DE1952293C - Anordnung zur Ermittlung der Lage koordinaten eines Markierungsstiftes auf einer Positionsplatte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Er- entsprechenden Ausgangssignals v„ verstrichenen

mittlung der Lagekoordinaten eines Markierungs- Integrationszeit/₀ nachgeschaltet ist und daß eine

Stiftes auf einer Positionsplatte, welche als mit einer Meßschalung für die der Lagekoordinate des Mar-

periodischen Speisespannung beaufschlagter Span- kicrungsstiftes auf dem Spannungsteiler proportio-

nungsteiler ausgebildet ist, auf der der Markie- 5 nalen Integrationszeit t_a vorgesehen ist.

rungsstift über eine Koppelkapazität aufsitzt. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

Es sind bereits Anordnungen zur elektronischen Erfindung an Hand der Zeichnungen näher besüirie-

Abtastung der Position eines Markierungsstiftes be- ben. Es zeigt

züglich einer Positionsplatte bekanntgeworden, ins- Fig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung mit

besondere für die Eingabe von graphischen Daten io einem eindimensionalen Spannungsteiler,

in einem Computer. Fig. 2 das Schaltbild eines elektronischen <?chal-

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird ters23 gemäß Fig. 1,

eine Spannung über eine Widerstandsanordnung, die Fig. 3 verschiedene Signale, die in der in Fig. 1

als Positionsplatte dient, linear verteilt. Der entlang gezeigten Anordnung auftreten,

der Platte auftretende Spannungsabfall wird abge- 15 Fig. 4 das Blockschaltbild einer Anordnung mit

tastet und liefert eine Anzeige für die Position des einem zweidimensionalen Spannungsteiler und

Markierungsstiftes. Durch Umschalter kann die . F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel des zweidimensio-

Spannung zwischen einer X- und einer Y-Richtung nalen Spannungsteilers gemäß F i g. 4.

umgeschaltet werden, so daß durch entsprechende Zur Verdeutlichung des im folgenden benutzten

Messung am Ausgang des Markierungsstiftes eine ao Prinzips der Erfindung ist in F i g. 1 eine eindimen-

zweidimensionale Position des Markierungsstiftes sionale Meßanordnung gezeigt. Ein Taktgeber 11

feststellbar ist. Der Markierungsstift ist kapazitiv mit steuert einen N-stelligen binären Zähler. Von der

der Positionsplatte gekoppelt, woraus sich bei der Stelle M dieses Zählers werden Treiberimpulse an

bekannten Anordnung jedoch Schwierigkeiten er- ein Filter 17 gegeben. Die Impulsfolgefrequenz

geben. Eine eventuell zwischen der Positionsplatte 35 dieser Treiberimpulse entspricht einem Bruchteil der

und dem Markierungsstift angeordnete Schreibvor- am Taktgeber 11 auftretenden Impulsfolgefrequenz,

lage zur visuellen Sichtbarmachung der graphischen sie ist jedoch größer als die am Ausgang N des

Daten muß ein* unbedingt gleichmäßige Stärke auf- Zählers auftretende Impulsfolgefrequenz,

weisen. Außerdem muß der auf den Markierungs- Die Aufgabe des Filters 17 besteht darin, die vom

stift manuell ausgeübte Druck während der gesamten 30 Zähler 13 empfangenen Impulse zu verstärken und

Schreibbewegung gleichmäßig se^:n. Sind diese beiden sie in eine periodische Sinusschwingung, entsprechend

Voraussetzungen nicht gewährleistet, tritt eine Zeile α in F i g. 3, umzuformen,

störende Variation der Koppelkapazität auf. Die Sinusschwingung wird einem Spannungsteiler

Ferner ist eine digital arbeitende Anordnung 15 zugeführt, der in dem Widerstand der Positions-

dieser Art bekanntgeworden mit einer Positionsplatte, 35 platte realisiert ist. Der in Fig. 1 angedeutete Ab-

deren Oberfläche ein Drahtgitter enthält. Abgesehen griff am Widerstand 15 entspricht dabei der Spitze

von den Herstellungsschwierigkeiten und den Schwie- des Markierungsstiftes. Selbstverständlich läßt sich

rigkeiten bei der Ansteuerung dieser Positionsplatte an Stelle einer Sinusschwingung jede beliebige andere

läßt das Auflösungsvermögen dieser Anordnung im periodische Schwingung verwenden,

allgemeinen sehr zu wünschen übrig. 40 Dei Zähler 13 steuert außerdem ein Flip-Flop 19

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung sowie ein Register 21. Die Flip-Flop-Schaltung 19

zur Messung von zeitabhängigen Ortskoordinaten steuert die Abtastintervalle von Schaltern 23, 25

anzugeben, bei der der Abstand zwischen Schreib- und 27.

platte und Markierungsstift im Zeitpunkt der Mes- Die Koppelkapazität zwischen der Oberflächt der sung das Meßergebnis nicht beeinflußt. Diese Auf- 45 Positionsplatte und der Spitze des Markierungsstiftes gäbe wird dadurch gelöst, daß ein von einem Takt- ist in Fig. 1 durch einen Kondensator 29 angedeutet, geber gesteuerter Zähler vorgesehen ist. von dem die Über diesen Kondensator werden die am Spannungsmit einer über diesen Zähler ableitbaren mäander- ceiler 15 abgegriffenen Wechselspannungssignale förmigen Rechteckspannung v₂ (i) amplitudenmodu- einem synchronisierten Detektor 31 zugeführt. Die lierte periodische Speisespannung ableitbar ist, mit 50 in Zeiled in Fig. 3 angedeutete Ausgangsspannung welcher über einen Schalter zur Zeit JT₁-F₂ einer des Detektors 31 wird über den Schalter 25 während hohen Modulationsamplitude beide Enden des einer eines ersten Abtastintervalls direkt einem Integrator Koordinatenrichtung zugeordneten Spannungsteilers 33 zugeführt. Während eines zweiten Abtastintervalls beaufschlagbar sind und mit welcher zur Zeit T₂-T₁ wird die Ausgangsspannung des Detektors 31 von einer niederen Modulationsamplitude das eine Ende 55 einem Inverter 39 invertiert und über den Schalter des mit dem anderen Ende auf Bezugspotential 27 dem Integrator 33 zugeführt,
liegenden Spannungsteilers beaufschlagbar ist und In Fig. 4 ist die auf den i all der zweidimensiodaß ein taktgesteuerter ein mäanderförmiges Recht- nalen Abtastung erweiterte Schaltung dargestellt, ecksignal v₀ erzeugender Detektor vorgesehen ist, Eine Positionsplntte 45 besteht aus einem sowohl in dem die über die Koppclkapazität des Markierungs- 60 X- als auch in y-Richtung wirkenden Spannungsstiftes erfaßte Abtastspannung zufUhrbar ist, daß das teiler. In Fig. 5 ist als Beispiel eine aus zwei Wider-Detcktorausgangssignal v_ft schaltergesteuert während Standsschichten bestehende Platte angedeutet, Ebendes Zcitintervalls T₂-T₁ einem Integrationsglicd und so gut läßt sich jedoch eine aus einer einzigen während des Zcitintervalls T₁-T.. über eine Inverter- Schicht bestehende Platte verwenden,
schaltung dem lntegrationsglied zuführbar ist und 65 Der in Fig. 4 angedeutete Markierungsstift 53 daß dem Integrationsglied ein Nulldetektor für den dient zur Sparinungsabtastung und kann aus einem Intcgrationssparinungswert Null zum Zeitpunkt der bekannten Kugelschreiber mit einer elektrisch leitenn;icli Ik'ginn des der hohen Modiilalionsamplitude den Mine bestehen, Mit diesem Markierungsstift wird

eine von der Form der beschriebenen Figur abhängige Spannung abgetastet und außerdem eine sichtbare Aufzeichnung auf einem Medium, das zwischen der Positionsplatte und dem Markierungsstift angeordnet ist, vorgenommen.

In Fig. 4 sind zusätzlich zu den in Fig. 1 vorhandenen Anordnungen UND-Schaltungen 55 und 57, Register 59 und 61, Schalter 47 und 49 sowie ein zweites Flip-Flop 51 vorgesehen.

15 bedeutet, L die Gesamtlänge des Spannungsteilers und K von der Koppelkapazität und der Verstärkung des Detektors 31 abhängt.

Zu Beginn des Intervalls zwischen T. und T., wird der Schalter 23, gesteuert von dem Flip-Flop 19, in die Referenzstellung gebracht. Jetzt ist die Amplitude der Spannung V_1n eine Funktion der Amplituden von K₁ und K₃, wobei V₃ derjenige Anteil der Spannung V₁ ist, der bei Auftreten des vom Flip-Flop 19

lassen wird. Während dieses Zeitintervalls läßt sich die Spannung V₀ ausdrücken durch:

VJx) = K

Die Schalter 47 und 49 schalten, gesteuert von 10 kommenden Steuersignals K₂ (t) von dem sich in der dem zweiten Flip-Flop 51, die Abtastspannung alter- Referenzstellung befindenden Schalter 23 durchgenierend zwischen der X- und Y-Richtung um. Auf
diese Weise können Spannungsmessungen in beiden
Richtungen vorgenommen werden.

Im folgenden wird an Hand der F i g. 1 eine Funk- 15
üonsbeschreibung der Schaltung gegeben, mit der
eine digitale Ausgangsspannung in eine lineare Beziehung mit der Markierungsstiftposition gebracht Da ein mechanisch r Schalter 23 eine vernachwird. Der elektronische Schalter 13 dient zur Modu- lässigbare Impedanz aufv sist und daher einen Molation der von Filter 17 abgegebenen Spannung K, 20 dulationsgrad von 100% verursacht, ist K₁ = K₁ sin wt, die dem Spannungsteiler 15 zugeführt wird. und K₀ (x) = K V₁, unabhängig von der Position des Die Frequenz ω dieser Spannung ist so gewählt, daß Abgriffs am Spannungsteiler 15. eine gute Kopplung zwischen der Positionsplatte Auf diese Weise ist während des Zeitintervalls T₂ und dem Markierungsstift gewährleistet ist. Die Fre- bis T₁ die Amplitude der Ausgangsspannung K₀ des quenz, mit welcher der Schalter 23 diese Spannung 25 Detektors 31 eine Funktion sowohl der Markierungsmoduliert, wird durch den Zähler 13 bestimmt. Stiftposition als auch der Koppelkapazität, während Dieser Zähler schaltet die Flip-Flop-Schaltung 19
mit einer Impulsfolgefrequenz, die größer ist als die
Frequenz, mit der sich die Koppelkapazität ändert.
Der Schalter 23 schaltet zwischen Massepotential für 30
den Abtastvorgang und der Referenzspannung für
den Modulationsvorgang um.

Die Ausgangsspannung des Filters 17 ist in Zeile a
in Fig. 3 und die Referenzspannung K₂ (f) der Flip- J'V₀Ut=K J XIL V₁Ut = LXIL V₁ (T₁ - T₂).

im Intervall T₁ bis T₂ die Amplitude der Ausgangsspannung K₀ nur eine Funktion der Koppelkapazität ist.

Die Integration der Ausgangsspannung K_n des Detektors 31 während des festen Zeitintervalls T₂ bis T₁ ergibt:

r,

Mit Beginn des Zeitpunktes T₁ wird die Ausgangsspannung K₀ des Detektors 31 integriert, bis sie den sich aus der obigen Formel ergebenden Integrationswert erreicht, d. h. bis

τ·, τ, + /„

/ K_odf- jV₀Ot =

Τι Γ,

Daraus ergibt sich:

₁-T₂)-Kt₀V₁ =

Flop-Schaltung 19 in Zeile b dargestellt. Das modulierte Signal, wie cz am Abgriff des Spannungsteilers 15 auftritt, ist in Zeile c gezeigt. Diese Spannung, die mit V_1n bezeichnet ist, wird von dem Detektor 31 verstärkt und in ein Ausgangssignal gemäß Zeile d in F i %. 3 umgewandelt.

Gemäß dem Diagramm in F i g. 3 ist zwischen den Zeitpunkten T₂ und T₁ die Referenzspannung am Ausgang des Flip-Flops 19 auf dem unteren Potential, während die Abtastspannung eingeschaltet ist. Der Schalter 23 liegt an Massepotential, auf das die Spannung V_1n bezogen ist. Während dieses Abtastintervalls ist die Spannung Vi_n, die von dem Markierungstift abgetastet wird, eine Funktion der Position X dieses Markierungsstiftes, wie sie von d~m

Verhältnis zwischen /?, und R₂ angezeigt wird, und 50 grationszeit I₀ des Referenzsignals, unabhängig von von der Koppelkapazität. der Koppelkapazität.

Die Spannung V_1n läßt sich in dem Intervall T₂ Es sei noch bemerkt, daß die Schalter der Fig. 1

und 4 durch die in Fig. 2 angedeuteten Transistorschalter ersetzt werden können. Insbesondere ist die Referenzstellung des Schalters 23 in den F i g. 1 bis 4 dadurch gegeben, daß Transistor 22 leitend ist, während Transistor 24 ausgeschaltet ist. Es ist selbstverständlich, daß für den Transistor 22, der zu diesem Zeitpunkt eine vernachlässigbar kleine Impedanz

kleiner. testwiderstand darstellt. Die Ausgangsspan- 60 aufweist, die oben abgeleitete Beziehung gültig bleibt, nung K₀ des Detektors 31 läßt sich für das Zeitinter- nach der die Stellung des Abgriffs am Span- ·■-·· -'-· "* ----· "*· -·-—·- ·-- »-ι—--·— *·- nungsteiler 15 allein eine Funktion der Integrations-

L T₁-T.,'

Das bedeutet, daß die Stellung des Abgriffs am Spannungsteiler 15 direkt proportional ist der Inte-

bis T₁ angeben durch:

V_IN(t) ~K_c ' K₁ sin wf,

wobei R₀ = R₁ + R₂, und K_c die Koppelkapazität bedeutet. Dabei ist angenommen, daß der Detektor 31 für den Spannungsteiler 15 einen vernachlässigbar

vall zwischen T₂ und T₁ durch den folgenden Ausdruck angeben:

zeit I₀ ist.

X L

wobei X de« Abstand der Markicrungsstiftspitze von dem an Masse liegenden Ende des Spannungsteilers

Die Abtast- und Integrationsanordnung in den Fig. 1 und 2 dient der Messung der Integrationszeit t₀. Da die Zeitspanne zur Messung während des Intervalls T₂ bis T₁ klein ist im Vergleich zu der Frequenz, mit der sich die Koppelkapazität ändern

kann, ist die Zeil /₀ unabhängig von dem speziellen durch die Positionsplatte fließt. Umgekehrt wird der

Wert der Kapazität. für die K-Richtung bestimmte Strom an Masse ge-

Auf Grund eines Steuerimpulses des Flip-Flops legt, wenn der Strom in ^-Richtung fließt.
19, der von einem abgeschlossenen Durchlauf des Die Schalter 47 und 49 werden durch einen dritten Zählers 13 ausgelöst wird und der den Beginn des 5 Flip-Flop 5! gesteuert, der jedesmal bei Auftreten Intervalls T₂ bis 7", anzeigt, werden die Schalter 23, der Vorderflanke eines von dem Flip-Flop 19 kom-25 und 27 in ihre Abtaststellungen gebracht. Wenn menden Impulses seinen Zustand ändert. Auf diese demnach der Schalter 23 mit Massepotential ver- Weise werden die Schalter 47 und 49 gleichzeitig bunden ist, ist die Amplitude der vom Detektor 31 alternierend zwischen der X- und K-Richtung umkommenden Spannung V. eine Funktion der Mar- 10 geschaltet. Während die Schalter in dieser Position kierungsstiftstellung und der Koppelkapazität. Das in verharren, läuft ein vollständiger Meßzyklus ab. Die Zeile d in F i g. 3 gezeigte Signal V₀ wird von dem digitalen Koordinaten der Markierungsstiftposition, Integrator 33 gemäß Fig. 1 in das in Zeile e in wie sie durch das Auftreten des vom Zähler 13 kom-F i g. 3 gezeigte Signal umgewandelt. Am Ende des menden Zählimpulses beim Null-Durchgang bestimmt Intervalls T₁ bis T_v das durch einen vollen Durch- 15 ist, werden in Registern 59 bzw. 61 gespeichert, je lauf des Zählers 13 festgelegt ist, ändert der Flip- nachdem, ob die Koordinaten der X- oder der Flop 19 seinen Zustand, wodurch die Refefenzsteuer- y-RMitung angehören. Wenn die Markierungsstiftleitung aktiviert wird. position in der A'-Richtung gemessen wird, öffnet Dadurch werden die Schalter 23, 25 und 27 alle ein entsprechender Ausgangsimpuls des Flip-Flops in die Referenzstellung gebracht, während die Aus- ao 51 die Umschaltung 57 und erlaubt damit die Eingangsspannung des Integrators 33 beibehalten wird. gäbe des Null-Durchgangsimpulses auf das A'-Re-Die Amplitude der Ausgangsspannung V₀ vom De- gister. In entsprechender Weise wird bei der Messung tektor 31 hat damit die Gestalt einer Referenzspan- der K-Koordinate die Umschaltung 55 von dem Flipnung, die allein von der Koppelkapazität abhängt. Flop 51 -»orbereitet, um den Null-Durchgangsimpuls

Während sich die Schalter 25 und 27 in der Refe- as in das V-Rcgister einzugeben.

renzstellung befinden, wird die Spannung V₀ von Während der Markierungsstift also über die dem Inverter 39 invertiert, worauf der Integrator 33 Positionsplatte geführt wird, entstehen punktweise ein abfallendes Integrationssignal liefert, wie es in Koordinaten des Weges, den der Markierungsstift Zeile e in Fig. 3 angedeutet ist. Wenn dieses inte- zurücklegt. Dabei muß die Geschwindigkeit der grierte Signal den Wert 0 erreicht, ist der Integra- 30 Schreibbewegung jedoch geringer sein als die Getionswert der Referenzspannung gleich dem Inte- schwindigkeit, mit der die Koordinaten gemessen grationswert während des Abtastintervalls. Die Zeit r₀, werden. Wenn die beschriebene Spannungsteilerdie zur Erreichung dieses Wertes erforderlich ist, ist, schaltung aus einer homogenen und gleichmäßigen wie bereits gezeigt, direkt proportional der Markie- Anordnung besteht, werden alle Stellen der Positionsrungsstiftposition. 35 platte erfaßt. Auf diese Weise wird ein hohes Auf-Ein Null-Detektor 35 registriert den Zeitpunkt, an Iösungsvermögen der Anordnung und eine gute Andern die abwärts gerichtete Integrationskurve den sprechbarkeit erreicht. Obwohl im Ausführungsbei-Wert 0 erreicht. Es sei bemerkt, daß das Ausgangs- spiel ein Ohmscher Spannungsteiler beschrieben signal des Detektors 35 dazu benutzt werden kann, wurde, ist auch die Verwendung eines Blindwiderdas Referenzintervall durch Umschalten des Flip- 40 Standes möglich.

Flops 19 zu verlängern. In diesem Fall würde das Die im Ausführungsbeispiel beschriebene serielle Rcfercnzintervall, wie es in Zeile b in F i g. 3 gezeigt Abtastung läßt sich auch durch andere Abtastverist, in seiner Länge moduliert werden, wodurch sich fahren ersetzen. Beispielsweise können mehrere ein analoges Ausgangssignal für die Markierungs- Abtast- und Referenzsignale kombiniert und anstiftposition erhalten ließe. 45 schließend verglichen oder korreliert werden, um In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch Korrektursignale für die Änderung der Markierungswird das Ausgangssignal des Detektors 35 dazu be- stiftgcschwindigkeit abzuleiten oder um VariatkTien nutzt, dem Register 21 die gerade anfallende binäre in der dynamischen Kopplung auszugleichen odd Stelle des Zählers 13 einzugeben und außerdem über um Frequenzcharakteristika festzulegen,
das zweite Flip-Flop 37 den Schalter 27 zurückzu- 50
stellen.

Da der Zähler 13 in dem Augenblick gestartet wurde, als mit der Messung der Zeit r₀ begonnen wurde, ist diejenige binäre Zahl, die am Ende der

Zeit t_n in das Register 21 eingegeben wird, ein Krite- 55 rium für die digitale Markierungssliftkoordinate zu diesem Zeitpunkt.

Das zweidimensionale Abtastsystem von F i g. 4 entspricht im Prinzip der Arbeitsweise der in F i g. 1 gezeigten Anordnung mit dem Unterschied, daß "das 60 periodische Signal alternierend in X- und Y-Richtung durch die Positionsplatte 45 gegeben wird. Die Schalter 47 und 49 schalten den Strom zwischen der ,Y-Richtung und der K-Richtung um, in Abhängigkeit von dem erhaltenen Steuersignal. Die mit den 65 Schaltern 47 und 49 gekoppelten Masscsclialtcr 46 und 48 verbinden den für die A'-Richlung bestimmten Strom mit Masse, während der Strom in y-Richtung

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung der Lagekoordinaten eines Markierur.gsstiftes auf einer Positionsplatte, weiche, als mit einer periodischen Speise spannung beaufschlagter Spannungsteiler ausge bildetet ist, auf der der Markierungsstift übe: eine Koppelkapazität aufsitzt, dadurch ge kennzeichnet, daß ein von einem Taktgebei (11) gesteuerter Zähler (13) vorgesehen ist, vor dem die mit einer über diesen Zähler (13) ableit baren mäanderförmigen Rechteckspannung v₂ (t amplitudenmodulierte periodische Speisespan nung ableitbar ist, mit welcher über einen Schal tcr (23) zur Zeit T_x-T., einer hohen Modulations amplitude beide Enden des einer Koordinaten richtung zugeordneten Spannungsteilers (15) be aufschlagbar sind und mit welcher zur Zeil 7VT einer niederen Modulalionsamplitudc das cini

Ende des mit dem anderen Ende auf Bezugspotential liegenden Spannungsteilers (15) beaufschlagbar ist und daß ein taktgesteuerter, ein mäanderförmiges Rechtecksignal V₀ erzeugender Oetekor (31) vorgesehen ist, dem die über die Koppelkapazität (29) des Markierungsstiftes (53) erfaßte Abtastspannung zuführbar ist, daß das Detektorausgangssignal V₀ schaltergesteuert (25, 17) während des Zeitintervalls T₂-T_x einem Integrationsglied (33) und während des Zeitinterrails T₁-T₂ über eine Inverterschaltung (39) dem Integrationsglied (33) zuführbar ist und daß dem Integrationsglied (33) ein Nulldetektor (35) für den Integrationsspannungswert Null zum Zeitpunkt der nach Beginn des der hohen Modulationsamplitude entsprechenden Ausgangssignals V₀ verstrichenen Integrationszeit t₀ nachgeschaltet ist und daß eine Meßschaltung für die der Lagekoordinate des Markierungsstiftes (53) auf dem Spannungsteiler (15) proportionalen Integrations- ao zeit r₀ vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zähler (13) ableitbare periodische Spannung eine Sinusspannung ist. ν

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (23, 25 und 27) flip-flop-gesteuert (19, 37) sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz für den Schalter (23) größer ist als die mögliche Änderungshäufigkeit der Koppelkapazität.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung für die Integrationszeit I₀ ein mit dem Zähler (13) verbundenes Zählregister (21) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweidimensionalen Spannungsteiler, welcher schaltergesteuert (47, 48) alternierend in jeder seiner Koordinatenrichtungen mit der gleichen periodischen Speisespannung beaufschlagbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -909619/307