DE2011222C3 - Anordnung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit mehreren in parallelen Ebenen übereinander angeordneten Leiteranordnung, die mit Hilfe einer Sonde abgetastet werden, wobei die Leiteranordnungen für jede Koordinatenrichtung aus in parallelen Bahnen verlaufenden Leiterschleifen bestehen.

Eine solche Anordnung ist bekannt (FR-PS

14 85 131) und bedient sich spiralförmig angeordneter Leilerschleifen, die mit Impulsen angesteuert werden, um am Ausgang eine binäre Anzeige zu erhalten. Je nach Größe der abzutastenden Fläche und der gewünschten Genauigkeit der Messung Wi aber eine sehr weitgehende Unterteilung der einzelnen Leiteranordnungen erforderlich, wodurch sich deren Anzahl stark erhöht. Es ist daher ein hoher Bauaufwand erforderlich, und außerdem ergeben sich Bereiche, die keine eindeutige Aussage über die Lace vo.i 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 Lci'eischleifen. Die einzelnen Leiter sind vielmehr an eine Schaltmatrix angeschlossen, deren Schalter so betätigt werden, daß bestimmte Ortspmikte anstcuerbar sind und die Sonde durch kapazitive Ankopplung ein Signal erzeugt. Ferner wurde vorgeschlagen (DT-PS

15 49 811), eine Sonde über eine mit einer Widerstandsschichl versehene Fläche zu führen, an deren Ränder in Koordinatenrichtung verlaufende Streifen angeordnet sind, die von Wechsclspanniingen 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 der Entfernung der Sonde von den zur Ansteuerung dienenden Streifen ist jedoch die Meßgenaviigkeit 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 mis einer mäanderförmigen Lciterschlcifc besteht, in deren benachbarten parallelen Bahnen Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Leitersehleifcn vorgesehen sind, deren Leiterbahnen seitlich zueinander versetzt angeordnet sind, daß die an eine Wechselspannungsquelle aiigeschlossene Sonde aus wenigstens einer Leiterwindung besteht, deren Durchmesser gleich dem gegenseitigen Abstand benachbarter Leiterbahnen oder e^;n ungeradzahliges Vielfaches des Ab-

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Standes ist, und daß an den Leiterschleifcn eine stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es

Signalverarbcitungseinrichlung angeschlossen ist, in zeigt

der aus den bei der Abtastung induzierten phasen- F i g. 1 ein Schaltbild der Meßanordnung zur Ko-

und amplitudenvcränderlichcn Signalen für jede Ko- ordinatcnbcstimmung in einer ersten Ausführungs-

nrdinatcnrichtung ein Summensignal gebildet wird, 5 form,

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

gegenübcr der Phasenlage der Wechselspannungs- zelnen Leiteranordnungen,

quelle festgestellt wird, wobei der Phasenunterschied F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Sonde,

die Verschiebung der Sonde von einem Bezugspunkt Fig. 4 eine Aufsicht auf zwei zusammenwirkende

zu einem Ortspunkt darstellt und der Phasenunter- to Leiteranoidnungen,

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

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

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

förmige Leiterschleifen vorhanden, die gegeneinander für verschiedene Ortspunkte,

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

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

der Sonde quer zu den Leiterschleiien ändert. In Leiteranordnung,

einem Summcnvcrstärker werden die jeweils von » Fig. 9a, 9b, 9c Schaubilder der in Fig. 7 dargeeincm Leiterschleifenpaar stammenden Spannungen stellten Wechselspannungssignale und Summensignalc 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 3o nungen mit Wechselspannung unterschiedlicher Freder gesamten Phasenverschiebung wird gemessen, quenz angesteuert werden,

welche die jeweilige Ortskoordinatc der Sonde und F i g. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit 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 Koordierzielen. 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 mäanderförmigen Fig. 16 einen Koordinatenschreiber, dessen Leiter-

Leitcrschleife besteht, in deren benachbarten par- 4° anordnungen mit Wechselspannungen unterschiedallelen ßahnenströme in entgegengesetzten Richtun- licher Frequenz gespeist sind. _ gen fließen, wobei für jede Koordinatenrichtung zwei Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt ein Meß-

Leiterschlcifen vorgesehen sind, deren Leiterbahnen gerät 10 mit einer Wechselspannungsquclle 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, stcuerungssignal 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 5° 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 Phasenstufe 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 Wechselspannungsquelle 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 Takt-

einem Ortspunkt darstellt und der Phasenunterschied geberquelle 21, weiche ein Rechtecksignal von 3 MH2 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-Signai um lOOC verschiedener Frequenz gespeist, und in der Sonde herabgeteilt wird, um ein Rechtecksignal von 3 kH; 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, ii Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in welchem bestimmte Harmonische des Signals korn den Unteransprüchen gekennzeichnet. biniert werden, unerwünschte Harmonische sowii

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

Sinussignal von 3 kHz zu erhalten. Dieses Signal wird Jann durch die Treiberstufe 26 verstärkt und über ein Koaxialkabel 28 der Sonde 14 eingespeist.

F i g. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Koaxialkabels 28 und der Sonde 14. Die einzelnen Leiter 30 und 32 des Koaxialkabels 28 teilen sich und bilden eine kreisförmige Leiterwindung 34 für die Sonde 14. Es sind mehrere einzelne Windungen vorgesehen, so daß ein stärkeres Signal zur Induzierung einer

Punkt mit gleicher Amplitude und Polarität auf der Abstiegsflanke dieser Kurve. Daher ist eine zweite. Leiteranordnung 42 parallel zur Leiteranordnung 40 verlaufend direkt unter diesem angeordnet, um eine eindeutige Messung der Sondenstellung zu erhalten. Die Leiteranordnung 42 ist wie die Leiteranordnung 40 ausgeführt und enthält ebenfalls eine einzelne gedruckte durchlaufende elektrische Leiterschleife mit einer Anzahl von im gleichen Abstand zueinan-

Wechselspannung in den Leiterbahnen der Koordi- i° der angeordneten Leiterbahnen 54, die abwechselnd

an ihren Endpunkten mit den kürzeren Leiterbahnen 56 miteinander verbunden sind. Die langen parallelen Leiterbahnen 54 sind von gleicher Länge wie die langen Leiterbahnen 50 und laufen parallel zu diesen. Ferner ist auch der Abstand zwischen den Leiterbahnen 54 gleich dem Abstand zwischen den Leiterbahnen 50 des Gitters 40. Wie jedoch aus F i g. 4 hervorgeht, ist die Anordnung der gedruckten Schaltung der Leiteranordnung 42 gegenüber der der

natenannrdnung 18 zur Verfugung steht, als es im Falle einer einzelnen kreisförmigen Windung der Fall wäre. Die Leiterwindung 34 ist in einem aus Preßgußmasse geformten Gehäuse 36 angeordnet, das mindestens in der Fläche innerhalb der Leiterwindung 34 aus durchsichtigem Werkstoff gefertigt ist, damit die Fläche, über welche sich die Sonde bewegt, beobachtet werden kann. An der Bodenfläche des Gehäuses 36 befindet sich ein Fadenkreuz

38 in der Mitte der Leiterwindung 34, wodurch ein »o 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 (Fig. 2) umfaßt Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 befinden sich

vier einzelne Leiteranordnungen 40, 42, 44 und 46, as 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- 3° den Signale mit zwei verschiedenen Maximalamplischleifc mit einer Anzahl von gleich langen parallelen tuden in den Leiteranordnungen 40 und 42 induziert, und im gleichen Abstand zueinander angeordneten
Leiterbahnen 50 besteht, die in abwechselnder Reihenfolge an ihren Endpunkten durch die kürzeren

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 X-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 längsscitigcn 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 y-Ordinate der Koordinatenanordnung 18 bezeichnet. Die mit »Gitter-40-Spannung« der F i g. 6
bezeichneten Kurvenwerte stellen die Änderung der
maximalen Amplitude des in der Leiteranordnung 40 50
induzierten Signals dar, wenn die Sonde längs der

Es ist zu beachten, daß die Leiteranordnungen 40 und 42 nur die Ordinatenstellung der Sonde längs der Y-Achse bestimmen. Leiteranordungen 44 und

Y-Ordinate bewegt wird. Die Änderung der Maximalamplitude des induzierten Signals kann auch als Änderung der induzierten Spannung bezeichnet werden.

Da sich, wie F i g. 6 zeigt, bei einer Bewegung der Sonde 14 längs der Y-Achse der Leiteranordnung die Induktionsspannung sinusförmig mit der Sondenverschiebung ändert, ist leicht einzusehen, daß diese

und ein Phasendetektor 16 zum Empfang der Signale der Leiteranordnungen 44 und 46 und zur Bestimmung der Sondenstellung auf der Af-Achse vorgesehen. Die F i g. 5, 6 und 7 zeigen die Art und Weise, in welcher sich die in den Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signale ändern, wenn die Sonde 14 längs der Y-Achse der Koordinatenanordnung 18 bewegi wird. Die Punkte »a«, »ft« und »c« in Fig. 5 zeigen die Stellung der Sonde 14, wenn das Fadenkreuz 3i der Sonde direkt über einen dieser Punkte geleg wird. Die Maximalamplituden der in den Leiter anordnungen 40 und 42 induzierten Signale sind ii diesem Falle mit den Buchstaben »α«.

»ft« und »c

beiden leitenden Bauelemente eine Induktionsspan- 60 in F i g. 6 gekennzeichnet. Die F i g. 7 a, 7 b und 71 nung abgeben, welche genauer die Sondenstellung zeigen die induzierten Signale selbst und ihr für dl· darstellt, als dies bisher bei anderen Gitter- und drei Punkte »a«, »ft« und »c« erzeugtes Summen Läuferkonstruktionen der Fall war. Es ist jedoch zu signal. Die F i g. 5 und 6 zeigen, daß sich die indu beachten, daß die in F i g. 6 gezeigte Spannung einer zierten Signale um eine vollständige Periode eine einzelnen Leiteranordnung 40 unter Verwendung der 65 maximalen Signalamplitude ändern, wenn die Send Sonde 14 keine eindeutige Anzeige der Sondenstel- um einen Weg bewegt wird, der gleich ist dem dop lung darstellt. Für jeden Punkt der Anstiegsflanke der pelten Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegen Spannungskurve der Leiteranordnung 40 gibt es einen den langen parallelen Leiterbahnen 50. In F i g. 5 is

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der Punkt »fc« gegenüber dem Punkt »a« um einen Abstand auf der Y-Achse der Leiteranordnung 40 versetzt, der gleich einem Drittel des Abstandes zwischen dem Punkt »α« und der nächsUiegendcn parallelen Leiterbahn SO ist. In F i g. 6 ist der Punkt »/;« gegenüber dem Punkt »<?« um 30° längs der Sinuskurve der Fig. 6 versetzt. Ebenso ist Punkt »c« gegenüber Punkt »fc« um einen Abstand versetzt, der gleich ist dein halben Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden parallelen Leiterbahnen 50 in >° Fig. 5 und 90° gegenüber dem Punkt »b« auf der Kurve der F i g. 6. Somit können die in den Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signale durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:

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E₄₀ = E sin (■'■■ · 360° j sin <»t

E,„ = E cos I ■ - · 360° sin ω ί,
\d J

E = die Maximalamplitude des induzierten Signals, das unter Verwendung einer gegebenen Ansteuerungsspaimung erreicht werden kann. Diese Amplitude ist am Punkt »α« der F i g. 5 und 6 gezeigt;

ν = die Linearverschiebung auf der Y-Achse;

d — der doppelte Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden langen parallelen Leiterbahnen einer Leiteranordnung;

ω = Frequenz (3 kHz bei diesem Ausführungsbeispiel); t = Zeit in Sekunden.

Es ist zu beachten, daß der Punkt »/>« sowohl gegenüber dem Punkt »«« auf der Y-Achsc der Leiteranordnung 40 als auch gegenüber dem Punkt »λ« auf deren Af-Achse versetzt ist. Diese Seitenverschiebung wird in keiner Weise den Leiteranordnungen 40 und 42 durch eine Änderung des Induktionssignals angezeigt, das an den Leitungen 62 und 64 (F i g. 4) gemessen wird. Nur eine Bewegungskomponente in senkrechter Richtung zu den langen Leiterbahnen 50 und 54 erzeugt eine Änderung des Indiiktionssignals in bezug auf diese beiden Leiteranordnungen. Da jede zu der Koordinatenanordnung 18 gehörende Leiteranordnung nur die Stellung in einer Achse messen soll, müssen die Induktionssignale, die durch die elektrische Ankopplung zwischen den kurzen Leiterbahnen einer Leiteranordnung und der Sonde erzeugt werden, wenn sich die Sonde diesen Leiterbahnen nähert, in Betracht gezogen werden. Aus den F i g. 3 und 4 geht hervor, daß die beispielsweise in den Leiterbahnen 52 der Leiteranordnung 40 induzierte Spannung nicht die Stellung einer beweglichen Sonde auf der Y-Achse anzeigt. Wenn die Sonde längs der .Y-Achse der Koordinatenanordnung 18 bewegt wird, aber ihre Stellung in bezug auf die Y-Achse konstant hält, so ist das an den Leitern 62 der Leiteranordnung 40 gemessene Signal etwas größer, wenn sich die Sonde nahe einer Leiterbahn befindet, als wenn sie in der Nahe der Mitte der Leiteranordnung ist. Da jede aus der Leiteranordnung 40 kommende Signaländerung als eine Anzeige für eine Bewegung auf der Y-Achse gewertet wird, wenn das in der Leiterbahn 52 induzierte Signal den Phasendetektor 16 erreichen könnte, so wurden Fehler in die abgegebenen Lagemessungen eingeführt. Daher ist zum Zwecke der Erzeugung eines Löschsignals für das in den Leiterbahnen 52 induzierte Signal die Leiterbahn 66 als Teil der gedruckten Schaltungen vorgesehen, welche die Koordinatenanordnung 18 bilden. Diese Leiterbahn läuft parallel zu und nahe den Leiterbahnen 52, so daß ein elektrisches Signal auch in der Leiterbahn 66 induziert wird, wenn sich die Sonde nahe der Leiterbahn 52 befindet und dort ein Signal induziert. Die in der Leiterbahn 52 und in der Leiterbahn 66 induzierten Signale sind im wesentlichen gleich und elektrisch entgegengesetzt, wodurch sie sich gegenseitig löschen, so daß in der Leiteranordnung 40 kein elektrisches Signal auftritt, das an der Leiterbahn 52 gemessen werden kann.

F i g. 8 zeigt eine andere Anordnung zur Löschung induzierter Fehlcrsignale infolge der Ankopplung zwischen der Sonde und den kurzen Leiterbahnen. Die Koordinatenanordnung 68 in F i g. 8 besteht ebenfalls aus einer einzigen gedruckten fortlaufenden elektrischen Leiterschleife, deren lange parallele Leiterbahnen 70 an jeweils abwechselnden Endpunkten durch die kurzen Leiterbahnen 72 verbunden sind. Jedoch im Gegensatz zur Koordinatenanordnung 18 läuft hier der die Leiteranordnung 68 bildende durchgehende Leiter in sich selbst zurück, so daß die langen parallelen Leiterbahnen 74 parallel zu den Leiterbahnen 70 verlaufen und nahe an ihnen liegen. Auch die Leiterbahnen 74 sind an ihren Endpunkten durch die kurzen Bahnen 76 miteinander verbunden, die parallel zu den Bahnen 72 verlaufen und zwischen diesen liegen. Wenn die Sonde 14 auf die Leiterbahnen 72 zubewegt wird, so wird ein "vgnal induziert. Wären die Leiterbahnen 76 nicht vorhanden, so wurden die ir. den Hahnen 72 induzierten Signale eine Fehleranzeige an den Bahnen 78 hervorrufen. Die Anordnung ist jedoch so ausgelegt, daß sich die Bahn 76 nahe genug an der Bahn 72 befindet, so daß beim Auftreten eines Induktionssignals in dieser Bahn auch ein Signal in der Bahn 76 induziert wird. Die beiden in den Bahnen induzierten Signale sind s .τιit gleich und einander entgegengesetzt und löschen sich gegenseitig. Auch wenn eine Ansteuerur.gsspannung der Anordnung 68 und nicht der Sonde 14 eingespeist wird, so ist die in eine Leiterbahn 72 eingespeiste Ansteuerungsspannung der Spannung in der danebenliegenden Bahn 76 entgegengesetzt. Daher wird in der Sonde keine resultierende Spannung infolge der elektrischen Kopplung zwischen den Leiterbahnen der Anordnung 68 induziert.

Der Vorteil der Leiteranordnung 40 gegenüber der Anordnung 68 besteht darin, daß sie etwas leichtei zu bauen ist. Die Leiteranordnung 40 besitzt keine Leiterteile wie die Leiterbahnen 74, die sich sehi nahe an den Leiterbahnen 70 befinden. Die Anord nung 68 besitzt jedoch den Vorteil, d t sie eine In duktionskopplung zwischen der Sonde 14 und der beiden Leiterbahnen 70 und 74 bewirkt. Unter sons gleichen Voraussetzungen kann daher mit der An Ordnung 68 ein stärkeres Induktionssignal erzeug werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen, daß sich die Maximal amplituden der durch das Ansteuerungssignal in dei Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signal ändern, wenn die Sonde auf der Y-Achse der Koor

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iinatenanordnung 18 bewegt wird. Die Phase des iniuzierten Signals ändert sich aber nicht so, daß die Verschiebung der Sonde genau angezeigt wird. F i g. 7 teigt, daß die in den Leiteranordnungen 40 und 42 induzierten Signale sowie ihr Summensignal immer entweder vollkommen phascngleich sind, oder daß eines der Signale genau um 180" gegenüber den anderen beiden Signalen phasenverschoben ist. Daher ist die Signalverarbcitungseinrichtung 20 vorgesehen, welche die Induktionssignale von den Leiteranordnungen 40 und 42 empfängt und ein Signal erzeugt, dessen Phasenlage im Verhältnis zum Versehicbungsweg der Sonde verschoben ist. Die Signale der Leiteranordnungen 40 und 42 werden zueist 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 Fig. Γι die Art und Weise, in der sich die Induktionsspannung bei der Bewegung der Sonde 14 über die Fläche der Koordinatenanordnung 18 ändert. Es hai sich die Phasenbeziehung zwischen den beiden induzierten Wechselspannungssignalen geändert. Diese Beziehung für die drei Ortspunkle »α«, »ft« und »r« wird durch die Kurven der Fig. ¹Ja, 9b und 9 c dargestellt. Das nicht gedrehte Signal der Leiteranordnung 40 und das um 90 ' phasenverschobenc Signal der Leiteranordnung 42 werden dann im Summierverstärker 86 verstärkt. Fig. 9 zeigt auch das induzierte Summensignal, das durch den Summierverstärker 86 für die drei angezeigten Orispunktc erzeugt wird.

Am Ortspunkt »α« (Fig. 9a) gibt es keine in der Leiteranordnung 42 induzierte Spannung. Daher ist das durch den Summierverstärker 86 erzeugte Summensigna! einfach gleich dem Signal, das vom Verstärker 80 kommt, wenn sich der Laufer am !'unkt »d'< befindet. Fig. 9b zeigt das Induktionssigna! der Leiteranordnung 40 und 42, die beide im Verstärker 86 summiert werden, sowie das /.wischen dem Summierverstärker abgegebene Suinmensignal, wenn sich der Läufer am Punkt »ft« 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 Suinmensignal um 30° gegenüber dem Summensignal der Fig. 9a gedreht, wenn sich die Sonde am Punkt »ft« 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 Sondenstcllung. Es ist jedoch zu beachten, daß trotz der Änderung der Maximalamplitude dieser beiden Signale die Maximalamplitude des Summensignals der Fig. 9b keine Änderung gegenüber der in F i g. 9 a 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 »c« steht, die Phase des hierbei erzeugten Summensignals gegenüber der Phase des Signals, das erzeugt ist, wenn sich der Läufer am Punkt »ft« be-

findet, um 90° gedreht. Somit wird ein Signal abgegeben, dessen Phasenverschiebungen in direktem Verhältnis zur Sondenverschiebung stehen. Dieses durch den Summierverslärker 86 erzeugte Summensignal (£.,„„,) wird durch den folgenden mathematischen Ausdruck dargestellt:

Esum = A E sin ( ^y ■ 360") sin ω t

■\- AE cos(^y ·360°\ cosml,

W I

wobei

A -- der Verstärkungsfaktor, und die übrigen '5 Symbole entsprechen den vorher festgelegten.

Nach Auflösung der obigen Gleichung ergibt sich:

E_sam = Λ E cos ( ^J · 360° - ω t \. . d

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 herausgeültcrt 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 Rcchtcck-Summensignal gelangt an den Phasendetektor 16, dessen Ausgangssignal die Sondenslellung durch Messung der Phasenänderung dieses Rechteck-Summensignals anzeigt, das erzeugt wird, wenn die Sonde 14 auf der Y-Achse bewegt wird.

Der Phasendetcktor 16 enthält eine logische Phascnvcrglcichsstufc 92, deren Auslegung bekannt ist und die das Rechtcck-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-Rechtccksignal ab, das über die Schaltlogik 94 und die Leitung 98 an den Zähler 96 übertragen wird, wenn das an die Phasenvergleichsstufe 92 gelangende Bezugs- und Summensignal phasengleich sind. Der Zähler 96 ist von bekannter Bauweise und enthalt eine Anzahl von Schaltkreisen. Der Zähler 96 tibt ein Ausgangssignal mit fester Amplitude ab, dessen Polarität sich nur in Abhängigkeit von der Funktion dei Schaltkreise ändert. Diese Schaltkreise sprechen aul das ankommende 3-MHz-Signal an und sind so be schaffen, daß sie die Polarität des Ausgangssignali des Zählers 96 ändern, wenn 500 Eingangsimpuls' über die Leitung 98 empfangen werden. Somit übjr trägt der Zähler 96 ein 3-kHz-Rechteck-Bezugssigna an die Phasenvergleichsstufe 92. Die Phasenver gleichsstufe 92 vergleicht die Phasenlage dieses Be zugssignals mit dem Summen-Rechtecksignal von Nulldurchgangsabtaster 90. Wenn die Phasenver

gleichsstufe 92 feststellt, daß diese beiden Signale gegeneinander phasenverschoben sind, so überträgt sie ein Signal an die Schalilogik 94, welche den Modus ändert, in welchem die Signale an den Zähler 96 übertragen werden und damit auch die Phase des der Phasenvergleichsstufe 92 eingespeisten Bezugssignals ändert.

Angenommen, die Phasenvergleichsstufe 92 stellt eine Phasenbeziehung fest, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, wobei das Summen-Rechtecksignal dem Rechteck-Bezugssignal um 30° voreilt. Dann veranlaßt die Phasenvergleichsstufe 92 die Schaltlogik 94, einen Impuls des Taktgebers 21 an den Zähler 96 über die Leitung 100 zu übertragen. Dieser Impuls überbrückt dann einen der Schaltkreise des Zählers 96 und bewirkt, daß die Polarität des Zählerausgangssignals umgeschaltet wird, nachdem nur 499 Impulse vom Taktgeber 21 empfangen wurden. Dies läßt die Phase des Bezugssignals um 10~³Ηζ zum Summensignal hin voreilen. Dieser Vorgang wird für jeden vom Zähler 96 abgegebenen Impuls so lange wiederholt, wie die Phasenvergleichsstufe 92 feststellt, daß das Summensignal dem Bezugssignal voreilt.

Der vollkommen phasengleiche Zustand des Bezugs- und des Summensignals ist in Fig. 11 gezeigt. Daraus geht hervor, daß das Bezugssignal in die Lage verschoben wurde, die durch das Summensignal in den F i g. 10 und 11 eingenommen wird. Somit wurde das Bezugssignal um 30° verschoben. Das gleiche gilt auch für den Fall, daß die Phasenvergleichsstufe 92 ein dem Bczugssignal nacheilendes Summensignal abtastet; dann wird die Schaltlogik 94 angewiesen, die Übertragung von Impulsen des Taktgebers 21 an den Zähler 96 so lange zu unterbrechen, bis das Summen- und das Bezugssignal miteinander phasengleich sind. In diesem Falle gilt der umgekehrte Vorgang, d. h.. wenn ein durch den Taktgeber 21 abgegebener Impuls nicht den Zähler 96 erreicht, dann wird die Phase des an die Phasenvergleichsstufe 92 gelangenden Bezugssignals um 10~³ Hz verzögert.

Im vorerwähnten Beispiel wurde die Phase des Bezugssignals um 30° gedreht, um mit dem Summensignal phascngleich zu sein. Dieses Beispiel wurde gewählt, um eine leichtere Erklärung der Phasenvergleichsstufe 92, der Schaltlogik 94 und des Zählers 96 geben zu können. Im praktischen Betrieb funktionieren diese Einrichtungen mit soich einer Geschwindigkeit, daß sowohl das an die Pha.ienverglcichsstufe 92 gelangende Bezugssignal als auch das Summensignal praktisch immer phasenglcich miteinander sind, unbhängig davon, wie schnell die Sonde 14 verschoben wird, und in der Praxis wird wohl niemals eine Phasendifferenz der beiden Signale von 30 auftreten.

Wenn die Phasenvergleichsstufe 92 der Schaltlogik entweder einen Voreil- oder einen Nacheilbefehl für die Phasenlage des vom Zähler 96 ankommenden Signals gibt, dann befiehlt sie auch der Schaltlogik 102. die Impulse an das Zähl register 104 zu übe tragen. Diese Signalimpulse bewirken eine Änderung der in diesem Register gespeicherten Zählung und bewirken siimit, daß die /.iililmg eine genaue Aufzeichnung der Gesamtverschicbung der Sonde vom Bezugspunkt auf der K-Achss bei jeder Anordnung 18 darstellt. Der Phascndctckior 16 arbeitet so, daß"die Schalllogik 102 einen negiitiven Impuls an das Register 104 übertrügt, woduich die Zählung 7\\ diesem Register um !-ins vermindert wird, wenn die Schaltlogik 94 und der Zähler 96 die Phase des Bezugssignals um 10~³ Perioden voreilen lassen. Wenn dementsprechend die Schaltlogik 94 und der Zähler 96 ein Nacheilen der Phase des vom Zähler 96 kommenden Bezugssignals um 10"³ Perioden bewirken, dann überträgt die Schaltlogik 102 einen positiven Impuls zum Register 104, wodurch die Zählung diesem Register um Eins erhöht wird. Die im Register 104 gespeicherte Zählung stellt somit die Gesamtzahl der

ίο positiven oder negativen Impulse bzw. der Phasennacheil- oder -voreilschritte, die erforderlich sind, um das Summen- und das Bezugssignal miteinander phasengleich zu halten. Die im Register 104 gespeicherte Zählung wird einem Umsetzer 106 eingegeben.

der die im Register 104 gespeicherte Zählung um eine Dezimalanzeige der Verschiebung der Sonde auf der Fläche der Koordinatenanordnung 18 umsetzt. Da die Phasenvergleichsstufe 92, die Schaltlogik 94 und der Zähler 96 dauernd dahingehend wirken, daß das Summen- und das Bezugssignal miteinander phasengleich sind, kann effektiv jede Zahl, die kleiner ist als die Zahl, die eine durch die Bewegung der Sonde erzeugte Phasenverschiebung darstellt, im Zähler 104 erscheinen. Diese Zählung wird z. B. nicht durch die Anzahl der Impulse begrenzt, die erforderlich ist, um eine Phasendrehung von einer vollständigen Periode zu erzeugen. Zum Beispiel sei angenommen, daß eine Zählung von 3100 im Register 104 gespeichert sei. Wie bereits oben festgestellt wurde, zeigt eine Zählung von 1000 die Phasenverschiebung einer vollen Periode an, die sich dann ergibt, wenn die Sonde um den doppelten Weg des Abstandes zwischen zwei nebeneinanderliegenden langen parallelen Leiterbahnen bewegt wird. Wenn diese parallelen Leiterbahnen im Abstand von 12,7 mm zueinander angeordnet sind, dann setzt der Umsetzer 106 die vom Register 104 ankommende Zählung von 3100 in eine Dezimalzahl um, so daß die Ausgabeanzeige 108 eine Verschiebung von 78,74 mm anzeigt. Eine negative Zählung zeigt die Verschiebung in einer Richtung von einem Bezugspunkt auf der Y-Achse an, während eine positive Zählung eine Verschiebung in der Gegenrichtung von diesem Bezugspunkt aus anzeigt. Die im Register 104 gespeicherte Zählung zeigt die Verschiebung mit einer Genauigkeit von Vsoo des Abstandes zwischen zwei nebeneinanderliegenden parallelen Leiterbahnen an.

In F i g. 1 sind getrennte Ausgabeanzeigen für die Anzeige der Verschiebung längs der X- und y-Achse dargestellt. Diese Doppelanzeige liefert eine Aufzeichnung von sowohl der Größe als auch der Richtung der Verschiebung gegenüber einem Bezugspunkt. Auf Wunsch kann auch eine einzelne Zahl zur Anzeige des geradlinigen Abstandes zwischen einem Ortspunkt und dem Bezugspunkt vorgesehen werden. Der geradlinige Abstand zwischen einem Ortspunkt und dem Bezugspunkt ist dann einfach die Hypothenuse eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen Seiten gleich den Verschiebungen auf der X- und der V-Achsc sind. Unter Verwendung der Einrichtung der Fig. 1 ergibt sich als weitere Möglichkeit, daß die Signale des Zählregisters 104 an Stelle der Sichtanzeige direkt einen Computer zur weiteren Verarbeitung eingegeben werden können.

Die durch die Phasenvergleichsstufe 92, die Schaltlogik 94 und den Zähler 96 in Abhängigkeit von der Verschiebung der Sonde ausgeführte Funktionen wird durchwegs als Phasenverschiebung bezeichnet. Phase

und Frequenz des Wechselspannungssignals stehen jedoch miteinander in so enger Beziehung, daß die Funktion auch Frequenzverschiebung genannt werden kann. Wenn die Phase eines Signals gegenüber der Phase eines anderen Signals verschoben wird, so wird die Frequenz des Signals, dessen Phasenlage gedreht wird, während des Intervalls geändert, in welchem die Phasenvei Schiebung auftritt. Somit könnte physikalisch betrachtet die Funktion entweder als Frequenzverschiebung oder als Phasenverschiebung bezeichnet werden. Der Ausdruck Frequenzverschiebung wird jedoch nicht verwendet, da er möglicherweise nahelegen würde, daß auch der Abstand zwischen dem Bezugspunkt und dem Ortspunkt während des Zeitintervalls angezeigt werden würde, in welchem die Phasenlage einss Signals gegenüber der des anderen Signals verschoben wird.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist dies nicht der Fall. Wenn die Sonde bewegungslos über einem Ortspunkt verharrt, dann gibt der Zähler 96 einfach einen Impuis für jeweils JOOO vom Taktgeber 21 empfangenen Impulse ab, und das Bezugssignal bleibt mit dem von der Koordinatenanordnung 18 herkommenden Summensignal phasengleich. Die im Register 104 gespeicherte Zählung ändert sich so lange nicht, wie die Sonde über dem Ortspunkt verbleibt. Daher zeigt die Ausgabeanzeige 108 den Koordinatenabstand zwischen dem Ortspunkt und dem Bezugspunkt dauernd an.

Im praktischen Betrieb wird die Koordinatenanordnung 18 über oder unterhalb einer zu messenden Fläche angeordnet. Da die Leiterbahnen auf sehr dünnen Epoxyharz-, Glas- oder Kunststofftxägern gedruckt werden können, kann die Anordnung sehr biegsam gemacht werden, so daß Messungen nicht auf ebene Flächen begrenzt sind. Dann wird das Ansteuerungs- oder Bczugssignal für die Sonde 14 und den Phasendetektor 16 eingeschaltet. Man braucht die Koordinatenanordnung 18 nicht in einem langwierigen Verfahren genau auf die zu messende Fläche auszurichten, da jeder Punkt auf der Fläche als Bezugspunkt gewählt werden kann, von dem aus die Messungen vorgenommen werden können. Zur Wahl eines Bezugspunktes wird die Sonde 14 direkt über diesen Punkt gelegt, und dann wird eine Zählerlöscheinrichtung 110 betätigt, welche die Zählung in den Zählregistern 104 löscht. Solange die Sonde 14 nicht von dem jetzt gewählten Bezugspunkt hinwegbewegt wird, bleibt in den Ziihlregistern 104 eine NuIlanzeige, und von den Ausgabeanzeigen 108 wird keine Verschiebung angezeigt. Dann wird die Sonde 14 so bewegt, daß sich das Fadenkreuz 38 direkt über dem ersten Istpunkt hefindct. Dabei verschiebt sich die Phase des induzierlcn Sumniensignals gegenüber der Phase des Bezugssignals und erfolgt die Anzeige in der bereits erläuterten Weise.

Umwege der Sonde 14 beeinflussen nicht die Abstandsmessung zwischen den beiden Punkten. Die Richtung, in welcher sich die Phase des Summensignals gegenüber dem Bezugssignal verschiebt, hängt von der Richtung ab, in welcher die Sonde über die Fläche bewegt wird. Angenommen, die Sonde 14 wird vom Bezugspunkt aus über den Istpunkt hinaus und dann zurück zum Istpunkt bewegt. Die im Register 104 gespeicherte Zählung, wenn sich die Sonde direkt über dem lst|'iinkl befindet, zeigt den genauen Absland zwischen dem Bezugspunkt und [lern Oitspimkl an. Bei der Bewegung über ilen Orts punkt hinaus wird die Zählung im Register 104 erhöht, jedoch beim Rückfahren auf diesen OrtspunJct verringert sich die Zählung. Dadurch ergibt sich eine äußerst bequeme Bedienung. Man kann den Bezugspankt wählen, die Sonde direkt nach einem beliebig zu wählenden Weg auf einen Ortspunkt stellen und erhält eine Anzeige des Abstandes zwischen dem Bezugspunkt und dem Istpunkt. Wenn der Abstand zwischen dem gewählten Bezugspunkt und einem ίο anderen Ortspunkt gemessen werden soll, so wird einfach die Sonde vom ersten zum zweiten Ortspunkt hin bewegt. Die Ausgabeanzeige 108 zeigt dann den Abstand zwischen dem Bezugspunkt und dem zweiten Ortspunkt an. Wenn weiterhin der Bezugspunkt nach einer Anzahl von Messungen geändert werden soll, so braucht die Sonde nur auf den neu gewählten Bezugspunkt gestellt zu werden, und dann wird die Zählerlöscheinrichtung 110 betätigt, welche die Zählung in den Registern 104 löscht

so Fi g. 12 zeigt in Form der Meßeinrichtung 110 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Koordinatenanordnung 18 und nicht die Sonde 14 angesteuert wird. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 12 zeigt auch eine andere Ausführung des Phasendetektors 112 und mehrere gleichartige Sonden, die unabhängig voneinander arbeiten können.

Die Meßeinrichtung 110 der Fig. 12 enthält eine Wechselspannungsquelle 114, die sinusförmige 3-kHz-Signale an die Leiteranordnungen 40 und 42 für die F-Achse überträgt, sowie eine Wechselspannungsquelle 116, die sinusförmige 4-kHz-Signale an die Leiteranordnungen 44 und 46 für die .V-Achse überträgt. Die Leiteranordnungen 40, 42, 44, 46 entsprechen denen der Fi g. 2 und 4. Jedes der vier der Koordinatenanordnung 18 eingespeisten Signale induziert ein Signal in jedem der dargestellten Sonden 14. Die Sonden wirken als elektrische Summierglieder und übertragen ein einziges Summensignal, das sich aus den Komponenten der vier Signale zusammensetzt und an eine Signalverarbeitungseinrichtung 112 gelangt, die in Fig. 12 zur Bestimmung der Stellung von nur einer einzigen Sonde näher dargestellt ist. Die Einrichtung zur Bestimmung der Lage der anderen Sonden ist mit der gezeigten Einrichtung identisch. Das in einer Sonde induzierte Signal und die Bewegung einer Sonde beeinflussen nicht die Lagemessungen einer anderen Sonde. Die Signalverarbeitungseinrichtung 112 enthält eine Phascnvergleichsstufe 118 zur Bestimmung der Stellung auf der X-Achse und eine Phasenvergleichsstufe 120 zur Bestimmung der Stellung auf der A'-Achse.

Die beiden Wechselspannungsquellen 114 und 116 sind mit der Wechselspannungsquelle 12 der F i g. 1 identisch. Jedoch haben die von ihnen erzeugten Signale verschiedene Kennlinien. Daher kann das in einer Sonde 14 induzierte Summensignal in ein erstes Signal zur Anzeige der Verschiebung längs der A'-Achse getrennt werden. F i g. 9 zeigt, daß die Phasenlage eines Summensignals, das durch Addition einer ersten in einer Leiteranordnung induzierten Signal komponente und einer zweiten gegenüber der ersten Signalkomponente phasenverschobenen und in der zugehörigen Leiteranordnung induzierten Signalkotnponente erzeugt wird, im Verhältnis zur Ver-Schiebung der Sonde in Querrichtung zu den langen parallelen Leiterbahnen der beiden Leiteranordnungen vcisdioben wird. Die Sonde dient als elektrisches Siimmii'iülied für die Sienale. Die Meßeinrichiunn

44

110 enthält deshalb eine Hinrichtung zur Phasenverschiebung des den beiden Leiteranordnungen 42 und 46 eingespeisten Signals, anstatt einer Einrichtung zur Phasenverschiebung der in den Leiteranordnungen der F i g. 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:

£sin(— 360°

\d

wobei

χ = lineare

Verschiebung der Sonde längs der A'-Achse:

, = Frequenz des den Leiteranordnungen 40 und 42 für die y-Achse eingespeisten Signals (3 kHz in diesem Ausführungsbeispiel); ω, = Frequenz des den Leiteranordnungen 40 und 42 für die ΑΓ-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-Bandfilter 130 und über das Kabel 132 auf das 4-kHz-Bandfilter 134 übertragen. Diese Filter dienen als Frequenzweichen. Das Bandfilter 130 filtert die 4-kHz-Signalkomponenten heraus, welche die Stellung der Sonde 14 auf der A'-Achse anzeigen und überträgt ein 3-kHz-Summensignal, wie z. B. das in F i g. 9 dargestellte Signal zur Anzeige der Sondenstellung auf der y-Achse, über den Verstärker 135 auf den phasenabhängigen Demodulator 136. An den Demodulator 136 wird auch ein Rechteck-Bemodulators bestimmt. Wenn die Sonde auf de y-Achse in einer Richtung bewegt wird, in der eil positives Ausgangssignal am Demodulator 136 ent steht, dann überträgt der spannungsgeregelte Oszilla tor 140 Impulse an den Zähler 138, der auch ein po sitives Signal über die Leitung 141 und den Kabel zweig 142 vom Demodulator 136 erhält. Dieses posi tive Signal veranlaßt den Zähler 138, die vom Oszil lator 140 kommenden Impuls*; zu den vom Taktgebei

ίο 114 kommenden Impulsen zu addieren. Diese durch den spannungsgeregelten Oszillator 140 übertragener 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 gelangenden Bezugssignals.

Der spannungsgeregelte Oszillator 140 überträgt Impulse an das Zählregister 143 und an den Zähler 138. Das Zählregister 143 empfängt auch das Ausgangssignal des Demodulators über die Leitung 141. Wird ein positives Signal über die Leitung 141 übertragen, so erhöht jeder Oszillatorimpuls die in diesem Register gespeicherte Zählung um Eins, und wenn ein negatives Signal über die Leitung 141 übertragen wird, so verringert jeder Oszillatorimpuls diese Zählung um Eins. So ist wie im Falle des Zählregisters 104 der Fig. 1 im Zählregister 143 sowohl die Größe als auch die Richtung der Verschiebung ge-,enüber einem Bezugspunkt auf der y-Achse ge-

zugssignal von 3 kHz angelegt. Dieses Bezugssignal ₄₀ speichert. Da eine Addition oder Subtraktion von liefert die Wechselspannungsquelle 114, die ein 3-MHz-Rechtecksignal an den Zähler 138 überträgt, der gleich dem Zähler 96 der Fig. 1 ist und dieses 3-MHz-Signal um den Faktor 1000 herunterteilt, um

1000 Impulsen zum bzw. vom Zähler 138 die Phase des BezugsMcnals um eine volle Periode drehen läßt, liefert das Zählregister 143 eine Messung der Verschiebung mit einer Auflösung von V500 des Abstan-

ein 3-kHz-Bezugssignal für 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 Aufden Demodulator 136 gelangenden Summensignals durch die Stellung der Sonde bestimmt. Die Phasen

beziehung zwischen dem an den Demodulator 136 lösung, die mit dem Meßgerät 10 erreicht wird.

Die Phasenvergleichsstufe 120 ist gleichartig aufgebaut, ausgenommen, daß die Phasenvergleichsstufe

gelangenden Summen- und Bezugssignal bestimmt, ₅o 120 die Stellung auf der A'-Achse bestimmt an Stelle ob der Demodulator ein Ausgangssignal abgibt oder nicht. Wenn das Bezugssignal genau um 90° gegenüber dem Summensignal phasenverschoben ist. so gibt der Demodulator kein Ausgangssignal ab.

Durch die Sondenverschiebung auf der y-Achse wird die Phase des Summensignals verschoben und damit ein Ausgangssignal am Demodulator erzeugt. Das Ausgangssignal des Demodulators wird einem Oszillator 140 mit Spannungsregelung eingespeist. auf der y-Achse und daher in Abhängigkeit von 4-kHz-SignaIcn arbeitet anstatt von !'-kHz-Signalen. Ein in einer Sonde 14 induziertes Signal gelangt an das 4-kHz-Bandfiltcr 134, in welchem unerwünschte Frequcnzkomponentcn, Rauschkomponenten und Harmonische herausgefilteit werden, worauf das Aubgangssignal des Bandfilters ein sinusförmiges 4-kHz-Summensignal darstellt, das über den Verstärker 43 dem phasenabhängigen Demodulator 144

Dieser Oszillator arbeitet in Abhängigkeit vom Aus- 60 eingespeist wird. Über den Zähler 146 gelangt auch gangssignal des Demodulators, indem er Impulse an ein 4-k^L·-Rechtcck-Bczugssignal von der Wechseiden Zähler 138 überträgt, die die Phase des an dem Demodulator gelangenden Bezugssignals verschieben und damit das Bezugssignal gegenüber dem Summeiisignal um 90° phasenverschoben halten. Die Geschwindigkeit, mit welcher der spannungsgeregelte Oszillator 140 die Impulse überträgt, wird durch die

Größe des Gleichspannungsausgangssignals des Despannungsquelle 116 an den Demodulator. Wie im Falle des Demodulators 136 gibt auch der Demodulator 144 ein Ausgangssignal ab, wenn das Summen- und Bezugssignal nicht um 90 gegeneinander phasenverschoben sind. Dieses Signal wird an einen spannungsgeregelten Oszillator 148 übertragen, der

die Phasenlage des vom Zähler 146 kommenden

SfZ

20 Π 222

gnals verschiebt und damit die 90°-Phasenbeziehung zwischen dem Bezugssignal und dem induzierten 4-kHz-Summensignal aufrechterhält, wenn die Sonde längs der A'-Achse bewegt wird. Wenn der Oszillator die Phase des vom Zähler 146 kommenden Bezugssignals verschiebt, so ändert er auch die Zählung im Register 150. Die im Register ISO gespeicherte Zahl zeigt sGmit die Größe und Richtung der Verschiebung gegenüber einem Bezugspunkt auf der A'-Achse an, ebenso wie das Register 143 die Verschiebung auf der Y-Achse aufzeichnet.

Wie bereits an Hand der Fig. 1 erläutert, werden zuerst die Wechselspannungsquellen 114 und 116 angeschaltet. Dann wird der Bezugspunkt für eine bestimmte Sonde gewählt, indem diese auf den gewünschten Punkt, der als Bezugspunkt dienen soll, gestellt wird, und die Zählerlöschvorrichtung 152 wird betätigt, was einfach durch eine Löschtaste geschehen kann, worauf die in den Registern 143 und 150 gespeicherte Zählung gelöscht wird. Wenn die Sonde 14 von dem gewählten Bezugspunkt aus verschoben wird, so wird die Phase der an die Demodulatoren 136 und 144 übertragenen Induktionssignale cegenüber den Rechteckbezugssignalen gedreht, welche diesen Demodulatoren eingespeist werden. Diese Phasendrehung erzeugt an den Demodulatoren 136 und 144 Ausgangsspannungen, welche die spannungsgeregelten Oszillatoren 140 und 148 ansteuern, um die Phase der diesen Demodulatoren eingespeisten Rechteckbezugssignale zu verschieben und diese Phasenverschiebungen in die Zählregistcr 143 und 150 einzuspeichern. Somit zeigen die in den Registern !43 und 150 gespeicherten Zahlen die Verschiebung vom gewählten Bezugspunkt auf der Y- und A'-Achse an.

Fig. 13 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein Meßgerät 154, das eine spezielle Sonde 156 enthält, die die Messung von sowohl der KoordinalenstelUing als auch der Winkelrichtung gestattet. Die Somie 156 erleichtert somit die schnelle Bestimmung von sowohl des Abstandes zwischen Punkten auf einer Fläche, wie z. B. einer Karte, als auch der Winkelrichtung der Punkte auf dieser Fläche. Die Sonde 156 besitzt ein durchsichtiges rechteckiges Gehäuse 158, welches die beiden Leiten* indungen 160 und 162 enthält. Wie bei der Sonde 14 ist auch der Durchmesser der Leilerwindungen 160 und 162 gleich einem ungeraden Vielfachen des Abstandes zwischen zwei nebcncinanderliegenden langen parallelen Leiterbahnen 50. Wie in F i g. 13 gezeigt, beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Leiterwindungen 160 und 162 ».?«, und in der Mitte des Abstandes ».v« befindet sich das Fadenkreuz 164. Die Ortskoordinaten des Mittelpunkts der Leiterwindung 160 sind mit »A\Y,« bezeichnet, und die Ortskoordinaten des Mittelpunktes der Leiterwindung 162 sind mit »Χ,,Υ.,« bezeichnet. Die

Größe ' . 'ze'gt die Verschiebung auf der Y-Achse

des Fadenkreuzes 164 gegenüber dem Bezugspunkt

X -I- X
an, und die Größe ' "zeigt die Verschiebung auf

der A'-Achse des Fadenkreuzes 164 von einem Bezugspunkt an. Die beiden Größen (F₁ Y.,) und (A"j -A"„) sind Maße für die Winkelrichtung bzw. der Winkelverschiebung gegenüber einem gewählten Bezugspunkt der Sonde 156. Wie Fig. 13 zeigt, bildet der Abstand »i« die Hypothenuse eines recht winkligen Dreiecks, dessen erste Kathete sich vom Mittelpunkt der Leiterwindung 160 auf der Y-Achse und dessen zweite Kathete sich vom Mittelpunkt der Leiterwindung 162 auf der AT-Achse erstreckt. Hierbei ist

und

sin Θ =

cos β =

Wenn »j« als Längeneinheit gewählt wird, dann ist (Y₁ - Y₂) = sin Θ

und

(Ar₁-Ay = cos©.

Das Meßgerät 154, mit welchem die vorstehend beschriebenen Messungen der Koordinatenstellunc und der Winkeiverschiebung der Sonde möglich sind, besitzt eine Wechselspannungsquelle 166, die ein sinusförmiges 3-kHz-Ansteuerungssignal an die Leiterwindung 160 und ein sinusförmiges 4-kHz-Ansteuerungssigna! an die Leiterwindung 162 abgibt. Jede; dieser Ansteuerungssignale induziert ein Signal ir jeder Leiteranordnung der Koordinatcnanordnuiu 18. Diese induzierten Signale werden einem Phasen-So detektor und einer Signalverarbeitungseinrichtung 16f eingespeist, deren Ausgangssignale die Sonderstellung und Winkelrichtung angeben. Die Signalvcrarbcitungseinrichtung 168 wird zur Bestimmung der Son denstelhmg auf der Y-Achse und der Größe voi sin (-) naher beschrieben. Die Signalverarbeitungsein richtung zur Bestimmung der Stellung a'if de A"-Achse und der Größe cos f-> ist mit der beschriebenen identisch.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 168 cnthäl

4" eine Filterschaltung 170 und einen Phascndetckto 118 zur Bestimmung der Stellung der Leiterwindum 160 auf der Y-Achse, wobei diese auf 3-kHz-Signalt anspricht. Außerdem ist noch die Filter-Schaltum 172 und der Phasendetektor 120 zur Bestimmung de:

Stellung der Leiterwindung 162 auf der Y-Achs< vorgesehen, wobei diese auf 4-kHz-Signale anspricht Die induzierten Signale gelangen über das Koaxial kabel 174 und den Kabelzweig 176 von der Leiter anordnung 40 zum 3-kHz-Bandftltcr 178, das al:

Frequenzweiche dient, und über den Kabel/.weig 18( zum 4-kllz-Bandfilter 182, das ebenfalls als Fre quenzwciche dient. Die in der Leiteranordnung 4i für die Y-Achse induzierten Signale werden über da: Kabel 184 und den Kabel/.weig 186 an das 3-kHz Bandfilter 188 übertragen sowie über den Kabel zweig 190 an das 4-kHz-Bandnltcr 192. Die Band filter 178, 182, 188 und 192 filtern unerwünscht, l'requenzkomponcntcn. Rauschsignale und Hanno nische heraus und bilden sinusförmige Induklioiis

fio signale der gewünschten Frequenz zur weiteren Ver arbeitung. Mit Bezug auf die Filtcrsehaltung 170 weiden die Signale des Bandfilters 178 durch den V'.-r stärker 194 verstärkt und dutch den Phasenschiebc 196 in ihrer Phase mn Ή) gedieht. Diese Phasen

fif, drehung ist gleich tier Phasendrehung, die im Zu sanimenhang mit den Ausfiihrungsbeispielcn de Fig. 1 und 12 beschrieben wurde. Diese Figurei zeigen, daß die Phase der versetzten Leiteranord

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 Suminierverstärker 200 übertragen, der ein Summcnsignat bildet, dessen Phase durch den Phasendetektor 118 gemessen wird und damit eine Anzeige für die Verschiebung der l.citcrwindung 160 auf der K-Aehsc 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 verstärk!, und ihre Phase wird im Phasenschieber 204 um 90' gedreht. Die Ausgangssignale des Bandfilters 19Ü werden im Verstärker 205 verstärkt. Die 4-kHz-SignaIe 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 Phasendelektor 120 gemessen, wie es im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 gezeigt und beschrieben wurde. Die Ausgangssignale der Phasendctcktoren 118 und 120 zeigen die Verschiebungen der Leiterwindungen 160 und 162 auf der Y-Achse an. Die Signal*, jelangen an ein digitales Addiergerät 208, welches die Verschiebung des Fadenkreuzes 1<>4 gegenüber einem Bezugspunkt auf der Y-Achse durch Summierung unJ Division der beiden Signale um den Faktor 2 bestimmt. Die Winkelrichtung (β) der Sonde 156 gegenüber einer gewählten Bezugsrichtung wird durch das digitale Subtrahiergerät 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 (>', — >'„), 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 X-Achsc und den cos (-> dar.

Die Funktion des Meßgeräts 154 ist gleich der Funktion der vorstehend beschriebenen Geräte 10 und 110. Die den Leiterwindungen 160 und 162 eingespeisten Ansteuerungisignale 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 Leitenvindung 160 und 162 verschoben wird. Die Phasenverschiebung dieser Signale, die durch die Bewegung der Sonde 156 auf der Fläche entsteht, wird gemessen, Bezugspunkt und Be/ugswinkclstcllung der Sonde 156 werden einfach dadurch gewühlt, daß das Fadenkreuz 164 direkt über den gewünschten Bezugspunkt eingestellt und die Sonde 156 so gedreht wird, daß sie mit der gewünschleη He/imsuchse fluehtci:. Ferner wird die Zählung in den Rtcisteui 143 und 150 gelöscht. Dann ändert mi h »lie /iihliing in diesen Registern mir in Abhängigkeit von der Phasendrehung, die durch die Verschiebung der Sonde gegenüber dieser Bczugsstellung verursacht wird. Eine Verschiebung der Sonde 156 längs der Achsen wird somit durch das digitale Addiergerät 208 und eine Drehung wird durch das digitale Subtrahiergeräl 210 angezeigt.

Fig. 14 zeigt eine Meßanordnung 212, die eine ampliludenabhängige Signalverarbeitungseinrichtung 214 zur Bestimmung der Stellung der Sonde benutzt

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

Die Wechselspannungsquelle 216 und der Treiberverstärker 218 führen ein Wechselspannungs-Anstcuerungssignal der Sonde 14 zu. Dieses Ansteuerungssignal 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 Fig. 6 dargestellt. Die Signalverarhcitungseinrichtung 214 ist im einzelnen zur Messung der Verschiebung auf

der Y-Achse gezeigt. Eine gleiche Einrichtung mißt die Verschiebung auf der ΑΓ-Achse. Die in der Leiteranordnung 40 induzierten Signale werden durch den Verstärker 219 verstärkt und gelangen zur Statorwicklung 220 des elektromechanischen Koordinaten-Wandlers 221. Die Ausgangssignale der Leiteranordnung 42 werden im Verstärker 222 verstärkt und gelangen zu einer anderen Statorwicklung 224 des Koordinalenwandlers 221. Die den Statorwicklungen 220 und 224 eingespeisten Signale induzieren ein Si-

gnal in der drehbar angeordneten Rotorwicklung 226. Die Maximalamplitude des in die Rotorwicklung induzierten Signals hängt nicht allein von der Maximalamplitude der den beiden Statorwicklungen

220 und 224 eingespeisten Signale ab, die bei Bewegung der Sonde 14 sinusförmig verlaufen, sondern auch von der Winkelstellung der Rohrwicklung 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 (£_r,_ltor), die dem Ausgangssignal des Koordinatenwandlers

221 gleich ist, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

E_(rotor) = A E sin (^}- 360° \ cos6>

wobei

-,4Ecos{--36O°]sin0, , d

H = Drehwinkel des Rotors;

die anderen Symbole entsprechen den vor stehend beschriebenen.

Eine Auflösung der Gleichung ergibt

-- ΛΕύη[ ' 360°-GJ

1902

Die Gleichung zeigt, daß sich das Ausgangssignal des Koordinatenwandlers 221 mit der Bewegung der Sonde auf der Y-Achse ändert. Weiter zeigt die Gleichung, daß sich das Ausgangssignal ändert, wenn Θ sich infolge der Rotordrehung ändert. Wenn sich die Rotorwicklung 226 mit der Verschiebung der Sonde 14 auf der >'-Achsc dreht, so daß

θ - ^y ■ 360° , d

dann tendiert die Ausgangsspannung des Koordinatenwandlers nach Null bzw. erreicht Null. Der Verstärker 228, der Antriebsmotor 230 und das Vorgelege 232 drehen den Rotor so, daß die Ausgangsspannung des Koordinatenwandlers 221 zu Null wird. Die Ausgangssignale werden durch den Verstärker 228 verstärkt und steuern den Antriebsmotor 230 an. Dieser dreht den Rotor so, daß er mit den Statorwicklungen fluchtet, damit in dem Rotor kein elektrisches Gesamtsignal induziert werden kann. Das Vorgelege 232 verändert auch den Wert des Ausgangssignals, der im Verhältnis zur Größe des Winkels θ in der Anzeigevorrichtung 234 gespeichert ist, wobei der Rotor von dem Vorgelege um den Winkel θ gedreht wird. Die Funktion der Anzeigevorrichtung 234 ist gleich der in F i g. 1 dargestellten Funktion des Zählregisters 104, des Umsetzers J06 und der Ausgabeanzeige 108. Sie zeichnet den Weg auf, auf welchem die Sonde verschoben wird. Da die Signalverarbeitungseinrichtung 214 viele mechanische Vorrichtungen enthält, kann die Anzeigevorrichtung 234 am besten aus einer Kodierscheibe, einem mechanischen Zähler oder einem Potentiometer bestehen. Das in der Anzeigevorrichtung 234 gespeicherte Signal wird in Abhängigkeit von der Sondenbewegung in einer Richtung vergrößert und in Abhängigkeit von der Sondenbewegung in der Gegenrichtung verkleinert.

Die Koordinatenschreiber der Fig. 15 und 16 arbeiten in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebenen Meßgeräte. Der Koordinatenschreiber 23Λ der Fig. 15 enthält eine Wechseispannungsqueiie 12, die Signalverarbeitungseinrichtung 20, den Phasendetektor 16 und die Koordinatenanordnung 18. die bereits beschrieben sind. Die Sonde 238 weist aber noch eine Schreibfeder 240 auf. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 16 zeigt die Stellung der Sonde 238 an. Diese Ausgangssignale werden nun in der elektronischen Vergleichseinrichtung 242 mit vorgewählten Signalen verglichen, welche bestimmte Ortspunkte darstellen. Die Differenzen zwischen diesen Kommandosignalen und den die Messungen darstellenden Signalen dienen zur Betätigung eines mechanischen Antriebs 244, der die Sonde zu den Ortspunkten hinbewegt, die durch die Kommandosignale dargestellt werden.

Fig. 15 zeigt einen herkömmlichen mechanischen Antrieb 244 zur Verschiebung der Sonde 238. Zum mechanischen Antrieb 244 gehören die beiden Schlitten 246 und 248. Der Schlitten 246 besitzt den Elektromotor 250 und den Trieb 252, der an der Sonde 238 befestigt ist und diese auf der Y-Achse verschiebt. Der Schlitten 246 ist am Schlitten 248 montiert, der mit dem Elektromotor 354 und dem Trieb 256 ausgestattet ist. Der Schlitten 248 bewegt den Schlitten 246 und damit die Sonde 238 längs der ,Y-Achse. Die Wechseispannungsqueiie 12 führt der Lciterwincluni; 34 der Sonde 238 ein Ansteuerungssignal zu. Dieses Ansteuerangssignal induziert ein Signal in den Leiteranordnungen. Diese induzierten Signale gelangen an die Signalverarbeitungseinrichtung 20 und den Phasendetektor 16, dessen Ausgangssignale die Koordinatenstellung der Sonde anzeigen. Ein Signal für die Anzeige der Sondenstellung auf der !'-Achse gelangt an das digitale Fehlerregister 258, das auch ein Kommandosignal vom Computer 260 erhält. Das Kommandosignal stellt eine bestimmte Stellung auf der Y-Achse dar. Das Fehlerregister 258 vergleicht diese beiden Signale, und wenn diese nicht gleich sind, gibt es ein Ausgangssignal ab, das gleich ist der Differenz zwischen dem Kommando- und dem Meßsignal, und dieses Di(Tcrenzsignal bewirkt, daß die Sonde 238 in den durch das Kommandosignal für die Y-Achse dargestellten Ortspunkt bewegt wird. Das Ausgangssignal der digitalen Fehlerregister 258 wird durch den Digital-Analogumsetzer 260, den Verstärker 262 und den Verstärker 264 für den Motorantrieb in die richtige Form zum Antrieb des Motors 250 umgesetzt.

In gleicher Weise gelangt das Ausgangssignal des Phasendetektors 16 zur Anzeige der Stellung auf der .Y-Achse an das digitale Fehlerregister 266. Auch dieses Fehlerrcgistcr empfängt ein Kommandosigna! vom Computer 260, das eine bestimmte Stellung auf der -Y-Achse darstellt. Das Fehlerregister 266 arbeitet wie das Fehlerregister 258 und vergleicht das gemessene und das Kommandosignal für die -Y-Achse, um ein Ausgangssignal abzugeben, das gleich ist der Differenz zwischen diesen beiden Signalen. Dieses Ausgangssignal dient zum Antrieb der Sonde 238 in die Stellung, die durch das Kommandosignal für die -Y-Achse dargestellt wird. Das Ausgangssignal des Fehlcrregisters 266 wird durch den Digital-Analog-Umsetzer 268, den Verstärker 270 und den Verstärker 273 für den Motorantrieb in die richtige Form zum Antrieb des Elektromotors 254 umgesetzt. Die Zeitgabe für die Kommandosignale des Computers 260 an die digitalen Fehlerregister 268 und 266 bestimmt den Weg, dem die Sonde 238 beim Fortschreiten von einer Stellung zur anderen folgt. Wenn somit Kommandosignale für die X- und Y-Achse gleichzeitig gegeben werden, so arbeiten auch die Antriebsmotoren 250 und 254 gleichzeitig, um die Sonde 238 auf einer geraden Linie direkt von einem Ortspunkt zum anderen zu führen. Falls erforderlich, kann jedoch ein Kommandosignal für ein Fehlerregistcr, z. B. das Register 258, vor dem Kommandosignal für das Register 266 abgegeben werden. Dann bewegt sich die Sonde von einem Ortspunkt zum anderen, indem sie zuerst auf der Y-Achse und dann entlang der .Y-Achse läuft.

Im Betrieb wird die Feder 240 in einen Bezugspunkt gebracht, von dem aus die Kurven geschrieber werden sollen, und die in den digitalen Fehlerregistern 258 und 266 sowie in den Zählregistern 104 gespeicherten Signale sind gelöscht. Dann gibt dei Computer 260 die erste einer vorbestimmten Reiht von Kommandosignalen an diese Register ab. Zu nächst und noch ehe die Sonde 238 Gelegenheit hat sich zu bewegen, gibt der Phasendetcktor 16 keil Ausgangssignal an die Register 258 und 266 ab. Da her gelangen die Kommandosignale von den Fehler registern an die Antriebsmotoren 250 und 254. Wem sich die Sonde 238 bewegt, dann gibt der Phasen detektor 16 Ausgangssignale an die Register 258 um 266 ab. Der mechanische Antrieb 244 bewegt di

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Sonde 238 so, daß sich die Ausgangssignale des Phasendetektors den vom Computer 260 kommenden Kommandosignalen annähern und ihnen schließlich gleich sind. Wenn die beiden Signale gleich sind, so befindet sich die Schreibfeder 240 auf dem durch die erste Gruppe von Kommandosignalen dargestellten Koordinatenpunkt. Dann schaltet der Computer 260 und gibt eine zweite Gruppe von Kommandosignalen an die Register 258 und 266 ab. Diese Kommandosignale sind wiederum nicht gleich den Ausgangssignalen des Phasendetektors 16, und die Register 258 und 266 geben Ausgangssignalc ab, die die Sonde 238 in eine Lage bringen, die durch diese neue Gruppe von Kommandosignalen dargestellt wird. Dieser Vorgang wird mit aufeinanderfolgenden Gruppen von Kommandosignalen so lange wiederholt, bis die Kurve fertiggestellt ist.

Zum Antrieb dieses Koordinatenschreibers können Kommandosignale jeder gewünschten Große verwendet werden. Das heißt, ein für die Bewegung der Schreibfeder 240 über eine Anzahl von langen parallelen Leiterbahnen genügend großes Kommandosignal kann den Fehlerregistern zugeführt werden, worauf die Feder anspricht und den gewünschten Weg zuiiicklegt. Wie im Falle des vorstehend beschriebenen Meßgeräts kann auch bei diesem Gerät eine sehr feine Auflösung erreicht werden. Unter Verwendung des Phasendetektors 16 können Schreibbewegungen von nur Vsoo des Abstandes zwischen zwe· langen parallelen nebcneinanderliegenden Leiterbahnen erzeugt werden. Da die Abstände zwischen den parallelen Leiterbahnen sehr klein sein können, lassen sich mit einer richtig gewählten Gruppe von Kommandosipnalen äußerst genaue Aufzeichnungen jeder gewünschten Kurve oder Linie herstellen.

Fig. 16 zeigt einen automatischen Koordinatenschreiber 274, der mit einer geänderten Koordinatenanordnung 276 und mit der Sonde 280 ausgestattet ist. Im übrigen entspricht das in der Fig. 16 dargestellte Gerät sowohl in der Konstruktion als auch in der Funktion den anderen bereits beschriebenen Ausführungsbcispielen. Die Wechselspannungsquelle 166 und die .SignalvernrbeitungseinrichUing mit Phasendetektor 168 sind bereits in Fi g. 13 gezeigt. Die elektronische Vcrgleichseinrichtung 242, der mechanische Antrieb 244 und der Computer 260 sind bereits im Alisführungsbeispiel des automatischen Koordinatenschreibers der Fi g. 15 enthalten.

Die Koordinatcnanordnung 276 besteht aus den beiden Leiteranordnungen 40 und 44 der F i g. 2. Die langen parallelen Lciterb-ihnen 50 der Leiteranordnung 40 verlaufen senkrecht zu den langen parallelen Leiterbahnen 58 der I eitcranordnun» 44. jedoch enthält die Koordinaten-inordnung 276 nicht die beiden Leiteranorilniingen 42 und 46. Die Sonde 280 enthält ein Kunststoffgehäuse oder eine Kunststoffträgerplatte 278, auf welcher die Schreibfeder 282 und die drei Leiterwindungen 284, 286 und 288 angeordnet sind. Der Durchmesser jeder Leiterwindung ist gleich einem ungeraden Vielfachen des Abstandes zwischen zwei ncbeneinunderliegenden langen parallelen Leiterbahnen. Der Abstand des Mittelpunktes der Lei-

terwindung 286 vom Mittelpunkt der Leiterwindung 284 auf der X-Achse der Koordinatenanordnung 276 ist gleich einem ungeraden Vielfachen des halben Abstandes zwischen zwei nebeneinanderliegenden langen parallelen Leiterbahnen. Der Mittelpunkt der Leiterwindung 288 befindet sich im gleichen Abstand auf der K-Achse der Koordinatenanordnung 276 vom Mittelpunkt der Leiterwindung 284. Die Leiterwindungen 286 und 288 dienen somit

ίο als um 90'' versetzte oder »Phasenschicberschleifcn« für die Leiterwindung 284.

Die Wechselspannungsquclle 166 gibt ein 4-kHz-Ansteuerungssignal auf die Leiteranordnung 40 für die y-Aehse und ein 3-kHz-Anstcuerungssignal auf die Leiteranordnung 44 für die ΛΤ-Achsc. Jedes Ansteuerungssignal induziert ein Signal in jedem der drei Leiterwindungen. Diese arbeiten als elektrische Summierglieder und geben somit Signale ab, die sowohl 3-kHz- als auch 4-kHz-Komponenten besitzen.

Die in den Leiterwindungen 284 und 286 induzierten Signale gelangen an die 3-kHz-Bandfilter 178 und 188, welche die 3-kHz-Signalkomponentcn für weitere Verarbeitung an die Schaltungen 170 und 118 der Signalvcrarbeitungseinrichtung 168 weiterleiten, wie im Zusammenhang mit der Fig. 13 näher erklärt wurde. Somit zeigt das Ausgangssignal der Phasenvergleichsstufe 11.8 die Stellung der Sonde 280 auf der X-Achse an. Die in den Leiterwindungen 284 und 288 induzierten Signale gelangen an die 4-kHz-Bandfilter 182 und 192, welche die 4-kHz-Signalkomponenten zur weiteren Verarbeitung an die Schaltungen 172 und 120 weiterlcitcin, die ebenfalls in Verbindung mit der Fig. 13 näher erläutert wurden. Somit zeigt das Ausgangssignal der Phasenvergleichsstufe 120 die Stellung der Sonde 280 auf der y-Achse an. Die Ausgangssignale der Phasenvergleichsstufen 118 und 120 der Signal Verarbeitungseinrichtung mit Phasendetektor werden durch eine an Hand des Koordinatenschreibers 236 in Fig. 15 erläuterten Einrichtung 242 mit den Kommandosignalen des Computers 260 verglichen. Die SignaldifTerenzen zwischen den Kommando- und den gemessenen Signalen dienen dann zum Antrieb eines mechanischen Antriebs 244, um die Sonde 280 und die Schreibfeder 282 zu bewegen.

Die gesamte vorstehende Beschreibung legt viele offensichtliche Änderungen an jedem einzelnen Ausführungsbeispiel der Erfindung nahe. Zum Beispiel können die bestimmten Anordnungen und Konstruktionen eines Ausführungsbeispiels leicht durch eine Anordnung eines anderen Ausführungsbeispiels ersetzt werden. Als Beispiel sei hier folgendes gegeben: die Sonde 280 dei Fig. 16 ist fest am Schlitten 246 angebracht und kann sich daher niehl drehen. Da die Drehung kein Problem darstellt, brauchen die drei Leiterwindungen 284, 286 und 288 nicht kreisförmig zu sein, Das gleiche Ausgangssignal kann unter Verwendung von Leiterwindungen von beliebiger Form abeeceben werden, deren Querabmessung gleich ist einem ungeraden Vielfachen des Abstandes zv Jien zwei ncbeneinanderliegenden langen parallelen Leiterbahnen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit mehreren in paraUelen 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 i« (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 zueinander versetzt angeordnet sind, daß die an eine Wcchselspannungsquelle (12, 166, 216) angeschlossene Sonde (14, 156, 238) aus wenigstens einer Leiterwindung (34) besteht, deren Durch- "> 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) angeschlossen 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; 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 Koordinaten richtung 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 zueinander 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 Durchmesset 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 amplihidenveränderlichen 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 Phasenschieber (138,143; 144,150) gemessen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (50, 54, 58, 60) der jeweils einer Koordinatenrichtung zugeordneten Leiterschleifen um den halben Abstand zwischen parallelen Leiterbahnen gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterbahn (66) zur Unterdrückung von in den Leiterverbindungen induzierten Signalen vorgesehen ist, die parallel zu den die einzelnen Leiterbahnen (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) entgegengesetzte 1 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 (.'■*) 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 I eiterwindungen das Fadenkreuz (164) angeordnet ist, dessen Verschiebung längs der Koordinatenachsen X und Y von einem Bezugspunkt aus durch die Ausdrücke

A- + .V₂ y. + v,

Λ J Und i-L- --:■

2 2

und dessen Verschiebungswinkel θ durch die Gleichungen

x, — .v.,
cos Θ = '

und sin θ

_ ^Vl - ^V2

gegeben ist, wobei x_ty_i und x„y.₂ die Ortskoordinaten der beiden Leiterwindungen und s ihr gegenseitiger Mittenabstand ist (Fig. 13).

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (280) aus drei Leiterwindungen (2S4, 286, 288^ besteht, welche die Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks bilden, dessen den rechten Winicel bildende Seiten parallel zu den Koordinatenrichtungen liegen, wobei die eine Leiterwindung von den beiden anderen Leiterwindungen in einem Abstand angeordnet ist, der gleich einen 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 jede Koordinatenrichtung einen Summierverstärker (86) aufweist, dessen einer Eingang unmittelbar an die eine Leiterschleife und dessen anderer Eingang über einen 90°-Phasenschieber (84j 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 Antricbsmotor(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 Koordinatenrichtung zwei Summiervers'ärker (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 Leitcrschleifenpaares über einen 90°-Phasenschieber (122, 124) angeschlossen ist.

15. Anordnung nach einem Her Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichne!, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen Zahlregister (104, 142, 150) zur Anzeige der Sondenverschiebung gegenüber einem Bezugspunkt aufweisen sowie eine Zählerlöschvorrichtung (110, 152) zur Rück stellung der Zählregister auf Null bei Wahl eines neuen Bezugspunktes der Sonde.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis I 5, 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 (138, 146) aufweist.