DE2232194A1

DE2232194A1 - Koordinatentisch

Info

Publication number: DE2232194A1
Application number: DE2232194A
Authority: DE
Inventors: Ronald M Center; Vernon C Kamm
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-01-18
Also published as: NL7209344A; DE2232194B2; CA996269A; NL171748C; SE383205B; IT962391B; JPS5710448B1; GB1348866A; CH554533A; DE2232194C3; FR2145259A5; NL171748B; US3735044A

Description

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

Dipl Ing. H. Haudc - Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graaifs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, MoxartstraBe 23

Tne Bendix Corporation Telefon 53805W

{Northern Regional Patent
!Counsel's Office
JBendix Center

jsouthfield, Mich. 48Ü75 27. Juni 1972

USA Anwaltsakte ;I-2225

Koordinatentiscn

|üie Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung von Koordijnaten (Koordinatentisch), bei welcher ein sich langsam änderndes

'Differenzsignal zur Bestimmung der angenäherten Stellung verwendet !wird.

Es ist eine Anzaiil von Geräten bekannt, die Signale abgeben, die

I äicn periodisch in Abhängigkeit-von einer Zeigerauslenkung ändern !

und die eine Kurve xiie die Phase oder Amplitude eines sich perio- ;

disch ändernden Signals messen, um die'Zeigerstellung zu bestimmen, [n der US-PS 805 599 "Automatic Coordinate Determining Device" (Gelrät zur automatischen Koordinatenbestimmung) (unsere Akte:438O-A) Wird ein solches Gerät bekannt gemacht. In dieser Anmeldung wird ein elektronisches Gerät zur Koordinatenbestimmung mit einer leiten·

Ilen Gitteranordnung und einem leitenden Zeiger beschrieben. Eine jiezugsspannung wird entweder der Gitteranordnung oder dem Zeiger einge-

— 2 —

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speist, um im jeweils anderen Teil eine Spannung zu induzieren, die sich periodisch in Abuängigkeit von der Zeigerauslenkung ändert Um ein Signal abzugeben, das die Zeigerstellung seiir genau darstellt, ist die Gitteranoranung so ausgelegt, daß die induzierte Spannung eine vollständige Schwingung in einem verhältnismäßig kurzen Intervall wie einem Zentimeter ausführt. Die Zeigerstellung; kann mit einer Genauigkeit von 0, 001 cm bestimmt werden. Die sich!

periodiscli ändernde induzierte Spannung liefert eine vollständige oder absolute Bestimmung der relativen Stellung des Zeigers in einer der kleinen Einzentimeter-Meßperioden. Dieses Signal zeigt I jedoch nicht an, in welchem Zyklus oder in welcher Periode sich der Zeiger befindet. Die Zeigerstellung wird durch eine laufende Messung der Änderung der induzierten Spannung während der gesamten Zeit bestimmt, in der der Zeiger bewegt wird, um ein Summensignal für die Anzahl der vollständigen Perioden abzugeben, über welchen sich die induzierte Spannung geändert hat. Wenn der Zeiger von der Gitteranordnung abgehoben und in eine andere Stellung bewegt wird, sodaß zwischen Gitter und Zeiger leine elektromagnetische Kopplung besteht, dann liefert das Meßgerät für das induzierte Signal keine genaue Bestimmung der Zeigerstellung, da sich die induzierte Spannung nicht ändert.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile.

brfindungsgemäß ist ein Gerät zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Zeigerstellung vorgesehen, bei welchem die Änderung eines

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j Signals während der Zeigerbewegung nicht laufend aufgezeichnet j zu werden braucht, um die Stellung dieses Zeigers zu bestimmen. Die Zeigerstellung wird durch zwei verschiedene Anzeigesignale für die Zeigerstßllung bestimmt, die sich periodisch in Abhängigkeit von der Zeigerauslenkung ändern. Jede Periode der beiden Signale kennzeichnet eine bestimmte kleine Strecke der Zeigerauslenkung. Die beiden Signale ändern sich mit einer geringfügig verschiedenen Geschwindigkeit, sodaß sich die Differenz zwischen den beiden Signalen mit einer Geschwindigkeit ändert, die erheblich j langsamer ist als die Änderungsgeschwindigkeit der beiden periodischen Signale. Der Wert des Differenzsignals ist direkt proportional der Größe der Zeigerauslenkung. Die angenäherte Zeigerstellung wird durch Messung der Größe des Differenzsignals bestimmt, wenn sich der Zeiger in einer für die Messung interessanten Stellung befindet. Die genaue Bestimmung der Zeigerstellung ^! ergibt sich durch Addition des Differenzsignals für die angenäherte Zeigerstellung mit einem der beiden periodischen Signale für die auf einer kleinen Strecke genaue Zeigerstellung.

j Erfindungsgemäß ist auch eine Einrichtung zur Kompensation von ι Fehlers des gemessenen oder bestimmten Wertes der Differenz j zwischen dem ersten und zweiten periodischen Signal vorgesehen. Tritt kein Fehler auf, dann kann die Differenz zwischen den ersten und zweiten Signal eine endliche Größe für jeden Wert eines der beiden periodischen Signale annehmen. Die Feillerkompensationsein- · ricntung enthält aucn Mittel zum Vergleich der gemessenen

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Differenz mit einer Gruppe von zulässigen Differenzen, um die zulässige Differenz zu bestimmen, die der gemessenen Differenz j am nächsten kommt. Die der gemessenen Differenz am nächsten kommende zulässige Differenz dient zur Abgabe eines Ausgangssignals ,

j für die Zeigerstellung. Ein Fehler in der gemessenen Differenz

zwischen den beiden periodischen Signalen, der kleiner ist als \ j die durch eine Iialbperioaenänderung der beiden periodischen Sig -'■ nale bewirkte Änderung der gemessenen Differenz veranlaßt nicht, daß sich der iJert der gemessenen Differenz soweit ändert, daß der !Vert der der gemessenen Differenz am nächsten kommenden zulässigen Differenz verändert wird. Die Verwendung des nächsten j

zulässigen üifferenzwertes zur Abgabe eines Ausgangssignals für

i die Zeigerstellung gewährleistet somit, daß kleine Fehler im Wert des Differenzsignals keine Fehler im Ausgangssignal für die Zeigerstellung hervorrufen.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 der Stromlaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfin- !

dungsgemäßen Koordinatentisches. j

j Fig. 2 der Stromlaufplan der Fehlerkompenssationseinrichtung für j

das Differenzsignal, das die durch das Gerät der Fig. 1 j gelieferte Zeigerstellung kennzeicnnet. j

Fig. 3 ein Kurvenbild zur Darstellung der Änderung der durch das Gerät der Fig. 1 gelieferten beiden sich periodisch an-

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dernden Signale sowie der Differenz zwischen den beiden Signalen in Abhängigkeit von der Zeigerauslenkung.

Figur 1 zeigt das elektronische Gerät 10 zur Bestimmung der Stellung des Zeigers 12 in der Y-Koordinate der aus vielen Elementen bestehenden Gitteranordnung 14. Die Stellungen des Zeigers 12 in der X-Koordinate können mit einem Gerät bestimmt werden, das dem · <. Gerät zur Stellungsbestimmung in der Y-Koordinate gleich ist. Um die Erklärung der Erfindung zu vereinfachen, wird diese Anordnung nicht gezeigt. Das Gerät 10 besitzt auch den Signalgenerator 16 sowie die beiden SignalVerarbeitungsschaltungen 18 und 20, um zwei verschiedene Ausgangssignale abzugeben, deren Phasen sich periodisch in Abhängigkeit von der Zeigerauslenkung ändern. Um die Differenz zwischen diesen beiden Signalen zu bestimmen, ist das Gerät 10 mit den beiden Phasenvergleichsschaltungen 22 und 24 zur Messung der Phase der Ausgangssignale der Schaltungen 18 und 20 bestückt, sowie mit den beiden Registern 26 und 28 zur Speicherung j der gemessenen Signalwerte und einem Subtrahierwerk zur Errechnung der Differenz zwischen den beiden gespeicherten Signalen. Das Differenzsignal gelangt an die Schaltung 32, welche das Differenzausgangssignal des Subtrahierwerks 30 verarbeitet, um ein Ausgangssignal zur Anzeige der genauen Zeigerstellung abzugeben.

Die Gitteranordnung 14 wird aus den vier getrennten Gittern 34, 36, 38 und .40 gebildet.

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jJedes Gitter bestent aus einem durchlaufenden elektrisch leitenden JElement 42, das auf dem nicht leitenden Träger 44 angeordnet ist.

I
Die nichtleitenden Träger 44 isolieren die leitenden Elemente der vier Gitter gegeneinander elektrisch. Die leitenden Elemente 4 2 der Gitter sind so gewickelt oder gefaltet, daß sie eine Anzahl von langen leitenden Teilen 46 bilden, die abwechselnd an ihren Enden durch die kürzeren Anschlußstücke 48 miteinander verbunden sind. Wie auch im Kurvenbild 50 der Fig. 3 gezeigt wird, bilden die Gitter 34 und 36 eine erste Gruppe von Meßstrecken 52 längs der Y-Achse der Gitteranordnung 14. Die Länge der Meßstrecken 5 2 ist gleich dem Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden parallelen Teilen 46 des Gitters 34. Der Abstand zwischen den langen Parallelteilen des Gitters 36 ist gleich dem Abstand zwischen diesen Teilen des Gitters 34. Die leitenden Teile 46 des Gitters 36 sind in der Mitte zwischen den entsprechenden leitenden Teilen des Gitters 34 angeordnet. Der Abstand zwischen den Parallel, teilen 46 der Gitter 38 und 40 ist etwas größer als der zwischen den Gitter 34 und 36. Somit bilden die Gitter 38 und 40 eine j zweite Gruppe von Meßstrecken 54 auf der Y-Achse der Gitteranord- j

nung 14. Die Länge der Meßstrecken 54 ist gleich dem Abstand j

ι zwischen den Parallelteilen 46 des Gitters 38 und ist daher etwas

größer als die durch die Gitter 34 und 36 gebildeten Meßstrecken j

52. Die Stellung des Gitters 40 gegenüber dem Gitter 38 ist gleich der Stellung des Gitters 36 gegenüber dem Gitter 34. Das heißt, die langen ParaBßlteile 46 des Gitters 40 sind im gleichen Abstand zueinander angeordnet wie die entsprechenden Teile des

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Gitters 38, und zwar so, daß sie in der l'itte zwischen den entsprechenden Teilen des Gitters 38 liegen.

Wie nachstehend näher erläutert wird, gibt die Schaltungsanordnung 18 ein Ausgangssignal ab, dessen Phase sich über eine Halbperiode in Abhängigkeit davon verschiebt, daß die Auslenkung des Zeigers für die Y-Achse einer Strecke 5 2 gleich ist. Die Schaltung 20 gibt ein Ausgangssignal ab, dessen Phase um eine llalbperiode in Abjnängigkeit davon verschoben ist, daß die Zeiger_auslenkung für die j Y-Achse einer Strecke 54 gleich ist. Die Differenz zwischen den j · . sich

Ausgangssignalen der Schaltungen 18 und 20 verändert^als Funktion der Zeigerstellung auf der Y-Achse der Gitteranordnung 14, da die Differenz zwischen den Größen der Strecken 5 2 und 54 be\iirkt, daß sich die relativen Stellungen dieser Strecken als Funktion | ihrer Stellung auf der Y-Achse ändern. Die vier Gitter der Gitteranordnung 14 sind so ausgelegt, daß die Heßstrecken 52 und 54 ; an der Kante 57 der Anordnung 14 fluchten oder sich decken. Um zu ; gewährleisten, daß die Gitter 34 und 38 und damit die Strecken 5 2 und 54 nicht auf eine andere Stellung neu ausgerichtet wurden und somit bewirken, daß die durch das Subtrahierwerk 30 gelieferte Differenz sich über mehr als eine Periode ändert, wenn der Zeiger 12 über die Gitteranordnung hinweg bewegt wird, wird zusammen mit den Messungen der maximale Weg auf der Y-Achse festgelegt, und der Abstand zwischen den langen Leiterteilen der verschiedenen Gitter muß sich nach der folgenden Gleichung verhalten:

² O)

D'

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BAD

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wobei:

ι ■ Y= der maximale Meßweg auf der Y-Achse der Gitter-

• anordnung 14;

D = die Länge der durch die Gitter 34 und 36 bestimmten Meßstrecke 52; fad = die Differenz zwischen der Länge der durch die

Gitter 34 und 36 bestimmten Länge der Meßstrecken 52 und der durch die Gitter 38 und 40 bestimmten Länge der Meßstrecken 54.

Alle vorstehend verwandten Formelzeichen werden be- !

ständig im Laufe der gesamten Beschreibung angewandt | und werden somit nicht mehr neu definiert.

liine praktische und verhältnismäßig leicht zu bauende Ausführung der die Bedingungen erfüllenden Gleichung (1) ist eine Gitteranordnung, bei welcher D= 1,0 cm und Ad = 0, 02 cm. Das durch das Subtrahierwerk 30 abgegebene Differenzsignal liefert eine eindeutige Anzeige der angenäherten Zeigerstellung auf einem Weg von 50 cm.

JDie Signalverarbeitungsschaltungen 18 und 20 sind einander gleich. Sie geben jeweils ein Ausgangssignal ab, dessen Phase sich als Funktion der Zeigerstellung auf der Y-Achse der Gitteranordnung 14 ! ändert. Die Schaltung 18 enthält die beiden Verstärker 56 und 58 zum ßnpfang und zur Verstärkung der Ausgangssignale der Gitter 34 und 36. Ferner enthält diese Schaltung auch den Phasenschieber 60

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;zur Verschiebung der Phase des Ausgangssignals des Verstärkers 58 um 90° sowie den Summierverstärker 62 zur Addition des Ausgangssignals des Verstärkers 56 mit dem phasenverschobenen Signal der Schaltung 60. Das Filter 64 filtert unerwünschte Signalanteile wie Rauschsignale des Summensignals des Verstärkers 62 aus. Wie in der oben erwähnten Patentanmeldung 805 559 näher erklärt wird, wird die Phase des Ausgangssignals der Schaltung 18 alleine durch die relative Stellung des Zeigers 12 auf der Y-Achse innerhalb einer Meßstrecke 52 bestimmt. Die Zeigerauslenkung zwischen zwei Stellungen braucht nicht protokolliert zu werden, um dieses Signal zu erhalten oder zu messen. Die Phase des Ausgangssignals der Schaltung 18 verschiebt sich um eine Halbperiode in Abhängigkeit von der Zeigerauslenkung zwischen einem Parallelteil 46 des Gitters 34 und einem benachbarten ParaUßlteil dieses Gitters. Ebenso gibt die Schaltung 20 ein Ausgangssignal an die Phasenvergleichseinrichtung 24 ab, dessen Phase sich um eine Halbperiode in Abhängigkeit von der Zeigerauslenkung zwischen einem Parallelteil 46 des Gitters 38 und dem benachbarten Parallelteil dieses Gitters ändert.

Die Schaltung 32 zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Zeigerstellung enthält das Speicherregister 66 zum Empfang und zur Speicherung des Ausgangssignals des Subtrahierwerks 30, das eine Anzeige für die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Schaltungen 18 und 20 darstellt. Das Differenzsignal wird in Register 66 gespeichert und dann dem Zählgenerator 68 eingespeist.

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Der Zählgenerator 68 gibt ein Ausgangssignal für die Anzahl der vollständigen Strecken auf der Y-Achse ab, welche die Zeigerauslenkung durchlaufen hat. Am Addierwerk 70 liegt das Ausgangssignal des Zählgenerators 68 an, das die Anzahl der vollständigen Meßstrecken für die Zeigerauslenkung anzeigt sowie auch das im Register 26 gespeicherte Signal, das die relative Stellung des ι Zeigers 12 innerhalb einer Meßstrecke 52 anzeigt; sodann gibt ; das Addierwerk 70 an die Anzeige 72 ein Ausgangssignal ab, welches die Zeigerstellung genau bestimmt.

Im Betrieb gelangt ein Ansteuerungssignal wie ein 3kHz Sinussignal vom Gfterator 16 an den Zeiger 12. Dieses Ansteuerungssignal induziert in jedem Gitter der Gitteranordnung 14 Spannungen. Die induzierten Spannungen der Gitter 34 und 36 liegen an der Signalverarbeitungsschaltung 18 an, die ein sinusförmiges Ausgangssignal abgibt, dessen Phase durch die relative Stellung des Zeigers 12 innerhalb einer Meßstrecke 52 auf der Y-Achse bestimmt wird. Die Phasenvergleichseinrichtung 22 mißt die Phase dieses Signals durch Addition von Signal impuls en zu dem von der Schaltung 18 her anliegenden Signal der zu addierenden Impulse, um die Phase des Ausgangssignals der Schaltung 18 so zu verschieben, daß sie phasengleich mit dem vom Generator 16 her anliegenden Bezugssignal ist. Die Phasenvergleichsschaltung 22 verschiebt das von der Schaltung 18 her anliegende Signal um eine Halbperiode durch Addition von 100G Impulsen zu diesem Signal. Da die Teile 46 des Gitters 34 in einem Abstand von tem voneinander angeordnet sind

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■> 11 -

und das Ausgangssignal der Schaltung 18 sich um eine Halbperiode ;in Abhängigkeit von einer Strecke 5 2 der Zeigerauslenkung ändert, gibt die Vergleichseinrichtung 22 ein sich linear änderndes !periodisches Aus gangs signal 74 ab (Fig. 3) , dessen Wert sich zwischen 0 und 1000 in Abhängigkeit von einer Strecke 5 2 der Zeigerauslenkung ändert. Das Signal 74 wird im Register 26 gespeichert.

Die Signalverarbeitungsschaltung 20 und die Phasenvergleichseinrichtung 24 arbeiten wie die Schaltung 18 und die Vergleichsein-,richtung 22, um ein lineares periodisches Ausgangssignal 76 abzugeben, das sich in Abhängigkeit von der Strecke 54 der Zeigerauslenkung zwischen 0 und 1000 ändert. Da die Strecken 52 etwas kleiner sind als die Strecken 54, ändert sich das Signal 74 mit einer geringfügig schnelleren Geschwindigkeit als das Signal 76. Die Differenz 78 zwischen diesen beiden Signalen ändeit sich mit einer sehr geringen Geschwindigkeit und stellt eine absolute An-

zeige für die Zeigerstellung dar. Da das Signal 78 lediglich die Differenz zwischen den Signalen 74 und 76 is-t, kann das Gerät 10 j ein Ausgangssignal für die Zeigerstellung abgeben, ohne laufend die Stellung dieses Zeigers während seiner Bewegung über die Gitter anordnung 14 messen und aufzeichnen zu müssen. Für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem D - 1cm, > Ad = 0,02 cm und die Signale 74 und 76 zwischen 0 und 1000 variieren, zeigt das Signal 78 die Zeigerstellung mit einer Genau-j

ι igkeit von 0,05 cm an. Das Signal 78 stellt somit eine Anzeige

fur die angenäherte Zeigerstellung dar. Und bei einer -12-

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Genauigkeit von O,o5 cm besitzt das Signal 78 einen einmaligen
Wert für jede Stellung des Zeigers 12 auf der Y-Koordinate auf der
50 cm - Gitteranordnung 14.

|Der Zählgenerator 68 erhält das im Register 66 gespeicherte Signal

I78 und gibt ein Ausgangssignal für die Anzahl der vollständigen

illeßstrecken der Zeigerauslenkung ab. Der Zählgenerator 68 liefert
dieses Ausgangssignal durch Teilung des Wertes des Signals 78 durch
20 und durch Unterdrückung jedes Bruch- oder Restwertes im
!Quotienten. Das Ausgangssignal des Generators 68 gelangt an das

I ■ :

[Addierwerk 70, an dem auch das im Register 26 gespeicherte Signal ;
j74 anliegt. Das Signal 74 stellt die Stellung des Zeigers 12 in
einer Meßstrecke 52 mit einer Genauigkeit von 0,001 cm dar. Somit
gibt das Addierwerk 70 an die Anzeige 72 ein Ausgangssignal für
die Zeigerstellung mit einer Genauigkeit von 0,001 cm ab.

Figur 2 zeigt die gegenüber der Schaltung der Figur 1 abgeänderte j ^!

Schaltung 80, welche Fehler des gemessenen I/ertes Differenzsignals j j

78 kompensiert, die beispielsweise durch kleine Fluchtungsfehler , |

der die Gitteranordnung 14 bildenden Gitter entstehen können, üie , i|

Schaltung 80 gibt ein Ausgangssignal für die Zeigerstellung ab, das y

niciit durch Fehler beeinflußt v;ird, die warscheinlich in der prak- j
tiscnen Ausführung der ürfindung auftreten. Wie aus Figur 3 hervorgent, kann das Signal 78 für jeden Wert des Signals 74 nur
eine endliche Anzahl von Werten annehmen, wenn kein Fehler auftrittj. . Beispielsweise zeigt das Signal 74 mit dem Wert von 500 an, daß ;· ?|i

sich der Zeiger 1 2 in einem Abstand von 0,5, 1,5, 2,5, 3,5 usw. ein ■:'.

-13- ■'*

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j von der Kante 57 der Gitteranordnung 14 befindet. Wenn kein Fehler !auftritt, dann muß das Sisnal 78 einen Wert von 10, 20, 30 usw. besitzen. Dajher enthält die Schaltung 80 einen ersten Schaltungsteil 8 2 zur Bestimmung eines jeden Viertes, den das Differenzsignal 78 für jeden bestimmten Wert des Signals 74 besitzen darf. Die Schaltung 80 umfaßt auch den Schaltungsteil 84 für den Vergleich eines jeden zulässigen Wertes des Differenzsignals 78 mit dem gemessenen Ist-Wert dieses Signals sowie den Schaltungsteil 86 zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Zeigerstellung, das durch

i '

den zulässigen Differenzwert bestimmt wird, den dem gemessenen Wert dieses Signals am nächsten kommt. Da die Schaltung 80 zur Anzeige der Zeigerstellung den Wert verwendet, den das Differenzsignal 78 annehmen darf, wenn kein Fehler auftritt, und der dem gemessenen Wert dieses Signals am nächsten kommt, gibt sie ein Aus} gangssignal ab, das durch Fehler des gemessenen Wertes des Differenzsignals 78 unbeeinflußt bleibt, die kleiner sind als eine Signaländerung, die durch eine halbe Meßstrecke der Zeigerauslenkung bewirkt werden würde.

Die Schaltung 8 2 zur Bestimmung der zulässigen Werte des Differenzy signals 78 enthält die Multiplizierschaltung 88, welche die Sig- '

nale 74 des Registers 26 empfängt und sie mit Aj— multipliziert, ί um ein Ausgangssignal an das Speicherregister 90 abzugeben, das den niedrigsten zulässigen Wert darstellt, welchen das Differenzsignal 78 für einen bestimmten Wert des anliegenden Signals 74

vgesteuerte Addierwerk annenmen darf. Das von der Steuerlogik 94vifrhöht die im Register

-14-

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;90 gespeicherten Werte mehrmals um ^k— , um die gesamte Folge Icier für das Signal 78 zulässigen Werte zu liefern.

Der Schaltungsteil 84 für den Vergleich der Folge der zulässigen Werte des Differenzsignals 78 mit dem gemessenen Ist-Wert dieses Signals enthält das Subtrahierwerk 96 zur Bestimmung der Differenz zwischen dem Ist-Wert des im Register 66 gespeicherten Differenzsignals 78 und den einzelnen durch die Schaltung 8 2 erzeugten zulässigen Werten dieses Signals. Ferner enthält die Schaltung 84 auch die Vergleichseinrichtung 98, das Speicherregister 100 und das Tor 102. Die Vergleichseinrichtung 98 erhält Signale vom Subtrahierwerk 96 und Speicherregister 100 und gibt ein Ausgangssignal an das Tor 102 ab, das angesteuert wird, wenn das durch die ;

Schaltung 96 abgegebene Differenzsignal kleiner ist als der im Register 100 gespeicherte Wert. Somit bewirken die Vergleichseinrichtung 98 und das Tor 102, daß die Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Wert des Differenzsignals 78 und dem zulässigen Wert des

Signals 78, der dem gemessenen Ist-Wert am nächsten kommt, im Re- j gister 100 gespeichert wird.

Die Schaltung 86 zur Abgabe zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Zeigerstellung, die durch den dem gemessenen Ist-Wert des I Signals am nächsten kommenden zulässigen Wert des Differenzsignals j 78 dargestellt wird, umfaßt den Zähler 104 und das Speicherregister 106. Am Beginn des VergleichsVorgangs zwischen dem Ist-Wert des j Differenzsignais 78 und der Folge der zulässigen Werte dieses

-,5- I

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!Signals wird der Zäiiler gelöscht und dann ^ schrittweise um Eins !jeweils dann aufgefüllt, wenn das Addierwerk 92 den Viert =4— in das Register 90 eingibt. Die im Zänler 104 gespeicherte Zahl stellt somit die Anzahl der vollständigen Meßstrecken der Zeigerauslenkung zu jedem Zeitpunkt dar, die dem Wert des zulässigen Jifferenzsignals entsprechen, das zu diesem Zeitpunkt an das Subtrahierwerk übertragen wird. Das Tor 108, das durch ein Signal der Vergleichseinrichtung 98 angesteuert wird, wenn ein zulässiger !Wert des Differenzsignals 78 näher am gemessenen Ist-Wert dieses Signals liegt als die vorher geprüften zulässigen Vierte, steuert die Datenübertragung vom Zähler 104 zum Register 106. Eine Durchsteuerung des Tores 108 bewirkt, daß die durch den Zähler 104 angegebene Zahl alle vorher im Register T06 gespeicherten Zahlen er-j setzt. Die im Register 106 nach dem Vergleich der gesamten Folge j der zulässigen Werte des Differenzsignals 78 mit den gemessenen Ist-Werten dieses üifferenzsignals gespeicherteZahl gibt die Anzahl der vollständigen Strecken 52 auf der Y-Ächse an, die durch den dem Ist-Wert des Differenzsignals 78 am nächsten kommenden ; zulässigen Wert dieses Signals dargestellt wird. Die Vergleichsschaltung 110 und das Tor 112 steuern die Übertragung der im Register 106 gespeicherten Zahl an das Addierwerk 70. An der Vergleichsschaltung 110 liegt ein Bezugssignal der Steuerschaltung 94!

an, das gleich ist der Gesamtzahl der üifferenzwerte, die das Sig-ι rial 78 für einen bestimmten Wert des Signals 74 besitzen" darf. Die Vergleichsschaltung 110 vergleicht diese ganze Zahl mit jeder durch; den Zähler 104 erzeugten Zahl und gibt ein Ausgangssignal ab, I

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welches das Tor 112 ansteuert, wenn die beiden Werte gleich sind. !Der Wert des dem gemessenen Ist-tfert dieses Signals am nächsten kommenden Differenzsignals 78 wird dann dem Addierwerk 70 eingespeist, das auch das Signal 74 des Registers 26 erhält und diese beiden Signale addiert, um ein Ausgangssignal abzugeben, welches !die Zeigerstellung genau festlegt.

Venn der Zeiger Dewegt wird, kann die Schaltung 80 laufend jeden Wert des Differenzsignals 78 mit jedem zulässigen Wert dieses !signal vergleicnen. Andererseits kann die Schaltung 80 auch nur dann beaufschlagt werden, wenn sich der Zeiger an einem wichtigen Meßpunkt befindet, um den gemessenen Differenz-Ist-Wert mit der JFolge der zulässigen Differenzwerte an diesem Punkt zu vergleichen. Die Steuerlogik 94 löst den Betrieb der Schaltung dadurch aus, daß j sie eine große Zahl in das Register 100 einspeichert, den Zähler 104 auf 0 zurückstellt und ein Bezugssignal an die Vergleichsschaltung 110 abgibt und damit bewirkt, daß eine große Zahl im Register j

100 gespeichert wird. Dann erhält die Multiplizierschaltung 88 ; das Signal 74 vom Register 26 und gibt ihrerseits ein Ausgangssignal an das Register 90 ab, das den kleinsten Wert enthält, ; welchen das Differenzsignal 78 für den empfangenen Wert des Sig-Inals 74 besitzen darf, wenn kein Fehler auftritt. Das Addierwerk \ 9 2 erhöht der Reihenfolge nach diesm Wert um ■ ■ , wodurch die gesamte Folge der zulässigen Werte des Signals 78 erzeugt wird. Jedesmal, wenn das Addierwerk 92 den im Register 90 gespeicherten j Wert erhöht, dann erhöht auch die Steuerlogik 94 den im Zähler '

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■104 gespeicherten Wert, sodaß die in ihm gespeicherte Zahl die Anizanl der vollständigen Strecken der Zeigerauslenkung darstellt, die

durch den im Register 90 gespeicherten zulässigen Wert des Differenzsignals 78 angezeigt wird. Das Subtrahierwerk 96 vergleicht jeden zulässigen Wert des Signals 78 mit dem gemessenen Ist-Wert . dieses Signals. Wenn die durch das Subtrahierwerk 96 abgegebene Differenz kleiner ist als der im Register 100 gespeicherte Wert, • dann steuert die Vergleichseinrichtung 98 die Tore 102 und 108 •durch, und bewirkt, daß die durch das Subtrahierwerk 96 gelieferte Differenz den im Register 100 gespeicherten Wert ersetzt und die durch den Zähler 104 abgegebene Zahl für die Meßstrecken den im ₍ Register 106 gespeicherten Wert ersetzt. Wenn die durch den Zähler 104 gelieferte Zahl die Gesamtzahl der Differenzwerte erreicht, I die das Signal 78 für einen rt'ert des Signals 74 besitzen darf, dann steuert die Vergleichsschaltung 110 das Tor 112 an, wodurch die im Register 106 gespeicherte Zahl an das Addierwerk 70 über-

ι tragen werden kann. i)as Addierwerk 70 gibt ein Ausgangssignal ab,

• ' f

das die Zeigerstellung genau bestimmt und das durch normale Fehler!

• - j

im Signal 78 unbeeinflußt bleibt. j

i Außer den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ^! sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können viele andere Anordnungen zur Erzeugung von periodischen Signalen verwendet werden, die sich mit einer geringfügig unterschiedlichen Geschwindigkeit ändern, sodaß die Differenz zwiscnen diesen periodischen Signalen ein sich

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_ 1 O _

langsam änderndes Signal darstellt, das eine absolute Anzeige für !die angenanerte Zeigerstellung bildet. Solche Signale können beispielsweise von einer Anzahl von optischen Gittern erzeugt werden, wobei der Abstand zwischen den Linien eines Gitters etwas größer ist als der Abstand zwischen den Linien eines zweiten Gitters. Andererseits können auch solche Signale elektronisch erzeugt werden, ohne Einrichtungen für . !erstrecken verschiedener Längen zu verwenden.

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Claims

(The Bendix Corporation
iorthern Regional Patent
Counsel's Office
Center

jSouthfield, Hich. 48075 27. Juni 1972

iuSA Anwaltsakte Ii-2225

Patentansprüche

. Gerät zur Bestimmung der Koordinatenstellung eines Zeiger auf einer Fläche mit mindestens einer leitenden Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Baugruppen umfaßt: eine Gitteranordnung (14) mit einer ersten Gruppe (34, 36) nebeneinander liegender, im wesentlichen gleicher Strecken (52) auf ι einer gewählten Koordinate (Y) der Gitteranordnung, einer > zweiten Gruppe (38, 40) nebeneinander liegender, im wesentlichen' gleicher Meßstrecken (54) auf der gewählten Koordinate, wobei die Abmessung der Meßstrecken (54) der zweiten Gruppe auf der gewählten Koordinate geringfügig von den Meßstrecken (5 2) der ersten Gruppe verschieden ist, einem Bezugssignalgenerator (16),' der entweder mit dem Zeiger oder der ersten und der zweiten Gruppe der Meßstrecken verbunden ist, mit zwei Signalverarbei- , tungsschaltungen (18, 20), die entweder an die Ausgänge der ersten Gruppe (34, 36) und der zweiten Gruppe (38, 40) der Meßstrecken (52, 54) oder an die Ausgänge des Zeigers (12) -20-

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geführt sind, einem mit den Ausgängen der beiden Signalverarbeitungsschaltungen (18, 20) verbundenen Subtrahierwerk (30) sowie mit einer Schaltung (32, 80), die an den Ausgang des Subtrahierwerks (30) geführt ist, um ein Ausgangssignal für die genaue Zeigerstellung abzugeben.

;2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe

von Meßstrecken (52, 54) aus der Verbindung zweier getrennter Gitteranordnungen gebildet wird, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, während sie in Parallelebenen angeordnet sind, daß das leitende Element (4 2) der Gitteranordnungen so gefaltet ist, daß sich eine Anzahl von langen Leiterteilen (46) bildet, die an ihren Enden abwechselnd durch kürzere Verbindungsteile (48) zusammen geschlossen sind, sowie dadurch, daß der lange Leiterteil (46) der einen Gitteranordnung (36, 40) in der Mitte zwischen denen der zugehörigen Gitteranordnung (34, 38) liegt.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecken (54) der zweiten Gruppe geringfügig länger sind als die Meßstrecken (52) der ersten Gruppe.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Weg in der Koordinate (Y), auf welchem Messungen vorgenommen werden und der Abstand zwischen den langen Leiterteilen (46) der verschiedenen Gitteranordnungen so gewäiilt werden, daß sie die folgende Gleichung befriedi-

^gen: Y ²

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wobei: D ist die Abmessung der Meßstrecke (5 2) der ersten Gruppe (34, 36) undZ\d ist die Differenz zwischen der Abmessung einer Meßstrecke (54) der zweiten Gruppe (38, 40) und der Abmessung einer Meßstrecke (52) der ersten Gruppe (34, 36).

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltungen (18, 20) eine Sägezahnspannung (74, 76) ist, deren Folgefrequenz gleich ist der Folgefrequenz der Meßstrecke (5 2, 54) der jeweils zugehörenden Gruppe von Gitteranordnungen (34, 36, 38, 40).

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltungen (18, 20) über eine mit dem Bezugssignalgenerator (16) verbundene Phasenvergleichsschaltung (22, 24) sowie über ein Speicherregister (26, 28) an das Subtranierwerk (30) geführt sind.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (32) die folgenden in Reihe geschalteten Baugruppen umfaßt: ein Register (66), einen Zählgenerator (68), ein Addierwerk (70) sowie eine Anzeige (72), wobei ein Eingang des Addierwerks (70) an den Ausgang einer der beiden Signalverarbeitungsschaltungen (18, 20) angeschlossen ist.

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8. Gerät nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scnaltung (80) die folgenden Baugruppen ur.ifaßt: eine erste Scnaltung (82) zur iJestimmung der Werte, die das Differenzsignal (78) am Ausgang des Subtrahierwerks (30) für jeden bestimmten Viert der Sägezahnspannung besitzen darf, eine zweite Schältung (84) zum Vergleich der zulässigen Wert_e des Differenzsignals (78) mit dem gemessenen Ist-Wert dieses Signals sowie eine dritte Schaltung (86) , zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Zeigerstellung, das durch den dem gemessenen Ist-Wert dieses Signals am nächsten kommenden zulässigen Differenzwert b estintmt wird.

9. Gerät nacn Anspruch 4, 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (82) die folgenden Baugruppen enthält: eine an den Ausgang des einen (26) der beiden Speicherregister (26,. 28) geführte Multiplizierschaltung (88), welche die empfangenen Signale (74) mit «— multipliziert und deren Ausgänge an ein Speicherregister (90) mit einem Addierwerk (92)· geführt sind, das von einer logischen Schaltung (94) gesteuert wird, um den im Register (90) gespeicherten Wert wiederholt um die Größe zu erhöhen, wodurch die gesamte Folge der zulässige^ Werte des Differenzsignals (78) geschaffen wird.

0. Gerät nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (84) die folgenden Baugruppen enthält: ein zweites Subtrahierwerk (96), dessen erster Eingang an das

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Speicherregister (90) und dessen zweiter Eingang über das Speicherregister (66) an das Subtrahierwerk (30) geführt ist, eine erste zwischen das zweite Subtrahierwerk (96) und ein weiteres Speicherregister (100) geschaltete Vergleichseinrichtung (98) und ein erstes zwischen das zweite Subtrahierwerk (96) und die erste Vergleichseinrichtung (98) geschaltetes Tor (102), dessen Ausgang an das zweite Speicherregister (100) geführt ist.

11. Gerät nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schaltung (86) die folgenden Baugruppen umfaßt: einen Zähler (104) sowie ein anderes über ein zweites Tor (108) mit ihm verbundenes Speicherregister (106), wobei der Zähler (104) \ jedesmal um eine bestimmte Größe schrittweise aufgefüllt wird, wenn das Addierwerk (92) den Viert =^— dem Speicherregister (90) eingibt, sowie dadurch, daß der zweite Eingang des zweiten Tors (108) an die erste Vergleichseinrichtung (98) geführt ist, und daß die zweite Vergleichseinrichtung (110) \

zwischen den Ausgang des Zählers (104) und einen Ausgang der ! logischen Steuerschaltung (94) geschaltet ist, während ihr Aus- j gang an ein drittes Tor (112) geführt ist, das die Übertragung j der im anderen Speicherregister (106) gespeicherten Zahl an das Addierwerk (70) steuert.

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