SE470271B - Skalsystem för absolutmätning - Google Patents

Description

470 271 2 skalelektroder anordnade för samverkan med vid en mätslid anordnade mät- elektroder, vilka är anordnade att förses med för åstad- kcamnande av kapacitiv nätning, varvid en signalbeharidlingsexuhet förefinns.

Systemet utmärks speciellt av, att åtminstone en grovskala förefinns, vars skalelektroder bildar en förutbestämd vinkel (a) med en för skalan avsedd :nätslids förskjxrtningsr' Jlcmiiig' ' utmed skalan, där även nfätslidelus Inätelektro- der bildar en företrädesvis nnotsvaranie vinkel (a) med Inänmda förskjutnings- riktning, varigenom en bestånd förskjutning (L) i nänmda förskjutnings- riktning motsvaras av en bestämd. relativ förskjutning (S) mellan mätslidens mätelektroder och grovskalans skalelektroder i en riktning (w) vinkelrätt mot skalelektrodernas utsträckning, vilken riktning bildar en förutbestämd vinkel med nämrxia förskjutningsrilïtrxiiug.

Nedan beskrivs ilppfilmixagen närmare i arislutnirng till utföririgsexempel samt bifogade ritningar, där - fig 1 schematislct visar en vy över en del av en finskala och en :nätslid hos ett av känt slag, - fig 2 visar en principskiss av en grovskala och en mätslid enligt Ilppfirmileen. - fig 3 schematislct visar en första utförirlgsform av grovsløla, mätslid och signalöverförixlg enligt tlppfizinirrgen, - fig 4 schenatislct visar en andra utföringsfonn av grovskala etc enligt Ilppfi-fmirlgen, - fig 5 schematiskt visar ett par av två olika slag av grovskalor med inbördes olika periodlängd, - fig 6 visar tvenne skalor enligt fig 5 i en överlagrad, konpalct konfiguration, - fig 7 schematislct visar tvenne differentiellt anordnade grovskalor, där skalorna är inbördes speglade i ett längsgående plan, - fig 8 visar tvenne skalor enligt fig 7, där :natnirxgen är anordnad i Inotfas skalorna emellan, - fig 9 visar notfas matning i signalform, - fig 10 visar Inotfas :rnaming enligt fig 8 och 9 i mätelelctrodform vid skalor enligt fig 8, - fig ll schematislct visar tvenne finskalor, där skalorna är inbördes fasförskjirlma samt där skalelelctroderrxas överföringspartier är inbördes förhmdna, 470 271 3 - fig 12 schematiskt visar en i vissa fall föredragen, tredje utförirxgs- form av en del av ett skalsystem enligt Iippfinnirigen.

Det i fig 1 visade, kända skalsystemet, vilket beskrivs i detalj i svenskt patent nr 7714010-1, innefattar bl.a. dels en skala 1 försedd med ett första system av skalelelfitroder 2,3 och dels en utmed skalan förskjutbar mätslid 4 försedd med ett andra elektrodsystan 5-8. Elektroddelziirxgen är vald så att 33 [TU p: där p = slidens elektroddeliiing P = skalans elektroddehiing samt antalet elektroder per fasgrupp på sliden I'l Med 9 betecknas en pil narkerande slidens förskjutningsrilrtriiiug. Varje elektrod i en grupp matas med en växelspänninng enligt ett cykliskt För att förstärka den nyttiga signalen finns normalt ett antal parallell- kopplade fasgrupper på sliden 4 och för att skalsystemet skall fungera måste det finnas åtrninstone en hel fasgrupp av Inätelektroder 5-8 på sliden.

Eftersom en fasgrupps längd är direkt kopplad till skalperiodens längd bestanmæer" den största tillåtna längden på sliden också skalperiodens största tillåtna längd. Av bl.a. praktiska skäl kan sliden inte tillåtas vara alltför lång. Maximal längd torde vara ca 50-100 mm. Maximalt arbetsområde för sliden är härvid ca 100 nun, vilket tyvärr är alltför ringa för de flesta tillämpningar. Även vid det i fig 2 visade, principiella skalsystemet enligt Iippfinningen förefinns en Inätslid 10 försedd med Inätelektroder 11-14. Slidens förskjut- ningsriktriing 15, rörelseriktnilig 15, markeras med en pil. Med 16,17 betecknas skalelektroder hos en grovskala 18, vilka elektroder bildar en förutbestämd vinkel a, med nämnda förskjutningsrfitnixxg 15, där även nnätslideris mätelektroder 11-14 bildar en förutbestämd, företrädesvis motsvarande, vinkel a mot riäinnda riktnnig' ' 15. Härvid motsvaras en bestanfl" förskjutning L av sliden i nämnda förskjutningsrilctrung' ' 15 av en bestand" relativ förskjutning mellan nätslideras mätelektroder 11-14 och grovskalans skalelektroder 16,17 i en riktning a' vinkelrät mot skaleleklzroderxias 16,17 470 271 4 utsträckning, vilken riktning bildar en förutbestämd vinkel o: +90° mot nämnda förskjutningsriktrfirxg, såsom torde framgå av fig 2.

I de i fig 3 och 4 visade, mer utförandena betecknas med 19 en med ett antal, företrädesvis ekvidistant placerade, sïkalelelctroder 20,21 försedd skala. Över skalan 19 är en längs skalan förskjutbar mätslid 22 anordnad, vilken uppbär ett enligt ett bestämt mönster anordnade mät- elektroder 23 (11-14) , sändarelelrirmder 23, och, i förekommande fall, fig 3, mottagarelekmoder 24. lfätelektroderrxa är, som nämnts, anordnade att matas med varsin växelspärarxiiæg enligt ett cykliskt mönster. Mottagar- elektroderna 24 är anordnade att via av skalelektroderna omfattade över- föringspartier 26 uppfånga av av skalelektroderna omfattade Inätpartier 25 rnottagzza signaler samt överföra dessa till en till mttagarelektroderna ansluten signalbehandlingsenhet 27.

Grovskalans 19 Itätelelftroder 20,21 innefattar Sålunda ett mätparti 25, vilket bilder nämnde vinkel e met nämfie förekjumairiqeriicumug 15, sem: ett över- föringsparti 26, vilket antingen, fig 3, liksom mätpartiet, är separerat och elektriskt isolerat från övriga skalelelctroders överföringspartier sanrt avsett att avkännas medelst åmiiistone en av inätsliden upplauren mottagarelektrod, från vilken signaler är avsedda att överföras till signal- behandlingseruheten 27, eller, fig 4, är förbundet :ned och utgör en del av ett för flera skalelektroder gemensamt överföringsparti 28, vilket är direkt förbundet med signalbehandlingsenheten 27.

Enligt det i fig 5 visade utförandet förefinns tvenrle slag av grovskalor 19, vilka har olika periodlärzgder Lælb, varvid på känt sätt mellan de båda skalorna är avsedd att utnyttjas för entydig av absolut- lägen längs skalorrn över en bestämd sträcka M enligt sanbandet La 'M=Lax( ---- -l) a Lb _ La vid exezupelvis La = 131,o72 mm och Ib = 135,16s m fås M = 4194 m, vilket . är tillräckligt för de flesta storlekar av exempelvis koordinatmäünaskiner eller Vid behov kan naturligtvis La och/eller Lb väljas annorlunda för att ge större eller mindre M.

Den i fig 5 visade skalkonfigurationen har påtaglig 6 tvärs 5 skalornas längdriktrung. Enligt ett i vissa fall föredraget utförande, fig 6, är de båda grovskalorna 19 i ett par av grovskalor av olika slag med olika periodlängd anordnade i varandra med sina respektive överförings- partier vid motstående sidor av den de båda skalorna innefattande skalkon- figurationen för konxpalcteriiug av skalsystemet. Vid en konfiguration enligt fig 6 kan samma av rnätelektroder 23 hos sliden användas för matning av båda skalorna med signaler.

För att ytterligare begränsa känslighet för rörelser vinkelrätt mot för- skjutningsrilctniiigen exempelvis pga snedställrüng av skalan/-onia 19, förefinns, fig 7, för varje grovskala 29 med bestämd periodlängd, en första 29, en ytterligare motsvarande grovskala 29' , en andra 29' , utgörande en spegling av den första i ett med nälrinda förskjutningsrilftlüllg parallellt och mot den första skalans plan vinkelrätt plan, varvid en mätslid 30 innefattar :nätelelctroder 23' för den andra grovskalan 29' , vilka på mt- svarande sätt, som för skalorna 29,29', utgör en spegling av nxätelelctrodenxa 23 för den första skalan, varvid signalerna från de båda skalorna sam- behandlas för elirninerir1g av mätfel härrörarxde från exempelvis snedställ- ning av skalan/-orna. Om sålunda sliden 30 förflyttas i mätrilctriixigen 15 kornmer slidens, Inätelelctrodgnzpper 23,23' att samtidigt befinna sig i samma position relativt Inätpartierna 25,25' hos skalelelctroderna. Om en relativ förskjutning mellan sliden och skalorna i en riktning Y tvärs skalornas längsriktxiing däremot Iippträder koxmner den övre mätelektrod- gruppen 23, som i exemplet i fíg 7 befinner sig i ett läge med S-fasen rakt över mätpartiet 25 att förskjutas mot ett läge där R-fasen konmer in alltmer. Den speglade elektrodgruppen 23' , som även den i ett initialläge befinner sig i ett läge med S-fasen rakt över Inätpartiet 25' , kommer att förskjutas :not ett läge där T-fasen konmer in allüner. Eftersom R-fas och T-fas är fasförskjutna 180° relativt varandra kommer respektive felbidrag att eliminera varandra. Det i fig 7 visade arrangemanget gör sålunda skalsysternet okänsligt för eventuella förskjutningar i Y-rilctrmiingen och för bristande parallellitet mellan skala 29,29' och Inätsystexnets förskjut- ningsriktning 15 .

I de fall sammanhängande överföringspartíer 28, fig 4 och 8, hos skalorna används föreligger risk att dessa tillsammans med skalelelctroderna utbildar "antenner", vilka uppfångar externa elektriska störningar, exempelvis från elektriska motorer, ljusanläggningar och liknarxde. För undvikande av dessa 470 271 6 problem är enligt ett föredraget utförarxde, fig 8 och 9, mätningen för mätelektr-oderna 23' för den ena 29' av skalorna i ett par 29,29' av speglade skalor anordnad för motfasiga signaler R' ,S' ,T' ,U' jäxnfört med Inatnzingen R,S,'I',U för den andra skalan 29, så att varandra nxotsvararxie Inätelelcmoders nxaürmgar är fasförskjutna 180° relativt varandra, varvid en operations- förstärkare 27' förefinns för behandling av resp skalas 29,29' signaler.

Operationsförstärkaren 27' och överföringspartierna 28,28' är anordnade så att det ena överföringspartiet 28' är anslutet till förstärkarens plusingåxig + medan det andra överföringspartiet 28, fönnedlazide motfasiga signaler, är anslutet till förstärkarens mirrusizmgårxg - samt så att båda signalerna, exempelvis S och S', såsom visas i fig 8, bidraget lika mycket i operationsförstärkaren till att bilda utsignal SLI-t. Eventuella störsignaler kommer till skillnad från Inätsignalen in på båda överföringspartierna 28,28' med samma fas och rilctlüng och undertnfycks i förstärkaren 27'. Härvid bör en förstärkare med hög s.k. comnon mode rejection väljas.

Såsom framgår av fig 9 de 180° fasförskjutna signalerna vid ett 4- fasigt ma endast en 180° förskjutning av fasordnirng i den speglade av mätelektroder på sliden, varvid, fig 9, fas R' är identisk med fas T, fas S' är identisk med fas U etc. et mellan lnotfas och fas är sålunda: R'=T s'=U T'=R U'=s Om R',S',T' och U' ersättæ med sina ekvivalenter enligt tabellen ovan fås en slutlig fasmatnixxgsbild enligt fig 10.

Vid den i fig 11 visade, föredragna konfigurationen av finskala förefinns tvenne skalor a,b där skalelekdoderna hos varje skala har ett gemensamt överföringsparti 31, vilket företrädesvis sträcker sig över hela skallängden, dvs skalelektroderna sammanhänger över hela skallängden. Föredraget är härvid att varje skala är ansluten direkt till signalbehandlingsenheten 27. Skalorna a, b är företrädesvis fasförskjutna 180°, varigenom tvenne differerrtiella signaler erhålles så att, medelst en operationsför- stärkare 27 med s.k. common mode rejection, externa elektriska kan Lmdertzyclcas. f: sys ~ :n CD h) s: ...n Vid den i fig 12 visade ytterligare utföringsformen av grovslcalor förefinns ett första slag av grovskalor 2a,2b med en förhållandevis kort periodlängd, exempelvis 13l,072 m, samt ett andra slag av grovskalor 3a,3b med för- hållandevis lång periodlängd, i många fall företrädesvis hela nxätlärxgden, exempelvis 2000 m. vardera grovskalan 2,3 är anordnad med differentiella skalor m försedd med differentiell matrling, Inätfas/fas, såsom beskrivits i anslutning till fig 7,8 ash 9. systanst är härvid anordnat så att absalut- sker medelst finskalan inom dennas skalperiod, exempelvid 2,048 mm och så att aktuell finperiods läge inom en skalperiod hos den mest finindelta grovskalan 2 kan fastställas med denna grovslkala 2 samt så att, :medelst grovskalan 3 med längst skalperiod, den aktuella, kortare grovslaleperiodezns laga :nan gravskalan med längst skalperiad kan fastställas.

Funktionen hos skalsystemet enligt uppfilmillgen torde till väsentlig del framgått ovan. Grundläggande är sålunda att skalelelcmoderna hos grovskalan/- orna är vinklade relativt nämnda förskjutningsrilcttlil-ng 15, varigenom den relativa rörelsen i riktning L, fig 2, även ger lipplrxov till relativ rörelse mellan mätslidens Inätelektroder Och Skalans elektroder i systemets förskjut- ningslšänsliga riktning a' , varvid oz kan väljas så att önskat utväxlingsför- hållande mellan rörelserna i riktningarna L (15) och a' i princip kan frikopplas från rörelsen i L-rikmillgen samt anpassas till aktuella krav på upplösning, acceptabel slidlängd etc.

Såsom torde framgått ovan erbjuder uppfinningen väsentliga fördelar jämfört med känd teknik. Precisionskraven vad avser skalelektnroddelning är lägre.

Mätsliden kan ges en enkel utformning. Absolutmä det kan göras stort utan att mätslidens längd därför behöver ökas över vad som är rimligt. Även ytterligare fördelar föreligger. ovan har uppfinningen beskrivits i anslutning till utföringsexelrwpel.

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

Enligt föredragna utföranden är således skalperioden hos finskalan 2,048 mm. Vidare är signalbehandlingsenhetens upplösning l/4096 av skal- elektrodernas delning i can-riktningen, vilken delliing härvid är 4,096 m, varvid upplösningen sålunda är lpcm i nämnda riktning. Föredraget är härvid 47Ü 271 s att a, vad avser den mest firfinielta grovskalan, är vald så att L, dvs åklängden i förskjutningsrflctrmmgen 15, fig 2, blir en binär multipel, 64, av finskalaras periodlängd 2,048 Inm. a är härvid 1,7908°. En enhet i signalbehandlingsenhetens upplösning ger då en upplösning i slidens förskjutningsrflctxürxg 15 enligt 64 X 2,048 4096 Upplösning i L = = 0,032 Hm Härvid erhålles sålunda en absolut mätlängd av 64 x 2,048 = l31,072 mm med en av 32um över denna längd. tïppfirmjrxgen skall således ej anses begränsad till ovan angivna utförirngs- former utan kan varieras inom sin av bifogade patentkrav angivna ram. 1!

Claims (9)

.Ls »i c: m sd -åu Patenficrav

1. Skalsystan för absolutznäüüng :innefattande åtminstone en uiïmed en mätlärugd sig sträckande skala och åtminstone en relativt skalan rörlig Inäiislid, där en findetektor förefinns anordnad att mäta absolutvärden inom vart och ett av utmed skalan liggande intervall samt där en grovdetektor förefinns anordnad att mäta absolutvärden vad avser, inom vilket intervall findetektorn för tillfället förefinns, varvid varje skala innefattar enligt ett förutbestämt mönster anordnade skalelektiroder anordnade för samverkan med vid en nxätslid anordnade Inätelelcmoder, vilka är anordnade att förses med nnaü-xjngsspänning för âstadkommande av kapacitiv mätning, varvid en signalbehandlirigsenhet förefinns, kännetecknat av, att åt- minstone en grovskala (2,3,18,19) förefinns, vars skalelektroder (2a,b,3a,b,- 3.6,17,20,21,25,25') bildar en förutbestämd. vinkel (a) med en för skalan avsedd rnätsiids (4,io,22,ao) förskjucnmgsriicumg (is) utmed skalan, där även Inätslidens nlätelektroder (l1-l4,23,23') bildar en företrädesvis Inotsvararide vinkel (a) med nämnda förskjutningsrilctnii-xg (15), varigenom en bestånd förskjutning (L) i nämnda förskjutningsriktiiizxg nxot-.svaras av en bestämd relativ förskjutning (S) mellan mätslidens Inätelelctroder och grovskalans skalelektroder i en riktning (a') vinkelrätt :not skalelelctrod- ernas utsträckning, vilken riktning bildar en fö vinkel med nämnda förskjutningsrilcüiing.

2. Systemenligtlæavl, kännetecknat av, attgrovskalazis skalelektroder irmefattar ett Inätparti (25,25') , Vilket bildar nältlrïda vinkel (a) mot nämnda förskjutningsriktliirzg, samt ett överföringsparti (26,28,28') , vilket antingen är separerat från övriga skalelektrroders över- föringspartier (26) samt avsett att avkännas medelst åtminstone en av mätsliden uppburen :nottagareleku-od (24) från vilken signaler är avsedda att överföras till signalbehandlingsenhetal (27) , eller är förbundet med och utgör en del av ett för flera skalelelctrroder gemensamt (28,28'), vilket är direkt förbundet med signalbehandlingsenheten (27).

3. Systemenligtlcavlellerz kännetecknat av, atttverme slag av grovskalor förefinns, vilka har olika periodlärzgder _I_a,Lb, varvid mellan de båda skalorna utnyttjas för entydig av absolutlägen över en best-ämd sträcka M' enligt sambandet La M=Lax( 'fb-Tål -l) 10

4. Systemenligtlcravl, 2eller3, kännetecknat av, att de båda grovskalorna i ett par av grovskalor av olika slag med olika periodlängd är anordnade i varandra med sina respektive överföringspartier vid motstående sidor av det de båda skalorna iiinefattarnde skalarrangelnanget för koiupakterirxg av skalsysteinet.

5. Systemenligtkravl, 2, 3eller4, kännetecknat av, att för varje grovskala, en första, förefinns en ytterligare motsvarande grovskala, en andra, utgörande en spegling av den första i ett med nämnda förskjirtningsrilctfiiiig parallellt och mot den första skalans plan vinkelrätt plan, varvid mätsliden innefattar mätelektroder även för den andra grov- skalan, vilka på motsvarande sätt, som för skalorna, utgör en spegling av nätelelcfioderna för den första skalan, varvid signalerna från de båda skalorna är avsedda att sainbelxarldlas för elirnirneriiig av inätfel härrörande från förskjutning' av mätsliden tvärs nämnda förskjutnings' riktning' ' , exempelvis pga snedställrfirxg av skalan/-orna.

6. Systemenligtlcravl, 2, 3, 4eller5, kännetecknat av, att :natniiigen för inätelelctroderna för den ena av skalorna i ett par av speglade skalor är anordnad för motfasiga signaler (R' ,S',T' ,U') jämfört med nxatningen för den andra skalan, så att varandra motsvarande Inätlektroders Inatnjiigar är fasförskjutna 180° relativt varandra, varvid en operations- förstärkare förefinns för behandling av resp skalas signaler, företrädesvis under utrlyttjaride av s.k. common mode rejection för eliminering av stör- rfingar.

7. Systemenligtlcr-avl, 2, 3, 4, Seller 6, kännetecknat a v, att ett första slag av grovskala med en förhållandevis kort periodlängd (La) och ett andra slag av grovskala med en förhållandevis lång periodlängd (Ib) , vilken är av sainma storleksordning, som den totala mätlängden, förefinns.

8. Skalsysterixenligtltravl, 2, 3, 4, 5, 6eller7, känneteck- n a t a v, att en finskala (l) förefinns, där skalelelttrodenias över- föringspartier (31) är förhindna över, företrädesvis hela, skallängden, varvid överföringspartierna företrädesvis är direkt förhindra med signal- behandiingsenheten (27). 'x 470 271 ll

9. skalsystexneruligtkrav8, kännetecknat av, atttvenne finskalor förefinns, vilka är fasförskjuma 180°, varvid en operationsförstärkare (27') förefinns för behandling av de djfferentiala signalerna från de båda skalorna för undertrycknirxg, företrädesvis enligt s.k. common mode rejection, av externa elektriska störningar.