DE2356199C2

DE2356199C2 - Vorrichtung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche

Info

Publication number: DE2356199C2
Application number: DE2356199A
Authority: DE
Inventors: Alfred E. Glenellyn Ill. Brenner
Original assignee: SUMMAGRAPHICS CORP 06430 FAIRFIELD CONN US
Current assignee: SUMMAGRAPHICS CORP 06430 FAIRFIELD CONN US
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1983-11-03
Also published as: GB1402833A; JPS5632668B2; DE2356199A1; FR2210312A5; US3846580A; NL7316108A; CA986219A; JPS4990558A

Description

50

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit in Zeilen und Spalten angeordneten Leitern mit Hilfe einer Sonde und einer Schaltungsanordnung zum Auswerten der von der Sonde in den Leitern induzierten Signale und deren Laufzeiten.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 39 317 bekanntgeworden. Von einer Sonde werden akustische Wellen ausgestrahlt, und die Laufzeit zwischen Sender und Empfänger wird mit Hilfe von Zählern, die der Schaltungsanordnung zugeordnet sind, digital bestimmt. Die Zähler werden bei Erregung der Sonde von der Signalquelle aktiviert und beim Auftreten eines charakteristischen Empfangssignals abgeschaltet.

Die Verwendung akustischer Signale hat den Nachteil, daß bei Temperaturänderungen Fehler entstehen können. Bekanntlich ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall stark temperaturabhängig. Ferner können äußere Geräuschquellen sowie der Dopplereffekt zu weiteren Störungen führen.

Der gleiche Nachteil wird bei einer bekannten Vorrichtung nach der US-PS 36 84 828 erhalten, bei der die Koordinatenfläche eine Schicht aus piezo-elektrischem Material ist, in der akustische Oberwellenflächen in x-und y-Richtung erzeugt werden. Das im Schnittpunkt erzeugte elektrische Feld wird von einer Sonde aufgenommen.

Schließlich ist nach der US-PS 35 67 859 eine Vorrichtung bekannt, bei der in der abzutastenden Fläche Leiter (Zeilen und Spalten) angeordnet sind, deren kapazitive Kopplung von einer Sonde verändert wird. Die Kodierung der einzelnen Leiter ist außerordentlich aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit in Zeilen und Spalten angeordneten Leitern der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine genaue Lagebestimmung mit einfachen Mitteln durchführbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination gelöst, daß die Leiter aus magnetostriktivem Material bestehen und mit Empfängern verbunden sind, die auf in den Leitern sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausbreitende Längsschwingungen ansprechen, die in den Leitern durch ein von der Sonde induziertes Magnetfeld erzeugt werden, und daß zur digitalen Bestimmung der Längsschwingungslaufzeit zwischen der Sonde und den Empfängern in der Schaltungsanordnung Zähler vorgesehen sind, die bei Erregung der Sonde von einer Signalquelle aktiviert und beim Auftreten eines für die Längsschwingung charakteristischen Signals abgeschaltet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von einer magnetostriktiven La. fzeitbestimmung Gebrauch gemacht, indem die magnetostriktiven Drähte mit einem oder mehreren Empfängern verbunden sind und in den Drähten mittels einer induktiven Sonde Längsschwingungen erzeugt werden. Diese Längsschwingungen pflanzen sich vom Ort der Erzeugung, also von der Sonde aus längs der Drähte mit einer bestimmten Geschwindigkeit fort. Zur Anzeige eines bestimmten Koordinatenpunktes muß daher die Laufzeit dieser Längsschwingung vom Ort der Erzeugung bis zum Empfänger gemessen werden.

Die Messung erfolgt digital durch Zähler. Die Zähler beginnen zu zählen, sobald die Sonde von der Impulsabgabe her erregt wird, um die Längsschwingung in den Drähten auszulösen. Das Ende der Zählung ist erreicht, wenn der Schwellwertdiskriminator. der an den Empfänger angeschlossen ist. feststellt, daß nach Überschreiten eines vorangegangenen Maximalwertes der Amplitude für die Längsschwingung dieses Signal seinen ersten Nulldurchgang erreicht.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine genaue Lagebestirr.mung mit sehr einfachen Mitteln durchführen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung in Draufsicht.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach F i g. 1 mit einer Sonde.

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit der Vorrichtung nach

Fig. 1.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Drahtanordnung ' der Vorrichtung nach F i g. 1.

Fig.4a zeigt den zeitlichen Verlauf einer Welle im ^; Draht Fig.5 zeigt ein Fehlerdiagramm bezüglich der ; Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung.

F i g. 6 zeigt ein Blockschaltbild für eine Schaltungsanordnung zum Auswerten der in den Leitern der erfindungsgemäßen Vorrichtung induzierten Signale. .- F i g. 7 zeigt den zeitlicheil Signalverlauf von Signalen

an einzelnen Punkten der Schaltungsanordnung nach ^; Fig.6.

Fig.8 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Auslösesignals.

Fig.9 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen ^! Schwellenwertdiskriminator für eine Vorrichtung nach Fig. 6.

Fig. 10 zeigt den Kurvenverlauf der Signale an einzelnen Punkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 9.

Gemäß F i g. 1 ist eine Datenfläche 10 mit magneiostriktiven Drähten 12 versehen, die parallel zueinander längs der horizontalen oder x-Achse der Ditenfläche angeordnet sind, und mit vertikal angeordneten, magnetostriktiven Drähten 14 entsprechend der j'-Achse. Längs der linken Kante der Fläche 10 befindet sich ein weiterer vertikal gerichteter Draht, der einen P ersten Empfänger 16 bildet, während längs des unteren Teils der Fläche 10 ein weiterer horizontaler Draht einen zweiten Empfänger 18 bildet Die Empfänger 16 und 18 sind gemeinsam bei 20 geerdet Jeder der Empfänger 16 und 18 ist an einen Verstärker 22 und 24 '_; angeschlossen, die noch zu erläutern sind.

Die magnelostriktiven Drähte 12 und 14 sind zum Beispiel aus einer Nickel-Chrom-Vanadium-Legierung. Die Drähte für die Empfänger 16 und 18 können gewöhnliche Leiter, z. B. aus Kupfer, sein. Unter jedem ist ein Permanentmagnet 26 und 28 angebracht Die Magneten \ erden bevorzugt, obwohl sie, wie noch *o deutlich werden wird, nicht wesentlich sind. Die Magneten können aus streifenförmigen. keramischem Magnetmaterial in konventioneller Form bestehen.

Der Aufbau der Vorrichtung ist im einzelnen aus F i g. 2 ersichtlich. Eine Sonde 30 in F i g. 2 weist eine «5 Ringspule 32 aus leitendem Draht, z. B. Kupfer o. dgl. auf. die an der Spitze der Sonde 30 angeordnet ist. Die Sonde 30 kann ein Griffel oder eine federhalterartige Vorrichtung sein, die über die Oberfläche 10 bewegbar ist. Zwecks Verstärkung der Intensität des erzeugten Feldes kann der Kern der Sonde 30 aus einem ferritischeii Magnetmaterijl bestehen, und der Draht der Ringspule 32 kann in 10 oder 15 Windungen um den Kern gewickelt sein.

Die Fläche Ii/ nach Fig.2 besteht aus einer Grundplatte 34. die isolierend oder leitend sein kann, wie z. B. ein Kupferblock o. dgl. Die keramischen Permanentmagnete 26 und 2? werden direkt auf ihrer Oberfläche angebracht Die Drähte 12 werden dann so aufgebracht, daß sie über dem Magneten 26 liegen. Die Drähte 12 können an der Oberfläche der Grundplatte 34 befestigt sein, z. B. durch Lötung ihrer Enden direkt an den Kupferblock, oder durch Epoxidharz-oder sonstige Haftverbindung der Drähte 12 an ihren Enden mit der Grundplatte 34. Da das Arbeitsprinzip keine elektrische Leitfähigkeit hinsichtlich der Drähte 12 und 14 erfordert, kann jeder d>. r Drähte 12 und 14 unisoliert sein und die Platte 34 direkt berühren. Die Drähte 14 können dann über die Drähte 12 rechtwinklig zu diesen angebracht werden. Die Drähte 12,14 können einander berühren oder durch eine dünne Schicht aus entsprechendem Material getrennt sein. Leitfähigkeit ist hier wiederum nicht von Bedeutung, obwohl die Verwendung eines isolierenden Materials vorzuziehen ist

Die Drähte der Empfänger 16 und 18 sind über den entsprechenden Drähten 12, 14 angeordnet und zwar direkt über ihren jeweiligen Magneten. Zur Verminderung von Positionierfehlern sollte die Lage der Empfänger so sein, daß sie senkrecht zu der entsprechenden Gruppierung angeordnet sind. Wie noch auseinanderzusetzen sein wird, läßt sich diese Lage leicht bei der Eichung bestimmen.

Schließlich kann die Vorrichtung durch eine darübergelegte Abdeckplatte 36 vervollständigt werden, um eine feste Schreibunterlage zu bilden, wodurch eine glatte Oberfläche erhalten wird, auf die ein Dokument für ein Zusammenwirken mit der Sonde 30 gelegt werden kann.

Als weitere Alternative kann der *.aum zwischen der Abdeckplatte 36 und der Grundplatte 34 mit einer nicht haftenden oder nicht feuchtenden Substanz ausgefüllt werden. Die Berührung mit den Drähten 12, 14 sollte minimal, vorzugsweise auf die tangentiale Berührung begrenzt sein, wie aus dem Querschnitt in Fig.2 ersichtlich. Da eine longitudinale Schwingung die Vibration der magnetostriktiven Drähte 12 und 14 erfordert wie im einzelnen noch erklärt werden wird, sollte die Bewegungsfreiheit der Drähte 12, 14 nicht beschränkt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Longitudinalschwingung nicht durch Beschränkung der transversalen oder torsionalen Schwingung der magnetostriktiven Drähte 12,14 gedämpft wird.

In Fig. 3 ist die Gruppierung der Drähte 12, 14 hinsichtlich der Position der erregenden Spule 32 veranschaulicht. Bei einer typischen Ausbildung können die Drähte 12, 14 eine Dichte in der Größenordnung von 20 Zeilen je 25,4 mm haben, während die Spule 32 so wenig wie eine Zeile oder so viele Zeilen wie gewünscht umfassen kann. Im typischen Fall umfaßt die Spule etwa fünf Zeilen in ihrem Durchmesser.

In F i g. 4 wird das Prinzip der gezeigten Vorrichtung im einzelnen veranschaulicht So führt die Erregung der Spule 32 zu einer magnetostriktiven Beeinflussung in der Draht-Gruppierung 12Λ, wie in Fig.4 veranschaulicht. Die Spule 32 ist an irgendeinem Punkt des Zeilendrahts \2A angeordnet. Das Feld wird durch einen elektrischen Impuls erzeugt und ist durch die Kraftlinien 40 veranschaulicht. Der magnetostriktive Impuls induziert ein Spannung entsprechend der Vibration in dem Draht und wandert entlang dor Längsachse des Drahtes mit der Schallgeschwindigkeit in Metall, ein Faktor, der proportional der Quadratwurzel aus dem Verhältnis des Young-Moduls zur Drahtdichte ist. Bei einer Nickel-Chrom-Vanadium-Legierung liegt die Geschwindigkeit bei 5000 rn/s.

Das einzige Kriterium, das für die Übertragungsmedien erforderlich ^;*t. besteht darin, daß die Weilengeschwindigkeit groß genug ist. um die für die digitale Bestimmung gewünschte Auflösung zu erreichen, und trotzdem ausreichend niedrig ist, um ein';n merklichen Zählpegel beim Digitalisieren der Verzögerungszeit zu ermöglichen.

Die Longitudinalschwingung wandert den magnetostriktiven Draht entlang, bis sie den Bereich des Empfängers 16 erreicht. Die Spannung verursacht eine Änderung der Permeabilität, die zu einer Änderung des

Flusses führt, wodurch eine Spannung im Empfänger 16 induziert wird, die dann durch den Verstärker 22 gemäß Fig. 1 verstärkt wird. Der Magnet 26 dient durch das Feld 42 dem Ziel eines höheren Signal/Rausch-Verhältnisses, weil er einen stärkeren Fluß und damit eine stärkere Flußänderung erzeugt. Es ist jedoch klar, daß der Magnet 26 nicht wesentlich ist und daß die magnetostriktiven Drähte 12, 14 vormagnetisiert sein können, um den erforderlichen Fluß für eine Permeabilitätsänderung durch den Empfänger 16 herbeizuführen.

Es ist verständlich, daß die Longitudinalschwingung, analog Druck- und Dehnungswellen, die längs einer Achse 44 in Fig.4 wandern, sich von anderen Vibrationsschwingungen unterscheidet. So würde z. B. eine Transversalschwingung, analog der Bewegung einer Violinsaite, eine Bewegung in der senkrecht zur Achse 44 verlaufenden Ebene als entweder auf- und abwärtsßerichtete oder quergerichtete Bewegung erzeugen, die zu einer starken Dämpfung der Schwingung durch eine Berührung mit der Grundplatte 34 führen würde. Eine Torsionsschwingung, wie sie in konventionellen magnetostriktiven Verzögerungsstrecken auftritt, würde ebenfalls eine äußerst starke Schwingungsdämpfung zur Folge haben. Longitudinalschwingung ist hingegen sehr schwer durch bloße tangentiale Berührung mit den Drähten, wie in Fig. 2 veranschaulicht, physikalisch zu dämpfen.

In Fig.4A ist der in dem magnetostriktiven Zeilendraht induzierte Impuls veranschaulicht. Wie ersichtlich, erzeugt die Spannung des magnetostriktiven in dem Zeilendraht 12,4 induzierten Impulses eine charakteristische Wellenform, die einen anfänglichen und einen folgenden Nulldurchgang aufweist. Der anfängliche Nulldurchgang bei fi erreicht einen Schwellwert bei der Größe A, der eine Zeitperiode ab /ι je nach der Größe der Anfangsspitze hat. Wenn z. B. die Amplitude des induzierten Signals verringert wird, tritt der Schwellvvert A zu einer etwas verspäteten Zeit f? auf. Da jedoch die Impulsbreite nur von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Longitudinalimpulses abhängt und nicht von der Amplitude des Impulses, wird die Welle ihren folgenden Nulldurchgang U in der Weise erreichen, daß die Zeitperiode zwischen t, und h auch eine Konstante ist. Es ist also bei der Bestimmung der tatsächlichen Position, an der das aufgefangene, durch die Veränderung der Permeabilität infolge der Spannung des magnetostriktiven Impulses verursachte Signal zu benutzen ist. zweckmäßig, den zweiten Nulldurchgang ti zu verwenden.

Die in F i <*. 1 veranschaulichte Anordnung hat gewisse hervorragende Vorteile hinsichtlich der Verringerung von Fehlern bei einer digitalen Bestimmung. Bei einer Anordnung, bei der die Drähte 12 und 14 leicht schief gestellt oder in anderer Weise verschoben sind, führt die Verwendung der Vorrichtung zu einem beträchtlichen verminderten Fehler, der proportional zur Schiefläge eines Drahts auftritt. Wenn in F i g. 5 ein Bestimmungspunkt 46 so positioniert ist, daß seine tatsächliche Positionierung dem Endpunkt an einer Stelle 48 entspricht, aber der mit L bezeichnete Draht an einer Stelle 50 endet, so führt die Verwendung der gezeigten Vorrichtung zu einem Fehler, der proportional dem Cosinus des Winkels ist. der die Positionen zwischen 48 und 50 relativ zu dem Punkt 48 wiedergibt. Der fehler stellt also tatsächlich die Differenz zwischen der Länge der Linie L und der Länge der Linie L'dar. Wenn die Stellung des Empfängers durch die Querachse entsprechend der durch die Punkte 48 und 50 gehenden Zeile bestimmt wäre, würde der tatsächliche Fehler ΔΕ entsprechen oder proportional dem Sinus des Winkels Θ sein. Bei einer Anordnung also, bei der eine Verzögerungsstrecke am Ende der Drahtgruppierung entsprechend den Punkten 48 und 50 das Erscheinen eines Impulses am Ende einer Zeile 48 oder 50 entsprechend einer Position feststellt, würde der tatsächliche Positionsfehler zl£" sein, statt der Differenz zwischen L und L'. Die Benutzung der Vorrichtung führt also zu einer

ίο beträchtlichen Steigerung der Genauigkeit, da der Fehler AE wesentlich größer als der durch die verschiedene Länge der Strecken L und L' ist. Umgekehrt ausgedrückt lassen sich wegen der Notwendigkeit niedrigerer Toleranzen zur Erreichung vergleichbare Fehler viel geringere Herstellungskosten aufwenden.

In Fig.6 ist die Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit einer geeigneten Schaltung schematisch veranschaulicht. Wie ersichtlich, umfaßt die Datenoberfläche DS die positionierbare Sonde 52, die gegenüber einer Reihe von Koordinatenpunkten bewegbar ist, welche gegenüber den Aufnahmelinien 54 und 56 digital zu bestimmen sind. Wie oben bereits erklärt wurde, kann die Sonde 52 die Form eines Griffels oder Läufers haben, mit einer Spule an der Spitze, die mittels einer Leitung 58 mit einer Signalquelle für Impulse 60 verbinden ist, die den Hochenergie-Impuls liefert, welcher zum Auslösen des Magnetfelds erforderlich ist. Die Signalquelle 60 wird durch Auslöseimpulse ausgelöst, die von einer äußeren Quelle entnommen wird. Die Zufuhr der Auslöseimpulse läßt sich mittels eines Mehrfach-Schalters 62 steuern. Beispielsweise läßt sich ein Rechner 64 zur Lieferung der Auslöseimpulse verwenden, und es kann ein fortlaufend auslösender Schaltkreis 66 vorgesehen werden, einschließlich einer Frequenzsteuerung 68 für die Veränderung der Impulsfrequenz, oder ein hai'dbetätigter tmzelimpulskreis 70, der einen handbetätigten Schalter 72 für die handgesteuerte Abgabe einer Impulsfolge aus dem Einzelimpulskreis 70 aufweist. Der Schaltkreis 66 und der Einzelimpulskreis 70 können von konventioneller Bauart sein.

Die magnetostriktiven Erscheinungen werden von den jeweils zugehörigen Empfängern 54 und 56 aufgenommen und längs jeweils zugehöriger Ausgangsleitungen 74 und 76 Schwellwert-Diskriminatoren 78 und 80 zugeführt. Die letztere fühlen den ersten Nulldurchgang nach Erreichen eines Minimalschwellwerts, wie im Zusammenhang mit F i g. 4A behandelt, ab

so und erzeugen einen Ausgangsimpuls entsprech nd dem Nulldurchgangssignal. Die Ausgänge der Schwellwert-Diskriminatoren 78 und 80 sind mit den jeweils zugehörigen Eingängen eines Flip-Flops 82 und 84 verbunden. Ein Ausgang jedes Flip-Flops wird über ein UND-Glied 86 und 88, in einen x-Kanai-Zähler 90 bzw. einen y-Kanal-Zähler 92 eingegeben. Die UND-Glieder 86 und 88 haben auch einen Zeiteingang von einem Zeitimpulsgeber 94. Die Zähler 90 und 92 sind jeweils mit einem Zählerausleser 96 verbunden, der von konventioneller Bauart mit Zwischenspeicher oder Schieberegister sein kann. Gemäß Fig.7 wirkt die äußere Auslösung derart, daß über den Schalter 62 ein Signal (F i g. 7A) geht, daß ein Impuls in der Signalquelle 60 (F i g. /B) ausgelöst und ein Magnetfeld in der Sonde

52 (Fig.7C) erzeugt wird. Das Auslösesignal wird gleichzeitig auch über die Leitung 98 einem Rückstelleingang R zugeführt, von dem aus die Vorderflanke des Auslösesignals in konventioneller Weise für die

Rückstellung der Zähler 90 und 92 benutzt wird. Gleichzeitig wird das Auslösesignal jedem der Flip-Flops 82 und 84 über einen Phasensperrkreis 100 zugeführt.

Der Phasenkreis 100 vergrößert das Auslösen der Flip-Flops 82 und 84 für Zeiträume, die ausreichend sind, um zu gewährleisten, daß ein Zeitgeberimpuls voller Breite/V-s dem Zeitimpulsgeber 94 an die UND-Glieder 86 und 8S gegeben wird. Die Wirkung des Auslösesignals in den Flip-Flops 82 und 84 besteht darin, jedes Flip-Flop in den Zustand zu versetzen, der den an die angeschlossenen UND-Glieder 86 und 88 gestattet. Zeitgeberimpulse aus dem Zeitimpulsgeber 94 weiterzugeben. Infolgedessen beginnen die Zähler 90, 92 eine Digitalzählung (Fig. 7F und G, Fig.7H und I). Die Zählung fährt fort, bis das geeignete Signal aus dem Schwellwert-Diskriminator 78 und 80 entsprechend dem ersten Nulldurchgang nach Passieren des MinimalrpkvKAllannii'Aniif ArnnfinnAn ie* /HoR in /i*»r» Qr>Kiw*»ll_ k^ W ti ff ^ 11 ^ lim t ^ t£ Uh# b III LS t %t t β p^ ^^ 1 i Ih^ ft * Ί til t\f i t Λ l·* W t fl 1 .f \r fl β ff W t M wert-Diskrim'matoren (Fig. 7D und E) eingestellt ist. Die Erzeugung eines Impulses an dieser Stelle durch die Schwellwert-Diskriminatoren 78 und 80 führt zu einer Rückstellung der Flip-Flops 82 und 84, wodurch die UND-Glieder 86 und 88 gesperrt werden und die Zähler 90,92 (F i g. 7D und E, E und G, Hinterflanke) gestoppt werden. Der Zeitabstand zwischen Auslösesignalen reicht aus, um die von der x-Achse und der ,y-Achse empfangenen Signale vordem Beginn der nächstfolgenden Auslösesignale ausklingen zu lassen. Der vorstehend beschriebene Zähler-Rückstellvorgang wird von der Vo Jerflanke des Auslösesignale bewirkt und das Freigeben der UND-Glieder an deren Hinterflanke.

Wie aus F i g. 7A und B ersichtlich, ist eine Zeitverzögerung zwischen Auslösen und Signalabgabe in der Weise voreir₀ .stellt, daß die Signalabgabe bei einer bemessenen Dauer ab der Hinterflanke des Auslösesignals erfolgt. Die Wirkung dieser Maßnahme besteht darin, daß eine etwas höhere Zahl im A"-Zähler 80 als im V-Zähler 82 erzeugt wird, da die Zähler 90, 92 an der Hinterflanke des Auslösesignals Fig. 7A anfangen. Impulse zu zählen. Der Grund dafür ist, wie aus Fig.3 ersichtlich, daß die Positionskoordinate durch die Stellung bestimmt wird, an der Kraftlinien den magnetostriktiven Draht in der Nähe schneiden. Wenn der Mittelpunkt der Spule 32 digital bestimmt werden soll, wird eine leichte Verschiebung gleich dem Radius der Spule 32 sowohl in der X-Richtung als auch in der Y- Richtung auftreten. Durch Voreinstellen der Verzögerung zwischen Auslösung und Impulsabgabe, F i g. 7A und 7 B, lassen sich zusätzliche Zählungen an den X- und K-Zählern vorsehen, um die festgestellte Verschiebung zu kompensieren. Da der Spulenradius eine feststehende Größe ist, ist die Verschiebung in jedem Fall dieselbe, gleichgültig wo die Wicklung sich befindet.

Gemäß Fig.6 sind die komplementären Ausgänge der Flip-Flops 82 und 84 mit einem weiteren UND-Glied 102 verbunden. Dies letztere UND-Glied wird nur während des Zeitraums nach der Komplettierung der Zählung, aber vor der Rückstellung, koinzident erregt, wenn beide Flip-Flops 82 und 84 in ihrem rückgestellten Zustand sind. Dies liefert eine »Daten bereit«-Anzeige, die für die Übertragung der Zählung auf einen geeigneten Ausgang durch Erregung der Koinziedenz-GIieder 104 und 106 benutzt werden kann. Zur Erläuterung sei angegeben, daß das UND-Glied Iß2 in Verbindung mit einem von außen angelegten Signal benutzt werden kann, daß über den Ausleser- 96 zugeführt wird, um entweder das Glied 104 oder 106 durchzuschallen. Ein Durchschalten des Gliedes 104 beispielsweise gestattet die Verbindung mit einem Digital-Analog-Wandler 110 zwecks analoger Darstellung auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung 112. Sie kann z. B. ein Kathodenröhrenschirm oder eine Bild-Speicherröhre o. dgl. sein. Es kann auch wünschenswert sein, die Information in einem Datenspeicher 114 zu speichern, in welchem Fall das Glied 106 bei einer Zähleranzeige durchgeschaltet würde. Es ist auch

ίο möglich, die Datensignale über einen mit einer Vorspeicherung versehenen Nur-Lese-Speicher zwecks Umformung der Datenformate zu geben.

Zusätzlich kann ein Schalter 116 vorgesehen werden, der in Verbindung mit einem weiteren Schalter 118 arbeitet, um mehrere abgewandelte Arbeitsweisen zu ermöglichen. Beispielsweise gestattet der Schalter 116 in seiner oberen Stellung die Benutzung des Druckschalters 118 zur Erzeugung eines Magnetfelds, in der Sonde 52, wenn auf diesen bei ihrem Gebrauch als Schreib werkzeug ein Druck ausgeübt wird. Bei Verwendung desselben in Verbindung mit dem Schalter 62 in seiner Stellung für fortlaufende Auslösesignalzufuhr werden die Auslösesignale nur in Verbindung mit tatsächlicher Druckausübung auf die Sonde 52 wirksam gemacht. Die letztere läßt sich also als Teil einer Druckfühlvorrichtung wie eines Schreibgeräts ausbilden, wodurch die Herstellung einer harten Kopie gleichzeitig mit einer digitalen Bestimmung ermöglicht wird. Wenn der Schalter 116 sich in seiner unteren Stellung befindet, wird der Druckschalter 118 unwirksam, und die Signalquelle 60 veranlaßt eine Beaufschlagung der Signalart, die durch die Stellung des Wählschalters 62 bestimmt wird.

In Fig.8 ist eine geeignete Schaltung für die Felderzeugung veranschaulicht. Wie ersichtlich, ist eine Feldspule 120 an eine Gleichstromquelle 122 angeschlossen, die ihrerseits über einen Widerstand 123 an einem Kondensator 124 liegt. Bei normaler Arbeitsweise lädt die Gleichstromquelle 122 den Kondensator 124 auf, wenn das Feld erzeugt werden soll, steuert ein Impuls, der vom Auslöser 126 geliefert wird, einen steuerbaren Halbleitergleichrichter 128 an. Infolgedessen wird die in dem Kondensator 124 gespeicherte Energie durch die Spule 120 geleitet, wodurch das erforderliche, hochintensive Feld erzeugt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform läßt sich eine Spannung in der Größenordnung von mehreren hundert Volt (z. B. 200 V) in dem Kondensator 124 speichern, der eine Kapazität in der Größenordnung mehrerer zehntel Microfarad (z. B. 0,1 μΡ) hat und über eine 10-Windur,-gen-Kupferspule, die einen Durchmesser von 6,35 oder 3,18 mm hat, entladen wird. Die Anzahl der Windungen ebenso wie der Durchmesser der Spule läßt sich entsprechend der gewünschten Felderzeugung variieren. Wie bereits erwähnt, verbessert die Verwendung eines Ferritkerns in der Feldspule die Signalstärke und konzentriert das Feld.

In F i g. 9 ist ein geeigneter Schwellwert-Diskriminator veranschaulicht. Wie bereits beschrieben wurde, ist es seine Aufgabe, das von den Empfängern empfangene Signal als Ergebnis der Permeabilitätsänderung festzustellen, die magnetostriktiv in den Drähten induziert wurde. Das gewünschte Charakteristikum ist der Durchgang eines Minimalschwellwerts und ein Auslöseimpuls, der am Ende des ersten Nulldurchgangs danach erzeugt wird. In Fig. 10 entspricht dieser (Fig. 10A) dem Signal, das am Eingang des Schwellwertdiskriminators vorgesehen wird Es ist zu bemer-

ken, daß dieses Signal anschließend empfangene Impulse umfaßt, die durch die zusätzliche Wirkung einer Mehrzahl von Drähten verursacht werden. Es ist jedoch die erste Spitze, die die genaueste Ortsbestimmung festlegt. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 9 umfaßt einen Eingangs-Kondensator- und Widerstands-Kreis 130, einen Vergleicher 132 und Widerstände 134 und 136. Der Widerstand 136 ist veränderlich und bestimmt die Stelle, auf die die Hysterese der Schaltungsanordnung nach Fig.9 eingestellt ist. Der Zweck ist, den Schwellwertdurchgang R zum Einstellen der Vorrichtung zu benutzen und den nächstfolgender. -iull-Durchgang. um einen dementsprechenden Ausgangsimpuls vorzusehen. Während des Ruhezustands befindet sich also die Ausgangsspannung Eo auf einem festen Wert VI, und die Vergleicherspannung ist auf einen vorbestimmten Schwellwert V2 eingestellt. Angenommen, die Spitze von Ein ist höher als der Schwellwert R, dann steigt die Ein-Spannung bis auf einen Punkt R gleich V2, worauf der Schaltkreis auslöst und den Ausgang Eo von seinem Wert +Vl auf O treibt (Fig. 10C), der seinerseits EH in einen O-Spannungs-Zustand treibt(F ig. 10B).

ίο

Da die Ver^leicherschwelle jetzt auf einen O-Wert eingestellt ist, löst der Durchgang des Eingangssignals Ein durch die Nullstellung, Punkt 5 in Fig. I0A, den Vergleicher-Ausgang Eo auf seinem Anfangswert + Vl aus, Gleichzeitig stellt £Wsich auf seinen Eingangswert über den Wideistands-Spannungsteilerkreis 134/136 zurück. Die positiv verlaufende Wellenform (Fig. 10C) entsprechend dem Punkt 5 wird gebraucht, um einen Einzelimpulsgeber 138 anzusteuern, der einen Kurzzeitimpuls 140 (F i g. IOD) erzeugt, der für die Rückstellung der Flip-Flop 82 und 84 in Fig. 6 benutzt wird. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 9 führt zur Erzeugung einer Mehrzahl von Impulsen 140. Jedoch ist die Beschaffenheit der anordnung nach Fig.6 so. daß die FlipFlop 82 und 84 sich nach Erhalt des ersten Rückstellimpulses aus dem jeweils zugehörigen Sch-yellenwertdiskriminator zurückstellen und so die folgenden Impulse nicht von Bedeutung sind.

im fciiig montierten Zustand gcstaf

die gezeigte

Vorrichtung eine bequeme Eichung. Die Drähte der Empfänger sollten zur Fehlerverringerung senkrecht zu den magnetostriktiven Drähten angeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Koordinaten auf einer Fläche mit in Zeilen und Spalten angeordneten Leitern mit Hilfe einer Sonde und einer Schaltungsanordnung zum Auswerten der von der Sonde in den Leitern induzierten Signale und deren Laufzeiten, gekennzeichnet durch die Kombination, daß die Leiter (12, 14) aus magnetostriktivem Material bestehen und mit Empfängern (16,18,26,28) verbunden sind, die auf in den Leitern sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausbreitende Längsschwingungen ansprechen, die in den Leitern durch ein von der Sonde (30) induziertes Magnetfeld erzeugt werden, und daß zur digitalen Bestimmung der Längsschwingungslaufzeit zwischen der Sonde und den Empfängern in der Schaltungsanordnung Zähler (90, 92) vorgesehen sind, die bei Erregung der Sonde von einer Signalcpielle aktiviert und beim Auftreten eines für die Längsschwingung charakteristischen Signals abgeschaltet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zähler (90, 92) über einen Schwellwertdiskriminator (78, 80) an den zugehörigen Empfänger (16,18,26,28) angeschlossen ist und der Schwellwertdiskriminator auf den ersten Nulldurchgang der von der Sonde induzierten Längsschwingung nach Oberschreiten eines bestimmten Schwellwertes zum Abschalten des Zählers anspricht.

3. Vorrichtung Eich Ar ~pruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus einer um einen Ferritkern angeordneten Dm'«spule besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Zähler (90, 92) über Torschaltungen (86, 88) erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Schwellwertdiskriminator und der Torschaltung eine bistabile Schaltung (82, 84) geschaltet ist, deren erster Eingang jeweils an die Signalquelle (60) zum Setzen der bistabilen Schaltung angeschlossen ist, und deren zweiter Eingang mit einem Schwellwertdiskriminator (78, 80) verbunden ist. von dessen Ausgangssignal die bistabile Schaltung zurückgesetzt wird.