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Optisches Gerät zum Überprüfen eines kleinen Abstandes zwischen zwei Punkten eines
Gegenstandes
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Gerät zum Überprüfen eines kleinen Abstandes zwischen zwei Punkten eines Gegenstandes, welches zwei optische Systeme zur Erzeugung zweier im Normalzustand des Gerätes koinzidierender Bilder enthält, wobei Einrichtungen zur Verschiebung einiger Glieder der beiden Systeme relativ zueinander zwecks Grobverschiebung der beiden Teilbilder relativ zueinander und Einrichtungen zur Bewegung eines weiteren Gliedes eines der beiden Systeme zwecks Feinverschiebung der beiden Teilbilder relativ zueinander vorgesehen sind.
Es ist bekannt, den Abstand zweier Punkte eines Objektes dadurch zu bestimmen, dass zwei Bilder des
Objektes erzeugt und diese zwei Bilder relativ zueinander so lange verschoben werden, bis das Bild des einen Punktes mit dem Bild des andern Punktes koinzidiert. Die Verschiebung der beiden Bilder ist dann dem Abstand der beiden Punkte gleich. Liegen die beiden Punkte auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes, so stellt ihr Abstand die Dicke des Objektes dar. Deshalb kann die Methode z. B. zur Bestimmung von Durchmessern benützt werden.
Es kann wünschenswert sein, festzustellen, ob der Abstand der Punkte oder die Grösse der gemessenen Durchmesser bei einer Anzahl von Objekten innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Diese Aufgabe wird z. B. beim Vergleich mehrerer nahezu identischer Objekte gestellt, bei der Kontrolle in Fabriken oder beim Zählen einer Vielzahl von Teilchen, z. B. Staubteilchen, welche innerhalb gewisser Grenzen hinsichtlich ihrer Grösse liegen. Der Apparat wird somit auch in Form einer "Grenzkaliber"-Lehre für die Kontrolle des Abstandes zwischen Objektpunkten oder für die Kontrolle der Objektdicke benötigt. Die Abstände bzw. die Dicken sind hiebei klein.
Die Erfindung setzt es sich zum Ziel, ein Gerät der eingangs genannten Art zu einer solchen Grenzlehre auszugestalten. Dies erfolgt dadurch, dass das weitere Glied in eine derart oszillierende Bewegung versetzbar ist, dass die beiden Teilbilder gegeneinander zwischen zwei bestimmten Relativlagen hin- und herpendeln.
Um die Entfernung zwischen zwei Punkten zu überprüfen, werden die ersten Glieder so lange verschoben, bis sich die Bilder der beiden Punkte beinahe decken, und hernach werden die zweiten Glieder zwischen den gewählten Stellungen hin-und herbewegt. Diese Bewegung verursacht ein Oszillieren der Bilder zwischen den zwei gewählten Stellungen. Wenn die Bilder der beiden Punkte koinzidieren, sobald sich die Bilder in einer der beiden gewählten Stellungen befinden, oder in manchen Fällen, wen sich die Bilder zwischen den beiden gewählten Stellungen bewegen, so liegt der Abstand zwischen den zwei Punkten innerhalb der vorgewählten Grenzen.
Das Gerät kann deshalb zur Bestimmung, ob der Abstand zwischen zwei korrespondierenden Punkten bei einer Vielzahl von Objekten innerhalb gewisser Grenzen bleibt, benützt werden.
Die zweiten Komponenten können zwischen verschiebbaren Anschlägen hin-und herbewegt werden, um die gewählten Stellungen und damit die oben erwähnten Grenzen zu verändern. Die Hin- und Herbewegung kann entweder manuell oder automatisch erfolgen.
Zum besseren Verständnis soll nun die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigt Fig. l einen Aufriss eines Ausführungsbeispieles, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 einen Seitenriss zusammen mit einem Schaltschema der zugehörigen elektrischen Einrichtungen.
Der in den beiden Figuren dargestellte optische Apparat wird von einem Gehäuse 1 umschlossen, welches derart gestaltet ist, dass es auf den Tubus 2 eines Mikroskops üblicher Bauform aufgesetzt werden kann, und ein Okular 3 in einer geeignet angeordneten Öffnung 4 enthält. In dem Gehäuse befinden sich zwei Prismengruppen 5, 6, welche aus je einem Rhomboidprisma 7, 8 und je einem an einem Ende dieses angekitteten rechtwinkeligen Prisma 9, 11 bestehen. Die Trennflächen zwischen den Rhomboidprismen und den rechtwinkeligen Prismen sind teilreflektierend ausgebildet, z. B. durch einen teilweise reflektieren- den Metallbelag auf den Prismenflächen. Die Prismengruppen sind derart angeordnet, dass ihre Hauptachsen in der Normallage zueinander parallel orientiert sind.
Sie können mittels beliebiger Antriebe um eine vertikale Achse 14 relativ zueinander verdreht werden. Zwei optisch planparallele Glasplatten 16, 17
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sind zwischen den Enden der Prismengruppen angeordnet und können um die Achsen 18 bzw. 19 verdreht werden.
Die Pfeile deuten den Lichtstrahlenverlauf bei Betrachtung eines Gegenstandes durch das Mikroskop an. Der Strahl wird zum Teil an der Trennfläche 13 reflektiert und in zwei Teilstrahlen aufgespaltet.
Der eine verläuft durch das Rhomboidprisma 8, wird an dessen Endfläche reflektiert und gelangt durch das rechtwinkelige Prisma 9 und dessen Trennfläche 12 in das Okular 3. Der zweite Teilstrahl tritt durch die Trennfläche 13 hindurch, verlässt das rechtwinkelige Prisma 11 und gelangt in das Rhomboidprisma 7.
In diesem wird er nach innen zur Trennfläche 12 und an dieser zum Okular 3 reflektiert. Wenn die beiden Prismengruppen 5, 6 zueinander parallel liegen, fallen die von den beiden Teilstrahlen gebildeten Bilder zusammen. Werden die Prismengruppen jedoch gegeneinander um die Achse 14 verschwenkt, so verschieben sich die beiden Bilder gegeneinander, u. zw. in einer Richtung, welche bei kleinen Relativdrehungen der Prismen auf die Zeichenebene der Fig. 1 senkrecht steht.
Eine Drehung der beiden Planparallelplatten 16, 17 um eine zu den Teilstrahlenbündeln senkrechte Achse verschiebt ebenfalls die beiden Teilbilder gegeneinander um einen Betrag, der vom Drehwinkel, der Dicke und dem Brechungsindex jeder Glasplatte abhängt.
Um festzustellen, ob die Grösse einer Vielzahl von Teilen innerhalb gewisser Grenzen liegt, wird einer dieser Teile in die Stellung des Objektes 15 gebracht, und die beiden Bilder dieses Teiles werden durch Drehung der Prismengruppen 5, 6 so lange verschoben, bis diametral gegenüberliegende Punkte dieses Teiles sich im wesentlichen decken. Die Feineinstellung der Bildlage kann durch Drehung einer oder beider Glasplatten 16, 17 um deren Achsen bewirkt werden. Werden die beiden Glasplatten zwischen zwei festgelegten Winkelstellungen bewegt und koinzidieren in irgendeinem Augenblick dieser Bewegung die korrespondierenden Punkte der zwei Teilbilder, so erkennt man daraus, dass die Dicke des Teiles innerhalb gewisser bestimmter Grenzen liegt. Auf diese Weise kann mit dem vorliegenden Apparat die Dicke einer Vielzahl von Teilen gleicher Grösse überprüft werden.
Die Glasplatten 16, 17 können manuell zwischen Anschlägen bewegt werden. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser ist an der Welle 19 ein Arm 21 befestigt, welcher sich frei zwischen einem am Gehäuse fixierten Anschlag 22 und einem beweglichen Anschlag 23 bewegen kann. Die Stellung des beweglichen Anschlages wird mittels eines Mikrometers 24 eingestellt. Eine Änderung der Einstellung des Mikrometers 24 steuert die Winkelbewegung der Platte 17 sehr genau.
Die Drehung der Welle 19 kann durch das dargestellte elektrische System gesteuert werden. Dieses System enthält zwei Elektromagnete 25, 26, welche mit den Jochen 27 bzw. 28 verbunden sind. Wenn einer dieser Magnete von Strom durchflossen wird, zieht er den Arm 21 an, weshalb sich dieser Arm gegen einen der beiden Anschläge 22, 23 bewegt. Werden die Magnete abwechselnd von Strom durchflossen, so wird der Arm zu einer oszillierenden Bewegung veranlasst.
Durch mehrmaliges Hin- und Herschwingen des Armes 21 zwischen festliegenden Anschlägen können die Durchmesser vieler Teile sehr schnell überprüft werden. Vorzugsweise soll die Schwingung des Armes 21 derart verlaufen, dass die Platte 17 die meiste Zeit ihrer Bewegung in ihren zwei Extremlagen verbringt, und nur eine kurze Zeitspanne für den Übergang von der einen in die andere Lage benötigt.
Wenn die Platte 16 eine ähnliche Bewegung ausführen soll, so kann sie von einer ähnlichen Einrichtung gesteuert werden.
Eine elektrische Scbaltung, welche die erwünschte Form der Oszillation des Armes 21 bewirkt, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltung umfasst zwei feste Widerstände Rl, R2, zwei veränderbare Widerstände R3, R4, zwei Kondensatoren Cl, C2 und zwei Transistoren Tl, T2, welche in der dargestellten Weise zwischen die Stromzuführungen Ll, L2 eingeschaltet sind.
Typische Werte für die Dimensionierung der Schaltelemente sind die folgenden : R1, R2............. 4, 7 k Q
EMI2.1
Cl, C2............. 25 ! L F Mit Magnetspulen von 1700 Ohm Widerstand in jedem der Elektromagnete 25, 26 und einer Spannung von 24 Volt zwischen den Zuleitungen Lijf, L2 und den oben angeführten Dimensionen für die Schaltelemente kann die Frequenz der Schwingung der Platte zwischen 5 und t Hertz verändert werden.
Wenn die Platte 17 nicht schwingen soll, kann der Arm 21 durch eine geeignete Feder gegen den beweglichen Anschlag gedrückt werden.
Durch den soeben beschriebenen Apparat wird eine Vorrichtung zum Überprüfen kleiner Abstände zwischen korrespondierenden Punktpaaren auf einer Vielzahl von Gegenständen oder zum Überprüfen der Dicke bzw. des Durchmessers von Teilen geschaffen.
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