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Verfahren zur Herstellung eines Glasmaßstabes An Präzisionsmaßstäbe
wird die Anforderung gestellt, daß sich die Abstände der einzelnen Maßstabstriche
voneinander bei mechanischer Beanspruchung des Maßstabkörpers, z. B. bei Durchbiegung,
so wenig wie möglich ändern dürfen. Speziell bei Glasmaßstäben, deren Teilung durch
eine Glasschicht hindurch betrachtet wird, muß der Effekt berücksichtigt werden,
daß die Teilstriche eine virtuelle Bildversetzung erfahren, d. h., sie erscheinen
bei der Beobachtung um einen Betrag angehoben, der von der Dicke d der Glasschicht
und ihrem Brechungsindex n abhängt. Die durch diesen Abstand von der Teilungsebene
gekennzeichnete Faser, in der also die Teilstriche bei der Beobachtung erscheinen,
soll die optisch neutrale Faser des Maßstabkörpers genannt werden im Gegensatz zu
seiner neutralen Faser, die durch seinen Schwerpunkt festgelegt ist. Diese Faser
ist nachfolgend als mechanisch neutrale Faser bezeichnet.
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Zum Stand der Technik gehört es, die Teilstriche eines Glasmaßstabes
auf der Unterseite des Maßstabkörpers aufzubringen. Bei dieser Ausführung wirken
sich sowohl die während des Teilverfahrens als auch die bei der Ablesung auftretenden
Durchbiegungen des Maßstabkörpers auf das Meßergebnis aus, da weder die Teilungsebene
noch die optisch neutrale Faser zusammenfällt.
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Weiterhin ist es bekannt, die Strichteilung eines Glasmaßstabes außerhalb
der mechanisch neutralen Faser zu legen und sie durch die optische Versetzung in
diese Faser zu verlagern; d. h., die optisch neutrale und die mechanisch neutrale
Faser fallen zusammen, so daß Durchbiegungen des Maßstabes auf die Ablesung keinen
Einfluß haben. Eine genaue Verlagerung wird dann erreicht, wenn dem Maßstabkörper
ein ganz bestimmtes Profil gegeben wird. Ein solcher Maßstab hat jedoch den Nachteil,
daß eine eventuell während des Teilprozesses auftretende Durchbiegung des Maßstabkörpers
zu einer fehlerhaften Teilung führt, da ja die Maßstabstriche außerhalb der mechanisch
neutralen Faser liegen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Fehlerquelle weitestgehend
auszuschalten. Dies wird für einen Maßstab, bei dem die Maßstabstriche in der mechanisch
neutralen Faser des Maßstabkörpers oder in ihrer Nähe aufgebracht werden, erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Maß stab striche mit einer Glasplatte abgedeckt werden,
derart, daß die mechanisch neutrale Faser des Maßstabkörpers nach dem Aufbringen
und Abdecken der Maßstab striche in die optisch neutrale Faser oder in ihre Nähe
gelegt wird.
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Das Abdecken von Teilungen ist an sich bekannt, jedoch nur bei Längenmaßen
für den handwerklichen Gebrauch und bei Linealen, die nicht als Präzisionsgeräte
anzusprechen sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß mehrere technisch
äquivalente Verfahren vorgeschlagen, die das genannte Problem teils exakt, teils
angenähert lösen. Die angenäherte Lösung hat den Vorteil einer leichteren Herstellbarkeit
des Maßstabes, und die dabei zu erIangende Genauigkeit reicht für bestimmte Verwendungszwecke
völlig aus.
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Bei einer ersten exakten Lösung wird ein Maßstabkörper verwendet,
dessen eine Außenfläche in oder in der Nähe der mechanisch neutralen Faser dieses
Maßstabkörpers liegt. Unter »Nähe« soll hier und im folgenden ein Abstand verstanden
werden, der so klein ist, daß bei Durchbiegung des Maßstabkörpers Änderungen in
den Teilstrichabständen sich meßtechnisch nicht mehr bemerkbar machen. Auf der besagten
Außenfläche, also in der mechanisch neutralen Faser, werden die Teilstriche aufgebracht,
so daß sie gegen Durchbiegungen des Maßstabkörpers während des Teilungsprozesses
unempfindlich sind. Nach erfolgter Teilung werden die Maßstab striche zum Schutz
gegen Beschädigung und Verschmutzung mit einer Glasplatte abgedeckt, und diese wird
gegebenenfalls mit dem Maßstabkörper weich verkittet. Bei der Maß stab ablesung,
die durch den Maßstabkörper erfolgt, werden die Teilstriche optisch versetzt und
verlagern sich aus der mechanisch neutralen in die optisch neutrale Faser. Eine
etwaige Durchbiegung des Maßstabes würde also einen Meßfehler zur Folge haben. Dieser
wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß vom Maßstabkörper so viel Material abgetragen
wird, bis die neu entstehende mechanisch neutrale Faser mit der optisch neutralen
zusammenfällt,
bzw. in ihre unmittelbare Nähe rückt. Ablesefehler,
die aus der Durchbiegung des Meßstabkörpers resultieren, können dann nicht mehr
auftreten.
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Die Abdeckplatte ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung so bemessen,
daß sie mit dem Maßstabkörper nach dem Materialabtrag eine gemeinsame Fläche bildet.
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß der fertige Maßstab eine geschlossene rechteckige
Form besitzt, wenn für den Maßstabkörper z. B. ein U-förmiges Profil verwendet wird.
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Bei einer weiteren exakten Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß
der Maßstabkörper nach Aufbringen der Teilung, die ebenfalls in der mechanisch neutralen
Faser erfolgt, starr mit der Abdeckplatte verkittet. Ihr Querschnitt wird dabei
so gewählt, daß die durch das Zusammenkitten verlagerte mechanisch neutrale Faser
in die optisch neutrale Faser oder in ihre unmittelbare Nähe fällt.
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Die Maßstabablesung erfolgt bei dieser Ausbildung durch die Abdeckplatte.
Der Maßstabkörper weist dabei vorteilhaft ein U- oder Profil auf.
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Eine angenäherte Lösung des Problems kann erfindungsgemäß ebenfalls
auf mehreren Wegen erreicht werden. Zunächst wird die Teilung wieder auf einer Außenfläche
des Maßstabkörpers aufgebracht, die in der mechanisch neutralen Faser des Maßstabkörpers
oder in ihrer unmittelbaren Nähe liegt. Um die Teilung zu schützen, wird sie mit
einer Glasplatte abgedeckt, durch die die Ablesung des Maßstabes erfolgt. Die Abdeckplatte
wird mit dem Maßstabkörper weich verkittet, so daß die mechanisch neutrale Faser
des Maßstabkörpers in ihrer Lage erhalten bleibt. An die Abdeckplatte werden dabei
zwei Anforderungen gestellt; einmal soll sie eine bestimmte Dicke nicht überschreiten,
um die optische Versetzung bei der Maßstabablesung so gering wie möglich zu halten,
zum anderen wird eine hohe Paßhaltigkeit verlangt. Die Plattendicke muß so klein
gewählt werden, daß eine an die Plattenoberfläche gestellte Mindest-Paßforderung
gerade noch erfüllt wird. Unter diesen Bedingungen ist die bei der Maßstabablesung
eintretende virtuelle Bildversetzung so gering, und die mechanisch neutrale und
optisch neutrale Faser des Maßstabes liegen so dicht beieinander, daß sich beim
Durchbiegen des Maßstabes Meßfehler innerhalb der geforderten Genauigkeit nicht
bemerkbar machen. Vorzugsweise hat der Maßstab U-, H- oder Profil.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu einer
Näherungslösung führt, werden die Teilstriche auf einer Außenfläche des Maßstabkörpers
angeordnet, die sich nicht genau in seiner mechanisch neutralen Faser befindet.
Die Ablesung erfolgt durch den Maßstabkörper, der das Bild der Teilungsebene nach
der Beziehung n n 1 d in einem solchen Abstand von ihr erscheinen läßt, daß die
mechanisch neutrale Faser zwischen der die Maßstabstriche tragenden Fläche und der
optisch neutralen Faser liegt. In der Formel bedeutet n den Brechungsindex und d
die Dicke der Glasschicht, durch die der Maßstab abgelesen wird. Die Lage der mechanisch
neutralen Faser ist dabei zweckmäßig so, daß sie etwa in der Mitte zwischen der
optisch neutralen Faser und der Teilungsebene angeordnet ist.
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Dadurch werden für die Maßstabablesung die gleichen Verhältnisse geschaffen
wie für den Teilungsprozeß; beide sind jedoch bei Durchbiegung des
Maßstabkörpers
mit einem geringen Fehler behaftet.
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Diese Lösung stellt also einen Kompromiß dar, bei dem die beiden Fehlermöglichkeiten
zwar nicht völlig ausgeschaltet, aber in ihren Auswirkungen genau gegeneinander
abgewogen sind. Der Maßstabkörper kann U-, H- oder X-Profil aufweisen, und die Teilstriche
sind zum Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung mit einer Glasplatte abgedeckt,
die mit dem Maßstabkörper weich verkittet wird.
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Eine weitere Möglichkeit, Glasmaßstäbe höchster Präzision nach einer
Näherungslösung herzustellen, bietet das Zusammensetzen der Maßstäbe aus zwei Teilen,
die beide einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Ein solcher Maßstab besitzt eine
besonders große Biegefestigkeit, so daß Durchbiegungen nur in sehr geringem Ausmaß
auftreten können. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel hat der eine Teil ein
erhabenes Mittelstück, um das der andere Teil mit seinen Schenkeln herumgreift.
Die Maßstabstriche sind in einer Fläche eines der beiden Teile aufgebracht, in der
auch die mechanisch neutrale Faser dieses Teils liegt. Der andere Teil übernimmt
die Rolle einer Abdeckplatte. Seine mechanisch neutrale Faser befindet sich in der
Außenfläche, die mit der die Teilung tragenden Fläche des anderen Teils in Berührung
kommt. Die Maßstabablesung erfolgt durch den Teilungsträger, der sowohl das äußere
als auch das innere U-Profil bilden kann. Bei der Ablesung rücken die Teilstriche
aus der mechanisch neutralen Faser heraus, die ihre Lage unverändert beibehält,
während im Abstand n n 1 d von der Teilungsebene die optisch neutrale Faser gebildet
wird. Ablesefehler, deren Ursachen die Durchbiegung des Maßstabes ist, werden durch
die besondere Formgebung des Maßstabquerschnittes weitestgehend vermieden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Maßstab mit geschlossenem Gesamtprofil,
Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel mit starr verkitteter Abdeckplatte, Fig.3
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit weich verkitteter Abdeckplatte, Fig. 4 einen
anderen Maßstab, ebenfalls mit geschlossenem Gesamtprofil, und F i g. 5 einen aus
zwei U-Profilen zusammengesetzten Maßstab.
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In F i g. 1 ist ein Maßstabkörper 1 dargestellt, der ein U-förmiges
Profil aufweist. Die Teilstriche 2 werden auf einer Außenfläche 3 aufgebracht, die
zunächst die mechanisch neutrale Faser 4 des Maßstabkörpers 1 bildet. Der mit 5
bezeichnete Pfeil gibt die Beleuchtungsrichtung, der mit 6 bezeichnete Pfeil gibt
die Beobachtungsrichtung an. Bei der Ablesung erscheinen die durch die Glasschicht
der Dicke d a-1 betrachteten Teilstriche 2 um den Betrag n 1 zu d angehoben und
bilden die optisch neutrale Faser 7.
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Um die mechanisch neutrale mit der optisch neutralen Faser zusammenfallen
zu lassen, wird von den Schenkeln 8 und 9 des Maßstabkörpers 1 so viel Material
abgetragen, bis dieser Zustand erreicht ist.
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Die neue mechanisch neutrale Faser ist durch die gestrichelte Linie
10 dargestellt. Zum Schutz der Teilung 2 ist eine Abdeckplatte 11 vorgesehen, die
so bemessen ist, daß sie mit dem Maßstabkörper 1 zusammen
nach
dem Materialabtrag ein geschlossenes Profil bildet.
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F i g. 2 zeigt einen Maßstabkörper21, dessen Teilstriche 22 auf einer
Fläche 23 aufgebracht werden, die in der mechanisch neutralen Faser 24 des Maßstabkörpers
21 liegt. Die mit 25 und 26 bezeichneten Pfeile geben wieder die Beleuchtungs- und
Beobachtungsrichtung an. Die Ablesung erfolgt durch die Abdeckplatte 27, deren Dicke
d und Brechungsindex n die Lage der optisch neutralen Faser 28 bestimmen. Die Abdeckplatte
27 wird mit dem Maßstabkörper 21 starr verkittet, so daß sich dessen mechanisch
neutrale Faser in Richtung auf die optisch neutrale Faser verlagert. Bei richtiger
Wahl des Querschnitts der Abdeckplatte 27 fallen die beiden neutralen Fasern zusammen,
d. h., die neue mechanisch neutrale Faser 29 (gestrichelt gezeichnet) wandert in
die optisch neutrale Faser 28 oder in ihre unmittelbare Nähe.
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In F i g. 3 ist ein Maßstabkörper 31 mit U-förmigem Querschnitt dargestellt,
dessen Außenfläche 33 die Lage der mechanisch neutralen Faser 34 des Maßstabkörpers
31 verkörpert. Auf der Fläche 33 wird die Maßstabteilung 32 aufgebracht, die somit
in der mechanisch neutralen Faser oder ihrer unmittelbaren Nähe angeordnet ist.
Beleuchtung und Beobachtung des Maßstabes erfolgen in Richtung der Pfeile 35 und
36. Die Teilung wird mit einer Glasplatte 37 abgedeckt, durch die die Maßstabstriche
abgelesen werden. Die Glasplatte 37 wird dabei weich mit dem Maßstabkörper 31 verkittet,
so daß sich die Lage der mechanisch neutralen Faser 34 des Maßstabkörpers nicht
ändert. Durch die optische Versetzung erscheinen die Maßstabstriche n-1 32 um den
Betrag n n t zu d angehoben und bilden die optisch neutrale Faser 38. Die Dicke
d der Abdeckplatte 37 wird so klein bemessen, wie es die Forderung nach Paßhaltigkeit
der Oberfläche 39 erlaubt, um die optische Versetzung und damit den Abstand zwischen
mechanisch neutraler Faser 34 und optisch neutraler Faser 38 in möglichst engen
Grenzen zu halten.
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In F i g. 4 ist ein Maßstabkörper 41 abgebildet, auf dessen Außenfläche
43 die Teilstriche 42 aufgebracht werden, die etwas außerhalb der mechanisch neutralen
Faser 44 des Maßstabkörpers 41 liegen. Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung werden
durch die Pfeile 45 und 46 gekennzeichnet. Bei der Maßstabablesung, die durch einen
Teil des Maßstabkörpers von der Dicke d erfolgt, erscheinen die Bilder der Teilstriche
in der optisch neutralen Faser 47. Das Profil des Maßstabkörpers 41 ist so gewählt,
daß seine mechanisch neutrale Faser 44 zwischen der Teilungsebene 49 und der optisch
neutralen Faser 47 liegt. Zum Schutz der Maßstabstriche wird zwischen den Schenkeln
des Maßstabkörpers eine Abdeckplatte 48 angeordnet, die mit ihm weich verkittet
wird.
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Fig.5 zeigt einen Maßstabkörper, der aus zwei U-Profilen 51 und 52
zusammengesetzt wird. Teil 51 trägt zwischen seinen Schenkeln eine erhabene Fläche
53, auf die die Maßstabteilung 54 aufgebracht wird. Die Fläche 53 enthält gleichzeitig
die mechanisch neutrale Faser 57 des Maßstabteils 51.
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Maßstabteil 52 hat seine mechanisch neutrale Faser 58 innerhalb der
Fläche 60, die an die die Teilung tragendeFläche53 des Maßstabteils 51 angrenzt.
Um
diese Fläche 53 greift der Teil 52 mit seinen Schenkeln herum. Die Beleuchtung
der Teilstriche erfolgt durch den Teil 52 in Richtung des Pfeiles 55. Teil 52 übernimmt
also die Rolle einer Abdeckplatte.
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Das Mittelstück des Teils 51, durch den in Richtung des Pfeiles 56
beobachtet wird, ist maßgebend für die Bildung der optisch neutralen Faser 59, in
der das Bild der Teilung 54 erscheint. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Beleuchtungs-
und Beobachtungsrichtung auch vertauscht werden, wobei die optisch neutrale Faser
59 in den Teil 52 rücken würde.