DE3213151A1

DE3213151A1 - Vierquadranten-positionsgeber

Info

Publication number: DE3213151A1
Application number: DE19823213151
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 6520 Worms Lippert
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1983-10-20

Description

Vierguadranten-Positionsgeber
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vierquadranten-Positionsgeber, bei dem eine x-y-Positio in elektrische Signale umgewandelt wird. Die Erfindung findet Anwendung in der elektronischen Steuerungstechnik, beispielsweise bei optischen Display-Systemen.
Die Umsetzung einer mechanischen, waagerechten oder senkrechten Bewegung in elektrische Signale geschieht heute auf folgende Art.
GemäR der DE-AS 28 10 609 wird mit einem Steuerknüppel eine Bewegung auf vier unterschiedliche Schalter übertragen. Dabei sind die Schalter jeweils um 900 in x- und y-Richtung versetzt angeordnet. Entsprechend des von Hand bewegten Steuerknüppels wird einer der Schalter aktiviert. Bei Zwischenstellungen werden dementsprechend zwei Schalter angesprochen. Ein derartiges System ist sehr aufwendig und durch die mechanischen Schalter gerade bei rauher Industrieumgebung störanfällig und nicht verschleißfrei.
Aus einem Prospekt der Fa Marconi sind sogenannte Rollkugeln vom Typ F3051 und F3052 bekannt. Hierbei wird die Drehbewegung einer Kugel über Achsen auf Inkrementalgeber übertragen. Am Ausgang der Geber erscheinen digitale Impulse als Maß für die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Rollkugel. Die mechanische Ausführung derartiger Positionsgeber ist sehr aufwendig und ein Betrieb unter rauhen Umweltbedingungen ist nicht möglich.
Auch ein Positionsgeber mit der Bezeichnung t'Joystick" ist bekannt. Hier wird die Hebelbewegung eines Steuerknüppels auf eine Drehbewegung von Potentiometern übertragen und signalmäßig ausgewertet. Durch die mechanische Abnutzung der Potentiometer entstehen aber auch hier leicht Fehlerquellen.
Aufgabe der Erfindung war es deshalb, einen einfachen, preisgünstigen und störunanfälligen Positionsgeber zu finden, mit dem die Umsetzung einer mechanischen Position in ein zeilen- und spaltenmäßig aufgelöstet digitales Signal möglich ist.
Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.
Durch die Verwendung von magnetempfindlichen Schaltelementen, die in großer Stückzahl hergestellt werden, konnte ein sehr einfacher Aufbau des Positionsgebers erzielt werden. Es stehen zudem in vorteilhafter Weise digitale Signale für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung. Die Genauigkeit der Anlage kann weiterhin sehr einfach erhöht werden, indem zusätzliche Schaltelemente eingebaut werden. Durch einen Gleitschlitten, der am unteren Ende auf dem Steuerknüppel aufgesetzt ist, und der gleitend über die Schaltelemente fährt, ist eine störunanfällige Signalbildung möglich. Die eigentlichen Schaltelemente sind dabei auf einer Grundplatte angeordnet und vergossen. Da die Bewegung des Steuerknüppels magnetisch auf die Schaltelemente übertragen wird, also keine mechanische Berührung stattfindet, treten keine Abnutzungserscheinungen auf. Da die Schaltelemente als Sensormatrix angeordnet sind, stehen in vorteilhafter Weise am Ausgang Signale in bitparalleler Form zur Verfügung. Die Ansteuerung einer Cursorpositioniereinrichtung (Cursor = Merkzeichen für Schreibposition) für einen Bildschirm kann dadurch sehr einfach erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Positionsgebers wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Die Bewegung eines Steuerknüppels 1 in x- und Wr-Richtung (waagerecht und senkrecht) wird gemäß Fig. 1 auf einen Gleitschlitten 2 übertragen. Der Gleitschlitten 2 fahrt dabei über eine Vielzahl von Hallgeneratoren 3. Bei einem Hall-Generator wird ein Magnetfeld umgesetzt in ein proportionales elektrisches Signal. Die Hall-Generatoren 3 sind vergossen und auf der Oberseite mit einer Gleitfläche 4 abgedeckt. Die gesamte Anordnung ist von einem Gehäuse 5 umgeben. Die mechanischen Einzelheiten der Anordnung, wie Steuerknüppelführung und Lagerung, können in üblicher Weise ausgebildet werden und sind in der Fig. 1 nicht dargestellt.
In der Fig. 2 ist die erfindungsgemäße matrixartige Anordnung der Hall-Generatoren 3 gezeigt. Diese Hall-Generatoren sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zu jeweils 5 Stück in waagerechten Zeilen als Zo bis Zj und in sclakrecllten Spalten als So bis S4 angeordnet. Dadurch reben sich fünf bit-Informationen pro Zeile und fünf bit-Informationen pro Spalte. Am Ausgang der Matrix steht somit in paralleler Form ein 10-bit-Ausgangssignal an, das einen Zeilen- und Spaltenanteil aufweist. Die Hall-Generatoren weisen einen open-collector-Ausgang auf, so daß digitale Signale zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
Als Positionserkennung dient also eine Matrix, bestehend aus magnetisch betätigten, kontaktlosen Sensor-Sehaltern, die nach dem Hall-Prinzip. arbeiten. Der Steuerknüppel 1 als Positionsgeber bewegt dabei den Gleitschlitten 2 mit eingelassenem Dauermagneten über die Gleitfläche 4. Das Magnetfeld des Gleitschlittens 2 wirkt dann in senkrechter Form auf das Hall-Element 3 ein und induziert eine Spannung, die analog/digital umgesetzt und parallel ausgegeben wird.
Entsprechend der gewünschten Auflösung kann eine ueschiedliche Genauigkeit durch die Anzahl der verwendeten Hall-Generatoren und die Form des Dauermagneten erzielt werden. Da jeder Hall-Generator mit seiner bestimmten Position innerhalb der Matrix je ein Signal für die Zeile und für die Spalte ausgibt, kann je nach Komfort jede geforderte Genauigkeit erreicht werden. Für eine in allen Richtungen symmetrische Auflösung muß aber gewährleistet sein, daß eine ungerade Anzahl von Spalten und Zeilen vorhanden ist, denn die mittlere Zeile bzw.
Spalte ist üblicherweise als Nullstellung (Ruhelage) vorgesehen.
Anstelle von magnet-empfindlichen Schaltelementen können gegebenenfalls auch lichtempfindliche Elemente eingesetzt werden. Die Matrix besteht dann aus photoempfindlichen Bauteilen, während sich auf dem Gleitschlitten, also am unteren Ende des Steuerknüppels, ein stark gebündeltes Licht emittierendes Element befindet.
Die Matrix kann aber auch aus Sensoren bestehen, die beispielsweise vom menschlichen Finger beeinflußt werden und dadurch ihre Kapazität ändern.

Claims

A n 5 p r ü c h e Vierquadranten-Positionsgeber, bei dem eine x-y-Position in elektrische Signale umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet daR magnet-empfindliche Schaltelemente (3) matrixartig derart angeordnet sind, daß in Abhangigkeit von der mechanischen Stellung des Positionsgebers (1) ein digitales Signal parallel abgreifbar ist.
2. Vierquadranten-Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (3) kontaktlos arbeiten-.
3. Vierquadranten-Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehaltelemente (3) als Hall-Generatoren mit open-collector-Ausgang ausgebildet sind.