DE2622941C2 - Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer Sonde - Google Patents
Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer SondeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer Sonde
entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-OS 35 891) erfolgt ein Nachweis unter Verwendung
einer Verzögerungsleitung.
Es sind ferner bereits Einrichtungen zur automatischen Ermittlung einer Koordinatenposition einer
Sonde bekannt, bei denen eine kapazitive Kopplung der Sonde mit den Leitern vorgesehen ist (DE-OS
57 596). Bei den bekannten Einrichtungen werden mindestens drei induzierte Spannungen gespeichert,
um mit Hilfe einer Berechnungsschaltung aus bestimmten Verhältnissen von festgestellten und gespeicherten
Werten eine Koordinatenposition der Sonde zu bestimmen. Dabei wird es jedoch als nachteilig angesehen, daß
eine kapazitive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung störanfällig ist, und daß eine Bestimmung
absoluter Koordinatenwerte nicht ohne weiteres möglich ist.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern,
daß bei möglichts einfacher Konstruktion absolute Koordinatenwerte zuverlässig bestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den
Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit einer derartigen Einrichtung könne α absolute Koordinatenwerte nach einer Berechnung des Verhältnis- s
ses des Maximalwertsignals und des zweitgrößten Signals unter Verwendung einer Umwandlungseinrichtung
wie eines Festwertspeichers in einfacher und zuverlässiger Weise ermittelt werden.
Im einzelnen besteht diese Einrichtung zur Abtastung
der Koordinaten eines Schriftbildes, welches elektrisch die Koordinatenlage von beliebigen Mustern, wie
grafischen Darstellungen oder Buchstaben» die auf einer Zeichenunterlage angebracht sind, aus einer
Tafel, aufweicher eine Vielzahl von Leitern parallel zueinander
angebracht sind, und aus einer Abtastsonde zur punktweisen Koordinatenlagenbestimmung, die
eine Induktionsspule aufweist, welche wechselseitig die Leiter der Tafel induktiv beeinflußt
Die Einrichtung bestimmt dann die Koordinaten der Abtastsonde auf der Tafel durch Auswahl und Filterung
eines gemischten Signals, das durch Abtastsignale auf den Leitern durch die Induktion zwischen der Abtastsonde
und den Leitern entsteht Bei dieser Einrichtung kann also sowohl eine verbindungslose Sonde eingesetzt,
als auch eine Vielzahl von Sonden in Verbindung mit einer einzigen Tafel verwendet werden.
Das Grundprinzip einer Einrichtung nach der Erfindung besteht in der Schaffung einer automatischen
Abtasteinrichtung zur Feststellung der Koordinaten mit einem einfachen Aufbau, mit welcher die absoluten Koordinaten
zuverlässig bestimmt werden können. Weitere Merkmale und Vorteile nach der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von möglichen Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden
Zeichnungen. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht des
Tafelaufbaus und der Leiter nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung
der Leiter und der Abstände derselben gemäß der Erfindung,
F i g. 3a bis 3c eine grafische Darstellung der Wellenform
der Abtastsignale, welche auf den Leitern nach Fig. 2 erzeugt werden, und das induzierte Signal, welches
dem Abtastsignal überlagert ist,
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung der Lage der Erregerspule, welche auf die Leiter aufgesetzt
ist, zu den in den Leitern hervorgerufenen induzierten Spannungen,
Fig. S eine grafische Darstellung der in den Leitern so
induzierten Wellenform im einzelnen,
Fi g. 6 ein Blockdiagramm der Schaltkreise der Sonde nach der Erfindung,
Fig. 7 ein Blockdiagramm der Schaltkreis; in einer Sonde in einer anderen Ausführungsform gemäß der ss
Erfindung,
Fig. 8 ein Diagramm der automatischen Koordinatenabtasteinrichtung
gemäß der Erfindung,
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Wellenform in verschiedenen Teilen des Schaltkreises nach Fig. 8,
Fig. 10 ein Blockdiagramm der wesentlichsten Teile
des Abtastkreises nach Fig. 8,
Fig. 11 ein Blockdiagramm der Teile A, G, C nach
Fig. 8,
F i g. 12 eine grafische Darstellung der Ausgangswerte
des Teilerstromkreises nach Fig. 8,
Fig. 13 eine grafische Darstellung einer angewendeten
Korrekturkurve in dem Festwert-Speicherkreis nach Fig. 8,
Fig. 14 ein Blockdiagramm einer anderen automatischen
Koordinaten-Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 15 ein Blockdiagramm mit einer weiteren Koordinaten-Abtasteinrichtung
nach der Erfindung,
Fig. 16 ein Blockdiagramm mit einer anderen Ausführungsform
nach der Erfindung,
Fig. 17 ein Schaltplan einer Tafel zu der Ausführungsform nach Fig. 16 und
Fig. 18 ein Blockdiagramm mit einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 in auseinanderliegendem Zustand gezeigten Tafel für die Zwecke der Erfindung bezeichnen
die Bezugszeichen 1 und 2 ebene Platten aus einem Isoliermaterial, welche unmittelbar aufeinander nach
Art eines Mehrlagenaufbaues miteinander verbunden sind. Die Platten 1 und 2 sind mit einer Vielzahl von Leitern
X1, X2,...,Xn und Yu Y1,..., Ym versehen, von
denen jeder U-förmig ausgebildet ist und dabei ein Leiterpaar bildet. Die U-förmigen Leiter JST1, JST2,.. .,X„ verlaufen
parallel zueinander und haben einen gegenseitigen Abstand g (siehe Fig. 2) oder sind ohne Abstand
dicht nebeneinander geführt. Eine derartige Anordnung bringt eine bessere Induktion begleitet von einer
höheren Empfindlichkeit und Genauigkeit und die Beseitigung unempfindlicher Bereiche mit sich, wie
später zu ersehen ist. Die U-förmigen Leiter YhY2,...,
Yn, haben eine entsprechende Anordnung und sind
senkrecht zu den Leitern Xu X2,..., Xn angeordnet.
Ein Ende von jedem Leiter ist mit dem entsprechenden Anschluß von Abtastkreisen in Form der Ringzähler
3 und 4 angeschlossen, während das andere Ende jeweils mit einem Gleichrichter Z)1, D2, ...,Dn + m verbunden
ist. Die Gleichrichter liegen mit ihrem anderen Anschluß an einer gemeinsamen Ausgangsleitung 1,
welche über den Widerstand R mit einer Stromversorgungsquelle und direkt mit einem Maximumauswahlkreis
M verbunden ist.
Die Leiter YuY2,...,Ym können jedoch auch auf der
zu der die Leiter Xu X2,...,X„ tragenden Oberfläche
entgegengesetzten Oberfläche der Tafel 1 angeordnet sein.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Sonde zur Kennzeichnung eines Koordinatenpunkts mittels eines
elektrischen Wechselfelds. Die Sonde besteht aus einer Wicklung 5a mit konzentrischen Windungen und einem
Wechselstromsignalgenerator 6.
Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung sind die Leiter
X1, X1, .--,Xn im gegenseitigen Abstand rangeordnet.
Der Abstand r wird festgelegt zur Basislänge des Koordinatenfelds, d. h. 2" mm (n = 0, 1, 2,...). Jeder der
Leiter ist mit einem Ende an den Ringzähler 3 angeschlossen und das andere Ende liegt an Gleichrichtern
Du..., Dn. Die Windung 5a, welche durch einen Wechselstrom
des Wechselstromgenerators 6 erregt wird, hat vorzugsweise einen inneren Durchmesser von mehr als
2r. Der Abstand g zwischen einem Paar paralleler Leiter, nämlich einer Leitung zum Ringzähler 3 des einen
und einer Leitung zum Maximumsignalauswahlkreis M des nächsten U-förmigen Leiters, soll möglichst klein
sein, vorzugsweise gegen Null gehen, um unwirksame Bereiche auf der Tafel möglichst zu eliminieren.
Gemäß dem in F i g. 3a gezeigten Zeitverlauf der Ausgangswellenform,
welche von Ringzähler 3 auf die Leiter abgegeben wird, gibt der Ringzähler 3 jeweils einen
Rechteckimpuls S1, S2. ■ ■ -,Sn nacheinander an die Leitungen
Jf1, ^2,..., Xn.
Sobald das Ausgangssignal S1 an den Leiter X1 abgegeben
wird, läuft es über den Gleichrichter D1 an die
gemeinsame Ausgangsleitung 1. Auf der Ausgangsleitung 1 entsteht ein Signal A, nachdem die Signale S1,
S2, ---,Sn an die Leiter X1, X2, ---,Xn gegeben wurden,
ein Signal mit einer abgestuften Wellenform wie in F i g. 3b zu sehen ist, wegen der Abweichungen der Vorwärts-Spannungsabfälle
an den Gleichrichtern in Durchlaßrichtung.
Wird ein Wechselstromsignal auf die Wicklung 5a gegeben, so wird eine Spannung in den Leitern der
Tafeln 1 und 2 induziert.
Das Amplitudenmaximum der induzierten Spannung entsteht in den zur Wicklung 5a am nächsten gelegenen
Leitern, während niedrigere Spannungen im Nachbarbereich induziert werden. Die induzierten Spannungen
erscheinen aber nur dann auf der Ausgangsleitung 1, wenn ein Abtastsignal anliegt, weil die Amplitude der
induzierten Spannungen im Vergleich zum Vorwärts-Spannungsabfall (ca. 0,6 bis 0,7 V) der Gleichrichter
sehr niedrig ist.
Die Gleichrichter sind Einweggleichrichter. Wenn also die Abtastsignale, beispielsweise S1, S2, ■ ■., Sn wie
in F i g. 3 gezeigt ist, angelegt werden, kann der Abtaststrom niemals in eine andere Abtastleitung fließen, weil
die Kathodenanschlüsse der Gleichrichter einen umgekehrten Stromfluß verhindern.
Es ist keine Voraussetzung für die Arbeitsweise, daß das Abtastsignal positive Impulse aufweist, wie dies in
F i g. 3a gezeigt ist, auch ein Signal mit negativen Impulsen kann bei umgekehrter Anordnung der Gleichrichter
verwendet werden, wobei eine umgekehrte Spannung an die Ausgangsleitung 1 gegeben wird. Auch in diesem
Fall erscheint der Anwendung von positiven Abtastimpulsen entsprechend die induzierte Spannung nicht auf
der Ausgangsleitung 1, bevor ein Abtastsignal anliegt. Dies bedeutet, daß die Signale, welche auf der Ausgangsleitung
1 erscheinen können, allein bestimmt werden durch das betreffende Abtastsignal und das von diesem
getragene induzierte Signal.
Wenn die Sonde 5 an einem beliebigen Ort der Tafel aufgesetzt wird (d. h. in der Nähe eines Leiters Xi) treten
induzierte Spannungen, die das Amplitudenmaximum auf dem Leiter Xi enthalten, auf der Ausgangsleitung
1 mit dem Abtastsignal überlagert auf, wie aus Fig. 3c zu ersehen ist.
Aus Fig. 4 ist die Beziehung zwischen dem Ort der
Sonde 5 relativ zu den Leitern und den Amplituden der induzierten Spannungen auf diesen Leitern erkennbar,
wobei die Kurven V1 bzw. V2 bzw. V3 die induzierten
Spannungen in den Leitungen Xx bzw. X2 bzw. X1 wiedergeben.
Wenn die Sonde 5 im Punkt Pangeordnet ist, erzeugt sie induzierte Spannungen Va bzw. Vb bzw. Vc in
den Leitern X1, X2 und X1. Wenn die Sonde 5 am Punkt
P1, P2 oder P3 der U-fonnigen Leiter X1, X1, X3 plaziert
wird, wird ein Amplitudenmaximum der Spannung in den Leitern X1, X2 oder X3 induziert.
Im allgemeinen hat die induzierte Spannung eine MaximaJamplitude, wenn die Sonde 5 in der Mitte eines
U-förmigen Leiters liegt, und sinkt in Abhängigkeit von
der seitlichen Verschiebung der Sonde stufenweise nach beiden Seiten gleichmäßig ab, bis sie wieder
geringfügig ansteigt, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Bei weiterer
Verschiebung der Sonde entstehen symmetrische niedrigere Scheitelwerte um den Maximumscheitelwert. Ein Wellental zwischen dem Maximum und dem
geringeren Scheitelwert entsteht in einer Lage der Sonde 5, bei welcher der innere Fluß der Wicklung 5a
gleich dem äußeren Fluß durch den selben U-formigen Leiterbereich ist. Diese Lage der Sonde 5 ist gegeben,
wenn der Mittelpunkt der Wicklung 5a von der Mittellinie der U-förmigen Leiter etwa den halben Abstand des
inneren Windungsdurchmessers hat. Wenn der Wicklungsdurchmesser größer gewählt wird als 2r, nimmt die
induzierte Spannung von der Mitte eines lU-förmigen Leiters bis zur Mitte des nächsten U-förmigen Leiters
gleichmäßig ab. Diese Bemessung des inneren Durchmessers der Wicklung in bezug zum Leiteirabstand ist
wesentlich zur Bestimmung der Koordinaten, wie später noch beschrieben wird.
In Fig. 6 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das die Sonde 5 und den Signalgenerator 6 enthält. Ein Fres
quenzteilerkreis 7 ist vorgesehen, welcher ein Eingangssignal mit hoher Frequenz vom Signalgenerator 6 aufnimmt
und dieses in eine Mehrzahl von niedrigeren Frequenzsignalen^,/,,... ,fk unterteilt, welche einem
Schaltkreis 8 zur Auswahl für die Erregung der Wicklung 5α zugeführt werden. Die Hybridschaltung 9 dient
zur Mischung der vom Schaltkreis 8 ausgewählten verschiedenen Frequenzen zur Speisung der Wicklung 5a.
Diese verschiedenen der Wicklung 5a zugeführten Frequenzen induzieren Signale entsprechender Frequenzen
in den Leitern, um die Koordinaten der Sonde festzustellen, und weiterhin verschiedene Steuersignale,
solche wie Zeitpunktlesen oder Zeitdauerlesen.
Wenn zwei oder mehr Sonden im Zusammenwirken mit einer großen Tafel angewendet werden sollen, ist es
vorteilhaft, eine Kombination des Signalgenerators 6, des Frequenzteilers 7, des Schaltkreises 8 und einer
Vielzahl von Wicklungen 5a, 56... und 5A: vorzusehen,
wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.
Das in Fig. 8 gezeigte Blockdiagramm gibt den gesamten Abtastkreis zur Ermittlung der Koordinate^ als
Ausführungsform der Erfindung wieder. Daher sind die gleichen Ziffern und Bezugszeichen wie in F ig. 1 und 5
verwendet. Der Maximalsignalauswahlkreis M, welcher die induzierten Signale α von der Ausgangsleitung 1 der
Tafeln 1 und 2 empfängt, enthält ein Bandpaßfilter 10
zur Weiterleitung des in Fig. 9 mit * bezeichneten Signals der Frequenz^, einen automatischen Verstärkungsregler
11 (AGC-Kieis, Automatic Gain Controller),
um den Pegel des vom Bandpaßfilter 10 abgeleiteten Signals zu steuern, einen Gleichrichter 12, um das
Signal ft in Fig. 9 in ein Doppelweggleichrichtersignal e in Fig. 9 gleichzurichten, und ein Tiefpaßfilter 13, um
das gleichgerichtete Signal zu glätten und in das in Fig. 9 mit A bezeichnete Signal unzuwandeln. In der
Kurve Λ in F i g. 9 bezeichnet Va das Maximumsignal, Vb
das zweite bzw. K das dritte in den benachbarten Leitern induzierte Signal, welche nacheinand€r im Maximumsignalauswahlkreis
M übertragen wurden. Der Maximumsignalauswahlkreis M enthält weiterhin
einen Analog-Digitalkonverter 14, um das geglättete analoge Signal in ein digitales Signal umzuformen und
eine Maximalwert-Nachweisschaltung 15, mm die aufeinanderfolgenden
digitalen Signale des Analog-Digitalkonverters 14 miteinander zu vergleichen.
Einzelheiten der Nachweisschaltung 15 werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, in der ein Schieberegister 16—18 die digitalen Signale des Analog-Digitalkonverters 14 aufnimmt und Paare von Ausgangssignalen an die Vergleichskreise 19,20 weiterleitet Der Vergleichskreis 19 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 17, und der Vergleichskreis 20 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 18 und steuert einen Aus-
Einzelheiten der Nachweisschaltung 15 werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, in der ein Schieberegister 16—18 die digitalen Signale des Analog-Digitalkonverters 14 aufnimmt und Paare von Ausgangssignalen an die Vergleichskreise 19,20 weiterleitet Der Vergleichskreis 19 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 17, und der Vergleichskreis 20 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 18 und steuert einen Aus-
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Wahlkreis 21, um zwischen dem Ausgangssignal des Das in Fig. 11 gezeigte Blockdiagramm enthält den
Registers 16 und dem des Registers 18 abhängig vom automatischen Verstärkerregler 11 im einzelnen, wobei
Steuersignal des Vergleichskreises 20 auswählen zu 23 den Verstärker als solchen bezeichnet, der durch ein
können. Maximumsignal des Registers 17 über ein Register 24, Das Register 16 erhält das letzte Signal des in Fig. 9 5 einen Digital-Analogkonverter 25 und einen Differenzgezeigten
Signalzugs A, während das Register 17 das vor- verstärker 26 gesteuert wird. Das Register 24 erhält das
letzte und Register 18 das davorliegende Signal auf- Maximalsignal auf einen Steuerbefehl des Nachweissiweist.
Wenn das Maximumsignal Va das Register 17 gnalsAixvom Komparator 19 und speichert es. Von dem
erreicht, ist das zweitgrößte Signal Vb im Register 16 und Ausgang des Difierenzverstärkers 26, wird der Regeldas
Signal V. im Register 18 gespeichert. Zu diesem io eingang des Verstärkers 23 gesteuert, so daß Abwei-Moment
enthält also das Register 17 ein größeres Signal chungen des induzierten Signals unterdrückt werden,
als das Register 16, während vor diesem Zustand das Wie in der vorhergehenden Beschreibung erläutert,
Register 17 ein kleineres Signal gehabt hatte. Dement- zeigen die induzierten Spannungen eine stetig anwachsprechend
ermittelt der Komparator 19 diese Änderung sende und abfallende Charakteristik zur Maximumam-
und erzeugt ein Nachweissignal Mx. Der Komparator 20 15 plitude in dem der Wicklung 5a der Sonde 5 nächstgeleerzeugt
ein Steuersignal für den Steuerkreis 21, um den genen Leiter. Entsprechend stellen die dividierten
Ausgangswert des Registers 18 mit einem Minussignal Spannungen VR in der Gleichung (4) eine Kurve dar, wie
auszuwählen, wenn das Signal im Register 18 größer ist sie in F i g. 12 mit einer »1« als Minimum gezeigt ist. Die
als das im Register 16, während anderenfalls der Aus- Spannung VR hat dabei eine nichtlineare Beziehung
Wahlkreis 21 das Ausgangssignal des Registers 16 mit 20 zum Abstand d, was bedeutet, daß der Abstand oder die
einem Plussignal auswählt. Koordinate zwischen einem Paar von Leitern nicht Die Teilerschaltung 22 dient dazu, daß das vom Aus- unmittelbar von der dividierten Spannung VR wiedergewahlkreis
21 jeweils ausgewählte zweitgrößte Signal das geben wird.
Maximumsignal des Registers 17 teilt. Die Teilerschal- Zur Ermittlung des Abstands werden die Ausgangs-
tung 22 erhält die Ausgangswerte des Komparatorkrei- 25 werte der Teilerschaltung 22 nach F i g. 8 in einem Spei-
ses 19 und des Auswahlkreises 21 unter Verwendung des eher 27 gespeichert. Der Speicher 27 hat zur Anzeige
Nachweissignals Mx als Teilersignal. einer Kurve zu Fig. 13 entsprechend der Kurve in
Das Ergebnis dieser Teilung durch die Teilerschal- Fig. 12 Daten gespeichert.
tung 22 besteht in der vollständigen Eliminierung von Dies bedeutet, daß die Ausgangswerte der Teiler-Störeinflüssen,
wie eine Abweichung der induzierten 30 schaltung 22 durch den Speicher 27 in absolute Koordi-Spannung
in den Leitern, welche verursacht werden natendaten umgewandelt werden, welcher die Daten
durch Unebenheiten von Medien auf der Tafel, Ver- zur Kompensation der Nichtlinearität der Kurve in Fig.
änderungen der Impedanz der Leiter, Abweichungen 13 speichert. Wenn z. B. ein Zehntel des Abstandes rder
des angewendeten magnetischen Wechselfeldes und Leiter bestimmt werden soll, wird der Abstand »α« in
Veränderungen der Dicke der Tafel. Die Leiter in einem 35 sechs Bereiche unterteilt, wie aus F i g. 13 zu ersehen ist,
schmalen Bereich werden von diesen Störungen in etwa wobei die beiden äußeren Bereiche nur halb so groß
in der gleichen Weise beaufschlagt. sind wie die übrigen. Der Speicher 27 speichert eine »5«
Bezeichnet man beispielsweise die Störparameter in in Speicherplätzen zur Adressierung von V0 bis V1, eine
einem schmalen Bereich mit a, so kann folgende Glei- »4« zur Adressierung von VxYAsV1,..., und eine »0«
chung aufgestellt werden: 40 entsprechend den Adressen von V5 bis V6, so daß Koordinatenwerte
in Zehntellängeneinheiten entsprechend
Va = a · Vs (1) der Sondenlage erhalten werden. Sofern eine feinere
Unterteilung des Abstandes »α« gewünscht wird, ist es
wobei in dieser Gleichung vorteilhaft zur Einsparung von Speicherkapazität, Spei-
45 cherplätze in einer Zahl vorzusehen, die gleich derjeni-
V1 die theoretisch induzierte Spannung und gen der Unterteilung ist, und nur einige mittlere Bits
Va die tatsächlich induzierte Spannung darstellt. des geteilten Signals VR für die Adressierung des Speichers
zu verwenden und dabei die unteren Bits, welche
Entsprechend ist im Falle von V„ und Vb in Fig. 9 keine Bedeutung für die Bestimmung der Koordinate
50 haben, und die höheren Bits, welche Null wiedergeben,
Va = aVsa (2) zu unterdrücken. Die Zahl der unteren Bits, die abgeschnitten
werden, wächst mit der Annäherung des
Vb = aVsb (3) Signals VR an 1.
Die Ausgangsimpulse des in Fig. 8 dargestellten
In diesen Gleichungen (2) und (3) bedeutet Via und Vsb 55 Taktgenerators 51, werden einem Zähler 52 zugeführt.
die theoretisch induzierten Spannungen des Maximum- Der Zählwert des Zählers 52 wird den Abtastkreisen 3
signals und des zweitgrößten Signals. und 4 zugeführt Der Abtastkreis 3 für die X-Achse
Der Ausgangswert der Teilerschaltung 22 ist dann decodiert die Zählwerte und bildet hieraus Abtastsi-
dementsprechend gnale, welche den Leitern Xu X1, ...,Xn nacheinander
60 zugeführt werden, während der Abtastkreis 4 für die Y-
_ Va _ Vasa _ Vsa Achse die Zählwerte decodiert und hieraus Abtastsi-
V' = ~ϊζ~ = ~γ~^ = ~~y^ · '' gnale bildet, welche den Leitern F1, Y1,...,Ym nacheinander
jeweils nach der Abtastung der X-Achse zuge-
Daraus ergibt sich also, daß die Störungen α keinen führt werden. Nachdem das letzte Abtastsigna] aneinen
Einfluß auf den Ausgangswert VR haben. Der Ausgangs- 65 der Leiter Xn oder Ym abgegeben wurde, wird der Zähwert VR wird zur Bestimmung der Koordinatengruppen ler 52 zurückgesetzt und beginnt erneut die Taktimpulse
zwischen einem Paar von zusammenhängenden Leitern zu zählen. Der Signaldetektor 13 dient zur abwechselnverwendet,
wie später noch beschrieben wird. den Ermittlung von m oder η zur Aussendung eines
9 10
Triggersignals an ein Flip-Flop 54. Der Ausgangsan- lieh, um eine Koordinatenbestimmungseinrichtung mit
Schluß Q des Flip-Flops 54 ist mit dem Abtastkreis 4 ver- drahtlosen Sonden zu erhalten,
bunden und der Ausgangsanschluß Q ist mit dem In der oben beschriebenen Ausfuhrungsform ist ein
Abtastkreis 3 verbunden, so daß die Abtastkreise 3 und Ersatz der Gleichrichter/) in den Leitern durch Schalter
4, wie oben beschrieben, abwechselnd arbeiten. 5 möglich, wobei die Abtastsignale nacheinander die
Der Zähl wert des Zählers 52 gibt Koordinaten der Lei- Schalter an- und abschalten, um eine Weiterleitung der
ter entlang der X· oder K-Achse wieder und wird zur induzierten Signale zu ermöglichen. Dann ist es auch
Bestimmung der Längeneinheit-Koordinaten angewen- möglich, den Leitern auf der Tafel nacheinander Erredet,
wie noch später beschrieben wird. Um relative gungssignale des Wechselstromsignalgenerators zuzu-Lagefehler
der Leiter zu korrigieren, damit eine genaue io fuhren und die in der Wicklung der Sonde induzierten
Koordinatenbestimmung möglich ist, können Um- Signale der Maximalwert-Nachweisschaltung zuzufühformglieder
55 und 56 in Form von Festwertspeichern ren. Weiter kann, sofern eine genaue Bestimmung der
vorgesehen werden, um den Zählwert des Zählers 52 in Koordinaten nicht notvK-i"Jia ist, der Unterteilungsein
korrektes Leitersignal umzuwandeln. Diese Um- kreis 22 weggelassen werden und das Maximalsignal
formglieder 55 und 56_arbeiten unter der Steuerung der is direkt in das Koordinatensignal übergeführt werden.
Ausgänge Q und des Q des Flip-Flops 54 für die X- oder Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 14 gezeigt,
K-Achse abwechselnd. Ein Verriegelungsregister 57, in welcher gleiche Bezugszeichen für entsprechende
das zwischen den Zählern 52 und die Umformglieder 55 Schaltkreise verwendet sind. In F i g. 14 wird der Aus-
und 56 eingeschaltet ist, dient zur Übertragung des gangswert eines Verarbeitungskreises 65, welcher einen
Zählwertes und des Signals Mx der Nachweisschaltung 20 Maximumsignalabtastkreis 15 und einen Festwertspei-15.
eher 27 zur Umformung des Maximumsignals des
Die Leiter an den beiden Seiten der Tafel sind zur Maximumsignalauswahlkreises 15 in das richtige Zwi-
Festlegung von Koordinaten nicht gut geeignet, da dort schenkoordinatensignal enthält, mit einem Verarbei-
eine Verzerrung der induzierten Spannung auftritt. Des- tungskreis 58 verbunden. Der Steusrgenerator 66, emp-
halb wird ein Signalauswahlkreis 61 vor das Verriege- 25 fängt verschiedene Signale abhängig von den induzier-
lungsregister 57 geschaltet, um die den beiden äußeren ten Signalen Ji, £ fk über die Bandpaßfilter 62.
Leitern entsprechende Signale zu unterdrücken, wobei 62',..., 62*, die Pegeldiskriminatoren 64, 64',..., 64*
die zu unterdrückenden Endsignale abhängig von den und die Multivibratoren 63, 63',..., 63* und erzeugt
Ausgängen Q und Q des Flip-Flops 54 jeweils abwech- abhängig von den induzierten Signalen Steuersignale
selnd ermittelt werden. 30 für das Register 67. Das Register 67 erhält die Koordina-
Die Ausgänge der Umformglieder 55 oder 56, d. h. die tenwerte vom Register 59 und gibt diese abhängig von
umgewandelten Längeneinheiten-Koordinatensignale, den Steuersignalen an eine externe Einrichtung, wie
und die Ausgänge des Festwertspeichers 27, oder dergl. einen Computer, weiter.
Umformeinrichtung, d. h. das Zwischenkoordinatensi- Das in Fig. 15 gezeigte Blockdiagramm betrifft eine
gnal wird an einen Verarbeitungskreis 58 gegeben, in 35 andere Ausfuhrungsform der Erfindung, wobei wiede-
welchem diese Signale addiert oder subtrahiert werden, ram für Schaltungsteile, die denen nach Fi g. 8 entspre-
abhängig vom Plus- oder Minussignal, welches von der chen, gleiche Bezugszeichen gewählt sind. In dieser
Nachweisschaltung 15 erzeugt wurde. Ausführungsform ist ein Kurvengenerator 68 zwischen
Der Ausgangswert dieses Kreises 58 wird an die Regi- den Gleichrichter 12 und den Analog-Digitalkonverter
ster 59 und 60 gegeben, welche von den Ausgängen Q 40 14 zur Überführung der induzierten Signale in analoge
und Q des Flip-Flops 54 gesteuert abwechselnd zur Auf- absolute Koordinatensignale eingeschaltet Das Schienahme
der Ausgangswerte des Kreises 58 aktiviert wer- beregister 69 arbeitet ähnlich wie die Schieberegister 16
den· und 18 in F i g. 10 und der Vergleichskreis 70 entspricht
Damit ist die Lage der Sonde 5 festgestellt, wobei die den Kreisen 19 und 20 in F i g. 10.
^-Koordinate im Register 59 und die K-Koordinate im 45 Für die vorstehend beschriebene automatische Koor-
Register 60 gespeichert ist. dinatenabtasteinrichtung wird das sich wiederholende
Die Signale/,^, ...,fk werden auch in den Leitern Abtastintervall verlängert, wenn das Tafelfeld größer
induziert, wenn die Wicklung 5a durch ein entsprechen- ist, und folglich werden die Abtastfolgefrequenzen an
des Frequenzsignal erregt wird. Diese Signale werden einem bestimmten Punkt niedriger. Dieser Nachteil
jeweils unterschieden durch Bandpaßfilter, von denen 50 kann beseitigt werden durch eine Einrichtung nach
eines in F i g. 8 mit dem Bezugszeichen 62 dargestellt ist. F i g. 16. Bei dieser Ausführungsform wird eine nur be-Das
Bandpaßfilter 62 unterscheidet die induzierten grenzte Zahl von Abtastleitungen nahe der Sonde 5 abSignale/
zur Bildung eines Punktlesesignals. Ein mono- getastet, und der Abtastbereich variiert entsprechend
stabiler Multivibrator 63 empfängt das induzierte Signal der Bewegung der Sonde 5.
Ji über einen Diskriminator 64, der ein Schmitt-Trigger 55 In F i g. 16 ist ein Schaltkreisdiagramm des Zählers 52
sein kann, um Störungen mit niedrigem Pegel zu unter- nach Fi g. 8 gezeigt In der Schaltung entsprechen die
drücken. Der Ausgang des Multivibrators 63 gibt ein Kreise 15 und 52 der Nachweisschaltung 15 und dem
Punktabtastsignal wieder, mit welchem eine Punktkoor- Zähler 52 in Fig. 8.
dinate der Lage der Sonde 5 an einen externen Kreis, Gemäß Fig. 16 erneuert der Zähler 52 zyklisch die
beispielsweise einen Computer oder ein Anzeigegerät 60 Abtastadressensignale mit den Taktsignalen des Taktsi-
weitergegeben wird. Die Signale j£, jg, ...,£ können zu gnalgenerators 71. Bei Aufsetzen der Sonde auf die
geeigneter Steuerung verwendet werden. Darüber gewünschte Lage auf der Tafel werden Signale in den
hinaus können diese Signale zur gleichzeitigen Feststel- Leitern induziert und das Maximumabtastsignal Mx
lung anderer Sondenkoordinaten verwendet werden, wird in der Nachweisschaltung 15 erzeugt Zu dieser
sofern eine Mehrzahl von Sonden, wie in Fi g. 7 gezeigt, 65 Zeit ist das Abtastadressensignal durch Steuerung des
angewendet wird, ebenso wie weitere Maximalwert- Abtastsignals Mx in einem Register 72 gespeichert
Nachweisschaltungen· Die Verwendung mehrerer Fre- Der Subtrahierkreis 73 besteht aus einem Exklusiv-
quenzen und einer Vielzahl von Bandpaßfiltern ist nütz- ODER-Schaltkreis und einem Volladdierer, um einen
Wert von dem Schaltkreis 74 abzuziehen für bestimmte Werte vom Inhalt des Registers 72. Der abgezogene
Wert wird über ein Gatter 75 an den Zähler 52 übertragen und gespeichert.
Die Nachweisschaltung 15 gibt das ausgewählte Signal Mx an das Register 72, um den Inhalt des Registers
72 an den Subtrahierkreis 73 und außerdem an den Steuerkreis 77 weiterzugeben. Der Verknüpfungskreis
78 gibt einerseits Taktsignale vom Taktsignalgenerator 71 zur Weitergabe abhängig von dem Steuersignal des
Steuerkreises 77 an einen A/-Rotationszähler 79. Ein
Übertragungssignal wird von dem Zähler 79 erzeugt, und dieses Übertragungssignal wird dem Steuerkreis 77
sowie einer ODER-Schaltung 80 zugeführt, das dem J-Eingang des Zählers 52 vorgeschaltet ist. Ein Rückstellsignal
oder ein /-Signal für den Zähler 52 wird vom Steuerkreis
77 erzeugt.
Der Steuerkreis 77 arbeitet wie folgt:
Wenn bei einer Abtastung der Leiter ein Abtastsignal Mx erzeugt wird, sendet der Steuerkreis 77 nach einer
vorgegebenen Zeitverzögerung ein Durchschaltsignal für den Verknüpfungskreis 78 und außerdem ein J-Signal
für den Zähler 52 über die ODER-Schaltung 80, so daß der Ausgangswert des Subtrahierers 73 zur Voreinstellung
des Zählers 52 an den Zähler 52 gegeben werden kann. Der Ausgangswert des Subtrahierers 73
entspricht i-j, da zu der Zeit des Auftretens des Abtastsignals
Mx der Inhalt / entsprechend dem Maximumsignal,
welcher gleich ist mit dem des Zählers 52, an den Subtrahierer 73 gegeben wurde und dort durch einen
voreingestellten Wert j im Einstellkreis 74 reduziert wurde. Wenn / kleiner alsy ist, wird vom Subtrahierer
73 ein Übertragungssignal erzeugt, so daß die Verknüpfungsschaltung 75 eine Weitergabe des Ausgangswertes
verhindert und den Zähler 52 auf Null setzt.
Dementsprechend beginnt die Abtastung am Leiter Mx^j unmittelbar nach der Erzeugung des Abtastsignals
Mx.
Während des M-Impulszählens, wenn ein Abtastsignal
Mx dem Steuerkreis 77 und dem Register 72 zugeführt
wird, wird ein /-Signal wiederum an den Zähler 52 gegeben, um diesen Zähler 52 auf einen verminderten
Wert, der vom Subtrahierer 73 in derselben Weise, wie vorher beschrieben, erzeugt wurde, zurückzusetzen,
und die nächste Abtastung beginnt Andererseits sendet der Zähler 79 nach Zählung der M:Impulse, d. h.
nach einer M-Leitungsabtastung, ein Übertragssignal an den Steuerkreis 77 und an den Zähler 52. Dementsprechend
wird der Zähler 52 auf einen neuen verminderten Wert zurückgesetzt, der kleiner ist als der letzte
Wert des Zählers 52 und die nächste Abtastung beginnt von da.
Wenn die Sonde 5 von der Tafel abgehoben ist oder sich in einer Lage auf einem vor dem Abtastbereich liegenden
Leiter befindet, reicht der Abtastbereich bis zur letzten Leitung. In diesem Fall wird weder das Abtastsignal
Mx noch das Übertragssignal des Jlf-Aufzeichnungszählers
79 länger als ein M-Taktbereich an den Steuerkreis 77 gegeben und als Ergebnis sendet der
Steuerkreis 77 ein Rückstellsignal an den Zähler 52, wodurch die Abtastung vom Leiter Xx an beginnt
Fig. 17 zeigt eine Draufsicht auf eine Tafel, aufweicher
eine Sonde zunächst im Punkt XA sich befindet Anhand dieser Zeichnung wird eine Abtastung nach
dem vorhergehend beschriebenen Verfahren im einzelnen erläutert Die Voreinstellzahl im Voreinstellzähler
74 sei »4« und M des Jli-Aufzeichnungszählers 79 sei
»8«. Der Zähler 52 beginnt das Zählen zuerst von »1« und das Abtastsignal beginnt bei Jf1. Am Leiter X6, welcher
der der Sonde am nächsten liegende Leiter ist, d. h. wenn der Inhalt des Zählers 52 »6« aufweist, wird ein
Abtastsignal Mx festgestellt, und die verminderte Zahl
des Substrahierers 73 wird »6 - 4 = 2«; denn entsprechend wird der Zähler 52 auf »2« voreingestellt und die
nächste Abtastung beginnt von der Leitung X2.
Wird die Sonde von XA nach XB bewegt, dann entsteht
das nächste Abtastsignal Mx, wenn der Inhalt des Zählers
52 »8« ist und dementsprechend wird die verminderte Zahl »8 - 4 = 4« und der Zähler 52 wird auf »4«
voreingestellt, wodurch der Abtastbereich verschoben ist, wie aus Fig. 17 zu sehen.
Für eine teilweise Abtastung beider Koordinaten X und Feine Abwandlung in Fig. 18 dargestellt.
Für eine teilweise Abtastung beider Koordinaten X und Feine Abwandlung in Fig. 18 dargestellt.
In Fig. 18 sind für entsprechende Teile entsprechende Bezugszeichen wie in Fig. 16 verwendet, und zwar
mit oder ohne denjngefügten Buchstaben X oder Y. Die
Eingänge Q und Q kommen von dem Flip-Flop 54 in Fig. 8. Die Bezugszeichen 81x, 81>
>, 82x und Hy bezeichnen Torschaltungen, die jeweils durch die
Signale Q und Q geöffnet werden. Die Bezugszeichen 83jc und 83^ bezeichnen Torschaltungen, die durch die
Ausgangssignale der ODER-Schaltungen 8Ox bzw. 8Oy durchgeschaltet werden. Der übrige Aufbau und die
Funktion ist ähnlich zu der in Fig. 16.
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt ist und daß weitere Modifikationen im Rahmen der Erfindung gemacht werden können.
Hierzu 13 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Einrichtung zur automatischen Ermittlung der
Koordinatenposition einer Sonde entsprechend mindestens einer Koordinatenachse eines Koordinatensystems,
mit einer Tafel mit einer Vielzahl von parallelen Leitern (X1), die jeweils eine Koordinate
des Koordinatensystems definieren, wobei die Sonde eine induktive Wicklung aufweist, um eine
induktive Kopplung mit den Leitern zu ermöglichen, sowie mit einem Wechselstromsigaal-Generator
zur Zufuhr eines Wechselstromsignals zu der induktiven Wicklung oder den Leitern, um in den
Leitern beziehungsweise in der Wicklung ein Wechselstromsignal
zu induzieren, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Abtastkreis (3) Abtastsigiiale abhängig von einem Zählwert nacheinander
an jeweils einen der Leiter (X) abgibt, daß ein Auswahlkreis
(M) mit einer Maxi mal wertsignal-Nachweisschaltung
(15) zur Ermittlung eines Maximalwertsignals und eines zweitgrößten Signals vorgesehen
ist, welche Signale während der aufeinanderfolgenden Zufuhr von Abtastsignalen an die Leiter
induziert werden, daß die Maximalwertsignal-Nachweisschaltung
(15) die Amplitude der aufeinanderfolgend induzierten Signale nachweist, um festzustellen,
ob eine Amplitude des induzierten Signals abfällt und um das vorher induzierte Signal als Maximalwertsignal
zu bestimmen und ein entsprechendes Nachweissignal (Mx) zu erzeugen, daß eine Teilerschaltung
(22) vorgesehen ist, um das Verhältnis des Maximalwertsignals und des zweitgrößten
Signals zu bestimmen, daß eine Umwandlungseinrichtung (27) vorgesehen ist, um dieses Verhältnis in
den entsprechenden richtigen Zwischenpositionswert umzuwandeln, daß ein Operationskreis (58)
vorgesehen ist, um den Zwischenpositionswert zu dem Zählsignal eines Verriegelungsregisters (57) zu
addieren oder subtrahieren, wobei die Addition oder Subtraktion durch ein Plussignal oder ein Minussignal
der Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) ausgewählt wird, und daß die Verriegelungsschaltung (57) von dem Abtastkreis (3) ein Zählsignal
entsprechend einem Leiter auswählt, in dem das Maximalwertsignal induziert wurde, so daß das
ausgelesene Zählsignal eine Koordinatenposition der Sonde (5) relativ zu der Koordinate spezifiziert,
die durch die Vielzahl von Leitern definiert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- so zeichnet, daß das Wechselstromsignal des Wechselstromsignal-Generators
(6) der induktiven Wicklung (5ö) der Sonde (5) zugeführt wird, um Signale in den
Leitern (X) zu induzieren, und daß für diese Leiter eine gemeinsame Ausgangsleitung (a) zu der Maximalwertsignal-Nachweisschaltung
(15) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse des Abtastkreises
(3) direkt mit den Leitern (X1) verbunden sind, daß Gleichrichtereinrichtungen (D) mit einer
vorherbestimmten Schwellenwertspannung jeweils mit einem der Leiter (X1) verbunden sind, und daß
ein Brandpassfilter (10) an die Ausgangsleitung (a) angeschlossen ist, um wahlweise die induzierten
Signale an die Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) durchzulassen.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung
ein nichtflüchtiger Speicher (27) ist, welcher richtige Werte entsprechend den
Zwischenpositionen zwischen zwei angrenzenden Leitern speichert und dem das Verhältnissignal von
der Teilerschaltung als ein Adressensignal für die Auswahl des entsprechenden richtigen Zwischenpositionswerts unter den gespeicherten Werten zugeführt
wird.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
Tafel (1,2) ein zweiter Satz von parallelen Leitern (Y) vorgesehen ist, die senkrecht zu den ersten Leitern
(X) verlaufen, und die an die gemeinsame Ausgangsleitung
(a) angeschlossen sind, daß ein zweiter Abtastkreis (4) zur Erzeugung von Abtastsignalen
für den zweiten Satz von Leitern (Y) vorgesehen ist,
daß den beidea Abtastkreisen (3, 4) abwechselnd Abtastadressensignale zugeführt werden, und daß
eine Koordinatenumwandlungseinrichtung (53,54) vorgesehen ist, um die Abtastsignale für den zweiten
Satz von Leitern (Y) von denjenigen für den ersten Satz von Leitern (X) zu unterscheiden und die
Abtastsignale in die entsprechenden Koordinatensignale umzuwandeln.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der
Leiter (X,, Y) einen U-fÖrmigen Teil aufweist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander
parallelen Leiter gleiche Abstände (r) aufweisen, und daß die Abstände (g) zwischen angrenzenden
Paaren von parallelen Leitern klein oder gleich Null sind.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven
Windungen der Wicklung (5a) der Sonde einen Durchmesser aufweisen, der mindestens gleich dem
Zweifachen des Abstands (r) der Leiter ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8125 | Change of the main classification | ||
8126 | Change of the secondary classification | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SEIKO INSTRUMENTS AND ELECTRONICS LTD., TOKIO, JP |
|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |