DE3943406A1 - Verfahren zur bestimmung gitterbezogener koordinaten in digitalisiergeraeten - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten in Digitalisiergeräten, in denen die ermittelten Koordinaten möglichst unabhängig von elektronischen Verzögerungszeiten der Treiber- und Empfängerschaltungen und deren Schwankungen und eng mit dem Gitter der Meßplatte verbunden sind. Beim Digitalisieren in der Bewegung sollen möglichst wenig Verzerrungen der Meßspuren entstehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im US-P 36 47 963 werden Anordnungen beschrieben, in denen die Koordinaten auf einer Arbeitsfläche dadurch bestimmt werden, daß in der Arbeitsfläche mäanderförmige Leitergitter angeordnet sind und die Position einer spulenförmigen Sonde ermittelt wird. Die Kopplung zwischen Sonde und Gitter erfolgt hier auf magnetischem Wege.

Die Koordinate wird dabei so gewonnen, daß die Sonde durch einen Strom erregt wird und mit dem Gitter ortsabhängige Signale aufgenommen werden. Die aufgenommenen Signale werden in weiteren elektronischen Schaltungen, wie Phasenschieber, Verstärker, Filter, Nulldurchgangsdetektoren, weiter aufbereitet, so daß am Ende ein Signal vorhanden ist, das in gewissen Gültigkeitsbereichen eine der räumlichen Verschiebung der Sonde entsprechende zeitliche Verschiebung gegenüber einem Bezugssignal besitzt. Abgesehen von der periodischen Mehrdeutigkeit infolge des mäanderförmigen Gitters kann auch selbst innerhalb eines kleinen eindeutigen Bereichs kein absoluter Bezug zwischen Gitter und Sonde hergestellt werden. Das hat seine Ursache in den Verzögerungszeiten der oben genannten elektronischen Schaltungen. Diese und ganz besonders deren Schwankungen z. B. durch Einwirkung von Temperatur, Alterung, Bauelemente- oder Baugruppenwechsel wirken ebenfalls wie eine räumliche Verschiebung der Sonde.

Nur durch den Einsatz hochwertiger, engtolerierter und gegen Umwelteinflüsse unempfindlicher Bauelemente oder durch Justierarbeitsgänge lassen sich diese Einflüsse einengen. Die Ermittlung der x- und der y-Koordinatenwerte erfolgt im allgemeinen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, um Schaltungsaufwand zu sparen und eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Messungen zu vermeiden. Beim Digitalisieren in der Bewegung hat das zur Folge, daß x- und y-Wert nicht vom gleichen Punkt der Arbeitsfläche stammen. Der resultierende Punkt liegt folglich bei einer Bewegung schräg zu den Koordinatenachsen nicht mehr auf der Bewegungsspur, sondern je nach Bewegungsgeschwindigkeit der Sonde und Meßzeitabstand mehr oder weniger seitlich versetzt.

Desweiteren sind Vorrichtungen zur Koordinatenbestimmung bekannt, beispielsweise nach DD 2 15 650 bzw. DD 2 14 234. Sie bestehen aus einer Gitteranordnung, der Sonde, deren Position bezogen auf die Gitteranordnung ermittelt werden soll, sowie elektronischen Schaltungen zur Speisung der Gitteranordnung und Auswertung des durch die Sonde aufgenommenen Signals. Dabei wird durch die Gitteranordnung und deren Ansteuerung ein magnetisches Feld erzeugt. In der Sonde wird hierdurch ein Signal erzeugt. In Verstärker- und Filterschaltungen weiter aufbereitet, entspricht dessen zeitliche Verschiebung gegenüber einem festen Bezugssignal der räumlichen Verschiebung der Sonde auf der Meßplatte mit der Gitteranordnung. Nachteilig ist dabei die Tatsache, daß sich die Verzögerungszeiten der elektronischen Schaltungen, wie z. B. der Impedanzen der Sonde, der Verstärker- und Filterschaltungen, wie eine räumliche Verschiebung der Sonde gegenüber der Gitteranordnung auswirken. Besonders nachteilig wirken sich jedoch die unweigerlichen Schwankungen dieser Verzögerungszeiten aus. Insbesondere sind das Bauelementetoleranzen, die Einflüsse von Temperatur, Alterung oder der Wechsel der Sonde oder von Baugruppen.

Herkömmlich lassen sich diese Einflüsse nur durch hochwertige, engtolerierte und gegen Umwelteinflüsse unempfindliche Bauelemente oder durch Justierarbeitsgänge einengen. Bereits in DE-OS 29 36 975 wird auf diese Problematik eingegangen. Durch eine zusätzliche Referenzmessung wird eine von der Sondenposition unabhängige Zeit ermittelt, die im wesentlichen die elektronischen Verzögerungszeiten mißt. Dazu wird die Sonde vom Verstärkereingang getrennt und über ein Anpassungsnetzwerk ein Bezugssignal eingekoppelt.

Dieses Verfahren hat jedoch folgende Nachteile:
Für das Abtrennen der Meßsonde und die Einkopplung des Bezugssignals ist elektronischer Aufwand erforderlich. Da der Referenzmeßwert direkt in die Meßgenauigkeit eingeht, muß er mit der gleichen Genauigkeit wie der eigentliche Koordinatenwert ermittelt werden und erfordert den gleichen Meßzeitbedarf. Dadurch sinkt die mögliche Koordinatenpunktrate, ohne einen Beitrag zur Verbesserung des Stör-Nutzsignalverhältnisses zu liefern.

Weil die Sonde bei der Referenzmessung abgetrennt ist, gehen ihre Parameter und deren Schwankungen nicht in die Referenzmessung ein und können folglich auch nicht eliminiert werden. Die durch das Einkoppelnetzwerk für das Bezugssignal simulierten Eingangsbedingungen entsprechen nicht den tatsächlichen Feldbedingungen, unter denen die Sonde arbeitet.

Die Ermittlung der x- und y-Koordinatenwerte erfolgt im allgemeinen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, um Schaltungsaufwand zu sparen und eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Messungen zu vermeiden. Beim Digitalisieren in der Bewegung hat das zur Folge, daß der x- und y-Wert nicht vom gleichen Punkt der Arbeitsfläche stammen. Der resultierende Punkt liegt folglich bei einer Bewegung schräg zu den Koordinatenachsen nicht mehr auf der Bewegungsspur, sondern je nach Bewegungsgeschwindigkeit der Sonde und dem Meßzeitabstand mehr oder weniger seitlich versetzt.

Nach DE-OS 29 36 975 wird dazu weiterhin vorgeschlagen, die Fehler beim Digitalisieren aus der Bewegung dadurch zu vermindern, daß durch zusätzliche Zeitmessungen zwischen den Zeitpunkten zweier aufeinanderfolgender, vollständiger Koordinaten und aus der Versatzzeit zwischen x- und y-Messung sowie dem Abstand des alten vom neuen x-Meßwert eine x-Korrektur berechnet wird. Dafür ist jedoch zusätzlicher Schaltungsaufwand für die Zeitmessung und zusätzlicher Rechenaufwand für die Berechnung der Korrekturwerte erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem die Genauigkeit der Bestimmung gitterbezogener Koordinaten in Digitalisiergeräten erhöht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, die Position der Sonde zur Gitteranordnung möglichst unabhängig von Schwankungen der Eigenschaften der elektronischen Schaltungen und der Sonde sowie möglichst frei von Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung zu bestimmen.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten, insbesondere in genau messenden Digitalisiergeräten mit einer Arbeitsfläche, die ein Leitergitter enthält, dessen für die Koordinatenbestimmung wesentliche Leiterteile senkrecht zur Koordinatenachse angeordnet sind, mit einer oder mehreren Sonden, deren Position auf dem Leitergitter zu bestimmen ist, mit elektrischer oder magnetischer Kopplung zwischen Leitergitter und Sonde, wobei entweder die Sonde oder das Leitergitter erregt und im Leitergitter oder in der Sonde zeitliche Signale gebildet werden, die anschließend in elektronischen Schaltungen weiterverarbeitet werden, deren zeitliche Verschiebung gegenüber einem Referenzsignal der räumlichen Verschiebung auf der Arbeitsfläche proportional ist und zur Koordinatenbestimmung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koordinatenachse mindestens eine Vorwärts- und eine Rückwärtsmessung vorgenommen wird. Um darüber hinaus Verzerrungen der Meßspur beim Digitalisieren in der Bewegung weitgehend zu eliminieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Reihenfolge der Teilmessungen xyyx bzw. yxxy ist.

Die erfinderische Lösung baut auf der Erkenntnis auf, daß sich die störenden Verzögerungszeiten durch die Einführung einer zusätzlichen besonderen Koordinatenbestimmung eliminieren lassen und daß sich durch eine besondere Reihenfolge der Teilmessungen auch die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung stark vermindern lassen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung, bei der die Sonde periodisch erregt wird,

Fig. 2 die Ursachen der Verzerrung der Meßspur beim Messen in der Bewegung mit den verzerrten, scheinbaren Meßspuren 18 und 19,

Fig. 3a bis 3f eine ruhende Sonde und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten,

Fig. 4a, 4b ein mögliches Abtastschema für das Gitter einer Koordinatenachse bei der Vorwärtsmessung bzw. bei der Rückwärtsmessung,

Fig. 5a bis 5d eine während der Messung bewegte Sonde und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten,

Fig. 6, wie sich durch eine besondere Reihenfolge der Teilmessungen die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung vermindern,

Fig. 7a die Leiteranordnung des x-Gitters in der Arbeitsfläche,

Fig. 7b die durch die Sonde im Gitter induzierten Impulse,

Fig. 7c die durch Verstärkung und Filterung gewonnene Hüllkurve,

Fig. 7d mit Hilfe des Nulldurchgangsdetektors gewonnenes Stopsignal für den Zähler,

Fig. 8 eine Vorrichtung, bei der die Gitteranordnung elektrisch angesteuert wird,

Fig. 9a eine 3phasige Gitteranordnung einer Koordinatenachse,

Fig. 9b eine Grundstruktur der Gitteranordnung,

Fig. 9c eine vereinfachte Darstellung einer 4phasigen Gitteranordnung,

Fig. 10a die zeitliche Verschiebung der Ströme für die Speisung einer 4phasigen Gitteranordnung bei der Vorwärtsmessung,

Fig. 10b die zeitliche Verschiebung der Ströme für die Speisung einer 4phasigen Gitteranordnung bei der Rückwärtsmessung,

Fig. 11a einen Mäander und die Sonde,

Fig. 11b das idealisierte Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Vorwärtsmessung, das der Position der Sonde entsprechen würde,

Fig. 11c das reale Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Vorwärtsmessung,

Fig. 11d das idealisierte Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Rückwärtsmessung, das der Position der Sonde entsprechen würde,

Fig. 11e das reale Signal am Nulldurchgangsdetektor bei der Rückwärtsmessung,

Fig. 11f verschiedene Koordinatenwerte,

Fig. 12 eine während der Messung bewegte Sonde und die zur Koordinatenbestimmung einer Achse wichtigen Zeiten,

Fig. 13 wie sich durch eine besondere Reihenfolge der Teilmessungen die Verzerrungen der Meßspur beim Messen in der Bewegung vermindern.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Koordinatenbestimmen. Sie besteht aus einer Arbeitsfläche 1 und einem darin befindlichen Gitter 3, zu dem die Position einer spulenförmigen Sonde 2 bestimmt werden soll. Dazu wird die Sonde 2 periodisch aus einer Stromquelle 12 erregt, wodurch in den Leitern des Gitters 3 Spannungsimpulse induziert werden. Über die Auswahlschaltungen 10 bzw. 11 werden die induzierten Spannungsimpulse auf einen Verstärker 4 und einen Filter 5 gegeben. Durch eine Steuerlogik 9 wird dabei die im Bild 4a angedeutete Reihenfolge des Abtastens der einzelnen Leiter der Gitteranordnung sichergestellt. Der Filter 5 hat die Aufgabe, störende Frequenzen abzusieben und den aufgenommenen Spannungskurvenzug zu glätten. Im angeschlossenen Nulldurchgangsdetektor 6 wird daraus ein Stopsignal gebildet, das den Zähler 7 anhält, der damit ein Zählergebnis enthält, aus dem auf die Position der Sonde 2 auf der Arbeitsfläche 3 geschlossen werden kann. Der Zählvorgang wurde mit Beginn der Stromimpulse durch die Sonde 2 von der Steuerlogik 9 an die Impulsquelle 8 angeschaltet. In Fig. 7a ist ein Teil des x-Gitters der Arbeitsfläche 1 mit den Leitern L 1 . . . Ln und der Sonde 2 dargestellt. Wenn die Leiter L 1 . . . Ln entsprechend dem Abtastschema nach Fig. 4a an den Eingang des Verstärkers 4 geschaltet werden, dann bildet sich eine Spannungsimpulsfolge, wie sie in Fig. 7b angedeutet sind. Um auch Positionen der Sonde 2 zwischen den Leitern durch Interpolation bestimmen zu können, wird der Spannungskurvenzug geglättet, und es entsteht die Hüllkurve 50 von Fig. 7c. Der Zeitpunkt ihres Nulldurchganges ist ein Maß für die Position der Sonde 2 zum Gitter 3. Zu bemerken ist, daß sich durch die Verstärkung und Glättung der Nulldurchgang der Hüllkurve 50 gegenüber der tatsächlichen Polaritätsumkehr der induzierten Spannung verspätet hat. Folglich wird auch der Zähler 7 durch das vom Nulldurchgangsdetektor 6 gebildete Stopsignal 51 (Fig. 7d) zu spät gestoppt.

In Fig. 3a . . . 3c ist das nochmals verdeutlicht. Entsprechend dem Abstand der Sonde 2 von der linken räumlichen Bezugskante 25 müßte das Stopsignal 51 in Fig. 7d die zeitliche Länge 27 in Fig. 3b haben. Durch die Verzögerungen in den elektronischen Schaltungen erhöht sie sich jedoch um den Betrag 28 und kann durch Bauelementetoleranzen und Umwelteinflüsse auch noch um den Betrag 29 schwanken. Anstelle der tatsächlichen Position 37 (Fig. 3f) der Sonde 2 wird also die scheinbare Position 38 bis 39 ermittelt. Diese Position wurde durch eine Abtastfolge der Leiter in Koordinatenrichtung gewonnen, und der Meßvorgang soll deshalb Vorwärtsmessung genannt werden.

In Fig. 4b ist eine Schaltfolge dargestellt, in der die Leiter in umgekehrter zeitlicher Folge abgetastet werden. Hier wird der Zählvorgang mit dem Aufruf des Leiters L 8 gestartet und wieder mit dem Nulldurchgang der sich dabei ergebenden Hüllkurve gestoppt. Weil sich hierbei das Abtasten der Leiter vom rechten Rand entgegen der Koordinatenrichtung fortpflanzt, soll der Meßvorgang Rückwärtsmessung genannt werden. Um die Ergebnisse der beiden Teilmessungen anschaulicher darzustellen, wurde bei der Rückwärtsmessung in Fig. 3d, 3e die Richtung der Zeitachse als nach links positiv gewählt. Gleichzeitig wurden die Bezugspunkte auf den rechten Rand gelegt. Die Maßstäbe für die räumlichen und zeitlichen Längen wurden so gewählt, daß die zeitliche Verschiebung des Stopsignals 51 der räumlichen Verschiebung der Sonde 2 entspricht. So ist leicht zu erkennen, daß sich bei Verschiebung der Sonde 2 in Fig. 3a nach rechts die Zeiten 27, 30, 31 der Vorwärtsmessung vergrößern und die Zeiten 32, 35, 36 der Rückwärtsmessung verkleinern, in der Darstellung also mit der Sonde 2 mitwandern. Wenn sich jedoch bei ruhender Sonde 2 die Verzögerungszeit z. B. vergrößert, dann verlängert sich sowohl die Stopzeit der Vorwärtsmessung 30 auf 31 als auch die Stopzeit der Rückwärtsmessung von 35 auf 36. Da die Vorwärts- und die Rückwärtsmessung in sehr kurzen Zeitabständen vorgenommen werden, kann man die Verzögerungszeiten praktisch als gleich groß betrachten. Durch eine Mittelwertbildung aus den mittels der Vorwärtsmessung und der Rückwärtsmessung gewonnenen Koordinaten xV, xR läßt sich der Einfluß der elektronischen Verzögerungszeiten eliminieren und die Position der Sonde 2 unmittelbar zum Gitter bestimmen.

Fig. 3f zeigt die Koordinatenwerte xV, xR und den auf den linken Rand des Gitters bezogenen, gitterbezogenen Koordinatenwert xG. Er ergibt sich zu

xG = (xV-xR) 2 + M/2

M ist eine Konstante, die hier den Abstand der beiden Bezugskanten 25 und 26 angibt.

Um die vollständige x-y-Koordinate der Sonde zu ermitteln, wird für die gitterbezogene Koordinate yG das gleiche Verfahren angewendet. Ein Punkt auf der Arbeitsfläche wird also durch 4 Teilmessungen gewonnen.

Die Tatsache, daß der Koordinatenwert jeder Achse praktisch zweimal ermittelt wird, erlaubt eine einfache Möglichkeit, die Verzerrungen der Meßspur der Sonde 2 zu vermindern.

Fig. 5 zeigt die Verhältnisse, wenn sich die Sonde 2 zwischen Vorwärts- und Rückwärtsmessung verschiebt. Fig. 5b zeigt das Stopsignal 30 während der Vorwärtsmessung, die die scheinbare Koordinate xV in Fig. 5d liefert. Bis zum Zeitpunkt der Rückwärtsmessung möge eine Zeit verstreichen, während der die Sonde 2 ihren Ort verändert, was in Fig. 5a gestrichelt dargestellt wurde. Die Rückwärtsmessung liefert den Wert xR. Wo die aus xV und xR ermittelte gitterbezogene Koordinate xG liegt, zeigt Fig. 5d. Sie liegt zwischen den beiden tatsächlichen Sondenpositionen 43 und 44. Durch die Mittelwertbildung, um die elektronischen Verzögerungszeiten zu eliminieren, wird gleichzeitig auch ein Mittelwert bei Ortsveränderung der Sonde 2 gebildet.

Für die gitterbezogene Koordinate ist es ohne Bedeutung, ob zuerst die Vorwärts- oder die Rückwärtsmessung vorgenommen wird. In Fig. 6 ist aufgezeigt, welche Koordinatenwerte aufgenommen werden, wenn die Meßwerte in der Folge xV-yV- yR-xR aufgenommen werden und sich die Sonde 2 auf der schrägen Meßspur 17 bewegt. Das erste Meßwertpaar xV, yV würde eine Position 47 ergeben, die nicht auf der Meßspur 17 liegt. Das nächste Meßwertpaar wird in umgekehrter Reihenfolge yR, xR aufgenommen. Dadurch liegt die scheinbare Sondenposition im Punkt 48 ebenfalls abseits der Meßspur 17. Weil jedoch zuerst die y-Messung erfolgt, befindet sich der Punkt 48 unterhalb der tatsächlichen Meßspur 17. Durch die anschließende Berechnung der gitterbezogenen Koordinate xG, yG aus xV, yV, yR und xR liegt der resultierende Punkt 49 wieder auf der Meßspur 17 oder wesentlich dichter daran als die Teilmessungen. Durch eine Meßreihenfolge x-y-y-x oder y-x-x-y werden also die in Fig. 2 dargestellten Verzerrungen der Meßspuren stark vermindert, ohne daß ein zusätzlicher Aufwand entsteht. Um die Auswirkung der Meßreihenfolge auf die Meßspur anschaulich zu gestalten, wurden in Fig. 6 die elektronischen Verzögerungszeiten 28 und 33 vernachlässigt. Sie würden natürlich noch einen weiteren Versatz der scheinbaren Positionen bringen und die Darstellung und Auswertung stark komplizieren. Da aber durch die Vor-Rückwärtsmessungen diese Anteile ohnehin herausfallen, ist die gewählte Betrachtungsweise zulässig.

Die neue Koordinate xG, yG besitzt gegenüber den Koordinaten xV, yV und xR, yR eine neue Qualität. Sie ist nämlich in hohem Maße von den elektronischen Schaltungen und deren schwankenden Eigenschaften unabhängig und eng mit dem Gitter verbunden.

Das Verfahren ist gleichermaßen in Koordinatenbestimmungsvorrichtungen anwendbar, die zur Kopplung zwischen Sonde und Gitter magnetische oder elektrische Felder ausnutzen. Auch können die Bezugskanten und -zeiten ganz anders gelegt werden. Ebenso ist die Verdrahtung des Gitters auf andere Weise möglich, z. B. in Form von Mäandern.

In Fig. 8 wird zur Erläuterung des Verfahrens eine bekannte Vorrichtung zur Koordinatenbestimmung dargestellt, bei der die Gitteranordnung elektrisch angesteuert wird. Sie weist eine Arbeitsfläche 101, eine Sonde 102 und eine Gitteranordnung 103 auf. Die Sonde 102 ist über einen Verstärker 104 und einen Filter 105 mit einem Nulldurchgangsdetektor 106 verbunden. Mit einem Zähler 107 sind neben dem Nulldurchgangsdetektor 106 eine Impulsquelle 108 und die Steuerlogik 109 verbunden. Die Steuerlogik 109 ist außerdem mit den x-Stromquellen 110 und den y-Stromquellen 111 zur Ansteuerung der Gitteranordnung 103 verbunden. Mit Hilfe der Vorrichtung werden die x-y-Koordinaten eines Punktes in der Arbeitsfläche 101 ermittelt. Dabei wird die Gitteranordnung 103 über die x- und die y-Stromquellen 110, 111 elektrisch angesteuert. Sie erhalten von der Steuerlogik 109 die zur Ansteuerung der Gitteranordnung 103 benötigten Stromimpulse. Liefern die x-, y-Stromquellen 110, 111 Stromimpulse, so wird ein sich zeitlich und räumlich änderndes Magnetfeld auf der Arbeitsfläche 101 erzeugt, das sich längs einer Koordinatenachse wellenförmig ausbreitet. Dieses Magnetfeld induziert in der Sonde 102 eine Spannung, die über den Verstärker 104 auf den Filter 105 geleitet wird. Im Filter 105 werden Störungen und störende Oberschwingungen der induzierten Spannung beseitigt. Das entstörte Ausgangssignal vom Filter 105 gelangt zum Nulldurchgangsdetektor 106, der den Nulldurchgang der induzierten Spannung erkennt und den Zähler 107 stoppt. Der Zähler 107 ist zu Beginn der Messung durch die Steuerlogik 109 rückgesetzt worden. Seine Zählimpulse erhält er von der Impulsquelle 108, deren Impulse auch der Steuerlogik 109 zugeführt werden. Der gestoppte Zähler 107 enthält nach der Messung eine Zahl, die der Zeit entspricht, welche vom Startpunkt bis zum Nulldurchgang der induzierten Spannung vergangen ist. Daraus läßt sich in einer Verarbeitungseinheit 150 ein Koordinatenwert der Sonde 102 ableiten. In Fig. 9a ist der Aufbau der Gitteranordnung für eine Koordinatenachse bei einem 3phasigen System dargestellt. Dabei besteht jede der 3 Grundstrukturen 115 (Fig. 9b) aus einem Mäander 112 mit der Mäanderweite FB und zwei Rückleitern 113, 114. Die 3 Grundstrukturen sind in bekannter Weise gleichmäßig gegeneinander versetzt.

In Fig. 9c ist eine 4phasige Gitteranordnung vereinfacht dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber wurden nur die für die folgenden Erläuterungen wesentlichen Mäander 112 gezeichnet.

Anhand von Fig. 11a . . . 11f soll die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden. Fig. 11a stellt die Sonde 102 auf der Arbeitsfläche 101 von Fig. 8 dar. Die räumliche Orientierung zur Gitteranordnung 103 wird durch den Mäander A gekennzeichnet. Wenn die Gitteranordnung nach Fig. 9c durch Ströme entsprechend der Fig. 10a gespeist wird, bildet sich ein wanderndes Magnetfeld aus, das sich in Richtung der positiven x-Achse ausbreitet. Dabei wird in der Sonde 102 ein Signal erzeugt, das in den nachfolgenden elektronischen Schaltungen wieder zu einem Rechtecksignal aufbereitet wird. Der Nulldurchgangsdetektor 106 möge dabei die fallende Flanke dieses Signals auswerten und den Zähler 107 stoppen.

In Fig. 11b ist der Signalverlauf für den Fall dargestellt, daß die elektronischen Schaltungen 104, 105, 106 (Fig. 8) keine Verzögerungszeit besitzen. Dabei wurden in Fig. 11a . . . 11f die Weg- und Zeitmaßstäbe so gewählt, daß die Periodenlängen übereinstimmen. Dadurch ergibt sich ein übersichtlicher Zusammenhang zwischen Meßzeit und Meßweg. Beim Verschieben der Sonde 102 verändert sich gleichsinnig auch die Stopzeit 120. Diese Betriebsart soll als Vorwärtsmessung und die x-Meßwerte sollen mit xV bezeichnet werden (Fig. 11f). In realen elektronischen Schaltungen treten natürlich Signalverzögerungen 121 auf, wie das in Fig. 11c dargestellt ist. Aus der realen Stopzeit 122 ergibt sich also eine Sondenposition 127, die rechts von der tatsächlichen Position 126 in Fig. 11f liegt. Durch Schwankung der Signalverzögerung 121, die in Fig. 11c gestrichelt angedeutet ist, ergibt sich folglich auch eine andere ermittelte Sondenposition 128, obwohl sich die tatsächliche Sondenposition 126 nicht verändert hat.

In Fig. 10b ist ein weiteres Impulsbild für die Speisung des gleichen Gitters dargestellt. Das sich damit über dem Gitter ausbildende Magnetfeld wandert ebenfalls entlang der x-Achse. Aufgrund der besonderen zeitlichen Schaltreihenfolge ist die Ausbreitungsrichtung jedoch der x-Richtung entgegengesetzt. Diese magnetische Welle induziert in der Sonde 102 ebenfalls ein Signal, das zur Positionsmessung verwendbar ist. In Fig. 11d ist das zur Fig. 11b analoge Signal dargestellt. Zu beachten ist bei der Darstellung die gegenüber Fig. 11b entgegengesetzt definierte Richtung der Zeitachse und die Lage des Bezugspunktes. Während sich bei der Vorwärtsmessung beim Verschieben der Sonde 102 nach rechts, also einer Vergrößerung von x, die Stopzeit 120 ebenfalls vergrößerte, verringert sich jetzt die Stopzeit 123 vom Bezugszeitpunkt zur fallenden Flanke des Signals. Durch die gewählte Form der Darstellung fällt die fallende Flanke des idealisierten Signals von Fig. 11d wieder auf den Punkt der tatsächlichen Sondenposition 126. Die Position der Sonde 102 läßt sich also auch aus der Stopzeit 123 ermitteln, wenn der rechte Rand des Meßbereichs FB als Bezugspunkt verwendet wird, wenn gewissermaßen vom Ende des Meßbereichs FB rückwärts gemessen wird. Diese Betriebsart soll deshalb als Rückwärtsmessung bezeichnet werden. Sie liefert die auf den rechten Rand des Meßbereiches FB bezogenen x-Meßwerte xR (Fig. 11f).

Auch bei der Rückwärtsmessung wirken in der realen elektronischen Schaltung die Verzögerungszeiten. Da sie stets positiv sind, vergrößern sie die von der Sondenposition abhängige Stopzeit 123 um den Betrag 124, so daß sich anhand der realen Stopzeit 125 die Sonde scheinbar auf der Position 129 befindet.

Fig. 11f läßt erkennen, daß sich durch Kombination der beiden Meßwerte xV und xR der Einfluß der Verzögerungszeiten 121 und 124 eliminieren und die tatsächliche Position xG der Sonde 102 ermitteln läßt:

xG = (xV + FB-xR)/2

Die Wirkungsweise des Verfahrens wurde hier anhand eines Meßbereiches erläutert, der nur eine Mäanderweite FB umfaßt. Es ist auch auf größere Meßbereiche mit mehreren räumlichen Mäandern anwendbar, wobei die Mehrdeutigkeit der Meßwerte zu berücksichtigen ist. Dazu kann wie bekannt ein Hilfsgitter verwendet werden, das eine großräumige, grobe Koordinatenbestimmung auf der Arbeitsfläche 101 ermöglicht und den mit dem Mäandergitter ermittelten genauen, aber mehrdeutigen Meßwert eindeutig zuordnet.

Diese y-Koordinate wird analog dem oben für x beschriebenen Verfahren ermittelt.

Eine Koordinate auf der Arbeitsfläche 101 wird durch 4 Teilmessungen gewonnen.

Die Tatsache, daß der Koordinatenwert jeder Achse praktisch zweimal ermittelt wird, erlaubt eine einfache Möglichkeit, die Verzerrungen der Meßspur der Sonde 102 zu vermindern.

Fig. 12a . . . d zeigen die Verhältnisse, wenn sich die Sonde 102 zwischen Vorwärts- und Rückwärtsmessung verschiebt. Fig. 12b zeigt das reale Stopsignal 130 während der Vorwärtsmessung, die die scheinbare Koordinate xV in Fig. 12d liefert. Bis zum Zeitpunkt der Rückwärtsmessung möge eine Zeit verstreichen, während der die Sonde 102 ihren Ort verändert, was in Fig. 12a gestrichelt dargestellt wurde. Die Rückwärtsmessung liefert anhand der Stopzeit 142 den Wert xR. Wo die aus xV und xR ermittelte gitterbezogene Koordinate xG liegt, zeigt Fig. 12d. Sie liegt zwischen den beiden tatsächlichen Sondenpositionen 143 und 144. Durch die Mittelwertbildung, um die elektronischen Verzögerungszeiten zu eliminieren, wird gleichzeitig auch ein Mittelwert bei Ortsveränderung der Sonde 102 gebildet.

Für die gitterbezogene Koordinate ist es ohne Bedeutung, ob zuerst die Vorwärts- oder die Rückwärtsmessung vorgenommen wird. In Fig. 13 ist aufgezeigt, welche Koordinatenwerte aufgenommen werden, wenn die Meßwerte in der Folge xV-yV- yR-xR aufgenommen werden und sich die Sonde 102 auf der schrägen Sondenspur 17 bewegt. Das erste Meßwertpaar xV, yV würde eine scheinbare Position 147 ergeben, die nicht auf der Sondenspur 17 liegt. Das nächste Meßwertpaar wird in umgekehrter Reihenfolge yR, xR aufgenommen. Dadurch liegt die scheinbare Sondenposition im Punkt 148 ebenfalls abseits der Sondenspur 17. Weil jedoch zuerst die y-Messung erfolgt, befindet sich der Punkt 148 unterhalb der tatsächlichen Sondenspur 17. Durch die anschließende Berechnung der gitterbezogenen Koordinate xG, yG aus xV, yV, yR und xR liegt der resultierende Punkt 149 wieder auf der Sondenspur 17 oder wesentlich dichter daran als die Teilmessungen. Durch eine Meßreihenfolge x-y-y-x oder y-x-x-y werden also die bereits in Fig. 2 dargestellten Verzerrungen der Meßspuren stark vermindert, ohne daß ein zusätzlicher Aufwand entsteht.

Um die Auswirkung der Meßreihenfolge auf die Meßspur anschaulich zu gestalten, wurden in Fig. 13 die elektronischen Verzögerungszeiten 151, 133 (Fig. 12) vernachlässigt. Sie würden natürlich noch einen weiteren Versatz der scheinbaren Positionen bringen und die Darstellung und Auswertung stark komplizieren. Da aber durch die Vor-Rückwärtsmessungen diese Anteile ohnehin herausfallen, ist die gewählte Betrachtungsweise zulässig. Die neue Koordinate xG, yG besitzt gegenüber den Koordinaten xV, yV und xR, yR eine neue Qualität. Sie ist nämlich in hohem Maße von den elektronischen Schaltungen und deren schwankenden Eigenschaften unabhängig und ist eng mit dem Gitter verbunden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Bestimmung gitterbezogener Koordinaten, insbesondere in genau messenden Digitalisiergeräten, mit einer Arbeitsfläche, die ein Leitergitter enthält, dessen für die Koordinatenbestimmung wesentliche Leiterteile senkrecht zur Koordinatenachse angeordnet sind, mit einer oder mehreren Sonden, deren Position auf dem Leitergitter zu bestimmen ist, mit elektrischer oder magnetischer Kopplung zwischen Leitergitter und Sonde, wobei entweder die Sonde oder das Leitergitter erregt und im Leitergitter oder in der Sonde zeitliche Signale gebildet werden, die anschließend in elektronischen Schaltungen weiterverarbeitet werden, deren zeitliche Verschiebung gegenüber einem Referenzsignal der räumlichen Verschiebung auf der Arbeitsfläche proportional ist und zur Koordinatenbestimmung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koordinatenachse mindestens eine Vorwärts- und eine Rückwärtsmessung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Teilmessungen xyyx bzw. yxxy ist.