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Einrichtung zur Lagebestimmung und automatischen Registrierung optischer und kristallographischer Kennwerte von Kristallen unter Verwendung eines Mikroskops
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung insbesondere für Polarisationsmikroskope zur
Lagebestimmung und Registrierung linearer oder flächenhafter optischer oder kristallographischer Kennwerte von Kristallen, insbesondere für die Verwendung in den geologischen Wissenschaften.
Zur Lagebestimmung der Kennwerte von Kristallen wird gewöhnlich der Universaldrehtisch nach Fedorow in Verbindung mit einem Polarisationsmikroskop verwendet. Dieser Tisch ist kardanisch nach allen Seiten hin kippbar und ausserdem um die optische Achse des Mikroskops drehbar angeordnet, wobei die Kipp-und der Drehwinkel ablesbar sind. Der Mess-und Registriervorgang wird bei diesen Geräten wie folgt durchgeführt.
Nach Ausrichten dieses Universaldrehtisches in bezug zur jeweiligen Kristallachse werden die Winkelwerte an den Verstellmitteln dieses Tisches abgelesen und zur Registrierung von Hand in das sogenannte Schmidt'sche Netz übertragen. Hiebei können sich sowohl beim Ablesen der Winkelwerte als auch beim Übertragen Fehler einschleichen. Oftmals ist es auch bei bestimmten Einstellungen des Drehtisches sehr schwierig, die Winkelwerte abzulesen, da die Skalen durch Mikroskopaufbauten verdeckt sind oder erst nach Drehung des ganzen Mikroskops ablesbar werden.
Eine weitere Fehlerquelle ergibt sich, wenn die zu messende optische Achse des Kristalls ausserhalb eines Kegels von 1000 liegt, dessen Achse mit der optischen Achse des Mikroskops zusammenfällt, wenn also die Kristallachse zur horizontalen Fläche des Drehtisches einen Winkel < 40 bildet. In diesem Fall muss die optische Achse des Kristalls in eine 900-Stellung zur Mikroskopachse gebracht werden, d. h., dass also eine senkrecht dazu liegende Achse des Kristalls parallel zur optischen Achse des Mikroskops ausgerichtet und entsprechend vermessen werden muss. Diese von der üblichen Messung abweichende Einstellung muss dann bei der Übertragung in das Schmidt'sche Netz durch Addition oder Subtraktion eines Winkels von 900 Berücksichtigung finden, was sehr leicht zu Fehlregistrierungen Anlass geben kann.
Die Registrierung der gemessenen Werte ist äusserst langwierig und ermüdend, da für die Auswertung eines Schliffes eine Vielzahl von Messungen notwendig sind. Bis 100000 Messungen bei einem einzigen Schliff sind keine Seltenheit. Aus diesem Grund ist eine Rationalisierung und Automatisierung der Registrierung dringend notwendig. Zweck der Erfindung ist es daher, die geschilderten Mängel hinsichtlich der Registrierung zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, die von einem Universaldrehtisch eines Mikroskops gelieferten Einstellwinkel automatisch unter Ausschaltung subjektiver Ablese- und Übertragungsfehler auf ein Registriergerät mit wesentlich kürzerem Zeitaufwand zu übertragen.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Lagebestimmung und automatischen Registrierung linearer oder flächenhafter optischer und kristallographischer Kennwerte von Kristallen, insbesondere von Quarzkristallen und Kalzitkristallen, welche ein mit einem Universaldrehtisch ausgerüstetes Mikroskop und eine Fernsteuerung enthält, die aus von Potentiometern beeinflussten
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Brückenschaltungen und von diesen Brücken über Verstärker gesteuerten Stellmotoren und wieder von diesen Motoren beeinflussten auf die Brücken rückwirkenden weiteren Potentiometern besteht, dadurch gelöst,
dass jede Dreh-oder Kippbewegung des Universaldrehtisches mit Hilfe von der Drehachse und den Kippachsen des Universaldrehtisches zugeordneten Potentiometern kontinuierlich über Brücken und über für jeden Motorstromkreis getrennte Verstärkereinrichtungen auf die Stellmotoren übertragbar ist, dass diese Stellmotoren mit über Getriebe mitlaufende auf die Brücken rückwirkende und damit die
Anzahl der Motordrehungen begrenzende und auch deren Drehrichtung bestimmende weiteren
Potentiometern gekuppelt sind, dass in einem Registriergerät einer dieser Stellmotoren den Drehwinkel des Drehtisches auf eine drehbare Diagrammvorlage überträgt und die andern Stellmotoren mittels eines von Gewindespindeln angetriebenen Kreuzschlittens einen Registrierstift in Abhängigkeit von den
Kippwinkeln des Universaldrehtisches mit geringem Abstand über die Diagrammvorlage hinwegbewegen,
wobei die Gewindespindeln einen den Polarkoordinaten der Diagrammvorlage entsprechenden nichtlinearen Steigungsverlauf aufweisen und dass eine Auslöseeinrichtung vorgesehen ist, die nach erfolgter Einstellung des Universaldrehtisches die auf den Registrierstift übermittelte Stellung auf die
Diagrammvorlage überträgt.
Zur Ausmessung solcher Kristalle, deren zu bestimmende Achse so gelagert ist, dass die zur
Verfügung stehende Kippmöglichkeit des Universaldrehtisches nicht ausreicht, sind dem Potentiometer der einen der beiden Kippachsen zwei Schaltkontakte zugeordnet, die je nach Rechts-oder
Linksdrehung dieser Kippachse einzeln geschlossen werden und damit an entsprechenden Stellen der
Steuereinrichtung Widerstände zuschalten, die bei er Bewegung des Kreuzschlittens einen zusätzlichen
Verschiebeweg von plus oder minus 900 bewirken.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Figur im Schema dargestellt.
Das nicht mit gezeigte Einstellgerät, auf dem sich das zu untersuchende Objekt als ein Dünnschliff befindet, ist im Prinzip ein dreiachsiger Universaldrehtisch, dessen eine Achse senkrecht gelagert ist und zur horizontalen Drehung des Drehtisches dient, während die beiden andern Achsen kardanisch zueinander angeordnet sind und zur Kippung des Drehtisches Verwendung finden.
Mit der Drehachse des Drehtisches ist ein Potentiometer--l--und mit den beiden Kippachsen des Drehtisches sind die beiden Potentiometer--l'bzw. l"--gekuppelt. Diese drei Potentiometer sind so beschaffen, dass sich deren Widerstandswerte proportional mit den Drehwinkeln der Drehachse bzw. mit den Kippwinkeln der Kippachsen des Drehtisches ändern.
Beim Ausrichten der Kristalle werden also bei diesen Potentiometern zwangsläufig den Drehwinkeln des Drehtisches proportionale Widerstandswerte eingestellt.
Diesen drei Potentiometern ist je eine Steuereinrichtung--2 ; 2'und 2"--nachgeordnet. In diesen Steuereinrichtungen befinden sich je eine nicht mit dargestellte elektrische Messbrücke. Je ein Widerstandszweig dieser Messbrücken wird durch den eingestellten Widerstand je eines dieser Potentiometer gebildet. Die Steuereinrichtungen sind so ausgebildet, dass bei 0-Stellung dieser Potentiometer, die der Grundstellung des Drehtisches entspricht, von keiner der Messbrücken ein Strom abgegeben wird.
Sobald jedoch bei Verstellung des Drehtisches aus seiner Grundstellung heraus die Potentiometer verändert werden, werden die Messbrücken aus ihrem elektrischen Gleichgewicht gebracht und geben unabhängig voneinander elektrische Ströme ab, deren Polaritäten jeweils von der Verstellrichtung der ihnen zugeordneten Potentiometer --1 ; 1', 1"-- abhängig sind. Diese Ströme werden über Verstärkereinrichtungen--3 bzw. 3'bzw. 3"--zu den den einzelnen Steuereinrichtungen zugeordneten Umkehrmotoren--4 bzw. 4'bzw. 4"--geleitet, deren Drehrichtungen von der jeweiligen Dreh-bzw. Kipprichtung des Drehtisches, also von der Polarität des ihnen zugeführten Stromes abhängig ist.
Diese Umkehrmotoren gehören zu einem Registriergerät --5--, welches im wesentlichen aus einer mit einem Schneckenzahnkranz--6--versehenen Scheibe --7--, auf der eine Diagrammvorlage--8--mit Polarkoordinaten (Schmidt'sches Netz) aufgespannt ist, besteht. Auf der Welle des Motors--4--ist eine Schnecke--9--befestigt, mit deren Hilfe die Diagrammvorlage--8--entsprechend der Drehrichtung und dem Drehwinkel des Drehtisches verdreht wird. Damit der Drehwinkel des Drehtisches genau auf die Diagrammvorlage übertragen wird, ist nachstehende Einrichtung vorgesehen. Über ein nicht mit dargestelltes Getriebe ist die Welle des Umkehrmotors--4--mit einem weiteren Potentiometer --10-- fest gekuppelt.
Dieses Potentiometer liegt in einem andern Zweig der in der Steuereinrichtung-2--gelegenen Brücke.
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--2-- ausPotentiometer--10--verstellt, u. zw. so lange, bis diese beiden Potentiometer gleiche Widerstandswerte aufweisen und dadurch von der Messbrücke kein Strom mehr abgegeben werden kann. Die Folge hievon ist, dass der Verstärker --3-- keinen Strom mehr zum Verstärken erhält und dadurch der Motor-4-zum Stillstand kommt. Diese Einrichtung muss dabei so abgeglichen und justiert sein, dass die auf die Diagrammvorlage übertragene Drehung hinsichtlich Richtung und Winkelmass genau der Drehung des Drehtisches entspricht.
Ortsfest über der Diagrammvorlage--8--befindet sich schematisch dargestellt ein von Spindeln - 11 und 11'-angetriebener Kreuzschlitten-12-. Im Zentrum unter diesem Kreuzschlitten befindet sich ein Schreibstift-13--, dessen Schreibspitze nur einen geringen Abstand zur
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jedem einzelnen Kristall eine Halbkugel zu denken hat, auf deren Oberfläche der Durchstosspunkt der auszumessenden Kristallachse zu registrieren und somit koordinatenmässig festzulegen ist. Zur praktischen Durchführung dieser Registrierung verwendet man an Stelle einer halbkugelförmigen
Diagrammvorlage eine ebene kreisförmige Vorlage, die als Projektion der Halbkugel auf eine Kreisfläche anzusehen ist (Schmidt'sches Netz).
Diese Planierung der Halbkugel bedeutet, dass die Kippwinkel des Drehtisches in keiner linearen Beziehung mehr zu den radial gerichteten Koordinaten auf der Diagrammvorlage stehen, dass also die Winkelwerte auf dem Diagramm nach dem Rande zu sich stark zusammendrängen. Da es einfacher ist, die Umdrehungen der Motoren--4'und 4"--in lineare Beziehung zu den Kippwinkeln des Drehtisches zu bringen, als die Motordrehzahlen den immer mehr zusammengedrängten Winkelwerten in Richtung zum Rande der Diagrammvorlage-8-anzupassen, so sind die Spindeln--11 und 11'-so beschaffen, dass deren Gewindesteigungswinkel nach den Enden zu, entsprechend der Winkelteilung auf der Diagrammvorlage immer kleiner werden.
Die Umkehrmotoren--4'und 4"-mit ihren Potentiometern--10'bzw. 10"--stehen in gleicher elektrischer Beziehung zu den ihnen zugeordneten Potentiometern--l'bzw. l"--wie die bereits beschriebene Beziehung des Motors--4--zu dem Potentiometer --1--.
Mit dieser Einrichtung werden unverzüglich schon während der Einstellung des Drehtisches gleichsam synchron alle Winkel in die Registriereinrichtung übertragen.
Sobald der Drehtisch von Hand auf die interessierende Achse eines Kristalls so ausgerichtet ist, dass diese Achse mit der Mikroskopachse zusammenfällt und damit sich auch die Potentiometer --1 und l'bzw. 1 und l"--auf entsprechende Widerstandswerte eingestellt haben, wird von Hand der Schalter --25-- kurz betätigt. (Die Bedeutung des Potentiometers wird weiter unten erläutert. ) Über den Schalter--25--wird ein elektrischer Impuls auf den Hubmagneten--14-gegeben, der bewirkt, dass der Schreibstift-13-gegen die Diagrammvorlage --8-- bewegt wird und dort eine bleibende punktförmige Markierung hinterlässt.
Theoretisch gehören zur Registrierung der Kristallachsen nur zwei Bewegungen des Drehtisches, u. zw. eine Drehbewegung um dessen vertikale Achse und eine Kippbewegung um eine der beiden kardanischen Achsen, wozu an sich zur Registrierung nur die Potentiometer --1 und l'--, die Steuereinrichtungen --2 und 2'--, die Verstärkereinrichtungen --3 und 3'-und die Umkehrmotoren-4 und 4'--mit den Potentiometern --10 und 10'-- sowie die von diesen Motoren bewegten Registriermittel erforderlich wären.
Praktisch können auf diese Weise jedoch nur solche Kristallachsen gemessen werden, die innerhalb eines um die Mikroskopachse gedachten Kegels von etwa 1000 liegen und dessen Spitze die Objektebene berührt. Liegt jedoch die interessierende Achse ausserhalb dieses Kegels und die Kippmöglichkeit des kardanisch gelagerten Drehtisches reicht nicht aus, um diese Kristallachse mit der Mikroskopachse zur Deckung zu bringen, so wird in diesem Fall an Stelle der dem Potentiometer --1'-- zugeordneten Kippachse des Drehtisches die dem Potentiometer --1"-- zugeordnete Kippachse bedient und mit dieser die auszumessende Kristallachse nunmehr in 90 -Stellung zur Mikroskopachse gebracht.
Hiebei würde aber über das Potentiometer in die Rcgistriereinrichtung hinsichtlich der wahren Kristallachslage ein Fehler entsprechend der
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vorgenommenen Kipprichtung von + oder -900 übertragen werden. Um dies jedoch zu vermeiden, ist mit diesem Potentiometer ein elektrischer Umschalter--24--gekuppelt, mit dessen Hilfe entsprechend der Kipprichtung des Drehtisches automatisch zusätzlich zu dem eingestellten Widerstand dieses Potentiometers in den einen bzw. den andern Zweig der in der Steuereinrichtung-2"-befindlichen Messbrücke ein Widerstand eingeschaltet wird.
Dadurch wird in der Registriereinrichtung die vorgenommene Kippung der interessierenden Achsen um 900 durch einen entsprechenden zusätzlichen Verschiebeweg des Kreuzschlittens --12-- in der einen bzw. in der andern Richtung berücksichtigt und trotzdem die richtige Kristallage registriert.
Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemässen Einrichtung liegt zusammenfassend darin, dass die mühsame und bei manchen Kristallagen nur sehr schwer durchführbare Ablesung der Winkelwerte und deren Übertragung von Hand in die Diagrammvorlage entfällt, dass sich die Winkelskalen erübrigen und dass die automatische Registrierung der Messwerte nunmehr in einer wesentlich kürzeren Zeit durchführbar ist, subjektive Fehler ausgeschlossen sind, die untersuchende Person nicht mit den zeitraubenden eintönigen Ablese-und Registrierarbeiten beansprucht wird, sich besser auf die Beobachtung der zu untersuchenden Probe konzentrieren kann und die zahllosen Umkommandierungen der Augen von mikroskopischer Beobachtung auf Ablesung und Übertragung der Winkelwerte völlig entfallen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Lagebestimmung und automatischen Registrierung linearer oder flächenhafter optischer kristallographischer Kennwerte von Kristallen, insbesondere von Quarz-und Kalzitkristallen, enthaltend ein mit einem Universaldrehtisch ausgerüstetes Mikroskop und eine Fernsteuerung, die aus von Potentiometern beeinflussten Brückenschaltungen und von diesen Brücken über Verstärker gesteuerten Stellmotoren und wieder von diesen Motoren beeinflussten auf die Brücken rückwirkenden
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Registriergerät (5) einer dieser Stellmotoren (4) den Drehwinkel des Drehtisches auf eine drehbare Diagrammvorlage (8) überträgt und die andern Stellmotoren (4' ; 4") mittels eines von Gewindespindeln (11 ;
11') angetriebenen Kreuzschlittens (12) einen Registrierstift (13) in Abhängigkeit von den Kippwinkeln des Universaldrehtisches mit geringem Abstand über die Diagrammvorlage hinwegbewegen, wobei die Gewindespindeln einen den Polarkoordinaten der Diagrammvorlage (8) entsprechenden nichtlinearen Steigungsverlauf aufweisen und dass eine Auslöseeinrichtung --25-- vorgesehen ist, die nach erfolgter Einstellung des Universaldrehtisches die auf den Registrierstift (13) übermittelte Stellung auf die Diagrammvorlage überträgt.
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