[科普中国]-数据绘图机

简介

数据绘图机可采用联机或脱机的工作方式。是计算机辅助制图和计算机辅助设计中广泛使用的一种外围设备。常见的按绘图方式分为（如笔式绘图机）和扫描式绘图机（如静电扫描绘图机、激光扫描绘图机、喷墨式扫描绘图机）等。按机械结构分为滚筒式（鼓式）、绘图机和平台式绘图机两大类。数控绘图机的传动方式有钢丝或钢带传动；有滚珠丝杠或齿轮齿条传动；有电机传动，如采用开环控制方式的直线步进电机和采用闭环控制的伺服电机等。

简介可采用联机或脱机的工作方式。是计算机辅助制图和计算机辅助设计中广泛使用的一种外围设备。常见的按绘图方式分为（如笔式绘图机）和扫描式绘图机（如静电扫描绘图机、激光扫描绘图机、喷墨式扫描绘图机）等。按机械结构分为滚筒式（鼓式）、绘图机和平台式绘图机两大类。数控绘图机的传动方式有钢丝或钢带传动；有滚珠丝杠或齿轮齿条传动；有电机传动，如采用开环控制方式的直线步进电机和采用闭环控制的伺服电机等。

发展状况数据绘图机是利用电子计算机和数控技术进行自动绘图的设备, 又称为数控绘图机。它的产生和发展是与电子计算机技术和数控技术的发展密切地联系在一起的。由于能高速度、高精度地绘出复杂图形, 所以现在已被广泛地应用于航空、造船、汽车、电子和建筑工业等部门以及许多科学领域中。1

近十多年来，数据绘图机的绘图工作大致采用两种方式。一种是把自动绘图机作为电子计算机的外部设备, 其目的是将计算机的输出结果能自动地变为图形, 它适用于高速地进行图形处理, 但绘图精度低, 如x 一y自动绘图机( 仪) ; 另一种是以自动绘图机作为数控机床的一种应用, 借此自动地绘出工作图纸, 它适用于精密图形的处理, 但绘图速度较低, 如平台式自动绘图机。1

数据绘图机的发展相当快。现在，在第二种绘图方式的基础上，已设计和制造出具有独立体系的自动绘图系统— 大型自动绘图机。该系统的装置包括小型( 多功能) 计算机、插补机( 又称专用计算机)、伺服系统、绘图机以及光电机、电传打字机、座标读取装置等。1

基本原理数据绘图机的主要功能是根据给定的数据, 高速度、高精度地将图形绘制出来( 数字到图形) ;而带有坐标读取装置的绘图机，则还能根据图形给出其坐标值的功能( 图形到数字)。一般说来，除了最简单的情况和复杂的立体图形，以及随机参数外，平面图形的处理总可以归结为：按某一给定方程绘出相应的曲线, 或者将给定参数的一些离散点连成一光滑曲线。2

不论是给定方程也好，或给出离散点也好，问题的性质都是一致的，其基本要素均为点，所以解决点的变化规律是问题的主要方向。然而按方程或离散点编制的程序还不能直接由绘图机执行，因为任何绘图机都不可能直接产生任意形状的曲线, 一般只能直接形成一次曲线(直线)、二次曲线(圆弧、抛物线) 等。因此，由方程或离散点构成的复杂曲线，必须经由计算机处理, 并在满足精度要求的前提下，以直线、圆弧、或抛物线线段去分段逼近此曲线。通常, 这类绘图处理程序只是程序系统设计的一部分, 它还必然跟其他工作，诸如造船工业中的数学放样研究，或航空工业中的理论外形计算，或汽车设计中的审势相密切配合。因此，绘图数据的处理一般在较大的通用计算机上进行。2

主要功能由于绘图机广泛应用于造船、航空、汽车、建筑、电子等各种行业, 因此，不同的使用场合，对绘图机的功能也就有不同的要求。然而，一些最基本的要求: 比如对速度、精度, 以及必须具备的常用功能— 坐标变换、图形比例等所提出的性能要求则是共同的。现以HTJ-18 筋型绘图机为例，作一说明如下。由于它带有一台小型多功能电子计算机, 因而可灵活地运用软件技术来充分发挥绘图机多方面的功能：2

（1）绘制任意直线；

（2）将所绘制的图形作任意角度的旋转及进行坐标转换；

（3）图形比例可以在一定范围内任意选择，既可由程序规定，亦可由控制台打字机作人工改变, 它并具有将图形进行局部放大的功能;

（4）程序编制可用相对坐标, 亦可用绝对坐标；编码可用ISO、EIA、ASCII、ESSI、B55 型电传打字机码、ASCI'I奇校二进制代码等编码中的任何一种；

（5）采用宏指令形式，将一些常用的数字、字母、符号、文字, 甚至一些标准图形— 如集成电路出脚、印刷板插脚等指令化, 供使用时调用；

（6）可通过计算机的外围设备— 控制台打字机。实现人一机对话，输入、输出或修改绘图信息;

（7）绘制图形可选用单笔或四笔装置, 当用四笔时, 可通过工具功能自动选笔, 从而可绘制四种不同粗细或不同颜色的图形, 而其中每一单笔又可绘制实线、虚线和点划线;

（8） 可根据已知的图形, 利用工业电视监视系统, 进行手动人工跟踪, 读取图形的特征点及需要点的坐标值, 并可直接输出;

（9）可提供数控切割机 、数控肋骨冷弯机等数控加工设备的纸带, 亦可对数控加工纸带进行校验；

（10）小型多功能计算机可单独使用, 因而具备完成各类科研、生产数据处理的功能。

发展动向近年来，计算机绘图系统的发展异常迅速，它已成为实现设计、生产、管理过程自动化所必不可少的工具。而绘图机本身的发展, 则还涉及计算机技术、数控技术、软件研究、自动控制、精密机械制造、精密测量等各个专业领域, 因此, 要作全面叙述比较困难, 而只能就以下儿点略作介绍。2

提高速度和精度的一些途径新型元、器件的不断发展、完善和应用。其中较为突出的有平面步进电机和直线电机的发展和应用。为提高绘图机精度, 在闭环系统中可应用高精度的位置检测装置— 如光栅。此外, 感应同步器及磁尺等的发展也很迅速; 大规模集成电路的应用则能大大简化控制机的结构, 和提高系统的稳定性。为适应高达每分钟1 0 0 米以上的绘图速度, 研制的新型笔墨纸和薄膜也有相应的发展。

结构设计的改进为改善图面质量, 对台面、笔架都提出了新的要求。以不锈钢丝编织网构成的台面最为引人注意。笔架部分则尽量减轻重量和提高刚性, 因此, 趋向于用动圈式抬落笔机构来代替螺线管线圈。

新型绘图机和多功能绘图系统的出现新型绘图机的主要特点是，可以与计算机更灵活地实现人- 机对话，其功能较齐全, 且配有较完善的软件。

绘图方法和应用软件的研究和发展自动绘图机的发展和功能的不断完善, 为迅速而准确地进行各类图形处理提供了必要的手段, 但要满足不同部门的需要, 则还必须根据不同的特点, 研究和发展相应的程序系统( 软件)。绘图方法的研究也很重要, 这就是要解决平面图形的处理、立体图形的处理或随机数据的处理的数学方法问题。而在造船工业中, 这些问题的解决, 则与诸如数学放样的研究、数学船型的发展等密切相关。