der  Flecken keine     nennenswerte        Wechsellichtemis-          sion    aussenden. Es sei     a    die Ausdehnung der  Lichtflecken quer zur Kurve.

   Dann sendet bei  der Kurvenlage nach     Fig.1a    der Fleck     F'1    eine      Wechsellichtemission a. a. sin o t und der Fleck  F2 eine Wechsellichtemission - e. a. sin w t  aus. Dabei bedeutet t die Zeit; c ist eine  Gerätekonstante. Beide Emissionen heben sich  also auf, und eine von beiden Emissionen ge  troffene Photozelle produziert keinen Photo  wechselstrom der Frequenz c. Verschiebt sich  aber die Kurve K um den Weg x nach rechts  auf den Fleck F1 zu, so rührt von F1 eine  Emission c (a - x) sin a) t und von F2 eine  Emission - c. . a sin a) t her. Die Summe von  beiden ergibt - c . x. sin f t, so dass also die  Photozelle einen Strom der Frequenz c er  zeugt, dessen Amplitude dem Fehler x pro  portional ist.

   Man kann diesen Wechselstrom  zur Steuerung eines Servomotors benutzen, um  die Kurve K in der in Fig. 1a gezeigten Lage  zu halten. Bei der vorgeschlagenen Anord  nung bewegt der Servomotor einen Tastkopf  in Ordinatenrichtung, während das Zeichen  blatt mit der Kurve K in Abszissenrichtung  von dieser Bewegung unabhängig verschoben  wird. Der Servomotor führt dann den     Tast-          kopf    so nach, dass die beiden Flecken F1 und       F2    zu gleichen Teilen von der Kurve bedeckt  oder nicht bedeckt werden.  



  Die Erfindung knüpft an die vorgeschla  gene Abtastmethode an, jedoch liegt ihr eine  andere Aufgabe des Abtastens zugrunde.  Diese Aufgabe verlangt, dass die Abtast  geschwindigkeit der Kurve in Tangentialrich  tung vorgegeben ist. Diese Aufgabe ergibt sich  beispielsweise in der Technik des Schneidbren  ners, wo ein Schneidbrenner nach einer vor  gegebenen Kurve mit konstanter Vorschub  geschwindigkeit schneiden soll.  



  Alle Einzelheiten der Erfindung gehen aus  einem Ausführungsbeispiel hervor, das in  Fig. 3 dargestellt ist und zu dessen Erläute  rung Fig. 2 dient.  



  Mit Br ist ein Schneidbrenner bezeichnet.  Er ist an einem Schlitten Schl y befestigt, der  seinerseits einen Schlitten Schl x mit dem  Tastkopf TK trägt. Die Bewegungsrichtungen  x     und        y    beider Schlitten stehen senkrecht zu  einander. Der Schlitten Schl x wird von einem  elektrischen Servomotor M11x über ein Zwi  schengetriebe Gx bewegt. Der Servomotor Mx    bewegt zugleich das Werkstück in Abszissen  richtung parallel zum Schlitten Schl x (nicht  dargestellt). Der Schlitten Schl y wird durch  einen elektrischen Servomotor     17y    über ein  Zwischengetriebe Gy verschoben. Der     Tast-          kopf    kann mittels eines Servomotors lls über  einen     Schneckenantrieb    geschwenkt werden.

    Die beiden Lichtflecken, die durch je eine Pro  jektionslampe, der eine Blende zugeordnet ist,  erzeugt werden, wobei die Lampen zusätzlich  zu einem Gleichstrom mit gegenphasigem  Wechselstrom gespeist werden, sind mit     .3    und  B bezeichnet (vgl. Fig. 2). Ihr Abstand ist  gleich der Breite des Kurvenstriches. Es sei  zunächst angenommen, dass ihre Verbindungs  linie in die Richtung der Kurvennormalen N  fällt, die     Mittelsenkrechte    der Punkte A  und<I>B</I> also mit der Kurventangente<I>T</I> zusam  menfällt. Es sei ferner angenommen, dass die  Flecken A und B symmetrisch zur Kurve K  liegen, so dass die von ihnen ausgehenden  Wechsellichtemissionen einander kompensie  ren.  



  Eine die Emissionen aufnehmende Photo  zelle kann dann kein Wechselstromsignal lie  fern, so dass der von diesem Signal zu  steuernde Servomotor MS in Ruhe bleibt. Die  Geschwindigkeiten der beiden Servomotoren  Mx und lly sind so bemessen, dass der     Tast-          kopf    TK mit gegebener Geschwindigkeit und  in der Richtung der Mittelsenkrechten der  Verbindung der beiden Zentren der     Lichtflek-          ken        A.    und     B    geführt wird.

   Würde der     Tast-          kopf        TK    während dieser Bewegung nicht ge  schwenkt werden, so würde er in der Richtung  der Kurventangente T     vorwärtsfahren,    dabei  würden die beiden Flecken aus dem Bereich  des Kurvenstriches wandern, wie dies in der  Lage A', B' der Flecken der Fall ist. In die  ser Lage aber liegen die Flecken nicht mehr  symmetrisch zur Kurve. Daher erzeugt die  Photozelle ein     Wechselstromsignal,    das den  Motor     111S    so steuert, dass die Verbindungslinie  der Schwerpunkte der beiden Flecken in Rich  tung auf die neue Kurvennormale, ihre Mit  telsenkrechte also gegen die Kurventangente  gedreht wird.

   Daher kommt es nicht zu einer  grösseren     Verschiebung    der Flecken A und B      aus zur Kurve symmetrischen Lage, sondern  die Steuerungen des Motors Ms und der Mo  toren Mx und My wirken derart, dass die Mit  telsenkrechte der Flecken der Kurventangente  folgt und dass daher der Tastkopf in ähnlicher  Weise der Kurve K entlangfährt.  



  Wie schon erwähnt, werden die Motoren  Mx und lly so gesteuert, dass die Bewegung  des Tastkopfes immer in Richtung der Mittel  senkrechten der Flecken erfolgt. Es ist daher  notwendig, die vorgegebene     konstante    Tangen  tialgeschwindigkeit in zwei Komponenten für  die x-Richtung und die y-Richtung zu zer  legen und diese Komponenten zu berechnen.  



  Es sei a der Winkel, den die Verbindungs  linie der Flecken mit der y-Richtung bildet.  Dieser Winkel definiert zugleich den Schwenk  winkel des Tastkopfes. Bedeutet v die vor  gegebene tangentiale Abtastgeschwindigkeit,  so ist v. sin a die Geschwindigkeit des     Tast-          kopfes    in y-Richtung und v . cos a seine Ge  schwindigkeit in x-Richtung. Um also die Mo  toren Mx und My zu steuern, müssen die Pro  dukte v sin a und v cos a berechnet werden.

    Elektrische Rechner dienen dazu, beide Grö  ssen darzustellen, und zwar bilden beide Rech  ner einen induktiven Spannungsgeber<I>IG,</I> bei  dem ein magnetisches Wechselfeld, das durch  die Spannung UERR erzeugt wird, gegenüber  zwei zueinander senkrecht angeordneten,  durch Potentiometer abgeschlossenen Induk  tionsspulen, an welchen die Spannungen  TI. sin a und U . cos a erzeugt werden, durch  die Schwenkbewegungen des Tastkopfes ge  dreht wird, so dass die Potentiometerabgriffe  nach Einstellen auf die vorgegebene Tangen  tialgeschwindigkeit zwei Spannungen liefern,  welche die beiden Produkte v . sin a und  und v . cos a darstellen.  



  In Fig. 3c ist der Spannungsgeber IG dar  gestellt (Potentiometer nicht gezeichnet), wel  cher durch die Schwenkbewegung des     Tast-          kopfes    TK gesteuert wird. Er besteht ledig  lich aus einem elektrischen Drehtransforma  tor mit einer einphasig erregten     Feldwicklung     und mit einem drehbaren Anker, der zwei  senkrecht aufeinanderstehende Wicklungen  aufweist. Die in den Ankerwicklungen indu-    zierten Spannungen sind dem Sinus bzw. Ko  sinus des Drehwinkels proportional.  



  Fig. 3b zeigt, dass der Spannungsgeber mit  dem Tastkopf direkt mechanisch gekuppelt  ist, um das magnetische Wechselfeld zu dre  hen. Die beiden Motoren Mx und My werden  von den Ausgangsspannungen der Potentio  meter so gesteuert, dass sie mit dazu propor  tionalen Geschwindigkeiten umlaufen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gerät zum Abtasten ebener Kurven mit vorgegebener Tangentialgeschwindigkeit, ge kennzeichnet durch die Vereinigung der fol genden Merkmale a) Ein Tastkopf (TK) enthält zwei Pro jektionslampen, deren jede durch eine ihr zu geordnete Blende auf die Kurvenebene einen Lichtfleck abbildet. Der Abstand der Licht flecken entspricht der Breite des Kurvenstri ches. Beide Lampen werden zusätzlich zu einem Gleichstrom mit Wechselstrom gegen phasig gespeist. Eine Photozelle nimmt die Lichtemission der beiden Lichtflecken auf und liefert ein Signal von der Frequenz des Wech selstromes.

   b) Der Tastkopf kann mit Hilfe eines Schlittens in einer bestimmten Richtung (y) über die Kurvenebene geführt und längs des Schlittens in einer dazu senkrechten Richtung (x) verschoben und schliesslich um eine zur Kurvenebene senkrechte Achse geschwenkt werden. c) Für die Verschiebung des Schlittens, für die Verschiebung des Tastkopfes längs des Schlittens und für die Schwenkbewegung des Tastkopfes ist je ein Servomotor vorgesehen. Der Servomotor für die Schwenkbewegung wird vom Wechselstromsignal der Photozelle so gesteuert, dass die Verbindungslinie der Schwerpunkte der beiden Lichtflecken in die Kurvennörmale gedreht wird.

   Die beiden an dern Servomotoren laufen in Abhängigkeit vom genannten Signal mit solchen Geschwin digkeiten, dass sich der Tastkopf mit der vor gegebenen Tangentialgeschwindigkeit in Rich tung der Mittelsenkrechten der Verbindung der beiden Lichtflecken bewegt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass zwei elektrische Rechner aus der vorgegebenen Tangentialgeschwindig keit und dem Schwenkwinkel des Tastkopfes Steuerspannungen für die beiden Servomoto ren für die Bewegung des Schlittens und des Tastkopfes ableiten. 2.

   Gerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Rechner von einem induktiven Spannungs geber (IG) gebildet werden, bei dem ein ma gnetisches Wechselfeld gegenüber zwei zuein- ander senkrecht angeordneten, durch Poten tiometer abgeschlossenen Induktionsspulen durch die Schwenkbewegungen des Tastkop- fes gedreht wird, so dass die Potentiometer abgriffe nach Einstellen auf die vorgegebene Tangentialgeschwindigkeit die Steuerspannun gen für die vorgenannten beiden Servomoto ren liefern. 3. Gerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Spannungs geber mit dem Abtastkopf mechanisch gekup pelt ist.