DE2412020C2

DE2412020C2 - Verfahren und Anordnung zur Positionsbestimmung eines Positionstiftes

Info

Publication number: DE2412020C2
Application number: DE2412020A
Authority: DE
Inventors: Herbert Mahopac N.Y. Dym
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1982-04-29
Also published as: US3921165A; FR2222702A1; DE2412020A1; JPS49123525A; IT1006154B; FR2222702B1; GB1420552A; JPS5610671B2; USB343577I5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Positionsbestimmung eines Positions-Stiftes auf einem Positionstabieau der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 angegebenen Art.

Positionstableaus (graphische Datenanzeigetafeln) kann man grob in analoge und digitale Typen unterteilen. Als Beispiel für die analogen Anzeigetafeln sei auf die US Patentschrift Nr. 34 66 646, als Beispiel für digitale Anzeigetafeln sei auf die US Patentschriften Nr. 47 963, Nr. 36 32 874 und 33 04 612 verwiesen.

Konventionelle Positionstableaus sind im allgemeinen so aufgebaut, daß sie einen Spannungsteiler wie z. B.

einen linearen Widerstand für jede Koordinatenrichtung enthalten. Die Spannung an einem Punkt an diesem Element ist Maß für den Koordinatenwert. Die Spannung an einem Punkt auf der Tafel wird mit einem Positionsstift (Spannungsfühlerstift) abgefühlt Dazu werden kapazitive oder induktive Stifte verwendet. Bei herkömmlichen Systemen ist das Auflösungsvermögen einer solchen Tafel durch die Elektronik des Systems begrenzt

Aus der DE-OS 22 42 417 ist die Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstableau bekannt, wobei das durch den Positionsstift ausgekoppelte Signal zur Koordinatenbestimmung der markierten Position benutzt wird. Das Positionstableau ist in einzelne benachbarte Sektionen aufgeteilt Es wird nur die Sektion der Position abgetastet. Mit der Sektionsaufteilung soll bei dem Positionstableau aus matrixförmig angeordneten lichtimitierfähigen Zellen die Zeit verkürzt werden, die zur Bestimmung der Koordinaten eines aufgesetzten Positionsstiftes erforderlich ist. Eine Änderung des Auflösevermögens durch schaltungstechnische Merkmale ist bei einem derartigen Lichtzellen-Positionstableau nicht aktuell, da hier das Auilösungsvermögen nur durch die räumliche Ausdehnung der Zellen selbst bestimmt wird. 2;

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstableau der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8 genannten Art derart weiterzubilden, daß die Bestim- jo mung der Positionskoordinaten mittels eines erhöhten Auflösungsvermögens erfolgt

Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 8 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. la ein konventionelles eindimensionales analoges Positionstableau,

Fig. Ib ein Spannungsteilerelement, wie es erfindungsgemäß und auch gemäß F i g. la verwendbar ist,

Fig.2 das in Fig. la dargestellte Positionstableau, modifiziert zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals,

Fig.3 die Steuerschaltung eines konventionellen Positionstableaus zur Erzeugung einer digitalen Ausgabe unter Verwendung eines Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters,

F i g. 4 Impulszüge an verschiedenen ausgewählten Punkten der in F i g. 3 gezeigten Schaltung,

F i g. 5 ein konventionelles Spannungsteilerelement zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Positionstableau,

F i g. 6 eine Darstellung des Ausgangssignales des Spannungsteilers als Funktion des Ortes,

Fi g. 7 ein Diagramm zur Darstellung der konventionellen und erfindungsgemäßen Arbeitsweise des Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters,

F i g. 8 die erfindungsgemäß modifizierte Steuerschaltung gemäß F ί g. 3,

F i g. 9 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Zyklus-Steuerschaltung,

Fig. 10a bis iüh Impulszüge an ausgewählten Punkten der in F i g. 9 gezeigten Schaltung,

F i g. 11 eine Schaltung ^;Mt die Sektiörissteuerung der in F i g. 8 gezeigten Stßuerschaltung,

Fig. 12 ein Beispiel für die Anordnung eines drei Sektionen umfassenden Positionstableaus,

Fig. 13 eine Kurve für das digitale Ausgangssignal der in Fig. 12 gezeigten Anordnung als Funktion des Ortes,

Fig. 14a und 14b eine Tabelle zur Arbeitsweise des erfiudungsgemäßen Positionstableaus im Suchbetrieb, F i g. 15 Einzelheiten des Decodierers, und

F i g. 16 Einzelheiten der Sektionsumschalter.

In graphischen Analogdatentableaus werden Positionspunkte in einer Koordinatenrichtung im allgemeinen durch einen analogen elektrischen Wert dargestellt, der der Position eines Positionsabfühlstiftes auf der Tafel proportional ist Fi g. la zeigt ein konventionelles eindimensionales analoges Positionstableau, das aus einer Platte 2 aus Isoliermaterial und einem darüber liegenden Spannungsteilerelement 4 besteht, welches ein Linearwiderstand sein kann, der mit einem Treibersign?! von einer Signalquelle 8 gespeist wird. Der Positionsabfühlstift 3 ist mit einf Abfühischaltung 6 gekoppelt. Wenn dieser Stift 3 die riauc 2 berührt, wird ein der Position in der X- Richtung der Tafel proportionales Potential abgefühlt und der Abfühlschaltung 6 zugeführt

In eine· ,Y-K-Koordinatendatentafel wird ein zweites Spannungsteilerelement (nicht dargestellt) orthogonal zum Element 4 angeordnet.

Ein Beispiel für cn solches Spannungsteilerelement ist in Fig. Ib gezeigt und im einzelnen in einer Patentschrift des gleichen Anmelders beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Datentafel der Fig. la in einer Modifikation für digitale Ausgangsdaten. Die Darstellung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. la durch den zusätzlichen Schalter 23 und eine modifizierte Abfühlschaltung 12, die einen Doppelschleifen-Analog' Digitalkonverter enthält. Ein Positionsmeßzyklus besteht aus einer Prüfperiode und einer Bezugs-(Referenz-)periode. Während der Bezugsperiode beendet sich der Schalter 23 in der gezeigten Stellung und wird während der Prüfperiode in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet Einzelheiten der Arbeitsweise einer solchen Digitaldaten-Anzeigetafel sind in einer Patentanmeldung des gleichen Anmelders heschrieben. Die F i g. 3 der vorliegenden Beschreibung entspricht der Fig. 1 der erwähnten Anmeldung und zeigt die Steuerschaltung 12 der F i g. 2.

Mit den Schaltern 23,25 und 27 wird die Tafel aus der Prüfperiode in die Referenzperiode umgeschaltet. Der Kondensator 29 stellt die Kopplungskapazitanz zwischen dem Fühlstift 3 und der Abfühlfläche 2 dar, die zwischen dem Abfühlstift und dem Spannungsteilerelement 10 liegt und in Fi ξ. 3 durch den Widerstand 20 dargests'lt ist Der Stift 3 ist in F i g. 3 durch den Schleifer 24 des Regelwiderstandes 20 dargestellt. Das vom Schleifer 24 abgenommene Potential \>i»-d an den Eingang des Verstärkerdetektors 31 angelegt, um einen Ausgangsimpuls der in Fig.4d gezeigten Form zu erzeugen. Während der Prüfperiode, die eine feste Periode Γ umfaßt, jefindet sich der Schalter 25 in der gezeigten S'.ellung und somit wird das Detektorausgangssignal, welches die Integratorzeitkonstante be^ stimmt, über den Widerstand 24 an den Integrator 33 angelegt Der Ausgang des Detektors 31 lädt den Integrator 33 auf einen Wert auf, der durch die Integratorzeitkonstame und den Wert des Detektorausgangssignales Vo gemäß Darstellung in Fig.4e bestimmt wird.

Während der Referenzperiode werden die Schalter 23, 25 und 27 auf ihre entsprechenden Referenzstellungen umgeschaltet, wodurch die Detektorausgangsspannung Vo an den Integrator 33 über den Inverter 39 und den Widerstand 26 gelegt wird, wodurch sich der Integrator entlädt. Die zur Entladung des Integrators benötigte Zeit IO ist proportional der relativen Stiftposltion in der betrachteten Koordinatenrichtung. Im betrachteten Beispiel ist die Koordinatenrichtung als ,^-Richtung angegeben.

Die Referenzspannung Vz (t), die durch das Schalterstellungs-Steuerflipflop 19 erzeugt wird, wird durch den Impuls in Fig.4b dargestellt, während das Treiberpotential Vi Sin ω / für den Widerstand 20 in F i g. 4a gezeigt ist. Das Eingangssignal V_1n für den Detektor 31 während der Referenz- und der Prüfperiode ist in F i g. 4c gezeigt.

Die Steuerschaltung der Fig.3 arbeitet während der Prüfperiode T vom Zeitpunkt Ti bis Γι so, daß die Referenzseite des Flipflops 19 auf logisch Null steht, d. h. Vi (7,) ist niedrig, während die Prüfseite des Flipflops 19 auf logisch Eins steht. Dadurch befinden sich die Schalter 25 und 27 in den gezeigten Stellungen.

Die durch den Schleifer 24 abgefühlte Spannung V_1n ist somit eine Funktion der Schleiferposition, bestimmt durch das Verhältnis —— ^l— und die Kopplungskapazi-

«1 + «2

tanz. Die Prüfperiode wird durch den Zähler 13 gesteuert und entspricht der Zeit, die der Taktgeber 11 braucht, um den Zähler 13 nach dessen Rückstellung auf eine volle Zahl zu bringen. Wenn der Zähler 13 voll ist, wird er zurückgestellt durch ein Rückstellsignal, welches gleichzeitig das Flipflop 19 umschaltet und dadurch die Steuerschaltung in die Referenzperiode setzt.

Da der Schalter 23 eine vernachlässigbar kleine Impedanz bildet, entspricht während der Referenzperiode das Signal V,„dem Treibersignal Vi Sin ωί Das ist in den F i g. 4a und 4c gezeigt Wenn der Integrationsimpuls den Wert 0 erreicht, geht das Ausgangssignal des Null-Übergangsdetektors 35 auf logisch Eins und lädt dadurch die Zahl im Zähler 13 in das Register 21. Die Zahl im Zähler 13 entspricht jetzt der Zeit to. wobei das

Verhältnis—proportional dem Verhältnis —— ^}— bzw.

In dem bisher beschriebenen Positionstableau ist das Auflösungsvermögen des Gerätes begrenzt durch die Systemelektronik, d. h. der kleinste meßbare Positionsschritt im System wird bestimmt durch den kleinsten abfühlbaren Wtft von V_1n. Je kleiner das Signal V_n, wird, desto größer ist die Gefahr, daß es durch Systemstörungen überdeckt wird.

Das Auflösungsvermögen des bisher beschriebenen Positionstableaus wird verbessert, indem man die Spannungsteilerelemente, die in F i g. 3 als Widerstand 20 dargestellt sind, in Sektionen einteilt, und das Treibersignal Vi Sin cot an eine ausgewählte Sektion und nicht wie bisher an den ganzen Widerstand 20 anlegt

Zur Erklärung sei angenommen, daß der kleinste meßbare Spannungsabfall über dem Widerstand 20 ein Volt beträgt und ein Treibersignal von 10 Volt an eine Länge von 254 mm des Widerstandes angelegt wird. Der Widerstand kann also in Schritten von 25,4 mm »aufgelöst« werden. Wenn das 10 Volt große Treibersignal jedoch an eine Widerstandslänge von nur 5 ■ 25,4 mm angelegt wird, kann der Widerstand in

25 4
Schritten von —— mm »aufgelöst« werden, da jeder

Spannungsabfall von einem Volt jetzt der Hälfte von 25,4 mm entspricht. Betrachtet man wieder die Wider Standslänge Von 25,4 mm, so kann der Widerstand in

25 4
Schritten Von —-r— mm und nicht von 25,4 mm aufgelöst

werden, wenn die 10 Volt große Treiberspannung zuerst über einer Länge von 5 · 25,4 mm und dann über die

ίο verbleibende Länge von 5 · 25,4 mm des Widerstandes angelegt wird.

F i g. 5 zeigt ein konventionelles resistives Spannungsteilerelement zur Verwendung in Positionstableaus (graphischen Datenlafeln), wie sie in Fig. Ib gezeigt sind. Es ist nach dem Erfindungsgedanken in zwei Sektionselemente unterteilt. In konventionellen Tableaus wird das Treibersignal V₁ Sin cot an die Anzapfungen Al ο und Bh, angelegt, die Anzapfungen Bi ο und Ahi erscheinen nicht in dem konventionellen Element.

Nach dem Erfindungsgedanken ist das Spannungsteilerelement 10 mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, die in der spezifischen Darstellung das Element 10 in zwei Abschnitte unterteilen. Ein erster Abschnitt ist durch die Anzapfungen /U₀ und Ah, und der zweite Abschnitt durch die Anzapfungen Bio und Bh, bestimmt. Die beiden Abschnitte überlappen einander, um Nichtlinearitäten an den Abschnittsgrenzen auszuschalten.

In F i g. 6 ist die Größe der Spannung V_1n als Funktion des Ortes aufgezeichnet, wenn ein Treibersignal z. B. an den Abschnitt A des Elementes 10 angelegt wird. An den unteren und oberen Enden des Abschnittes bestehen offensichtlich Nichtlinearitäten. Eine Nichtlinearität existiert insbesondere zwischen der Anzapfung Alo und einem Punkt Ao' während eine zweite Nichtlinearität zwischen dem Punkt /4w,und einem anderen Punkt Afs liegt. Genaue Positionsmessungen können also nur im linearen Bereich zwischen den Punkten Ao und Afs erfolgen. Das heißt, für einen Abschnitt müssen die "Werte im Nullbereich und im vollen Ausschlagsbereich der Skala der Tafel in dem linearen Bereich liegen. Dadurch muß der Analogdigitalkonverter so modifiziert werden, daß er nach der Kurve in F i g. 7 arbeitet

F i g. 7 zeigt in Kurven die Arbeitsweise des Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters, einmal nach der zuvor erwähnten Patentanmeldung und zum anderen die Arbeitsweise des erfindungsgemäß modifizierten Konverters. Die gestrichelten Linien 100 der F i g. 7 zeigen die Ausgabe des Integrators 33 vor seiner Modifikation, wenn das Treibersignal über einem Abschnitt z. B. dem Abschnitt A angelegt wird und der Positionsfühlerstift am oberen Ende der Tafel Am im nichtlinearen Bereich steht Die modifizierten Amplitudenpunkte Ao und Afs' für den Nullbereich und den vollen Ausschlagsbereich der Skala für den Abschnitt A und Bo' und Bfs' für den Abschnitt B, die den linearen Bereich der Abschnitte definieren, werden durch Versuche in ihrer physikalischen Lage auf dem Tableau bestimmt

Das Gerät muß so arbeiten, daß bei Stellung des Stiftes am Punkt Ao' und Erregung des Abschnittes A das Tableau eine Nullanzeige und bei Stellung des Stiftes in der Position Afs' einen vollen Skalenanzeigewert !"während der Referenzperiode liefert Wenn der Analogdigitalkonverter nicht modifiziert wird, wird der volle Skalenwert 7~nur geliefert, wenn der Prüfstift am Punkt Ahj ist und das Potential über den Anschlüssen

Alo und Am angelegt ist. Um den Konverter zu modifizieren, muß die Integrator-Zeitkonstante während der Referenzperiode so weit erhöht werden, bis die Null-Übergangspunkte zu den Zeiten T+ö und 2Τ+δ auftreten, wenn der Stift an den Punkten Ao' bzw. Afs' steht, wodurch die Zeitdifferenz zwischen den Nullübergängen, wenn der Stift entsprechend an den Punkten Aq und Afs' steht gleich T entsprechend einer vollen Skäiefianzeige ist. Die Zeitkonstante des Integrators während der Refefenzperiöde kann einfach dadurch verändert werden, daß man den Wert des Widerstandes 26 verändert. Der tatsächliche Zeitwert von <5 spielt keine Rolle, wenn er aber einmal festgelegt ist. wird die Steuerschaltung so modifiziert, daß der digitale Ausgangszähler 13 oder sein Äquivalent gemäß späterer Beschreibung mit Null zu zählen beginnt zur Zeit T+ δ. Ohne Modifikation der Integratorzeitkonstante ist die Zeitdifferenz zwischen den Nullübergängen, wenn der Stift am neuen Ursprung Ao und am neuen voiien Skalenwert äf< steht kleiner ais die Periode T.

Fig.8 zeigt die konventionelle Steuerschaltung der Fig. 3 nach dem Erfindungsgedanken modifiziert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Zahlen bezeichnet. F i g. 8 unterscheidet sich von F i g. 3 dadurch, daß die Zählerschaltung 13 ersetzt wurde durch die Steuerschaltung 100, die in den F i g. 9 und 11 im einzelnen gezeigt ist, während der Widerstand 20 mit mehreren Anzapfungen versehen ist, die wahlweise an die Leitungen 50 und 52 durch die Sektionsschalter 500 angeschlossen werden können, die im einzelnen in Fi e. 16 gezeigt sind. Anschließend wird die Arbeitsweise der in F i g. 9 und 11 gezeigten Schaltungen beschrieben.

Wie bereits gesagt wurde, kann das Positionstableau in den beiden Betriebsarten Suchbetrieb und Sektionsbetrieb betrieben werden. Einzelheiten der Betriebsartenumschaltung werden im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben. Hier genügt die Feststellung, daß die Betriebsartenumschaltung automatisch erfolgt und durch die Höhe des Stiftes 3 von der Oberfläche 2 bestimmt wird. Mit einer Schwellenwertschaltung wird eine logische 1 geliefert, wenn der Stift niedrig liegt und eine logische 0, wenn der Stift hoch ist

Um die Dauer der Prüf- und Referenzperioden zu steuern, ist die Zyklussteuerschaltung der F i g. 9 vorgesehen. Diese Schaltung arbeitet kontinuierlich und unabhängig von der Stiftposition. Die Arbeitsweise der in F i g. 9 gezeigten Schaltung wird im Zusammenhang mit den Impulszügen der Fig. 10 beschrieben. Die Fig. 10a zeigt das Signal des Integrators 33 während der Prüf- und Referenzperioden. Der Zähler 300 wird durch ein Taktsignal auf der Leitung 304 vom Taktgeber 11 kontinuierlich vorgeschaltet Eine Prüfzeit T ist definiert durch eine volle Zahl in den ersten zehn Stufen des Zählers 300. Die Funktion der elften Stufe wird später genauer beschrieben. Die Rückstelleitung 306 ist nur an die ersten zehn Stufen des Zählers 300 angeschlossen und somit werden nur diese Stufen durch Signale auf der Rückstelleitung zurückgestellt. Der Decodierer 302 erkennt eine den Zeitpunkt δ entsprechende Zahl, deren Ableitung vorher beschrieben wurde. Im betrachteten Beispiel wird angenommen, daß δ einer Zahl 32 entspricht, was jedoch keinerlei Einschränkung darstellt Je 32 Taktimpulse erzeugen also eine logische 1 am Ausgang des Decodierers 302 gemäß Darstellung in F i g. 1Od.

Der Zähler 300 muß eine Prüf- und eine Referenzperiode erzeugen, ungeachtet dessen, ob die Steuerschaltung im Suchbetrieb oder im Sektionsbetrieb läuft. Am Anfang eines Meßzyklus, der aus einer Prüfperiode und einer anschließenden Referenzperiode besteht, beginnt der Zähler 300 vorzuschalten und nach je 32 Taktimpulsen wird eitle logische 1 ärii Ausgang des Decodierers 302 abgegeben. Da die Leitung 306, die mit der Stufe 11 verbunden ist, zu diesem Zeitpunkt auf logisch 0 steht, bleibt die Ausgabe des UND-Gliedes 308 auf logisch 0. Der Zähler 300 zählt also weiter bis seine

lö Stufen ό—10 eine volle Zahl erreichen. Zu diesem Zeitpunkt kehren die Stufen auf Null zurück, während die Stufe 11 auf eine logische 1 geht und damit anzeigt, daß die Prüfperiode T abgelaufen ist und die Referenzperiode anfangen sollte. Dieser Vorgang ist in F i g. 10c gezeigt. Der Anfang einer Referenzperiode ist gekennzeichnet durch eine logische 1 auf der Leitung 306, die die UND-Glieder 310 und 308 einschaltet. Die ersten zehn Stufen des Zählers 300 fangen wieder an vorzuschalten, dieses Mal wird jedoch die beim ersten

2ö Erreichen der Zahl 32 erzeugte logische I am Ausgang des Decodierers 302 durch das UND-Glied 308 weitergeleitet und schaltet das Schaltglied 314 ein, wodurch die ό-Verriegelung 318 verriegelt wird. Dieser Vorgang ist in F i g. 1Oe gezeigt. Wenn die Verriegelung 318 verriegelt ist, wird das Schaltglied 314 durch das Arbeiten des Inverters 316 abgeschaltet. Zwischen dem Einschalten des UND-Gliedes 314 und dem Verriegeln der Verriegelung 318 liegt jedoch eine kurze Verzögerung, so daß die Ausgabe des Schaltgliedes 314 momentan eine logische 1 einnimmt, gemäß Darstellung in Fig. 1Of, bevor sie durch den Inverter 316 nach Verriegeln der Verriegelung 318 abgeschaltet wird. Dieser logische Einerpuls vom UND-Glied 314 wird der Rückstelleitung 315 zugeführt und dadurch werden die ersten zehn Stufen des Zählers 300 auf Null zurückgestellt, während gleichzeitig der Rückstellimpuls durch das UND-Glied 310, welches durch die logische 1 eingeschaltet ist, in die elfte Stufe des Zählers 300 geleitet wird. Die logische 1 am Ausgang des UND-Gliedes 310 verriegelt die Verriegelung 312 und startet die Taktverriegelung, die die Schaltung de> F i g. 11 aktiviert Da der Zähler 300 während der Referenzperiode zur Zeit ό zurückgestellt wird, erfolgen alle Ablesungen zwischen dem modifizierten Nullpunkt und dem modifizierten höchsten Skalenpunkt.

Die Stellungen der Schalter 23, 25 und 27 der F i g. 8 werden durch die Prüfverriegelung 316 gesteuert Am Anfang einer Prüfperiode ist die Verriegelung 316 verriegelt Wenn die Zyklussteuerschaltung eine Referenzperiodenanzeige durch eine logische 1 in der Stufe 11 des Zählers 300 erzeugt wird die Verriegelung 316 zurückgestellt und die Leitung 320 führt einen logisch niedrigen Signalpegel, wodurch die Schalter 23, 25 und 27 in Referenzposition umgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Integrator sich zu entladen und entwickelt einen Zeitwert, der der Position des Schleifers 24 proportional ist Der Zähler 300 zählt weiter und wenn ein Nullübergang durch den Nullübergangsdetektor 35 erkannt wird, wird die Verriegelung 312 zurückgestellt um den Taktgeber abzuschalten, wodurch gemäß Beschreibung der F i g. 11 ein Meßzähler 203 nicht mehr weiter vorgeschaltet und eine dem Zeitpunkt fo entsprechende Zahl ausgelesen wird.
Auch wenn der Taktgeber abgeschaltet ist zählt der Zähler 300 bis zur vollen Zahl weiter, wodurch die Stufe 11 auf logisch 0 zurückkehrt An diesem Punkt läuft der Zähler rund und beginnt wieder vorzuschalten in einer Oberlaufperiode. Diese Oberlaufzeit ist wählbar und der

Wählprozeß wird anschließend beschrieben. Im befrachteten spezifischen Eeispiel tritt das Ende der Überlaufperiode auf, wenn ein logisch hohes Signal auf der mit der siebten Stufe des Zählers 300 verbundenen Leitung 322 erscheint. Die Leitung 322 kann natürlich auch an andere Stufen des Zählers 300 abhängig von der jeweils gewünschten Überlaufperiode angeschlossen sein. Da zu diesem Zeitpunkt die Stufe 11 des Zählers 300 auf logisch υ steht, ist die Leitung 327 auf logisch 1 durch das Arbeiten des Inverters 324 und somit wird das UND-Glied 326 teilweise eingeschaltet. Die Verriegelung 318 bleibt verriegelt und somit auch die Leitung328 auf logisch 1. Wenn also die Leitung 322 zum ersten Mal den Zustand einer logischen 1 einnimmt, nachdem die elfte Stufe des Zählers 300 von logisch 1 auf logisch 0 umgeschaltet wurde, dann läuft die Ausgabe des UND-Gliedes 326 auf logisch 1 und erzeugt einen Rückstellimpuls, der den Zähler 300 zurückstellt, während er durch das UND-Glied 332, eingeschaltet

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Probeverriegelung 316 verriegelt, wodurch die Leitung 320 wieder auf logisch 1 geht. Wenn die Leitung 320 auf logisch 1 steht, werden die Schalter 23,25 und 27 wieder in ihre Prüfposition geschaltet. Außerdem wird ein logisches Einersignal auf der Leitung 320 an den Rückstelleingang der Deltaverriegelung 318 angelegt und diese wird dadurch zurückgestellt. Die Zyklussteuerschaltung der F i g. 9 wurde somit initialisiert und ist bereit, einen neuen, mit einer Prüfperiode beginnenden Zyklus zu starten.

Anschließend wird beschrieben, wozu die Überlaufperiode benötigt wird. Die Überlaufperiode wird für die Überlaufzahl benötigt, die im Zähler 203 der F i g. 11 »uftritt, wenn der Abfühlstift über den modifizierten Punkt des vollen Skalenausschlags in einer bestimmten Sektion hinausgeht. In diesem Überlaufberefch erfolgt die Hochschaltung in die nächst höhere Sektion. Mit dem Überlaufbereich wird eine glatte fehlerfreie Umschaltung zwischen den Sektionen ermöglicht. Bei der Sektionsumschaltung brauchen auch bei schneller Bewegung des Abfühlstiftes nur die Fehler zugelassen zu werden, die durch die normalen Begrenzungen der Konversionsprüfrate hervorgerufen werden. Eine spezifisches Beispiel dient der besseren Erklärung. Die Schaltung kann so ausgelegt werden, daß die Umschaltung am Ende des Zyklus erfolgt, wo ein Überlauf von acht oder mehr Einheiten erkannt wird. Die Größe des Überlaufes ist gleich dem Betrag über "Null der nächsthöheren Sektion. Wenn die Umschaltung in eine Sektion von der darüberliegenden erfolgt, kann der Herunter-Schaltpunkt bei der Zahl 4 oder darunter liegen. Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Abfühlstiftes können also zwischen den Proben sogar vier Koordinatenpunkte übersprungen werden und es wird immer noch die richtige Position während des Zyklus bestimmt, in dem umgeschaltet werden muß. Wenn der Abfühlstift in seiner unteren Stellung liegt, läuft das Tableau im Sektionsbetrieb, gekennzeichnet durch ein logisch hohes Signal am Ausgang der Schwellenwertschaltung 210. Zum Beginn der Taktimpulse des Meßzyklus, der den Anfang einer Referenzperiode darstellt wird der Zähler 203 zurückgestellt und beginnt vorzuschalten, während sich der Integrator 33 nach Null entlädt. Da das UND-Glied 222 jetzt eingeschaltet ist, während das UND-Glied 218 abgeschaltet ist, werden die Taktimpulse vom Taktgebe,-11 an die ersten 10 Stufen des Zählers 203 angeleg*. Nimmt man an. daß sich der Stift innerhalb der durch die Stellung des Registers 242 bezeichneten Sektion innerhalb des linearen Bereiches dieser Sektion befindet, so erreiunt der Zähler 203 eine volle Zahl erst, wenn die Taklimpulse aufhören. In einem spezifischen Beispiel wurde bekanntlich eine Überlaufzahl von acht oder mehr während der Referenzperiode erzeugt oder wenn der Zähler 203 eine Zahl kleiner als vier präsentiert, muß die Umschaltung auf die nächst höhere oder niedrigere Sektion erfolgen. Für diese Umschaltung wird die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung 224 auf den Einschaltanschluß des Flipflop 228 geleitet. Wenn die ersten drei Stufen des Zählers 203 keine Zahl Vier oder höher während der Referenzperiode erreichen können, bleibt das Flipflop 228 am Ende der Taktimpulse eingeschaltet und schaltet dadurch teilweise das UND-Glied 232 ein. Das UND-Glied 232 wird voll eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205. Am Ende der Taktimpulse nimmt also der Ausgang des Inverters 226 die Stellung einer logischen 1 an, und

-lev diSSSS Sl***!⁰^ ιι/irW Harm Htirnh Hac I INJO.Ojiprl Ύ\Ο geleitet, um die Befehlseingabe des Registers 242 herabzusetzen, wodurch der Inhalt des Registers um die Zahl Eins heruntergesetzt und dadurch die nächstniedere Sektion bezeichnet wird. Aufgrund der Herabsetzung des Inhaltes des Registers 242 ändert sich die Ausgabe des Decodierers 400 und die Sektionsschalter werden auf die nächstniedere Sektion umgeschaltet. Am Anfang der nächsten Referenzperiode wird der Inhalt des Registers 242 in die Stufen 11 -13 des Zählers 203 geladen.

Wenn sich der Stift mindestens acht Zahlen hinter den modifizierten vollen Skalenausschlagspunkt bewegt hat. muß das Tableau folgendermaßen auf die nächsthöhere Sektion hochgeschaltet werden.

Da der Stift den modifizierten Nullpunkt der Skala der erregten Sektion passiert hat, bevor die Taktimpulse enden, haben die ersten zehn Stufen des Zählers 203 eine volle Zahl erreicht und sind herumgelaufen, um wieder mit dem Zählen zu beginnen. Wenn in den Stufen 1 — 10 eine volle Zahl erreicht ist, wird das Flipflop 246 eingeschaltet und dadurch teilweise auch das UND-Glied 268. Das UND-Glied 268 wird voll eirxjeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205, da sich der Stift in seiner unteren Lage befindet Wenn nach dem Umlauf der Stufen 1 — 10 die Zahl Acht oder eine höhere Zahl erkannt wird, geht die Leitung 250 auf ein logisch hohes Signal, welches durch das UND-Glied 268 gelaufen ist, um die Befehlseingabe des Registers 242 heraufzusetzen, wodurch die Zahl im Register 242 um 1 heraufgesetzt und dadurch die nächsthöhere Sektion bezeichnet wird. Die Zustandsänderung im Register 242 wird durch den Decdierer 400 erkannt, der dann die Sektionsschalter 500 auf die nächsthöhere Sektion umschaltet

Die für eine bestimmte Stiftposition während des Sektionsbetriebes erzeugte Positionsbezeichnungszahl soll eine entsprechende Zahl erzeugen, wenn sich das Tableau im Suchbetrieb befindet Um gültige Werte zu erhalten, muß jede Sektion bekanntlich innerhalb ihres linearen Bereiches betrieben werden. Zu diesem Zweck wurde die Zeitkonstante des Integrators 33 während des Referenzbetriebes so geändert daß ein bestimmter experimentell ermittelter ö-Zeitpunkt entwickelt wurde, der eine spezifische Verschiebung darstellt die als die Strecke zwischen dem tatsächlichen Ursprung der Sektion und dem modifizierten Ursprung oder dem tatsächlichen vollen Skalenausschlagspunkt der Sektion und dem modifizierten vollen Skalenpunkt definiert ist

Diese Verschiebung kann als Prozentsatz der gesamten Sektionslänge angesehen werden, d. h., ein spezifisches δ kann mit 15% der gesamten Sektionsiänge definiert worden sein Da die Zeitkonstanie des Integrators nicht verändert wird, wenn das Tableau im Suchbetrieb arbeitet, wird dieselbe Verschiebung entwickelt. Diese Verschiebung ist jedoch ein Prozentsatz der gesamten Länge des Spannungsteilerelementes und nicht nur der Länge einer Sektion und somit wird durch den Zeitpunkt ö eine wesentlich größere Strecke dargestellt.

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Während des Suchberriebes stellt daher die Zahl NdIl im Zähler 203 nicht den Punkt an dem modifizierten Nullpunkt Ao', sondern irgendeine Strecke weiter von Ao zum hohen Ende des Elementes hin dar. Zur Lösung dieses Problems sind im Sektionsschaltnetz 500 die Widerstände 510 und 512 vorgesehen. Diese Widerstände liefern einen zusätzlichen Spannungsabfall, der zur Kompensation der größeren Verschiebung notwendig ist, die beim Betrieb des Tableaus im Suchbetrieb gegenüber dem Sektionsbetrieb entwickelt wird.

Hierzu 8 Blatt Zcichnuimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstabieau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler zugeordnet und mit einer Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der markierten Position derart benutzt wird, daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes Potential mittels des Positionsstiftes ausgekoppelt und einer Integratorschaltung zugeführt wird und innerhalb einer nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit ίο, weiche dem Positionskoordinatenwert entspricht, entladen wird und daß mit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler anläuft, dessen Zählerstand beim Nulldurchgang des Ent'idesignales mittels eines Nulldetektors in ein Positionsregister ausgeblendet wird, d a durch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler zur Erhöhung des Auflösungsvermögens des Positionstableaus in einzelne benachbarte Sektionen aufgeteilt wird, daß nur die Sektion der Stiftposition mit der Klemmenspannung beaufschlagt wird und daß die Koordinate der markierten Position aus der Sektionsnummer und der Lage des Stiftes innerhalb der Sektion bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daü die benachbarten Sektionen des Spannungsteilers zur Vermeid: ng von Nichtlineantäten einander überlapper.

3. Verfahren nach Anspiuch Γ dadurch gekennzeihnet, daß innerhalb der Klemmenanschlüsse At ο und Ah, einer Sektion nur der Bereich für eine Positionsbestimmung genutzt wird, in welchem eine lineare Abhängigkeit des auskoppelbaren Positionsstiftpotentiales als Funktion des Ortes besteht

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klemmenanschlüsse Ah, und Blo zweier benachbarter Sektionen um einen Betrag überlappen, der dem doppelten nichtlinearen Bereich am Ende bzw. Anfang einer Sektion entspricht

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Koordinatenwertes der markierten Position innerhalb einer Sektion der Zähler (13) nur im linearen Teil der Sektion von 0 bis zu einem maximalen Höchstwert, je nach Höhe der ausgekoppelten Signalamplitude, zählt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Maximalzeit Γ begrenzte Zählvorgang erst nach einer Zeit <5 nach der Prüfpenode begonnen wird, wobei die Zeit δ dem nichtlinearen Teil am Anfang bzw. Ende einer Sektion entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit 6 durch Wahl eines am Eingang des Integrators liegenden Widerstandes (26) festgelegt wird, welcher entweder mit dem Referenzpotential oder im Falle der Prüfperiode mit Masse verbunden wird,

8. Anordnung zur Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstabieau mit einem jeder Koordinätenrichtung des Positionstableaus zugeordneten Spannungsteiler, der mit einer Klemmenspannung beaufschlagbar ist und mit

einem eine Position markierenden Positionsstift, durch den das Potential einer markierten Positionstableaustelle auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung dieser markierten Stelle derart benutzt wird, daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes Potential einer Integratorschaltung zuführbar ist und daß innerhalb einer nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit fo, weiche dem Positionskoordinatenwert entspricht, entladbar ist und daß mit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler startbar ist, dessen Zählerstand beim Nulldurchgang des Entladesignals mittels eines Nulldetektors in ein Positionsregister ausblendbar ist, wobei die Anordnung zur Positionsbestimmung eine Zyklussteuerung für die Prüf- und Referenzperiode sowie eine Schaltung zur Ermittlung der absoluten Positionskoordinaten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein N+1 Stufen umfassender Zähler zur Zyklussteuerung der Prüf- und Referenzperioden vorgesehen ist, wobei die Prüfzeit durch eine in die ersten N Zähierstufen ladbare Zahl darstellbar ist. weiche mit einem Decoder (302) verbunden sind,

daß durch den Decoder (302) bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes, welcher dem Beginn des linearen Bereiches des Spannungsteilers während des Zählvorganges entspricht, ein Signal abgebbar ist,

daß durch die (N+l)te Zählerstufe beim Oberlauf des Zählers nach der Prüfperiode und durch das Decoder-Signal über ein UND-Glied (308) ein Signal erzeugbar ist, durch welches zur Festlegung des Zählbeginns für die Ermittlung des der Entladungszeit fo entsprechenden Wertes die ersten N Stufen des Zählers (300) zurückstellbar sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der absoluten Positionskoordinaidn zur Sektionsumschaltung einen Zähler (2C3) aufweist, von dem für einen wählbaren niederen bzw. höheren Zählerstand ein Signal ableitbar ist zur Beaufschlagung eines Sektionsnummernzählers (242) zur Umschaltung in eine nächstniedere bzw. nächsthöhere Sektionsnummer,

daß dieser Sektionsnummernzähler (242) mit einem die Sektionsschalter (500) für die Sektionswahl am Spannungsteiler einstellenden Decodierer (400) verbunden ist, und

daß beim Umschalten des Sektionsnummernzählers (242) dessen Inhalt in den Zähler für die Positionskennzeichnung in entsprechende Stufen übertragbar ist.