EP0474684A1

EP0474684A1 - Positionsmesseinrichtung

Info

Publication number: EP0474684A1
Application number: EP90908219A
Authority: EP
Inventors: Udo Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-03-18
Also published as: DE4005395A1; ATE127214T1; WO1990015303A1; DE59009566D1; EP0401467A1; EP0401467B1; CH678233A5; ES2076237T3; AU5729090A

Description

Positionsmeßeinrichtung

BESCHREIBUNG

ie Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung mit einem Tablett, das mit parallelen Leitern für eine X- und für eine Y-Koordinate versehen ist, und mit einem Läufer oder Stift- der eine elektromagnetische Induktionsspule für den Empfang oder das Aussenden magnetischer Impulse enthält, wobei Leitungsschalter zum Adressieren der Leiter vorgesehen sind und die Zahl der Leitungsschalter kleiner ist als die Zahl der Leiter und somit jeder Leitungsschalter gleichzeitig mehrere Leiter in mehreren Leitergruppen ansteuert.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen oder Digitalisierer, die auf dem elektromagnetischen Induktionsprinzip, d.h. der induktiven Kopplung zwischen Tablett oder Unterlage und dem Meßaufnehmer (Cursor, Läufer, Stift) beruhen, sind in vielfältigen Formen bekannt. Es sind Digitali¬ sierer bekannt, in denen jeder der parallelen Leiter einzeln angesteuert wird und demzufolge für jeden Leiter ein Leitungsschalter vorhanden ist.

Alternativ gibt es Formen, bei denen die Anzahl der Leitungsschalter geringer ist als die Zahl der Leiter. Bei den letzteren stellt sich zwangsläufig das Problem, daß nach einem Abheben und Wiederaufsetzen des Läufers oder Stifts zunächst immer eine Grobbestimmung der Posi¬ tion desselben erfolgen muß. Mit anderen Worten ist bei gleichzeitiger Ansteuerung mehrerer Leiter, die auf diese Weise gruppiert sind, eine Absolutpositionsbestimmung erforderlich.

Auf der anderen Seite haben diese Formen den Vorteil, daß eine erhebliche Einsparung an Leitungsschaltern möglich ist. Bisher konnte diese Einsparung aber den Mehraufwand für komplizierte Maßnahmen zur Absolutpositionsbestimmung nicht aufwiegen. Es besteht also nach wie vor das Bedürf¬ nis nach einer vereinfachten Tablettansteuerung mit einer geringen Zahl von Leitungsschaltern und gleichzeitig einer ohne erheblichen Mehraufwand zu verwirklichenden Absolutpositionsbestimmung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige vereinfachte Tablettansteuerung bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies mit einer Positionsmeßeinrich¬ tung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß in den derart gebildeten Leitergruppen die Adressen der Leiter immer in derselben Abfolge sind und daß einzelne Leiteradressen fehlen.

Zweckmäßig fehlen in benachbarten Leitergruppenpaaren gleiche Leiteradressen.

Vorteilhaft fehlen in jeder Leitergruppe wenigstens zwei Leiteradressen. Die Kombination der fehlenden Leiteradressen sollte in jeder Leitergruppe verschieden sein.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die eine von Leiter zu Leiter wechselnde Stromrichtung bewirken.

Die durch fehlende Leiteradressen gebildeten Fehlstellen sind vorteilhaft in systematischer Abfolge nach einer einfachen Vorschrift angeordnet.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die einfache Vor¬ schrift eine zyklische Verschiebung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Physikalisch bedingt treten bei der Kombination von Läu¬ fer und Tablett Nullstellen auf. An diesen Nullstellen besteht keine elektromagnetische Kopplung zwischen einem oder mehreren Tablettleitern und dem Läufer. Diese Stel¬ len dürfen die Funktion des Geräts nicht beeinträchtigen.

Außerdem treten bekanntlich, physikalisch bedingt, beim Koppen des Stifts große Xnderungen im Empfangssignal auf. Diese Änderungen betreffen die Lage der Nullstellen und die magnetische Verbindung von einzelnen Tablettleitern mit dem Stift. Dieser Effekt muß berücksichtigt werden.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wurde eine mäander- förmige Leiteranordnung gewählt, bei der die induzierte Spannung mit jedem Auftauchen der Tablettleiter eines Leitungsschalters wechselt. Damit ist die Summe des empfangenen Feldes von weiter entfernt liegenden Tablettleitern sehr klein und damit wenig störend.

Die Zuordnung der Tablettleiter zu den Leitungsschaltern ist immer in derselben Abfolge. Dies bedeutet zum Bei¬ spiel, daß Tablettleiter, die auf einer Seite des Meß¬ aufnehmers liegen, immer kleinere Adressen, Tablett¬ leiter, die auf der gegenüberliegenden Seite liegen, immer größere Adressen als die der Position des Meßauf¬ nehmers entsprechende Adresse aufweisen. Da nur eine begrenzte Zahl von Adressen vorliegt, schließt sich an die höchste Adresse die niedrigste an, so daß sich wie bei einer Uhr eine aufsteigende Reihenfolge ergibt, die sich zyklisch wiederholt.

Um entscheiden zu können, in welchem Bereich sich der Meßaufnehmer befindet, werden Leiteradressen über¬ sprungen. Das bedeutet beispielsweise, daß an den Stel¬ len, wo nach einer Leiteradresse 4 eine Leiteradresse 5 folgen sollte, die Leiteradresse 8 plaziert ist.

Um zu vermeiden, daß eine solche übersprungene und damit weggelassene Leiteradresse zufällig an einer Nullstelle liegt, werden mehr als eine Leiteradresse weggelassen, im Minimalfall also zwei Leiteradressen, die so liegen, daß sie nicht gleichzeitig an einer Nullstelle sein können. Das dann noch verbleibende Problem, daß eine Leiter¬ adresse, die weggelassen wurde, aus der nächsten Leiter¬ gruppe einen Einfluß auf das Signal hat, wurde dadurch umgangen, daß jede weggelassene Leiteradresse immer in mindestens zwei Gruppen, der besseren Auswertbarkeit we¬ gen in drei Gruppen, weggelassen wird.

Die übersprungenen oder weggelassenen Tablettleiter¬ adressen sind in systematischer Folge angeordnet. Nach 5 vorhandenen Leiteradressen folgen zwei nicht vorhandene. Nach weiteren 5 vorhandenen Leiteradressen folgen drei nicht vorhandene. Daraufhin wiederholt sich der Zyklus systematisch. Durch diese Systematik ergibt sich, daß die Anzahl der fehlenden Adressen nicht in allen Leiter¬ gruppen gleich ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform eines sendenden Tabletts sind die Tablettleiter so mit den Leitungs¬ schaltern verbunden, daß die Stromrichtung von Leiter zu Leiter wechselt. Damit bewirkt jeder Leiter gegenüber dem vorhergehenden eine um 180 Grad gedrehte Ausgangssignal¬ phase im Läufer.

Als Ergebnis erreicht man folgende Anordnung mit 16 Leitungsschaltern und 160 Tablettleitern:

-+-+- +-+-+ -+-+- +-+-+ -+-+- +-+-+ -+-+- +-+-+

01234==789ab===f0123==6789a===ef012==56789===def01==45678= cdef0==34567===bcdef==23456===abcde==12_;345===9abcd==01234=

89abc==f0123===789ab==ef012===6789a==def01===56789==cdef0=

45678==bcdef===34567==abcde===23456==9abcd===12345==89abc=

In dieser Darstellung steht das Zeichen "=" für wegge¬ lassene Adressen. Auf dem Tablett befindet sich physika¬ lisch folgende Anordnung: __+_+_+_+_.+_+_+_+_+___.+-__.+-_.+-+-+-+— i— +_+_+— ₁-_+ ₊_₊_₊_₊_₊_₊_₊_ ₊

01234789abf01236789aef01256789def0145678cd...9abcdl234589abc * * * * • • • * *

L10 L20 L30 L40 ... L150 L160

dabei ist -/+ = Phase

0...f = Leitungsschalter

L10... = durchnumerierte Tablettleiter.

Bei der Ansteuerung kann entweder der Läufer, oder das Tablett der Magnetfeldsender sein.

Wird dieses Verfahren bei einem aktiv sendenden Tablett verwendet, so wird bei diesem Ausführungsbeispiel nur noch von eineπr Leiter zum nächsten umgeschaltet, ohne den Strom pro Leiter einmal ein- und auszuschalten. Dies bewirkt, daß im Empfangssignal von Leiter zu Leiter jeweils eia Phasenwechsel stattfindet und gleichphasig ansteuernde Leitungsschalter Verwendung finden können.

Nach der Ermittlung der Leitergruppe, in der sich der Läufer befindet, wird das Tablett so adressiert, daß sich eine ununterbrochene Leiteransteuerung ergibt.

Im Eingangskreis wird ein Bandpaßfilter verwendet mit einer Resonanzfrequenz, die der halben Leitungsweiter- schaltfreguenz entspricht. Somit ergibt sich ein modu¬ liertes Signal mit nur noch einem Phasensprung.

Das überspringen oder Auslassen von Leiteradressen führt im Empfangssignal zu fehlenden Amplituden. Dieses Fehlen eines Empfangssignals setzt die Elektronik in die Lage, den Ort zu identifizieren, an dem der Läufer sich befin¬ det.

Da die Tablettleiter immer in derselben Abfolge angeord¬ net sind, kann festgestellt werden, in welche Richtung der Stift gekippt ist. Da bekannt ist, wie sich die Empfangseigenschaften beim gekippten Stift ändern, kann die Leitergruppe in Abhängigkeit von der Kipprichtung und dem Neigungswinkel gesucht werden.

Zuerst werden alle Leiter ein- oder mehrfach gepulst. Die im Läufer induzierten Singale zeigen nun an, in welcher Gruppe von Leitern sich der Läufer befindet. Daraufhin wird die Ansteuerung entsprechend so geschaltet, daß sich eine Leiteransteuerung ohne fehlende Leiteradressen er¬ gibt. Dies führt dann zu einem Empfangssignal, mit dem eine ähnliche Signalverarbeitung durchgeführt werden kann, wie wenn das Tablett konventionell aufgebaut wäre und jeder Tablettleiter mit einem eigenen Tablettlei¬ tungsschalter verbunden wäre.

Damit sind dann auch alle bisher bekannten vorteilhaften Verfahren zur Koordinatengewinnung, wie Differentiation und Filterung des Eingangssignals möglich.

Als weiteres Ausführungsbeispiel wurde ein kleineres Tablett wie folgt realisiert.

Die einzelnen Tablettleiter sind in bekannter Weise als Spule ausgebildet. Dies _at den Vorteil, daß in der Nähe der Tablettleiter ein starkes lokales Feld entsteht, und weiter entfernt liegende Tablettleiter einen geringen Feldeinfluß besitzen. Die Leiterschleifen führen außerdem zu einer einfachen Differentiation des Empfangssignals.

Die Zuordnung der Tablettleiter zu den Leitungsschaltern ist wiederum immer in derselben Abfolge, zum Beispiel also, daß Tablettleiter, die auf einer Seite des Meßauf¬ nehmers liegen, immer kleinere Adressen, Tablettleiter, die auf der gegenüberliegenden Seite liegen, immer grö¬ ßere Adressen als die Adresse des Meßaufnehmers aufweisen,

Die übersprungenen und weggelassenen Tablettleiteradres¬ sen befinden sich wiederum in systematischer Folge. Nach zwei vorhandenen folgt eine nicht vorhandene Leiteradres¬ se. Nach weiteren zwei vorhandenen folgen drei nicht vor¬ handene Adressen. Daraufhin wiederholt sich der Zyklus systematisch.

Als Ergebnis erreicht man folgende Anordnung mit 15 Leitungsschalterleitungen und 60 Tablettleitern:

12=45===9a=cd===23=56===ab=de===34=67===bc=ef===45=78=== cd=fl===56=89===de=12===67=9a===ef=23===78=ab===fl=34=== 89=bc===

In diesem Beispiel steht jedes Zeichen "=" für eine Leiteradressen, die nicht vorhanden ist, und jede Zahl zeigt den zu der vorhandenen Leiteradresse zugehörigen Leitungsschalter. Auf dem Tablett ist dann physikalisch folgende Anordnung:

12459acd2356abde3467bcef4578cdfl5689del2679aef2378abfl3489bc * * * * * *

L10 L20 L30 L40 L50 ^' L60

dabei sind mit l...f = Leitungsschalter und mit L10...L60 = Tablettleiter bezeichnet.

Allgemein kann aber entweder der Läufer oder das Tablett der Magnetfeldsender sein. Pro Tablettleiter kann ein Ein¬ fach- oder ein Mehrfachpuls Verwendung finden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Tablett der Sender, der pro Tablettleiter einen Doppelpuls emittiert.

Nach der Ermittlung der Leitergruppe, in der sich der Läufer befindet, wird das Tablett so adressiert, daß sich eine Leitungsansteuerung ohne fehlende Leiteradressen ergibt. Dies führt dann innerhalb eines Fensters zu einem Signal, mit dem eine ähnliche Signalverarbeitung durch¬ geführt werden kann, wie wenn das Tablett konventionell aufgebaut wäre und jeder Tablettleiter mit einem eigenen Tablettleitungsschalter verbunden wäre.

Es lassen sich noch mehr Konstellationen finden, die den oben genannten Anforderungen entsprechen. Dies hängt ab von der Anzahl der Leitungsschalterelemente und von der Reich¬ weite der Kombination von Sender und Empfänger.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Positionsmeßeinrichtung mit einem Tablett, das mit parallelen Leitern für eine X- und für eine Y-Koordi- nate versehen ist, und mit einem Läufer oder Stift, der eine elektromagnetische Induktionsspule für den Empfang oder- das Aussenden magnetischer Impulse enthält, wobei Leitungsschalter zum Adressieren der Leiter vorgesehen sind und die Zahl der Leitungsschalter kleiner ist als die Zahl der Leiter und somit jeder Leitungsschalter gleichzeitig mehrere Leiter in mehreren Leitergruppen ansteuert, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in den derart gebildeten Leitergruppen die Adressen der Leiter immer in derselben Abfolge sind und daß einzelne Lei¬ teradressen fehlen.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in benachbarten Leitergruppenpaaren gleiche Leiteradressen fehlen.

3. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in jeder Leitergruppe wenigstens zwei Leiteradressen fehlen.

4. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kombination der fehlenden Leiteradressen in jeder Lei¬ tergruppe verschieden ist.

5. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel vorgesehen sind, die eine von Leiter zu Leiter wech¬ selnde Stromrichtung bewirken.

6. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die durch fehlende Leiteradressen gebildeten Fehlstellen in systematischer Abfolge nach einer einfachen Vorschrift angeordnet sind.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die einfache Vorschrift eine zyklische Verschiebung ist.