SE449409B - Metanordning for bestemning av leget hos en punkt i en metvolym - Google Patents

Description

449 409 2 varvid uppfinningen har som kännetecken att den innefattar en givare, vilken är anordnad för rörelse i mätvolymen och varvid rörelsen är utsatt för fel orsakade genom rotationen kring axlar, som är vinkelräta mot en eller flera av de tre axlarna, varvid mätsystemet för varje axel innefattar (n + l) linjära lägesgivare, där n är det antal rotationer för vilka korrektíon krävs, varvid givarna är belägna utanför mätvolymen och skilda från varandra för att avkänna rotationerna samt att en krets för varje axel är an- ordnad att kombinera utgångssignalerna från givarna så, att de avger ett enda, korrigerat utgångsvärde.

Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka fig. l är ett schematiskt diagram, som visar en typisk anordning av givarna, fig. 2 är en schematisk planvy av Z-axelgivarna, fig. 3 är en schematisk sidovy av en an- ordning av Y-axelns givare, fig. U är en schematísk ändvy av X- axelns givare, fig. 5 är ett blockdiagram av Z-axelns korrektions- krets, fig. 6 är ett blockdiagram av Y-axelns korrektionskrets, fig. 7 är ett blockdiagram av X-axelns korrektionskrets för ut- föringsformen i fig. Ä, fig. 8 är en schematisk sidovy av en alternativ anordning av Y-axelns givare, och fig. 9 är en schema- tisk ändvy av en alternativ anordning av X-axelns givare.

Med hänvisning till fig. l visar denna en utföringsform av uppfinningen i schematisk form. Konstruktionen av själva mät- maskinen är icke visad eftersom uppfinningen är tillämpbar vid så många olika maskinformer.

Alla maskiner har emellertid möjlighet att anordna ett mätdon i vilken punkt som helt inom en mätvolym och denna är visad som en kropp med rektangulärt tvärsnitt. Mätdonet är visat i hel- dragen linje som en vertikal del med en spets P, vilken represen- terar den punkt, vars läge skall bestämmas i förhållande till ett origo O, i vilket X, Y och Z axlarna skär varandra. De tre ko- ordinaterna för mätdonets spets är Xt, Yt och Zt. Maskinens huvud- hållare, som rör sig i X riktningen, kan vara roterbar kring axlar, som är parallella med resp. Y och Z riktningarna. Maskinen är där- för försedd med tre givare, vilka alla sträcker sig i X riktningen.

Givare X1 och X2 är belägna vid eller över mätvolymens översida på motsatta sidor som fig. l visar, och den tredje givaren X3 är belägen vid eller under mätvolymens undersida vid dess ena sida.

Den andra hållaren, vilken är rörlig pâ huvudhâllaren i Y riktningen, kan också vara påverkad av rotationer kring axlar, som är parallella med X resp. Z axlarna. 3 449 499 Här är åter nödvändigt att använda tre givare för att åstad- komma nödvändig korrektion. Två givare Yl beh Y5 är belägna på ömse sidor av huvudhållaren så att den andra hållaren rör sig mellan dem. Det är icke möjligt att helt enkelt anordna den tre givaren under mätvolymen eftersom ett arbetsstycke, som upptar volymen, skulle störa rörelsen hos den del av den andra hållaren, vilken måste samverka med givaren. Därför är den tredje givaren Y2 belägen ovanför de två andra givarna, Den måste vara stelt infäst så att den rör sig tillsammans med maskinens huvudhållare.

Både X och Y rörelserna kan också innefatta fel på grund av en tredje rotation kring den verkliga rörelseaxeln. Verkan här- av på ifrågavarande axel är emellertid mycket mindre än verkan av - de andra felkällorna.

Vad Z eller den vertikala axeln beträffar, påverkas icke felen på grund av parallellrörelse med Z axeln på något sätt av mätdonets X och Y koordinater. Därvid beror felen uteslutande på Z läget och dessa fel kan korrigeras medelst vanlig medeltals- eller vägningsteknik. För detta ändamål är två givare Z och Z2 nödvändiga och därvid belägna i ett med mätdonets axel gemensamt plan.

Sedan nu anordningen i stort har i korthet beskrivits skall varje axel beaktas i detalj med hänsyn till anordningen av givarna samt de nödvändiga arrangemangen för att kombinera dessa givares utgångsvärden för att ge det korrekta utgångsvärdet.

Först beaktas Z axeln. Fig. 2 visar en schematisk pïanvy med läget hos mätdonets axel P och de två givarna Zl och Z2.

Fig. 2 visar också avstånden mellan de två givarna och mätdonets axel. Som redan nämnts ligger de två givarna och mätdonet i ett gemensamt vertikalplan.

Den sanna Z koordinaten för punkten P är given av uttrycket: Zt = (azl + bzz) / (a+b) där Zl och 22 är utgångsvärdena från givarna Zl resp. Z2.

Om, vilket är lätt att ordna, a och b är lika, är: Zt = (zl+z2) / 2.

Det skulle vara möjligt att använda tre Z axelgivare om Zl och Z2 icke kunde ligga i samma plan som mätdonets axel, men detta är en mycket osannolik situation. dituationen med avseende på Y axeln är mera komplex efter- som flera felkällor existerar. Korrektion på grund av rotationsfel kring Y axeln kan korrigeras medelst två vertikalt åtskilda givare, såsom t.ex. givarna Yl och Y2. Liknande fel på grund av Z rota- 449 409 u tion kan korrigeras medelst två horisontalt åtskilda givare så- som Yl och Y3. Fig. 3 visar anordningen av_Y givare och är en vy framifrån av den del av mätvolymen i fig. l. Den brutna linjen representerar botten av mätvolymen. Det framgår av fig. 5 att c och d är fasta avstånd som funktion av läget hos mätdonets axel i förhållande till de två gívarna Yl och Y3. Avstånden 1 och Y2.

Beträffande den första korrektionen YY av Y koordinaten för felet omkring Y axeln kan den nödvändiga korrektionen ges av c.(y3-yl)/(c+d) där yš och yl är utgångsvärden från givarna Y3 resp. Y. I det enklaste fallet, då c = d, erhålls korrek- tionen i genom e och f är bestämda medelst anordningen av givarna Y YY : (y5_yl)/2- Y koordinaten påverkas också av tippfel. Korrektionen Yp för tippfel är given av: Yp = - (ya-yl) . (f-Zt)/e.

Sålunda ges det sanna värdet för Y koordinaten av: Yt = yl + 0-(y5-yl)/(c+d)-(yg-yl).(f-Zt)/e.

I detta uttryck är Zt det korrigerade värdet för Z koordinaten. Emellertid kan värdet för endera zl eller z2 an- vändas eftersom felmarginalen i vilket fall som helst är ringa och minskas i det ovan givna uttrycket.

Beträffande mätning kring X axeln är en möjlig lösning att använda två givare, vilka ständigt är belägna i samma hori- sontalplan som mätdonets spets. Detta skulle kräva en avsevärt invecklad mekanisk anordning, vilken i sig själv kunde utgöra en felkälla. Det är möjligt att använda tre fasta givare såsom fig. l visar. Anordningen är mera ingående visad i fig. U, vilken visar en ändvy av mätvolymen i fig. l. Som fig. H visar är två av givarna belägna ovanför mätvolymen och en X3, under densamma.

De olika relevanta måtten är visade i fig. U, varvid alla utom Y och Z koordinaterna har konstanta värden. Som tidigare kan Y och Z koordinaterna antingen vara de korrigerade värdena Yt och Zt eller de värden som ges av en givare för varje axel, t.ex.

Yl och Zl. Beträffande i första hand korrektionen Xy för gir- felet erhålls detta av uttrycket: XY = (X2-xl).(j+Y)/g På liknande sätt erhålles korrektionen Xp för tippfelet kring X axeln av: X = (xš - xl).(h-k-Z)/h P Sålunda ges det sanna värdet för X koordinaten av: 5 449 4Û9 Xt = X1 + (X2-xl).(j+Y)/g + (X3-xl).(h-k-Z?/h.

Algoritmerna ovan för de korrigerade värdena för de tre koordinaterna kan utföras medelst endera mjukvara eller hårdvara.

De större maskintyperna, medelst vilka sådana felkorrektions- system kan användas, är ofta förbundna med datorer och liknande, varvid det är enklare att utnyttja mjukvara. Sådan mjukvara kan också medge förskjutning av arbetsstyckets referens, om så är nödvändigt. Emellertid kan vissa av de mindre maskinerna kräva användning av hårdvara. Denna innefattar i stort sett enkla kretsar med räknare, summerare och liknande. Beträffande t.ex. Z axeln är det möjligt att använda en enkel räknare för att lagra kvanti- teten (Zl + Z2). Denna kvantitet kräver endast division med två för att ge det önskade värdet Zt. Ett blockdiagram för en sådan krets är visad i fig. 5. Beträffande Y koordinaten är kretsarna mera komplexa men fortfarande ganska enkla. Y axelns' algoritm enligt ovanstående är: Yt = yl + (y3~y1)/2 - (yz-ylkß-ZQ/e Tre räknare behövs varav en är en fullständig räknare för lagring av yl och den andra två differensräknare för värdena. y5-yl och y2-yl. Värdet Z erhålls från Z axelns krets, medan e och f är konstanter. De: för bestämning av värdet på Yt nöd- vändiga lqfiken är sålunda enkelt anordnad, varvid en enkel form visas som blockdiagram i fig. 6.

Med hänvisning till fig. 6 håller, som redan nämnt, en fullintervallräknare 10 värdet för yl medan två småintervallräkna- re ll och 12 håller värdena yš-yl resp. y2-yl. Utgången från räkna- ren 10 är direkt ansluten till en summerare 13. Utgången från räknaren ll leder till ett halveringssteg lä och därifrån till summeraren 13. En fjärde räknare 15 har såsom ingångsvärden det konstanta värdet f och Zt utgångsvärdet från Z axelns steg. Ut- gången från denna räknare divideras med det konstanta värdet e i delningssteget 16 och multipliceras sedan med utgångsvärdet från räknaren 12 i multipliceraren 17. Efter teckenändring i steget 18 tillförs mängden till summeraren 15, vars utgångsvärde representerar det önskade värdet Yt.

Om Y axelns algoritm har den mera komplexa formen, inne- fattande konstanterna c och d, kan kretsen behöva modifieras för att innefatta detta.

Beträffande X koordinaten är X axelns algoritm: Xt = xl (x2-xl).(j+Y)/g + (X5-xl).(h-k-Z)/h Fig. 7 visar en form av logik, som är nödvändig för be- 449 409 6 stämning av värdet på Xt.

De enda variabla kvantiteterna till denna krets är de olika X, Y och Z värdena, medan de andra ingângsvärdena är konstanter.

Det framgår utan omständig förklaring, att den visade logiken kan bestämma värdet på Xt.

Det framgår att den ovan givna beskrivningen avser ett särskilt arrangemang av givare. För olika arrangemang är det nöd- vändigt att taga fram olika algoritmer. Enbart som exempel visar fig. 8 en schematisk ändvy av ett arrangemang med endast två Y givare. Detta arrangemang ger likväl korrektioner för Y tippfel, men är mindre lämpad att korrigera för Y gírfel, vilka ofta är mindre. Uttrycket för det sanna värdet Yt för Y koordinaten är: - Yt à yl - (yz-yl).(f-Z)/e och ger någon korrektion för girfel så länge O ( (f-z)/e ( em/1 Girkorrektionen är också exakt då : (f-Z)/e = m/1, dvs. då P ligger på förbindelselinjen Y och Y2.

Beträffande Z axeln är i allmänhet felen små och det be- höver icke vara nödvändigt att använda ytterligare givare på denna axel.

Det ovan med hänvisning till fig. U och 7 beskrivna koordinatarrangemanget kräver att två av X axelns givare ligger i samma horisontalplan. Det kan av olika skäl vara svårt att anord- na givarna på detta sätt och fig. 9 anger därför ett alternativt arrangemang i vilket X1 och X2 givarna är belägna i skilda hori- sontalplan. Det enda måttet utöver de i fig. U visade är n, ett fast mått, som anger den vertikala skillnaden mellan givarna X1 och X2. Liksom tidigare befinner sig givarna X1 och X3 i samma vertikalplan.

Den för bestämning av värdet Xt nödvändiga algoritmen med detta arrangemang av givare är: Xt = xl + Åfxz-xl-(X3-xl)n/h7 (j+Y)/g + (X5-xl) (h-k-Z)/h Liksom i tidigare utföringsformer är en logik enkelt utvecklad för lösning av denna algoritm och bestämning av det önskade värdet för xt. ' Den felkorrigerande funktionen kommer vanligen att utnyttjas endast vid behov och icke ständigt. Detta är en fördel då mjukvara används men ingen nödvändighet då hårdvara enligt ovanstående finns tillgänglig. 7 449 409 Såsom är vanligt vid mätanordningar kan den felkorrigeran= de kretsen tillföra sina utgångsvärden till en display eller bildskärm eller till ytterligare räknaapparater, vilka själva använder andra parametrar.

Tills vidare har icke nämnts något om de' slags givare som-kan användas för envar av de tre axlarna. Den lämpligaste formen är ett Moirê fransgitter, i vilket en skaldel är fäst vid en del av maskinen och ett läshuvud på den andra delen samverkar med detta skalgitter. Läshuvudet innefattar vanligen en ljuskälla, ett kort indexraster samt ett antal 1juskänslíga_detektorer.

Tillhörande elektriska kretsar, vilka är välkända, åstad- kommer utsignaler i form av ett pulståg eller sinusvågor i kvadra- ' tur, varvid fasförhållandet anger riktningen hos relativrörelsen mellan de två delarna.

Den verkliga belägenheten för skalorna och läshuvudena' är beroende på maskinens uppbyggnad. Beträffande Z axeln är det endast nödvändigt att åstadkomma en andra skala och ett läshuvud intill det redan anordnade, samtidigt med att de två skalorna och rörelseaxeln för mätdonet ligger i samma plan.

Möjliga givaranordningar för X samt Y axlarna är redan beskrivna. Beträffande X3 givaren, vilken är belägen vid under- sidan av eller under mätvolymen, är det nödvändigt att anordna läshuvudet, i fall av en Moiré fransgivare, på en stel arm, vilken sträcker sig nedåt från huvudhållaren. Pâ liknande sätt måste Y2 givaren vara stelt infäst vid den första hållaren medan läs- huvudet uppbärs av den andra hållaren. Under alla omständigheter skall givarna vara anordnade så nära intill mätvolymen som möjligt.

De ovan beskrivna felkorrektionsanordningarna åstadkommer en avsevärd ökning i läsnoggrannheten, i synnerhet hos större maskiner. Ökningen i noggrannhet blir större för X och Y axlarna eftersom felområdet är större.

Claims (8)

449 409 Patentkrav

1. Mätanordning för bestämning av läget hos en punkt i en mät- volym i förhållande till en referenspunkt (O) och med avseende på tre ömsesidigt vínkelräta koordinataxlar (X. Y. Z). inne- fattande ett rörligt inom mätvolymen anordnat mätdon (P). som är rörligt inuti mätvolymen och vars rörelse är underkastat fel orsakade av vridningar kring axlar. vilka är vinkelräta mot en eller flera av koordinataxlarna. k ä n n e t e c k - n a d av att mätsystemet för varje koordinataxel innefattar (n + l) linjära lägesgivare, där n är antalet vridningar för vilka korrektion krävs, varvid givarna är belägna utanför mät- volymen och skilda från varandra för att avkänna vridningarna, samt att kretsdon är för varje axel anordnade att kombinera utgângssighalerna från givarna sä. att de avger en enda, korrigerad utgångssighal.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att en första axel är horisontal och varvid mätsystemet innefattar en första ovanför och vid sidan av mätvolymen belägen givare (Xl). en andra i samma horisontalplan som den första givaren belägen andra givare (X2) som är åtskild från den första givaren, samt en tredje givare (X3), vilken är belägen i samma vertikalplan som den ena av den första och andra givarna och åtskilda från denna.

3. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att en första axel är horísontal. samt att mätsystemet innefattar en första och en andra givare. belägna i olika horisontalplan och på motsatta sidor av mätvolymen. samt att en tredje givare är belägen i samma vertikalplan som den första eller den andra givaren och skild från dessa.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att den första horisontala axeln är X-axeln samt att den tredje givaren (X3) är belägen vertikalt under endera den första och den andra givaren. 449 409

5. Anordning enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e - t e c k n a d av att en andra axel (Y) är horisontal samt att mätsystemet innefattar en första givare (Yl), vilken är be- lägen ovanför mätvolymen. att en andra givare (YZ) är belägen i samma horisontalplan som den första givaren och skild från denna. samt att en tredje givare (Y3) är belägen i samma vertikalplan som den första eller den andra givaren och skild från denna.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att den andra horisontala axeln är Y-axeln samt att den tredje givaren är belägen vertikalt ovanför endera den första eller den andra givaren.

7. Anordning enligt något av kraven l - 6. k ä n n e - t e c k n a d av att en tredje axel är vertikal, samt att mätsystemet innefattar en första och en andra givare (Zl. Z2), vilka är belägna i samma vertikalplan tillsammans med den tredje axeln.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att varje givare innefattar en skalgitter samt ett samverkande läshuvud. anordnat att åstadkomma och detektera Moiréfransar.