DE3912354C2 - Vorrichtung zur Ermittlung von Strecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­ mittlung von Strecken mit mindestens einer Rollkugel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind in den verschiedensten Ausführungsformen als soge­ nannte "Maus" für Personal Computer bekannt. In der Regel werden derartige "Mäuse" zur Positionierung des Cursors auf dem Bildschirm verwendet: Dabei folgt die Cursor-Ver­ schiebung hinsichtlich Größe und Richtung der Bewegung der Maus. Bekannt ist ein "Freihändig zu führendes Positionsdateneingabegerät für elektronische Datenverarbeitungsanlagen (Fachbezeichnung Computermaus) mit mechanisch-optischer oder mechanisch-magnetischer Erfassung des Bewegungsvektors "nach DE 34 07 131 A1". Zur Verringerung der Störanfälligkeit verzichtet diese Lösung auf verschleiß- und störanfällige mechanisch bewegte Teile. Um nicht von einer gemusterten Unterlage abhängig zu sein, wird dazu eine Rollkugel verwendet, die mit optisch oder magnetisch lesbaren Mustern versehen ist, so daß ihre Bewegung durch entsprechende Sensoren berührungs­ frei abgetastet werden kann. Weiter ist aus der DE 37 11 872 A1 ein "führbares Positionsdatenermittlungsgerät für elektronische Datenverarbeitungsanlagen (Digitalisierer) und Verfahren zur Ermittlung seiner absoluten Position" bekannt. Diese Lösung hat die Aufgabe gelöst, Veränderun­ gen des Drehwinkels der Achse zu einer gegebenen beliebi­ gen Grundlinie zu messen, woraus sich die Absolutposition eines bestimmten Punktes auf dem Digitalisierer bestimmen läßt.

Diese sowie bislang bekannten "Computer-Mäuse" eignen sich jedoch nicht - wie sich erfindungsgemäß gezeigt hat - zur Absolutvermaßung von Strecken, da das "Maus"- Ausgangssignal nicht exakt proportional der von der Rollkugel zurückgelegten Strecke ist. Dieses Phänomen wird in der Computertechnik allgemein hingenommen, da der Benutzer ja die Bewegung des Cursors auf dem Bildschirm verfolgt und entsprechend die "Maus" verfährt; erklärt wird dieses Phänomen in der Regel mit Schlupf zwischen der Rollkugel und der Oberfläche, auf der die "Maus" bewegt wird.

Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß Schlupf zwi­ schen der Rollkugel und der Oberfläche, auf der die Maus bewegt wird, gerade bei einer kostengünstigen Maus- Mechanik nicht der Hauptgrund für die nicht exakte Weg­ proportionalität ist. Der Schlupf zwischen der Rollkugel und der Oberfläche, auf der die Rollkugel bewegt wird, kann vielmehr bei geeigneter Materialwahl für die Rollkugel und hinreichend hohem Anpreßdruck in der Praxis vernachlässigt werden. Der wesentliche Grund für das Auftreten von Schlupf und damit die fehlende Weg-Pro­ portionalität ist vielmehr das Auftreten von Schlupf zwischen Rollkugel und dem Aufnehmer, der die Drehung der Rollkugel erfaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kosten­ günstige Vorrichtung zur Ermittlung von Strecken mit mindestens einer Rollkugel, die längs der zu ermittelnden Strecke bewegbar ist, anzugeben, die zur Absolutvermaßung der Strecke geeignet ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im An­ spruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Strecken mit mindestens einer Rollkugel gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 dadurch weitergebildet, daß in der Rollkugel wenigstens zwei stabförmige Magnete angeordnet sind, deren Achsen einen Winkel ungleich 0° einschließen, und daß die Sensoreinheit, die die Drehung der Rollkugel erfaßt, wenigstens zwei Magnetfeldempfind­ liche Sensoren aufweist, die das von den beiden Stabmagne­ ten erzeugte Magnetfeld erfassen. Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß die Drehung der Rollkugel schlupf- und hysteresefrei erfaßt werden kann. Dennoch kann sich die Rollkugel weiterhin frei drehen, so daß bei geeigneter Materialwahl für die Oberfläche der Rollkugel und hinreichend hohem Anpreßdruck der Schlupf zwischen Rollkugel und Oberfläche des Körpers, auf dem die Rollkugel bewegt wird, in der Praxis vernachlässigbar ist.

Gemäß Anspruch 2 sind in der Rollkugel zwei Stabmagnete vorgesehen, die einen 90°-Winkel einschließen. Hierdurch erhält man ein Magnetfeld, das sich vergleichsweise ein­ fach auswerten läßt, so daß der Rechenaufwand zur Ermitt­ lung der Größe und Richtung der Drehung der Rollkugel vergleichsweise klein ist. Damit ist eine "real time"- Erfassung der von der Rollkugel zurückgelegten Strecke mit einem handelsüblichen PC problemlos möglich.

Im Anspruch 3 ist eine bevorzugte Sensor-Anordnung für die im Anspruch 2 angegebenen Magnet-Anordnung gekennzeichnet: Gemäß Anspruch 3 sind vier Sensoren vorgesehen, die an den Ecken einer gleichseitigen Pyramide angeordnet sind, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Rollkugel zusammen­ fällt. Hierdurch erhält man Sensor-Signale, die nicht nur in einfacher Weise eine Ermittlung der Größe und der Richtung der Drehung der Rollkugel erlauben, sondern darüber hinaus auch noch Redundant sind, so daß Fehler weiter minimiert werden können.

Im Anspruch 4 ist eine bevorzugte Sensorausbildung gekenn­ zeichnet: Hallsensoren haben den Vorteil, daß ihre Signale problemlos mit typischen Elektronikschaltungen, wie sie in PC's gemäß Industriestandard verwendet werden, weiter­ verarbeitet werden können.

Im Anspruch 5 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekennzeichnet, die nicht nur die Bedienung vereinfacht, sondern darüber hinaus auch noch das Erkennen von reinen Drehungen um die Achse ermöglicht, ohne daß die dabei von der Vorrichtung zurückgelegte Strecke für die Berechnung der zu messenden Strecke auf dem Körper berücksichtigt wird.

Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei vonein­ ander beabstandete Rollkugeln auf, die beidseits der zu erfassenden Strecke auf den Körper aufsetzbar sind, und denen jeweils eine Sensoreinheit zugeordnet ist. Die Steuereinheit berechnet aus den Ausgangssignalen beider Sensoreinheiten die zurückgelegte Strecke, so daß die bei Drehun­ gen der Vorrichtung um die eigene Achse zurückge­ legten Strecken von der Steuereinheit erkannt und leicht eliminiert werden können.

Die im Anspruch 5 angegebenen Ausbildung hat darüber hinaus den Vorteil, daß sie leicht zu handhaben ist.

Die Handhabung der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 wird durch die im Anspruch 6 angegebene Ausbildung weiter verbessert, gemäß der eine dritte Rollkugel (ohne zugeordnete Sensor­ einheit), vorgesehen ist, die der "Abstützung" der Vor­ richtung dient, so daß die Vorrichtung von der Bedienungs­ person nicht gehalten, sondern lediglich verschoben werden muß. Darüberhinaus erlaubt diese Weiterbildung auch die Vermaßung von gekrümmten Flächen, da durch die "3-Punkt- Auflage" die erfindungsgemäße Vorrichtung auch über ge­ krümmte Flächen exakt verschoben werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich selbstver­ ständlich nicht nur zur Absolutvermaßung von Strecken, sondern kann auch dazu dienen, weitere Sensoren zu tragen, die Eigenschaften des Körpers längs der von der Vorrich­ tung zurückgelegten Strecke erfassen (Anspruch 7).

Dabei ist es bevorzugt, wenn der weitere Sensor in der Mittelebene zwischen den beiden gemäß Anspruch 5 vorge­ sehenen Rollkugeln angeordnet ist, da dann die Vorrichtung besonders stabil verschiebbar ist (Anspruch 8).

Dieser weitere Sensor kann beispielsweise ein Rißsensor sein, der einen Riß beispielsweise in Strukturteilen einer Tragfläche eines Flugzeugs erfaßt. Verschiebt die Bedie­ nungsperson entsprechend dem Ausgangssignals des Riß­ sensors die erfindungsgemäße Vorrichtung, so kann leicht die Länge des Risses und damit der Gefährdung des Flugzeu­ ges durch den Riß ermittelt werden. Selbstverständlich ist die Art des weiteren Sensors nicht auf den genannten Riß­ sensor beschränkt: Beispielhaft sind in den Ansprüchen 9 und 10 noch die Kontaminationssensoren, Dickensensoren oder Sensoren angegeben, die die Zusammensetzung des Körpers ermitteln.

Natürlich ist es auch möglich, lediglich eine Lupe vorzu­ sehen, die den Bereich des Körpers, längs dem die Vorrich­ tung verschoben wird, vergrößert zeigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben in der zeigen:

Fig. 1a und 1b die Anordnung der Magnete in einer Roll­ kugel in einer Seitenansicht und einer Draufsicht, und

Fig. 2a und 2b die Anordnung der Sensoren um eine der­ artige Rollkugel.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht (Teilfigur a) und einer Draufsicht (Teilfigur b) eine Rollkugel 1, in deren Inneren zwei Stabmagnete (2 und 3) angeordnet sind. Die Stabmagnete sind jeweils mit gleichem Abstand vom Mittel­ punkt der Rollkugel parallel zu einer Meridianebene ange­ ordnet. Die Achsen der Stabmagnete schließen einen 90°- Winkel ein.

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht (Teilfigur a) und einer Draufsicht (Teilfigur b) eine erfindungsgemäße Vorrichtung (4) mit einer Rollkugel (1). An den Spitzen einer gleichseitigen Pyramide, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Rollkugel (1) zusammenfällt, sind vier Sensoren (5 bis 9) angeordnet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Hall-Sensoren sind.

Die Sensoren (5 bis 9) erfassen die Änderung des von den Magneten (2 und 3) erzeugten Magnetfeldes aufgrund einer Drehung der Rollkugel (1). Die Ausgangsanschlüsse der Hall- Sensoren sind mit einer nichtdargestellten Steuereinheit verbunden, die aus den Ausgangssignalen der vier Sensoren die Größe der Drehung sowie die Lage der Drehachse bezogen auf ein "kugeleigenes" Koordinatensystem ermittelt. Hier­ aus berechnet dann die Steuereinheit, die beispielsweise einen handelsüblichen PC aufweisen kann, die von der Roll­ kugel (1) zurückgelegte Strecke.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ ken beschrieben worden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Ermittlung von Strecken mit mindestens einer Rollkugel, die längs der zu ermittelnden Strecke bewegbar ist und deren Drehung eine Sensoreinheit erfaßt, deren Ausgangssignal an eine Steuereinheit angelegt ist, die die von der Rollkugel zurückgelegte Strecke berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rollkugel wenigstens zwei stabförmige Magnete angeordnet sind, deren Achsen einen Winkel # 0° einschließen, und daß die Sensoreinheit wenigstens zwei magnetfeldempfind­ liche Sensoren aufweist, die das von den beiden Stabmagne­ ten erzeugte Magnetfeld bei Drehung der Kugel schlupf- und hysteresefrei erfassen, der Schlupf zwischen Rollkugel und Oberfläche des Körpers, auf dem die Rollkugel bewegt wird, vernachlässigbar ist, die Bewegung von einer Steuereinheit erfaßt und in die durch die Kugel zurückgelegte Strecke umgerechnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stabmagnete vorgesehen sind, die einen 90°-Winkel einschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Sensoren vorgesehen sind, die gleichen Abstand vom Mittelpunkt der Rollkugel und untereinander jeweils einen Winkelabstand von 120° haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Hallsensoren sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander beabstandete Rollkugeln derart angeordnet sind, daß sie beiderseitig der zu erfassenden Strecke auf den Körper aufgesetzt werden können, den Rollkugeln jeweils eine Sensoreinheit zugeordnet ist und aus den Ausgangssignalen beider Sensoren die zurückgelegte Strecke von der Steuereinheit unter Ausschaltung des Weges berechnet wird, den die Vorrichtung bei Drehungen um die eigene Achse zurücklegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Rollkugel vorgese­ hen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor vorgesehen ist, der Eigenschaften des Körpers erfaßt, auf dem die Rollkugel(n) abrollt (abrollen).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 5 oder 7 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor in der Mittelebene zwischen den beiden Rollkugeln vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor ein Riß­ sensor, ein Dekontaminationssensor oder ein Dickensensor ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor die Zusam­ mensetzung des Körpers ermittelt.