DE1260803B - Device for setting and reading the angle of rotation of a circular disc carrying a scale - Google Patents
Device for setting and reading the angle of rotation of a circular disc carrying a scaleInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
GOIdGOId
Deutsche Kl.: 42 d- 2/10 German class: 42 d- 2/10
Nummer: 1260 803Number: 1260 803
Aktenzeichen: H 43047IX b/42 dFile number: H 43047IX b / 42 d
Anmeldetag: 5. Juli 1961 Filing date: July 5, 1961
Auslegetag: 8. Februar 1968Open date: February 8, 1968
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Einstellen und Ablesen des Drehwinkels einer eine Skala tragenden Kreisscheibe mit optischen Bauteilen sowie einer lichtelektrischen Anordnung, insbesondere einen optischen Teilkopf, einen optischen Rundtisch od. dgl.The invention relates to a device for setting and reading the angle of rotation of a scale bearing Circular disk with optical components and a photoelectric arrangement, in particular one optical part head, an optical rotary table or the like.
Bei den bekannten Geräten dieser Art werden die an einer Fotozelle vorbeiwandernden Skalenstriche ausgezählt, womit das Meßergebnis erhalten wird. Es ist auch bekannt, zwei diametral liegende Skalenstriche gegeneinander geneigt aufeinander abzubilden, um Moire-Streifen zu erzeugen. Hierdurch werden feiner unterteilte Meßwerte erhalten.In the known devices of this type, the scale lines wandering past a photocell are counted, with which the measurement result is obtained. It is also known to have two diametrically opposed graduations to be mapped to one another inclined to one another in order to produce moiré stripes. This will be more finely subdivided measured values are obtained.
Diese Geräte sehen keine Maßnahmen vor, eine Dezentrierung des Teilkreises und die dadurch bewirkten Meßwertverfälschungen zu kompensieren.These devices do not provide for any measures to decenter the pitch circle and the resulting effects To compensate for falsification of measured values.
Zum Ausgleich des Zentrierfehlers einer Kreisskala ist es bei optischen Geräten bekannt, außer dem dem Meßpunkt zugeordneten Skalenstrich den um 180° zu diesem Strich versetzten Skalenstrich in ein gemeinsames Ablesefenster abzubilden und die durch die Bilder der Skalenstriche definierten Meßwerte zu mitteln. Diese Geräte arbeiten im Prinzip sehr genau, jedoch ist die Ermittlung des Meßwertes umständlich, was nicht zuletzt darin begründet ist, daß von zwei Meßwerten rechnerisch der Mittelwert zu bilden ist.To compensate for the centering error of a circular scale, it is known in optical devices, besides that the scale mark assigned to the measuring point is the scale mark offset by 180 ° to this mark map the common reading window and the measured values defined by the images of the scale lines to average. In principle, these devices work very precisely, but the determination of the measured value is cumbersome, which is due not least to the fact that arithmetically the mean value of two measured values increases form is.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät anzugeben, welches hinsichtlich der Genauigkeit des Meßergebnisses dasselbe leistet wie die genannten optischen Geräte, bei dem jedoch die Ablesung des Ergebnisses bequemer ist und bei dem insbesondere die Mittelwertbildung vom Benutzer nicht mehr selbst vorgenommen zu werden braucht.The object of the invention is to provide a device which, in terms of the accuracy of the measurement result does the same as the mentioned optical devices, but with the reading of the result is more convenient and in which, in particular, the averaging is no longer carried out by the user himself needs to become.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an sich bekannte optische Bauelemente zur gegenläufigen Abbildung zweier diametral zueinander angeordneter Skalenstriche in gegenseitiger Verlängerung versetzt liegend in einem oder mehreren zueinander fest angeordneten Lichtspalten vorgesehen sind.This object is achieved according to the invention in that known optical components for opposite image of two diametrically arranged scale lines in mutual extension are provided lying offset in one or more fixedly arranged light columns.
Bei dieser Ausbildung kann man in der lichtelektrischen Anordnung zwei Fotozellen vorsehen, von denen je eine einem Skalenstrichbild zugeordnet ist. Es ergibt sich dann, daß die Fotozellen in einer ganz bestimmten Drehstellung der Kreisscheibe gleiche Lichtintensitäten empfangen. Diese Gleichheit der Lichtintensitäten kann als Einstellkriterium benutzt werden. Die Gleichheit der Lichtintensität ändert sich dann nicht, wenn infolge eines Dezentrierungsfehlers die Bilder der Skalenstriche gegenläufig auswandern, weil hierbei die Auswanderung stets gleich groß ist. Das Einstellkriterium bleibt somit erhalten.With this training, two photocells can be provided in the photoelectric arrangement each of which is assigned to a scale tick image. It then turns out that the photocells in a whole certain rotational position of the circular disk receive the same light intensities. This equality of Light intensities can be used as a setting criterion. The equality of the light intensity changes then not if the images of the scale lines migrate in opposite directions due to a decentering error, because here the emigration is always the same. The setting criterion is therefore retained.
Gerät zum Einstellen und AblesenDevice for setting and reading
des Drehwinkels einer eine Skala tragendenthe angle of rotation of a scale bearing
KreisscheibeCircular disc
Anmelder:Applicant:
M. Hensoldt & Söhne, Optische Werke A. G.,M. Hensoldt & Sons, Optical Works A. G.,
6330 Wetzlar, Gloelstr. 3-56330 Wetzlar, Gloelstr. 3-5
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Kurt Räntsch,Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Kurt Räntsch,
7920 Heidenheim7920 Heidenheim
Die erfindungsgemäße Ausbildung zeigt den weiteren Vorteil, daß die Strichbilder unmittelbar für eine Vorwärts- und Rückwärtszählung benutzt werden können. Hierzu sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Abbildungen der Skalenstriche vorteilhaft um eine halbe Strichbreite gegeneinander versetzt. Bei dieser Ausbildung können die beiden ohnehin vorhandenen Fotozellen oder aber auch zwei weitere Fotozellen für die Vorwärts- und Rückwärtszählung verwendet werden.The inventive training shows the further advantage that the line images are directly for a Up and down counting can be used. For this purpose, the Invention, the images of the scale lines are advantageously offset from one another by half a line width. In this training, the two photocells, which are already present, or two further photocells can be used for counting up and down.
Um einen exakten Bildversatz zu bewirken, ist zweckmäßig in wenigstens einem Abbildungsstrahlengang ein strahlenablenkendes oder strahlenversetzendes, an sich bekanntes optisches Mittel, wie schwenkbarer Planspiegel oder kippbare Planplatte, angeordnet. In order to effect an exact image offset, it is expedient in at least one imaging beam path a beam-deflecting or beam-displacing optical means known per se, such as pivotable Plane mirror or tiltable plane plate, arranged.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind jeder Abbildung eines Skalenstriches sowohl eine der Impulszählung als auch eine dem Symmetrieabgleich dienende Fotozelle zugeordnet. Die dem Symmetrieabgleich dienenden Fotozellen können ein an sich bekanntes, zwei Schattenbänder erzeugendes »Magisches Auge« steuern. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der Teilkreis um einen bestimmten Winkelwert gedreht werden soll, weil dann die Drehung genau dann beendet werden kann, wenn das »Magische Auge« die exakte Einstellage anzeigt.In a further embodiment of the invention, each image of a scale mark is both a pulse count as well as a photocell used for symmetry adjustment. The symmetry adjustment Photocells that serve as a function of the art can produce a familiar, two shadow bands »magical Eye «control. This is advantageous when the pitch circle is around a certain angular value should be rotated, because the rotation can then be ended exactly when the »magic Eye «shows the exact setting position.
Will man zu feiner unterteilten Meßwerten kommen, dann kann man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung an Stelle des Lichtspaltes ein das Intervall zweier aufeinanderfolgender Skalenstriche unterteilendes Gitter vorsehen. Beim Drehen des Teilkreises wandern dann die Strichbilder über dieses Gitter, und die Einrichtung zählt Impulse in Abhängigkeit von der Zahl der Gitterlinien pro Intervall.If you want to get more finely subdivided measured values, you can use the Invention instead of the light gap, a subdivision of the interval between two successive scale lines Provide a grid. When turning the pitch circle, the line images then move over it Grid, and the device counts pulses depending on the number of grid lines per interval.
809 507/289809 507/289
Der Symmetrieabgleich wird jetzt mit Hilfe eines der Striche des Gitters vorgenommen.The symmetry adjustment is now carried out using one of the Lines made of the grid.
An Stelle dieser Maßnahme oder zusätzlich zu dieser Maßnahme kann man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung den Lichtspalt oder das Gitter relativ zu den Abbildungen der Skalenstriche verschiebbar und in seiner Verschiebung meßbar ausbilden. Die Verschiebung wird so weit durchgeführt, bis ein Symmetrieabgleich angezeigt wird. Der hierzu notwendige Verschiebeweg gibt den Feinmeßwert an.Instead of this measure or in addition to this measure, one can use a further refinement According to the invention, the light gap or the grating can be displaced relative to the images of the scale lines and train it to be measurable in its displacement. The shift is carried out so far until a symmetry adjustment is displayed. The displacement path required for this gives the fine measurement value at.
Damit sich die vier vorgesehenen Fotozellen nicht stören, können optische Mittel für eine geeignete Strahlenführung vorgesehen sein, insbesondere Mittel, welche eine Strahlenteilung bewirken. Hierdurch verkleinert sich jedoch die Lichtausbeute für jede Fotozelle, was insbesondere dann unerwünscht ist, wenn die Maßstabstriche selbst nicht viel Licht liefern. Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die zwischen den Lichtspalten des Gitters hegenden Stege reflektierend ausgebildet, und zwei der für die Anzeige des Symmetrieabgleiches und/oder Impulszählung vorgesehenen Fotozellen sind hinter dem Gitter im durchfallenden Licht angeordnet und die anderen im reflektierten Licht. Durch diese Ausbildung wird die Lichtausbeute verdoppelt.So that the four provided photocells do not interfere, optical means can be used for a suitable Beam guidance can be provided, in particular means which cause beam splitting. This is reduced in size however, the light output for each photocell, which is particularly undesirable when the scale lines themselves don't provide much light. To avoid this disadvantage are in a further development of the invention, the webs lying between the light gaps of the grating are designed to be reflective, and two of the ones provided for displaying the symmetry adjustment and / or pulse counting Photocells are arranged behind the grille in the transmitted light and the others in the reflected light Light. This design doubles the light output.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,In the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely shows F i g. 1 a first embodiment,
Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1, Fig. 3 das Ablesefenster des erfindungsgemäßen Gerätes.FIG. 2 shows a detail of FIG. 1, 3 shows the reading window of the device according to the invention.
Gemäß F i g. 1 ist mit einer drehbaren Welle 1 ein Teilkreis 2 verbunden. Der Teilkreis 2 besteht aus einem Ring mit Bohrungen 3, in denen Glasplättchen 4 mit einem Teilkreisstrich 5 angeordnet sind. Die Größe der Drehbewegung des Teilkreises 2 wird mit Hilfe einer gerätefesten Ableseeinrichtung ermittelt und in einem Ablesefenster 40 (F i g. 3) angezeigt. According to FIG. 1, a pitch circle 2 is connected to a rotatable shaft 1. The pitch circle 2 exists from a ring with holes 3, in which glass plates 4 with a pitch circle 5 are arranged are. The size of the rotary movement of the pitch circle 2 is determined with the help of a device-mounted reading device determined and displayed in a reading window 40 (FIG. 3).
Für die Beleuchtung des Striches 5 ist eine feststehende Lichtquelle 6 vorgesehen. Mit Hilfe zweier Linsen 7 und 9 sowie eines Spiegels 8 wird die Lichtquelle nach 6' abgebildet, und die Lichtstrahlen werden von hier aus durch eine Linse 10 auf den Teilkreisstrich 5 gelenkt. Der Teilkreisstrich 5 wird über einen Spiegel 11 und eine Linse 12 sowie eine Blende 13, einen weiteren teildurchlässigen Spiegel 14 und einen Vollspiegel 15 auf ein Gitter 16 abgebildet. Das Gitter 16 weist Lichtspalte 21 auf. Die Stege 22 zwischen den Lichtspalten 21 sind reflektierend ausgebildet. Der Abbildungsstrahlengang ist mittelpunktzentrisch, d. h., die Linse 12 bildet die Achse A des Teilkreises in die Blende 13 ab, und die Blende 13 wird einerseits mit Hilfe zweier plankonvexer Linsen 17 und 18 sowie einer Linse 19 auf eine Fotozelle 20 abgebildet und andererseits mit Hilfe der Linse 17 sowie der Spiegel 15 und 14 auf eine Fotozelle 28.A fixed light source 6 is provided for illuminating the line 5. With the aid of two lenses 7 and 9 and a mirror 8, the light source is imaged according to 6 ', and the light rays are directed from here by a lens 10 onto the pitch circle line 5. The partial circle line 5 is imaged on a grid 16 via a mirror 11 and a lens 12 as well as a diaphragm 13, a further partially transparent mirror 14 and a full mirror 15. The grating 16 has light gaps 21. The webs 22 between the light gaps 21 are reflective. The imaging beam path is center-point, that is, the lens 12 images the axis A of the pitch circle in the diaphragm 13, and the diaphragm 13 is imaged on the one hand with the help of two plano-convex lenses 17 and 18 and a lens 19 on a photocell 20 and on the other hand with the help of Lens 17 and mirrors 15 and 14 on a photocell 28.
Auf das Gitter 16 wird ferner der um 180° zum TeilkreisstrichS versetzte Teilkreisstrich 5' abgebildet. Damit die Bilder 5" und 5'" der Teilkreisstriche 5 und 5' auf dem Gitter gleiche Helligkeiten haben, beleuchtet die Lichtquelle 6 gleichzeitig den Skalenstrich 5' über die Elemente 7', 8', 9' und 10'. Die Abbildung des Striches 5' auf das Gitter 16 erfolgt über Elemente 11', 12', 13', 14' und 15', welche in ihrer Wirkung den Elementen 11 bis 15 entsprechen. Die Blende 13' wird bei dieser Ausbildung auf eine unterhalb der Fotozelle 20 liegende Fotozelle 20' abgebildet und außerdem auf eine Fotozelle 28'. Die genannten Abbildungselemente sind derart ausgebildet und angeordnet, daß die Bilder 5" und 5'" etwa in Verlängerung zueinander liegen, so daß die Fotozellen 20 und 28 dem Strichbild 5" zugeordnet werden und die Fotozellen 20' und 28' dem Strichbild 5"'. Der Spiegel 14 ist um eine Welle 23 mit Hilfe einer Schraube 24 gegen den Druck einer Feder 25 schwenkbar, so daß das Strichbild 5" gegen das Strichbild 5'" etwa um eine halbe Strichbreite versetzt werden kann und somit die Fotozellen 28 und 28' Licht mit einer Phasenverschiebung von etwa 90° empfangen. Das Gitter 16 ist mit Hilfe einer Meßschraube 26 in einer Führung 27 verschiebbar, so daß in jeder Meßstellung ein Symmetrieabgleich der Teilstrichbilder 5" und 5'" mit Bezug auf einen Lichtspalt erzielt werden kann, derart, daß die Fotozellen 20 und 20' gleiche Lichtintensitäten empfangen. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: The partial circle line 5 'offset by 180 ° to the partial circle line S is also imaged on the grid 16. So that the images 5 "and 5 '" of the partial circle lines 5 and 5' on the grid have the same brightness, the light source 6 simultaneously illuminates the scale mark 5 'via the elements 7', 8 ', 9' and 10 '. The illustration of the line 5 'on the grid 16 takes place via elements 11', 12 ', 13', 14 'and 15', which in their Effect correspond to elements 11 to 15. The aperture 13 'is in this training on a below the photocell 20 lying photocell 20 'and also on a photocell 28'. The mentioned Imaging elements are designed and arranged in such a way that the images 5 "and 5 '" are approximately in extension are to each other, so that the photocells 20 and 28 are assigned to the line image 5 "and the photocells 20 'and 28' the line image 5 "'. The mirror 14 is around a shaft 23 by means of a Screw 24 pivotable against the pressure of a spring 25, so that the line image 5 "against the Line image 5 '"can be offset by approximately half a line width and thus the photocells 28 and 28 'received light with a phase shift of about 90 °. The grid 16 is with the help of a Micrometer 26 displaceable in a guide 27, so that a symmetry adjustment in each measuring position of the divisional line images 5 "and 5 '" can be obtained with reference to a light gap, such that the photocells 20 and 20 'receive equal light intensities. This device works as follows:
Wird der Teilkreis gedreht, dann wandern die Bilder 5" und 5'" über das Gitter. Jedesmal dann, wenn der Gitterstrich 5" auf einen Steg 22 des Gitters 16 trifft, empfängt die Fotozelle 28 einen Lichtimpuls, und jedesmal dann, wenn ein Gitterstrich 5"' auf einen Steg 22 fällt, empfängt die Fotozelle 28' einen Lichtimpuls. Da die Fotozellen um 90° phasenverschoben Licht empfangen, kann die Zahl der Lichtimpulse mit Hilfe von Ziffernanzeigeröhren 41 und 42 richtungsabhängig über geeignete Mittel (nicht dargestellt) registriert werden. Die Röhren 41 zeigen die Gradwerte an, die Röhren 42 die Minutenwerte.If the pitch circle is rotated, the images 5 "and 5 '" move over the grid. Every time the grid line 5 "hits a web 22 of the grid 16, the photocell 28 receives a light pulse, and every time a grid line 5 "'falls on a web 22, the photocell 28' receives one Light pulse. Since the photocells receive light out of phase by 90 °, the number of light pulses with the help of numeric display tubes 41 and 42 depending on the direction via suitable means (not shown). The tubes 41 indicate the degree values, the tubes 42 the minute values.
Zur Ermittlung der Sekundenwerte wird die Strichplatte 16 mit Hilfe der Meßschraube 26 verschoben, und zwar so weit, bis die Fotozellen 20 und 20' gleiche Lichtintensitäten empfangen. Der Symmetrieabgleich wird mit Hilfe einer Anzeigeröhre 43, welche mit den Fotozellen 20 und 20' verbunden ist, kontrolliert. Die Anzeigeröhre 43 ist vom Typ eines Magischen Auges. Sie erzeugt zwei Schattenbänder 44 und 45, die dann koinzidieren, wenn der Symmetrieabgleich erzielt ist. Die Größe der Verschiebung des Gitters 16 wird mit Hilfe weiterer Anzeigeröhren 46 über nicht dargestellte Mittel als Sekundenwert registriert. To determine the seconds values, the reticle 16 is moved with the aid of the micrometer 26, until the photocells 20 and 20 'receive the same light intensities. The symmetry adjustment is controlled by means of an indicator tube 43 connected to the photocells 20 and 20 '. The display tube 43 is of the magic eye type. It creates two shadow bands 44 and 44 45, which then coincide when the symmetry adjustment is achieved. The amount of displacement of the Grid 16 is registered as a second value with the aid of further display tubes 46 via means (not shown).
Claims (7)
Deutsche Patentschrift Nr. 890 420;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 060 609;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1746 232;
britische Patentschriften Nr. 698 800, 782 831;
USA.-Patentschrift Nr. 2 854 628;
Carl-Zeiss-Jena-Druckschrift »Geo 161«, S. 2.Considered publications:
German Patent No. 890 420;
German Auslegeschrift No. 1 060 609;
German utility model No. 1746 232;
British Patent Nos. 698,800, 782,831;
U.S. Patent No. 2,854,628;
Carl Zeiss Jena publication "Geo 161", p. 2.
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