Winkelme¯instrument.
Unter den verschiedenen Fehlerquellen, welche die Genauigkeit beim Messen von Win- keln beeinträchtigen, spielt der periodische Fehler der Kreisteilung des benützten Win kelmessinstrumentes eine erhebliehe Rolle. Der periodisehe Fehler der Kreisteilung hat seine Ursache in der zum Aufbringen der Teil striehe del Kreisteilung auf den Kreisteilungstrager verwendeten Teilmasehine, deren Räderwerk mit periodiseh sieh auswirkenclen fehlern behaftet ist. I) ie vorliegen. de Erfin- (ltmg ermöglicht es, den Einfluss des periodischen Fehlers der Kreisteilung eines Win ketmessinstrumentes auf einen Bruchteil zu reduzieren und dadureh die Ablese- bzw. Me¯genauigkeit wesentlich zu verbessern.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Winkelmessinstrument, welches ein Kreis teilungssystem besitzt, welches aus mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kreisteilungsträ- ger konzentrisch angeordneten Kreisteilungen hesteht, wobei die einzelnen Kreisteilungen in ihrer Teilungsebene um das Teilungszentrum gegeneinander verdreht sind. derart, dass die den einzelnen Kreisteilungen anhaftenden.
vox der Teilmaschine herrührenden periodiselien Fehler auf dem Kreisumfang so gegen einander verschoben sind, dass die Kurve des arithmetischen Mittels der periodischen Fehler der vorhandenen Kreisteilungen m¯glichst geringe Aussehläge aufweist, und bei welchem ein Ablesemikroskop vorgesehen ist, welches ermöglicht, für eine Winkelablesung Kreisteilungsstriehe aller vorhandenen Kreisteilun- gen wu ben tzen.
In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 eine kurvenmässige Darstellung des periodischen Fehlers der Teilstriche einer bei spielsweisen Kreisteilung und
Fig. 2 bis 4 die Blickfelder des Ablesemikroskops dreier im weiteren nieht dargestellter Ausführungsbeispiele von Winkelmessinstrumenten mit versehieden ausgebildeten Kreisteilungen und Ableseeinrichtungen.
Es wird beispielsweise angenommen, dass das Kreisteilungssystem (360 ) eines Winkel- me¯instrumentes mit einem Teilungsintervall von tu Minuten (10') aus drei konzentrisch angeordneten Kreisteilungen, deren Teilungs- intervall dreissig Minuten (30') beträgt, gebildet ist. Dabei gehören die Teilstriche 0¯00', 0-30', 1¯ 00'usw. bis 359 30'der ersten Kreisteilung, die Teilstriche 0¯10', 0¯40', 1¯10', !"40'usw. bis 359040'der zweiten Kreisteilung und die Teilstriche 0 20', 0 50', 1 20', lut bis 359 50'der dritten Kreisteilung an. Die ersten.
Teilstriche der drei Kreisteilun- gen liegen nun jedoeh nicht bei 0¯00',0¯10' und 0¯ 20', sondern im angenommenen Falle bei 0 00', 120¯ 10' und 240¯ 20'. Man kann zum Beispiel so vorgehen, dass auf der Teil machine zuerst die der ersten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0000', 01, 30', 1000' usw. bis 359¯ 30' auf den KreisteilungstrÏger, weleher vorzugsweise aus einem Glasring besteht, aufgebracht werden.
Nach dem Aufbringen dieser der ersten Kreisteilung ange hörenden Teilstriche wird dann der Kreistei lungsträger in bezug auf die Teilmaschinenaehse um einen Winkel von 120 10'gedreht, und in dieser Aufspannung des KreisteilungstrÏgers werden dann die der zweiten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0 10', 0 40', I"10'usw. bis 359 40'aufgebracht, wobei der zuerst aufgebrachte Teilstrich dieser zweiten Kreisteilung in bezug auf die bereits aufgebrachte erste Kreisteilung nicht bei 0¯10', sondern bei 120¯10' liegt.
Sind auch alle Teilsi riche der zweiten Kreisteilung auf den Kreisteilungsträger aufgebracht, so wird dieser abermals in bezug auf die Teilmaschinen- achse um einen Winkel von 120¯10' in der gleichen Riehtung gedreht und in dieser Aufspannung die der dritten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0 20', 0 50', 1 20'usw. bis 359 50'aufgebracht, wobei der zuerst aufgebrachte Teilstrich dieser dritten Kreisteilung in bezug auf die zuerst aufgebrachte Kreisteilung nieht bei 0¯20' oder 120¯20', sondern bei 240 20'liegt. Es könnte aber auch eine Teilmasehine mit zwei oder mehr, entspreehend dem vorerwähnten Beispiel, zum Beispiel mit drei Graphierwerken verwendet werden,
von welchen Graphierwerken jedes die Teilstriche einer der drei Kreisteilungen auf den Kreisteilungsträger aufbringen würde, wobei gleichzeitig die Teilstriche 0 00', 120 10' und 240 20', dann 0030', 120 40'und 240 50' usw. bis 359 30', 119 40'und 239 50'entstehen würden.
In Fig. 1 ist das Kreisteilungssystem abgewickelt dargestellt, und in einem reehtwinkligen Koordinatensystem sind die periodi schen Fehler in Sekunden (") eingetragen.
Der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der zuerst aufgebrachten Kreisteilung, nÏmlich der Teilstriche 0¯00', 0¯30', 1¯00' usw. bis 359¯ 30' ist durch die punktierte Kurve, der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der als zweite aufgebrachten Kreisteilung, nämlich der Teilstriche 0 10', 0 40', 1 10'usw. bis 359 40'ist durch die gestrichelte Kurve und der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der zuletzt aufgebrachten Kreisteilung, nÏm lich der Teilstriche 0¯20', 0¯50', 1¯20' usw. bis 359 50'ist dureh die strichpunktierte Kurve dargestellt.
Diese drei Kurven stimmen mindestens angenähert überein, denn der durch sie dargestellte periodische Fehler rührt ja von ein und derselben Teilmaschine her, aber die zweite ist in bezug auf die erste um 120 10', und die dritte ist in bezug auf die erste um 240620'versehoben.
F r die Ablesung im Ablesemikroskop des Winkel messinstrumentes können nun gleich zeitig oder nacheinander, je nach der Ausbildung des Kreisteilungssystems und der Ableseeinriehtung, drei benachbarte Teilstriche benützt werden, und aus diesen drei Ablesungen wird dann das arithmetische Mittel gebildet. Die für die Ablesungen benützten drei Teilstriche gehören versehiedenen Kreisteilun- gen an und weisen deshalb versehiedene peri odische Fehler auf, deren Mittel in der Regel nur einen Bruehteil des periodischen Fehlers der einzelnen Teilstriche beträgt.
In Fig. 1 ist clas arithmetische Mittel des periodischen Fehlers der Teilstriche der drei Kreisteilungen als ausgezogene Kurve dargestellt, und diese Kurve lässt ohne weiteres erkennen, dass die periodischen Fehler der den versehiedenen Kreisteilungen angehörenden Teilstriche sich weitgehend aufheben und dass insbesondere die grossen Fehler korrigiert werden. Aus der Fig. l geht hervor, dass beim gewählten Beispiel, bei welchem die Maximalfehler der einzelnen Teilstriche mehr als ¯ 1,5" betragen, der aus drei benachbarten, den versehiedenen Kreisteilungen angehörenden Teilstrichen gebildete Mittelwert mit einem periodischen Fehler von nicht mehr als 0, 2" behaftet ist.
Gemäss dem dargestellten Beispiel ergeben sich zum Beispiel zahlenmässg folgende Verhältnisse :
Für eine Ablesung, f r welche die Teilstriche 0¯00', 0¯10' und 0¯20' verwendet werden : der der ersten Kreisteilung angehörende Teilstrich OoO0'hat den periodischen Fehler der der zweiten Kreisteilung angehörende Teilstrich 0 10'hat den periodischen Fehler + 0, 6", der der dritten Kreisteilung angehörende Teilstrich 0 20'hat den periodischen Fehler +1,2".
Der Alittelwert der drei Ablesungen hat laher den periodischen Fehler -1,3"+0,6"+1,2/3 = + 0,5"/3 = + 017"
Für eine andere Ablesung, für welche die Teilstriche 35020', 35030'und 35ç} 40'verwen- det werden : der der dritten Kreisteilung angehörende Teilstrich 350201 hat den periodischen Fehler der der ersten Kreisteilung angehörende Teilstrich 35"30'hat den periodischen Fehler + 1, 0", der der zweiten Kreisteilung angehörende Teilstrich 35O40'hat den periodischen Fehler -0, 3".
Der Vlittelwert der drei Ablesungen hat (laher den periodischen Fehler -1,0"+1,0"-0,3"/3 =-0,5"/3 = -017".
Diese Beispiele können beliebig vermehrt werden, und es ergibt sich dabei, dass das Mittel der Ablesungen der drei jeweils be uiitzten benachbarten Teilstriche in der Regel einen stark reduzierten, periodischen Fehler auf weist, der nur einen Bruchteil des periodi schen Fehlers der einzelnen Teilstriche ausmacht. Dies ist bei jedem Kreisteilungssystem in kleinerem oder grösserem Masse der Fall, je nach dem Verlauf der in Fig. 1 beispielsweise dargestellten Fehlerkurve.
Je nach dem Verlauf der Kurve des periodischen Fehlers können die Teilstriche des Kreisteilungssystems anstatt in drei auch nur in zwei oder aber in mehr als drei Kreisteilungen unter- teilt werden, wobei für jede Winkelmessung Ablesungen an je einem Teilstrich der vorhandenen Kreisteilungen vorgenommen und dann das arithmetische Mittel ans diesen Ablesungen gebildet wird.
Der Winkel, um welchen der Kreisteilungsträger nach dem Aufbringen einer Kreisteilung um die Teilmaschinenachse gedreht wird, wird so gewählt, dass die periodischen Fehler der Teilstriche der versehiedenen Kreisteilungen sich so weitgehend als möglich ausgleichen, das heisst, dass der aus den Ablesungen an je einem Teilstrich der vorhandenen Kreisteilungen gebildete Mittelwert mit einem minimalen Fehler behaftet ist.
Wird eine Teilmaschine mit zwei oder mehr Graphierwerken benützt, so werden diese Graphierwerke um entsprechende Winkel verschoben eingestellt.
In Fig. 2 ist das Blickfeld des Ablesemikroskops eines Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches eine sogenannte Doppelkreisteilung besitzt und dessen Teilstriche in drei Gruppen unterteilt sind. Im Ablesemikroskop sind hierbei drei Indexstriche vorgesehen, welehe in einem Abstande voneinander liegen, welcher dem Teilungsintervall der Kreisteilung entspricht. Mit Hilfe eines Mikrometers beliebiger Konstruktion wird nacheinander an den drei Indexstrichen abgelesen und aus den Ablesungen das arithmetische Mittel gebildet.
In Fig. 3 ist das Blickfeld des Ablesemikroskops eines andern Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches für Ablesung nach dem Koinzidenzverfahren ausgebildet ist und bei welchem die Teilstriche der Kreisteilung ebenfalls in drei oder in zwei Gruppen unterteilt sind. Hierbei werden mit Hilfe eines Mikrometers beliebiger Konstruktion, je nachdem, ob die Teilstriche in drei oder nur in zwei Gruppen unterteilt sind, nacheinander drei oder zwei benachbarte Teilstriche der obern Teilung mit den entsprechenden Teilstrichen der untern Teilung zur Koinzidenz gebracht und dann aus den Ablesungen das arithmetische Mittel gebildet.
In Fig. 4 ist nochmals das Blickfeld des Ablesemikroskops eines andern Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches eine einfache und eine Doppelteilung besitzt. Mit Hilfe eines optischen Mikrometers beliebiger Konstruktion werden zwei oder mehr benachbarte Teilstriche der einfachen Teilung, je nach dem, ob die Teilstriche in zwei oder mehr Gruppen unterteilt sind, mit den entsprechenden Strichen der Doppelteilung zur Einstel- lung gebracht. Aus den Ablesungen wird dann ebenfalls das arithmetische Mittel gebildet.
Die gegeneinander verdrehten Kreisteilun- gen des Kreisteilungssystems könnten jedoch auch versehiedene Durchmesser aufweisen und je alle Teilstriche aufweisen. In diesem Falle erseheinen im Blickfeld des Ablesemikroskops des Winkelmessinstrumentes, je nachdem, ob zwei oder drei Kreisteilungen vorhanden sind, zwei oder drei Teilstriche, die versehiedenen Kreisteilungen angehören und für die Ablesung und Bildung des arithmetisehen Mit- telwertes der Ablesung benützt werden k¯nnen, übereinander.