JPS6165111A - ある長さ測定系をより正確な基準系に対して較正することにより、その長さ測定系の精度を向上させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はある長さ１ｌｌｌ定系をより正確なｗ卓系に対
して較正することにより、その長さ測定系の精度を向上
させる方法に関するものである。、二の方法は測定結果
に補正値を加え、または減することからなる較正手順を
通してもともと低い精度要求に従って較正されたスケー
ルの精度を改良することを意味するものである。

従来の技術 長さ測定系、例えば金属加工機械に関連して用いられる
べきデジタル長さ測定系には高い精度が要求される。許
容される最大誤差はしばしば１〜２ｍの長さについて数
μＭ程度という厳イδさが要求される。

そのためノステム要素、特に測定系の長さ基卓を形成す
る物差しくスケール）としての光学的、磁気的、誘導も
しくは容量的なスケールはきわめてＬＩＥ　Ｇ’Ｎなも
のでなければならない。その結果、このような測定系を
製造するコストは概して高価となり　Ｊ、ｌ、ｌ　、こ
そのＩλ：１ｆ：ｎｉ柊１１すよ測定糸が１、大ｆ覧長
さを測定しようとするものである場合；こ著しい。また
、正確なスケールを成功裏に製作できたとしても、その
スケールを装備する機械中において、一定のソステム誤
差が生ずる。このノステム誤差は例えば機熾上の相互に
異なった位置における外向き突出の度合が変化すること
に基づくものである。そのため、このようなスケールシ
ステムを装備しようとする機械には、晶い正もｍ度が要
求される。

スケールシステムに８シするノステム寸法誤差を制限す
る１つの周知方法においてスケールは次のように中交正
される。すなわち、スケールレムこよって登録された値
はより正確な系から取り出された些串値と比較され、各
スケール目盛に関して得られた前記比較による差の値は
較正規約または較正線図上に記録される。較正されたス
ケールシステムを用いる場合、スケールが読み取られる
と、関連スケール、すなわら目盛測定値についての補正
値は較正規約から取り出され、スケールからの跣み出し
値に加算（もしくは成算）される。その較正がスケール
システムの機械への装備に続いて行われる場合、スケー
ル装備の結果として発生した誤差およびンステム本来の
誤差（すなわら同一位置において発生する同量の誤差）
は較正により補償される。これは機械構造および積度上
の要求を暖やかにし、したがってコストを低下さ・ヒる
ちのである。

ごね、に対応してデジタル式長さ測定系においては、例
えば電子デジタルメモリーなどのようなメモ゛ノー中に
補正値をストアすることが考えられる。

これにより、各測定値について最新の電子技術により対
応する補正値を求め、その補正を行うことがｔ・きる。

ストアされた補正値を各ａｌｌｌ定植に関連づけること
を可能にするためには、すべての測定値を固定のＪ５　
ｌｌｉ点から分月１することが必要である。通常の増分
スケールシステムの場合、これは測定スライドをスケー
ルの一端における固定アバツトメントに向かって移動さ
せ、そのスライドを零にセットすることにより達セられ
る。しかしながら、この手順による１つの不利益は測定
系の電源電圧が遮断される度ごとにそれを実行しなけれ
ばならないことである６また、別の不利益は例えば表面
間の熱膨張、疲分または塵埃などによる固定アバツトメ
ントの機械的な位置変化が生した場合Ｇこおいてノステ
ム較正中の固定基準点を所定の位置に関して変手多させ
ることである。

さらに別の問題はスケールの誤差曲線が大きく変化する
場合に生ずるものである。このような事態においては最
悪の場合、測定スケールの各増分シこついて分離した補
正値を提供することが必要である。長さ１ｍでｉｎμｍ
の分解能を有するスケールの場合、１０００・１０００
　＝　１００００００の補正値をストアユニットにスト
アすることが必要である。

本発明の目的は、これらの不利益を１Ｊｌ−除しようと
するものであり、この１０勺はｉＢ付の’４１訪’　３
青木の範囲に記載した発明方法を実施することにより達
せられる。

本発明によれば、例えば外部の固定７ハ、［・メｆ　ン
トを用いることなく、それ自身シこδいで絡対１０：−
り↑、ｌｉ　＋ｌＩを含乙スケールか用いらｆする。こ
れシよスケールを固定アバツトメンＩ・の助レノによつ
、香に七ノドすることに関する［１り述した不利益を（
ｊト除するものである。このような絶対測定系は例えば
ス工−デンエ国特許第７７１４０１０−１号（９〜１０
頁）または同第７８０５２３１−３号明細書に朽いて記
載されたＧ様により較正される。

本発明においてはさらに検出系の所定の許容誤差より大
きい寄生誤差を持つことが許容されるスケール／ステム
を有するθり足糸が用いられる。これは寄生誤差を徐々
に上昇または下降させることにより実行される。これは
デジタル記ｔｏ装置のスペース要求を減少するものであ
る。緩やかに上昇または降下した誤差曲際を有する光学
的、誘導的もしくは容量的な長さ測定系はそれ自体周知
であるが、基本的にはｉｌ＋！Ｉ定値が読み出されると
きにそのスケールの２以上の目盛を含むという原理に基
づくものであり、これにより、各スケール目盛の特定の
誤差は総合誤差イメージをその総合値の分呟によっての
み支配する平均値が形成される。

本発明ろこよる方法うよ、ノステム、１１差を・［・ジ
ＩＥ　：：にり制御＠シようとするものであり、これり
の７ステム誤差は繰り返し行われる６１す電動作ととも
；こ、圧いに等しい位置において繰り返し生ずる互いに
等しい大きさを有することとなる。スケールを較正する
ためにはその反復または再現１１７脂性、すなわちスケ
ール上の同一位置において同一測定値を得る能力が必要
であり、それは所望の較正精度および記憶装置内にスト
アされた補正値間の増分ステップに対する適当な関係を
有するべきである。

上記のことを説明するためにはわれわれは測定系が±１
μｍの反復性を有し、較正用メモ・ノー中の２値間の最
大ステップが±１ｐＩ１１であり、さらに較正測定系に
生ずる最後の誤差が二１μｍであるものと仮定する。ス
ケールにおけるノステム木来の誤差は１ｍの測定長さに
おいて３００ａｍ　であるものとする。この場合におい
て、較正後のスケールの最大誤差は±３μｍとなる。

以下、本発明をその好ましい実施例を図解した添付の図
面に従ってより詳細に説明することとする。

第１図は較正動作中のシステムを図解するものである。

ここに（１）は較正されるべきスケール、（２）および
（３）はそれぞれスケール／ステムに関連して用いられ
る読み取りへ／ドおよびデジタル評１ＩＩｌｉ！Ａ置で
あり、破断線において示された囲い（５）は自動較正装
置を包囲するものであり、その長さＪＪ　ｉｌｌとして
レーザー測定系（６）、（７）を含んでいる。（８）は
レーザーメーターのデジタル評価装置である。

スケール（１）のデジタル評価装置（３）がら゛のθり
定された“真の値°は較正中において出現し、装置（１
０）においてレーザー測定ンステムのデジタル＝　７１
　（８）から得られた“セット壱値”（９）と比較され
る。

Ｗｌｌｌ定された差はデータープロセッサー（１１）内
のメモリーにそれぞれの長さアドレスとともにストアさ
れる。較正手続きが完了すると、それらの値はＥ型ＰＲ
ＯＭプログラマ−（１２）に伝送され、そこで測定され
た補正値およびそれぞれのアドレスは、ｌまたは２以上
のＥ　５２　Ｐ　ＲＯＭに６いて永久的にストアされる
。スケール／ステム（＋）は記ｉ！装置（１３）および
補正装置（１４）を存する。これらの装置は較正手続き
りこおいては用いられない。

第２図に示す較正されたシステムを用いて測定する場合
は次の手１頭が採用される。スケール（１）のデジタル
評価装置（３）からは１■い値”、すなわち補正がなさ
れていない記録値か取ｈｙ出される（第２図に示した例
において、その値は１０ｏ２３７である）。この粗い値
は値１００２３７に対応する記憶装置内のアドレスを指
示する。この（■い値１００２３７のための補正値（こ
の場合１９μｍ）はこのアドレスにおいてストアされる
。問題のｉｌｌい値に対する記憶値が存在しない場合、
記憶装置中の制個ユニットが至近の低いアドレスにおい
てストアされた補正値を選択する。

第３図は目盛（１６）、（＋７）、（＋３）を有するス
ケール（１５）を含む測定系を示している。この場合、
長さ−よパンチ型の詩み出し＼２・１　（１つ）により
（則定される。ゴーなわら＝２°Ｃみ出５へ、トシよ厳
密に１つの目盛を指示し、ｌＩｒ１過したｌ−１盛数を
計算するためのものである。各目盛の１、ν定謔差は線
図（２０）に示すようなシステムの長さ記録における対
応する誤差を直ちに生ずるものである。線図中のライン
（２１）および（２２）は最大許容誤差を示すものであ
る。ライン（２１）の上方およびライン（２２）の下方
に位置するすべての点は補正されなければならない。

図示の例では補正を要する９点が存在する。

第４図は誤差曲線における緩やかな変動を伴う１ｊｐｌ
定系を示している。スケール（１５）は第３図にちける
ものと同様であり、」二側に従い目盛（１６）、（＋７
）、（＋８１．、、の、寺において同（ρな個々の特定
誤差を存する。この場合、読み取りへ・〕）１２３）は
１スケール目盛より多い測定値または誤差変動を同時に
読み出すように較正されている。これは例えば第４図に
示す態様においては７１　Ｇの読み出しヘッド、この場
合５個のへノド（２４）〜（２８）を用いることにより
実行される。ごれらのへ、トはスノ「−ルＬＩ２’；、
’の・［−シシ倍だけ相互Ｇこ変移し、スケールかろ同
しＩｉ７　ｆｔｆを同時に読み取るものである。これら
５個の値の平均値を計算することにより、スケール目盛
（＋　６）　。

（＋７）、（１８）、、、の位置における個々の変動の
影響を緩和し、線図（２９）に示す通り、ライン（２１
）および（２２）の外側にはみ出た点が１つしか存在し
ないようにｒる。したがって、この場合における　”暖
やかな上昇もしくは院下を伴う誤差曲線”を採用したス
ケールシステムの使用は必要な補正数を前記の例におい
て必要とした数の９分の１に減少するものである。

このような媛やかな上昇もしくは陣下を伴う誤差曲線を
得る他の周知の方法は、例えばスエーデン王国特許第７
７１４０１０−１号明細書に記数されたモアレ技術また
は容量／ステムにおけるスケールシステムの使用を含む
ものである。

第５図はスケール誤差曲線において（２５）の長さ華位
を示す較正されたスケールのための影像特性を示すもの
である。スケールの長さはＸ軸に沿って作図され、測定
された誤差はＹ軸に沿って作図される。これらの値は第
２図の記憶装置（１３）内に挿入される。それらの値が
記憶される較正点（３４）、（３５）、（３６）、、、
間における距ｉ；ＩＩ（３０）、（３１）、（３２）、
、、は等しい長さを有し、誤差曲線の最も急峻な領域（
第５図の点Ａ）における誤差（３７）が較正点（３４）
、（３５）、（３６）、、、中の２点間の許容誤差を上
回るように選択されなければならない。許容誤差が２単
位であれば、補正数における最大許容誤差はＩ／２Ｘ２
＝１単位となる。点へにおける誤差のサイズは各スケー
ル目盛につい７：　ｌ　ｉｌｌ、位であるため、図示の
場合においては２５の較正点が要求される。

１１：ｉ記のような変動は第６図に示されている。この
１５合において較正点（３８）　、　　（３９）　、　
　（４０ン　　　　間の距Ｆｄｆは一定ではないが、許
容誤差１７１のサイズに従って形成される。誤差増分ま
たは誤差剰余分が最新の較正点後において、許容＝１゛
１差（３７）を上回る度ごとに、第２Ｍの記憶装置（１
３）内にはさらに新たな較正点が入れられる。この変形
例においては第５図に示す方法から明らかな通り、１０
個の較正点のみが要求される。

この方法は、誤差曲線の低勾配域における較正点間のス
ペースに関する不必要な圧縮を回避し、これによって記
憶装置（１３）内に要求されるスペースを減少するもの
である。

Ｔ！Ｊ５図および第６図は厳密に正の誤差剰余を表す誤
差曲線を示すものである。しかしながら、これらの場合
において交互に発生する正および負の誤差剰余のみを伴
う誤差曲線などのような他の形状の曲線も利用可能であ
る。

’　　に！ｉｆｆ＋の節、！１（な説明第１図は本発明
を実施するだめの測定装置を略示するフロック線図、第
２図は第１図に示した測定装置の読み出しソーケンス中
のａ能を示す図、第３図は前記測定装置に装備されたス
ケールを略示するブロック線図、第４図は誤差曲線の変
動例を略示するグラフ、第５図は較正されたスケールの
影像特性を示すグラフ、第６図は第５図に示した竹件の
変形を含む誤差曲線グラフである。

（１）、、、、、、較正されるべきスケール（２ン　−
−＋　−、；売み取りヘッド（３）、（８）、、デジタ
ル評価装置 （５）、、、、、、自動較正装置 （６ン、（７）、、　　レーザー測定系（１０）、、、
、、比較装置 （ＩＩ）、、、、　　データープロセンサー（１２）、
、、、、Ｅ型ＦＲＯＭプログラマ−（１３）、、、、、
記憶装置 （１４）、、、、、補正装置 ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　　２ 信洟 ム ＦＩＧ、　　３ 倶灸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ある長さ測定系をより正確な基準に対して較正す
   ることにより、その長さ測定系の精度を向上させるため
   の方法であって、前記長さ測定系に装備されたスケール
   システムを絶対測定スケールシステムとして形成し、少
   なくとも２つのスケール目盛にわたる平均値を作成する
   ことにより、前記スケールシステムの寄生誤差を緩やか
   に上昇もしくは降下させ、前記寄生誤差が前記長さ測定
   系の所定の誤差より大きくなることを許容するとともに
   、較正により得られた補正値を記憶装置にストアするこ
   とを特徴とする長さ測定系の精度向上方法。
2. （２）スケールに沿った較正位置間の距離を記憶装置に
   記憶された補正値に対し、互いに等しい所定の距離とな
   るように設定し、前記距離を最大許容誤差が２つの順次
   較正位置（第５図）間の何らかの位置において超過しな
   いように選択することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。
3. （３）スケールに沿った較正位置間の距離を記憶装置に
   記憶された補正値に対し、誤差曲線の勾配に応して変化
   する距離となるようにして、２つの順次較正位置間に生
   ずる誤差がスケールの最大許容誤差より小さいか、また
   はその半分に等しくなるようにすること（第６図）を特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。