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Tipos de errores

La fuente más importante de errores en las mediciones de la geometría de la máquina es la temperatura (o más exactamente, el cambio de temperatura) de la máquina medida. Por ejemplo, si la base de la máquina está hecha de acero, entonces la longitud de la base aumenta 11.7um cuando su temperatura cambia 1K. Muestra lo importante que es para mediciones muy precisas medir la temperatura de la parte controlada de la máquina y usarla en correcciones de lectura. 

Esta no es una tarea sencilla por algunas razones, pero la más importante es que, cuando la máquina funciona, hay gradientes de temperatura. Eso significa que se necesita más de un sensor de temperatura y que cuantos más sensores se utilicen, mayor precisión se puede lograr. Además, la forma de la parte medida de la máquina puede “absorber” una parte de la expansión del material o la parte puede estar construida con materiales de diferente capacidad de expansión. Como se mencionó aquí, la temperatura también influye en la precisión, ya que cambia el coeficiente de refracción del medio en el que se realizan las mediciones (generalmente es aire, pero puede ser, por ejemplo, agua). 

Se presentó una ecuación de Edlen, que muestra cómo cambia el coeficiente de refracción del aire con el cambio de temperatura, presión y humedad del aire. Los errores provocados por el cambio de longitud de onda son menos importantes que los mencionados anteriormente, pero no pueden abandonarse. Aproximadamente, un error de 1ppm (es decir, 1um / m) es causado por: el cambio de temperatura del aire de o 1K, el cambio de presión del aire de 4hPa y el cambio de humedad del aire del 30%.

Un error de camino muerto es un error asociado con el cambio en los parámetros ambientales durante una medición. Este error ocurre cuando alguna parte de la trayectoria de la luz (un camino muerto) no está incluida en la compensación de temperatura (aire y base), presión y humedad. 

El camino muerto de la trayectoria de la luz es una distancia entre el interferómetro óptico y la base (o el punto nulo) de la posición de medición (L1 en la figura siguiente). 

La posición del interferómetro y el catadióptrico no debe cambiar. 

Cuando hay un cambio en la temperatura, la presión o la humedad del aire, la longitud de onda cambia en toda la longitud del camino (L1 + L2). La longitud del camino también cambia cuando cambia la temperatura de la base. Sin embargo, el sistema de corrección utilizará la longitud de onda correcta sólo en la longitud L2 y corregirá sólo esta longitud. La corrección no se realizará en un camino muerto L1. De esta forma, el sistema láser “moverá” el punto base. 

Un error de camino muerto es más grave cuanto mayor es la distancia entre el interferómetro y el punto base. Este error es especialmente importante en los interferómetros láser en los que el interferómetro se aloja en una carcasa común con un cabezal láser, siendo muy difícil reducir el camino muerto.

dead path

ILUSTRACIÓN DE UN ERROR DE CAMINO MUERTO

Si el rayo láser no es paralelo a un eje medido de una máquina (es decir, la trayectoria óptica no está correctamente ajustada), se produce una diferencia entre la distancia real y la distancia medida. Este error de desalineación se conoce como error de coseno, porque su magnitud depende del ángulo entre el rayo láser y el eje de la máquina (figura siguiente).

cosine

LA DESALINEACIÓN DEL HAZ COMO CAUSA DE UN ERROR DE COSENO

Si como reflector se utiliza un espejo plano, entonces el haz debe ser perpendicular a él. Si la máquina cambia su posición del punto A al punto B, entonces el rayo permanece perpendicular al espejo, pero se mueve sobre su superficie. La distancia medida por el interferómetro láser cosine sign será menor que la distancia realcosine sign2, según
cosine formula
 
La ecuación anterior es válida también cuando se utiliza como reflector un cubo. El único método para eliminar el error del coseno es una alineación adecuada del rayo láser antes de una medición.

Se produce un error de Abbe cuando, durante las mediciones, la parte medida no se mueve perfectamente recta y aparecen movimientos angulares, que provocan la inclinación del catadióptrico. 

La inclinación del reflector es mayor cuanto mayor es la distancia entre el eje de medición y el eje de movimiento. Esta distancia se denomina desplazamiento de An Abbe. Sólo son importantes los movimientos en el eje de la medida (ver fig. 17.6). Un error de Abbe solamente puede evitarse cuando no hay movimientos angulares del retrorreflector en el eje de las medidas.

abbe error

AN ILLUSTRATION OF AN ABBE ERROR

 

Como ya se mencionó, en las mediciones con láser la inestabilidad de la longitud de onda del láser cambia directamente la lectura del interferómetro; por ejemplo una inestabilidad relativa del láser en el rango de 1 ppm, provoca un error de 1um en cada 1 m de una distancia medida. Por lo tanto, el error de inestabilidad del láser es importante principalmente en mediciones en vacío (donde un coeficiente de refracción es constante) y cuando se utiliza un láser de baja estabilidad (por ejemplo, un láser semiconductor). 

La estabilidad de los láseres de gas HeNe que se utilizan habitualmente en los sistemas de medición láser es de 0,02 ppm, por lo que el error de estabilidad puede despreciarse.

En algunos casos, la parte electrónica del interferómetro puede causar un error notable. Dado que la electrónica se utiliza principalmente para contar, los errores pueden estar asociados con un recuento incorrecto (algunos pulsos no se cuentan) o con un cálculo incorrecto (los cálculos se realizan con precisión finita).

Para mostrar cuál de los errores influye más en la precisión de un sistema de medición láser, a continuación se muestra un cálculo ejemplar de errores en una máquina de acero de 1 m de longitud. Deben tenerse en cuenta las diferentes escalas de los gráficos.

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UN CÁLCULO DE ERRORES PARA UN SISTEMA DE MEDIDA LÁSER SIN LA COMPENSACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE

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UN CÁLCULO DE ERRORES PARA UN SISTEMA DE MEDICIÓN LÁSER CON LA COMPENSACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE