DE1254389B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G06k

Deutsche KL: 42 m6 -15/22

Nummer: 1 254 389

Aktenzeichen: C 37267IX c/42 m6

Anmeldetag: 28. Oktober 1965

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung betrifft Koordinatenschreiber mit je einem Schrittantrieb für eine Relativbewegung zwischen einer Aufzeichnungsunterlage und einem Aufzeichnungsorgan in zwei Koordinatenrichtungen.

Bei den bisher bekannten Koordinatenschreibern (siehe z. B. französische Patentschrift 1 366 073) erfolgt eine Schreibbewegung unter Ausführung von Schritten gleicher Länge, z. B. mittels etwa 0,25 mm langer Schritte. Hierzu dienen Schrittmotoren, einer für eine schrittweise Bewegung in Richtung der X-Achse und einer für eine schrittweise Bewegung in Richtung der 7-Achse.

Diese Schrittmotoren vermögen Schreibgrundbewegungen in Richtung jeder Achse 0° und 180° (+X- und -JT-Achsenbewegung) und 90° und 270° (+Y- und — Y-Achsenbewegung) auszuführen. Durch gleichzeitiges Betätigen beider Schrittmotoren erfolgt gleichzeitig eine Bewegung in Richtung der X- und F-Achse und somit die Aufzeichnung einer Linie unter einem Winkel von 45°. Alle auf diese Weise aufgezeichneten Linien sind durch Linienabschnitte gebildet, die sich jeweils nur durch einen Winkel unterscheiden, der ein Vielfaches von 45° beträgt. Linienzüge, die zwischen diese Linien fallen, lassen sich daher nur annäherungsweise darstellen. Die an einen gewünschten Linienzug angenäherte Linie besitzt dann einen sägezahnartigen Verlauf. Der Grad der Zackigkeit der Sägezahnlinie ließe sich zwar durch Verkleinern der Schrittgröße des Schreibers (z. B. von 0,25 auf 0,12 mm pro Schritt) verringern; eine solche Lösung brächte jedoch den Nachteil einer Abnahme der Schreibgeschwindigkeit mit sich, welche von der jeweiligen Schrittlänge des Systems abhängt.

Um einen gewünschten Linienzug mit größerer Genauigkeit aufzeichnen zu können, ist also ein Schreibsystem erforderlich, das Schreibschritte unterschiedlicher Länge auszuführen gestattet. Dies ließe sich durch Verwendung von Schrittmotoren mit zugehörigen Zahnradgetrieben erreichen, welche jeweils so ausgelegt sind, daß je nach Erfordernis verschiedene Zahnräder miteinander in Eingriff gelangen. Eine solche Lösung ist jedoch nicht befriedigend; sie führt darüber hinaus zu einer schwer zu handhabenden Anordnung, die zusätzliche Zahnradprobleme, wie Zahnflankenspiel, Abnutzung, Trägheit usw., mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Koordinatenschreiber zu scharfen, der Schrittbewegungen unterschiedlicher Länge auszuführen gestattet. Die Steuerung der Länge der jeweils auszuführenden Schrittbewegung soll dabei durch eine vollkommen elektronische Steuerung erfolgen. Die Koordinatenschreiber

Anmelder:

California Computer Products Inc.,

Anaheim, Calif (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

James E. Newland, Fullerton;

Robert C. Norton, Buena Park, Calif. (V. St. A.)

betreffende Steuerung der jeweiligen Schrittlänge soll in einem digital schrittweise arbeitenden Schreibsystem erfolgen, in welchem bereits vorhandene Schrittmotoren ohne nennenswerte konstruktive Änderungen verwendet werden sollen. Außerdem sind mit dem digitalen, schrittweise arbeitenden Schreibsystem Schritte variabler Längen unter verbesserter selektiver Steuerung verschiedener Steuerparameter auszuführen.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe bei einem Koordinatenschreiber mit je einem Schrittantrieb für eine Relativbewegung zwischen einer Aufzeichnungsunterlage und einem Aufzeichnungsorgan in zwei Koordinatenrichtungen durch eine Steuerschaltung gelöst, über die benachbarte Statorwicklungen von Schrittmotoren in Abhängigkeit von zugeführten Steuersignalen zur Ausführung von ganzen Schritten nacheinander einzeln und zur Ausführung von halben Schritten nacheinander abwechselnd einzeln und paarweise einschaltbar sind. Durch diese Maßnahme ist es auf relativ einfache Weise möglich, eine bessere Annäherung an eine bestimmte zu schreibende Linie zu erzielen, als dies mit Hilfe der bisher bekannten Koordinatenschreiber möglich war. Für eine mit dem erfindungsgemäßen Koordinatenschreiber zu zeichnende Linie wird darüber hinaus eine kürzere Zeitspanne benötigt als bei Ausführung von besonders kurzen Schritten jeweils gleicher Länge in bisher bekannter Weise.

Die bei dem Koordinatenschreiber vorgesehenen Schrittmotoren werden, kurz gesagt, jeweils in der

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Weise gesteuert, daß durch selektives Erregen von zu dem jeweiligen Schrittmotor gehörenden Statorwicklungen bzw. Statorwicklungspaaren ein sich jeweils teilweise verschiebendes Magnetfeld erzeugt wird, demzufolge der zu dem jeweiligen Schrittmotor gehörende Rotor eine Drehbewegung ausführt, die geringer ist als die beim Übergang der Erregung von einem Wicklungssatz auf einen anderen Wicklungssatz erfolgende Drehbewegung.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Koordinatenschreibers sind die Schrittmotoren jeweils mit drei Paaren von Statorwicklungen und -polen und einem vierpoligen Rotor versehen. Der Rotor eines solchen Schrittmotors rückt jedesmal, wenn die Erregungsschaltung von einem Paar von Statorwicklungen zu einem anderen umgeschaltet wird, um eine ¹/₁₂-Umdrehung vor.

Die Drehrichtung des Rotors wird durch die Reihenfolge bestimmt, in der die Statorwicklungen erregt werden. Der Schrittmotor kann mit Hilfe eines geeigneten Getriebes mit einem Schreibmechanismus verbunden werden, um für jede Drehung des Rotors um 30° eine Relativbewegung zwischen einem Schreibstift und einem Aufzeichnungsträger von etwa 0,25 mm auszuführen. Gemäß der Erfindung kann diese Strecke bei Bedarf noch halbiert werden, und zwar durch gleichzeitiges Erregen zweier Paare von Statorwicklungen des betreffenden Schrittmotors nach Erregung nur eines Paares von Wicklungen oder durch Erregen nur eines Wicklungspaares, wenn zuvor zwei Wicklungspaare erregt wurden. Unter diesen Umständen wird das durch den Stator erzeugte Magnetfeld um die Hälfte des Winkels verschoben, den es verschieben würde, wenn die Erregung von einem Wicklungspaar auf ein anderes übergeht. Auf diese Weise dreht sich also der Rotor dann nur um die Hälfte des normalen Betrages (in diesem Fall um 15° statt um 30°).

Wird an Stelle eines Schrittmotors mit einem vierpoligen Rotor und einem sechspoligen Stator ein Schrittmotor mit einem achtpoligen Rotor und einem zwölfpoligen Stator mit einander entgegengesetzt gerichteten Statorpolen verwendet, von denen jeder Pol eine Wicklung trägt, die mit der des gegenüberliegenden Pols in Serie oder parallel geschaltet ist, so würde eine Ganzschritterregung einen Schritt des Schrittmotors von 15° und eine Halbschritterregung einen Schritt von 7V₂ ° bewirken.

Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Koordinatenschreibers werden die die jeweils aufzuzeichnenden Linienabschnitte angebenden Daten zunächst miteinander verglichen, um Steuersignale zu erhalten, die die betreffenden Linienabschnitte bei minimaler Schreibzeit oder bei minimalem Schreibfehler anzunähern bzw. darzustellen gestatten. Im Falle der annäherungsweisen Darstellung bei minimaler Schreibzeit tritt trotz der durch die Erfindung erzielten besseren Annäherung der gewünschten Linie keine Abnahme in der Schreibgeschwindigkeit auf.

Ein besseres Verständnis der Erfindung erhält man durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

F i g. 1 ist eine Tabelle derjenigen Schrittbefehle, auf die frühere Schrittmotoren in ihrem Verhalten beschränkt waren;

F i g. 2 ist ein Diagramm, daß die acht verschiedenen Schreibrichtungen zeigt, die mit einem Paar der früheren Schrittmotoren möglich waren, wobei die in F i g. 2 bezeichneten Richtungen den in gleicher Weise bezeichneten Richtungen der F i g. 1 entsprechen;

F i g. 3 ist eine Tabelle, die die Schrittbefehle und die Schritte zeigt, die Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung ausführen können;

F i g. 4 ist ein Diagramm der Schreibrichtungen, die Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung ausführen können, wobei die in dieser F i g. 4 bezeichneten Richtungen den in gleicher Weise bezeichneten ίο Richtungen in F i g. 3 entsprechen;

F i g. 5 ist eine schematische Darstellung eines Schrittmotors, der in einem digitalen, schrittweise arbeitenden Schreiber gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

F i g. 6 ist eine schematische Darstellung, die einen besonderen Betriebszustand des Schrittmotors der F i g. 5 zeigt;

F i g. 7 ist eine schematische Darstellung, die einen zweiten Betriebszustand des Schrittmotors der F i g. 5 ao zeigt;

F i g. 8 ist eine schematische Darstellung, die einen weiteren folgenden Schritt des in F i g. 7 dargestellten Betriebszustandes zeigt;

F i g. 9 ist ein Diagramm, das für eine gerade Linie eine Annäherung zeigt, die durch einen zur Zeit verwendeten digitalen, schrittweise arbeitenden Schreiber erzeugt wurde, der feste Schrittlängen hat;

F i g. 10 ist ein Diagramm, das die Aufzeichnung

einer Annäherung für dieselbe gerade Linie zeigt, die aber gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde;

F i g. 11 ist ein Diagramm, das Details der Annäherung einer geraden Linie durch die Methode geringster Schreibzeit gemäß der Erfindung zeigt;

F i g. 12 ist ein ähnliches Diagramm, das die Annäherung durch die Methode geringster Abweichung der Erfindung zeigt;

F i g. 13 ist ein Blockdiagramm in Form eines Ablaufdiagramms, das die Schritte zeigt, die bei der Methode geringster Schreibzeit gemäß der Erfindung ausgeführt werden;

F i g. 14 ist eine Tabelle, die die Maßnahmen zeigt, die ausgeführt werden, wenn für eine gegebene Annäherung des in Fig. 15 dargestellten Linienabschnittes dem Ablauf diagramm gefolgt wird;
Fig. 15, die sich auf dem gleichen Blatt wie Fig. 13 befindet, ist ein Diagramm, das eine Annäherung zeigt, die für einen gegebenen Linienabschnitt durch die Methode geringster Schreibzeit gemäß der vorliegenden Erfindung aufgezeichnet wurde. Die in F i g. 15 aufgezeichnete Annäherung wurde durch Anwendung des Ablauf diagramm s der F i g. 13 und der Tabelle der F i g. 14 erzeugt;

F i g. 16 ist ein Diagramm, das zum Vergleich die Prinzipien zeigt, die angewendet werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung eine aufgezeichnete Annäherung mit gerinster Abweichung zu erzeugen;

F i g. 17 ist ein Ablaufdiagramm, das zum Vergleich die Schritte zeigt, die beim Betrieb eines digitalen, schrittweise arbeitenden Schreibers gemäß der Erfindung ausgeführt werden, um eine Aufzeichnung zu erzeugen, die gekennzeichnet ist durch die Annäherung an eine gegebene gerade Linie mit gerinstem Aufzeichnungsfehler oder geringster Abweichung von der gewünschten und gegebenen geraden Linie;
F i g. 18 ist ein Teil einer Tabelle, die die Konstanten zeigt, die bei Verfolgung des Ablaufdiagramms der F i g. 17 bei der Annäherung einer gegebenen geraden Linie verwendet werden;

5 6

F i g. 19 ist ein Diagramm, das eine Annäherung für Kern aus lameliiertem Weicheisen gewickelt ist. Jede

eine gerade Linie bei Anwendung der Methode ge- Wicklung ist mit der ihr gegenüberliegenden Wicklung

ringster Aufzeichnungsfehlers gemäß der Erfindung elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch ergeben sich

zeigt und durch Anwendung des Ablaufdiagramms drei Wicklungspaare. Jedes Wicklungspaar kann über

der F i g. 17 und der Tabelle der F i g. 18 erzeugt 5 einen Schalter 24 separat mit einer Stromquelle,

wurde; schematisch mit 22 bezeichnet, verbunden werden. Die

F i g. 20 ist ein Ablaufdiagramm, das die Methode vollständige Schaltung, die einzelne Stromquellen und

der Analyse und der Transposition einer gegebenen zusätzliche Schalter 32 und 34 zeigt, ist in F i g. 6

Linie von dem bestimmten Halboktanden, in dem die dargestellt.

gegebene Linie liegt, in einem allgemeinen Halb- io Beim Betrieb der Schaltungen nach F i g. 5 und 6

oktanden. zeigt, in dem alle Aufzeichnungsvergleiche wird der Rotor 20 jedesmal, wenn der Erregungsstrom

und -entscheidungen ausgeführt sind; für die Wicklungen von einem Wicklungspaar zu

F i g. 21 ist ein Vietch-Diagramm aufeinanderfolgen- einem anderen umgeschaltet wird, um ¹I₁₂ Umdrehung

der Zustände des Schrittmotor-Steuersystems und ist (30°) vorwärts bewegt. Wenn z. B. der Schalter 24

geeignet, den Betrieb von Aufzeichnungssystemen ge- 15 (s. F i g. 5) und damit ein Kreis zwischen der Strom-

mäß der Erfindung zu beschreiben; quelle 22 und einem ersten Paar einander gegenüber-

F i g. 22 ist ein vereinfachtes, dem Vietch-Diagramm liegender Wicklungen Is und 4s geschlossen wird,

von F i g. 21 äquivalentes Diagramm; richtet sich der Rotor 20 auf diejenigen Statorpole, die

F i g. 23 ist ein Blockschaltbild, das die Flip-Flop- diese Wicklungen Ij und 4s tragen. Wenn danach Steuerschaltungen zeigt, die in einem Schrittmotor- 20 der Schalter 24 geöffnet und der Schalter 32 geSteuersystem gemäß der Erfindung verwendet werden; schlossen wird, so daß ein anderes Wicklungspaar,

F i g. 24 ist ein Blockschaltbild, das die Flip-Flop- 35-65, erregt wird, dann dreht sich der Rotor 20 um

Steuerschaltungen zeigt, die dazu verwendet werden, 30° im Uhrzeigersinn in die in F i g. 6 gezeigte

um die in den F i g. 21 und 22 aufgezeigten Opera- Stellung, wobei sich die Rotorpole auf die neu er-

tionen auszuführen. 25 regten Statorpole richten. Eine Drehung gegen den

Uhrzeigersinn von der ersten, in F i g. 5 gezeigten

Schreiber-Schrittmotorsystem Stellung aus kann man durch Schließen des Schalters

34 statt des Schalters 32 erreichen. Die Drehrichtung

Schrittmotoren, die früher in digitalen, schrittweise wird also durch die Reihenfolge bestimmt, in der die

arbeitenden Schreibern verwendet wurden, sprachen 3° Wicklungen erregt werden. Jede schrittweise Drehung

auf Steuersignale einer Polarität an, um feste Schritte bewirkt aber eine Verschiebung der Stellung des

in einer von zwei entgegengesetzten Richtungen zu Rotors 20 um 30°. Es ist selbstverständlich, daß die

erzeugen. Die verschiedenen Möglichkeiten der Be- Welle des Rotors 20 mit einem Getriebe (nicht dar-

wegung eines durch zwei solche Schrittmotoren ge- gestellt) zusammenarbeitet, um für jede Drehung des

steuerten Schreibers, einen für jede Koordinaten- 35 Rotors 20 um 30° eine Relativbewegung zwischen

richtung, sind in der Tabelle der F i g. 1 dargestellt. einem Schreibstift und einem Aufzeichnungsträger von

Die sich ergebenden acht Bewegungsrichtungen, die etwa 0,25 mm auszuführen.

±.X, decoder 0 (keine Bewegung) entsprechen, sind Die Rotoren beider vorgesehener Schrittmotoren in der Tabelle der F i g. 1 angeführt und in dem können auf die durch ein geeignetes Befehlssignal hin Diagramm der F i g. 2 dargestellt (keine Drehung 40 erfolgende Erregung der Statorwicklungen jeweils um beider Schrittmotoren ergibt keine Bewegung und einen Winkel gedreht werden, der entweder einem kann als neunte Richtung betrachtet werden). Aus halben oder einem ganzen Schreibschritt entspricht. F i g. 2 geht klar hervor, daß die möglichen oder er- Dies heißt, daß die Schrittbefehlssignale den Statorlaubten Richtungen der Schreibbewegung Vielfache wicklungen der Schrittmotore in der Weise zugeführt von 45° sind und daß deshalb eine aufgezeichnete 45 werden, daß sich der Rotor 20 bei der dargestellten Linie notwendigerweise durch eine Reihe von Ab- Anordnung jedesmal entweder um 30° oder um 15° schnitten horizontaler, vertikaler oder diagonaler dreht, mit dem Ergebnis, daß der sich daraus erLinien unter 45° angenähert ist. gebende Schreibschritt entweder ein voller oder ein

Gemäß F i g. 3 erfolgt die selektive Steuerung eines halber Schritt in der durch den betreffenden Scimitar- und eines F-Achsenschrittmotors jeweils durch 50 motor gesteuerten Richtung ist.
Steuersignale, die in ihrer Größe gleich einer Einheit, Werden gleichzeitig zwei Paare von Statorwickeiner halben Einheit oder Null sind. Die Anzahl der hingen eines Schrittmotors erregt (d. h. werden vier möglichen Bewegungsrichtungen eines Schreibmecha- von den sechs Wicklungen erregt) und ist vorher nur nismus beträgt somit 24 (Befehle Null für beide ein Wicklungspaar erregt gewesen, so dreht sich der Schrittmotoren ergeben wiederum keine Bewegung 55 Rotor 20 um 15° von seiner letzten Stellung in eine und können als 25. Richtung betrachtet werden); diese Stellung, in der jeder der vier Rotorpole ungefähr Verhältnisse sind in F i g. 4 in vektorieller Form dar- um 15° auf entgegengesetzten Seiten der erregten gestellt. Durch diese große Anzahl an Schreibrichtun- Statorwicklungen liegt. (Diese Stellung ergibt sich, gen läßt sich, darauf sei hier nochmals kurz hinge- weil dort der magnetische Widerstand des Weges wiesen, die Genauigkeit, mit der eine gegebene aufzu- 60 zwischen den erregten Statorwicklungen und den zeichnende Linie angenähert werden kann, wesentlich Rotorpolen am geringsten ist.) Diese Rotorausrichtung verbessern. ist um 15° geringer als die Änderung der Rotoraus-

Das Diagramm gemäß F i g. 5 zeigt einen Schritt- richtung um 30°, die sich ergibt, wenn jedesmal nur

motor, der einen vierpoligen Weicheisenrotor 20 ent- ein einziges Wicklungspaar erregt ist, wie es oben in

hält, welcher von einem Stator mit sechs Wicklungen 65 Verbindung mit den F i g. 5 und 6 beschrieben wurde,

(mit Is bis 65 bezeichnet) umgeben ist, die symme- Dadurch dreht sich der Rotor jedesmal dann um 15°,

trisch um den Rotor 20 angeordnet sind. Jede der wenn er durch die Erregung nur eines der drei Wick-

Wicklungen Ii bis 65 besteht aus Draht, der um einen lungspaare in einer Stellung ausgerichtet ist und seine

Stellung dann durch die gleichzeitige Erregung zweier Wicklungspaare geändert wird.

Der Rotor dreht sich jedesmal um 15°, wenn die Stellung des Rotors durch Erregung zweier Wicklungspaare geändert wird und vorher ein Paar erregt war oder wenn ein Wicklungspaar erregt wird und vorher zwei Paare erregt waren. Der Rotor dreht sich jedesmal um 30°, wenn die Stellung des Rotors durch Erregung eines einzigen Wicklungspaares geändert wird und vorher ein anderes einziges Wicklungspaar erregt war oder wenn zwei Wicklungspaare erregt werden und vorher zwei andere Wicklungspaare erregt waren.

Die Art und Weise, nach der die obenstehenden Schritte erzielt werden können, ist genauer im Hin-

Halbschritte oder Vollschritte ausführen kann, wenn es zweckmäßig erscheint. Die Annäherung von 11a von F i g. 10 wurde mit der gleichen Geschwindigkeit aufgezeichnet wie die Annäherung 11 der F i g. 9, weil der Schrittmotor der X-Achse in Vollschritten kontinuierlich weitergeschaltet wurde, während der Schrittmotor der 7-Achse für den größeren Teil der kleineren F-Achsenbewegung in Halbschritten angetrieben wurde.

Es ist selbstverständlich, daß die Steuerung eines digitalen, schrittweise arbeitenden Schreibers zum Annähern einer aufzuzeichnenden Linie in dieser Art eine Untersuchung der Liniekoordinaten umfaßt, um aus einer Anzahl von fakultativen oder alternativen An

blick auf F i g. 7 und 8 beschrieben, die die gleich- 15 näherungen für die Linie eine bestimmte auszuwählen.

zeitige Erregung zweier Wicklungspaare eines Schrittmotors zeigen. So sind z. B. in F i g. 7 die beiden Schalter 32 und 34 geschlossen. (Bei der vorhergehenden Stellung des Schrittmotors war nur ein Schalter geschlossen.)

Das durch die Erregung der Wicklungspaare 2s-5s
und 3.9-6.? erzeugte magnetische Feld wird so verschoben, daß der Rotor 20 aus seiner vorherigen
Stellung (F i g. 6) um 15° gedreht wird. Wenn der
Schalter 32 statt dessen geöffnet worden wäre, während 25 geringstmöglicher Zeit nicht die geringste Abweichung

Insbesondere kann diese Untersuchung verbunden werden mit der Optimierung eines gegebenen Aufzeichnungsparameters, natürlich auf Kosten anderer Faktoren. Beispielsweise kann es erwünscht sein, einen gegebenen geraden Linienabschnitt in möglichst geringer Zeit oder auch mit möglichst geringem Aufzeichnungsfehler oder mit der geringsten Abweichung von der aufzuzeichnenden Linie anzunähern. Im allgemeinen ergibt die Aufzeichnung einer Linie in

der Schalter 34 geschlossen geblieben wäre, dann wäre der Rotor 20 um weitere 15° oder insgesamt um 30° im Uhrzeigersinn gedreht worden. Wenn jedoch in dem Moment, in dem der Schalter 32 geöffnet wird,

dargestellt wird.

In Verbindung mit F i g. 9 wird ein Standardschreiber mit fester Schrittgröße betrachtet, um zwischen den Punkten Al und Bl eine Linie zu ziehen. Ein solcher Schreiber mit fester Schrittgröße kann eine Linie ziehen unter 0° (d. h. nur Bewegung in der X-Richtung), unter 90° (d. h. nur Bewegung in der F-Richtung), oder er kann eine Linie ziehen, die eine

von der aufzuzeichnenden Linie. Dementsprechend ist eine Auswahl zu treffen für eine bestimmte Methode, die verwendet werden soll. Die folgende Beschreibung erläutert, wie ein bestimmter Linienzug durch wahlder Schalter 24 geschlossen ist, während der Schalter 34 30 weise Halbschritt- und Vollschrittsteuerung der Schrittin seiner geschlossenen Stellung bleibt, dann werden motoren für die X- und F-Achsen annäherungsweise zwei Wicklungspaare ls-4s, 2s-5s erregt und bewirken,
daß der Rotor 20 einen vollen Schritt von 30° von
seiner vorherigen Stellung aus gedreht wird (F i g. 8
im Gegensatz zu Fig. T). Somit wird klar, daß sich 35
ein voller Schritt von 30°-Drehung dann ergibt, wenn
die Schalter für die Wicklungen so betätigt werden,
daß die gleiche Anzahl von Wicklungspaaren erregt
wird, wie bei der vorherigen Stellung des Rotors erregt

waren (d. h. eine Änderung von einem einzigen Paar 40 kombinierte X- und Y-Achsenbewegung darstellt, erregter Wicklungen zu einem anderen einzigen Paar um eine Linie unter 45° zu ziehen. Die Linie AlBl erregter Wicklungen oder eine Änderung von zwei liegt unter einem Winkel von etwa 35°; dadurch wird Paaren erregter Wicklungen zu anderen zwei Paaren der Schreiber so gesteuert (z. B. durch einen Allzweckerregter Wicklungen). In ähnlicher Weise ergibt sich rechner, mit dem er verbunden ist), daß er eine Reihe eine Halbschrittdrehung von 15°, wenn die Schalter 24, 45 von 0°- und 45°-Linien erzeugt, die die sägezahn-

förmige aufgezeichnete Linie 11 bilden und letztlich die gewünschte Linie AlBl annähern.

Gemäß Fig. 10 wird die gleiche gerade Linie AlBl durch einen Schreiber angenähert, der in der X-Richtung jeweils einen ganzen Schritt und in der 7-Richtung jeweils einen halben Schritt auszuführen vermag. Weil die Gesamtschreibgeschwindigkeit eine Funktion der Geschwindigkeit längs der X-Achse ist, wird der Schreiber durch Fortbewegung längs der 7-Achse,

zeichnungen gemäß F i g. 9 und 10 erkennen läßt, bei 55 manchmal in halben F-Schritten, nicht langsamer, einem darzustellenden Linienzug eine Annäherung mit Man sieht jedoch, daß die sich ergebende Linie größerer Genauigkeit als bisher erzielt. In diesen wesentlich glatter ist.

Figuren ist jeweils die gleiche gestrichelte Linie In den Fig. 11 und 12 stellt die Linie Al'BV die

AlBl durch die durchgehenden Linienstücke ange- gerade Linie dar, die annäherungsweise darzustellen nähert worden, die von Al nach Bl verlaufen und in 60 ist. Wie oben bereits erläutert, vermögen die Schritt-Fig. 9 mit 11 sowie in Fig. 10 mit 11a bezeichnet
sind. Die Annäherung 11 von F i g. 9 wurde durch
einen Schreiber aufgezeichnet, der in seiner Schreibbewegung nur Vollschritte ausführen kann. Als Ergebnis wird eine zackige Sägezahnform erzeugt, die 65 in den Fig. 11 und 12 dargestellten Aufzeichnungen wesentlich weniger wünschenswert ist als die in mit 0,25 mm und 0,12 langen Linienschritten bei F i g. 10 dargestellte, nahezu gerade Linienanäherung einer Geschwindigkeit von 500 Schritten pro Sekunde, 11a, die mit einem Schreiber aufgezeichnet wurde, der ohne Rücksicht auf die Schrittgröße, angenähert

32 und 34 in geeigneter Weise so betätigt werden, daß zwei Wicklungspaare erregt werden, wenn vorher eines erregt war, oder daß ein einziges Wicklungspaar erregt wird, wenn vorher zwei Paare erregt waren.

Linienannäherung durch Verwendung von Schrittmotoren

Durch Steuerung der Schrittmotoren in der oben beschriebenen Weise wird, wie ein Vergleich der Aufmotoren entweder halbe oder ganze Schritte längs der X- und Y-Achse in 24 Kombinationen auszuführen (die einzelnen möglichen Kombinationen sind in F i g. 4 dargestellt). Es wird angenommen, daß die

werden. Dabei erfolgt die Annäherung gemäß der Linie Hd in F i g. 11 nur in 0,25 mm langen Schritten. Demzufolge benötigt der Schreiber 2 Millisekunden, um einen Schritt auszuführen, unabhängig davon, ob der Schritt ein halber Schritt (0,12 mm) oder ein ganzer Schritt (0,25 mm) ist.

Bei der Annäherung der Linie Al' BV durch den Schreiber gibt es zwei Alternativen: Die Linie AVBV kann durch Steuerung des Schreibers derart angenähert werden, daß solche Kombinationen von Schrittgröße und Schrittrichtung gewählt werden, daß die Aufzeichnung mit einem Minimum an Aufzeichnungszeit erzeugt wird (in Fig. 11 dargestellt und unten im einzelnen erläutert in Verbindung mit dem Verfahren, das in Verbindung mit den Fig. 13, 14 und 15 beschrieben wird); demgegenüber kann der Schreiber aber auch so angetrieben werden, daß die Linie AV BV mit minimalem Aufzeichnungsfehler erzeugt wird (dargestellt in Fig. 12 und im einzelnen in Verbindung mit den Fig. 16, 17 und 18 erläutert).

Wenn der Schreiber so gesteuert wird, daß ein Minimum an Aufzeichnungszeit erforderlich ist, dann wird die aufzuzeichnende Strecke AV BV zuerst untersucht, um die größere der beiden Strecken X und Y festzustellen (in F i g. 11 ist die X-Strecke größer); der Schreiber wird dann so gesteuert, daß er, bis die Aufzeichnung beendet ist, nur ganze Schritte in X-Richtung ausführt und daß er einen halben Schritt nur dann ausführt, wenn es am Ende der Aufzeichnung notwendig ist, damit die Aufzeichnung aufgeht. Gleichzeitig mit der Fortbewegung in der X-Richtung wird die Fortbewegung in der Y-Richtung sogesteuert, daß halbe oder ganze Schritte ausgeführt werden, um die aufzuzeichnende Linie möglichst gut anzunähern. Auf diese Weise würde die ausgezogene Linie 11b der Annäherung 14 Millisekunden zum Aufzeichnen benötigen; sie würde eine Folge von sieben ganzen Schritten längs der X-Achse umfassen. Eine Fortbewegung längs der Y-Achse würde während der Ausführung des ersten ganzen Schrittes längs der X-Achse mit der Geschwindigkeit eines halben Schrittes längs der Y-Achse erfolgen, worauf während aufeinanderfolgender ganzer Schritte längs der X-Achse in abwechselnder Folge keine Bewegung und Halbschrittbewegung längs der Y-Achse folgen. Der größte Annäherungsfehler in der sich ergebenden Aufzeichnung der Linie 116 ist mit C bezeichnet; dieser maximale Aufzeichnungsfehler beträgt ungefähr ein Viertelschritt oder etwa 0,06 mm. Es wird die geringstmögliche Aufzeichnungszeit von 14 Millisekunden erreicht. Diese ist gegeben durch die Zeit, die notwendig ist, die X-Achsenstrecke zu durchlaufen (etwa 1,8 mm bei 2 Millisekunden pro etwa 0,25 mm).

Fig. 12 läßt die. Arbeitsweise des Schreibers erkennen, derzufolge die gleiche gerade Linie AV BV zu erzeugen ist, wobei aber die Kombinationen von Schrittgröße und Schrittrichtung des Schreibers so gewählt sind, daß sich ein geringstmöglicher Aufzeichnungsfehler an Stelle der geringstmöglichen Aufzeichnungszeit, wie im Beispiel gemäß F i g. 11, ergibt. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, hat die aufgezeichnete Linie lic eine maximale Abweichung von der idealen Linie AlBl von ungefähr einem Viertel Halbschritt oder einem Fehler von 0,03 mm, was durch D gekennzeichnet ist. Bei der Aufzeichnung der Fig. 12 werden zum Ziehen der X-Achsenstrecke von etwa 1,8 mm 18 Millisekunden benötigt; somit wird die Aufzeichnungsgenauigkeit auf Kosten der Aufzeichnungsgeschwindigkeit erhöht.

Wenn minimaler Aufzeichnungsfehler (Beispiel von Fig. 12 und später in Verbindung mit Fig. 18) statt minimaler Aufzeichnungszeit (F i g. 11) gewählt wird, dann ergibt sich der ungünstigste Fall (d. h. längste Aufzeichnungszeit), wenn die längere der zu ziehenden Achsenstrecken abwechselnd halbe und ganze Schritte umfaßt (im Vergleich zu einem Betrieb

ίο für minimale Aufzeichnungszeit, bei dem längs der einen Achse nur ganze Schritte verwendet werden). In diesem ungünstigsten Fall würde die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zwei Drittel derjenigen für minimale Aufzeichnungszeit betragen.

Annäherung einer geraden Linie —
Verfahren minimaler Aufzeichnungszeit

Die besondere Art der Annäherung einer geraden Linie entsprechend dem in F i g. 11 gezeigten Verlauf gemäß der Linie Ub (die die Linie AV BV annähert) wird nunmehr mehr ins einzelne gehend besprochen, um das verwendete Aufzeichnungsverfahren zu beschreiben. Es wurde oben dargelegt, daß dieses Verfahren der Annäherung einer geraden Linie die Annäherung in einer minimalen Aufzeichnungszeit liefert. Für minimale Aufzeichnungszeit gilt folgendes: Nachdem die maximale, in X-Richtung aufzuzeichnende Strecke mit derjenigen in Y-Richtung verglichen worden ist (d. h. der größere der absoluten X- und Y-Werte), wird der Schreiber so betätigt, daß er in der größeren der X- und Y-Achsenrichtungen nur ganze Schritte aufzeichnet. (Ein einzelner halber Schritt kann in dieser größeren der X- oder Y-Achsenrichtungen hinzugefügt werden, wenn die Gesamtstrecke, in dieser Richtung durch ein solches Hinzufügen besser angenähert würde.) Gerade Linien, die nicht parallel zu einer Grundaufzeichnungsrichtung verlaufen (d. h. einer der in F i g. 4 gezeigten 16 Grundaufzeichnungsrichtungen) müssen durch eine Reihe von linearen schrittweisen Schreibstiftbewegungen fester Größe angenähert werden, wobei jede Bewegung in einer der Grundaufzeichnungsrichtungen erfolgt.

Der folgende Algorithmus für eine gerade Linie stellt einen erwünschten Weg dar unter Anwendung einer Annäherungsmethode für digitales, schrittweises Aufzeichnen. Das Problem besteht darin, eine gerade Linie zwischen irgend zwei Punkten unter Verwendung von festen Aufzeichnungsschritten anzunähern. Die Schritte können die Form von ±X oder

X Y

± Y-Schritten, ± -γ-oder ± -y -Schritten oder irgendeiner Kombination der X- und Y-Schritte haben.

Bei Lösung des Problems der Annäherung einer geraden Linie, d. h. bei der Bestimmung der gewünschten Folge von X- und Y-Achsenschritten, die erforderlich sind, um die gewünschte Annäherung der geraden Linie zu erzeugen, werden eine Anzahl von Operationen umfaßt. Erstens muß der erforderliche Quadrant der Richtung gefunden werden und dann der erforderliche Oktant. (In F i g. 4 können die verschiedenen aufgetragenen Richtungen als die Grenzen von acht Oktanten betrachtet werden: Der Bereich zwischen den Richtungslinien X und X, Y ist in F i g. 4 als Bereiche C und D schraffiert; die anderen sieben Oktanten liegen zwischen den Richtungslinien Xund X, — Y; X, — Yund —Y;—Yund

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-X, -F; -X, -Fund -X; -Xund -X, F; -X, F und F; und F und X, F.) Das Ablaufdiagramm der Fig. 13 zeigt eine Folge von Vergleichs- und Auswahloperationen, die angewendet werden, um die gewünschte Folge von Aufzeichnungsschritten auszuwählen. Obwohl die erforderlichen Vergleichsund Auswahloperationen auf vielerlei verschiedene Art und Weise realisiert werden können, wird hier angenommen, daß die Operationen in einem Digital-, einem Analog- oder einem Hybridrechner für spezielle oder allgemeine Zwecke ausgeführt werden.

Bei der Erzeugung der Steuersignale des Schreibers für ein gegebenes Linienstück ist es erforderlich, die wahre Richtung des Stückes relativ zu einem Bezugspunkt O zu bestimmen. Dies geschieht durch Teilung der 360° des Azimuts in sechzehn Halboktanten (s. Fig. 4) und Ermittlung, welcher Halboktant das durch eines der hier beschriebenen Annäherungsverfahren aufzuzeichnende Linienstück enthält. Einzelheiten der bei der Bestimmung der Richtung der Linienstücke verwendeten Schritte werden unten in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 20 erläutert. Kurz gesagt umfaßt das Verfahren die Gewinnung der Verschiebungskonstanten, um das Linienstück aus einem angenommenen Halboktanten zu drehen, in dem sowohl X als auch F positiv und X> 2F ist. Bei dem Diagramm der Fig. 13 und der folgenden Erörterung wird somit angenommen, daß die Linie, die angenähert werden soll, in einem bestimmten Halboktanten, z. B. dem Halboktanten D der F i g. 4 liegt (d. h., zwischen den Richtungen X

und X, -γ). In dem Fall, daß die Linie, die angenähert werden soll, in irgendeinem anderen Halboktanten liegt, werden die zugehörigen X- und F-Werte so behandelt, als wenn sie in diesem Halboktanten D lägen, die erforderliche Folge von Aufzeichnungsschritten wird ausgewählt und jeder der ausgewählten X- und F-Schritte wird dann in einen äquivalenten Schritt dieses ausgewählten Halboktanten D umgewandelt. Die Umwandlung kann ausgeführt werden durch Multiplikation der zugehörigen X- und F-Werte für jeden der anderen Haloktanten A bis C und E bis P mit geeigneten, für jeden bestimmten Halboktanten speziellen Umwandlungskonstanten. Wenn z. B. festgestellt wird, daß die anzunähernde Linie in dem Halboktanten A liegt, dann wird die zum Annähern der Linie erforderliche Folge von Aufzeichnungsschritten zuerst unter Verwendung der absoluten Werte von X und F bestimmt (unter Vernachlässigung des Vorzeichens der tatsächlichen Werte). Nachdem die Folge der Aufzeichnungsschritte bestimmt ist, wird dann jeder X- und F-Wert mit einer für den Halbkonstanten A speziellen Umwandlungskonstanten multipliziert, wodurch diese X- und F-Werte in entsprechende Werte in dem Halboktanten A umgewandelt werden.

F i g. 4 zeigt die zum Annähern der geraden Linie Al"Bl" von Fig. 15 zur Verfügung stehenden Bewegungen. In Fig. 15 wurde angenommen, daß die in der X-Richtung aufzuzeichnende Strecke (AX) größer ist als die in F-Richtung aufzuzeichnende Strecke (A Y). Die gerade Linie Al" Bl" wird angenähert durch X- und F-Achsenbewegung in festen

IS

Schritten IS, d. h. Ganzschritten, oder -γ, d. h. Halbschritten. (Das Symbol TS bedeutet eine Ganzschrittbewegung längs einer der Achsen X oder F; das IS

Symbol -γ- bedeutet eine Halbschrittbewegung längs einer dieser Achsen.)

Bei der Annäherung der Linie Al"Bl" von Fig. 15 wird angenommen, daß die Annäherung in geringstmöglicher Zeit ausgeführt werden soll. Somit ist die Schrittgröße längs der X-Achse, der größeren Achse, immer ein ganzer X-Schritt. Jeder X-Schritt ist be-

gleitet von entweder einem Halbschritt, -^-, längs der

·£

F-Achse oder keinem Schritt längs der F-Achse. (Es wird darauf hingewiesen, daß in dem Halboktanten D die Werte längs der F-Achse immer zwischen

0 und „■ liegen und daß der Wert längs der X-Achse 2

immer ein ganzer X-Schritt ist. Für andere Halboktanten ergeben die erwähnten Umwandlungen die

letztlich erforderlichen Werte ±X, ±-γ, ±Y und

±τ·)

Der F-Wert der Linie Al" Bl" nach NSchritten kann errechnet werden aus:

(beginnend von einem Bezugspunkt O). Weil die maximalen Schrittbewegungen längs der F-Achse nur

IS

in Schritten der Länge --=--, d. h. in Halbschritten, 2

erfolgen können, kann die Auflösung dieser Gleichung als eine Entscheidung für die Ausführung von F-Bewegungen verwendet werden [d. h. ob ein Halbschritt

(γ \
-=-) oder keine Bewegung längs der F-Achse während jeder Ganzschrittbewegung X auszuführen ist]. Die Grundlage für die Entscheidung, ob eine kombinierte

X- und -^--Bewegung oder nur eine X-Bewegung auszuführen ist, hängt davon ab, ob die anzunähernde Linie ein Viertel eines ganzen Schrittes in der F-Richtung (IS -■=- 4) überschreitet. Die Entscheidung, die Gegenstand des Ablaufdiagramms der F i g. 13 für Annäherung in geringstmöglicher Zeit ist, lautet folgendermaßen:
Wenn

größer ist als

r HS) + Σ rs,

dann ist eine kombinierte X- und -^--Bewegung aus-

zuführen.
Wenn

0

gleich oder kleiner als

AY₂ AX j

3 ^r

~r (IS) +X IS

ist, dann ist nur eine X-Bewegung auszuführen. (Nx bezeichnet die Gesamtzahl der längs der X-Achse schon ausgeführten Halbschritte, und Ny die Gesamt-

zahl der längs der Γ-Achse schon ausgeführten Halbschritte.)

Der vorstehende Vergleich kann vereinfacht werden durch den Ausdruck

N_v

X "Y

Σ^υ-Έ

ο ο

^Δχ

für eine kombinierte X- und -^--Bewegung und

für alleinige Ganzschritt-Z-Bewegung.

Die aufeinanderfolgenden Operationen bei der Annäherung der Linie Al"Bl" in Fig. 15, um die tatsächlich aufgezeichnete Linie Ue zu erzeugen, werden nunmehr beschrieben. Es wird nunmehr auf die Tabelle von Fig. 14 Bezug genommen, die alle Operationen des Diagramms der Fig. 13 bei Anwendung auf die Linie Al"Bl" von Fig. 15 anführt.

In der Tabelle von Fig. 14 bezieht sich der Ausdruck »aufeinanderfolgender Schritt« auf die erste Spalte und bezeichnet durch eine Zahl die nacheinander auszuführenden Operationen.

Der Ausdruck »Ablaufdiagrammschritt«, der sich auf die zweite Spalte von Fig. 14 bezieht, bezeichnet denjenigen Schritt in dem Ablaufdiagramm von Fig. 13, der ausgeführt wird.

Der Ausdruck »NT«, der für die dritte Spalte der Tabelle von Fig. 14 verwendet ist, bezieht sich auf eine Konstante: Die Gesamtzahl von Halbschritten (bis zum nächsten Halbschritt) in der größeren (X) Richtung der anzunähernden Linie. Der Ausdruck NT ist für alle Eintragungen in der dritten Spalte gleich.

Der Ausdruck »NR« am Kopf der vierten Spalte bezieht sich ebenfalls auf eine Konstante: Die Gesamtzahl von Halbschritten (bis zum näbhsten Halbschritt) in der kleineren (Y) Richtung der anzunähernden Linie. Der Ausdruck ist für alle Eintragungen in der vierten Spalte gleich und der Bequemlichkeit halber mit 2 (NR) bezeichnet.

Der Ausdruck »NC« am Kopf der fünften Spalte bezieht sich auf den numerischen Wert oder die Gesamtzahl von Halbschritten, die zu dem betrachteten Zeitpunkt noch in der größeren (X) Richtung aufzuzeichnen sind. Weil eine Annäherung in minimaler Zeit die Aufzeichnung von ganzen Schritten verwendet (d. h. eine Strecke ist gleich zwei Halbschritten), wird zu jeder folgenden Aufzeichnungszeit, jedesmal wenn ein Aufzeichnungsschritt ausgeführt wird, die Zahl der in der größeren Richtung noch auszuführenden Halbschritte um 2 verringert. (Wenn NC beim vorletzten Aufzeichnungsschritt gleich 1 ist, dann wird ein einzelner Halbschritt aufgezeichnet, um die in minimaler Zeit auszuführende Annäherung zu vervollständigen.)

Der Ausdruck »NA« am Kopf der sechsten Spalte der Tabelle von Fig. 14 bezieht sich auf die ideale oder wirkliche Strecke in der kleineren (Y) Richtung, längs der anzunähernden Linie Al" Bl", einen ganzen !"■-Schritt nach dem betrachteten Zeitpunkt. Dieser Ausdruck NA bezieht sich außerdem auf die Auswertung des Teiles der obigen Gleichung (1), der links von dem Ungleichheitszeichen steht. Ein HaIb-

schritt i-j-j ist in der kleineren Richtung immer dann auszuführen, wenn NA (der Y-Wert längs der Linie Al" Bl" an der Stelle einen ganzen !"-Schritt nach dem letzten tatsächlich aufgezeichneten Schritt) um mehr als einen Viertelschritt größer ist als der letzte aufgezeichnete Y- Wert.

Der Ausdruck »NA« kann als Ausdruck einer

Variablen betrachtet werden, dessen Wert anfänglich

ίο gleich der Hälfte des Absolutwertes von Zl!" oder

-γ- \ ist. Damit ist der Anfangswert des Ausdruckes AX

NA z.B.

Dieser Wert von NA wird während

eines jeden Zyklus (durch Schritt 2) des Ablaufdiagramms von Fig. 13 erst durch den doppelten Absolutwert von NR oder 2 \A Y\ vergrößert. Dann (Schritt 3 in dem Ablaufdiagramm) wird dieser vergrößerte oder Zwischenwert von NA mit NT, der Anzahl der Halbschritte in der !"-Richtung, verglichen. Wenn der Zwischenwert von NA nun kleiner als NT ist, dann (Schritt 4) wird nur eine ganze X-Schrittbewegung ausgeführt, und dieser Zwischenwert von NA ist der Ausgangswert für den nächsten Zyklus; wenn der Zwischenwert von NA jedoch gleich oder größer als NT ist, dann (Schritts) wird dieser Zwischenwert von NA um den Absolutwert von \AX\ verkleinert, um einen neuen Wert für NA zu bilden, und dann (Schritt 6) wird eine kombinierte Aufzeichnungsbewegung ausgeführt. Die kombinierte Bewegung besteht aus dem gleichzeitigen Aufzeichnen eines ganzen Schrittes in der !"-Richtung und eines halben

Y)

Schrittes in der 7-Richtung [X,

Bei dem nächsten Schritt des Ablaufdiagramms (Schritt 7) wird der Wert NC, die Gesamtzahl von Halbschritten, die in der !"-Richtung noch aufzuzeichnen ist, um 2 verkleinert. Dieser neue Wert von NC wird dann mit 1 (Schritt 1) verglichen und der Zyklus wiederholt, wenn der Wert von NC größer als 1 ist. Wenn der Wert von NC gleich 1 ist, dann wird ein einzelner Halbschritt in der !"-Richtung aufgezeichnet; wenn der Wert von NC kleiner als 1 ist, dann ist der Aufzeichnungsvorgang beendet.

Der Ausdruck »Entscheidung« am Kopf der siebenten Spalte der Ablauftabelle von Fig. 14 bezieht sich auf die Entscheidung, die in dem betrachteten Zeitpunkt entsprechend der Anweisung des Ablaufdiagramms auszuführen ist. Die in Spalte 7 angeführte Entscheidung bezieht sich auf den Ablaufdiagrammschritt in Spalte 2 der gleichen Zeile der Tabelle. Schließlich bezieht sich der Ausdruck »Bewegung« am Kopf der achten Spalte der Tabelle auf die am Ende des betrachteten Schrittes auszuführende Schreibbewegung.

Wenn in der Spalte »Bewegung« keine Eintragung erscheint, dann beginnt der Schritt ohne irgendeine Bewegung des Schreibers.

Unter Bezugnahme auf die Linie Al" Bl" von Fig. 15 wird nunmehr der erste Schritt in der Berechnung der Schreibbewegung betrachtet. Im Zusammenhang mit dem ersten Schritt in der Tabelle der Fig. 14 wird darauf hingewiesen, daß für die Linie Al"Bl" NT = 22, 2(NR) = 12, NC = 22 und

der Anfangswert von NA oder —γ- = 11 ist. Die Spalten »Entscheidung« und »Bewegung« sind leer, weil am Anfang des Vergleichs keine Entscheidung oder Schreibbewegung auszuführen ist.

Der in der Ablauftabelle von Fig. 14 angeführten Folge von Operationen wird dann unter Anwendung der in Fig. 13 aufgeführten Vergleiche gefolgt, mit dem Endergebnis, daß die in der Spalte »Bewegung« aufgeführten Schreibbewegungen in der angeführten Reihenfolge ausgeführt werden, um die Aufzeichnung der Linielle in Fig. 15 zu bewirken.

Wie oben erläutert, ergibt das Verfahren der Annäherung einer geraden Linie in minimaler Zeit eine Durchführung von Aufzeichnungen in geringerer Zeit als die Anwendung des unten beschriebenen Verfahrens minimalen Fehlers.

Annäherung einer geraden Linie —
Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers

Das Verfahren der Annäherung einer geraden Linie von der in den Fig. 12 und 19 dargestellten Art, zum Erzeugen von Linien lic bzw. 11/, wird nun mehr ins einzelne gehend erläutert, um das verwendete Verfahren der Aufzeichnung mit minimalem Fehler zu beschreiben. Wie oben in Verbindung mit den Verfahren minimaler Aufzeichnungszeit beschrieben wurde, benutzt der Algorithmus für eine gerade Linie die Annäherung einer geraden Linie zwischen zwei Punkten unter Verwendung von Aufzeichnungsschritten fester Größe. Die Schritte können

die Form von ± X- oder ± F-Schritten, ± — - oder

± -γ -Schritten, oder irgendwelchen Kombinationen dieser Schritte haben.

Beim Bestimmen der gewünschten Folge von X- und F-Achsenschritten, die erforderlich sind, um die gewünschte Annäherung zu schaffen, wird zuerst der erforderliche Halboktant (A bis P von F i g. 4) bestimmt. Eine genauere Beschreibung des Verfahrens der Bestimmung desjenigen Halboktanten, der die gewünschte gerade Linie enthält, wird unten in Verbindung mit Fig. 20 gegeben.

Wie vorher im Zusammenhang mit dem Verfahren minimaler Aufzeichnungszeit beschrieben wurde, wird auch bei dem Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers angenommen, daß die anzunähernde Linie in einem gegebenen Sektor (beispielsweise dem HaIb-

Y
oktantenD, d.h. zwischen den Richtungen X, -γ) liegt.

In dem Fall, daß die anzunähernde Linie in einem anderen Halboktanten liegt, werden die zugehörigen X- und F-Werte so behandelt, als wenn sie in diesen Halboktanten D lägen, die erforderliche Folge von Aufzeichnungsschritten wird ausgewählt und die ausgewählten X- und Y-Schritte werden dann alle in äquivalente Schritte dieses Halboktanten D umgewandelt. Zum Zwecke der folgenden Erläuterung wird angenommen, daß die anzunähernde Linie in dem Halboktanten D liegt. Somit liegen die Werte

längs der F-Achse immer zwischen O und -γ, und die Werte längs der X-Achse liegen immer zwischen O und X. Weil per Definition angenommen wurde, daß die Gesamtlänge der Linie längs der X-Achse größer ist als diejenige längs der F-Achse, umfaßt jeder Aufzeichnungsschritt entweder einen -γ -Schritt oder einen ganzen X-Schritt. Gleichzeitig führt der Schreiber entweder keinen oder einen γ -Schritt in der F-Rich-

tung aus. Damit sind die zulässigen Schrittkombi-

X Y

nationen im Halboktanten D : -γ ; X und X, ι .

Es wird nunmehr auf die Fig. 16 und 19 Bezug genommen, die das Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers verdeutlichen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Schreiber bei der Annäherung der geraden Linie 11/ zu einem gegebenen Zeitpunkt die Wahl

hat, einen X-Schritt, einen -y-Schritt oder einen kombinierten X, -γ-Schritt auszuführen. Die besondere

Auswahl hängt davon ab, welche Aufzeichnungsrichtung die engste Annäherung ergibt. In bezug auf Fig. 16 wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Schreibstift sich zu einem gegebenen Zeitpunkt am Punkt Ol befindet und die anzunähernde Linie 11/ nicht genau mit einer der Grundaufzeichnungsrichtungen zusammenfällt, der Schreiber folgende Wahl

hat: Er kann einen - -Schritt beschreiben, dem ein X, -^--Schritt folgt (wodurch die Linien Ol Cl und ClBl

geschrieben werden); er kann einen X-Schritt ausführen (Linie OlDl); oder er kann anlaufen, in dem er

einen X, -^--Schritt ausführt (Linie OlAl). Das Pro-

30' blem liegt darin, zu entscheiden, welcher dieser drei Wege des Vorgehens die geringste Abweichung von der anzunähernden Linie Al" Bl" liefert.

Wie in Fig. 16 gezeigt, ist der maximale Abstand der wirklich aufgezeichneten Linie von der anzunähernden Linie Al" Bl" am Ende jedes der vorstehenden Schritte: Für einen X-Schritt die Strecke

FlDl; für einen kombinierten X, _ -Schritt die

Strecke AlFl und für einen -_s -Schritt mit nach-2

folgendem X, -r—Schritt die Strecken ElCl bzw.

Bl Gl. Die beste Auswahl wird dann getroffen, wenn die kleinste der Strecken FlDl, AlFl, ElCl und BlGl ausgewählt wird. Es muß deshalb folgender Vergleich durchgeführt werden: Die Strecke ElCl wird zuerst mit der Strecke BlGl verglichen. Die größere der beiden Strecken wird dann mit der Strecke AlFl und dann mit der Strecke FlDl verglichen. Wenn ElGl gleich BlGl ist, dann wird eine beliebige von beiden für den Vergleich mit AlFl und FlDl ausgewählt. Wenn AlFl kleiner als FlDl und außerdem kleiner als die größere der beiden Strecken ElCl und BlGl ist,

dann wird die Schreiberbewegung X, -γ ausgewählt.

Wenn FlDl kleiner als AlFl und außerdem kleiner als die größere der beiden Strecken ElCl und Bl Gl ist, dann wird die Schreiberbewegung X ausgewählt. Wenn jedoch die größere der beiden Strecken ElCl und BlGl kleiner als die Strecke AlFl und außerdem kleiner als die Strecke FlDl ist, dann wird die Schreiberbewegung

γ ausgewählt.

Das Ablauf diagramm gemäß Fig. 17 für die Annäherung mit geringster Abweichung sieht diese Vergleiche für das Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers vor. In Fig. 17 ist die Strecke AlFl durch den Ausdruck Nl, die Strecke FlDl durch den Aus-

druck TV 2, die Strecke ElCl durch den Ausdruck N2> und die Strecke BlGl durch d;n Ausdruck JV4 bezeichnet.

Die gesamte aufzuzeichnende ^-Strecke ist mit AX und die gesamte aufzuzeichnende y-Strecke mit AY bezeichnet. Die Steigung der Linie Al" Bl" wird somit durch das Verhältnis AY zu AX gleich dem Verhältnis der Strecken ElCl zu ClOl, das wiederum gleich dem Verhältnis FlDl zu Dl Ol ist, welches wiedsrum gleich dem Verhältnis GlHl zu HlOl ist, definiert.

Um die Größe und Richtung der Schreiberschritte zu bestimmen, die anzuwenden sind, um die Linie 11/ zu beschreiben und die Linie Al"Bl" der Fig. 19 nach dem Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers anzunähern, werden die relativen Werte der Linien ElCl, BlGl, AlFl und FlDl (Fig. 16) für irgendeinen Punkt längs der anzunähernden Linis Al" Bl" bestimmt.

Erstens gilt per Definition:

relativen Größenverhältnisse:

AlFl-	AX	-	μ	Y
FlDl ~		- 2
ElCl-	l\AY
BlGl-	AY		\Δ	γ
AX	- 3

Ol Cl =

OlDl

Ol Hl

= AlDl = BlHl.

(Die Strecken OlCl, ClDl, DlHl, AlDl und BlHl sind einander gleich, und jede ist in ihrem Wert gleich einem halben Schritt entweder in der X- oder in der Y-Richtung.)

Die Gesamtzahl der Z-Halbschritte ist \AX\, und die Gesamtzahl der F-Halbschritte ist \A Y\. Dann steht die Strecke ElCl zu \A Y\ in dem gleichen Verhältnis wie die Strecke OlCl zu j^i Jk"|, oder

ElCl

OlCl

\AY\ \AX\ ·

In ähnlicher Weise gilt für die entsprechenden Strecken FlDl und OlDl:

35

40

FlDl OlDl 2 {01 Cl) \A Y\ \AX

\AX\

Hieraus ergeben sich die Werte für die Strecken AlFl, FlDl, ElCl und BlGl:

45

AlFl = OlCl -

\ΔΧ\

BlGl Old

\ΔΧ\

55

60

Um jede der vorstehenden Größen AlFl, FlDl, EICI und BIGl lediglich in Ausdrucken der gesamten ,V-Sl tr ilk ρ (|.I,V ) und dor |.rruiimlni Γ-Sliwkc (|/jy|) darzustel en, weiden beide Seilen jeder der

letzten vier Gleichungen mit der Größe ~-^η-multiplizicrt. Diese Multiplikation ergibt die folgenden Nl, Nl,
/V3,
N4.

Der Ausdruck Nl bezieht sich auf die Strecke AlFl, der Ausdruck Nl auf die Strecke FlDI, der Ausdruck iV3 auf die Strecke ElCl und der Ausdruck N4 auf die Strecke Bl Gl. Diese Ausdrücke werden direkt dazu verwendet, um die Vergleiche der Strecken durchzuführen.

Die vorher im Zusammenhang mit Fig. 16 erläuterte Vergleichsoperation wird dann ausgeführt, um die Auswahl der aufeinanderfolgenden Schreiberschrittbewegungen zu bestimmen. Diese Reihe von Vergleichen ist in dem Ablauf diagramm der Fig. 17 für Annäherung mit geringster Abweichung und in der Tabelle der Fig. 18 dargestellt.

Die Tabelle der Fig. 18 enthält die ersten verschiedenen Operationen des Diagramms von Fig. 17 bei Anwendung auf die Linie 11/ von Fig. 19. In der Tabelle der Fig. 18 bezieht sich der Ausdruck »Aufeinanderfolgender Schritt« auf die erste Spalte und führt nummernmäßig die nacheinander auszuführenden Operationen an.

Der Ausdruck »Fig. 17 Ablauf diagrammschritt«.. der für die zweite Spalte verwendet ist, bezeichnet den Schritt des Ablaufdiagramms der Fig. 17, der ausgeführt wird.

Der Ausdruck »/Vif« am Kopf der dritten Spalte der Tabelle von Fig. 18 bezieht sich auf den numerischen Wert oder die Gesamtzahl der in der größeren (X) Richtung zu dem betrachteten Zeitpunkt noch aufzuzeichnenden Halbschritte. Weil bei der Annäherung mit geringstem Aufzeichnungsfehler die Aufzeichnung von halben oder ganzen Schritten angewendet wird (eine Strecke ist gleich zwei Halbschritten), wird zu jeder folgenden Aufzeichnungszeit der numerische Wert der in der größeren Richtung noch aufzuzeichnenden Schritte jedesmal, wenn ein Flalbschritt aufgezeichnet wird, um Eins und jedesmal, wenn ein ganzer Schritt ausgeführt wird, um Zwei verkleinert. Wenn der Ausdruck »NK« gleich Eins ist, dann bleibt nur noch ein in der größeren Richtung aufzuzeichnender Halbschritt übrig. Wenn »/Vif« gleich Null ist, dann ist die ganze größere Richtung aufgezeichnet worden, und die Aufzeichnung der Annäherung ist beendet.

Der Ausdruck »NH« am Kopf der vierten Spalte der Fig. 18 bezieht sich auf die größere der in Fig. 16 angeführten Strecken ElCl und BlGl. Nachdem diese beiden Strecken (ElCl und BlGl) miteinander verglichen worden sind (Schritt 2 in Fig. 17), wird die größere dieser beiden Strecken durch den Ausdruck »NH« dargestellt, damit die oben beschriebenen Vergleiche dann ausgeführt werden können. Der Ausdruck »K« am Kopf der fünften Spalte bezieht sich auf eine Konstante, die nach der Ausführung eines Aufzeichnungsschrittes dazu verwendet wird, um die Werte der Größen Nl bis N4 so em/uk'iloii, dnB sie mil' die neue SolireibsliN-s IeI hing anwendbar sind. Die Ausdrücke TVI bin JV 4 beziehen sich entsprechend auf die Strecken AlFl, FlDl, ElCl und BlGl der Fig. 16, wie oben dargestellt.

viiu r>im/iui

Der Ausdruck »Entscheidung« am Kopf der zehnten Spalte bezieht sich auf die zu dem betrachteten Zeitpunkt entsprechend den Anweisungen des Ablaufdiagramms durchzuführende Entscheidung. Die in dieser Spalte 10 angeführte Entscheidung bezieht sich auf den Ablaufdiagrammschritt in Spalte 2.

Schließlich bezieht sich der am Kopf der elften Spalte erscheinende Ausdruck »Bewegung« auf die am Ende des betrachteten Schrittes auszuführende Schreiberbewegung. Wenn in der Spalte »Bewegung« keine Eintragung vorhanden ist, beginnt der nächste Schritt ohne eine Bewegung des Schreibers.

Für die Linie Al"Bl" der Fig. 19, die durch die Punkte Al" und Bl" bestimmt ist, wird nun der erste Schritt der Berechnung der Schreiberbewegung betrachtet. Im Hinblick auf den ersten Schritt in der Tabelle von Fig. 18 wird darauf hingewiesen, daß für die aufzuzeichnende Linie 11/ NK = \ΔΧ\ oder 22 ist; daß für den Wert NH oder K noch keine Werte eingetragen sind, Nl = \ΔΧ\ — 2\ΔΥ\ ao oder 10; Ν1 = 2\Δ Y\ oder 12; N3 = \ΔΥ\ oder 6 und N4 = \ΔΧ\ — 3 \Δ Y\ oder 4 ist. Die Spalten »Entscheidung« und »Bewegung« sind leer, weil zu Beginn des Vergleichs keine Entscheidung oder Schreiberbewegung auszuführen ist.

Die in der Ablauf tabelle von Fig. 18 aufgeführte Reihe von Operationen wird dann ausgeführt, die ersten zehn Schritt sind in Fig. 18 dargestellt, mit dem Endergebnis, daß die aus der Spalte »Bewegung« der Tabelle entnommenen Aufzeichnungsbewegungen ausgeführt werden, um die Aufzeichnung der Linie 11/ in Fig. 19 zu bewirken.

Wenn die beiden Vorzeichen von Δ X und Δ Υ negativ sind, dann liegt die Linie im Quadranten IL. Wenn schließlich das Vorzeichen von Δ X negativ und das von Δ 7 positiv ist, dann liegt die Linie im Quadranten MP.

Dann werden für jeden Quadranten die folgenden Schreiberbewegungscodes bestimmt ßeder Code stellt die Transformationskonstanten dar, die auf die Aufzeichnungswerte anzuwenden sind, um die gewonnenen Werte in denjenigen Quadranten zu transformieren, in dem die Linie liegt; natürlich ist keine Transformation erforderlich, wenn die Linie schon in dem Quadranten AD liegt): ein X-Code; ein

X₊ -i-.Code;

Auswahl der Transformationskonstanten
der Halboktanten

35

Bei den beschriebenen Verfahren zum Annähern einer geraden Linie wurde angenommen, daß die anzunähernden Linien in einem gegebenen Halboktantsektor, beispielsweise dem Halboktanten D, liegen. In Wirklichkeit kann aber derjenige Halboktant, der die gewünschte anzunähernde Linie enthält, auch irgendeiner der fünfzehn anderen Halboktanten sein.

Das Ablauf diagramm von Fig. 20 stellt das Verfahren zur Bestimmung desjenigen Halboktanten dar, der die anzunähernde Linie enthält, und bestimmt einen für diesen Halboktanten speziellen Transformationscode. Nachdem die Annäherungsoperation der geraden Linie entweder gemäß Fig. 13 oder gemäß Fig. 17 ausgeführt worden ist, werden die sich ergebenden Schreiberbewegungen durch geeignete, für den die anzunähernde Linie tatsächlich enthaltenden Halboktanten spezielle Transformationscodes so transformiert, daß die tatsächlich den Schrittmotoren für die X- und 7-Achsen zugeführten elektrischen Signale die zum Erzeugen der Schrittbewegungen tatsächlich erforderlichen Signale sind.

Wie bei Schritt 1 der Fig. 20 erwähnt, werden zuerst die Gesamtstrecken in der X- und F-Richtung bestimmt. Die gesamte X-Strecke ist mit Δ X und die gesamte Γ-Strecke mit Δ Υ bezeichnet.

Der nächste Schritt (Schritt 2) dient dazu, denjenigen Quadranten zu bestimmen, der die anzunähernde Linie enthält. Dann werden die Vorzeichen von Δ X und Δ Y bestimmt. Wenn Δ X und Δ Υ ein X + r-Code; ein ~ + 7-Code

und ein Y-Code. Von jetzt an wird immer dann, wenn auf Δ X oder Δ Υ Bezug genommen wird, angenommen, daß die Absolutwerte dieser beiden Größen gemeint sind, weil alle Werte in den ersten Quadranten zurücktransformiert worden sind, in dem sowohl Δ X als auch Δ Υ positiv ist.

Der nächste Schritt, Schritt 3, wird dazu verwendet, um zu bestimmen, ob die anzunähernde Linie in der ersten oder in der zweiten Hälfte des ausgewählten Quadranten liegt; d. h., es wird ein bestimmter Oktant ausgewählt. \ΔΧ\ wird mit \ΔΥ\ verglichen. Wenn \ΔΧ\ größer (oder gleich) \ΔΥ\ ist, dann wird angenommen, daß die anzunähernde Linie in demjenigen Oktanten liegt, der näher an der X-Achse liegt, und der nächste Schritt ist der Schritt 5. Wenn andererseits der Absolutwert von Δ X kleiner als der Absolutwert von Δ Y ist, dann liegt die anzunähernde Linie in demjenigen Oktanten, der näher an der F-Achse liegt. In diesem Fall wird der X-Code mit dem F-Code und der X + ^- -Code mit dem ~ + Code

positiv ist, dann liegt die anzunähernde Linie in dem Quadranten AD (entsprechend Fig. 4). Wenn das

Vorzeichen von ΔX positiv und das von Δ Y negativ \ΔΧ\ größer oder gleich zweimal \Δ Y\ ist, der ge-

ist, dann liegt die Linie in dem Quadranten EH. üh Hlbk i Hlbk i d d X

vertauscht, so daß alle weiteren Aufzeichnungsberechnungen unter der Annahme ausgeführt werden können, daß X immer größer als Y ist. Der Transformationscode umfaßt zu diesem Zeitpunkt nicht nur die Transformationen, die sich als Resultat von Schritt 2 ergeben haben, sondern auch die Transformationen von Schritt 4.

In diesem Zeitpunkt, zu Beginn des Schrittes 5, ist die anzunähernde Linie im Hinblick auf den besonderen Oktanten identifiziert worden, in dem sie liegt, nämlich Oktant AB, CD, EF, GH, IJ, KL, MN oder OP. Ein letzter Einengungsvorgang ist nunmehr noch erforderlich, um festzustellen, welche Hälfte des ausgewählten Oktanten die anzunähernde Linie enthält; dies wird durch Identifizierung des besonderen Halboktanten realisiert.

Unter Bezugnahme auf F i g. 4 wird darauf hingewiesen, daß die Linie im Bereich des mit D bezeichneten Halboktanten liegt, wenn der Gesamtwert X der Linie (d.h. |^X|) mindestens zweimal der Y-Wert der Linie ist (d.h., wenn \ΔΧ\ größer oder gleich zweimal \ΔΥ\ ist). Wenn andererseits \ΔΧ\ kleiner als zweimal \Δ Y\ ist, dann liegt die anzunähernde Linie in dem Halboktanten C. (Δ X ist per Definition immer gleich oder größer als Δ Υ; wenn dies ursprünglich nicht so wäre, dann würde dies die Transformation von Schritt 3, nämlich die Substitution von Δ X durch Δ Υ, bewirken.) Der vorstehende Vergleich von \ΔΧ\ mit 2 \Δ Y\ kann durch die Bemerkung verallgemeinert werden, daß dann, wenn

wünschte Halboktant ein Halboktant ist, der der

I 254 389

oder F-Achse benachbart ist, nämlich einer der HaIboktanten A, D, E, H, I, L, M oder P. Wenn jedoch Z kleiner als 2\Δ Y\ ist, dann ist der gewünschte Halboktant ein Halboktant, der nicht der Z- oder F-Achse benachbart ist, nämlich einer der HaIboktanten B, C, F, G, J, K, N oder O.

Als nächstes wird, durchschritt 7, der Code für -y

aus dem bekannten Code für X errechnet. Schließlich werden die auf diese Weise gewonnenen Transformationscodes dazu benutzt, um die schon vorher im Zusammenhang mit den Ablaufdiagrammen der Fig. 13 und 17 beschriebenen Operationen auszuführen, und zwar abhängig davon, ob die Bestimmung einer Annäherung in geringstmöglicher Zeit gewünscht ist oder ob eine Annäherung mit geringstmöglicher Abweichung gewählt wird.

Es wird beispielsweise angenommen, daß der gewünschte Halboktant der Halkoktant J ist. Dann würde, durch Schritt 2, der Quadrant IL gekennzeichnet werden, und die Codes für die Schreiberbewegung würden für diesen Quadranten ausgewählt werden. Dann würde Schritt 3 die Auswahl des Oktanten veranlassen. Schritt 4 würde den Austausch des F-Codes gegen den Z-Code und den Austausch

(X \ I ' Y\

-γ + Fj-Codes gegen den [X + yJ-Code veranlassen, weil für diesen Oktanten der Wert von \A Y\ größer ist als derjenige von |ZlZ|. Als nächstes würde, als Ergebnis der Operation von Schritt 5, der besondere Halboktant ausgewählt werden. Schritt 6 würde dann die Substitution des (Z+ F)-Codes durch den Z-Code und die Substitution des (ZlZ- Δ F)-Codes durch den Δ F-Code veranlassen. Die nachfolgenden Operationen sind die gleichen wie die oben allgemein beschriebenen, abhängig davon, ob das Verfahren minimaler Aufzeichnungszeit oder das Verfahren minimalen Aufzeichnungsfehlers für die Annäherung der Linie angewendet werden soll.

Wirkungsweise des Schrittmotorsystems

In Fig. 21 ist ein Vietch-Diagramm dargestellt, das den Betrieb des Schrittmotors gemäß F i g. 5 bis 8 verdeutlicht. Das Diagramm der Fig. 21 betrifft die Steuerung des X-Achsen-Schrittmotors. Es ist aber selbstverständlich, daß der F-Achsen-Schrittmotor in gleicher Weise gesteuert werden kann.

Das Vietch-Diagramm gemäß Fig. 21 gibt die verschiedenen Zustände wieder, die eine Anzahl von dem jeweiligen Schrittmotor zugehörigen, die Funktionen der in Fig. 5 bis 8 vorgesehenen Schalter erfüllenden Steuer-Flip-Flops einnehmen kann. (Die unten noch zu beschreibende Fig. 23 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die dazu dient, die in F i g. 21 angegebenen Zustandsänderungen zu bewirken.) Gemäß Fig. 21 stellen die mit XLl, XLl und XLT) bezeichneten Blöcke die Erregungszustände für Flip-Flops dar, die die entsprechenden Wicklungssätze steuern. Zum Beispiel kann XLl dem Erregungszustand des ersten Wicklungssatzes ls-4s entsprechen; XLl kann dem Erregungszustand des zweiten Wicklungssatzes 3 s-6 s entsprechen; und XL 3 kann dem Erregungszustand des dritten Wick lungssatzes 2s-5s entsprechen. In ähnlicher Weise gibt der Block ZLl -f- XLl den Erregungszustand des ersten und zweiten Wicklungssatzes ls-4s und 3s-6s an. Der Block XLl + XL3 gibt den Erregungszustand des zweiten und dritten Wicklungssatzes und der Block ZLl + XL 3 den Erregungszustand des ersten und dritten Wicklungssatzes an. In dem Diagramm sind ferner die Zustände ZLl + ZL2 + XL3, die den Erregungszustand sämtlicher drei Wicklungssätze bezeichnen, und »keine Erregung« angegeben, womit der Fall gemeint ist, daß kein Wicklungssatz erregt ist; diese beiden Zustände werden beim normalen Betrieb nicht ausgenutzt. Zum Zwecke der Erläuterung wurde willkürlich eine

ίο Drehung des Rotors 20 im Uhrzeigersinn angenommen, entsprechend der Erregung der Wicklungen in

der Reihenfolge XL 1 ZL2 ZL3. Diese Drehung

wird als positive Drehung oder Schrittbewegung betrachtet, wohingegen eine Erregung der Wicklungen in umgekehrter Reihenfolge zu einer Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn oder zur negativen Drehung führt. In Fig. 21 bedeutet der einfache Pfeil XFP einen ganzen Schritt in positiver Richtung (im Uhrzeigersinn); mit XFN ist dagegen ein ganzer Schritt in negativer Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) bezeichnet. In ähnlicher Weise gibt XHP einen halben Schritt in positiver Richtung und XHN einen halben Schritt in negativer Richtung an.

Mit dem Weiterdrehen des Rotors 20 in der bezeichneten Richtung erfolgt ein Übergang von einem Zustand zum anderen längs der vertikalen und horizontalen Linien des Vietch-Diagramms gemäß Fig. 21., So wird durch Übergang vom Zustand ZLl, bei dem der erste Wicklungssatz erregt ist, zum Zustand ZL2, bei dem der zweite Wicklungssatz erregt ist (vgl. Fig. 5 und 6), ein ganzer Schritt in positiver Richtung (im Uhrzeigersinn) ausgeführt. Durch Umkehren dieses Vorganges, d.h. durch Übergang von ZL2 zu ZLl, wird ein ganzer Schritt in negativer Richtung oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeführt. Ein Übergang von ZL2 zu ZL2 + ZL3 ergibt einen halben Schritt in positiver Richtung (vgl. Fig. 6 und 7), wohingegen ein Übergang in umgekehrter Richtung einen halben Schritt in negativer Richtung bewirkt. Wo in dem Vietch-Diagramm gemäß Fig. 21 zwischen zwei Blöcken keine Linien vorhanden sind, wie z. B, zwischen dem Block ZLl und dem Block XLl -f- ZL3, ist keine Erregung der Wicklungsspulen in einer solchen Reihenfolge vor-

gesehen, es sei denn durch Übergang über einen der dazwischenliegenden Zustände, wie ZL2. Die gestrichelten Linien, die Verbindungen zwischen den Blöcken ZLl + ZL2, ZL2 + ZL3 und ZLl + ZL3 bilden, deuten zusätzliche Möglichkeiten an, die sich bei Drehung des Rotors 20 in ganzen Schritten (wie in Fig. 7 und 8 gezeigt) ergeben.

Bei der beschriebenen besonderen Ausführungsform werden die mit »keine Erregung« und mit KLl-\-XLl + ZL3 bezeichneten Zustände normalerweise nicht ausgenutzt, obwohl es sich um Zustände handelt, die unter bestimmten Bedingungen möglicherweise auftreten können. Während eines Übergangsstadiums der Flip-Flop-Steuerschaltung, z.B., wenn die Einrichtung erst eingeschaltet wird, ist es möglich, daß der eine oder andere dieser Erregungszustände durch die Steuer-Flip-Flops eingenommen wird. In der Tat kann es erwünscht sein, daß die Flip-Flop-Steuerschaltung jedesmal, wenn die Einrichtung gestartet wird, mit der Erregung eines bevorzugten Wicklungssatzes beginnt.

Dies kann, wie in Fig. 21 gezeigt, ohne eine Drehung des Schrittmotors zu erzeugen, durch Weitergehen längs der diagonalen Linien in Richtung der langen, diagonalen einfachen Pfeile zum Zustand

ZLl erreicht werden. Auf diese Weise werden, wenn die Einrichtung am Anfang eingeschaltet wird, alle Flip-Flops in den »Ein«-Zustand geschaltet, wodurch sichergestellt ist, daß der Block ZLl + ZL2 + ZL3 erreicht wird. Danach werden die Flip-Flops ZL2 und ZL3 in den »Aus«-Zustand geschaltet, so daß der Zustand ZLl erreicht wird. Von dem Zustand ZLl kann in der beschriebenen und in dem Vietch-Diagramm dargestellten normalen Reihenfolge weitergegangen werden.

F i g. 22 ist eine vereinfachte Darstellung, die dem Vietch-Diagramm von F i g. 21 entspricht. Sie kann so betrachtet werden, daß sie den diagonalen Schnitt einer Ebene mit einem offenen Würfel (Linien a, b und c) kennzeichnet und Teile der Kanten des Würfels (d, e, f, g, h und i) zeigt. Die bevorzugten und erlaubten Wege beim Weitergehen von einem Erregungszustand zu einem anderen sind in dem Diagramm der F i g. 22 durch die durchgehenden Linien dargestellt; die punktierten Linien sind nur vorhanden, um den Würfel zu vervollständigen, stellen aber keine erlaubten Zustandsänderungen dar. Die gestrichelten Linien in F i g. 21 sind weggelassen worden, weil diese Übergänge beim vorliegenden Betrieb vermieden werden. Es sei hier jedoch darauf hingewiesen, daß das Diagramm gemäß F i g. 22 ein Spezialfall des allgemeineren Vietch-Diagramms gemäß F i g. 21 ist. Das heißt, F i g. 22 zeigt ein dreidimensionales Diagramm, das der Steuerung eines Schrittmotors mit drei Wicklungssätzen entspricht.

F i g. 23 zeigt ein Schaltbild eines Teiles derjenigen Schaltung, die dazu dient, um die oben in Verbindung mit den F i g. 21 .und 22 beschriebenen Änderungen des Erregungszustandes zu bewirken (die ganze, in F i g. 24 dargestellte Schaltung wird unten beschrieben).

Gemäß F i g. 23 stellt jeder der mit XL 1, XL 2 und XL 3 bezeichneten Blöcke ein Flip-Flop dar, das die Erregung eines damit verbundenen Satzes von zwei Wicklungen des jeweiligen Schrittmotors steuert. Jedes der Flip-Flops XL 1, XL 2 und XL 3 besitzt zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Der eine Eingang S ist der Setzeingang zum Setzen des betreffenden Flip-Flops in seinen 1-Zustand (in welchem seine angeschlossenen Schrittmotorwicklungen erregt werden), und der andere Eingang R ist der Rücksetzeingang zum Rückstellen des betreffenden Flip-Flops in seinen O-Zustand (in welchem seine angeschlossenen Schrittmotorwicklungen nicht erregt werden). Jedes Flip-Flop hat einen 1-Ausgang und einen O-Ausgang. Wenn ein Flip-Flop in seinen 1-Zustand gesetzt worden ist, dann liefert es ein Signal auf der Leitung seines 1-Ausganges. So hat z. B. das erste Flip-Flop XL 1 eine solche in Fig. 23 mit XL 1-1 bezeichnete Ausgangsleitung. Wenn ein Flip-Flop in seinen 0-Zustand gesetzt worden ist, dann liefert es ein Signal auf der Leitung seines O-Ausgangs, in Fig. 23 als Ausgang XL 1-0 des gleichen ersten Flip-Flops bezeichnet. Für die Flip-Flops selber wurde kein Schaltbild dargestellt, weil solche Schaltungen zum Stand der Technik gehören. (Die Flip-Flops sind vorzugsweise von der als »IK«-Flip-Flops bekannten Art. Solche Flip-Flops sind derart aufgebaut, daß dann, wenn zufällig an beide Eingänge des Flip-Flops Eingangssignale angelegt werden, dieser anomale Zustand dadurch bewältigt wird, daß das Flip-Flop in einen seinem vorherigen Zustand entgegengesetzten Zustand übergeht.)

In dem Schaltbild der F i g. 23 werden nur positive Schrittmotorimpulse beschrieben (d. h. im Uhrzeigersinn im Hinblick auf die Zeichenebene). Das Gesamtschaltbild der F i g. 24 zeigt die zum Antreiben des Schrittmotors im Uhrzeigersinn — oder entgegen dem Uhrzeigersinn — verwendete Schaltung.

Der Zustand jedes Flip-Flops XL 1, XL 2 und XL 3 wird durch eine ODER-Schaltung und drei UND-Schaltungen gesteuert. Das erste Flip-Flop XL 1 wird durch UND-Schaltungen 101, 102 und 103 und eine ODER-Schaltung 104, das zweite Flip-Flop XL 2 durch UND-Schaltungen 111, 112 und 113 und eine ODER-Schaltung 114 und das dritte Flip-Flop XL 3 durch UND-Schaltungen 121,122 und 123 sowie eine ODER-Schaltung 124 gesteuert.

Die Schaltung von F i g. 23 hat zwei Eingangsleitungen, die mit A und B bezeichnet sind. Jedes Signal, z. B. von einem Digitalrechner, wird empfangen, um den Schrittmotor eine einzige Stufe (d. h. einen Halbschritt) im Uhrzeigersinn fortzuschalten, wenn ein Impuls auf der, Leitung A auftritt. Dieser ^-Impuls gelangt zu einem Eingang eines jeden der mit den Flip-Flops verbundenen UND-Schaltungen. Der y4-Impuls gelangt also zu jeder der UND-Schaltungen 101, 102, 103, 111, 112, 113, 121, 122 und 123. Es sei angenommen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Schaltung ein ^4-Impuls, aber kein jß-Impuls empfangen wird. Dies tritt ein, wenn der durch die Schaltung gesteuerte Motor um einen halben Schritt weitergeschaltet werden soll. Es sei weiter angenommen, daß das erste Flip-Flop XL 1 ausgeschaltet, das zweite Flip-Flop XL 2 eingeschaltet

und das dritte Flip-Flop XL 3 ausgeschaltet ist

d. h., daß sich das erste und dritte Flip-Flop XL 1 und XL 3 in ihrem 0-Zustand befinden, wodurch jeweils in den ihnen zugeordneten Schrittmotorwicklungen kein Strom fließt, und daß sich das zweite Flip-Flop XL 2 in seinem 1-Zustand befindet, wodurch in dem ihm zugeordneten Wicklungen Strom fließt. Die erste UND-Schaltung 101 erhält gleichzeitig den ^4-Impuls und den XL 3-0-Impuls. Der letzte kommt von der Leitung des 0-Ausgangs des dritten Flip-Flops XL 3. Die Koinzidenz des A und des XL 3-0-Signals bewirkt, daß diese UND-Schaltung 101 ein Ausgangssignal an den iS-Eingang des ersten Flip-Flops XL 1 liefert, wodurch dieses Flip-Flop in seinen 1-Zustand gesetzt wird. Von den anderen UND-Schaltungen 102 und 103 werden keine Ausgangssignale erzeugt, weil keine Koinzidenz von Impulsen an den Eingängen dieser Schaltungen auftritt. Auch von der ODER-Schaltung 104 wird kein Ausgangssignal abgegeben, weil diese Schaltung kein Eingangssignal erhält.

Zum gleichen Zeitpunkt erhält, im Hinblick auf das zweite Flip-Flop XL 2, das sich vorher in seinem »Ein«- oder 1-Zustand befand, keine der mit ihm verbundenen UND-Schaltungen gleichzeitig Eingangssignale auf allen Eingangsleitungen. Dadurch bleibt das zweite Flip-Flop gesetzt.

Schließlich wird im Zusammenhang mit dem dritten Flip-Flop XL 3 darauf hingewiesen, daß auf den Eingangsleitungen der UND-Schaltungen 121, 122 oder 123 dieses dritten Flip-Flops keine gleichzeitigen Impulse auftreten. Demzufolge bleibt dieses dritte Flip-Flop XL 3 in seinem 0- oder »Aus«-Zustand.
Aus dem Vorstehenden kann man ersehen, daß dann, wenn das zweite Flip-Flop eingeschaltet ist und die Schaltung die Anzeige eines halben Schrittes empfängt (d. h. die Schaltung' ein ylrSignal, aber kein 5-Signal

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erhält), der folgende Zustand der Flip-Flop-Anordnung so ist, daß die Flip-Flops XL 1 und XL 2 beide erregt sind, was eine Drehung des Schrittmotors um eine Stufe oder einen halben Schritt im Uhrzeigersinn ergibt.

Wenn in der vorhergehenden Betrachtung ein B- oder Ganzschrittimpuls zu gleichen Zeit zur Schaltung gelangt wäre, als der A- oder positive Schrittimpuls ankam, wäre die gleiche Operation wie oben ausgeführt worden, mit Ausnahme dessen, das die dritte UND-Schaltung 113 des zweiten Flip-Flops XL 2 durch den gleichzeitigen Empfang von drei Impulsen auf ihren Eingangsleitungen erregt worden wäre (nämlich XL 3-0, B und A), wodurch ein Signal durch die zugeordnete ODER-Schaltung 114 gelaufen wäre, was wiederum die Erzeugung eines i?-Ausgangssignals für das zweite Flip-Flop XL 2 bewirkt hätte. Dieses jR-Signal hätte das zweite Flip-Flop XL 2 in seinen 0- oder zurückgestellten Zustand gebracht, wodurch nur das erste Flip-Flop XL 1 in seinem 1-Zustand geblieben wäre. Dadurch wäre das zweite Flip-Flop XL 2 ausgeschaltet und das erste Flip-Flop eingeschaltet worden, wodurch sich zwei Stufen der Schrittmotorbewegung im Uhrzeigersinn oder ein ganzer Schritt ergeben hätten.

Eine Untersuchung der anderen mit den Flip-Flops verbundenen logischen Schaltungen zeigt, daß der Empfang nur eines ^-Impulses eine Schrittmotorbewegung um einen halben Schritt in der positiven Richtung verursacht, während der gleichzeitige Empfang eines A- und eines 5-Impulses immer eine Drehung des Schrittmotors um einen ganzen Schritt in positiver Richtung bewirkt.

Wie oben in Verbindung mit den F i g. 21 und 22 gezeigt wurde, gibt es zwei mögliche Kombinationen von Flip-Flop-Zuständen, die nicht zum Ausführen von Schrittmotoroperationen verwendet werden. Diese beiden sind: (1) der Zustand, wo keines der Flip-Flops eingeschaltet ist, und (2) der Zustand, wo alle Flip-Flops eingeschaltet sind. Eine Untersuchung der Schaltung von F i g. 23 zeigt, daß dann, wenn keines der Flip-Flops eingeschaltet ist, wenn ein Eingangsimpuls ankommt, alle Flip-Flops dann eingeschaltet werden. Wenn alle drei Flip-Flops eingeschaltet sind, schaltet eine Hilfsschaltung 140 zwei der drei Flip-Flops wieder aus. Die Hilfsschaltung in dem mit gestrichelten Linien gezeichneten Block 140 bewirkt, daß das zweite und dritte Flip-Flop wieder in den »Aus«- oder zurückgestellten Zustand gebracht werden, in dem Fall, daß gleichzeitig alle drei Flip-Flops ihren gesetzten oder »Ein«-Zustand einnehmen. Diese Blockschaltung 140 besteht aus zwei UND-Schaltungen 145 und 146. Jede dieser beiden UND-Schaltungen ist so geschaltet, daß sie ein Ausgangssignal von den »!«-Ausgängen zweier Flip-Flops erhält; sie ist so mit der Schaltung verbunden, daß sie zwei von den drei Flip-Flops wieder ausschaltet, wen'n alle drei in ihren »Ein«-Zustand geschaltet werden. Die diagonalen Pfeile zwischen den mit »keine Erregung« und XL 1 + XL 2 -\- XL 3 bezeichneten Blöcken und zwisehen den Blöcken XL 1 + XL 2 + XL 3 und XL 1 entsprechen der oben beschriebenen Reihenfolge der Zustände, bei der zuerst keines und am Schluß nur eines der Flip-Flops in seinem »Ein«-Zustand ist. Dies ist außerdem in Fig. 22 durch mit nur einem Pfeil versehenen Linien j und k dargestellt.

Beim Betrieb eines Schrittmotor-Aufzeichnungssystems, bei dem Schrittmotoren der oben beschriebenen Art verwendet werden, haben sich bestimmte vorteilhafte Arbeitsweisen als besonders zweckmäßig erwiesen.

Es wurde oben erläutert, daß der beschriebene Schrittmotor drei Sätze von Wicklungen besitzt. Halbschrittbetrieb wird erzielt, wenn in einem Zeitintervall ein Satz von Wicklungen und in einem folgenden Zeitintervall zwei Sätze von Wicklungen oder wenn in einem Zeitintervall zwei Sätze von Wicklungen und in einem folgenden Zeitintervall zwei Sätze von Wicklungen und in einem folgenden Zeitintervall ein einziger Satz von Wicklungen erregt ist. Der vorstehende Halbschrittbetrieb wird gewöhnlieh, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durch-

geführt beispielsweise mit 400 Schritten pro

Sekunde für eine bestimmte Motorkonfiguration und einen bestimmten Eingangsstrom. Weiterhin wurde oben erläutert, daß Ganzschrittbetrieb erzielt wird, wenn während eines Zeitintervalls nur ein einziger Satz von Wicklungen und während eines folgenden Zeitintervalls ein anderer einziger Satz von Wicklungen und außerdem, wenn während eines ZeitIntervalls zwei Sätze von Wicklungen und während des folgenden Zeitintervalls eine andere Kombination von zwei Sätzen von Wicklungen erregt wird. Es wird somit erreicht, daß Halbschrittbetrieb durchgeführt wird beim Übergang vom Betrieb mit einem einzigen Wicklungssatz zum Betrieb mit zwei Wicklungssätzen und außerdem beim Übergang vom Betrieb mit zwei Wicklungssätzen zum Betrieb mit einem Wicklungssatz; Ganzschrittbetrieb wird erzielt beim Übergang vom Betrieb mit einem Wicklungssatz zum Betrieb mit einem Wicklungssatz und außerdem beim Übergang vom Betrieb mit zwei Wicklungssätzen wiederum zum Betrieb mit zwei Wicklungssätzen.

Es wurde jedoch gefunden, daß der größte Eingangsstrom in den Motorwicklungen während eines bestimmten Zeitintervalls erforderlich ist, wenn auf die Erregung von zwei Wicklungssätzen wieder die Erregung von zwei Wicklungssätzen folgt. Alle anderen Betriebsarten, nämlich der Übergang von einem Wicklungssatz zu zwei Wicklungssätzen, der Übergang von zwei Wicklungssätzen zu einem Wicklungssatz und der Übergang von einem Wicklungssatz zu einem Wicklungssatz erfordern wesentlich weniger Strom zum Antreiben des Motors mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Andererseit erfordert der Übergang vom Betrieb mit einem bestimmten Eingangsstrom in zwei Wicklungssätzen zu zwei Wicklungssätzen mehr Zeit als irgend ein anderer Übergang. Demgemäß ist hier die Steuerschaltung für den Motor so ausgebildet, daß diese langsamere Arbeitsweise vermieden wird. Die Steuerschaltung für den Motor schaltet daher in

dem Fall, daß ein Betrieb mit Übergang von zwei Wicklungssätzen zu zwei Wicklungssätzen angezeigt würde, auf den Betrieb mit Übergang von zwei Wicklungssätzen zu einem Wicklungssatz um. In einem solchen Fall würde das Ganzschrittsignal also in ein Halbschrittsignal umgewandelt werden, wodurch ermöglicht wird, daß der Schrittmotor die höchstmögliche Geschwindigkeit beibehält, selbst wenn der Motor einen halben Schritt weniger als an sich erwünscht ausgeführt hat. Dies wirkt sich besonders günstig bei einer Aufzeichnung aus, bei der an sich eine lange Reihe von ganzen Schritten erforderlich ist, wie dies z. B. bei einer langen geraden Linie der Fall ist. Wenn sich der Motor zu Beginn der Aufzeichnung

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der Linie im Zustand der Erregung zweier Wicklungssätze befindet und das folgende Eingangssignal einen ganzen Schritt auslösen würde, dann wandelt die Schaltung diesen Ganzschrittbefehl in einem Halbschrittbefehl um, um den Schrittmotor von dem Zustand der Erregung zweier Wicklungssätze in den Zustand der Erregung eines Wicklungssatzes überzuführen. Dann würde die folgende Reihe von Ganzschrittsignalen bewirken, daß der Motor nacheinander nur einen erregten Wicklungssatz hat, was, mit der einzigen Ausnahme des Übergangs beim ersten Schritt von einem ganzen Schritt zu einem halben Schritt, höchste Geschwindigkeit für den ganzen Aufzeichnungsvorgang ermöglicht.

Es wird nunmehr auf F i g. 21 Bezug genommen, in der die vorstehende bevorzugte Arbeitsweise dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß in F i g. 21 ausgezogene Linien zwischen den Blöcken mit XFP (ein ganzer J-Schritt in positiver Richtung), XHP (ein halber X-Schritt in positiver Richtung), XFN (ein ganzer .Y-Schritt in negativer Richtung) und XHN (ein halber A'-Schritt in negativer Richtung) bezeichnet sind. Diejenigen Übergänge zwischen Zuständen, die durch die ausgezogenen Linien dargestellt sind, sind bevorzugte Übergänge zwischen den Wicklungssätzen. Drei der Linien zwischen den Blöcken sind jedoch gestrichelt. Dies sind die Linie zwischen den mit XL I + XL 2, XL 1 -f XL 3 und XL 2 + XL 3 bezeichneten Kästen. Diese gestrichelten Linien stellen Übergänge von zwei Wicklungssätzen zu zwei Wicklungssätzen dar und sind nicht erwünscht.

Die in F i g. 24 in dem durch gestrichelte Linien dargestellten Kasten befindlichen UND-Schaltungen (nämlich die UND-Schaltungen 151, 152, 153, 154,155 und 156) dienen dazu, Übergänge vom Betrieb mit zwei Wicklungssätzen zum Betrieb mit ebenfalls zwei Wicklungssätzen zu ermöglichen. Ist eine derartige Betriebsweise nicht erwünscht, so sind diese UND-Schaltungen in dem gestrichelten Kasten 150 wegzulassen, wie durch Auftrennen der entsprechenden Verbindungsleitungen. In der Schaltung gemäß F i g.23 sind diese UND-Schaltungen weggelassen. Die Schaltung gemäß F i g. 23 gestattet daher nicht den mit erhöhtem Zeitaufwand verbundenen Betrieb mit Übergang von zwei Wicklungssätzen zu zwei Wicklungssätzen. Ein anderer Unterschied zwischen den F i g. 23 und 24 besteht noch darin, daß F i g. 24 die zusätzliche Schaltung enthält, die erforderlich ist, um einen Betrieb des Schrittmotors sowohl in negativer als auch in positiver Richtung zu ermöglichen. Wenn somit der Schaltung gemäß F i g. 24 ein negativer Schrittimpuls PC zugeführt wird und kein anderes Eingangssignal ankommt, dann dreht sich der Schrittmotor um einen halben Schritt in negativer Richtung oder entgegen dem Uhrzeigersinn (im Hinblick auf die Zeichenebene). Wie man bei Prüfung der Schaltung gemäß F i g. 24 erkennt, werden die negativen Schrittimpulse PC UND-Schaltungen zugeleitet, welche einen Betrieb der Schaltung in analoger Weise zu dem oben in Verbindung mit F i g. 23 für den Empfang von positiven Schrittimpulsen PA beschriebenen Betrieb ermöglichen. Wenn gleichzeitig negative Schrittimpulse PC und Ganzschrittimpulse PB ankommen, führt der Schrittmotor einen ganzen Schritt in negativer Richtung aus. Schließlich dreht sich der Schrittmotor um einen halben oder einen ganzen Schritt in positiver Richtung, wenn ein positiver Schrittimpuls PA und kein anderer Tmpuls oder ein positiver Schrittimpuls PA und ein Ganzschrittimpuls PB empfangen werden.

Es dürfte einzusehen sein, daß es durch Verwendung besonderer Schrittmotoren in einem digitalen, schrittweise arbeitenden Koordinatenschreiber der beschriebenen Art möglich ist, einen verbesserten Betrieb mit größerer Vielseitigkeit des Schreibers zu erzielen und die aufzuzeichnenden Linien mit größerer Genauigkeit annähern zu können. Diese Verbesserung wird ohne eine unerwünschte Erhöhung der für den Aufzeichnungsvorgang erforderlichen Zeit erreicht.

Vorstehend wurde also beschrieben, wie ein Koordinatenschreiber gesteuert werden kann, um entweder mit minimaler Aufzeichnungszeit oder mit minimalem Aufzcichnungsfehler eine Annäherung im eine gegebene Linie zu erzielen. Die hierzu auszuführende Steuerung erfolgt mittels einer verbesserten elektronischen Steuerschaltung, die eine sonst gegebenenfalls vorauszusehende, schwer zu handhabenden Zahnradverschiebeeinrichtung oder ähnliche Hilfseinrichtungen entbehrlich macht.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Koordinatenschreiber mit je einem Schrittantrieb für eine Relativbewegung zwischen einer Aufzeichnungsunterlage und einem Aufzeichnungsorgan in zwei Koordinatenrichtungen, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung, über die benachbarte Statorwicklungen von Schrittmotoren in Abhängigkeit von zugeführten Steuersignalen zur Ausführung von ganzen Schritten nacheinander einzeln und zur Ausführung von halben Schritten nacheinander abwechselnd einzeln und paarweise einschaltbar sind.

2. Koordinatenschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung ein Vergleicher vorgeordnet ist, der ihm zugeführte, die Bewegungsschritte der Schrittmotoren festlegende Datensignale miteinander vergleicht und an die Steuerschaltung jeweils die Ausführung entsprechender Bewegungsschritte bewirkende Steuersignale abgibt.

3. Koordinatenschreiber nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen der Steuerschaltung vorgeordneten Vergleicher, der in Abhängigkeit davon, ob der durch die zugeführten Datensignale bestimmte Punkt bzw. Linienabschnitt durch das Aufzeichnungsorgan unter geringstmöglicher Abweichung oder innerhalb kürzestmöglicher Aufzeichnungsdauer anzunähern ist, an die Steuerschaltung zwei verschiedene Arten von Steuersignalen abzugeben imstande ist.

4. Koordinatenschreiber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des Vergleichers miteinander verglichenen Datensignale digital kodiert sind.

5. Koordinatenschreiber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen Vergleicher, der auf einen die kürzestmögliche Aufzeichnungsdauer eines anzunähernden Linienabschnittes berücksichtigenden Vergleich entsprechender Datensignale hin dem einen Schrittmotor jeweils die Ausführung von Ganzschrittbewegungen bewirkende Steuersignale und dem anderen Schrittmotor jeweils die Ausführung von keine Schritte, Halbschritten oder Ganzschritten bewirkende Signale zuführt.

6. Koordinatenschreiber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schrittmotoren mit verschiedener Anzahl an Statorwicklungen und Rotorpolen.

7. Koordinatenschreiber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schrittmotor eine gerade Anzahl an Statorwicklungen aufweist und daß jeweils einander gegenüberliegende Statorwicklungen zu einem Wicklungspaar miteinander verbunden sind.

8. Koordinatenschreiber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schrittmotor mindestens drei Statorwicklungspaare aufweist.

9. Koordinatenschreiber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine der Anzahl an Statorwicklungen bzw. Statorwicklungspaaren der beiden vorgesehenen Schrittmotoren entsprechende Anzahl an Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) enthält, die mit ihren im »1«-Zustand erregten Ausgängen (»1«) an die jeweils zugehörige Statorwicklung bzw. an die jeweils zugehörigen Statorwicklungspaare angeschlossen sind.

10. Koordinatenschreiber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Statorwicklungen eines jeden Schrittmotors zugehörigen Flip-Flops (ZLl, XLl, XL3) durch Verknüpfungsschaltungen (101 ... 124) miteinander verbunden sind, und zwar derart, daß in Abhängigkeit vom Aktivierungszustand dieser Flip-Flops (XLl, XL 2, XL 3) und unter dem Einfluß von auftretenden Datensignalen jeweils ein derartiger Wechsel in der Aktivierung einer oder mehrerer dieser Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) erfolgt, daß der betreffende Schrittmotor eine Halbschrittbewegung oder eine Ganzschrittbewegung ausführt.

11. Koordinatenschreiber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung in eine der Anzahl jeweils vorgesehener Statorwicklungspaare entsprechende Anzahl von Schaltstufen unterteilt ist, deren jede aus einem bistabilen Flip-Flop (XL 1, XL 2, XL 3), einer ersten UND-Schaltung (101, 111, 121), einer zweiten UND-Schaltung (102, 112, 122) und einer dritten UND-Schaltung (103,113,123) sowie einer ODER-Schaltung (104, 114, 124) besteht, daß die ODER-Schaltung (104, 114, 124) einer jeden Schaltstufe mit ihren Eingängen an die Ausgänge der zweiten und dritten UND-Schaltung (102, 112, 122 bzw. 103, 113, 123) und mit ihrem Ausgang an einen Rückstelleingang des zu der betreffenden Schaltstufe gehörenden Flip-Flops (ZLl, XL 2, XL 3) angeschlossen ist, daß die erste UND-Schaltung (101,111,121) jeweils an einen Einstelleingang des zu der betreffenden Schaltstufe gehörenden Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) angeschlossen ist und daß sämtliche UND-Schaltungen mit ihren Eingängen an die jeweiligen Steuersignale führende Steuerleitungen (PA, PB, PC) und an die jeweils dem betreffenden Schrittmotor zugehörigen Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) derart angeschlossen sind, daß die erste UND-Schaltung (101, 111, 121) einer bestimmten Schaltstufe vorbereitet wird, wenn das Flip-Flop der vorhergehenden Schaltstufe zurückgestellt wird, daß die zweite UND-Schaltung (102, 112, 122) einer bestimmten Schaltstufe vorbereitet wird, wenn das Flip-Flop der vorhergehenden Schaltstufe gesetzt ist, und daß die dritte UND-Schaltung (103, 113, 123) einer bestimmten Schaltstufe vorbereitet wird, wenn das Flip-Flop der nachfolgenden Schaltstufe zurückgestellt wird, so daß die über die Steuerleitungen (PA, PB, PC) jeweils zugeführten Steuerimpulse unter entsprechender Steuerung der den Statorwicklungspaaren des betreffenden Schrittmotors zugehörigen Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) eine Erregung dieser Statorwicklungen in gewünschter Reihenfolge bewirken.

12. Koordinatenschreiber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltstufe drei weitere UND-Schaltungen zugeordnet sind, die in analoger Weise wie die ersteren drei UND-Schaltungen (z. B. 101, 102, 103) mit den einzelnen Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) und den die Steuerimpulse führenden Steuerleitungen (PA, PB, PC) derart verbunden sind, daß bei ihrer Ansteuerung eine derartige Speisung der Statorwicklungen des betreffenden Schrittmotors erfolgt, daß dieser in bezug auf die bei einer entsprechenden Ansteuerung der ersteren UND-Schaltungen (101, 102, 103) erfolgende Drehbewegung eine entgegengesetzte Drehbewegung ausführt.

13. Koordinatenschreiber nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Hilfssteuerschaltung (140), die mit Ausnahme eines Flip-Flops (XL 1) alle übrigen Flip-Flops zurückstellt, wenn sich alle Flip-Flops (XL 1, XL 2, XL 3) im gesetzten Zustand befinden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 366 073;
«Digital Design of Digital Computers«, John Wiley and Sons, Inc., New York und London, 1958.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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