DE2011222B2 - Koordinaten auf einer Fläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Be-

Stimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit mehreren in parallelen Ebenen übereinander angeordneten Leiteranordnungen, die mit Hilfe einer Sonde abgetastet werden, wobei die Leiteranordnungen für jede Koordinatenrichrung aus in parallelen Bahnen verlaufenden Leiterschleifen bestehen.

Eine solche Anordnung ist bekannt (FR-PS

14 85 131) und bedient sich spiralförmig angeordneter Leiterschleifen, die mit Impulsen angesteuert werden, um am Ausgang eine binäre Anzeige zu

ao erhalten. Je nach Größe der abzutastenden Fläche und der gewünschten Genauigkeit der Messung ist aber eine sehr weitgehende Unterteilung der einzelnen Leiteranordnungen erforderlich, wodurch sich deren Anzahl stark erhöht. Es ist daher ^pin hoher Bauaufwand erforderlich, und außerdem ergeben sich Bereiche, die keine eindeutige Aussage über die Lage von Ortspunkten zulassen. Außerdem haben die Leiteranordnungen gegenseitige magnetische Wechselwirkungen zur Folge, die ebenfalls die Genauigkeit der Abtastung beeinträchtigen.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (US-PS 33 42 935) sind zwei sich kreuzende Leitersysteme vorgesehen, die mit um 90° phasenverschobenen Spannungen angesteuert werden. Bei diesen Leitersystemen handelt es sich nicht um Leiterschleifen. Die einzelnen Leiter sind vielmehr an eine Schaltmatrix angeschlossen, deien Schalter so betätigt werden, daß bestimmte Ortspunkte ansteuerbar sind und die Sonde durch kapazitive Ankopplung ein Signal erzeugt. Ferner wurde vorgeschlagen (DT-PS

15 49811), eine Sonde über eine mit einer Wider-Standsschicht versehene Fläche zu führen, an deren Ränder in Koordinatenrichrung verlaufende Streifen angeordnet sind, die von Wechselspannungen verschiedener Frequenzen gespeist werden. Das von der Sonde aufgenommene Summensignal wird in die komponenten Frequenzen zerlegt, und die Ausgangssignale werden in einem Phasendiskriminator mit einem Bezugssignal verglichen; abhängig von dei Entfernung der Sonde von den zur Ansteuerung dienenden Streifen ist jedoch die Meßgenauigkeit verhältnismäßig gering.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, die Anordnung so zu treffen, daß der Bauaufwand verringert und die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß jede Leiteranordnung aus einer mäanderförmigen Leiterschleife besteht, in deren benachbarten parallelen Bahnen Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Leiterschleifen vorgeseher sind, deren Leiterbahnen seitlich zueinander versetz! angeordnet sind, daß die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossene Sonde aus wenigstens einei Leiterwindung besteht, deren Durchmesser gleich dem gegenseitigen Abstand benachbarter Leiterbahnen oder ein ungeradzahliges Vielfaches des Ab-

Standes ist, und daß an den Leiterschleifen eine stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. E

Signalverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist, in zeigt

der aus den bei der Abtastung induzierten phasen- Fig. 1 ein Schaltbild der Meßanordnung zur Ko

und amplitudenveränderlichen Signalen für jede Ko- ordinatenbestimmung in einer ersten Ausführungs

ordinatenrichtung ein Summensignal gebildet wird, 5 form,

dessen Phasenlage in einer Phasenvergleichsstufe F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der ein

gegenüber der Phasenlage der Wechselspannungs- zelnen Leiteranordnungen,

quelle festgestellt wird, wobei der Phasenunterschied Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Sonde,,

die Verschiebung der Sonde von einem Bezugspunkt F i g. 4 eine Aufsicht auf zwei zusammenwirkend*

zu einem Ortspunkt darstellt und der Phasenunter- i° Leiteranordnungen,

schied in einem Phasenschieber gemessen wird. F i g. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils dei

Somit sind zur Bestimmung der Ortskoordinaten F i g. 4,

eines Punktes pro Koordinatenrichtung zwei mäander- F i g. 6 ein Schaubild der induzierten Spannungen

förmige Leiterschleifen vorhanden, die gegeneinander für verschiedene Ortspunkte,

in Koordinatenrichtung versetzt sind. Die mit einer 15 F i g. 7 a, 7 b, 7 c Schaubilder der zu F i g. 6 ge-Bezugswechselspannung gespeiste Sonde induziert in hörenden Wechselspannungssignale und Summenden beiden Leiterschleifenpaaren Wechselspannun- signale,

gen, deren Amplitude sich periodisch bei Bewegung Fig. 8 eine abgeänderte Ausführungsform einer

der Sonde quer zu den Leiterschleifen ändert. In Leiteranordnung,

einem Summenverstärker werden die jeweils von *° F i g. 9 a, 9 b, 9 c Schaubilder der in F i g. 7 darge-

einem Leiterschleifenpaar stammenden Spannungen stellten Wechselspannungssignale und Summenüignale

addiert, und in einer Phasenvergleichsschaltung findet für die in F i g. 7 erläuterten Ortspunkte,

ein kontinuierlicher Phasenvergleich zwischen der Fig. 10 ein Schaubild eines weiterverarbeiteten

erzeugten Summenspannung und der Bezugswechsel- induzierten und gegenüber dem Bezugssignal um 30°

spannung statt, wobei die Bezugswechselspannung «5 phasenverschobenen Signals,

der Phasenvergleichsschaltung über einen Phasen- Fig. 11 ein Schaubild eines induzierten Signals, schieber zugeführt wird, der die Phase der Bezugs- das mit dem Bezugssignal phasengleich ist,
spannung kontinuierlich so lange ändert, als ein F i g. 12 ein Schaltbild der Meßanordnung in einer Phasenunterschied zwischen der Bezugswechselspan- weiteren Ausführungsform, bei der die Leiteranordnung und der Summenspannung besteht. Die Größe 30 nungen mit Wechselspannung unterschiedlicher Freder gesamten Phasenverschiebung wird gemessen, quenz angesteuert werden,

welche die jeweilige Ortskoordinate der Sonde und Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel mil einer

damit des Ortspunktes darstellt. Die Leiteranordnun- Sonde zum Messen von Koordinatenpunkten und der

gen bedingen einen verhältnismäßig geringen Bau- Winkelstellung der Sonde,

aufwand und lassen eine hohe Abtastgenauigkeit 35 Fig. 14 eine Ausführungsform mit einem Koordi-

erzielen. natenwandler,

Eine zweite Lösung der obengenannten Aufgabe Fig. 15 einen Koordinatenschreiber, bei dem die ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Sonde mit Wechselspannung gespeist wird, und
jede Leiteranordnung aus einer mäanderfönnigen Fig. 16 einen Koordinatenschreiber, dessen Leiter-Leiterschleife besteht, in deren benachbarten par- 40 anordnungen mit Wechselspannungen unterschiedallelen Bahnenströme in entgegengesetzten Richtun- licher Frequenz gespeist sind.
gen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 zeigt ein Meß-Leiterschleifen vorgesehen sind, deren Leiterbahnen gerät 10 mit einer Wechselspannungsquelle 12, an seitlich zueinander versetzt angeordnet sind, daß die eine Sonde 14 sowie ein Phasendetektor angejedes Leiterschleifenpaar an eine Wechselspannungs- 45 schlossen ist. Das der Sonde 14 eingespeiste Anquelle unterschiedlicher Frequenz angeschlossen ist, Steuerungssignal bewirkt, daß in den Leitern der daß die Sonde aus wenigstens einer Leiterwindung Koordinaten 18 Signale induziert werden. Diese besteht, deren Durchmesser gleich dem gegenseitigen induzierten Signale werden an die Signalverarbei-Abstand benachbarter Leiterbahnen oder ein un- tungseinrichtung 20 weitergeleitet, welche ein Sumgeradzahlig Vielfaches des Abstandes ist, und daß 5o mensignal bildet, dessen Phasenlage sich proportional an die Sonde über eine Frequenzweiche eine Signal- zur Verschiebung der Sonde 14 auf der Oberfläche Verarbeitungseinrichtung mit einer Phasenvergleichs- der Koordinatenanordnung 18 ändert Diese Pbasenstufe angeschlossen ist, in der die Phasenlage des verschiebung wird durch den Phasendetektor 16 gebei der Abtastung in der Sonde induzierten phasen- messen, dessen Ausgangssignal eine Anzeige für die und amplitudenveränderlichen Summensignals gegen- 55 Verschiebung der Sonde von einem willkürlich geüber der Phasenlage der Wechselspanmmgsquelle wählten Bezugspunkt zu einem Ortspunkt auf der festgestellt wird, wobei der Phasenunterschied die Oberfläche der Koordinatenanordnung 18 darstellt. Verschiebung der Sonde von einem Bezugspunkt zu Die Wechselspannungsquelle 12 besitzt eine Takteinem Ortspunkt darstellt und der Phasenunterschied geberquelle 21, welche ein Rechtecksignal von 3 MHz in einem Phasenschieber gemessen wird. ⁶° abgibt. Dieses Signal gelangt einerseits an den

In dieser Ausführungsform werden die beiden Phasendetektor 16 und andererseits an den Bezugs-

Leiterschleifenpaare mit Bezugswechselspannungen zähler 22, in welchem das 3-MHz-Signa3 um 1000

verschiedener Frequenz gespeist, und in der Sonde herabgeteilt wird, um ein Rechtecksignal von 3 kHz

wird bereits das Summensignal gebildet, das dann zu erhalten. Das vom Zähler 22 ausgehende 3-kHz-

der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird. 65 Signal wird einem 3-kHz-Filter 24 eingespeist, in

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in welchem bestimmte Hannonische des Signals kom-

den Unteransprüchen gekennzeichnet biniert werden, unerwünschte Harmonische sowie

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach- Rauschsignale ausgefiltert werden, um ein reines

Sinussignal von 3 kHz zu erhalten. Dieses Signal wird Punkt mit gleicher Amplitude und Polarität auf der dann durch die Treiberstufe 26 verstärkt und über Abstiegsflanke dieser Kurve. Daher ist eine zweite ein Koaxialkabel 28 der Sonde 14 eingespeist. Leiteranordnung 42 parallel zur Leiteranordnung 40

J^ ig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Koaxial- verlaufend direkt unter diesem angeordnet, um eine Kabels 28 und der Sonde 14. Die einzelnen Leiter 30 5 eindeutige Messung der Sondenstellung zu erhalten und 32 des Koaxialkabels 28 teilen sich und bilden Die Leiteranordnung 42 ist wie die Leiteranordnung eine kreisförmige Leiterwindung 34 für die Sonde 14. 40 ausgeführt und enthält ebenfalls eine einzelne Es sind mehrere einzelne Windungen vorgesehen, gedruckte durchlaufende elektrische Leiterschleife so daß ein stärkeres Signal zur Induzierung einer mit einer Anzahl von im gleichen Abstand zueinan-Wechselspannung in den Leiterbahnen der Koordi- io der angeordneten Leiterbahnen 54, die abwechselnd natenanordnung 18 zur Verfügung steht, als es im an ihren Endpunkten mit den kürzeren Leiterbahnen Falle einer einzelnen kreisförmigen Windung der 56 miteinander verbunden sind. Die langen parallelen Fall wäre. Die Leiterwindung 34 ist in einem aus Leiterbahnen 54 sind von gleicher Länge wie die Preßgußmasse geformten Gehäuse 36 angeordnet, langen Leiterbahnen 50 und laufen parallel zu diesen, das mindestens in der Fläche innerhalb der Leiter- 15 Ferner ist auch der Abstand zwischen den Leiterwindung 34 aus durchsichtigem Werkstoff gefertigt bahnen 54 gleich dem Abstand zwischen den Leiterist, damit die Fläche, über welche sich die Sonde bahnen 50 des Gitters 40. Wie jedoch aus F i g. 4 bewegt, beobachtet werden kann. An der Boden- hervorgeht, ist die Anordnung der gedruckten Schalfläche des Gehäuses 36 befindet sich ein Fadenkreuz tung der Leiteranordnung 42 gegenüber der dei 38 in der Mitte der Leiterwindung 34, wodurch ein ao Leiteranordnung 40 verschoben, so daß jede Leiterweiteres Hilfsmittel zur genauen Positionierung der bahn 54 um einen bestimmten Abstand in der Sonde über einer bestimmten Stelle einer Fläche ge- ^-Richtung gegenüber den Leiterbahnen 50 versetzt geben ist. ist.

Die Koordinatenanordnung 18 (F i g. 2) umfaßt Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4 befinden sich

vier einzelne Leiteranordnungen 40, 42, 44 und 46, 15 die Leiterbahnen 54 der Leiteranordnung 42 in der die in gedruckter Schaltung auf vier gleichen Trägern Mitte zwischen den Leiterbahnen 50 der Leiter-48 aus Epoxydharz angeordnet sind und identisch anordnung 40. Wenn somit die Leiterwindung 34 miteinander sind. So sei beispielsweise die Leiter- über die Koordinatenanordnung 18 gelegt und durch anordnung 40 näher betrachtet, die aus einer ein- eine Wechselspannung angesteuert wird, dann werzigen durchgehend gedruckten elektrischen Leiter- 30 den Signale mit zwei verschiedenen Maximalamplischleife mit einer Anzahl von gleich langen parallelen tuden in den Leiteranordnungen 40 und 42 induziert, und im gleichen Abstand zueinander angeordneten Es ist zu beachten, daß die Leiteranordnungen 40 Leiterbahnen 50 besteht, die in abwechselnder Rei- und 42 nur die Ordinatenstellung der Sonde längs henfolge an ihren Endpunkten durch die kürzeren der F-Achse bestimmen. Leiteranordungen 44 und Leiterbahnen 52 miteinander verbunden sind. Der 35 46, die sich unmittelbar unter den Leiteranordnun-Durchmesser der kreisförmigen Leiterwindung 34 der gen 40 und 42 befinden und senkrecht zu diesen Sonde 14 ist gleich einem ungeraden Vielfachen der verlaufen, bestimmen die Abszissen-Stellung der Abstände zwischen zwei benachbarten parallelen Leiterwindung 34 längs der .Y-Achse. Die Leiterlängsseitigen Leiterbahnen 50. Es umfaßt der Aus- anordnungen 44 und 46 sind mit den Leiteranorddruck »ungerades Vielfache« auch die Zahl 1. Wird 40 nungen 40 und 42 identisch und zueinander ebenso die Sonde über die Leiteranordnung 40 in einer zu angeordnet wie die Leiteranordnungen 40 und 42, den längsseitigen parallelen Leiterbahnen 50 senk- d. h., die langen parallelen Leiterbahnen der Leiterrechten Richtung bewegt, so wird ein 3-kHz-Signal anordnung 44 erscheinen unmittelbar über und in in der Leiterschleife induziert, dessen Amplitude der Mitte zwischen den langen parallelen Leitersinusförmig in Abhängigkeit von der Sondenverschie- 45 bahnen 40 der Leiteranordnung 46. In gleicher bung verläuft. Diese Richtung wird nun willkürlich Weise ist auch eine Signalverarbeitungseinrichtung 20 als die K-Ordinate der Koordinatenanordnung 18 be- und ein Phasendetektor 16 zum Empfang der Signale zeichnet. Die mit »Gitter-40-Spannung« der F i g. 6 der Leiteranordnungen 44 und 46 und zur Bestimbezeichneten Kurven werte stellen die Änderung der mung der Sondenstellung auf der .Y-Achse vorgesehen, maximalen Amplitude des in der Leiteranordnung 40 50 Die F i g. 5, 6 und 7 zeigen die Art und Weise, in induzierten Signals dar, wenn die Sonde längs der welcher sich die in den Leiteranordnungen 40 und 42 ^-Ordinate bewegt wird. Die Änderung der Maximal- induzierten Signale ändern, wenn die Sonde 14 längs amplitude des induzierten Signals kann auch als der K-Achse der Koordinatenanordnung 18 bewegt Änderung der induzierten Spannung bezeichnet wird. Die Punkte »a«, »6« und »c« in F i g. 5 zeigen werden. 55 die Stellung der Sonde 14, wenn das Fadenkreuz 38

Da sich, wie F i g. 6 zeigt, bei einer Bewegung der der Sonde direkt über einen dieser Punkte gelegt Sonde 14 längs der y-Achse der Leiteranordnung 40 wird. Die Maximalamplituden der in den Leiterdie Induktionsspannung sinusförmig mit der Sonden- anordnungen 40 und 42 induzierten Signale sind in verschiebung ändert, ist leicht einzusehen, daß diese diesem Falle mit den Buchstaben »α«, »fe« und »c« beiden leitenden Bauelemente eine Induktionsspan- 60 in Fig. 6 gekennzeichnet. Die Fig. 7a, 7b und 7c nung abgeben, welche genauer die Sondenstellung zeigen die induzierten Signale selbst und ihr für die darstellt, als dies bisher bei anderen Gitter- und drei Punkte »a«, »6« und »c« erzeugtes Summen-Läuferkonstruktionen der Fall war. Es ist jedoch zu signal. Die Fig. 5 und 6 zeigen, daß sich die indubeachten, daß die in Fig. 6 gezeigte Spannung einer zierten Signale um eine vollständige Periode einer einzelnen Leiteranordnung 40 unter Verwendung der 65 maximalen Signalamplitude ändern, wenn die Sonde Sonde 14 keine eindeutige Anzeige der Sondenstel- um einen Weg bewegt wird, der gleich ist dem doplung darstellt Für jeden Punkt der Anstiegsflanke der pelten Abstand zwischen zwei nebeneinanderlieeen-Spannungskurve der Leiteranordnung 40 gibt es einen den langen parallelen Leiterbahnen 50. In Fig. 5 ist

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der Punkt »ft« gegenüber dem Punkt »α« um einen das in der Leiterbahn 52 induzierte Signal den Pha-Abstand auf der Y-Achse der Leiteranordnung 40 sendetektor 16 erreichen könnte, so würden Fehler in versetzt, der gleich einem Drittel des Abstandes zwi- die abgegebenen Lagemessungen eingeführt. Daher sehen dem Punkt »α« und der nächstliegenden par- ist zum Zwecke der Erzeugung eines Löschsignals für allelen Leiterbahn 50 ist. In F i g. 6 ist der Punkt »ft« 5 das in den Leiterbahnen 52 induzierte Signal die Leigegenüber dem Punkt »α« um 30° längs der Sinus- terbahn 66 als Teil der gedruckten Schaltungen vorkurve der F i g. 6 versetzt. Ebenso ist Punkt »c« gesehen, welche die Koordinatenanordnung 18 bilgegenüber Punkt »ft« um einen Abstand versetzt, der den. Diese Leiterbahn läuft parallel zu und nahe den gleich ist dem halben Abstand zwischen zwei neben- Leiterbahnen 52, so daß ein elektrisches Signal auch einanderliegenden parallelen Leiterbahnen 50 in io in der Leiterbahn 66 induziert wird, wenn sich die Fig. 5 und 90° gegenüber dem Punkt »ft« auf der Sonde nahe der Leiterbahn52 befindet und dort ein Kurve der F i g. 6. Somit können die in den Leiter- Signal induziert. Die in der Leiterbahn 52 und in der anordnungen 40 und 42 induzierten Signale durch Leiterbahn 66 induzierten Signale sind im wesentdie folgenden Gleichungen dargestellt werden: liehen gleich und elektrisch entgegengesetzt, wodurch

15 sie sich gegenseitig löschen, so daß in der Leiter-

_, _ _, . Iy ■_xf-_no\ · anordnung 40 kein elektrisches Signal auftritt, das an

£40 - ß ^sin \-j ■ ^iW 1 sin ωί _der Leiterbahn 52 gemessen werden kann.

F i g. 8 zeigt eine andere Anordnung zur Löschung

^und induzierter Fehlersignale infolge der Ankopplung

(y A . ^Io zwischen der Sonde und den kurzen Leiterbahnen.

— -36OjSmWi, _Dje Koordinatenanordnung 68 in Fig. 8 besteht

' ebenfalls aus einer einzigen gedruckten fortlaufenden

wobei elektrischen Leiterschleife, deren lange parallele Lei-

E = die Maximalamplitude des induzierten Signals, terbahnen70 an jeweils abwechselnden Endpunkten

das unter Verwendung einer gegebenen An- ²5 durch die kurzen Leiterbahnen 72 verbunden sind.

Steuerungsspannung erreicht werden kann. Jedoch im Gegensatz zur Koordinatenanordnung 18

Diese Amplitude ist am Punkt »α« der F i g. 5 ^{läuft hiei der die} Leiteranordnung 68 bildende durch-

und 6 eezeigt· gehende Leiter in sich selbst zurück, so daß die lan-

y = die Linearverschiebung auf der Y-Achse; f" P^aralle^ⁿ Leiterbahnen 74 parallel zu den Lei-

* 'f . · . 3° terbahnen 70 verlaufen und nahe an ihnen liegen.

d = der doppelte Abstand zwischen zwei neben- _{Auch di(;} Leiterbahnen 74 sind an ihren Endpunkten

einanderliegenden langen parallelen Leiter- _{durch die kurzen} Bahnen 76 miteinander verbunden,

bahnen einer Leiteranordnung; _{die para}i_lei _zu den Bahnen 72 verlaufen und zwi-

ω = Frequenz (3 kHz bei diesem Ausführungsbei- sehen diesen liegen. Wenn die Sonde 14 auf die

spiel); 35 Leiterbahnen 72 zubewegt wird, so wird ein Signal

t — Zeit in Sekunden. induziert. Wären die Leiterbahnen 76 nicht vorhanden, so würden die in den Bahnen 72 induzierten

Es ist zu beachten, daß der Punkt »ft« sowohl ge- Signale eine Fehleranzeige an den Bahnen 78 hervorgenüber dem Punkt »α« auf der Y-Achse der Leiter- rufen. Die Anordnung ist jedoch so ausgelegt, daß anordnung 40 als auch gegenüber dem Punkt »α« auf 40 sich die Bahn 76 nahe genug an der Bahn 72 befinderen A'-Achse versetzt ist. Diese Seitenverschiebung det, so daß beim Auftreten eines Induktionssignals in wird in keiner Weise den Leiteranordnungen 40 und dieser Bahn auch ein Signal in der Bahn 76 induziert 42 durch eine Änderung des Induktionssignals ange- wird. Die beiden in den Bahnen induzierten Signale zeigt, das an den Leitungen 62 und 64 (F i g. 4) ge- sind somit gleich und einander entgegengesetzt und messen wird. Nur eine Bewegungskomponente in 45 löschen sich gegenseitig. Auch wenn eine Ansteuesenkrechter Richtung zu den langen Leiterbahnen 50 rungsspannung der Anordnung 68 und nicht der und 54 erzeugt eine Änderung des Induktionssignals Sonde 14 eingespeist wird, so ist die in eine Leiterin bezug auf diese beiden Leiteranordnungen. Da bahn 72 eingespeiste Ansteuerungsspannung der jede zu der Koordinatenanordnung 18 gehörende Spannung in der danebenliegenden Bahn 76 entge-Leiteranordnung nur die Stellung in einer Achse 50 gengesetzt. Daher wird in der Sonde keine resultiemessen soll, müssen die Induktionssignale, die durch rende Spannung infolge der elektrischen Kopplung die elektrische Ankopplung zwischen den kurzen zwischen den Leiterbahnen der Anordnung 68 indu-Leiterbahnen einer Leiteranordnung und der Sonde ziert.

erzeugt werden, wenn sich die Sonde diesen Leiter- Der Vorteil der Leiteranordnung 40 gegenüber der bahnen nähert, in Betracht gezogen werden. Aus den 55 Anordnung 68 besteht darin, daß sie etwas leichter F i g. 3 und 4 geht hervor, daß die beispielsweise in zu bauen ist. Die Leiteranordnung 40 besitzt keine den Leiterbahnen 52 der Leiteranordnung 40 indu- Leiterteite wie die Leiterbahnen 74, die sich sehr zierte Spannung nicht die Stellung einer beweglichen nahe an den Leiterbahnen 70 befinden. Die Anord-Sonde auf der Y-Achse anzeigt Wenn die Sonde nung68 besitzt jedoch den Vorteil, daß sie eine Inlängs der Af-Achse der Koordinatenanordnung 18 be- 60 duktionskopplung zwischen der Sonde 14 und den wegt wird, aber ihre Stellung in bezug auf die beiden Leiterbahnen 70 und 74 bewirkt. Unter sonst Y-Achse konstant hält, so ist das an den Leitern 62 gleichen Voraussetzungen kann daher mit der Ander Leiteranordnung 40 gemessene Signal etwas grö- Ordnung 68 ein stärkeres Induktionssignal erzeugt ßer, wenn sich die Sonde nahe einer Leiterbahn be- werden.

findet, als wenn sie in der Nähe der Mitte der Leiter- 65 Die F i g. 6 und 7 zeigen, daß sich die Maximalanordnung ist. Da jede aus der Leiteranordnung 40 amplituden der durch das Ansteuerungssignal in den kommende Signaländerung als eine Anzeige für eine Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signale Bewegung auf der Y-Achse gewertet wird, wenn ändern, wenn die Sonde auf der Y-Achse der Koor-

dinatenanordnung 18 bewegt wird. Die Phase des induzierten Signals ändert sich aber nicht so, daß die Verschiebung der Sonde genau angezeigt wird. F i g. 7 zeigt, daß die in den Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signale sowie ihr Summensignal immer entweder vollkommen phasengleich sind, oder daß eines der Signale genau um 180° gegenüber den anderen beiden Signalen phasenverschoben ist. Daher ist die Signalverarbeitungseinrichtung 20 vorgesehen, welche die Induktionssignale von den Leiteranordnungen 40 und 42 empfängt und ein Signal erzeugt, dessen Phasenlage im Verhältnis zum Verschiebungsweg der Sonde verschoben ist. Die Signale der Leiteranordnungen 40 und 42 werden zuerst in den Verstärkern 80 und 82 verstärkt, so daß man stärkere und somit leicher zu verarbeitende Signale erhält. Der Phasenschieber 84 dreht die Phase des Signals von 42 um 90°. Diese Phasendrehung ändert nicht die Werte der Induktionsspannung. Auch in diesem Fall zeigt F i g. 6 die Art und Weise, in der sich die Induktionsspannung bei der Bewegung der Sonde 14 über die Fläche der Koordinatenanordnung 18 ändert. Es hat sich die Phasenbeziehung zwischen den beiden induzierten Wechselspannungssignalen geändert. Diese Beziehung für die drei Ortspunkte »α«, »6« und »c« wird durch die Kurven der Fi g. 9 a, 9b und 9 c dargestellt. Das nicht gedrehte Signal der Leiteranordnung 40 und das um 90° phasenverschobene Signal der Leiteranordnung 42 werden dann im Summierverstärker 86 verstärkt. F i g. 9 zeigt auch das induzierte Summensignal, das durch den Summierverstärker 86 für die drei angezeigten Ortspunkte erzeugt wird.

Am Ortspunkt »a« (F i g. 9 a) gibt es keine in der Leiteranordnung 42 induzierte Spannung. Daher ist das üurch den Summierverstärker 86 erzeugte Summensignal einfach gleich dem Signal, das vom Verstärker 80 kommt, wenn sich der Läufer am Punkt »α« befindet. Fig. 9b zeigt das Induktionssignal der Leiteranordnung 40 und 42, die beide im Verstärker 86 summiert werden, sowie das zwischen dem Summierverstärker abgegebene Summensignal, wenn sich der Läufer am Punkt »&« befindet. Da die Phase des von 42 kommenden Signals gegenüber der Phase des Signals von 40 um 90° verschoben ist, wird das durch den Summierverstärker 86 erzeugte Summensignal um 30° gegenüber dem Summensignal der F i g. 9 a gedreht, wenn sich die Sonde am Punkt »fc« befindet. Wie im Falle der in F i g. 7 gezeigten Signale ändern sich die Maximalamplituden der Wechselspannungssignale der Leiteranordnungen 40 und 42 in Abhängigkeit von den Änderungen der Sondenstellung. Es ist jedoch zu beachten, daß trotz der Änderung der Maximal amplitude dieser beiden Signale die Maximalamplitude des Summensignals der Fig. 9b keine Änderung gegenüber der in Fig. 9a gezeigten Maximalamplitude erfährt. Lediglich die Phase dieses Signals wurde gedreht

F i g. 9 c zeigt die induzierten Signale und das Summensignal, die erzeugt werden, wenn sich die Sonde im Ortspunkt »c« befindet. Wie im vorhergehenden Falle haben sich die Maximalamplituden der induzierten Signale geändert (s. F i g. 7), jedoch die Maximalamplitude ihres Summensignals hat keine Änderung erfahren. Doch wird, wenn die Sonde im Punkt »cc steht, die Phase des hierbei erzeugten Summensignals gegenüber der Phase des Signals, das erzeugt ist, wenn sich der Läufer am Punkt »fe« befindet, um 90° gedreht. Somit wird ein Signal abgegeben, dessen Phasenverschiebungen in direktem Verhältnis zur Sondenverschiebung stehen. Dieses durch den Summierverstärker 86 erzeugte Summensignal (E_sum) wird durch den folgenden mathematischen Ausdruck dargestellt:

E_Sttm = A E sin — · 360° 1 sin ω/

\^d

+ AEcos(~ -360°) coscuf, \^d I

wobei

A = der Verstärkungsfaktor, und die übrigen Symbole entsprechen den vorher festgelegten.

Nach Auflösung der obigen Gleichung ergibt sich:

Iv \

E_sam = A E cos — · 360° — ω t \.

Somit bestätigt der mathematische Ausdruck die Darstellung der F i g. 9, die zeigt, daß das Ausgangssignal des Summierverstärkers 86 ein Signal ist, dessen Phase sich linear und in direktem Verhältnis zur Verschiebung der Sonde auf der Y-Achse der Koordinaten 18 verschiebt.

Dieses Summensignal wird durch das 3-kHz-Filter 88 gefiltert, wobei unerwünschte Rauschsignale und Harmonische vom Summensignal herausgefiltert werden und eine reine Sinusspannung zur weiteren Verarbeitung entsteht. Der Nulldurchgangsabstaster 90 tastet die Nullpunkte dieses sinusförmigen Summensignals ab und verstärkt das Signal, wodurch das sinusförmige Summensignal der F i g. 9 in das Rechteck-Summensignal der Fig. 10 und 11 umgesetzt wird. Dieses Rechteck-Summensignal gelangt an den Phasendetektor 16, dessen Ausgangssignal die Sondenstellung durch Messung der Phasenänderung dieses Rechteck-Summensignals anzeigt, das erzeugt wird, wenn die Sonde 14 auf der Y-Achse bewegt wird.

Der Phasendetektor 16 enthält eine logische Phasenvergleichsstufe 92, deren Auslegung bekannt ist und die das Rechteck-Summensignal vom Nulldurchgangsabtaster 90 erhält und die Phase dieses Signals mit der Phase eines Bezugssignals vergleicht. Dieses Bezugssignal ist ein 3-kHz-Rechtecksignal, das durch den Taktgeber 21, die Schaltlogik 94 und den Zähler 96 erzeugt wird. Der Taktgeber 21 gibt ein 3-MHz-Rechtecksignal ab, das über die Schaltlogik 94 und die Leitung 98 an den Zahler 96 übertragen wird, wenn das an die Phasenvergleichsstufe 92 gelangende Bezugs- und Summensignal phasengleich sind. Der Zähler 96 ist von bekannter Bauweise und enthält eine Anzahl von Schaltkreisen. Der Zähler 96 gibt ein Ausgangssignal mit fester Amplitude ab, dessen Polarität sich nur in Abhängigkeit von der Funktion der Schaltkreise ändert Diese Schaltkreise sprechen auf das ankommende 3-MHz-Signal an und sind so beschaffen, daß sie die Polarität des Ausgangssignals des Zählers 96 ändern, wenn SOO Eingangsimpulse über die Leitung 98 empfangen werden. Somit überträgt der Zähler 96 ein 3-kHz-Rechteck-Bezugssigna] an die Phasenvergleichsstufe 92. Die Phasenvergleichsstufe 92 vergleicht die Phasenlage dieses Bezugssignals mit dem Summen-Rechtecksignal von Nulldurchgangsabtaster 90. Wenn die Phasenver-

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gleichsstufe 92 feststellt, daß diese beiden Signale logik 94 und der Zähler 96 die Phase des Bezugsgegeneinander phasenverschoben sied, so überträgt signals um 10~^s Perioden voreilen lassen. Wenn demsie ein Sigaal an die Schaltlogik 94, welche den Mo- entsprechend die Schaltlogik 94 und der Zahler 96

dus ändert, in welchem die Signale an deu Zähler 96 ein NacheUen der Phase des vom Zähler 96 kommenübertragen werden und damit auch die Phase des der 5 den Bezugssignals um 10~^s Perioden bewirken, dann Phasenvergleichsstufe 92 eingespeisten Bezugssignals überträgt die Schaltlogik 102 einen positiven Impuls

ändert. zum Register 104, wodurch die Zählung diesem Re-

Angenomtnen, die Phasenvergleichsstufe 92 stellt gister um Eins erhöht wird. Die im Register 104 geeine Phasenbeziehung fest, wie sie in Fig. 10 dar- speicherte Zählung stellt somit die Gesamtzahl der gestellt ist, wobei das Summen-Rechtecksignal dem io positiven oder negativen Impulse bzw. der Phasen-Rechteck-Bezugssignal um 30° voreilt. Dann veran- nacheil- oder -voreilschritte, die erforderlich sind, um laßt die Phasenvergleichsstufe 92 die Schaltlogik 94, das Summen- und das Bezugssignal miteinander einen Impuls des Taktgebers 21 an den Zähler 96 phasengleich zu halten. Die im Register 104 gespeiüber die Leitung 100 zu übertragen. Dieser Impuls cherte Zählung wird einem Umsetzer 106 eingegeben, überbrückt dann einen der Schaltkreise des Zählers 15 der die im Register 104 gespeicherte Zählung um eine 96 und bewirkt, daß die Polarität des Zählerausgangs- Dezimalanzeige der Verschiebung der Sonde auf der signals umgeschaltet wird, nachdem nur 499 Impulse Fläche der Koordinatenanordnung 18 umsetzt. Da die vom Taktgeber 21 empfangen wurden. Dies läßt die Phasenvergleichsstufe 92, die Schaltlogik 94 und der Phase des Bezugssignals um 10"» Hz zum Summen- Zähler 96 dauernd dahingehend wirken, daß das signal hin voreilen. Dieser Vorgang wird für jeden 20 Summen- und das Bezugssignal miteinander phasenvom Zähler 96 abgegebenen Impuls so lange wieder- gleich sind, kann effektiv jede Zahl, die kleiner ist als holt, wie die Phasenvergleichsstufe 92 feststellt, daß die Zahl, dh eine durch die Bewegung der Sonde das Summensignal dem Bezugssignal voreilt. erzeugte Phasenverschiebung darstellt, im Zähler 104

Der vollkommen phasengleiche Zustand des Be- erscheinen. Diese Zählung wird z. B. nicht durch die zugs- und des Summensignals ist in Fig. 11 gezeigt. 25 Anzahl der Impulse begrenzt, die erforderlich ist, um Daraus geht hervor, daß das Bezugssignal in die Lage eine Phasendrehung von einer vollständigen Periode verschoben wurde, die durch das Summensignal in zu erzeugen. Zum Beispiel sei angenommen, daß eine den Fig. 10 und 11 eingenommen wird. Somit wurde Zählung von 3100 im Register 104 gespeichert sei. das Bezugssignal um 30° verschoben. Das gleiche gilt Wie bereits oben festgestellt wurde, zeigt eine Zähauch für den Fall, daß die Phasenvergleichsstufe 92 30 lung von 1000 die Phasenverschiebung einer vollen ein dem Bezugssignal nacheilendes Summensignal ab- Periode an, die sich dann ergibt, wenn die Sonde um tastet; dann wird die Schaltlogik 94 angewiesen, die den doppelten Weg des Abstandes zwischen zwei Übertragung von Impulsen des Taktgebers 21 an den nebeneinanderliegenden langen parallelen Leiterbah-Zähler 96 so lange zu unterbrechen, bis das Sum- nen bewegt wird. Wenn diese parallelen Leiterbahnen men- und das Bezugssignal miteinander phasengleich 35 im Abstand von 12,7 mm zueinander angeordnet sind. In diesem Falle gilt der umgekehrte Vorgang, sind, dann setzt der Umsetzer 106 die vom Register d. h., wenn ein durch den Taktgeber 21 abgegebener 104 ankommende Zählung von 3100 in eine Dezi-Impuls nicht den Zähler 96 erreicht, dann wird die malzahl um, so daß die Ausgabeanzeige 108 eine Phase des an die Phasenvergleichsstufe 92 gelangen- Verschiebung von 78,74 mm anzeigt. Eine negative den Bezugssignals um 10"^s Hz verzögert. 40 Zählung zeigt die Verschiebung in einer Richtung

Im vorerwähnten Beispiel wurde die Phase des von einem Bezugspunkt auf der y-Achse an, wäh-

Bezugssignals um 30° gedreht, um mit dem Summen- rend eine positive Zählung eine Verschiebung in der

signal phasengleich zu sein. Dieses Beispiel wurde ge- Gegenrichtung von diesem Bezugspunkt aus anzeigt,

wählt, um eine leichtere Erklärung der Phasenver- Die im Register 104 gespeicherte Zählung zeigt die

gleichsstufe 92, der Schaltlogik 94 und des Zählers 45 Verschiebung mit einer Genauigkeit von Vsoo des Ab-

96 geben zu können. Im praktischen Betrieb funk- Standes zwischen zwei nebeneinanderliegenden par-

tionieren diese Einrichtungen mit solch einer Ge- allelen Leiterbahnen an.

schwindigkeit, daß sowohl das an die Phasenver- In Fig. 1 sind getrennte Ausgabeanzeigen für die gleichsstufe 92 gelangende Bezugssignal als auch das Anzeige der Verschiebung längs der X- und y-Achse Summensignal praktisch immer phasengleich mitein- 50 dargestellt. Diese Doppelanzeige liefert eine Aufander sind, unbhängig davon, wie schnell die Sonde zeichnung von sowohl der Größe als auch der Rich- 14 verschoben wird, und in der Praxis wird wohl tung der Verschiebung gegenüber einem Bezugspunkt, niemals eine Phasendifferenz der beiden Signale von Auf Wunsch kann auch eine einzelne Zahl zur An-30° auftreten. zeige des geradlinigen Abstandes zwischen einem

Wenn die Phasenvergleichsstufe 92 der Schaltlogik 55 Ortspunkt und dem Bezugspunkt vorgesehen werden,

entweder einen Voreil- oder einen Nacheilbefehl für Der geradlinige Abstand zwischen einem Ortspunkt

die Phasenlage des vom Zähler 96 ankommenden und dem Bezugspunkt ist dann einfach die Hypothe-

Signals gibt, dann befiehlt sie auch der Schaltlogik nuse eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen Seiten

102, die Impulse an das Zählregister 104 zu übertra- gleich den Verschiebungen auf der X- und der

gen. Diese Signalimpulse bewirken eine Änderung der 60 y-Achse sind. Unter Verwendung der Einrichtung

in diesem Register gespeicherten Zählung und bewir- der Fig. 1 ergibt sich als weitere Möglichkeit, daß die

ken somit, daß die Zählung eine genaue Aufzeich- Signale des Zählregisters 104 an Stelle der Sicht-

nung der Gesamtverschiebung der Sonde vom Be- anzeige direkt einen Computer zur weiteren Verarbei-

zugspunkt auf der y-Achse bei jeder Anordnung 18 tung eingegeben werden können,

darstellt. Der Phasendetektor 16 arbeitet so, daß die 65 Die durch die Phasenvergleichsstufe 92, die Schalt-

Schaltlogik 102 einen negativen Impuls an das Re- logik 94 und den Zähler 96 in Abhängigkeit von der

gister 104 überträgt, wodurch die Zählung zu diesem Verschiebung der Sonde ausgeführte Funktionen wird

Register um Eins vermindert wird, wenn die Schalt- durchwegs als Phasenverschiebung bezeichnet. Phase

15 16

und Frequenz des Wechselspannungssignals stehen punkt hinaus wird die Zählung im Register 104 erjedoch miteinander in ^o enger Beziehung, daß die höht, jedoch beim Rückfahren auf diesen Ortspunkt Funktion auch Frequenzverschiebung genannt wer- verringert sich die Zählung. Dadurch ergibt sich eine den kann. Wenn die Phase eines Signals gegenüber äußerst bequeme Bedienung. Man kann den Bezugsder Phase eines anderen Signals verschoben wird, so 5 punkt wählen, die Sonde direkt nach einem beliebig wird die Frequenz des Signals, dessen Phasenlage ge- zu wählenden Weg auf einen Ortspunir rtellen und dreht wird, während des Intervalls geändert, in wel- erhält eine Anzeige des Abstandes - -chen dem chem die Phasenverschiebung auftritt. Somit könnte Bezugspunkt und dem Istpunkt. Wenn uer Abstand physikalisch betrachtet die Funktion entweder als zwischen dem gewählten Bezugspunkt vind einem Frequenzverschiebung oder als Phasenverschiebung io anderen Ortspunkt gemessen werden soll, so wird bezeichnet werden. Der Ausdruck Frequenzverschie- einfach die Sonde vom ersten zum zweiten Ortspunkt bung wird jedoch nicht verwendet, da er möglicher- hin bewegt. Die Ausgabeanzeige 108 zeigt dann den weise nahelegen würde, daß auch der Abstand zwi- Abstand zwischen dem Bezugspunkt und dem zweiten sehen dem Bezugspunkt und dem Ortspunkt während Ortspunkt an. Wenn weiterhin der Bezugspunkt nach des Zeitintervalls angezeigt werden würde, in wel- 15 einer Anzahl von Messungen geändert werden soll, chem die Phasenlage eines Signals gegenüber der des so braucht die Sonde nur auf den neu gewählten Beanderen Signals verschoben wird. zugspunkt gestellt zu werden, und dann wird die

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist dies nicht der Fall. Zählerlöscheinrichtung 110 betätigt, welche die Zäh-

Wenn die Sonde bewegungslos über einem Ortspunkt lung in den Registern 104 löscht

verharrt, dann gibt der Zähler 96 einfach einen Im- 20 Fi g. 12 zeigt in Form der Meßeinrichtung 110 ein

puls für jeweils 1000 vom Taktgeber 21 empfangenen anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ko-

Impulse ab, und das Bczugssignal bleibt mit dem von ordinatenanordnung 18 und nicht die Sonde 14 ange-

der Koordinatenanordnung 18 herkommenden Sum- steuert wird. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 12

mensignal phasengleich.. Die im Register 104 gcpei- zeigt auch eine andere Ausführung des Phasen-

cherte Zählung ändert sich so lange nicht, wie die 25 detektors 112 und mehrere gleichartige Sonden, die

Sonde über dem Ortspunkt verbleibt. Daher zeigt die unabhängig voneinander arbeiten können.

Ausgabeanzeige 108 den Koordinatenabstand zwi- Die Meßeinrichtung 110 der Fig. 12 enthält eine

sehen dem Ortspunkt und dem Bezugspunkt dau- Wechselspannungsquelle 114, die sinusförmige 3-kHz-

ernd an. Signale an die Leiteranordnungen 40 und 42 für die

Im praktischen Betrieb wird die Koordinaten- 30 Y-Achse überträgt, sowie eine Wechselspannungsanordnung 18 über oder unterhalb einer zu messen- quelle 116, die sinusförmige 4-kHz-Signale an die den Fläche angeordnet. Da die Leiterbahnen auf sehr Leiteranordnungen 44 und 46 für die A'-Achse überdünnen Epoxyharz-, Glas- oder Kunststoffträgern ge- trägt. Die Leiteranordnungen 40, 42, 44, 46 entspredruckt werden können, kann die Anordnung sehr chen denen der F i g. 2 und 4. Jedes der vier der Kobiegsam gemacht werden, so daß Messungen nicht 35 ordinatenanordnung 18 eingespeisten Signale induauf ebene Flächen begrenzt sind. Dann wird das An- ziert ein Signal in jedem der dargestellten Sonden 14. steuerungs- oder Bezugssignal für die Sonde 14 und Die Sonden wirken als elektrische Summierglieder den Phasendetektor 16 eingeschaltet. Man braucht und übertragen ein einziges Summensignal, das sich die Koordinatenanordnung 18 nicht in einem lang- aus den Komponenten der vier Signale zusammenwierigen Verfahren genau auf die zu messende Fläche 40 setzt und an eine Signalverarbeitungseinrichtung 112 auszurichten, da jeder Punkt auf der Fläche als Be- gelangt, die in Fig. 12 zur Bestimmung der Stellung zugspunkt gewählt werden kann, von dem aus die von nur einer einzigen Sonde näher dargestellt ist. Messungen vorgenommen werden können. Zur Wahl Die Einrichtung zur Bestimmung der Lage der andeeines Bezugspunktes wird die Sonde 14 direkt über ren Sonden ist mit der gezeigten Einrichtung idendiesen Punkt gelegt, und dann wird eine Zählerlösch- 45 tisch. Das in einer Sonde induzierte Signal und die einrichtung 110 betätigt, welche die Zählung in den Bewegung einer Sonde beeinflussen nicht die Lage-Zählregistern 104 löscht. Solange die Sonde 14 nicht messungen einer anderen Sonde. Die Signalverarbeivon dem jetzt gewählten Bezugspunkt hinwegbewegt tungseinrichtung 112 enthält eine Phasenvergleichswird, bleibt in den Zählregistern 104 eine Null- stufe 118 zur Bestimmung der Stellung auf der anzeige, und von den Ausgabeanzeigen 108 wird 50 Y-Achse und eine Phasenvergleichsstufe 120 zur Bekeine Verschiebung angezeigt. Dann wird die Sonde Stimmung der Stellung auf der A'-Achse.
14 so bewegt, daß sich das Fadenkreuz 38 direkt über Die beiden Wechselspannungsquellen 114 und 116 dem ersten Istpunkt befindet. Dabei verschiebt sich sind mit der Wechselspannungsquelle 12 der F i g. 1 die Phase des induzierten Summensignals gegenüber identisch. Jedoch haben die von ihnen erzeugten der Phase des Bezugssignals und erfolgt die Anzeige 55 Signale verschiedene Kennlinien. Daher kann das in in der bereits erläuterten Weise. einer Sonde 14 induzierte Summensignal in ein erstes

Umwege der Sonde 14 beeinflussen nicht die Ab- Signal zur Anzeige der Verschiebung längs der Standsmessung zwischen den beiden Punkten. Die A'-Achse getrennt werden. F i g. 9 zeigt, daß die Pha-Richtung, in welcher sich die Phase des Summen- senlage eines Summensignals, das durch Addition signals gegenüber dem Bezugssignal verschiebt, hängt 60 einer ersten in einer Leiteranordnung induzierten von der Richtung ab, in welcher die Sonde über die Signalkomponente und einer zweiten gegenüber der Fläche bewegt wird. Angenommen, die Sonde 14 ersten Signalkomponente phasenverschobenen und in wird vom Bezugspunkt aus über den Istpunkt der zugehörigen Leiteranordnung induzierten Signalhinaus und dann zurück zum Istpunkt bewegt. Die komponente erzeugt wird, im Verhältnis zur Verim Register 104 gespeicherte Zählung, wenn sich die 65 Schiebung der Sonde in Querrichtung zu den langen Sonde direkt über dem Istpunkt befindet, zeigt den parallelen Leiterbahnen der beiden Leiteranordnungenauen Abstand zwischen dem Bezugspunkt und gen verschoben wird. Die Sonde dient als elektrisches dem Ortspunkt an. Bei der Bewegung über den Orts- Summierglied für die Signale. Die Meßeinrichtung

110 enthält deshalb eine Einrichtung zur Phasenverschiebung des den beiden Leiteranordnungen 42 und 46 eingespeisten Signals, anstatt einer Einrichtung zur Phasenverschiebung der in den Leiteranordnungen der Fig. 1 induzierten Signale. Die Phasenschieber 122 und 124, welche diese Phasenverschiebung ausführen, sind identisch mit dem Phasenschieber 84 der Fig. 1.

Das in der Sonde 14 induzierte Summensignal wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

- E sin (^-360°

Esin(— 360°

wobei

χ — lineare Verschiebung der Sonde längs der ΛΓ-Achse;

ω, = Frequenz des den Leiteranordnungen 40 und 42 für die Y-Achse eingespeisten Signals
(3 kHz in diesem Ausführungsbeispiel);

w₂ = Frequenz des den Leiteranordnungen 40 und 42 für die .Y-Achse eingespeisten Signals
(4 kHz in diesem Ausführungsbeispiel).

Die übrigen Symbole wurden bereits vorstehend erklärt.

Das erhaltene Signal wird durch ein Koaxialhebel 126 über den Kabelzweig 128 auf das 3-kHz-Band-

modulators bestimmt. Wenn die Sonde auf der Y-Achse in einer Richtung bewegt wird, in der ein positives AusgangssignaJ am Demodulator 136 entsteht, dann überträgt der spannungsgeregelte Oszillator 140 Impulse an den Zähler 138, der auch ein positives Signal über die Leitung 141 und den Kabelzweig 142 vom Demodulator 136 erhält. Dieses positive Signal veranlaßt den Zähler 138, die vom Oszillator 140 kommenden Impulse zu den vom Taktgeber ίο 114 kommenden Impulsen zu addieren. Diese durch den spannungsgeregelten Oszillator 140 übertragenen Impulse verursachen eine Phasenvoreilung des Bezugssignals, da nun der Zähler 138 500 Impulse empfangen hat und damit die Polarität seines Ausgangssignals umkehrt, obwohl die Wechselspannungsquelle 114 noch keine 500 Impulse abgegeben hat. Wenn die Sonde 14 längs der Y-Achse in einer Richtung bewegt wird, die ein negatives Ausgangssignal des Demodulators zur Folge hat, so veranlaßt das über die Zweigleitung 142 an den Zähler 138 gelangende Signal, daß der Zähler die durch den spannungsgeregelten Oszillator abgegebenen Impulse von den von der Wechselspannungsquelle 114 empfangenen Impulsen abzieht. Damit bewirken diese Impulse eine Nacheilung des an den Demodulator 136 gelangende:. Bezugssignals.

Der spannungsgeregelte Oszillator 140 überträgt Impulse an das Zählregister 143 und an den Zähler

_fi| - 138. Das Zählregister 143 empfängt auch das Auster 130 und über das Kabel 132 auf das 4-kHz- ₃₀ gangssignal des Demodulators über die Leitung 141 öandnlter 134 übertragen. Diese Filter dienen als wird ein positives Signal über die Leitung 141 über-Frequenzweichen. Das Bandfilter 130 filtert die tragen, so erhöht jeder Oszillatorimpuls die in diesem 4-kHz-SignaIkomponenten heraus, welche die Stel- Register gespeicherte Zählung um Eins, und wenn lung der Sonde 14 auf der *-Achse anzeigen und _ein negatives Signal über die Leitung 141 übertragen uDertragt ein 3-kHz-Summensignal, wie z. B. das in _{35 w}j_rci, so verringert jeder Oszillatorimpuls diese Zäh-Vif ^darf"^tellt^ ^Sl8^{nal zur} Anzeige der Sonden- i_ung um Eins. So ist wie im Falle des Zählregisters stellung auf der Y-Achse, über den Verstärker 135 I₀₄ der Fig. 1 im Zählregister 143 sowohl die auf den phasenabhängigen Demodulator 136. An Größe als auch die Richtung der Verschiebung geden Demodulator 136 wird auch ein Rechteck-Be- _genüber einem Bezugspunkt auf der Y-Achse eezugssignal von ? kHz angelegt. Dieses Bezugssignal ₄o speichert. Da eine Addition oder Subtraktion von ''f" ^die .^We,chselspannungsquelle 114, die ein lOOO Impulsen zum bzw. vom Zähler 138 die Phase 3-MHz-Rechtecksignal an den Zähler 138 überträgt, des Bezugssienais um eine volle Periode drehen läßt TLurc· , ^Zahler;* ^{der Fi}S- ^{1 ist und dieses} liefert das Zählregister 143 eine Messung der Ver-3-MHz-Signal um den Faktor 1000 herunterteilt, um Schiebung mit einer Auflösung vcn V«e. des Abstanein 3-kHz-Bezugss^nal fur den Demodulator 136 zu ₄₅ des zwischen zwei nebeneinanderliegenden parallelen erzeugen. Wie Fig. 9 zeigt, wird die Phase des an Leiterbahnen. Diese Auflösung ist gleich der Aufriß H V^t" ? ί gelangenden Summensignals lösung, die mit dem Meßgerät 10 erreicht wird,
durch die Stellung der Sonde bestimmt. D_ie Phasen- Die Phasenvergleichssmfe 120 ist gleichartig auf-

Sn Π "Τ ^dem ^^an _R ^{den D}.^{emodulator 136} gebaut, ausgenommen, daß die Phasenvergleich^ An™ H^UiT^en" ^UA^{d BezU}8^ssl8^nal bestimmt, _5o I₂₀ die Stellung auf der Y-Achse bestimmt an Stel e !w?t w η p°^{r em S}f ^angsslS^{naI ab}S^{lbt Oder auf der y}"^Achse und daher in Abhängigkeit von Sber £ S ^Β&ζ"ΖηΖ^η1¹ S^{enau u}f _K ⁹⁰° legen- 4-kHz-Signalen arbeitet anstatt von 3-kHz Signalen It πίη, ^Summ7^S1f^al Phasenverschoben ist, so Ein in einer Sonde 14 induziertes Signal gelangt an ^^^^^^!Γ^Ύί ν λ u ^{daS 4}"^-Bandfilter 134, in welchem unemünfchte

wird Hie PhLe^ondf™^chiebunß ^auf der J'-Achse ₅₅ Frequenzkomponenten, Rauschkomponenten und S/ΐ δ Sunmensignals verschoben und Harmonische herausgefiltert werden, worauf das

DrAuLtSSTf¹D? ^D _H ^em°^dulatOr■««*· Ausgangssignal des Bandfilters ein ^inXrnige oäuitoMuS Ti? ti ^{Demodulators wird einem} 4-kHz-Summensignal darstellt, das über den Vtt-Sr Oszmlr^rÄT S^? "¥ · ^emgesp _A ^eiSt· ^starkei'^{43 dem} phasenabhängigen Demodulator 144 Uieser Oszillator arbeite in Abhängigkeit vom Aus- 6o eingespeist wird. Über den Zähler 146 gelanet auch

den^g7"h? ι« Pr⁰""¹³!?"',^{indem er ImpuIse an ein}VkHz-Rechteck-Bezugssignaf von der wlhsel ££^^J££T if ^Phaf ^{deS a}ü· I,⁶"^{1 s}P^a«n«ngsqueIle "« an L demodulator. w2! mSΜ«ΐ?? H ^g^^lan8^enden Bezugssignals verschieben Falle des Demodulators 136 gibt auch der Demodu

Soße 5e, r,_P h ^{PUlSe Ubertragt}' ^{Wird durch die} «P^n^ngsgeregelten Oszillator 13? übertragen der Große des Gle.chspannungsausgangss.gnals des De- die Phasenlage des vom Zähler 146 komrnSn 7-

19 20

gnals verschiebt und damit die 90°-Phasenbeziehung winkligen Dreiecks, dessen erste Kathete sich vom

zwischen dem Bezugssignal und dem induzierten Mittelpunkt der Leiterwindung 160 auf der Y-Achse

4-kHz-Summensignal aufrechterhält, wenn die Sonde und dessen zweite Kathete sich vom Mittelpunkt der längs der ΛΓ-Achse bewegt wird. Wenn der Oszillator Leiterwindung 162 auf der ΛΓ-Achse erstreckt. Hier-

die Phase des vom Zähler 146 kommenden Bezugs- 5 bei ist

signals verschiebt, so ändert er auch die Zählung im

Register 150. Die im Register 150 gespeicherte Zahl sin θ = (—— ■—)

zeigt somit die Größe und Richtung der Verschit- \ ^s )

bung gegenüber einem Bezugspunkt auf der ΛΓ-Achse _}m^

an, ebenso wie das Register 143 die Verschiebung io

auf der Y-Achse aufzeichnet C₀₅ β _ (^i ~~ Xj\

Wie bereits ae Hand der Fig. 1 erläutert, werden y s J'
zuerst die Wechselspannungsquellen 114 und 116 angeschaltet. Dann wird der Bezugspunkt für eine be- Wenn »s« als Längeneinheit gewählt wird, dann ist stimmte Sonde gewählt, indem diese auf den ge- 15 (Y — Y ) = sin Θ
wünschten Punkt, der als Bezugspunkt dienen soll,
gestellt wird, und die Zählerlöschvorrichtung 152 und

wird betätigt, was einfach durch eine Löschtaste ge- /y _y \ _ _cos β

schehen kann, worauf die in den Registern 143 und * ^

150 gespeicherte Zählung gelöscht wird. Wenn die ao Das Meßgerät 154, mit welchem die vorstehend Sonde 14 von dem gewählten Bezugspunkt aus ver- beschriebenen Messungen der Koordinatenstellung schoben wird, so wird die Phase der an die Demodu- und der Winkelverschiebung der Sonde möglich sind, latoren 136 und 144 übertragenen Induktionssignale besitzt eine Wechselspannungsquelle 166, die ein sigegenüber den Rechteckbezugssignalen gedreht, wel- nusföinüges 3-kHz-Ansteuerungssignal an die Leiterche diesen Demodulatoren eingespeist werden. Diese 35 windung 160 und ein sinusförmiges 4-kHz Λ nsteue-Phasendrehung erzeugt an den Demodulatoren 136 rungssignal an die Leiterwindung 162 abgibt. Jedes und 144 Ausgangsspannungen, welche die spannungs- dieser Ansteuerungssignale induziert ein Signal in geregelten Oszillatoren 140 und 148 ansteuern, um jeder Leiteranordnung der Koordinatenanordnung die Phase der diesen Demodulatoren eingespeisten 18. Diese induzierten Signale werden einem Phasen-Rechteckbezugssignale zu verschieben und diese Pha- 30 detektor und einer Signalverarbeitungseinrichtung 168 senverschiebungen in die Zählregister 143 und 150 eingespeist, deren Ausgangssignale die Sondensteleinzuspeichern. Somit zeigen die in den Registern lung und Winkelrichtung angeben. Die Signalverarbei- 143 und 150 gespeicherten Zahlen die Verschiebung tungseinrichtung 168 wird zur Bestimmung der Sonvom gewählten Bezugspunkt auf der Y- und A'-Achse denstellung auf der Y-Achse und der Größe von an. 35 sin θ näher beschrieben. Die Signalverarbeitungsein-

F i g. 13 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein richtung zur Bestimmung der Stellung auf der

Meßgerät 154, das eine spezielle Sonde 156 enthält, A'-Achse und der Größe cos θ ist mit der beschrie-

die die Messung von sowohl der Koordinatenstellung benen identisch.

als auch der Winkelrichtung gestattet. Die Sonde 156 Die Signalverarbeitungseinrichtung 168 enthält erleichtert somit die schnelle Bestimmung von so 40 eine Filterschaltung 170 und einen Phasendetektor wohl des Abstandes zwischen Punkten auf einer 118 zur Bestimmung der Stellung der Leiterwindung Fläche, wie z. B. einer Karte, als auch der Winkel- 160 auf der Y-Achse, wobei diese auf 3-kHz-Signale richtung der Punkte auf dieser Fläche. Die Sonde anspricht. Außerdem ist noch die Filter-Schaltung 156 besitzt ein durchsichtiges rechteckiges Gehäuse 172 und der Phasendetektor 120 zur Bestimmung der 158, welches die beiden Leiterwindungen 160 und 45 Stellung der Leiterwindung 162 auf der Y-Achse 162 enthält. Wie bei der Sonde 14 ist auch der vorgesehen, wobei diese auf 4-kHz-Signale anspricht. Durchmesser der Leiterwindungen 160 und 162 Die induzierten Signale gelangen über das Koaxialgleich einem ungeraden Vielfachen des Abstandes kabel 174 und den Kabelzweig 176 von der Leiterzwischen zwei nebeneinanderliegenden langen paral- anordnung 40 zum 3-kHz-Bandfilter 178, das als lelen Leiterbahnen50. Wie in Fig. 13 gezeigt, be- 50 Frequenzweiche dient, und über den Kabelzweig 180 trägt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zum 4-kHz-Bandfilter 182, das ebenfalls als Frebeiden Leiterwindungen 160 und 162 »j«, und in der quenzweiche dient. Die in der Leiteranordnung 42 Mitte des Abstandes »i« befindet sich das Faden- für die Y-Achse induzierten Signale werden über das kreuz 164. Die Ortskoordinaten des Mittelpunkts Kabel 184 und den Kabelzweig 185 an das 3-kHzder Leiterwindung 160 sind mit -DX₁Y₁V. bezeichnet, 55 Bandfilter 188 übertragen sowie über den Kabel- und die Ortskoordinaten des Mittelpunktes der Lei- zweig 190 an das 4-kHz-Bandfilter 192. Die Bandterwindung 162 sind mit »X₂Y₂« bezeichnet. Die filter 178, 182, 188 und 192 filtern unerwünschte

Größe *i±2*zeigt die Verschiebung auf der Y-Achse Frequenzkomponenten Rauschsignale und Hanno-

2 ° nische heraus und bilden sinusförmige Induktions-

des Fadenkreuzes 164 gegenüber dem Bezugspunkt 60 signale der gewünschten Frequenz zur weiteren Ver-

an, und die Größe *±*zeigt die Verschiebung auf arbeitung Mit Bezug auf die Filterschaltung 170 wer-

2 ° ^b den die Signale des Bandfilters 178 durch den Ver-

der A'-Achse des Fadenkreuzes 164 von einem Be- stärker 194 verstärkt und durch den Phasenschieber

zugspunkt an. Die beiden Größen (Y₁-Y₂) und 196 in ihrer Phase um 90° gedreht. Diese Phasen- (X₁-X₂) sind Maße für die Winkelrichtung bzw. 65 drehung ist gleich der Phasendrehung, die im Zu-

der Winkelverschiebung gegenüber einem gewählten sammenhang mit den Ausführungsbeispielen der

Bezugspunkt der Sonde 156. Wie Fig. 13 zeigt, bil- Fig. 1 und 12 beschrieben wurde. Diese Figuren

det der Abstand »i« die Hypothenuse eines recht- zeigen, daß die Phase der versetzten Leiteranord-

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nung gedreht wird. Die Phase des von der Leiteranordnung 40 kommenden Signals wird durch die Vorrichtung der Fig. 13 verschoben, um zu zeigen, daß die Phase jedes der beiden Signale gedreht werden kann, solange eines gegenüber dem anderen verschoben ist. Die Signale des Bandfilters 188 werden im Verstärker 198 verstärkt. Dann werden die 3-kHz-Signale des Phasenschiebers 196 und des Verstärkers 198 an den Summierverstärker 200 übertragen, der ein Summensignal bildet, dessen Phase durch den Phasendetektor 118 gemessen wird und damit eine Anzeige für die Verschiebung der Leiterwindung 160 auf der Y-Achse abgibt. Konstruktion und Funktion des Phasendetektors 118 wurden im Zusammenhang mit der Fig. 12 beschrieben.

Die Filterschaltung 172 ist gleichartig aufgebaut. Die Ausgangssignale des 4-kHz-Filters 182 werden im Verstärker 202 verstärkt, und ihre Phase wird im Phasenschieber 204 um 90° gedreht. Die Ausgangssignale des Bandfilters 192 werden im Verstärker 205 verstärkt. Die 4-kHz-Signale des Phasenschiebers 204 und des Verstärkers 205 gelangen an den Summierverstärker 206, der ein Summensignal bildet, dessen Phase sich im Verhältnis zur Verschiebung der Leiterwindung 162 dreht. Diese Phasenverschiebungen werden in dem Phasendetektor 120 gemessen, wie es im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 gezeigt und beschrieben wurde. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren 118 und 120 zeigen die Verschiebungen der Leiterwindungen 160 und 162 auf der F-Achse an. Die Signale gelangen an ein digitales Addiergerät 208, welches die Verschiebung des Fadenkreuzes 164 gegenüber einem Bezugspunkt auf der F-Achse durch Summierung und Division der beiden Signale um den Faktor 2 bestimmt. Die Winkelrichtung (Θ) der Sonde 156 gegenüber einer gewählten Bezugsrichtung wird durch das digitale Subirahiergerät 210 bestimmt, welches die von dem Phasendetektor 120 empfangenen Signale von den von dem Phasendetektor 118 empfangenen Signale subtrahiert. Das Ausgangssignal des Subtrahiergeräts 210 ist gleich (Y₁-Y₂), was dem sin θ entspricht, und damit wird die Größe und die Richtung einer jeden Änderung des Winkels angezeigt. Die Ausgangssignale der Leiteranordnungen 44 und 46 für die .Y-Achse werden in gleicher Weise durch gleiche Vorrichtungen verarbeitet und stellen daher Maße für die Verschiebung längs der ΑΓ-Achse und den cos Θ dar.

Die Funktion des Meßgeräts 154 ist gleich der Funktion der vorstehend beschriebenen Geräte 10 und 110. Die den Leiterwindungen 160 und 162 eingespeisten Ansteuerungssignale induzieren Signale in jeder Leiteranordnung. Diese Induktionssignale gelangen an die Signalverarbeitungseinrichtung 168, welche eine Anzahl von Summensignalen bildet, deren Phasen in Abhängigkeit von der Verschiebung der einen oder anderen Leiterwindung 160 und 162 verschoben wird. Die Phasenverschiebung dieser Signale, die durch die Bewegung der Sonde 156 auf der Fläche entsteht, wird gemessen, Bezugspunkt und Bezugswinkelstellung der Sonde 156 werden einfach dadurch gewählt, daß das Fadenkreuz 164 direkt über den gewünschten Bezugspunkt eingestellt und die Sonde 156 so gedreht wird, daß sie mit der gewünschten Bezugsachse fluchtet. Ferner wird die Zählung in den Registern 143 und 150 gelöscht Dann ändert sich die Zählung in diesen Registern nur in Abhängigkeit von der Phasendrehung, die durch die Verschiebung der Sonde gegenüber dieser Bezugsstellung verursacht wird. Eine Verschiebung der Sonde 156 längs der Achsen wird somit durch das digitale Addiergerät 208 und eine Drehung wird durch das digitale Subtrahiergerät 210 angezeigt.

Fig. 14 zeigt eine Meßanordnung212, die eine amplitudenabhängige Signalverarbeitungseinrichtung 214 zur Bestimmung der Stellung der Sonde benutzt

ίο und ebenso genau arbeitet wie die vorstehend beschriebenen Phasenmeßeinrichtungen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 214 ist jedoch bekannt und wurde bereits zusammen mit Koordinatenmeßgeräten verwendet.

Die Wechselspannungsquelle 216 und der Treiberverstärker 218 führen ein Wechselspannungs-Ansteuerungssignal der Sonde 14 zu. Dieses AnsteuerungssTgnal induziert in jeder Leiteranordnung ein Signal. Bei einer Bewegung der Sonde 14 über die Fläche der Koordinatenanordnung 18 verläuft die größte Amplitude dieser induzierten Signale sinusförmig. Die Sinusform ist durch die Kurve der F i g. 6 dargestellt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 214 ist im einzelnen zur Messung der Verschiebung auf

der y-Achse gezeigt. Eine gleiche Einrichtung mißt die Verschiebung auf der .Y-Achse. Die in der Leiteranordnung 40 induzierten Signale werden durch den Verstarker 219 verstärkt und gelangen zur Statorwicklung 220 des elektromechanischen Koordinatenwandlers 221. Die Ausgangssignale der Leiteranordnung 42 werden im Verstärker 222 verstärkt und gelangen zu einer anderen Statorwicklung 224 des Koordinatenwandlers 221. Die den Statorwicklungen 220 und 224 eingespeisten Signale induzieren ein Signal in der drehbar angeordneten Rotorwicklung 226. Die Maximalamplitude des in die Rotorwicklung induzierten Signals hängt nicht allein von der Maximalamplitude der den beider. Statorwicklungen

220 und 224 eingespeisten Signale ab, die bei Bewegung der Sonde 14 sinusförmig verlaufen, sondern auch von der Winkelstellung der Rotorwicklung 226 gegenüber den Statorwicklungen. Wenn z. B. die Rotorwicklung 226 parallel zur Statorwicklung 224 steht, so besteht der Zustand der größten Ankopp-

lung zwischen den beiden Wicklungen. Wenn sich jedoch die Rotorwicklung senkrecht zu der Statorwicklung 224 befindet, so besteht keine Ankopplung zwischen den beiden Wicklungen, und die Statorwicklung 224 kann kein Signal in der Rotorwicklung 226

induzieren. Die im Rotor induzierte Spannung (E_rotor), die dem Ausgangssignal des Koordinatenwandlers

221 gleich ist, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

= A E sin [JL 360° | cos θ

-AEcosi^:

wobei

θ — Drehwinkel des Rotors;

die anderen Symbole entsprechen den vorstehend beschriebenen.

Eine Auflösung der Gleichung ergibt

E'rotor) = A E sin Ul 360° - θ\ .

23 24

Die Gleichung zeigt, daß sich das Ausgangssignal signal zu. Dieses Ansteuerungssignal induziert eir des Koordinatenwandlers 221 mit der Bewegung der Signal in den Leiteranordnungen. Diese induzierten Sonde auf der y-Achse ändert. Weiter zeigt die Glei- Signale gelangen an die Signalverarbeitungseinrichchung, daß sich das Ausgangssignal ändert, wenn Θ tung 20 und den Phasendetektor 16, dessen Aussich infolge der Rotordrehung ändert. Wenn sich die 5 gangssignale die Koordinatenstellung der Sonde an-Rotorwicklung 226 mit der Verschiebung der Sonde zeigen. Ein Signal für die Anzeige der Sondenstellung 14 auf der y-Achse dreht, so daß auf der y-Achse gelangt an das digitale Fehlerregister

258, das auch ein Kommandosignal vom Computer

a _ 2_. 360° ²⁶⁰ erhält. Das Kommandosignal stellt eine be-

d ' ίο stimmte Stellung auf der F-Achse dar. Das Fehler

register 258 vergleicht diese beiden Signale, und

dann tendiert die Ausgangsspannung des Koordina- wenn diese nicht gleich sind, gibt es ein Ausgangstenwandlers nach Null bzw. erreicht Null. Der Ver- signal ab, das gleich ist der Differenz zwischen dem stärker 228. der Antriebsmotor 230 und das Vorge- Kommando- und dem Meßsignal, und dieses Diffelege 232 drehen den Rotor so, daß die Ausgangs- 15 renzsignal bewirkt, daß die Sonde 238 in den durch spannung des Koordinatenwandlers 221 zu Null wird. das Kommandosignal für die y-Achse dargestellten Die Ausgangssignale werden durch den Verstärker 228 Ortspunkt bewegt wird. Das Ausgangssignal der digiverstärkt und steuern den Antriebsmotor 230 an. Die- talen Fehlerregister 258 wird durch den Digitalser dreht den Rotor so, daß er mit den Statorwick- Analogumsetzer 260, den Verstärker 262 und den lungen fluchtet, damit in dem Rotor kein elektrisches 20 Verstärker 264 für den Motorantrieb in die richtige Gesamtsignal induziert werden kann. Das Vorgelege Form zum Antrieb des Motors 250 umgesetzt.
232 verändert auch den Wert des Ausgangssignals, In gleicher Weise gelangt das Ausgangssignal des

der im Verhältnis zur Größe des Winkels Θ in der Phasendetektors 16 zur Anzeige der Stellung auf der Anzeigevorrichtung 234 gespeichert ist, wobei der A'-Achse an das digitale Fehlerregister 266. Auch Rotor von dem Vorgelege um den Winkel Θ gedreht 25 dieses Fehlerregister empfängt ein Kommandosignal wird. Die Funktion der Anzeigevorrichtung 234 ist vom Computer 260, das eine bestimmte Stellung auf gleich der in F i g. 1 dargestellten Funktion des Zähl- der A'-Achse darstellt. Das Fehlerregister 266 arbeiregisters 104, des Umsetzers 106 und der Ausgabe- tet wie das Fehlerregister 258 und vergleicht das geanzeige 108. Sie zeichnet den Weg auf, auf welchem messene und das Kommandosignal für die X-Achse, die Sonde verschoben wird. Da die Signalverarbei- 30 um ein Ausgangssignal abzugeben, das gleich ist der tungseinrichtung 214 viele mechanische Vorrichtun- Differenz zwischen diesen beiden Signalen. Dieses gen enthält, kann die Anzeigevorrichtung 234 am Ausgangssignal dient zum Antrieb der Sonde 238 in besten aus einer Kodierscheibe, einem mechanischen die Stellung, die durch das Kommandosignal für die Zähler oder einem Potentiometer bestehen. Das in A'-Achse dargestellt wird. Das Ausgangssignal des der Anzeigevorrichtung 234 gespeicherte Signal wird 35 Fehlerregisters 266 wird durch den Digital-Analogin Abhängigkeit von der Sondenbewegung in einer Umsetzer 268, den Verstärker 270 und den Verstär-Richtung vergrößert und in Abhängigkeit von der ker 273 für den Motorantrieb in die richtige Form Sondenbewegung in der Gegenrichtung verkleinert. zum Antrieb des Elektromotors 254 umgesetzt. Die

Die Koordinatenschreiber der Fig. 15 und 16 ar- Zeitgabe für die Kommandosignale des Computers beiten in gleicher Weise wie die vorstehend beschrie- 4° 260 an die digitalen Fehlerregister 268 und 266 bebenen Meßgeräte. Der Koordinatenschreiber 236 der stimmt den Weg, dem die Sonde 238 beim Fort-Fig. 15 enthält eine Wechselspannungsquelle 12, die schreiten von einer Stellung zur anderen folgt. Wenn Signalverarbeitungseinrichtung 20, den Phasendetek- somit Kommandosignale für die X- und y-Achse tor 16 und die Koordinatenanordnung 18, die bereits gleichzeitig gegeben werden, so arbeiten auch die Anbeschrieben sind. Die Sonde 238 weist aber noch eine 45 triebsmotoren 250 und 254 gleichzeitig, um die Sonde Schreibfeder 240 auf. Das Ausgangssignal des Pha- 238 auf einer geraden Linie direkt von einem Ortssendetektors 16 zeigt die Stellung der Sonde 238 an. punkt zum anderen zu führen. Falls erforderlich, Diese Ausgangssignale werden nun in der elektroni- kann jedoch ein Kommandosignal für ein Fehlerreschen Vergleichseinrichtung 242 mit vorgewählten gister, z. B. das Register 258, vor dem Kommando-Signalen verglichen, welche bestimmte Ortspunkte 50 signal für das Register 266 abgegeben werden. Dann darstellen. Die Differenzen zwischen diesen Korn- bewegt sich die Sonde von einem Ortspunkt zum anmandosignalen und den die Messungen darstellenden deren, indem sie zuerst auf der y-Achse und dann Signalen dienen zur Betätigung eines mechanischen entlang der A'-Achse läuft.

Antriebs 244, der die Sonde zu den Ortspunkten hin- Im Betrieb wird die Feder 240 in einen Bezugsbewegt, die durch die Kommandosignale dargestellt 55 punkt gebracht, von dem aus die Kurven geschrieben werden. werden sollen, und die in den digitalen Fehlerregi-

F i g. 15 zeigt einen herkömmlichen mechanischen stern 258 und 266 sowie in den Zählregistern 104 Antrieb 244 zur Verschiebung der Sonde 238. Zum gespeicherten Signale sind gelöscht. Dann gibt der mechanischen Antrieb 244 gehören die beiden Schiit- Computer 260 die erste einer vorbestimmten Reihe ten 246 und 248. Der Schütten 246 besitzt den Elek- 60 von Kommandosignalen an diese Register ab. Zutromotor 250 und den Trieb 252, der an der Sonde nächst und noch ehe die Sonde 238 Gelegenheit hat, 238 befestigt ist und diese auf der y-Achse ver- sich zu bewegen, gibt der Phasendetektor 16 kein schiebt. Der Schlitten 246 ist am Schlitten 248 mon- Ausgangssignal an die Register 258 und 266 ab. Datiert, der mit dem Elektromotor 354 und dem Trieb her gelangen die Kommandosignale von den Fehler- 256 ausgestattet ist. Der Schütten 248 bewegt den 65 registern an die Antriebsmotoren 250 und 254. Wenn Schlitten 246 und damit die Sonde 238 längs der sich die Sonde 238 bewegt, dann gibt der Phasen-X-Achse. Die WechselspannungsqueHe 12 führt der detektor 16 Ausgangssignale an die Register 258 und Leiterwindung 34 der Sonde 238 ein Ansteuerung«- 266 ab. Der mechanische Antrieb 244 bewegt die

Kommandosignalen annähern und ihnen eSlfch gleich sind. Wenn die beiden Signale gleich sind so

befindet sich die Schreibfeder 240 auf dem duS'die erste Gruppe von Kommandosignalen dargestellten Koordinatenpunkt. Dann schaltet der CoSwS und gibt eine zweite Gruppe von KommandosLnale! an die Register 258 und 266 ab. Diese Kommando signale _s,nd wiederum nicht gleich den Ausgang-ι! η ϊ£ ^P^^asendetektors 16, und die Ster 258 und 266 geben Ausgangssignale ab, die die Sonde 238 Ui eine Lage bringen, die durch diese neue Gruppe von Kommandosignalen dargestellt S Dieser Vorgang wird mit aufeinanderfolgenden GruS pen von Kommandosignalen so lange wiederhoU Ws die Kurve fertiggestellt ist. ^{n0U> bls}

Zum Antrieb dieses Koordinatenschreibers können T ^8alef ^df 8^ewünsch^n Größe VeTe_n- -u' ^{ein für die} Bewegung der ^{Uber eine Anzahl von} langen par iTu,^genÜ8end 8^roßes KommandowS,f π"" ph ^Fehlerreg^ister" »geführt werden We₂ zurückift ν^η^"ΐ^{1 U}"^{d den} gewünschten s^hriebenen MeR ■> T ^{FaHe des vor}^ehend beeine sehr fr % T- ^^{1 auch bei di}«em Gerät i H Ä,^uflos™g ^errei*t werden. Unter f J^{6S Phase}"^detektors 16 können Schreib- T '" ** ^Abstandes ^der *"^Achse der Koordinatenanordak ^{g eiCh einem un}geraden Vielfachen des ^ ^A,^bstailte zwischen zwei nebeneinander f 'f⁸·⁶" P^arallelen Leiterbahnen. Der Mittel-Eh? δΪ' ^Le!^tenvindun8 ^{288 befinde}t sich im gleiannrH ^: ^{3Uf der y}-^{Achse der} Koordinaten-R₁ n™?"^{6 VOm Mitte}lpunkt der Leiterwindung ,« al, ',, ^^envindungen ^{286 und 288 dienen somit} ft Si K ^U*⁶ °^der »Phasenschieberschleilen«

Dta AT⁰""^{8 284}"

An7 ^Wechse.^lsP^ann"ngsque]le 166 gibt ein 4-kHz-^Anste«erun_{gssignal au}f die Leiteranordnung 40 für .< d£ i ΐ ^U"^{d ein} 3-kHz-Ansteuerungssilnal auf _slL_uer ^{eiteranOrdnun}g ^{44 für} die AT-Acbse Jedes An-Jteuerungssignal induziert ein Signal in jedem der

sS,^ PT*™⁸⁰¹' ^{Diese arbeiten als} elektrische wo , fwS^ ^U"^{d geben somit Si}g^naI« ^ ^ sod2 L H V ³'^{S 3Uch 4}-kHz-Komponenten besitzen. s*3^ Leiterwindungen 284 und 286 induzierten 188 t ,^g?T ^{an die} 3-kHz-Bandfilter 178 und ' ^ ³-^kH2-Signa]kom_Ponenten für wei-

™ ^{dk SchaIt}™gen 170 und 118 seinrichtung 168 weiterleiten, ^ang mit der Fig. 13 näher er-^S°^{mU Zei}g^{l das} Ausgangssignal der Pha-S χ ί I^* ^{λ 18 die StelIu}ng der Sonde 280 auf 288^'ni, ^ ^{Dk in den L}eiter1vindungen 284 und

%SL»H

_tere'

hö 274

ist Im übrigen pntcnri^v,* j . ^ίβυ ausgestattet

if

einrirht,,,, „, ^lzo der Signalverarbeitungs-

Leiterbahnen 58 der

Als

drei Leiterwindungen 284, 286 und 288 angeordnet sind. Der Durchmesser jeder Leiterwindung ist dein! einem ungeraden Vielfachen des Abstandes zwischen zwei nebeneinanderliegenden langen parallelen Lei terbahnen. Der Abstand des Mittelpunktes der LeT DaVoi ·T^* ° ^{und 288 nicht} kreisförmig wen'dimg ^S^g^^gnal ^m unter VerabgegeblnTerderi^r^{1 mgea von} Obiger Form einem unLS, v- ,f ^ Q^^messung gleich ist zwei nebSnT w,^^{fachen des} Abstandet !wischen terbahnä ^{mmiderhegenden Ian}gen parallelen Lei-

Jffi«ai9_Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit mehreren in parallelen Ebenen übereinander angeordneten Leiteranordnungen, die mit Hilfe einer Sonde abgetastet werden, wobei die Leiteranordnungen für jede Koordinatenrichtung aus in parallelen Bahnen verlaufenden Leiterschleifen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leiteranordnung "> (40, 42; 44, 46) aus einer mäandenörmigen Leiterschleife besteht, in deren benachbarten parallelen Bahnen (50, 54; 58, 60) Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Leiterschleifen vorge- »5 sehen sind, deren Leiterbahnen seitlich zueinander versetzt angeordnet sind, daß die an eine Wechselspannungsquelle (12, 166, 216) angeschlossene Sonde (14, 156, 238) aus wenigstens einer Leiterwindung (34) besteht, deren Durch- a° messer gleich dem gegenseitigen Abstand benachbarter Leiterbahnen (50, 54; 58, 60) oder ein ungeradzahliges Vielfaches des Abstandes ist, und daß an die Leiterschleifen eine Signalverarbeitungseinrichtung (16, 20; 168; 214; 236) ange- *5 schlossen ist, in der aus den bei der Abtastung induzierten phasen- und amplitudenveränderlichen Signalen für jede Koordinatenrichtung ein Summensignal gebildet wird, dessen Phasenlage in einer Phasenvergleichsstufe (92; 118, 120; 3» 221) gegenüber der Phasenlage der Wechselspannungsquelle (12; 166; 216) festgestellt wird, wobei der Phasenunterschied die Verschiebung der Sonde von einem Bezugspunkt zu einem Ortspunkt darstellt und der Phasenunterschied in einem Phasenschieber (94, 96) gemessen wird.

2. Anordnung zur Bestimmung von Ortskoordinaten auf einer Fläche mit mehreren in parallelen Ebenen übereinander angeordneten Leiteranordnungen, die mit Hilfe einer Sonde abgetastet werden, wobei die Leiteranordnung für jede Koordinatenrichtung aus in parallelen Bahnen verlaufenden Leiterschleifen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leiteranordnung (40, 42; 44, 46) aus einer mäanderförmigen Leiterschleife besteht, in deren benachbarten parallelen Bahnen (50, 54; 58, 60) Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Leiterschleifen vorgesehen sind, deren Leiterbahnen seitlich zueinan- 5" der versetzt angeordnet sind, daß jedes Leiterschleifenpaar an eine Wechselspannungsquelle (114, 116, 166) unterschiedlicher Frequenz angeschlossen ist, daß die Sonde (14, 280) aus wenigstens einer Leiterwindung (34) besteht, deren Durchmesser gleich dem gegenseitigen Abstand benachbarter Leiterbahnen (50, 54; 58, 60) oder ein ungeradzahlig Vielfaches des Abstandes ist, und daß an die Sonde über eine Frequenzweiche (130, 134; 178, 188; 182, 192) eine Signalverarbeitungseinrichtung (118, 120; 168) mit einer Phasenvergleichsstufe (136, 144) angeschlossen ist, in der die Phasenlage des bei der Abtastung in der Sonde induzierten phasen- und amplitudenveränderlichen Summensignals gegenüber der Phasenlage der Wechselspannungsquelle (114, 116, 166) festgestellt wird, wobei der Phasenunterschied die Verschiebung der Sonde von einem Bezugspunkt zu einem Ortspunkt darstellt und der Phasenunterschied in einem Phasenschie ber (138,143; 144,150) gemessen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (50 54, 58, 60) der jeweils einer Koordinatenrich tung zugeordneten Leiterschleifen um den halbei Abstand zwischen parallelen Leiterbahnen gegen einander versetzt angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche ] bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiter bahn (66) zur Unterdrückung von in den Leiter verbindungen induzierten Signalen vorgesehen ist die parallel zu den die einzelnen Leiterbahner (50, 54; 58, 60) verbindenden Leiterverbindungen (52, 56) verläuft.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von in den die einzelnen parallelen Leiterbahnen (70) jeder Leiterschleife verbindenden Leiterverbindungen (72) induzierten Signalen eine weitere mit der Leiterschleife der Leiteranordnung in Reihe geschaltete Leiterschleife vorgesehen ist, deren Leiterbahnen (74) parallel und nahe den einzelnen Leiterbahnen (70) verlaufen und deren Leiterverbindungen (76) jeweils an den den Leiterverbindungen (72) entgegengesetzten Enden angeordnet sind (F i g. 8).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen übereinander auf plattenförmigen, flexiblen, elektrisch isolierenden Bauteilen angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterwindung (34) der Sonde (14) von einem aus durchsichtigem Werkstoff bestehenden Gehäuse umschlossen ist und in der Mitte der kreisförmigen Leiterwindung ein Fadenkreuz (38) angebracht ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (156, 280) aus mehreren Leiterwindungen (160, 162; 284, 286, 288) besteht, die in einem gemeinsamen Gehäuse in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und daß ein Fadenkreuz (164; 282) zwischen den Leiterwindungen angebracht ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (156) aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Leiterwindungen (160, 162) besteht und in der Mitte zwischen den Leiterwindungen das Fadenkreuz (164) angeordnet ist, dessen Verschiebung längs der Koordinatenachsen X und Y von einem Bezugspunkt aus durch die Ausdrücke

h±L· und *-+*=

und dessen Verschiebungswinkel Θ durch die Gleichungen

_{cos Θ} =

gegeben ist, wobei x,y, und x^_s die Ortskoordinaten der beiden Leiterwindungen und j ihr gegenseitiger Mittenabstand ist (Fig. 13).

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (280) aus drei Leiterwindungen (284, 286, 288) besteht, welche die Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks bilden, dessen den rechten Winkel bildende Seiten parallei zu den Koordinatenrichtungen liegen, wobei die eine Leiterwindung von den beiden anderen Leiterwindungen in einem Abstand angeordnet ist, der gleich einem halben ungeradzahligen Vielfachen des Abstandes zwischen zwei benachbarten parallelen Leiterbahnen ist (F i g. 16).

11. Anordnung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (16, 20) für jfcde Koordinatenrichtung einen Summierverstärker (86) aufweist, dessen einer Eingang unmittelbar an die eine Leiterschleife und dessen anderer Eingang über einen 90°-Phasenschieber (84) an die andere zugehörige Leiterschleife angeschlossen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (214) für jede Koordinatenrichtung einen mechanischen Koordinatenwandler (221) aufweist, dessen Statorwicklungen (220, 224) jeweils an eine Leiterschleife (40, 42) und dessen Rotorwicklung (226) an einen Antriebsmotor (230) des Koordinatenwandlers angeschlossen ist, wobei eine Anzeigevorrichtung (234) mit dem Rotor des Koordinatenwandlers verbunden ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leiterwindung (160, 162) an eine Wechselspannungsquelle (166) mit unterschiedlicher Frequenz angeschlossen ist und die Signalverarbeitungseinrichtung (168) für jede Koordinatenrichrung zwei Summierverstärker (200, 206) aufweist, denen die bei der Abtastung induzierten Signale über Filter (178, 188; 182, 192) als Frequenzweichen zugeführt werden, in denen die Signale der Frequenz nach getrennt werden.

14. Anordnung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Wechselspannungsquelle (114) unterschiedlicher Frequenz an eine Leiterschleife (42, 46) jedes Leiterschleifenpaares unmittelbar und an die zweite Leiterschleife (40, 44) jedes Leiterschleifenpaares über einen 90°-Phasenschieber (122,124) angeschlossen ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Verarbeitungseinrichtungen Zählregister (104, 142, ISO) zur Anzeige der Sondenverschiebung gegenüber einem Bezugspunkt aufweisen sowie eine Zählerlöschvorrichtung (110,152) zur Rückstellung der Zählregister auf Null bei Wahl eines neuen Bezugspunktes der Sonde.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenvergleichsstufe (92) eine Schaltlogik (94) und einen Zähler (96) aufweist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenvergleichsstufe (118) einen phasenabhängigen Demodulator (136,144), einen spannungsgeregelten Oszillator (140, 148) und einen Zähler (13S, 146) aufweist.