Vorrichtung zur Ablesung einer Kreisteilung
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Ablesung einer Kreisteilung, mit zwei am Umang der Teilung um 1800 gegeneinander winklig versetzt angeordneten Ablesemikroskopen und den Mikroskopen zugeordneten Mikrometermitteln zur Teilungsinterpolation, bei dem jedem der beiden Mikroskope lichtelektrische Mittel zur Abtastung der Lage der Teilungsmarke in den Bildebenen der Mikroskope zugeordnet sind, die elektrische Steuersignale zur Verstellung der motorisch betätigbaren Mikrometermittel erzeugen.
Gemäss vorliegender Erfindung weist jedes Mikroskop zwei voneinander unabhängige Mikrometermesseinrichtungen auf, die derart wirkungsmlissig miteinander verbunden sind, dass bei Betätigung eines Mikrometermittels eine Prallelverschiebung der Tei lungsmarken in den Gesichtsfeldern beider Mikro skope und bei Betätigung des anderen Mikrometermittels eine gegenläufige Verschiebung der Teilungsmarken in den Gesichtsfeldern beider Ablesemikro- skope erfolgt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in schematischer Wiedergabe, Fig. 2a, 2b und 2c Skizzen zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 3 das zweite Ausführungsbeispiel in Anwendung auf ein optisch-elektrisches Mikrometer für den Zweck der genauen selbsttätigen Winkeleinstellung einer drehbar gelagerten Welle.
Nach Fig. 1 trägt eine drehbar gelagerte Welle 1 einen Tisch 2, auf dem ein Messinstrument oder dergleichen aufstellbar ist. Die Welle 1 l : bzw. der Tisch 2 wird in eine gewünschte Richtung eingestellt und zur Messung der Winkelstellung der Welle 1 ist dieselbe mit einer z. B. aus Glas gefertigten durchsichtigen Kreisteilung 3 und einem Zahnkranz 4 versehen. Der Zahnkranz 4 steht über ein Getriebe 5, 6 mit einer Eingangswelle 7 eines Anzeigegeräts 8, das z. B. nach Art der bekannten elektromechani- schen Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist, in Verbindung. Das Anzeigegerät 8 erlaubt stets die Ermittlung eines Grobmesswerts für die Winkelstellung der Welle 1 (z. B. also 1610).
Die I Kreisteilung 3 dient zur Interpolation der kleinsten Einheit des Grobanzeigewerts (also z. B. von 10). Hierzu ist die Kreisteilung 3 mit 360 Teilstrichen auf ihrem Umfang versehen.
Zur Ermittlung des Feinmesswertes der Winkelstellung der Welle 1 sind an der Kreisteilung 3 zwei um 1800 gegeneinander versetzte Ablesernikroskope vorgesehen. Zwei Beleuchtungseinrichtungen 9 und 10 leuchten die beiden abzulesenden Kreisteilungsstellen der Teilung 3 über die Beleuchtungsoptiken 11 und 12 aus.
Optische, abbildende Objektive 13 und 14 bilden die ausgeleuchteten Ablesestellen der Kreisteilung 3 in die Mikroskopbildebenen 15 und 16 ab. In beiden Bildebenen sind Gesichtsfeldblenden angeordnet, in die jeweils ein Teilstrich der abztilesenden Kreisteilung abgebildet wird. Die Teilstriche sind um 1800 gegeneinander versetzt. Im Abbildungsstrahlengang der Objektive 13 und 14 sind um die Drehpunkte 17 und 18 drehbar gelagerte planparallele Glasplatten 19 und 20 angeordnet, die an Schneckenrädern 21 und 22 befestigt sind, mit denen Schnecken 23 und 24 kämmen, deren Drehachsen 25 und 26 von einem Motor 27 verstellbar sind.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass beim Drehen des Motors 27, in beiden Drehrichtungen, ein gleichsinniges Drehen der Planparallelglasplatten 19 und 20 um ihre Drehachsen 17 und 18 zur Folge hat. Beide Mikrometermittel 17 und 18 werden beim Drehen des Motors 27 um gleiche Beträge gedreht.
Im Abbildungsstrahlengang beider Ablesemikroskope sind hinter den Planparallelglasplatten 19 und 20 zwei Planparallelglasplatten 30 und 31, die um die Drehachsen 28 und 29 drehbar gelagert sind, eingeschaltet. Die Platten 30 und 31 werden ebenso wie die Platten 19 und 20 über Schnecken, die von den Wellen 32 und 33 angetrieben werden, um ihre Achsen 28 und 29 gedreht. Die Wellen 32 und 33 werden über ein Getriebe 34, dessen Eingang mit dem Motor 35 in Verbindung steht, verstellt. Das Getriebe 34 ist derart ausgebildet, dass eine Drehung des Motors 35 in dieser oder jener Richtung stets gegenläufige Drehungen der Platten 30 und 31 um ihre Achsen 28 und 29 zur Folge hat. Beide Platten werden dabei wieder um gleiche Winkelbeträge im Abbildungsstrahlengang der Objektive 13 und 14 geschwenkt.
In der Fig. 2a sind die in den Bildebenen 15 und 16 liegenden Bilder zweier Teilstriche 40 und 41, die den beiden um 1800 versetzten Ablesestellen der Kreisteilung 3 zugehörig sind, dargestellt. Mit 42 ist die durch den Mittelpunkt 1' der Drehachse 1 verlaufende Verbindungslinie zwischen den optischen Achsen 43 und 44 der beiden Ablesevorrichtungen bezeichnet. In Fig. 2a ist die Verbindungslinie 45 (Teilungsdurchmesser) zwischen den Teilstrichen 40 und 41 angegeben. Der Teilungsdurchmesser 45 geht wegen einer exzentrischen Lagerung der Kreisteilung 3 nicht durch den Mittelpunkt der Verbindungslinie 42. Anderseits bewirken Teilungsfehler an der Kreisteilung 3, dass die Teilstriche 40 und 41 je nach Grösse der Teilungsfehler nicht genau auf dem Teilungsdurchmesser 45 gelegen sind.
Durch Betätigung der Planparallelglasplatten 19 und 20 über den Motor 27 können die Bilder 40 und 41 in den Bildebenen 15 und 16 parallelverschoben werden, d. h. der Teilungsdurchmesser 45 kann in Abhängigkeit von der Dreh richtung des Motors 27 in beiden Richtungen zu sich selbst parallelverschoben werden.
Durch diese Ausbildung ist es möglich, den Teilungsdurchmesser 45 derart zu verschieben, dass sein Mittelpunkt 45' mit dem Mittelpunkt des Durchmessers 42 zur Deckung kommt. Eine derartige Verschiebung ist in Fig. 2b angedeutet, wobei der Teilstrich 40 auf den Durchmesser 42 zu bewegt worden ist, während sich der Teilstrich 41 vom Durchmesser 42 entfernt hat.
Die Betätigung -der Planparallelglasplatten 30 und 31 bewirkt eine Drehung des Teilungsdurchmessers 45. Diese Drehung ist darauf zurückzuführen, dass die Bilder der Teilstriche 40 und 41 in den Bildebenen 15 und 16 bei einer gegenläufigen Verschwenkung der Mikrometermittel 30 und 31 in diesen Bildebenen scheinbar gegeneinander verschoben werden. Dieser Fall ist in Fig. 2c dargestellt.
Aus der Fig. 2c ist entnehmbar, dass die Bilder der Teilungsmarken 40 und 41 durch Betätigung der Planparallelglasplatten 19, 20 bzw. 30 und 31 mit dem Durchmesser 42 zur Deckung gebracht werden können. Ist diese Stellung erreicht, so ist die Verdrehung der Planparallelglasplatten 30 und 31 unmittelbar ein Mass für das zu interpolierende Teilungsintervall.
Das Getriebe 34 in Fig. list deshalb mit einer Anzeigeeinrichtung 8'gekuppelt, die die Drehungen der Schneckenwellen 32 und 33 anzeigt. Diese Drehungen sind ein unmittelbares Mass für die Verschwenkung der Glasplatten 30 und 31. Die An zeige einrichtung 8' kann deshalb unmittelbar in Winkelwerten, die die kleinste Einheit der Anzeige der Einrichtung 8 unterteilen, geeicht werden. Die Anzeige der Einrichtung 8'entspricht deshalb zusammen mit der Anzeige der Einrichtung 8 dem jeweiligen Winkelstellungswert (z. B. also 161,6750) der Welle 1.
Zur selbsttätigen Interpolation der Kreisteilung 3 ist in den Bildebenen 15 und 16 der beiden Ableseeinrichtungen jeweils ein bildaufteilendes optisches Element 50 und 51 angeordnet. Die Elemente 50 und 51 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Sechskantprismen mit den Prismenkanten 52 und 53. Diese Prismenkanten sind derart optisch justiert, dass sie den an Hand der Fig. 2a erläuterten Durchmesser 42 definieren. Die in den Bildebenen 15 und 16 gelegenen Bilder werden an den als Bildtrennungskanten dienenden Prismenkanten 52 und 53 in jeweils zwei Teilbilder zerlegt. Die von diesen Teilbildern ausgehenden Lichtströme sind mit A und B bzw. A'und B' bezeichnet. Diese Teillichtströme entsprechen den aus den mit A' und B' bzw.
A und B bezeichneten Teilbildern der Darstellung nach Fig. 2a ausgehenden Lichtströme.
Unterstellt man für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung, dass die l Teilstriche der Kreisteilung 3 schwarze Striche auf dem gläsernen Kreisteilungsträger 3 sind, so geht aus der Darstellung der Fig. 2a unmittelbar hervor, dass der aus dem Teilfeld A des Gesichtsfeldes 15 ausgehende Lichtstrom kleiner als der aus dem Teilfeld B ausgehende Lichtstrom ist. Die Lichtstromdifferenz ist deshalb ein unmittelbares Mass für die Lage des Teilstriches 14 im Gesichtsfeld 15.
Der bislang an Hand der Fig. 1 beschriebenen Anordnung sind deshalb jeweils photometrische Einrichtungen nachgeschaltet, die zum Vergleich der Lichtströme A und B bzw. A' und B' dienen.
Es handelt sich dabei um photometrische Einrichtungen, die nach Art der bekannten Wechsellichti photometer ausgebildet sind. Die Lichtströme A und B bzw. A" und B' werden für eine rotierende Lichtstromschalteinrichtung 60 bzw. 61 periodisch und einander abwechselnd einem lichtempfindlichen Element 62 und 63 zugeführt. Die Lichtstromschalteinrichtungen 60 und 61 werden durch den Gleichstrommotor 64 angetrieben. Sie rotieren mit konstanter Drehgeschwindigkeit. Das den Photozellen bzw. anderweitig ausgebildeten lichtempfindlichen Elemen ten 62 und 63 entnehmbare elektrische Signal wird Verstärkern 65 und 66 zugeführt.
Die verstärkten Signale gelangen in Vergleichseinrichtungen 67 und 68, in denen sie in an sich bekannter Weise unter Verwendung einer Bezugswechselspannung, die in einem von dem Motor 64 angetriebenen Bezugswechselspannungsgenerator 69 erzeugt wird, jeweils hinsichtlich der zwischen den Lichtströmen A und B bzw. A' und B' auftretenden Lichtstromdifferenz untersucht werden. Den Ausgängen der Einrichtungen 67 und 68 sind jeweils elektrische Steuersignale, die über Leitungen 70 und 71 den Motoren 35 und 27 zugeführt sind, entnehmbar. Die Steuersignale betätigen beide Motoren derart, dass die in den Bildebenen 15 und 16 gelegenen Teilstrichbilder 40 und 41 in die in Fig. 2c dargestellte Lage geraten.
Ist diese Lage erreicht, so kommen die Motoren zur Ruhe und an der Einrichtung 8' ist das Interpolationsergebnis der Einrichtung ablesbar.
Die Planparallelglasplatten 19, 20, 30 und 31 können durch entsprechend ausgebildete andersartige Ablenkelemente ersetzt werden.
In Fig. 3 trägt die drehbar gelagerte Welle 1 wiederum den Tisch 2. Die Welle 1 ist über das Getriebe 100 mit der Anzeigeeinrichtung 8 gekuppelt, die über ein Getriebe 101 mit zwei Elektro- motoren 102 und 103 in Verbindung steht. Beleuchtungseinrichtungen 9 und 10 sind für die Kreis teilung 3 vorgesehen. Die beiden Ableseeinrichtungen dieser Anordnung weisen wiederum je zwei im Ab bildungs strahlengang der Ablesemikroskope 14 und 15 hintereinandergeschaltete Mikrometerplanglasplatten 19, 20, 30 und 31 auf. Die beiden photometrischen Vergleichseinrichtungen 104 und 105 weisen die Prismen 50 und 51, die Drehblenden 60 und 61 die Photozellen 62 und 63 und die Vergleichseinrichtungen 67 und 68 auf.
Der Generator 69 nach Fig. 1 ist in Fig. 3 der Einfachheit wegen nicht dargestellt. Die Schnecken 23 und 24 der Planparallelglasplatten 19 und 20 stehen wiederum über ein Getriebe 106 mit einem Motor 27 in Verbindung. Die Planparallelglasplatten 30 und 31 sind wiederum gegenläufig bewegbar. Ihre Antriebswellen 32 und 33 stehen über das Getriebe 34 und die Anzeigeeinrichtung 8' mit einer von Hand betätigbaren Einstelleinrichtung 110 in Verbindung. Durch Drehen eines Drehknopfes 110 können die Platten 30 und 31 um ihre Drehachsen von Hand in beliebige Winkelstellungen gegenläufig bewegt werden.
Zur selbsttätigen Einstellung der Welle 1 in eine vorgebbare Winkelstellung ist an einer Einrichtung 200 von Hand ein Grobwinkelwert (z. B. 1000) vorgebbar. Die Feineinstellung (0,5430) wird durch Betätigung des Drehknopfes 110 an der Anzeigeeinrichtung 8' vorgegeben. Der Grobwinkelwert an der Einrichtung 200 wird in der Einrichtung 201 selbsttätig elektrisch mit der jeweils in der Einrichtung 8 angezeigten Winkelstellung der Welle 1 verglichen.
Stimmt der Winkelwert, der an der Einrichtung 200 eingestellt worden war, nicht mit der Anzeige der
Einrichtung 8 überein, so wird am Ausgang der
Einrichtung 201 eine Steuerspannung fühlbar, die den Motor 102 veranlasst, die Welle 1 über das
Getriebe 101 so lange zu verstellen, bis der an der
Einrichtung 200 eingestellte Grobwinkelwert mit der
Anzeige der Einrichtung 8 übereinstimmt. Danach steuert die Einrichtung 104 den Motor 27 und die
Einrichtung 105 den Motor 103, der iiber das Ge triebe 101 mit der Welle 1 in Verbindung steht, so lange, bis Einrichtungen 104 bzw. 105 die Gleich heit der Lichtströme A und B bzw. A' und B' an zeigen. Sind jeweils die Lichtströme A und B bzw.
A' und B' gleich gross, so kommt der Motor 27 und der Motor 103 zur Ruhe und die Winkelstellung der Welle 1 entspricht dem an der Einrichtung 200 und an der Einrichtung 8' eingestellten Winkelwert.
Die Anordnung nach der beschriebenen Vor richtung ist selbstverständlich in vielfacher Weise abwandlungsfähilg. Dieses trifft insbesondere für die vorgesehenen elektrischen Steuermittel, die zur selbst tätigen Einstellung der Welle 1 in eine vorgebbare
Richtung benutzt werden, zu. Die Einrichtungen 8 und 8'können im einfachsten Fall als rein mechani sche Zählwerke ausgebildet sein. Anstelle mechani scher Zählwerke können natürlich auch die bekann ten elektrischen Analog-Digital-Wandler benutzt wer den.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Aus führungsbeispiele beschränkt. So kann z. B. der scheinbare Parallelversatz der Teilstriche mittels
Planplatten durch eine materielle Verschiebung quer zum zu messenden Durchmesser ersetzt werden, etwa dadurch, dass die gesamte optische und mechani sche Ablesevorrichtung auf einem verschiebbaren
Schlitten sitzt. Es ist weiterhin möglich, die schein bare Drehung der Teilstriche durch eine materielle zu ersetzen. Der Kreis muss dann um kleine Be träge drehbar zur Achse gelagert sein.