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Optischer Feintaster
Die Erfindung betrifft einen optischen Feintaster
zum Messen mit Interferenzerseheinungnn, bei dem die eine Reflexionsfläche eines
Miehelson-Interferometers durch das Tastglied verschiebbar ist.
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Bei einem bekannten Feintaster dieser Art wird die durch die Verschiebung
der genannten Reflexicnsfiäche bewirkte Streifenauswanderung durch eine Schwingblende
abgetastet. Eine photoelektrische Meßein,richtung, welche auf derart erzeugte Impulse
anspricht, gibt den Meßwert an. Diese Einrichtung ist recht kompliziert, da sie
einen großen mechanischen und elektrischen Aufwand erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfaclleren Mitteln Meßwerte höchster
Genauigkeit bei einem Feintaster zu erzielen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die als Vergleichsfläche
dienende Refiexionsfläche des Interferometers zur Erzielung einer Kompensationsmessung
meßbar mikrometrisch verschiebbar ausgebildet wird. Zur Messung werden jetzt die
erzeugten Interferenzstreifen beobachtet.
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Die Vergleichsfläche wird so lange der durch das Tastglied verschobenen
Fläche nachgefährt, bis die Interferenzstreifen wieder ihre Ausgangslage eingenommen
haben. Am Mikrometer kann dann der Verschiebungsweg als Meßgröße abgelesen werden.
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Kompensationsmessungen der beschriebenen Art sind bekannt. Sie sind
jedoch bisher nicht in Verbindung mit Feintastern zu dem genannten Zweck verwendet
worden.
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Die Verwendung von Interferenzerscheinungen für Längenmessungen ist
auch bei einem anderen Gerät bekanntgeworden. Dieses erzeugt zunädist Interferenzstreifen
bei Einlegen eines Vergleichsstückes. Gleichzeitig wird hier das Licht in sein Spektrum
zerlegt. Durch Auszählen der Zahl der schwarzen Interferenzstreifen in jeder Spektralfarbe
wird die Länge des Verg,leithsstückes fixiert.
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Anschließend wird an dile Stelle des Vergleichsstückes das Meßstück
gebraclot. Zeigen M,eßstück und Vergl eichsstück Längendifferenzen, dsnn ändert
sich die Zahl der Interferenzstre,ifen in jeder Spektralfarbe. Die Zahl der schwarzen
Interferenzstreifen in jeder Spektralfarbe ist deshalb zur Ermittlung der Längendifferenzen
sowohl bei eingelegte Vergleichsstück als auch bei eingelegtem Meßstück zu zählen.
Dieses Verfahren ist umständlich und zeitraubend und eignet sich deshalb bestenfalls
für Einzelmessiingen. Im Gegensatz dazu kann durch einfache mikrometrische Nachführung
der Vergleichsfläche bei dem Gerät nach unserer Erfindung in bequemer und zuverlässiger
Weise die Messung durchgeführt und das Ergebnis am Mikrometer abgelesen werden.
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Zweckmäßig wird die Vergl eichsfläche senkrecht zur optischen Achse
verschoben, und sie bildet einen Winkel mit ihrer Verschiebnnusrfchtun.
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Zum Tlei-sntel kann sie zu diesem 7werk entlang einer Keilfläcihle
verschivehbar sein. Hierdurch wird die Bewe.gunzsgröße des Mikromieters entsnrechend
dem eewät}rlten Winkel in eine RewegunC der VeruleicEsfläche in Richtung der auf
sie fallenden Lichtstrahlen untersetzt. Auf diese Weise ist eine sehr große Ablesegenauigkei
t gewährleistet.
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Ist die durch die Keilfläche bewirkte Untersetzung z. B. 1 : IOO
und zeigt das Mikrometer 1/ion mm an, so entspricht der Mikrometerdrehung um ein
Intervall eineVergleichsspiegelverschiebung um t/íOOoO mm.
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Das Gerät mißt also derartige Verstellbeträge des Tastgliedes ohne
weiteres.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine der reflektierenden
Flächen unterteilt, und zwar derart, daß der eine Teil bezogen auf den einfallenden
Lichtstrahl eine andere Neigung als der andere Teil aufweist. Es entstehen dann
Keilinterferenzen bei zwei verschiedenen Keilwinkeln. Im Gesichtsfeld sieht man
deshalb entsprechend zwei Interferenzstreifenbilder, die sich durch den Abstand
der Interferenzstreifen voneinander unterscheiden.
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Das eine Interferenzstreifenbild kann für eine Grobeinstellung benutzt
werden und das andere für die Feineinstellung.
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Um die Nullstreifen erkennbar zu machen, beobachtet man vorteilhaft
mit weißem Licht. In diesem Fall kann man den Bereich der Erkennbarkeit der Interferenzen
dadurch erhöhen, daß man in den Strahlengang ein Neophanglas geringer Absorption,
das ist ein Glas mit schwachem Gehalt an Neodym und anderen seltenen Erden, schaltet.
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Damit die Spiegel bei derart kleinen Verschiebungen nahezu trägheitslos
den Verstellbewegungen zu folgen vermögen, außerdem stets parallel zu sich selbst
verschoben werden, sind sie zweckmäßig an Federn befestigt, wobei die Federn die
gegenüberliegenden Seiten eines Parallelogramms bilden und die Spiegel jeweils an
einer der weiteren Parallelogrammseiteti befestigt sind.
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Die Vergleichsfläche kann mit einer Meßuhr verbunden sein, welche
die Verschiebung der Vergleichsfläche unmittelbar anzeigt. Vorteilhaft ist jedoch
eine Meßspindel vorgesehen. Die Meßspindel kann als Kontaktgeber für ein elektrisches
Zählwerk ausgebildet sein, so daß die Ablesung am Zählwerk erfolgt. Um ein derartiges
Zählwerk nicht zu komplizieren, zählt das Zählwerk vorteilhaft nur jeden zehnten
Impuls, und es ist eine Lampenreihe vorgesehen, welche die Zwischenimpulse anzeigt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeipiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. I einen Schnitt durch ein Gerät nach der Erfindung, Fig. 2 eine
geänderte Ausführungsform einer Meßspindel als Kontaktgeber für ein elektrisches
Zählwerk, Fig. 3 das Gesichtsfeld der Vorrichtung nach Fig. I, Fig. 4 ein Schaltschema
eines mit der Meßspindel nach Fig. 2 verbundenen Zählwerks.
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In Fig. 1 ist mit I ein Tastglied bezeichnet, welches auf ein Werkstück
od. dgl. aufgesetzt wird und welches sich entsprechend der Höhe des Werkstückes
relativ zur gesamten Vorrichtung verschiebt. Mit dem Tastglied ist ein Spiegel 2
verhunden, welcher in einem Federparallelogramm aufgehängt ist, welches aus zwei
durchbohrten Blattfedern 3, 4, einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Körper 5,
in dem die Federn 3, 4 eingespannt sind und einen beweglichen Körper 6, welcher
mit dem Spiegel 2 verbunden ist, besteht.
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Diese Aufhängung des Spiegels gewährleistet, daß der Spiegel 2 durch
das Tastglied I stets parallel zu sich selbst verschoben wird. Über dem Spiegel
2 is!t ein Prisma 7 mit halbdurchlässiger Spiegelfläche angeordnet. Ein zweiter
Spiegel 9 ist an einem durch eine Meßspindel 15 verschiebbaren Isörper IO eines
weiteren Federparallelogramms so eingesetzt, daß er mit der Verschiebungsrichtung
1 1 des Körpers IO einen Winkel einschließt.
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Bei Verschiebung des Körpers 10 wird die Spiegelfläche des Spiegels
g in Richtung auf das Prisma 7 parallel zu sich selbst in entsprechender Untersetzung
verlegt.
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Die halbdurchlässige Spiegelfläche 8 sowie die Spiegel 9 und 2 bilden
ein Interferometer vom Michelsonschen Typ. Die Beleuchtung des Interferometers erfolgt
durch eine Lichtquelle I6.
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Zwischen Lichtquelle I6 und Prisma 7 ist ein Neophanglas 17 geringer
Absorption geschaltet, um den Bereich der Erkennbarkeit der Interferenzen zu vergrößern.
Der Spiegel 2 ist unterteilt, und zwar in einen Teil mit fast senkrecht zur Einfallsrichtung
des Lichts liegender Spiegelfläche 18 und in einen Teil mit weniger senkrecht zur
Einfallsrichtung des Lichts liegender Spiegelfläche I9. Im Gesichtsfeld der Einrichtung
entstehen deshalb, wie in Fig. 3 dargestellt, zwei Interferenzstreifenbilder entsprechend
den verschiedenen Keilwinkeln gegenüber der Vergleichsfläche 9. Bewegt sich das
Tastglied in Richtung seiner Achse, dann wandern die weit auseinanderliegenden Interferenzstreifen
in Fig. 3 sehr rasch durch das Gesichtsfeld, wogegen sich die eng beieinanderliegenden.
Interferenzstreifen verhältnismäßig langsam verschieben. Ver-
schiebt
man deshalb mittels bleßspindel I5 den Spiegel g in Richtung des Pfeiles 1 1 zum
Ausgleich der optischen Weglänge, dann wandern die eng beieinanderliegenden Interferenzstreifen
langsam in Richtung auf eine Nullmarke20, die weit auseinanderliegenden Interferenzstreifen
dagegen sehr schnell. Haben die eng beieinanderliegenden Interferenzstreifen die
Marke 20 erreicht, so erscheint im Gesichtsfeld der von zwei dunklen Strichen berandete
Nullstreifen der weit auseinanderl iegenden Interferenzstreifen. Dieser kann sodann
leicht auf die Marke 20 eingestellt werden. Die Verschiebung des Spiegels 2 durch
das Tastglied ist damit kompensiert, und an der Meßspindel kann der Verschiebungsweg
des Spiegels g abgelesen werden. Dieser Verschiebungsweg entspricht der Verstellung
des Tastgliedes. Die Interferenzstreifen können durch eine Linse 34 beobachtet werden.
Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführungsform einer Meßspindel als Kontaktgeber für
ein elektrisches Zählwerk. Der Kern 21 der Meßspindel ist zu diesem Zweck elektrisch
leitend ausgebildet. Im Gehäuse 22 der Meßspindel t5 sind um den Kern 2I herum Lamellen
23 angeordnet. An den Lamellen sind Leitungsdrähte 24 befestigt, und der Kern steht
über einem Schleifkontakt 25 mit einer Hauptleitung 26 in Verbindung. Im Kern 21
ist federnd ein Schleifkontakt 27 eingelassen, welcher je nach Drehstellung des
Kerges 21 die Verbindung der Hauptleitung 26 mit einem der Leitungsdrähte 24 herstellt.
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Fig. 4 zeigt das Schaltschema eines Zählwerks mit einer Spindel nach
Fig. 2. Schließt der Schleifkontakt 27 die Leitung 26 und die oberste der Lamellenleitung
24 kurz so fließt ein Strom von einem Transformator 28 einmal über eine Nulllampe
29 zum Transformator zurück und zum andern über eine Leitung 30 und einen Polwender
31 über ein Zählwerk 32. Schließt der Kontakt 27 die Leitung 26 und die zweitoberste
der Lamellenleitungen 24 kurz, so fließt nur ein Strom über eine Signallampe 33
mit der Ziffer I zum Transformator zurück. Entsprechendes gilt, wenn der Schleifkontakt
27 die Leitung 26 und eine andere Lamellenleitung 24 kurzschließt. Je nachdiem,
auf welche Lamelle der Schleifkontakt 27 zeigt, wird ein Strom über eine der Signallampen
33 mit der Bezifferung I bis g geleitet. Das Zählwerk 32 zählt somit nur jeden zehnten
Impuls, nämlich dann. wenn der Strom über die Signallampe o geht, die Zwischenimpulse
werden von den Signallampen 33 mit der Bezifferung 1 bis g angezeigt. Mit der Meßspindel
I5 ist ein Polwender 3I verbunden, so daß je nach Drehrichtung der Meßspindel das
Zählwerk vor- oder rückwärts geschaltet wird.