DE2215989A1

DE2215989A1 - Einrichtung zum Digitalisieren der Position eines Fühlers auf einer Koordinatenachse

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Publication number: DE2215989A1
Application number: DE19722215989
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-04-05
Filing date: 1972-04-01
Publication date: 1972-11-30
Also published as: CA961981A; US3732369A; GB1366990A

Description

TA.TE NTAKWAM

Dipl. ing. E. HOLZEB «9 AtIQSBUKG

TlUKNi »1S7»

¥. 564

Augsburg, den 24. März 1972

William L. G ο t t e r ,70 Neptune Street, Beverly

Massachusetts, V.St.A.

.Einrichtung zum Digitalisieren der Position eines Fühlers

auf einer Koordinatenachse

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Digitalisieren der Position eines Fühlers auf einer Koordinatenachse.

Es handelt sich dabei allgemein um elektronische Einrichtungen zum Ermitteln der Position eines Fühlers auf einer Fläche und zur Darstellung dieser Position in

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numerischer Form als Koordinaten der Fläche, wobei diese numerischen Positionskoordinaten in eine Folge digitaler Positionskoordinaten umgewandelt werden, die genau die Spur des Fühlers auf der Fläche angeben.

Elektronische Einrichtungen zum Umwandeln der Spur eines Fühlers in numerische Koordinaten sind bekannt. Beispielsweise sind bereits Kathodenstrahlröhren in Einrichtungen verwendet worden, bei welchen die Position eines "LichtSchreibers" auf der Stirnscheibe der Röhre digitalisiert wird. Bei solchen Einrichtungen ist der Lichtschreiber mit einem Fotomeßfühler versehen, welcher dann ein Signal aussendet, wenn der Kathodenstrahl die Position des Lichtschreibers durchläuft. Bei anderen elektronischen Einrichtungen wird auf einer Fläche ein Potentialfeld mit einem Gradienten erzeugt und die Position des Fühlers auf der Fläche wird aus dem durch den Fühler abgefühlten Potential ermittelt.

Bei diesen bekannten Koordinatendigitalisierungseinrichtungen ergeben sich Probleme, wenn eine große Fläche abgetastet werden soll. Im Falle der Einrichtung bei welcher ein Potentialfeld mit einem Gradienten verwendet wird, werden die Potentiale sehr groß, weil sich der Gradient über eine beträchtliche Fläche erstrecken muß. Das macht eine Hochspannungsisolation erforderlich

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und stellt eine Gefahr für das Bedienungspersonal dar. Darüberhinaus muß der Fühler gewöhnlich, mit der Abtastflache in Berührung sein, so daß zwischen dieser Fläche und dem Fühler weder ein Blatt Papier noch etwas anderes, welches den Gradienten stört, angeordnet werden kann.

- Bei den "bekannten Koordinatendigitalisierungseinrichtungen, bei welchen eine Kathodenstrahlröhre verwendet wird, wird die Größe der digitalisierbaren Fläche durch die Größe der Kathodenstrahlröhre begrenzt. Außerdem kann, da der Fotomeßfühler in dem Lichtschreiber auf die lumineszente Spur der Kathodenstrahlröhre ansprechen muß, kein lichtundurchlässiges Blatt Papier zwischen der Stirnscheibe der Röhre und dem Lichtschreiber angeordnet werden, ohne die Einrichtung betriebsunfähig zu machen.

Einige der bekannten Koordinatendigitalisierungseinrichtungen arbeiten derart langsam, daß sie nicht in der Lage sind, den Bewegungen des Fühlers zu folgen, wenn dieser nicht betont langsam bewegt wird. Außerdem hat bei einigen der bekannten Koordinatendigitalisierungseinrichtungen eine Vergrößerung der Fläche, welche mit der Einrichtung abgetastet werden kann, eine "Verringerung der Auflösung bzw. der Genauigkeit zur Folge. Bei den meisten bekannten Koordinatendigitalisierungseinrichtungen wird die Größe der abzutastenden Fläche durch die Einrichtung selbst begrenzt.

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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zum Digitalisieren der Position eines Fühlers auf einer Koordinatenachse zu schaffen, bei welcher die Ausdehnung der abzutastenden Fläche nicht durch die Einrichtung selbst begrenzt wird und bei welcher eine Vergrößerung dieser Fläche nicht notwendigerweise das Auflösungsvermögen der Einrichtung beeinflußt; die Einrichtung soll dabei billig herstellbar sein und trotzdem eine gute Auflösung liefern und mit der erforderlichen Geschwindigkeit arbeiten, die es gestattet, einem Fühler zu folgen, welcher sich mit der beim Handzeichnen üblichen Geschwindigkeit bewegt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung zum Digitalisieren der Position eines Fühlers auf einer Koordinatenachse. Eine solche Einrichtung ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Platte mit einer Grobgruppe von parallelen, mit Abstand voneinander längs der Koordinatenachse angeordneten Leitern, weiter durch einen in dem Fühler, angeordneten und mit den Leitern der Grobgruppe kapazitiv gekoppelten elektrischen Leiter, ferner durch eine Abtastimpulsschaltung, welche die Leiter der Grobgruppe der Reihe nach mit elektrischen Impulsen versorgt, weiterhin durch einen Zähler, welcher derart mit der Abtastimpulsschaltung zusammen-

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wirkt, daß seine Zählung den gerade gepulsten Leiter angibt, fernerhin durch einen Detektor, dessen Eingang mit dem Ausgang des Fühlers verbunden ist und der bei Feststellung des Maximalamplitudenimpulses aus dem Fühler ein Ausgangssignal angibt, und schließlich durch eine mit dem Detektorausgang verbundene Anzeigeschaltung, welche bei Abgabe des Detektorausgangssignals die Zählung in dem Zähler angibt.

Die Platte weist bei der Einrichtung nach der Erfindung ein Grobgitter, d.h. die Grobgruppe aus parallelen Leitern auf, die in regelmäßigen Abständen voneinander längs einer Koordinatenachse angeordnet sind. In Weiterbildung der Erfindung weist diese Platte außerdem ein Feingitter, d.h. eine Feingruppe aus parallelen Leitern auf, welche in engerem Abstand zueinander längs der Koordinatenachse angeordnet sind als die Leiter in dem Grobgitter. Die Feingitterleiter bilden vier verschachtelte Untergruppen von Leitern, so daß die Leiter in jeder Untergruppe periodisch längs der Koordinatenachse angeordnet sind. Im Betrieb werden sämtliche Leiter einer Untergruppe gemeinsam mit elektrischen Impulsen versorgt. Im Anschluß an die Impulsgabe an eine Untergruppe von Leitern wird eine weitere Untergruppe von Leitern mit elektrischen Impulsen versorgt, dann eine weitere Untergruppe, bis sämtliche vier Untergruppen in dem Feingitter

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mit elektrischen Impulsen versorgt worden sind. Anschließend werden die Leiter des Grobgitters jeweils einzeln der Reihe nach mit elektrischen Impulsen versorgt. Der Fühler, dessen Position auf der Platte zu digitalisieren ist, ist an seiner Spitze mit dem genannten elektrischen Leiter versehen, welcher mit den Leitern in dem Gitter kapazitiv gekoppelt ist. Die durch die Impulsgabe an die Feingitterleiter mit dem Fühler gekoppelten Signale werden zu Bildung einer fein-digitalisierteh Position verwendet, was längs der Koordinatenachse periodisch wiederholt wird. Die durch die Impulsgabe an die Grobgitterleiter mit dem Fühler gekoppelten Signale werden zur Bildung einer grob-digitalisierten Position verwendet, welche die Feinposition auf der Koordinatenachse eindeutig festlegt. Die Grobauflösungsanordnung und die Feinauflösungsanordnung sind miteinander verriegelt, um sicherzustellen, daß beide Anordnungen im Takt bleiben.

Wenn die Position des Fühlers längs einer Koordinatenachse digitalisiert worden ist, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung auf wei tere Grob- und Feingitterleiter umgeschaltet, welche längs einer weiteren Koordinatenachse angeordnet sind. Sie Leiter der weiteren Koordinatenachse werden sodann in der oben beschriebenen Weise gleichfalls mit elektrischen Im pulsen versorgt, damit Signale erzeugt werden, welche mit

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dem Fühler kapazitiv gekoppelt sind. Diese Signale werden zum Digitalisieren der Position des !Fühlers auf der weiteren Koordinatenachse verwendet. Anschließen!kehrt die "Abtastung" zu den Leitern der einen Koordinatenachse zurück und der Betrieb wird schnell wiederholt. Um zu verhindern, daß jede Abtastung des Grobgitters am Gitteranfang beginnen muß, ist die Einrichtung nach der Erfindung derart ausgelegt, daß sie beim Umschalten der Abtastung von einer Koordinatenachse auf die andere mit der Abtastung an einer Stelle in ier !Nähe der zuletzt digitalisierten Position des Fühlers in ausreichend großer Entfernung von dieser beginnt, so daß sich der Fühler während der Abtastzeit der anderen Koordinatenachse nicht über diese Stelle hinausbewegt. Nach dem Wiederbeginn der Abtastung längs der Koordinatenachse geht die Abtastung des Grobgitters solange weiter, bis die Position des Fühlers auf dieser Achse durch Aussenden von Signalen aus dem Fühler ermittelt worden ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine in der bevorzugten Aus

führungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Platte,

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Fig. 2 im Querschnitt einen Teil der

Platte sowie die Verteilung von elektrischen Leitern in einem Grobgitter,

Fig. 3 die Signale, welche bei sequen

tieller Impulsgabe an die Leiter des Grobgitters in der Platte durch den Fühler abgefühlt werden,

Fig. 4 ein Grundschema einer X-Y-Koordi-

natendigitalisierungseinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Folge von an eine Gruppe

von Leitern in der Platte angelegten Abtastimpulsen,

Fig. 6 die Spitzen, die durch differen

zieren eines Abtastimpulses erzeugt werden,

Fig. 7 eine Folge von differenzierten

Signalen, welche der Fühler in Abhängigkeit von den in Fig. 5 dargestellten Abtastimpulsen abgibt.

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Fig. 8 Wellenformen, die der Fühler ab

gibt, wenn er sich zwischen zwei Grobgitterleitern "befindet,

ig. 9 ein Schema eines Übergangsdetektors,

welcher bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet wird,

Fig. 10 eine Folge von schmalen Impulsen,

welche den in Fig. 5 dargestellten breiteren Impulsen vorzuziehen sind,

die Fig. 11 A typische Wellenformen, die an bis 11 0 Punkten A, B und C in einer in

Fig. 12 dargestellten Schaltungsanordnung auftreten,

Fig. 12 eine Schaltungsanordnung, welche

die Verwendung der in Fig. 10 dargestellten schmalen Impulse gestattet,

Fig. 13 ein Diagramm der Fühlersignal-

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amplitude, welches beim Verschieben des Fühlers über einen gepulsten Leiter des Feingitters gewonnen wird,

Fig. 14 ein Diagramm der Fühlersignal

amplitude für eine Gruppe von gepulsten Leitern,

Fig. 15 Signalamplitudendiagramme, wel

che sich dann ergeben, wenn zwei Gruppen von Leitern der Reihe nach gepulst werden,

Fig. 16 die Entwicklung eines periodischen

Signals aus den Signalamplitudendiagrammen,

Fig. 17 Signalamplitudendiagramme, welche

sich dann ergeben, wenn vier Gruppen von Leitern der Reihe nach gepulst werden,

Fig. 18 in der erfindungegemaßen Einrich

tung erzeugte "Sinus"-Cosinus"-Grundsignale,

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Fig. 19 ein Schema einer Schaltung zur

Erzeugung der Sinus- und Cosinusgrundsignale ,

Fig. 20 phasenverschoben Eechteckwellen,

welche von in Fig. 19 dargestellten Vergleichern abgegeben werden,

Fig. 21 eine in der erfindungsgemäßen

Einrichtung verwendete Logikschaltung zur Erzeugung von Ausgangssignalen mit digitaler Gültigkeit,

Fig. 22 typische Wellenformen, welche zum

Digitalisieren der Feinposition des Fühlers verwendet werden,

Fig. 23 einen Bereich indem bei der Sinus

grundwelle der Grobgitterübergang auftreten kann,

Fig. 2A- in einer Übertragssteuerschaltung

auftretende Wellenformen, und

Fig. 25 schematisch den Aufbau der bevor

zugten Ausführungsform der er-

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findungsgemäßen Einrichtung.

Figur 1 zeigt eine Platte mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche, die durch eine erste Gruppe von parallelen Leitern, welche eine zweite Gruppe von parallelen, sich in anderer Richtung erstreckenden Leitern kreuzen, in Segmente unterteilt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die beiden Gruppen von Leitern orthogonal dargestellt, so daß die Plattenoberfläche in Quadrate unterteilt ist. Jeder Punkt der Plattenoberfläche kann durch kartesische Koordinaten, d.h. durch Χ,Υ-Koordinaten definiert werden.

Bei dem in Figur 2 im Querschnitt dargestellten Teil der Platte sind die X-Leiter vom linken Rand des Gitters ausgehend mit 1, 2, 3» ··· numeriert. Die X-Leiter sind zwischen der isolierenden Überfläche 10 der Platte und einer isolierenden Zwischenschicht 11 angeordnet, welche die Gruppe von X-Leitern von der unterlagerten Y-Leitergruppe trennt. Unterhalb der beiden Gruppen von Leitern befindet sich eine "Erdungsebene" 12, welche aus einem elektrisch leitenden Blech besteht. Zwischen dieser Erdungsebene und der unteren Gruppe von parallelen Leitern ist eine Isolierschicht 13 angeordnet/. Zur Verstärkung der Platte ist die Erdungsebene auf einer Trägerplatte angeordnet, weiche vorzugsweise aus isolierendem Material besteht.

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In Fig. 2 ist ein !Fühler 15 direkt oberhalb des dritten X-Leiters angeordnet dargestellt. Der Fühler ist an seiner Spitze mit einem elektrischen Leiter versehen, welcher mit dem Eingang eines Verstärkers 16 verbunden ist. Dieser elektrische Leiter kann beispielsweise eine Bleistiftmiene sein, damit der Fühler zur Markierung eines auf der Platte liegenden Blattes Papier verwendet werden kann. Da der Fühler 15 einen elektrischen Leiter trägt, besteht zwischen dem Fühler und dem sich unterhalb desselben befindlichen Leiter 3 eine Kapazität. In geringerem Maße ist auch eine Kapazität zwischen dem Fühler und den anderen Leitern in der X-Gruppe und auch zwischen dem Fühler und den Leitern in der Y-Gruppe vorhanden. Es genügt hier zunächst, nur die Drähte der X-Gruppe in bezug auf den Fühler zu betrachten.

Nimmt man an, daß die X-Leiter beginnend mit dem Leiter am äußersten linken Hand der Reihe nach mit Impulsen versorgt werden, so haben die kapazitiv mit dem Fühler 15 gekoppelten und durch den Verstärker 16 verstärkten Signale im Idealfall die in Fig. 3 dargestellten Form. Das mit dem Fühler durch den an den Leiter 3 abgegebenen Impuls gekoppelte Signal hat die größte Amplitude, während die durch die kapazitive Kopplung von den Leitern 2 und 4· abgenommenen Signale eine gleiche

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und niedrigere Amplitude und die von den Leitern 1 und 5 gewonnenen Signale eine gleiche und noch niedrigere Amplitude haben. Es ist offensichtlich, daß das Ausgangssignal des Verstärkers dann am größten ist, wenn sich der gepulste Leiter in nächster Nähe der Fühlerspitze "befindet. Wenn die Leiter der Gruppe der Reihe nach gepulst werden, kann deshalb die Position der Fühlerspitze in der X-Richtung dadurch ermittelt werden, daß festgestellt wird, wann der Maximalamplitudenausgangsimpuls in bezug auf die Impulsfolge erscheint. Wenn die Impulse der an die X-Leiter angelegten Impulsfolge außerdem einem Zähler zugeführt werden, kann der Zähler bei Auftreten des Maximalamplitudenausgangssignals angehalten und dadurch der Wert der Zählung in dem Zähler festgehalten werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann alternativ auch so ausgelegt sein, daß die Zählung in dem Zähler bei Auftreten des Maximalamplitudenausgangssignals einem Speicherregister zugeführt wird. In beiden Fällen wird der Wert der Zählung, welcher die X-Koordinate der Position der Fühlerspitze darstellt, festgehalten.

In gleicher Weise kann ein Zähler durch Anlegen einer Impulsfolge an die Leiter der Y-Gruppe eine Zählung liefern, welche die Y-Koordinate der Position der Fühlerspitze auf der Platte darstellt. Während die Y-Koordinate ermittelt

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wird, sind die X-Leiter nicht erregt, tun die Signalkopplung von einer Leitergruppe zur anderen minimal zu halten. Auf diese Weise erhält man von Jeder der "beiden Leitergruppen in dem Gitter eine Zählung "bzw. eine Zahl und diese beiden Zahlen geben die X- und Y-Koordinaten der Position der Fühlerspitze auf der Platte an.

In Pig. 4- ist ein Grundschema einer Grobauflösungseinrichtung dargestellt. Der Pühler 15 ruht dabei auf einer Platte, welche ein aus der Gruppe von X-Leitern und aus der diese kreuzenden Gruppe von Y-Leitern gebildetes Gitter aufweist Der Fühler ist mit dem Verstärker 16 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Eingang eines Maximalimpulsdetektors 17 zugeführt wird. Bei Feststellung des Maximalausgangsimpulses aus dem Verstärker 16 gibt der Detektor 17 ein öffnungssignal jeweils an Torschaltungen G1 und G4 ab. Die Torschaltungen G1 und G4- werden nur dann geöffnet, wenn sie ein öffnungssignal aus einem Flipflop FF-1 und aus dem Detektor 17 empfangen. Ein Ausgang des Flipflops FF-1 ist mit der Torschaltung G1 verbunden, während der komplementäre Ausgang dieses Flipflops mit der Torschaltung G4- verbunden ist. Die Torsclialtungen G1 und G4 können deshalb nicht gleichzeitig erregt werden, denn wenn eine Torschaltung geöffnet ist, ir;t die andere Torschaltung gesperrt.

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Nimmt man an, daß sich, das Flipflop FF-1 anfänglich in dem Zustand befindet, in welchem die Torschaltung G1 gesperrt ist, so gibt das Flipflop ein Öffnungssignal an die Torschaltung G4- und an eine Torschaltung G3 a"b· Die Torschaltung G4· bleibt jedoch solange inaktiv, bis sie ein Signal aus dem Detektor 17 empfängt. Taktimpulse werden Torschaltungen G2 und G3 von einem Taktimpulsgenerator 18 aufgeprägt. Die Torschaltung G2 ist gesperrt, da sie mit dem gleichen Ausgang des Flipflops FF-1 wie die Torschaltung G1 verbunden ist. Durch die Taktimpulse wird deshalb nur die Torschaltung G3 geöffnet und der Ausgang dieser Torschaltung bewirkt, daß ein Zähler 19 mit jedem Taktimpuls fortschaltet. Die Taktimpulse sind mit den Impulssignalen synchronisiert, die der Heihe nach den X-Leitern durch einen Dekoder 20 zugeführt werden, der von dem Zähler 19 gesteuert wird. Wenn die Zählung in dem Zähler ab nimmt, bewirkt der Dekoder, daß der Impuls dem nächsten Lei ter in der Gruppe zugeführt wird. Nimmt man an, daß die Impulssignale an die X-Leiter angelegt sind, \«m\'\ Tie Torschaltung G3 geöffnet ist, so addiert der X-Zäliler 19 mit jedem durch die Torschaltung GJ hindurchgelangenden Taktimpuls eine Zählung. Wenn der Detektor 17 den von dem Verstärker 16 abgegebenen Maximalamplitudenimpuls feststellt, gibt er ein Impulssignal ab, welches die Torschaltung G4-aktiviert und bewirkt, daß die Zählung im X-Zähler 19 in ein X-Speicherregister 21 übertragen wird. Der X-Zähler

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fährt jedoch fort, mit jedem Taktimpuls zu zählen, bis er eine Zählung erreicht, "bei welcher er ein Übertrags signal an den Rückstelleingang R des Flipflops FF-1 abgibt. Das Flipflop ändert daraufhin seinen Schaltzustand, wodurch die Torschaltungen G1 und G2 geöffnet und die Torschaltungen G3 und G4- gesperrt werden.

Diese Folge von Operationen wird sodann wiederholt, damit ein Y-Zähler 22 eine Zählung erreicht, welche "bei Feststellung des Maximalamplitudenimpulses aus der Y-Gruppe von Lei tern durch den Detektor 17 in sin Y-Speicherregister 23 übertragen wird. Ein Y-Dekoder 24 sorgt dafür, daß die Leiter der Y-Gruppe in der richtigen Reihenfolge mit Bezug auf die Taktimpulse gepulst werden.

Beim tatsächlichen Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Kapazität zwischen dem Fühler und den Leitern sehr gering und es ist genug Widerstand mit dieser Kapazität gekoppelt, damit die aus dem Fühler 15 erhaltenen Signale differenziert werden. Um eine scharfe Differenzierung zu erhalten, haben die an die Leiter der X- und Y-Gruppen angelegten Impulse vorzugsweise steile Vorder- und Hinterflanken. Es ist von Vorteil, wenn die Impulsfolge, wie in Fig. 5 dargestellt, so beschaffen ist, daß die Hinterflanke eines Impulses mit der Vorderflanke des nächsten Impulses in der Folge zusammenfällt. In Fig. 5

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wird der erste Abtastimpuls P1 an den ersten Leiter einer Gruppe angelegt, der zweite Abtastimpuls P2 wird an den nächsten Leiter in der Gruppe angelegt, usw. Wenn die Impulsanstiegszeit und die Impulsabfallzeit gleich sind, sind auch die Amplituden der aus dem differenzierten Impuls erhaltenen Spitzen gleich, wie in Fig. 6 dargestellt, wobei jedoch die eine Spitze in bezug auf die andere Spitze invertiert ist. Der Fühler empfängt deshalb ein Signal, welches gleich der Differenz zwischen einem negativen Signal aus dem durch die Hinterflanke eines Impulses abgeschalteten Leiter und einem positiven Signal aus dem durch die Vorderflanke des nächsten Impulses eingeschalteten Leiter ist. Nimmt man an, daß die an die Gruppe von Leitern angelegte Impulsfolge die in Fig. 5 dargestellte Form mit gleichen Anstiegs- und Abfallzeiten hat und daß der Fühler direkt oberhalb des dritten Leiters in der Gruppe angeordnet ist, wie in Fig. 2 dargestellt, so haben die von dem Verstärker abgegebenen differenzierten Signale die Fig. 7 dargestellte Form. Wenn die Leiter in der Reihenfolge von 1 nach 5 gepulst werden, "sieht" der Fühler positive Spitzen, die mit sich von links her nähernder Abtastung fortschreitend größere Amplituden haben, weil sich der einschaltende Leiter immer näher bei dem Fühler als der abschaltende Leiter befindet; außerdem "sieht" der Fühler mit sich nach rechts von ihm wegbewegender Abtastung negative Spitzen mit abnehmender Amplitude, weil der abschaltende Draht näher bei

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dem Fühler ist als der einschaltende Draht. Die Spitzen erreichen selbstverständlich ihre Maximalamplitude dann, wenn der dritte Leiter in der Gruppe abgetastet wird.

Im folgenden sei nun die Situation betrachtet, bei welcher die Fühlerspitze statt in eine Position direkt oberhalb eines Leiters in eine Position zwischen zwei Leitern der Gruppe bewegt wird. Wenn der Fühler so verschoben wird, daß er sich von einem Leiter entfernt und sich einem anderen Leiter nähert, nimmt die Kapazität zu dem sich entfernenden Leiter ab, während die Kapazität zu dem sich nähernden Leiter solange zunimmt, bis diese beiden Kapazitäten gleichgroß sind, wenn sich der Fühler genau in der Mitte zwischen den beiden Leitern befindet. Es sei angenommen, daß der Fühler in Fig. 2 aus seiner Position oberhalb des Leiters 3 zu dem Leiter 4- hinverschoben wird, während diese Leiter abgetastet werden. Am Anfang induziert der Leiter 3 fast gleichgroße positive und negative Spitzen, weil sich der Fühler nahe bei diesem Leiter befindet. Wenn der Fühler jedoch zu dem Leiter 4-hinbewegt wird, nimmt die Amplitude der negativen Spitze wegen der zunehmenden Amplitude der positiven Spitze, die sich aus der kapazitiven Kopplung des Fühlers mit dem Leiter 4 ergibt, solange ab, bis das "Zwischen"-Signal dann Null wird, wenn sich der Fühler genau in der Mitte zwischen den Leitern 3 und 4- befindet. Die genaue Mitte bzw. der

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"Übergangspunkt" zwischen beliebigen zwei benachbarten Leitern der Gruppe kann deshalb durch die Feststellung, wann das Zwischensignal aus dem Fühler Null wird, ermittelt werden. Wenn dieses Signal negativ ist, ist außerdem bekannt, daß sich der Fühler näher bei dem einen Leiter befindet, während, wenn das Signal positiv ist, bekannt ist, daß sich der Fühler näher bei dem anderen Leiter befindet. Fig. 8A zeigt die differenzierten Spitzen, die sich bei genau in der Mitte zwischen den Leitern befindlichem Fühler ergeben. Fig. 8B zeigt die Folge von Spitzen bei sich rechts von der Mitte befindlichem Fühler, während Fig. 8C die Folge von Spitzen bei sich links von der Mitte befindlichem Fühler zeigt. Bei den obigen Erläuterungen ist angenommen worden, daß die Abtastung immer von links nach rechts fortschreitet und daß die Abtastimpulse positive Impulse der in Fig. dargestellten Art sind. Es können selbstverständlich auch negative Abtastimpulse verwendet werden bzw. die Gruppe von Leitern kann auch in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, d.h. von rechts nach links. Die sich bei Vornahme dieser Änderung ergebenden Auswirkungen auf die Folge von differenzierten Signalen sind dem einschlägigen Fachmann ohne weiteres geläufig und brauchen deshalb nicht näher erörtert zu werden.

Zu Gewinnung einer Grob-Anzeige des Ortes des Fühlers auf der Platte für den Fall, daß sich der Fühler zwischen

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zwei Leitern der Gruppe und dabei näher bei dem einen Leiter als bei dem anderen befindet, wird die den näheren Leiter darstellende Zählung verwendet. Wenn sich beispielsweise die Fühlerspitze zwar zwischen den Leitern 3 und 4, jedoch näher bei dem Leiter 3 befindet, wird die den Leiter 3 darstellende Zählung verwendet. Wenn das Zwischenfsignal eine negative Spitze ist, gibt deshalb die Grobanzeige die Leitung 3 an, während die Grobanzeige bei einer positiven Spitze den Leiter 4 angibt.

Da das Zwischensignal am "Übergangspunkt gleich Hull ist, wird zur Feststellung des Ortes, an welchem sich der Fühler an dem Übergangspunkt befindet, eine Übergangsschaltung verwendet, welche in Fig. 9 schematisch dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 (Fig.4) wird einem Positiv-Detektor 26, welcher für sämtliche positiven Spitzen bzw. Ableitungen ein Ausgangssignal abgibt, und einem Negativ-Detektor 27 zugeführt, welcher für sämtliche negativen Spitzen bzw. Ableitungen ein Ausgangssignal abgibt. Der Ausgang des Positiv-Detektors 26 ist mit dem Setzeingang S eines Flipflop FF-2 verbunden. Der Rückstelleingang R dieses Flipflops wird durch das Ausgangssignal des Negativ-Detektors 27 "betätigt. Ein Ausgang des Flipflops FF-2 ist mit einer Differenzierschaltung verbunden, welche von einem mit einem mit einem Widerstand R1 in Reihe geschalteten Kondensator 01 gebildet wird. Eine dem Widerstand R 1 parallelgeschaltete

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Diode 1 leitet negative Signale zur Erde hin ab. Nimmt man an, daß sich das Flipflop FF-2 im gesetzten Zustand befindet, wenn die erste positive Spitze oberhalb eines Minimalwertes den Positiv-Detektors 26 dazu bringt, ein Signal an den Setzeingang S des Flipflops FF-2 abzugeben, geht der ^-Ausgang des Flipflops "herunter", d.h. der Q-Ausgang des Flipflops fällt auf ein niedrigeres Potential ab, woraufhin am Ausgang der Differenzierschaltung ein negativer Impuls erscheint, welcher durch die Diode D1 zur Erde abgeleitet wird. Wenn an dem Ausgang des Fühlers eine negative Spitze abgegeben wird, bewirkt der Negativ-Detektor 27, daß das Flipflop FF-2 zurückgestellt wird, woraufhin der Q-Ausgang "hinaufgeht", d.h. auf ein höheres Potential ansteigt und bewirkt, daß am Ausgang der Differenzierschaltung ein positiver Übergangsimpuls erscheint. Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung entspricht der Übergangsdetektor aus Fig. 9 dem Block 17, welcher mit Maximalimpulsdetektor bezeichnet ist. Der positive Übergangsimpuls am Ausgang des Detektors bewirkt deshalb, daß die Zählung aus dem Zähler in das ßpeicherregister übertragen wird.

Bei der obigen Erläuterung des Übergangspunktes wurde angenommen, daß die Anstiegs- und Abfallzeiten der Abtastimpulse gleich sind, d.h. daß die Vorder- und Hinterflanken der Abtaetimpulse jeweils gleich steil sind. In der Praxis

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machen g'edoch die asymmetrischen Kennlinien der*lmue~Leiiente ' bzw. der Leitungstreiber, welche die Abtastimpulse an die Leiter liefern, und Eandkapazitätseffekte diese Annahme zu einem Idealfall, welcher selten erreicht wird. Da der Übergangspunkt als diejenige Stelle definiert wurde, an welcher die Summe der Ableitungen Null wird, d.h. an welcher die Amplituden der positiven und negativen Spitzen gleich sind, kann man leicht ermessen, daß eine Abweichung von dem wahren Übergangspunkt dann auftritt, wenn die Anstiegs- und Abfallzeiten der Abtastimpulse ungleich sind.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung kann die Abweichungstendenz des Übergangspunktes von seiner wahren Position dadurch kompensiert werden, daß Abtastimpulse geringer Breite der in Fig. 10 dargestellten Art verwendet werden. Zum Vergleich ist die Breite der in Fig. 5 dargestellten Abtastimpulse in Fig. 10 gestrichelt angegeben. Die Signale, die der Fühler in Abhängigkeit von den schmalen Abtastimpulsen liefert, sind in Fig. 11A angegeben. Das Fühlersignal aus dem Verstärker 16 wird einer Tastspeicherschaltung 30 zugeführt, welche in Fig.12 dargestellt ist. Diese Tastspeicherschaltung kann von herkömmlicher Bauart sein und der Amplitude der an seinem Eingang eingeprägten Signale folgen. In diesem Fall ist der Ausgang der Tastspeicherschaltung 30 die in Fig.HB dargestellte Treppenkurve. Der Ausgang der Tastspeicherschaltung 30 ist mit einer Differenzierschaltung 31 verbunden, wie

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in Fig. 12 schematisch dargestellt. Das Ausgangssignal dieser Differenzierschaltung ist eine in Fig. 11G dargestellte Folge von Spitzen. Diese Folge ist mit der in Fig. 7 dargestellten Impulsfolge identisch, so daß die in Fig. 12 gezeigte Schaltungsanordnung der Verwendung der in Fig. 5 dargestellten breiten Abtastimpulse äquivalent ist. Der Hauptvorteil der Verwendung schmaler Abtastimpulse besteht in einer beträchtlichen Verringerung der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung gegenüber Treiberkennlinien und Hand- bzw. Körperkapazitätseffekten.

Die bis hierher beschriebene Grobgittereinrichtung reicht aus, wenn eine geringe Auflösung zulässig ist. Durch engeres Zusammenrücken der Grobgitterleiter kann die Auflösung zwar etwas verbessert werden, es wird jedoch bald ein Punkt erreicht, an welchem die Digitalisiereinrichtung zwischen den einzelnen Grobgitterleitern aufgrund von deren zu großer Nähe nicht mehr unterscheiden kann. Eine größere Auflösung wird gemäß der Erfindung durch Unterteilung der Flächen zwischen den Leitern des Grobgitters erreicht. Bei der eine große Auflösung aufweisenden Ausführungfiform der Digitalisiereinrichtung ist das Grobgitter mit einem Feingitter verbunden, welches zur Unterteilung der Fläche zwischen den Grobßitterleitern dient. Das Verfahren zur Erzielung der erforderlichen Unterte.i lung beruht auf sich wiederholenden trigonometrischen Funktionen. Bei diesem Verfahren bilden zwei SinuGoide, welche 90° phaseii-

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verschoben sind und deren Periodenlänge gleich, dem zu unterteilenden Intervall ist, die Grundsignale. In der Sisnalverarbeitungsteclxnologie ist es bekannt, daß durch. Kombinieren geeigneter Verhältnisse dieser beiden Grundsignale, welche hier der Einfachheit halber als "Sinus"- und "Cosinus"-Signale bezeichnet werden, andere Sinusoide mit Phasenwinkeln, welche in bezug auf die ursprünglichen Grundsignale verzögert oder voreilend sind, erzeugt werden können. Beispielsweise können zur Unterteilung eines Intervalls in 16 Teile 8 phasenverschobene Sinusoide zur Erzielung von insgesamt 16 Punkten verwendet werden, an welchen diese Signale durch die Nullachse hindurchgehen. Die Anzahl dieser Durchgangsstellen in dem Intervall legt die Anzahl der Intervallunterteilungen fest. Wenn die Sinusoide fortschreitend um 22,5 über ein Intervall von 360 phasenverschoben werden, wird das 360 -Intervall durch die Nullachsenübergänge in 16 gleiche Teile unterteilt.

Um zu erläutern, wie die Sinus- und Cosinusgrundsignale durch das T?eingitter erzeugt werden, wird auf Pig. Bezug genommen, in welcher die Linie L1 die Aufzeichnung einer Signalainplitude darstellt, welche der Fühler bei Verschiebung quer zu einem wiederholt gepulsten Leiter W1 abgibt. Wenn die Fühlersignalsbärke für eine. Anzahl von Leibern W1, W2 ... aufgezeichnet wird, welche in regelmäßigen Abständen voneinander in der in Fig. 11 dargestellten Art

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angeordnet sind, wird eine in Fig. 14- dargestellte Scheitelkurve CW1 sogar dann erzielt, wenn in der von diesen Leitern gebildeten Untergruppe sämtliche Leiter gemeinsam gepulst werden, ^T./enn eine weitere Untergruppe von Leitern U1, U2, ... mit der ersten Untergruppe von Leitern VM, V/2, ... gemäß der Darstellung in Fig. 15 verschachtelt ist und wenn jede Untergruppe von Leitern abwechselnd gepulst wird, ergeben sich durch Aufzeichnen der Amplitude der von dem Fühler abgegebenen Signale zwei Scheitelkurven CW1 und CW2. Die Kurven CW1 und CW2 können zur Gewinnung eines der sinusförmigen Grundsignale mi beinander kombiniert werden, indem eine der Scheitelkurven invertiert wird und die Signalamplituden der Scheitelkurven CW1 und CW2 algebraisch addiert werden. Das ist in Fig. 16 durch die Inversion der Kurve CW2 und durch eine aus der algebraischen Addition der Kurven CW1 und CW2 gebildete Kurve M1 dargestellt. Die Kurve M1, welche nicht sinusförmig zu sein braucht, ist periodisch und ihre Amplitude ändert sich mit der Verschiebung längs der Koordinatenachse. Der Einfachheit halber wird die Kurve M1 hier als Sinuskurve bezeichneb, obgleich sich die Form dieser Kurve batsächlich mehr einer Dreiecks- oder einer Trapezkurve näherb. Nimmt man an, daß dritte und vierte Untergruppen von Leibern gemäß der Darstellung in Fig. 17 zwischen den Leibern W1, V2, ... und U1, U2, ... angeordnet sind und daß jede Untergruppe von Leibern der Reihe nach gepulst wird, so werden zwei weitere Scheitelkurven CW3 und CVM- erzielt. Die

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Kurven CWJ und CW4- werden in der oben bereits beschriebenen Weise miteinander kombiniert, um eine in Fig. 18
dargestellte Kurve M2 zu erzielen. Die Kurve M2 ist in
bezug auf die Kurve M1 phasenverschoben. Wenn das Intervall zwischen den Leitern W1 und W2 360° beträgt, so sind die Kurven M1 und M2 um 90° phasenverschoben. Da die Kurve M1 als Sinuskurve bezeichnet worden ist, wird die Kurve M2 hier als Cosinuskurve bezeichnet.

Bei der obigen Erläuterung sind sämtliche Leiter in
einer Un !,ergruppe als parallelgeschaltet beschrieben worden, so daß sämtliche Leiter in der Untergruppe gemeinsam gepulst werden. Wenn das Feingitter auf diese Weise betrieben wird, sind für die X-Gruppe und für die Y-Gruppe jeweils nur 4- LeitungBtreiber erforderlich.

Bei der Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Platte kann die Feinleitergruppe in Form von gesonderten Leitern in einer Ebene unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Grobleitergruppe angeordnet werden. Die Grobleitergruppe kann auch mit der Feinleitergruppe vereinigt werden; eine Torschaltung gestattet die Verwendung des gleichen Leiters sowohl zur Grob- wie auch zur Feinauflösiing. Durch die Verwendung den einzigen Leitergitters wird die Schwierigkeit vermieden, die sich daraus ergibt, daß bei der Herstellung der Platte die Grobgitterleiter genau auf die Feingitter-

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leiter ausgerichtet werden müssen. Weiterhin wird durch die Verwendung des einzelnen Leitergitters für beide Zwecke die Schwierigkeit der Trennung des Grobgitters von dem Feingitter in der Platte vermieden und es ist für jede Koordinatenachse nur eine Leiterschicht erforderlich. Wenn ein gesondertes Grobgitter verwendet wird, sind für jede Koordinatenachse in der Platte zwei Leiterschichten erforderlich. Bei einem zweiachsigen System sind deshalb vier Leiterschichten in der Platte erforderlich, wobei die einzelnen Schichten jeweils voneinander isoliert sein müssen. Die geringere Anzahl von Leiterschichten trägt dazu bei, daß die erfindungsgemäße Digitalisiereinrichtung ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis hat. Wenn jedoch die Treiberkennlinien und -kosten berücksichtigt werden, kann es aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus besser sein, eine Platte mit vier Leiterschichten zu verwenden.

Fig. 19 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung, welche die Fühlersignale, die sich aus der Impulsgabe an die Leiteruntergruppen in der Feingruppe ergeben, zur Erzeugung der Sinus- und Cosinussignale verwendet. Da jede Untergruppe von Leitern in ihrem eigenen exklusiven Zeitintervall gepulst wird, speichern Tastspeicherschaltungen 33, 34-, 35 und 36 die Signale aus dem Fühler. Wenn die W1, W2, ...-Untergruppe von Leitern gepulst wird,

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wird gleichzeitig ein Signal S1 an die Tastspeicherschalfcung 33 angelegt, so daß diese den Ausgang des Fühlers abtaste b und das abgetastete Signal speichert. Wenn in gleicher Weise die U1, U2_S...-Untergruppe von Leitern gepulst wird, wird gleichzeitig an die Ta st speicherschaltung 34-ein Signal S2 angelegt, so daß diese den Ausgang des Fühlers abtastet und das abgetastete Signal speichert. Eine gleiche Folge von- Operationen wird jeweils ausgeführt, wenn die Leiter R1, R2, ... und T1, T2, ... gepulst werden. Die Ausgangssignale der Tastspeicherschaltungen 33 und 34 bilden die Eingangssignale für einen Summierer 37? dessen Ausgangssignal das Sinusgrundsignal ist. Die Ausgangssignale der Tastspeicherschaltungen 35 und- 36 bilden die Eingangssignale für einen Summierer 38, dessen Ausgangssignal das Oosinusgrundsignal ist. Diese Grundsignale ändern sich selbstverständlich periodisch, wenn der Fühler längs der Koordinatenachse verschoben wird. Die Frequenz, mit welcher sich diese Signale ändern, ist von der Vorschubgeschwindigkeit des Fühlers abhängig. Wenn der Fühler feststeht, werden statt der Sinus- und Cosinussignale jeweils Gleichspannungssignale abgegeben.

Die Sinus- und Cosinusausgangssignale der Summierer und 36 bilden die Eingangssignale für eine Reihe von Vergleichern 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48, deren Ausgangs signale die in Fig. 20 dargestellten Rechteckwellen sind.

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Der Vergleicher 41 gibt beispielsweise eine Rechteckwelle ab, deren Übergang dann erfolgt, wenn der Fühler durch den Nulldurchgang der Sinuskurve M1 hindurchgeht. Das Ausgangssignal des Vergleichers 41 kann deshalb als Sinusrechteckwelle bezeichnet werden. Der Vergleicher 42 gibt eine Rechteckwelle ab, welche gegenüber der von dem Vergleicher 41 abgegebenen Rechteckwelle um 22,5° phasenverschoben ist. Wenn der Fühler über eine gesamte Periode der Sinuswelle verschoben wird, d.h. sich von einem G-robgitterleiter zum nächsten Grobgitterleiter hinbewegt, geben die Vergleicher 41 bis 48 jeweils eine Rechteckwelle ab, deren Übergang jeweils an anderer Stelle längs der Sinusgrundwelle liegt.

Das Rechteckwellenausgangssignal des Vergleichers 41 kann zur Kennzeichnung eines Binärzeichens verwendet werden. Wenn beispielsweise der Ausgang dieses Vergleichers "niedrig" ist, kann das eine binäre Null darstellen. Ist hingegen der Ausgang "hoch", so kann das eine binäre Eins darstellen. Wenn der Fühler durch den Achsennulldurchgang des Sinussignals hindurchgeht, geht das Ausgangssignal des Vergleichers 41 von "niedrig" auf "hoch" über. Auf diese Weise wird das Intervall zwischen den Grobgitterleitern G1 und G2 tatsächlich in zwei gleiche Teile unterteilt. Zur Unterteilung dieses Intervalls in vier gleiche Teile v/erden die Ans£jangssignale der Vergleicher 41 und 45 den Eingängen einer Exklusives ODER-Schalbung 49 zugeführt;, wie in Fig. 21 dargestellt. Das

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Ausgangssignal dieser Exklusives ODER-Schaltung 49 ist die in Fig. 220 dargestellte Kurve. Wenn der Fühler von dem Grobgitterleiter G1 weg zu dem Grobgitterleiter G2 in Fig. 22A hin verschoben wird, ändert sich das Ausgangssignal der Exklusives ODER-Schaltung von einer "binären Hull auf eine "binäre Eins dann, wenn der Fühler einen Punkt A auf der Sinuskurve M1 erreicht, und geht auf eine binäre Null zurück, wenn der Fühler einen Punkt B auf dieser Sinuskurve erreicht. Die von dem Vergleicher 41 abgegebene Rechteckwelle ist in Fig. 22B dargestellt, um zu zeigen, daß sie ebenfalls ein Binärbit darstellt, da sie sich von einer binären Hull auf eine binäre Eins ändert, wenn der Fühler den Punkt B auf derSinuskurve erreicht. Durch geeignete bekannte logische Schaltungen können die in den Fig. 22D und 22E dargestellten Kurven zur Erzielung zusätzlicher Binärbits verwendet werden. Durch Abtasten der in den Fig. 22B, 220, 22D und 22E dargestellten Wellenformen kann die Position des Fühlers als in einer der sechzehn Unterteilungen zwischen den Grobgitterleitern G1 und G2 befindlich ermittelt werden. Da außerdem jede dieser abgetasteten Kurvenformen entweder eine binäre Eins oder eine binäre Null ist, ergibt sich die Position des Fühlers in digitalisierter Form.

In der Zählertechnik ist es bekannt, daß sich beim Zählen in einem Zahlensystem eine gröbere Ziffer bzw. Stelle

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immer zusammen mit einer feineren Ziffer bzw. Stelle ändern muß. Beispielsweise kann sich im Dezimalsystem eine gröbere Stelle immer nur dann ändern, wenn sich, die feinere Stelle, d.h. die Ziffer niedrigerer Ordnung von 9 nach O oder von 0 nach 9 ändert. Im Binärsystem kann ein gröberes Bit nur dann seinen Wert ändern, wenn das nächst feinere Bit sich von 1 auf 0 oder von 0 auf 1 ändert. Bei der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung ist das Sinusrechtecksignal in Fig. 22B das erste Bit des Feinintervalls und das nächst gröbere Bit ist das Feinbit des AbtastZählers, d.h. des Zählers 19 oder ?? in Fig. 4-. Dieser Zähler ändert seine Zählung dann, wenn die aus dem Fühler erhaltene Abtastimpulsableitung sich von einer positiven Spitze in eine negative Spitze ändert. Das Sinusrechtecksignal (Fig. 22B) hat außerdem einen Übergang etwa in der gleichen Fläche der Platte zwischen den Grobgitterleitern. Mit Ausnahme des Idealfalles verhindern Ungenauigkeiten mechanischer und elektrischer Art in der Digitalisiereinrichtung, daß der Grobgitterübergang und der Übergang des Sinusrechtecksignals gleichzeitig erfolgen. Es ist deshalb erforderlich, das Sinurechtecksignal (Bit 2^m ) und das Grobgittersignal (Bit 2^m) miteinander zu koppeln, um sicherzustellen, daß der Zähler seine Zählung gleichzeitig mit dem Auftreten des-Überganges des Sinusrechtecksignals ändert. In der Zahlenterminologie ist die Übertragung der Information von einem feineren Bit auf ein gröberes Bit als "Übertrag" bekannt. Die Schaltungen, welche die Information

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übertragen, werden demzufolge als Übertragsschaltungen bezeichnet.

Die Beziehung zwischen der Abtastableitung und dem Sinus Signalübergang ist in Fig. 23 dargestellt. Die schraffierte Fläche gibt den Bereich möglicher ■Übergangspunkte des Grobgittersignals an. Das dargestellte Sinusgrundsignal hat seinen Nulldurchgang in der Mitte der schraffierten Fläche. In gleicher Weise, wie das Diagramm in Fig. 13 gewonnen wurde, ist ein Diagramm der Amplitude der Abtastableitung für eine Verschiebung des Fühlers zwischen zwei Grobgitterleitern in Fig. 24A dargestellt. Wenn eine Folge kleiner positiver Ableitungen, wie in Fig. 24B dargestellt, mit den in Fig. 24A dargestellten Ableitungen addiert wird, ergibt sich das in Fig. 24C dargestellte Amplitudendiagramm. Wenn eine Folge kleiner negativer Ableitungen, wie in Fig. 24D dargestellt, mit den in Fig. 24A dargestellten Ableitungen addiert wird, ergibt sich das in Fig. 24E dargestellte Amplitudendiagrainm. Da die Lage der Horizontalachse dieser Diagramme die Verschiebung zwischen zwei Gitterleitern angibt, zeigen die Fig. 240 und 24E, daß der wirksame Grobgitterübergang elektrisch verschoben werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung wird die Polarität der addierten Ableitungen durch das Sinus-

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grundsignal gesteuert. Wenn die Annähruns an den Übergangspunkt durch Verschieben des Fühlers von links nach rechts in Fig. 24 erfolgt, wird eine kleine positive Ableitung mit dem Fühlersignal addiert, was eine Verzögerung des Überganges "bewirkt, d.h. daß dieser später als gewöhnlich erfolgt. Venn der Fühler weiter nach rechts verschoben wird, erfolgt der Übergang des Sinusrechtecksignals. Wenn dieser Übergang erfolgt , werden kleine negative Ableitungen zu dem Fühlersignal hinzuaddiert, wodurch der GrobgibterÜbergang soweit nach vorn verschoben wird, daß der Detektor einen Übergang des Grobgittersignals abfühlt. Das Feinintervall und die Grobgitterzählung ändern sich somit gemeinsam. Die kleinen Ableitungen werden aus dem Sinusrechtecksignal gewonnen, da dieses Signal die richtige Polarität mit Bezug auf den Grobgitterübergang aufweist. Durch gemeinsames Eintasten des Sinusrechtecksignals und des differenzierten Fühlersignals in eine Summierschaltung wird die geeignete Übertragssteuerung erreicht. Das eingetastete Sinusrechtecksignal wird gedämpft, um Ableitungen mit der erforderlichen Amplitude zu erzielen, da die Übertragssteuerung innerhalb von Grenzen erfolgen muß, welche durch die kleinste Unterteilung festgelegt sind.

Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung ist in Fig. 25 schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber sind die Y-Abtast-, Y-Speicher- und Y-Steuerschaltungen in Block 70 nicht dargestellt, cia sie

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mit den X-Abtast-,· X-Speicher- und X-Steuerschaltungen in Block 51 identisch sind.

Wie oben bereits mit Bezug auf die Grundanordnung in Fig. 4- erläutert, empfangen die Grobleitergruppen in der Platte ihre Abtastsignale aus dem X-Dekoder 20 und dem Y-DekotLer 24- (E¹Ig. 4-). Bei der komplizierteren Schaltung in Fig. 25 ist die Platte außerdem mit Feingruppenleitern versehen, welche untergruppenweise elektrisch gepulst werden. Bei der Bestimmung der digitalisierten X-Koordinate des Fühlers 15 auf der Platte werden die Feinleiter in Untergruppen durch Feingitteruntergruppentreiber im Block gepulst, während bei der Bestimmung der digitalisierten Y-Koordinate des Fühlers die Feinleiter in der Y-Gruppe in Untergruppen durch Treiber im Block 53 gepulst werden. Die Untergruppentreiber 52 und 53 empfangen ihre Eingangssignale aus einem Feingitterimpulsgenerator 54- derart, daß in jeder Feingittergruppe die Untergruppen der Reihe nach gepulst werden.

Zue: besseren Verständnis der in Fig. 25 dargestellten Koordinatendigitalisiereinrichtung sei angenommen, daß der Y-Zähler (Fig. 4-) durch Impulse aus dem Taktimpulsgenerator aktiviert ist, so daß die Abtastimpulse der Reihe nach den Grobleitern der Y-Achse aufgeprägt werden. Wenn sich die Y-Abtastung der Position des Fühlers 15 nähert, gibt dieser

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Impulse an den Verstärker 16 ab. Die verstärkten Impulse aus dem Verstärker 16 werden in die Tastspeicherschaltung eingegeben, welche den Verstärkerausgang in Abhängigkeit von Abtastimpulsen aus dem Taktimpulsgenerator 18 abtastet. Das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 30 wird durch die Differenzierschaltung 31 differenziert und die erhaltenen Ableitungssignale werden in eine UND-Schaltung 55 eingegeben. Die UND-Schaltung 55 wird durch Abtastimpulse aus dem Taktimpulsgenerator 18 geöffnet. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 55 wird einem Summierer 56 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang des Übergangsdetektors 57 verbunden ist. Der Summierer 56 empfängt außerdem ein Eingangssignal aus einer UND-Schaltung 58 zur Übertragssteuerung. Wenn der Übergang der Grobgitterabtastung festgestellt wird, gibt der Detektor 57 ein Übergangssignal ab. Aufgrund dieses Übergangssignals ändert das Flipflop FF-1 seinen Zustand und gibt ein Öffnungssignal an die Torschaltung G5 ab. Das Übergangssignal betätigt außerdem einen Feingitterimpulsgenerator 54-> welcher zeitlich nacheinander vier Impulssignale an die Leiteruntergruppen in der X-Feingruppe über Untergruppentreiber 52 abgibt. Der Fühler 15 enrp fängt daraufhin vier Impulssignale, deren Amplituden durch die Position des Fühlers auf der Platte festgelegt sind. Diese vier ImpulssignaIe werden durch den Verstärker 16 verstärkt und in die Tastspeicherschaltungen 33 "bis 36 (Fig. 19) eingetastet, welche sich innerhalb eines Sinus-Cosinus-Signal-

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generatorblockes 59 befinden. Die Sinus- und Cosinus-Grundsignale aus dem Signalgenerator 59 werden an die Vergleicher 41 "bis 48 (Ii¹Ig.19) angelegt, welche sich innerhalb eines Blockes 60 befinden. Die Sinusrechteckwelle aus dem Vergleicher 41 (Fig. 19) wird einem Eingang der UND-Schaltung 58 zugeleitet. Die binärkodierten Ausgangssignale (Fig. 22) aus der Binärlogik (Fig. 21) in Block 60 werden dem X-Speicher 21 zugeleitet. Nachdem Jede der Untergruppen in der X-Feinleitergruppe gepulst worden ist, gibt der Taktimpulsgenerator 18 Taktimpulse an eine ODER-Schaltung G6 ab. Die Taktimpulse gelangen chirch diese ODER-Schaltung G6 hindurch zu dem X-Zähler 19 und bewirken, daß dieser in Vorwärbsrichbung zählt und seine Zählung mit Jedem empfangenen Taktimpuls erhöht. Der Zähler 19 ist ein reversierbarer Zähler; seine Zählrichtung wird durch einen monostabilen Multivibrator 61 gesteuert. Wenn dessen Ausgang f geöffnet ist, zählt der Zähler vorwärts, wenn hingegen dessen Ausgang b geöffnet ist, zählt der Zähler bei Empfang jedes Taktimpulses rückwärts, d.h. in umgekehrter Richtung. Nimmt man an, daß der Ausgang f des monostabilen Multivibrators 61 geöffnet ist, so zählt der Zähler 19 in Vorwärtsrichtung und mib seiner zunehmenden Zählung werden die X-Leiter in dem Grobgitter der Reihe nach gepulst. Wenn sich die X-Abtastung der Position des Fühlers 15 nähert, nehmen die von dem Fühler empfangenen Impulse eine beträchtliche Amplitude an. Diese Impulse werden in den Verstärker

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eingegeben. Die verstärkten Impulssignale werden der Tastspei eher schaltung 30 und über die Differenzierschaltung 31 einem Eingang der UND-Schaltung 55 in der Übertragssteuerung zugeführt. Wenn der Übergangsdetektor 57 wiederum ein Übergangssignal abgibt, ändert das Flipflop FF-1 seinen Zustand. Außerdem betätigt das Übergangssignal eine Torschaltung G7, welche bewirkt, daß die Zählung in dem X-Zähler 19 und die binären Feinbits aus der Binärlogik in Block 60 in den X-Speicher 21 übertragen werden. Das Übergangssignal öffnet außerdem eine Torschaltung G8, welche daraufhin den monostabilen Multivibrator 61 in seinen instabilen Zustand triggerb. Im instabilen Zustand ist der Ausgang b des Multivibrators geöffnet, was zur Folge hat, daß der Zähler bei Empfang eines Taktimpulses in Rückwärtsrichtung zählt. Der Ausgang b öffnet außerdem die Torschaltung G6, so daß über die Torschaltungen G6 und G9 dem Zähler 19 Taktimpulse zugeleitet werden können. Taktimpulse können jedoch nicht durch die Torschaltung G5 hindurch zu dem X-Dekoder 20 gelangen. Der X-Zähler 19 zählt in der Bückwärtsrichtung so lange weiter, bis der Multivibrator 61 in seinen normalen Zustand zurückkehrt. Die Betriebszeit des Multivibrators ist vorzugsweise so groß, daß etwa sechs Taktimpulse zu dem Zähler gelangen können. Während der Zähler zurückzählt, wird selbstverständlich das X-Grobgitter nicht abgetastet, da in dem Augenblick, in welchem das Flipflop FF-1 seinen Zustand änderte, die Y-Abtast-, Y-Speicher- und Y-Steuerschaltungen

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aktiviert waren, um mit der Digitalisierung der Position des Fühlers längs der !-Koordinatenachse zu "beginnen. Auf diese.Weise wird jede Koordinatenachse abwechselnd abgetastet und die Position des Fühlers digitalisiert. Der Zyklus wird wiederholt und so lange fortgesetzt, wie der Fühler in der Lage ist, aufgrund der Impulsgabe an die Leiter in der Platte ausreichend große Signale abzunehmen. Wenn der Fühler ein bestimmtes Stück weit von der Platte abgehoben wird, um ihn von den Leitern in der Platte zu entkoppeln, wird die zuletzt abgetastete Achse später mit der Abtastung des vollständigen Gitters für diese Achse so lange fortfahren, bis der Fühler wieder ausreichend große Signale abgibt. Daraufhin wird der sich wiederholende Zyklus des abwechselnden Abtastens der Achsen wieder begonnen. Wenn der Fühler von der Platte abgehoben wird, bleibt die zuletzt digitalisierte Koordinatenablesung in dem Speicher gespeichert.

Oben ist lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung beschrieben worden, denn diese kann auch in anderer Weise aufgebaut sein. Obwohl beispielsweise die Grobgitterleiter als in gleichmäßigen Abständen voneinander längs der Koordinatenachse angeordnet beschrieben worden sind, können auch-logarithmisch oder entsprechend einer anderen mathematischen Funktion geänderte Leiterabstände verwendet werden. Die Platte muß

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muß nicht notwendigerweise eine ebene Oberfläche, aufweisen und die Koordinatenachsen brauchen auch nicht orthogonal zu sein. Die Platte kann bei Bedarf so aufgebaut werden, daß die Position des Fühlers in Polarkoordinaten digitalisiert wird. Bei dem beschriebenen Feingittersystem werden zwar die Untergruppen von Feinleitern der Reihe nach gepulst, es ist jedoch klar, daß die Impulsgabe auch an den Fühler erfolgen kann und daß die Signale von den Feinleiteruntergrup pen abgenommen werden können. Der Fühler kann also zur Impulsübertragung verwendet werden und jede Feinleiteruntergruppe kann gemeinsam als Empfänger zur Gewinnung eines Signals verwendet werden.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die beschriebenen Ausführungsbeispiele hinaus selbstverständlich noch eine Vielzahl von Vereinfachungs- und Verbesserungsmöglichkeiten sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Digitalisiereinrichtung.

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Claims

Patentansprüche:

My Einrichtung zum Digitalisieren der Position eines Fühlers auf einer Koordinatenachse, gekennzeichnet durch eine Platte mit einer Grobgruppe von parallelen, mit Abstand voneinander längs der Koordinatenachse (X) angeordneten Leitern (1...5), weiter durch einen in dem Fühler (15) angeordneten und mit den Leitern der Grobgruppe kapazitiv gekoppelten elektrischen Leiter, ferner durch eine Abtastimpulsschaltung (20), welche die Leiter der Grobgruppe der Reihe nach mit elektrischen Impulsen versorgt, weiterhin durch einen Zähler (19)> welcher derart mit der Abtastimpulsschaltung zusammenwirkt, daß seine Zählung den gerade gepulsten Leiter angibt, fernerhin durch einen Detektor (17) > dessen Eingang mit dem Ausgang des Fühlers verbunden ist und der bei Feststellung des Maximalamplitudenimpulses aus dem Fühler ein Ausgangssignal abgibt, und schließlich durch eine mit dem Detektorausgang verbundene Anzeigeschaltung (21), welche bei Abgabe des Detektorausgangssignals die Zählung in dem Zähler angibt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Ausgang des Fühlers (15) verbundene Tastspeicherschaltung (30), welche dafür sorgt, daß der Ausgang des Fühlers gleichzeitig mit der Impulsgabe an die Leiter (I...5)

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der Grobgruppe abgetastet wird, weiter durch eine Differenzierschaltung (31)» deren Eingang mit dem Ausgang der Tastspeicherschaltung (30) und deren Ausgang mit dem Eingang dee Detektors (17) verbunden ist, welch letzterer bei einer Änderung der Polarität der von der Differenzierschaltung abgegebenen Signale ein Ausgangssignal liefert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zum Digitalisieren der Position des Fühlers auf einer weiteren Koordinatenachse, gekennzeichnet durch eine weitere Grobgruppe von parallelen, mit Abstand voneinander längs der weiteren Koordinatenachse (Y) in der Platte angeordneten Leitern, ferner durch eine weitere Abtastimpulsschaltung (24), welche die Leiter der weiteren Grobgruppe der Reihe nach mit elektrischen Impulsen versorgt, fernerhin durch einen weiteren Zähler (22), welcher derart mit der weiteren Abtastimpuls schaltung zusammenwirkt, daß seine Zählung den gerade gepulsten Leiter in der weiteren Grobgruppe angibt, und schließlich durch eine Umsehalteinrichtung (FF-1) für ein abwechselndes Abtasten der einen und der weiteren Grobgruppe von Leitern.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Feingruppe von parallelen Leitern in der Platte, welche längs der Koordinatenachse (X) einen geringeren Ab-

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stand voneinander aufweisen als die Leiter der Grobgruppe und welche jeweils Untergruppen (W1...W4-, R1...R4-, U1...U4-, T1...T4-) "bilden, deren Leiter jeweils mit den Leitern anderer Untergruppen derart verschachtelt sind, daß die Leiter jeder Untergruppe periodische Abstände von der Koordinatenachse aufweisen, ferner durch eine Impulsschaltung (52, 54), welche sämtliche Leiter einer Untergruppe gemeinsam und die einzelnen Untergruppen jeweils gesondert mit elektrischen Impulsen versorgt, und schließlich durch eine mit dem Ausgang des Fühlers (15) verbundene Signalverarbeitungsschaltung (59₅ 60), welche auf die Fühlersignale anspricht, die aus der Impulsgabe an die Untergruppen von Leitern in der Feingruppe zur elektrischen Unterteilung des Abstandes zwischen den Leitern der Grobgruppe abgeleitet werden.
5· Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (59> 60) eine Schaltung (50 bzw. 51) zum Abtasten des Fühlerausganges gleichzeitig mit der Impulsgabe an jede Untergruppe von Leitern in der Feingruppe und zum Speichern der abgetasteten Signale sowie eine Einrichtung zum Kombinieren der gespeicherten Abtastsigna].e zur Gewinnung eines ersten Grundsignals (M1) aufweist, welches sich bei der Verschiebung des Fühlers (15) längs der Koordinatenachse periodisch ändert.

7 0 ü 8 4 9/ U G 4 ?
6. Einrichtung nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (59, GO) eine weitere Einrichtung zum Kombinieren der gespeicherten Abtastsignale zur Gewinnung eines weiteren periodischen Grundsignals (M2), welches sich in seiner Phasenlage von dem ersten Gxmndsignal (M1) unterscheidet, und eine Digitalsignalschaltung aufweist, welche auf die beiden Grundsignale anspricht und die Position des Fühlers (15) auf der Koordinatenachse angebende digitale Ausgangssignale abgibt.
7- Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Übertragsschaltung (55? 56, 57» 58)» welche die Zählung in dem Zähler (19 bzw. 22) gleichzeitig mit einer Änderung in dem digitalen Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung ändert, die einem Grobbit in dem Zähler nächstfolgendes Feinbit angibt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7» E^e~ kennzeichnet durch eine weitere Feingruppe von parallelen, mit Abstand voneinander, längs der weiteren Koordinatenachse (Y) in der Platte angeordneten Leitorn, ferner durch eine weitere Impulsschaltung (53» 5^0 zum Versorgen von Untergruppen der weiteren Feingruppe von Leitern mit nlektri .sehen Jmpulnen.

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9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (61), welche während des Abtastens der Gruppen von Leitern längs einer Koordinatenachse (X "bzw.Y) den Zähler (19 "bzw. 22) Tür die andere Koordinatenachse um einen "bestimmten Betrag rückxtfärtszählen läßt.

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