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Titel: Anordnung zur Winkelmessung
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Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Winkelmessung, die einen Teilkreis mit mindestens einer Ablesestelle enthält,
die über ein optisches Mikrometer auf mindestens einen lichtelektrischen Empfänger
abgebildet wird.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bekannte Winkelmeßgeräte
besitzen zur Winkelmessung einen Teilkreis mit einer Strichteilung und ein Mikrometer
zur Winkelfeinablesung. Das Mikrometer ist mit einer Strichmarkierung verseben,
die mit einer Ablesestelle der Strichteilung korrespondiert, indem der entsprechende
Teilkreisstrich eingefangen und seine Lage einer Mikrometerakale zugeordnet wird.
Durch die unterschiedliche räumliche Anordnung von Teilkreis und Mikrometer sind
die zur Abbildung der Strichteilung und der Strichmarkierung in ein Ableseokular
notwendigen optisehen Elemente unterschiedlichen äußeren Einflüssen, wie z. B. mechanischen
Belastungen, ausgesetzt. Hierdurch kommt es zu Meßfehlern, Auch bei fotoelektrischer
Ablesung der Winkeiwerte bleiben diese Meßfehler bestehen.
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Andere bekannte Winkelmeßgeräte verwenden zur weitestgebenden Ausschaltung
der Teilkreisexzentrizität
Teilkreise mit diametral liegenden Ablesestellen,
die aufeinander abgebildet werden. Dies kann sowohl gegenläufig als auch gleichläufig
aufeinander geschehen. Um bei beiden Möglichkeiten die Vorteile, die eine fotoelektrische
Auswertung bietet, ausnutzen zu können, ist für die gegenläufige Abbildung der Ablesestellen
aufeinander eine aufwendige Elektronik erforderlich. Es ergeben sich hier mehrere
Möglichkeiten der Zuordnung der Ablesestellen im Einfangbereich des Mikrometers.
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über eine elektronische Auswertelogik muß die richtige Zuordnung herausgefunden
werden.
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Bei gleichzeitig aufeinander abgebildeten Ablesestellen tritt bei
vorhandener Teilkreisexzentrizität die Erscheinung auf, daß die Teilkreisstriche
in ihrer Breite über den Teilkreis variieren. Dieser in der Strichbreite variierende
Teilkreisstrich wird durch eine Strichmarkierung eines Mikrometers eingefangen und
das durchlaufeKde Intervall als Winkelfeinwert abgelesen.
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Nachteilig macht sich hierbei der unterschiedliche Kontrast der beiden
abzubildenden Teilkreisstellen bemerkbar.
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Ziel der ErfZ ES Ziel der Erfindung ist es, in einer Anordnung zur
Winkelmessung die Einflüsse der Instabilität des Abbildungssystems vom Teilkreis
bis zur Bildebene auszuschalten und eine komplizierte fotoelektrische Auswertung
zu vermeiden.
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DerloWung des Wesens der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Anordnung zur Winkelmessung zu schaffen, in der Teilkreisstriche und Meßmarke
über das gleiche optische System abgebildet und gemeinsam mit einem fotoelektrischen
Mikrometer ausgemessen werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Index in
der Nähe der Ablesestelle angeordnet ist.
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Dieser wird zusammen mit der Ablesestelle von einer Lichtquelle beleuchtet.
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Bei Verwendung von Teilkreisen mit zwei diametral liegenden Ablesestellen
kann'der Index in der Nähe einer Ablesestelle angeordnet sein.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Index in der Nähe derjenigen Ablesestelle
angeordnet ist, auf die die diametral liegende Ablesestelle abgebildet wird.
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Weiterhin kann der Index, eine Strichplatte in der Nähe einer Ablesestelle
so angeordnet sein, als liege er scheinbar in der ebene der Ablesestelle.
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Der Index kann zweckmäßigerweise aus mehreren Einzelstrichen nebeneinander
bestehen.
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busführugsbelspielt Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen
Winkelmeßgerätes mit diametralen Ablesestellen und einer etsten möglichen Anordnung
des Index Fig. 2 das Prinzip der Teilkreisablesung Fig. 3 den schematischen Aufbau
eines fotoelektrischen Winkelmeßgerätes mit einer Ablesestelle Fig. 4 den schematischen
Aufbau eines Teiles eines fotoelektrischen Winkelmeßgerätes mit einer zweiten möglichen
Anordnung des Index.
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In Fig. 1 beleuchtet eine Lichtquelle 1 über ein optisches Abbildungssystem
2 und ein Prisma 3 eine erste Ablesestelle 4 auf einem Teilkreis 5. Diese wird über
ein Prisma 6, ein optisches Abbildungssystem 7 und ein Prisma 8 in die Ebene einer
zweiten Ablesestelle 9 abgebildet. Das Bild der Ablesestelle 4 und die Ablesestelle
9 gelangen durch eine Platte 10 mit einem Index 11 und über ein Prisma 12 und werden
von einem optischen Abbildungssystem 13 durcb einen
optischen Keil
14 als festes Teil eines schematisch dargestellten optischen Mikrometers 15, einen
optischen Keil 16 als bewegtes Teil des Mikrometers 15 auf zwei lichtelektrische
Empfänger 17; 18 abgebildet. Der optische Keil 16 und eine ihm zugeordnete Skala
19 mit einer beleuchteten Strichteilung werden von einem Motor 20 entlang einer
Füi:rung 21 bewegt. Der Skala 19 ist ein lichtelektrischer Empfänger 22 als Ableseeinrichtung
zugeordnet.
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Bei einer Teilkreisablesung wird die von der Lichtquelle 1 beleuchtete
Ablesestelle 4 auf die diametral liegende Ablesestelle 9 gleichläufig abgebildet,
was bekannterweise zur Eliminierung vorhandener Teilkreisexzentrizitäten dient.
Der durch die Ablesestellen 4 und 9 gebildete Teilkreisstricb wird in die Ebene
des lichtelektrischen Empfängers 17 und der Index 11 wird in die Ebene des lichtelektrischen
Empfängers 18 abgebildet. Mittels des festen Keiles 14 und des über den Motor 20
verstellbaren Keiles 16 des optischen Mikrometers 15 werden Teilkreisstrichbild
und Indexbild über die aktiven Flächen der lichtelektrischen Empfänger 17; 18 geführt.
über den lichtelektrischen Empfänger 22 und die Skala 19, deren Verschiebung der
des Keiles 16 gleich ist, erfolgt die Ausmessung des Abstandes zwischen Teilkreisstrich
und Index 11, was die Feinablesung darstellt. An den beiden Anschlagpunkten des
Mikrometers 15 wird eine automatische Richtungsänderung durch die Drehsinnumkehrung
des Motors 20 mittels einer der Einfachheit halber nicht mitgezeichneten Steuerlogik
vorgenommen.
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Das optische Mikrometer kann auch als Planplattenmikrometer o. ä.
ausgeflihrt sein. Die Platte 10 kann einen oder mehrere Indexstriche tragen und
auch in der Nähe der Ablesestelle 4 angeordnet sein, wobei sie parallel und senkrecht
zur Teilkreisebene justierbar angeordnet ist.
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Im dynamischen Betrieb genügen einfache lichtelektrische
Empfänger
17; 18. Bei größeren Anforderungen an die Genauigkeit im statischen Betrieb ist
es vorteilhaft, Differenzfotoempfänger einzusetzen.
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In Fig. 2 liegen die aktiven Flächen 26; 27 der lichtelektrischen
Empfänger 17; 18 auf einer Achse F-F.
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23 und 24 stellen die Bilder zweier Teilkreisstriche und 25 das Bild
des Index 11 der. Durch das optische Mikrometer 15 (s, Fig. 1) werden die Bilder
23; 24 der Teilkreisstriche 4 und das Bild 25 des Index 11 über die aktiven Flächen
in Pfeilrichtung geführt. Erreicht das Bild 23 die aktive Fläche 26 des Empfänger
17, so gibt dieser einen elektrischen Impuls ab, der am lichtelektrischen Empfänger
22 (Fig. 1) den Zählbeginn der von der Skala 19 (Fig. 1) gelieferten Lichtimpulse
markiert. Die vom lichtelektrischen Empfänger 22 gelieferten elektrischen Impulse
werden von einem nicht dargestellten Zähler vorwärts gezählt. Gelangt jetzt das
Bild 25 auf die aktive Flache 27 des Empfängers 18, so stopt ein von diesem abgegebener
elektrischer Impuls den Zählvorgang.
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Die Zählung kann auch mit dem Bild 25 des Index 11 begonnen werden
und mit dem Auftreffen des Bildes 24 eines nachfolgenden Teiikreisstriches suf die
Fläche 26 enden. Hierbei werden die LlcYjtlmpulse aL lichtelektrischen Empfänger
22 in umgekehrter Richtung gezählt. Die aktiven Flachen 26; 27 der lichtelektriseben
Empfänger 17; 18 müssen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen, da eine Abweichung
einen konstanten Betrag zum Zählwerk liefert.
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Falls erforderlich, läßt sich dieser Betrag durch entsprechende Justierung
der Platte 10 mit dem Index 11 (s. Fig. 1) bezüglich des Teilkreises 5 ausgleichen.
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Mit dem tiberstreichen des Bildes 25 des Index 11 über die aktive
Fläche 27 des Empfängers 18 ist die Ablesung des Winkelgrobwertes auf der Grundlage
eines absoluten oder inkrementellen Verfahrens gekoppelt.
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In Fig. 3 beleuchtet eine Lichtquelle 36 über ein optisches Abbildungssystem
37 und ein Prisma 38 eine Platte 39 mit einem Index 40. darauf. Eine Ablesestelle
41 üuf einem teilkreis 42 liegt im gleichen Strahlengang der LUbtueile 3ti wie die
Platte 39 mit Index 4(,. Index 2 und Ablesestelle 41 werden durch ein optisches
Abbildungssystem 43 über ein optisches Mikrometer, das dem in Fig. 1 gleicht, auf
lichtelektrische Empfänger ebenfalls analog Fig. 1 abgebildet.
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Mikrometer und lichtelektrischer Empfänger sind daher der Einfachheit
wegen nicht mit gezeichnet. Die Ablesung erfolgt hierbei in gleicher Weise, wie
in Fig. 2 dargestellt und wird daher nicht nochmals erläutert.
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In Fig. 4 wurden die Teile, die die gleichen wie in Fig. 1 sind,
mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die Lichtquelle 1 beleuchtet ueber das optische Abbildungssystem 2
und das Prisma 3 die Ablesestelle 4.
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über dem Teilkreis 5 sind ein Prisma 31, dessen Fläche 33 halbseitig
mit einem Sníegelbelag 34 versehen ist, und ein Prisma 32 angeordnet. Ein auf dem
Prisma 31 angebrachter Index 30 wird durch die Lichtquelle 1 über ein Prisma 23
und eine Kondensorlinse 29 beleuchtet. Der Index 29 und die Ablesestelle 4 werden
über das Prisma 6 und das Abbildungssgstem 7 gemeinsam wie in Fig. 1 weitergeleitet.
Der Index 29 hat von einem Punkt 35 den gleichen Abstand wie die Ablesestelle 4.
Hierdurch wird erreicht, daß beide, Index 25 und Ablesesteile 4, vom optischen Abbildungssystem
13 (Fig. 1) aus gesehen, in der Ebene der Ablesestelle 9 (Fig. 1) liegen. Somit
können die lichtelektrischen Empfänger 17; 18 (Fig. 1) ebenfalls in einer gemeinsamen
Ebene liegen.
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Der Prismenanordnung 31; 32 kann auch ein Abbildungssystem 43 nach
Fig. 3 mit der dort angegebenen Ablesung folgen.
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