SE466518B - Foerfarande och anordning foer bestaemning av termisk laengdutvidgning hos laangstraeckta kroppar - Google Patents

Description

466 518 2 till svåra inbyggnadsproblem då material av detta slag skall kombineras med material, vilka har en längdutvidgningskoefficient, som avviker från O och av vilka anordningar och maskiner av här aktuellt slag nu ofta byggs och vilka material Llppvisar en längdutvidgniixgskoefficient, som i hög grad avviker från noll.

Ett annat förslag är att eftersom skalomas längdförändriflng i dessa samman- hang ofta är repeterbar, kan av skaltennperatxlren ske och därefter längdutvidgningen beräknas med kännedom om skalmaterialets längdutvidgnings- koefficient enl. formeln: 6=a-dT-L där 6 = den totala längdutvidgningen a = slelans tenniska längdutvidgnngnoefficiem i dT = avvikelse från referernsteitwperatliren L = siallärigd.

Detta sätt är emellertid förknippat med de allvarliga nackdelarna att temperaturen måste mätas med utomordentligt hög noggrannhet och detta vid ett flertal ställen Hüned Skalan, telïperattlren kan Variera utmed skalan, samt att längdutvidgnizgslfioefficienten måste vara känd med mycket hög precision.

Föreliggande vappfiimiiag avser ett förfarande och en anordning, som ej är förknippade med den kända teknikerxs nackdelar och ger möjlighet till av långsträckta kroppars, såsom skalors, tenniska längdutvidgnirxg med mycket hög noggrannhet samt kornpenserirxg för densamma.

Ilppfiimiiigen hänför sig således till ett förfarande för av och, i tillänpliga fall, konpensering för termisk längdutvidgning hos långsträckta kroppar, såsom fysiska längdskalor eller långsträclcta kroppar för uppbärande av fysiska längdskalor vid exempelvis instrmnent eller nxätrnaslriner, utrustade med fysiska längdslælor, där mätfel uppträder genom längdavvikelser hos skalan till följd av avvikelse från en referenstenperamr, vid vilken skalan kalibrerats. ,\ 466 s1s« 3 Förfarandet utxnärks särskilt av, att kroppens längdutvidgnirrg relativt åünirzstorxe en referens av ett :material med en termisk lärxgdlrtvidgnixxgskoeffi- cient, som awiker från kroppens materials termiska längdutvidgningskoeffi- cierrt, mäts, varefter, i tillämpliga fall, en kcanpenseringsfaktor för korrigering av kroppens längd ' Ilfppfiimirugen hänför sig även till en anordning för av och, i förekommande fall, kompenserirag för termisk lärngdutvidgriirlg hos långsträdcta kroppar, såsom fysiska längdslcalor eller långsträckta kroppar för Lzppbärarade av fysiska längdslcalor vid exempelvis instrument och Inätlnaslširxer, där mätfel eller nntsvararade Lzppträder genom längdavvikelser till följd av avvikelse från en referensterrperatnir, vid vilken kroppens längd är kalibre- rad.

Arlordningen utmärks speciellt av, att anordningar förefinns för av kroppens längdutvidgrxirxg relativt åtminstone en referens av ett material med en känd termisk langdutv" idgningsk' oefficient, som awiker från raänmda lnropps materials lärxgdtltvidgnirxgskoefficient, varvid en kompenserirægsfalctor för korrigering av kroppens längd kan Nedan beskrivs Iippfiimiragen närmare i anslutning till utföringsexentpel, samt bifogade ritningar, där - fig. 1 visar principiellt en första utföringsform av en anordning enl.

Ilppfiïmillgen sedd tvärs den fysiska längdskalans - fig. 2 schematislct visar en andra utföringsform av en anordning enl. uppfinningen sedd tvärs skalans längdriktrxiimg, - fig. 3 visar anordningen enl. fig. 2 sedd från höger i fig. 2, - fig. 4 och 5 schematiskt visar tverme olika utföranden av anordningar enl. uppfirmingen, där flera referenser används, - fig. 6 schematislct visar användande av referens, där refererzsen har från noll skild tennisk lagautviagningskoefficient, - fig. 7 schematislct visar en balk en skala, där en referens förefinns för nämnda skala och där referenser för olika delar av balken förefinns och där balken ses i sin - fig. 8 schematiskt visar en utföringsform väsentligen enligt fig 7, där dock separat referens för skalan saknas. 466 518 4 - fig. 9 schematiskt visar ett axiellt längssnitt genom en utföringsform av referens lär referensen föreligger i form av en för en dragkraft utsatt, förhållandevis tunn tråd, samt - fig. 10 schematiskt visar av treaxlig koordinatmäünaskin av portal typ anordnad enligt uppfinningen samt sedd väsentligen vinkelrätt mot portalens huvudutsträclmingsplan.

Vid den i fig. 1 visade utföringsformen betecknas med 1 en långsträckt kropp i form av en fysisk längdskala, vilken är fast i ett bärande parti 2 vid sin ena ände 3 samt företrädesvis upplagd på stöd 4,5 så att längdförärririrlgar kan ske i huvudsak fritt, där Således den teriniska längdutvidgningen hos kroppen skall bestämmas och där således, i förekommande fall, kompensering är avsedd att ske för denna. ~ Med 6 betecknas en stavformig referens av ett Inaterial :red känd utvidgningskoefficient, vilken referens är fast i nämnda bärande parti 2 vid sin ena ände 6' samt löper parallellt med skalan 1. Med 7 betecknas en l tor anordnad vid refensens 6 fria ände 6" samt att mäta skalans längdutvidgning relativt referensen.

Enl. ett utförande är referensen 6 utförd av ett material med en termisk längdutvidgnirxgslioefficient, a, som är väsentligen = 0 (noll). Med det visade arrangemanget visar indikatorn härvid direkt skalans lärzgdutvidgnirxg, eftersom referensen har en konstant längd. Referensen 6 är exempelvis av ett keramiskt material, vilket Inarknadsförs under varumärket Zerodur.

Vid den i fig. 2 visade utföringsformen är skalan 1 fixerad, exempelvis medelst lim, vid en bärbalk 8, utgörande en skalan uppbärande kropp, där balken 8 företrädesvis har samma a som skalan. I ett föredraget utförande vid utgörs bärbalken 8 av en mätrnaslcinaxel. Med 9 betecknas en stavformig referens, vilken löper i ett utmed hela balken löpande hål 10, samtärfastinspändibalkenvidsinenaändell. Medlzbeteclmasen företrädesvis elektronisk sensor anordnad att mäta bärbalkens 8 fria ändes 13 läge relativt referensens 9 fria ändes 14 läge.

I fig. 4 och 5 visas ett par olika modifieringar av anordningen enl. fig. 2, där referenser 9 förefinns anordnade vid flera ställen, sett över balkens/den uppbärande kroppens tvärsnitt, varvid lokala längdutvidgrxiragar, 466 518. 5 exempelvis sådana som tenderar att lcröka balken/kroppen, kan bestämmas och, i tillämpliga fall, korrigeras för.

I ovan visade exerrpel förutsättes att referensen 9 är tillverkad av ett material, vars längdutvidgniligslcoefficient a väsentligen är lika med noll, men som nedan Visas kan även material med a skilt från noll användas i referensen 9. I detta fall måste man emellertid, för att erhålla en fullständigt korrekt av den kontrollerade balkens lärzgdlrtvidgnirxg, även känna längdlrtvidgningskoefficienten a för materialet i balken.

I motsats till den på noggrann tenperaturmätxfirxg baserade metoden som beskrivs på sid 2 rad 6 till 14 ställs dock i detta fall nrycket ringa krav på noggrannheten i a-angivelsen för materialet i balken. Precisionen i vanliga ifter är helt tillräcklig medan vid temperaturmät- ningsrretoden a måste vara känt med en precision bättre än 2*10-8 i sista decimalen.

I fig 6 visas schematislct fallet med en referens 9', som har en längdut- vidgningskoefficient a' , vilken kan vara skild från noll, samt en balk 9", vilken har den kärmda längdutvidgrxingslcoefficienten a". I nedanstående beskrivning förutsättes för enkelhets skull att längden L för de båda stängerna är lika men detta är ej ett krav. Med indikator, sensor eller lüfllarlde Inätes härvid 6I, San utgör skillnaden i mellan de båda Iängdutvidgnjimgen hos referens 9' och balk 9" kan berälmas enl. nedan.

Om referensen och balken utsatts för samma dT, kornmer de att anta följande Referens 9': 69' =dT - a' ' L (1) Balk 9": 69" = dT - a" - L (2) Den av indikatorn/serusom visade relativa längdförändringen är: s: = 59' - 69" (a) Ur sænbanaen (1) - (s) kan se' bei-anges till 4W66 518 se' = aI/(i - a-I/aq (4) Eftersom a' och a" är konstanter kan (4) skrivas 69' = K' - 61 (s) På nlotsvararnde sätt kan 69" beräknas till s9"=1<" - 61 (e) Av (5) och (6) framgår att tenwperaturen ej behöver vara känd eller Indikator-/serlsoravläsnixïgen blir skalerad med en faktor, som beror av resp. materials a, nämligen a' och a". Inga höga lnrav på noggrannheten, med vilken a' och a" är bestämda, ställs då det är en med a' och a" utbildad kvot som inverkar. fr I det fall L är olika för referens och balk koznmer även längderna L' och L" att ingå i skaleriigsfaktorn. Icke heller på dessa termer ställs höga krav på noggrannhet.

Vid de i fig. 7 och 8 visade utföringsfonnerna utgörs nämnda balk 8 av en lådbalk med väsentligen fyrkarrtigt, företrädesvis rektangulärt, tvärsnitt, där en referens är anordnad företrädesvis i företrädesvis varje hörn 15 för av lokal längdutvidgnilxg hos balken, varvid deformationer :motsvarande av balken kan I fig. 7 visas ett utförande där en separat referens 9 förefinns för skalan 1, där skalan l är anordnad vid en vid balken anordnad kontaktkropp 8', varvid ett arrangemang väsentli- gen enl. fig. 2 förefinns anordnat vid balken.

I fig. 8 visas ett enklare arrangemang, där skalan 1 är anordnad, såsom liimnad, vid en sida 16 hos lådbalken i anslutning till en referens 9 för av lokal längdutvidgnirng hos balken, såsom en referens i anslutning till ett hörn 15, såsom visas i fig. 8. Utföranden utan pålinmad skala kan också tänkas användas enbart i syfte att detektera ralrhetsvariationer i exempelvis en referenslinjal. 466 518- 7 Figur 9 visar ett föredraget utförande av anordningen. 8 utgör den lång- sträcma mapp vars lärlgautviagnnmg skall 9 referenselanentet och 12 en elektronisk sensor bestående av 16 och spolar 17 där sensorn i detta fall av differentialtransformatortyp. Referenselementet är i sin ena ände fast förankrad till 8 medelst en anordning 11. Vidare finnes en fjäder 18 sommed sin ena ände verkarmot 8 ochmed sin verkar mot ett säte 19 san är fast förbundet med referensen 9. a.

Det karakteristiska för detta utförande är att referensen 9 är utsatt för en dragkraft. Genau detta förhindras att 9 erhåller sidoutböjnirag på grund av Jcnäclcrfirngsfenarxen, vilket kan uppstå om 9 utsätts för speciellt an tvärsektionen hos 9 är liten i förhållande till längden.

Referensen 9 kan därigenan utgöras av en tunn tråd av Invar eller annat länpligt material.

Detta utförande kan givetvis varieras på många olika Sålunda kan t.ex. den elektroniska sensorn, och fjädern 18 byggas ihop till en "dragandle" sensorenhet vilken kopplas till refererxsens 9 fria Vidare kan lämpligen kanalen 20 genom vilken referensen 9 löper fyllas med ett fett av lämplig typ t.ex silikonfett san dels förbättrar värmeöxrer- föringen mellan 8 och 9 och dels fungerar san därfpare på eventuella resonans- i referensen 9.

Fig 10 visar ett användningseacenpel där anordningar enligt Lzppfirmirxgen även används för att övervaka maskinens geanetri.

Figur 10 visar ett schematislct en treaxlig koordinatmähxuaskin av s.k. porcaltyp. med 21 betecknas nätbora/basplatta.

En portal bestående av ben 22, 24 samt X-koordinatban 23 kan via luftlager 25 köras i Y-rilctiiiiagen, dvs vinkelrätt mot papperets plan. På X-bamnen 23 är en "Z-enhet" 26 lagrad. Z-enheten kan köras utefter X-bmmnen dvs i pilarnas 27 riktning. Vidare är en mätspindel 28 lagrad i Z-lådan 26 och kan köras i någon av pilarnas 29 riktning.

I maskinen enligt fig 10 kan nätskalorna i X-axeln 23, Y-axeln 25 och Z- axeln28 försesmedovanbeskriwxaanordrxingarförbestämfingochkarpense- ring av de termiska längdfelen i mätskalonia. av balkarna 23,25 466 518 8 och/eller 28 kan bestämrnas och kompenseras med hjälp av de arrangemang som beskrives i fig 7 och fig 8.

De båda benen 22 och 24 uppbär inte några mätskalor men påverkar ändå :nätnresultatet i Z-led eftersom de tillsammans med lagren 25 och mätbordet 21 utgör referens i Z-riktningen.

Can båda benen har sarmna skillnad till referenstnaturen blir resultatet en parallellförskjutxlirlg av X-balken i Z-led. Om skillnaden är olika blir resultatet både en förskjutning i Z-led samt att parallelliteten mellan X- balk och bartanplarra 21 förändras. I båda fall påverkas mannens gaonatri.

Genom att förse vardera av benen med en anordning 30 enligt uppfinningen kan benens längdvariationer bestämmas och kompenseras.

Ytterligare en fördel med uppfinningen är att även kröknirxgar och längd- som beror på andra faktorer än värme, t.ex. variation i belastning, detekteras och kan kompenseras.

Förfarandet enl. uppfinningen, liksom funktionen hos anordningen torde till väsentlig del framgått ovan. Längdutvidgningen hos en långsträckt kropp, såsom en fysisk längdskala eller en kropp, vid vilken en sådan skala är fixerad, mäts relativt en referens, vilken har en känd termisk längducvidgnirlgakoafflclanr, sam kan vara = o eller ;é o. Refarensan och lmoppen kan jämföras direkt vad avser längdlltvidgnizag men referensen kan också jämföras med en annan kropp som har samna längdutvidgnillgskoeffeicient som den första kroppen, varvid referensen och den arxdra kroppen ej nödvän- digtvis behöver ha samma lärlgd som den första lcroppen.

I Vid utförirxgsfonnen enligt fig. 10 är såväl mätspindeln 28 som benen 22, 24 försedda med referensmätanordningar enligt llppfinrlirlgen. Härvid kan från mätspindeln 28 således korrigeras med tre korrektionsfaktorer, nämligen: l. Från referenssystemet i Inätspilldeln 28. 2. Från referenssystemet i det ena benet 22. 3. Från referenssystemet i det andra benet 24. ax (sf 466 518- 9 Härvid väges 2 och 3 sanunan med faktorer som är beroende av Z-enheters läge utefter X-axeln.

Såsom torde framgått ovan erbjuder uppfinningen väsentliga fördelar. Sålunda kan den termiska längdutvidgniimgen, vilken önskas bestäïrd för att möjliggöra korrigering av mätvärden bestämda vid en temperatur som avviker från den, vid vilken kalibrering av en kropps längd skett, bestämmas utan av temperatur och termisk lärlgdutvidgniligslioefficient med hög noggrannhet Inåste ske. Vidare kan enl. ett utförande sådan ske utan avreferensermedaihuvudsak=0.

Ovan har uppfinningen beskrivits i anslutning till utföririgsexezrpel.

Naturligtvis kan fler utföringsformer och mindre förändringar tänkas, utan att lippfirmirzgstanken därför frångås.

Claims (24)

466 518 10 Patentkrav

1. Förfararude för av och, i tillänpliga fall, karpenserirxg för tennis: längdutvidgnjlag nos lagen-amma moppar, såsom fysiska längdska- lor eller långsträclcta kroppar för Iippbärarxde av fysiska längdskalor vid exempelvis eller utrustade med fysiska längdskalor, där mätfel uppträder genan längdawikelser hos skalan till följd av avvikelse från en refer tur, vid vilken skalan kalibrerats, k ä n n e t e c k- n a t a v, att lcroppexus (1, 8, 22, 24, 28) längdutvidgnirxg relativt åtlninstone en referens (6,9) av ett material med en termisk längdutvidgnirngs- koefficient (a), san avviker från kroppens materials tenniska längdut- vidgningskoefficíent, mäts, varefter, i tillämpliga fall, en kompense- ringsfaktor för korrigering av kroppens längd

2. Förfaranieerzligtlcravl, kännetecknat av, attkroppen (1, 8, 28) utgörs av en fysisk längdslmla (1) eller en långsträclft kropp (8, 28) för uppbärande av en fysisk längdskala (1) vid exenpelvis instrument eller utrustade med fysiska längdskalor.

3. Förfarandeenl. lcravleller2, kännetecknat av, atten referens (6,9) är av ett material med en termisk längdutvidgnizagàoefficient, san är väsentligen = 0 (noll).

4. Förfarandeenl. kravlellerz, kännetecknat av, atten kropp (8, 28) är av ett material med en från 0 (noll) avvikande längdut- vidgnjlagskoefficierrt (a) och en referens (9, 9") är av ett material med en från kroppens materials längdutvidgningskoefficient avvikande längdut- vidgningskoefficient (a), varvid längdutxridgnirzgsskillrxaden (6I) kroppen och referensen emellan lnäts och varvid kroppens och referensens längdut- vidgnirag (69',69") kan berälmas san proportionell mot den mätta längdutvidg- njngsskillnaden.

5. Förfarandeenl. kravl, 2, 3eller4, kännetecknat av, att referenser anordnas utmed en lårgsträckt kropp (8) vid olika ställen, vilken kropp, i tillänpliga fall, uppbär åtlnjnstone en skala, varvid kroppens (Q- 466 518- ll lokala lärlgdmitvidgnizag relativt resp. referens mäts, varvid geometriförärxd- ringar hos kroppen kan

6. Förfarandeenl. krav5, kännetecknat av, attnänma kropp (8) utgörs av ett balkelenent, i förekcxmnarade fall Ilppbärarade en skala, varvid referenser företrädesvis anordnas löpande invändigt i nämnda mml

7. Förfarandeenl. kravl, 2, 3, 4, 5eller6, kännetecknat a v, att nämnda lcropp utgörs av ett ben (22,24) vid en s.k. portalmaskin, där en bem (23) uppbäres medelst ben (22,24) samt: där en på bananen lagrad enhet (26) förefinns med en tvärs bomrrens längsriktning förskjutbar mät- spindel med skala förefinns, varvid även nxätspindelns och/eller dess skalas läiagdutvidgnirmg relativt åtminstone en referens mäts.

8. Förfarandeenl. kravl, 2, 3, 4, 5, 6el1er7, kännetecknat a v, att nämnda referens/-er (6,9) utgörs av en stavformig kropp, vilken företrädesvis är fast vid en ände (6) samt företrädesvis av samma längd, som den kropp, för vilken den termiska längdutvidgningen skall l |.. _

9. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av, att referermsen (9) utsättes för en dragkraft.

10. Förfarandeenligtlcrav9, kännetecknat av, attreferensen utgörs av en förhållandevis tunn tråd.

11. Anordning för av och, i förekommande fall, kompensering för termisk längdutvidgriifg nae iångeträeicca mappar, eåeem fyeieka längd- skalor eller långsträclcta kroppar för ilppbärarnde av fysiska längdskalor vid exempelvis instrument och Inätmaslciner, där mätfel eller Inotsvarande uppträder genom läragdavvilcelser till följd av avvikelse från en referensterrr- peratur, vidvilkenlcn-opperas längdärkalibrerad, kännetecknad a v, att anordningar (7,12) förefinns för av kroppens (1, 8, 22, 24, 28) längdutvidgniimg relativt åtminstone en referens (6,9) av ett material :ned en känd termisk lärlgdutvidgniligskoefficient (a), som avviker från nämnda kropps materials lärxgdutvidgniligskoefficient, varvid en kampen- seringsfaktor för korrigering av lnropperis längd kan 466 518'

12. Anordningezral. loravll, kännetecknad av, attnänmdalmopp (1, 8, 28) utgörs av en fysisk längdslcala (1) och/eller ett långsträclct element (8, 28) för uppbärande av en fysisk längdskala, varvid, i tillämpliga fall, en kompenserirlgsfaktor för korrigering av medelst skalan

13. Anordningenl. lcrav11el1er12, kännetecknad av, atten referens (6) är av ett material med en termisk längdutvidgningskoefficient, som är väsentligen = 0 (noll).

14. Anordnirlgenl. kravll, 12eller 13, kännetecknad av, att en kropp (8, 28) och en referens (9, 9") förefinns, vilka är av material, som har sinsemellan olika och från 0 awilzarnde längdutvidgningskoefficienter (a',a“) , varvid anordningar förefinns för av längdutvidgrlingssldllraa- den (6I) kroppen och referensen emellan och varvid kroppens och referenserls längdutvidgnirlg kan beräknas som proportionell mot den mätta längdut- vidgnjmssldlhaden (69569-0.

15. Anordningexil. kravll, 12, 13 eller14, kännetecknad av, att referenser förefinns anordnade utmed en lårxgsträckt kropp vid olika ställen, vilken kropp, i tillämpliga fall, uppbär åtminstone en skala, varvid kroppens lokala längdutvidgnirzg relativt resp. referens är avsedd att Inätas för av gecnetriförärxiriiigar hos kroppen.

16. Anordningerxl. krav15, kännetecknad av, attnänmdalcropp utgörs av ett balkelement, i förekormaride fall uppbärande en skala (1) , varvid referenser företrädesvis är anordnade löpande invändigt i nämnda balk.

17. Anordningenl. krav15eller16, kännetecknad av, atten referens (9) för nämnda skala (1) förefinns anordnad i anslutning till skalan.

18. Anordningenl. krav15, 16eller17, kännetecknad av, att en referens förefinns, vilken är gemensam för skalan och ett i anslutning till skalan förefintligt balkparti. (x 466 518- 13

19. Anordrlingelll. krav15, 16, 17 eller18, kännetecknad a v, att nämndla balk utgörs av en lådbalk med fyrkantigt, företrädesvis rektangulärt, och av, att referenser är anordnade i anslutning till lådbames hörn (15).

20. Anordning enl. lcrav 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 eller 19, k ä n n e - tecknad av, attnänuldalmopp (8) utgörsavettben (22, 24) viden s.k. portalmaskin, där en bom (23) med skala Llppbäres medelst ben (22, 24).

21. Anordning enl. krav 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 eller 20, kännetecknad av, attnänmarefererls/-erärstavforlnig/-æ

22. Arlordnilug enl. krav ll, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 eller 21, kännetecknad av, attrlänlrxiarefererls/-erärfast inspärxi/-a vid en ände (6',11) samt företrädesvis av samma längd (6) som den kropp, för vilken den termiska längdutvidgrxilugen skall

23. Arlordniilgexlligtnågotavlcavll-ZZ, kännetecknad av, att referensen/-erna (9) är anordnade att utsättas för en dragkraft.

24. Arlordrljllgerlligtloravæ, kännetecknad av, attreferensen/- erna utgörs av en förhållandevis tunn tråd.