DE1181437B

DE1181437B - Device for reading on graduation marks

Info

Publication number: DE1181437B
Application number: DEV19489A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Poppe; Edwin Moche
Original assignee: Feinmess Dresden GmbH
Current assignee: Steinmeyer Mechatronik GmbH
Priority date: 1960-10-14
Filing date: 1960-10-14
Publication date: 1964-11-12

Description

Vorrichtung zum Ablesen an Strichteilungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablesen an Strichteilungen, wie sie beispielsweise bei der Koordinateneinstellung von Maschinen oder Geräten über Strichteilungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen benutzt wird; zum Einfangen des Teilstrichbildes dient dabei eine verstellbare und mit einer Feinanzeigevorrichtung gekoppelte Einstellmarke. Bekannte derartige Geräte, bei denen hohe Genauigkeiten verlangt werden, zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Beseitigung von Fehlern, die den in den Geräten eingebauten Feinanzeigevorrichtungen noch anhaften.Device for reading graduation marks The invention relates to a device for reading line divisions, as for example in the Coordinate setting of machines or devices by means of graduations, in particular used in machine tools; serves to capture the tick image an adjustable setting mark coupled with a fine display device. Known devices of this type, where high levels of accuracy are required, show various ways of eliminating errors that are similar to those built into the devices Fine display devices are still attached.

Es sind Geräte bekannt, bei denen die Einstellmarke mittels eines Exzenterringes verschoben wird, der zur Anzeige der Verschiebungsgröße mit einer Kreisskala verbunden ist. Weiterentwickelte Geräte haben Schraubtriebe oder Kurvenringe, bei denen die Kurvenabstände zum Drehmittelpunkt linear mit dem Drehwinkel ansteigen. Diese letzteren Ausführungen gestatten es gegenüber der erstgenannten, die Kreisskalen linear zu teilen, zeigen jedoch bei ihrer praktischen Verwirklichung immer noch Fehler in Größenordnungen, die noch nicht befriedigen können. Eine Korrektur bzw. eine ungleichmäßige Teilung der Kreisskala ermöglicht zwar über einen festliegenden Bereich, die Fehler zu kompensieren, verteuert jedoch das Gerät erheblich. Eine andere bekanntgewordene Methode zur Steigerung der Genauigkeit dieser Geräte besteht darin, daß Kurven verwendet werden, die nur auf einem Teil ihres Umfanges radial ansteigen, und daß im übrigen die Kurve oder die Kreisskala in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen relativ zur Drehachse der Kurve bzw. Kreisskala verstellbar ausgebildet ist. Mit dieser Methode ist es möglich, die Fehler des Anfangs- und Endbereiches und eines Zwischenbereiches zu beseitigen und die den Zwischenwerten anhaftenden Fehler zu verkleinern.There are devices known in which the setting mark by means of a Eccentric ring is moved to display the displacement size with a Circular scale is connected. More developed devices have screw drives or cam rings, where the curve distances to the center of rotation increase linearly with the angle of rotation. These latter versions allow it, compared to the former, the circular scales linearly divide, however, still show in their practical realization Errors on the order of magnitude that are not yet satisfactory. A correction or an uneven division of the circular scale allows over a fixed However, the area to compensate for the errors makes the device considerably more expensive. One there is another known method of increasing the accuracy of these devices in that curves are used which are only radial on part of their circumference rise, and that the rest of the curve or the circular scale in two perpendicular to each other lying directions relative to the axis of rotation of the curve or circular scale adjustable is trained. With this method it is possible to correct the errors of the initial and End range and an intermediate range and the intermediate values to reduce adherent errors.

Weiter sind Ableseeinrichtungen bekannt, bei denen auf der Mattscheibe eine Spirale und eine Kreisteilung angeordnet sind und der Drehpunkt der Spirale vom Pol derselben verschieden ist. Der Abstand zwischen den zwei letztgenannten Punkten wird. so bestimmt, daß der diesen Geräten eigentümliche theoretische Ablesefehler für eine bestimmte Amplitude der Drehbewegung der Spirale zu Null wird, und zwar vorzugsweise für die dem größten Fehler entsprechende Amplitude.Readers are also known in which on the ground glass a spiral and a circle division are arranged and the pivot point of the spiral is different from its pole. The distance between the latter two Will score. so determined that the theoretical reading error peculiar to these devices becomes zero for a certain amplitude of the rotational movement of the spiral, namely preferably for the amplitude corresponding to the largest error.

Ein Fehler, der bei den genannten Einrichtungen .weiter störend in Erscheinung tritt, ist die - Verzeichnung, die durch die Projektionssysteme auftritt. Die kissenförmige Verzeichnung kommt durch das Anwachsen des Abbildungsmaßstabes nach dem Bildfeldrande hin zustande und tritt vor allem dann nachteilig in Erscheinung, wenn der Meßhub innerhalb des Projektionsfeldes verschbben wird und dadurch zur optischen Achse des Projektionssystems unterschiedliche Lagen-einnimmt Da die Verzeichnung selbst bei gut korrigierten Objektiven meist außer für. eine Hauptstrahlneigung noch' Zononrestfelder aufweist, wird z. B.. üblicherweise für die Profilprojektion - mit wm-Toleranzen das Objekt selbst meßbar auf einem Koordinatentisch verschoben. Dieses Verfahren ist genauer als das Ausmessen auf dem Bildschirm, da die Verzeichnungsfehler der Optik nicht mit ,in die Messung eingehen, denn man verwendet zum Einstellen des Anfangs und Endes der Meßstrecke stets dieselbe Stelle in der Mitte des Bildes. Sollen die durch die Verzeichnung verursachten Fehler in zulässigen Grenzen gehalten werden, müßten Objektive mit nur 0,5 %0 Randverzeichnung gefordert weiden, Während man sich vergleichsweise bei guten' Objektiven mit 3 % Verzeichnungsfreiheit begnügt. Dies läßt den Aufwand erkennen, der beim Einsatz derart hochgezüchteter Objektive erforderlich würde.' Um den Einfluß -der Verzeichnung bei Ablesevorrichtungen für Strichteilungen einzuschränken, ist es neben den genannten Korfektureinrichtungen bekannt, den Bereich, indem eine Symmetrieeinstellung der Teilstriche vorgenommen wird, beispielsweise durch einen zusätzlich durch den Einstellbereich verlaufenden Doppelstrich zu begrenzen. Durch diese Maßnahme wird zwar auch' der Fehlereinhuß, der durch die Krümmung der Tfstriche entsteht, herabgedrückt, jedoch noch nibnt@ der Verzeichnungsfehler selbst behöben: Ferner sind Ablesegeräte bekannt, bei denen der Einfiuß der Verzeichnung durch Anwendung des Zielstrahlprinzips ausgeschaltet wird. Geräte dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß der Maßstab in einem nur sehr kleinen Ausschnitt beobachtet werden kann. Es erscheint also z. B. nur etwa 1 mrri der Maßstaboberfläche im Zielstrahlsehfeld. Bei den im praktischen Betrieb sehr oft auftretenden hohen Verstellgeschwindigkeiten sind dann im Sehfeld die Meßwerte nicht mehr genau abzulesen; -da sie dieses zu schnell durchlaufen.A bug that was troublesome in the facilities mentioned The phenomenon that occurs is the distortion that occurs through the projection systems. The pincushion distortion comes from the increase in the image scale towards the edge of the image field and is particularly disadvantageous in appearance, if the measuring stroke is shifted within the projection field and thereby to The optical axis of the projection system assumes different positions because the distortion even with well corrected lenses mostly except for. a principal ray inclination still 'has residual Zonon fields, z. B .. usually for profile projection - With wm tolerances, the object itself can be measured on a coordinate table. This method is more precise than measuring on the screen, because of the distortion errors the optics are not included in the measurement, because you use it for setting the beginning and end of the measuring section always have the same point in the center of the image. Should the errors caused by the distortion be kept within permissible limits lenses with only 0.5% 0 edge distortion would have to be required, while comparatively with good 'lenses you are satisfied with 3% freedom from distortion. This shows the effort involved in using such sophisticated lenses would be required. ' To the influence of distortion in reading devices for It is important to limit the division of lines in addition to the above-mentioned corporations known the area by adjusting the symmetry of the tick marks is, for example, by an additional running through the setting range Limit double bar. This measure also eliminates the influence of errors, which is created by the curvature of the door lines, pressed down, but still nibnt @ fix the distortion error yourself: Readers are also available known, in which the influence of the distortion by applying the aiming beam principle is turned off. However, devices of this type have the disadvantage that the scale can only be observed in a very small section. So it appears z. B. only about 1 mrri of the scale surface in the target beam field of view. In the practical Operation very often occurring high adjustment speeds are then in the field of view the measured values can no longer be read accurately; -because they go through this too quickly.

Bei der Zeichnung mittels Hohlspiegel entstehen durch fehlerhafte Strahlenvereinigung Koma und sphärische Abberation. Um diese Abbildungsfehler zu beseitigen, wurde von Schmidt im Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels eine Korrektionsplatte angeordnet. Die achsennahen Zonen dieser Platte wirken sammelnd. Mit größer werdendem Abstand von der Achse nimmt diese Wirkung immer mehr ab, um am Rande zu verschwinden oder bei von vornherein schwächerer sammelnder Wirkung in Achsennähe am Rand in eine Zerstreuende überzugehen. Die Anwendung von Schmidt-Korrektions-Platten ist bekannt beispielsweise bei mit Hohlspiegel arbeitenden astronomischen und Erdfernrohren und ferner bei Bildwandlerröhren.When drawing with a concave mirror, incorrect Combination of rays coma and spherical aberration. To these aberrations too eliminate, Schmidt installed a correction plate in the center of curvature of the concave mirror arranged. The near-axis zones of this plate have a collecting effect. With growing At a distance from the axis, this effect decreases more and more, only to disappear at the edge or if the collecting effect is weaker from the start near the axis at the edge in to pass a distracting one. The use of Schmidt correction plates is known, for example, from astronomical and terrestrial telescopes that work with concave mirrors and also with image converter tubes.

Bei elektrischen Lichtzeigerinstrumenten mit auf einem Zylindermantel aufgebrachten Skalen ist bekannt, den in den elektrischen Meßwerken auftretenden Unterschied der Spiegelausschläge im Anfangs- und Endbereich durch Einschaltung einer Zylinderlinse, deren Innenfläche die optische Wirkung Null hat, zu kompensieren, wobei die Achse der Nullfläche mit der Kippachse des Spiegels und der Achse der Zylinderskala zusammengelegt ist. Eine derartige Anordnung eignet sich nicht zur Beseitigung der Verzeichnung, die bei der optischen Projektion auf eine ebene Abbildungsfläche entsteht.With electric light pointer instruments on a cylinder jacket applied scales is known, those occurring in the electrical measuring mechanisms Difference in the mirror deflections in the beginning and end area due to switching on to compensate a cylindrical lens, the inner surface of which has the optical effect zero, the axis of the zero surface with the tilt axis of the mirror and the axis of the Cylinder scale is collapsed. Such an arrangement is not suitable for Elimination of the distortion that occurs with optical projection onto a flat imaging surface arises.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, durch ein leicht herzustellendes und justierendes Element in optischen Feinableseeinrichtungen Fehler zu kompensieren, die infolge der Verzeichnung auftreten, wenn sich die Lage des Meßhubes innerhalb des Anzeigefeldes verschiebt.The invention has the object of being easy to manufacture and adjusting element in optical precision reading devices to compensate for errors, which occur as a result of the distortion when the position of the measuring stroke is within of the display field.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß unmittelbar unterhalb der mikrometrisch verstellbaren Einstellmarke der Ablesevorrichtung ein optisches Korrekturglied angeordnet ist, dessen Mittelzone als Planparallelplatte ausgebildet und dessen Randzone Teil eines Zylinders oder eines Kreisringes ist, und daß der Krümmungsmittelpunkt für die Randzone senkrecht unterhalb der tJbergangsstelle der Mittelzone und Randzone liegt und die gekrümmte Fläche der Randzone unmittelbar in die Ebene der Mittelzone übergeht.According to the invention this is achieved in that immediately below the micrometrically adjustable setting mark of the reading device an optical one Correction member is arranged, the central zone of which is designed as a plane-parallel plate and whose edge zone is part of a cylinder or a circular ring, and that the Center of curvature for the edge zone vertically below the transition point of the Central zone and edge zone and the curved surface of the edge zone immediately merges into the plane of the central zone.

Durch die Anordnung des die kissenförmige Verzeichnung des Projektionssystems kompensierenden Korrekturgliedes unmittelbar unter der Mattscheibenebene wird erreicht, daß die die Korrektur ergebende Ausbildung des Korrektionsgliedes Abmessungen erhält, die praktisch leicht herstellbar sind, da die zu erzielenden Dickenunterschiede nicht nur wenige hundertstel Millimeter betragen wie bei der Schmidtsehen Korrektionsplatte für Hohlspiegel, die dabei im Abstand der zweifachen Brennweite vom Hohlspiegel entfernt liegen und zur Beseitigung des Koma und der sphärischen Aberration dienen. Ferner wirken sich Fehler in der Form der im Vergleich zur Schmidtschen Korrekturlinse gröber geformten Platte nur noch gering aus. Des weiteren läßt sich die erfindungsgemäße Platte sehr leicht und genau unter der Mattscheibe auf das Zentrum der Verzeichnung ausrichten, wohingegen eine Anordnung der Korrekturlinse im Abstand der zweifachen Brennweite vom Linsenscheitel eine überempfindlichkit in der Justierung ergibt, da schon sehr geringe seitliche Verschiebungen große Auslenkungen ergeben.Due to the arrangement of the pillow-shaped distortion of the projection system compensating correction element directly below the ground plane is achieved, that the design of the correction link resulting in the correction is given dimensions, which are practically easy to manufacture because of the differences in thickness to be achieved not just a few hundredths of a millimeter as with the Schmidt correction plate for concave mirrors, which are at a distance of twice the focal length from the concave mirror away and serve to remove coma and spherical aberration. Furthermore, errors in the shape of the compared to Schmidt's correction lens have an effect coarser shaped plate only slightly. Furthermore, the inventive Plate very lightly and exactly under the focusing screen on the center of the distortion align, whereas an arrangement of the correction lens at a distance of twice Focal length from the apex of the lens results in an oversensitivity kit in the adjustment, because even very small lateral displacements result in large deflections.

Durch die Erfindung wird auf eine einfache Weise die Genauigkeit der Geräte gesteigert und deren Justierung wesentlich erleichtert.The invention in a simple manner the accuracy of the Devices increased and their adjustment made much easier.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar stellt dar F i g. 1 vereinfacht den prinzipiellen Aufbau eines Ablesegerätes nach der Erfindung, F i g. 2 die Wirkungsweise des optischen Korrekturgliedes.The invention is explained with reference to the drawings. In the drawings an embodiment of the invention is shown, namely FIG. 1 simplifies the basic structure of a reading device according to the invention, F i g. 2 the mode of operation of the optical correction element.

Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten Ablesevorrichtung wird zum möglichst genauen Einstellen ein im Auflicht beleuchteter Ausschnitt der Millimeterteilung eines Grundmaßstabes 1 über den Halbspiegel 2, ein nichteingezeichnetes Objektiv und den Spiegel 3 in das Ablesefenster 4 des Gerätes projiziert. Im Ablesefenster 4 ist über den Spiraltrieb 5 das Feld 6 mit der darin angebrachten Einstellmarke zu verschieben. Das Maß der Verschiebung wird im Feld 7 durch Ablesen an der dorthin vergrößert abgebildeten Feinskala 8 abgelesen.- Feinskala 8 und Feld 6 werden bei Betätigung des Spiraltriebs 5 gemeinsam mit dem Führungsbolzen 9 verschoben. Das Feld 6 ist jedoch auch unabhängig von der Fein. Skala 8 mit einem nicht besonders dargestellten Trieb auf den Führungsbolzen 9 verschiebbar. Unmittelbar unterhalb des Feldes 6 ist, sich über die Länge des Feldes 4 erstreckend, das Korrekturglied 10 angeordnet, dessen Mittelzone eine Planparallelplatte und dessen Randzone den Teil eines Zylinders oder Kreisringes bildet, wobei der Krümmungsmittelpunkt für die Randzone senkrecht unterhalb der übergangsstelle der Mittelzone zur Randzone liegt und die gekrümmte Fläche der Randzone unmittelbar in die Ebene der Mittelzone übergeht. Die Wirkungsweise des Korrekturgliedes 10 läßt F i g. 2 erkennen. Zur Grobeinstellung werden bei dem Gerät die Enden der 10-mm-Striche und die dazu gehörigen Zahlen mittels eines nicht besonders eingezeichneten optischen Systems in ein Mattscheibenablesefenster 11 projiziert, das auf einer Seite zur Unterteilung einen Rechen mit 10 Intervallen aufweist. Als Abschluß des Gerätes nach unten und zur Ausleuchtung des Rechens ist dicht über dem Grundmaßstab 1 eise Glasscheibe 12 angebracht, deren Teil 13 verspiegelt ist. Die Verspiegelung 13 deckt den Grundmaßstab 1 so ab, daß nur die Enden der Zehnerstriche und die dazu gehörigen Ziffern frei bleiben und leitet das von der Lampe 14 über den Spiegel 15 und den Halbspiegel 16 kommende Licht zur Ausleuchtung des Rechens mit dem Maßstabbild über das nicht eingezeichnete optische System in das Ablesefenster 11.In the case of the in FIG. 1 is shown schematically reading device For the most precise setting possible, a section of the millimeter graduation illuminated in incident light a basic scale 1 via the half mirror 2, a lens that is not drawn in and the mirror 3 is projected into the reading window 4 of the device. In the reading window 4 is via the spiral drive 5 the field 6 with the setting mark attached therein to move. The amount of the shift is shown in field 7 by reading it there Read off the enlarged fine scale 8 - Fine scale 8 and field 6 are shown at Actuation of the spiral drive 5 moved together with the guide pin 9. That However, field 6 is also independent of the fine. Scale 8 with one not particularly The drive shown can be displaced on the guide pin 9. Immediately below of the field 6, extending over the length of the field 4, is the correction element 10 arranged, the center zone of which is a plane parallel plate and the edge zone of the Forms part of a cylinder or circular ring, the center of curvature for the edge zone vertically below the transition point from the central zone to the edge zone and the curved surface of the edge zone is directly in the plane of the central zone transforms. The mode of operation of the correction element 10 can be F i g. 2 recognize. To the The ends of the 10 mm lines and the associated lines are roughly adjusted on the device Numbers by means of an optical system not specifically shown in a focusing screen reading window 11 projected, that on one side for subdivision a rake with 10 intervals having. As a conclusion of the device down and to illuminate the rake is just above the basic scale 1 iron pane of glass 12 is attached, the part 13 of which is mirrored is. The mirror coating 13 covers the basic scale 1 so that only the ends of the Ten lines and the corresponding numbers remain free and derives from the Lamp 14 through the mirror 15 and the half mirror 16 coming light for illumination of the rake with the scale image via the optical system (not shown) in the reading window 11.

Claims

Claim: Device for reading line divisions by capturing the graduation image by means of an adjustable setting mark coupled with a fine display device, characterized in that an optical correction element (10) is arranged immediately below the micrometrically adjustable setting mark, the center zone of which is designed as a plane-parallel plate and the edge zone of which is part of a cylinder or a circular ring, and that the center of curvature for the edge zone lies vertically below the transition point of the middle zone to the edge zone and the curved surface of the edge zone merges directly into the plane of the middle zone. Documents considered: Deutsche Palentsohrifte No. 728 635, 911548, '@. 971054; German interpretative document No. 1084 034; German patent application p 11357IX / 42d (published on June 28, 1951), H 180811X / 42b (published on June 2, 1955); U.S. Patent No. 2,459,637; H. N auman n, "Optics for Constructors", 1949, p. 31, p. 53 to 55.