DE3717272A1 - Verfahren zum feststellen von koordinaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Koordinaten, welches angewendet werden kann bei einem Koordinaten-Eingabegerät zum exakten Lesen einer auf einer Eingabeebene gekennzeichneten Stelle.

Von der Anmelderin wurde bereits eine Koordinaten-Eingabe- und -Erfassungs-Methode zum genauen Lesen (Erfassen) einer auf einer Ebene gekennzeichneten Stelle vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung 60-1 17 761). Das dazugehörige Koordinaten-Eingabegerät ist so aufgebaut, daß gleichzeitig mindestens zwei Leitern einer Mehrzahl von in einem Tablett eingebetteten parallelen Leitern Abtastsignale gleicher Phase zugeführt werden, ein durch die diesen Leitern zugeführten Abtastsignale erzeugtes Signal mit Hilfe eines Koordinatengebers erfaßt, ermittelt wird, ob sich die Polarität des erfaßten Signals umgekehrt hat, die Signalpegel vor und nach der Polaritätsumkehr erfaßt werden, und die von dem Koordinatengeber gekennzeichnete Stelle berechnet wird auf der Grundlage einer Grob-Zone auf der Koordinate, in der die Polaritätsumkehr festgestellt wurde, sowie den Signalpegeln, die in der Grob-Zone ermittelt wurden.

Der in der genannten Anmeldung beschriebene Koordinaten- Berechnungsvorgang wurde unter der Annahme vorgeschlagen, daß sich die Polarität eines Magnetfelds am Mittelpunkt zwischen zwei ausgewählten Leitern ändert. Somit bestand die Möglichkeit, daß sich die Umkehrstelle gegenüber dem Mittelpunkt verschob, veranlaßt durch das Magnetfeld, das von einem zum Zuführen eines Abtaststroms zu jedem Leiter verwendeten gemeinsamen Leiter erzeugt wird, so daß es manchmal zu dem Problem von Fehlberechnungen kam. Besonders dann, wenn die Leiter oder Schleifen zeitlich gestaffelt ausgewählt und abgetastet werden, veranlaßt die Verschiebung der Umkehrstelle ein schwieriges Problem bezüglich der Genauigkeit. Dies soll im folgenden näher ausgeführt werden:

Fig. 11 zeigt die Verteilung der Detektorspannung, wenn die Stelle der Polaritätsumkehr keiner Verschiebung unterliegt. Die Verteilungsdarstellung zeigt das Intervall von 10 mm ≦ X ≦ 30 mm beispielsweise, wobei die Detektorspannungen für die jeweiligen Schleifen ihre Polarität bei X = 10, 15, 20, 25 und 30 mm umkehren und mit L 10, L 15, L 20, L 25 bzw. L 30 bezeichnet sind. Obschon die Verteilung der Magnetfeldstärke H _z für jede Schleife L 10-L 30 auf der linken Seite des Zeichnungs-Nullpunkts positiv und auf der rechten Seite negativ ist, repräsentiert die erfaßte Spannung den Absolutwert der Magnetfeldstärke H _z . Zur Vereinfachung der Darstellung werden die Zonen von 10 mm ≦ X ≦ 20 mm, 15 mm ≦ X ≦ 25 mm und 20 mm ≦ X ≦ 30 mm als Segmente S 2, S 3 bzw. S 4 bezeichnet.

Ein Aufnehmer befindet sich an der Stelle T (X = 21 mm) in Fig. 11. Für S 4, X = 20 mm, gilt H _z <0, während für S 5, X = 25 mm, H _z <0 gilt. Folglich erhält das System eine zu der Schleife L 25 gehörige Detektorspannung V 2. Dann wählt das System die Schleife L 15, d. h. die um zwei Schleifen vorausgehende Schleife S (5-2) = S 3; X = 25-10 = 15 mm, und es erhält die dazugehörige Detektorspannung V 1. Deshalb wird bei diesem Beispiel als zu interpolierendes Zielsegment das Segment S 3 entsprechend der Zone 15 mm ≦ X ≦ 25 mm ausgewählt.

Im folgenden soll anhand von Fig. 12 der Fall erläutert werden, daß sich die Polaritätsumkehrstelle verschoben hat. Dieses Beispiel ist typisch für die Verteilungskurve der Magnetfeldstärke H _z , die sich in positiver Richtung von X verschoben hat, wobei die Schleifen und Segmente durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 11 identifiziert sind. Es sei weiterhin angenommen, daß sich der Aufnehmer an der Stelle T entsprechend X = 21 mm befindet.

In dem in Fig. 12 skizzierten Fall gilt H _z <0 bereits bei S 4, X = 20 mm. Folglich wird als Interpolationszone S (4-2) = S 2 betrachtet, und folglich wird die Interpolation in der Zone von 10 mm ≦ X ≦ 20 mm durchgeführt.

Man sieht, daß die Interpolations-Berechnung für diejenige Zone durchgeführt wird, die sich von der Zone des betroffenen Segments unterscheidet, so daß es zu einem Fehler kommt. Im Beispiel von Fig. 12 ist die Durchführung der Interpolation in S 3 ideal. Selbst wenn also die Entscheidung bezüglich des Segments fehlerhaft ist, läßt sich eine Genauigkeitsverbesserung erwarten, wenn als Interpolationssegment das Segment S 4 genommen wird.

Um das oben aufgezeigte Problem zu beseitigen, ist in der japanischen Patentanmeldung 60-290797 vorgeschlagen, die Absolutwerte der Detektorspannungen einer ersten Schleife, bei der die von dem Koordinatengeber festgestellte Polaritätsumkehr des Magnetfelds zuerst festgestellt wurde, und von einer zweiten Schleife, die der ersten Schleife eine gegebene Anzahl von Schleifen in Abtastrichtung vorausgeht, zu vergleichen, um dadurch eine zu interpolierende Grob-Zone festzulegen. Bei diesem verbesserten Verfahren wird das Vergleichsverhältnis zwischen den Absolutwerten der Detektorspannungen der Schleifen vor und nach der Polaritätsumkehr erhalten, um die Grob-Zone zu bestimmen, die der Interpolation unterliegt. Dieses Verfahren soll im folgenden näher erläutert werden.

Fig. 10 zeigt die Verteilung der durch den Aufnehmer erhaltenen Detektorspannungen, wobei die Kurven zur Vereinfachung geradlinig dargestellt sind. Ähnlich wie bei der obigen Erläuterung, ist jedes Segment mit Sn (n ist eine natürliche Zahl) bezeichnet, während die entsprechende Schleife durch L 5n bezeichnet sind. Die Interpolationszonen sind jeweils 10 mm lang. Die Segmente sind so definiert, daß sie einander um 5 mm überlappen. Die Schleifen sind in Intervallen von 5 mm angeordnet.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Verteilung der Detektorspannung werden die Detektorspannungen Vn-2 und Vn entsprechend den Schleifen Ln-2 und Ln bei der Interpolation mit dem Segment Sn-2 verwendet. Wenn die X-Koordinate des Schnittpunkts C 1 der Detektorspannungen Vn-2 und Vn-1 mit A und die X-Koordinate des Schnittpunkts C 2 der Detektorspannungen Vn-1 und Vn mit B bezeichnet werden, so hat Vn-2 in der Zone X<A einen kleineren Wert als im übrigen Bereich, und Vn hat in der Zone X<B einen kleineren Wert als im übrigen Bereich. Im Hinblick auf die Arbeitsweise einer entsprechenden Schaltung ist es zu bevorzugen, einen größeren Wert als den am Schnittpunkt C 1 von Vn-1 und Vn-2 und am Schnittpunkt C 2 von Vn und Vn-1 zu verwenden, und folglich sollte die Interpolation stets innerhalb der Zone A≦X≦B durchgeführt werden. Befindet sich also der Aufnehmer an der rechten Seite von X = 5(n-1) mm in Fig. 10, so wird die Polaritätsumkehr zum ersten Mal festgestellt, wenn die Schleife Ln angesteuert wird. Um also dem oben genannten Erfordernis zu genügen, muß das Segment Sn-2 ausgewählt werden, wenn sich der Aufnehmer in der Zone von 5(n-1) mm<X<B befindet, während das Segment Sn-1 ausgewählt wird, wenn sich der Aufnehmer in der Zone B<X <5n mm befindet. Als Folge dieser Auswahl ist es stets möglich, Detektorspannungen zu erhalten, die größer sind als diejenigen an den Punkten C 1 und C 2, und man kann die optimale Zone als Interpolationszone definieren.

Folglich ergibt sich folgender Algorithmus zum Ableiten des optimalen Segments bezüglich des Bereichs A<X<B:

Es sei angenommen, daß im Zuge des Ansteuerns der Schleifen L 0, L 1, . . . nacheinander die Polaritätsumkehr der Magnetfeldstärke H _z zum ersten Mal bei Ankommen an der Schleife Ln festgestellt wurde. Unter dieser Bedingung gilt:

Mit der obigen Auswahl befinden sich die Detektorspannungen für die Interpolation stets innerhalb der Interpolationszone und sind größer als die Spannungen an den Schnittpunkten C 1 und C 2. Somit ist es möglich, eine gewisse Genauigkeit bei der Interpolation zu gewährleisten.

Anhand der Fig. 13 und 14 soll im folgenden ein beispielhafter Prozeß zur Auswahl der Segmente entsprechend dem obigen Algorithmus erläutert werden. Fig. 13 und 15 zeigen die Verteilung der Detektorspannung in der Nähe von Y = 100 mm und die den jeweiligen Verteilungskurven entsprechenden Interpolationszonen, wobei unterhalb der X-Achse dargestellte rechtwinklige Blöcke die oben erwähnten Segmente S darstellen und für die Interpolation ein Segment ausgewählt werden soll, wenn der Aufnehmer innerhalb von dessen schraffierten Bereich steht. Allerdings wird das Ausmaß der Verschiebung der Feldpolaritäts- Umkehr-Stelle im Umfangsbereich der Eingabeebene groß, und ebenfalls verschieben sich die Stellen gemäß den Punkten A und B in Fig. 10, so daß sie die Neigung haben, in die Segment-Grenzbereiche zu rutschen oder geringfügig außerhalb des betroffenen Segments zu geraten. In diesem Fall werden die oben angegebenen Bedingungen folgendermaßen geändert:

(1) Sn-1 ausgewählt, wenn |Vn/Vn-1| < 2

(2) Sn-2 ausgewählt, wenn 3LVn/Vn-1| ≧ 2

Unter Verwendung des obigen Algorithmus wird die Auswahl eines geeigneten Segments möglich.

Die oben erläuterte zweite Vorgehensweise sieht vor, ein geeignetes Segment dadurch auszuwählen, daß das Vergleichs- Verhältnis der Spannungswerte ermittelt wird. Obschon es notwendig ist, den Bezugswert des Vergleichs- Verhältnisses in bezug auf den Umfangs- oder Seitenbereich der Eingabeebene zu ändern, ermöglicht es diese Vorgehensweise, ein geeignetes Segment in der Nähe der Position A oder B in Fig. 10 bezüglich des Umfangsbereichs der Eingabeebene zu verwenden. Allerdings steht bei dieser Vorgehensweise zu befürchten, daß eine bei der Interpolation verwendete Spannung einen kleinen Wert annimmt und daß ein Koordinaten-Ausgabewert instabil wird, wenn die Erfassung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird. Deshalb ist mit einer abträglichen Einwirkung auf die Genauigkeit der Erfassung zu rechnen. Da außerdem die Erfassung erfolgt, nachdem der Bezugswert des Vergleichs-Verhältnisses abhängig von einer Segmentzahl geändert wurde, steht zu befürchten, daß der Detektoralgorithmus zu kompliziert wird.

Angesichts der oben aufgezeigten Umstände wurde von der Anmelderin vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung 61-106837), ein Verfahren zum Feststellen von Koordinaten zu verwenden, bei dem ein relativ einfacher Algorithmus verwendet wird, nach welchem die Segmente in die Verschieberichtung der Feldpolaritäts-Umkehr-Position ein vorbestimmtes Stück versetzt werden und ein Objektsegment lediglich abhängig von der relativen Größe Vn, Vn-1 ausgewählt wird.

Dieses vorgeschlagene Verfahren soll im folgenden näher erläutert werden.

Zunächst soll anhand des in Fig. 1 gezeigten Blockdiagramms der Aufbau einer Koordinateneingabevorrichtung erläutert werden. Die Vorrichtung besitzt eine Eingabeebene 2 b, die mit Hauptschleifen 2 a und einer Kompensationsschleife 3 a ausgestattet ist, einen Treiber 2 zum Abgeben eines eine gewisse Amplitude aufweisenden Stroms von einem Oszillator 1 zu den Hauptschleifen 2 a, einen weiteren Treiber 3 zum Einspeisen eines Stroms in die Kompensationsschleife 3 a, einen Aufnehmer 6 mit einer Magnetfeld-Detektorspule, welcher als Koordinatengeber (Koordinaten-Detektorglied) fungiert, eine Verstärkerschaltung 7, die das Ausgangssignal des Aufnehmers 6 verstärkt, eine Polaritätsdiskriminatorschaltung 8, eine Detektorschaltung 9, Abtast- und Halteverstärker 11 und 12, einen Multiplexer 13, einen Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 14, einen ROM-Tabellenspeicher 15 als erste Speichereinrichtung zum Speichern von Kompensationswerten, einen weiteren ROM-Tabellenspeicher 16 als zweite Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturwerten zur Korrektur von Fehlern der Interpolationswerte, und eine Steuerschaltung 10. Außerdem sind vorgesehen: eine X- Schaltvorrichtung 4 in Verbindung mit der in X-Richtung angeordneten Gruppe von Hauptschleifen 2 a und eine Y- Schaltvorrichtung 5 in Verbindung mit der in Y-Richtung orientierten Gruppe von Hauptschleifen 2 a.

Die Hauptschleifen 2 a sind zueinander parallel in der Eingabeebene 2 b mit Abständen von 5 mm eingebettet. Ein Ende jeder Schleife L ist an die Schaltvorrichtung 4 (bzw. 5) angeschlossen, während das andere Ende an eine Quellenleitung 2 s angeschlossen ist. Die Anordnung ist so dimensioniert, daß eine Eingabeebene mit einer Flächengröße von insgesamt beispielsweise 200 mm×200 mm vorhanden ist. Die Quellenleitung 2 s ist an den Treiber 2 angeschlossen. Die in Y-Richtung verlaufenden Schleifen sind in ähnlicher Weise angeordnet und orientiert, so daß sie die Schleifen der X-Richtung senkrecht kreuzen.

Die Kompensationsschleife 3 a wird durch einen von den Hauptschleifen 2 a unabhängigen Leiter gebildet, der in der Nähe der Quellenleitung 2 s der Hauptschleifen 2 a derart angeordnet ist, daß er sämtliche Hauptschleifen 2 a umfaßt. Mit einem Ende ist die Kompensationsschleife 3 a an den Treiber 3 angeschlossen, um von diesem einen Strom mit einer bestimmten Amplitude zu empfangen, entgegengesetzt dem durch die Source-Leitung 2 s der Hauptschleifen 2 a fließenden Strom. Das andere Ende der Kompensationsschleife ist geerdet. In dem ROM-Tabellenspeicher 15, der als erste Speichereinrichtung zum Speichern von Kompensationswerten fungiert, sind Kompensationswerte für die jeweiligen Schleifen L in Y-Richtung (oder in X-Richtung) gespeichert.

In dem ROM-Tabellenspeicher 15 sind Kompensationswerte ISC für sämtliche Segmente Sn und die zu den Segmenten Sn gehörigen Hauptschleifen für die Bedingung, daß die Erfassungshöhe Z=15 mm beträgt, gespeichert. Im Betrieb wird ein maßgeblicher Kompensationswert ISC durch die Steuerschaltung 10 in Abhängigkeit der Erfassungsergebnisse seitens der Steuerschaltung 10 aufgerufen und verwendet für die Berechnung eines Interpolationswerts, die von einer in der Steuerschaltung 10 enthaltenen arithmetischen Einrichtung durchgeführt wird.

Die als zweite Speichereinrichtung fungierende ROM-Tabelle 16 speichert Korrekturwerte, die dazu dienen, eine exakte Koordinatenposition aus dem so errechneten Interpolationswert zu erhalten, indem dieser Fehler korrigiert wird. Die Tabelle enthält Korrekturwerte, die z. B. jeweils eine Zunahme von 0,1 mm des für das erfaßte Segment maßgeblichen Interpolationswerts entspricht.

Der Aufnehmer 6 enthält in seiner Spitze die Magnetfeld- Detektorspule. Eine von der Spule erzeugte Spannung gelangt über die Verstärkerschaltung 7 zu der Detektorschaltung 9 und der Polaritäts-Diskriminatorschaltung 8.

Im folgenden soll der Betrieb der oben erläuterten Koordinateneingabevorrichtung beschrieben werden.

Das Feststellen oder Erfassen der Position des Aufnehmers 6 geschieht grundsätzlich durch folgende drei Schritte: Erfassen der Grob-Lage oder eines Segments des Aufnehmers 6; Durchführen einer Interpolation oder Erfassen einer Fein-Lage innerhalb des erfaßten Segments; und Kombinieren der Segmentlage und der Fein-Lage innerhalb des Segments.

Bei der Segment-Erfassung werden zuerst die Treiber 2 und 3 durch eine von dem Oszillator 1 abgegebene Sinuswelle betrieben. Dadurch speist der Treiber 2 in die Schleifen L nacheinander einen Strom ein, wobei die jeweilige Schleife festgelegt wird durch den Betrieb der Schaltvorrichtung 4 und 5, die ihrerseits von der Steuerung 10 angesteuert werden. Während dieses Vorgangs wird ein Strom mit der halben Amplitude des durch die Hauptschleifen 2 a fließenden Stroms von dem Treiber 3 durch die Kompensationsschleife 3 a geschickt.

Während die einzelnen Schleifen L von dem Strom abgetastet werden, wird das durch die jeweilige wirksame Schleife L erzeugte Magnetfeld von dem Aufnehmer 6 geführt und von dem Verstärker 7 in ein Signal einer gewünschten Amplitude verstärkt. Dieses Signal wird hinsichtlich der Phase mit dem Ausgangssignal des Oszillators 1 durch den Polaritätsdiskriminator (Phasenvergleicher) 8 verglichen. In anderen Worten: Die Polarität des Magnetfelds wird ermittelt. Es sei angenommen, das Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators 8 sei "H", wenn die Schleife L auf der linken Seite der Zeichnung bezüglich des Aufnehmers 6 angesteuert wird. Dann kehrt sich die Polarität des erfaßten Magnetfelds um, wenn die Schleife L auf der rechten Seite des Aufnehmers 6 angesteuert wird, und folglich kehrt sich auch das Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators um und wird zu einem Pegel "L".

Wenn die Schleifen L nacheinander in der Reihenfolge X 0, X 1, X 2, . . ., Xn ausgewählt und mit Strom beschickt werden, wird diejenige Schleife Ln in der Nähe des Aufnehmers 6 festgestellt, durch die das Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators 8 umgekehrt wird. Nach dem Erkennen dieser Schleife Ln erfaßt das System eine zu dieser Schleife Ln gehörige Spannung Vn sowie eine weitere Spannung Vn-1, die zu der vorausgehenden Schleife Ln-1 gehört, vergleicht die beiden Spannungen Vn und Vn-1, um dann anhand eines Algorithmus eine zu interpolierende Zone (ein Segment) festzulegen.

Wenn ein Objektsegment (z. B. das Segment Sn-2 in Fig. 10) bestimmt ist, wählt die Steuerschaltung zuerst die auf der linken Seite des Segments Sn-2 befindliche Schleife Ln-2 aus. Dann wird das Signal, welches durch den Aufnehmer 6 und die Verstärkerschaltung 7 gelaufen ist, mit Hilfe der Detektorschaltung 9 in ein Gleichstromsignal umgesetzt, und dieses Signal wird in der Abtast- und Halteschaltung 11 in Form einer Gleichspannung festgehalten.

Danach wählt die Steuerschaltung 10 die auf der rechten Seite des Segments Sn-2 befindliche Schleife Ln aus, und ähnlich wie oben ausgeführt, wird eine weitere Gleichspannung durch die Detektorschaltung 9 gebildet und in der Abtast- und Halteschaltung 12 gespeichert. Dann werden nach Maßgabe des von der Steuerschaltung 10 abgegebenen Signals die in den Abtast- und Halteschaltungen 11 und 12 gespeicherten Signale von dem Multiplexer 13 ausgewählt und von dem ADU 14 in ein digitales Signal umgesetzt, um Werte für die Spannungen Vn-2 und Vn bezüglich der Schleifen Ln-2 bzw. Ln zu erhalten.

Dann schaltet die Steuerschaltung 10 beide Schaltvorrichtungen 4 und 5 ab. Demzufolge fließt nur der oben erwähnte vorbestimmte Strom lediglich durch die Kompensationsschleife 3 a. Durch Erfassen eines A/D-gewandelten Ausgangssignals ist es möglich, in der oben beschriebenen Weise eine für die Kompensationsschleife 3 a maßgebliche Spannung Vc zu erhalten.

Anschließend ruft die Steuerschaltung 10 von dem ROM- Tabellenspeicher 15 einen Kompensationswert ISC ab, welcher dem Wert (dem Abstand) des durch die Segment- Unterscheidung ermittelten Segments in der X-/Y-Richtung entspricht, und sie veranlaßt die Arithmetikeinrichtung innerhalb der Steuerschaltung 10, einen Interpolationswert P′ zu berechnen, indem die ermittelten Spannungen Vn-2, Vn und Vc sowie der Wert ISC in die nachstehende Gleichung (2), die den Kompensationswert beinhaltet, eingesetzt werden:

Wenn dieser Interpolationswert P′ berechnet ist, wird auf den ROM-Tabellenspeicher 16, in welchem Korrekturwerte P für die Korrektur der oben erwähnten Fehler gespeichert sind, zugegriffen, um einen Koordinatenwert zu erhalten, welcher eine Stelle innerhalb des Segments spezifiziert. Dann werden die Positionskoordinate (Sn×5,0+α) des Segments und der Koordinatenwert P innerhalb dieses Segments durch die Arithmetikeinrichtung innerhalb der Steuerschaltung kombiniert, um die endgültige X-Koordinate der Zielposition des Aufnehmers 6 nach folgender Gleichung zu bestimmen:

X = (Sn × 5,0 + α) + P (mm)

wobei

Sn = die Segmentnummer, P = der Korrekturwert, der durch Verbessern des Interpolationswerts erhalten wird, α = das Ausmaß der Verschiebung des Segments S (z. B. α = -2,5; 0; +2,5, der entsprechend dem Vorhandensein/ Fehlen und der Versetzungsrichtung des Segments voreingestellt ist und durch Programmierung gewählt wird).

Eine ähnliche Gruppe von Segmenten wird bezüglich der Y- Richtung definiert, und mithin kann das System die Y- Koordinate der Zielstelle mit Hilfe eines ähnlichen Ablaufs berechnen und den berechneten Koordinatenwert über die Schnittstellenschaltung 17 an einen Hostcomputer liefern.

Wie oben erläutert, entstehen Fehler bei der Koordinatenerfassung durch die Verschiebung der Polaritätsumkehrstelle des Magnetfelds. Die oben näher beschriebenen Vorgehensweisen zielen darauf ab, Fehler weitestgehend dadurch zu reduzieren, daß der Kompensationswert oder der Korrekturwert eingeführt wird, um eine korrekte Koordinatenstelle zwischen Segmenten zu interpolieren, oder dadurch, daß ein Segment ausgewählt wird, welches weniger Fehler liefert.

Diese früheren Ideen hatten ihren Ursprung in dem grundsätzlichen Aufbau der Anordnung, wonach die Segmente auf der Grundlage eines gegebenen Abstands zwischen den Schleifen definiert sind. Da die Anordnung der Segmente vom Standpunkt der Hardware aus bestimmt wurden, ohne Berücksichtigung des Ausmaßes der Verschiebung, wurden die Berechnungs-Algorithmen kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben angesprochenen technischen Probleme, wenn nicht zu lösen, so doch zumindest zu mildern. Demgemäß soll die Erfindung ein Verfahren zum Feststellen von Koordinaten schaffen, das in der Lage ist, eine Koordinate mit Hilfe eines vergleichsweise simplen Algorithmus festzustellen, indem Segmente oder Zonen unter Berücksichtigung der Besonderheit oder des Aussehens von Verschiebungen eingerichtet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung das im Anspruch 1 angegebene Verfahren.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, rasch eine genaue Koordinatenstelle zu berechnen, indem ein vergleichsweise einfacher Algorithmus verwendet wird. Dazu werden Segmente eingerichtet, indem als Bezugsgröße die festgestellten Polaritätsumkehrstellen eines Magnetfelds hergenommen werden, die Polaritätsumkehrstellen- Daten in einen (ROM-)Tabellenspeicher eingegeben werden, eine durch einen Koordinatengeber innerhalb eines einschlägigen Segments gekennzeichnete Koordinate interpoliert wird und das Ausmaß der Abweichung des Segments zu bzw. von einem bei der Interpolation erhaltenen Interpolationswert addiert bzw. subtrahiert wird.

Anhand von Fig. 1 soll ein Beispiel für ein Berechnungsprinzip erläutert werden. Es sei angenommen, daß die Schleifen Ln und Ln+2 unter der Bedingung abgetastet werden, daß der Koordinatengeber (Aufnehmer) sich an der Stelle X befindet. Die zu der Schleife Ln gehörige Detektorspannung betrage Vn, die Detektorspannung für die Schleife Ln+2 betrage Vn+2. Ein Interpolationswert X _p innerhalb des Segments Sn, welches definiert wird durch die Polaritätsumkehrstellen Xn bzw. Xn+2 ergibt sich dann wie folgt:

Die X-Koordinate des Koordinatengebers zwischen den Schleifen Ln und Ln+2 erhält man durch Addieren des Abweichungsbetrags On des Segments Sn von der Schleife Ln:

X = X _p + On (4)

Der Wert X läßt sich nun leicht ermitteln, wenn der Wert von On vorab in dem ROM-Tabellenspeicher abgespeichert wurde.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Skizze zur Veranschaulichung des Berechnungsprinzips bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Feststellen von Koordinaten,

Fig. 2 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Segment-Unterscheidungs-Prozesses,

Fig. 3 eine Skizze zur Veranschaulichung von Segmenten und Verschieberichtungen,

Fig. 4 bis 7 Diagramme von betrachteten Fehlern,

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Prozesses zum Feststellen von Koordinaten,

Fig. 9 ein funktionelles Blockdiagramm einer Koordinateneingabevorrichtung, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 10 eine Skizze, die eine Segment-Unterscheidung erläutert,

Fig. 11 und 12 Skizzen, die die Beziehung zwischen Detektorspannungen und Segmenten veranschaulicht, und

Fig. 13 und 14 Skizzen, die beobachtete Segment- Verschiebungen veranschaulichen.

Fig. 2 bis 8 veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung. Aufbau und Schaltungsanordnung einer Koordinateneingabevorrichtung für dieses Ausführungsbeispiel sind im wesentlichen identisch mit der oben beschriebenen Vorrichtung, mit der Ausnahme, daß der ROM-Tabellenspeicher 18 das Maß oder den Betrag der Abweichung des Segments S speichert. Deshalb soll die Koordinateneingabevorrichtung selbst hier nicht nochmal erläutert werden. Entsprechende Teile werden im folgenden mit den bereits oben verwendeten Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 2 zeigt Schleifen L und Spannungsverteilungskurven, die zu dem jeweiligen Magnetfeld gehören, das entsteht, wenn diese Schleifen L abgetastet werden. In der Zeichnung sind auf der Abszisse oder horizontalen Achse die jeweiligen Abstände 5n in der X-Richtung der Schleifen Ln (n=0-39) für eine Schrittweite von 5 mm dargestellt, während auf der Ordinate oder vertikalen Achse der Absolutwert der jeweiligen Detektorspannung aufgetragen ist. Während bei dem oben beschriebenen System ein Segment Sn auf der Grundlage der Position der Schleife Ln definiert wird, definiert die vorliegende Erfindung das Segment Sn auf der Grundlage der festgestellten Polaritätsumkehrstelle eines Magnetfelds. Das heißt: Der Startpunkt des n-ten Segments Sn wird definiert durch einen Punkt, bei dem die Detektorspannung Vn Null wird, während die n-te Schleife Ln abgetastet wird, während der Endpunkt definiert wird durch einen weiteren Punkt oder Fleck, bei dem die Detektorspannung Vn+2 Null wird, wenn die auf die Schleife Ln als übernächste abgetastete Schleife Ln+2 abgetastet wird. Obschon also benachbarte Segmente S einander überlappen, wird die Feldumkehrstelle, d. h. der Fleck, bei dem die Detektorspannung Vn (n = 0-39) den Wert Null annimmt, stets als Startpunkt bzw. Endpunkt hergenommen, selbst wenn das Ausmaß der Verschiebung zunimmt, so daß das Objektsegment Sn, wo die Interpolation stattfinden soll, durch Verwendung lediglich der obigen Bedingungsgleichung (1) ausgewählt werden kann.

Es sei ein anschauliches Beispiel erläutert: Man nehme an, der Aufnehmer 6 befinde sich an der Stelle T in Fig. 2. Die Feldpolarität ändert sich zum ersten Mal, wenn die (n+2)-te Schleife Ln+2 abgetastet wird. Wenn die zu der Schleife Ln+2 gehörige, von dem Aufnehmer 6 erfaßte Detektorspannung Vn+2 beträgt und die zu der Schleife Ln+1 gehörige Spannung Vn+1 beträgt, werden diese zwei Spannungen Vn+2 und Vn+1 verglichen, und es wird auf die obige Bedingungsgleichung (1) Bezug genommen. Daraus ergibt sich:

|Vn+2/Vn+1| ≧ 1

Daraus wird als sogenanntes Objektsegment S, also als zu interpolierendes Segment, das Segment Sn bestimmt, welches wirksam ist, wenn die n-te Schleife Ln abgetastet wird. Es ist also möglich, einen Interpolationswert Xp aus der obigen Gleichung (3) zu erhalten, indem man die Detektorspannungen Vn+2 und Vn verwendet.

Fig. 4 veranschaulicht einen Fehler oder eine Diskrepanz zwischen dem Interpolationswert und dem idealen Wert. Der in Fig. 4 skizzierte Graph zeigt Fehler für die Schleife L 5 bei X = 20 mm, d. h., das Segment S 5 mit dem Startpunkt bei X = 22,36 mm; die Schleife L 19 bei X = 95 mm, d. h., das Segment S 19 mit dem Startpunkt bei X = 95,07 mm; und die Schleife L 34 bei X = 170 mm, d. h., das Segment S 34 mit dem Startpunkt bei X = 168,21 mm. Die Fehler sind innerhalb des Positionsbereichs von 10 mm, gemessen nach dem Startpunkt, angegeben.

Aus Fig. 4 entnimmt man, daß in dem Bereich (X ≦ 100 mm) auf der linken Seite der Mitte C der Eingabeebene 2 b der Fehler kaum über 0,5 mm hinausgeht, selbst wenn die obige Gleichung (3) unverändert angewendet wird, während in dem Bereich (X < 100 mm) auf der rechten Seite der Mitte der Fehler gegenüber der anderen Hälfte zunimmt, wenn die Gleichung (3) angewendet wird.

Wenn man also aufgrund der Symmetrie der Anordnung der Schleifen L in der Eingabeebene 2 a die Gleichung

für den Bereich (X < 10 mm) auf der rechten Seite der Mitte der Eingabeebene 2 b verwendet und die Magnetfeld- Umkehr-Position, die festgestellt wird, wenn die näher an dem Endpunkt des Segments Sn liegende Schleife Ln+2 abgetastet wird, als Bezugsgröße hergenommen wird, so läßt sich ein Fehler für den auf der rechten Seite befindlichen Bereich erwarten, der größenordnungsmäßig vergleichbar ist mit demjenigen auf der linken Seite der Mitte C, welcher sich unter Verwendung der Gleichung (3) ergibt. Der oben beschriebene Prozeß ist in Fig. 3 dargestellt. Wenn man die Mitte C der Eingabeebene 2 b bei X = 100 mm als Bezugsgröße nimmt, berechnet sich der Interpolationswert in ansteigender Richtung von X bezüglich des Bereichs auf der linken Seite (X 100 mm) und in absteigender Richtung von X für den Bereich auf der rechten Seite (X < 100 mm).

Die Diskrepanz zwischen dem in oben beschriebener Weise berechneten Interpolationswert und dem Idealwert ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. Fig. 5 zeigt Fehler in dem Intervall von 20 mm ≦ X ≦ 30 mm, Fig. 6 zeigt Fehler in dem Intervall von 95 mm ≦ X ≦ 105 mm, und Fig. 7 zeigt Fehler in dem Intervall von 170 mm ≦ X ≦ 180 mm (das ist symmetrisch zu dem in Fig. 5 dargestellten Fall bezüglich X = 100 mm), und zwar für fünf Punkte Y = 20, 60, 100, 140 und 180 mm, wobei der Startpunkt oder Ursprung jedes Graphen der Position (5n mm) der jeweils anzusteuernden Schleife Ln in Fig. 3 entspricht.

Man ersieht aus den graphischen Darstellungen, daß der Fehler abrupt ansteigt, nachdem die Feldpolaritäts-Umkehr- Stelle überschritten ist, jedoch in einen Bereich von ± 0,5 über der gesamten Oberfläche der Eingabeebene 2 b im übrigen Teil abfällt.

Zum Berechnen einer tatsächlichen Koordinate unter Verwendung des in oben beschriebener Weise erfaßten Interpolationswerts X _p , ist es notwendig, in dem ROM- Tabellenspeicher 18 die Feldpolaritäts-Umkehr-Positionen zu speichern. Wenn die Absolut-Position der Polaritätsumkehr so, wie sie ist, tabelliert werden soll, wird der Datenumfang zu groß, um innerhalb eines Bytes untergebracht zu werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird deshalb der Abweichungsbetrag On (n = 0-39) gegenüber der Schleifenposition der Schleife L in dem ROM-Speicher gespeichert. Damit wird der in Fig. 9 gezeigte ROM-Tabellenspeicher 15 überflüssig. In der Praxis werden die Beträge On-1, On, On+1 der Abweichung von der Stelle der Schleife Ln-1, Ln, Ln+1 entsprechend 5(n-1), 5n, 5(n+1) mm gemäß Fig. 2 in Tabellenform gebracht und in dem ROM-Speicher 18 gespeichert. Wenn die Segmentnummer n beträgt und das Maß der Abweichung On mm (n = 0-40) beträgt, während der Interpolationswert mit Xp bezeichnet wird, wird die X- Koordinate für den linken Abschnitt bezüglich der Mitte C der Eingabeebene 2 b nach folgender Gleichung berechnet:

X = 5,0 · n + On + 10 · Xp (mm) (6)

und gleichermaßen erfolgt für den Abschnitt auf der rechten Seite bezüglich der Mitte C die Berechnung nach folgender Gleichung:

X = 5,0 · (n+2) - On - 10 · Xp (mm) (7)
wobei Xp = Vn+2/(Vn + (Vn+2)) .

Die Y-Koordinaten können durch einen ähnlichen Prozeß wie die X-Koordinaten berechnet werden, wobei es möglich ist, sowohl die X- als auch die Y-Koordinaten des Aufnehmers 6 in der Eingabeebene 2 b zu erfassen. Da die beiden obigen Gleichungen (6) und (7) zugrunde gelegt werden, sollte sowohl die Symmetrie in X-Richtung als auch die Symmetrie in Y-Richtung bezüglich der Mitte C in Betracht gezogen werden.

Es gibt einen weiteren Berechnungsprozeß, bei dem in Verbindung mit der Interpolations-Auflösung der Abstand von beispielsweise 10 mm durch 256 dividiert wird und die Länge eines Bruchteils, 0,04 mm, als eine Einheit behandelt wird. In einem solchen Fall werden auch die Daten des Abweichungsbetrages On gehandhabt, indem die Interpolationsauflösung als eine Einheit hergenommen wird, und der durch die Interpolationsberechnung erhaltene Interpolationswert X _p sowie das Abweichungsmaß On einen jeweils als natürliche Zahl zwischen 0 und 255 dargestellt. In der so digitalisierten Form läßt sich der X-Koordinatenwert für den bezüglich der Mitte C auf der linken Seite liegenden Abschnitt der Eingabeebene 2 b durch folgende Gleichung berechnen:

X 50 n + (Xp+On) (10^-1) mm) (8)

wobei Xp = Vn/(Vn+2)) und n = die Segment-Nummer (0 ≦ n ≦ 20), während ähnlich für den Abschnitt auf der rechten Seite der Mitte C der Eingabeebene 2 b die Berechnung nach folgender Gleichung durchgeführt wird:

X = 50 (n+2) - (Xp+On) (10^-1) (9)

wobei Xp = Vn+2/(Vn + (Vn+2)) und n = die Segment-Nummer (21 ≦ n ≦ 39).

Fig. 8 zeigt in Form eines Flußdiagramms ein Koordinaten- Feststellungsverfahren, welches die obige Berechnung beinhaltet. Der Betrieb der Koordinateneingabevorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird, soll im folgenden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm beschrieben werden. Hierbei wird allerdings die Beschreibung der Verfahrensschritte bis zur Erfassung der Polaritätsumkehr fortgelassen, da dies dem Stand der Technik entspricht.

Nach dem Abtasten der Schleifen L wird die Schleife Ln erfaßt, die sich in der Nähe des Aufnehmers 6 befindet und in dessen zugehörigem Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators 8 eine Polaritätsumkehr stattfindet. Die Spannung Vn bezüglich dieser Schleife Ln wird verglichen mit der zu der vorhergehenden Schleife Ln-1 gehörigen Spannung Vn-2, und es wird ein zu interpolierendes Segment Sn-2 oder Sn-1 nach Maßgabe des durch die obige Gleichung (1) dargestellten Algorithmus bestimmt. Nach der Bestimmung des Segments S (z. B. des Segments Sn gemäß Fig. 2) wählt die Steuerschaltung 10 die Schleife Ln (die Schleife bei X = 5n) entsprechend dem Startpunkt dieses Segments aus. Jetzt wird das durch den Aufnehmer 6 und die Verstärkerschaltung 7 gelangende Signal von der Detektorschaltung 9 in ein Gleichspannungssignal umgesetzt, und das Gleichspannungssignal wird in dem Abtast- und Halteverstärker 11 festgehalten.

Dann wählt die Steuerschaltung 10 die Schleife Ln+2 (die Schleife bei X = 5(n+2)) entsprechend dem Endpunkt des Segments Sn aus, und in ähnlicher Weise wird eine Gleichspannung ermittelt, die dann in dem Abtast- und Halteverstärker 12 gespeichert wird. Die in den Abtast- und Halteverstärkern 11 und 12 festgehaltenen Spannungen werden durch den Multiplexer 13 auf den ADU 14 gegeben und dort in Digitalwerte umgesetzt. Dadurch erhält man schließlich die zu den Schleifen Ln und Ln+2 gehörigen Spannungen Vn bzw. Vn+2.

Dann wird der Interpolationswert X _p durch die in der Steuerschaltung 10 enthaltene Arithmetikschaltung berechnet, entsprechend der obigen Gleichung (3) oder (5). Nach der Berechnung des Interpolationswerts X _p wird der maßgebliche Abweichungsbetrag On aus dem ROM-Tabellenspeicher 18, in dem die Abweichungsbeträge On für die Segmente S nach Segmentnummern gespeichert sind, ausgelesen, und schließlich wird der endgültige Wert der X-Koordinate unter Verwendung der obigen Gleichung (8) oder (9) erhalten. Bezüglich der Y-Richtung wird ein ähnlicher Prozeß durchgeführt, um die Y-Zielkoordinate zu erhalten. Diese X- und Y-Koordinatenwerte werden kombiniert, so daß das Feststellen der von dem Aufnehmer 6 gekennzeichneten Stelle in der Eingabeebene 2 b abgeschlossen ist.

Durch das beschriebene Ausführungsbeispiel werden folgende Wirkungen erzielt:

• 1. Da nicht die Notwendigkeit besteht, einen Kompensationswert in die Interpolationsberechnung einzuführen, vereinfacht sich die Berechnung, und die Rechengeschwindigkeit wird erhöht;
• 2. da nicht die Notwendigkeit besteht, die Detektorspannung Vc der Kompensationsschleife 3 a bei der Interpolationsberechnung zu berücksichtigen, erübrigt sich eine Schaltvorrichtung zum Anschließen und zum Trennen der Kompensationsschleife 3 a. Dadurch reduzieren sich die Kosten, während sich die Rechenzeit durch Fortfall des Schaltvorgangs reduziert;
• 3. da die Daten des Abweichungsbetrags On der Feldpolaritäts-Umkehr-Stelle in direkter Beziehung zum Koordinatenwert stehen, lassen sich die Daten experimentell leicht korrigieren;
• 4. es ist keine besondere Berücksichtigung der Segmentverschiebung notwendig, welche den Abweichungsbetrag der Polaritäts-Umkehr-Stelle im Peripheriebereich der Eingabeebene 2 b beinhaltet, und außerdem ist keine Berücksichtigung des Segmentunterscheidungs-Algorithmus für den Peripheriebereich notwendig. Es genügt eine Art von Segmentunterscheidungs-Algorithmus. Dadurch vereinfacht sich das System; und
• 5. da die Schritte bis zu der Interpolationsberechnung separat für X-Richtung und Y-Richtung durchgeführt werden können, läßt sich das System so auslegen, daß auf den ROM-Tabellenspeicher 18 zum ersten Mal dann Zugriff genommen wird, wenn die Koordinatenwerte kombiniert werden. Dadurch wird der Rechenvorgang einfach und die Rechengeschwindigkeit weiter erhöht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also folgende Schritte durchgeführt: Einrichten von Grob-Zonen in der Eingabeebene, in welchen der Koordinatengeber steht, während als Bezugsgröße die Polaritäts-Umkehr-Position des Magnetfelds hergenommen wird, die festgestellt wird, wenn das Abtastsignal zu den in der Eingabeebene eingebetteten Leitern nacheinander gesendet wird; Durchführen der Interpolation innerhalb der Grob-Zone, und Zusammensetzen der von dem Koordinatengeber gekennzeichneten Stelle auf der Grundlage der Koordinatenstelle der Grob-Zone und des durch die Interpolation erhaltenen Interpolationswerts.

Erfindungsgemäß läßt sich die Grobe-Zone, die interpoliert werden soll, spezifizieren, indem man eine Art von Segmentunterscheidungs-Algorithmus anwendet. Dadurch wird das Programm für den Algorithmus einfach. Der Interpolationswert läßt sich berechnen aus lediglich den Detektorspannungen, die für die Segmentunterscheidung verwendet werden. Folglich besteht für die Berechnung des Interpolationswerts nicht das Erfordernis, den Kompensationswert und ähnliches einzuführen und die Spannung aus der Kompensationsschleife zu erfassen. Insgesamt läßt sich feststellen, daß die Rechengeschwindigkeit gegenüber den bekannten Verfahren erhöht werden kann und außerdem eine höhere Genauigkeit beim Feststellen von Koordinaten erzielt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Feststellen von Koordinaten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Es werden mehrere Grob-Zonen eingerichtet, wobei als Bezugsgröße die Polaritätsumkehrstellen eines Magnetfeldes hergenommen werden, die festgestellt werden, wenn einer mit mehreren aus parallel eingebetteten Leitern bestehenden Hauptschleifen ausgestatteten Eingabeebene ein Abtastsignal zugeführt wird, so daß die Hauptschleifen durch das Abtastsignal nacheinander angesteuert werden,
• - es wird eine Grob-Zone, die interpoliert werden soll, spezifiziert,
• - die Zielstelle eines Koordinatengebers wird innerhalb der Grob-Zone interpoliert und
• - die durch den Koordinatengeber gekennzeichnete Koordinate der Zielstelle in der Eingabeebene wird berechnet auf der Grundlage der Koordinatenstelle der spezifizierten Grob-Zone und eines in dem Interpolationsschritt erhaltenen Interpolationswertes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Koordinatenstelle der spezifizierten Grob-Zone dadurch erhalten wird, daß Zugriff auf eine Festspeicher-Tabelle genommen wird, in der der Abweichungsbetrag (On; n ist eine natürliche Zahl) zwischen der Koordinatenstelle jeder Schleife (Ln) und der Koordinatenstelle des Startpunkts der entsprechenden Grob-Zone (Sn) gespeichert ist, um einen maßgeblichen Abweichungsbetrag zu erhalten, und indem die Koordinatenstelle der entsprechenden Schleife (Ln) addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Grob- Zone (Sn; n ist eine natürliche Zahl) so eingerichtet wird, daß sie an dem Punkt beginnt, an dem eine Detektorspannung (Vn), die zu der entsprechenden Schleife (Ln) gehört, den Wert Null annimmt, und an dem Punkt endet, an dem die Detektorspannung (Vn+2), die der genannten Schleife (Ln) als übernächste Schleife (Ln+2) folgt, den Wert Null annimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu interpolierende Grob-Zone als Sn bestimmt wird, wenn (Vn+2)/(Vn+1) ≧ 1 ist, wenn die durch den Koordinatengeber festgestellte Magnetfeldpolarität sich zum ersten Mal nach dem Abtasten der Schleife Ln+2 umkehrt, ansonsten zu Sn+1 bestimmt wird, wobei Vn+2 und Vn+1 die zu den Schleifen Ln+2 bzw. Ln+1 gehörigen Detektorspannungen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolationswert Xp, der für die spezifizierte Grob-Zone Sn maßgeblich ist, nach einer der folgenden Gleichungen berechnet wird: und wobei Vn und Vn+2 die Detektorspannungen sind, die zu den Schleifen Ln bzw. Ln+2 gehören.