DE2622941C2

DE2622941C2 - Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer Sonde

Info

Publication number: DE2622941C2
Application number: DE2622941A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Ikedo; Yoshiharu Tokio/Tokyo Ishiguro
Original assignee: Seiko Instruments And Electronics Ltd Tokio/tokyo; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1975-05-23
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1986-01-30
Also published as: NL185427C; NL185427B; NO149446B; CA1080325A; NL7605478A; IT1061979B; GB1525649A; DE2622941A1; CH595613A5; SE420655B; NO149446C; FR2312012A1; SE7605788L; FR2312012B1; NO761742L; HK49282A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer Sonde entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-OS 35 891) erfolgt ein Nachweis unter Verwendung einer Verzögerungsleitung.

Es sind ferner bereits Einrichtungen zur automatischen Ermittlung einer Koordinatenposition einer Sonde bekannt, bei denen eine kapazitive Kopplung der Sonde mit den Leitern vorgesehen ist (DE-OS 57 596). Bei den bekannten Einrichtungen werden mindestens drei induzierte Spannungen gespeichert, um mit Hilfe einer Berechnungsschaltung aus bestimmten Verhältnissen von festgestellten und gespeicherten Werten eine Koordinatenposition der Sonde zu bestimmen. Dabei wird es jedoch als nachteilig angesehen, daß eine kapazitive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung störanfällig ist, und daß eine Bestimmung absoluter Koordinatenwerte nicht ohne weiteres möglich ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß bei möglichts einfacher Konstruktion absolute Koordinatenwerte zuverlässig bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den

Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit einer derartigen Einrichtung könne α absolute Koordinatenwerte nach einer Berechnung des Verhältnis- s ses des Maximalwertsignals und des zweitgrößten Signals unter Verwendung einer Umwandlungseinrichtung wie eines Festwertspeichers in einfacher und zuverlässiger Weise ermittelt werden.

Im einzelnen besteht diese Einrichtung zur Abtastung der Koordinaten eines Schriftbildes, welches elektrisch die Koordinatenlage von beliebigen Mustern, wie grafischen Darstellungen oder Buchstaben» die auf einer Zeichenunterlage angebracht sind, aus einer Tafel, aufweicher eine Vielzahl von Leitern parallel zueinander angebracht sind, und aus einer Abtastsonde zur punktweisen Koordinatenlagenbestimmung, die eine Induktionsspule aufweist, welche wechselseitig die Leiter der Tafel induktiv beeinflußt

Die Einrichtung bestimmt dann die Koordinaten der Abtastsonde auf der Tafel durch Auswahl und Filterung eines gemischten Signals, das durch Abtastsignale auf den Leitern durch die Induktion zwischen der Abtastsonde und den Leitern entsteht Bei dieser Einrichtung kann also sowohl eine verbindungslose Sonde eingesetzt, als auch eine Vielzahl von Sonden in Verbindung mit einer einzigen Tafel verwendet werden.

Das Grundprinzip einer Einrichtung nach der Erfindung besteht in der Schaffung einer automatischen Abtasteinrichtung zur Feststellung der Koordinaten mit einem einfachen Aufbau, mit welcher die absoluten Koordinaten zuverlässig bestimmt werden können. Weitere Merkmale und Vorteile nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von möglichen Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht des Tafelaufbaus und der Leiter nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung der Leiter und der Abstände derselben gemäß der Erfindung,

F i g. 3a bis 3c eine grafische Darstellung der Wellenform der Abtastsignale, welche auf den Leitern nach Fig. 2 erzeugt werden, und das induzierte Signal, welches dem Abtastsignal überlagert ist,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung der Lage der Erregerspule, welche auf die Leiter aufgesetzt ist, zu den in den Leitern hervorgerufenen induzierten Spannungen,

Fig. S eine grafische Darstellung der in den Leitern so induzierten Wellenform im einzelnen,

Fi g. 6 ein Blockdiagramm der Schaltkreise der Sonde nach der Erfindung,

Fig. 7 ein Blockdiagramm der Schaltkreis; in einer Sonde in einer anderen Ausführungsform gemäß der ss Erfindung,

Fig. 8 ein Diagramm der automatischen Koordinatenabtasteinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 9 eine grafische Darstellung der Wellenform in verschiedenen Teilen des Schaltkreises nach Fig. 8,

Fig. 10 ein Blockdiagramm der wesentlichsten Teile des Abtastkreises nach Fig. 8,

Fig. 11 ein Blockdiagramm der Teile A, G, C nach Fig. 8,

F i g. 12 eine grafische Darstellung der Ausgangswerte des Teilerstromkreises nach Fig. 8,

Fig. 13 eine grafische Darstellung einer angewendeten Korrekturkurve in dem Festwert-Speicherkreis nach Fig. 8,

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer anderen automatischen Koordinaten-Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 15 ein Blockdiagramm mit einer weiteren Koordinaten-Abtasteinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 16 ein Blockdiagramm mit einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 17 ein Schaltplan einer Tafel zu der Ausführungsform nach Fig. 16 und

Fig. 18 ein Blockdiagramm mit einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 in auseinanderliegendem Zustand gezeigten Tafel für die Zwecke der Erfindung bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 ebene Platten aus einem Isoliermaterial, welche unmittelbar aufeinander nach Art eines Mehrlagenaufbaues miteinander verbunden sind. Die Platten 1 und 2 sind mit einer Vielzahl von Leitern X₁, X₂,...,X_n und Y_u Y₁,..., Y_m versehen, von denen jeder U-förmig ausgebildet ist und dabei ein Leiterpaar bildet. Die U-förmigen Leiter JST₁, JST₂,.. .,X„ verlaufen parallel zueinander und haben einen gegenseitigen Abstand g (siehe Fig. 2) oder sind ohne Abstand dicht nebeneinander geführt. Eine derartige Anordnung bringt eine bessere Induktion begleitet von einer höheren Empfindlichkeit und Genauigkeit und die Beseitigung unempfindlicher Bereiche mit sich, wie später zu ersehen ist. Die U-förmigen Leiter Y_hY₂,..., Y_n, haben eine entsprechende Anordnung und sind senkrecht zu den Leitern X_u X₂,..., X_n angeordnet.

Ein Ende von jedem Leiter ist mit dem entsprechenden Anschluß von Abtastkreisen in Form der Ringzähler 3 und 4 angeschlossen, während das andere Ende jeweils mit einem Gleichrichter Z)₁, D₂, ...,D_{n + m} verbunden ist. Die Gleichrichter liegen mit ihrem anderen Anschluß an einer gemeinsamen Ausgangsleitung 1, welche über den Widerstand R mit einer Stromversorgungsquelle und direkt mit einem Maximumauswahlkreis M verbunden ist.

Die Leiter Y_uY₂,...,Y_m können jedoch auch auf der zu der die Leiter X_u X₂,...,X„ tragenden Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche der Tafel 1 angeordnet sein.

Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Sonde zur Kennzeichnung eines Koordinatenpunkts mittels eines elektrischen Wechselfelds. Die Sonde besteht aus einer Wicklung 5a mit konzentrischen Windungen und einem Wechselstromsignalgenerator 6.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung sind die Leiter X₁, X₁, .--,X_n im gegenseitigen Abstand rangeordnet. Der Abstand r wird festgelegt zur Basislänge des Koordinatenfelds, d. h. 2" mm (n = 0, 1, 2,...). Jeder der Leiter ist mit einem Ende an den Ringzähler 3 angeschlossen und das andere Ende liegt an Gleichrichtern D_u..., D_n. Die Windung 5a, welche durch einen Wechselstrom des Wechselstromgenerators 6 erregt wird, hat vorzugsweise einen inneren Durchmesser von mehr als 2r. Der Abstand g zwischen einem Paar paralleler Leiter, nämlich einer Leitung zum Ringzähler 3 des einen und einer Leitung zum Maximumsignalauswahlkreis M des nächsten U-förmigen Leiters, soll möglichst klein sein, vorzugsweise gegen Null gehen, um unwirksame Bereiche auf der Tafel möglichst zu eliminieren.

Gemäß dem in F i g. 3a gezeigten Zeitverlauf der Ausgangswellenform, welche von Ringzähler 3 auf die Leiter abgegeben wird, gibt der Ringzähler 3 jeweils einen Rechteckimpuls S₁, S₂. ■ ■ -,S_n nacheinander an die Leitungen Jf₁, ^₂,..., X_n.

Sobald das Ausgangssignal S₁ an den Leiter X₁ abgegeben wird, läuft es über den Gleichrichter D₁ an die gemeinsame Ausgangsleitung 1. Auf der Ausgangsleitung 1 entsteht ein Signal A, nachdem die Signale S₁, S₂, ---,S_n an die Leiter X₁, X₂, ---,X_n gegeben wurden, ein Signal mit einer abgestuften Wellenform wie in F i g. 3b zu sehen ist, wegen der Abweichungen der Vorwärts-Spannungsabfälle an den Gleichrichtern in Durchlaßrichtung.

Wird ein Wechselstromsignal auf die Wicklung 5a gegeben, so wird eine Spannung in den Leitern der Tafeln 1 und 2 induziert.

Das Amplitudenmaximum der induzierten Spannung entsteht in den zur Wicklung 5a am nächsten gelegenen Leitern, während niedrigere Spannungen im Nachbarbereich induziert werden. Die induzierten Spannungen erscheinen aber nur dann auf der Ausgangsleitung 1, wenn ein Abtastsignal anliegt, weil die Amplitude der induzierten Spannungen im Vergleich zum Vorwärts-Spannungsabfall (ca. 0,6 bis 0,7 V) der Gleichrichter sehr niedrig ist.

Die Gleichrichter sind Einweggleichrichter. Wenn also die Abtastsignale, beispielsweise S₁, S₂, ■ ■., S_n wie in F i g. 3 gezeigt ist, angelegt werden, kann der Abtaststrom niemals in eine andere Abtastleitung fließen, weil die Kathodenanschlüsse der Gleichrichter einen umgekehrten Stromfluß verhindern.

Es ist keine Voraussetzung für die Arbeitsweise, daß das Abtastsignal positive Impulse aufweist, wie dies in F i g. 3a gezeigt ist, auch ein Signal mit negativen Impulsen kann bei umgekehrter Anordnung der Gleichrichter verwendet werden, wobei eine umgekehrte Spannung an die Ausgangsleitung 1 gegeben wird. Auch in diesem Fall erscheint der Anwendung von positiven Abtastimpulsen entsprechend die induzierte Spannung nicht auf der Ausgangsleitung 1, bevor ein Abtastsignal anliegt. Dies bedeutet, daß die Signale, welche auf der Ausgangsleitung 1 erscheinen können, allein bestimmt werden durch das betreffende Abtastsignal und das von diesem getragene induzierte Signal.

Wenn die Sonde 5 an einem beliebigen Ort der Tafel aufgesetzt wird (d. h. in der Nähe eines Leiters Xi) treten induzierte Spannungen, die das Amplitudenmaximum auf dem Leiter Xi enthalten, auf der Ausgangsleitung 1 mit dem Abtastsignal überlagert auf, wie aus Fig. 3c zu ersehen ist.

Aus Fig. 4 ist die Beziehung zwischen dem Ort der Sonde 5 relativ zu den Leitern und den Amplituden der induzierten Spannungen auf diesen Leitern erkennbar, wobei die Kurven V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ die induzierten Spannungen in den Leitungen X_x bzw. X₂ bzw. X₁ wiedergeben. Wenn die Sonde 5 im Punkt Pangeordnet ist, erzeugt sie induzierte Spannungen V_a bzw. V_b bzw. V_c in den Leitern X₁, X₂ und X₁. Wenn die Sonde 5 am Punkt P₁, P₂ oder P₃ der U-fonnigen Leiter X₁, X₁, X₃ plaziert wird, wird ein Amplitudenmaximum der Spannung in den Leitern X₁, X₂ oder X₃ induziert.

Im allgemeinen hat die induzierte Spannung eine MaximaJamplitude, wenn die Sonde 5 in der Mitte eines U-förmigen Leiters liegt, und sinkt in Abhängigkeit von der seitlichen Verschiebung der Sonde stufenweise nach beiden Seiten gleichmäßig ab, bis sie wieder geringfügig ansteigt, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Bei weiterer Verschiebung der Sonde entstehen symmetrische niedrigere Scheitelwerte um den Maximumscheitelwert. Ein Wellental zwischen dem Maximum und dem geringeren Scheitelwert entsteht in einer Lage der Sonde 5, bei welcher der innere Fluß der Wicklung 5a gleich dem äußeren Fluß durch den selben U-formigen Leiterbereich ist. Diese Lage der Sonde 5 ist gegeben, wenn der Mittelpunkt der Wicklung 5a von der Mittellinie der U-förmigen Leiter etwa den halben Abstand des inneren Windungsdurchmessers hat. Wenn der Wicklungsdurchmesser größer gewählt wird als 2r, nimmt die induzierte Spannung von der Mitte eines lU-förmigen Leiters bis zur Mitte des nächsten U-förmigen Leiters gleichmäßig ab. Diese Bemessung des inneren Durchmessers der Wicklung in bezug zum Leiteirabstand ist wesentlich zur Bestimmung der Koordinaten, wie später noch beschrieben wird.

In Fig. 6 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das die Sonde 5 und den Signalgenerator 6 enthält. Ein Fres quenzteilerkreis 7 ist vorgesehen, welcher ein Eingangssignal mit hoher Frequenz vom Signalgenerator 6 aufnimmt und dieses in eine Mehrzahl von niedrigeren Frequenzsignalen^,/,,... ,f_k unterteilt, welche einem Schaltkreis 8 zur Auswahl für die Erregung der Wicklung 5α zugeführt werden. Die Hybridschaltung 9 dient zur Mischung der vom Schaltkreis 8 ausgewählten verschiedenen Frequenzen zur Speisung der Wicklung 5a. Diese verschiedenen der Wicklung 5a zugeführten Frequenzen induzieren Signale entsprechender Frequenzen in den Leitern, um die Koordinaten der Sonde festzustellen, und weiterhin verschiedene Steuersignale, solche wie Zeitpunktlesen oder Zeitdauerlesen.

Wenn zwei oder mehr Sonden im Zusammenwirken mit einer großen Tafel angewendet werden sollen, ist es vorteilhaft, eine Kombination des Signalgenerators 6, des Frequenzteilers 7, des Schaltkreises 8 und einer Vielzahl von Wicklungen 5a, 56... und 5A: vorzusehen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

Das in Fig. 8 gezeigte Blockdiagramm gibt den gesamten Abtastkreis zur Ermittlung der Koordinate^ als Ausführungsform der Erfindung wieder. Daher sind die gleichen Ziffern und Bezugszeichen wie in F ig. 1 und 5 verwendet. Der Maximalsignalauswahlkreis M, welcher die induzierten Signale α von der Ausgangsleitung 1 der Tafeln 1 und 2 empfängt, enthält ein Bandpaßfilter 10 zur Weiterleitung des in Fig. 9 mit * bezeichneten Signals der Frequenz^, einen automatischen Verstärkungsregler 11 (AGC-Kieis, Automatic Gain Controller), um den Pegel des vom Bandpaßfilter 10 abgeleiteten Signals zu steuern, einen Gleichrichter 12, um das Signal ft in Fig. 9 in ein Doppelweggleichrichtersignal e in Fig. 9 gleichzurichten, und ein Tiefpaßfilter 13, um das gleichgerichtete Signal zu glätten und in das in Fig. 9 mit A bezeichnete Signal unzuwandeln. In der Kurve Λ in F i g. 9 bezeichnet V_a das Maximumsignal, V_b das zweite bzw. K das dritte in den benachbarten Leitern induzierte Signal, welche nacheinand€r im Maximumsignalauswahlkreis M übertragen wurden. Der Maximumsignalauswahlkreis M enthält weiterhin einen Analog-Digitalkonverter 14, um das geglättete analoge Signal in ein digitales Signal umzuformen und eine Maximalwert-Nachweisschaltung 15, mm die aufeinanderfolgenden digitalen Signale des Analog-Digitalkonverters 14 miteinander zu vergleichen.
Einzelheiten der Nachweisschaltung 15 werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, in der ein Schieberegister 16—18 die digitalen Signale des Analog-Digitalkonverters 14 aufnimmt und Paare von Ausgangssignalen an die Vergleichskreise 19,20 weiterleitet Der Vergleichskreis 19 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 17, und der Vergleichskreis 20 vergleicht den Ausgangswert des Registers 16 mit dem des Registers 18 und steuert einen Aus-

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Wahlkreis 21, um zwischen dem Ausgangssignal des Das in Fig. 11 gezeigte Blockdiagramm enthält den Registers 16 und dem des Registers 18 abhängig vom automatischen Verstärkerregler 11 im einzelnen, wobei Steuersignal des Vergleichskreises 20 auswählen zu 23 den Verstärker als solchen bezeichnet, der durch ein können. Maximumsignal des Registers 17 über ein Register 24, Das Register 16 erhält das letzte Signal des in Fig. 9 5 einen Digital-Analogkonverter 25 und einen Differenzgezeigten Signalzugs A, während das Register 17 das vor- verstärker 26 gesteuert wird. Das Register 24 erhält das letzte und Register 18 das davorliegende Signal auf- Maximalsignal auf einen Steuerbefehl des Nachweissiweist. Wenn das Maximumsignal V_a das Register 17 gnalsAixvom Komparator 19 und speichert es. Von dem erreicht, ist das zweitgrößte Signal V_b im Register 16 und Ausgang des Difierenzverstärkers 26, wird der Regeldas Signal V. im Register 18 gespeichert. Zu diesem io eingang des Verstärkers 23 gesteuert, so daß Abwei-Moment enthält also das Register 17 ein größeres Signal chungen des induzierten Signals unterdrückt werden, als das Register 16, während vor diesem Zustand das Wie in der vorhergehenden Beschreibung erläutert, Register 17 ein kleineres Signal gehabt hatte. Dement- zeigen die induzierten Spannungen eine stetig anwachsprechend ermittelt der Komparator 19 diese Änderung sende und abfallende Charakteristik zur Maximumam- und erzeugt ein Nachweissignal Mx. Der Komparator 20 15 plitude in dem der Wicklung 5a der Sonde 5 nächstgeleerzeugt ein Steuersignal für den Steuerkreis 21, um den genen Leiter. Entsprechend stellen die dividierten Ausgangswert des Registers 18 mit einem Minussignal Spannungen V_R in der Gleichung (4) eine Kurve dar, wie auszuwählen, wenn das Signal im Register 18 größer ist sie in F i g. 12 mit einer »1« als Minimum gezeigt ist. Die als das im Register 16, während anderenfalls der Aus- Spannung V_R hat dabei eine nichtlineare Beziehung Wahlkreis 21 das Ausgangssignal des Registers 16 mit 20 zum Abstand d, was bedeutet, daß der Abstand oder die einem Plussignal auswählt. Koordinate zwischen einem Paar von Leitern nicht Die Teilerschaltung 22 dient dazu, daß das vom Aus- unmittelbar von der dividierten Spannung V_R wiedergewahlkreis 21 jeweils ausgewählte zweitgrößte Signal das geben wird.

Maximumsignal des Registers 17 teilt. Die Teilerschal- Zur Ermittlung des Abstands werden die Ausgangs-

tung 22 erhält die Ausgangswerte des Komparatorkrei- 25 werte der Teilerschaltung 22 nach F i g. 8 in einem Spei-

ses 19 und des Auswahlkreises 21 unter Verwendung des eher 27 gespeichert. Der Speicher 27 hat zur Anzeige

Nachweissignals Mx als Teilersignal. einer Kurve zu Fig. 13 entsprechend der Kurve in

Das Ergebnis dieser Teilung durch die Teilerschal- Fig. 12 Daten gespeichert.

tung 22 besteht in der vollständigen Eliminierung von Dies bedeutet, daß die Ausgangswerte der Teiler-Störeinflüssen, wie eine Abweichung der induzierten 30 schaltung 22 durch den Speicher 27 in absolute Koordi-Spannung in den Leitern, welche verursacht werden natendaten umgewandelt werden, welcher die Daten durch Unebenheiten von Medien auf der Tafel, Ver- zur Kompensation der Nichtlinearität der Kurve in Fig. änderungen der Impedanz der Leiter, Abweichungen 13 speichert. Wenn z. B. ein Zehntel des Abstandes rder des angewendeten magnetischen Wechselfeldes und Leiter bestimmt werden soll, wird der Abstand »α« in Veränderungen der Dicke der Tafel. Die Leiter in einem 35 sechs Bereiche unterteilt, wie aus F i g. 13 zu ersehen ist, schmalen Bereich werden von diesen Störungen in etwa wobei die beiden äußeren Bereiche nur halb so groß in der gleichen Weise beaufschlagt. sind wie die übrigen. Der Speicher 27 speichert eine »5« Bezeichnet man beispielsweise die Störparameter in in Speicherplätzen zur Adressierung von V₀ bis V₁, eine einem schmalen Bereich mit a, so kann folgende Glei- »4« zur Adressierung von V_xYAsV₁,..., und eine »0« chung aufgestellt werden: 40 entsprechend den Adressen von V₅ bis V₆, so daß Koordinatenwerte in Zehntellängeneinheiten entsprechend

V_a = a · V_s (1) der Sondenlage erhalten werden. Sofern eine feinere

Unterteilung des Abstandes »α« gewünscht wird, ist es

wobei in dieser Gleichung vorteilhaft zur Einsparung von Speicherkapazität, Spei-

45 cherplätze in einer Zahl vorzusehen, die gleich derjeni-

V₁ die theoretisch induzierte Spannung und gen der Unterteilung ist, und nur einige mittlere Bits

V_a die tatsächlich induzierte Spannung darstellt. des geteilten Signals V_R für die Adressierung des Speichers zu verwenden und dabei die unteren Bits, welche

Entsprechend ist im Falle von V„ und V_b in Fig. 9 keine Bedeutung für die Bestimmung der Koordinate

50 haben, und die höheren Bits, welche Null wiedergeben,

V_a = aV_sa (2) zu unterdrücken. Die Zahl der unteren Bits, die abgeschnitten werden, wächst mit der Annäherung des

V_b = aV_sb (3) Signals V_R an 1.

Die Ausgangsimpulse des in Fig. 8 dargestellten

In diesen Gleichungen (2) und (3) bedeutet V_ia und V_sb 55 Taktgenerators 51, werden einem Zähler 52 zugeführt.

die theoretisch induzierten Spannungen des Maximum- Der Zählwert des Zählers 52 wird den Abtastkreisen 3

signals und des zweitgrößten Signals. und 4 zugeführt Der Abtastkreis 3 für die X-Achse

Der Ausgangswert der Teilerschaltung 22 ist dann decodiert die Zählwerte und bildet hieraus Abtastsi-

dementsprechend gnale, welche den Leitern X_u X₁, ...,X_n nacheinander

60 zugeführt werden, während der Abtastkreis 4 für die Y-

_ V_a _ V_asa _ V_sa Achse die Zählwerte decodiert und hieraus Abtastsi-

^V' ⁼ ~ϊζ~ ⁼ ~γ~^ ⁼ ~~y^ · '' gnale bildet, welche den Leitern F₁, Y₁,...,Y_m nacheinander jeweils nach der Abtastung der X-Achse zuge-

Daraus ergibt sich also, daß die Störungen α keinen führt werden. Nachdem das letzte Abtastsigna] aneinen Einfluß auf den Ausgangswert V_R haben. Der Ausgangs- 65 der Leiter X_n oder Y_m abgegeben wurde, wird der Zähwert V_R wird zur Bestimmung der Koordinatengruppen ler 52 zurückgesetzt und beginnt erneut die Taktimpulse zwischen einem Paar von zusammenhängenden Leitern zu zählen. Der Signaldetektor 13 dient zur abwechselnverwendet, wie später noch beschrieben wird. den Ermittlung von m oder η zur Aussendung eines

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Triggersignals an ein Flip-Flop 54. Der Ausgangsan- lieh, um eine Koordinatenbestimmungseinrichtung mit

Schluß Q des Flip-Flops 54 ist mit dem Abtastkreis 4 ver- drahtlosen Sonden zu erhalten,

bunden und der Ausgangsanschluß Q ist mit dem In der oben beschriebenen Ausfuhrungsform ist ein

Abtastkreis 3 verbunden, so daß die Abtastkreise 3 und Ersatz der Gleichrichter/) in den Leitern durch Schalter

4, wie oben beschrieben, abwechselnd arbeiten. 5 möglich, wobei die Abtastsignale nacheinander die

Der Zähl wert des Zählers 52 gibt Koordinaten der Lei- Schalter an- und abschalten, um eine Weiterleitung der ter entlang der X· oder K-Achse wieder und wird zur induzierten Signale zu ermöglichen. Dann ist es auch Bestimmung der Längeneinheit-Koordinaten angewen- möglich, den Leitern auf der Tafel nacheinander Erredet, wie noch später beschrieben wird. Um relative gungssignale des Wechselstromsignalgenerators zuzu-Lagefehler der Leiter zu korrigieren, damit eine genaue io fuhren und die in der Wicklung der Sonde induzierten Koordinatenbestimmung möglich ist, können Um- Signale der Maximalwert-Nachweisschaltung zuzufühformglieder 55 und 56 in Form von Festwertspeichern ren. Weiter kann, sofern eine genaue Bestimmung der vorgesehen werden, um den Zählwert des Zählers 52 in Koordinaten nicht notvK-i"Jia ist, der Unterteilungsein korrektes Leitersignal umzuwandeln. Diese Um- kreis 22 weggelassen werden und das Maximalsignal formglieder 55 und 56_arbeiten unter der Steuerung der is direkt in das Koordinatensignal übergeführt werden. Ausgänge Q und des Q des Flip-Flops 54 für die X- oder Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 14 gezeigt, K-Achse abwechselnd. Ein Verriegelungsregister 57, in welcher gleiche Bezugszeichen für entsprechende das zwischen den Zählern 52 und die Umformglieder 55 Schaltkreise verwendet sind. In F i g. 14 wird der Aus- und 56 eingeschaltet ist, dient zur Übertragung des gangswert eines Verarbeitungskreises 65, welcher einen Zählwertes und des Signals M_x der Nachweisschaltung 20 Maximumsignalabtastkreis 15 und einen Festwertspei-15. eher 27 zur Umformung des Maximumsignals des

Die Leiter an den beiden Seiten der Tafel sind zur Maximumsignalauswahlkreises 15 in das richtige Zwi-

Festlegung von Koordinaten nicht gut geeignet, da dort schenkoordinatensignal enthält, mit einem Verarbei-

eine Verzerrung der induzierten Spannung auftritt. Des- tungskreis 58 verbunden. Der Steusrgenerator 66, emp-

halb wird ein Signalauswahlkreis 61 vor das Verriege- 25 fängt verschiedene Signale abhängig von den induzier-

lungsregister 57 geschaltet, um die den beiden äußeren ten Signalen Ji, £ f_k über die Bandpaßfilter 62.

Leitern entsprechende Signale zu unterdrücken, wobei 62',..., 62*, die Pegeldiskriminatoren 64, 64',..., 64*

die zu unterdrückenden Endsignale abhängig von den und die Multivibratoren 63, 63',..., 63* und erzeugt

Ausgängen Q und Q des Flip-Flops 54 jeweils abwech- abhängig von den induzierten Signalen Steuersignale

selnd ermittelt werden. 30 für das Register 67. Das Register 67 erhält die Koordina-

Die Ausgänge der Umformglieder 55 oder 56, d. h. die tenwerte vom Register 59 und gibt diese abhängig von

umgewandelten Längeneinheiten-Koordinatensignale, den Steuersignalen an eine externe Einrichtung, wie

und die Ausgänge des Festwertspeichers 27, oder dergl. einen Computer, weiter.

Umformeinrichtung, d. h. das Zwischenkoordinatensi- Das in Fig. 15 gezeigte Blockdiagramm betrifft eine

gnal wird an einen Verarbeitungskreis 58 gegeben, in 35 andere Ausfuhrungsform der Erfindung, wobei wiede-

welchem diese Signale addiert oder subtrahiert werden, ram für Schaltungsteile, die denen nach Fi g. 8 entspre-

abhängig vom Plus- oder Minussignal, welches von der chen, gleiche Bezugszeichen gewählt sind. In dieser

Nachweisschaltung 15 erzeugt wurde. Ausführungsform ist ein Kurvengenerator 68 zwischen

Der Ausgangswert dieses Kreises 58 wird an die Regi- den Gleichrichter 12 und den Analog-Digitalkonverter ster 59 und 60 gegeben, welche von den Ausgängen Q 40 14 zur Überführung der induzierten Signale in analoge und Q des Flip-Flops 54 gesteuert abwechselnd zur Auf- absolute Koordinatensignale eingeschaltet Das Schienahme der Ausgangswerte des Kreises 58 aktiviert wer- beregister 69 arbeitet ähnlich wie die Schieberegister 16 ^den· und 18 in F i g. 10 und der Vergleichskreis 70 entspricht

Damit ist die Lage der Sonde 5 festgestellt, wobei die den Kreisen 19 und 20 in F i g. 10.

^-Koordinate im Register 59 und die K-Koordinate im 45 Für die vorstehend beschriebene automatische Koor-

Register 60 gespeichert ist. dinatenabtasteinrichtung wird das sich wiederholende

Die Signale/,^, ...,f_k werden auch in den Leitern Abtastintervall verlängert, wenn das Tafelfeld größer induziert, wenn die Wicklung 5a durch ein entsprechen- ist, und folglich werden die Abtastfolgefrequenzen an des Frequenzsignal erregt wird. Diese Signale werden einem bestimmten Punkt niedriger. Dieser Nachteil jeweils unterschieden durch Bandpaßfilter, von denen 50 kann beseitigt werden durch eine Einrichtung nach eines in F i g. 8 mit dem Bezugszeichen 62 dargestellt ist. F i g. 16. Bei dieser Ausführungsform wird eine nur be-Das Bandpaßfilter 62 unterscheidet die induzierten grenzte Zahl von Abtastleitungen nahe der Sonde 5 abSignale/ zur Bildung eines Punktlesesignals. Ein mono- getastet, und der Abtastbereich variiert entsprechend stabiler Multivibrator 63 empfängt das induzierte Signal der Bewegung der Sonde 5.

Ji über einen Diskriminator 64, der ein Schmitt-Trigger 55 In F i g. 16 ist ein Schaltkreisdiagramm des Zählers 52

sein kann, um Störungen mit niedrigem Pegel zu unter- nach Fi g. 8 gezeigt In der Schaltung entsprechen die

drücken. Der Ausgang des Multivibrators 63 gibt ein Kreise 15 und 52 der Nachweisschaltung 15 und dem

Punktabtastsignal wieder, mit welchem eine Punktkoor- Zähler 52 in Fig. 8.

dinate der Lage der Sonde 5 an einen externen Kreis, Gemäß Fig. 16 erneuert der Zähler 52 zyklisch die

beispielsweise einen Computer oder ein Anzeigegerät 60 Abtastadressensignale mit den Taktsignalen des Taktsi-

weitergegeben wird. Die Signale j£, jg, ...,£ können zu gnalgenerators 71. Bei Aufsetzen der Sonde auf die

geeigneter Steuerung verwendet werden. Darüber gewünschte Lage auf der Tafel werden Signale in den

hinaus können diese Signale zur gleichzeitigen Feststel- Leitern induziert und das Maximumabtastsignal M_x

lung anderer Sondenkoordinaten verwendet werden, wird in der Nachweisschaltung 15 erzeugt Zu dieser

sofern eine Mehrzahl von Sonden, wie in Fi g. 7 gezeigt, 65 Zeit ist das Abtastadressensignal durch Steuerung des

angewendet wird, ebenso wie weitere Maximalwert- Abtastsignals M_x in einem Register 72 gespeichert

Nachweisschaltungen· Die Verwendung mehrerer Fre- Der Subtrahierkreis 73 besteht aus einem Exklusiv-

quenzen und einer Vielzahl von Bandpaßfiltern ist nütz- ODER-Schaltkreis und einem Volladdierer, um einen

Wert von dem Schaltkreis 74 abzuziehen für bestimmte Werte vom Inhalt des Registers 72. Der abgezogene Wert wird über ein Gatter 75 an den Zähler 52 übertragen und gespeichert.

Die Nachweisschaltung 15 gibt das ausgewählte Signal M_x an das Register 72, um den Inhalt des Registers 72 an den Subtrahierkreis 73 und außerdem an den Steuerkreis 77 weiterzugeben. Der Verknüpfungskreis 78 gibt einerseits Taktsignale vom Taktsignalgenerator 71 zur Weitergabe abhängig von dem Steuersignal des Steuerkreises 77 an einen A/-Rotationszähler 79. Ein Übertragungssignal wird von dem Zähler 79 erzeugt, und dieses Übertragungssignal wird dem Steuerkreis 77 sowie einer ODER-Schaltung 80 zugeführt, das dem J-Eingang des Zählers 52 vorgeschaltet ist. Ein Rückstellsignal oder ein /-Signal für den Zähler 52 wird vom Steuerkreis 77 erzeugt.

Der Steuerkreis 77 arbeitet wie folgt:

Wenn bei einer Abtastung der Leiter ein Abtastsignal M_x erzeugt wird, sendet der Steuerkreis 77 nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung ein Durchschaltsignal für den Verknüpfungskreis 78 und außerdem ein J-Signal für den Zähler 52 über die ODER-Schaltung 80, so daß der Ausgangswert des Subtrahierers 73 zur Voreinstellung des Zählers 52 an den Zähler 52 gegeben werden kann. Der Ausgangswert des Subtrahierers 73 entspricht i-j, da zu der Zeit des Auftretens des Abtastsignals M_x der Inhalt / entsprechend dem Maximumsignal, welcher gleich ist mit dem des Zählers 52, an den Subtrahierer 73 gegeben wurde und dort durch einen voreingestellten Wert j im Einstellkreis 74 reduziert wurde. Wenn / kleiner alsy ist, wird vom Subtrahierer 73 ein Übertragungssignal erzeugt, so daß die Verknüpfungsschaltung 75 eine Weitergabe des Ausgangswertes verhindert und den Zähler 52 auf Null setzt.

Dementsprechend beginnt die Abtastung am Leiter M_x^j unmittelbar nach der Erzeugung des Abtastsignals M_x.

Während des M-Impulszählens, wenn ein Abtastsignal M_x dem Steuerkreis 77 und dem Register 72 zugeführt wird, wird ein /-Signal wiederum an den Zähler 52 gegeben, um diesen Zähler 52 auf einen verminderten Wert, der vom Subtrahierer 73 in derselben Weise, wie vorher beschrieben, erzeugt wurde, zurückzusetzen, und die nächste Abtastung beginnt Andererseits sendet der Zähler 79 nach Zählung der M_:Impulse, d. h. nach einer M-Leitungsabtastung, ein Übertragssignal an den Steuerkreis 77 und an den Zähler 52. Dementsprechend wird der Zähler 52 auf einen neuen verminderten Wert zurückgesetzt, der kleiner ist als der letzte Wert des Zählers 52 und die nächste Abtastung beginnt von da.

Wenn die Sonde 5 von der Tafel abgehoben ist oder sich in einer Lage auf einem vor dem Abtastbereich liegenden Leiter befindet, reicht der Abtastbereich bis zur letzten Leitung. In diesem Fall wird weder das Abtastsignal M_x noch das Übertragssignal des Jlf-Aufzeichnungszählers 79 länger als ein M-Taktbereich an den Steuerkreis 77 gegeben und als Ergebnis sendet der Steuerkreis 77 ein Rückstellsignal an den Zähler 52, wodurch die Abtastung vom Leiter X_x an beginnt

Fig. 17 zeigt eine Draufsicht auf eine Tafel, aufweicher eine Sonde zunächst im Punkt X_A sich befindet Anhand dieser Zeichnung wird eine Abtastung nach dem vorhergehend beschriebenen Verfahren im einzelnen erläutert Die Voreinstellzahl im Voreinstellzähler 74 sei »4« und M des Jli-Aufzeichnungszählers 79 sei »8«. Der Zähler 52 beginnt das Zählen zuerst von »1« und das Abtastsignal beginnt bei Jf₁. Am Leiter X₆, welcher der der Sonde am nächsten liegende Leiter ist, d. h. wenn der Inhalt des Zählers 52 »6« aufweist, wird ein Abtastsignal M_x festgestellt, und die verminderte Zahl des Substrahierers 73 wird »6 - 4 = 2«; denn entsprechend wird der Zähler 52 auf »2« voreingestellt und die nächste Abtastung beginnt von der Leitung X₂.

Wird die Sonde von X_A nach X_B bewegt, dann entsteht das nächste Abtastsignal M_x, wenn der Inhalt des Zählers 52 »8« ist und dementsprechend wird die verminderte Zahl »8 - 4 = 4« und der Zähler 52 wird auf »4« voreingestellt, wodurch der Abtastbereich verschoben ist, wie aus Fig. 17 zu sehen.
Für eine teilweise Abtastung beider Koordinaten X und Feine Abwandlung in Fig. 18 dargestellt.

In Fig. 18 sind für entsprechende Teile entsprechende Bezugszeichen wie in Fig. 16 verwendet, und zwar mit oder ohne denjngefügten Buchstaben X oder Y. Die Eingänge Q und Q kommen von dem Flip-Flop 54 in Fig. 8. Die Bezugszeichen 81x, 81> >, 82x und Hy bezeichnen Torschaltungen, die jeweils durch die Signale Q und Q geöffnet werden. Die Bezugszeichen 83jc und 83^ bezeichnen Torschaltungen, die durch die Ausgangssignale der ODER-Schaltungen 8Ox bzw. 8Oy durchgeschaltet werden. Der übrige Aufbau und die Funktion ist ähnlich zu der in Fig. 16.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und daß weitere Modifikationen im Rahmen der Erfindung gemacht werden können.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Koordinatenposition einer Sonde entsprechend mindestens einer Koordinatenachse eines Koordinatensystems, mit einer Tafel mit einer Vielzahl von parallelen Leitern (X₁), die jeweils eine Koordinate des Koordinatensystems definieren, wobei die Sonde eine induktive Wicklung aufweist, um eine induktive Kopplung mit den Leitern zu ermöglichen, sowie mit einem Wechselstromsigaal-Generator zur Zufuhr eines Wechselstromsignals zu der induktiven Wicklung oder den Leitern, um in den Leitern beziehungsweise in der Wicklung ein Wechselstromsignal zu induzieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtastkreis (3) Abtastsigiiale abhängig von einem Zählwert nacheinander an jeweils einen der Leiter (X) abgibt, daß ein Auswahlkreis (M) mit einer Maxi mal wertsignal-Nachweisschaltung (15) zur Ermittlung eines Maximalwertsignals und eines zweitgrößten Signals vorgesehen ist, welche Signale während der aufeinanderfolgenden Zufuhr von Abtastsignalen an die Leiter induziert werden, daß die Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) die Amplitude der aufeinanderfolgend induzierten Signale nachweist, um festzustellen, ob eine Amplitude des induzierten Signals abfällt und um das vorher induzierte Signal als Maximalwertsignal zu bestimmen und ein entsprechendes Nachweissignal (M_x) zu erzeugen, daß eine Teilerschaltung (22) vorgesehen ist, um das Verhältnis des Maximalwertsignals und des zweitgrößten Signals zu bestimmen, daß eine Umwandlungseinrichtung (27) vorgesehen ist, um dieses Verhältnis in den entsprechenden richtigen Zwischenpositionswert umzuwandeln, daß ein Operationskreis (58) vorgesehen ist, um den Zwischenpositionswert zu dem Zählsignal eines Verriegelungsregisters (57) zu addieren oder subtrahieren, wobei die Addition oder Subtraktion durch ein Plussignal oder ein Minussignal der Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) ausgewählt wird, und daß die Verriegelungsschaltung (57) von dem Abtastkreis (3) ein Zählsignal entsprechend einem Leiter auswählt, in dem das Maximalwertsignal induziert wurde, so daß das ausgelesene Zählsignal eine Koordinatenposition der Sonde (5) relativ zu der Koordinate spezifiziert, die durch die Vielzahl von Leitern definiert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- so zeichnet, daß das Wechselstromsignal des Wechselstromsignal-Generators (6) der induktiven Wicklung (5ö) der Sonde (5) zugeführt wird, um Signale in den Leitern (X) zu induzieren, und daß für diese Leiter eine gemeinsame Ausgangsleitung (a) zu der Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse des Abtastkreises (3) direkt mit den Leitern (X₁) verbunden sind, daß Gleichrichtereinrichtungen (D) mit einer vorherbestimmten Schwellenwertspannung jeweils mit einem der Leiter (X₁) verbunden sind, und daß ein Brandpassfilter (10) an die Ausgangsleitung (a) angeschlossen ist, um wahlweise die induzierten Signale an die Maximalwertsignal-Nachweisschaltung (15) durchzulassen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung ein nichtflüchtiger Speicher (27) ist, welcher richtige Werte entsprechend den Zwischenpositionen zwischen zwei angrenzenden Leitern speichert und dem das Verhältnissignal von der Teilerschaltung als ein Adressensignal für die Auswahl des entsprechenden richtigen Zwischenpositionswerts unter den gespeicherten Werten zugeführt wird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Tafel (1,2) ein zweiter Satz von parallelen Leitern (Y) vorgesehen ist, die senkrecht zu den ersten Leitern (X) verlaufen, und die an die gemeinsame Ausgangsleitung (a) angeschlossen sind, daß ein zweiter Abtastkreis (4) zur Erzeugung von Abtastsignalen für den zweiten Satz von Leitern (Y) vorgesehen ist, daß den beidea Abtastkreisen (3, 4) abwechselnd Abtastadressensignale zugeführt werden, und daß eine Koordinatenumwandlungseinrichtung (53,54) vorgesehen ist, um die Abtastsignale für den zweiten Satz von Leitern (Y) von denjenigen für den ersten Satz von Leitern (X) zu unterscheiden und die Abtastsignale in die entsprechenden Koordinatensignale umzuwandeln.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Leiter (X,, Y) einen U-fÖrmigen Teil aufweist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Leiter gleiche Abstände (r) aufweisen, und daß die Abstände (g) zwischen angrenzenden Paaren von parallelen Leitern klein oder gleich Null sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Windungen der Wicklung (5a) der Sonde einen Durchmesser aufweisen, der mindestens gleich dem Zweifachen des Abstands (r) der Leiter ist.