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PATENTANSPRÜCHE
Optisches Mikrometer zur Ausmessung von Intervallen an einer kreisförmigen Teilung auf einem ebenen Träger, bei dem ein nicht abbildendes optisches Bauteil um eine Achse drehbar montiert ist, die im wesentlichen parallel zur Ebene der Teilung und rechtwinklig zur Ablaufrichtung der Teilung an der Stelle der Teilung gerichtet ist, an der die Ausmessung erfolgt und wobei durch die radiale Anordnung der Teilungsmarkierungen eine Verschiebung, eine radiale Ausdehnung einer Teilungsmarkierung, sowie ein Einfalls- und Brechungswinkel erhalten wird, gekennzeichnet dadurch, dass das nicht abbildende optische Bauteil als Keil ausgebildet ist, dessen brechende Kante rechtwinklig zur Schwenkachse gerichtet ist und dessen Keilwinkel x durch die Beziehung
Ae cosi tan x = ¯¯¯¯¯¯¯ s sm (1-1') bestimmt ist,
in der Ae ein in Abhängigkeit von den Teilungsmarkierungen bedingter Verschiebungsbetrag, s die radiale Ausdehnung einer Teilungsmarkierung, i den Winkel zwischen Abbildungsstrahlenbündel und Einfallslot und i' den Winkel zwischen Einfallslot und dem in der Ebene in der Nähe der brechenden und stumpfen Keilkante parallel versetzten Abbildungsstrahlenbündel bedeuten.
Die Erfindung betrifft ein optisches Mikrometer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches. Das nicht abbildende optische Bauteil kann auch bezüglich eines Bildes der kreisförmigen Teilung, das sich in einer zur Teilung konjugierten Ebene befindet, ausgerichtet sein.
Bekanntlich wird zur Interpolation der Lage eines Ableseindex in einem Teilkreisintervall ein Planplattenmikrometer verwendet, (Deumlich, Seyfert Instrumentenkunde der Vermessungstechnik VEB Verlag Technik, Berlin 1957, Seite 131 ff) mit dem das Bild mindestens eines Teilkreisstriches so verschoben wird, dass es mit dem Ableseindex zusammenfällt. Die hierzu notwendige Drehung des Planplattenmikrometers ist in entsprechenden Winkeleinheiten ablesbar.
Da die Drehung der Planplatte und die entsprechende Winkelablesung in keinem linearen Verhältnis zueinander stehen, was bei grösseren Drehbeträgen augenfällig ist, und da die benachbarten Teilkreisstriche radial zum Teilkreis und nicht parallel zueinander verlaufen, ist diese Art der Interpolation besonders dann nicht anwendbar, wenn der Winkelmessvorgang und die Winkelmessung objektiv, mit codierten Teilkreisen und lichtelektrischen Empfängern erfolgen soll. Man könnte diese Mängel durch eine Reduzierung der Grösse der Teilkreisintervalle und damit des Schwenkbereichs der Planplatte verringern, aber nicht beseitigen. Ausserdem ist die Reduzierung der Grösse der Teilkreisintervalle und des Schwenkbereichs der Planplatte oft aus konstruktiven und messtechnischen Gründen nicht möglich.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zum Ausmessen grosser Teilkreisintervalle ein Abbildungssystem um den Teilkreismittelpunkt zu drehen oder eine Zwischenabbildung so vorzunehmen. dass das Teilkreisbild scheinbar um den Teilkreismittelpunkt als Drehpunkt über die Bildebene gedreht wird. Dabei muss ein Mikrometer (beispielsweise ein Spiralmikrometer) verwendet werden, das auch über einen grossen Messbereich die Linearität gewährleistet. Diese Art der Ausmessung von grossen Teilkreisintervallen benötigt zusätzliche Abbildungsglieder und erzeugt Abbildungsfehler, die die Genauigkeit der Interpolation beeinträchtigen.
Die Erfindung soll mit einfachen Mitteln die Ausmessung von grossen Teilkreisintervallen ermöglichen, wobei sich die durch die Kreisform bedingte Nichtparallelität benachbarter Teilkreismarkierungen nicht auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Mikrometers, das mit einer Verschiebung der Teilungsmarkierungen gleichzeitig deren Drehung um einen bestimmten Betrag ermöglicht, so dass zwei einen Winkel miteinander einschliessende geradlinige Teilungsmarkierungen oder eine Teilungsmarkierung mit einem Index, die geradlinig sind und einen Winkel miteinander einschliessen, auf ihrer ganzen Länge zur Koinzidenz gebracht werden können. Das optische Mikrometer soll ausserdem die bei der Interpolation codierten Kreisteilungen üblichen aufwendigen Abbildungsmittel reduzieren.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.
Die Erfindung ermöglicht das genaue Ausmessen von in einer Ebene gekrümmten Skalen mit einem einfachen Mikrometer. Dabei bewirkt der optische Keil bei seiner Drehung an seiner brechenden Kante, wo die Teilungsmarkierungen näher beieinander liegen, eine geringere Bildschiebung als an seinem stumpfen Ende, wo die Teilungsmarkierungen infolge ihrer radialen Anordnung weiter auseinander liegen. Die Verschiebung der Bilder der Teilungsmarkierungen rechtwinklig zur brechenden Kante des Keils kann durch einen nachgeordneten feststehenden Keil im wesentlichen rückgängig gemacht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 bis 3 Schemazeichnungen zur Darlegung der Wirkungsweise der Erfindung, und zwar zeigt
Figur 1 eine Draufsicht,
Figur 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Figur 1,
Figur 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in Figur 1,
Figur 4 eine Anwendung des erfindungsgemässen Mikrometers im Ablenksystem eines Winkelmessgerätes.
In Figur 1 bis 3 befindet sich über dem Ausschnitt eines Teilkreises 1 mit Teilkreismarkierungen 2 ein um eine Achse X-X drehbarer pyramidenstumpfförmiger optischer Keil 3 mit dem an der Keilkante 4 liegenden Keilwinkel X und der stumpfen Seite 5. In der Ausgangslage ist die Keilkante 4 parallel zur Ebene des Teilkreises 1 angeordnet. Ausserdem ist die Keilkante 4 rechtwinklig zur Drehachse X-X gerichtet.
Die Länge einer Teilkreismarkierung 2 rechtwinklig zu Ablaufgeraden aller Teilungsmarkierungen oder der Abstand zweier Markierungsspuren voneinander ist mits bezeichnet und die Abweichung zweier benachbarter Teilungsmarkierungen aus der Parallellage mit te.
In Figur 3 ist der Keil 3 um die Achse X-X um den Winkel i geschwenkt. Dadurch schliesst ein von der Teilungsmarkierung 2 kommendes Abbildungsstrahlenbündel 6 mit dem Einfallslot L-L einen Einfallswinkel i ein. Im Keil 3 verläuft das Abbildungsstrahlenbündel 61 bis 62 unter einem Winkel i'. Durch die zunehmende Dicke des Keils 3 wird das Abbildungsstrahlenbündel 6 in einer Ebene parallel versetzt, die durch den Abbildungsstrahl 61 in der Nähe der brechenden Kante 4 und durch den Abbildungsstrahl 62 in der Nähe der stumpfen Seite 5 bestimmt ist und deren Spur auf der Keilaus trittsfläche zu den seitlichen, dreieck- oder tropenförmigen Begrenzungsflächen des Keils 3 nicht mehr parallel ist.
Das austretende Abbildungsstrahlenbündel 61; 62 ist gegenüber dem eintretenden Abbildungsstrahlenbündel 6 um einen Betrag Ae verdreht, der durch die Dicke des Keiles 3, den Keilwinkel x und den Brechungsindex des Materials bestimmt ist, aus dem der Keil besteht. Der Keilwinkel x ist zu ermitteln aus
cosi tan x s sln (1-1') wobei nach dem Brechungsgesetz sini' = sin n sin n ist.
In Figur 4 sind entlang einer optischen Achse 0-0 eine Lichtquelle 8, ein Teilkreis 9 mit einer Teilung 10 und einer Abdeckscheibe 11. ein Abbildungssystem 12, ein optischer Keil 13 zur mikrometrischen Messung, ein optischer Keil 14 zum Ausgleich parallel zur Zeichenebene und ein linienförmiger Fotoempfänger 15 angeordnet, dem eine Blende 29 vorgelagert ist. Der Keil 13 ist mit Achszapfen 16; 17 versehen, die in Lagern 18: 19 gelagert sind. Der Achszapfen 16 trägt an seinem freien Ende ein Zahnrad 20, das mit einem Zahnrad 21 eines Motors 22 kämmt. Am freien Ende des Achszapfens 17 befindet sich eine Scheibe 23, die eine Skala 24 trägt. Diese Skala wird von einer Lichtquelle 25 mit einem Kondensor 26 beleuchtet, deren Licht von zwei Fotoempfängern 27; 28 empfangen wird.
Die Lichtquelle 8 beleuchtet die Teilung 10 des Teilkreises 9, die durch ein Abbildungssystem 12 und die Keile 13; 14 auf den linienförmigen Fotoempfänger 15 abgebildet wird. Der linienförmige Fotoempfänger 15 dient gleichzeitig als Index zur Ausmessung des Teilkreises 9. Der Motor 22 versetzt über die Zahnräder 21; 22 den Keil 13 in eine gleichförmige Drehung, an der, wegen der starren Verbindung zum Keil 13, auch die Scheibe 23 teilhat.
Die von der Skala 24 der rotierenden Scheibe 23 auf die Fotoempfänger 27; 28 erzeugten Lichtimpulse bewirken den Start und die Durchführung der Messung eines Intervalls des Teilkreises 10 zwischen der Teilungsmarkierung 10 und dem Index. Infolge der Drehung des Keils 13 wird periodisch und kontinuierlich das Bild der Teilkreismarkierung über den als Index wirkenden Fotoempfänger 15 hinweggeführt. Dabei erzeugt die Teilkreismarkierung 10 im Augenblick der Koinzidenz mit dem Fotoempfänger 15 einen Stoppimpuls, der die Messung des Intervalls zwischen der Teilungsmarkierung und dem Fotoempfänger 15 beendet. Danach wird der Messungsvorgang durch die Skala 24 wieder eingeleitet und durchgeführt usw. Die Anzahl der Elemente der Skala 24 ist abgestimmt auf die Feinheit der Unterteilung eines Teilkreisintervalls.
Das jeweilige Zählergebnis gibt die Lage des Index im Teilkreisintervall in Einheiten der Unterteilung an und wird durch nicht dargestellte Mittel angezeigt bzw. registriert.
Während der Keil 13 bewirkt, dass Teilungsmarkierung 10 und Index 15 im Augenblick der Stoppimpulserzeugung nicht winkelig zueinander liegen, macht der fest angeordnete optische Keil 14 die durch den optischen Keil 13 bewirkte radiale Ablenkung der Teilungsmarkierung 10 rückgängig. Es versteht sich von selbst, dass das erfindungsgemässe Mikrometer auch zur subjektiven Ausmessung eines Intervalls verwendet werden kann.
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PATENT CLAIMS
Optical micrometer for measuring intervals on a circular graduation on a flat support, in which a non-imaging optical component is rotatably mounted about an axis which is essentially parallel to the plane of the graduation and perpendicular to the direction of the graduation at the location of the graduation , on which the measurement takes place and whereby the radial arrangement of the graduation marks results in a displacement, a radial extent of a graduation mark, and an angle of incidence and refraction, characterized in that the non-imaging optical component is designed as a wedge, the breaking edge of which is at right angles is directed to the pivot axis and its wedge angle x by the relationship
Ae cosi tan x = ¯¯¯¯¯¯¯ s sm (1-1 ')
in the Ae a shift amount dependent on the division marks, s the radial extent of a division mark, i the angle between the imaging beam and the perpendicular and i 'the angle between the perpendicular and the imaging beam which is offset in parallel in the plane near the refracting and blunt wedge edge .
The invention relates to an optical micrometer according to the preamble of the claim. The non-imaging optical component can also be aligned with respect to an image of the circular division, which is located in a plane conjugated to the division.
As is known, a plane plate micrometer (Deumlich, Seyfert Instrumentenkunde der Vermessungstechnik VEB Verlag Technik, Berlin 1957, page 131 ff) is used to interpolate the position of a reading index in a partial circle interval, with which the image of at least one partial circle stroke is shifted so that it coincides with the reading index . The rotation of the flat plate micrometer required for this can be read off in corresponding angle units.
Since the rotation of the plane plate and the corresponding angle reading are not in a linear relationship to one another, which is evident with larger amounts of rotation, and since the adjacent graduation marks run radially to the pitch circle and not parallel to one another, this type of interpolation is particularly not applicable when the angle measurement process and the angle measurement is to be carried out objectively, with coded partial circles and photoelectric receivers. These deficiencies could be reduced by reducing the size of the pitch circle intervals and thus the swivel range of the faceplate, but not eliminated. In addition, it is often not possible to reduce the size of the pitch circle intervals and the swivel range of the face plate for design and measurement reasons.
It has also already been proposed to rotate an imaging system around the center of the pitch circle in order to measure large pitch circle intervals or to carry out an intermediate mapping in this way. that the pitch circle image is apparently rotated around the pitch circle center as a pivot point over the image plane. A micrometer (e.g. a spiral micrometer) must be used, which ensures linearity even over a large measuring range. This type of measurement of large pitch circle intervals requires additional mapping elements and generates mapping errors that impair the accuracy of the interpolation.
The invention is intended to enable the measurement of large pitch circle intervals with simple means, the non-parallelism of adjacent pitch circle markings due to the circular shape having no effect.
The object of the invention is to provide an optical micrometer which, with a displacement of the graduation marks, simultaneously enables them to be rotated by a certain amount, so that two rectilinear graduation marks enclosing an angle or an index graduation mark which are rectilinear and enclose an angle with one another, can be brought to coincidence along their entire length. The optical micrometer is also intended to reduce the complex imaging means which are customary for interpolation.
According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the patent claim.
The invention enables the precise measurement of scales curved in one plane with a simple micrometer. The optical wedge rotates less on its breaking edge, where the division marks are closer together, than on its blunt end, where the division marks are further apart due to their radial arrangement. The shifting of the images of the division marks at right angles to the breaking edge of the wedge can be essentially reversed by a subsequent fixed wedge.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example. Show it:
1 to 3 show schematic drawings to explain the mode of operation of the invention, namely
FIG. 1 shows a top view,
FIG. 2 shows a sectional illustration along the line A-A in FIG. 1,
FIG. 3 shows a sectional illustration along the line B-B in FIG. 1,
Figure 4 shows an application of the micrometer according to the invention in the deflection system of an angle measuring device.
In FIGS. 1 to 3, above the section of a partial circle 1 with partial circle markings 2, there is a truncated pyramid-shaped optical wedge 3 which can be rotated about an axis XX, with the wedge angle X lying on the wedge edge 4 and the blunt side 5. In the starting position, the wedge edge 4 is parallel to Level of the pitch circle 1 arranged. In addition, the wedge edge 4 is directed perpendicular to the axis of rotation X-X.
The length of a partial circle marking 2 perpendicular to the straight line of all divisional markings or the distance between two marking tracks from one another is denoted by and the deviation of two adjacent divisional markings from the parallel position by te.
In Figure 3, the wedge 3 is pivoted about the axis X-X by the angle i. As a result, an imaging beam 6 coming from the graduation mark 2 includes an angle of incidence i with the incidence slot L-L. The imaging beam 61 to 62 extends in wedge 3 at an angle i '. Due to the increasing thickness of the wedge 3, the imaging beam 6 is offset in parallel in a plane which is determined by the imaging beam 61 in the vicinity of the refractive edge 4 and by the imaging beam 62 in the vicinity of the blunt side 5 and whose track on the wedge exit surface is no longer parallel to the lateral, triangular or tropical boundary surfaces of the wedge 3.
The emerging imaging beam 61; 62 is rotated with respect to the incoming imaging beam 6 by an amount Ae, which is determined by the thickness of the wedge 3, the wedge angle x and the refractive index of the material from which the wedge is made. The wedge angle x is to be determined from
cosi tan x s sln (1-1 ') where sini' = sin n sin n according to the law of refraction.
FIG. 4 shows a light source 8, a pitch circle 9 with a division 10 and a cover plate 11 along an optical axis 0-0, an imaging system 12, an optical wedge 13 for micrometric measurement, an optical wedge 14 for compensation parallel to the plane of the drawing and a Line-shaped photo receiver 15 is arranged, which is preceded by an aperture 29. The wedge 13 is with journal 16; 17 provided, which are stored in bearings 18: 19. The journal 16 carries at its free end a gear 20 which meshes with a gear 21 of a motor 22. At the free end of the journal 17 there is a disk 23 which carries a scale 24. This scale is illuminated by a light source 25 with a condenser 26, the light from two photo receivers 27; 28 is received.
The light source 8 illuminates the division 10 of the pitch circle 9, which by an imaging system 12 and the wedges 13; 14 is imaged on the line-shaped photo receiver 15. The line-shaped photo receiver 15 also serves as an index for measuring the pitch circle 9. The motor 22 is offset via the toothed wheels 21; 22 the wedge 13 in a uniform rotation, in which, due to the rigid connection to the wedge 13, the disc 23 also participates.
The from the scale 24 of the rotating disc 23 on the photo receiver 27; 28 light pulses generated start and carry out the measurement of an interval of the pitch circle 10 between the division mark 10 and the index. As a result of the rotation of the wedge 13, the image of the partial circle marking is periodically and continuously passed over the photo receiver 15 acting as an index. The partial circle marking 10 generates a stop pulse at the moment of coincidence with the photo receiver 15, which stops the measurement of the interval between the division marking and the photo receiver 15. The measuring process is then initiated and carried out again by the scale 24, etc. The number of elements on the scale 24 is matched to the fineness of the division of a pitch circle interval.
The respective counting result indicates the position of the index in the division circle interval in units of the subdivision and is displayed or registered by means not shown.
While the wedge 13 causes the division mark 10 and the index 15 to not lie at an angle to one another at the moment of the generation of the stop pulse, the fixed optical wedge 14 reverses the radial deflection of the division mark 10 caused by the optical wedge 13. It goes without saying that the micrometer according to the invention can also be used for the subjective measurement of an interval.