CN1025691C - 计量装置及其校正方法 - Google Patents

Abstract

一种测量表面形状和特性的计量装置，用了产生AC测量信号的感应式传感器和一跟踪AC模/数转换器。为避免在表面上高速横向移动时因传感器不平直频率响应特性而引起输出信号的误差，用一数字滤波器对输出信号进行处理，以提供一种组合频率响应特性，它在所要求工作范围内都是平直的。为避免因传感器的非线性使输出信号出现误差，对该信号进行了二或三次方修正。对为获得修正过程中所需的二次项和三次项系数的装置校正方法也作了说明。

Description

本发明涉及计量装置，特别是与那种用于测量工件表面特性的装置有关。

通常，这种装置包括一个沿工件表面作横向往返移动的触针和一个传感器，该传感器产生一个依赖于触针响应表面特性（如结构或形状）的运动的信号。目前在市场上可买到的大多数用于测量表面特性的装置只能测量表面结构，这种测量需要很高的分辨力，与形状测量分开进行，需要该传感器有一个相当长的工作范围。这是因为目前在市场上可买到的大多数用来检测一个工件表面的装置其工作范围与分辨力之比相当低。虽然还可以在市场上买到可同时测量表面结构和形状的仪器，但这种仪器应用了能提供所需高的工作范围与分辨力之比的干涉测量传感器，这种传感器是很昂贵的，并且由于需要装备各种光学元件和激光器，使得该仪器相当笨重。

在市场上也可以买到价格较低的传感器，特别是感应式传感器。这类传感器产生一种模拟输出信号，为使其应用于装备有现代计算机的装置，这种模拟信号必须转换成数字信号形式。目前价格合理的市售通行计量电路系统使用分辨力高于10比特的通行高精度模/数转换器是不合适的，它不能在所需要的工作范围内提供足够的分辨力以使表面结构和形状的测量能同时进行。

因此，需要一种低成本的表面传感器装置，该装置包括一个直 接与一个模/数转换器相连接的传感器，所述转换器能将该传感器输出的信号转换为具有所要求的工作范围和分辨力的数字形式，因此，不再需要目前通行的这种具有缺陷的测量电路系统。进而，该装置最好是能在所述表面传感器的各种移动速度下工作。因此，为满足这种要求，所必须的是：所述模/数转换器应当可以精确地将模拟输出信号数字化，该数字信号的频率可以随传感器在工件表面上的移动速度和工件表面的特性而变化。

有一种从英国专利申请公开文本GB-A-2207511得知的电子测量仪，该仪器的输出变量（在这种情况下指的是信号的频率）因S形误差的原因，相对于移动距离是非线性的。这要靠二次修正公式来加以修正。该二次修正公式的系数据说是根据经验确定的，但是并没有给出这是如何进行的。所述二次公式的用途看来是为了改善在其通常工作范围内该传感器的精度，而不是为了扩展其工作范围。在英国专利申请公开说明书GB-A-2207511中所给出的那种传感器具有一个在一条直线上移动的磁芯，而且它与所述触针的运动保持一致。这就避免了由于该磁芯的曲线运动而引起的误差，而这种误差往往产生在一种磁芯和触针在其中绕轴转动的传感器中，结果，传感器的误差修正就变得相当简单。然而，这种磁芯纵向配置型部件的体积限制了该传感器用来测量工件入口受限制的被测表面，例如一个环形工件的内表面。

本发明的目的就是解决这些问题。

一方面，本发明提供了一种用于计量仪器的表面测试装置，包括一个用于产生表示表面特性的模拟信号的传感器;一个模/数转换装置，该装置包括一个可产生跟踪由所述传感器发出的模拟信号 的数字输出信号的跟踪回路;以及用于补偿该跟踪回路频率响应不平直的补偿装置。

另一方面，本发明的目的在于提供一种计量装置，在这种装置中，利用一种价格相当低的传感器，例如感应式传感器，提供了经过改进的工作范围与分辨力比。最好是借助于对由所述传感器产生的补偿操作以扩大工作范围来达到这一目的。

以下通过实例并参考附图来对本发明作进一步说明。

图1是用来实施本发明的一种计量装置。

图2是在图1的装置中所涉及的电路的简化了的方块图。

图3更详细地表示了图2电路的局部。

图4是表示图3电路详细局部的方块图。

图5是说明图3和图4电路的频率响应的曲线。

图6说明图4电路系统的变换功能。

图7说明图3电路系统的变换功能。

图8用图示法表示一个与图3的电路相组合的滤波器的工作状况。

图9是一幅说明图1的装置中的触针的移动状态图，其目的在于使人们可以理解所述装置的校正。

参考图1和2，一种用于测量表面特性的计量装置包括一个用于支撑一个具有待测量的表面6的工作4的基座2，一个被固定在基座2上的垂直柱8支撑着一个可在垂直方向上移动的托架10，在该托架上支撑着一个水平基准杆12，另外还装配着一个托架14以便沿所述基准杆12作水平方向移动，并且载带有一个传感器16，该传感器具有带触针19的触针臂18。一个在图1中用示意图标出的马达20被 安装在托架14上，用以使托架14沿基准杆12作水平移动。还有另外一个马达12被安装在托架10上，用以使托架10沿柱8作上下垂直移动。

在该装置工作过程中，托架10被设置在一个垂直位置上，以便使触针19与表面6相接触。然后，操纵马达20使托架14沿基准杆12作水平移动，于是使触针19在待测表面6上作横向移动。

一个线性光栅在图1中用22表示，它具有一系列反射和不反射的条纹，固定在基准杆12上，来自光源24的光被光栅22反射并被一对安装在托架14上的光传感器（26，27）所检测。光栅也可以由一系列透明和不透明条纹所构成，传感器26、27用来检测透过光栅的光。一个参考刻度尺（未示出）可以同传感器26、27安装在一起。当托架沿基准杆12移动时，传感器26、27分别在线28和30上给出正弦电信号。将传感器26、27这样固定，使线28和30上的信号相位差为90°。这些信号被输入一个插入器32，该插入器使它们的频率放大四倍。这可以按照以下文件中所描述的方式进行，所述文件指的是与代理人的参考文件同时提交的并提出英国专利申请8914417.4优先权的专利申请文件。该同时提出的申请作为参考资料已包括于本申请文件之中。插入器32经线34和36输出已处理过的信号并将它们输入一个过零检测器38，该检测器对应于经线34和36的每一个信号的每一个过零点在线39上输出脉冲。在一种市售传感器装置中，如果所述光栅具有8微米的栅距，那么由传感器26、27发出的信号具有相应于4微米的周期。而后，每当托架14沿基准杆12移动0.25微米，在线39上就出现一个脉冲。

当托架14沿基准杆12移动，并因此使触针19沿工件表面6横向 往返移动时，触针19响应表面6的表面特性和形状特点基本上作垂直方向运动。传感器16是一种感应式传感器，对应于这种基本上是垂直方向的运动，它产生一种输出信号，该信号被一模/数转换器40加以数字化处理并输入一台微处理机42，该处理机响应线39上的脉冲，按托架14沿基准杆12每移动0.25微米间隔对来自传感器16的数字信号采样，并将最后得到的采样信号存入存储器44中。该装置还包括一台计算机46。该计算机被编程对该装置进行总的控制，包括对马达20和21的控制，并且处理存入存储器44中的信号，以提供有关表面6的表面特性和形状的信息。还备有一键盘45用来作为计算机46的输入装置。表示表面特性的信号由计算机46输出，经由一个可滤去不需要的高频噪声的低通滤波器48，输入一显示装置49，例如阴极射线管，以及一台可用以制出工件表面图形的打印机50。显示装置49和打印机50可以接收数字输入信号。或者是，它们其中之一或它们两者都可以接收来自一个任选数/模转换器47的模拟信号，如图2所示。

参考图3，传感器16包括一个磁芯52，该磁芯固定在触针臂18的一端，并且当触针19沿工件表面横向往返移动时，该磁芯可以响应触针臂18另一端的触针19的移动而在箭头54所示的其中一方向上移动。与磁芯磁耦合的线圈56、58在点60处有中心抽头，并形成一个桥路的两臂，该桥路的另外两臂由阻值相等的电阻器62、64构成。一个参比振荡器65提供参比振荡信号Vsinwt给所述桥路，方案是这样的，当磁芯52处于中心位置，线圈56和58的阻抗相等，中心抽头60与处于电阻62、44间的另一个中心抽头66之间的电位差是零。如果磁芯52在一个方向上运动，在抽头60和66之间就会出现一同相位 的正弦电压KVsinwt，其振幅KV（K在0与1之间）取决于磁芯运动时所通过的距离。如果磁芯52从中心位置在相反的方向上运动，在抽头60和66之间则出现一反相位的电压KVsinwt（K在0与-1之间），其振幅-KV取决于磁芯52运动所通过的距离。连接抽头60和66以将一计量信号KVsinwt提供给模/数转换器40的输入端70、72，该转换器在另外的输入端74、76从振荡器65还接收参比信号Vsinwt。电路40输出一表示抽头60和66之间的电压振幅的数字信号φ以供微处理机42取样。

所述模/数转换器40可用以提供一个高分辨力的输出信号，最好达到15比特，其结构如图4所示。

参考图4，输出信号的数字值保持在一个升降计数器100中。计量信号KVsinwt和参比信号Vsinwt分别被输入缓冲放大器102、104中，这些被寄存的数值被输入一个高精度的乘法器106中。该乘法器106也接收由计数器100输出的数字输出值φ，并且可分别用Cosφ和Sinφ乘计量信号和参比信号，以便分别在108、110线上产生输出信号KVsinwt·Cosφ和Vsinwt·Sinφ。然后，在一个误差放大器112中减去108、110线上的这些信号，以产生一个误差信号Ve＝Vsinwt（Kcosφ-Sinφ），这可以表示如下：

$\mathrm{Ve=\; V}\sqrt{\mathrm{1\; +\; K}{}^2}\mathrm{·\; S\; i\; n\; w\; t\; ·\; S\; i\; n\; (\; \theta \; -\; \phi \; )}$

式中

Sinφ=K/ $\sqrt{\mathrm{1\; +\; K}{}^2}$

V＝参比信号的振幅;

K＝计量信号振幅与参比信号振幅之比（即计量信号的振幅＝KV）;

W＝振荡信号的角频率（以弧度/秒为单位）;

t＝时间;

φ＝表示抽头60与66之间电压振幅的数字信号。

所述误差信号Ve被输入一个相敏检测器114，在其中Ve被乘以 所述经缓冲放大的参比信号Vsinwt，以产生一信号Vpsd，由下式给出：

${\mathrm{Vspd=\; V}}^2\sqrt{\mathrm{1\; +\; K}{}^2}{\mathrm{·\; S\; i\; n}}^2\mathrm{w\; t\; ·\; S\; i\; n\; (\; \theta \; -\; \phi \; )}$

该式还可以表示为：

${\mathrm{Vspd=\; V}}^2\sqrt{\mathrm{1\; +\; K}{}^2}\mathrm{·\; S\; i\; n\; (\; \theta \; -\; \phi \; )\; ·\; (\; 1\; -\; C\; o\; s\; 2\; w\; t\; )\; /\; 2}$

然后，将这一信号用一个滤波器116加以滤波，以除去频率为2W的交流成分，结果留下了一个检测器信号Vd，由下式给出：

${\mathrm{Vd=\; V}}^2\sqrt{\mathrm{1\; +\; K}{}^2}\mathrm{·\; S\; i\; n\; (\; \theta \; -\; \phi \; )\; /\; 2}$

所述检测器信号Vd被用作为电压控制振荡器（VCO）118的控制电压，该电压控制振荡器通过经线120输出的信号控制计数器100的升降计数，并通过线122提供计数脉冲。所述VCO118是这样设置的，当Vd大于零时，输出值φ增加，而当Vd小于零时，输出值φ减小，于是该电路趋向于减小Vd，结果Sin（θ-φ）趋向于零。所述数字输出值φ是经过一个寄存器124和三态输出寄存缓冲装置126从计数器100中获得的。

如图4所示的跟踪式交流模/数转换装置可以在市场上买到（例如AP1304型转换器和2S56型转换器，可在下述地点买到：Analog    Devices，One    Technology    Way，PO    Box    9106，Norwood，Massach    usetts    02062，USA），但是它们也存在以下问题，即跟踪电路中的增益作为加到70、72端的计量信号的调制分量的频率的函数而变化。图5用曲线A说明这样一个电路的一种典型的变换函数H（θ）＝φ/θ。为了满足可以测量表面特性和形状两种特性的计量装置的需要，最好是该模/数转换电路的增益对于从零到大约300HZ的调制分量的频率范围保持在一个常数值加或减1%之间。如从图5可看到的那样，所述曲线A不能满足这种要求，因此图5表明已知的跟踪电路型的AC模/数转换器实质上很不适合用作与本发明特别相关的表面传感器 装置型的计量仪器。图5还用曲线B说明了一种实际上是理想状态的变换函数F（θ）＝ψ/θ。本发明的最佳实施例包括用于对曲线A的变换函数进行补偿的补偿装置，在图3中用300表示。所述补偿装置300包括一个微处理机302，它接收从与所述微处理机302连接的跟踪转换器40和一个存储器304发出的数字输出信号。

在操作过程中，所述微处理机302读出一系列从跟踪转换器40输出的数字输出值将其作为输入信号，并将预定数目的这些输入值存储在所述存储器304中，计算输出值ψ并将预定数目的这些输出值也存储入存储器304中，根据现时输入值和所存储的输入值以及所存储的输出值计算现时输出值。更具体地讲，所述计算是根据以下内容进行的。

所述跟踪AC模/数转换器的转换函数H（θ）＝φ/θ用图6表示，很明显，该函数为：

H(θ)= (φ)/(θ) = (1 + ST1)/(1 + ST1 + S²/Ka + S³T2/Ka)

其中S是拉普拉斯算子函数JW，T1和T2是时间常数，对于上述转换器，其典型值分别是2.412ms和0.345ms，并且Ka是一个常数，对上述转换器来说通常是454821S^-2。

对于组合的所述转换器40和补偿装置300，理想的转换函数F（θ），如在图5中用曲线B所表示的那样，可以用下式表达：

F(θ)= (ψ)/(θ) = (WO²)/(S²+ 2_P·WO·S + WO²)

式中WO是理想的新的截止角频率，例如2π·300弧度/秒，β是误差因子。因此，所述补偿装置300所要求的转换函数G（φ）由下式给出：

G（φ）＝ψ/φ＝F（θ）/H（θ）

如在图7中用图所表示的那样。

利用所述微处理机302和存储器304执行对转换函数G（φ）的补偿，需要将连续拉普拉斯表达式转化为一种非连续的表达式，例如，可以将双线性转换技术应用于该函数G（φ），进行这种转化以获得非连续型的表达式：

(ψ)/(θ) = (a_a· Z⁰+ a₁·Z^-1+ a₁·Z^-2+……+a_n·Z^-n)/(b^o·Z^O+ b₁·Z^-1+ b₂·Z^-2+……+b_n··Z^-n)

式中ψ表示补偿装置的输出值，a₀，a₁，…，a_n，b₀，b₁，…b_n是常数，而Z₀，Z^-1，Z^-2，…，Z^-n分别表示在该补偿装置的运行过程中现时的，倒数第2，倒数第3，…，倒数第n+1项的采样瞬时值，从而Z⁰φ表示补偿装置的现时输入值，Z^-1φ表示补偿装置的倒数第2项输入值，Z⁰ψ表示从所述补偿装置中现时输出值等等，依此类推。为了进一步解释上述情况以及理想转换函数的常数的产生，建议参考以下文献：Forsythe W，“计算数字滤波器常数的新方法”（“A New Method for the Computation of Digital Filter Coefficients”），Simulation 44：1 23-31 January 1985。应注意可将Z⁰，Z^-1等作为单独的数学实体进行处理，并且它们的上标0，-1等可以作为乘方幕来处理。这样处理的结果是Z⁰＝1，因为任意值的零次方都等于1。

上述公式可以换一种方式用下面的方式来表达：

Z⁰ψ＝（1/b₀）｛[a₀·Z⁰φ+a₁·Z^-1φ+…+a_n·Z^-nφ]

-[b₁·Z^-1ψ+b₂·Z^-2ψ+…+b_n·Z^-nψ]｝

这样可以看出，来自所述补偿装置300的现时输出值Z⁰ψ是所述现时输入值Z⁰φ以及最后的几个输入值Z^-1φ至Z^-nφ与最后的几个输出值Z^-1ψ至Z^-nψ的算术函数。补偿装置300可以用来进行这种计算、其循环滤波操作可进行较少次数的操作，例如，只使用最后五个输入和输出值，也就是说取n＝5。然而，还可以使用非循环式或有限脉冲响应技术，并且在这种情况下，可使用最后79个输入值和输出值。鉴于所涉及的处理量，所述补偿装置最好是使用一种有限脉冲响应（FIR）数字滤波装置，例如从美国Motorola公司（Motorola Inc，USA）可以买到的DSP56200型装置。

所述FIR滤波器在图8中用图示法加以表述。所述现时输入值Z⁰φ从微型计算机302输入移位寄存器400，该寄存器存储现时值和最后79个输入值。另外一个移位寄存器402存储最后79个输出值。如所示那样，每一个被存储的输入值和输出值被乘以相应的系数a₀至a₇₉和-b₁至-b₇₉，并且把乘积相加，所得到的和除以系数b₀以产生现时输出值Z⁰ψ，于是该值又被返输回所述微处理机302中，并且还把它输入移位寄存器402。系数a₀至a₇₉和b₀至b₇₉在该装置重新设置初始值时从微处理机302中清除。

在图5中，曲线C说明了在一个试验电路中所获得的补偿后的转换器最终的增益。如所看到的那样，曲线C保持在极限值加或减1%的范围内，直到一个非常接近300Hz的点。

如以上所见，如图4所示的模/数转换装置可以在市场上买到， 并且具有高稳定工作性能。就15比特的输出值而言，由这样的一种电路可获得的工作范围与分辨力之比大约为32000。然而，一般来说传感器可提供具有良好线性的输出值的工作范围是太小了，不能满足上述工作范围与分辨力之比。所述输出值的线性随所使用的传感器的精确性而变化。一种小尺寸的传感器或许可能当磁芯在离开中心位置的任一方向上移动0.1mm时具有0.1%的输出误差，这就是传感器通常的工作范围，而若按以上所给出的工作范围与分辨力之比，可能需要磁芯由中心位置向上移动0.5mm，此时误差可能上升至5%。这样的一种传感器不能在整个工作范围内以可接受的精密水平提供高工作范围与分辨力比。

由于磁芯位移大而出现的非线性可因许多因素而产生。一般说，触针19的运动使得触针臂18围绕在触针19和磁芯52之间的一个支点转动。在磁芯移动时，磁芯52的必然会出现的弧形移动使得它相对于线圈56、58的角度发生了变化。此外，大的移动将使磁芯52向侧向移动，从而改变了它与线圈56、58之间的间隙。因此，大的移动导致磁芯52与线圈56、58之间耦合状态的非线性变化，并且这些变化在两个线圈56、58上将不具有匹配效应。图3所示的线圈56、58的配置使得它能起一个差动变送器的作用，在这种变送器中，磁芯52的移动使得感应在一个线圈中减弱而在另一个线圈中增强。然而，由于移动幅度大，磁芯52可能变得只与这两个线圈之中的一个有非常弱的耦合，结果这两个线圈的感应的变化不再匹配。另一种误差可能是因触针19的尖端尺寸有限而产生的。本发明的一个特点是补偿了这种非线性，结果使传感器16能够应用的整个工作范围得到扩展，以使能从精确使用的数/模转换器中获得高的工作范围与分辨力之比。

为了进行这种补偿，计算机46被编程以获得一个表示磁芯52的真实位移的信号Z（并且因此获得触针尖端响应工件表面特性的真实位移），这是通过完成对用Z表示的信号的计算来进行的，而所述信号Z是通过微处理机42从装置40的输出信号所获得并存储在存储器44中的，计算公式如下：

Z＝Az+Bz²+Cz³

式中，A、B和C是校正常数。在该机器工作之前，在一校正操作程序中计算这些数据，如图9所示，在所述校正操作中，使触针19沿一个校正球500的表面从位置502通过中心位置504到最终位置506移动，这些位置是这样设置的，使在运动过程中，触针的运动遍及它的全部工作范围。

从图9可看到触针被支撑围绕一支点508转动，并且其合成运动在Z方向（如图9所示的垂直方向）伴随有少量X方向（图9中的水平方向）的运动，这从比较图5中触针19的实线和虚线位置就可以清楚地看出。微处理机42除去将所述传感器的输出值Z存储在存储器44中之外，还可以有效地将所述触针的位置X存储于其中，所述X位置是以39线上的脉冲计数来表示的。然而，由于触针尖端在X方向上的运动伴随有该触针绕508的转动，所以最初存储在存储器44中的这些X值是不正确的。

过去，这种X方向上的误差的补偿是通过调节所述触针移动速度或记录装置移动速度来进行的。这不能完全令人满意，并且不能提供具有修正过的X值的信号。在所举的实施例中，存储在存储器44中的X值是经过修正的。计算机46借助于以下计算来达到这一目的：

X＝x+DZ+EZ²

X是经过修正的X值，上述公式中的D和E也是校正常数。

在前述公式中的常数A、B、C、D和E是在图9所示校正操作过程中按以下重复方式计算的。

步骤1，首先，该触针19沿已知直径R的校正球500作横向往复移动，对触针信号进行N次采样，取信号Zi（i＝1，2，…，N）和相应的X位置的Xi，并予以存储。

步骤2、根据初始位置502处的Z1、X1值、中心位置504处的Z（N/2）、X（N/2）和最终位置处的ZN、XN，确定校正球500的近似中心座标（a，b）。

步骤3，然后，令所述校正常数的初始值A＝1，B＝0，C＝0，D＝0，E＝0。

步骤4，利用这些校正常数来确定修正值Zi，Xi，并且计算一系列的估算值Ti如下：

Zi＝AZi+BZi²+CZi³i＝1至N

Xi＝Xi+DZi+EZi²i＝1至N

Ti＝{R²-（Xi-a）²-（Zi-b）²｝/2 i＝1至N

步骤5，对校正常数A至E，a和b的增量dA、dB、dC、dD、dE、da和db分别加以选择以使平方差值F的总和减到最小，这里，

F＝∑Fi²i＝1至N，以及

Fi＝Ti-（Xi-a）da-（Zi-b）db

-（Zi-b）zidA-（Zi-b）zi²dB-（Zi-b）zi³dC

-（Xi-a）ZidD-（Xi-a）Zi²dE

步骤6，校正常数及a和b增加一个增量，如下式：

new（A）＝old（A）+dA

new（B）＝old（B）+dB

new（C）＝old（C）+dC

new（D）＝old（D）+dD

new（E）＝old（E）+dE

new（a）＝old（a）+da

new（b）＝old（b）+db

步骤7，确定已修正过的绝对值的总合是否小于预先确定的允许偏差值的总合，即

abs（dA）+abs（dB）+abs（dC）+abs（dD）+abs（dE）＜tol？

如果不是这样，那么利用订正过的校正常数new（A）至new（E）以及new（a）和new（b）重复步骤4至7;但是如果是那样的话，则将各校正常数存储在存储器44中（最好是其中的一种非易失部分），以便用于后续测量程序，并且结束校正操作。

显然，对上述校正方法还可以作出各种改进，例如在第一次进行步骤7之前可以将步骤4至6连续进行六次，并且如果说重复二十次仍然不能给出一个允许范围内的修正，那么该校正程序可以终止，并可以就该程序的不收敛性发出报警信号。

上述校正技术应用了高斯-牛顿算法和QDR分解算法解非线性最小二乘方法问题，在以上两种算法中应用了Givens变换。关于这一点可参考以下文献：Kennedy，William    J.，Jr.;Gentle，James    E.“统计计算”（“Statistical    Computing”），（1980），Marcel    Dekker    Inc。然而显然还可以应用另外的标准非线性最小二乘法解题技术。

在一种试验装置中利用了这种技术，已经达到具有37nm的分辨 力的1.18mm的工作范围，工作范围与分辨力之比为32000，具有200nm的精度。因为该实验装置包括了一种如参考附图所述的感应式传感器，这表明该项技术状态中的一种实质性进步。

许多其他改进方案也可以包括在本发明的范围内，例如可以包括量程转换，并且如果需要的话，用公式Z＝Az+Bz²+Cz³来表示的补偿方式也可以根据选定的范围加以选择性地应用。例如，可在某些范围不补偿，或进行不同形式的补偿，如用Z＝Az+Bz²所表示的补偿方式进行补偿。

尽管如附图所示最佳实施例所述触针被装配作转动运动，当触针转动时需对其X方向上的移动加以修正，但本发明也还可以应用于这样一种装置，在该装置中所述触针的装配方式可使其在Z方向上作直线运动，在这种情况下，对于X方向上移动的修正将是不必要的。

Claims (19)

1、一种计量装置，包括一个用于产生一种表示表面特性的模拟电信号的传感器(16)和一个为使传感器信号数字化而设置的模/数转换器(40)，其特征在于：

所述转换器(40)在一个特定频率范围内具有非平直频率响应特性；该装置还包括用于处理数字化信号的装置(300)，以补偿在所述特定范围内的所述非平直响应。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述处理装置（300）被设置用于接受一系列来自所述转换器（40）的采样信号，并输出一系列经过补偿的采样信号，一个现时输出采样信号值是根据许多已接受的采样信号和许多在先输出的采样信号来确定的。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述处理装置（300）包括一个数字滤波器。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于所述转换器（40）包括一个跟踪AC模/数转换器。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器（16）具有一通常的工作范围，在这一范围内该模拟电信号相对于该传感器所检测的位置基本上呈线性关系，还具有一个超出通常范围的扩展工作范围，在这一范围内该模拟电信号相对于该传感器所检测的位置呈非线性关系;并且还包括一用于处理模拟或数字信号的装置（46），以补偿扩展范围内的非线性，从而被补偿的信号相对于所述传感器检测位置在通常工作范围和扩展工作范围内基本上均呈线性关系;

6、一种计量装置，包括一用于产生表示表面特性的电信号的传感器（16），和用于处理电信号以补偿在所述电信号和所述传感器检测的位置之间的关系中的非线性问题的装置（46），其特征在于，所述传感器（16）具有一个通常的工作范围，在该范围内电信号相对于用所述传感器检测的位置基本上呈线性关系;还具有一个超出通常工作范围的扩展范围，在该范围内电信号相对于所述传感器检测的位置呈非线性关系，并且所述用于处理该信号的装置（46）将该信号加以处理以补偿在所述扩展范围内的非线性，使被补偿的信号相对于该传感器在所述通常范围内和所述扩展范围内均基本上呈线性关系。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理装置（46）可用来使该信号加上一项BZ²以产生所述被补偿信号，其中B为一校正常数，而Z为该信号值。

8、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理装置（46）可用来使该信号加上一项CZ³以产生所述被补偿信号，其中C为一校正常数，而Z为该信号值。

9、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括一个用于驱动所述传感器沿所述表面横向往返移动的驱动装置（20），所述传感器具有一个与所述表面（6）相接触的触针（19），该传感器的触针装配在一个枢轴（508）上，该枢轴在其横移运动方向上偏离所述接触点;用于提供横移位置信号的装置（26到38），该横移位置信号表示出该枢轴（508）在横移方向上的位置;以及用于处理所述横移位置信号的装置（46），目的在于补偿该枢轴在横移方向上的位置和该接触点在横移方向上的位置之间的差因触针（19）的转动而产生的偏差。

10、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述传感器包括一个与所述表面（6）接触的触针（19），并且该装置还包括一个用于使触针沿该表面横向往返移动的驱动装置（20）以及根据该触针同该表面的接触点在横移方向上的位置提供一个横移位置信号的装置（26至38），在横移方向上接触点的位置随它在朝向或背向该表面（6）的方向上的位置而变化，该装置还进一步包括一装置（46），用以处理该横移位置信号，以提供一系列用来补偿该接触点位置偏差的横移位置值。

11、一种计量装置，包括一个用于产生一种表示表面特性的电信号的传感器（16），该传感器包括一用于与表面（6）相接触的触针（19），并且该装置还包括一个用于使触针（19）沿表面（6）横向往返移动的驱动装置（20），以及根据触针与表面的接触点在移动方向上的位置提供一种横移位置信号的装置（26至38），接触点在移动方向上的位置随它在朝向或背向表面（6）的方向上的位置而变化，其特征在于，该装置还包括一装置（46），用以处理该横移位置信号，以提供一系列用来补偿该接触点位置偏差的横移位置值。

12、根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，该装置还包括一存储装置（44），用以储存所述的一系列补偿的横移位置值和一系列的传感器的信号值。

13、根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述触针（19）装配于一枢轴（508）上，该框轴在横向移动方向上偏离该接触点，并且接触点的移动方向上的位置与它在朝向或背向表面（6）的方向上的位置的偏差包括因触针转动而引起的接触点位置与枢轴（508）位置在移动方向上的距离偏差，该横移位置信号表示在横移方向上枢轴（508）的位置，并且该处理装置将横移位置信号加以处理，以提供所述一系列横移位置值，以便补偿所述距离偏差。

14、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理装置（46）可用来使所述横移位置信号加上一项Dz以产生所述补偿的横移位置值，其中D为一校正常数，而Z为所述传感器信号值。

15、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理装置（46）可用来使所述横位置信号加上一项Ez²以产生所述补偿的横移位置值，其中E为一校正常数，而Z为所述传感器信号值。

16、根据权利要求1、5、6、10和11之一所述的装置，其特征在于，所述传感器（16）包括一对对称的线圈（56，58）和一个可相对这对线圈运动的磁芯（52），这对线圈被连接作为一个桥路的两臂。

17、根据权利要求7、8、14和15之一所述装置的一种校正方法，其特征在于包括以下步骤：完成沿一个已知形状的表面（500）的移动;存储在移动过程中所得到的一系列电信号;对该个或每一个校正常数设定一个初始值;以及对该个或每一个校正常数确定一个修正值，从而使得经利用该个或每一个修正过的校正常数补偿处理过的存储信号趋向于等于根据已知表面给出的期望值，由一能提供充分补偿信号的装置实现这一功能。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述修正测定步骤包括以下步骤：计算涉及对该个或每一个校正常数的可变修正的每一存储信号的差值，以及使用一最小二乘方解法以确定各修正值，该各修正值使所述差值的平方和减至最小。

19、一种测量工件（4）表面特性的方法，包括：驱动一个含有触针（19）的传感器，使触针（19）横过工件（4）的表面（6）;从传感器读出表示该表面特性的一个电信号;按照所述触针与该表面接触点在横越方向上的位置读出其给出的横移位置信号，该横越方向上的接触点位置随其在朝向或离开所述表面（6）的方向上的位置是变化的，其特征在于，

该方法还包括以下步骤：对所述横移位置信号进行处理，以求得一系列补偿的横移位置值，用以补偿在所述接触点位置上的所述偏差。

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