DD128692B1 - Anordnung zur winkelmessung - Google Patents

Description

Titel der Erfindung; Anordnung zur Winkelmessung

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.

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 versehen, die mit einer Ablesestelle der Strichmarkierung korrespondiert, indem der entsprechende Teilkreisstrich eingefangen und seine Lage einer Mikrometerskala zugeordnet wird. Durch die unterschiedliche räumliche Anordnung von Teilkreis und Mikrometer sind die zur Abbildung der Strichteilung und der Strichmarkierung in ein Ableseokular notwendigen optischen Elemente unterschiedlichen äußeren Einflüssen, wie z.B. mechanischen Belastungen, ausgesetzt. Dadurch kommt es zu Meßfehlern. Auch bei der fotoelektrischen Ablesung der Winkelwer.te bleiben diese Meßfehler bestehen.

Andere bekannte Winkelmeßgeräte verwenden zur weitestgehenden Ausschaltung von Teilkreisexzentrizität Teilkreise mit diametral liegenden Ablesestellen, die aufeinander abgebildet werden. Das kann sowohl gegenläufig, als auch gleichläufig aufeinander geschehen. Um bei beiden Möglich-

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keiten 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 Empfangsbereich des Mikrometers. Über eine Auswerteeleictronik muß die richtige Zuordnung herausgefunden werden. Bei gleichzeitig aufeinander abgebildeten Ablesestellen tritt bei vorhandener Teilkreisexzentrizität die Erscheinung auf, daß die Teilkreisstriche in ihrer Breite über den Teilkreis variieren, der in der Strichbreite variierende Teilkreisstrich wird durch eine Strichmarkierung eines Mikrometers eingefangen und das durchlaufende Intervall als Winkelfeinwert abgelesen. Nachteilig ist hierbei der unterschiedliche Kontrast der abzubildenden Teilkreisstellen.

In der CH-PS 444 508 wird ein Index, d.h. eine als Index dienende Strichteilung einer Strichplatte zur Winkelmessung verwendet, indem der Index ortsfest angeordnet ist.

über ein optisches Mikrometer und ein optisches Abbildungssystem wird dieser Index auf einen Teilkreis und beide zusammen auf einen Fotoempfänger abgebildet. Die Bilder vom Ind8x und Teilkreisstrich, die auf dem Fotoempfänger erscheinen, sind mit unterschiedlichen Fehlern behaftet, da das Indexbild von mehr optischen Systemen beeinflußt wird, als das Teilkreisbild und da Index und Teilkreis räumlich verschieden lokalisiert sind. Der Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß das Indexbild bei Verwendung von mehr als einem optischen System durch Abbildungsfehler beeinflußt wird.

Durch die Anordnung des Indexes außerhalb des Teilkreises können Meßfehler daraus resultieren, daß in der Bildebene die Ablesestelle des Kreises und des Index verschieden scharf erscheinen und daß sämtliche optische Bauelemente zwischen Kreisebene und Bildebene bei Einwirkung äußerer Einflüsse Meßfehler verursachen können.

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Ziel der Erfindung;

Die Erfindung hat das Ziel, in einer Anordnung zur Winkelmessung die genannten Nachteile zu beseitigen, die Einflüsse der Instabilität des Abbildungssystems vom Teilkreis bis zur Bildebene auszuschalten und eine komplizierte fotoelektrische Auswertung zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 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.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Index in einer zur Objektebene eines optischen Abbildungssystems gleichwertigen Ebene angeordnet ist. Vorteilhaft ist es, wenn der Index in einer zur Objektebene eines ersten oder zweiten optischen Abbildungssystems gleichwertigen Ebene angeordnet ist. Außerdem ist es auch möglich, den Index in der Nähe der durch die BiIdebene des ersten optischen Abbildungssystems und die Objektebene des zweiten optischen Abbildungssystems gemeinsam definierten Ebene anzuordnen. Der Index kann dabei aus mehreren Einzelstrichen nebeneinander bestehen und auch als eine Gtrichmarkierung auf einem teilverspiegeltan Prisma vorgesehen sein.

Durch die Erfindung ist es möglich, Meßfehler, die durch unterschiedliche Bildebenen auftreten zu vermeiden, da der Index in einer zur Objektebene gleichwertigen Ebene des Abbildungssystems angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Winkelmessung kann der Index auch in der Nähe eines optischen Abbildungssystems liegen und erscheint hier ebenfalls in einer analogen Bildebene des Abbildungssystems· Der Index wird wie die Ablesestelle von einer gemeinsamen Lichtquelle beleuchtet. Den Nachteil, daß sämtliche optische Bauelemente zwischen Kreisebene und Bildebene Meßfehler verursachen können, wird durch die erfindungsgemäße Lösung

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verhindert, indem der Index in einer zur Objektebene eines optischen Abbildungssystems gleichwertigen Ebene so angeordnet ist, daß er über die gleiche Optik und das gleiche Mikrometer wie die Ablesestelle in den Empfänger abgebildet wird.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Teiles eines fotoelektrischen Winkelmeßgerätes mit einer ersten möglichen Anordnung des Index Fig. 2 das Prinzip der Teilkreisablesung Fig. 3 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winxelmeßgerätes mit einer Ablesestelle

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winkelmeßgerätes mit diametralen Ablesestellen und einer zweiten möglichen Anordnung des Index Die Anordnung nach Fig. 1 enthält eine Lichtquelle 1, sie beleuchtet über ein optisches Abbildungssystem 2 und ein Prisma 3 eine Ablesestelle 4 auf einem Teilkreis 5. Über dem Teilkreis 5 sind ein Prisma 31, dessen Fläche 33 halbseitig mit einem Spiegelbelag 34 versehen ist, und eine Prisma 32 angeordnet. Ein auf dem Prisma 31 angebrachter Index 30 wird durch die Lichtquelle 1 über ein Prisma 28 und eine Kondensorlinse beleuchtet. Der Index 30 und die Ablesestelle 4 werden über ein Prisma 6 und ein Abbildungssystem 7 gemeinsam wie in Fig. 4 weitergeleitet. Der Index 30 hat von einem Punkt 35 den gleichen Abstand wie die Ablesestelle 4« Dadurch wird erreicht, daß beide,das Bild 25 eines Index 11 und die Ablese'stelle 4 vom optischen Abbildungssystem 13 (Fig. 4) aus gesehen, in der Ebene der Ablesestelle (Fig. 4) liegen. Somit können die lichtelektrischen Empfanger 17, 18 (Fig. 4) ebenfalls in der gemeinsamen Ebene liegen. Der Prismenanordnung 31; 32 kann auch ein

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Abbildungssystem 43 nach Fig. 3 mit der dort angegebenen Ablesung folgen. In Fig. 1 werden die Teile, die die gleichen wie in Fig. 4 sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.

In Fig. 2 werden aktive Flächen 26; 27 von lichtelektrischen Empfänger 17; 18 auf einer Achse F-F dargestellt. Dabei stellen 23; 24 die Bilder zweier Teilkreisstriche und 25 das Bild des Index 11 dar. Durch ein optisches Mikrometer 15 (siehe Fig. 4) 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 eines Empfängers 17 (siehe Fig. 4), so gibt dieser einen elektrischen Impuls ab, der an einem lichtelektrischen Empfänger 22 (Fig. 4) den Zählbeginn der von einer Skala 19 (.Fig. 4) gelieferten Lichtimpulse markiert· Die von einem lichtelektrischen Empfänger 22 gelieferten elektrischen Impulse werden von einem nicht dargestellten Zähler vorwärts gezählt. Gelangt jetzt das Bild 25 des Index 11 auf die aktive Fläche 27 des Empfängers 18, so stoppt ein von diesem abgegebener elektrischer Impuls den Zählvorgang. Die Zählung kann auch mit dem Bild 25 des Index 11 begonnen werden und mit dem Auftreffen des eines Bildes 24 eines nachfolgenden Teilkreisstriches auf die Fläche 26 enden. Hierbei werden die Lichtimpulse an dem lichtelektrischen Empfänger 22 in umgekehrter Richtung gezählt. Die aktiven Flächen 26; 27 der lichtelektrischen Empfänger 17; 18 müssen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen, da eine Abweichung einen konstanten Betrag zum Zählwerk liefert. Falls erforderlich, läßt sich dieser Betrag durch entsprechende Justierung einer Platte 10 mit dem Index 11 (siehe Fig. 4) bezüglich des Teilkreises 5 ausgleichen. Mit dem Überstreichen des Bildes 25 des Index 11 über die aktive Fläche 27 des Empfängers ist die Ablesung des Winkelgrobwertes auf der Grundlage eines absoluten oder inkrementellen Verfahrens gekoppelt.

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In der Anordnung nach Fig. 3 beleuchtet eine Lichtquelle 36 über ein optisches Abbildungssystem 37 und ein Prisma 38 eine Platte 39 mit einem Index 40. Eine Ablesestelle 41 auf einem Teilkreis 42 liegt im gleichen Strahlengang der Lichtquelle 36 wie die Platte 39 mit dem Index 40. Der Index 40 und die üblesestelle 41 werden durch ein optisches Abbildungssystem 43 über ein optisches Mikrometer, das dem in Fig. 4 gleicht, auf einen lichtelektrischen Empfänger ebenfalls analog Fig. 4 abgebildet. Mikrometer und lichtelektrischer Empfänger sind daher der Einfachheit wegen nicht mitgezeichnet. Die ablesung erfolgt hierbei in gleicher Weise, wie in Fig. 2 dargestellt und wird daher nicht nochmals erläutert. Die Anordnung nach Fig. 4 enthält 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 durch einen optischen Keil 14 als fester 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 Führung 21 bewegt. Der Skala 19 ist ein lichtelektrischer Empfänger 22 als Ableseeinrichtung zugeordnet.

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 Ablesestelle 4 und 9 gebildete Teilkreisstrich wird in die Ebene des lichtelek-

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trischen 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 gezeichneten Steuerlogik vorgenommen. Das optische Mikrometer kann auch als Planplattenmikrometer o.a. ausgeführt 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. 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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Claims (4)

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Erfindungsanspruch

1. anordnung zur Winkelmessung, die eine Lichtquelle, einen Teilkreis mit mindestens einer Ablesestelle, einem Index in Form eines Striches auf einem optischen Element, ein erstes Abbildungssystem, das eine Objektebene in die diametral liegende Objektebene eines zweiten optischen Abbildungssystems abbildet, ein zweites optisches Abbildungssystem, das Objekt und diametrales Bild über ein optisches Mikrometer auf mindestens einen fotoelektrischen Empfänger in die Bildebene des zweiten optischen Abbildungssystems abbildet, sowie optische Mittel zur Umlenkung der von der Lichtquelle kommenden Strahlenbündel enthält, gekennzeichnet dadurch, daß der Index in einer zur Objektebene eines optischen Abbildungssystems gleichwertigen Ebene angeordnet ist.

2. Anordnung zur Winkelmessung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Index in einer zur Objektebene eines ersten optischen ^bbildungssystems gleichwertigen Ebene angeordnet ist.

3. Anordnung zur Winkelmessung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Index in einer zur Objektebene eines zweiten optischen Abbildungssystems gleichwertigen Ebene angeordnet ist.

4. Anordnung zur Winkelmessung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Index eine Strichmarkierung auf einem teilverspiegelten Prisma ist.

- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen WG/La/Wi

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