HU176648B - Method for locating position ofat least one,scanning head arranged on or close to a surface and device to realize this method - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás legalább egy, felületen vagy annak közelében elrendezett letapogatófej helyzetének meghatározására és berendezés az eljárás foganatosítására.

A letapogatófej helyzetének meghatározására ed- 5 dig ismert eljárásoknál vagy mechanikus indikátorral létesítenek mechanikai kapcsolatot vágy olyan elemeket alkalmaznak, amelyek a mechanikai mozgást villamos jellé alakítják, például potenciométert, vagy olyan elemeket, amelyek a mechanikai moz- 10 gást különféle kapcsolók, fényrekeszek, optikai rendszerek és hasonlók segítségével kódkombinációvá alakítják. Ismeretesek olyan módszerek is, amelyeknél a meghatározni kívánt pont képét optikai vagy optoelektromos rendszer segítségével is- 15 mert koordinátákkal rendelkező képcsőre viszik át, amelyről a pont tényleges helyzete meghatározható. A mechanikus helyzetmeghatározó berendezéseknek bizonyos esetekben (különösen a kisebb pontosságot igénylő méréseknél) előnyt biztosít 20 egyszerű kivitelezhetőségük. Az ilyen berendezések letapogatófejei azonban mozgó karokkal és egyéb elemekkel vannak mechanikai kapcsolatban, amelyeknek mozgatásakor tehetetlenség és súrlódási ellenállást kell legyőzni, ami a kérdéses pontra való 25 „ráállás” pontosságát nagy mértékben csökkenti. Különös gondosságot kíván és nagyobb pontossá esetén technikailag igen nehezen oldható meg a kellő pontosságú tajtómedianízmus kialakítása. Ezen túlmenően az új készüléknél elérhető pontos- 30 ság a mechanikai alkatrészek kopása következtében a használat során csökken. Az elérhető helyzetmeghatározási pontosság kicsi.

Ismeretesek olyan módszerek és berendezések koordináták letapogatására, amelyeknél elektromágneses visszacsatolást alkalmaznak. Ezeknél a megoldásoknál dimenzionális információt hordozó elektromágneses tér által keltett jeleket olvasnak le, az analóg jeleket digitális jelekké alakítják, és kiértékelik a leadott jel és a vett jel közötti fáziskülönbséget vagy az átvitt impulzusok amplitúdóját vagy ezen módszerek kombinációját alkalmazzák. Ezekre az ismert eljárásokra a kiértékelés bonyolultsága jellemző, ami vagy a letapogatási sebesség csökkenését eredményezi vagy a megkülönböztetőképesség romlását.

Egy jellegzetes ismert kapcsolási elrendezés láttató a 327.501 sz. szovjet szerzői tanúsítványos találmányi leírásban, amelynél a szonda helyzetét „kérdésimpulzusok” segítségével határozzák meg. Ezeket a kérdésimpulzusokat koordinátahálózatot képező vezetőrendszer egyes vezetőibe egymás után vezetik be és kiértékelik a szondában indukálódott egyes feszültségimpulzusok amplitúdóját. Az egyes vezetők táplálásának módját és a szondában kiindukálódott vátazímpulzusokat a 7. ábrán mutatjuk be, amely a technika állása szerinti berendezés működését szemlélteti. Az egyes kérdésimpulzusokra kapott válaszok amplitúdóiból bonyolult és technikailag nehezen megvalósítható módszerrel tatároz zák meg a szondának a koordinátarendszerben elfoglalt helyzetét.

A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése, a stabilitás növelése és kisebb költséggel nagyobb pontosság elérése.

A találmány szerinti megoldással elérhető egyik legfontosabb előny az, hogy a letapogatófej helyzete viszonylag nagy pontossággal határozható meg a letapogatófelülét nagyságától függetlenül, mert kvázifolytonos folyamatot hasznosítunk, ami viszonylag finom interpolációt tesz lehetővé.

Mód van több, egymástól független letapogatófej alkalmazására is, például több görbe egyidejű letapogatása céljából.

A találmány szerinti, legalább egy, felületen vagy annak közelében elhelyezett letapogatófej helyzetének meghatározására alkalmas eljárás lényege az, hogy ezen felület mentén adott sebességgel és meghatározott irányban haladó mágneses teret létesítünk, meghatározzuk, hogy a letapogatófejben ezen mágneses tér által keltett feszültség görbéje mikor ér el egy előre, célszerűen ezen görbe legmeredekebb szakaszán, kijelölt pontot, és a mágneses tér forrásának ezen pont eléréséhez tartozó, a letapogatófejhez viszonyított távolságából meghatározzuk a letapogatófej helyzetét.

A haladó mágneses tér létesítését célszerűen az áramnak az 'ezen mágneses teret létrehozó vezetőrendszer szomszédos elemeibe a kívánt sebességgel és irányban rendre egymás után való bevezetésével végezzük .

A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezésnek legalább egy, felület mentén elrendezett vezetőrendszere van, a vezetőrendszer vezetői áramelosztóra vannak csatlakoztatva, és a vezetőrendszer közelében legalább egy induktív letapogatófej van elrendezve, amely az áramelosztóval együtt kiértékelőberendezésre van csatlakoztatva. mimellett a találmány értelmében a berendezésnek a választott teljes áramnak az egyes vezetőkbe a kívánt haladási irányban rendre egymás után való bevezetésére alkalmas áramelosztója van, a 'letapogatófej helyzetét kiértékelő berendezés kimeneté az áramelosztó vezérlő bemenetével van összekötve, és a letapogatófej kimenete ezen kiértékelőberendezés küszöbértékáramkörének bemenetére van csatlakoztatva.

A vezetőrendszer és a letapogatófej között egy előnyös kiviteli alaknál további vezető réteg van elrendezve a vezetőrendszerrel párhuzamosan.

A találmányt az alábbiakban kiviteli példák kapcsán ismertetjük. A csatolt rajzokon az

1. ábra a haladó mozgást végző mágneses teret létrehozó vezetékek és a letapogatófej kölcsönös helyzetét és a válaszjel görbéjét mutatja, a

2. ábra egy másik lehetséges válaszjelgörbét szemléltet, a

3. ábra a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjának tömbvázlata, a

4. ábra derékszögű, illetve polárkoordináta rendszernek megfelelő vezetékrendszert mutat, az

5. ábra a 3. ábra szerinti berendezés egy változatának tömbvázlata, a

6. ábra a 3. ábra szerinti berendezés egy másik változatának tömbvázlata, a

7. ábra a kérdés- és válaszimpulzusok alakulását mutatja egy jellegzetes ismert berendezésnél, és a

8. ábra a találmány szerinti berendezés egyes vezetékeiben folyó áramok célszerű alakulását mutatja állandó sebességgel haladó mágneses tér esetén és ennek egy technikailag könnyen kivitelezhető megközelítését.

A sík felületen vagy annak közelében elrendezett letapogatófej helyzetének meghatározása úgy történik, hogy a felület mentén adott sebességgel és irányban haladó mágneses teret hozunk létre, amely a letapogatófejben meghatározott lefutású feszültséget indukál. Ezen indukált feszültség görbéjének egy pontját határozzuk meg, célszerűen annak legmeredekebb szakaszán. A mágneses tér forrása és a letapogatófej közötti távolság megfelel a letapogatófejben indukálódott feszültség görbéje kiválasztott pontjának.

A mágneses tér forrása az a vezeték, amelyben az áram folyik. Ha ezt a vezetőt a letapogatófej (például tekercs) közelében mozgatjuk, a tér erősségétől és a mozgatás sebességétől függő értékű áram indukálódik válaszként a letapogatófejben. Állandó sebesség esetén az áram értékét a vezeték és a letapogatófej távolsága határozza meg. (Lásd az 1. és 2. ábrát.) A vezető mozgatása helyett célszerűen úgy járunk el, hogy az áramot mindig a következő vezetőre kapcsoljuk át (8. ábra). Ha a vezetők elég közel fekszenek egymáshoz, kvázifolytonos változást kapunk, ami viszonylag finom interpolációt és jó megkülönböztetést tesz lehetővé.

Az 1. ábrán az indukált 15a feszültség alakulását ábrázoltuk annak függvényében, hogy a rendre egymás után bekapcsolt vezetők közül éppen melyikben folyik az áram. Ez az áram mágneses teret kelt, amely a vezető anyagból levő 20 rétegben áramot indukál, mivel ezen réteg és a 2 ... 14 vezetők között kölcsönös visszacsatolás van. A mágneses tér a rendre egymás után bekapcsolt 2 ... 14 vezetőkön át folyó árammal együtt haladó mozgást végez.

Az 1 letapogatófejben, amely jelen esetben tekercsként van kialakítva, feszültség indukálódik, amelynek értéke attól függően változik, hogy a letapogatófej milyen távol van a mágneses tér forrásától. Ahogy a mágneses tér közeledik a letapogatófejhez, az indukált feszültség a nyugalmi értéktől lassan az egyik polaritású maximumig nő, majd a nyugalmi értékig csökken, ezután az ellenkező polaritású maximum eléréséig nő, végül ismét a nyugalmi értékre csökken. A feszültség változását a mágneses tér forrásának távolsága határozza meg. Nyugalmi pontként célszerű a feszültséggörbe szimmetriapontját használni. Ha ismét a mágneses tér forrásának helyzete és az az időpont, amikor a tekercsben indukálódott feszültség görbéje eléri a kiválasztott pontot, meg tudjuk határozni a tekercs helyzetét.

A 2. ábrán a találmány szerinti, berendezés egy másik kiviteli alakját mutatjuk be. Itt a 2... 14 vezetőket oly módon kapcsoljuk be rendre egymás után, hogy az 1 letapogatófejben az indukált 15b /0040 feszültség a 2. ábra szerinti lefolyású legyen. Mint a 8. ábrán látható, célszerű, ha a vezetők egymás utáni bekapcsolása során az előző vezető áramának csökkenésével egyidejűleg a következő vezetőben megfelelően növekszik az áram, úgy hogy az összes 5 vezető áramainak összege lényegében állandó marad.

A 3. ábrán egy teljes berendezést mutatunk be vázlatosan. Itt az egyszerűség kedvéért a 2... 14 vezetők közül, amelyek a letapogatási felülettel 10 párhuzamosan vannak elrendezve és annak koordinátarendszerét képezik, csak a 3...7 vezetőket tüntettük fel. A bemutatott kiviteli példán jól látható a fentiekben ismertetett eljárás foganatosítására szolgáló berendezés lényege. A letapogatási 15 felülettel párhuzamosan 2... 14 vezetőkből álló rendszer van elrendezve, amelyek közül legalább egy a mágneses tér forrását képező áramot vezeti, amely az első koordinátatengelyt meghatározza. Ennek a rendszernek a közelében 1 letapogatófej 20 van elrendezve, amelynek legalább egy menete van. A letapogatófej vezető kapcsolatban van az indukált jeleket feldolgozó 18 kiértékelőberendezéssel és legalább egy (nem ábrázolt) a letapogatófej kiválasztott feszültségszintjéhez tartozó küszöbértékáramkört tar- 25 talmaz. A 18 kiértékelőberendezés visszacsatolással össze van kötve a programberendezés 16, 17 áramelosztóival (kapcsolóival), amelyek rendre egymás után kapcsolják be az egyes vezetőket és ily módon haladó mozgást végző mágneses teret hoznak 30 létre. A 18 kiértékelőberendezés ezenkívül (nem ábrázolt) számlálóegységeket és jelforrásokat tartalmaz, amelyek legalább egy-egy geijesztőjelet küldenek a 2 ... 14 vezetőknek.

A 24 küszöbértékáramkört célszerű olyan szint- 35 re beállítani, amely közel esik a hőmérséklettől és az erősítéstől a legkisebb mértékben függő ponthoz, vagyis ahhoz a ponthoz, ahol a válaszjel áthalad a nyugalmi szinten. A berendezés programvezérelt 16, 17 áramelosztókból, 3...7 vezetéke- 40 két tartalmazó rendszerből, 1 letapogatófejből és 18 kiértékelőberendezésből áll, amelyek a programberendezés és a 18 kiértékelőberendezés 19 visszacsatolásán át kölcsönösen össze vannak kapcsolva egymással. A 16, 17 áramelosztók oly módon 45 vannak vezérelve, hogy az áramot rendre egymás után kapcsolják rá a 3, 4, 5, 6 és 7 vezetőkre. Az éppen árammal átfolyt 3, 4, 5, 6 vagy 7 vezető mágneses teret kelt, amely az áramnak az egyik vezetőről a másikra való átkapcsolásával együtt 50 előrehalad. Ezen mágneses tér változása következtében az 1 letapogatófej tekercsében feszültség indukálódik. A tekercsből ez a feszültség a 18 kiértékelőberendezésbe jut, amely a 16, 17 áramelosztók állapotától és az 1 letapogatófej feszültségétől füg- 55 gően kiértékeli az 1 letapogatófej helyzetét.

Ha a letapogatőfej helyzetét többdimenziós rendszerben kell meghatározni, több vezetékrendszert használhatunk, amelyeket úgy rendezünk el, hogy koordinátahálózatct képezzenek. Elrendezésük 60 tetszőleges lehet, például általános (nem síkbeli) felületek mentén is elrendezhetők. Az áram alakulása és haladása is különféle lehet a megvalósítás lehetőségeitől és a kívánt kiértékelési pontosságtól függően. 65

A 4. ábrán a vezetők egy-egy példaként! elrendezését mutatjuk be derékszögű-, illetve polárkoordináta rendszerben.

Az 5. ábra a 3. ábra szerinti berendezés egy változatát szemlélteti. A 18 kiértékelőberendezés állandó frekvenciájú 21 generátorból áll, amelynek kimenete 22 számlálóegység bemenetére van csatlakoztatva. A 22 számlálóegység magasabb rendű kimenetei egyrészt a 16, 17- áramelosztók vezérlő bemenetelre, másrészt 23 eredménytároló magasabb rendű beíróbemeneteire vannak csatlakoztatva. A számlálóegység alacsonyabb rendű kimenetei a eredménytároló alacsonyabb rendű beíróbemeneteire vannak csatlakoztatva. Az .1 letapogatófej kimenete 24 küszöbértékáramkör bemenetére van csatlakoztatva, ennek kimenete pedig a 23 eredménytároló működtető bemenetére.

A letapogatófej kimenete 241, 242 küszöbértékáramkörök bemenetéivel is Össze lehet kötve. Ez utóbbiak kimenetei 25 követő áramkör bemenetére vannak csatlakoztatva. A 25 követő áramkör kimenete a 23 eredménytároló működtető bemenetével van összekötve.

A 6. ábra szerinti kapcsolási elrendezés az 5. ábra szerintinek egy alternatív kiviteli alakja, amely attól az információnak a 23 eredménytárolóba való átvitelében tér el. Az 5. ábra szerinti kivitelnél párhuzamos, a 6. ábra szerintinél soros átvitel valósul meg. A 6. ábra szerinti megoldásnál 26 kapuáramkörön át történik az információ bevitele a 23 eredménytárolóba, mégpedig a 24 küszöbértékáramkör (vagy a 241, 242 küszöbértékáramkörök és a 25 követő áramkör) állapotától függően.

A 7. ábra az egyes 7, 8, 9 vezetők táplálásának az ismert berendezéseknél alkalmazott jellegzetes módszerét és a letapogatófejben a „kérdésimpulzusok” által kiváltott feszültségimpulzusok alakulását mutatja. Az indukált jelek alakja olyan, hogy a letapogatófej helyzete interpoláció nélkül csak az egyes vezetők közötti távolságtól függő nagyságú hibával határozható meg. Interpoláció alkalmazása esetén nagyobb pontosság érhető el, ehhez azonban igen bonyolult számítóberendezés szükséges.

A 8. ábrán a találmány szerinti berendezés 7, 8 9 vezetőiben alkalmazott áramimpulzusok egy lehetséges alakját mutatja, amelynél az állandó sebességű haladó mozgást végző mágneses tér egyszerű technikai eszközökkel igen jól megközelíthető. A mágneses tér lényegében állandó sebességgel mozog, minthogy az áramimpulzusok alakjának ily módon történő megválasztása esetén a mágneses tér forrása a két szomszédos vezető közötti szakaszt mintegy folyamatosan teszi meg, ami igen finom interpolációt tesz lehetővé. Az interpoláció pontossága csak attól függ, hogy a mágneses tér abszolút egyenletes előrehaladását milyen mértékben tudjuk megközelíteni.

A mágneses tér fentiek szerinti kvázifolytonos előrehaladását oly módon éljük el, hogy a szomszédos vezetőket szoros egymásutánban kapcsoljuk rá az áramforrásra, illetve azáltal, hogy a vezetőrendszer tagjait időbeli átfedéssel tápláljuk. Az egyes szomszédos vezetőkben az áramnak lassan kell nőnie, illetve csökkennie. Ez vagy az áram3 impulzusok közvetlen formálásával vagy négyszög alakú feszültségimpulzusokkal való táplálás esetén az áramimpulzusok torzításával érhető el.

A találmány szerinti eljárás és berendezés mindenütt alkalmazható, ahol kontaktus nélküli hely- 5 zetmegállapításra van szükség, például a kartográfiában és geodéziában pontok letapogatására, számjegyvezérlési rendszereknél, gépi adatfeldolgozó berendezéseknél, rajzgépeknél az írótoll helyzetének meghatározására, továbbá különféle egy- és több- 10 dimenziós rendszerekben helyzetmeghatározásra. Utóbbi esetben több vezetőrendszert kell alkalmazni, amelyeknek olyan az elrendezése, hogy koordinátahálózatot képeznek. A vezetőrendszerek elrendezése teljesen tetszőleges lehet. Lehetséges a 15 vezetőrendszerek általános (nem síkbeli) felületek mentén való elhelyezése is.

Claims (7)

1. Eljárás legalább egy, felületen vagy annak közelében elrendezett letapogatófej helyzetének meghatározására, azzal jellemezve, hogy ezen felület mentén adott sebességgel és meghatározott 25 irányban haladó mágneses teret létesítünk, meghatározzuk, hogy a letapogatófejben ezen mágneses tér által keltett feszültség görbéje mikor ér el egy előre, célszerűen ezen görbe legmeredekebb szakaszán, kijelölt pontot és a mágneses tér fonásának 30 ezen pont eléréséhez tartozó a letapogatófejhez viszonyított távolságban meghatározzuk a letapogatófej helyzetét.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a haladó mágneses 35 tér létesítését az áramnak az ezen mágneses teret létrehozó vezetőkrendszer szomszédos elemeibe a kívánt sebességgel és irányban rendre egymás után való bevezetésével végezzük.

3. Berendezés az 1. vagy 2. igénypont szerinti 40 eljárás foganatosítására, amelynek legalább egy, felület mentén elrendezett vezetőrendszere van, a vezetőrendszer vezetői áramelosztóra vannak csatlakoztatva, és a vezetőrendszer közelében legalább egy induktív letapogatófej van elrendezve, amely az 45 áramelosztóval együtt kiértékelőberendezésre van csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy a berende zésnek a választott teljes áramnak az egyes vezetőkbe (2... 14) a kívánt haladási irányban rendre egymás után való bevezetésére alkalmas áramelosztója (16, 17) van, és a letapogatófej (1) helyzetét kiértékelő berendezés (18) kimenete az áramelosztó (16, 17) vezérlő bemenetével van összekötve, amikor is a letapogatófej (1) kimenete ezen kiértékelőberendezés (18) küszöbértékáramkörének bemenetére van csatlakoztatva.

4. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezetőrendszer (2...14) és a letapogatófej (1) között a vezetőrendszerrel (2 ... 14) párhuzamosan további vezető réteg (20) van elrendezve.

5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiértékelőberendezésnek (18) állandó frekvenciájú generátora (21) van, amelynek kimenete számlálóegység (22) bemenetére van csatlakoztatva, a számlálóegység (22) magasabb rendű kimenetei egyrészt az áramelosztó (16, 17) vezérlő bemenetére, másrészt eredménytároló (23) magasabb rendű beíróbemeneteire vannak csatlakoztatva, a számlálóegység (22) alacsonyabb rendű kimenetei az eredménytároló (23) alacsonyabb rendű beíróbemeneteivel vannak összekötve, és a letapogatófej (1) kimenete a küszöbértékáramkör (24) bemenetére van csatlakoztatva, amelynek kimenete az eredménytároló (23) működtető bemenetére van kötve.

6. A 3—5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a letapogatófej (1) kimenete küszöbértékáramkörök (241, 242) bemenetéivel van összekötve, amelynek kimenetei követő áramkör (25) bemenetelre vannak csatlakoztatva, és a követő áramkör (25) kimenete az eredménytároló (23) működtető bemenetével van összekötve.

7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a generátor (21) kimenete egyrészt a számlálóegység (22) bemenetére, másrészt kapuáramkör (26) egyik bemenetére van csatlakoztatva, amelynek másik bemeneté a küszöb értékáramkör (24) kimenetével van összekötve, és a kapuáramkör (26) kimenete az eredménytároló (23) soros beíróbemenetére van csatlakoztatva.