DD239035A1

DD239035A1 - METHOD FOR DETECTING MEASURES OF HIGH ACCURACY

Info

Publication number: DD239035A1
Application number: DD27805585A
Authority: DD
Inventors: Klaus Spring
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1986-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Messwerten hoher Genauigkeit, insbesondere zur dynamischen Messwerterfassung. Ziel ist die Verringerung des technisch-oekonomischen Aufwandes, die Erhoehung der Messgenauigkeit sowie die Erweiterung der Anwendungsmoeglichkeiten. Aufgabengemaess soll mit geringem Aufwand der statistische und systematische Fehler bei der Messgroessenerfassung von periodischen als auch nichtperiodischen Messvorgaengen eliminiert bzw. verringert werden. Mit der Erfindung werden aus einer Messwertreihe zur Mittelwertbildung Differenzwerte gebildet, deren Mittelwert als Korrekturgroesse vom Messwertmittelwert subtrahiert wird. FigurThe invention relates to a method for acquiring measured values of high accuracy, in particular for dynamic measured value acquisition. The aim is to reduce the technical-economic expenditure, the increase of the measuring accuracy as well as the extension of the application possibilities. Taskgemaess should be eliminated or reduced with little effort of the statistical and systematic errors in the Meßgroessenerfassung of periodic as well as non-periodic Messvorgaengen. With the invention, differential values are formed from a series of measured values for averaging, the mean value of which is subtracted from the mean value of the measured value as a correction quantity. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Meßwerten hoher Genauigkeit, insbesondere zur dynamischen Meßwerterfassung.The invention relates to a method for acquiring measured values of high accuracy, in particular for dynamic measured value acquisition.

Die Erfindung ist in der Meßtechnik allgemein dort einsetzbar, wo Meßwerte mit geringem Aufwand und mit hoher Genauigkeit ermittelt, angezeigt oder zur Auswertung weiterverarbeitet werden sollen.The invention can generally be used in measurement technology where measured values are to be determined, displayed or further processed with little effort and with high accuracy.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Im allgemeinen ist die Erfassung eines einzelnen Meßwertes durch eine Anzahl von Fehlereinflüssen verfälscht, so daß die Meßgenauigkeit beeinträchtigt ist. Zur Realisierung dieser Fehlereinflüsse sind Verfahren bekannt, die durch Mittelwertbildung mehrerer Meßwerte die Meßgenauigkeit steigern. So wird bei der DE-OS 2408545 davon ausgegangen, daß bei einer Aufeinanderfolge von periodischen Vorgängen jeweils an einer bestimmten Stelle der einzelnen Periode ein Meßwert elektronisch erfaßt, digitalisiert und mit den Meßwerten vorangegangener Perioden summiert wird, worauf nach Abschluß der Summation durch Division durch die Anzahl der Messungen deren Mittelwert erhalten wird. Weiterhin wird in der DE-OS 2526231 eine Möglichkeit dargelegt, bei der ein genauer Wert einer physikalischen Größe ermittelt werden kann. Der Wert wird dabei mittels mehrerer Meßwertgeber gemessen und anschließend gemittelt.In general, the detection of a single measured value is corrupted by a number of error influences, so that the measurement accuracy is impaired. For the realization of these error influences, methods are known which increase the measuring accuracy by averaging a plurality of measured values. Thus, it is assumed in DE-OS 2408545 that in a sequence of periodic operations each at a certain point of the individual period a measured value electronically detected, digitized and summed with the measured values of previous periods, whereupon after completion of the summation by dividing by the Number of measurements whose mean value is obtained. Furthermore, a possibility is set forth in DE-OS 2526231, in which an accurate value of a physical quantity can be determined. The value is measured by means of several transducers and then averaged.

Den bekannten Verfahren liegt ein hoher Aufwand zugrunde, insbesondere durch Verwendung mehrerer Meßwertgeber, oder sie sind nicht für nichtperiodische Meßgrößenänderungen geeignet. Die Fehlereinflußverringerung ist, insbesondere bei Anwendung eines Meßwertgebers, unzulänglich, da durch die Mittelwertbildung lediglich statistische Fehler eliminiert bzw. verringert werden. Der Einfluß des dynamischen Verhaltens bleibt jedoch unberücksichtigt.The known method is based on a high effort, in particular by using a plurality of transducers, or they are not suitable for non-periodic Meßgrößenänderungen. The error influence reduction is inadequate, especially when using a transmitter, since averaging only eliminates or reduces statistical errors. However, the influence of dynamic behavior is ignored.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Verringerung des technisch-ökonomischen Aufwandes, die Erhöhung der Meßgenauigkeit sowie die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten.The aim of the invention is to reduce the technical and economic effort, increasing the accuracy and the extension of applications.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand den statistischen und systematischen Fehler bei der Meßgrößenerfassung von periodischen als auch nichtperiodischen Meßvorgängen zu eliminieren bzw. zu verringern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Erfassung von Meßwerten hoher Genauigkeit, insbesondere zur dynamischen Meßwerterfassung, bei dem von einer Reihe von Meßwerten jeweils ein Mittelwert gebildet wird, dadurch gelöst, daß von mehreren Meßwerten Differenzwerte zum jeweils vorhergehenden für die Differenzbildung ausgewählten Meßwert der Reihe erzeugt und daraus ein Differenzwertmittelwert gebildet wird und daß der Differenzwertmittelwert als Korrekturgröße mit Transformation auf den jeweils ersten Meßwert vom jeweiligen Meßwertmittelwert subtrahiert wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Meß- und Differenzwertmittelwertbildung sowie die Korrektur des Meßwertmittelwertes mitThe invention has for its object to eliminate or reduce the statistical and systematic error in the measurement of periodic and non-periodic measurement processes with the least possible effort. According to the invention, this object is achieved in a method for detecting measured values of high accuracy, in particular for dynamic measured value acquisition, in which an average value is formed by a series of measured values, by obtaining differential values from a plurality of measured values for the preceding measured value of the series selected for the subtraction is generated and from this a difference value average is formed and that the difference value average is subtracted as a correction variable with transformation to the respective first measured value of the respective measured value mean value. It is advantageous if the measuring and difference value averaging and the correction of the measured value mean value

Transformation auf den jeweils ersten Meßwert jeweils nach jeder Meßwerterfassung mit allen bis dahin vorliegenden Meßwerten und den daraus abgeleiteten Differenzwerten erfolgt und daß das Ergebnis gegebenenfalls wiederum gemittelt wird.Transformation to the first measured value in each case after each measured value acquisition with all previously existing measured values and the difference values derived therefrom takes place and that the result is optionally averaged again.

Von Vorteil ist außerdem, wenn aus dem korrigierten Meßwertmittelwert unter Subtraktion des Differenzwertmittelwertes ein theoretischer Vorgängermeßwert der Meßwertreihe ermittelt wird und wenn aus dieser erweiterten Meßwertreihe erneut eine Meß-und Differenzwertmittelwertbildung sowie eine Korrektur des Meßwertmittelwertes mit Transformation auf den jeweils ersten (reelen) Meßwert erfolgt und gegebenenfalls ein- oder mehrfach wiederholt wird.It is also advantageous if a theoretical predecessor measured value of the measured value series is determined from the corrected measured value mean value while subtracting the difference value mean value, and if again a measurement and difference value averaging and a correction of the measured value mean value with transformation to the respective first (real) measured value take place from this extended measured value series and if necessary, repeated one or more times.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einer an den Ausgang eines Meßwertgebers gegebenenfalls über einen A/D-Wandler angeschlossenen Additionsstufe zur Meßwertsummierung und mit einer Divisionsstufe zur Meßwertmittelwertbildung ist es vorteilhaft, wenn der Ausgang des Meßwertgebers mit einer Subtraktions-Additions-Stufe zur Bildung und Aufsummierung von Differenzwerten der Meßwerte zu jeweils vorhergenden für die Differenzbildung ausgewählten Meßwerten in Verbindung steht, deren Ausgang an eine Divisionsstufe zur Differenzwertmittelwertbildung angeschlossen ist und daß die Ausgänge der Divisionsstufe zur Bildung der Meßwert- und Differenzwertmittelwerte mit den Eingängen einer Addier-Subtrahier-Stufe in Verbindung stehen. Vom Vorteil ist auch, wenn die Additionsstufen, Divisionsstufen und die Addier-Subtrahier-Stufe durch einen Rechner realisiert sind.In a circuit arrangement for carrying out the method with a connected to the output of a transmitter optionally via an A / D converter addition stage for Meßwerteummierung and with a division stage for Meßwertmittelwertbildung it is advantageous if the output of the transmitter with a subtraction-addition stage for forming and summing differential values of the measured values into respective preceding measured values selected for subtraction, the output of which is connected to a division stage for differential value averaging and in which the outputs of the division stage are used to form the measured value and difference mean values with the inputs of an adding-subtracting stage Connection stand. It is also advantageous if the addition stages, division stages and the adder-subtraction stage are realized by a computer.

Zur Eliminierung bzw. Verringerung der statistischen Fehler bei der Erfassung von Meßwerten werden, wie bisher, mehrere Meßwerte ermittelt und daraus in bekannter Weise ein arithmetischer Mittelwert gebildet. Die Meßwerterfassung erfolgt aus Aufwands- und Fehlergründen vorzugsweise mit einem einzigen Meßwandler. Gleichzeitig werden jeweils zu allen oder ausgewählten erfaßten Meßwerten Differenzwerte jeweils vorhergehenden für die Differenzbildung herangezogenen Meßwerten der Meßwertreihe erzeugt.To eliminate or reduce the statistical errors in the acquisition of measured values, as before, a plurality of measured values are determined and an arithmetic mean is formed therefrom in a known manner. The measured value is recorded for reasons of expense and error, preferably with a single transducer. At the same time, differential values of respectively preceding measured values of the measured value series used for subtraction are respectively generated for all or selected measured values.

Entsprechend der Meßwertreihe werden die zugehörigen Differenzwerte ebenfalls summiert und zur Mittelwertbildung durch ihre Anzahl dividiert. Der daraus resultierende Differenzwertmittelwert wird als Korrekturwert mit Transformation auf den jeweils ersten Meßwert dem entsprechenden Meßwertmittelwert durch Addition bzw. Subtraktion aufgeprägt. Auf diese Art und Weise wird neben dem statistischen Fehler mit einfachen Mitteln auch der systematische Fehler eliminiert bzw. verringert.According to the series of measurements, the associated difference values are also summed and divided by their number for averaging. The resulting difference value mean value is impressed as a correction value with transformation on the respective first measured value to the corresponding measured value mean value by addition or subtraction. In this way, in addition to the statistical error with simple means and the systematic error is eliminated or reduced.

Zur Anpassung an die verschiedenartigsten Realisierungsbedingungen können bestimmte ausgewählte Meßwertdifferenzen für die Differenzwertmittelwertbildung herangezogen werden, d. h. nicht jeder Meßwert und seine Differenz zum vorhergehenden Meßwert trägt zur Korrekturwertbildung bei.In order to adapt to the most diverse realization conditions, certain selected measured value differences can be used for calculating the difference value averaging, i. H. Not every measured value and its difference to the previous measured value contributes to the correction value formation.

Ebenso können nach jedem einlaufenden Meßwert einer Meßwertgruppe nach dem beschriebenen Verfahren korrigierte Einzelmeßwerte gewonnen werden, aus denen vorzugsweise nach einer bestimmten Anzahl wiederum ein Mittelwert gebildet wird.Likewise, after each incoming measured value of a group of measured values, corrected individual measured values can be obtained according to the described method, from which preferably an average value is again formed after a specific number.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den ermittelten Differenzwertmittelwert den theoretischen Vorgängermeßwert zum ersten Meßwert zu erhalten und das Verfahren unter Einbeziehung des theoretischen Meßwertes in einer oder mehreren Wiederholungen erneut durchzuführen (Iteration), um die Genauigkeit des Meßwertes weiter zu erhöhen.Furthermore, by using the method according to the invention over the determined difference value mean value, it is possible to obtain the theoretical predicted measurement value for the first measured value and to repeat the method (iteration), including the theoretical measured value in one or more repetitions, in order to further increase the accuracy of the measured value.

Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf periodische Vorgänge beschränkt, sondern ist auch für nichtperiodische Meßwerterfassung möglich.The application of the method is not limited to periodic operations, but is also possible for non-periodic data acquisition.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten einfachen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to a simple embodiment shown in the drawing.

Bei der Antastung eines Werkstückes (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt) wird eine Wegänderung As an einem Eingang E eines Wegaufnehmers 1 als Meßwertgeber erfaßt und in eine elektrische Meßgröße umgesetzt. Diese der Wegänderung As proportionale elektrische Meßgröße wird in einem A/D-Wandler 2 digitalisiert. In einem bestimmten Zeitabstand werden eine Anzahl von Meßwerten durch den Wegaufnehmer 1 erfaßt, die in einer Additionsstufe 3 summiert werden. Das Meßwertsummensignal dieser Meßwertreihe gelangt in eine Divisionsstufe 4, wo es zur arithmetischen Mittelwertbildung durch die Anzahl der Meßwerte in der Meßwertreihe dividiert wird. Am Ausgang der Divisionsstufe 4 steht somit ein arithmetischer Meßwertmittelwert der erfaßten Meßwertreihe zur Auswertung an. Der Ausgang des A/D-Wandlers 2 steht ferner mit dem Eingang einer Subtraktions-Additions-Stufe 5 in Verbindung, in welcher von den erfaßten Meßwerten jeweils Differenzwerte zu den vorhergehenden Meßwerten der Meßwertreihe für die Mittelwertbildung erzeugt und aufsummiert werden.When probing a workpiece (not shown in the drawing for reasons of clarity), a path change As at an input E of a transducer 1 is detected as a transmitter and converted into an electrical measurement. This change in path of As proportional electrical measurement variable is digitized in an A / D converter. 2 At a certain time interval, a number of measured values are detected by the displacement transducer 1, which are summed in an adding stage 3. The measured value sum signal of this series of measured values reaches a division stage 4, where it is divided by the arithmetic mean value formation by the number of measured values in the measured value series. At the output of the division stage 4 is thus an arithmetic mean value of the detected series of measured values for evaluation. The output of the A / D converter 2 is also connected to the input of a subtraction-addition stage 5, in which difference values from the detected measured values are respectively generated and added up to the preceding measured values of the series of measurements for averaging.

Das Differenzwertsummensignal am Ausgang der Subtraktions-Additions-Stufe 5 liegt am Eingang einer Divisionsstufe 6 an, in der es durch die Anzahl der Differenzwerte dividiert wird. Am Ausgang der Divisionsstufe 6 liegt, wie der Meßwertmittelwert am Ausgang der Divisionsstufe 4, ein Differenzwertmittelwert zum ersten Meßwert der Meßwertreihe an. Der Meßwertmittelwert am Ausgang der Divisionsstufe 4 ist aufgrund der zeitlichen Änderung der Meßgröße während des Meßvorganges nicht mit dem tatsächlichen Meßwert ohne statistischen Fehlereinfluß identisch. Der Differenzwertmittelwert am Ausgang der Divisionsstufe 6 beinhaltet ebenfalls dieselbe zeitliche Meßgrößenänderung. Zur Bildung des tatsächlichen hochgenauen Meßwertes wird in einer Addier-Subtrahier-Stufe 7 von dem Meßwertmittelwert der Differenzwertmittelwert als Korrekturgröße subtrahiert. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge der Divisionsstufen 4,6 mit den Eingängen der Addier-Subtrahier-Stufe 7 verbunden, an deren Ausgang A der tatsächliche von statistischen und systematischen Fehlereinflüssen eliminierte Meßwert zur Anzeige bzw. Weiterverarbeitung anliegt.The difference sum signal at the output of the subtraction addition stage 5 is applied to the input of a division stage 6, where it is divided by the number of difference values. At the output of the division stage 6, like the mean value of the measured value at the output of the division stage 4, there is a difference value average value for the first measured value of the series of measured values. The measured value average at the output of the division stage 4 is due to the change in the measured variable during the measuring process is not identical to the actual measured value without statistical error influence. The difference value average at the output of the division stage 6 also includes the same temporal Meßgrößenänderung. In order to form the actual high-precision measured value, the difference value mean value is subtracted from the measured value mean value as a correction variable in an adder-subtracting stage 7. For this purpose, the outputs of the division stages 4, 6 are connected to the inputs of the adding / subtracting stage 7, at the output A of which the actual measured value eliminated by statistical and systematic error influences is present for display or further processing.

Es ist möglich, die Additionsstufe 3, die Subtraktions-Additionsstufe 5, die Divisionsstufen 4,6 und die Addier-Subtrahier-Stufe 7 rechentechnisch durch Anwendung eines Digitalrechners zu realisieren, was besonders zweckmäßig zur Anwendung von Iterationsverfahren ist, um die Meßwertgenauigkeit noch weiter zu erhöhen.It is possible to compute the addition stage 3, the subtraction addition stage 5, the division stages 4, 6 and the adding-subtracting stage 7 computationally by using a digital computer, which is particularly useful for applying iteration techniques to further increase the measurement accuracy increase.

Claims

Patentansprüche:claims:

1. Verfahren zur Erfassung von Meßwerten hoher Genauigkeit, insbesondere zur dynamischen Meßwerterfassung, bei dem von einer Reihe von Meßwerten jeweils ein Mittelwert gebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß von mehreren Meßwerten Differenzwerte zum jeweils vorhergehenden für die Differenzbildung ausgewählten Meßwert der Reihe erzeugt und daraus ein Differenzwertmittelwert gebildet wird und daß der Differenzwertmittelwert als Korrekturgröße mit Transformation auf den jeweils ersten Meßwert vom jeweiligen Meßwertmittelwert subtrahiert wird.1. A method for detecting high-accuracy measurement values, in particular for dynamic measured value acquisition, in which a mean value is formed by a series of measured values, characterized in that generated from a plurality of measured values difference values to the respective preceding selected for the difference measurement of the series and from Difference value mean is formed and that the difference value mean is subtracted as a correction variable with transformation to the respective first measured value of the respective Meßwertmittelwert.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Meß- und Differenzwertmittelwertbildung sowie die Korrektur des Meßwertmittelwertes mit Transformation auf den jeweils ersten Meßwert jeweils nach jeder Meßwerterfassung mit allen bis dahin vorliegenden Meßwerten und den daraus abgeleiteten Differenzwerten erfolgt und daß das Ergebnis gegebenenfalls wiederum gemittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement and Differenzwertmittelwertbildung and the correction of Meßwertmittelwertes with transformation to the respective first measured value in each case after each measured value detection with all hitherto existing measured values and the difference values derived therefrom and that the result, if necessary in turn is averaged.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß aus dem nach Anspruch 1 korrigierten Meßwertmittelwert unter Subtraktion des Differenzwertmittelwertes ein theoretischer Vorgängermeßwert der Meßwertreihe ermittelt wird und daß aus dieser erweiterten Meßwertreie erneut eine Meß- und Differenzwertmittelwertbildung sowie eine Korrektur des Meßwertmittelwertes mit Transformation auf den jeweils ersten (reelen) Meßwert gemäß Anspruch 1 erfolgt und gegebenenfalls ein- oder mehrfach wiederholt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that from the corrected as claimed in claim 1 Meßwertmittelwert subtraction of the difference value mean a theoretical predecessor value of the series of measurements and that from this extended Meßwertreie again a measurement and difference value averaging and a correction of Meßwertmittelwertes with transformation to the each first (real) measured value according to claim 1 is carried out and optionally one or more times repeated.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einer an den Ausgang eines Meßwertgebers gegebenenfalls über einen A/D-Wandler angeschlossenen Additionsstufe zur Meßwertsummierung und mit einer Divisionsstufe zur Meßwertmittelwertbildung, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Meßwertgebers mit einer Subtraktions-Additions-Stufe zur Bildung und Aufsummierung von Differenzwerten der Meßwerte zu jeweils vorhergehenden für die Differenzbildung ausgewählten Meßwerten in Verbindung steht, deren Ausgang an eine Divisionsstufe zur Differenzwertmittelwertbildung angeschlossen ist und daß die Ausgänge der Divisionsstufe zur Bildung der Meßwert- und Differenzwertmittelwerte mit den Eingängen einer Addier-Subtrahier-Stufe in Verbindung stehen.4. A circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1, with an optionally connected to the output of a transmitter via an A / D converter addition stage for Meßwertsummierung and with a division stage for Meßwertmittelwertbildung, characterized in that the output of the transmitter with a subtraction addition Stage for the formation and summation of differential values of the measured values is connected to respective preceding measured values selected for the subtraction, the output of which is connected to a division stage for forming the difference value averaging and the outputs of the division stage are used to form the measured value and difference value mean values with the inputs of an adder. Subtracting level communicate.

5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Additionsstufen, Divisionsstufen und die Addier-Subtrahier-Stufe durch einen Rechner realisiert sind.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the addition stages, division stages and the adder-subtracting stage are realized by a computer.