DE3205086A1

DE3205086A1 - Amplitudenmodulierte digitalisiervorrichtung

Info

Publication number: DE3205086A1
Application number: DE19823205086
Authority: DE
Inventors: Scott E Zimmer
Original assignee: Summagraphics Corp
Current assignee: Summagraphics Corp
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-09-30
Also published as: JPS57182288A; GB2093299B; US4368351A; GB2093299A

Description

Amplitudenmodulierte Digitalisiervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position einer Laufmarke in Bezug auf die Oberfläche einer Tafel. Solche Vorrichtungen nennt man gewöhnlich Digitalisiervorrichtungen. Speziell betrifft die · Erfindung eine Digitulisiervorrichtung, in der Leiter in parallelen Reihen und Spalten eines gitterförmigen Koordinatensystems angeordnet sind und nacheinander freigeschaltet werden, damit eine elektrische Induktion zwischen dem freigeschalteten Leiter und einer Spule in der.Laufmarke stattfinden kann, um ein Signal zu erzeugen, das aufgrund seiner Charakteristik detektiert werden kann, wenn sich der oder die Leiter, die sich nahe bei der Laufmarke befinden, freigeschaltet sind. Mit diesem Signal werden eine Taktfolge oder ein Zeitgeber unterbrochen, die beim Freischalten eines einem Ursprung entsprechenden Gitterleiters in Betrieb gesetzt worden sind, um eine Koordinate der Laufmarkenposition zu bestimmen, die proportional der seit dem Starten vergangenen Zeit ist.

Es ist bei Digitalisiervorrichtungen bekannt, ein Gitter sequentiell freigeschalteter Leiter mit einem Signal zu beaufschlagen, das in eine Laufmarke induziert wird, während man das in der Laufmarke induzierte Signal kontinuierlich überwacht, um eine Amplituden- oder Phasenänderung zu ermitteln, die ein Indikator, dafür ist, daß die dem Gitter zugeführten Signale über die Leiter unter der Laufmarke gelaufen sind. Es ist auch bekannt, die Spule einer Laufmarke zu erregen und die Ausgangssignale zu beobachten, die in den sequentiell erregten Gitterleitern induziert werden.

Aus der US-PS 40 88 842 ist eine Digitalisiervorrichtung bekannt, die ein Gitter von abgetasteten parallel in Folge angeordneten Leitern aufweist, bei dem mit Amplitudenmessung gearbeitet wird, um die Koordinaten einer Laufmarke zu bestimmen. Ffj hat sich jedoch erwiesen, daß man eine höhere Genauigkeit in clf?r I nfj.obeat immung der Laufmarke erzielen kann, wenn man die IMumoniinderung der Spannung auswertet, die in der Laufmarke oder dem Gitter induziert worden ist, je nachdem, ob man der Laufmarke oder dem Gitter ein Wechselstromsignal zuführt als Abtastsignal, das die Gitterdrähte fr.eischaltet, die unter der Laufmarke verlaufen. Beispiele für solche Digitalisiervorrichtungen, bei denen durch die Phasenänderung ein Zähler oder Zeitgeber angehalten wird, der beim Freischalten der Gitterabtastung in Betrieb gesetzt wurde, sind in den US-Patentschriften 39 04 822 und 40 80 515 beschrieben. Diese zeigen Digitalisiersysteme, in denen die Zeitermittlung einer Phasenänderung des induzierten Signals mit Hilfe einer sehr komplexen Einrichtung durchgeführt wird, die sehr große digitale Schaltkreise benötigt und eine Vielzahl von Signalen verarbeitet, von denen oinige arst durch Analog/Digitalwandlung erhalten werden müssen.

Die oben beschriebenen, mit Phasendetektor arbeitenden Digitalisiervorrichtungen weisen auch Beschränkungen hinsichtlich der Zahl der Koordinatenmessungen auf, die über eine gegebene Zeitdauer gemacht werden können, weil die Gitterabtastgeschwindigkeit, das ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Gitterleiter freigeschaltet werden, durch die Frequenz des Gitterabtastsignals beschränkt ist. Je länger die vom Gitter eingenommene Fläche ist, umso größer ist die Zahl der notwendigen Gitterleiter und umso langer ist die Zeit, die erforderlich ist, um die volle Länge in jeder Dimension abzutasten. In der bereits erwähnten US-PS 40 88 842 sind Einrichtungen zur Speicherung der Adresse der Laufmarke und zur Begrenzung

weiterer Abtastungen auf .einen Bereich beschrieben, der kleiner ist als die Gesamtabmessungen der vom Gitter eingenommenen Feldfläche.

Die Erfindung beseitigt die vorerwähnten i'robleme bekannter Digitalisiervorrichtungen, indem sie eine solche angibt, bei der ein Gitter von sequentiell abgetasteten Leitern induktiv an eine Laufmarke gekoppelt ist, die über die Fläche des Gitters beweglich ist und worin das durch Induktion vom Gitter oder von der Laufmarke in der Laufmarke bzw. dem Gitter erzeugte Signal als Folge der Leiterabtastung amplitudenmoduliert wird und dann von einem Amplitudendemodulator detektiert wird, um den Amplitudennulldurchgang der Hüllkurve des AM-Signals zu bestimmen, der mit dem Phasenwechsel des Signals koinzidiert. Amplitudenmodulierte Signale werden als Folge einer Erregung eines Signals konstanter Amplitude erzeugt, das durch Erregung und Schaltung benachbarter Leiter unterschiedlichen Abstandes gegenüber der Erregerquelle induziert wird. Verschiedene Leiter-Laufmarken-Abstände führen zu entsprechend unterschiedlichen Größen des Erregungssignals, das in die entsprechenden Leiter induziert wird. Synchrones Schalten oder Multiplexed benachbarter Leiter, die verschiedene Amplituden des induzierten Signals führen,-erzeugt das amplitudenmodülierte Signal.

Das Gitter is.t in Untersektionen aufgeteilt, von denen jede einer getrennten Gruppe von Multiplexern zugehört, um die sequentielle Abtastung der Leiter innerhalb der Untersektion zu steuern. An die Ermittlung eines Phasenübergangs durch Messen des Nulldurchgangs des amplitudenmodulierten induzierten Signals schließt sich die Abtastung des nächsten Gitters in der Untersektion, die die Koordinate der zuletzt ermittelten Laufmarkenposition enthält, an. Ein Koordinatenmeßzähler

wlrtl iirlii· J ttweian durch einen Betrag weitergeschaltet, der der kumulativen Dimension der Untersektionen zwischen dem Ursprung und jener Untersektion, in welcher die Abtastung begonnen wurde, entspricht. Wenn kein Nulldurchgang eines amplitudenmodulierten induzierten Signals innerhalb der Untersektion des Gitters, in welchem die Abtastung begonnen wurde, festgestellt wird, dann werden die nachfolgenden .Untersektionen abgetastet. Wenn man auch dann keinen Nulldurchgang feststellt, wird der Zähler auf Null zurückgesetzt, und die Abtastung beginnt vom Ursprung von neuem.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Digi-IuIisiebvorrichtung anzugeben, in der ein amplitudenmoduliert«3 Signal entweder in einer Laufmarke oder im Gitter von einem Wechselstromsignal erzeugt wird, das entweder an der Laufmarke oder am Gitter anliegt und bei dem ein Phasenwechsel des induzierten Signals durch Amplitudendemodulation ermittelt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Digitalisiervorrichtung anzugeben, in der ein Phasenwechsel des amplitudenmodulierten Signals dadurch ermittelt werden kann, daß man die Zeit bestimmt, zu welcher das Produkt aus induziertem Signal und Erregersignal seine Polarität wechselt.

Dinue und weitere Ziele, besser Merkmale der Erfindung gehen aus den Zeichnungen und aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, in denen gleiche B.ezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile in den verschiedenen Darstellen verwendet werden. Es zeigen:

*-■-;■

Fig-.l ein schematisches Blockdiagr.anim einer bevorzugten AusFUhrungsfqrm der Erfindung?

Fig..2· ein -B lock diagramm e.inee Amplit.udendemodulat.or8,.· • der zur Verwendung in·der Vorrichtung nach Fig. 1

geeignet ist; . . ' · .· ■

Fig. 3 ein' graphisches Zeitdiagramm über die Zusammenhänrge ', der in der Vorrichtung entwickelten Signale, wobeidie Laufmarke sich an.-einer ersten Position befindet;"

Fig. 4 ein graphisches Zeitdiagramm der Signale nach Fig. 3,

Wobei sich die Zeitmarke in einer zweiten Position '-■■". befindet;· und ' ' . . , ·

Fig. 5 ein Diagramm betreffend überlappender A.bachnitte von ■ · Leitern im Gitter der bevorzugten AusfUhrungsform der' Erfindung.

Fig.. 1 zeigteine Digitalisiervorrichtung mit einer beweglichen •Laufmarke 2, die ein Kursor, ein Stift od'.dgl. sein kann und die eine Erregerspule enthält, die.elektromagnetische Signale in ein.zweidimensionaies Gitter 4 induziert. Das Gitter 4 besteht aus zwei quer zueinander angeordneten Reihen von Leitern 6x und 6y, die in exakt gleichen Abständen zueinander verlaufen. Die Leiter 6x verlaufen in horizontalem Abstand zueinander parallel in vertikaler Richtung und die Leiter 6y laufen in zueinander vertikalen Abständen in horizontaler Richtung von Fig. 1. Die Leiter 6x liegen sehr dicht zu den Leitern 6y,: berühren diese· jedoch nicht. Die Leiter jeder der Koordinatenrichtungen χ und y enden an jeweils einem'Ende in gemeinsamen Rückleitungen Bx und 8y. An ihren anderen Enden enden sie anentsprechenden Eingängen eines x-A'chsen-Schaltnetzwerks 1Ox

mit 16 Multiplexern 1Ox, ,- bzw. in einem y-Achsen-Schaltnetzwerk 1Oy mit Multiplexern 1Oy, ,,. Die Multiplexer 1Ox,.- und 1Oy, ,, bestehen vorzugsweise aus integrierten Schaltkreisen des Typs Hl-506. Das Netzwerk 1Ox verbindet von den Leitern 6x jeweils einen zu einem gegebenen Zeitpunkt und in f'oJge^mit einem gemeinsamen Ausgang, der mit dem Eingang eines Demodulatorkreises 12x verbunden ist. Das Netzwerk 1Oy verbindet von den Leitern 6y jeweils einen zu einem Zeitpunkt und in Folge mit einem gemeinsamen Ausgang, der mit'dem Eingang eines Demodulatorkreises 12y verbunden ist. Die Amplitudendemodulatoren 12x und 12y können in ihrem Aufbau identisch sein und werden später noch unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Ein Taktimpulsgenerator 14 erzeugt ein hochfrequentes Signal konstanter Frequenz, das einem Teiler 16 zugeführt wird. Der Tnilerausgang des Teilers 16 dient als Zeitgeberquelle für diiü Multiplexen der Leiter und zur Erzeugung des Wechaelstrom-I rregorsignals, das der Spule der Laufmarke 2 zugeführt wird. Der Ausgang des Teilers 16 ist auch mit einem Treiberkreis 18 für die Laufmarke 2 verbunden und dient als Zeitgeberquelle für diesen. Der Ausgang dieses Treiberkreises 18 liefert ein Wechselstromsignal konstanter Amplitude.

Fig. 3 zeigt ein Signalzeitdiagramm für eine Situation, in der die Spule der Laufmarke 2 sich direkt über einem Gitterleiter 6 befindet (Fig. 3A). Die Zeitgebersignale 3B werden vom Ausgang des Teilers 16 dem Laufmarkentreiber 18 zugeführt^ dessen Ausgang das Wechselstromsignal konstanter Ampli.tude 3C liefert. In Fig. 4 erkennt man das Zeitgebersignal 4B und das Laufmarkent.rt;ibereicjnal 4C für den Fall, bei dem sich die Laufmarke 2 mit ihrer Spule zwischen benachbarten Leitern 6 befindet, wie Fig. 4A zeigt. Die Zeitgebersignale 3B und 4B sind, wie die

Laufmarkentreibersignale 3C und 4C, einander identisch. Die Laufmarkentreibersignale werden auch entsprechenden Eingängen der Demodulatoren 12x und 12y über einen Phasenschieber-Referenzkreis 20 zugeführt, der die Phase des Ausgangs des Laufmarkentreiberkreises 18 schiebt, um die innere Phasenverschiebung zwischen dem Ausgang des Laufmarkentreiberkreises 18 und den induzierten Ausgangssignalen, die an den Leitern 6x und 6y erscheinen, zu kompensieren, und werden weiter über die Multiplexer der Netzwerke IDx und 1Oy den Demodulatoren 12x und 12y zugeführt. Die Ausgangssignale des Phasenschieber-Referenzkreises 20 sind daher gleich- oder gegenphasig zu den x-Gitter- und y-Gitter-Signalen, die von den Multiplexern 1Ox, ,, und 1Oy, ,, den Demodulatoren 12x bzw. 12y zugeführt werden. Die Laufmarke 2 und ihre Spule, die viele Windungen feinen Drahtes aufweist, die um einen Stahlringkern gewickelt sind, wird von einem sinusfrirmigen Strom aus dem Treiberkreis 18 erregt und erzeugt ein magnetisches Feld, das von dem Magnetkern nach unten in die Ebene des Gitters 4 gerichtet wird, das aus den Leitern 6x und 6y gebildet ist. Dieses magnetische Feld koppelt auf die Leiter 6x und 6y und ruft in ihnen einen sinusförmigen Strom hervor, der in den Leitern flieBen kann, wenn diese durch die entsprechenden Multiplexer 1Ox und 1Oy freigeschaltet sind. Das erzeugte magnetische Feld verläuft senkrecht zum Umfang des Ringkernes der Laufmarke 2. Ein maximaler induzierter Strom erscheint daher in jenen Leitern 6x und 6y, die dem Außenrand der Laufmarke benachbart sind, während ein minimaler Strom in jenen Leitern induziert wird, die sich direkt unter dem Zentrum der Laufmarke befinden, weil sich hier einander entgegengerichtete magnetische Flüsse, die auf den Leiter einwirken, aufheben, Im Falle, daß sich ein Leiter direkt unterhalb der Mitte der Laufmarke befindet, wird in ihn überhaupt kein Strom induziert, d.h. der Strom in diesem Leiter hat die Größe Null.

Die Schaltfrequenz an den Leitern 6x und 6y des Gitters ist identisch mit der Signalfrequenz, die in das Gitter vom Treiberkreis 18 eingegeben wird. Die Zeit zwischen dom Schalten benachbarter Leiter ist daher exakt gleich der Zeit eines vollständigen Zyklus des sinusförmigen Laufmarken-Treibersignals. Das Schalten der Leiter wird mit Hilfe der Multiplexer 1Ox, ,, und 1Oy, ,, als Folge von Ausgangssignalen aus einem x-Achsen-Multiplexdecoder 22x, einem y-Achsen-Multiplexdecoder 22y und einem gemeinsamen Leitungs-Adressenzähler 24 durchgeführt. Die x-Achsen-Multiplexer 1Ox, ,. enthalten 16 Multiplexer, von denen jeder einen 4-Bit-Eingang zur Steuerung von 16 benachbarten Leiterdrähten 6x aufweist. Entsprechend bestehen die y-Achsen-Multiplexer aus 16 einzelnen Multiplexern, von denen jeder ßinen 4-Dit-Eingang zur Steuerung von 16 benachbarten Leiterdrähten 6y aufweist. Diese Anordnung erlaubt es, daß das Feld insgesamt 256 Leiter jeweils in x- und in y-Richtung aufweist. Die Leiter 6x und 6y sind im Abstand von etwa 6,25 mm angeordnet, so daß jeder Multiplexer etwa 10 cm der Gitterlänge bei einer Gesamtgitterlänge von etwa 162 cm in jeder Dimension ansteuert. Durch Variation der Größe oder der Zahl der Multiplexer und des Abstandes der Leiter können die Gittergrößen frei variiert werden.

Der x-Achsen-Multiplexdecoder 22x bestimmt, welcher·der 16 x-Achsen-Multiplexer zu einem gegebenen Zeitpunkt freigeschaltet wird entsprechend seinem 4-Bit-Binärausgang, der 16 digitale Ausqanqssignalkombinationen erzeugen kann. Damit einer der Loiter 6x freigeschaltet wird, um einen induzierten Strom führen zu können, muß der Multiplexer, der diese Leitung steuert, freigeschaltet sein und die Ausgangszählung des Zeilenadresszählers 24 muß an seinem Ausgang ein 4-Bit-Digitalsignal erzeugen, das der Adresse des Leiters, der zu dem frei-

geschalteten Multiplexer gehört, entspricht. Die Leiter 6y werden in gleicher Weise freigeschaltet, wobei die Freischaltung der y-Achsen-Multiplexer vom Ausgang des y-Achsen-Decoders 22y gesteuert wird. Die einzelnen Leiteradressen innerhalb der Multiplexer werden durch die Zeilenadresszähler 24 gleichzeitig Für die Leiter 6x und 6y erzeugt. Der Zeilenadresszähler 24 empfängt die Zeitausgangssignale aus dem Teiler 16, die auch dem Laufmarkentreiberkreis zugeführt sind, so daß die Schaltfrequenz der Leiter des Gitters identisch der Frequenz jenes Signals ist, das dem Gitter induktiv über die Laufmarke 2- zugeführt wird.

Der x-Achsen-Multiplexdecoder 22x und y-Achsen-Multiplexdecoder 22y empfangen Zählsignale von einem x-Achsen-Multiplexadresszähler. 26x und einem y-Achsen-Multiplexadresszähler 26y. Diese Adresszähler 26x und 26y sind übliche Zähler, die durch einen Ausgang eines gemeinsamen Zeilenadresszählers 24 getaktet werden, so daß jeder der Adresszähler 26x und 26y jeweils um einen Schritt bei jeweils 16 Zählungen des Zeilenadresszählers 24 weitergeschaltet werden.

Die Ausgangssignale des gemeinsamen Zeilenadresszählers 24 kann man auf einer Zeitskala in den Figuren 3D und 4D sehen, die das 4-Bit-Digitalausgangssignal zeigt. Wie man aus einem Vergleich der Figuren 3C und 3D mit den Figuren 4C und 4D erkennt, entspricht die Frequenz des Zeilenadresszählers 24 der Frequenz des Laufmarken-Treibersignals.

Weil der Zeilenadresszähler 24 sequentiell in Abhängigkeit des Zeitsignalausgangs des Taktgebers 14 und des Zahlers 16 zählt, werden benachbarte Leiter 6x und 6y nacheinander freigeanhultet. Mit dem Freischalten eines dieser Leiter wird ein voller Zyklus des Wechselstromsignals, das der Laufmarke 2 vom Treiberkreis zugeführt wird, in die freigeschalteten Leiter 6x und 6y indu-

ziert und zum Eingang der zugehörigen Demodulatorkreise 12x und 12y geführt. Die Amplitude des Zyklus des Wechselstromsignals, das in jeden der nacheinander freigeschalteten Leiter 6x und 6y induziert wird, ist sehr klein und geht gegen Null, wenn die Leiter von der Laufmarke 2 einen großen Abstand haben. Die Amplitude des Zyklus steigt mit sich verringerndem Abstand der Leiter zur Laufmarke 2,bis ein Maximum bei jenen Leitern erreicht wird, die nahe dem Umfang der ringförmigen Laufmarkenspule liegen. Die Amplitude nimmt unterhalb der Laufmarkenspule wieder ab, ist unter ihrnr Mitte minimal und steigt dann beim diametral gegenüber-1 i ocjondon Umfangapunkt wieder auf ein Maximum. Die Phase des in den freigeschalteten Leitern auf einer Seite der Mitte der Laufmarke induzierten Signals liegt entgegengesetzt zur Phase des Signals, das auf der anderen Seite der Mitte der Laufmarke induziert wird.

Das resultierende Signal, das an den Multiplexerausgängen erscheint, ist ein kontinuierliches, sinusförmig zeitvariables, amplitudenmoduliertes Signal konstanter Frequenz, das eine Phasenumkehrung zwischen den zwei Maximalamplituden aufweist. Die Phasenumkehrung erscheint zu einem Zeitpunkt, der Leiterpositionen im Zentrum der Laufmarke entspricht. Der exakte Augenblick der Phasenumkehr kann nicht genau direkt aus dem amplitudenmodulierten Ausgangssignal allein ermittelt werden. Wenn man jedoch das Laufmarken-Treibersignal als Referenzsignal heranzieht, dann kann man die Hüllkurve entwickeln, die von dem amplitudenmodulierten Gittersignal bestimmt wird. Der Punkt, bei dem dieses Hüllkurvensignal durch den Nullpunkt auf der Amplitudenachse läuft, entspricht der Gitterposition, bei der die Phasenumkehrung stattgefunden hat. Das Erscheinen dieses Nulldurchgangs der Hüllkurve wird dazu verwendet, ein Indexsignal zu erzeugen, das einen Zähler 28x für den Ausgang von den x-Multiplexern 1Ox und einen Zähler 28y für den Ausgang

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von den y-Multiplexern 1Oy anhält, wie nachfolgend noch erläutert wird. Diese x- und y-Zähler 28x und 28y werden beim Freischalten von ersten oder Referenzleitern aus den Leiterreihen 6x'und 6.y gestartet und die orthogonalen Abstände des Zentrums der Laufmarke 2 von den Referenzleitern (die mit den Koordinatenachsen übereinstimmen) sind proportional der " Anzahl der Zählungen, die in den Zählern 28x und 28y gespeichert sind.

Fig. '2 zeigt einen Amplitudendemodulator 12, der zur Verwendung als x-Achsen-Demodulator 12x oder als y-Achsen-Demodulator 12y geeignet ist. Die Eingänge des Demodulators 12 sind dazu eingerichtet, mit den x-Multiplexerausgängen und der Gitterrückführleitung 8x oder mit den y-Multiplexerausgängen und der Gitterrückführleitung 8y verbunden zu werden und sind mit den Eingängen 30 eines Verstärkers 32 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 32 ist mit einem Bandpassfilter 34 verbunden, der Stör.signale außerhalb des Frequenzbereiches des amplitudenmodulierten Wechselstrouisignal8, das in den Leitern 6x und 6y induziert worden ist, zu unterdrücken. Der Ausgang des Bandpassfilters 34 ist mit dem einen Eingang eines Analogmultiplizierers 36 verbunden, der vom Typ XR-2208 sein kann. Ein anderer Eingang dieses Multiplizierers 36 nimmt ein Wechselstromreferenzsignal vom.Phasenschieberkreis 20 auf. Der Ausgang des Multiplizierers 36 hat eine Amplitude, die sich mit. dem Produkt der Amplituden des Ausgangssignals des Bandpassfilters 34 und der Amplitude des Ausgangssignals des Phasenschieberkreises 20 ändert und die einem Tiefpassfilter 38 zugeführt Wird, in welchem die hochfrequenten Harmonischen des induzierten Signals unterdrückt werden. Der Ausgang des Tiefpassfilters 38 ist mit einem Nulldurchgangsdetektor 40 ver-

bunden, der ein digitales Stopp- oder Indexsignal erzeugt, das dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Hüllkurve des Wechselstromsignals, das im Gitter induziert worden ist, entspricht.

In den Figuren 3E und 4E sind weiterhin Schreibimpulse WP dargontellt, die das Gitter-abtasten initiieren. Diese Schreibimpulse WP löschen gleichzeitig die x- und y-Zähler 28x und 28y, setzen ihre entsprechenden Zähler-Steuerungsflipflops und laden die Multiplexer-Adresszähler 26x und 26y, um die ersten Multiplexer 1Ox. und 1Oy, auf den x- und y-Achsen anzuwählen, d.h. jene x- und y-Multiplexer, die die Leiter 6x und 6y freischalten. Wenn diese Leiter-Wahladressenleitungen niedere Spannung führen, d.h. wenn die Summe der Ausgänge des gemeinsamen Adressenzählers 24 QOOO ist, was anzeigt, daß der erste Leiter eines gegebenen angesprochenen Multiplexers freigeschaltet ist, dann startet ein Synchronimpuls des gemeinsamen Zoilenadre88zählers 24 die Datenzähler 28x und 28y und ermöglicht es den Hultiplexer-Wählzählern 26x und 26y, bei nachfolgenden Synchronimpulsen weiterzuschalten. Die Zeitlage der Synchronimpulse gegenüber dem Leiter-Wahladressensignalausgang des gemeinsamen Zeilenadresszählers 24 ist in den Figuren 3F und 4F dargestellt.

Die Ausgangssignale des Nulldurchgangsdetektors 40 jeder der Demodulatoren 12x und 12y werden einem x-Achsen-Zählsteuer- und MuItiplexsynchronisierkreis 42x bzw. 42y zugeführt. Diese Steuerkreise 42x und 42y erlauben es, die Abtastung des Gitters auf Untersektionen zu beschränken, die in der Fläche kleiner sind als das gesamte Gitter, um die Geschwindigkeit der Laufmarkenkoordinatenmessungen zu steigern. Die Verwendung eines Laufmarkenerregersignals im Niederfrequenzbereich, beispielsweise von 9,9 kHz in der bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

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dung, reduziert Probleme, die aus äußeren Einstrahlungen, beispielsweise.von Hochfrequenzwellen, resultieren könnten. Die Abtastung der gesamten Länge der 162 cm langen x-Achse benötigt 24 ms, so daß nur 40 Messungen ρ ·ο Sekunde in der Koordinate durchgeführt werden können.

Um die Meßgeschwindigkeit zu steigern, kann das Gitter in drei überlappende Sektionen in jeder Koordinatenrichtung •aufgeteilt werden, wobei jeder Multiplexer der erste Multiplexer einer der überlappenden Sektionen ist. Die erste der überlappenden Sektionen in der x-Koordinatenrichtungen enthält jene Leiter 6x, die von den Multiplexern 1Ox, bis lOXg gesteuert werden. Die zweite Sektion enthält jene Leiter 6x, die von den Multiplexern 1Ox₅ bis lOx·,« gesteuert werden. Die dritte der Untersektionen in der x-Koordinatenrichtung besteht aus jenen Leitern 6x, die von den Multiplexern IOXq bis 1Ox,, gesteuert werden.

Um mit der Abtqstung des Gitters 4 zu beginnen, erzeugt ein Steuerkreis 46 die x- und y-Schreibsignale WP, die nachfolgend ale WPx und WPy bezeichnet werden. Dieser Steuerkroib 46 steht unter dem Einfluß eines Mikroprozessorsystems 48, das einen Mikroprozessor 43, einen Zeitgeber- und Steuerkreis 45, einen programmierbaren Nurlesespeicher (PROM) 47 und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 49 enthält. Die Schreibimpulse geben die Adresse des ersten Multiplexers 1Ox, der x-Achsenmultiplexer und des y-Achsen-Multiplexers 1Oy, der y-Achsenmultiplexer in die Multiplexzähler 26x und 26y. Die Schreibimpulse WPx und WPy löschen gleichzeitig den x-Zähler 28x und den y-Zähler 28y. Wenn die Anwesenheit der Laufmarke bei vollständiger Abtastung der ersten Sektion, die von den ersten acht Multiplexern, d.h. 1Ox, _, nicht festgestellt werden konnte, dann wird ein Übertrag in den Zählern des Steuer- und Synchronisierkreises 42x in das Mikroprozessor-

system übertragen. Die y-Leiter werden in gleicher Weise abgetastet und wenn auch hierbei die Anwesenheit der Laufmarke nicht durch eine im Gitter erzeugte Phasenänderung nach Abtastung der ersten Sektion des Gitters festgestellt werden konnte, dann wird ein Überlaufsignal in den Zählern des Steuer- und Synchronisierkreises 42y in das Mikroprozessorsystem 48 übertragen.

In Abhängigkeit dieser Übertragssignale aus den Steuerkreisen 42x und 42y erzeugt das Mikroprozessorsystem 48 einen weiteren Schreibimpuls WPx oder WPy oder WPx und WPy, je nachdem, ob ein übertrag vom x-Zähler-Steuerkreis 42x oder vom y-Zähler-Steuerkreis 42y oder von beiden erzeugt worden ist. Die Schreibimpulse löschen den Zählersteuerkreis 42x und 42y und laden die entsprechenden Multiplexwählzähler 26x und 26y mit der Adresse des ersten Multiplexers, der die nächste abzutastende Sektion steuert, d.h. mit der Adresse des Multiplexers 1Ox₅ oder IQy₅- Die zweiten der überlappenden Sektionen, die von den Multiplexern 1Ox₅ I₂ °der 1Ox₅ ,₂ gesteuert werden, .werden dann nacheinander abgetastet, beginnend mit don Leitern, die vom Multiplexer 1Ox₅ gesteuert werden, und es wird mit den Leitern fortgefahren, die von den Multiplexern 1Ox,., 1Ox₇,... oder 1Oy₆, 1Oy₇,... gesteuert werden, bis ein festgestellter Phasenwechsel des induzierten Signals die Anwesenheit der Laufmarke 2 anzeigt. Wenn die Laufmarke 2 nach dem Abtasten der von den Multiplexern 1Ox₁₂ oder 10y-,₂ gesteuerten Leiter wiederum nicht festgestellt werden konnte, dann wird wieder ein Übertragszustand in den Zählern des Steuer- und Synchronisierkreises 42x oder 42y erzeugt, der dem Mikroprozessorsystem 48 übermittelt wird. In Abhängigkeit dieses Übertragssignals erzeugt der Mikroprozessor einen weiteren Schreibimpuls WPx und/ oder WPy, je nachdem, ob ein Übertrag im x-Zähler-Steuerkreis 42x oder im y-Zähler-Steuerkreis 42y oder in beiden aufgetreten igt. Die Schreibimpulse löschen dann wieder den Zähl- und Steuer-

kreis 42x oder 42y und die entsprechenden Multiplexeradresszähler 26x und 26y werden mit der Adresse des ersten Multiplexers in der nächsten abzutastenden Sektion geladen, d.h. mit der Adresse des Multiplexers 10x_g odc 10y_g. Die Leiter 6x oder 6y, die von dem Multiplexer IOXq und/oder 10y„ gesteuert werden, werden dann sequentiell abgetastet und wenn wieder die Anwesenheit der Laufmarke nicht als Phasenwechsel ermittelt werden kann, werden die von den Multiplexern 1Ox,„, 1Ox,,, 10x^2» ····■ oder IQy,_Q, 1Oyτι ι lOy-io» ··· sequentiell abgetastet, bis die Anwesenheit der Laufmarke ermittelt worden ist. Wenn alle"16 Leiter, die von dem Multiplexer 1Ox₁₆ gesteuert werden, abgetastet worden sind, ohne daß die Laufmarke ermittelt worden ist, wie es auftreten kann, wenn man ' die Laufmarke von der vom Gitter bedeckten Fläche abhebt, dann fängt die Abtastung wieder mit dem ersten Multiplexer 1Ox, der ersten der überlappenden Sektionen an. Das gleiche geschieht bezüglich der y-Leiter 6y und der y-Multiplexer 1Oy,,-, je nach Lage der Laufmarke.

Jedes Mal, wenn eine neue Sektion abgetastet wird, wird eine Größe, die der Distanz von der Ursprungsachse, d.h. vom ersten Leiter 6x oder 6y im ersten Multiplexer 1Ox, oder 1Oy,, zum ersten Leiter in der nächsten abzutastenden Sektion, d.h. dem ersten Leiter 6x der vom Multiplexer 1Ox₅ oder der erste Leiter 6y, der vom Multiplexer lOyc gesteuert wird, in einer Addierstufe des Mikroprozessors 48 hinzuaddier.t. Dieselbe Größe wird dann wieder im RAM 49 des Mikroprozessorsystems 48 hinzuaddiert, wenn während der Abtastung der zweiten Sektion die Anwesenheit der Laufmarke 2 nicht festgestellt werden konnte. Wenn auch in der dritten Sektion (Multiplexer 10x_g w oder 10y_g ·.,-) keine Laufmarke festgestellt werden konnte, dann wird der Addierer, im Mikroprozessorsystem 48 auf Null zurückgesetzt und die Abtastung beginnt wieder in der ersten Sektion. Die überlappenden

Sektionen sind in Fig. 5 dargestellt.

Sobald die Position der Laufmarke 2 durch Ermittlung eines Phasenwechsels im Gitterausgangssignal festgestellt worden ist, geht das System in die zweite Betriebsart über, in wnlcher nachfolgende Abtastungen mit dem ersten Leiter 6x oder 6y des Multiplexers 4 beginnen, der von jenem Multiplexer entfernt ist, der den Leiter 6x oder 6y steuert, der zuletzt abgetastet worden ist, bevor ein Phasenwechsel im Gitterausgangssignal festgestellt worden ist. Wenn während der Abtastung der x-Leiter 6x ein Phasenwechsel im Gitterausgangssignal anschließend an die Abtastung des 98. Leiters, vom Ursprung aus gerechnet, der vom Multiplexer 1Ox- gesteuert ist, festgestellt wurde, dann beginnt die nächste Abtastung mit dem ersten Leiter 6x, der- von dem Multiplexer 1Ox, gesteuert ist. Wenn die nachfolgende Abtastung beginnt, dann wird das Addierregister im Mikroprozessorsystem 48·um eine Größe weitergeschaltet, die der Distanz zwischen jenem Leiter 6x und dem Ursprungsleiter 6x, bei dem die Abtastung begonnen wurde, entspricht. Jedes Mal, wenn das Gitterausgangssignal die Phase wechselt, und dadurch die Laufmarke ermittelt wurde, beginnen nachfolgende Abtastungen beim ersten Leiter, der von dem Multiplexer gesteuert wird, der um vier Stellen von dem Multiplexer entfernt ist, der den letzten abgetasteten Leiter steuerte, bevor die Laufmarke ermittelt wurde. Die Zählung in dem Addierregister des Mikroprozessorsystems 48 wird gelöscht und dann um eine Größe weitergeschaltet,'die der Distanz jenes Leiters vom Ursprungsleiter, bei dem die Abtastung begonnen wurde,. entspricht. Im Falle, daß die Anwesenheit der Laufmarke nicht nach Abtastung der 80 Leiter, die von den vier Multiplexern (z.B. 1Ox, ,) vor jenem Multiplexer, der den zuletzt vor Ermittlung des Phasenwechsels abgetasteten Leiter steuert, gesteuert werden, ermittelt wurde, und die Leiter von

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dem zuletzt abgetasteten Multiplexer (z.B. 1Ox₇) sind, kehrt das System in den Betrieb der Abtastung überlappender Sektionen, wie zuvor beschrieben, zurück, das Addierregister im Mikroprozessorsystem 48 wird gelöscht und die Abtastung beginnt ' mit dem Ursprungsleiter.

In der Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Leiterabstand von Mitte zu Mitte ungefähr 6,5 mm und der Durchmesser der Laufmarke beträgt ungefähr 25,4 mm. Es werden 16 Eingabemultiplexer verwendet, um die Leiter zu schalten. Diese benötigen vier Adresseneingänge, um einen der 16 Leiter pro Multiplexer anzuwählend Jeder Multiplexer bedient ungefähr 10 cm der Gitterlänge. Vier zählergetriebene Leiterwähl-Adressenleitungen vom Leitungszähler 24 sind allen Multiplexern an beiden Achsen gemeinsam und schalten die Leiter gemeinsam an einen der angesprochenen Multiplexer. Beide Multiplexerachsenanordnungen haben separat ladbare Adressenzähler 26x und 26y. Deren vier Ausgänge werden am Gitter durch die Decodierer 22x und 22y decodiert, um einen bis 16 Multiplexer pro Achse zu aktivieren. Die Multiplexerwählzähler 26x und 26y werden vom Ausgang des gemeinsamen Adressenzählers 24 getaktet, was sicherstellt, daß eine synchrone und sequentielle Abtastung der Leiter längs beider Achsen erfolgt. Die Frequenz der Leiterschaltung und.der Läufererregung wird synchron aus einem Kristalloszillator 14 abgeleitet, die auch als Taktquelle für die x- und y-Achsenzähler 28x und 28y ist, die die Positionskoordinaten angeben.

Wenn die Abtastung längs jeder Dimension des Gitters 4 beginnt, werden die von der Laufmarke 2 in jeder Achse induzierten Signale verstärkt und gefiltert, so daß nur die Erregerfrequenz der Laufmarke für die Demodulation zur Verfügung steht. Das Modulationsträger-Referenzsignal ist in den Figuren 3G und 4G gezeigt,

während die entsprechenden amplitudenmodulierten Multiplexerausgangssignale in den Figuren 3H und 4H gezeigt sind. Die nmplitudenmodulierten Signale gemäß der Figuren 3H und 4H werden mit dem unmodulierten Trägerreferenzsignal nach den r/itjuren 3C und 4G gemischt, um daraus die Hüllkurven der entsprechenden amplitudenmodulierten Ausgangssignale zu gewinnen. Zur Demodulation wird jeder Analogmultiplizierer 36 als Phasenkomparator und -detektor eingesetzt. Der Ausgang des Multiplizierers ist mit einem Tiefpassfilter 38 verbunden. Der Mittelwert des gefilterten Multipliziererausgangsproduktes ist proportional dem Sinus des Phasenwinkels zwischen den zwei Eingangssignalen am Multiplizierer 36. Wenn der Phasenwinkel zwischen den zwei Eingangssignalen klein ist, wird ein lineares Ausgangssignal erzeugt, weil für kleine Winkel der Winkel gleich dem Bogen ist. Ein positives Ausgangssignal wird erzeugt, wenn das Signal sich in Phase mit dem Vergleichssignal befindet. Das Ausgangssignal ist negativ, wenn die beiden Signale gegenphasig sind. Die HUllkurve des amplitüdenmodulierten Multiplexerausgangssignals,das durch die Demodulation gewonnen wird, ist in den Figuren 31 und 41 für die entsprechenden Laufmarkenpositionen, die in Fig. 3A und 4A gezeigt sind, dargestellt.

Das Referenzsignal gemäß Fig. 3G und 4G wird als eine gedämpfte Abart des Laufmarkenerregersignals verwendet, dessen Phase verschoben ist, um das amplitudenmodulierte Gittersignal zu synchronisieren.

Da3 Multiplizierereingangs-Referenzsignal ist daher entweder vollständig gleichphasig oder vollständig gegenphasig mit dem Ritterausgangssignal konstanter Frequenz, was eine lineare Demodulation innerhalb des Multiplizierers 36 sicherstellt. Das Tiefpassfilter 38 eliminiert alle Komponenten doppelter

WM*

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Frequenz, die von dem Multiplizierer erzeugt werden und stellt einen linearen Verlauf der Hüllkurve zwischen den negativen und positiven Spitzen sicher, wenn dieses durch den Nullpunkt läuft, wie aus Fig. 31· und 41 ersichtlich.

Das demodulierte Signal jeder Achse wird einem Komparator zugeführt, der als Nulldurchgangsdetektor 40 dient und die entsprechenden Datenzähler 28x und 28y stillsetzt, wenn ein Nulldurchgang festgestellt worden ist. Dies geschieht über die Zählersteuerkreise 42x und 42y. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors ist in den Figuren 3J und 4J gezeigt. Die Anzahl der Zählungen, die in jedem der Zähler 28x und 28y enthalten ist, ist proportional dem Verhältnis der Zählertaktfrequenz, die hier vorzugsweise 10,1376 MHz ist, zur Leiterschaltfrequenz, die, wie bereits erwähnt, hier 9,9 kHz ist. Die Anzahl der Zählungen pro 2,54 cm der Achse ist daher 4096 (ClO.1376 MHz/9.9 kHzJ/,250").

Die Stoppeignale von den Steuerkreisen 42x und 42y werden dem Mikroprozessorsystem 48 zugeführt. Die Ausgänge der Steuerkreise 42x und 42y werden periodisch abgefragt, um Information über den Zählerzustand zu erhalten. Sobald einer der beiden Zähler 28x und 28y angehalten worden ist, wird sein Inhalt vom Mikroprozessorsystem 48 gelesen und im RAM 49, das als Addierregister dient, zwischengespeichert. Der Zählerzustand ist in den Figuren 3K und 4K dargestellt. Die zwei letzten signifikanten Zählerbits werden unterdrückt und die übrigen Bits werden verschoben, um eine Lösung von 1024 Zählungen pro 2,54 cm zu erhalten. Diese Zählung wird dann von dem Mikroprozessor-auf 1000 pro 2,54 cm skaliert. Jede Zählung steht daher für 0,0254 mm der Laufmarkenbewegung vom Ursprung in jede Koordinatenrichtung. Das Mikroprozessorsystem 48 formatiert dann die Ausgabezählungen für die Anzeige mit Hilfe bekannter Maßnahmen.

Kö/Ro

-ML-

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

aoOO MÜNCHEN 22 · Wl D EN MAYERSTRASSE 49 1O0O BERLIN-DAHLEM 33 · PODB1ELSKIALLEE Θ8

Summagraphics Corporation

Fairfield, Connecticut 06432 ^{BERLIN: DIPL}"^{Na R}" ^MÖLLER-^BÖRNER

. . MÜNCHEN; DIPL-INS. HANS-HEINRICH WEY

DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER ■

31 613

nsprüche

lly Digitalisiervorrichtung mit einer Laufmarke, die mit einem Leitungsgitter in Wirkungsverbindung steht, einer Einrichtung zum Erregen eines einzelnen Gitterleiters oder der Laufmarke mit einem W.echselstromsignal, einer Einrichtung zum Ermitteln einer Phasenänderung in dem in der Laufmarke bzw. dem Gitterleiter als Folge des Wechselstromsignals, und einem auf die Erregereinrichtung und den Phasendetektor ansprechenden Fehler zum Ermitteln eines Zählerergebnisses, das proportional der Zeitdauer zwischen der Erregung und . der Phasenänderung ist, dadurch gekennzeichnet, dafl oin llül lkurvendetektor mit einem arste.ii, mit ύνν L .mi I'm π rk t; b/w. dem Gitter verbundenen Eingang zur Aufnahme des induziertem Signals und einem zweiten, mit der Erregereinrichtung verbundenen Eingang zum Aufnehmen eines Referenzsignals, das eine auf die Frequenz des Wechselstromsignals bezogene Frequenz hat, vorgesehen ist und daß dessen Ausgang ein demoduliertes Signal erzeugt, dessen Wellenform eine Hüllkurve ist, die eine Polarität hat, wenn Wechselstromsignal und induziertes Signal gleichphasig und eine entgegengesetzte

MÜNCHEN: TELEFON (089) 328088 BERLIN: TELEFON (O 3O) θ 31 2O 88

KABEL: PROPINDUS · TELEX) 5 342*4 KABEL! P ROP I N DU S · TEL ET X : 1B4O87

2 U b O 8 6

Polarität hat, wenn die genannten Signale nicht phasengleich sind und die ihre Polarität wechselt in dem Zeitpunkt, in dem sich diePhase des induzierten Signals ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkurvendetektor einen Multiplizierkreis enthält, dessen Eingänge .mit den ersten und zweiten. Eingängen verbunden sind und dessen Ausgang ein Produktsignal erzeugt, das auf das Produkt aus induziertem Signal und Referenzsignal bezogen ist, und daß das demodulierte Signal auf das Produktsignal bezogen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Multiplizierkreises und den Ausgang des Hüllkurvendetektors ein Filter geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter Hochfrequenzanteile des Multipliziererausgangssignals sperrt und Niederfrequenzanteile durchläßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Nulldurchgangsdetektor aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Hüllkurvendetektors verbunden ist und an dessen Ausgang ein Indexsignal erzeugt ist als Folge einer Änderung der Polarität der Hüllkurve, unddaß das Indexsignal einem Zeitgeber zugeführt ist, der ein Signal erzeugt, dessen Größe von der Position der·Laufmarke in Bezug auf'das Gitter abhängt.