DE3613559A1 - Positionskoordinaten-bestimmungsgeraet - Google Patents

Description

Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Bestimmung der Koordinaten eines Pointers an der Oberfläche einer Platte. Die Erfindung bezieht sich insbesondere jedoch auf ein Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät, mit dem die Positionskoordinate eines Pointers mit Bezug auf eine Koordinatenachse durch die Laufzeitmessung eines Paares entgegengesetzt sich ausbreitender, magnetostriktiv induzierter Spannungswellen entlang eines magnetostriktiven Elements von einem der Pointer-Position entsprechenden Punkt zu der jeweiligen Referenz-Position an beiden Enden einer Koordinatenachse gemessen wird.

Es sind auf diesem Fachgebiet mitunter als Digitizer bezeichnete Positionsbestimmungsgeräte oder -vorrichtungsn bekannt, die einen Aufbau mit nur einer einzigen Länge eines nicht-elektrischen Signal-Ausbreitungs- oder Fortpflanzungs-Mediums, d.h., eines magnetostriktiven Mediums, für jede Koordinaten-Dimension vorsehen, und dazu ein entsprechendes Gitter, bestehend aus einer Vielzahl parallel abständlich angeordneter elektrischer Leiter, wobei jeder Leiter sich transversal von einem Punkt angrenzend an eines der magnetostriktiven Elemente so erstreckt, um damt die Laufzeit der Spannungswelle entlang jedes magnetostriktiven Elements zwischen einer Referenz-Position und einer der Position eines Pointers an dem Gitter entsprechenden Position zu messen. Ein solcher Digitizer ist in der US-Patentanmeldung 162,311 offenbart, die eine Konstruktion für einen automatischen Koordinatenbestimmungs-Baustein lehrt, der eine Platte mit einem Gitter erster und zweiter

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Gruppen oder Sätze parallel abständlich angeordneter elektrischer Leiter, wobei diese Leitersetze gegenseitig orthogonal sind. Jedes der magnetostriktiven Elemente (i.h., Draht) ist mit der Achse transversal zum entsprechenden Leitersatz ausgerichtet. Ein Pointer ist beweglich benachbart der Leiter. Dieser Pointer ist ein einen Magnetfluß erzeugendes Element, das mindestens mit einem Leiter jedes Leitersatzes paralleler elektrischer Leiter induktiv gekoppelt ist. Wenn das den Fluß erzeugende Element erregt ist, wird ein elektrischer Strom in den nächstliegenden Leitern induziert, der dann wiederum eine Spannungswelle in dem jeweiligen magnetostriktiven Element in dem dem Leiter benachbarten Bereich induziert. Die magnetostriktiven Elemente entsprechen den jeweiligen Koordinatenachsen X und Y. Die in dem jeweiligen magnetostriktiven Element induzierte Spannungswelle wandert entlang der Achse zu dem Bereich des magnetostriktiven Elements, an dem ein Sensor vorgesehen ist. Der jeweilige Sensor arbeitet als Sensor zur Erzeugung eines Signals, wenn eine wandernde Spannungswelle erfaßt wird, die durch die Erregung des Pointers erzeugt wurde. Zusätzlich eine Vergleichssignal-Induktionsspule an beiden Enden des magnetostriktiven Elements vorgesehen. Die Vergleichs- oder Bezugssignal-Indultionsspulen werden zur Erzeugung von Spannungswellen zu zwei verschiedenen Zeiten erregt. Zuerst werden beide Vergleichssignal-Induktionsspulen erregt, um ein Paar wandernder Spannunswellen entlang des magnetostriktiven Elements zu erzeugen, wobei diese Spannungswellen von den Sensoren an den Enden des magnetostriktiven Elements erfaßt werden. Der Signalausgang der Sensoren bei Erfassung der jeweiligen Spannungswellen wird getaktet, um die Laufzeit zu ermitteln, die die zwei Spannungswellen trennen. Diese festgestellte

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Laufzeit wird dann mit einem Bezugswert verglichen, der der Standardlänge des magnetostriktiven Elements entspricht. Der Unterschied zwischen der ermittelten Laufzeit und dem Vergleichs- oder Bezugswert stellt einen Fehler dar, der kompensiert werden muß. Es ist zu vermerken, daß dieser Kalibrierungsvorgang ohne Erregung des Magnetfluß erezugenden Elements vor sich geht. Nach der Speichung des Fehlerwertes ist eine Kompensierung erforderlich, das Logik- und Steuer-Netzwerk erregt wiederum die Vergleichs-

TO signal-Induktionsspulen. Nunmehr wird auch das Magnetfluß erzeugende Element des Pointers erregt. Die Laufzeit, die die vom Pointer induzierten Spannungswelle von der von der Vergleichssignal-Induktionsspule induzierten Spannungswelle separiert, wird ermittelt. Diese letztgenannte Lauf- zeit für jedes magnetostriktive Element stellt die entsprechenden unkompensierten Koordinaten der Pointer-Position dar. Nach der Kompensation werden die wahren Koordinaten der Pointer-Position in den Datenspeicher oder zur Darstellung eingegeben.

Diese Digitizer des Standes der Technik haben den Nachteil, daß die Kalibrierung des magnetostriktiven Elements und die Digitisierung der Pointer-Position in separaten Schritten vorgenommen werden muß. Der separate Schritt der Impulsgabe auf die Vergleichselemente zum Zwecke der Kalibrierung nimmt viel Zeit in Anspruch, die anderweitig besser für die Digitisierung der Pointer-Koordinaten verwendet werden könnte.

Darüberhinaus muß festgestellt werden, daß in diesem Stand der Technik Digitizer die in dem magnetostriktiven Element nach der Impulsgabe auf die Vergleichselemente und folgend der gleichzeitigen Impulsgabe auf eine Vergleichssignalspule und den Pointer induzierten Spannungs-

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wellen, daß der Pointer den gleichen Teil des magnetostriktiven Elements mit unterschiedlichen Zeiten durchläuft. Folglich, obwohl die Zeit, die das Eintreffen der von den Vergleichsimpulsen induzierten Spannungswellen separiert, in den Rechner zum Zweck der Kalibrierung der nachfolgenden digitalisierten Signale gegeben wird, berücksichtigt diese Kalibrierung Konditionen, die das magnetostriktive Element beeinflussen, und zwar zum Zeitpunkt, wenn die Impulsgabe der Vergleichselemente erfolgt, und nicht zum Zeitpunkt der Digitisierung der Pointer-Position. Wenn dann später die Vergleichselemente und der Pointer Impulse erhalten, können sich die die Funktion des magnetostriktiven Elements beeinflussenden Verhältnisse wieder geändert haben.Mit anderen Worten, die Spannungswellen, induziert durch eine der Vergleichsoder Bezugsspulen, und den Pointer durchlaufend das magnetostriktive Element zu einem Zeitpunkt unmittelbar der Kalibrierung folgend, so kann eine solche Kalibrierung schon nicht mehr genau hinsichtlich veränderter Verhältnisse sein, die auf das magnetostriktive Element eingewirkt haben. Die Änderung der Verhältnisse, die zwischen dem Zeitpunkt der Kalibrierung des Systems und dem Zeitpunkt der Digitisierung der Pointer-Position liegen, sind eine Quelle der Ungenauigkeit.

Um die vorgenannten Nachteile der magnetostriktiven Digitizer des Standes der Technik zu überwinden, lehrt die vorliegende Erfindung eine Digitizer-Konstruktion, in der die Vergleichssignal-Induktionsspulen eliminiert sind und jedes magnetostriktive Element mit einer Sensor-Induktionsspule an beiden Enden ausgebildet ist. Das Paar orthogonal angeordneter magnetostriktiver Elemente ist induktiv jeweils mit einer ersten und zweiten Vielzahl

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abständlich parallel angeordneter elektrischer Leiter gekoppelt, wobei die erste Gruppe der Leiter orthogonal zur zweiten Gruppe der Leiter angeordnet ist. Die Leiter jeder Gruppe erstrecken sich transversal von Punkten nächst den jeweiligen magnetostriktiven Elementen. Ein Strom in einem der Leiter induziert jeweils ein Paar Spannungswellen im jeweiligen magnetostriktiven Element, die entlang der Länge des magnetostriktiven Elements in entgegengesetzten Achsialrichtungen wandern, bis die jeweiligen Spannungswellen auf die entsprechenden Sensor-Spulen treffen, die an dem jeweiligen Enden des magnetostriktiven Elements angeordnet sind. Der Strom in den Leitern ist widerum induziert durch die Erregung des Pointers, wobei diese Erregung durch ei'-nen Impuls ausgelöst wird, der gleichzeitig eine Anzahl Zähler startet. Jede der Sensor-Spulen ist operativ mit einem Zähler für die Abgabe eines Impulses bei Erfassung einer eintreffenden Spannungswelle ausgestattet, dieser Ausgangsimpuls stoppt den jeweiligen Zähler. Folglich, der Pointer-Impuls induziert einen Strom in einem Leiter der sich transversal zum magnetostriktiven Element der X-Koordinate erstreckt, dieser Leiter induziert Spannungswellen, die in entgegengesetzten achsialen Richtungen wandern, bis sie an den jeweiligen Sensor-Spulen eintreffen, die in einer ersten und zweiten Referenz-Position angeordnet sind. Die jeweiligen Laufzeiten der sich fortpflanzenden Spannungswellen stellen die ersten und zweiten X-Dimensionen dar, gemessen mit Bezug auf die ersten und zweiten Referenz-Positionen. Auf die gleiche Weise induziert der Pointer-Impuls einen Strom in einem Leiter,der sich transversal zur Y-Koordinaten-Elements erstreckt, wobei dieser Strom Spannungswellen induziert, die in beiden achsialen Richtungen bis zu den Sensor-Spulen wandern, die in ersten und zweiten Referenz-Positionen auf den Enden des magnetostriktiven Elements angeordnet sind, die je-

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weiligen Laufzeiten der sich fortpflanzenden Spannungswellen stellen die ersten und zweiten Y-Dimensionen dar, gemessen mit Bezug auf die ersten und zweiten Referenz-Positionen. Die ersten und zweiten X-Dimensionen und die ersten und zweiten Y-Dimensionen werden auf eine Rechnereinzeit gegeben, welche die eingegebenen Daten zur Korrektur umarbeitet für die Kompensierung der Ungleichmäßigkeit in den magnetostriktiven Elementen. Die Korrektur ist eine ratiometrische Proportionalität, ermittelt durch eine spezifische Konstante, die im Verhältnis zur Größe der Daten-Oberfläche steht.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen automatischen Digitizer zur Bestimmung der Positionskoordinaten und zur Kompensierung von üngleichmaßigkeiten und Schwankungen zu schaffen, die nicht die Verwendung von Vergleichssignal-Induktionsspulen an den jeweiligen Enden jedes magnetostriktiven Elements erfordern. Im Gegensatz zu den bereits besprochenen Digitizer, ist in vorliegender Erfindung der separate Kalibrierungs-Schritt eliminiert, wodurch das Digitisierungsverfahren beschleunigt und die Digitisierungs-Präzision bedeutend verbessert wird.

Eine andere Aufgabe vorliegender Erfindung ist, einen automatischen Digitizer zu schaffen, in welchem eine Sensor-Induktionsspule in Referenz-Positionen an beiden Enden jedes magnetostriktiven Elements angeordnet sind. Da in der vorliegenden Erfindung nur zwei orthogonal magnetostriktive Elemente beabsichtigt sind, sind insgesamt vier Sensor-Induktionsspulen vorgesehen. Die in dem Digitizer des Standes der Technik eingesetzten magnetostriktiven Elemente sind nicht für die Messung der Laufzeit für jede entgegengesetzt wandernde Spannungswelle, die im magnetostriktiven Element durch einen Strom in einem Leiter induziert wird, vorgesehen. Die Messung der getrennten Laufzeiten ermöglichen zwei X-Koordinaten-Daten und

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zwei Y-Koordinaten-Daten, die sich auf die Position des Pointers in Relation des durch die Platte definierten Koordinaten-System beziehen. Ein Korrekturfaktor für die X-Dimension kann von den zwei X-Koordinaten-Daten abgeleitet werden unter Verwendung einer ratiometrisehen Proportionalität/ ermittelt durch eine spezifische Konstante, die sich auf die Größe der Datenplattenoberfläche bezieht. Gleicherweise kann auch ein Korrekturfaktor für die Y-Dimension von den zwei Y-Koordinatendaten abgeleitet werden.

Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, die Kalibrierung und Digitisierung mit einer einzigen Impulsgabe auf den Pointer auszuführen. Mit dieser einzigen Impulsgabe auf den Pointer werden alle notwendigen Y-Koordinaten-Daten und Y-Koordinaten-Daten in eine CPU gegeben, die dann die notwendige Kalibrierung ausführt, ehe sie die wahren Koordinaten errechnet. Unter Vermeidung des Zweistufen-Verfahrens bei dem Digitizer des Standes der Technik, ermöglicht vorliegende Erfindung eine schnellere Digitisierung und gesteigerte Präzision.

Eine bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung wird nun detialliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welcher gleiche Bezugsziffern für die Bezeichnung gleicher Teile verwendet werden.

In den Zeichnungen zeigt -

Figur 1 eine Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform des verbesserten Digitizers gemäß der Erfindung mit dem Logik-und Steuerschaltkreis schematisch dargestellt,

Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der bevorzugten Ausführung,

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Figur 3 eine Draufsicht auf das Leitergitter und die magnetostriktiven Elemente der bevorzugten Ausführung, darstellend die Wege der jeweiligen Spannungswellen,

Figur 4 ein schematisches Blockdiagramm der elektrischen Schaltung

Figur 5 eine Draufsicht auf eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der die Sensor-Spulen an den magnetostriktiven Elementen durch piezoelektrische Geber ersetzt sind.

Der Digitizer vorliegender Erfindung besteht aus einer blatte 1 (siehe Figur 2), die eingebettet in der Oberfläche ein Gitter oder Raster elektrischer Leiter 2 aufweist, die parallel gleichabständlich (äquidistant) darin angeordnet sind. Aus der Figur 1 kann ersehen werden, daß die parallel verlaufenden elektrischen Leiter vertikal ausgerichtet und in horizontaler Richtung abständlich voneinander angeordnet sind. Zum besseren Verständnis wird die horizontale Richtung als X-Richtung bezeichnet, und die vertikale Richtung als Y-Richtung. Ein zweiter Raster glexchabständlicher Leiter 4 verläuft in der X-Richtung, und ist abständlich in Y-Richtung geringfügig des vom Leiter 2 .gebildeten Rasters, sodaß keiner der Leiter 2 in Kontakt mit einem der Leiter 4 kommt.

Die elektrischen Leiter 2 und 4 ersrecken sich über die gesamte Platten-Oberfläche, auf der die Koordinaten-Messung oder das Digitisieren erfolgt.

Getragen an beiden Enden in Dämpfungsträgern 6 ist ein langgestrecktes magnetostriktives Element 8 in Form eines Drahtes, wobei der Draht zwar in unmittelbarer Nähe oder in einem physikalischen Kontakt mit den elektrischen Leitern 2 verläuft, jedoch mit diesem keinen elektrischen Kontakt hat. Das magnetostriktive Element besteht aus einer Zusammensetzung, die magnetostriktive Eigenschaften hat, wie zum Beispiel eine Nickel-Chrom-Vanadiumoder Eisen-Kobalt-Vanadium-Legierung. Bei einem Stromdurchfluß durch einen der elektrischen Leiter 2, bewirkt das daraus resultierende elektromagnetische Feld in dem Bereich, in dem der stromführende Leiter nächst dem magnetostriktiven Element 8 ist, die Formation einer Schwingungs- oder Spannungswelle im magnetostriktiven Element Die Spannungswelle pflanzt sich entlang der Achse des magnetostriktiven Elements 8 von dem dem stromführenden Leiter 2 nächstliegenden Bereich des magnetostriktiven

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Elements 8 in entgegengesetzten Richtungen nach den Enden hin fort. Das magnetostriktive Element 8 ist in einer langgestreckten rohrförmigen Ummantelung oder Hülle 10 eingeschlossen, die vorzugsweise aus einem reibungsarmen Material besthet. Hierzu wurde Teflon als ein für die Ummantelung des magnetostriktiven Elements 8 geeignetes Material festgestellt, da es gegenüber den magnetostriktiv induzierten Spannungswellen dämpfungsarm ist.

An vorbestimmten Stellen an beiden Enden des magnetostriktiven Elements 8 sind induktive Sensorspulen 11 und 13 angeordnet, die das magnetostriktive Element 8 voll umgreifen, und mit den Eingängen eines jeder Spule zugeordneten Vorverstärkers 12 bzw. 14 verbunden sind. Permanentmagnete 1 5 und 16 ind in einem bestmmten Abstand von und mit ihrer Achse parallel zu der gemeinsamen Achse der zugeordneten Spulen 11 und 13 und des magnetostriktiven Elements 8 angeordnet. Beide Sensorspulen 11, 13 und die den Spulen jeweils zugeordneten Vorverstärker 12 und 14, bilden einen Schaltkreis, der bei Erfassung einer Magnetfeldänderung durch die jeweils zugeordneten Permanentmagnete 12 und 14, die sich durch die im jeweiligen Teilbereich des magnetostriktiven Element"8 fortpflanzende Spannungsoder Schwingungswelle ergibt, ein elektrisches Signal abgibt. Die Permanentmagnete 15 und 16 dienen der Vormagnetisierung des jeweiligen Teilbereichs des magnetostriktiven Elements 8 innerhalb der Sensorspulen 11 bzw. 13, sodaß der Ausgang des jeweilig zugeordneten Vorverstärkers 12 bzw. 14, ansprechend auf die eintreffende magnetostriktive Spannununswelle, eine bestimmte Polarotät und einen bestimmten Amplitudenbereich aufweist.

Die Hülle oder Ummantelung 10 ist über die gesamte Länge mit einer schraubenförmig angeordneten Vormagnetisierungwicklung 18 bewickelt, für die ein gut leitendes Draht-

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material, wie zum Beispiel Kupfer, verwendet wird..!E±n Ende der Vormagnetisierungsspule 18 ist mit dem Ausgang eines Signal-Generators 20 verbunden, während das andere Ende der Vormagnetisierungsspule 18 an Erde oder masse liegt. Ein vom Generator 20 auf die Wicklung 18 gegebenes Vormagnetisierungssignal, baut rund um das magnetostriktive Element 8 ein elektromagnetisches Feld auf, welches den Ausgangs- oder Basis-Betriebszustand wieder herstellt und die Hysterese oder andere externe Einflüsse kompensiert, die in der Fortpflanzung der Spannungswelle im magnetostriktiven Element 8 Schwankungen hervorrufen können, wenn im elektrische Leiter 2 ein Strom induziert wird. Da in der gegenwärtigen Erfindung nur ein magnetostriktives Element für jede Koordinaten-Richtung benötigt wird, ist auch nur je eine Vormagnetisierungsspule für jede Richtung vorgesehen. Die Vormagnetisierung des magnetostriktiven Elements erfolgt vor dem Statt des Pointer-Meßzyklus. Die Vormagnetisierung kann vor jedem Meßzyklus oder periodisch zwischen Gruppen von mehreren Meßzyklen ausgeführt werden, und kann unabhängig von der Taktsteuerung der Meßsignale erfolgen.

Frei beweglich über die Oberfläche der Digitizer-Platte 1 (siehe Figur 2) ist eine Pointer-Anordnung 22, die ein Schreiber oder Schieber seinkann. Der Pointer 22 weist eine ringförmige Spule 24 mit einer zur Planebene der Gitterleiter 2 und 4 senkrechten Achse auf. Infolge des engen Abstands zur Platten-Oberfläche, ist die Spule 24 mit den angrenzenden Leitern 2 und 4 induktiv gekoppelt. Die Pointer-Spule 24 wirkt als Primärspule eines Transformators mit den Gitterdrähten 2 und 4 als Sekundärwicklung.

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Die Spule 24 des Pointers 22 wird durch einen Zündkreis 26 zur Induzierung von Signalen in den Sekundären erregt. Der Zündkreis 26 schließt den Kondensator 28 ein, der mit der Anode eines steuerbaren SiIiziumgleichrichters (SCR) 30, verbunden ist. Die Kathode des SCR ist mit der Pointer-Spule 24 verbunden. Der Steuer- oder Gateanschluß des SCR ist mit einem Logik-und Steuerschaltkreis 32 verbunden, der Impulse mit einer festen Frequenz von 100 Hz in dieser bevorzugten Ausführungsform erzeugen kann. An einem bestimmten Punkt jedes einzelnen Taktes des Signalausgangs des Steuerkreises 32 bewirkt ein auf die Gate- oder Steuerelektrode gegebener Impuls, der niedriger als das Kathodenpotential des SCR 30 ist, das Durchschalten des SCR 30, wodurch die Entladung des Kondensators 28 durch die Pointer-Spule 24 ausgelöst wird. Wenn der SCR 30 durchschaltet, induziert der daraus resultierende, in der Pointer-Spule 24 erzeugte Induktionsfluß Strom in den benachbarten Leitern. Der in den Leitern 2 induzierte Strom erzeugt nun wiederum Schwinungs- oder Spannungswellen, in dem angrenzenden Bereich des magnetostriktiven Elements 8. Die Spannungswellen breiten sich in beiden achsialen Richtungen nach den Sensorspulen 11 und 13 hin aus. Bei Erreichen der Bezugspunktposition am magnetostriktiven Element 8, an denen die entsprechenden Sensor-Spulen 11 und 13 um das Element 8 angeordnet sind, bewirken die Spannungswellen, daß elektrische Impuls-Signale an den Ausgängen der entsprechenden Sensor-Spulen 11 und 13 erzeugt werden, wobei diese Impuls-Signale durch die zugeordneten Vorverstärker 12 und 14 verstärkt werden. Jedes verstärkte Impuls-Signal kann dazu verwendet werden, einen Zähler zu stoppen, wie dies nachfolgend noch im Einzelnen erläutert wird.

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Um zu verhindern, daß die Spannungswellen beim Erreichen der Enden des magnetostriktiven Elements 8 zurück reflektiert werden, können die Dämpfungselemente 6, auf denen die Enden des magnetostriktiven Elements 8 gelagert sind, aus einer Materialkombination von Filz und Hartgummi bestehen. Diese Materialkombination wurde als geeignet für eine ausreichende Dämpfung der an den Enden des magnetostriktiven Elements 8 ankommenden Impulse befunden, sodaß die Amplitude der Reflektionen weit unter der Ansprechamplitude liegen, auf die die Sensor-Spulen 11 und 13 mit den Vorverstärkern 12 und 14 ansprechen, um Ausgangsimpulse ausreichender Amplitude zur Aktivierung des Steuerstromkreises 32 abzugeben.

Der in der Figur 1 dargestellte Digitizer ist für die Messung von zwei orthogonalen Koordinaten, eine dieser wird mit X-Koordinate, und die andere als Y-Koordinate bezeichnet. Zur Bestimmung der Y-Koordinate ist ein zweites magnetostriktivas Element 8' orthogonal zum ersten magnetostriktiven Element 8 auf Dämpfungselementen 6' angeordnet. Das magnetostriktive Element 8' ist mit einer Teflon-Hülle 10' ummantelt, auf der eine schraubenförmige Vormagnetisierungs-Wicklung 18' aufgebracht ist, die, obwohl nicht notwendig, vorzugsweise mit der schraubenförmigen Vormagnetisierungs-Wicklung 18 in Serie geschaltet ist, sodaß ein einziger Vormagnetisierungs-Strom zur Löschung und Wiederherstellung beider magnetostriktiver Elemente 8 und 8' dient.

Ein Paar Sensorspulen 11'und 13' und ein Paar Vorverstärker 12'und 14' sind für die Y-Koordinate zur Erfassung der magnetostriktiven Spannungswellen vorgesehen, die sich zur Bestimmung einer Y-Koordinate ent-

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lang des magnetostriktiven Elements 8' fortpflanzen.

In der Figur 3 ist in einem Diagramm die Reihenfolge der induktiven Schritte mit Bezug auf das X- Y-Koordinatensystem dargestellt. Das Gitter orthogonaler Sätze parallel zueinander angeordneter Leiter auf einer Datenplatte definiert eine zweidimensionale Koordinatenebene auf der Fläche über die der Pointer 24 bewegt wird. Obwohl der jeweils erste und letzteoLeiter der jeweiligen Anzahl von Leitern in der Figur 1 durch eine bestimmte Entfernung von den benachbarten Sensorspulen getrennt ist, sollte in der Praxis doch dieser Abstand so klein wie möglich sein. Der Abstand oder die Entfernung, die die Sensor-Spulen 11 und 13 trennt, wird als Referenz-Dimension X _f bezeichnet. X _f stellt den Ma-

lß ximal-Abstand dar, der in X-Richtung entlang der Datenplatte gemessen werden kann. Ebenso stellt die die Sensor-Spulen 11' und 13' trennende Dimension Y _ den maximal messbaren Abstand auf der Datenplatte in Y-Richtung dar. Die Werte X _f und Y sind unter Standardbedin-

gungen festgelegt worden und werden anschließend als Bezugswerte für die Kalibrierung verwendet. ·

Wie bereits erwähnt, erzeugt die Spule 24 auf einen vom Zündkreis 26 empfangenen Impuls einen Fluß. Dieser Fluß in der Spule induziert Strom in den angrenzenden Leitern, wobei dieser Strom entlang der sich transversal der X-Achse erstreckenden Leiter und entlang-, der. sich transversal der Y-Achse erstreckenden Leiter in beiden Richtungen fließt.

Der zu den jeweiligen magnetostriktiven Elementen geleiteten Strom induziert in dem dem stromführenden Leiter nächstliegenden Bereich des magnetostriktiven Elements

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entgegengesetzt voneinander sich ausbreitenden Spannugswellen. Die Punkte oder Stellen, an denen die Spannungswellen in den jeweiligen magnetostriktiven Elementen induziert werden, sind in der Figur 3 mit den Buchstäben A und B gekennzeichnet. Der Induktion von Spannungswellen am Punkt A im magnetostriktiven Element 8 folgend, pflanzen sich die Spannungswellen in beiden achsialen Richtungen nach den entsprechenden Enden des magnetostriktiven Elements hin fort. Die nach links sich fortpflanzende Spannungswelle legt eine Entfernung oder Distanz X.. zurück, ehe sie die auf dem linken Ende des magnetostriktiven Elements 8 angeordnete Sensor-Spule 11 erreicht. Die sich nach rechts fortpflanzende Spannungswelle legt eine Entfernung oder Distanz X₂ zurück, ehe sie die auf dem anderen Ende des magnetostriktiven Elements 8 angeordnete Sensor-Spule 13 erreicht. Die an der Sensor-Spule 11 ankommende Spannungswelle induziert einen Impuls der vom Vorverstärker 12 verstärkt wird. Die entgegengesetzt laufende Spannungselle induziert in der Sensor-Spule 13 einen Impuls, der im Vorverstärker 14 verstärkt wird.

Wie noch mit Bezug auf Figur 4 im Einzelnen zu beschreiben ist, stoppt der Impulsausgang von beiden dem magnetostriktiven Element zugeordneten Vorverstärkern 12 und 14 eine Zählfolge in einem zugeordneten Zähler. Diese Zählfolgen wurden gleichzeitig von einem vom Zündkreis auf die Spule 24 gegebenen Impuls gestartet. Diese Zählungen stellen die Laufzeiten der entgegengesetzt sich fortpflanzenden Spannungswellen im magnetostriktiven EIement 8 dar. Auf die gleiche Weise werden die Zählungen erfaßt, die die Laufzeiten der entgegengesetzt sich fortpflanzenden Spannungswellen im magnetostriktiven Element.8' darstellen. Da die Fortpflanzungs-Ge^chwindigkeit einer

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Spannungswelle in dem verwendeten speziellen magnetostriktiven Material bekannt ist, stellen diese Zählungen (d.h., die Laufzeit) den durch die Spannungswelle zurückgelegten Weg dar. Diese Distanzen sind entsprechend mit X., X_, Y₁ und Y_ in Figur 3 bezeichn et. Diese Größen stellen die nicht-kalibrierten Koordinaten-Dimensionen der Pointer-Position dar. Zum Beispiel mit Bezug auf das X-Y-Koordinaten-System, im Wesentlichen dargestellt durch den vertikalen Leiter an der äußersten _in linken Seite und den horizontalen Leiter in der untersten Position der Figur 3, die Koordinaten der Spule 24 X und Y₁ sein.-Wenn jedoch die magnetostriktiven Elemente variierenden Verhältnissen ausgesetzt sind, werden die Koordinaten X₁, Y₁ nicht identisch mit den wahren Ko-(. ordinaten des Pointers 22 sein und eine Korrektur erfordern. Diese Korrektur erfolgt durch ein kalibrieren der Distanz X₁+ X₀ mit Bezug auf die Distanz X ^. Ebenso wird die Distanz Y₁ ⁺^₂ ^{mit Bezu}9 ^au^ die Distanz Y _ kalibriert. Auf diese Weise kann eine selbständige Korrektur für die X₁- und Y.-Dimensionen durch Verwendung der X₀- und Y₉-Dimensionen durchgeführt werden. Die Korrektur ist eine ratiometrische Proportionalität, ermittelt durch Verwendung der spezifischen Konstante X _ , die in einem Verhältnis zur Größe der Datenfläche ist. Diese ratiometrische Proportionalität kann wie folgt ausgedürckt werden:

^Xcor ^{= (X}ref^/(X1 ⁺ V^{} X}1

worin X die korrigierte X-Koordinate ist. Die Y-Korcor

rektur wird auf die gleiche Weise errechnet, d.h., ^Ycor = ^(Yref^/(Y1 ⁺ V> ^Y1'

worin Y die korrigierte Y-Koordinate ist. Diese Becor

rechnungen werden mittels eines Rechners durchgeführt, der in Verbindung mit Figur 4 beschrieben wird.

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Folglich, im Gegensatz zu den bereits gewürdigten Digitizern des Standes der Technik, worin die Distanzen X₁ und X + X im getrennten Impuls-Schritten digitalisiert werden, hat vorliegende Erfindung den Vorteil, daß die Distanzen X₁ und X gleichzeitig, ausgelöst durch einen einzigen Impulsschritt, gemessen werden aus der dann die kalibrierte Größe oder Menge X₁ + X erreichnet werden kann. Diese ratiometrische Proportionalitäts-Berechnung zur Kalkulation eines korrigierten Digitaldarstellungs-Wertes für jede gemessene Koordinate ist im Einzelnen im US-P 4,018,989 offenbart, ein Patent, welches dem Rechtsnachfolger als Anmelder dieser Anmeldung übertragen wurde. Der im US-P 4,018.989 offenbarte Digitizer erfordert jedoch eine Folge-Impulsgabe, wodurch die Digitisierung der jeweiligen Dimensionen X₁, X₂, Y₁, und Y₂, aufeinanderfolgend ausgeführt wird. Der vorteilhafte Aufbau vorliegender Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Messung der Dimensionen X₁, X₃, Y.., und Y₃, mit dem Resultat, daß die Geschwindigkeit der Digitalisierung erheblich verbessert wird. Mit diesen Korrekturen werden Linearität sSchwankungen bei großen Datenplatten, die durch Übertragungsmedien-Anomalien , wie Drahtbeschaffenheit oder Ungleichförmigkeit des Drahtes, die die Charaktiristik des Drahtes verändern, sowie andere Schwankungen durch Licht, Temperatur, Herstellungsfehler etc., kompensiert. Das Korrektursystem hat außerdem absolute Genauigkeit und Jslull-Temperaturabhängigkeit. Die Digitalisierungsverfahren für die korrigierten X- und Y-Werte werden kontinuierlich ausgeführt. Die Quotienten werden demzufolge nacheinander, nach jeder der aufeinanderfolgenden X- und Y-Wert-Readings und -Schwankungen in Langzeitals auch Kurzzeit-Charakteristiken vollständig gestrichen oder gelöscht.

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Die Figur 4 zeigt den elektronischen Schaltungsaufbau der Erfindung, wobei eine Anzahl der Elemente im Block dargestellt sind.

Wie bereits vorhergehend erläutert, kann der Pointer in Form eines Schreibers, eines Schiebers oder Läufers sein, Er weist eine Spule 24 oder andere einen Fluß erzeugende Mittel nächst seinem unteren Ende oder an der unteren Fläche auf, und ist mittels eines Leiters 34 mit einer Zeitschaltung oder einem Zündkreis 26 gekoppelt, der den steuerbaren Siliziumgleichrichter (SCR) 30 und den Kondensator 28 einschließt. Der Zündkreis wird wiederum von Triggerimpulsen gesteuert, die auf geeignete Weise von einer externen Quelle 36 abgeleitet werden können. Die Art und Weise der Einleitung von Triggerimpulsen kann durch einen Mehrpositionsschalter (nicht dargestellt) gesteuert werden, wie dies in der US-Patentanmeldung 162,311 beschrieben und dargestellt ist. Es kann zum Beispiel ein Computer oder eine ähnliche externe Steuereinheit dafür eingesetzt werden, die die Triggerimpulse liefert und zur Verfügung stellt, es kann ein kontinuierlicher Triggerschaltkreis (nicht dargestellt) im Zusammenwirken mit einer Geschwindigkeits-Steuerung (nicht dargestellt) zur Veränderung der Frequenz der Auslöseimpulse, oder ein manuell betätigbarer Signalimpuls-Steuerschaltkreis in Form eines monostabilen Multivibrators (nicht dargestellt) mit einem Handschalter (nicht dargestellt) für die manuell steuerbare Impulsrate von einem monostabilem Multivibrator vorgesehen werden. Die kontinuierliche Triggerschaltung und der monostabile MuI-tivibrator können herkömmliche Bauelemente sein, und das rechner-gesteuerte Signal kann von einem Computer oder von jeder anderen externen Triggersignal-Quelle abge-

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nommen werden. Diese Merkmale sind einem Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekannt, und sind in der vor erwähnten Patentanmeldung offenbart.

Wie bereits beschrieben, werden die X-und Y-erzeugten magnetostriktiven Störungen von den Sensor-Spulen 11, 11', 13, 13' aufgenommen und dann durch die zugeordneten Vorverstärker 12, 12', 14, 14' verstärkt. Die verstärkten Impulse werden dem entsprechenden Schwellwert-Diskriminator 38, 40, 42 bzw. 44 zugeführt. Die Schwellwert-Diskriminatoren 38, 40, 42, 44 sind mit den Eingängen üblicher bistabiler Flip-Flops 46, 48 , 50 bzw. 52 gekoppelt. Ein Ausgang jedes Flip-Flops ist mit dem Eingang eines zugeordneten UND-Gatters 54, 56, 58 bzw. 60 verbunden, und der Ausgang jedes einzelnen UND-Gatters 54, 56, 58 und 60 ist für die Aufnahme eines Taktsignals mit einem Taktimpulsgeber 70 verbunden. Alle Zähler 62, 64, 66 und 68 sind mit einer Zentraleinheit (CPU) 72 gekoppelt. Die CPU 72 erhält Digitaldaten von jedem der Zähler 62, 64, 66 und 68, die die gemessene Dimension X-, X₂, Y₁ und Y„ darstellen. Die CPU 72 ist zudem mit einem Auslösespeicher (ROM) 74 verbunden, in welchem ein Programm gespeichert ist.

Nachfolgend wird nun der Betriebsablauf der bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung mit Bezug auf die Figur 4 beschrieben. Das Signal, welches den SCR 36 im Zündschaltkreis 26 veranlaßt durchzuschalten, wird entlang einer Leitung 74 empfangen. Dieses Signal ist in Form eines Triggerimpulses und kommt vom Ausgang einer Triggereinheit 36. Dieser Triggerimpuls wird gleichzeitig über eine Leitung 76 einem Rückstellanschluß R zugeführt, wobei die Vorderflanke des Triggerimpulses zur zur Rückstellung der Zähler 62, 64, 66 und 68 auf herkömmliche Weise eingesetzt oder verwendet wird. Gleich-

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zeitig wird das Triggersignal invertiert und einem weiteren UND-Gatter 78 zugeführt/ das nachfolgend noch beschrieben wird. Zusätzlich wird das Triggersignal simultan jedem der FLIP-FLOPs 46, 48, 50 und 52 über eine Phasensynchronisierungs-Schaltung 80 zugeführt. Die Phasensynchronisierungs-Schaltung 80 verzögert das Triggern der FLIP-FLOPs 46, 48, 50 und 52 zeitlich, um sicherzustellen, daß der Taktimpuls in voller Breite vom Taktimpulsgeber 70 auf die UND-Gatter 54, 56, 58 und 60 gegeben werden kann. Das an den FLIP-FLOPs 46, 48, 50 und ankommende Trigger-Signal bewirkt,daß jedes FLIP-FLOP einen Zustand erhält, der die mit diesen FLIP-FLOPs gekoppelten UND-Gatter 54, 56, 58 und 60 für den Durchgang der Taktimpulse vom Taktimpulsgeber 70 freigibt. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Taktimpulsgeber 70 eine Frequenz von 20 MHz. Damit beginnt jeder Zähler oder Counter eine digitale Zahl zu akkumulieren. Die Zählung in jedem Zähler wird akkumulierend solange fortgesetzt, bis ein Signal vom zugeordneten Schwellwert-Diskriminator 38, 40, 42 oder 44 eintrifft, welcher den ersten Nulldurchgang nach Passieren des eingestellten Minimum-Schwellwertes im Schwellwert-Diskriminator-Schaltkreis ausgelöst wird. Die Erfassung eines Impulses an diesem Punkt durch den jeweiligen Schwellwert-Diskriminator dient der Rückstellung der zugeordneten FLIP-FLOPs 46, 48, 50 und 52, wodurch die Arbeit der zugeordneten UND-Gatter 54, 56, 58 und 60 blockiert und eine Beendigung der Zählung in den entsprechenden Zählern bewirkt wird. Die Spanne zwischen den Triggerimpulsen ist ausreichend, um die X- und Y-Koordinaten-Spannungswellen, die sich in den jeweiligen magnetostriktiven Elementen 8 und 8' fortpflanzen, vor Auslösung des nächstfolgenden Triggerimpulses abklingen lassen. Die bereits erläuterte Zähler-Rückstellung wird durch die Vorderflanke des Triggerimpulses, und die Freigäbe der UND-Gatter, d.h., den Start der Zählung durch

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die Rückflanke des Triggerimpulses ermöglicht.

Die komplementären Ausgänge der FLIP-FLOPs 46, 48, 50 und 52 werden jeweils mit einem separatem Eingang des vorerwähnten UND-Gatters 78 gekoppelt. Das UND-Gatter 78 ist übereinstimmend nur während der Zeitdauer nach Komplettierung der Zähl-Akkumulation freigegeben, jedoch auch nur, ehe die Zähler durch den Triggerimpuls rückgestellt werden. Der Ausgang des freigegebenen UND-Gatters 78 liefert ein Data Reading-Signal, das für die übertragung der akkumulierten Zählung über entsprechend angepaßte Ausgangseinheiten durch Freigabe der UND-Gatter 82 und 84 verwendet werden kann. Zum Zweck der Illustration kann das Gatter 78 zusammen mit Signalausgängen durch die CPU 72 eingesetzt werden, um entweder das Gatter 82 oder das Gatter 84 freizugeben, wenn es gewünscht wird, diese Information besonders zu nutzen. Zum Beispiel würde die Freigabe des UND-Gatters 78 erlauben, die Ausgabe von Daten aus der CPU 72 auf einen Digital-Analog-Wandlerschaltkreis 86 zur Umwandlung der Digitaldaten in ein Analogsignal durchzuführen, welches für die Darstellung auf einem Anzeige- oder Darstellungsgerät 88 geeignet ist. Das Darstellungsgerät kann eine herkömmliche Kathodenstrahlröhre sein. Alternativ kann eine Speicherung der Information in einem Computer oder in einem anderen permanenten Datenspeichergerät erfolgen, wobei das Gatter 84 für die Ausgabe von Daten aus der CPU 72 zu einer Datenspeicher-Einheit 90 freigegeben wird.

Wie bereits vorhergehend erwähnt, empfängt die CPU 72 die binäre Zählung in Digitalform, wobei diese Zählungen die Dimensionen X₁, X„, Y., und Y~ darstellen. Die CPU 72 erhält auch, wie vorgehend erläutert, die Dimensionen X _f und Y _f in Digitalform vom ROM 74, in wel-

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chem diese Referenz-Dimensionen permanen gespeichert sind. Im ROM 74 ist auch ein Programm gespeichert, das aus Instruktionen zur Ausführung der Korrektur, basierend auf der bereits beschriebenen ratiometrischen Proportionalitäts-Kalkulation, besteht. Gemäß dieser Instruktionen kalkuliert die CPU X und Y aus X₁,

cor cor ι

V ^Xref ^bzW· ^aUS V ^Y2' ^Yref

In einer alternativen, nicht-dargestellten Ausführungsform wird die CPU mit der ROM durch ein Paar Additivkreise ersetzt, die beide mit einem Fehlerkompensations Schaltkreis und einem Lesekreis verbunden sind. Die Zäh lungen der X₁-und X- Zähler sind der Ausgang zum ersten Additivkreis zur Formung einer Quantität X₁+X_, die dann zum Fehlerkompensator gegeben wird, wo dann X₁ +Xj mit X ,. verglichen wird. Der Fehlerkompensator erzeugt ein Fehlersignal, mit einer Amplitude, proportional zur Differung zwischen X₁+X-, und X ,., und gibt dieses Fehlersignal über den Ausgang zum Lesekreis,wo es auf den X₁-Bezugspunkt gegeben wird, um X zu erhalten. Y kann auf dieselbe Weise errechnet werden, cor

In einer anderen Ausführungsform wird das aus der Figur 4 ersichtliche parallele Digitalisieren durch eine Folge-Digitalisierung ersetzt. In diesem Fall werden zwei der Zähler, zusammen mit den zugehörigen Schwellwert-Diskriminatoren, FLIP-FLOPs und UND-Gattern entfernt. Die Vorverstärker 12 und 14 sowie die Vorverstärker 12' und 14' werden dann abwechselnd mit dem verbleibenden Paar Schwellwert-Diskriminatoren während alternierender Impulse vom Zündkreis 26 verbunden. Zum Beispiel können die Vorverstärker 12 und 12' mit dem Schwellwertdiskriminator 38 über eine entsprechende Schaltung verbunden werden. Ein Schaltkreis könnte für die Verbindung des Eingangs des Schwellwertdiskriminators 38

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zum Ausgang des Vorverstärkers 12 während eines ersten Triggerimpulses, und zum Ausgang des Vorverstärkers 12' während des nächstfolgenden Triggerimpulses vorgesehen werden. Die Ausführung einer solchen Schaltung ist einem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig. Zuerst werden die X- und X -Dimensionen bestimmt und gespeichert, und dann die Y.- und Y -Dimensionen bestimmt. Diese X- und Y-BeStimmungen wird in alternierender Folge fortgesetzt.

In einer weiteren, aus der Figur 5 ersichtlichen Ausführungsform können piezoelektrische Geber 91 und 92 die Sensor-Spulen 11 und 13 am magnetostriktiven Element 8, und die Sensor-Spulen 11'und 13' am magnetostriktiven Element 8' ersetzen. Das in Figur 5 dargestellte piezoelektrische Element zeigt, daß die Enden der piezoelektrischen Geber 91 und 92 mit den Eingängen der Vorverstärker 12 und 14 verbunden sind. Die anderen Enden der piezoelektrischen Geber sind mit dem magnetostriktiven Element mittels eines Epoxid-Harzes verbunden. Die piezoelektrischen Geber können in diesem Fall piezoelektrische Geber der Dehnstreifen-Type sein. Die Verwendung von piezoelektrischen Gebern zur Erfassung sich fortpflanzender Spannungswellen ist besonders vorteilhaft, da eine Vormagnetisierung der piezoelektrischen Geber nicht erforderlich ist und dadurch entfällt, folglich können die Permanentmagnete 15, 15', 16 und 16' (Figur 1) eliminiert werden. Darüberhinaus benötigen die piezoelektrischen Geber keine magnetische Abschirmung von der Pointer-Spule. Im Gegensatz dazu müssen die Sensor-Spulen 11 und 13 magnetisch abgeschirmt werden, um zu unterbinden, daß die Sensor-Spulen einen Störimpuls aufnehmen, wenn die Pointer-Spule 24 in der Nähe der Sensor-Spule ist.

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Das Auflösungsvermögen des Systems ist eine Funktion der Taktfrequenz, und nicht des Abstands benachbarter parallel angeordneter elektrischer Leiter 2 und 4. Es wird jedoch als erforderlich erachtet, den Abstand zwisehen den parallel angeordneten elektrischen Leitern möglichst klein zu halten, um sicherzustellen, daß zumindest ein und vorzugsweise mehrere Leiter immer unmittelbar nächst der Pointer-Spule 24 sind, um zuverlässiger Signale sicher zu sein, und um den Signal-Amplituden-Prall minimal zu halten, wenn der Pointer über die Plattenfläche bewegt wird. Folglich, der Leiterabstand sollte eine Funktion des Durchmessers der Spule 24 sein. Im Falle eines Schiebers, an welchem eine relativ große Spule 24 verwendet wird, kann ein gegenüber einem Schreiber mit einer wesentlich kleineren Spule ein größerer Abstand vorgesehen werden.

Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Spannungswellen entlang der magnetostriktiven Elemente 8 und 8' beträgt etwa 5,000 m/sec.. Demzufolge sind es .01" in 50 Nano-Sekunden. Da diese 50 Nano-Sekunden die Schwingungsdauer des 20 MHz-Taktimpulsgebers 70 ist, wird es ermöglicht, bis zu 100 Zeilen pro Zoll aufzulösen. Durch Erhöhung der Frequenz des Taktimpulsgebers 94 erhöht sich das Auflösungsvermögen. So würde zum Beispiel ein 200 MHz-Taktimpulsgeber ein Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 1,000 Zeilen pro Zoll haben. Eine kostengünstige Ausführungsform mit einem mittleren Auflösungsvermögen von 200 Zeilen pro Zoll kann mit einer Bauart erreicht werden, mit der das Zählen an der Vorderkante und an der Hinterkante der Impulse von einem 20 MHz-Taktimpulsgeber stattfinden kann. Daraus ergibt sich bei der Verwendung eines nicht-elektrischen Fortpflanzungs-Mediums, d.h., eines magnetostriktiven Elements, daß das

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Signal mit einer kontinuierlichen, gleichmäßigen Geschwindigkeit fortgepflanzt wird. Folglich wird das Auflösungsvermögen dieses Systems nur durch die Frequenz des Taktimpulsgebers 70 begrenzt und ist unabhängig von der Charakteristik des Signal-Fortpflanzungsmediums .

Infolge der eingebauten Kalibrierfunktion, die durch die Verwendung von vier Sensor-Spulen und vier Zählern gegeben wird, ist es möglich, automatisch die Größe der verwendeten Platte zu bestimmen, d.h., -durch Messung von X..+X„ und Y₁+Y„. Dadurch kann ein einzelner Logik-Steuerkreis ungeachtet der Plattengröße im System eingesetzt werden. Die programmierte zentrale Verarbeitungseinheit kann die Maßstabs- oder Untersetzungsfaktoren erstellen, um temperatur-bezogene und andere Fehler zu korrigieren, zum Beispiel Fehler durch Strekkung des Papiers an welchen Koordinaten-Messungen vorzunehmen sind, Maßstabsfehler, Fehler, die Temperatureinflüssen und unrichtigen Maßstäben zuzuschreiben sind, können als innerhalb der vorbestimmten Grenzen korrigiert werden. Die Logik- und Steuerschaltung 32 kann adaptiert werden, die Bereiche von (X..+X_)- und (Y..+Y₂)-Werten zu bestimmen, und, abhängig von dem Bereich, in den diese Werte fallen, kann die Platte als in der vorbestimmten Dimension betrachtet werden, die den angezeigten Bereich entspricht. Separate BereichsbeStimmungen können für X- und Y-Richtungen gemacht werden, sodaß zum Beispiel eine 14" χ 14" -Platte von einer 14" χ 17"-Platte unterschieden werden kann. Nachdem die Dimensionen der Platte automatisch bestimmt worden sind, kann die entsprechende Maßstabänderung vorgenommen werden, um kleinere Abweichungen zu korrigieren, die Temperatureinflüssen und Maßstabfehlern zuzuschreiben sein können.

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Die vorhergegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dient lediglich er Erläuterung der Erfindung, wie sie in den anliegenden Ansprüchen definiert ist, und stellt keine Beschränkung der Erfindung auf dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel dar. Abwandlungen können einem Fachmann auf diesem Gebiet durchaus ersichtlich werden, die jedoch als im Umfang und Geist der hierzu offenbarten erfinderischen Idee zu betrachten sind.

- Leerseite -

Claims (24)

1. PATENTANWÄLTE .,

   DR.-ING. G. RIEBUNG DR. ING. R RIESLING

   Dipl.-Ing., Ing. (grad.) Dipl.-Ing.

   EUROPEAN PATENT ATTORNEYS ^ _ „ _ _ _ _Λ

   Unser Zeichen /our ref.:

   S 820-36-si

   Bitte in der Antwort wiederholen

   i_hr zeichen mre Nachricht vom D-8990 Lindau (Bodensee)

   Rennerle 10 · Postfach 3160

   Betreff: Anmelder: Summagraphics Corporation, 777 State Street Extension, Fairfield, Connecticut 06430/USA

   Ii Patentansprüche

   1!

   = 1. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät = s

   II gekennzeichnet durch

   f™ (a) eine Platte (1) mit einer Oberfläche und einer Viel-

   f zahl erster parallel-abständlichdarin angeordneter elek-1_ 5 trischer Leiter (2) ,

   (b) einem ersten magnetostriktiven Element (8) auf dieser Platte (1) mit der Achse transversal zu den ersten elektrische Leitern (2), das magnetostriktive Element (8) in.induktiver Koppelung mit den ersten elektrischen Leitern (2) derart daß entgegengesetzt sich fortpflanzende erste und zweite Spannungswellen im magnetostriktiven Element (8) durch einen Stromimpuls in einem der ersten elektrischen Leiter (2) erzeugt werden,

   (c) einen über die Oberfläche der Platte (1) beweglichen Pointer (22) mit einem einen Fluß erzeugenden Element, welches mit mindestens einem der Vielzahl erster elektrischer Leiter (2) induktiv gekoppelt ist, wenn der

   Teleohon- Telex- Facsimilie/Telefex· Bankkonten: Postscheckkoni

   « Lindau (u-83 82) 5 43 74 (patent-d) +49-83 82-5027 Bayer. Vereinsbank Lindau (B) Nr. 120 8578 (BLZ 735 200 7*) München 295 2!

   25 Telegramm-Adresse: Group Il + III Hypo-Bank Lindau (B) Nr. 6670 278920(BLZ 733 204 42)

   patri-lindau Volksbank Lindau (B) Nr. 51720000 (BU 735 901 20)

   Pointer (22) derart anliegend der Plattenoberfläche ist, daß ansprechend auf einen Stromimpuls in dem einen Fluß erzeugenden Element ein induzierter Stromimpuls in dem induktiv gekoppelten elektrischen Leiter (2) erzeugt wird,

   (d) eine elektrische Stromimpuls-Quelle in elektrischer Verbindung mit und für die Abgabe eines elektrischen Steuerimpulses auf das einen Fluß erzeugende Element (24) ,

   (e) eine erste und eine zweite Sensor-Anordnung in einer ersten und einer zweiten Referenz-Position mit Bezug zu und in Anordnung an dem ersten magnetostriktiven Element (8), wobei¹ jede der Sensor-Anordnungen für die Abgabe eines Impulssignals bei Erfassung einer an der Referenz-Position eintreffenden Spannungswelle ausgebildet ist.
2. 2. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Zähler-Anordnung operativ verbunden mit und ansprechend auf die Abgabe eines Stromimpulses durch die Stromimpuls-Quelle mit der Zählung beginnt, und die erste und zweite Zähler-Anordnung jeweils operativ verbunden mit und ansprechend auf ein impulsförmiges Signal von der ersten bzw. zweiten Sensor-Anordnung die Zählung stoppt.
3. 3. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechner-Anordnung für die Ausführung einer ratiometrischen Proportinalitäts-Berechnung in Übereinstimmung mit einem Programm und eine Speicher-Anordnung zur Speicherung dieses Programms, sowie eine die Laufzeit einer von der ersten Referenz-Position zur

   zweiten Referenz-Position entlang des ersten magnetostriktiven Elements (8) sich unter Standardbedingungen fortpflanzenden Spannungswelle erste Bezugsadresse vorgesehen ist, wobei die Rechner-Anordnung für den Empfang erster und zweiter Gruppen, die gestoppte Zählung in der ersten bzw. zweiten Zähler-Anordnung darstellender Datensignale und einer dritten Gruppe die in der Speicher-Anordnung gespeicherte erste Bezugsadresse darstellender Datensignale ausgelegt ist, und die Rechner-Anordnung ein die wahre Positions-Koordinate des Pointers mt Bezug auf die erste Referenz-Position darstellendes korrigiertes Datum aus den Zählungen und der Bezugsadresse mittels der ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung erstellt.
4. 4. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor-Anordnung aus einem induktiven Element (11,13) besteht, das mit dem ersten magnetostriktiven Element (8) induktiv gekoppelt ansprechend auf das Eintreffen einer sich fortpflanzenden Spannungswelle an der jeweiligen Referenz-Position eine elektrische Spannung erzeugt.
5. 5. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor-Anordnungen aus piezoelektrischen Elementen (91,92) bestehen, die mit dem ersten magnetostriktiven Element (8) zur Fortpflanzung einer Spannungswelle vom ersten magnetostriktiven Element (8) zum jeweiligen piezoelektrischen Element (91,92) gekoppelt sind und ansprechend auf das Eintreffen einer sich fortpflanzenden Spannungswelle an der jeweiligen Referenz-Position eine elektrische Spannung erzeugen.
6. 6. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Anlegen eines konstanten Magnetfeldes in der ersten und zweiten Referenz-Position.
7. 7. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Anlegen eines konstanten Magnetfeldes aus einem Paar Magneten (15,16) besteht, die im Bereich der ersten bzw. zweiten Referenz-Position angeordnet sind.
8. 8. Automatisches Positionskoordinaten-Bestinunungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpuls-Quelle aus einem Zündkreis (26) einschließlich eines steuerbaren Siliziumgleichrichters (30) besteht.
9. 9. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung für das Aufbringen einer Vormagnetisierung auf den sich zwischen den ersten und zweiten Referenz-Positionen erstreckenden Bereich des ersten magnetostriktiven Elements (8) vor dem Ausssenden eines Stromimpulses auf das einen Magnetfluß erzeugende Element.
10. 10. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungs-Anordnung aus einer das erste magnetostriktive Element (8) umgreifenden Wicklung mit einer Anordnung zur Erregung der Wicklung besteht.
11. 11. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine erste und zweite Anordnung zur Verstärkung des impulsförmigen Signalausgangs der ersten bzw. zweiten Sensor-Anordnung, und eine erste und zweite Anordnung jeweils verbunden mit der ersten und zweiten Verstärker-Anordnung für die Erfassung eines verstärkten impulsförmigen Signals mit einem Kennwert höher als der eines vorbestimmten Schwellwertes, und auf die Erfassung ansprechend Abgabe eines Sperrimpulses.
12. 12. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch erste und zweite Zähler-Anordnungen in operativer Verbindung und ansprechend auf einen Stromimpuls von der Stromimpuls-Quelle für den Start der Zählung, und die erste und zweite Zähler-Anordnung in operativer Verbindung und ansprechend auf einen von der ersten bzw. zweiten Schwell wertdetektor-Anordnung ausgehenden Sperrimpuls für den Stopp der Zählung.
13. 13. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner aus einer Anordnung für die Errechnung eines ersten Verhältniswertes vom ersten Bezugsdatum zur Summe der Zählungen im ersten und zweiten Zähler, und eine Anordnung zur Errechnung des Produkts aus der Zählung im ersten Zähler und des ersten Verhältniswertes einschließt, wobei das Produkt die wahre Positions-Koordinate des Pointers (22) mit Bezug auf die erste Referenz-Position darstellt.
14. 14. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Digital-Analog-Wandleranordnung in Vernindung mit dem Rechner für den Empfang von Datensignalen, die das

    korrigierte Datum in Digitalform darstellen, und Aussenden eines Analogsognals, und eine mit dem Digital-Analog-Wandler verbundene Sichtanzeige für die das Analogsignal darstellenden Zahlensymbole.
15. 15. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit dem Rechner verbundene Datenspeicher-Anordnung für die Aufnahme und Speicherung Signaldaten, die das korrigierte Datum darstellen.
16. 16. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

    (a) eine Vielzahl zweiter parallel-abständlich in der Platte (1) angeordneter elektrischer Leiter (4) in Anordnung transversal zu und elektrisch isoliert vin den ersten elektrischen Leitern (2),

    (b) einem zweiten magnetostriktiven Element (8') auf dieser Platte (1) mit der Achse transversal zu den zweiten elektrischen Leitern (4) derart daß entgegengesetzt sich fortpflanzende dritte und vierte Spannungswellen im zweiten magnetostriktiven Element (8') durch einen Stromimpuls in einem der zweiten elektrischen Leiter (4) erzeugt werden, und

    (c) eine dritte und vierte Sensor-Anordnung in einer ersten und zweiten Referenz-Position mit Bezug zu und in An-Ordnung an dem zweiten magnetostriktiven Element (8'), wobei jede der Sensor-Anordnungen für die Abgabe eines impulsförmigen Signals bei Erfassung einer an der Referenz-Position eintreffenden Spannungswelle ausgebildet ist, und das einen Magnetfluß erzeugende Element mit mindestens einen der Vielzahl zweiter elektrischer Leiter (4) induktiv gekoppelt ist, wenn der Pointer (22) derart anliegend der Plattenoberfläche ist, daß ansprechend auf

    — 7 —

    einen Stromimpuls in dem einen Magnetfluß erzeugenden Element ein induzierter Stromimpuls in dem induktiv gekoppelten elektrischen Leiter erzeugt wird.
17. 17- Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine erste, zweite, dritte und vierte Zähler-Anordnung operativ verbunden mit und ansprechend auf die Abgabe eines Stromimpulses von der Stromimpuls-Quelle mit der Zählung beginnend, und die erste, zweite, dritte und vierte Zähler-Anordnung jeweils operativ verbunden mit und ansprechend auf ein impulsförmiges Signal von der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Sensor-Anordnung, durch das die Zählung gestoppt wird.
18. 18. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Zähler-Anordnung operativ verbunden und beginnend mit einem ersten Zählzyklüs durch einen ersten Stromimpuls von der Stromimpuls-Quelle, Beendigung des ersten Zählzykluses durch ein impulsförmiges Signal von der ersten und zweiten Sensor-Anordnung, simultan beginnend mit einem zweiten Zählzyklus durch einen zweiten Stromimpuls von der Stromimpuls-Quelle, und Beendigung des zweiten Zählzykluses durch ein impulsförmiges Signal von der dritten und vierten Sensor-Anordnung, wobei der erste und zweite Stromimpuls zu verschiedenen Zeiten abgegeben werden, während der Pointer (22) mit Bezug zur Plattenoberfläche in der gleichen Position ist.
19. 1 9. Automatisches Positionskoordinaten-rBestimmungsgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechner-Anordnung für die Ausführung einer ersten und zweiten Proportionalitäts-Berechnung in Übereinstimmung mit einem Programm, und eine Speicher-

    Anordnung zur Speicherung des Programms, sowie eine die Laufzeit einer von der ersten Referenz-Position zur zweiten Referenz-Position entlang des ersten und zweiten magnetostriktiven Elements (8,8') sich unter Standardbedingungen fortpflanzenden Spannungswelle ersten und zweiten Bezugsadresse vorgesehen ist, wobei die Rechner-Anordnung für den Empfang erster* zweiter, dritter und vierter Gruppen, die gestoppte Zählungen in der ersten, zweiten, dritten und vierten Zähler-Anordnung darstellenden Datensignale und einer fünften und sechsten Gruppe die in der Speicher-Anordnung ersten und zweiten Bezugsadressen darstellenden Datensignale ausgelegt ist, und die Rechner-Anordnung ein die wahre Positions-Koordinate des Pointers mit Bezug auf die erste Referenz-Position des ersten magnetostriktiven Elements (8) korrigiertes erstes Datum, von den ersten und zweiten Zählungen und dem ersten Bezugsdatum mittels der ersten ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung ein die wahre Positions-Koordinate des Pointers mit Bezug zur ersten Referenz-Position des zweiten magnetostriktiven Elements (8') darstellendes korrigiertes zweites Datum, und von den dritten und vierten Zählungen und dem zweiten Bezugsdatum mittels einer zweiten ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung .
20. 20. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät gekennzeichnet durch (a)eine Platte (1) mit einer ebenen Koordinaten-Oberfläche, definiert durch wechselseitig senkrechte X- und Y-Koordinatenkreuze und einem Gitter, bestehend aus einer Vielzahl erster und zweiter parallel-abständlich angeordneter elektrischer Leiter (2,4), die zweiten elektrischen Leiter (4) in Anordnung im wesentlichen senkrecht zu den ersten elektrischen Leitern (2),

    — 9 —

    — Q _

    (b) erste und zweite magnetostriktive Elemente (8,8') auf dieser Platte (1) mit ihren Achsen jeweils transversal zu deren ersten und zweiten elektrischen Leiter (2,4),

    (c) eine Anordnung für die gleichzeitige Induktion von Stromimpulsen in zumindest einem Leiter der ersten Vielzahl elektrischer Leiter (2) und einem der zweiten Vielzahl elektrischer Leiter (4) an einem Punkt der Plattenoberfläche, und

    erste und zweite Sensor-Anordnungen jeweils in einer ersten und zweiten Referenz-Position mit Bezug zu und in Anordnung an dem ersten magnetostrktiven Element (8), und dritte und vierte Sensor-Anordnungen jeweils in einer ersten und zweiten Referenz-Position mit Bezug zu und in Anordnung an dem zweiten magnetostriktiven Element (8')f wobei jede der Sensor-Anordnungen für die Abgabe eines impulsförmigen Signals bei Erfassung einer an der Referenz-Position eintreffenden Spannungswelle ausgebildet ist,

    und wobei die magnetostriktiven Elemente (8,8') und die ersten und zweiten elektrischen Leiter mit induktiver Kopplung so arrangiert sind, daß entgegengesetzt sich fortpflanzende Spannungswellen in einem der magnetostriktiven Elemente (8,8') durch einen Stromimpuls in einem der elektrischen Leiter (2,4) erzeugt werden.
21. 21. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine erste, zweite, dritte und vierte Zähler-Anordnung operativ verbunden mit und ansprechend auf die Abgabe eines Stromimpulses von der Stromimpuls-Quelle mit der Zählung beginnend, und die erste, zweite, dritte und vierte Zähler-Anordnung jeweils operativ verbunden mit und ansprechend auf ein impulsförmiges Signal

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    von der ersten, zweiten, dritten und vierten Sensor-Anordnung, durch das die Zähling gestoppt wird.
22. 22. Automatisches Positionskoordinaten-Bestimmungsgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechner-Anordnung zur Ausführung erster und zweiter ratiometrischer Proportionalitäts-Berechnungen in Übereinstimmung mit einem Programm, und eine Speicher-Anordnung zur Speicherung dieses Programms vorgesehen ist, und erste und zweite Bezugsdaten vorhanden sind, die die jeweiligen Laufzeiten einer von der ersten Referenz-Position zur !zweiten Referenz-Position entlang des jeweiligen magnetostriktiven Elements sich fortpflanzenden Spannungswellen unter Standardbedingungen darstellen, wobei die Rechner-Anordnung so angeschlossen ist, die erste, zweite, dritte und vierte Gruppe Datensignale, die die gestoppten Zählungen der ersten, zweiten, dritten und vierten Zähler darstellen, und die fünfte und sechste Gruppe von Datensignalen, die die ersten und zweiten jeweils im Speicher gespeicherten Bezugsdaten darstellen, zu empfangen, und der Rechner ein erstes korrigiertes Datum abgibt, welches die wahre X-Koordinate des Pointers (22) aus der ersten und zweiten Zählung und dem ersten Bezugsdatum mittels der ersten ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung darstellt, und ein zweites korrigiertes Datum abgibt, welches die wahre Y-Koordinate des Pointers (22) aus der dritten und vierten Zählung und dem zweiten Bezugsdatum mittels der zweiten rationmetrischen Proportionalitäts-Berechnung darstellt.
23. 23. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Pointers in Bezug auf ein X-Y-Koordinatensystem definiert auf einer Datenplatte, wobei die Datenplatte ein Gitter elektrischer Leiter darin eingeformt aufweist, das Gitter aus einer Vielzahl erster und zweiter parallel zueinan-

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    der angeordneter Leiter bestehend, die erste Vielzahl elektrischer Leiter im wesentlichen senkrecht zur zweiten Vielzahl elektrischer Leiter, die elektrischen Leiter der ersten Vielzahl und zweiten Vielzahl jeweils induktiv gekoppelt mit ersten und zweiten magnetostriktiven Elementen, die Elemente mit jeweils einem Paar Sensor-Elementen induktiv gekoppelt zu den jeweiligen Enden in entsprechenden ersten und zweiten Referenz-Positionen, wobei die Sensor-Elemente zur Abgabe eines Impuls-Signals auf zugeordnete Zähler elektrisch verbunden sind, die nach Erfassung einer an den jeweiligen Referenz-Positionen ankommenden sich fortpflanzenden Spannungswelle das Signal abgeben, das Verfahren gekennzeichnet durch die Verfahrens- schritte -

    a) Plazierung eines Pointers unmittelbar auf der Plattenoberfläche ,

    b) Erzeugung eines Magnetflusses am Pointer, ausreichend für Stromimpulse, die an mindestens einem der ersten Vielzahl elektrischer Leiter und an mindestens einem der zweiten Vielzahl elektrischer Leiter induziert werden,

    c) gleichzeitiger Start der Zähler in dem Moment, wenn der Magnetfluß erzeugt ist,

    d) Induzierung entgegengesetzt sich fortpflanzender Spannungswellen in dem ersten magnetostriktiven Element angrenzend dem Leiter der ersten Vielzahl, der den induzierten Stromimpuls aufweist, und gleichzeitig Induzierung entgegengesetzt sich fortpflanzender Spannungswellen in dem zweiten magnetostriktiven Element angrenzend dem Leiter der zweiten Vielzahl, der den induzierten Stromimpuls aufweist,

    e) Erfassung jeder der sich fortpflanzenden Spannungswellen durch die jeweiligen Sensor-Elemente bei Erreichen derselben,

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    f) Abgabe eines impulsförmigen Signals im Moment der Erfassung der ankommenden Spannungswelle durch die Sensor-Elemente auf den Zähler zum Abstoppen der Zählung, wobei die gestoppte Zählung die jeweiligen Laufzeiten der sich fortpflanzenden Spannungswellen darstellen.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, die weiteren Verfahrensschritte gekennzeichnet durch

    g) Durchführung einer ersten ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung unter Verwendung der Zählgrößen im ersten und zweiten Zähler und einem ersten Bezugsdatum entsprechend der Laufzeit einer Spannungswelle von der ersten Referenz-Position zur zweiten Referenz-Position entlang des ersten magnetostriktiven Elements unter Standardbedingungen, um damit eine wahre X-Koordinate der Pointer-Position zu erlangen, und

    h) Durchführung einer zweiten ratiometrischen Proportionalitäts-Berechnung unter Verwendung der Zählgrößen im dritten und vierten Zähler und einem zweiten Bezugsdatum entsprechend der Laufzeit einer Spannungswelle von der ersten Referenz-Position zur zweiten Referenz-Position entlang des zweiten magnetostriktiven Elements unter Standardbedingungen, um damit eine wahre Y-Koordinate der Pointer-Position zu erlangen.

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