-
Teilung bei Ablesevorrichtungen an Meßgeräten Die Erfindung betrifft
eine Teilung bei Ablesevorrichtungen an Meßgeräten mit einer Mehrzahl von Teilstrichen
und mindestens einem zugeordneten, in Meßrichtung um ablesbare Beträge verschiebbaren
längeren Ablesestrich zur direkten nonienfreien Ablesung der Bruchteile eines Teilungsintervalls,
bei welcher die Teilstriche und der (die) Abl'esestrich(e) Rechteckform haben und
je nach der abzulesenden Meßlage miteinander deutlich unterscheidbare Stufen oder
Lichtspalte bilden bzw. sich in Mineneinstellung befinden.
-
Es ist bekannt, den Ableseindex einer Ablesevorrichtung nach Art eines
Nonius oder einer Hilfsteilung auszubilden.
-
Bei einer derartigen bekannten Ablesevorrichtung mit rechenförmigem
Nonius wird die Koinzid'enzstelle des Nonius dadurch erkennbar gemacht, daß an dieser
Stelle der Lichtspalt zwischen zwei benachbarten rechteckförmigen Noniusmarken durch
einen rechteckförmigen Teilstrich der Hauptteilung, dessen Breite größer als die
der Nonienaussparung ist, abgedeckt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden
die verschiedenen Intervallbruchteile lediglich durch das Wandern der durch das
visuelle Verschmelzen zweier benachbarter Noniusmarken gekennzeichneten Koinzidenzstelle
angezeigt. Bei einem Übergang von einem Intervallbruchteil zu einem benachbarten
erscheint somit stets das gleiche Ablesemerkmal, allerdings an einer anderen Stelle
der Skala.
-
Ferner ist es bekannt, Intervallbruchteile mit Hilfe von Transversalteilungsfeldern
oder Ableserechen nach dem Prinzip des Symmetrieabgleiches zu bestimmen. Die Verwendung
derart kompliziert aufgebauter Hilfsteilungen ist jedoch recht aufwendig und zeitraubend,
da aus der Vielzahl der Zwischenräume der Teilungsfelder derjenige mühsam herausgesucht
werden muß, der durch den zugeordneten Skalenstrich der Hauptteilung symmetrisch
aufgeteilt wird.
-
Schließlich ist es bekannt, Intervallbruchteile dadurch zu bestimmen,
daß man mit Hilfe von Mikrometer- und optischen Verschiebeeinrichtungen den Ableseindex
visuell symmetrisch zu einer Teilungsmarke bzw. zu einem Teilungsintervall oder
in Koinzidenz mit einer Teilungsmarke einstellt und das Maß der hierfür benötigten
Verstellbewegung an der Mikrometerskala abliest.
-
Die erzielbare Ablesegenauigkeit ist zwar unter der Voraussetzung
gleicher Vergrößerung der Ableseoptik beiden bekannten mit Koinzidenzeinstellung
bzw. Symmetrieabgleich arbeitenden Einstellvorrichtungen größer als bei einer direkten
Ablesung, erfordert jedoch einen großen instrumentellen und zeitlichen Aufwand.
-
Aus diesem Grunde werden in vielen Fällen der Meßtechnik direkte Ableseverfahren
bevorzugt. Bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren dieser Art müssen die Intervailbruchteile
jedoch noch geschätzt werden.
-
Hierbei ist mit einer gewissen Schätzstreuung s in der letzten Dezimale
zu rechnen. Diese Schätzstreuung s ist durch die Formel gegeben
Hierin bedeutet so =
die durch die Aufrundung bedingte Streuung, wenn die Intervallänge i durch Schätzung
in p mögliche Teile unterteilt werden soll, und s1 eine Schätzstreuung, die in erster
Linie vom Beobachter, ferner von der Beleuchtung, von der Teilstrichstärke und dem
Kontrast der Striche gegen den Hintergrund abhängt.
-
Bei der Zehntelschätzung ist beispielsweise p = 10 und somit so =
±3% des Intervalls. Unter diesen Aufrundungsfehler kommt man bei der Zehntelschätzung
nicht. Ist nun die persönliche Schätzstreuung s1 des Beobachters etwa - 4% des Intervalls,
so ist die gesamte Schätzstreuung s = ±5%.
-
Ziel der Erfindung ist es, bei einer Ablesevorrichtung mit direkter
nonienfreien Ablesung die persönliche Schätzstreuung s1 auf ein Mindestmaß herabzusetzen
bzw. völlig auszuschalten.
-
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Dicken der
Teilstriche und der (des) Ablesestriche(s) in Abhängigkeit von der Größe des Teilungsintervalls
und der Größe der. abzulesenden Intervallbruchteile derart bemessen sind, daß die
als Ablesemerkmale herangezogenen Stufen oder Lichtspalte bzw. die Mitteneinstellung
die verschiedenen
Intervallbruchteile dadurch unmittelbar unterscheidbar
kennzeichnen, daß jedem Übergang der (des) Ablesestriche(s) von einem Intervallbruchteil
zu dem benachbarten in diesen Ablesemerkmalen ein eindeutig ablesbarer Wechsel zugeordnet
ist.
-
Mit der Teilung. nach der Erfindung wird der persönliche Schätzfehler
vollkommen ausgeschaltet, da jedes abzulesende Intervallbruchteil durch leicht erkennbare
und unterscheidbare Ablesemerkmale eindeutig festgelegt ist, so daß der Beobachter
zwangläufig den dem jeweiligen Ablesemerkmal eindeutig zugeordneten Intervallbruchteil
angeben muß. Die benutzten leicht erkennbaren Ablesemerkmale Stufe, Lichtspalt und
Mitteneinstellung lassen sich, wie die Praxis zeigt, sehr schnell einpräge.
-
Da bei der erfindungsgemäßen Teilung praktisch nur noch Aufrundungsfehler
auftreten, läßt sich hiermit eine Genauigkeitssteigerung von etwa 309/o gegenüber
den bisher bekanntgewordenen direkten Ablesemethoden, die noch mit persönlichen
Schätzfehlern behaftet sind, erzielen.
-
In. den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß
ausgebildeten Teilungen dargestellt, und zwar stellen dar Fig. 1 a bis
11 die Skalen- und Ablesestrichausbüdung für Fünftel-Intervallschätzungen
in verschiedenen Ablesestellungen des Ablesestriches, Fig. 2 eine Skalenausbildung
nach der Erfindung mit versetzten Teilstrichen.
-
Fig. 3 a bis 3 f die Skalenausbildung für Drittel-Intervallschätzungen,
Fig.4a bis 4p die Skalenausbildung für Zehntel-Intervallschätzungen mit zwei Ablesestrichen
in verschiedenen Stellungen der Ablesestriche.
-
In Fig.1 a bis 1 i sind zwei Teilstriche einer Teilung mit den Bezugszeichen
a und b versehen. Die Teilstriche a und b schließen
ein Intervall der Länge i
ein. Relativ zu den Teilstrichen a und
b ist ein Ablesestrich m in Richtung des Pfeiles c verschiebbar.
-
Die Dicke der Teilstriche a und b beträgt 0,4 i, die
Dicke des Ablesestriches m beträgt 0,2i.
-
Ist dem Teilstrich a der Wert 0 zugeordnet und dem Teilstrich b der
Wert 1, dann liest man in der in der Fig. 1a dargestellten Stellung den Wert 0 ab.
-
Wandert der Ablesestrich m, wie in Fig. 1 b dargestellt, derart, daß
seine linke Kante mit dem Teilstrich a einen Absatz bildet, dann liest man den Wert
(l/5)1 oder 0,2i ab. Wandert der Ablesestrich m
in die Stellung nach Fig.
1 c, so daß --r also mit dem Teilstrich a einen Lichtspalt bildet, dann liest man
den Wert (1!/s) i = 0,4 i ab. Ist der Ablesestrich schließlich wie gemäß Fig.1 d
so weit gewandert, daß er mit dem Teilstrich b einen Lichtspalt bildet, dann liest
man den Wert (3/s) i = 0,6 i ab. Bildet schließlich die rechte Kante des
Ablesestriches m, wie in Fig. 1 e dargestellt, mit dem Teilstrich b einen Absatz,
dann liest man den Wert (4/s) i = 0,8 i ab. Sitzt schließlich der
Ablesestrich m auf dem Teilstrich b
auf, daß also sowohl seine linke
Kante als auch seine rechte Kante mit dem Teilstrich b einen Absatz bildet, dann
hat er ein volles Intervall durchlaufen. Man liest jetzt den Wert 1,0 i ab (Fig.
1 f).
-
Die in den Fig. 1 a bis 1 f dargestellen Stellungen sind nun nicht
die einzig möglichen, welche das Ablesen eines genauen Dezimalwertes gestatten.
Der Ablesestrich m kann beispielsweise, wie in Fig. 1 g dargestellt, auf dem Teilstrich
a derart aufsitzen, daß sich seine rechte Kante mit der rechten Kante des Teilstriches
a deckt. In diesem Fall ist der Ablesestrich m aus der Ausgangslage um (0,1/5)1
ausgewandert. Theoretisch liest man deshalb den Wert 0,1i ab. Praktisch ist jedoch
diese Stellung von der Stellung nach Fig. 1 b nicht unterscheidbar, so da.ß man
auch hier den Wert 0,2i erhalten wird. Außerdem ist die in Fig. 1 h dargestellte
Grenzlage möglich. Auch diese Lage ist praktisch nicht von der Stellung nach Fig.
1 b unterscheidbar, so daß auch hier 0,2i abgelesen wird. Da nun in Fig.lg der Strich
theoretisch in der Stellung 0,1 i ist, in Fig. 1 h aber in der Stellung 0,3i, entspricht
die Ablesung 0,2i im ganzen durch die Stellungen nach den Fig.1 g und 1 h gegebenen
Bereich gerade der korrekten Abrundung auf ganze Fünftel des Intervalls, so daß,
wie gefordert, die Streuung so allein übrigbleibt, während s1 infolge der strengen
Ableseregel nicht mehr vom Beobachter abhängt, sondern praktisch vernachlässigbar
klein ist.
-
Entsprechend wird von dem ersten Auftreten eines Lichtspaltes zwischen
der Stellung 0,3 i nach Fig. 1 h und der Mittenstellung 0,5i nach Fig. 1 i der Wert
0,4i abgelesen. Beide Grenzen, das Auftreten des Lichtspaltes und die Mittenstellung,
sind mit großer Sicherheit erkennbar, so daß wieder eine vom Beobachter unabhängige
Regel besteht, die dafür sorgt, daß nur noch die unvermeidliche Streuung infolge
der Abrundung auf das nächstliegende Fünftel des Intervalls auftritt.
-
Für die Ablesung 0,6i und 0,8i gelten die entsprechenden Regeln
wie für 0,2i und 0,41.
-
Die Ablesung 0,0 erfolgt in dem Bereich, in dem an beiden Rändern
des Ablesestriches Stufen erkennbar sind, d. h. also, solange der Strich m auf einem
Teilstrich aufsitzt.
-
Liegen die Teilstriche a und b sehr eng beieinander,
dann kann man, um die Lage des Ablesestriches besser fixieren zu können, die Teilstriche
a und b gegeneinander versetzen (vgl. Fig. 2, wo die Teilstriche b gegen
die Striche a verschoben sind).
-
In den Fig. 3 a bis 3 f ist eine Skalenausbildung für die Ablesung
von Drittel-Intervallängen dargestellt, wie sie häufig zur Ablesung von Winkelteilungen
gebraucht wird; beispielsweise um Minuten in 20-Sekunden-Intervalle zu unterteilen
oder Grad-Intervalle in 20-Minuten-Intervalle.
-
Die Teilstriche sind wieder mit a und b bezeichnet.
Sie schließen wieder ein. Intervall der Länge i ein. Der Ablesestrich trägt wieder
das Bezugszeichen m. Die Dicken jedes Teilstriches a und b sowie die
des Ablesestriches m sind derart gewählt, daß, wie beispielsweise aus Fig. 3 e hervorgeht,
beide Dicken zusammen 1/3i betragen.
-
Die Ablesung geht in diesem Falle wie folgt vor sich: Solange sich
der Teilstrich a mit dem Ablesestrich m noch teilweise überdeckt, liest man 0 ab
(Fig. 3 a). Ist der Ablesestrich m, wie gemäß Fig. 3 b, so weit gewandert, daß er
mit dem Teilstrich a einen Lichtspalt bildet, dann liest man 1/3i ab. Ist der Ablesestrich
m, wie gemäß Fig. 3 c, so weit gewandert, daß er mit dem Teilstrich b einen Lichtspalt
bildet, dann liest man 2/3i ab. Überdecken sich der Ablesestrich m und der
Teilstrich b teilweise (Fig. 3 d), dann liest man 3/3 ab oder 1,0i.
-
In der Stellung nach Fig. 3 e berührt der Ablesestrich m den
Teilstrich a. Er steht also bei (9"5/3) i.
Schließlich kann man noch
die genaue Lage des
Ablesestriches m in der Zwischenstellung nach
Fig. 3 f angeben. Hier liegt der Ablesestrich m genau zwisehen den Teilstrichen
a und b oder bei (1,5/s) i.
Richtige Abrundung auf das nächstliegende
1/s i tritt ein, wenn im Bereich von a,1/si bis 1,5/3i der Wert 1/s i abgelesen
wird. Entsprechendes gilt für den Bereich, in dem 2f, 3i und i abgelesen wird.
-
Die Fig.4a bis 4p stellen eine Zehntel-Intervallablesung mit Hilfe
zweier Ablesestriche dar. Die Ableses.triche tragen die Bezugszeichen in' und fn'.
Der Strich in' ist zur Unterscheidung vom Strich m" mit einer Marke in- versehen.
Die Teilstriche selbst sind wieder mit den Bezugszeichen a und
b bezeichnet. Sie schließen wieder ein Intervall der Länge i ein. Der Abstand
der Ablesestriche in' und in" voneinander ist gleich --Z . Die Dicke der Teilstriche
a und b ist 0,2i. Die Dicke der Ablesestriche in' und in" ist 0,1
i.
-
Beim Verschieben der Teilstriche in' und ni' gegen die Teilstriche
a und b liest man stets mit dem Strich ab, dessen Lage zu einem der
Striche a oder b
eindeutig fixiert werden kann.
-
Nach Fig. '. a liest man den Wert 0,0 i ab. Der Ablesestrich in' sitzt
auf dem Strich a auf. Bildet der Ablesestrich in' mit dem Teilstrich a an
einer Seite eina Stufe, wie es in Fig. 1 b und 1 g bzw. 1 e der Fall war, dann liest
man jetzt den Wert 0,1 i bzw. 0,9 i ab. In Fig. 4 c ist der Ablesestrich ni so weit
gewandert, daß zwischen ihm und dem Teilstrich a ein Lichtspalt bleibt. Von hier
ab liest man den Wert 0,2 i ab, bis beide Striche in' und in" symmetrisch in der
Mitte zwischen a und b stehen (Fig. 4 n). Von da ab ist die Ablesung
0,3 i, bis nach Fig. 4 d der Ablesestrich in" dem Teilstrich b so weit genähert
ist, daß zwischen diesen Strichen der Lichtspalt verschwindet. Nach Fig. 4e bildet
der Ablesestrich in" mit dem Skalenstrich b einseitig rechts eine Stufe.
Man liest hier den Wert 0,4i ab, solange bis auch auf der linken Seite von in" eine
Stufe auftritt (Fig.4f). Von da ab liest man den Wert 0,5i ab, bis die Stufe am
rechten Rand von in" verschwunden ist (Fig. 4g). Beim Weiterwandern der Ablesestriche
in' und in" bildet jetzt der Ablesestrich m" mit dem Teilstrich b auf seiner linken
Seite eine Stufe. Man liest hier den Wert 0,6i ab, bis zwischen nz" und
b ein Lichtspalt auftritt (Fig. 4h). Man liest dann den Wert 0,7i ab, solange
bis b symmetrisch zwischen in' und in" steht (Fig. 4p). Von da ab liest man
0,81 ab, bis der Lichtspalt zwischen in' und b
(Fig. 41) verschwunden
ist.
-
Nach Fig. 4 k bildet der Ablesestrich m' mit dem Teilstrich b rechts
eine Stufe. Man liest hier den Wert 0,9i ab, bis auch auf der linken Seite
von in' eine Stufe sichtbar wird. Schließlich sitzt der Ablesestrich in' nach Fig.
41 auf dem Teilstrich b auf. Beide Striche m' und m" haben
jetzt ein volles Intervall durchlaufen. Man liest den Wert 1,0i ab. Die Ablesung
0,0 bzw. 1,0 gilt so lange, wie in' mit a oder b
beidseitig Stufen
bildet. Die Begründung dafür, daß durch diese Ableseregeln die Grenzen für die richtige
Aufrundung unabhängig vom Beobachter festgelegt sind, ist schon bei der 1/s i-Ablesung
gegeben. Durch den zweiten Ablesestrich m" wird nur das Intervall halbiert und dann
die Regeln der 1/s i-Ablesung entsprechend angewendet.
-
Selbstverständlich könnten die beiden Teilstriche m' und
m" auch um 1,5i auseinanderhegen. Dies kann dann vorteilhaft sein,
wenn die Teilstriche a und b sehr eng beieinanderliegen.
-
Kleinere Abweichungen von den angegebenen idealen Strichstärken sind
durchaus möglich, wenn diese Abweichungen so bemessen sind, daß die Aufrundungsstreuung
so nicht merklich vergrößert wird. Da ein Absatz zwischen dem Ablesestrich in und
dem Teilstrich a oder b für das Auge erst dann sichtbar wird, wenn
er dem Auge unterhalb der Nonien-Sehschärfe s erscheint (z. B. 12 Sekunden bzw.
15 bei 200 mm Betrachtungsabstand mit bloßem Auge) und der Lichtspalt ebenfalls
etwa bei halber Nonien-Sehschärfe sichtbar wird, kann es mitunter zweckmäßig sein,
den Teilstrich a oder b gegenüber seiner idealen Stärke um etwa eine
halbe Nonien-Sehschärfe dünner zu machen, den Ablesestrich m entsprechend um anderthalb
Nonien-Sehschärfe.