SE440415B - Forfarande och anordning for kalibrering av ett positioneringssystem - Google Patents

Description

83063¿i7-9 U = Fi * Kt * A (3) där Fi är det för varje givare inom en viss typ individuella förstärknings- felet. Felet kan lätt justeras genom att ändra mätvärdet med en konstant faktor 1/Fi genom att t ex justera trimpotentiometer. c) OLINEARITET illustreras av linje 106 i figur H. För en givare vars enda avvikelse från en perfekt givare består av olinearitet gäller att U = Kr * A + Lt(A) (li) där Lt(A) är det för varje givare inom en viss typ gemensamma olineari~ teten. Olínearitet kan i datoriserade system relativt lätt justeras genom att man låter systemet använda mätvärdet och t ex en i programmet inlagd tabell för att räkna fram instorheten. Ett vanligt exempel är termoelement för temperaturmätningar. d) LINEARITETSFEL illustreras av linje 107 vare vars enda avvikelse från en perfekt givare består av ett linearitets- i figur 5. För en gi- fel gäller att u=Ktf=A+Ei(A) (5) där Ei(A) är det för varje givare inom en viss typ individuella lineari- tetsfelet. Felet är olika för olika givare inom samma typ. Denna typ av fel kan lösas med hjälp av för varje individ uppgjorda kalibreringstabel- ler, men detta är ovanligt. e) DRlFT innebär att givarens egenskaper förändrats antingen med tiden eller beroende av t ex temperatur eller matníngsspänning. De se- nare driftstyperna kan motverkas genom att de storheter som påverkar gi- varens egenskaper hålls konstanta. Att hålla en matningsspänning konstant är normalt enkelt, men att hålla arbetstemperaturen konstant medför oftast komplex konstruktion och långa starttider innan utrustningen är användbar. f) Med REPETERBARHET menas hur stort invärdesområde som givaren kan ange samma utvärde för. Digitala vinkelgivare kan endast ange ett visst antal olika värden, och kommer då att ge samma siffervärde ut för en hel vinkelintervall. Om givaren t ex har 1000 olika sifferkombinationer per varv kommer den att ge samma utdata för åtminstone ett tusendels varv.

Analoga vinkelgivare kan ange ett oändligt antal värden men kan ändå anqe samma utdata för ett helt intervall av olika vinklar beroende på brus, hy- steresïs och andra effekter. 83063f+7~9 Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en metod och en an- ordning som skall göra det möjligt att uppnå god noggrannhet med användande av givare med betydande linearitetsfel, temperaturdrift och långsam tidsbe- roende drift. Det enda krav som ställs på givaren är att den skall ha god repeterbarhet över en kortare tid samt att linearitetsfelet skall vara litet inom små vinkelintervall.

Detta ändamål realiseras enligt metoden för uppfinningen huvudsakligen därigenom, att detektorer är placerade inom arbetsytan i vissa bestämda lägen, samt att positioneringsanordningens arbetsfas med vissa bestämda tidsintervall avbryts av en kalibreringsfas, under vilken positioneringsanordningen noga in- riktas mot åtminstone en av detektorerna, varvid dess utsignal får påverka styrdonet, varefter ärvärdessignalen uppmäts samt positioneringsanordningen ka- libreras med hänsyn till den uppmätta ärvärdessignalen.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas väsent- ligen av att detektorer är anordnade på vissa bestämda positioner inom arbets- ytan, vílka detektorer är anslutbara till styrdonet, samt att styrdonet vid vissa bestämda tillfällen är anordnat att inrikta objektet mot åtminstone en detektor samt avkänna utsignalen från detektorn för att vid optimal utsignal jämföra ärvärdessignalen för objektets läge med informationen om detektorns läge, i och för kalibrering av positioneringsanordningen.

Uppfinningen är primärt inriktad på men inte begränsad till system där positioneringen styrs av en eller flera galvanometrar. Galvanometrar är moto- rer som vrider på sin axel endast inom en begränsad vinkel, t ex l5 grader åt vardera hållet. Givaren i en galvanometer skall uppfylla ett antal krav som är motstrídiga. Detta beror på att axeln skall kunna röra sig mycket snabbt.

Givarens rörliga del får därför inte väga mycket och måste dessutom klara hö- ga hastigheter. För att uppnå en noggrannhet över 0,1 X av hela arbetsområdet krävs avancerade och därför dyra konstruktioner. I mer avancerade fall krävs bl a konstant temperatur av hela den konstruktion i vilken galvanometern sit- ter.

Det är emellertid relativt enkelt att tillverka galvanometergivare som visserligen har påtagliga drífts- och linearitetsfel men som har hög repeter- barhet. Anordningen/Metoden enligt uppfinningen gör det möjligt att i många tillämpningar uppnå sanma eller bättre noggrannhet med sådana enkla qivare än vad som nu kan nås med mycket dyrare konstruktioner.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningsfigurerna. 83063147-9 Fig 1 visar överföringsfunktionen för en ideal givare.

Fig 2 visar överföringsfunktionen för en givare med nollfel.

Fig 3 visar överföringsfunktionen för en givare med förstärkningsfel.

Fig Ä visar överföringsfunktionen för en givare med olinearitet.

Fig 5 visar överföringsfunktionen för en givare med linearitetsfel.

Fig 6 visar överföringsfunktionen för en givare med línearitetsfel och drift som den utnyttjas enligt uppfinningen.

Fig 7 visar anordníngen enligt uppfinningen tillämpad för etten-galvano- metersystem.

Fig 8 visar anordníngen enligt uppfinningen tillämpad för ett utpek- ningssystem med två galvanometrar.

Fig 7 visar för tydlighets skull anordníngen enligt uppfinningen til- lämpad för ett en-galvanometersystem. Ettsådantsystem har inte någon större användning men visar principen.

En ljuskälla 201 sänder en ljusstråle 202 mot en spegel 203 som vrids av en galvanometer 20k. Spegelns vinkel avkännes av givaren 205. Ljusstrålen är riktad mot arbetsytan 206. l denna finns ett antal hål 207 och under hålen sitter ljuskänsliga detektorer 208. (Hålen är en del av en utförandeform av uppfinningen. Andra utföranden är möjliga.) Styrdatorn 209 ger kommandon till galvanometern 20k och kan avkänna utsignalen från givaren 205 och ljusintensi- teten som träffar detektorerna 208. Rätt detektor väljs av multiplexern Zll.

Vinkeln 210 sett från spegeln 203 mellan de olika detektorerna 207 fö- rutsätts vara känd. Utgående från dessa kan styrdatorn med lämpliga intervall kalibrera givaren 205 genom att låta strålen avsöka detektorerna 208. Detek- torerna 208 placeras så tätt att givarens 205 linearitetsfel för delvinkeln mellan två detektorer blir tillräckligt liten för att erforderlig noggrannhet skall kunna uppnås. Rekalibreringen görs så ofta att givaren 205 inte hinner driva så långt mellan de olika kalíbreringarna att noggrannheten påverkas mer än vad som kan accepteras.

Utnyttjandet framgår av fig 6. Varje detektors vinkel sett från spegeln är känd och i fig 6 inritad som punkter IO8. Efter att ha mätt upp det värde U som givaren ger för vardera detektorn kan ett antal korrekta punkter 109 upp- göras. Utgående från detta kan en kalibrerad överföringsfunktion 110 för giva- ren uppgöras. När Styrdatorn 209 sedan uppmäter en utsignal lll från givaren 205 kan den utnyttja överföríngsfunktíonen ll0 för att via punkten 112 ta fram vinkeln 113.

Fig 8 visar anordníngen enligt uppfinningen tillämpad för ett system för utpekning med två galvanometrar. l figurerna återfinns en ljuskälla 201, som sänder en ljusstråle 202 mot en spegel 203 som vrids av en galvanometer 20k. szo6zt7~9 Spegelns vinkel avkänns av givaren 205. Ljusstrålen fortsätter mot en spegel 303 som vrids av en galvanometer 300. Spegelns 303 vinkel avkänns av givaren 305. Ljusstrålen gär sedan mot arbetsområdet, vars avgränsning markeras av ramen 501.

Utanför ramen men inom anordningens arbetsyta finns för uppfinningens tillämpande för galvanometergivare 205 ett antal hål 207, och under hålen sit- ter ljuskänsliga detektorer 208. Därtill finns för uppfinningens tillämpande för galvanometergivare 305 ett antal hål 307, under vilka sitter ljuskänsliga detektorer 308. Slutligen finns för uppfinningens tillämpande för såväl gal- vanometergivare 205 och 305 ett hål 507 och under detta en ljuskänslig detek- tor 508. Detektorerna är via multiplexern 211-311 kopplad till styrdatorn 209.

I normal drift riktas en arbetsstråle 502 mot arbetsområdet 501. Med vissa intervall avbryts arbetsfasen och ersätts av en kort kalibreringsfas.

I fig 8 visas en sådan stråle 503. Strålen kommer givetvis normalt från samma ljuskälla 201. Galvanometer 200 riktar då strälen strax utanför arbetsområdet.

Den galvanometergivare 305 som skall kalibreras är dock i sitt vanliga arbets- intervall. Styrdatorn 209 justerar nu galvanometrarna 200 och 300 så att maxi- mal utsignal fås från den utvalda detektorn 308. Därefter avläser den då ak- tuella utsignalen från givare 305 och återgår sedan till arbetsfasen. En sådan kalibreringsfas kan i många fall klaras på 3/100-dels sekund.

Tvâgalvanometerfallet enligt fig 8 skiljer sig obetydligt från en-gal- vanometerfallet. Skillnaden ligger i att man har ungefär dubbelt antal detek- torer och att styrdatorn måste justera även den galvanometer som inte skall kalibreras så att strålen träffar detektorerna. Utnyttjandet av data från de- tektorerna är identiskt med vad som beskrivits i fig 6 bortsett från att sam- na typ av operation måste göras en gång för varje givare.

Claims (4)

8306347-9 Patentkrav

1. Förfarande för kalibrering av ett positioneringssystem, vilket system innefattar ett styrdon, varifrån börvärdessignaler avges till en positione- ringsanordning, avsedd att under en arbetsfas inställa ett objekt mot en arbetsyta, varvid positioneringsanordningens läge avkänns och omvandlas till en ärvärdessignal, som återförs till styrdonet, k ä n n e t e c k n a t därav, att detektorer är placerade inom arbetsytan i vissa bestämda lägen, samt att positioneringsanordningens arbetsfas med vissa bestämda tidsintervall avbryts av en kalibreringsfas, under vilken positioneringsanordningen noga inriktas mot åtminstone en av detektorerna, varvid dess utsignal får påverka styrdonet, varefter ärvärdessignalen uppmäts samt positioneringsanordningen kalibreras med hänsyn till den uppmätta ärvärdessignalen.

2. Anordning för kalibrering av ett positioneringssystem, som innefattar ett styrdon, som är anordnat att avge en börvärdessignal, avsedd att påverka en positioneringsanordning för inställning av ett objekt mot en arbetsyta, varjämte medel är anordnade att avkänna och omvandla objektets läge till en ärvärdessig- nal, som är införbar på styrdonet, k ä n n e t e c k n a d därav, att detek- torer är anordnade på vissa bestämda positioner inom arbetsytan, vilka detekto- rer är anslutbara till styrdonet, samt att styrdonet vid vissa bestämda till- fällen är anordnat att inrikta objektet mot åtminstone en detektor samt avkänna utsignalen från detektorn för att vid optimal utsignal jämföra ärvärdessignalen för objektets läge med informationen om detektorns läge, i och för kalibrering av positioneringsanordningen.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att objektet innefattar minst en reflektor som är vridbar kring en axel och belyses från en strålningskälla, varvid den reflekterade strålen bringas att träffa arbetsytan, samt att medel är anordnade för vridning av reflektorn och en givare är anordnad för avkänning av reflektoraxelns läge.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att objektet innefattar två reflektorer, som är vridbara kring var sin axel, av vilka den ena är belägen i ett plan, som är i huvudsak parallellt med arbetsytan, medan den andra är väsentligen vinkelrät mot arbetsytans plan, samt att detektorerna är belägna utanför ett inom arbetsytan definierat arbetsområde.