DE8909488U1

DE8909488U1 - Ablesevorrichtung für Skalen

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Original assignee: Bosse Rolf Dr-Ing 8011 Grasbrunn De
Current assignee: Bosse Rolf Dr-Ing 8011 Grasbrunn De
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1989-11-23
Anticipated expiration: 1999-08-08

Description

	Dr	.-Ing.	Rolf	Bosse,	·· ·■·· ·■	• · · ·	« · 4 · ·	Z	1989
				Ablese	• s » · t · ·	• · · · ■ · · ·	• ·
					I * · ■ ·	I · f ·	04. August GM_-VERN.18

5						fieukeferlah
				Kondoreir&Ss I	a, 8011
10					Skalen

Die Erfindung b?.:rrifft ein Skaleapaar zur genaueren meßtechnischen Ablesung von Sk-lenanzeigen.

Die bekannteetsn solcher Skalenp&&?« sind an den praxieübliehen Schublehren angebracht, bei denen an der im mm Abstand geteilten Grundskala der Meßwert an Stelle eines Zeigers mit Hilfe einer Ableseskala, der sog. Noniusskala mit der Genauigkeit von 1/10 mm abgelesen werden kann.

Im folgenden wird statt des Begriffes Nonius, der nur einen Spezialfall beschreibt (9 Skalenteile der Grundskala entsprechen ,'0 Skalenteilen der Ableseskala), der im englischen Sprachgebrauch übliche, allgemeinere Begriff "vernier" oder "vernier scale" benutzt.

Auch an anderen Meßgeräten (z. B, Mikrometerschrauben) sind solche Skalenpaare üblich, die alle auf dem gleichen Prinzip beruhen, daß die Skalenlange von 10 Skalenteilen der Vernierskala genau die Länge von 9 Skalenteilen der Grundskala beträgt. Die beiden Skalen werden eng aneinander verschiebbar angebracht, so daß das Ablesen mit der erforderlichen Genauigkeit erfolgen kann und zwar in der Art, daß die zweite Stelle des Ablesewertes durch das genaue Gegenüberstehen zweier Skalenstriche bestimmt wird. Es sind Varianten dieses Prinzips bekannt, z. B. indem die Vernierskala statt 10 in 20 T«ile geteilt wird, die eine Länge von 19 (bzw. 39) Teilen der Grundekala aufweist. Man kaun beispielsweise an der Schublehre dadurch noch 1/20 mm ablesen. Dieser prinzipiell möglichen Steigerung der Ablesegenauigkeit durch eine

Ableeevorrichtung für Skalen-Gebrauchsmueteranmeldung Seite - 2 -

Erhöhung der Skalenstriche der Vernierskala sind praktische Grenzen gesetzt, weil es immer schwieriger vird zu beurteilen, velche der Vernier-Skalenstriche nun einem Skalenstrich der Grundskala genau gegenübersteht.

Eine andere iSögiiefefceit, die Ablesegenauigkeit &egr;« erhöhen, besteht darin, die Teilung der Grundskala und die der Vernierskala zu verfeinern. Ein Millimeter erhSlt z. B. 10 Skalenstriche. Diese Skalen lassen sich dann praktisch nur noch mit optischer Vergröße- trang ablesen, z. B. mit einer Lupe. Auch bei dieser prinzipiell

möglichen Steigerung der Ablesegenauigkeit durch Verfeinerung sind Grenzen durch die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit der verwendetet Teilungen gesetzt.
In der Druckindustrie ist beispielsweise das FOGRA-Honius-Meßelement bekannt, mit dem bei einem photomechanischen oder einem Drack-Vorgang die Paßgenauigkeit von zwei aufeinanderfolgenden Obertragungsschritten auf 1/20 mm - 0,05 mm abgelesen werden kann.

Nachteilig bei den üblichen, oben beschriebenen Skalenpaaren ist, ' 20 ^daß die Ablesegenauigkeit nur dann gewahrleistet ist, wenn die

Skalen eng aneinander liegen, damit sicher beurteilt werden kann,

welche Skalenstriche genau gegenüberstehen.

Weiterhin ist bei der Verkleinerung der Strichabstände der Skalen-

f paare nachteilig, daß die 8kalenstriche sehr dünn werden. Bei

p 25 photographischen und drucktechnischen Übertragungevorgängen stellt ; das Auflösungsvermögen des Übertragungeprozesses eine physikalische

', Grenze der Verkleinerung dar.

Weiterhin ist nachteilig, daß eine automatische Auswertung solcher

mit Vernierskalen ausgerüsteten Meßgeräte nicht möglich ist, da für dip Ablesung des Meßwertes eine Diskriminierung dee MeübiIdee durch das menschliche Auge wesentlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Paar von Skalen derart , zu schaffen, daß die beschriebenen Nachteile nicht auftreten oder

stark abgeschwächt werden. Im wesentlichen werden diese Nachteile erfindungsgemüß dadurch vermieden, daß die 8k*lenstriche erheblich dicker gewählt werden, als dius bei üblichen Skalen der Fall ist.

Ab lesevorrichtung für:Skfaltn-G<bri4cl*Tluit<rrftf«eldung Seite - 3 -

Vorzugsweise wird die Strichetärke ungefähr ale die Hälfte des Strichabstandes gewghlt. Durch diese MaBnahme können, bei einem |

geringen Auflösungsvermögen eines photographischen oder drucktech- | &eegr;Ischen Prozesses, die Striche noch leichter und sicherer Ober- |

tragen werden. '"

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Skalen weitgehend Qbereinandergebracht werden und nicht, wie üblich, nur aneinanderstoßen. Un die Skalen sinnvoll übereinander zu bringen, muß beispielsweise mindestens eine der Skalen auf transparentem Material aufgebracht sein, was bei photographischen Filmen der Fall ist, oder als leuchtendes Gitter vorliegen. Durch das Obere inanderbringen der beiden Skalen unterschiedlicher Rasterfrequenz entsteht ein Interferenzbild, auch Moire' genannt. Die Striche beider Skalen treffen partiell aufeinander und partiell nebeneinander. Nur 1 Strichepaar (im besonderen Fall höchstens 2 Strichepaare) kommt genau übereinander, das Interferenzmuster weist die hellste Stelle auf, und nur 1 Strichepaar (im besonderen Fall höchstens 2 Strichepaare) steht genau auf Lücke ineinander, das Interferenzmuster weist die dunkelste Stelle auf.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wurden die Strichstarken der Grund- und Vernierskala gerade so gewählt, daß die hellste Stelle einen optischen Tonwert von etwa 50 Z und die dunkelste Stelle einen optischen Tonwert von knapp 100 % erreichte. Abhängig von der jeweiligen Ausführung&bgr;form des Skalenpaares ergibt der Vernier-Skalenstrich, der die hellste Stelle bildet, den Ablesewert an der Vernierekala. Wird bei einer der beiden Skalen das Negativ verwendet, d.h. die Skalenstriche sind hell auf dunklem Hinter- |

grand, so bildet die dunkelste Stelle des Interferenz&usters den I

Ablesewert. f

Werden beide Skalen verschiedenfarbig erzeugt, im Druckprozess beispielsweise gedruckt, so entsteht ein farbiges Interferenzmuster, das besonders gut abzulesen ist.

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Ab lesevorrichtung fUr Sk*14n-Oefr<u|:h4mtiite}rantifleldung Seite - A -

In einer erfindungsgemflBen Ausführung&bgr;form hat es eich als zweckmäßig erwiesen, die 8kalen nicht vollständig Übereinander zu bringen, sondern etwa jeweils 20 Z der Skalenstriche nicht von den Strichen der anderen Skala abdecken zu lassen. Beim Ablesen sind dadurch beide Skalen auch separat, ohne Interferenzmuster zu erkennen.

Durch das so definierte übereinanderbringen können die Skalen zuein ander mit Prhphl ichen TnlerAmten in ihrer "Hulinniitinn¹¹ jnitakraiilit werden. Auch ein geringer Winkelfehler stört die Funktion des erfindung&bgr;gemäßen Skalenpaares nicht. Der Ablesewert der "Nullposition" wird als Nullwert subtrahiert. In piner erfindungsgemäßen Ausffihrungsform wurde als "Nullposition" beispielsweise der Wert 0,50 mm gewählt.

Die Vernierskala kann auch als separat aufzulegende, transparente Skala ausgebildet sein, die mit einer photographisch hergestellten oder gedruckten Skala zusammengebracht wird, um so eine Längenmessung mit erhöhter Genauigkeit vornehmen zu können.

Eine weitere, besonders für automatische MeB- und Regelprozesse besonders efinstise erfindungagemSße AuafQhrunaaform ist Hie Verwendung einer Photozellenzeile (z. B. CCD) als eine der beiden Skalen, die die entsprechende andere Skala abtastet. Die Zahl der Striche, der zur Photozellenzeile korrespondierenden Skala muß sich zu einer vorgegebenen Zahl nebeneinander befindlicher Photozellen (z. B. bei den Photozellenreihen mit 300 dpi ■= 300 Photozellen/Zoll 11,8 PhotozeIlen/mm) inklusive der optischen Abbildung um einen ganzsahligen vorgegebenen Wert unterscheiden, damit die von den Photozellen ermittelten Signale dem oben beschriebenen Interferenzmueter-Effekt entsprechen. Hit einem darauf aufbauenden Verarbeitungsprogramm vird ebenso eine Steigerung der Meßgenauigkeit erzielt. Diese Aueführungsform der erfindungegemäBen Vorrichtung als Sensor mit zugehöriger Auswerteelektronik weist beiepieleveise eine etva lOfache Meßgenauigkeit auf, im Vergleich zu einer Abtastung einer einfachen Meßmarke durch eine Photozelle oder ein Photozellen-

Ablesevorrichtung für $k4l(}n-Oe$rfCuphViti£(teraeiij»ldung Seite - 5 -

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array.

Ein weiterer Vorteil aller erfindungegemäßen Aueführung&bgr;formen ist, daB auch bei einer stark gestörten, verrauschten übertragung der 8kalenstriche, z. B. beim Drucken auf rauhes Papier, die Bestimmung des Meßvertee sehr sicher ist, weil durch die relativ großen Flächen der dicken Skalenstriche und durch die vielen Skalenstriche diese statistischen Störungen das Minimum bzw. das Maximum des Interferenzmusters nur unwesentlich verfälschen. Bei stark gestörjQ ten, verrauschten Übertragungen ist es für die Ablesung zweckmäßig hilfeweise auch das Maximum des Interferenzmusters zu berückeicht igen.

Die Wahl der Strichabstände für die Grund- und Vernierskala wird entsprechend folgenden mathematischen Gleichungen ermittelt, für den häufig benutzten Spezialfall, daß die Vernierskala auf der gleichen Länge einen Skalenstrich mehr aufweist als die Grundskala. Die Formeln für die anderen, nicht so häufig gebrauchten Fälle, sind entsprechend zu fomulieren.
wobei:

g » k * N g - Strichabstand der Grundekala

k « g - &eegr; k ■ kleinster noch ablesbarer Meßwert -

unterschied

&eegr; ■ g * G/H &eegr; = Strichabstand der Vernierskala

G =· Zahl der Striche der Grundskala auf

der Länge der Vernierskala H ■ Zahl der Striche der Vernierskala (hier N - G + 1)

jQ Heben dieser häufig bevorzugten Lösung, daß auf die Zahl der auf einer vorgegebenen Länge der Grundskala befindlichen Skalenstriche die Zahl der Skalenstriche der Veraierskala einen Skalenstrich mehr aufweist, sind entsprechend dem Anwendungsfall auch andere Lösungen sinnvoll.

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Ablesevorrichtung für SkaXen-Gebrauchsmusteranmeldung Seite - 6 -

Die Vernierekala kann auch statt eines Skalenetriches nehr eifien Skalenstrich veniger aufweisen, was für solche Anwendung&bgr;falle zweckmäßig iat, in denen die Richtung der steigenden Werte auf beiden Skalen unterschiedlich ist. Weiterhin kann diese Differenz zwischen der Zahl der Skalenstliche auf Grund- und Vernierekala auch einen anderen ganzzahligen Wert als 1 aufweisen. Auch muß nicht zwangsläufig die Vernierskala 10 Skalenteile oder "in ganzzahiiges vielfaches davon aufweisen. Aus den vielfältigen Möglichkeiten bedingt die praktische Zweckmäßigkeit die Auswahl, wobei das Maßsystem wesentlich ist, das uicht zwangsweise ein Dezimalsystem ist, z.B. Zoll (mit 1/2, 1/4, 1/8..,), Stunde (mit 1/4, 1/12, 1/60).

In Fig. 1 ist, stark vergrößert, eine bevorzugte Ausffihrungsform des Skalenpaares dargestellt. Wird dieses Skalenpaar derart verkleinert, daß der Abstand der mit 0 und 1 bezeichneten Striche der oberen Skala (Grundskala) genau 1,00 mm beträgt, die dargestellte

Skalenlänge also 5,00 mm lang wird, so wird die untere Skala (Ver-

nierskala) genau 3,80 mm lang. Der in Fig. 1 dargestellte Ablesewert beträgt 0,51 mm. Es lassen sich souit noch unterschiede von i/iöö mm ablesen.
In Fig. 2 ist, stark vergrößert, eine weitere Ausführungsform df;

Vernierskala dargestellt. Die zur Grundskala von Fig. 1 in Originalgröße passende Verkleinerung muß so gewählt werden, daß

diese Vernierskala genau 1,80 mm lang wird. Es lassen sich mit der Vernierekala aus Fig. 2 Unterschiede von 0,02 mm di

Claims

Ablesevorrichtung für Skalen-Gebrauchsausteranaeidung Seite - 7 - SchutzansprUche

1. Ablesevorrichtung für Skalen bestehend aus einer Grundskala und einer dazu verschiebtichen Vernierskala, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalenstriche wesentlich dicker als Üblich sind.

2. Ablesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e &eegr; &eegr; zeichnet, daß die Skalenstrich* &eegr;indestens einer der beiden Skalen auf einem transparenten Material ausgebracht oder als leuchtendes Gitter ausgebildet sind.

3. Ablesevorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Grundskala und Vernierskala Übereinander gebracht sind.

4. Ablesevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Skalen nicht vollständig Übereinander gebracht sind.

5. Ablesevorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Skalen auf eines Trager aufgebracht, z. 6. gedruckt sind.

6. Ablesevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der Skalen auf einen Trager aufgebracht z. B. gedruckt ist.

7. Ablesevorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Skala auf einen Trager aufgebracht, z. B. gedruckt, let, wehrend die andere Skala als Photozellenarray ausgebildet ist.

Ablesevorrichtung für SkaIen-Gehrauchsausteranaeldung Seite - &bgr; -

8. Ablesevorrichtung nach eines der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, da &dgr; 4iis Vsrnierskaia fUr sine vorgegebene Länge einen Skaienteii esh? oder- «cenigsr aufweist a!s die Grundskala.

9. Ablegevorrichtung »ach tine« der Ansprüche 1 bis 7 dadurch

g e k e &eegr; &eegr; &zgr;. e i c h it, daß die Vernierskala fUr eine vorgegebene L.£ng£ aehrerg Skalenteile sehr oder veniger aufweist als die Grundskaia.