DE3717272C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von Koordinaten bei einem Koordinaten-Eingabegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es wurde bereits ein Verfahren zum Feststellen von Koordinaten bei einem Koordinaten-Eingabegerät vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung 60-1 17 761), bei dem ein Gerät verwendet wird, welches mehrere parallel angeordnete, Koordinatenstellen entsprechende Leiter aufweist, denen Abtastsignale zugeführt werden, die mit einem auf eine Zielstelle der im Bereich der Leiter definierten Eingabeebene gerichteten Koordinatengeber erfaßt werden. Bei dem bekannten Verfahren werden gleichzeitig mindestens zwei Leitern Abtastsignale gleicher Phase zugeführt, mit Hilfe des Koordinatengebers wird ein durch die diesen Leitern zugeführten Abtastsignale erzeugtes Signal erfaßt, und es wird ermittelt, ob sich die Polarität des erfaßten Signals umgekehrt hat. Anhand einer erfaßten Polaritätsumkehr wird eine Grob-Zone ermittelt, innerhalb der die Zielstelle durch Interpolation bestimmt wird.

Ein solches Verfahren ist auch aus den DE-OS 35 07 110 und 26 29 937 bekannt. Grundlage für dieses Verfahren ist die Tatsache, daß der Abstand der parallelen Leiter bekannt ist und sich die bei der Abtastung entstehenden Felder im Bereich der Leiter etwa proportional mit dem Abstand von den einzelnen Leitern ändern. In der DE-OS 35 07 110 ist vorgeschlagen, anhand der unterschiedlichen Potentiale für drei verschiedene Leiter die Zielstelle der Eingabeebene zu ermitteln. Die Leiterabstände definieren die Größe der Grob-Zonen. Bei den bekannten Verfahren wird nun davon ausgegangen, daß sich die Polarität der erzeugten Magnetfelder zwischen zwei Leitern am Mittelpunkt zwischen den Leitern ändert. Allerdings hat es sich gezeigt, daß diese Annahme nicht immer gerechtfertigt ist, sondern daß es zu Verschiebungen der Polaritätsumkehrstellungen kommt. Dieses Problem soll im folgenden näher diskutiert 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 Leiter ihre Polarität bei X= 10, 15, 20, 25 und 30 mm umkehren und mit L₁₀, L₁₅, L₂₀, L₂₅ bzw. L₃₀ bezeichnet sind. Obschon die Verteilung der Magnetfeldstärke H _z für jeden Leiter L₁₀-L₃₀ 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 Koordinatengeber oder 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 dem Leiter L₂₅ gehörige Detektorspannung V₂. Dann wählt das System den Leiter L₁₅, d. h. der um zwei Leiter vorausgehende Leiter S (5-2)=S 3; X=25-10=15 mm, und es erhält die dazugehörige Detektorspannung V₁. 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 Leiter und Segmente durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 11 identifiziert sind. Es sei weiterhin angenommen, daß sich der Aufnahmer 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 wird die Interpolation in der Zone von 10 mm≦X≦20 mm durchgeführt.

Man sieht, daß die Inerpolations-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 60-2 90 797 vorgeschlagen, die Absolutwerte der Detektorspannungen eines ersten Leiters bei der die von dem Koordinatengeber festgestellte Polaritätsumkehr des Magnetfelds zuerst festgestellt wurde, und von einem zweiten Leiter, die dem ersten Leiter eine gegebene Anzahl von Leitern 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 Leiter durch Ln bezeichnet sind. Die Interpolationszonen sind jeweils 10 mm lang. Die Segmente sind so definiert, daß sie einander um 5 mm überlappen. Die Leiter 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 Leitern Ln-2 und Ln bei der Interpolation mit dem Segment Sn-2 verwendet. Wenn die X-Koordinaten des Schnittpunkts C₁ der Detektorspannungen Vn-2 und Vn-1 mit A und die X-Koordinate des Schnittpunkts C₂ 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 C₁ von Vn-1 und Vn-2 und am Schnittpunkt C₂ 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 der Leiter Ln angesteuert wird. Um also dem obengenannten 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 C₁ und C₂, 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 L₀, L₁, . . . nacheinander die Polaritätsumkehr der Magnetfeldstärke H _z zum ersten Mal bei Ankommen an dem Leiter Ln festgestellt wurde. Unter dieser Bedingung gilt:

• (1) Sn-1 ausgewählt, wenn |Vn/Vn-1|≦1 (Vn-2, Vn bei Interpolation verwendet)   (1)
• (2) Sn-1 ausgewählt, wenn |Vn/Vn-1<1 (Vn-1, Vn+1 bei Interpolation verwendet)   (1)

Mit der obigen Auswahl befinden sich die Detektorspannungen für die Interpolation stets innerhalb der Interpolationszone und sind größer als die Spannungen an den Schnittpunkten C₁ und C₂. 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 14 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 obenerwähnten 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 |Vn/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 Interpolaltion verwendete Spannung einen kleinen Wert annimmt und daß ein Koordinaten-Ausgabewert instabil wird, wenn die Erfassung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird. 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 vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung 61-1 06 837), 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. 9 gezeigten Blockdiagramms der Aufbau einer Koordinateneingabevorrichtung erläutert werden. Die Vorrichtung besitzt eine Eingabeebene 2 b, die mit Hauptleitern 2 a und einem Kompensationsleiter 3 a ausgestattet ist, einen Treiber 2 zum Abgeben eines eine gewisse Amplitude aufweisenden Stroms von einem Oszillator 1 zu den Hauptleitern 2 a, einen weiteren Treiber 3 zum Einspeisen eines Stroms in den Kompensationsleiter 3 a, einen Aufnehmer 6 mit einer Magnetfeld-Detektorspule, welcher als Koordinatengeber (Koordinaten-Detektorglied) fungiert, eine Verstärkerschaltung 7, die als 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 Hauptleitern 2 a und eine Y- Schaltvorrichtung 5 in Verbindung mit der in Y-Richtung orientierten Gruppe von Hauptleitern 2 a.

Die Hauptleiter 2 a sind zueinander parallel in der Eingabeebene 2 b mit Abständen von 5 mm eingebettet. Ein Ende jedes Leiters 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 Leiter sind in ähnlicher Weise angeordnet und orientiert, so daß sie die Leiter der X-Richtung senkrecht kreuzen.

Der Kompensationsleiter 3 a wird durch einen von den Hauptleitern 2 a unabhängigen Leiter gebildet, der in der Nähe der Quellenleitung 2 s der Hauptleiter 2 a derart angeordnet ist, daß er sämtliche Hauptleiter 2 a umfaßt. Mit einem Ende ist der Kompensationsleiter 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 Hauptleiter 2 a fließenden Strom. Das andere Ende des Kompensationsleiters ist geerdet. In dem ROM-Tabellenspeicher 15, der als erste Speichereinrichtung zum Speichern von Kompensationswerten fungiert, sind Kompensationswerte für die jeweiligen Leiter 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 Hauptleiter 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 (Koordinatengebers) 6 geschieht grundsätzlich durch folgende drei Schritte: Erfassen der Grob-Zone 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 Leiter L nacheinander einen Strom ein, wobei der jeweilige Leiter festgelegt wird durch den Betrieb der Schaltvorrichtung 4 und 5, die ihrerseits von der Steuerschaltung 10 angesteuert werden. Während dieses Vorgangs wird ein Strom mit der halben Amplitude des durch die Hauptleiter 2 a fließenden Stroms von dem Treiber 3 durch die Kompensationsleiter 3 a geschickt.

Während die einzelnen Leiter L von dem Strom abgetastet werden, wird das durch den jeweiligen wirksamen Leiter 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 der Leiter L auf der linken Seite der Zeichnung bezüglich des Aufnehmers 6 angesteuert wird. Dann kehrt sich die Polarität des erfaßten Magnetfelds um, wenn der Leiter 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 Leiter L nacheinander in der Reihenfolge X₀, X₁, X₂, . . . X _n ausgewählt und mit Strom beschickt werden, wird derjenige Leiter Ln in der Nähe des Aufnehmers 6 festgestellt, durch die das Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators 8 umgekehrt wird. Nach dem Erkennen dieses Leiters Ln erfaßt das System eine zu diesem Leiter Ln gehörige Spannung Vn sowie eine weitere Spannung Vn-1, die zu dem vorausgehenden Leiter 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 den auf der rechten Seite des Segments Sn-2 befindliche Leiter 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 Spannmungen Vn-2 und Vn der Leiter Ln-2 bzw. Ln zu erhalten.

Dann schaltet die Steuerschaltung 10 beide Schaltvorrichtungen 4 und 5 ab. Demzufolge fließt nur der obenerwähnte vorbestimmte Strom lediglich durch den Kompensationsleiter 3 a. Durch Erfassen eines A/D-gewandelten Ausgangssignals ist es möglich, in der oben beschriebenen Weise eine für den Kompensationsleiter 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 Interpolaltionswert P′ berechnet ist, wird auf den ROM-Tabellenspeicher 16, in welchem Korrekturwerte P für die Korrektur der obenerwähnten 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 Rostcomputer liefern.

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, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach durchzuführen ist und dennoch korrekte Ergebnisse unter Berücksichtigung der möglichen Verschiebungen von Polaritätsumkehrstellen liefert.

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 Grob-Zonen (Segmente) eingerichtet, indem als Bezugsgröße die festgestellten Polaritäsumkehrstellen 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 dem Leiter Ln gehörige Detektorspannung betrage Vn, die Detektorspannung für den Leiter Ln+2 betrage Vn+2. Ein Interpolationswert Xp 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 Leitern Ln und Ln+2 erhält man durch Addieren des Abweichungsbetrags On des Segments Sn von der Schleife Ln:

X = Xp + 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 Verschiebeeinrichtungen,

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 der Grob-Zone oder 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 Leiter L und Spannungsverteilungskurven, die zu dem jeweiligen Magnetfeld gehören, das entsteht, wenn diese Leiter L abgetastet werden. In der Zeichnung sind auf der Abszisse oder horizonntalen Achse die jeweiligen Abstände 5n in der X-Richtung der Leiter 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 Leiter 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, wenn der n-te Leiter Ln abgetastet wird, während der Endpunkt definiert wird durch einen weiteren Punkt oder Fleck, bei dem die Detektorspannung Vn+2 Null wird, wenn der auf den Leiter Ln als übernächstes abgetastete Leiter 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 ersen Mal, wenn der (n+2)-te Leiter Ln+2 abgetastet wird. Wenn die zu dem Leiter Ln+2 gehörige, von dem Aufnehmer 6 erfaßte Detektorspannung Vn+2 beträgt und die zu dem Leiter 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 der n-te Leiter Ln abgetastet wird. Es ist also möglich, einen Interpolationswert Xp aus der obigen Gleichung (3) zu erhlaten, 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 den Leiter L₅ bei X=20 mm, d. h., das Segment S 5 mit dem Startpunkt bei X=22,36 mm; den Leiter L₁₉ bei X=95 mm, d. h., das Segment S 19 mit dem Startpunkt bei X=95,07 mm; und den Leiter L₃₄ 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 Leiter 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 der näher an dem Endpunkt des Segments Sn liegende Leiter 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 (X100 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) des jeweils anzusteuernden Leiters 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 Xp , 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 Leiterposition des Leiters 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 des Leiters 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 Xp 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:

wobei Xp=Vn/(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:

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 diese dem Stand der Technik entspricht.

Nach dem Abtasten des Leiters L wird der Leiter Ln erfaßt, der sich in der Nähe des Aufnehmers 6 befindet und in dessen zugehörigem Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminators 8 eine Polaritätsumkehr stattfindet. Die Spannung Vn bezüglich dieses Leiters Ln wird verglichen mit der zu dem vorhergehenden Leiter Ln-1 gehörigen Spannung Vn-1, 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 den Leiter Ln (den Leiter 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 den Leiter Ln+2 (der Leiter 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 Multiplizierer 13 auf den ADU 14 gegeben und dort in Digitalwerte umgesetzt. Dadurch erhält man schließlich die zu den Leitern Ln und Ln+2 gehörigen Spannungen Vn bzw. Vn+2.

Dann wird der Interpolationswert Xp durch die in der Steuerschaltung 10 enthaltene Arithmetikschaltung berechnet, entsprechend der obigen Gleichung (3) oder (5). Nach der Berechnung des Interpolationswertes Xp 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.

Claims (5)

1. Verfahren zur Feststellung von Koordinaten bei einem Koordinaten-Eingabegerät, welches mehrere parallel angeordnete, Koordinatenstellen entsprechende Leiter (Ln) aufweist, denen Abtastsignale zugeführt werden, die mit einem auf eine Zielstelle der im Bereich der Leiter definierten Eingabeebene gerichteten Koordinatengeber erfaßt werden, umfassend folgende Schritte:

• - Mehrere Grob-Zonen werden eingerichtet, wobei als Bezugsgröße die Polaritätsumkehrstellen eines Magnetfeldes verwendet werden, die festgestellt werden, wenn den Leitern nacheinander Abtastsignale zugeführt werden;
• - eine Grob-Zone, innerhalb welcher die Zielstelle durch Interpolation bestimmt werden soll, wird ermittelt;
• - die Zielstelle des Koordinatengebers wird innerhalb der Grob-Zone interpoliert; und
• - die Koordinate der Zielstelle in der Eingabeebene wird berechnet auf der Grundlage der Koordinatenstelle der ermittelten Grob-Zone und des erhaltenen Interpolationswertes,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung der Verschiebung der Polaritätsumkehr die Koordinatenstelle der ermittelten Grob-Zone dadurch erhalten wird, daß Zugriff auf eine Tabelle in einem Festspeicher genommen wird, in der ein Abweichungsbetrag (On; n ist eine natürliche Zahl) zwischen der Koordinatensstelle jedes Leiters (Ln) und der Koordinatenstelle des Startpunkts der entsprechenden Grob-Zone (Sn) gespeichert ist, welcher Abweichungsbetrag zu der Koordinatenstelle des entsprechenden Leiters (Ln) addiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 dem entsprechenden Leiter (Ln) gehört, den Wert Null annimmt, und an dem Punkt endet, an dem die Detektorspannung (Vn+2), die dem genannten Leiter (Ln) als übernächster Leiter (Ln+2) folgt, den Wert Null annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grob-Zone, in der interpoliert werden soll, als Sn bestimmt wird, wenn die durch den Koordinatengeber festgestellte Magnetfeldpolarität sich zum ersten Mal nach dem Abtasten des Leiters Ln+2 umkehrt und |(Vn+2)/(Vn+1)|1 ist, ansonsten zu Sn+1 bestimmt wird, wobei (Vn+2) und (Vn+1) die zu den Leitern Ln+2 bzw. Ln+1 gehörigen Detektorspannung sind.

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