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Verfahren und Vorrichtung zum Ablesen von Teilkreisen bei Meßinstrumenten
Zur Ablesung der Teilkreise von I4-feßinstrumenten ist seit langem die Methode bekannt,
Kreiswerte jeweils an zwei einander gegenüberliegenden Kreisstellen abzulesen und
aus den beiden so erhältlichen fast gleichen Winkeln einer Messung den Mittelwert
zu bilden, um den Exzentrizitätsfehler des Instruments auszuschalten. Mit der Einführung
von Glaskreisen ging man dazu über, die beiden diametral liegenden Kreisablesestellen
zusammenzuspiegeln und hiermit eine zwangsläufige Mittelwertbildung ohne die Notwendigkeit
doppelter Ablesung zii verbinden. Bei den hierzu angewandten Verfahren werden die
Ablesestellen derart aufeinander oder nebeneinander gespiegelt, daß die Teilstriche
zweier Seiten parallel zueinander erscheinen. Die bekannten Methoden sind jedoch
mit Nachteilen behaftet, so zum Teil, daß die Einstellung und Beohachtung der Ableseniarke
je nach Größe bzw. Lage des Exzentrizitätsfehlers wechselnden Bedingungen unterliegt,
daß der Verschiebungsweg der Ablesemarke innerhalb des Teilungsintervalls recht
kurz ist und daß ein kompliziertes optisches System erforderlich ist.
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Die Erfindung, ein Verfahren zur Anzeige der Teilkreisstellting von
Meßitistrumenten, insbesondere geodätischen und astronomischen Instrumenten, und
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bedient sich ebenfalls der Zusammenspiegelung
zweier Kreisablesestellen, geht jedoch insofern einen neuen Weg, als die Kreisablesestellen
zwischen o° und i8o° winkelverdreht aufeinander gespiegelt werden, so daß die Teilstriche
der einen Ablesestelle diejenigen der anderen, gegenüberliegenden, überschneidend
erscheinen. In der Praxis ergibt sich, daß sich die Teilstriche möglichst genau
rechtwinklig schneiden müssen, wobei es selbstverständlich
ist,
daß jeweils die i8o° bzw. 2oo° auseinanderliegenden Teilstriche miteinander zum
Schnitt kommen. Der entstehende Schnittpunkt ist nun maßgebend für die Einstellung
der Ablesemarke und damit für die Messung des Intervallzwischenwertes. Die Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens besteht in einem aus Prismen und Linsen zusammengesetzten
optischen System, wobei den Kreisablesestellen zugeordnete Strahlen brechende optische
:Mittel mit ihren wirksamen Flächen gegen ein gemeinsames weiteres Strahlen brechendes
:Mittel gerichtet sind.
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Das Verfahren ermöglicht, wie die bisher bekannten, eine zwangsläufige
Mittelwertbildung und hat darüber hinaus den Vorteil der Verwendbarkeit einer als
Doppelstrich ausgebildeten Ablesemarke, bei deren Einstellung auf den Schnittpunkt
zweier Teilstriche der sogenannte Symmetrieeffekt in besonders wirkungsvoller Weise
und unabhängig von Größe und Lage des Exzentrizitätsfehlers nutzbar gemacht ist
und deren seitlicher Verschiebungsweg die:eifack@e Länge des von der Verschiebung
erfaßten Teilungsintervalls besitzt. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen
Kombinierbarkeit der Ablesemarke mit einer Skala zur 1Iessung der Intervallzwischenwerte,welche
die mindestens doppelte Länge des ihr zugeordneten Teilungsintervalls hat, und in
der Einfachheit des erforderlichen optischen Systems.
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Eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung stellen Abb. i
und 2 schematisch dar: Die vom Beleuchtungsfenster kommenden Lichtstrahlen i durchsetzen
den aus Glas bestehenden Teilkreis 2 bei 3 und werden durch ein System von Prismen
4, 5, 6 und Linsen 7, 8 auf die gegenüberliegende Kreisstelle 9 geworfen, wo ein
Bild der Kreisstelle 3 entsteht, das dank der Anordnung des optischen Systems um
einen rechten Winkel gegen 9 verdreht ist und die Größe des Originals besitzt, wie
durch Abb. 3 verdeutlicht. Die Ablesestelle 9 und damit zugleich das um ,9o° verdrehte
Bild der Ablesestelle 3 wird durch ein Linsensystem 10, 11 in die Ebene der
auf Glas aufgebrachten Ableseinarke 12 gebracht. Die dort aufeinanderfallenden Bilder
der beiden Kreisstellen lassen sich zusammen mit der Ablesemarke durch ein Betrachtungshilfsmittel
13 in Form einer Lupe oder eines Mikroskops dem Auge zuführen. Die den Kreisablesestellen
zugeordnete strichförmige Ablesemarke verläuft winkelhalbierend zu den sich im Bild
schneidenden Teilstrichen der beiden Ablesestellen. Das Bild der leiden Ablesestellen
und die tstrichförmige Ablesemarke sind gegeneinander verschiebbar, wobei die Richtung
der Verschiebung nicht mit einer Richtung der sich schneidenden Teilstriche zusammenfällt.
Diese Verschiebung erfolgt entweder auf mechanischem oder, wie in Abb. i dargestellt,
optischem Weg. In letzterem Fall ist zwischen der Ablesemarke und dem Teilkreis
eine planparallele Platte 14 schwenkbar angeordnet, durch welche die von der Ablesestelle
9 kommenden Strahlen zu sich parallel versetzt werden.
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Das dem Auge dargebotene Ablesebild ist in Abb. 4 wiedergegeben. Dort
bedeuten 15 Teilstriche, 16 die Ablesemarke, 17 die wirkliche oder scheinbare Bewegungsrichtung
der Ablesemarke, 18 die seitliche Verschiebung der Ablesemarke zwischen zwei Schnittpunkten
benachbarter Teilstriche, 1g die Bewegungsrichtung der Teilstriche bei Drehung des
Kreises und 2o die Schnittpunktgerade der Teilstriche bei Drehung des Kreises. Maßgebend
für die Ablesung eines Kreiswertes ist immer der Schnittpunkt zweier Teilstriche,
die diametral zueinander liegen. Da die Schnittpunkte zweier Teilstriche bei Drehung
des Kreises in kleinem Bereich auf einer Geraden 2o liegen, die den Schnittwinkel
der Teilstriche halbiert, können auch die Zwischenwerte innerhalb eines Teilungsintervalls
auf dieser Schnittgeraden nahezu linear angeordnet gedacht werden. Die strenge Linearität
ist dadurch gestört, daß die Teilstriche sich bei Drehung des Kreises nicht zu sich
parallel bewegen, sondern neben einer seitlichen Verschiebung auch die Kreisdrehung
mitmachen. Letztere kann jedoch angesichts der Kleinheit der Intervallwinkel in
der Praxis vernachlässigt werden, namentlich, wenn die Teilstriche möglichst genau
senkrecht aufeinanderstehen. Da die Ablesemarke 16 winkelhalbierend zu den sich
schneidenden Teilstrichen und damit senkrecht zur Schnittgeraden 2o angeordnet ist,
lassen sich ihrer wirklichen oder scheinbaren seitlichen Verschiebung 18 die Zwischenwerte
innerhalb eines Teilungsintervalls eindeutig zuordnen. Geometrisch ersichtlich ist,
daß ihr Verschiebungsweg 18 zwischen den Schnittpunkten benachbarter Teilstriche
die zweifache Länge des Teilstrichabstandes besitzt. Die Feststellung eines eingestellten
Kreiswertes erfolgt, indem die Ablesemarke mit dem Schnittpunkt zweier zueinander
diametral liegender Teilstriche zur Deckung gebracht und an ihrer Lage der Intervallzwischenwert
abgelesen wird. Dieser ergibt zusammen mit der Maßzahl des einen der geschnittenen
Teilstriche den gesuchten Wert. Falls die Ablesemarke als Doppelstrich ausgebildet
ist, wie in vorliegendem Beispiel, schneidet sie am Kreuzungspunkt zweier Teilstriche
zwei kleine symmetrische Dreiecke aus, die bei genauer Mittelstellung. gleich groß
sind. Der hierbei wirksame sogenannte Symmetrieeffekt erhöht die Exaktheit der Einstellung
der Ablesemarke wesentlich.
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Die Feststellung der Lage der Ablesemarke in bezug auf (las Bild der
Kreisteilung erfolgt entweder rein mechanisch an einer Mikrometerschraube, die die
Ablesemarke bewegt, oder aus der -Neigung der Planplatte 14 oder auf folgende Weise:
Der Ablesestelle wird eine in ihrer Lage gegenüber dem Teilkreis unabhängige, zum
Schneiden durch die strichförmige Ablesemarke geeignet angeordnete Skala zugeordnet,
indem die Ablesemarke mit dieser Skala und einem zugehörigen Indexstrich unter Zwischenschaltung
der Planplatte 14 oder eines sonstigen geeigneten optischen Elements optisch gekoppelt
wird, wobei entweder Skala oder Indexstrich in der Ebene der Ablesemarke 12 angebracht
werden, das jeweilige Gegenstück in derselben optischen Entfernung, die zwischen
Ablesemarke und Kreisablesestelle
9 besteht. Im Gesichtsfeld des
Betrachtungshilfsmittels 13 erscheint die Skala neben den Kreisteilungen, wobei
es in der Praxis so sein wird, daß ihre Striche parallel zu der einen Schar der
sich kreuzenden Teilstriche liegen. Je nach Art der Anordnung kann die Skala bei
Verschiebung von Kreisbild und Ablesemarke stehenbleiben oder selbst eine Bewegung
quer zu ihren Teilstrichen ausführen. Im Fall der Verwendung einer einfachen Planplatte
14 werden Skala oder Indexstrich fest stehenbleiben, d. h. die Lage gegenüber der
Ablesemarke nicht verändern. Die Kippachse der Planplatte liegt parallel zu den
Teilstrichen der Skala, so daß bei ihrer Drehung der Indexstrich die Skala überstreicht.
Gleichzeitig verschieben sich Teilungsbild und Ablesemarke gegeneinander. Da in
obengenannter .Ausführungsform die Ablesemarke in ihrer Verlängerung die Skala unter
einem halben rechten W'inkel trifft, schneidet sie dort den zweifachen Betrag ihrer
Querverschiebung aus und damit den doppelten Betrag des von der Verschiebung erfaBten
Teilungsintervalls. Das sich ergebende Ablesebild wird durch Abb. 5 dargestellt.
Dort bedeuten 16 die Ablesemarke, 2r die Skala und 22 den Indexstrich.