DE10361905A1 - Position, orientation and path determination arrangement for an object moving relative to a fixed object, whereby the fixed object has a reference matrix of voltage potentials and the moving object has energy converters - Google Patents

Position, orientation and path determination arrangement for an object moving relative to a fixed object, whereby the fixed object has a reference matrix of voltage potentials and the moving object has energy converters

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DE10361905A1
DE10361905A1 DE2003161905 DE10361905A DE10361905A1 DE 10361905 A1 DE10361905 A1 DE 10361905A1 DE 2003161905 DE2003161905 DE 2003161905 DE 10361905 A DE10361905 A DE 10361905A DE 10361905 A1 DE10361905 A1 DE 10361905A1
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Peter Prof. Dr. Dittrich
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FACHHOCHSCHULE JENA
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FACHHOCHSCHULE JENA
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic means for measuring coordinates of points

Abstract

Measurement arrangement for determining position, orientation and or movement path of a moving object (2) relative to a stationary object (1) comprises a reference surface (3) in the stationary object with a matrix of locations in the reference surface linked to a power source via control circuit (6). The moving object has energy converters and an evaluation circuit is provided that is connected to the control circuit and the energy converters, so that by measuring the influence of the excitation fields on the energy converters or vice versa the position of the moving object can be inferred.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Bestimmung der aktuellen Position, der Orientierung und/oder des Bewegungsablaufs für mindestens einen ersten, beweglichen Gegenstand relativ zu einem zweiten, stationären Gegenstand, wobei die relativ zueinander beweglichen Gegenstände über energetische Felder miteinander in Wechselwirkung treten. The invention relates to a measuring arrangement for determining the current position, orientation and / or the sequence of movements for at least a first movable object relative to a second, stationary object, wherein contact the relatively movable objects over energetic fields interact with each other.
  • Bekannt sind Anordnungen, bei denen sich Gegenstände über eine ebene oder leicht gekrümmte Fläche bewegen und dabei vorgegebene Positionen einnehmen sollen, wie dies beispielsweise bei einem Mehrkoordinatenantrieb nach Arrangements are known in which objects move on a plane or slightly curved surface and this should take predetermined positions, as by, for example, in a multi-coordinate drive DE 197 12 893 A1 DE 197 12 893 A1 der Fall ist, bei dem unter Einwirkung von Verschiebekräften die Lage von Objekten translatorisch und rotatorisch in Relation zu einer stationären Geräteeinheit verändert werden kann. is the case where the position of objects can be translationally and rotationally changed in relation to a stationary device unit under the effect of displacement forces.
  • Um bei derartigen Vorrichtungen die beweglichen Objekte in vorgegebene Positionen verschieben zu können, ist es notwendig, die sich während der Bewegung verändernden Positionen zu bestimmen und zu verfolgen und davon ausgehend Ansteuersignale zu generieren, welche die Bewegung des Objektes in eine Soll-Position oder zumindest in Richtung einer Soll-Position veranlassen. In order to move the moving objects in predetermined positions in such devices, it is necessary to determine during movement changing positions and track and on this basis to generate control signals, which the movement of the object in a desired position or at least in causing the direction of a nominal position.
  • Es ist prinzipiell möglich und auch bekannt, zur Positionsbestimmung eine Kamera zu nutzen und dieser ein Bildverarbeitungssystem nachzuschalten, das aus den mit der Kamera aufgenommenen Bildern die jeweilige Ist-Position des anzusteuernden Objektes ermittelt. It is in principle possible and also known to be used for positioning a camera and this nachzuschalten an image processing system that determined from the taken with the camera images, the respective actual position of the object to be controlled.
  • Nachteilig bei solchen Einrichtungen mit Bilderfassung und Bildverarbeitung ist zum einen, daß ein kostenintensiver Aufwand insbesondere dann zu treiben ist, wenn die Lage des Objektes in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen von beispielsweise 2 ms ermittelt werden muß. A disadvantage of such devices with image capture and image processing is the one that a cost-intensive effort is particularly to drive, when the position of the object in relatively short time intervals, for example, 2 ms must be determined. Zum anderen nimmt die Genauigkeit bei der Bestimmung der Ist-Position ab, je größer der Bewegungsbereich des Objektes ist. On the other hand, the accuracy decreases in the determination of the actual position, the greater the range of movement of the object. Weiterhin muß für die Kamera freie Sicht auf die Objekte gewährleistet sein, was Bauraum beansprucht, der oftmals auch für andere Einrichtungen benötigt wird. Furthermore, for the camera a clear view must be guaranteed to the objects, which takes space, which is often required for other facilities.
  • Bei einer Anordnung nach DE 102 61 659.0-22 zum Beispiel werden Gegenstände auf einer Bezugsfläche verschoben, indem die Bezugsfläche in eine schwingende Bewegung versetzt wird und die Gegenstände während dieser Bewegung mittels elektromagnetischer Wandler zeitlich begrenzt an die Bezugsfläche gekoppelt werden, so daß Bewegungsenergie von der Bezugsfläche auf die Gegenstände übertragen wird. In an arrangement according to DE 102 61 659.0-22, for example, objects are moved to a reference surface by the reference surface is set into a vibrating motion, and the objects are coupled during this movement by means of electromagnetic transducer limited to the reference surface, so that kinetic energy of the reference surface is transferred to the objects. Nach erfolgter Entkopplung bewegen sich die Gegenstände relativ zur Bezugsfläche. After decoupling, the objects move relative to the reference surface. Die Richtung dieser Bewegung wird mit dem Zeitpunkt der Entkopplung und damit in Abhängigkeit von der Phase der Schwingung der Bezugsfläche vorgegeben. The direction of this movement is determined with the time of decoupling and therefore depending on the phase of the oscillation of the reference surface. Um die Positionen der Gegenstände während ihrer Bewegung überwachen zu können, ist eine Kamera über der Bezugsfläche angeordnet, allerdings mit den oben genannten Nachteilen. In order to monitor the positions of the objects during their movement, a camera is positioned above the reference plane, but with the above mentioned disadvantages.
  • Weiterhin ist aus Furthermore, from DE 198 55 685 A1 DE 198 55 685 A1 eine induktive Positionsmeßeinrichtung bekannt, bei der die Positionsbestimmung anhand der Kopplung zwischen einer Transmitterwindung, in die Energie eingespeist wird, und mindestens zweier Empfängerwindungen vorgenommen wird. discloses an inductive position measuring device, wherein the position determination based on the coupling between a Transmittable Erwin manure is fed into the energy, and at least two receiver coils is performed. Dabei wird die Kopplungsänderung durch magnetisch leitfähige Modulatoren, die entlang einer Koordinate angeordnet sind, oder die Änderung der Lage der Windungen zueinander ausgewertet. The coupling change is magnetically conductive modulators which are arranged along a coordinate, or evaluated, the change of the position of the turns to each other. Nachteiligerweise ist diese Anordnung lediglich zur Bestimmung von Positionen entlang einer Koordinate geeignet. Disadvantageously, this arrangement is suitable only for the determination of positions along a coordinate.
  • In In DE 198 23 059 C2 DE 198 23 059 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der räumlichen Lage eines Körpers mit asymmetrischer Magnetfeldverteilung beschrieben. describes a method and apparatus for detecting the spatial position of a body with an asymmetric magnetic field distribution. Hier wird aus den von mehreren, in Form einer Matrix angeordneten elektromagnetischen Wandlern abgegebenen Signalen die Lage eines Gegenstandes ermittelt, wobei eine asymmetrische Magnetfeldverteilung vorausgesetzt wird und der Gegenstand funktionsbedingt mehrere dieser elektromagnetischen Wandler überdecken muß. Here, the position of an object is determined from the arranged plurality of, in a matrix form electromagnetic transducers output signals, wherein an asymmetrical magnetic field distribution is assumed and the object functional reasons must cover more of these electromagnetic transducers. Damit ist diese Anordnung lediglich geeignet für Gegenstände, die groß sind im Verhältnis zu den elektromagnetischen Wandlern, oder für eine Matrix, die aus sehr vielen einzelnen elektromagnetischen Wandlern besteht, was nachteilig einen hohen materiellen Aufwand erfordert. Thus, this arrangement is only suitable for items that are large in relation to the electromagnetic transducers, or a matrix that consists of many individual electromagnetic transducers, which adversely requires great physical effort.
  • Ein weiteres Positionserfassungssystem nach Another position detection system according to DE 695 11 452 T2 DE 695 11 452 T2 beruht darauf, daß mittels magnetoresistiver Leitungen Magnetfelder detektiert werden, die beispielsweise von einem sich bewegenden Permanentmagneten ausgehen. based on that are detected by means of magnetoresistive magnetic lines, for example, start from a moving permanent magnet. Dabei werden Widerstandsänderungen ausgewertet und in Informationen über die räumliche Feldverteilung bzw. die Position des Permanentmagneten umgesetzt. In this case, changes in resistance is evaluated and converted into information about the spatial field distribution or the position of the permanent magnet. Ein solches System ist nachteiligerweise nur über einen verhältnismäßig kleinen Bewegungsbereich realisierbar. Such a system is disadvantageously realized only over a relatively small range of movement.
  • Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit verhältnismäßig geringem technischen Aufwand eine hinreichend genaue Erfassung der Positionen eines oder mehrerer über eine Fläche bewegter Gegenstände möglich ist und auch qualitative Aussagen über Bewegungsabläufe, insbesondere zurückgelegte Wegstrecken, Geschwindigkeiten und Bewegungsbahnen, gewonnen werden können. From this prior art, starting with the invention has the object of providing a method and an arrangement of the type mentioned at the beginning such that with relatively little technical expenditure, a sufficiently accurate detection of the positions of one or more is possible over an area of ​​moving objects and qualitative information about movements, in particular the traveled path, speeds and trajectories can be obtained.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für eine Meßanordnung zur Bestimmung der aktuellen Position, der Orientierung und/oder des Bewegungsablaufs für mindestens einen ersten, beweglichen Gegenstand relativ zu einem zweiten, stationären Gegenstand dadurch gelöst, daß According to the invention the task for a measuring arrangement for determining the current position, orientation and / or the sequence of movements for at least a first movable object is achieved relative to a second, stationary object characterized in that
    • – an dem stationären Gegenstand eine in den Koordinaten X, Y ausgedehnte Bezugsfläche für den beweglichen Gegenstand vorhanden ist, - on the stationary object extensive in the coordinates X, Y reference surface for the moving object is present,
    • – ein Raster von vorbestimmten Orten der Bezugsfläche über eine Steuerschaltung mit einer Spannungsquelle in Verbindung stehen, - a grid of predetermined locations of the reference surface are connected via a control circuit to a voltage source in combination,
    • – die Orte mittels der Steuerschaltung mit sich in zeitlicher Folge ändernden elektrischen Potentialen beaufschlagt werden, so daß sich zwischen benachbarten Orten energetische, in Bezug auf ihre Ausbreitungsrichtung und Stärke wechselnde Felder ausbilden, - the location means of the control circuit are subjected to varying electrical potentials in time sequence, so that between adjacent locations energy, form with respect to their direction of propagation and strength changing fields,
    • – der bewegliche Gegenstand mit Energiewandlern ausgestattet ist, die mit den energetischen Feldern in Wechselwirkung treten und - the moving object is equipped with energy converters, which interact with the energy fields, and
    • – eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die mit der Steuerschaltung und den Energiewandlern in Verbindung steht und mit welcher der Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler und/oder der Einfluß der Energiewandler auf - an evaluation device is provided which communicates with the control circuit and the power converters in connection with which the influence of energetic fields to the energy converter and / or the influence of the energy converter to
    die Felder gemessen wird und aus den so gewonnen Meßergebnissen Schlußfolgerungen auf die aktuelle Position und/oder den Bewegungsablauf des beweglichen Gegenstandes gewonnen werden. the fields is measured and obtained from the measurement results so conclusions are obtained on the current position and / or the movement of the moving object.
  • Während die aktuellen Positionen eines sich über die Bezugsfläche bewegenden Gegenstandes mit der Angabe der jeweiligen Koordinaten X, Y bestimmt sind, ist unter der Orientierung des beweglichen Gegenstands im Sinne der vorliegenden Erfindung seine aktuelle Ausrichtung bzw. Verdrehung φ um eine Senkrechte auf die Bezugsfläche zu verstehen. While the current positions of a traveling over the reference surface the object with the indication of the respective X, Y coordinates are determined, under the orientation of the movable object in the sense of the present invention φ its current orientation or rotation around an axis perpendicular to understand the reference surface ,
  • Diese Meßanordnung ist für einen oder mehrere Gegenstände, die sich über die Bezugsfläche des stationären Gegenstandes bewegen, anwendbar. This measuring arrangement is for one or more items that move across the reference surface of the stationary object, applicable. Dabei können die beweglichen Gegenstände auf der Bezugsfläche aufliegend über die Bezugsfläche gleiten, die in diesen Falle als Auflagefläche dient, oder während der Bewegung durch Kräfte, die der Schwerkraft entgegenwirken, in einer vorgegebenen Höhe über der Bezugsfläche gehalten werden. Here, the moving objects on the reference surface can slide resting on the reference surface, which serves as a bearing surface in this case, or during the movement by forces counteract the force of gravity, are kept at a predetermined height above the reference plane.
  • Aufgrund der Beaufschlagung der Vielzahl von Orten mit elektrischen Potentialen ist die gesamte Bezugsfläche, zumindest aber der Bewegungsbereich eines beweglichen Gegenstandes auf der Bezugsfläche, mit energetischen Feldern überzogen, deren örtliche Ausrichtung und Intensität in Abhängigkeit von der Änderung der Potentiale variieren. Due to the loading of the plurality of locations of electrical potentials, the entire reference surface, but at least the range of movement of a moving object on the reference surface, covered with energetic fields whose local orientation and intensity in response to the change of the potentials vary. Werden die Potentialänderungen definiert vorgegeben, ergeben sich in der Folge auch definierte Änderung der energetischen Felder. If the potential changes dictated defined, resulting in the consequence also defined change in the energy fields.
  • Die energetischen Felder treten an den Positionen der Bezugsfläche, an denen sich während eines Meßzeitpunktes ein Gegenstand befindet, dem ein Energiewandler zugeordnet ist, mit diesem in Wechselwirkung. The energetic fields occur at the positions of the reference surface at which an article is during a measurement time, which is associated with an energy converter, with this into interaction. Diese Wechselwirkung generiert Signale am Signalausgang des Energiewandlers, die meßtechnisch erfaßt werden. This interaction generates signals at the signal output of the energy converter, which are detected by measurement.
  • Aus der Zuordnung dieser Signale zu Meßzeiten und den beaufschlagten Orten der Bezugsfläche werden die aktuellen Positionen eines oder mehrerer sich über der Bezugsfläche befindenden Gegenstände bestimmt. From the assignment of these signals to measurement times and acted places the reference surface, the current positions of one or more that are available on the reference surface objects are determined. Durch Vergleich der Positionen zu verschiedenen Meßzeiten werden Schlußfolgerungen dahingehend gezogen, ob ein Gegenstand seine Position verändert. By comparing the positions at different measurement times conclusions are drawn as to whether an object changes its position. Weiterhin wird bei Bedarf durch Vergleich der Positionsänderungen über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg der Bewegungsablauf des Gegenstandes verfolgt bzw. kontrolliert, beispielsweise im Hinblick darauf, ob die Bewegung geradlinig oder gekrümmt verläuft, über welche Strecke sich der Gegenstand in dieser Zeitspanne bewegt hat und mit welcher Geschwindigkeit die Bewegung vor sich gegangen ist. Furthermore, the position changes over a predetermined period of time the movement of the object is followed if necessary by comparing or controlled, for example in terms of whether the movement is rectilinear or curved, on which path the object has moved during this period and at what speed the movement has taken place.
  • Da die Lage der zu beaufschlagenden Orte auf der Bezugsfläche definiert ist, lassen sich die durch die energetischen Felder in den Energiewandlern hervorgerufenen Meßwerte eindeutig Positionen auf der Bezugsfläche zuordnen und in Koordinaten X, Y angeben. Since the position of places to be acted upon is defined on the reference surface, the energy caused by the fields in the energy converters measured values ​​can be clearly assigned and indicate in coordinates X, Y positions on the reference surface.
  • Umgekehrt üben auch die Energiewandler auf die energetischen Felder Einfluß aus, der sich in der Veränderung ihrer Kenngrößen bemerkbar macht und so ebenfalls durch Messungen erfaßt werden kann. Conversely, the energy converter exert the energy fields influence which manifests itself in the change of their parameters and so can also be detected by measurements. Insofern können auch an wahlweise vorzugebenden Positionen der Bezugsfläche diese Kenngrößen bzw. deren Veränderungen erfaßt und beobachtet und daraus Schlußfolgerungen auf das Vorhandensein eines Gegenstandes an diesen Positionen, die wiederum durch die Koordinaten X, Y bestimmt sind, gezogen werden. Insofar as the reference surface, these parameters and their changes can be detected and observed and conclusions on the presence of an object at these positions, which are in turn determined by the coordinates X, Y drawn from it, also optionally presettable positions.
  • Die energetischen Felder werden mittels der Steuerschaltung generiert. The energy fields are generated by the control circuit. Diese weist in einer beispielhaften Ausgestaltung mehrere Ausgänge auf, die gemeinsam ein Mehrphasensystem bilden. in an exemplary embodiment, this comprises a plurality of outputs, which together form a multi-phase system. Dabei führt jeder Ausgang im zeitlichen Wechsel entweder ein definiertes energetisches, bevorzugt elektrisches Potential oder ist potentialfrei geschaltet. Each output leads either a defined-energy, preferably electric potential in the temporal change or is connected in floating. Die Potentialänderungen an den Ausgängen werden durch Umschalten innerhalb der Steuerschaltung hervorgerufen oder auch dadurch, daß das Potential bzw. die elektrische Versorgungsspannung am Eingang der Steuerschaltung selbst sich in Abhängigkeit von der Zeit in Form einer Schwingung ändert, also ein in seiner Intensität wechselndes Potential bzw. eine Wechselspannung verwendet wird und so die Potentiale an den Ausgängen der Steuerschaltung an sich oder zusätzlich beeinflußt werden. The potential changes at the outputs are caused by switching within the control circuit or in that said potential or the electric supply voltage at the input of the control circuit itself changes as a function of time in the form of a vibration, that is a changing in intensity potential or an AC voltage is used and so the potentials at the outputs of the control circuit can be additionally influenced by itself or.
  • Ist dabei beispielsweise die Frequenz der Wechselspannung größer als die Frequenz, mit der in der Steuerschaltung umgeschaltet wird, erzeugen die Schwingungen der daraus resultierenden Feldänderungen Potentialänderungen am Signalausgang des Energiewandlers. Is, for example, the frequency of the alternating voltage is larger than the frequency is switched to that in the control circuit, which generate vibrations of the resulting field changes changes in potential at the signal output of the energy converter. Deren Größe und deren Phasenlage in Bezug auf die Wechselspannung des Potentials, mit dem die Steuerschaltung versorgt wird, kann in einer besonderen Ausgestaltungsvariante der Meßanordnung zur Gewinnung der Meßwerte genutzt werden. Whose size and its phase position in relation to the AC voltage that is supplied to the control circuit of the potential can be utilized in a particular embodiment variant, the measuring assembly for obtaining the measured values.
  • Bevorzugt ist die Bezugsfläche elektrisch leitfähig ausgebildet. Preferably the reference surface is electrically conductive. Vorteilhaft wird als Bezugsfläche die Oberseite einer Kupferplatte, einer Kupferfolie oder eines Kupfernetzes genutzt. the top of a copper plate, a copper foil or a copper network is advantageously used as a reference surface. Dieser flächenhafte elektrische Leiter wird vorteilhaft auf einer Stahlplatte, die magnetisch gut leitend ist, angeordnet. This planar electrical conductor is advantageously arranged on a steel plate, which is magnetically well conducting.
  • Jeder Ausgang der Steuerschaltung ist mit einem der Orte auf der Bezugsfläche verbunden, so daß jeder der Orte im zeitlichen Wechsel wiederkehrend mit einem elektrischen Potential beaufschlagt wird und sich zwischen jeweils benachbarten Orten für die Zeit der Ansteuerung ein energetisches Feld ausbildet. Each output of the control circuit is connected to one of the locations on the reference surface so that each of places is repetitively applied in the temporal change with an electric potential and forms an energy field between adjacent locations for the time of actuation.
  • Dabei entspricht jeder Ausgang der Steuerschaltung einer Phase. Each output of the control circuit of a phase corresponds. Die Beaufschlagung der Orte erfolgt insofern analog zu einem Mehrphasensystem. The application of places done so far analogous to a multi-phase system. Alle Orte, die an demselben Ausgang bzw. derselben Phase angeschlossen sind, bilden einen Strang. All locations that are connected to the same output and the same phase, form a strand. Die Anzahl der Phasen und der Stränge stimmt überein. The number of phases and the strands match.
  • Mehrere benachbarte Orte, die an unterschiedlichen Ausgängen bzw. Phasen angeschlossen sind, bilden eine Gruppe. A plurality of adjacent locations, which are connected to different outputs or phases, form a group. Diese Gruppen sind vielfach vorhanden und etwa gleichmäßig über die Bezugsfläche verteilt. These groups are frequently present and approximately uniformly distributed over the reference surface. Mittels der Steuerschaltung wird veranlaßt, daß sich zwischen den Orten jeder Gruppe die energetischen Felder ausbilden und dadurch bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung und Stärke variieren. By means of the control circuit is caused to be formed, the energy fields between the locations of each group, and thereby vary in their direction of propagation and strength. Die Ausbreitungsrichtung wird durch das Anlegen der Potentiale an ausgewählte Orte innerhalb einer Gruppe vorgegeben, die Stärke der energetischen Felder wird mit dem angelegten Potential variiert. The direction of propagation is determined by application of said potentials to selected locations within a group, the strength of energetic fields is varied with the applied potential.
  • Bevorzugt besteht jede Gruppe aus drei benachbarten Orten Oa, Ob, Oc, und die Steuerschaltung weist drei Ausgänge bzw. drei Phasen auf, wovon jeder mit einem der drei Orte Oa, Ob, Oc verbunden ist. Preferably, each group consists of three adjacent locations, Oa, Ob, Oc, and the control circuit has three outputs or three phases, each with one of three places Oa, Ob, Oc is connected. Die Ansteuerung dieser Orte Oa, Ob, Oc erfolgt beispielsweise so, daß sich die energetischen Felder sequentiell zunächst zwischen den Orten Oa und Ob, dann zwischen den Orten Ob und Oc und schließlich zwischen den Orten Oc und Oa einer jeden Gruppe ausbreiten, wonach die Ansteuerung in gleicher Folge und im selben Zeittakt wiederholt wird. The activation of these places Oa, Ob, Oc takes place for example in such a way that the energy fields at first then spread sequentially between the towns of Oa and Ob, between the towns of Ob and Oc and finally between the towns of Oc and Oa of each group, after which the control is repeated in the same sequence and the same timing.
  • Besonders bevorzugt sind jeweils drei Orte Oa, Ob, Oc einer Gruppe so auf der Bezugsfläche angeordnet, daß sie jeweils an den Scheitelpunkten eines gleichseitigen Dreiecks liegen. Especially preferred are in each case three places Oa, Ob, Oc a group disposed on the reference surface to lie respectively at the vertices of an equilateral triangle.
  • Abweichend davon kann in einer weiterführenden Ausgestaltung der Meßanordnung eine Steuerschaltung mit vier Ausgängen vorgesehen sein, wobei in diesem Falle jede Gruppe aus vier Orten Oa, Ob, Oc, Od besteht und jeder der vier Ausgänge mit einem dieser Orte in Verbindung steht. Deviating from a control circuit may be provided with four outputs in a further embodiment of the measuring arrangement, in which case each group of four locations, Oa, Ob, Oc, Od is and each of the four outputs is connected to one of these locations. Die Ansteuerung dieser vier Orte erfolgt sequentiell beispielsweise so, daß sich die energetischen Felder zunächst zwischen den Orten Oa und Ob, dann zwischen Ob und Oc, Oc und Od, Od und Oa, Ob und Od sowie schließlich zwischen Oc und Od ausbreiten, wonach auch hier die Ansteuerung in gleicher Folge und im Zeittakt wiederholt wird. The activation of these four locations is sequential, for example, so that the energy fields initially Whether and Od and finally spread between the towns of Oa and Ob, then between Ob and Oc, Oc and Od, Od and Oa, between Oc and Od, which also the control is repeated in the same sequence and timing here.
  • Bei dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die zu einer Gruppe gehörenden Orte Oa bis Od auf der Bezugsfläche jeweils an den Eckpunkten eines Rhombus positioniert sind. In this embodiment it is advantageous if to a group belonging places Oa are positioned to Od on the reference surface at each of the corner points of a rhombus.
  • Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich die Ausgänge der Steuerschaltung nicht auf die hier beispielhaft angegebenen Anzahl von drei oder vier Ausgängen beschränkt, sondern diese Anzahl und auch die Anzahl der zu einer Gruppe gehörenden Orte je nach Ausgestaltung der Meßanordnung variabel ist. It is expressly pointed out that the outputs of the control circuit is not limited to those exemplified herein to the number of three or four outputs, but this number and the number of a group associated locations is variable depending on the design of the measuring arrangement.
  • In Abhängigkeit von den Potentialen am Ausgang der Steuerschaltung und damit an den jeweils beaufschlagten Orten ergeben sich spezifische Muster in der Verteilung des energetischen Feldes auf der Bezugsfläche. As a function of the potentials at the output of the control circuit and thus to the respective locations acted upon, specific patterns result in the distribution of the energy field to the reference surface. Befindet sich ein bewegter Gegenstand in einer bestimmten Position auf oder über der Bezugsfläche, werden von den Energiewandlern dementsprechende spezifische Signale aufgenommen. a moving object is in a specific position on or above the reference surface corresponding thereto specific signals are received by the energy converters. Auf der Grundlage dessen, daß mit der Steuerschaltung in fortlaufender Folge unterschiedliche wiederkehrende Muster erzeugt werden, ist durch einen Vergleich der erhaltenen Signale mit den in bestimmten Positionen möglichen Signalen eine Zuordnung der Position des bewegten Gegenstandes zu den Orten bzw. umgekehrt möglich. On the basis of the fact that different recurring patterns are produced with the control circuit in consecutive order, is by comparing the signals obtained with the possible in certain positions signals an allocation of the position of the moving object to the places and vice versa.
  • Da sich auf der Bezugsfläche viele Orte gleicher Stränge befinden können, ist eine absolute Zuordnung zu einer bestimmten Gruppe von Orten möglich, indem zu Beginn des fortlaufenden Meßvorganges entweder durch ein Referenzsystem, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, eine definierte Bezugslage gesichert wird, oder die Ausgangslage beim Start des Meßvorganges als Bezugslage definiert wird. As there may be many places the same lines on the reference surface, an absolute assignment to a specific set of locations is possible by the beginning of the continuous measurement process either by a reference system which is not the subject of the invention, a defined reference position is secured, or starting position at the start of the measuring process is defined as the reference position. Ausgehend von einer solchen Bezugslage kann die aktuelle Position eines bewegten Gegenstandes auch über den Bereich einer Gruppe hinaus verfolgt werden, wenn gesichert ist, daß diese Positionsbestimmung in zeitlich so kurzen Abständen erfolgt, daß der bewegte Gegenstand in dieser Zeit nicht eine ganze Gruppe überspringt. Starting from such a reference position, the current position of a moving object can be tracked over the range of a group addition, if it is ensured that this positioning is performed in such short time intervals that the moved article does not skip a whole group during this time.
  • Die für einen bewegten Gegenstand über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg ermittelten Positionswerte können in der Auswerteeinrichtung zu Informationen über den Ablauf der Bewegung verknüpft werden. The position values ​​determined for a moving object for a predetermined period of time can be linked in the evaluation to information about the course of the movement. Dabei werden durch Verfolgung der Positionen Aussagen über die Bewegungsrichtung, wie geradliniger oder gekrümmter Verlauf der Bewegungsbahn, Gleichförmigkeit oder Ungleichförmigkeit der Bewegung, Beschleunigung bzw. Verzögerung während der Bewegung von Position zu Position und Bewegungsgeschwindigkeit gewonnen, indem die Positionswerte entsprechend des Zusammenhangs zwischen Weg, Zeit und Geschwindigkeit miteinander verknüpft werden. In this case, statements about the direction of movement, such as straight or curved course of the movement path, uniformity or non-uniformity of the movement, acceleration or deceleration during the movement from position to position and moving speed are obtained by tracking the positions by the position values ​​in accordance with the relationship between distance, time and speed are interrelated.
  • Zur Meßwertgewinnung werden vorteilhaft die magnetischen Felder genutzt, die auf Grund der Potentialdifferenzen der zwischen den Orten einer Gruppe fließenden elektrischen Ströme entstehen, wobei die Energiewandler als magneto-elektrische Wandler ausgebildet sind. the magnetic fields are used for obtaining measured values ​​used advantageously, which arise due to the potential differences of the current flowing between the locations of a group of electric currents, wherein the power converter are formed as a magneto-electric converter. Als magneto-elektrische Energiewandler werden zB Hall Sensoren oder magnetorestive Sensoren genutzt. As magneto-electrical energy converter as Hall sensors are used or magnetic gates tive sensors. Die unter dem Einfluß der magnetischen Felder erzeugten Stromänderungen oder Widerstandsänderungen in diesen Sensoren werden erfaßt und ausgewertet. The changes in current generated under the influence of the magnetic fields, or changes in resistance in these sensors are detected and evaluated. Ebenso ist es möglich, Induktoren in Form von Meßspulen einzusetzen, die bevorzugt einen Spulenkern besitzen, der aus Ferrit oder einer weichmagnetischen Legierung besteht. It is also possible to use inductors in the form of measurement coils, the coils preferably have a core consisting of ferrite or a soft magnetic alloy.
  • In diesen Meßspulen werden mit jeder Änderung des magnetischen Feldes elektrische Spannungen induziert, deren Größe und Richtung erfaßt und ausgewertet werden. In these measuring coils voltages are induced with every change of the magnetic field whose magnitude and direction are detected and evaluated. Im besonderen Falle können die Energiewandler aus mehreren Sensoren gebildet sein, die paarweise Komponenten des magnetischen Feldes aufnehmen, die senkrecht zueinander stehen und so zB den in den Koordinatenrichtungen X und Y fließenden elektrischen Strömen bzw. den damit verkoppelten magnetischen Feldern zugeordnet sind. In the particular case the energy converter may be formed from a plurality of sensors that receive pairs of the magnetic field components that are perpendicular to each other and, for example assigned to the current flowing in the coordinate directions X and Y so that the electrical currents or coupled to magnetic fields.
  • Der Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler wird beispielsweise bei Verwendung von Meßspulen gemessen, indem die Änderung des magnetischen Feldes im Zusammenhang mit der Änderung des Stromes nach der Änderung des Potentials am Ausgang der Steuerschaltung eine elektrische Spannung induziert. The influence of energetic fields to the energy converter is measured, for example, when using sensing coils by the change of the magnetic field induces an electric voltage in connection with the change in the current after the change of the potential at the output of the control circuit. Da eine solche Änderung durch die Steuerschaltung eingeleitet wird, sind damit auch die aktuellen Potentiale am Ausgang der Steuerschaltung und an den Orten bekannt. Since such a change is initiated by the control circuit, the current potential at the output of the control circuit and in the places so are known. Daraus wird eine Aussage dahingehend abgeleitet, wie sich in der Bezugsfläche der Strom und damit das magnetische Feld in Abhängigkeit von der Position ausbilden. From this, a statement is obtained as to how form in the reference surface of the current and thus the magnetic field depending on the position. Somit läßt sich über gemessene Änderungen auf die Position der dem betreffenden Gegenstand zugeordneten Meßspulen bzw. auf die Position dieses Gegenstandes schließen. Thus, it can be concluded, on measured changes in the position of the object associated with the relevant measuring coils and on the position of that object.
  • Wie bereits dargelegt ist es auch möglich, daß das Potential, mit dem die Steuereinheit versorgt wird, sich zeitlich ändert, also eine Wechselspannung zur Verfügung gestellt wird, deren Frequenz größer ist als die Frequenz, mit der die Steuerschaltung schaltet. As already stated it is also possible that the potential that is supplied to the control unit changes over time, that is, an AC voltage is provided, the frequency of which is greater than the frequency with which the control circuit. Die Schwingungen der daraus resultierenden Feldänderungen erzeugen Spannungsänderungen am Ausgang der Meßspule. The vibrations of the resulting field changes produce voltage changes at the output of the measuring coil. Deren Größe und deren Phasenlage in Bezug auf die Wechselspannung des Potentials, mit dem die Steuerschaltung versorgt wird, kann in einer entsprechenden Ausgestaltung der Meßanordnung zur Gewinnung der Meßwerte genutzt werden. Whose size and its phase position in relation to the AC voltage that is supplied to the control circuit of the potential, can be used in a corresponding configuration of the measuring assembly for obtaining the measured values.
  • Weiterhin ist es denkbar, die sich auf der Bezugsfläche ausbildenden energetischen Felder zu bestimmen, indem an den bewegten Gegenständen angeordnete elektrisch leitende Tastspitzen direkt das elektrische Potential über der Bezugsfläche aufnehmen. Furthermore, it is conceivable to determine the forming on the reference surface energy fields by absorb arranged on the moving objects electrically conducting probe tips directly the electric potential above the reference plane. Dies ist auch möglich mit Hilfe von Elektroden, die auf das elektrische Feld reagieren. This is also possible with the help of electrodes that respond to the electric field.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Meßanordnung kann der Einfluß der Energiewandler auf die energetischen Felder genutzt werden, um daraus die Position eines Gegenstandes zu bestimmten, dem ein Energiewandler zugeordnet ist. In a particular embodiment of the measuring arrangement the influence of the energy converter to the energy fields can be used to derive the position of an object to be certain that is associated with an energy converter. Dies beruht darauf, daß dann, wenn eine starke Wechselwirkung zwischen den energetischen Feldern und einem Energiewandler stattfindet, diesen Feldern auch in starkem Maße Energie entzogen wird. This is because that when a strong interaction between the energy fields and an energy converter takes place, these fields energy is extracted in a large extent. In diesem Fall sind an den Signalausgängen der Energiewandler intensitätsstarke Signale verfügbar. In this case, high-intensity signals are available at the signal outputs of the power converter.
  • Ist die Kopplung zwischen einem Energiewandler zu den energetischen Feldern nur schwach oder keine Kopplung vorhanden, wird den Feldern auch nur in geringem Maße oder überhaupt nicht Energie entzogen. The coupling between an energy converter to the energy fields only weak or no coupling exists, is extracted from the fields only to a small extent or not at all energy. Dann stehen am Signalausgang des Energiewandlers nur intensitätsschwache oder keine Signale zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Then only intensity weak or no signals for further processing are at the signal output of the power converter is available.
  • Diese Bedingungen können am Ausgang der Steuerschaltung These conditions can at the output of the control circuit 6 6 beispielsweise bestimmt werden, indem gemessen wird, wie schnell die energetischen Felder aufgebaut werden. example, be determined by measuring how fast the energy fields are constructed. Dies ist durch die Messung des elektrischen Stromes am Ausgang der Steuerschaltung und Auswertung seiner Anstiegszeit möglich. This is possible by the measurement of the electric current at the output of the control circuit, and evaluation of its rise time. Eine Anstiegszeit größerer Dauer deutet auf eine starke Kopplung und eine Anstiegszeit geringer Dauer auf eine schwache Kopplung hin. A rise time greater duration indicates short duration on a weak coupling to a strong coupling and a rise time. Diese Informationen über die Kopplung können dann in der Vergleichseinheit This information about the coupling can then in the comparison unit 9 9 ausgewertet werden. be evaluated.
  • Der Einfluß der Energiewandler auf die energetischen Felder und damit auch der gemessene Effekt ist um so größer, je mehr Energie von den Wandlern den energetischen Feldern entzogen wird. The influence of the energy converter to the energy fields and therefore the measured effect is the greater, the more energy is extracted from the transducers to energetic fields. Werden magneto-elektrische Wandler mit einer Spule eingesetzt, kann an der Spule ein Widerstand angeschlossen oder die Spule kann kurzgeschlossen werden. Are magneto-electric transducers used with a coil, a resistor can be connected to the coil or the coil may be short-circuited. Ebenso ist es möglich, an der Spule weitere Elemente wie Kondensatoren anzuschließen, die mit den Spulen einen Schwingkreis bilden. It is also possible to connect other elements such as capacitors to the coil which, together with the coil a resonant circuit. Dieser kann auf die Frequenz einer durch die Spannungsquelle This can be applied to the frequency of a by the voltage source 8 8th erzeugten Wechselspannung oder die Schaltfrequenz der Steuerschaltung AC voltage generated, or the switching frequency of the control circuit 6 6 abgestimmt werden, was besonders vorteilhaft ist. be tuned, which is particularly advantageous.
  • Der genannte Effekt tritt auch dann ein, wenn der Energiewandler nur aus elektrisch leitendem Material oder aus magnetisch oder elektrisch leitendem Material besteht und damit die Induktivität vergrößert wird bzw. Wirbelströme entstehen. The said effect occurs even when the energy converter is composed only of electrically conductive material or of magnetic or electrically conducting material and thus the inductance is increased or eddy currents arise.
  • Vorteilhaft für diese Ausgestaltung der Meßanordnungen ist vor allem, daß keine Zuleitungen zwischen dem bewegten Gegenstand Advantageous for this embodiment of the measuring arrangements is in particular that no leads between the moving object 2 2 und seiner Umgebung notwendig sind. and its surroundings are necessary.
  • Die so gewonnenen Meßwerte, die den Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler bzw. den Einfluß der Energiewandler auf die energetischen Felder charakterisieren, werden in der Auswerteeinrichtung zur Gewinnung von Positionswerten in Bezug auf die Koordinaten X, Y verknüpft, wobei wie nachstehend erläutert verfahren wird. The thus obtained measured values ​​which characterize the influence of energetic fields to the energy converter and the influence of the energy converter to the energy fields are combined in the evaluation unit for obtaining position values ​​with respect to the coordinates X, Y, A method wherein as illustrated hereinafter ,
  • Die Abstände zwischen zwei benachbarten Orten auf der Bezugsfläche sind von der gewünschten räumlichen Auflösung abhängig und sollten im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegen. The distances between two adjacent locations on the reference surface are dependent on the desired spatial resolution and should be up to 50 mm in the range of 5 mm. Das mit jeder Phase von den Ausgängen der Steuerschaltung an die Orte angelegte Potential soll im Bereich elektrischer Spannungen zwischen 1 V und 10 V liegen. The signal applied to each phase of the outputs of the control circuit to the places potential should be in the range of electrical voltages between 1 V and 10 V. Der zeitliche Wechsel bei der sequentiellen Beaufschlagung der Orte mit einem elektrischen Potential liegt bevorzugt im Bereich von 0,05 ms bis 0,1 ms. The temporal change in the sequential loading of the places with an electric potential is preferably in the range of 0.05 ms to 0.1 ms.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen In the accompanying drawings
  • 1 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer angedeuteten Vielzahl von Orten, die mit einem elektrischen Potential zu beaufschlagen sind, the basic structure of the arrangement according to the invention with an indicated plurality of locations which are to be acted upon by an electrical potential,
  • 2 2 eine detailliertere Darstellung des Aufbaus nach a more detailed illustration of the structure of 1 1 , lediglich bezogen auf eine Anzahl von drei Orten, und mit einer Ausgestaltungsvariante der Steuerschaltung, , Only with respect to a number of three places, and with a constructional variant of the control circuit,
  • 3 3 eine vereinfachte Darstellung angesteuerter Orte in der Bezugsfläche, a simplified representation of driven places the reference surface,
  • 4 4 ein Schaltbild mit dem Signalfluß in der Meßanordnung, a diagram showing the signal flow in the measuring arrangement,
  • 5 5 eine vereinfachte Darstellung der Strompfade, die sich bei einer Ansteuerung nach a simplified depiction of current paths in accordance with a drive 3 3 in der Bezugsfläche ausbilden, form in the reference area,
  • 6 6 ein Beispiel der Meßwertgewinnung für die Koordinatenrichtungen X und Y, an example of obtaining measured values ​​for the coordinates X and Y directions,
  • 7 7 ein Beispiel für die Auswertung der Meßergebnisse im Hinblick auf die Bewegungsrichtung und die zurückgelegte Strecke eines Gegenstandes, an example for the evaluation of the measurement results with respect to the direction of movement and the distance of an object,
  • 8 8th die Ausführung eines Energiewandlers, the execution of an energy converter,
  • 9 9 die Ausführung eines Induktors im Energiewandler, the execution of an inductor in the energy converter,
  • 10 10 die beispielhafte Ausführung eines stationären Gegenstandes mit einer Bezugsfläche. the exemplary embodiment of a stationary object with a reference surface.
  • In In 1 1 sind symbolisch ein Gegenstand symbolically an object 1 1 , beispielsweise der stationäre Teil eines Mehrkoordinatenantriebes, sowie ein Gegenstand , For example, the stationary part of a multi-coordinate drive, as well as an object 2 2 , beispielsweise der bewegliche Teil des Mehrkoordinatenantriebes, dargestellt, wobei letzterer in einer von den Koordinaten X, Y aufgespannten Ebene beweglich ist. , For example, the movable part of the multi-coordinate drive, shown, the latter being movable in a plane spanned by the coordinates X, Y plane.
  • Diese Ebene sei in Form einer Bezugsfläche This level is in the form of a reference surface 3 3 gebildet, die in formed in 1 1 der Zeichnungsebene entspricht. the plane of the drawing corresponds. Der Gegenstand The object 2 2 liegt auf dieser Bezugsfläche located on this reference surface 3 3 lose auf oder wird durch eine Führung oder durch Gegenkräfte in einem vorgegebenen Abstand zur Bezugsfläche loosely on or is formed by a guide, or by opposing forces at a predetermined distance to the reference surface 3 3 gehalten. held. Die Bewegung des Gegenstandes The movement of the object 2 2 über die Bezugsfläche on the reference surface 3 3 hinweg wird durch Kräfte ausgelöst, die beispielsweise von außen auf den Gegenstand away is initiated by forces which, for example, from the outside to the object 2 2 einwirken, etwa durch Verschiebung von Hand, durch Verschiebung mittels einer mechanischen Einrichtung oder durch Lorentzkräfte, die mit Hilfe von Induktoren generiert werden, die in den Gegenstand act, such as by displacement by hand, by shifting by mechanical means or by Lorentz forces, which are generated by means of inductors in the object 2 2 integriert und dort der Einwirkung elektromagnetischer Felder unterworfen sind. are integrated and there subjected to the action of electromagnetic fields. Das Zustandekommen von solchen Kräften, die zur Bewegung des Gegenstandes The occurrence of such forces required for movement of the object 2 2 nutzbar sind, spielt im Zusammenhang mit der Erfindung eine untergeordnete Rolle und soll deshalb hier nicht näher erläutert werden. are available, plays a minor role in the context of the invention and should therefore not be explained in detail.
  • Aus Out 1 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Bezugsfläche will further be appreciated that the reference surface 3 3 in ein Raster aus Orten Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n ; in a grid of locations Oa 1 Oa 2, 3 Oa Oa ... n; Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ; If 1, if 2, if 3 ... whether n; Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n gegliedert ist, wobei eine Vielzahl dieser Orte über die gesamte Bezugsfläche OC 1, OC 2, 3 ... Oc Oc n is structured, wherein a plurality of these places over the entire reference surface 3 3 verteilt ist. is distributed. Jeder dieser Orte ist über eine Steuerleitungen Each of these places is a control lines 5a 5a , . 5b 5b , . 5c 5c mit den Ausgängen einer Steuerschaltung to the outputs of a control circuit 6 6 verbunden, die ihrerseits über Anschlußleitungen connected in turn via connection lines 7a 7a , . 7b 7b mit einer Spannungsquelle a voltage source 8 8th in Verbindung steht. communicates.
  • Jeder Ausgang der Steuerschaltung Each output of the control circuit 6 6 entspricht einer Phase des hier wirksamen elektrischen Systems. corresponds to a phase of the effective here electrical system. Auf der Bezugsfläche On the reference surface 3 3 bilden benachbarte Orte, die an unterschiedliche Ausgänge der Steuerschaltung form adjacent places on different outputs of the control circuit 6 6 bzw. an unterschiedliche Phasen angeschlossen sind, wie zum Beispiel die Orte Oa 1 , Ob 1 und Oc 1 , eine Gruppe. or are connected to different phases, such as the Type 1 Oa, Ob and 1 Oc 1, a group.
  • Alle Orte, die an demselben Ausgang bzw, an derselben Phase angeschlossen sind, bilden einen Strang. All the places or at the same output, are connected to the same phase, form a strand. So bilden die Orte Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n einen Strang a, die Orte Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n Strang b und die Orte Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n einen Strang c. Thus, the locations Oa 1 Oa 2, 3 ... Oa Oa n form a strand a, the locations Whether 1, OB2, OB3 ... Whether n strand b and the locations Oc 1, 2 Oc, Oc. 3 Oc .. n c a strand. Die Anzahl der Phasen und der Stränge stimmt überein. The number of phases and the strands match.
  • 2 2 zeigt einen Ausschnitt aus shows a section of 1 1 . , Hier ist der Gegenstand Here is the subject 1 1 mit der Bezugsfläche with the reference surface 3 3 perspektivisch gezeichnet, und es sind der Übersichtlichkeit halber lediglich drei Orte Oa, Ob und Oc auf der Bezugsfläche foreshortened, and there are reasons of clarity only three places Oa, Ob and Oc on the reference surface 3 3 dargestellt. shown. Der Gegenstand The object 2 2 , der relativ zu Gegenstand Which relative to the subject 1 1 beweglich ist, ist ebenfalls der Übersichtlichkeit halber über der Bezugsfläche is movable, is also the sake of clarity over the reference surface 3 3 schwebend dargestellt, liegt jedoch wie bereits beschrieben beim Betreiben der Anordnung auf der Bezugsfläche Mid shown but is as described in the operation of the arrangement on the reference surface 3 3 auf. on.
  • Jeder der Orte Oa, Ob und Oc in Each of the places Oa, Ob and Oc in 2 2 ist gesondert über eine Steuerleitung separately via a control line 5a 5a , . 5b 5b oder or 5c 5c mit der Steuerschaltung with the control circuit 6 6 verbunden. connected. Die Steuerschaltung The control circuit 6 6 ist lediglich im Prinzip dargestellt, das der nachfolgenden Erläuterung der Ansteuerung der Orte mit einem elektrischen Potential dienen soll. is only shown in principle, which will serve the following explanation, the driving of the places with an electrical potential.
  • In der Steuerschaltung In the control circuit 6 6 nach after 2 2 sind drei Schalter S1, S2 und S3 zu erkennen. are to be recognized three switches S1, S2 and S3. Bei der hier gewählten Schalterstellung sorgt die über die Anschlußleitungen When selected here switch position which provides over leads 7a 7a , . 7b 7b an die Steuerschaltung to the control circuit 6 6 gelegte Spannung dafür, daß an den Orten Oa und Ob ein elektri sches Potential anliegt, infolge dessen durch die Bezugsfläche voltage applied to it that abuts an electrical potential at the locations ULTRASONIC Oa and Ob, consequently, by the reference surface 3 3 , die als flächenhafter elektrischer Leiter ausgebildet ist, ein Strom fließt, der über der Bezugsfläche , Which is constructed as areal electrical conductor, a current flows, the above reference plane 3 3 ein elektro-magnetisches Feld hervorruft. an electro-magnetic field causes.
  • Befindet sich der Gegenstand After the item is 2 2 beispielsweise in dieser Position auf der Bezugsfläche For example, in this position on the reference surface 3 3 , so wird ein ihm zugeordneter Energiewandler, dessen Funktion weiter unten näher erläutert wird, durch das über der Bezugsfläche , Then an associated him energy converter, whose function will be explained in more detail below, through the above reference plane 3 3 ausgebildete elektro-magnetische Feld beeinflußt. formed electro-magnetic field influences.
  • Das Ergebnis der in The result of the in 2 2 beispielhaft dargestellten Schalterstellung im Hinblick auf die Potentiale an den Ausgängen der Steuerschaltung Switch position exemplified in terms of the potentials at the outputs of the control circuit 6 6 und damit an den Steuerleitungen and thus to the control lines 5a 5a , . 5b 5b , . 5c 5c läßt sich mit „1,0,-" charakterisieren, was bedeutet, daß an der mit Schalter S1 verbundenen Steuerleitung can be with "1.0 -" characterize, which means that at the related switches S1 control line 5a 5a ein Potential anliegt, das dem über die Anschlußleitungen bears a potential that the over leads 7a 7a und and 7b 7b zugeführten Versorgungsspannung entspricht, an der mit Schalter S2 verbundenen Steuerleitung supplied power voltage corresponding to the connected switch control line S2 5b 5b das Potential „null" der Anschlußleitung the potential "zero" of the connection line 7b 7b anliegt („0") und die mit Schalter is present ( "0") and with switch 53 53 verbundene Steuerleitung associated control line 5c 5c spannungsfrei („-") geschaltet ist. stress-free ( "-") is connected.
  • Mit der Änderung der Schalterstellungen von S1, S2 und S3 können gewünschte Potentiale an die Ausgänge der Steuerschaltung With the change of the switch positions of S1, S2 and S3 desired potentials at the outputs of the control circuit 6 6 gelegt werden, wie etwa „1,0,-" oder „– ,0,1" oder „0,–,1", die dann vermittels der Steuerleitungen are set, such as "1.0 -" or "-, 0,1" or "0, -, 1", which then by means of the control lines 5a 5a , . 5b 5b und and 5c 5c an den Orten Oa, Ob, Oc entsprechend anliegen. in the places Oa, Ob, Oc applied accordingly.
  • Wie bereits dargelegt, ist die Bezugsfläche As already stated, the reference surface 3 3 mit einem Raster aus Orten Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n ; with a grid of locations Oa 1 Oa 2, 3 Oa Oa ... n; Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ; If 1, if 2, if 3 ... whether n; Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n überzogen, wobei jeweils drei einander benachbarte Orte in der aus OC 1, OC 2, 3 ... Oc Oc n plated, where in each case three adjacent places of 2 2 ersichtlichen Weise mit der Steuerschaltung manner shown with the control circuit 6 6 verbunden sind. are connected. Bei der in When in 2 2 gewählten Stellung der Schalter S1, S2 und S3 liegt demzufolge an allen Orten Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n und Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ein elektrisches Potential an und es bilden sich in der Bezugsfläche selected position of the switches S1, S2 and S3 is therefore in all places Oa 1 Oa 2, 3 ... Oa Oa and Ob n 1, OB2, OB3 ... n Whether an electrical potential, and are formed in the reference surface 3 3 Strompfade aus, wie sie auszugsweise und vereinfacht als Geraden in Rungs from as abridged and simplified as straight lines in 3 3 dargestellt sind. are shown.
  • Wechseln die Schalterstellungen von S1, S2 und S3, so bilden sich über die Bezugsfläche Switch positions of the switches S1, S2 and S3, so forming over the reference surface 3 3 verteilt zunächst zwischen den Orten Oa und Ob, dann zwischen den Orten Ob und Oc und schließlich zwischen den Orten Oc und Oa die elektro-magnetischen Felder aus. first distributed between the villages of Oa and Ob, then between the towns Whether and Oc and finally between the towns of Oc and Oa the electro-magnetic fields. Diese Ansteuerung wird in einem vorgegebenen Takt wiederholt. This control is repeated in a predetermined cycle.
  • Der Gegenstand The object 2 2 befindet sich auf der Bezugsfläche located on the reference surface 3 3 also stets in einer durch die beaufschlagten Orte Oa, Ob bzw. Oc definierten Position. therefore always in a plane defined by the applied places Oa, Ob and Oc position. Es werden durch den in den Gegenstand It will be the in the subject 2 2 integrierten magneto-elektrischen Energiewandler dieser Position zugeordnete magnetische Felder registriert und dadurch ein Meßsignal erzeugt, das am Ausgang des Energiewandlers zur Weiterverarbeitung bereit steht. integrated magneto-electric energy converter of this registered position associated magnetic fields, thereby generating a measurement signal, which is ready for further processing at the output of the energy converter.
  • Wird der Gegenstand If the item is 2 2 über die Bezugsfläche on the reference surface 3 3 hinweg bewegt, so gibt der Energiewandler von Messung zu Messung Signale ab, die je nach Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit magnetischen Feldern an unterschiedlichen, jedoch anhand der jeweils beaufschlagten Orte Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n ; moved away, so the energy converter from measurement to measurement signals are off, the magnetic depending on the moving direction and moving velocity fields at different, but in each case acted upon with reference to the places Oa 1 Oa 2, 3 Oa Oa ... n; Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ; If 1, if 2, if 3 ... whether n; Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n definierten Positionen der Bezugsfläche OC 1, OC 2, 3 ... Oc Oc n-defined positions of the reference surface 3 3 zugeordnet sind. assigned.
  • Mit der Verknüpfung der zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Signale mit den Positionen der zu diesem Zeitpunkt angesteuerten Orte Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n ; With the combination of the measured signals at a given time with the positions of the driven at this time places Oa 1 Oa 2, 3 Oa Oa ... n; Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ; If 1, if 2, if 3 ... whether n; Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n werden die Koordinaten X, Y bestimmt, bei denen sich der Gegenstand 2 zum Zeitpunkt der Messung befindet. OC 1, OC 2, 3 ... Oc Oc n are the coordinates X, Y is determined in which the object 2 is located at the time of measurement.
  • Da die Koordinaten X, Y aller in der Bezugsfläche Since the coordinates X, Y in all of the reference surface 3 3 ansteuerbaren Orte in einer Auswerteeinrichtung addressable locations in an evaluation 10 10 , die nachfolgend anhand That below with reference to 4 4 näher erläutert wird, gespeichert sind, können so die Positionen des Gegenstandes is explained in detail, are stored, so can the positions of the object 2 2 auf der Bezugsfläche on the reference surface 3 3 lokalisiert werden. are located.
  • In dem Schaltbild nach In the diagram to 4 4 ist der Signalfluß zwischen der Steuerschaltung is the signal flow between the control circuit 6 6 , der Auswerteeinrichtung , The evaluation 10 10 und einem Gegenstand and an object 2 2 , in den ein Energiewandler integriert ist, dargestellt. In which an energy converter is incorporated, is shown. Die Steuerschaltung The control circuit 6 6 sollte, um kurze Leitungswege zu erzielen, möglichst nahe an der Bezugsfläche should, in order to achieve the lines are short, as close to the reference surface 3 3 angeordnet sein. be disposed.
  • Beim Betreiben der Anordnung wird mit der von der Spannungsquelle During operation of the arrangement is that of the voltage source 8 8th versorgten Steuerschaltung supplied control circuit 6 6 in der bereits beschriebenen Weise die Einprägung bestimmter Ströme in vorgegebener zeitlicher Folge in die elektrisch leitend ausgebildete Bezugsfläche in the manner already described the impression of certain flows in a predetermined time sequence in the electrically conductive trained reference surface 3 3 veranlaßt. causes. Dabei werden durch zyklische Änderung der Schalterstellungen von S1, S2 und S3 die mit der Steuerschaltung In this case, be cyclic change of the switch positions of S1, S2 and S3 connected to the control circuit 6 6 verbundenen Orte Oa, Ob, Oc, die jeweils n-fach auf der Bezugsfläche connected places Oa, Ob, Oc, each n-tuple on the reference surface 3 3 vorhanden sind, sich stets wiederholend mit einem Potential beaufschlagt. are present, always repeating charged with a potential.
  • Der Gegenstand The object 2 2 , für den die Koordinaten X, Y auf der Bezugsfläche , For the X, Y coordinates on the reference surface 3 3 zu bestimmen sind, befindet sich stets in einer Position über der Bezugsfläche are to be determined, is always in a position above the reference plane 3 3 , in welcher der ihm zugeordnete Energiewandler mit dem über der Bezugsfläche In which its associated power converter with the above reference plane 3 3 ausgebildeten magnetischen Feld in Wechselwirkung W tritt. magnetic field formed in the interaction W occurs.
  • Dabei erfaßt der Energiewandler die Komponenten des Feldes getrennt für die x-Koordinate I x und die y-Koordinate I y . In this case the energy converter detects the components of the field separately for the x-coordinate of I x and I y the y coordinate. Es sei vereinbart, daß beispielsweise das Vorzeichen des Meßsignals positiv (+) ist, wenn die Richtung des Stromes bezüglich der x-Achse in die Koordinatenrichtung X zeigt, und das Vorzeichen des Meßsignals negativ (–) ist, wenn der Strom entgegengesetzt gerichtet ist. It should be understood that for example the sign of the measurement signal is positive (+) when the direction of current with respect to the x-axis points in the coordinate direction X, and the sign of the measurement signal is negative (-) when the current is in opposite directions. Dies gilt in analoger Weise für die Richtung des Stromes bezüglich der Koordinatenrichtung Y. This applies in an analogous manner for the direction of current with respect to the coordinate direction Y.
  • Der Energiewandler, mit dem der Gegenstand The energy converter, with which the object 2 2 ausgestattet ist, gibt demzufolge has, therefore, outputs
    • – ein Signal I x mit dem Vorzeichen „+" ab, wenn auf der Bezugsfläche - a signal I x with the sign "+" when on the reference surface 3 3 unter dem Gegenstand under the object 2 2 ein Strom oder eine Komponente des Stromes in Richtung der X-Achse fließt, a current or a component of the current in the direction of the X axis flows,
    • – ein Signal I x mit dem Vorzeichen „–" ab, wenn auf der Bezugsfläche - a signal I x with the sign "-" when on the reference surface 3 3 unter dem Gegenstand under the object 2 2 ein Strom oder eine Komponente des Stromes entgegen der Richtung der X-Achse fließt, a current or a component of the current opposite to the direction of the X axis flows,
    • – ein Signal I y mit dem Vorzeichen „+" ab, wenn auf der Bezugsfläche - a signal I y with the sign "+" when on the reference surface 3 3 unter dem Gegenstand under the object 2 2 ein Strom oder eine Komponente des Stromes in Richtung der Y-Achse fließt, a current or a component of the current in the direction of the Y-axis is flowing,
    • – ein Signal I y mit dem Vorzeichen „–" ab, wenn auf der Bezugsfläche - a signal I y with the sign "-" when on the reference surface 3 3 unter dem Gegenstand under the object 2 2 ein Strom oder eine Komponente des Stromes entgegen der Richtung der Y-Achse fließt, a current or a component of the current against the direction of Y-axis is flowing,
    • – ein Signal 0 ab, wenn auf der Bezugsfläche - a signal from 0 when on the reference surface 3 3 unter dem Gegenstand under the object 2 2 kein Strom bzw. keine Komponente des Stromes fließt oder der Betrag des Stromes einen vorgegebenen Wert unterschreitet. no current flows and no component of the current or of the magnitude of the current falls below a predetermined value.
  • An einer Vergleichseinheit On a comparison unit 9 9 , die Bestandteil der Auswerteeinrichtung Forming part of the evaluation device 10 10 ist, liegen Informationen zur aktuellen Schalterstellung von S1, S2 und S3 in der Steuerschaltung is, information is available on the current position of switch S1, S2 and S3 in the control circuit 6 6 und damit Informationen darüber an, zwischen welchen der jeweils in der Anzahl n vorhandenen Orte Oa, Ob, Oc, deren Positionen auf der Bezugsfläche and information on at between which the n existing respectively in the number of places Oa, Ob, Oc, the positions on the reference surface 3 3 definiert sind, sich das Feld ausbildet und damit eine bestimmte Wechselwirkung W eintritt. are defined, the field and thus forms a specific interaction W occurs.
  • Der Vergleichseinheit The comparison unit 9 9 werden nun die Meßsignale zugeführt, die der Energiewandler des Gegenstandes the measuring signals are now supplied to the energy converter of the object 2 2 abgibt. emits. Aus der Verknüpfung dieser Informationen wird in der Vergleichseinheit By linking this information is in the comparison unit 9 9 der Strompfad bestimmt, über dem sich der Energiewandler bzw. der Gegenstand the current path is determined, above which the energy converter and the object 2 2 befindet. located.
  • Die Information über diesen Strompfad wird in einer Speicherschaltung The information on this current path is in a memory circuit 11 11 , die ebenfalls Bestandteil der Auswerteeinrichtung Which are also part of the evaluation 10 10 ist, abgespeichert. is stored. Bei einer zweiten, zeitlich nachfolgenden Erfassung der von dem Energiewandler kommenden Signale wird diese Information an eine Speicherschaltung At a second time subsequent detection of the coming of the energy transducer signals this information is to a memory circuit 12 12 weitergegeben, während die Information über den nun aktuellen Strompfad wiederum in der Speicherschaltung passed while the information about the now current rung again in the memory circuit 11 11 abgelegt wird. is stored.
  • Die Informationen aus den Speicherschaltungen The information from the memory circuits 11 11 und and 12 12 werden einem Zähler be a counter 13 13 zugeführt, mit welchem festgestellt wird, ob sich der Gegenstand supplied, it is determined with which whether the object 2 2 im Zeitraum zwischen zwei Messungen von dem in der Speicherschaltung the period between two measurements of the in the memory circuit 12 12 gespeicherten Strompfad zu einem anderen, nun in der Speicherschaltung stored current path to another, now in the memory circuit 11 11 abgelegten Strompfad bewegt hat, oder ob die in den Speicherschaltungen stored current path has moved, or whether in the memory circuits 11 11 und and 12 12 abgelegten Strompfade identisch sind und sich somit die Position des Gegenstands stored current paths are identical and thus the position of the object 2 2 nicht verändert hat. has not changed.
  • Im Ergebnis liegen am Ausgang As a result, are at the output 14 14 der Auswerteeinrichtung the evaluation 10 10 Informationen an, in welchen Koordinaten X, Y sich der Gegenstand Information in which X, Y coordinates to the object 2 2 während einer jeden Messung befindet. is during each measurement.
  • Erreicht wird dies beispielsweise, wenn der Zähler This is achieved, for example, when the counter 13 13 als mehrdimensionaler Zähler ausgebildet ist, der sowohl in der Koordinatenrichtung X als auch in der Koordinatenrichtung Y Inkremente zählt, die den Abständen der Schwerpunkte der Strompfade entsprechen, und diese von Messung zu Messung festhält. is formed as a multi-dimensional counter which counts in both the X coordinate direction and in the Y coordinate direction increments that correspond to the distances of the focal points of the current paths, and this holds from measurement to measurement. Beispielsweise wird mit jeder Positionsänderung des Gegenstandes For example, with each change in position of the object 2 2 von einem Strompfad zu einem anderen Strompfad ein entsprechendes Inkrement gezählt. counting a corresponding increment of a current path to another current path.
  • Welche Abstände von Schwerpunkt zu Schwerpunkt in den beiden Koordinatenrichtungen X und Y als Inkremente dieser Zählung zugrunde zu legen sind, ist für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel aus Which distances from focal point to focal point in the two coordinate directions X and Y shall be used as increments this count is for the exemplary embodiment described here from 5 5 ersichtlich. seen. Hier sind die Bereiche der Bezugsfläche Here are the areas of the reference surface 3 3 , in denen ein Strom fließt bzw. fließen kann, in Form von rhombenförmigen Strompfaden dargestellt. In which a current flows or can flow, shown in the form of diamond-shaped current paths. Der Schwerpunkt eines jeden so dargestellten Strompfa des liegt jeweils im Mittelpunkt des Rhombus. The center of gravity of each of the thus prepared Strompfa located respectively at the center of the rhombus. In In 5 5 ist für jeden dieser Strompfade bc, cb, ba usw. der Schwerpunkt als kleiner Kreis in der Mitte des jeweiligen Rhombus angedeutet. the center of gravity is indicated as a small circle in the center of each diamond for each of these current paths bc, cb, ba, etc..
  • Es sei vereinbart, daß beispielsweise jeweils der Abstand s zwischen zwei Orten Oa, Ob bzw. Oc in Richtung der Koordinate X ein Zählinkrement bildet. It should be understood that for example, each of the distance s between two locations Oa, Ob and Oc is the coordinate in the direction X a count increment. Sind die Orte Oa, Ob, Oc einer Gruppe auf der Bezugsfläche Are the places Oa, Ob, Oc a group on the reference surface 3 3 so verteilt, daß sie jeweils an den Scheiteln eines gleichseitigen Dreiecks positioniert sind, so beträgt ihr Abstand in der Koordinatenrichtung Y (√3/2)·s Zählinkremente. distributed so that they are positioned at the vertices of an equilateral triangle, as the distance between them is in the coordinate direction Y (√3 / 2) · s count increments.
  • Zur weiteren Erläuterung zeigt For further explanation shows 6 6 in vereinfachter Weise den Zusammenhang von momentaner Schalterstellung S1, S2 und S3 in der Steuerschaltung in a simplified manner the connection between momentary switch position S1, S2 and S3 in the control circuit 6 6 einerseits und den vom Energiewandler abgegebenen Signalen andererseits für Strompfade, in denen aufgrund dieser Schalterstellung ein Strom fließt. on the one hand and the output by the power converter signals on the other hand for the current paths, in which, because of this switch position, a current flows.
  • Weiter oben wurde bereits dargelegt, in welcher Weise mit den Schalterstellungen von S1, S2 und S3 gewünschte Potentiale „1 ,0,–"; „–,0,1" und „0,–,1" an die Ausgänge der Steuerschaltung was above already described the manner in which the switch positions S1, S2 and S3 desired potentials "1, 0, -"; "- 0.1" and "0, -, 1" to the outputs of the control circuit 6 6 gelegt werden. be placed. Die Angabe „1 ,0,–" bedeutet, daß The term "1, 0, -" means that
    • – an der Phase, die dem Schalter S1 zugeordnet ist, das Potential „1" anliegt, nämlich das über die Anschlußleitungen - at the phase that is associated with the switch S1, the potential "1" is present, namely via the connecting lines 7a 7a und and 7b 7b (vgl. (see. 2 2 ) der Steuerschaltung ) Of the control circuit 6 6 zugeführte Potential, potential applied,
    • – an der Phase, die dem Schalter S2 zugeordnet ist, das Potential „0" anliegt, nämlich das Potential der Anschlußleitung - abuts the potential "0" at the phase that is associated with the switch S2, namely the potential of the connection line 7b 7b , und , and
    • – die dem Schalter S3 zugeordnete Phase potentialfrei geschaltet ist („–"). - connected to the switch S3 associated phase is floating ( "-").
  • Für die vom Energiewandler abgegebenen Meßsignale sollen die Vorzeichen „+" und „–" zur Kennzeichnung der Bewegungsrichtungen als vereinbart gelten. the "+" sign and are intended for output by the power converter measurement signals "-" are agreed to identify the directions of movement. Für den Fall, daß das vom Energiewandler abgegebene Meßsignal „0" ist oder einen Referenzwert unterschreitet, soll ein Signal „0" registriert werden. In the event that the output from the energy converter measurement signal "0" or below a reference value to a "0" signal to be registered.
  • In In 6 6 sind die Meßsignale mit Vorzeichen „+" und „–" bzw. „0" angegeben, wie sie in Abhängigkeit von den Schalterstellungen von S1, S2, S3 bzw. von den jeweils an den Phasen anliegenden Potentialen „1 ,0,–"; "-" the measurement signals with sign "+" and or "0" is specified as a function of the switch positions S1, S2, S3 and from the appended respectively to the phases potentials "1, 0, -"; „–,0,1 " und „0,–,1 " von dem Energiewandler in Zuordnung zu den Strompfaden ab, bc, ca usw. registriert werden. "- 0.1" and "0, -, 1" of the energy converter in association with the current paths, bc, ca, etc. are registered.
  • Während ein Zyklus mit den verschiedenen Schalterstellungen bzw. Potentialen „1 ,0,–"; „–,0,1" und „0,–,1" durchläuft, ermittelt die Vergleichseinheit During a cycle of the various switch positions and potentials "1, 0, -"; "- 0.1" and "0, -, 1" passes through, determines the comparison unit 9 9 aus dem Vergleich der vom Energiewandler abgegebenen Meßsignale mit den möglichen (unbeeinflußten) Meßsignalen den Strompfad, über dem sich der Energiewandler zum Zeitpunkt der Messung befindet. from the comparison of the measurement signals delivered by the energy converter with the possible (unaffected) measuring signals the current path over which the energy converter is the time of measurement.
  • Die Strompfade sind jeweils mit zwei Buchstaben bezeichnet. The current paths are designated by two letters. So ist beispielsweise der Strompfad „ab" jeweils zwischen zwei Orten Oa und Ob ausgebildet, der Strompfad „cb" jeweils zwischen zwei Orten Oc und Ob usw. Wie aus For example, the current path "ab" formed between two respective places Oa and Ob, the rung "cb" between two places Oc and Ob, etc. As of 6 6 ersichtlich, ist die Bezeichnung der Strompfade so gewählt, daß der erste Buchstabe einen Ort mit einer Koordinate angibt, deren x-Wert kleiner ist als der x-Wert des mit dem jeweils zweiten Buchstaben angegebenen Ortes. seen, the name of the current paths is selected so that the first letter indicating a location having a coordinate whose x value is smaller than the x-value of the specified to the respective second letters map. Weiterhin erhält der zweite Buchstabe einen Unterstrich, wenn der durch ihn bezeichnete Ort einen kleineren y-Wert hat als der mit dem ersten Buchstaben angegebene Ort. Further, the second letter is replaced with an underscore, when the designated place through it has a smaller y-value than the specified location with the first letter.
  • In In 7 7 sind die Zählinkremente aufgelistet, die man erhält, wenn sich der Gegenstand the count increments are listed, which are obtained when the subject 2 2 während einer ersten Messung an der Position des Strompfades „ab" und bei der nächsten Messung an der Position eines der Strompfade „bc", „ba" ... „ba" befindet. during a first measurement is at the position of the current path "ab" and in the next measurement at the position of the current paths "bc", "ba" ... "ba".
  • Bei einem angenommenen Positionswechsel vom Strompfad „ab" zum benachbarten Strompfad „bc" würden sich „s" Zählinkremente für die Koordinatenrichtung X und „0" Zählinkremente für die Koordinatenrichtung Y ergeben. Assuming a position change from the current path "ab" to the adjacent current path "bc" would result "s" count increments for the coordinate direction X, and "0" for the count increments coordinate Y direction. Bei einem Positionswechsel vom Strompfad „ab" zum Strompfad „ba" dagegen würden für die Koordinatenrichtung X ¾·s und für die Koordinatenrichtung Y (√ With a position change from the current path "down" to the current path "ba", however, would be for the coordinate direction X ¾ · s and the coordinate direction Y (√ 3 3 /4)·s Inkremente gezählt. / 4) counted · s increments.
  • Aus Out 7 7 ist zu erkennen, daß es bei dem hier beispielhaft gewählten System mit drei Phasen zwei angrenzende Strompfade „ba" und „ba" gibt, die in ihrer Richtungszuordnung zu dem Strompfad „ab" nicht eindeutig sind. Dies kann durch die Wahl einer höheren Phasenzahl oder auch durch eine Erweiterung des Energiewandlers umgangen werden. It can be seen that in the example chosen here, the system is available with three phases two adjacent rungs "ba" and "ba", which are not unique in their direction assignment to the current path "ab". This can be done by selecting a higher number of phases or be bypassed by an extension of the energy converter.
  • In In 8 8th ist ein Ausführungsbeispiel für einen einem Gegenstand is an embodiment for a an object 2 2 zugeordneten Energiewandler dargestellt. associated energy converter shown. Dieser besteht aus vier Induktoren This consists of four inductors 15 15 bis to 18 18 , von deren die Induktoren , Of which the inductors 15 15 und and 16 16 den sich über der Bezugsfläche to be above the reference plane 3 3 in der Koordinatenrichtung X wirkenden Komponenten des magnetischen Feldes und die Induktoren acting in the X coordinate direction components of the magnetic field and the inductors 17 17 und and 18 18 den in der Koordinatenrichtung Y wirkenden Komponenten des magnetischen Feldes zugeordnet sind. are assigned to the pressure acting in the Y coordinate direction components of the magnetic field.
  • Wie in As in 9 9 dargestellt, entstehen Komponenten des magnetischen Feldes in der Koordinatenrichtung Y, wenn der elektrische Strom in der Bezugsfläche illustrated arise components of the magnetic field in the coordinate direction Y, when the electric current in the reference surface 3 3 (in (in 9 9 nicht dargestellt) unter den Wandlern Komponenten in der Koordinatenrichtung X aufweist und umgekehrt. not shown) which under the transducers components in the X coordinate direction and vice versa. 9 9 zeigt, wie ein Strom, der in der Koordinatenrichtung X fließt ein magnetisches Feld erzeugt. shows how a current flowing in the X coordinate direction, a magnetic field generated. Dieses Feld ist symbolisiert durch eine Feldlinie, die sich in der Ebene senkrecht zu diesem Strom schließt. This field is symbolized by a field line which closes in the plane perpendicular to this current.
  • Das Feld verläuft durch die Wandler, die dadurch in den Koordinatenrichtungen X, Y mit dem magnetischen Feld verkoppelt sind. The field passes through the converter, which are coupled thereby to the coordinate directions X, Y with the magnetic field. Die Wandler the converter 15 15 und and 16 16 geben also Signale I y und die Wandler Thus, output signals I y and the transducer 17 17 und and 18 18 Signale I x ab. Signals I x from.
  • Die Induktoren the inductors 15 15 bis to 18 18 sind in jeder der beiden Richtungen X, Y in einem Abstand von s/2 zueinander angeordnet. are arranged at a distance of s / 2 to each other in each of the two directions X, Y. Somit ist bei der Bewegung des Gegenstandes Thus, in the movement of the object 2 2 eine eindeutige Zuordnung im Hinblick auf den Übergang von einem Strompfad zu einem nächsten Strompfad möglich. a unique association with regard to the transition from one rung to the next rung possible. Außerdem ist damit gewährleistet, daß immer mindestens einer der Induktoren In addition, in order to ensure that there is always at least one of the inductors 15 15 oder or 16 16 ein Signal für die Koordinatenrichtung X und einer der Induktoren a signal for the coordinate direction X and one of the inductors 17 17 oder or 18 18 ein Signal für die Koordinatenrichtung Y liefert und auch ein Signal für die Orientierung φ des Gegenstandes provides a signal for the coordinate direction Y and also a signal for the orientation φ of the object 2 2 , dh für seine Verdrehung um die Senkrechte auf die Bezugsfläche Ie for its rotation about the normal to the reference surface 1 1 , verfügbar ist, und zwar auch immer dann, wenn sich einer der Induktoren Is available, even whenever the one of the inductors 15 15 bis to 18 18 genau über einem der Orte Oa, Ob oder Oc befindet. located just above one of the places Oa, Ob or Oc.
  • Außerdem besteht ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung des Energiewandlers darin, daß vier Signale, von denen jeweils eines von einem der Induktoren In addition, a significant advantage of this embodiment of the energy converter is that the four signals, each of which is one of one of the inductors 15 15 bis to 18 18 kommt, der Auswerteeinrichtung comes the evaluation 10 10 zugeführt und dort mit den übrigen Informationen verknüpft werden können, wodurch eine gute Auswertegenauigkeit gegeben ist. may be fed and there combined with the other information, whereby a good evaluation accuracy is given. Denkbar ist es weiterhin, die Größe der Signale zu bestimmen und mittels Interpolation auf die Position der einzelnen Induktoren It is furthermore possible to determine the magnitude of the signals and by means of interpolation on the position of the individual inductors 15 15 bis to 18 18 innerhalb der einzelnen Strompfade zu schließen, was die Auswertegenauigkeit nochmals erhöht. to close within the individual current paths, which increases the accuracy of analysis again.
  • In In 9 9 ist weiterhin einer der Induktoren im Detail dargestellt. is further illustrated in detail one of the inductors. Er besitzt neben einer Spule in addition to a coil he has 19 19 einen Kern a core 20 20 , der aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, so daß sich die energetische Kopplung mit der Bezugsfläche Which consists of a magnetically conductive material, so that the energy-coupling with the reference surface 3 3 erhöht. elevated.
  • Fließt ein elektrischer Strom in Koordinatenrichtung X durch die Bezugsfläche An electric current flows in coordinate direction X by the reference surface 3 3 , so durchsetzt dessen magnetisches Feld die Spule , Its magnetic field passes through the coil 19 19 und den Kern and the core 20 20 des betreffenden Induktors, und mit jeder Änderung des magnetischen Feldes werden Spannungen in der Spule of the respective inductor, and with every change of the magnetic field, voltages in the coil 19 19 induziert, die, wie bereits dargelegt, als Meßsignale erfaßt und ausgewertet werden. induced, which, as already stated, are detected as measuring signals and evaluated.
  • An dem bewegten Gegenstand On the moved article 2 2 können weitere Wandler in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sein, mit denen ebenfalls die Positionen X, Y bestimmt werden. may be arranged at a predetermined distance, which are also determined, the positions X, Y further converter. Aus der Zuordnung dieser Positionen bzw. deren Änderungen sowie dem Abstand zwischen den Sensoren kann die Orientierung φ des Gegenstandes From the assignment of these positions and their changes as well as the distance between the sensors, the orientation of the object can φ 2 2 ermittelt werden. be determined.
  • 10 10 zeigt eine Möglichkeit der Ausführung des stationären Gegenstandes shows one possibility of execution of the stationary object 1 1 . , Hierbei ist die Bezugsfläche Here, the reference surface 3 3 an der Oberseite einer ersten dünnen, elektrisch leitfähigen Platte at the top of a first thin, electrically conductive plate 21 21 ausgebildet. educated. Unmittelbar unter der Platte Immediately below the plate 21 21 ist vorteilhaft eine weitere, jedoch magnetisch leitende Platte is advantageous another, but magnetically conductive plate 22 22 angeordnet. arranged. Die Steuerleitungen The control lines 5a 5a , . 5b 5b , . 5c 5c sind vorteilhaft in den verschiedenen leitenden Schichten are beneficial in the various conductive layers 23a 23a , . 23b 23b , . 23c 23c einer Mehrebenenleiterplatte zwischen den Isolierschichten a multilevel printed circuit board between the insulating layers 25 25 untergebracht. accommodated. Die leitenden Verbindungen zwischen jeweils einer leitenden Schicht The conductive connections between each of a conductive layer 23a 23a , . 23b 23b , . 23c 23c und einem der Orte Oa 1 , Oa 2 , Oa 3 ... Oa n ; and one of the locations Oa 1 Oa 2, 3 Oa Oa ... n; Ob 1 , Ob 2 , Ob 3 ... Ob n ; If 1, if 2, if 3 ... whether n; Oc 1 , Oc 2 , Oc 3 ... Oc n in der Bezugsfläche OC 1, OC 2, 3 ... Oc Oc n in the reference surface 3 3 sind mittels Durchkontaktierungen are by means of vias 24 24 hergestellt. manufactured.
  • 1 1
    stationärer Gegenstand stationary object
    2 2
    beweglicher Gegenstand moving object
    3 3
    Bezugsfläche reference surface
    5a, 5b, 5c 5a, 5b, 5c
    Steuerleitungen control lines
    6 6
    Steuerschaltung control circuit
    7a, 7b 7a, 7b
    Anschlußleitungen leads
    8 8th
    Spannungsquelle voltage source
    9 9
    Vergleichseinheit comparing unit
    10 10
    Auswerteeinrichtung evaluation
    11 11
    Speicherschaltung memory circuit
    12 12
    Speicherschaltung memory circuit
    13 13
    mehrdimensionaler Zähler multidimensional counter
    14 14
    Ausgang exit
    15 bis 18 15 to 18
    Induktoren inducers
    19 19
    Spule Kitchen sink
    20 20
    Kern core
    21 21
    elektrisch leitende Platte electrically conductive plate
    22 22
    magnetisch leitende Platte magnetically conductive plate
    23 23
    Mehrebenenleiterplatte Multilayer PCB
    23a, 23b, 23c 23a, 23b, 23c
    leitende Schichten conductive layers
    24 24
    Durchkontaktierungen vias
    25 25
    Isolierschichten insulating
    Oa, Ob, Oc Oa, Ob, Oc
    Orte places
    S1, S2, S3 S1, S2, S3
    Schalter switch
    ab, bc, ca ... ab, bc, ca ...
    Strompfade rungs
    W W
    Wechselwirkung interaction

Claims (18)

  1. Meßanordnung zur Bestimmung der aktuellen Position, der Orientierung und/oder des Bewegungsablaufs für mindestens einen ersten, beweglichen Gegenstand ( Measuring arrangement for determining the current position, orientation and / or the sequence of movements for at least a first movable object ( 2 2 ) relativ zu einem zweiten, stationären Gegenstand ( ) (Relative to a second, stationary object 1 1 ), wobei die Gegenstände über energetische Felder miteinander in Wechselwirkung treten, und wobei – an dem stationären Gegenstand ( ), Wherein the objects pass over energetic fields interact with each other, and wherein - (on the stationary object 1 1 ) eine in den Koordinaten X, Y ausgedehnte Bezugsfläche ( ) Extensive in the coordinates X, Y reference surface ( 3 3 ) für den beweglichen Gegenstand ( ) (For the moving object 2 2 ) vorhanden ist, – ein Raster von vorbestimmten Orten der Bezugsfläche ( is present), - a grid of predetermined locations of the reference surface ( 3 3 ) über eine Steuerschaltung ( ) (Via a control circuit 6 6 ) mit einer Spannungsquelle ( ) (To a voltage source 8 8th ) in Verbindung steht, – die Orte mittels der Steuerschaltung ( ) Is connected, - the location means of the control circuit ( 6 6 ) mit sich in zeitlicher Folge ändernden elektrischen Potentialen beaufschlagt werden, so daß sich zwischen benachbarten Orten energetische, in Bezug auf ihre Ausbreitungsrichtung und Stärke wechselnde Felder ausbilden, – der bewegliche Gegenstand ( ) Are subjected to varying electrical potentials in time sequence, so that energy between adjacent locations, forming alternating fields with respect to their direction of propagation and strength, - the moving object ( 2 2 ) mit Energiewandlern ausgestattet ist, die mit den energetischen Feldern in Wechselwirkung treten, und – eine Auswerteeinrichtung ( ) Is equipped with energy converters, which interact with the energy fields, and - an evaluation device ( 10 10 ) vorgesehen ist, die mit der Steuerschaltung ( ) Is provided, which (to the control circuit 6 6 ) und den Energiewandlern in Verbindung steht und mit der – der Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler und/oder – der Einfluß der Energiewandler auf die Felder gemessen wird und – daraus Schlußfolgerungen auf die aktuelle Position und/oder den Bewegungsablauf des beweglichen Gegenstandes ( ) And energy converters in communication with the - is measured in the fields of the influence of the energy converter, and - - the influence of energetic fields to the energy converter and / or from this conclusions on the current position and / or the movement of the movable object ( 2 2 ) gewonnen werden. ) be won.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ( Arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit ( 6 6 ) mindestens drei Ausgänge aufweist, jedem Ausgang eine Phase eines energetischen Potentials zugeordnet ist, jeder Ausgang mit einem von mehreren zueinander benachbarten Orten in Verbindung steht und die Ansteuerung im zeitli chen Wechsel erfolgt, so daß sich im zeitlichen Wechsel zwischen mindestens jeweils zwei dieser Orte die energetischen Felder ausbreiten. has) at least three outputs, each output a phase of an energetic potential is associated with each output is connected to one another by a plurality of adjacent locations and the control is implemented in zeitli surfaces changes, so that the temporal change between at least two of these places the energetic fields spread.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ( Arrangement according to claim 2, characterized in that the control circuit ( 6 6 ) drei Ausgänge aufweist, jeder der drei Ausgänge mit einem von drei zueinander benachbarten Orten Oa, Ob, Oc In Verbindung steht und sich aufgrund der Ansteuerung die energetischen Felder im zeitlichen Wechsel zwischen den Orten Oa, Ob und Oc ausbreiten. has) has three outputs, each of the three outputs with one of three mutually adjacent locations, Oa, Ob, Oc is connected and due to the activation, the energy fields in the temporal change between the locations Oa, Ob and Oc propagate.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Orte in einem gleichförmigen Raster über die Bezugsfläche ( Arrangement according to claim 3, characterized in that the locations (in a uniform grid over the reference surface 3 3 ) verteilt sind und jeweils die drei zueinander benachbarten Orte Oa, Ob, Oc die Scheitelpunkte eines gleichseitigen Dreiecks definieren. ) Are distributed, and each of the three mutually adjacent places Oa, Ob, Oc define the vertices of an equilateral triangle.
  5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung vier Ausgänge aufweist, jeder der vier Ausgänge mit einem von vier zueinander benachbarten Orten Oa, Ob, Oc, Od in Verbindung steht und sich aufgrund der Ansteuerung die energetischen Felder im zeitlichen Wechsel zwischen den Orten Oa, Ob, Oc und Od ausbreiten. Arrangement according to claim 2, characterized in that the control circuit comprises four outputs, each of the four outputs is connected to one of four mutually adjacent locations, Oa, Ob, Oc, Od and due to the activation, the energy fields in the temporal change between the locations Oa, Ob, Oc and Od spread.
  6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Orte in einem gleichförmigen Raster über die Bezugsfläche ( Arrangement according to claim 3, characterized in that the locations (in a uniform grid over the reference surface 3 3 ) verteilt sind und jeweils die vier zueinander benachbarten Orte Oa, Ob, Oc, Od die Eckpunkte eines Rhombus definieren. ) Are distributed, and each of the four mutually adjacent places Oa, Ob, Oc, Od define the corner points of a rhombus.
  7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the reference surface ( 3 3 ) aus einem elektrisch leitenden Material, bevorzugt aus Kupfer, besteht. ) Of an electrically conductive material, preferably copper, is made.
  8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control lines ( 5a 5a , . 5b 5b , . 5c 5c ) als unterschiedliche leitende Schichten ( ) (As different conductive layers 23a 23a , . 23b 23b , . 23c 23c ) einer Mehrebenenleiterplatte ausgebildet sind und die leitenden Verbindungen zwischen den leitende Schichten ( ) Are formed of a multi-level printed circuit board and the conductive connections between the conductive layers ( 23a 23a , . 23b 23b , . 23c 23c ) und jeweils einem der Orte Oa, Ob, Oc über Durchkontaktierungen hergestellt sind. ) And each one of the points Oa, Ob, Oc are made through vias.
  9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiewandler als magneto-elektrische Energiewandler ausgebildet sind und ein magnetischer Anteil der energetischen Felder zur Meßwertgewinnung genutzt wird. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converters are designed as a magneto-electrical energy converter and a magnetic fraction of the energy fields is used for obtaining measured values.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magneto-elektrischen Energiewandler aus vier einzelnen Wandlern bestehen, die orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Arrangement according to claim 9, characterized in that the magneto-electric energy converter of four individual transducers exist that are aligned orthogonal to each other.
  11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler aus einem Induktor ( Arrangement according to claim 9, characterized in that each transducer (of an inductor 15 15 , . 16 16 , . 17 17 , . 18 18 ) besteht, der jeweils aus einer Spule ( ) Which the respective (a coil 19 19 ) und vorteilhaft weiterhin aus einem aus Ferrit oder Weicheisen gefertigten Spulenkern ( ) And advantageously further comprises (a made of ferrite or soft iron coil core 20 20 ) gebildet ist. ) Is formed.
  12. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Orten im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegen. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the distances between each two neighboring locations in the range of 5 mm to 50 mm.
  13. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit jeder Phase an die Orte angelegte Spannung im Bereich von 1 V und 10 V liegt. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage applied to each phase to the places tension in the range of 1 V and 10 V is.
  14. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Wechsel bei der sequentiellen Beaufschlagung der Orte mit einem elektrischen Potential im Bereich von 0,05 ms bis 0,1 ms liegt. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the temporal change in the sequential loading of the places with an electric potential in the range of 0.05 ms to 0.1 ms.
  15. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler gemessen wird mittels Hallsensoren oder magnetoresistiven Sensoren, wobei unter dem Einfluß der magnetischen Felder eine Meßspannung entsteht oder sich der Widerstand der jeweils verwendeten Sensoren ändert. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the influence of energetic fields is measured in the energy converter by means of Hall sensors or magnetoresistive sensors, wherein under the influence of the magnetic fields creates a measured voltage or the resistance of the sensors used in each case varies.
  16. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der energetischen Felder auf die Energiewandler gemessen wird – mittels kapazitiver Elektroden, wobei unter dem Einfluß der energetischen Felder Spannungen an diesen Elektroden entstehen, die ausgewertet werden, oder – mittels Elektroden, die einen elektrisch leitfähigen Kontakt zur Bezugsfläche ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the influence of energetic fields is measured in the energy converter - by means of capacitive electrodes, tensions arise at these electrodes under the influence of energetic fields that are evaluated, or - by means of electrodes having a electrically conductive contact to the reference surface ( 3 3 ) herstellen, wobei die sich auf der Bezugsfläche ( ) Prepared in which case which (on the reference surface 3 3 ) ausbildenden elektrischen Potentiale gemessen und ausgewertet werden. ) Forming electrical potentials are measured and evaluated.
  17. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Steuerschaltung ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the outputs of the control circuit ( 6 6 ) mit einer Meßschaltung verbunden sind, mit der die Anstiegszeiten der Ströme in den Ausgängen gemessen und daraus die Zeitspannen bestimmt werden, in denen sich die durch die Ströme verursachten energetischen Felder aufbauen, und durch Vergleich der Zeitspannen, in denen sich Felder einerseits ohne und andererseits mit dem Einfluß eines Energiewandlers aufbauen, Schlußfolgerungen auf das Vorhandensein eines Energiewandlers an den betreffenden Orten und damit auf die Position des Energiewandlers gezogen werden. ) Are connected to a measuring circuit with which the rise times of the currents measured in the outputs, and the durations are determined therefrom, in which to build up caused by the currents of energy fields, and by comparison of the time periods in which fields on the one hand without and on the other hand build with the influence of an energy converter, conclusions on the presence of an energy converter at the locations concerned and therefore on the position of the energy converter are drawn.
  18. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinrichtung die für einen beweglichen Gegenstand ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the evaluation device, the (for a moving object 2 2 ) über eine vorgegebene Zeitspanne ermittelten Positionswerte zu Informationen über den Ablauf der Bewegung des Gegenstandes ( ) Determined for a predetermined time position values ​​to information on the course of the motion of the object ( 2 2 ) verknüpft werden. ) Are combined.
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DE2003161905 Withdrawn DE10361905A1 (en) 2003-12-23 2003-12-23 Position, orientation and path determination arrangement for an object moving relative to a fixed object, whereby the fixed object has a reference matrix of voltage potentials and the moving object has energy converters

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