Die Erfindung betrifft einen Geber zur Lieferung digital codierter Koordinatenwerte an einen Computer.
Bekannt sind Koordinatengeber, die mechanisch, akustisch, bzw. nach kapazitiven und induktiven Prinzipien betrieben werden.
Bei einem mechanisch betriebenen digitalen Koordinatengeber wird eine Verschiebung durch mechanische Mittel in elektrische Signale umgewandelt. Nach diesem Prinzip arbeitet der Koordinatengeber ADE drawing reader der Firma Ferranti: wobei die Koordinaten mit einer Genauigkeit von i 0,2 mm bestimmt werden.
Die Firma Science Accessories Corporation hat eine ähnliche Einrichtung entwickelt, die akustisch betrieben wird.
Diese Einrichtung weist Plattenkondensatormikrophone auf, die am Rand der Zeichentafel zueinander senkrecht angeordnet sind. Die Plattenkondensatormikrophone empfangen eine Stosswelle, welche durch einen Funken ausgelöst wird, der an den Bildabtastmitteln entsteht. Die Koordinaten werden bei einer Entfernung von 450 mm mit einer Genauigkeit von 0,18 mm bestimmt. Ein kapazitiv betriebener Koordinaten Digitalkonverter wurde aus der Publikation Proceedings of th Fall Hoint Computer Conference (1963, Seiten 315-321) bekannt. Bei dieser Einrichtung ist die Zeichnungsebene in zwei aufeinander senkrechten Richtungen in je 1024 Streifer unterteilt. Die Streifen werden durch verschiedenartig kodierte Impulse von je 10-Bit gespeist. Ein Fühler reagiert auf diese Impulse, so dass die Koordinaten der Einzelpunkte bestimmt werden können.
Ihr Auflösungsvermögen beträgt 1024 x 1024 Punkte.
Nach dem Induktivprinzip arbeitet eine Einrichtung der Firma Ferranti (ADE drawing reader EP 210). Ein in der Zeichnungsebene angeordnetes Drahtnetz erzeugt mit Hilfe von Strömen verschobener Phase eine laufende Welle, wodurch in der Fühlerwicklung eine Spannung induziert wird.
Die Phase dieser Spannung ist proportional zur Lagerkoordinate des Fühlers. Die Genauigkeit der Koordinatenbestimmung beträgt 0,06 mm.
Die Genauigkeit und Anwendungseigenschaften mechanisch betnebener Koordinatengeber sind vorwiegend durch die Genauigkeit und die Trägheit der Konstruktion bestimmt, die zueinander im Widerspruch stehen. Die Nachteile der nach kapazitivem Prinzip arbeitenden Koordinatengeber bestehen darin, dass das Auflösungsvermögen gering ist, der Stromkreis sehr kompliziert aufgebaut ist und dass die Anzahl der benötigten Bestandteile mit den Abmessungen der Einrichtung zunimmt und hohe Kosten verursacht.
Ein gemeinsamer Nachteil der nach akustischem und induktivem Prinzip betriebenen Einrichtungen besteht darin, dass die Ortskoordinaten durch eine analoge Messung bestimmt werden, so dass ihre Genauigkeit von der Genauigkeit der analogen Messung abhängig ist.
Der nach akustischem Prinzip betriebene Koordinatengeber funktioniert nur dann fehlerfrei, wenn seine Abmessungen verhältnismässig klein sind. Dieser Koordinatengeber ist ferner auf akustische Störungen empfindlich. Alle diese Eimichtun- gen sind mit einem gemeinsamen Fehler behaftet, indem sie nur auf einer ebenen Fläche anwendbar sind.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Geber zur Lieferung digital codierter Koordinatenwerte an einen Computer vorzuschlagen, bei welchem die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Der erfindungsgemässe Geber zur Lieferung digital codierter Koordinatenwerte an einen Computer ist dadurch gekennzeichnet, dass derselbe als Fühler mindestens eine auf einer Oberfläche angeordnete, einer Koordinatenachse zugeordnete Schleifenreihe aufweist, die aus zwei in Reihe geschalteten leitenden Schleifen besteht, deren parallele Begrenzungsseiten den gleichen Abstand voneinander aufweisen, wobei die beiden Schleifen entgegengesetzt verlaufend gewickelt angeordnet sind.
Zweckmässigerweise kann der Fühler zur Bestimmung der den Koordinatenachsen zugeordneten Bewegungsrichtungen mit zwei Schleifenreihen ausgerüstet sein, die kammartig ineinander greifen, indem die erste Schleife der zweiten Schleifenreihe in die zwischen den Schleifen der ersten Reihe vorhandene Lücke greift, während die zweite Schleife dieser zweiten Schleifenreihe parallel zur zweiten Schleife der ersten Reihe ausserhalb dieser verläuft.
Im Falle eines inhomogenen Magnetfeldes besteht zwischen der Ausgangsspannung der Schleifenreihe und der relativen Lage eines ausgewählten Punktes des inhomogenen Magnetfeldes bezüglich der Schleifenseiten ein eindeutiger Zusammenhang.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 die Prinzipskizze eines Gebers und
Fig. 2 ein Diagramm.
Der Fühler weist gemäss der dargestellten Ausführung zwei auf einer bestimmten Oberfläche angeordnete Schleifenreihen I und II auf, die je aus zwei in Reihe geschalteten leitenden Schleifen 1 und 2, bzw. 3 und 4 bestehen. Die Schleifen weisen parallele Begrenzungsseiten 1 und 1Xl, 2S, 2, 3/, 3 und 4l, 4 auf, wobei die zusammengehörigen Seiten den gleichen Abstand voneinander haben. Es ist ferner wichtig, dass die aufeinanderfolgenden Schleifen 1 und 2, bzw. 3 und 4 bezüglich ihres Wicklungssinnes entgegengesetzt verlaufend angelegt sind. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, sind zur Umkehrung des Wicklungssinnes bei den Schleifen 2 und 4 Kreuzungspunkte 5 und 6 vorgesehen.
Dadurch wird erreicht, dass in den beiden Schleifen der gleichen Schleifenreihe I bzw. II phasenverschobene Spannungen induziert werden, wenn über ihnen eine stromdurchflossene Wicklung bewegt wird, wie dies später ausgeführt wird.
Die gegenseitige Anordnung der Schleifenreihen I und II ist so getroffen, dass diese kammartig ineinandergreifen. Darunter ist zu verstehen, dass die erste Schleife 3 der Schleifenreihe II in die Lücke 7 zwischen den Schleifen 1 und 2 der ersten Schleifenreihe I greift, während die Schleife 4 ausserhalb der Schleifenreihe I, aber parallel zur Schleife 2 derselben angelegt ist. Wie ferner aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Wicklungssinn in den beiden nacheinanderfolgenden Schleifen der gleichen Schleifenreihe entgegengesetzt.
Die beiden Schleifenreihen I und II sind auf einer Platte vorgesehen und der x- oder y-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems zugeordnet. Im dargestellten Falle ist sowohl die Schleifenreihe 1 als auch die Schleifenreihe II der x Achse zugeordnet. Der y-Achse des rechtwinkligen Koordinatensystems ist ein ähnliches Paar von Schleifenreihe zugeordnet, wobei letztere gegenüber der erstgenannten Schleifenreihe um 900 verdreht ist.
Über den Schleifenreihen I und II wird eine Wicklung bewegt, welche von einem sinusförmigen Wechselstrom von ca. 1000 Hz durchströmt wird, um ein sinusförmig wechselndes Magnetfeld zu erzeugen.
Die Wicklung weist einen Kern auf, wobei im Mittelpunkt der Wicklung ein Fadenkreuz angeordnet ist, welches einen ausgewählten Punkt des Magnetfeldes anzeigt. Um die Bewegungsrichtung eindeutig bestimmen zu können, werden, wie erwähnt, pro Achse zwei unabhängige Schleifenreihen vorgesehen, in der Weise, dass die Elemente der beiden Schleifenreihen einander abwechseln, wobei der Abstand der parallelen Elemente die Genauigkeit der Anzeige bestimmt. Der Verlauf der Amplituden- und Phasenlage in den beiden zur gleichen Koordinatenachse gehörenden Schleifenreihen ist im Dia gramm der Fig. 2 dargestellt. Die verschiedenen Stellungen (1). . .(7) relativ zu den beiden Schleifenreihen ist durch Kreise angedeutet (Fig. 1), wobei je nach Stellung der Wicklung die Ausgangsspannungen in den Schleifenreihen I und II in bezug auf Amplitude und Vorzeichen der Phase variieren.
Im Diagramm zeigt die Abszisse s den durch die Wicklungen zurückgelegten Weg, wobei die einzelnen in der Fig. 1 mit (1).. .(7) bezeichneten Stellungen die gleiche Bezeichnung tragen. Die Ordinate zeigt die Amplitude A an.
Aus diesem Diagramm kann die nachfolgende Tabelle abgeleitet werden: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
I + + 0 - - - 0
II 0 + + + 0 - -
Das + Zeichen bedeutet, dass die Ausgangsspannung der Schleife und die Speisespannung der Wicklung in Phase sind.
Das - Zeichen bedeutet, dass die genannten beiden Spannungen in der Phase um 1800 verschoben sind. Das Zeichen 0 bedeutet den Zustand, bei welchem am Ausgang der Schleifenreihe keine Spannung besteht.
Aus dem Diagramm und aus der Tabelle kann ferner eindeutig die Richtung der Bewegung bezüglich der vorangehenden Stellung bestimmt werden. Dies ist an jeder beliebigen Stelle aus den Werten der Schleifen I bzw. II ablesbar.
Es ist dabei leicht ersichtlich, dass pro x-Achse bzw. y Achse mindestens zwei Schleifenreihen notwendig sind. Wäre nur eine der Reihen I oder II vorhanden, so könnte man an der mittleren + oder - Stelle nicht bestimmen, ob die Bewegung der Spule nach rechts oder nach links erfolgte. Die beiden Reihen I und II zusammen ergeben aber eindeutig die Bewegungsrichtung.
Der beschriebene Koordinaten-Digitalkonverter mit induktivem Fühler kann in einfacher Weise ohne grösseren Kostenaufwand realisiert werden. Er weist keine komplizierten oder schwer herstellbaren Bestandteile auf und bleibt gegen magnetische Störungen unempfindlich. Nur der die Zahlenwerte der Koordinaten bestimmende Stromkreis enthält eine geringe Anzahl elektronischer Bausteine. Die Schleifenreihen können in Gruppen verteilt angeordnet werden, wobei je nach Koordinatenachsen mindestens zwei Fühlersysteme zur Bestimmung der Bewegungsrichtung angewendet werden.
Der Digitalkonverter braucht keine Wartung oder Nachregulierung, da die Genauigkeit von der Schleifenreihe abhängig ist. Ferner besteht noch ein grosser Vorteil darin, dass die Schleifenreihen auch auf einer sphärischen Oberfläche angeordnet werden können. Es könnten auch mehr als zwei Schleifenreihen angeordnet sein, deren Elemente wie beschrieben ausgebildet sind und welche dann einander zyklisch folgen.
The invention relates to a transmitter for supplying digitally coded coordinate values to a computer.
Coordinate encoders are known which are operated mechanically, acoustically or according to capacitive and inductive principles.
In a mechanically operated digital coordinate encoder, a displacement is converted into electrical signals by mechanical means. The ADE drawing reader from Ferranti works according to this principle: the coordinates are determined with an accuracy of 0.2 mm.
Science Accessories Corporation has developed a similar device that operates acoustically.
This device has plate capacitor microphones which are arranged perpendicular to one another on the edge of the drawing board. The plate capacitor microphones receive a shock wave which is triggered by a spark that is generated at the image sensing means. The coordinates are determined at a distance of 450 mm with an accuracy of 0.18 mm. A capacitively operated coordinate digital converter was known from the publication Proceedings of the Fall Hoint Computer Conference (1963, pages 315-321). In this device, the plane of the drawing is divided into 1024 strips each in two mutually perpendicular directions. The strips are fed by variously coded 10-bit pulses. A sensor reacts to these impulses so that the coordinates of the individual points can be determined.
Their resolution is 1024 x 1024 points.
A device from Ferranti (ADE drawing reader EP 210) works according to the inductive principle. A wire mesh arranged in the plane of the drawing generates a running wave with the aid of currents of shifted phase, which induces a voltage in the sensor winding.
The phase of this voltage is proportional to the position coordinate of the sensor. The accuracy of the coordinate determination is 0.06 mm.
The accuracy and application properties of mechanically operated coordinate encoders are mainly determined by the accuracy and the inertia of the construction, which contradict each other. The disadvantages of the co-ordinate encoder working according to the capacitive principle are that the resolution is low, the circuit is very complex and the number of components required increases with the dimensions of the device and causes high costs.
A common disadvantage of the devices operated according to the acoustic and inductive principle is that the location coordinates are determined by an analog measurement, so that their accuracy depends on the accuracy of the analog measurement.
The coordinate transmitter, which is operated according to the acoustic principle, only works correctly if its dimensions are relatively small. This coordinate transmitter is also sensitive to acoustic interference. All these calibrations have a common flaw in that they can only be used on a flat surface.
The purpose of the present invention is to propose a transmitter for supplying digitally coded coordinate values to a computer, in which the disadvantages mentioned are avoided.
The inventive transmitter for supplying digitally coded coordinate values to a computer is characterized in that it has as a sensor at least one row of loops arranged on a surface and assigned to a coordinate axis, which consists of two conductive loops connected in series, the parallel boundary sides of which have the same distance from one another , wherein the two loops are arranged wound in opposite directions.
The sensor can expediently be equipped with two rows of loops to determine the directions of movement assigned to the coordinate axes, which intermesh like a comb in that the first loop of the second row of loops reaches into the gap between the loops of the first row, while the second loop of this second row of loops is parallel to the second loop of the first row runs outside this.
In the case of an inhomogeneous magnetic field, there is a clear relationship between the output voltage of the loop row and the relative position of a selected point of the inhomogeneous magnetic field with respect to the loop sides.
An exemplary embodiment is shown schematically in the accompanying drawing, namely:
Fig. 1 is a schematic diagram of a transmitter and
Fig. 2 is a diagram.
According to the embodiment shown, the sensor has two rows of loops I and II which are arranged on a specific surface and each consist of two conducting loops 1 and 2 or 3 and 4 connected in series. The loops have parallel boundary sides 1 and 1X1, 2S, 2, 3 /, 3 and 4l, 4, the sides belonging together being the same distance from one another. It is also important that the successive loops 1 and 2, or 3 and 4, run in opposite directions with regard to their winding direction. As can be seen from FIG. 1, intersection points 5 and 6 are provided for reversing the winding direction in loops 2 and 4.
This ensures that phase-shifted voltages are induced in the two loops of the same loop row I or II when a current-carrying winding is moved over them, as will be explained later.
The mutual arrangement of the rows of loops I and II is made in such a way that they mesh like a comb. This means that the first loop 3 of the loop row II engages in the gap 7 between the loops 1 and 2 of the first loop row I, while the loop 4 is placed outside the loop row I, but parallel to the loop 2 of the same. As can also be seen from the drawing, the winding sense is opposite in the two successive loops of the same loop row.
The two rows of loops I and II are provided on a plate and assigned to the x or y axis of a right-angled coordinate system. In the case shown, both the loop row 1 and the loop row II are assigned to the x axis. A similar pair of loop series is assigned to the y-axis of the right-angled coordinate system, the latter being rotated by 900 in relation to the first-mentioned loop series.
A winding is moved over the rows of loops I and II through which a sinusoidal alternating current of approx. 1000 Hz flows in order to generate a sinusoidally alternating magnetic field.
The winding has a core, a crosshair being arranged in the center of the winding which indicates a selected point of the magnetic field. In order to be able to clearly determine the direction of movement, as mentioned, two independent rows of loops are provided per axis, in such a way that the elements of the two rows of loops alternate, the distance between the parallel elements determining the accuracy of the display. The course of the amplitude and phase position in the two rows of loops belonging to the same coordinate axis is shown in the diagram of FIG. The different positions (1). . (7) relative to the two rows of loops is indicated by circles (Fig. 1), the output voltages in the rows of loops I and II vary in terms of amplitude and sign of the phase depending on the position of the winding.
In the diagram, the abscissa s shows the path covered by the windings, with the individual positions labeled (1) ... (7) in FIG. 1 bearing the same designation. The ordinate indicates the amplitude A.
The following table can be derived from this diagram: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
I + + 0 - - - 0
II 0 + + + 0 - -
The + sign means that the output voltage of the loop and the supply voltage of the winding are in phase.
The - sign means that the two voltages mentioned are shifted in phase by 1800. The character 0 means the state in which there is no voltage at the output of the loop series.
The direction of the movement with respect to the previous position can also be clearly determined from the diagram and the table. This can be read at any point from the values of loops I or II.
It is easy to see that at least two rows of loops are necessary for each x-axis or y-axis. If only one of the rows I or II were present, it would not be possible to determine at the middle + or - position whether the movement of the coil was to the right or to the left. The two rows I and II together clearly show the direction of movement.
The described coordinate digital converter with an inductive sensor can be implemented in a simple manner without great expense. It has no complicated or difficult to manufacture components and remains insensitive to magnetic interference. Only the circuit that determines the numerical values of the coordinates contains a small number of electronic components. The rows of loops can be distributed in groups, with at least two sensor systems being used to determine the direction of movement, depending on the coordinate axes.
The digital converter does not need any maintenance or readjustment, as the accuracy depends on the series of loops. Furthermore, there is another great advantage that the rows of loops can also be arranged on a spherical surface. It could also be arranged more than two rows of loops, the elements of which are designed as described and which then follow one another cyclically.