DD276553A1 - Verfahren zur bestimmung gitterbezogener koordinaten in digitalisiergeraeten - Google Patents

Abstract

Die ermittelten Koordinaten sollen moeglichst unabhaengig von elektronischen Verzoegerungszeiten der Treiber- und Empfaengerschaltungen und deren Schwankungen sein. Beim Digitalisieren aus der Bewegung heraus sollen moeglichst wenig Verzerrungen der Messspuren entstehen. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass fuer jede Koordinatenachse mindestens eine Vorwaertsmessung und eine Rueckwaertsmessung vorgenommen wird. Um darueber hinaus Verzerrungen der Messspur beim Digitalisieren in der Bewegung weitgehend zu eliminieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Reihenfolge der Teilmessungen xyyx bzw. yxxy ist. Fig. 1

Description

Hierzu 8 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten in Digitalisiergeräten, in denen die ermittelten Koordinaten möglichst unabhängig von elektronischen Verzögerungszeiten der Treiber- und Empfängerschaltungen und deren Schwankungen und eng mit dem Gitter der Meßplatte verbunden sind. Beim Digitalisieren in der Bewegung sollen möglichst wenig Verzerrungen der Meßspuren entstehen.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Im US-P 3647963 werden Anordnungen beschrieben, in denen die Koordinaten auf einer Arbeitsfläche dadurch bestimmt werden, daß in der Arbeitsfläche mäanderförmige Leitergitter angeordnet sind und die Position einer apulenförmigen Sonde ermittelt wird. Die Kopplung zwischen Sonde und Gitter erfolgt hier auf magnetischem Wege.

Die Koordinate wird dabei so gewonnen, daß die Sende durch einen Strom erregt wird und mit dem Gitter ortsabhängige Signale aufgenommen werden. Die aufgenommenen Signale werden in weiteren elektronischen Schaltungen, wie Phasenschieber, Verstärker, Filter, Nulldurchgangsdetektoren, weiter aufbereitet, so daß am Ende ein Signal vorhanden ist, das in gewissen Gültigkeitsbereichen eine der räumlichen Verschiebung der Sonde enteprechende zeitliche Verschiebung gegenüber einem Bczugssignal besitzt. Abgesehen von der periodischen Mehrdeutigkeit infulge des mäanderförmigen Gitters kann auch selbst innerhalb eines kleinen eindeutigen Bereiches kein absoluter Bezug zwischen Gitter und Sonde hergestellt werden. Das hat seine Ursache in den Verzögerungszeiten der oben genannten elektronischen Schaltungen. Diese und ganz besonders deren Schwankungen z. B. durch Einwirkung von Temperatur, Alterung, Bauelemente· oder Baugruppenwechsel wirken ebenfalls wie eine räumliche Verschiebung dor Sonde.

Nur durch den Einsatz hochwertiger, engtolerierter und gegen Umwelteinflüsse unempfindlicher Bauelemente oder durch Justierarbeitsgänge lassen sich diese Einflüsse einengen. Die Ermittlung der x- und der y-Koordinatenwerte erfolgt im allgemeinen nicht gleichzeitig, sondern nachninandei, um Schaltungsaufwand zu sparen und eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Messungen zu vermeiden. Bei Digitalisieren in der Bewegung hat das zur Folge, daß χ- und y-Wert nicht vom gleichen Punkt der Arbeitsfläche stammen. Der resultierende Punkt liegt folglich bei einer Bewegung schräg zu den Koordinatenachsen nicht mehr auf der Bewegungsspur, sondern je nach Bewegungsgeschwindigkeit der Sonde und Meßzeitabstand mehr oder weniger seitlich versetzt.

Des weiteren sind Vorrichtungen zur Koordinatenbestimmung bekannt, beispielsweise nach DD 215650 bzw. DD 214234. Sie bestehen aus einer Gitteranordnung, der Sonde, deren Position bezogen auf die Gitteranordnung ermittelt werden soll, sowie elektronischen Schaltungen zur Speisung der Gitteranordnung und Auswertung des durch die Sonde aufgenommenen Signals. Dabei wird durch die Gitteranordnung und deren Ansteuerung ein magnetisches Feld erzeugt. In der Sonde wird hiordurch ein Signal erzeugt. In Verstärker- und Filte'schaltungen weiter aufbereitet, entspricht dessen zeitliche Verschiebung gegenüber einem festen Bezugssignal der räumlichen Verse liebung der Sonde auf der Meßplatte mit der Gitteranordnung. Nachteilig ist dabei die Tatsache, daß sich die Verzögerungszeuen der elektronischen Schaltungen, wie z. B. der Impedanzen der Sonde, der Verstärker- und Filterschaltungen, wie eine räumliche Verschiebung der Sonde gegenüber der Gitteranordnung auswirken. Booonc'ers nachteilig wirken sich jedoch die unweigerlichen Schwankungen dieser Verzögerungszoiten aus. Insbesondere sind das Ba jelementetoleranzen, die Einflüsse von Temperatur, Alterung oder der Wechsel der Sonde oder von Baugruppen. Herkömmlich lassen sich diese Einflüsse nur durch hochwertige, engtolerierte und gegen Umwelteinflüsse unempfindliche Bauelemente oder durch Justieraibeitsgänge einengen. Bereits in DE-OS 2936975 wird auf diese Problematik eingegangen. Durch eine zusätzliche Referenzmessung wird eine von der Sondenposition unabhängige Zeit ermittelt, die im wesentlichen die ' elektronischen Verzögerungszoiten mißt. Dazu wird die Sonde vom Verstärkereingang getrennt und über ein Anpassungsnetzwerk ein Bezugssignal eingekoppelt

Dieses Verfahren hat jedoch folgende Nachteile: Für das Abtrennen der Meßsonde und die Einkopplung dos Bezugssignals ist elektronischer Aufwand erforderlich.

Da der Referenzmeßwert direkt in die Meßgenauigkeit eingeht, muß er mit der gleichen Genauigkeit wie der eigentliche KoordinatenweH ermittelt werden und erfordert den gleichen Meßzeitbedarf. Dadurch sinkt die mögliche Koordinatenpunktrate, ohne einen Beitrag zur Verbesserung des Stör-Nutzsignal-Verhältnisses zu liefern.

Weil die Sonde bei der Referenzmessung abgetrennt ist, gohen ihre Parameter und deren Schwankungen nicht in die Referenzmessung ein und können folglich auch nicht eiiminiert werden. Die durch das Einkoppelnetzwerk für das Bezugsignal simulierten Eingangsbedingungen entsprechen nicht den tatsächlichen Feldbedingungen, unter denen die Sonde arbeitet. Di6 Ermittelung der x- und der y-Koordinatenwerte erfolgt im allgemeinen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, um Schaltungsaufwand zu sparen und eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Messungen zu vermeiden. Beim Digitalisieren in der Bewegung hat das zur Folge, daß x- und y-Wert nicht vom gleichen Punkt der Arbeitsfläche stammen. Der resultierende Punkt liegt folglich bei einer Bewegung schräg zu den Koordinatenachsen nicht mehr auf der Bewegungsspur, sondern je nach Bewegungsgeschwindigkeit der Sonde und dem Meßzeitabstand mehr oder weniger seitlich versetzt. Nach DE-OS 2936975 wird dazu weiterhin vorgeschlagen, die Fehler beim Digitalisieren aus der Bewegung dadurch zu vermindern, daß durch zusätzliche Zeitmessungen zwischen den Zeitpunkten zweior aufeinanderfolgender, vollständiger Koordinaten und aus der Versatzzeit zwischen x- und y-Messung sowie dem Abstand des alten vom neuen x-Maßwert eine x-Korrektur berechnet wird. Dafür ist jedoch zusätzlicher Schaltungsaufwand für die Zeitmessung und zusätzlicher Rechenaufwand für die Berechnung der Korrekturwerte erforderlich.

Zie!de> Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem die Genauigkeit der Bestimmung gitterbezogener Koordinaten in Digitalisiergeräten erhöht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, die Position der Sonde zur Gitteranordnung möglichst unabhängig von Schwankungen der Eigenschaften der elektronischen Schaltungen und der Sonde sowie möglichst frei von Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten, insbesondere in genau messenden Digitalisiergeräten mit einer Arbeitsfläche, die ein Leitergiiter enthält, dessen für die Koordinatenbbstimmung wesentliche Leiterteile senkrecht zur Koordinatenachse angeordnet sind, mit einer oder mehreren Sonden, deren Position auf dem Leitergittor zu bestimmen ist, mit elektrischer oder magnetischer Kopplung zwischen Leitergitter und Sonde, wobei entweder die Sonde oder das Leitergitter erregt und im Leitergitter oder in der Sonde zeitliche Signale gebildei werden, dia anschließend in elektronischen Schaltungen weiterverarbeitet werden, deren zeitliche Verschiebung gegenüber einem Referenzsignal der räumlichen Verschiebung auf der Arbeitsfläche proportional ist und zur Koordinatenbestimmung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koordinatenachse mindestens eine Vorwärts- und eine Rückwärtsmessung vorgenommen wird. Um darüber hinaus Verzerrungen der Meßspur beim Digitalisieren in der Bewegung weitgehend zu eliminieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Reihenfolge der Teilmessungen xyyx bzw. yxxy ist.

Die erfinderische Lösung baut auf der Erkenntnis auf, daß sich die störenden Verzögerungszeiten durch die Einführung einer zusätzlichen besonderen Koordinatenbestimmung eliminieren lassen und daß sich durch eine besondere Reihenfolge der Teilmessungen auch die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung stark vermindern lassen.

Ausführungibelsplel Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung zoigen: Fig. 1: eine Vorrichtung, bei der die Sonde periodisch erregt wird, Fig. 2: die Ursachen der Verzerrung der Meßspur beim Messen in der Bewegung mit den verzerrten, scheinbaren Meßspuren 18 und 19,

Fig. 3 a eine ruhende Sonde und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten, bis3f:

Fig. 4 a, ein mögliches Abtastschema für das Gitter einer Koordinatenachse bei der Vorwärtsmessung bzw. bei der

4 b: Rückwärtsmessung,

Fig. 5a eine während der Messung bewegte Sonde, und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten bis5d:

Fig. 6: wie sich durch eine b> .sondere Reihenfolge der Teilmessungen die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung vermindern, Fig. 7a: die Leiteranordnung des x-Gitters in der Arbeitsfläche, Fig. 7 b: dio durch die Sonde im Gitter induzierten Impulse, Fig. 7c: die durch Verstärkung und Filterung gewonnene Hüllkurve, Fig. 7 d: mit Hilfe des Nulldurchgangsdetektors gewonnenes Stopsignal für den Zähler. Fig. 8: eine Vorrichtung, bei der die Gitteranordnung elektrisch angesteuert wird,

,Fig. 9a: eine 3phasige Gitteranordnung einer Koordinatenachse,

Fig. 9b: eine Grundstruktur der Gitteranordnung, Fig. 9c: eino vereinfachte Darstellung einer 4phasigen Gitteranordnung, Fig. 10a: die zeitliche Verschiebung der Ströme für die Speisung einer 4phasigen Gitteranordnung bei der Vorwärtsmessung, Fig. 10b: die zeitliche Verschiebung der Ströme für die Speisung einer 4phasigen Gitteanordnung bei der Rückwärtsmessung, Fig. 11a: einen Mäander und die Sonde, Fig. 11b: das idealisierte Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Vorwärisrnessung, das der Position der Sonde entsprechen

würde,

Fig. 11c: das reale Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Vorwärtsmessung, Fig. 11 d: das idealisierte Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Rückwärtsmessung, das der Position der Sonde entsprechen würde,

Fig. 11 e: das reale Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Rückwärtsmessung, Fig. 11 f: verschiedene Koordinatenwerte,

Fig. 12: eine während der Messung bewegte Sonde und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten, Fig. 13: wie sich durch eine besondere Reihenfolge der Teilmessungen die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der

Bewegung vermindern,

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Koordinatenbestimmen. Sie besteht aus einer Arbeitsfläche 1 und einem darin befindlichen Gitter 3, zu dem die Position siner spulenförmigen Sunde 2 bestimmt werden soll. Dazu wird die Sonde 2 periodisch aus einer Stromquelle 12 erregt, wodurch in den Leitern des Gitters 3 Spannungsimpulse induziert werden. Über die Auswahlschaltungen 10 bzw. 11 werden die induzierten Spannungsimpulse auf einen Verstärker 4 und einen Filter 5 gegeben. Durch eine Steuerlogik 9 wird dabei die im Bild 4a angedeutete Reihenfolge des Abtastens der einzelnen Leiter der Gitteranordnung sichergestellt. Der Filter 5 hat die Aufgabe, störende Frequenzen abzusieben und don aufgenommenen Spannungskurvenzug 7U glätten. Im angeschlossenen Nulldurchgangsdeiektor 6 wird daraus ein Stopsignal gebildet, das den Zähler 7 anhält, der damit ein Zählergebnis enthält, aus dem auf die Position der Sonde Ί auf der Arbeitsfläche 3 geschlossen werden kann. Der Zählvorgang wurde mit Beginn i'er Stromimpulse durch die Sonde 2 von der Steuerlogik 9 an die Impulsquelle 8 angeschaltet. In Fig. 7 a ist ein Teil dos x-Gitters der Arbeitsfläche 1 mit den Leitern L1 ...Ln und der Sonde 2 dargestellt. Wenn die Leiter L1... Ln entsprechend dem Abtastschema nach Fig.4a an den Eingang des Verstärkers 4 geschaltet worden, dann bildet sich eine Spannungsimpulsfolge, wie sie in Fig. 7 b angedeutet ist. Um auch Positionen der Sonde 2 zwischen den Leitern durch Interpolation bestimmen zu können, wird der Spannungskurvenzug goglättet, und es entsteht die Hüllkurve 50 von Fig. 7 c. Der Zeitpunkt ihres Nulldurchganges ist ein Maß für die Position der Sonde 2 zum Gitter 3. Zu bemerken ist, daß sich durch die Verstärkung und Glättung der Nulldurchgang der Hüllkurve 50 gegenüber der tatsächlichen Polaritätsumkehr der induzierten Spannung verspätet hat. Folglich wird auch der Zähler Ί durch das vom Nulldurchgangsdetektor 6 gebildete Stopsignal 51 (Fig.7d)zu spät gestoppt.

In Fig. 3 a... 3c ist das nochmals verdeutlicht. Entsprechend dem Abstand der Sonde 2 von der linken räumlichen Bezugskante 25 müßte das Stopsignal 51 in Fig. 7 d die zeitliche Länge 27 in Fig.3b haben. Durch die Verzögerungen in den elektronischen Schaltungen erhöht sie sich jedoch um den Betrag 28 und kann durch Bauelementetoleranzen und Umwelteinflüsse auch noch um den Betrag 29 schwanken. Anstelle der tatsächlichen Position 37 (Fig. 3 0 der Sonde 2 wird also die scheinbare Position 38 bis 39 ermittelt. Diese Position wurde durch eine Abtastfolge der Leiter in Koordinatenrichtung gewonnen, und der Meßvorgang soll deshalb Vorwärtsmessung genannt werden.

In Fig.4 b ist eine Schaltfolge dargestellt, in der die Leiter in umgekehrter zeitlicher Folge abgetastet werden. Hier wird der Zählvorgang mit dem Aufruf des Leiters L8 gestartet und wieder mit dem Nulldurchgang der sich dabei ergebenden Hüllkurve gestoppt. Weil sich hierbei das Abtasten der Leiter vom rechton Rand entgegon der Koordinatonrichtung fortpflanzt, soll der Meßvorgang Rückwärtsmessung genannt werden. Um die Ergebnisse der beiden Teilmessungen anschaulicher darzustellen, wurde bei dar Rückwärtsmessung in Fig. 3 d, 3e die Richtung der Zeitachse als nach links positiv gewählt. Gleichzeitig wurden die Bezugspunkte auf den rechten hand gelegt. Die Maßstäbe für die räumlichen und zeitlichen Längen wurden so gewählt, daß die zeitliche Verschiebung des Stopsignals 51 der räumlichen Verschiebung der Sonde 2 entspricht. So ist leicht zu erkennen, daß sich bei der Verschiebung der Sonde 2 in Fig. 3a nach recht« die Zeiten 27,30,31 der Vorwärtsmessung vergrößern und die Zeiten 32,35,36 der Rückwärtsmessung verkleinern, in der Darstellung also mit der Sonde 2 mitwandarn. Wenn sich jedoch hei ruhender Sonde 2 die Verzögerungszeit z. B. vergrößert, dann verlängert sich sowohl die Stopzeit der Vorwärtsmessung 30 auf 31 als auch die Stopzeit der Rückwärtsmessung von 35 auf 36. Da die Vorwärts· und die Rückwärtsmessung in sehr kurzen Zeitabstünden vorgenommen werden, kann man die Verzögerungszeiten praktisch als gleich groß betrachten. Durch eine Mittelwertbildung au^ den mittels der Voi Härtemessung und der Rückwärtsmessung gewonnenen Koordinaten xV, xR läßt sich der Einfluß der elektronischen Verzögerungszeiten eliminieren und die Position der Sonde 2 unmittelbar zum Gitter bestimmon. Ffg.3f zeigt die Koordinatenwerto xV, xR und den auf den linken Rand des Gitters bezogener)., gitterbezogenen Koordinatenwert xG. Er ergibt sich tu

xG = (xV - xR}2 + M/2

M ist eine Konstante, die hier den Abstand der beiden Bezugskanten 25 und 26 angibt.

Um die vollständige χ-γ-Koordinate der Sonde zu ermitteln, wird für die gitterbezogene Koordinate yG das gleiche Verfahren angev 'endet. Ein Punkt auf der Arbeitsfläche wird also durch 4 Teilmessungen gewonnen.

Die Tatsache, daß der Koordinatenwert jeder Achse praktisch zweimal ermittelt wird, erlaubt eine einfache Möglichkeit, die Verzerrungen der Meßspur der Sonde 2 zu vermindern.

Fig. 5 zeigt die Verhältnisse, W6nn sich die Sonde 2 zwischen Vorwärts- und Rückwärtsmessung verschiebt. Fig. 5b zeigt des Stopsignal 30 während der Vorwärtsmessung, die die scheinbare Koordinate xV in Fig. 5d liefert. Bis zum Zeitpunkt der Rückwärtsmessung möge eine Zeit verstreichen, während der die Sonde 2 ihren Ort verändert, was in Fig.5a gestrichelt dargestellt wurde. Die Rückwärtsmessung liefert den Wert xR. Wo die aus xV und xR ermittelte gitterbezogene Koordinate xG liegt, zeigt Fig. 5 d. Sie liegt zwischen den beiden tatsächlichen Sondenpositionen 43 und 44. Durch die Mittelwertbildung, um die . elektronischen Verzögerungszeiten zu eliminieren, wird gleichzeitig auch ein Mittelwert bei Ortsveränderung der Sonde 2 gebildet.

Für die gitterbezogene Koordinate ist es ohne Bedeutung, ob zuerst die Vorwärts- oder oio Rückwärtsmessung vorgenommen wird. In Fig.6 ist aufgezeigt, welche Koordinatenwerte aufgenommen werden, wenn die Meßwerte in der Folge xV-yV-yR-xR aufgenommen worden und sich die Sondo 2 auf der schrägen Meßsp'.·: 17 bewegt. Das erste Meßwertpaar xV, yV würde eine

Position 47 ergeben, die nicht auf der Meßspur 17 liegt. Das nächste Meßwertpaar wird in umgekehrte Reihenfolge yR, xR aufgenommen. Dadurch liegt die scheinbare Sondenposition im Punkt 48 ebenfalls abseits der Meßspur 17. Weil jodoch zuerst die y-Messung erfolgte, befindet sich der Punkt 48 unterhalb der tatsächlichen Meßspur 17. Durch die anschließende Berechnung der gitterbezogenen Koordinate xG, yG aus xV, yV, yR und xR liegt der resultierende Punkt 49 wieder auf t er Meßspur 17 oder wesentlich dichter daran als die Teilmessungen. Durch eine Meßreihenfolge x-y-y-x oder y-x-x-y werden also die in Fig.? dargestellten Verzerrungen der Meßspuren stark vermindert, ohne daß ein zusätzlicher Aufwand entsteht. Um die Auswirkung der Meßreihenfolge auf die Meßspur anschaulich zu gestalten, wurden in Fig. 6 die elektronischen Verzögerungszeiten 28 und 33 vernachlässigt. Sie würden natürlich noch einen weiteren Versatz der scheinbaren Positionen bringen und die Darstellung und Auswertung stark komplizieren. Da aber durch die Vor-Rückwärls-Messungen diese Anteile ohnehin herausfallen, ist die gewählte Betrachtungsweise zulässig.

Dia neue Koordinate xG, yG besitzt gogobenüber den Koordinaten xV, yV und xR, yR eine neue Qualität. Sie ist nämlich in hohem Maße von den elektronischen Schaltungen und deren schwankenden Eigenschaften unabhängig und eng mit dom Gitter verbunden.

Das Verfahren ist gleichermaßen in Koordinatenbestimmungsvorrichtungen anwendbar, die zur Kopplung zwischen Sonde und Gitter magnetische oder elektrische Felder ausnutzen. Auch können die Bezugskanten und -zeiten ganz anders gelegt werden. Ebenso ist die Verdrahtung des Gitters auf andere Weiso möglich, z.B. in Form von Mäandern.

In Fig. 8 wird zur Erläuterung des Verfahrens eine bekannte Vorrichtung zur Koordinatenbestimmung dargestellt, bei der die Gitteranordnung elektrisch angesteuert wird. Sie weist eine Arbeitsfläche 101, eine Sonde 102 und eine Gitteranordnung 103 auf. Die Sonde 102 ist über einen Verstärker 104 und einen Filter 105 mit einem Nulldurchgangsdetektor 1C6 verbunden. Mit einem Zähler 107 sind neben dem Nulldurchgangsdetnktor 106 eine Impulsquelie 108 und die Steuerlogik 109 verbunden. Die Steiierlogik 109 ist außerdem mit den x-Stromquallen 110 und den y-Stromquellen 111 zur Ansteuerung der Gitteranordnung 103 verbunden. Mit Hilfe dor Vorrichtung worden die x-y-Koordinaten einos Punktes in der Arbeitsfläche 101 ermittelt. Dabei wird die Gitteranordnung 103 über die x- und die y-Stromquollen 110,111 elektrisch angesteuert. Sie erhalten von der Steuerlogik 109 die zur Ansteuerung der Gitteranordnung 103 benötigten Stromimpulse. Liefern die x-, y-Stromquellen 110,111 Stromimpulse, so wird ein sich zeitlich und räumlich änderndes Magnetfeld au' der Arbeitsfläche 101 erzeugt, das sicn längs einer Koordinatenachse wellenförmig ausbreitet. Dieses Magnetfeld induziert in der Sonde 102 eine Spannung, die über den Verstärker 104 auf den Filter 10S geleitet wird. Im Filter 105 werden Störungen und störende Oberschwingungen der induzierten Spannung beseitigt. Das entstörte Ausgangssignal vom Filter 105 gelangt zum Nulldurchgangsdetektor 106, der den Nulldurchgang der induzierten Spannung erkennt und den Zähler 107 stoppt. Der Zähler 107 ist zu Beginn dor Messung durch die Steuerlogik 109 zurückgesetzt worden. Seine Zählimpulse erhält er von der Impulsquelle 108, deren Impulse auch der Steuerlogik 109 zugefühit werden. Dor gestoppte Zähler 107 enthält nach der Messung eine Zahl, die der Zeit entspricht, welche vom Staiipunkt bis zum Nulldurchgang der induzierten Spannung vergangen ist. Daraus läßt sich in einer Verarbeitungseinheit 150 ein Koordinatenwert der Sonde 102 ableiten. In Fig. 9 a ist der Aufbau dor Gitteranordnung für eine Koordinatenachse bei einem 3phasigen System dargestellt. Dabei besteht jode der 3 Grundstrukturen 115 (Fig.9b) aus einem Mäander 112 mit der Mäanderweite FB und zwei Rückleitern 113,114. Die 3 Grundstrukturen sind in bekannter Weise gleichmäßig gegeneinander versetzt.

In Fig.9c ist eine 4phasige Gitteranordnung vereinfacht dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber wurden nur die für die folgenden Erläuterungen wesentlichen Mäander 112 gekennzeichnet.

Anhand von Fig. 11a.. 11 f soll die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden. Fig. 11 a stellt die Sonde 102 auf der Arbeitsfläche 101 von Fig. 8 d»r. Die räumliche Orientierung zur Gitteranordnung 103 wird durch den Mäander A gekennzeichnet. Wenn die Gitteranordnung nach Fig.9c durch Ströme entsprechend der Fig. 10a gespeist wird, bildet sich ein wanderndes Magnetfeld aus, das Etch in Richtung der positiven x-Achse ausbreitet. Daboi wird in der Sonde 102 ein Signal erzeugt, das in den nachfolgenden elektronischen Schaltungen wieder zu einem Rechtecksignal aufbereitet wird. Der Nulldurchgangsdetektor 106 rr.otj? -.!»boi dis {ε!!«ηΗη Flanke dieses Signals auswerten und den Zähior 107 stoppon.

In Fig. 11b ist der Signalverlsuf fürdon raii dargesteüi, daß die c!?W"""i«rhen Schaltungen 104,105,106 (Fig.8) keine Verzögerungszeit besitzen. Dabei wurden in Fig. i 1 a... 1 * f die Wog- und Zeitmaßstäbe so gewählt, dsG die Pe'ioHnnlängen übereinstimmen. Dadurch ergibt sich ein übersichtlicher Zusammenhang zwischen Meßzeii und Maßweg. Beim Verschieben der Sonde 102 vorändert sich gleichsinnig auch die Stopzeit 120. Diese Betriebsart soll als Vorwärtsmossung und die x-Meß' verte sollen mit xV bezeichnet werden (Fig. 11 f). In realen elektronischen Schaltungen treten natürlich Signalverzögerungen 121 auf, wie des in Fig. 11 c dargestellt ist. Aus der realen Stopzeit 122 ergibt sich also eine Sondenposition 127, die rechts von der tatsächlichen Position 1?6 in Fig. 11 f liegt. Durch Schwankung der Signalverzögerung 121, die in Fig. 11 c gestrichelt angedeutet ist, ergibt sich folglich auch eine andere ermittelte Sondenposition 128, obwohl sich die tatsächliche Sondenposition 126 nicht verändert hat.

In Fig. 10b ist ein weiteres Impulsbild für die Speisung des gleichen Gitters dargestellt. Das sich damit über dem Gitter ausbildende Magnetfeld wandert ebenfalls entlang der x-Achse. Aufgrund der besonderen zeitlichen Schaltreihenfolge ist die Ausbreitungsrichtung jedoch der x-Richtung entgegengesetzt. Diese magnetische Welle induziert in der Sonde 102 ebenfalls ein Signal, das zur Positionsmessung verwendbar ist. In Fig. 11 d ist das zur Fig. 11b analoge Signal dargestellt. Zu beachten ist bei der Darstellung die gegenübor Fig. 11 b entgegengosetzt definierte Richtung der Zeitachse und die Lage des Bezugspunktes. Während sich bei dnr Vorwärtsmessung beim Verschieben der Sonde 102 nach rechts, also einer Vergrößerung von x, die Stopzeit 120 ebenfalls vergrößerte, verringert sich jetzt die Stopzeit 123 vom Bezugsieitpunkt zur fallenden Flanke des Signals. Durch die gewählte Form der Darstellung fällt die fallende Flanke des idealisierten Signals von Fig. 11 d wieder auf den Punkt der tatsächlichen Sondenposition 126. Die Position der Sonde 102 läßt sich also auch aus der Stopzeit 123 ermitteln, wenn d r rechte Rand des Meßbereiches FB als Bezugspunkt verwendet wird, wenn gewissermaßen vom Ende des Meßbereiches FB iück>värts gemessen wird. Diese Betriebsart soll deshalb als Rückwärtsmessung bezeichnet werden. Sie liefert die auf den rechten Rand des Meßbereiches FB bezogenen x-MeP verte xR (Fig. 11 f).

Auch bei doi Rückwärtsmessung wirke, ι in der realen elektronischen Schaltung die Verzögerungszeiten. Da sie stets positiv sind, vergrößern sie die von der Sondensposition abhängige Stopzeit 123 um den Betrag 124, so daß sich anhind dor realen Stopzeit 125 die Soiido scheinbar auf der Position 129 befindet.

Fig. 11 f läßt erkennen, daß sich durch Kombination der beiden Meßwerte xV und xR der Einfluß der Verzögerungszeiten 121 und 124 eliminieren und die tatsächliche Position xG der Sonde 102 ermitteln läßt:

xG = (xV + FB- xR)/2

Die Wirkungsweise des Verfahrens wurde hier anhand eines Meßbereiches erläutert, der nur eine Mäanderweite FB umfaßt. Es ist auch auf größere Meßbereiche mit mehreren räumlichen Mäandern anwendbar, wobei die Mehrdeutigkeit dor Meßwerte zu berücksichtigen ist. Dazu kann wie bekannt ein Hilfsgitter verwendet werden, das eine großräumige, grobe Koordinatenbostimmung auf der Arbeitsfläche 101 ermöglicht und den mit dem Mäandergitter ermittelten genauen, aber mehrdeutigen Meßwert eindeutig zuordnet.

Diese y-Koordinate wird analog dem oben für χ beschriebenen Verfahren ermittelt. Eine Koordinate auf der Arbeitsfläche 101 wird durch 4 Teilmessungen gewonnen.

Die Tatsache, daß der Koordinatenwert jeder Achse praktisch zweimal ermittelt wird, erlaubt eine einfache Möglichkeit, die Verzerrungen der Meßspur der Sonde 102 zu vermindern.

Fig. 12a...d zeigen die Verhältnisse, wenn sich die Sonde 102 zwischen Vorwärts-und Rückwärtsmessung verschiebt. Fig. 12b zeigt das realo Stopsignal 130 während der Vorwärtsmessung, die die scheinbare Koordinate xV in Fig. 12 d liefert. Bis zum Zeitpunkt der Rückwärtsmessung möge eine Zeit verstreichen, während der die Sonde 102 ihren Ort verändert, was in Fig. 12a gestrichelt dargestellt wurde. Die Rückwärtsmessung liefert unhand der Stopzeit 142 den Wert xR. Wo die aus xV und xR ermittelte gitterbezogene Koordinate xG liegt, zeigt Fig. 12d. Sie liegt zwischen den beiden tatsächlichen Sondenpositionen 143 und 144. Durch die Mittelwertbildung, um die elektronischen Verzögerungszeiten zu eliminieren, wird gleichzeitig auch ein Mittelwert bei Ortsveränderung der Sonde 102 gebildet.

Für die gitterbezogene Koordinate ist es ohne Bedeutung, ob zuerst die Vorwärts- oder die Rückwärtsmessung vorgenommen wird. In Fig. 13 ist aufgezeigt, welche Koordinatenwerte aufgenommen werden, wenn die Meßwerte in der Folge xV - yV - yR xR aufge -lomrnen werden und sich die Sonde 102 auf der schrägen Sondenspur 17 bewegt. Das erste Meßwertpaar xV, yV würde eine scheinbare Position 147 ergeben, die nicht auf der Sondenspur 17 liegt. Das nächste Meßwertpaar wird in umgekehrter Reihenfolge yR, xR aufgenommen. Dadurch liegt die scheinbare Sondensposition im Punkt 148 ebenfalls abseits der Sondenspur 17. Weil jedoch zuerst die y-Messung erfolgt, befindet sich der Punkt 148 unterhalb der tatsächlichen Sondenspur 17. Durch die anschließende Berechnung der gitterbezogenen Koordinate kG, yG aus xV, yV, yR und xR liegt der resultierende Punkt 149 wieder auf der Sondenspur 17 oder wesentlich dichter dnran als die Teilmessungen. Durch eine Meßreihenfolge χ - y - y - χ oder y - χ - χ - y werden also die bereits in Fig. 2 dargestellten Verzerrungen der Meßspuren stark vermindert, ohne deß ein zusätzlicher Aufwand entsteht.

Um die Auswirkung der Meßreihenfolge auf die Meßspur anschaulich zu gestalten, wurden in Fig. 13 die elektronischen Verzögerungszeiten 151,133 (Fig. 12) vernachlässigt. Sie wurden natürlich noch einen weiteren Versatz der scheinbaren Positionen bringen und dia Darstellung und Auswertung stark komplizieren. Da atm durch die Vor-Rückwärte-Messungen diese Anteile ohnehin herausfallen, ist die gewählte Betrachtungsweise zulässig. Die η r„ j Koordinatft xG, yG besitzt gegenüber den Koordinaten xV, yV und xR, yR eine neue Qualität. Sie ist nämlich in hohem Maße von der· elektronischen Schaltungen und deren schwankenden Eigenschaften unabhängig und ist eng mit dom Gitter verbunden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten, insbesondere in genau messenden Oigitalisiergeräten, mit einer Arbeitsfläche, die ein Leitergitter enthält, dessen für die Koordinatenbestimmung wesentliche l.eiterteile senkrecht zur Koordinatenachse angeordnet sind, mit einer oder mehreren Sonden, deren Position auf dem Leitergitter zu bestimmen ist, mit elektrischer oder magnetischer Kopplung zwischen Leitergitter und Sonde, wobei entweder die Sonde oder das Leitergitter erregt und im Leitergitter oder in der Sonde zeitliche Signale gebildet werden, die anschließend in elektronischen Schaltungen weiterverarbeitet werden, deren zeitliche Verschiebung gegenüber einem Referenzsignal der räumlichen Verschiebung auf der Arbeitsfläche proportional ist und zur Koordinatenbestimmung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koordinatenachse mindestens eine Vorwärts- und eine Rückwärtsmessung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Teilmessungen xyyx bzw. yxxy ist.