CH624758A5 - Arrangement for angular measurement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Winkelmessung, die einen Teilkreis mit mindestens einer Ablesestelle enthält, die über ein optisches Mikrometer auf mindestens einen lichtelektrischen Empfänger abgebildet wird.

Bekannte Winkelmessgeräte besitzen zur Winkelmessung einen Teilkreis mit einer Strichteilung und ein Mikrometer zur Winkelfeinablesung. Das Mikrometer ist mit einer Strichmarkierung versehen, die mit einer Ablesestelle der Strichteilung korrespondiert, indem der entsprechende Teilkreisstrich eingefangen und seine Lage einer Mikrometerskala zugeordnet wird. Durch die unterschiedliche räumliche Anordnung von Teilkreis und Mikrometer sind die zur Abbildung der Strichteilung und der Strichmarkierung in ein Ableseokular notwendigen optischen Elemente unterschiedlichen äusseren Einflüssen, wie z.B. mechanischen Belastungen, ausgesetzt. Hierdurch kommt es zu Messfehlern.

Auch bei fotoelektrischer Ablesung der Winkelwerte bleiben diese Messfehler bestehen.

Andere bekannte Winkelmessgeräte verwenden zur weitestgehenden Ausschaltung der Teilkreisexzentrizität Teilkreise mit diametral liegenden Ablesestellen, die aufeinander abgebildet werden. Dies kann sowohl gegenläufig als auch gleichläufig aufeinander geschehen. Um bei beiden Möglichkeiten die Vorteile, die eine fotoelektrische Auswertung bietet, ausnutzen zu können, ist für die gegenläufige Abbildung der Ablesestellen aufeinander eine aufwendige Elektronik erforderlich. Es ergeben sich hier mehrere Möglichkeiten der Zuordnung der Ablesestellen im Einfangbereich des Mikrometers. Über eine elektronische Auswertelogik muss die richtige Zuordnung herausgefunden werden.

Bei gleichzeitig aufeinander abgebildeten Ablesestellen tritt bei vorhandener Teilkreisexzentrizität die Erscheinung auf, dass 5 die Teilkreisexzentrizität die Erscheinung auf, dass die Teilkreisstriche in ihrer Breite über den Teilkreis variieren. Dieser in der Strichbreite variierende Teilkreisstrich wird durch eine Strichmarkierung eines Mikrometers eingefangen und das durchlaufende Intervall als Winkelfeinwert abgelesen. Nachtei-îolig macht sich hierbei der unterschiedliche Kontrast der beiden abzubildenden Teilkreisstellen bemerkbar.

Ziel der Erfindung ist es, in einer Anordnung zur Winkelmessung die Einflüsse der Instabilität des Abbildungssystems vom Teilkreis bis zur Bildebene auszuschalten und eine kompli-15 zierte fotoelektrische Auswertung zu vermeiden und eine Anordnung zur Winkelmessung zu schaffen, in der Teilkreisstriche und Messmarke über das gleiche optische System abgebildet und gemeinsam mit einem fotoelektrischen Mikrometer ausgemessen werden.

20 Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Bei Verwendung von Teilkreisen mit zwei diametral liegenden Ablesestellen kann der Index in der Nähe einer Ablesestelle angeordnet sein.

Vorteilhaft ist es, wenn der Index in der Nähe derjenigen 25 Ablesestelle angeordnet ist, auf die die diametral liegende Ablesestelle abgebildet wird.

Weiterhin kann der Index, eine Strichplatte in der Nähe einer Ablesestelle so angeordnet sein, als liege er scheinbar in der Ebene der Ablesestelle. Der Index kann zweckmässigerwei-30 se aus mehreren Einzelstrichen nebeneinander bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winkelmessgerätes mit diametralen Ablesestellen und einer er-35 sten möglichen Anordnung des Index

Fig. 2 das Prinzip der Teilkreisablesung Fig. 3 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winkelmessgerätes mit einer Ablesestelle

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines Teiles eines foto-40 elektrischen Winkelmessgerätes mit einer zweiten möglichen Anordnung des Index.

In Fig. 1 beleuchtet eine Lichtquelle 1 über ein optisches Abbildungssystem 2 und ein Prisma 3 eine erste Ablesestelle 4 auf einem Teilkreis 5. Diese wird über ein Prisma 6, ein opti-45 sches Abbildungssystem 7 und ein Prisma 8 in die Ebene einer zweiten Ablesestelle 9 abgebildet. Das Bild der Ablesestelle 4 und die Ablesestelle 9 gelangen durch eine Platte 10 mit einem Index 11 und über ein Prisma 12 und werden von einem optischen Abbildungssystem 13 durch einen optischen Keil 14 als so festes Teil eines schematisch dargestellten optischen Mikrometers 15, einen optischen Keil 16 als bewegtes Teil des Mikrometers 15 auf zwei lichtelektrische Empfänger 17 ; 18 abgebildet. Der optische Keil 16 und eine ihm zugeordnete Skala 19 mit einer beleuchteten Strichteilung werden von einem Motor 20 55 entlang einer Führung 21 bewegt. Der Skala 19 ist ein lichtelektrischer Empfänger 22 als Ableseeinrichtung zugeordnet.

Bei einer Teilkreisablesung wird die von der Lichtquelle 1 beleuchtete Ablesestelle 4 auf die diametral liegende Ablesestelle 9 gleichläufig abgebildet, was bekannterweise zur Elimi-60 nierung vorhandener Teilkreisexzentrizitäten dient. Der durch die Ablesestellen 4 und 9 gebildete Teilkreisstrich wird in die Ebene des lichtelektrischen Empfängers 17 und der Index 11 wird in die Ebene des lichtelektrischen Empfängers 18 abgebildet. Mittels des festen Keiles 14 und des über den Motor 20 65 verstellbaren Keiles 16 des optischen Mikrometers 15 werden Teilkreisstrichbild und Indexbild über die aktiven Flächen der lichtelektrischen Empfänger 17; 18 geführt. Über den lichtelektrischen Empfänger 22 und die Skala 19, deren Verschiebung

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der des Keiles 16 gleich ist, erfolgt die Ausmessung des Abstan-des zwischen Teilkreisstrich und Index 11, was die Feinablesung darstellt. An den beiden Anschlagpunkten des Mikrometers 15 wird eine automatische Richtungsänderung durch die Drehsinn-umkehrung des Motors 20 mittels einer der Einfachheit halber nicht mitgezeichneten Steuerlogik vorgenommen. Das optische Mikrometer kann auch als Planplattenmikrometer o.ä. ausgeführt sein. Die Platte 10 kann einen oder mehrere Indexstriche tragen und auch in der Nähe der Ablesestelle 4 angeordnet sein, wobei sie parallel und senkrecht zur Teilkreisebene justierbar angeordnet ist. Im dynamischen Betrieb genügen einfache lichtelektrische Empfänger 17 ; 18. Bei grösseren Anforderungen an die Genauigkeit im statischen Betrieb ist es vorteilhaft, Differenzfotoempfänger einzusetzen.

In Fig. 2 liegen die aktiven Flächen 26 ; 27 der lichtelektrischen Empfänger 17 ; 18 auf einer Achse F-F. 23 und 24 stellen die Bilder zweier Teilkreisstriche und 25 das Bild des Index 11 dar. Durch das optische Mikrometer 15 (s. Fig. 1) werden die Bilder 23 ; 24 der Teilkreisstriche 45 und das Bild 25 des Index 11 über die aktiven Rächen in Pfeilrichtung geführt. Erreicht das Bild 23 die aktive Fläche 26 des Empfänger 17, so gibt dieser einen elektrischen Impuls ab, der am lichtelektrischen Empfänger 22 (Fig. 1) den Zählbeginn der von der Skala 19 (Fig. 1) gelieferten Lichtimpulse markiert. Die vom lichtelektrischen Empfänger 22 gelieferten elektrischen Impulse werden von einem nicht dargestellten Zähler vorwärts gezählt. Gelangt jetzt das Bild 25 auf die aktive Fläche 27 des Empfängers 18, so stoppt ein von diesem abgegebener elektrischer Impuls den Zählvorgang.

Die Zählung kann auch mit dem Bild 25 des Index 11 begonnen werden und mit dem Auftreffen des Bildes 24 eines nachfolgenden Teilkreisstriches auf die Fläche 26 enden. Hierbei werden die Lichtimpulse am lichtelektrischen Empfänger 22 in umgekehrter Richtung gezählt. Die aktiven Rächen 26 ; 27 der lichtelektrischen Empfänger 17; 18 müssen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen, da eine Abweichung einen konstanten Betrag zum Zählwerk liefert. Falls erforderlich, lässt sich dieser Betrag durch entsprechende Justierung der Platte 10 mit dem Index 11 (s.Fig. 1) bezüglich des Teilkreises 5 ausgleichen. Mit dem Überstreichen des Bildes 25 des Index 11 über die 5 aktive Räche 27 des Empfängers 18 ist die Ablesung des Winkelgrobwertes auf der Grundlage eines absoluten oder inkre-mentellen Verfahrens gekoppelt.

In Fig. 3 beleuchtet eine Lichtquelle 36 über ein optisches Abbildungssystem 37 und ein Prisma 38 eine Platte 39 mit ei-lo nem Index 40 darauf. Eine Ablesestelle 41 auf einem Teilkreis 42 liegt im gleichen Strahlengang der Lichtquelle 36 wie die Platte 39 mit Index 40. Index 40 und Ablesestelle 41 werden durch ein optisches Abbildungssystem 43 über ein optisches Mikrometer, das dem in Fig. 1 gleicht, auf lichtelektrische Empfän-15 ger ebenfalls analog Fig. 1 abgebildet. Mikrometer und lichtelektrischer Empfänger sind daher der Einfachheit wegen nicht mit gezeichnet. Die Ablesung erfolgt hierbei in gleicher Weise, wie in Fig. 2 dargestellt und wird daher nicht nochmals erläutert.

In Fig. 4 wurden die Teile, die die gleichen wie in Fig. 1 sind, 2c mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Lichtquelle 1 beleuchtet über das optische Abbildungssystem 2 und das Prisma 3 die Ablesestelle 4. Über dem Teilkreis 5 sind ein Prisma 31, dessen Räche 33 halbseitig mit einem Spiegelbelag 34 versehen ist, und ein Prisma 32 angeordnet. Ein auf dem Prisma 31 angebrachter 25 Index 30 wird durch die Lichtquelle 1 über ein Prisma 28 und eine Kondensorlinse 29 beleuchtet. Der Index 29 und die Ablesestelle 4 werden über das Prisma 6 und das Abbildungssystem 7 gemeinsam wie in Fig. 1 weitergeleitet. Der Index 29 hat von einem Punkt 35 den gleichen Abstand wie die Ablesestelle 4. sc Hierdurch wird erreicht, dass beide, Index 25 und Ablesestelle 4, vom optischen Abbildungssystem 13 (Fig. 1) aus gesehen, in der Ebene der Ablesestelle 9 (Fig. 1) liegen. Somit können die lichtelektrischen Empfänger 17 ; 18 (Fig. 1) ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene liegen.

35 Der Prismenanordnung 31 ; 32 kann auch ein Abbildungssystem 43 nach Fig. 3 mit der dort angegebenen Ablesung folgen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Anordnung zur Winkelmessung, die eine Lichtquelle, einen Teilkreis mit mindestens einer Ablesestelle, einen Index in Form eines Striches auf einem optischen Element, ein optisches Abbildungssystem mit einer Objektebene und einer Bildebene zur Abbildung der Ablesestelle über ein optisches Mikrometer auf mindestens einen fotoelektrischen Empfänger in der Bildebene des optischen Abbildungssystems sowie optische Mittel zur Umlenkung der von der Lichtquelle kommenden Strahlenbündel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Objektebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist.

2. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der Objektebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 2, die einen Teilkreis mit zwei diametral liegenden Ablesestellen, ein zweites optisches Abbildungssystem zur gleichläufigen Abbildung der Ablesestellen aufeinander, mit einer Objektebene und einer Bildebene, die mit der Objektebene des ersten optischen Abbildungssystems identisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der durch die Bildebene des zweiten optischen Abbildungssystems und der Objektebene des ersten optischen Abbildungssystems gemeinsam definierten Ebene angeordnet ist.

4. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der Objektebene des zweiten optischen Abbildungssystems angeordnet ist.

5. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Objektebene des zweiten optischen Abbildungssystems angeordnet ist.

6. Anordnung zur Winkelmessung nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Index eine Strichmarkierung auf einem teilverspiegelten Prisma ist.

7. Anordnung zur Winkelmessung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Index aus mehreren benachbarten Strichmarkierungen mit definiertem Abstand besteht.