Winkelme¯instrument.
Unter den verschiedenen Fehlerquellen, welche die Genauigkeit beim Messen von Win- keln beeinträchtigen, spielt der periodische Fehler der Kreisteilung des benützten Win kelmessinstrumentes eine erhebliehe Rolle. Der periodisehe Fehler der Kreisteilung hat seine Ursache in der zum Aufbringen der Teil striehe del Kreisteilung auf den Kreisteilungstrager verwendeten Teilmasehine, deren Räderwerk mit periodiseh sieh auswirkenclen fehlern behaftet ist. I) ie vorliegen. de Erfin- (ltmg ermöglicht es, den Einfluss des periodischen Fehlers der Kreisteilung eines Win ketmessinstrumentes auf einen Bruchteil zu reduzieren und dadureh die Ablese- bzw. Me¯genauigkeit wesentlich zu verbessern.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Winkelmessinstrument, welches ein Kreis teilungssystem besitzt, welches aus mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kreisteilungsträ- ger konzentrisch angeordneten Kreisteilungen hesteht, wobei die einzelnen Kreisteilungen in ihrer Teilungsebene um das Teilungszentrum gegeneinander verdreht sind. derart, dass die den einzelnen Kreisteilungen anhaftenden.
vox der Teilmaschine herrührenden periodiselien Fehler auf dem Kreisumfang so gegen einander verschoben sind, dass die Kurve des arithmetischen Mittels der periodischen Fehler der vorhandenen Kreisteilungen m¯glichst geringe Aussehläge aufweist, und bei welchem ein Ablesemikroskop vorgesehen ist, welches ermöglicht, für eine Winkelablesung Kreisteilungsstriehe aller vorhandenen Kreisteilun- gen wu ben tzen.
In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 eine kurvenmässige Darstellung des periodischen Fehlers der Teilstriche einer bei spielsweisen Kreisteilung und
Fig. 2 bis 4 die Blickfelder des Ablesemikroskops dreier im weiteren nieht dargestellter Ausführungsbeispiele von Winkelmessinstrumenten mit versehieden ausgebildeten Kreisteilungen und Ableseeinrichtungen.
Es wird beispielsweise angenommen, dass das Kreisteilungssystem (360 ) eines Winkel- me¯instrumentes mit einem Teilungsintervall von tu Minuten (10') aus drei konzentrisch angeordneten Kreisteilungen, deren Teilungs- intervall dreissig Minuten (30') beträgt, gebildet ist. Dabei gehören die Teilstriche 0¯00', 0-30', 1¯ 00'usw. bis 359 30'der ersten Kreisteilung, die Teilstriche 0¯10', 0¯40', 1¯10', !"40'usw. bis 359040'der zweiten Kreisteilung und die Teilstriche 0 20', 0 50', 1 20', lut bis 359 50'der dritten Kreisteilung an. Die ersten.
Teilstriche der drei Kreisteilun- gen liegen nun jedoeh nicht bei 0¯00',0¯10' und 0¯ 20', sondern im angenommenen Falle bei 0 00', 120¯ 10' und 240¯ 20'. Man kann zum Beispiel so vorgehen, dass auf der Teil machine zuerst die der ersten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0000', 01, 30', 1000' usw. bis 359¯ 30' auf den KreisteilungstrÏger, weleher vorzugsweise aus einem Glasring besteht, aufgebracht werden.
Nach dem Aufbringen dieser der ersten Kreisteilung ange hörenden Teilstriche wird dann der Kreistei lungsträger in bezug auf die Teilmaschinenaehse um einen Winkel von 120 10'gedreht, und in dieser Aufspannung des KreisteilungstrÏgers werden dann die der zweiten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0 10', 0 40', I"10'usw. bis 359 40'aufgebracht, wobei der zuerst aufgebrachte Teilstrich dieser zweiten Kreisteilung in bezug auf die bereits aufgebrachte erste Kreisteilung nicht bei 0¯10', sondern bei 120¯10' liegt.
Sind auch alle Teilsi riche der zweiten Kreisteilung auf den Kreisteilungsträger aufgebracht, so wird dieser abermals in bezug auf die Teilmaschinen- achse um einen Winkel von 120¯10' in der gleichen Riehtung gedreht und in dieser Aufspannung die der dritten Kreisteilung angehörenden Teilstriche 0 20', 0 50', 1 20'usw. bis 359 50'aufgebracht, wobei der zuerst aufgebrachte Teilstrich dieser dritten Kreisteilung in bezug auf die zuerst aufgebrachte Kreisteilung nieht bei 0¯20' oder 120¯20', sondern bei 240 20'liegt. Es könnte aber auch eine Teilmasehine mit zwei oder mehr, entspreehend dem vorerwähnten Beispiel, zum Beispiel mit drei Graphierwerken verwendet werden,
von welchen Graphierwerken jedes die Teilstriche einer der drei Kreisteilungen auf den Kreisteilungsträger aufbringen würde, wobei gleichzeitig die Teilstriche 0 00', 120 10' und 240 20', dann 0030', 120 40'und 240 50' usw. bis 359 30', 119 40'und 239 50'entstehen würden.
In Fig. 1 ist das Kreisteilungssystem abgewickelt dargestellt, und in einem reehtwinkligen Koordinatensystem sind die periodi schen Fehler in Sekunden (") eingetragen.
Der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der zuerst aufgebrachten Kreisteilung, nÏmlich der Teilstriche 0¯00', 0¯30', 1¯00' usw. bis 359¯ 30' ist durch die punktierte Kurve, der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der als zweite aufgebrachten Kreisteilung, nämlich der Teilstriche 0 10', 0 40', 1 10'usw. bis 359 40'ist durch die gestrichelte Kurve und der Verlauf des periodischen Fehlers der Teilstriche der zuletzt aufgebrachten Kreisteilung, nÏm lich der Teilstriche 0¯20', 0¯50', 1¯20' usw. bis 359 50'ist dureh die strichpunktierte Kurve dargestellt.
Diese drei Kurven stimmen mindestens angenähert überein, denn der durch sie dargestellte periodische Fehler rührt ja von ein und derselben Teilmaschine her, aber die zweite ist in bezug auf die erste um 120 10', und die dritte ist in bezug auf die erste um 240620'versehoben.
F r die Ablesung im Ablesemikroskop des Winkel messinstrumentes können nun gleich zeitig oder nacheinander, je nach der Ausbildung des Kreisteilungssystems und der Ableseeinriehtung, drei benachbarte Teilstriche benützt werden, und aus diesen drei Ablesungen wird dann das arithmetische Mittel gebildet. Die für die Ablesungen benützten drei Teilstriche gehören versehiedenen Kreisteilun- gen an und weisen deshalb versehiedene peri odische Fehler auf, deren Mittel in der Regel nur einen Bruehteil des periodischen Fehlers der einzelnen Teilstriche beträgt.
In Fig. 1 ist clas arithmetische Mittel des periodischen Fehlers der Teilstriche der drei Kreisteilungen als ausgezogene Kurve dargestellt, und diese Kurve lässt ohne weiteres erkennen, dass die periodischen Fehler der den versehiedenen Kreisteilungen angehörenden Teilstriche sich weitgehend aufheben und dass insbesondere die grossen Fehler korrigiert werden. Aus der Fig. l geht hervor, dass beim gewählten Beispiel, bei welchem die Maximalfehler der einzelnen Teilstriche mehr als ¯ 1,5" betragen, der aus drei benachbarten, den versehiedenen Kreisteilungen angehörenden Teilstrichen gebildete Mittelwert mit einem periodischen Fehler von nicht mehr als 0, 2" behaftet ist.
Gemäss dem dargestellten Beispiel ergeben sich zum Beispiel zahlenmässg folgende Verhältnisse :
Für eine Ablesung, f r welche die Teilstriche 0¯00', 0¯10' und 0¯20' verwendet werden : der der ersten Kreisteilung angehörende Teilstrich OoO0'hat den periodischen Fehler der der zweiten Kreisteilung angehörende Teilstrich 0 10'hat den periodischen Fehler + 0, 6", der der dritten Kreisteilung angehörende Teilstrich 0 20'hat den periodischen Fehler +1,2".
Der Alittelwert der drei Ablesungen hat laher den periodischen Fehler -1,3"+0,6"+1,2/3 = + 0,5"/3 = + 017"
Für eine andere Ablesung, für welche die Teilstriche 35020', 35030'und 35ç} 40'verwen- det werden : der der dritten Kreisteilung angehörende Teilstrich 350201 hat den periodischen Fehler der der ersten Kreisteilung angehörende Teilstrich 35"30'hat den periodischen Fehler + 1, 0", der der zweiten Kreisteilung angehörende Teilstrich 35O40'hat den periodischen Fehler -0, 3".
Der Vlittelwert der drei Ablesungen hat (laher den periodischen Fehler -1,0"+1,0"-0,3"/3 =-0,5"/3 = -017".
Diese Beispiele können beliebig vermehrt werden, und es ergibt sich dabei, dass das Mittel der Ablesungen der drei jeweils be uiitzten benachbarten Teilstriche in der Regel einen stark reduzierten, periodischen Fehler auf weist, der nur einen Bruchteil des periodi schen Fehlers der einzelnen Teilstriche ausmacht. Dies ist bei jedem Kreisteilungssystem in kleinerem oder grösserem Masse der Fall, je nach dem Verlauf der in Fig. 1 beispielsweise dargestellten Fehlerkurve.
Je nach dem Verlauf der Kurve des periodischen Fehlers können die Teilstriche des Kreisteilungssystems anstatt in drei auch nur in zwei oder aber in mehr als drei Kreisteilungen unter- teilt werden, wobei für jede Winkelmessung Ablesungen an je einem Teilstrich der vorhandenen Kreisteilungen vorgenommen und dann das arithmetische Mittel ans diesen Ablesungen gebildet wird.
Der Winkel, um welchen der Kreisteilungsträger nach dem Aufbringen einer Kreisteilung um die Teilmaschinenachse gedreht wird, wird so gewählt, dass die periodischen Fehler der Teilstriche der versehiedenen Kreisteilungen sich so weitgehend als möglich ausgleichen, das heisst, dass der aus den Ablesungen an je einem Teilstrich der vorhandenen Kreisteilungen gebildete Mittelwert mit einem minimalen Fehler behaftet ist.
Wird eine Teilmaschine mit zwei oder mehr Graphierwerken benützt, so werden diese Graphierwerke um entsprechende Winkel verschoben eingestellt.
In Fig. 2 ist das Blickfeld des Ablesemikroskops eines Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches eine sogenannte Doppelkreisteilung besitzt und dessen Teilstriche in drei Gruppen unterteilt sind. Im Ablesemikroskop sind hierbei drei Indexstriche vorgesehen, welehe in einem Abstande voneinander liegen, welcher dem Teilungsintervall der Kreisteilung entspricht. Mit Hilfe eines Mikrometers beliebiger Konstruktion wird nacheinander an den drei Indexstrichen abgelesen und aus den Ablesungen das arithmetische Mittel gebildet.
In Fig. 3 ist das Blickfeld des Ablesemikroskops eines andern Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches für Ablesung nach dem Koinzidenzverfahren ausgebildet ist und bei welchem die Teilstriche der Kreisteilung ebenfalls in drei oder in zwei Gruppen unterteilt sind. Hierbei werden mit Hilfe eines Mikrometers beliebiger Konstruktion, je nachdem, ob die Teilstriche in drei oder nur in zwei Gruppen unterteilt sind, nacheinander drei oder zwei benachbarte Teilstriche der obern Teilung mit den entsprechenden Teilstrichen der untern Teilung zur Koinzidenz gebracht und dann aus den Ablesungen das arithmetische Mittel gebildet.
In Fig. 4 ist nochmals das Blickfeld des Ablesemikroskops eines andern Winkelmessinstrumentes dargestellt, welches eine einfache und eine Doppelteilung besitzt. Mit Hilfe eines optischen Mikrometers beliebiger Konstruktion werden zwei oder mehr benachbarte Teilstriche der einfachen Teilung, je nach dem, ob die Teilstriche in zwei oder mehr Gruppen unterteilt sind, mit den entsprechenden Strichen der Doppelteilung zur Einstel- lung gebracht. Aus den Ablesungen wird dann ebenfalls das arithmetische Mittel gebildet.
Die gegeneinander verdrehten Kreisteilun- gen des Kreisteilungssystems könnten jedoch auch versehiedene Durchmesser aufweisen und je alle Teilstriche aufweisen. In diesem Falle erseheinen im Blickfeld des Ablesemikroskops des Winkelmessinstrumentes, je nachdem, ob zwei oder drei Kreisteilungen vorhanden sind, zwei oder drei Teilstriche, die versehiedenen Kreisteilungen angehören und für die Ablesung und Bildung des arithmetisehen Mit- telwertes der Ablesung benützt werden k¯nnen, übereinander.
Angle measuring instrument.
Among the various sources of error which impair the accuracy when measuring angles, the periodic error in the circle division of the angle measuring instrument used plays a significant role. The periodic error of the circular division has its cause in the partial machinery used to apply the partial strings of the circular division to the circular division carrier, the gear train of which is afflicted with periodic errors. I) ie present. The invention makes it possible to reduce the influence of the periodic error of the circle division of an angle measuring instrument to a fraction and thereby to improve the reading and measuring accuracy significantly.
The subject of the present invention is an angle measuring instrument which has a circle division system which consists of at least two circular divisions arranged concentrically on a common circular division carrier, the individual circular divisions being rotated against each other in their division plane around the division center. in such a way that the individual divisions of the circle adhere.
vox the periodic errors originating from the submachine are shifted against each other on the circumference of the circle in such a way that the curve of the arithmetic mean of the periodic errors of the existing circle divisions has the smallest possible error, and with which a reading microscope is provided, which enables all circle division lines for an angle reading existing district divisions.
In the drawing shows:
Fig. 1 is a graphical representation of the periodic error of the tick marks in a circle division in game-wise and
2 to 4 the fields of view of the reading microscope of three exemplary embodiments, not shown below, of angle measuring instruments with differently designed circular divisions and reading devices.
It is assumed, for example, that the circular division system (360) of an angular meter with a division interval of tu minutes (10 ') is formed from three concentrically arranged circular divisions, the division of which is thirty minutes (30'). The tick marks 0¯00 ', 0-30', 1¯ 00 'etc. belong here. to 359 30 'of the first circle division, the graduation marks 0¯10', 0¯40 ', 1¯10',! "40 'etc. to 359040' of the second circle division and the graduation marks 0 20 ', 0 50', 1 20 ', ring in the third division of the circle until 359. The first.
Graduations of the three circle divisions are now not at 0¯00 ', 0¯10' and 0¯ 20 ', but in the assumed case at 0 00', 120¯ 10 'and 240¯ 20'. One can, for example, proceed in such a way that on the part machine first the graduation marks 0000 ', 01, 30', 1000 'etc. to 359¯ 30' belonging to the first circular graduation are applied to the circular graduation carrier, which preferably consists of a glass ring.
After these graduation marks belonging to the first circular division have been applied, the circular division carrier is then rotated by an angle of 120 10 'with respect to the sub-machine axis, and in this setting of the circular division carrier the graduations belonging to the second circular division 0 10', 0 40 ' , I "10 'etc. to 359 40', the first graduation of this second circular division being applied to the already applied first circular division not at 0¯10 'but at 120¯10'.
Once all the sub-divisions of the second circular division have been applied to the circular division carrier, this is again rotated in the same direction in relation to the sub-machine axis by an angle of 120¯10 'and in this set-up the graduations 0 20' belonging to the third circular division , 0 50 ', 1 20' etc. to 359 50 ', whereby the first graduation of this third circular division with respect to the first applied circular division is not 0¯20' or 120¯20 ', but rather 240 20'. However, a partial machine with two or more, corresponding to the aforementioned example, for example with three graphics units could also be used,
which graphing units each would apply the tick marks of one of the three circular divisions to the circular scale carrier, with the tick marks 0 00 ', 120 10' and 240 20 ', then 0030', 120 40 'and 240 50' etc. to 359 30 ', 119 40 'and 239 50' would arise.
In Fig. 1, the circle division system is shown developed, and the periodic errors are entered in seconds (") in a right-angled coordinate system.
The course of the periodic error of the tick marks of the first applied circle division, namely the tick marks 0¯00 ', 0¯30', 1¯00 'etc. to 359¯ 30' is shown by the dotted curve, the course of the periodic error of the tick marks as the second applied circular graduation, namely the graduation marks 0 10 ', 0 40', 1 10 'etc. up to 359 40 'is indicated by the dashed curve and the course of the periodic error of the graduation marks of the last applied circular division, namely the graduation lines 0¯20', 0¯50 ', 1¯20' etc. up to 359 50 'is through the dash-dotted line Curve shown.
These three curves coincide at least approximately, because the periodic error they represent comes from the same sub-machine, but the second is around 120 10 'with respect to the first, and the third is around 240620' with respect to the first. misplaced.
For the reading in the reading microscope of the angle measuring instrument, three adjacent tick marks can be used simultaneously or one after the other, depending on the design of the circle division system and the reading device, and the arithmetic mean is then formed from these three readings. The three tick marks used for the readings belong to different circle divisions and therefore have different periodic errors, the mean of which is usually only a fraction of the periodic error of the individual tick marks.
In Fig. 1, the arithmetic mean of the periodic error of the tick marks of the three circle divisions is shown as a solid curve, and this curve clearly shows that the periodic errors of the tick marks belonging to the different circle divisions largely cancel each other out and that the large errors in particular are corrected . From FIG. 1 it can be seen that in the example chosen, in which the maximum errors of the individual graduation marks are more than ¯ 1.5 ", the mean value formed from three adjacent graduation marks belonging to the various circular divisions with a periodic error of no more than 0 , 2 "is afflicted.
According to the example shown, the numerical ratios are as follows:
For a reading for which the tick marks 0¯00 ', 0¯10' and 0¯20 'are used: the tick mark OoO0' belonging to the first circle division has the periodic error, the tick mark 010 'belonging to the second circle division has the periodic error + 0.6 ", the division 0 20 'belonging to the third circle division has the periodic error +1.2".
The mean value of the three readings has the periodic error -1.3 "+0.6" + 1.2 / 3 = + 0.5 "/ 3 = + 017"
For another reading, for which the graduation marks 35020 ', 35030' and 35ç} 40 'are used: the division 350201 belonging to the third circular division has the periodic error, the division 35 "30' belonging to the first circular division has the periodic error + 1, 0 ", the graduation 35O40 'belonging to the second circle division has the periodic error -0, 3".
The mean value of the three readings has the periodic error -1.0 "+1.0" -0.3 "/ 3 = -0.5" / 3 = -017 ".
These examples can be multiplied as required, and the result is that the mean of the readings of the three adjacent tick marks used in each case generally shows a greatly reduced, periodic error which is only a fraction of the periodic error of the individual tick marks. This is the case to a lesser or greater extent in each circular division system, depending on the course of the error curve shown in FIG. 1, for example.
Depending on the course of the curve of the periodic error, the graduation marks of the circular division system can be divided into two or more than three circular divisions instead of three, with readings being made on one division of the existing circular divisions for each angle measurement and then the arithmetic Means of making these readings.
The angle by which the circular graduation carrier is rotated around the sub-machine axis after a circular graduation has been applied is chosen so that the periodic errors of the graduation marks of the various circular divisions are compensated as much as possible, i.e. that of the readings on one graduation each the mean value formed by the existing circle divisions is afflicted with a minimal error.
If a sub-machine with two or more graphing units is used, these graphing units are set shifted by appropriate angles.
In Fig. 2 the field of view of the reading microscope of an angle measuring instrument is shown, which has a so-called double circle division and whose graduation marks are divided into three groups. In this case, three index lines are provided in the reading microscope, which are at a distance from one another which corresponds to the division interval of the circular division. With the help of a micrometer of any construction, read the three index lines one after the other and form the arithmetic mean from the readings.
In Fig. 3 the field of view of the reading microscope of another angle measuring instrument is shown, which is designed for reading according to the coincidence method and in which the graduation marks of the circular division are also divided into three or two groups. Here, with the help of a micrometer of any construction, depending on whether the graduation lines are divided into three or only two groups, three or two adjacent graduation lines of the upper graduation are brought to coincidence with the corresponding graduation lines of the lower graduation and then the arithmetic means formed.
In Fig. 4 the field of view of the reading microscope of another angle measuring instrument is shown again, which has a single and a double division. With the help of an optical micrometer of any construction, two or more adjacent graduation lines of the single graduation are brought to the setting with the corresponding lines of the double graduation, depending on whether the graduation lines are divided into two or more groups. The arithmetic mean is then also calculated from the readings.
The circular divisions of the circular division system rotated relative to one another could, however, also have different diameters and each have all graduation marks. In this case, in the field of view of the reading microscope of the angle measuring instrument, depending on whether there are two or three circular divisions, two or three tick marks that belong to different circular divisions and can be used for reading and forming the arithmetic mean value of the reading, on top of each other.