DE2954657C2

DE2954657C2 -

Info

Publication number: DE2954657C2
Application number: DE2954657A
Authority: DE
Inventors: Frank Paul Carau; Henry T. Hetzel; Michael A. Loveland Col. Us Tremblay
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1979-09-13
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 1999-09-14
Also published as: DE2954673C2; JPS5597673A; JPS5922271B2; DE2936975A1; DE2954661C2; DE2954659C2; DE2936975C2; GB2032152A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Verzögerung, die durch eine Filterschaltung in einer Digitalisierungsvorrichtung bedingt ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Diese Verzögerungen und damit die Phasenverschiebungen des Ausgangssignals gegenüber dem Referenzsignal können so erheblich sein, daß die Meßergebnisse nicht brauchbar sind, d. h., nicht die tatsächliche Position des Abtasters repräsentieren.

Bei den aus den US-PS 40 80 515 und US-PS 39 04 822 bekannten Vorrichtungen zum Digitalisieren der Koordinaten eines flächen haft bewegten Abtasters werden derartige systembedingte Verzöge rungen durch konstante Parameter berücksichtigt. Eine derartige Korrektur ist ungenau, da Änderungen in den Verzögerungswerten nicht erfaßt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, derartige Phasenfehler zu ermitteln und entsprechende Korrekturwerte in die Messungen einzuführen.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung besteht darin, daß das Referenzsignal allen Lei tern parallel und gleichzeitig zugeführt wird und daß das somit von der Stellung des Abtasters unabhängige Abtastersignal ge filtert und die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Ausgangssignal des Filters als Fehlersignal ermittelt wird, welches Fehlersignal bei der Auswertung der Meßsignale berücksichtigt wird.

Die Verzögerung durch das Filter und dessen zugeordnete Schal tungen wird also in einem gesonderten Meßzyklus gemessen. Die entsprechende Meßgröße wird dann von den Grob- bzw. Feinmes sungsdaten, die sich bei der normalen Messung ergeben, abge zogen, um so korrigierte Daten zu erhalten, die der wirklichen Stellung des Abtasters entsprechen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Digitalisierungsvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1;

Fig. 2 ein dem Blockschaltbild der Fig. 1 entsprechendes Blockschaltbild zur Erläuterung der Fehlermessung;

Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Fehlerermittlung wird zunächst die Digitalisierung der Abtasterposition, und zwar die Messung der X-Koordinate, in ihren wesentlichen Schritten anhand der Fig. 1 erläutert.

Auf der Platte 3 befinden sich die parallelen Leiter 46, deren gegenseitiger Abstand jeweils 5 mm beträgt und welche zusammen als X-Gitter bezeichnet werden. Mit dem X-Gitter kreuzt sich rechtwinklig das aus den Leitern 47 bestehende Y-Gitter. Es wird im folgenden nur das X-Gitter betrachtet.

An das X-Gitter wird ein symmetrisch veränderliches elektro statisches Feld angelegt und zwar über das X-Schieberegister 9. Je ein Ausgang des Schieberegisters 9 ist mit einem Leiter 46 verbunden, so daß das angelegte elektrostatische Feld dem augen blicklichen Bit-Muster des Schieberegisters entspricht. Dieses Feld wird dadurch erzeugt, daß ein Rechteckwellensignal 72 (Referenzsignal IREF), dessen Frequenz 5 KHZ beträgt, an den Dateneingang des Schieberegisters gelegt wird. Das Referenz signal wird dann schrittweise durch das Schieberegister ge schoben, wobei der Verschiebetakt 1,8 MHZ beträgt, der bei der Grobmessung angewendet wird. Es läßt sich leicht erkennen, daß dann jeweils 180 logische Einsen in das Schieberegister einge schoben werden, die im Verschiebetakt von Leiter zu Leiter weitergeschoben werden, und anschließend 180 logische Nullen in gleicher Weise in das Schieberegister eingetragen werden. Sodann folgen wieder 180 logische Einsen u. s. w..

Entsprechend dem augenblicklichen Bit-Muster bildet sich das elektrostatische Feld im X-Gitter aus. Der Wert des Feldes ist also eine Funktion der Zeit und des Bit-Musters. Das sich aus breitende elektrostatische Feld gelangt unter den Abtaster, dessen wesentliches Element der kapazitive Aufnehmer 24 ist. Die kapazitive Kopplung zwischen dem Aufnehmer 24 und den Lei tern 46 des X-Gitters koppelt ein Signal zum Abtaster. Das Ausgangssignal des Abtasters 24 ist eine Wechselspannung mit 5 KHZ, die nachfolgend verstärkt und dem Filter 7, das auf 5 KHZ abgestimmt ist, zugeführt wird. 5 KHZ ist also die Geschwindig keit, mit welcher das das Bitmuster am Eingang des X-Schiebe registers erzeugende Signal sich ändert. Da die Verschiebungs geschwindigkeit ein synchronisiertes Vielfaches von 5 KHZ ist, handelt es sich auch um die Geschwindigkeit mit welcher das elektrostatische Feld in der Platte sich ändert. Das Filter 7 glättet die Treppenform des Abtastersignales und macht dieses rein sinusförmig. Der Ausgang des Filters wird mittels des Φ- Durchgangsdetektors wieder in die Rechteckwelle 43 zurückver wandelt, welche Rechteckwelle als SIGNAL bezeichnet wird.

Die Position des Aufnehmers 24 längs der X-Achse ergibt sich aus der Zeit, die erforderlich ist, bis eine gegebene Vorder flanke der elektrostatischen Rechteckwelle auf der Platte den Abstand vom Rand der Platte zum Ort des Aufnehmers zurückgelegt hat.

Die Phasenlage des SIGNALS wird nun mit der Phasenlage des Referenzsignals IREF mittels des Phasenzählers 12 und dessen Steuereinheit 11 verglichen. Aus bestimmten Gründen ist zweck mäßig ein um eine halbe Wellenlänge verschobenes Referenzsignal zu verwenden, das mit ΦREF bezeichnet wird. Die Steuereinheit 11 startet und stoppt den binären Phasenzähler 12 entsprechend den Vorderflanken der Signale ΦREF und SIGNAL. Eine Vorder flanke des Signals ΦREF startet den Zähler welcher dann Zyklen von 1,8 MHz zählt. Die nächste Vorderflanke des SIGNALES been digt die Zählung. Dann zeigt eine Leitung "Daten bereit" des Microprozessors 14a, daß der Phasenzähler 12 Daten zur Verar beitung verfügbar hält.

Anhand der Fig. 2 wird nunmehr die Ermittlung der Filterverzö gerung erläutert.

Während der X-Fehlermessung ist das Y-Schieberegister 10 ge löscht. Das X-Schieberegister 9 befindet sich ebenfalls im 0- Zustand. Ferner sind die Taktgeneratoren für die Fortschaltung des Referenzsignales IREF in dem Schieberegister 9 abgeschaltet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich hat das Schieberegister 9 neben dem seriellen Eingang eine parallele Zuführung zu allen Stufen des Schieberegisters, so daß das Referenzsignal IREF, das eine Frequenz von 5 kHz hat, allen Stufen gleichzeitig und parallel zugeführt werden kann. Durch die parallele Zuführung des Re ferenzsignals ist das Ausgangssignal des Abtasters 24 unabhängig von dessen Stellung auf der Platte 3.

Das Ausgangssignal des Abtasters 24 wird verstärkt und dem Filter 7 zugeleitet, das auch hier aus dem Rechtecksignal ein harmonisches Signal macht, das dann wieder in dem Detektor 8 in ein Rechtecksignal umgewandelt wird. Die Phase des Ausgangs signals 43 wird sodann mit dem Referenzsignal verglichen und eine eventuelle Phasendifferenz ermittelt.

Da die Filterverzögerung normalerweise in der Größenordnung von mehreren Zyklen des 5 kHz-Abtastersignals liegt, ist es nicht erforderlich, die gesamte Verzögerung zu messen, sondern es genügt die Verzögerung über eine ganze Zahl der Zyklen des Abtastersignals zu erfassen, was mit Verzögerungsrest bezeich net wird.

Wenn beispielsweise die Verzögerung durch das Filter 1,05 ms beträgt, so würde dieses 5,25 Zyklen mit 5 kHz entsprechen. Es wird daher nur als Fehler die Viertelperiode gemessen, die nach fünf Meßzyklen vorhanden ist.

Der ermittelte Fehlerwert wird bei der Digitalisierung der Abtasterposition mit dem gemessenen X-Wert im Sinn einer Fehler korrektur verknüpft zum Beispiel wird der Zählerwert von dem X-Wert abgezogen.

Wenn die Digitalisierung der X-Koordinate durch eine Grob- und eine Feinmessung erfolgt, dann muß der Fehlerwert mit dem Grob wert und dem Feinwert verknüpft werden.

In gleicher Weise wie vorstehend beschrieben wird für die Y- Koordinate der Fehlerwert ermittelt, und die gemessenen Y-Werte werden mit diesem Fehlerwert verknüpft.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Verzögerung, die durch eine Filterschaltung in einer Digitalisierungsvorrichtung be dingt ist, bei der zur Bestimmung der Position eines Ab tasters längs einer Meßachse, die sich senkrecht zu einer Anzahl von parallel zueinander und in gleichen Abständen voneiner angeordneten elektrischen Leitern erstreckt, ein Referenzsignal mit Halbwellensymmetrie schrittweise nach einander an die Eingänge der elektrischen Leiter gelegt wird, um ein halbwellensymmetrisches elektrisches Feld über die Platte zu verschieben, wodurch in dem Abtaster ein entsprechendes Ausgangssignal entsteht, das über eine Filterschaltung einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, in der die Phasenlage des Referenzsignals mit der Phasen lage des Abtastersignals verglichen wird, dadurch gekenn zeichnet, daß in einem Meßzyklus zur Ermittlung der Verzögerung durch die Filterschaltung das Referenzsignal allen Leitern parallel gleichzeitig zugeführt wird, daß das somit von der Stellung des Abtasters unabhängige Abtastersignal gefiltert und die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Ausgangssignal des Filters als Fehlersignal ermittelt wird und daß dieses Fehlersignal bei der Auswertung der Meßsignale berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine vorgegebene Frequenz des Referenzsignals nur die nach n Zyklen des Referenzsignals übrigbleibende Fil terverzögerung ermittelt, wobei n = 0, 1, 2, 3 . . . ist, und verarbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei senkrecht aufeinander stehenden Leitungsbündeln (X-, Y-Richtung) das Feh lerkorrektursignal sowohl für die X- als auch die Y- Koordinate ermittelt wird.