DE1943531A1 - Geraet zum Messen von Winkeln - Google Patents

Description

• Gerät zum Messen von Winkeln Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen von Winkeln, das das Meßergebnis automatisch anzeigt. Dabei kann es sich um die direkte Messung eines Winkels oder die Messung einer anderen geometrischen Einheit, z.B. einer Länge oder Fläche oder eines Volumens handeln, sofern die betreffende Einheit zunächst in einen Winkelwert transformiert wird. Die Messung kann sich auch auf andere physikalische Größen beziehen, z.B. Masse, Zeit, Frequenz, Energie Kraft, Leistung, Druck, Viskosität, oder auf thermische oder optische Größen. Die zu messenden Größen werden aeweils zunächst in einen Winkelwert überführt, dessen Größe durch Messung mit dem erfindungsgemäßen Gerät bestimmt wird.
• Das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß mit einer um den zu messenden Winkel drehbaren Achse ein den Drehwinkel angebender Anzeiger verbunden ist und daß an dem mit der Achse verbundenen Anzeiger eine Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels entlangbewegbar ist, die mit einer die Größe des gemessenen Winkels angebenden Einrichtung in Verbindung steht.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen erläutert.
• Es zeigt: Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer ersten AusfÜhrmigsfOrm des Geräte, Fig. 2 eine schematische Gesamtdarstellung des Geräts nach Fig. zur Veranschaueichung der von der Messung bis zur Anzeige erfolgenden Vorgänge, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gerätes und Fig. 4 eine schematische Gesamtdarstellung des Gerätes nach Fig. 3.
• Das in Fig. 1 dargestellte Gerät weist eine Achse 1 auf, an der ein zylindrischer Ring 2 befestigt ist. Der Ring 2 wird daher bei einer Drehung der Achse 1 um einen dem Wert.
• der zu messenden Größe entsprechenden Winkel gedreht.
• Die Drehung der Achse 1 kann von einer beliebigen geometrischen, mechanischen, thermischen, optischen oder elektrischen Größe mit Hilfe ansich bekannter Mittel abgeleitet werden. Bei der Messung einer elektrischen Größe kann die Achse 1 die Achse eines Galvanometers sein, das an die zu messende Spannung gelegt ist. Diese elektrische Größe kann auch durch die Transformation irgendeiner anderen Größe erzeugt werden.
• In der Nähe des Rings 2 ist eine Lamelle 3 angeordnet, deren Stellung. in Bezug auf den Ring so gewählt ist, daß sie einer Drehung der Achse 1 um den Winkel SPull entspricht.
• Am Ring 2 sind Markierungen oder eine Gradeinteilung 4 angebracht, die die Ablesung der gemessenen Größe durch in Fig. 1 nicht dargestellte Einrichtungen ermöglichen.
• Die Markierung oder Gradeinteilung kann optischer, magnetischer oder mechanischer Art sein.
• Wenn die Markierung oder Gradeinteilung optischer Art ist, z.B. auf einem Mikrofilm angeordnet ist, kann sie aus Strichen bestehen, die ein sensibles Element, z.B. eine fotoelektrische Zelle oder dergleichen, beeinflussen.
• Die Markierung oder Gradeinteilung magnetischer Natur kann auf einem Magnetband angebracht sein, das mit einem Mlhler, z.B. einem Magnetkopf, zusammenwirkt.
• Die Markierung oder Gradeinteilung mechanischer Art kann durch einen Taster gebildet sein, der auf die Ableseorgane bildende Hebel wirkt.
• Der Ring 2 weist außer der Markierung oder Gradeinteilung 4, die durch ein Aufnahmeorgan abgelesen werden kann, eine weitere Markierung 5 auf, die die RUckführung des Gerätes in die Nullstellung bewirkt.
• Die einordnung, welche aus der Achse 1, dem Ring 2 und der Lamelle 3 besteht, bildet die Anzeigevorrichtung des Gerätes.
• Das Gerät umfaßt ferner eine Ablesevorrichtung, die'ein Antriebsorgan 6, ein Organ 7 zum Ablesen des gemessenen Wertes und ein Pühlorgan 8 fär die Rückführung in die Nullstellung enthält.
• sei einem Gerät mit optischer Ablesung können die Organe 7 und 8 aus fotoelektrischen Zellen bestehen.
• Die Organe 7 und 8 sind mechanisch durch den bei 9 schematisch dargestellten Träger mit der Achse des Antriebsorgans 6 verbunden. Das Organ 7 ist in Bezug auf den Ring 2 BO angeordnet, daß es von einem Strahlenbündel betätigt wird, das von einem Strahlen aussendenden Element, z.B.
• einer Lichtquelle 10, ausgeht, wobei die Strahlen die Markierung oder Gradeinteilung 4 vor dem Objektiv 11 durchqueren.
• In entsprechender Weise ist das Organ 8 in Bezug auf den Ring 2 derart angeordnet, daß es von dem von der Lichtquelle 10 ausgehenden Strahlenbündel getroffen wird, wenn die Markierung 5 in Flucht mit der Lichtquelle 10 ist.
• Die Markierung 5 besteht z.B. aus einem Fenster, das in der Wandung des Rings 2 angebracht ist.
• Die Markierung 5 ist am Ring in Bezug auf die Markierung oder Gradeinteilung 4 so angeordnet, daß die Fotozelle 8 abgedeckt ist, bevor die Zelle 7 beginnt, die Markierung 4 zu überstreichen und die Gradstriche zu zählen.
• Die der'Zelle 8 übermittelte Information wird dazu benutzt, um die Rttckführung des Gerätes in die Nullstellung zu bewirken und dadurch eine neue Messung zu ermöglichen.
• Die Zeitfolge der Messungen hängt von der Drehgeschwindigkeit des Motors 6 sowie von der Anzahl der Markierungen 4 und 5 auf dem Ring 2 ab. Anstatt ein Antriebsorgan 6 zu verwenden, das ständig im gleichen Drehsinn rotiert, ist es auch möglich, einen Antrieb zu benutzen , der die Zellen 7 und 8 in eine hin- und hergehende Bewegung vor den Markierungen 4-und 5 versetzt.
• In diesem Fall ist es notwendig, zwei Markierungen oder Fenster vorzusehen, um die Rückführung des Gerätes in die Nullstellung vor jeder Abtastung der Markierung oder Gradeinteilung 4 im einen oder anderen Bewegungssinn zu ermöglichen.
• Die Arbeitsweise des in Fig. 1 und 2 dargestellten Gerätes ist wie folgt: Wenn die zu messende Information der Achse 1 eine Drehung erteilt, verändert sich die Stellung des Rings 2 und damit auch der Markierungen 4 und 5 um den Winkel, um den sich die Achse 1 dreht.
• Gleichzeitig verstellt der Motor 6 über die mechanische Verbindung 9 die Fotozellen 7 und 8 gegenüber dem Ring 2.
• Zunächst gelangt die Zelle 8 in Flucht mit dea Benster 5, so daß auf Grund des Lichteinfalls von der Zelle ein Signal zu der die Größe des gemessenen Winkels angebenden Einrichtung, nämlich dem Zähler und der Speichereinrichtung n, n-1 und n-2, sowie der Ablesevorrichtung v, vl und v2 gegeben wird, wodurch diese in die Nullstellung überführt und die vorhergehende Messung annulliert wird. Die Ablesevorrichtung v, vi und v2 können z.B. dekadische Ableseröhren oder ansich bekannte mechanische Einrichtungen sein.
• Nachdem die Zelle 8 beim Überstreichen des Fensters 5 ausgelöst ist, beginnt die Zelle 7 die Markierung oder Gradeinteilung 4 abautasten. Die Zelle 7 erzeugt jedesmal ein Signal, wenn sie an einer Marke vorbeigeht, so daß sie bei jeder Verstellung des Rings 2 eine Anzahl von Signalen erzeugt, die der Größe des zu messenden Winkels proportional ist. Die Signale, die von der Zelle 7 ausgehen, werden auf die Zählvorrichtung gegeben, die aus einer Kaskadenschaltung' besteht und die Ablesung des gemessenen Wertes gestattet. Die Zählvorrichtung wird von einer Energiequelle 12 gespeist.
• Das Meßgerät gemäß der Erfindung arbeitet auf einfache elektrische Bauteile, die es, ausgehend von einer beliebigen Information, welche zuvor in einen Winkel transformiert ist, durch ein optischer, magnetisches oder mechanisches System betätigt.
• Vorteilhaft ist, daß das Meßgerät den gemessenen Wert bis zur folgenden Messung speichert.
• In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und-4 ist ein Meßgerät dargestellt, das nach demselben Prinzip wie das Gerät gemäß Sig. 1 arbeitet, aber wesentlich genauere Messungen ermöglicht. Das Gerät werst wiederumeine Achse 1 auf, mit der sich ein Ring 2 gegenüber einer festen Lamelle 3 dreht. Die Anzeigevorrichtung bestehe aus diesen drei Elementen 1, 2 und 3, wobei aber der Ring 2 nicht mit einer Markierung oder Gradeinteilung 4 und 5 versehen ist. Die Markierung und Gradeinteilung ist vielmehr auf einem Träger 13 angebracht, der mechanisch mit der Motorachse 6 verbunden ist und von ihr in Drehung versetzt wird. An der Verbindung 9 ist ein Aufnahmeorgan 14 befestigt, das im dargestellten Beispiel durch eine fotoelektrische Zelle gebildet wird.
• Außerdem ist in Höhe der Markierung und Gradeinteilung 4 und 5 des Trägers 13 die Zähleinrichtung angebracht, die aus'der Lichtquelle 10, dem Kondensor 16, dem Objektiv ii, und der Zelle 7 besteht. Die RiXckS{hrung des Gerätes in die Nullstellung wird durch die Zelle 8 bewirkt, die durch die Lichtquelle 10 vermittels des Fensters 5 gesteuert wird. Das in Fig. 3 dargestellte Gerät weicht von der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform dadurch ab, daß in Fig. 3 die Skala oder Gradeinteilung 4 bei jeder Messung vollständig abgetastet wird, während in Fig. 1 nur derjenige Teil der Skala oder Gradeinteilung 4, welcher der zu messenden Größe entspricht, von der Zelle 7 überstrichen wird. Mit dem Gerät gemäß Fig. 3 kann eine größere Meßgenauigkeit erzielt werden, weil der Träger 2, der gemäß Fig. 1 auf der Achse 1 angeordnet iBt, sehr kleine Abmessungen und geringes Gewicht haben muß, um die Achse nicht nachteilig zu beeinflussen.
• Demgegenüber kann der Träger 13 bei dem Gerät gemäß Fig. 3 mit großen Abmessungen ausgeführt sein und innerhalb desselben Winkelbereichs eine viel größere Anzahl von Markierungen enthalten, durch die die Genauigkeit der Messung vergrößert wird. Das wird dadurch ermöglicht, daß der Träger 13 unabhängig von der Achse 1 ausgebildet ist.
• Gemäß Fig. 3 stellt der Winkel C den größten Winkel dar, um den sich der Ring 2 in Bezug auf die feste Lamelle 3 drehen kann. Diesem Winkel C entspricht der Zentri-Winkel C1 über den sich die Gradeinteilung 4 am Träger 13 erstreckt. Wenn sich der Ring 2 um einen Winkel B dreht, dreht sich der Träger um einen gleich großen Winkel vor der Zelle 7.
• Die Funktion des Gerätes ist wie folgt: Am Beginn jeder Messung wird die die Rückstellung auf Null bewirkende Zelle 8 durch die Lichtquelle 10, welche ihr Strahlenbündel durch das Fenster 5 wirft, ausgelöst.
• Dabei wird ein Signal erzeugt, das die Zähl- und Speichereinrichtung n, n-1 und n-2 in Bereitschaft setzt und die Ablesevorrichtungen v, vl und v2 in Nullstellung bringt.
• Wenn sich der Ring 2 in einer Stellung entsprechend einem Zentri-Winkel B befindet, gibt die Zelle 14 8olange ein Signal auf eine Wählvorrichtung 15, als das Abtasten dieses Winkels 3 dauert. Während dieser Zeit tastet die Zelle 7 die Gradeinteilung 4 ab und gibt auf die Wählvorrichtung 15 Signale, deren Anzahl der Zahl der Gradstriche auf der Skala 4 des Trägers 13 entspricht.
• Wenn nunmehr die Zelle 14 die Abtastung des Winkels 3 beendet hat, wird ein Schaltimpuls auf die Wählvorrichtung 15 gegeben, durch den die Ubermittlung der von der Zelle 7 gelieferten Signale unterbrochen wird.
• Die in Kaskaden geschalteten Zähleinrichtungen n, n-1 und n-2 erhalten dadurch soviel Signale, wie es der Anzahl der äbgetasteten Gradatriche 4 entspricht, d.h.
• entsprechend dem Drehwinkel B des Rings, wobei dieser Drehwinkel wiederum dem Wert der gemessenen Größe entspricht.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens auf die verschiedenste Weise abgeändert, ergänzt und verbessert werden.

Claims (12)

nsprüche :

1. Gerät zum Messen von Winkeln, d a d u r c h g e -k k e n n z e i c h n e t fi daß mit einer um den zu messenden Winkel drehbaren Achse ein den Drehwinkel angebender Anzeiger verbunden ist und daß an dem mit der Achse verbundenen Anzeiger eine Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels entlang bewegbar ist, die mit einer die Größe des gemessenen Winkels angebenden Einrichtung in Verbindung steht.

2. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Anzeiger aus einem mit der Achse fest verbundenem Ring besteht, der gegenüber einer feststehenden, die Nullstellung des Gerätes angebenden Lamelle bewegbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ring des Anzeigers mit Markierungen versehen ist, die durch die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels ablesbar sind.

4. Gerät nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Markierungen auf einem Mikrofilm angeordnet sind unddaß die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels aus einer Fotozelle besteht, welche durch das den Mikrofilm durchdringende Licht einer Lichtquelle betätigt wird.

5. Gerät nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Markierungen als magnetische Aufzeichnungen auf einem Magnetband ausgebildedsind und daß die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels aus einem Magnetkopf besteht.

6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels außer dem Feststellungsorgan eine den Ring des Anzeigers und die die Größe des gemessenen Winkels angebende.Einrichtung in Null stellung zurückbewegende Vorrichtung umfaßt.

7. Gerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k ein n -z e i c h n e t , daß die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels ein Antriebsorgan aufweist, das mechanisch mit dem Beststellungsorgan für die Ermittlung des Meßwertes und mit der den Ring in Nulllage zurückstellenden Einrichtung zusnmmenwirkenden Vorrichtung verbunden ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Antriebsorgan die Feststellungsorgane ständig in an dem Ring entlangfünrende Drehbewegungen versetzt.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels aus einem vom Antriebsorgan bewegten Träger besteht, der mit Markierungen oder einer Teilung ausgestattet ist, deren Werte eine feststehende Einrichtung abliest.

10. Gerät nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Antriebsorgan für die Einrichtung zur Feststellung des Drehwinkels mit dem mit Markierungen oder einer Teilung versehenen Träger und mit einem auf einen Ausschnitt ansprechenden Fühler verbunden ist, der mit dem Ring des Anzeigers zusammenwirkt.

11. Gerät nach Anspruch 9 und 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die feststehende Einrichtung zum Ablesen des Meßwertes und der bewegbare, auf einen Ausschnitt ansprechende Fühler über eine Wählvorrichtung an die die Größe des gemessenen Winkels angebende Einrichtung angeschlossen sind, di diese letzteren nur dann mit dem Feststellungsorgan verbindet, wenn der Fühler sich um den durch die Stellung des Rings vorgegebenen Winkel bewegt.

12. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die um den zu messenden Winkel drehbare Achse die Achse eines Galvanometers ist.