SE441037B - Sett att oka noggrannheten hos ett lengdmetsystem genom att kalibrera detta mot ett noggrannare referenssystem - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 _ 8404266-2 ringen. Detta medför minskade krav på maskinkonstruktion och precision och därmed minskade kostnader.

På motsvarande sätt kan man i ett digitalt längdmät- system tänkas kunna lagra korrektionsvärden i ett minne, t ex en elektronisk, företrädesvis digital minnesenhet för att sedan med hjälp av datorteknik för varje mätvärde söka upp motsvarande korrektionsvärde och utföra korrek- tionen.

För att kunna relatera de i minnet lagrade korrek- tionsvärdena till respektive mätvärden krävs att alla mät- värden utgår från en fast referenspunkt. För vanliga inkrementella skalsystem kan detta åstadkommas genom att mätsliden föres mot ett fast anslag i mätskalans ena ände och nollställes där. Detta har dock nackdelen att denna operation måste utföras varje gång mätsystemets matnings- spänning har varit bruten. En annan nackdel är att vid mekaniska förändringar av slidens fasta anslag, t ex genom termisk utvidgning, slitage eller damm mellan ytorna, fkommer den fasta referenspunkten att förskjutas i för- hållande till det läge den hade under kalibreringen av systemet.

Ett annat problem kan uppstå om skalan har en mycket stokastisk felkurva. I ett sådant fall kan man i värsta fall tvingas att ha separata korrektionsvärden för varje enskilt delinkrement av mätskalan. Vid en skala av 1 meters längd och 1 um upplösning skulle man då tvingas hålla 1000 ' 1000 = 1 miljon korrektionsvärden i minnesenheten.

Avsikten med föreliggande uppfinning är att eliminera dessa nackdelar. Detta ändamål ernâs genom att sättet enligt uppfinningen erhållit de i patentkrav 1 angivna kännetecknen.

Vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av under- patentkraven.

Enligt uppfinningen används en skala som i sig själv innehåller absolutlägesinformation utan hjälp av t ex yttre fasta anslag. Därigenom elimineras tidigare g»- aæßßëifëfißßlfl 10 15 20 25 30 35 is4o426s-2 beskrivna nackdelar som är förbundna med användning av nollställning mot fasta anslag. Ett sådant absolutmätande system kan t ex utföras på sätt som beskrivs i det svenska patentet 7714010-1 (sid 9-10) eller 7805231-3.

Enligt uppfinningen användes vidare ett detekterings- system, vars skalsystem medges ha ett felbidrag, som är större än ett förutbestämt, tillåtet fel hos detekterings~ systemet. Detta kan ske genom att felbidraget göres lång- samt stigande eller fallande. Genom detta reduceras ut- rymmesbehovet i den digitala minnesenheten. Längdmätsystem av optisk, induktiv eller kapacitiv typ med långsamt stigande eller fallande felkurva är i och för sig tidigare kända och bygger mestadels på principen att fler än ett skalstreck på skalan är inkluderat i mätvärdesavläsningen, varvid ett medelvärde bildas där varje skalstrecks enskilda fel endast påverkar den totala felbilden med en bråkdel av sitt totala värde.

Sättet enligt uppfinningen medger bortkalibrering av systematiska fel, dvs fel som återkommer med samma storlek och på samma ställe vid upprepade mätningar. För att en skala skall kunna kalibreras krävs att dess repeterbarhet, dvs förmågan att på samma ställe på skalan visa samma mät- värde, står i lämplig relation till önskad kalibrerings- noggrannhet och stegen mellan de i minnesenheten inlagrade korrektionsvärdena. _ För att förklara ovanstående kan vi som ett exempel antaga att ett mätsystem har repeterbarheten *1pm , vidare att största steget mellan två värden i kalibreringsminnet är il um och slutligen att övriga fel under kalibrerings- mätningens utförande är fi1 um. Skalans systematiska cgenfel kan antagas vara 300 um vid 1 meters mätlängd. I exemplet kommer då skalans maximala fel efter kalibrering att bli i'3 um.

Uppfinningen kommer att närmare beskrivas nedan under hänvisning till bifogad ritning, som visar en föredragen utföringsform av uppfinningen. _\". 10 15 20 25 30 35 3404266-2 Figur 1 visar ett blockschema av en mätanordning, med vars hjälp sättet enligt uppfinningen kan utövas. Figur 2 visar mätanordningen enligt figur 1 under ett avläsnings- förlopp. Figur 3 visar schematiskt den i mätanordningen ingående skalan. Figur 4 visar schematiskt felkurvans föränderlighet. Figur 5 visar en tänkt karakteristik för en kalibrerad skala. Figur_6 visar en variant av den i figur 5 visade karakteristiken.

Figur 1 visar systemet under kalibrering. 1 är den skala som skall kalibreras. 2 och 3 är till skalsystemet hörande avläsningshuvud respektive digital utvärderings- enhet. Den streckade ramen 5 innesluter den automatiska kalibreringsenheten, vars längdreferens är ett lasermät- system 6, 7. 8 är lasermätarens digitala utvärderinge- enhet. I l I en enhet 10 jämförs det uppmätta "är-värdet" 4 från den under kalibrering varande skalan 1:s digitala utvärde- ríngsenhet 3 med ett "bör-värde" 9 från lasermätsystemets àigitaia enhet s .

De uppmätta differenserna lagras tillsammans med sin längdadress i ett minne i en dator 11. Efter fullbordat kalibreringsförlopp överförs värdena till en E-prom pro- grammerare 12 där de uppmätta korrektionerna och deras adresser lagras fast i ett eller fler E-prom. Skalsystemet 1 uppvisar en minnesenhet 13 och en korrektionsenhet 14, vilka ej används under kalibreringen.

Vid mätning med det kalibrerade systemet blir för- loppet följande, se figur 2. Från skalan 1:s digitala ut- värderingsenhet 3 fås ett "rå-värde", dvs ett avläst värde utan korrektion pâlagd. (I exemplet i figur 2 är värdet = 100,237.) Detta rå-värde pekar ut en adress i minnesen- heten motsvarande värdet 100,237. På denna adress är korrektionsvärdet (i exemplet = +19 um) för rå-värde 100,237 lagrat. Om inget värde finnes lagrat för det aktuella rå-värdet, väljer en styrenhet i minnesenheten det korrektionsvärde som är lagrat i närmast lägre adress. 10 15 20 25 30 _æ 8404266-2 Figur 3 visar ett mätsystem med en skala 15 bestående av skalstrecken 16, 17, 18 osv. I detta fall detekteras längden genom att ett avläsningshuvud 19 med punktavläs- ning, dvs avläsning pâ endast ett individuellt streck, räknar antalet förbipasserande streck. Enskilda strecks lägesfel kommer då att direkt orsaka ett motsvarande fel i systemets längdangivelse, som visas i ett diagram 20. I diagrammet 20 visar linjerna 21 och 22 maximalt tillåtet fel. Alla punkter som ligger över eller under linjerna 21 och 22 måste korrigeras. I detta exempel 9 punkter.

Figur 4 visar ett system med långsam föränderlighet i felkurvan. Skalan 15 är densamma som i figur 3 och med samma enskilda lägesfel hos skalstrecken 16, 17, 18 osv som i exemplet ovan. Avläsningshuvudet 23 är här komponerat på ett sådant sätt att en samtidig avläsning av mätvärden alternativt av felavvikelser görs på fler än ett skal- streck. Detta kan ske t ex som visas i figur 4 med ett flertal avläsningshuvuden, i det visade exemplet fem stycken avläsningshuvuden 24-28, vilka sinsemellan är för- skjutna ett helt antal multipler av skaldelningen och sam- tidigt läser samma information från skalan. Genom att bilda medelvärdet av dessa fem värden fås ett värde, där de enskilda variationerna i skalstreckens 16, 17, 18 osv läge endast inverkar i ringa grad, såsom framgår av dia- gram 29, där endast en punkt hamnar utanför linjerna 21 och 22. Användandet av ett skalsystem med en dylik "lång- samt stigande eller fallande fe1kurva“ minskar alltså i detta fall antalet behövliga korrektioner till 1/9 av vad som annars erfordras.

Andra kända sätt att erhålla en dylik långsamt stigande eller fallande felkurva är t ex att använda skal- system byggda på moareteknik eller ett kapacitivt system, som det beskrivs i det svenska patentet 7714010-1.

Figur 5 visar en tänkt karakteristik för en kalibrerad skala,där 25 längdenheter av skalans felkurva visas.

Skalans längd är avsatt efter X-axeln och det uppmätta ' -~ ~\~-~- --^--w-a,_.~.___ “r'“*W“v\ °" ffwwii " f-Jæyfl. :Jfiiair i. 10 15 20 25 30 35 s4o42se-2 felet efter Y-axeln. Dessa värden läggs in i minnesen- heten 13, figur 2. Avstånden 30, 31, 32 etc mellan de kalibreringspunkter 34, 35, 36 etc för vilka värden lagras 6 i minnesenheten 13 är lika långa och måste väljas på ett Såääht sätt att felet 37 vid felkurvans största branthet (i pkt A figur 5) icke blir Större än det tillåtna felet mellan två kalibreringspunkter 34, 35, 36 etc. Om tillåtet fel är tvâ enheter blir största tillåtna fel i korrektions- tabellen = å - 2 = 1 enhet. Eftersom felets storlek i punkten A är 1 enhet per skalstreck, erfordras i detta fall 25 kalibreringspunkter.

En variation av ovanstående visas i figur 6. I detta fall är avståndet mellan kalibreringspunkterna 38, 39, 40 etc icke konstant utan göres beroende av det tillåtna felets 37 storlek. Varje gång feltillskottet efter senaste kalibreringspunkt blir större än det tillåtna felet 37 läses en ny kalibreringspunkt in i minnesenhetens 13 figur 2 minne. Till skillnad mot metoden enligt figur 5, er- fordras här endast 10 kalibreringspunkter.

Genom detta förfarande undvikes onödig täthet mellan kalibreringspunkterna på ställen med låg branthet på fel- kurvan, varigenom behovet av utrymme i minnesenheten 13 blir mindre.

I figurerna 5 och 6 visas en felkurva med enbart positiva feltillskott. Det är emellertid uppenbart att andra typer av felkurvor kan förekomma, t ex med om- växlande positiva och negativa feltillskott, alternativt I med enbart negativa feltillskott.

Claims (3)

1. 0 15 20 25 30 35 8404266-2 Patentkrav l. Sätt att öka noggrannheten hos ett längdmätsystem genom att kalibrera detta mot ett noggrannare referenssystem, k ä n n e t e c k n a t därav, att det i längdmätsystemet ingående skalsystemet göres absolutmätande, att skalsyste- mets felbidrag göres långsamt stigande eller fallande ge- nom medelvärdesbildning över minst två av skalans delstreck, att felbidraget medges vara större än ett förutbestämt, tillåtet fel hos längdmätsystemet, samt att korrektionsvär- den, erhållna genom kalibreringen, lagras i ett minne.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att avståndet mellan de kalibreringslägen utefter skalan, för vilka korrektionsvärden lagras i minnet, göres förutbestämt och lika stort och att detta avstånd väljes sådant att största tillåtna fel icke överskrides på något ställe mellan två på varandra följande kalibreringslägen (fig. 5).

3. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att avståndet mellan de kalibreringslägèn utefter skalan, för vilka korrektionsvärden lagras i minnet, göres variabelt och beroende på felkurvans branthet på ett sådant sätt att det tillkommande felet mellan två på varandra föl- jande kalibreringslägen är mindre eller lika med hälften av ett för skalan tillåtet maximifel (fig. 6). _ «~...M. __" _ “ ïïnifßre " d? är väl. Qlhw” i ._