CH624758A5 - Arrangement for angular measurement - Google Patents

Description

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. The invention relates to an arrangement for angle measurement, which contains a pitch circle with at least one reading point, which is imaged on at least one photoelectric receiver via an optical micrometer.

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 Strichteilung 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. Hierdurch kommt es zu Messfehlern. Known angle encoders have a pitch circle with a line division and a micrometer for fine angle reading for angle measurement. The micrometer is provided with a line marking which corresponds to a reading point of the line division by capturing the corresponding partial circle line and assigning its position to a micrometer scale. Due to the different spatial arrangement of the graduated circle and micrometer, the optical elements required for imaging the line division and the line marking in a reading eyepiece have different external influences, e.g. mechanical loads. This leads to measurement errors.

Auch bei fotoelektrischer Ablesung der Winkelwerte bleiben diese Messfehler bestehen. Even with photoelectric reading of the angle values, these measurement errors remain.

Andere bekannte Winkelmessgeräte verwenden zur weitestgehenden 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. Über eine elektronische Auswertelogik muss die richtige Zuordnung herausgefunden werden. Other known angle encoders use partial circles with diametrically located reading points, which are imaged on one another, to largely eliminate the partial circle eccentricity. This can be done in opposite directions as well as in parallel. In order to be able to take advantage of the advantages offered by photoelectric evaluation in both possibilities, complex electronics are required for the opposite mapping of the reading points to one another. There are several ways of assigning the reading points in the capture range of the micrometer. The correct assignment must be found out using electronic evaluation logic.

Bei gleichzeitig aufeinander abgebildeten Ablesestellen tritt bei vorhandener Teilkreisexzentrizität die Erscheinung auf, dass 5 die 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 durchlaufende Intervall als Winkelfeinwert abgelesen. Nachtei-îolig macht sich hierbei der unterschiedliche Kontrast der beiden abzubildenden Teilkreisstellen bemerkbar. In the case of reading points mapped to one another at the same time, the phenomenon occurs that the pitch circle eccentricity has the appearance that the pitch circle dashes vary in width across the pitch circle. This graduated circle line, which varies in line width, is captured by a line marking on a micrometer and the interval running through is read off as a fine angle value. The difference in contrast between the two sub-circle points to be imaged is noticeable due to the disadvantage.

Ziel der Erfindung ist es, in einer Anordnung zur Winkelmessung die Einflüsse der Instabilität des Abbildungssystems vom Teilkreis bis zur Bildebene auszuschalten und eine kompli-15 zierte fotoelektrische Auswertung zu vermeiden und 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. The aim of the invention is to eliminate the influences of the instability of the imaging system from the pitch circle to the image plane in an arrangement for angular measurement and to avoid complicated photoelectric evaluation and to create an arrangement for angular measurement in which the graduated lines and measuring mark have the same optical System mapped and measured together with a photoelectric micrometer.

20 Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Bei Verwendung von Teilkreisen mit zwei diametral liegenden Ablesestellen kann der Index in der Nähe einer Ablesestelle angeordnet sein. 20 According to the invention the object is achieved by the characterizing part of patent claim 1. When using partial circles with two diametrically located reading points, the index can be arranged in the vicinity of a reading point.

Vorteilhaft ist es, wenn der Index in der Nähe derjenigen 25 Ablesestelle angeordnet ist, auf die die diametral liegende Ablesestelle abgebildet wird. It is advantageous if the index is arranged in the vicinity of the 25 reading point on which the diametrically located reading point is mapped.

Weiterhin kann der Index, eine Strichplatte in der Nähe einer Ablesestelle so angeordnet sein, als liege er scheinbar in der Ebene der Ablesestelle. Der Index kann zweckmässigerwei-30 se aus mehreren Einzelstrichen nebeneinander bestehen. Furthermore, the index, a graticule near a reading point, can be arranged as if it were apparently in the plane of the reading point. The index can expediently consist of several individual lines next to one another.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielweise näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winkelmessgerätes mit diametralen Ablesestellen und einer er-35 sten möglichen Anordnung des Index Fig. 1 shows the schematic structure of a photoelectric angle measuring device with diametrical reading points and a first possible arrangement of the index

Fig. 2 das Prinzip der Teilkreisablesung Fig. 3 den schematischen Aufbau eines fotoelektrischen Winkelmessgerätes mit einer Ablesestelle Fig. 2 shows the principle of the partial circle reading. Fig. 3 shows the schematic structure of a photoelectric angle measuring device with a reading point

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines Teiles eines foto-40 elektrischen Winkelmessgerätes mit einer zweiten möglichen Anordnung des Index. Fig. 4 shows the schematic structure of part of a photo-40 electrical angle measuring device with a second possible arrangement of the index.

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 opti-45 sches 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 so 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 55 entlang einer Führung 21 bewegt. Der Skala 19 ist ein lichtelektrischer Empfänger 22 als Ableseeinrichtung zugeordnet. In FIG. 1, a light source 1 illuminates a first reading point 4 on a pitch circle 5 via an optical imaging system 2 and a prism 3. This is read into the plane of a second reading point via a prism 6, an optical imaging system 7 and a prism 8 9 shown. The image of the reading point 4 and the reading point 9 pass through a plate 10 with an index 11 and over a prism 12 and are generated by an optical imaging system 13 through an optical wedge 14 as part of a schematically illustrated optical micrometer 15, an optical wedge 16 as a moving part of the micrometer 15 on two photoelectric receivers 17; 18 shown. The optical wedge 16 and a scale 19 assigned to it with an illuminated line division are moved by a motor 20 55 along a guide 21. A photoelectric receiver 22 is assigned to the scale 19 as a reading device.

Bei einer Teilkreisablesung wird die von der Lichtquelle 1 beleuchtete Ablesestelle 4 auf die diametral liegende Ablesestelle 9 gleichläufig abgebildet, was bekannterweise zur Elimi-60 nierung vorhandener Teilkreisexzentrizitäten dient. Der durch die Ablesestellen 4 und 9 gebildete Teilkreisstrich 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 65 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 In the case of a partial circle reading, the reading point 4 illuminated by the light source 1 is imaged in the same direction on the diametrically located reading point 9, which is known to serve to eliminate existing partial circle eccentricities. The partial circle line formed by the reading points 4 and 9 is mapped into the plane of the photoelectric receiver 17 and the index 11 is mapped into the plane of the photoelectric receiver 18. By means of the fixed wedge 14 and the wedge 16 of the optical micrometer 15, which can be adjusted via the motor 20 65, the partial circle line image and the index image are generated over the active surfaces of the photoelectric receivers 17; 18 led. About the photoelectric receiver 22 and the scale 19, their displacement

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der des Keiles 16 gleich ist, erfolgt die Ausmessung des Abstan-des zwischen Teilkreisstrich und Index 11, was die Feinablesung darstellt. An den beiden Anschlagpunkten des Mikrometers 15 wird eine automatische Richtungsänderung durch die Drehsinn-umkehrung des Motors 20 mittels einer der Einfachheit halber nicht mitgezeichneten Steuerlogik vorgenommen. Das optische Mikrometer kann auch als Planplattenmikrometer o.ä. 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. that of the wedge 16 is the same, the distance between the division mark and index 11 is measured, which represents the fine reading. At the two attachment points of the micrometer 15, an automatic change of direction is carried out by reversing the direction of rotation of the motor 20 by means of a control logic not shown for the sake of simplicity. The optical micrometer can also be used as a flat plate micrometer or similar. be executed. The plate 10 can carry one or more index lines and can also be arranged in the vicinity of the reading point 4, it being arranged parallel and perpendicular to the plane of the pitch circle. In dynamic operation, simple photoelectric receivers 17 are sufficient; 18. For larger requirements for accuracy in static operation, it is advantageous to use differential photo receivers.

In Fig. 2 liegen die aktiven Flächen 26 ; 27 der lichtelektrischen Empfänger 17 ; 18 auf einer Achse F-F. 23 und 24 stellen die Bilder zweier Teilkreisstriche und 25 das Bild des Index 11 dar. Durch das optische Mikrometer 15 (s. Fig. 1) werden die Bilder 23 ; 24 der Teilkreisstriche 45 und das Bild 25 des Index 11 über die aktiven Rächen 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 Fläche 27 des Empfängers 18, so stoppt ein von diesem abgegebener elektrischer Impuls den Zählvorgang. 2, the active areas 26; 27 of the photoelectric receiver 17; 18 on an axis F-F. 23 and 24 represent the images of two partial circle lines and 25 the image of the index 11. The optical micrometer 15 (see FIG. 1) images 23; 24 of the dividing lines 45 and the image 25 of the index 11 over the active avenues in the direction of the arrow. When the image 23 reaches the active surface 26 of the receiver 17, it emits an electrical pulse which marks the start of counting of the light pulses supplied by the scale 19 (FIG. 1) on the photoelectric receiver 22 (FIG. 1). The electrical pulses supplied by the photoelectric receiver 22 are counted up by a counter, not shown. If the image 25 now reaches the active surface 27 of the receiver 18, an electrical pulse emitted by the latter stops the counting process.

Die Zählung kann auch mit dem Bild 25 des Index 11 begonnen werden und mit dem Auftreffen des Bildes 24 eines nachfolgenden Teilkreisstriches auf die Fläche 26 enden. Hierbei werden die Lichtimpulse am lichtelektrischen Empfänger 22 in umgekehrter Richtung gezählt. Die aktiven Rächen 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 der Platte 10 mit dem Index 11 (s.Fig. 1) bezüglich des Teilkreises 5 ausgleichen. Mit dem Überstreichen des Bildes 25 des Index 11 über die 5 aktive Räche 27 des Empfängers 18 ist die Ablesung des Winkelgrobwertes auf der Grundlage eines absoluten oder inkre-mentellen Verfahrens gekoppelt. The counting can also begin with the image 25 of the index 11 and end with the image 24 of a subsequent partial circle stroke on the surface 26. Here, the light pulses at the photoelectric receiver 22 are counted in the opposite direction. The active avenges 26; 27 of the photoelectric receiver 17; 18 do not have to lie on a common axis, since a deviation provides a constant amount to the counter. If necessary, this amount can be compensated for by adjusting the plate 10 with the index 11 (see Fig. 1) with respect to the pitch circle 5. When the image 25 of the index 11 is swept over the 5 active areas 27 of the receiver 18, the reading of the coarse angle value is coupled on the basis of an absolute or incremental method.

In Fig. 3 beleuchtet eine Lichtquelle 36 über ein optisches Abbildungssystem 37 und ein Prisma 38 eine Platte 39 mit ei-lo nem Index 40 darauf. Eine Ablesestelle 41 auf einem Teilkreis 42 liegt im gleichen Strahlengang der Lichtquelle 36 wie die Platte 39 mit Index 40. Index 40 und Ablesestelle 41 werden durch ein optisches Abbildungssystem 43 über ein optisches Mikrometer, das dem in Fig. 1 gleicht, auf lichtelektrische Empfän-15 ger ebenfalls analog Fig. 1 abgebildet. 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. In Fig. 3, a light source 36 illuminates a plate 39 with an index 40 thereon via an optical imaging system 37 and a prism 38. A reading point 41 on a pitch circle 42 lies in the same beam path of the light source 36 as the plate 39 with index 40. Index 40 and reading point 41 are measured by an optical imaging system 43 via an optical micrometer, which is similar to that in FIG. 15 ger also shown analogously to Fig. 1. Micrometers and photoelectric receivers are therefore not included for simplicity. The reading is carried out in the same way as shown in FIG. 2 and is therefore not explained again.

In Fig. 4 wurden die Teile, die die gleichen wie in Fig. 1 sind, 2c mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Lichtquelle 1 beleuchtet über das optische Abbildungssystem 2 und das Prisma 3 die Ablesestelle 4. Über dem Teilkreis 5 sind ein Prisma 31, dessen Räche 33 halbseitig mit einem Spiegelbelag 34 versehen ist, und ein Prisma 32 angeordnet. Ein auf dem Prisma 31 angebrachter 25 Index 30 wird durch die Lichtquelle 1 über ein Prisma 28 und eine Kondensorlinse 29 beleuchtet. Der Index 29 und die Ablesestelle 4 werden über das Prisma 6 und das Abbildungssystem 7 gemeinsam wie in Fig. 1 weitergeleitet. Der Index 29 hat von einem Punkt 35 den gleichen Abstand wie die Ablesestelle 4. sc Hierdurch wird erreicht, dass beide, Index 25 und Ablesestelle 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. In Fig. 4, the parts which are the same as in Fig. 1, 2c have been given the same reference numerals. The light source 1 illuminates the reading point 4 via the optical imaging system 2 and the prism 3. A prism 31, the surfaces 33 of which are provided on one side with a mirror coating 34, and a prism 32 are arranged above the pitch circle 5. A 25 index 30 attached to the prism 31 is illuminated by the light source 1 via a prism 28 and a condenser lens 29. The index 29 and the reading point 4 are forwarded together via the prism 6 and the imaging system 7 as in FIG. 1. The index 29 is at the same distance from the point 35 as the reading point 4. sc This ensures that both the index 25 and the reading point 4, viewed from the optical imaging system 13 (FIG. 1), in the plane of the reading point 9 (FIG 1) lie. The photoelectric receivers 17; 18 (Fig. 1) also lie in a common plane.

35 Der Prismenanordnung 31 ; 32 kann auch ein Abbildungssystem 43 nach Fig. 3 mit der dort angegebenen Ablesung folgen. 35 The prism arrangement 31; 32 can also be followed by an imaging system 43 according to FIG. 3 with the reading indicated there.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (7)

624 758624 758 1. Anordnung zur Winkelmessung, die eine Lichtquelle, einen Teilkreis mit mindestens einer Ablesestelle, einen Index in Form eines Striches auf einem optischen Element, ein optisches Abbildungssystem mit einer Objektebene und einer Bildebene zur Abbildung der Ablesestelle über ein optisches Mikrometer auf mindestens einen fotoelektrischen Empfänger in der Bildebene des optischen Abbildungssystems sowie optische Mittel zur Umlenkung der von der Lichtquelle kommenden Strahlenbündel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Objektebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist. 1. Arrangement for angle measurement, which is a light source, a partial circle with at least one reading point, an index in the form of a line on an optical element, an optical imaging system with an object plane and an image plane for imaging the reading point via an optical micrometer on at least one photoelectric receiver in the image plane of the optical imaging system and optical means for deflecting the beams coming from the light source, characterized in that the index is arranged in the object plane of the optical imaging system. 2. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der Objektebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist. 2. Arrangement for angle measurement according to claim 1, characterized in that the index is arranged in the vicinity of the object plane of the optical imaging system. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 2, die einen Teilkreis mit zwei diametral liegenden Ablesestellen, ein zweites optisches Abbildungssystem zur gleichläufigen Abbildung der Ablesestellen aufeinander, mit einer Objektebene und einer Bildebene, die mit der Objektebene des ersten optischen Abbildungssystems identisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der durch die Bildebene des zweiten optischen Abbildungssystems und der Objektebene des ersten optischen Abbildungssystems gemeinsam definierten Ebene angeordnet ist. 3. Arrangement for angle measurement according to claim 2, which has a pitch circle with two diametrically located reading points, a second optical imaging system for the simultaneous imaging of the reading points, with an object plane and an image plane which is identical to the object plane of the first optical imaging system, that the index is arranged in the vicinity of the plane defined jointly by the image plane of the second optical imaging system and the object plane of the first optical imaging system. 4. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Nähe der Objektebene des zweiten optischen Abbildungssystems angeordnet ist. 4. Arrangement for angle measurement according to claim 3, characterized in that the index is arranged in the vicinity of the object plane of the second optical imaging system. 5. Anordnung zur Winkelmessung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Index in der Objektebene des zweiten optischen Abbildungssystems angeordnet ist. 5. Arrangement for angle measurement according to claim 3, characterized in that the index is arranged in the object plane of the second optical imaging system. 6. Anordnung zur Winkelmessung nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Index eine Strichmarkierung auf einem teilverspiegelten Prisma ist. 6. Arrangement for angle measurement according to claims 1 and 5, characterized in that the index is a line marking on a partially mirrored prism. 7. Anordnung zur Winkelmessung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Index aus mehreren benachbarten Strichmarkierungen mit definiertem Abstand besteht. 7. Arrangement for angle measurement according to claims 1 to 6, characterized in that the index consists of several adjacent line marks with a defined distance.