CH484416A - Optisches Messgerät - Google Patents

Description

  



  Optisches Messgerät
Die Erfindung betrifft ein optisches Messgerät mit mindestens einer oszillierenden leuchtenden Abtastmarke zur visuellen und/oder foto elektrischen Bestimmung der relativen Lage eines Objektes.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Messgerät zu schaffen, das sich nach einer jeweils nur geringfügigen Abänderung sowohl zur Messung der Lage oder der Bewegung eines Objektes in zur Geräteachse senkrechter Richtung, als auch zur Bestimmung der Lage eines Messobjektes in axialer Richtung in Bezug auf einen vorgegebenen Nullpunkt, als auch zur Winkelbestimmung von gegen die Geräteachse geneigten Objekten, als auch zur Messung von Krümmungen, als auch zur Feststellung des Schlages d. h. der seitlichen Auswanderung von sich drehenden Wellen eignet.



   Es ist eine Reihe von Messgeräten bekannt, die zur Bestimmung der Lage einer auf dem anzumessenden Objekt befindlichen Marke dienen. Bei ihnen wird ein Lichtstrahl mittels eines Deflektors in oszillierende Bewegung versetzt und tastet so die anzumessende Marke ab. Das   Messergebnis    resultiert aus dem Vergleich der Zeiten, die zwischen dem jeweiligen   überfahren    der anzumessenden Marke während des Oszillierens verstreichen. Diesen Geräten haftet der Nachteil an, dass sie sich nur dort anwenden lassen, wo das Messobjekt mit Marken versehen ist.



   Das optische Messgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der oszillierenden Abtastmarke nach dem Durchlaufen eines optisch abbildenden Systems in einer zur Ebene der Abtastmarke konjugierten Ebene an mindestens einer Marke moduliert wird und dass der dem modulierten Bild entsprechende Lichtfluss auf mindestens einen foto elektrischen Empfänger auftrifft, dem eine Auswertelektronik nachgeschaltet ist. Als Reflektoren können plane Spiegel,   zentraisymmetri-    sche Spiegel (z. B. Tripel-Spiegel), Würfeleck-Prismen und konvexe Kugelflächen in Kombination mit einem brechenden Bauteil, dessen Brennpunkt auf der Spiegeloberfläche liegt sowie ebensymmetrische Spiegel (Winkelspiegel, Zylinderspiegel, spiegelnde torische Körper) verwendet werden. Ferner kann die Abtastmarke ein nicht thermisch erregter leuchtender Körper sein.



   Als Marken des Markenträgers können photoelektrische Wandler mit äusserem oder innerem fotoelektrischem Effekt dienen. Durch Anwendung   blldaufspalten-    der optischer Mittel zwischen der Abtastmarke und dem Markenträger kann eine Vielzahl von Markenbildern erzeugt werden.



   Der Gegenstand der Erfindung weist gegenüber Bekanntem den Vorteil auf, dass nur der unbedingt zur Messung notwendige Lichtfluss in das Instrument gelangt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis für die Auswertung günstig ist und zum anderen wegen des fehlenden Streulichtes ein besonders guter Kontrast erzielt wird. Zum anderen ist es bei dem Gerät möglich, das Bild der Abtastmarke an einer beliebigen Stelle des Markenträgers zu lokalisieren, so dass mit Feinmessmitteln nur der Zwischenraum zwischen zwei Marken des Messmarkenträgers überbrückt werden muss, während über das gesamte Markenfeld die Präzision der Messung nur von der Genauigkeit der Teilung des Markenträgers abhängt.



   Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 das Gerät als Messmikroskop,
Fig. 2 weitere Ausführungsmöglichkeiten für den Reflektor,
Fig. 3 das Gerät als Autokollimator,    Fig.4    eine Ausführung des Gerätes zur Mitteilung über   2n    Messmarken.



   Fig. 5 eine Anordnung zum Messen in zwei starren   Koordinatenrichtungen,   
Fig. 6 eine Anordnung zum Messen in zwei variablen Koordinatenrichtungen,
Fig. 7 eine Anordnung zum axialen Messen unter Verwendung nur eines fotoelektrischen Empfängers,
Fig. 8 eine Anordnung zum axialen Messen mit zwei fotoelektrischen Empfängern, 
Fig. 9 eine Anordnung, bei der die   Summen-und    Differenzsignale aus den Messignalen mittels Transformatoren erzeugt werden.



   Bei den ersten gezeigten Geräten beleuchtet eine Lampe 10 über einen Kondensor 11 eine bewegte, mit mindestens einer als Abtastmarke ausgebildeten   Öff-    nung 12a versehene Blende 12. Die Bewegung der Blende kann beispielsweise oszillierend oder durch Drehung um eine vorzugsweise parallel zur Geräteachse liegende Achse erfolgen, derart, dass sich die Markenöffnung dauernd bzw. intermittierend im Strahlengang befindet. Die von der so entstehenden leuchtenden Marke 12a der Blende ausgehenden Strahlen werden über einen Strahlenteiler 13 sowie ein Objektiv 14 auf einen Reflektor gerichtet. Die von diesem reflektierten Strahlen durchlaufen das Objektiv 14 rückwärts und bilden die Abtastmarke 12a über den genannten Strahlenteiler 13 auf einen mit Messmarken 15 versehenen Markenträger 16 ab.

   Das Bild der Markenebene des Trägers 16 wird über einen weiteren Strahlenteiler 17 mittels eines Okulars 18 betrachtet bzw. einem fotoelektrischen Empfänger 19 zugeleitet.



   In Fig. 1 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem als Strahlenteiler eine schräg stehende halbdurchlässige Platte 13 und als Objektiv ein Mikro-Objektiv 14 verwendet sind. Die doppelte Schwingungsamplitude der Abtastmarke 12a und die Lage des Schwingungsnullpunktes sind zweckmässigerweise so gewählt, dass das Bild der Abtastmarke 12a auf dem Markenträger 16 gerade in einem Teilungsintervall bleibt und in der Ruhelage in der Mitte zwischen zwei Messmarken 15 liegt. Als Reflektor ist hier ein spiegelnder Zylinder 26 mit zur spaltförmigen Abtastmarke parallel liegenden Mantellinien verwendet. Beim Überstreichen des Zylinders mit dem Bild der Abtastmarke tritt eine Modulation des in das Objekt zurückkehrenden Lichtes dadurch ein, dass bei Bildlage auf den geneigten Zylinderflanken der Beleuchtungsstrahl nicht mehr in die Apertur des Objektivs 14 eintreten kann.

   Die Auswertung der vom Empfänger abgegebenen Signale erfolgt nach einem der bekannten und daher hier nicht mehr beschriebenen Verfahren. Abweichungen der Lage des Zylinders von der durch den Schwingungsnullpunkt der Abtastmarke 12a und den vorderen Hauptpunkt des Objektivs 14 gegebenen   Zielrichtung    werden   fotoelektrisch    aufgenommen und elektronisch ausgewertet. Am Okular 18 lässt sich der Ablauf der Messung oder die Justierung des Gerätes beobachten.



   In Fig. 2 sind andere Ausführungsbeispiele für den Reflektor dargestellt. Der Reflektor 22 besteht aus einem Träger, der an seiner Oberfläche grabenförmige Marken 22a trägt, deren reflektierende Flanken so geneigt sind, dass das an diesen reflektierte Licht nicht in die Apertur des Objektivs 14 zurückkehren kann. Eine Reflexion des Lichtes in die Apertur ist nur möglich, wenn das Licht auf die reflektierende Umgebung der Marken fällt.



   Bei einer anderen Ausführungsform ist dem Reflektor 23 ein transparenter Teilungsträger 23a mit lichtabsorbierenden Marken 23b vorgeschaltet. Hier findet die Modulation des das Markenbild beinhaltenden Lichtflusses an den in der Bildebene angeordneten Marken 23b statt. Das im Verlauf der Abtastung an einer der lichtabsorbierenden Marken vorbeigehende Licht wird vom Reflektor innerhalb des Feldes des Objektivs in dessen Apertur zurückgeworfen.



   Wenn in einer Ebene beliebig gerichtete Abweichungen eines Werkstückes von einer Soll-Lage festgestellt werden sollen und das Werkstück keinerlei Markierungen aufweist, lässt sich mit Vorteil ein Hohlspiegel 24 als Reflektor verwenden, der in Kombination mit einem brechenden optischen Glied 24a telezentrische Eigenschaften aufweist. Dieser Hohlspiegel wird auf das Werkstück aufgesetzt und bringt bei seinem Auswandern aus der Geräteachse eine der 1:1 Hohlspiegelabbildung entsprechend verdoppelte Auswanderung der Lichtmarke auf dem Markenträger 16 mit sich. Setzt man diesen Reflektor beispielsweise auf die Stirnfläche einer Welle auf und lässt diese rotieren, so erhält man den Schlag der Welle in einer Richtung angezeigt.



   Dieser Hohlspiegel wird auf das Werkstück so aufgesetzt, dass das Bild der Abtastmarke 12a vom Hohlspiegel im Massstab 1:1 reflektiert wird. Fällt die optische Achse des Hohlspiegels mit der Zielachse des Instrumentes zusammen, so kehrt das Bild der Abtastmarke in sich selbst zurück und trifft nach Reflexion am Teiler 13 auf die der Null-Lage zugeordnete Stelle des Markenträgers 16 auf. Verschiebt man den Hohlspiegel 24 seitlich um einen Betrag x, so wandert das von ihm entworfene Bild um den Betrag 2x aus. Mit dem Abbildungsmassstab des Objektivs 14 vergrössert, wandert das Bild der Abtastmarke über die Messmarken 15 und zwar im Rhythmus der Bewegung der Blende 12. Dadurch wird eine Modulation des Lichtflusses bewirkt, die das Messergebnis beinhaltet.



   Sollen grössere Auswanderungen des Prüflings vermessen werden, so kann insbesondere an die Stelle eines nicht telezentrischen Hohlspiegelsystems ein   900-Dach- oder    ein Tripelprisma oder -spiegel 25, dessen Dachkante ungefähr senkrecht zur Bewegungsrichtung und zur optischen Achse des Gerätes sowie in einer Ebene mit dem vom Objektiv entworfenen Bild der Abtastmarke liegt, treten.



   Das Bild der Abtastmarke wird stets in die Ebene der Reflektorspitze entworfen. Befindet sich diese Spitze nicht in der Zielachse des Gerätes, so wird das Bild der Abtastmarke in der Symmentrieebene des Reflektors entworfen, d. h. wenn der Hauptstrahl der Abbildung den Abstand y von der Symmetrieebene hat, verlässt nach der Strahlvereinigung das divergierende Strahlenbündel den Reflektor so, dass der Hauptstrahl dieses Bündels parallel zum einfallenden Hauptstrahl ist und den Abstand 2y von diesem hat.



  Dadurch wandert virtuell das Bild der Abtastmarke mit der doppelten Geschwindigkeit seitwärts.



   An Stelle der genannten Reflektoren können mit Vorteil auch Konvexspiegel, deren   Krümmungsmittel-    punkt in der Bildebene der Abtastmarke 12a liegt, verwendet werden. Dabei kann der Konvexspiegel gleichzeitig die Funktion einer mechanischen Tastkugel haben.



   Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau ist das Objektiv 34 ein Fernrohrobjektiv. Als Reflektor ist ein planer Autokollimationsspiegel 35 verwendet und den   lvkssmarken    des Trägers 16 sind zweckmässigerweise Winkelwerte zugeschrieben. Die Wirkungsweise des derart ausgebildeten Gerätes als Autokollimationsfernrohr ergibt sich aus dem oben Gesagten. Will man diesen Aufbau als Refraktometer verwenden, so verbindet man den Spiegel starr mit dem Gerät, und zwar in einem solchen Abstand, dass zwischen Gerät und Spiegel mindestens eine Küvette eingeschoben werden kann. Statt des starr montierten Spiegels kann auch die verspiegelte Rückwand der Küvette als Reflektor benutzt werden.



   In Fig. 4 ist dargestellt, wie man bei dem beschriebenen Gerät eine über mehrere auf dem Reflektor befindliche Marken mittelnde Messung durchführen kann. Man legt in den Strahlengang ein Wollaston Prisma 50, durch das der Strahlengang in zwei Anteile aufgespalten wird. Will man weiter aufspalten, so fügt man unter Zwischenschaltung von   -/4-Plättchen,    die zirkular polarisierend wirken, oder von optisch aktiven Platten mit 450-Drehung, z. B.   Quarzplättchen    (51, 53 usw.), weitere Wollaston-Prismen (52, 54 usw.) an.



   Verwendet man nur ein Wollaston-Prisma 50, so erhält man zwei sich synchron bewegende Bilder der Abtastmarke 12a, deren Abstand der Brennweite des Objektives 14 und dem Aufspaltungswinkel des Prismas entspricht. Die beiden Bilder sind senkrecht zueinander polarisiert. Dadurch sind die den beiden Bildern zugeordneten Lichtwege voneinander unterscheid- und trennbar. Es lässt sich also mittels zweier Empfänger zusätzlich zum Messignal ein Steuersignal gewinnen.



   Es ist sinnvoll, Mittel vorzusehen, mit deren Hilfe die Grösse und/oder die Zahl je Zeiteinheit der Schwingungsamplituden der Abtastmarke gewählt werden kann. Auch ist es beispielsweise möglich, die Grösse der Schwingungsamplituden und/oder ihre Anzahl je Zeiteinheit zu steuern oder in Abhängigkeit vom Ausgangs signal des fotoelektrischen Empfängers 19 zu regeln.



   Grundsätzlich ist es auch möglich, die Messmarken 15 des Trägers 16 untereinander unterschiedlich, z. B. einem Code entsprechend, auszubilden, so dass jede abgetastete Messmarke ihre Wertigkeit angibt. Auch können die Messmarken 15 selbst als fotoelektrische Empfänger ausgebildet sein, so dass die jeweils beleuchtete Messmarke durch die Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften gekennzeichnet ist.



   Eine weitere Anderungsmöglichkeit des Aufbaus des beschriebenen Vielzweckmessgerätes liegt darin, dass man an Stelle der Blende 12 einen Selbstleuchter, z. B. einen Halbleiter mit leuchtendem   pn-tJbergang    verwendet, der sich genau so wie die Blende bewegt. In diesem Fall kann auf die Lampe 10 sowie den Kondensor 11 verzichtet werden.



   Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, können zusätzliche optische Mittel vorgesehen werden, die eine zusätzliche Beleuchtung der Ebene des Messmarkenträgers 16 bewirken. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, eignet sich dazu beispielsweise ein Hohlspiegel 70, der dem Teilerprisma zugeordnet ist und die über die Teilerfläche ausgespiegelten Beleuchtungsstrahlanteile auf den Markenträger 16 reflektiert. Durch Zwischenschaltung eines Filters 71 kann man dafür sorgen, dass diese zusätzliche Beleuchtung ohne Einfluss auf den fotoelektrischen Empfänger bleibt.



   Diese zusätzliche Beleuchtung lässt sich auch dadurch erreichen, dass man an Stelle des   Hohlspiegels    eine zusätzliche Lampe einbaut (in Fig. 4 gestrichelt dargestellt). Auch ist es, wie in Fig. 3 angedeutet, möglich, durch optische Mittel, wie Spiegel, Linsen, Lichtleiter, den nicht ausgenutzten Teil der Strahlung der Lampe 10 zur zusätzlichen Beleuchtung des Markenträgers 16 auszunutzen.



   Die zusätzliche Beleuchtung des Markenträgers 16 kann auch dazu benutzt werden, über einen nicht dargestellten Abbildungsstrahlengang zusätzlich Hilfsmarken oder Bezifferungen, beispielsweise Toleranzmarken, in die Markenebene des Trägers 16 zu bringen, die, falls erwünscht, messbar gegen das Bild der Marke 12a verschiebbar bzw. löschbar sind.



   Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung beleuchtet eine Lampe 10 über einen Kondensor 11 eine bewegbare, mit einer die Abtastmarke darstellenden Öffnung 112 versehene Blende 12. Die Markenöffnung 112 setzt sich aus zwei schlitzförmigen Öffnungen 112a und 112b zusammen, die miteinander einen Winkel von beispielsweise 900 einschliessen. Die Bewegung der Blende erfolgt hier oszillierend mit einer Frequenz   f1    durch ein Antriebsaggregat 111 in Richtung der Marke 112b. Die von der leuchtenden Abtastmarke 112 der Blende ausgehenden Strahlen werden über einen Strahlenteiler 13 sowie ein Objektiv 14 auf einen Reflektor 100 gerichtet, der die Form einer aussenverspiegelten Halbkugel hat. Diese ist so gelagert, dass ihr Mittelpunkt   100' mit    der Bildebene des Objektives 14 zusammenfällt.

   Die von der Oberfläche dieser Halbkugel reflektierten Strahlen durchlaufen das Objektiv 14 rückwärts und bilden über den genannten Strahlentei  ler    13 die Teile 112a, 112b der Abtastmarke auf einen mit Messmarken 115a, 115b versehenen Markenträger 16 ab. Die Messmarken sind linienförmig ausgebildet.



  Sie kreuzen sich unter dem gleichen Winkel, wie sich die Teile 112a, 112b der Abtastmarke kreuzen. Der Markenträger ist in Richtung der Teilmarke 115a bewegbar gelagert. Er wird mit einer Frequenz   f2    bewegt, die sich von der Frequenz   f1    unterscheidet und keine gemeinsame Oberwelle mit dieser hat. Zu diesem Zweck ist dem Markenträger ein Antriebsaggregat 110 zugeordnet. Das Bild der Markenebene des Trägers 16 wird über einen weiteren Strahlenteiler 17 mittels eines Okulars 18 betrachtet bzw. einem fotoelektrischen Empfänger 19 zugeführt, an dessen Ausgang zwei Auswertegeräte 113, 114 angeschlossen sind, von denen das eine auf ein Signal (2n +   l)f1,    das andere auf ein Signal (2n +   1)f2    anspricht.



   Die Funktion dieses Gerätes ist folgende: Bei seitlicher Verlagerung des Kugelmittelpunktes um einen Betrag x wandert das Bild der Abtastmarke virtuell um einen Betrag 2x aus und erscheint entsprechend dem Abbildungsmassstab des Objektivs 14 auf dem Markenträger 16 verlagert. Die Schwingbewegungen der Blende 12 erzeugen am Markenträger 16 durch Wechselwirkung mit der Markengruppe 115b keine Lichtmodulation. Lediglich das Bild der Messmarken 112a wird mit der Frequenz   f1    und deren Harmonischen moduliert. Die Modulation des von der Marke 112b herrührenden Lichtes erfolgt durch die Teilmarkengruppe 115a bei Bewegung des Markenträgers mit der Frequenz   f2    und deren Harmonischen.



   In Fig. 6 ist ein Gerät gezeigt, das einen etwas abgewandelten Aufbau hat und sich zum Messen in Koordinaten beliebig einstellbarer Winkelstellung eignet. Hier beleuchtet eine Lampe 201 über einen Pola  risator    200, einen Kondensator 202 sowie einen Strahlenteiler 203, dem ein   i/4-Plättchen      203'nachgeschaltet    ist, die Abtastmarken 204, 205. Die Teilerfläche des Strahlenteilers ist als polarisierende Fläche ausgeführt.



  Die Abtastmarken 204, 205 bestehen aus schmalen Spiegeln, die möglichst dicht hintereinander liegend drehbar gelagert sind. Sie haben unterschiedliches Reflexionsvermögen in Bezug auf Farbe (rot und grün). Sie können gemeinsam in Richtung des Pfeiles bewegt werden. Die von den als Spiegeln ausgebildeten Abtastmarken reflektierten Strahlen werden über das   2/4     Plättchen 203', den Strahlenteiler 203, ein weiteres   1/4-    Plättchen   203" sowie    ein Objektiv 206 auf einen Re  flektor    207 gerichtet. Dieser Reflektor ist mit sich kreuzenden Linienscharen 207', 207" versehen, von denen jede die Richtung einer Messkoordinate angibt. An diesen Linien findet eine Modulation der auftreffenden Lichtstrahlen statt.

   Die von der Oberfläche dieses Reflektors reflektierten modulierten Strahlen durchlaufen rückwärts die Bauteile 206, 203", 203 und bilden die Abtastmarken auf einen Messmarkenträger 220 ab. Dieser Messmarkenträger besteht aus zwei transparenten Scheiben, von denen jede als Messmarke eine Linienschar 208 bzw. 209 trägt und die mit ihren die Linienscharen tragenden Seiten so dicht wie möglich nebeneinander drehbar gelagert sind.



   Die Anordnung der Linien auf den beiden Scheiben ist derart getroffen, dass sich bei beiden Scheiben im Punkt ihrer Drehachse sowie in deren näheren Umgebung keine Messmarke befindet. Sowohl die Träger der Abtastmarken als auch die Träger der Messmarken sind in Einstellringen 215, 216 bzw. 217, 218 montiert, die mit einer Geradeinteilung versehen sind. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Abtastmarken und die Messmarken winkelgleich einstellen.



   Dem Messmarkenträger ist ein Strahlenteiler 210 machgeschaltet, der es erlaubt, die Messinformation visuell mittels eines Okulars 211 zu beobachten und gleichzeitig fotoelektrisch aufzunehmen. Zu diesem Zweck ist hinter dem Strahlenteiler 210 ein Prisma 221 angeordnet, das die Messignale nach ihren Farbanteilen trennt und die von der Abtastmarke 204 herrührenden Signalanteile einem fotoelektrischen Empfänger 212, die von der Abtastmarke 205 herrührenden Signalteile dagegen einem fotoelektrischen Empfänger 213 zuführt. Die Weiterverarbeitung der Ausgangssignale dieser beiden fotoelektrischen Empfänger erfolgt in bekannter und daher hier nicht näher erläuterten Weise.



   Wenn man in dem soeben beschriebenen Beispiel den Reflektor 207 mit den Linien 207',   207" durch    einen solchen ersetzt, der keine Linien aufweist, so arbeitet das Gerät als Autokollimator und die Neigung dieses Reflektors in Bezug auf die Zielachse kann in zwei Koordinatenrichtungen bestimmt werden. Hierbei erfolgt dann die Modulation an den linienförmigen Marken 208, 209.



   In den Beispielen ist gezeigt, dass man die Unter scheidung der von den beiden Abtastmarken herrüh renden Signalanteile durch Verschiedenfarbigkeit des Lichtes erreichen kann. Eine solche Unterscheidung lässt sich aber auch durch unterschiedliche Intensitäts wechselfrequenzen oder durch Polarisation des von den Abtastmarken ausgehenden Lichtes erreichen.



   Bisher wurden Geräteaufbauten beschrieben, mit deren Hilfe die laterale Lage eines Messobjektes im Hinblick auf eine oder zwei Koordinatenrichtungen be stimmt werden kann. Oft ist es aber auch erwünscht, die Lage eines Messobjektes in axialer Richtung in Bezug auf einen vorgegebenen Nullpunkt zu erfassen. Zu diesem Zweck schaltet man dem Messobjekt Mittel zu, die zur Überprüfung der Gleichmässigkeit der Lichtver teilung in der Pupille oder in einer zur Messung der
Phasenlage der einzelnen Anteile bei einer durch die
Lage des Messobjektes bedingten Ungleichmässigkeit der Lichtverteilung dienen.



   Ausführungsbeispiele für derartige Anordnungen sind in den folgenden Figuren dargestellt.



     In    Fig. 7 ist eine Anordnung gezeigt, bei der nur ein fotoelektrischer Empfänger verwendet ist. Eine Lampe 101 beleuchtet über einen Kondensor 102 sowie eine aus einem ortsfest gelagerten Spiegel 103 sowie einem mittels Membranen 105 gelagerten und daher beweglichen Spiegel 104 bestehende Spiegelkombination eine synchron mit dem Spiegel 104 bewegbare Spaltblende 106. Die Bewegung des Spiegels 104 und der Blende 106 erfolgt mittels eines von einem   Wech-    selstromgenerator 170 gespeisten Magnetsystems 107 mit einer Frequenz   f0.    Der Blende ist ein optischer Teiler   1301    nachgeschaltet.

   Die leuchtende Abtastmarke 106 wird durch diesen und nach Durchlaufen einer   Pu-    pillenblende 108, eines   Kondensors    109 sowie einer verschieblich gelagerten Prismen-Linsen-Kombination 131 auf das Messobjekt 110, das mit einem Reflektor 110'zusammenwirkt, abgebildet. Das von diesem reflektierte Licht durchläuft die Bauteile 131, 109, 108 rückwärts und wird durch den Teiler 130 ausgespiegelt. Es durchläuft eine Feldlinse 132 sowie einen weiteren Teiler 133, durch den das Licht einmal einem Beobachtungsokular 134 zugeführt bzw. in eine Bildebene 135 gelenkt wird. Dabei entspricht das in dieser Ebene entworfene Bild der durch die Blende 108 bestimmten Pupille. Der Ebene 135 ist ein fotoelektrischer Empfänger 136 beweglich zugeordnet.

   Er wird mittels eines von einem Generator 137 mit einer Frequenz   f1    gespeisten Magnetsystems 138 derart bewegt, dass er die beiden Hälften der Pupille abwechselnd abtastet.



   Diesem photoelektrischen Empfänger sind ein Vorverstärker 140 sowie zwei Selektivverstärker 141, 142 nachgeschaltet, von denen der eine auf die Frequenz   ft,    der andere auf eine Frequenz (2n +   1) fo    abgestimmt ist. Das am Ausgang des Verstärkers 141 anstehende Signal wird in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 143 mit dem Ausgangssignal des Generators 137 verglichen, nachdem dieses einen Phasenschieber 145 sowie eine Rechteckverformerstufe 147 durchlaufen hat. Dem phasenempfindlichen Gleichrichter 143 ist ein Gleichspannungsverstärker 149 nachgeschaltet, der einen Stellmotor 151 speist. Dieser Motor betätigt einen Spindeltrieb 153, der bei seiner Betätigung eine Verschiebung des Messobjektes in Richtung der optischen Achse, also in Richtung der Z-Koordinate bewirkt.



   In gleicher Weise werden die Ausgangssignale des Verstärkers 142 mit dem vom Generator 170 gelieferten Signal verglichen, nachdem dieses einen Phasenschieber 146, einen auf eine Frequenz (2n +   1) fo    abgestimmten Selektivverstärker 148 sowie eine Rechteckverformerstufe 155 durchlaufen hat. Der Vergleich findet in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 144 statt, dem ein Gleichstromverstärker 150 nachgeschaltet ist. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit einem Stellmotor 152 verbunden, der über einen Spindeltrieb 154 die Prismen-Linsen-Kombination 131 parallel zu sich selbst längs der X-Koordinate verschieben kann.



  Diese Anordnung eignet sich also zum automatischen Einfangen und Einrichten eines Messobjektes sowohl im Hinblick auf die X- als auch auf die Z-Koordinatenrichtung.



   Es bleibt zu erwähnen, dass die vorbeschriebene Anordnung auch dahingehend abgeändert werden kann, dass statt des schwingenden fotoelektrischen Empfängers 136 ein fest montierter fotoelektrischer  Empfänger verwendet werden kann, der mit einer schwingenden Abtastblende zusammenwirkt.



   In Fig. 8 ist eine Anordnung gezeigt, die erkennen lässt, dass sich das Mehrzweckmessgerät auch für Messungen im Durchlicht eignet. Wie ersichtlich, beleuchtet eine Lampe 251 über einen Kondensor 252 sowie eine aus zwei Prismen 253, 254, von denen das eine mittels Membranen 255 in horizontaler Richtung beweglich gelagert ist, bestehende   Prismenkombination    eine auf dem bewegbaren Prisma aufgebrachte Marke 256. Die Bewegung des Prismas erfolgt mittels eines von einem Generator 290 mit Wechselstrom der Frequenz   f0    gespeisten Doppel-Tauchspul-Magnetsystems 257. Die leuchtende Marke 256 wird über eine Pupillenblende 258 sowie einen Kondensor 259 auf das Messobjekt 260, das die Form eines Massstabstriches aufweist, abgebildet.

   Diesem sind zwei Teilerlinsen 261, 262 nachgeschaltet, die das Licht zu zwei fotoelektrischen Empfängern 263,264 leiten. Die Ausgänge dieser Empfänger sind an die Eingänge eines Summenbildners 265 sowie eines Differenzbildners 266 gelegt.



  Dem Differenzbildner sind ein Selektivverstärker 268 für die Frequenz   f0    sowie eine Phasenschieberstufe 270 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal der Phasenschieberstufe 270 wird mit dem mittels eines Rechteckverformers 291 verformten Ausgangssignal des Generators 290 in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 272 verglichen. Das Ausgangssignal dieses Gleichrichters zeigt mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes 274 die Lage des Messobjektes in Richtung der   ZAchse    an.



   Dem Summenbildner 265 ist ein auf eine Frequenz (2n +   1) fo    abgestimmter Resonanzverstärker 267 nachgeschaltet, an dessen Ausgang eine Phasenschieberstufe 269 liegt. Das Ausgangssignal dieser Stufe wird mit dem Ausgangssignal des Generators 290, nachdem dieses einen auf eine Frequenz (2n +   1) fo    abgestimmten Resonanzverstärker 273 sowie eine Rechteckverformerstufe 275 durchlaufen hat, in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 271 verglichen. Ein nachgeschaltetes Anzeigeinstrument 277 zeigt die Lage des Messobjektes in Richtung der X-Koordinate an.



   In Fig. 9 ist schematisch gezeigt, wie man auf einfache Weise zu den Summen- und den Differenzsignalen der beiden fotoelektrischen Empfänger gelangen kann. Bei dieser Anordnung, die ein Messgerät zur Kontrolle der   Augenblickswerte    einer in Bearbeitung befindlichen Kugel darstellt, wird der mittels einer Lampe 301 sowie eines   Kondensors    302 beleuchtete Spalt einer mittels Membranen 303 beweglich gelagerten Blende 304 über einen Teilerwürfel 305 sowie ein Objektiv 306 auf die in Bearbeitung befindliche reflektierende Oberfläche der Kugel 307 abgebildet. Die von dieser reflektierten Strahlen werden über das Objektiv 306 sowie den Teilerwürfel 305 auf eine Messkala 308 abgebildet, an der man mittels eines Okulars 309 die Zentrierung derKugel im Hinblick auf die optischeAchse des Gerätes ablesen kann.

   Mittels eines weiteren Teilers 310 werden die reflektierten Strahlen über   e3nPrisma311    zwei fotoelektrischen Empfängern 312,313 zugeführt, deren Ausgangs signale den getrennten Primärwicklungen 315, 315', 316,   316' zweier    Transformatoren 317, 318 zugeführt werden. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit Kondensatoren zu Schwingkreisen ergänzt, von denen der eine auf eine Frequenz (2n +   1)f0,    der andere auf die Frequenz   f0    abgestimmt ist. Damit aber entspricht die sekundäre Spannung des Transformators 317 der Summe der Ströme der beiden fotoelektrischen Empfänger, während die Ausgangsspannungen des Transformators 318 proportional der Differenz der Ströme der beiden fotoelektrischen Empfänger ist.

   Die Auswertung der anfallenden Sekundärspannungen erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Optisches Messgerät mit mindestens einer oszillierenden leuchtenden Abtastmarke zur visuellen und/ oder fotoelektrischen Bestimmung der relativen Lage eines Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der oszillierenden Abtastmarke (12a; 112a, 112b; 204, 205; 106; 256) nach dem Durchlaufen eines optisch abbildenden Systems (14; 34; 206; 109; 259; 306) in einer zur Ebene der Abtastmarke konjugierten Ebene an mindestens einer Marke (15; 115a, 115b; 207', 207"; 160; 208, 209; 260; 308) moduliert wird und dass der dem modulierten Bild entsprechende Lichtfluss auf mindestens einen fotoelektrischen Empfänger (19; 212, 213; 136; 263, 264; 312, 313) auftrifft, dem eine Auswertelektronik nachgeschaltet ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die modulierende Marke (15; 115a, 115b ; 208, 209, 308) auf einem Träger (16; 220) im Messgerät befindet.

   2. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die modulierende Marke (207', 207"; 260, 160) mit dem Messobjekt verbunden ist.

   3. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein zweier zur Ebene der Abtastmarke (204, 205) vorhandener konjugierter Ebenen mit Marken (207', 207", 208, 209) diese auf ihren Trägern so angeordnet sind, dass sich die an ihnen ergebenden Modulationen gegenseitig nicht beeinflussen.

   4. Messgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Abtastmarke (12a; 112a, 112b; 204, 205) einen Strahlenteiler (13) sowie das optisch abbildende System (14; 34; 206) durchläuft und nach Reflexion an einem mit dem Messobjekt zusammenwirkenden Reflektor (22, 23, 24, 25, 26; 35; 100; 207) über das optisch abbildende System und den Strahlenteiler auf einen Träger (16; 220) mit Marken (15; 115a, 115b; 208, 209) auftrifft, die so angeordnet sind, dass in der Umgebung des Punktes, an dem die Zielachse des Gerätes den Träger trifft, sich bei ruhenden Markenträgern eine Markenlücke befindet.

   5. Messgerät nach Patentanspruch insbesondere zur Bestimmung der Lage des Messobjektes in Bezug auf zwei Koordinatenrichtungen in einer Ebene, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei längliche, zueinander nicht parallele, oszillierende leuchtende Abtastmarken (112a, 112b; 204, 205) vorhanden sind, dass das Licht dieser Marken einen Strahlenteiler (13; 203) sowie das optisch abbildende System (14; 206) durch- läuft und nach Reflexion an einem mit dem Messobjekt zusammenwirkenden Reflektor (100; 207) über das optisch abbildende System und den Strahlenteiler auf einen Träger (16;

   220) auftrifft, dessen Marken (115a, 115b ; 208, 209) aus zu den Bildern der Abtastmarken parallel liegenden, sich kreuzenden Linien bestehen, dass Mittel zur Trennung der nach Koordinaten unterschiedlichen Signale vorhanden sind und dass diesen Mittel zur Auswertung des Messergebnisses nachgeschaltet sind.

   6. Messgerät nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kennzeichnung der mit den beiden Abtastmarken bestimmten Koordinatenrichtungen vorhanden sind.

   7. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtastmarke ein nicht thermisch erregter leuchtender Körper, vorzugweise ein leuchtender Halbleiter, vorhanden ist.

   8. Messgerät nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtastmarken thermisch nicht erregte leuchtende Körper vorhanden sind, vorzugsweise ein leuchtender Halbleiter mit zwei einen Winkel miteinander einschliessenden pn-Flächen, die synchron oder unabhängig voneinander betreibbar sind.

   9. Messgerät nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung der Abtastmarken (112a, 112b) senkrecht zur Richtung einer von ihnen ist und dass die Bewegungsrichtung des Markenträgers (16) mit den Marken (115a, 115b) senkrecht zum Bild der anderen Marke ist.

   10. Messgerät nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung der Abtastmarken parallel zur Winkelhalbierenden dieser Marke ist.

   11. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor ein planer Spiegel (23; 35; 207; 160') vorgesehen ist.

   12. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor ein sphärischer Spiegel (24; 100) vorgesehen ist.

   13. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor ein zu einer Ebene symmetrischer Spiegel (25; 26) vorgesehen ist.

   14. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelte Bewegungsamplitude des Bildes der Abtastmarke in der Modulationsebene grösser als die Breite der Abtastmarke, aber kleiner als der Abstand zweier Kanten benachbarter modulierender Marken ist.

   15. Messgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsamplituden einstellbar oder steuer- bzw. regelbar sind.

   16. Messgerät nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die modulierenden Marken (15; 115a, 115b; 204, 205) auf dem Markenträger (16; 220) als fotoelektrische Wandler mit äusserem oder innerem fotoelektrischem Effekt ausgebildet sind.

   17. Messgerät nach Patentanspruch und Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bewegungsebene der Abtastmarke (12a) und dem Markenträger (16) bildaufspaltende optische Bau glieder (50, 52, 54...) vorgesehen sind.

   18. Messgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Strahlenteiler (13) hindurch mindestens das Messfeld des Markenträgers (16) zusätzlich beleuchtet wird und dass der Strahlungsempfänger (19) auf die das Messfeld zusätzlich beleuchtende Strahlung, z. B. zufolge eines vorgeschalteten Filters, nicht anspricht.

   19. Messgerät nach Unteranspruch 18, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, dass mit dem zusätzlichen Licht für die Messfeldbeleuchtung auf den Markenträger (16) über eine abbildende Hilfsoptik zusätzliche Hilfsmarken und/oder Bezifferungen abgebildet werden, die vorzugsweise messbar verschiebbar sind und deren Träger auswechselbar ist.

   20. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der dem fotoelektrischen Empfänger vorgeschaltete Strahlenteiler (17) als dichroitischer oder polarisierender Strahlenteiler ausgeführt ist und nur Strahlung einer Polarisationsrichtung oder Farbe dem Empfänger zuleitet.

   21. Messgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmarke aus zwei dicht beieinander liegenden und je in ihrer Ebene drehbar gelagerten Spiegeln (204, 205) besteht, dass zwei mit linienförmigen Messmarken (208, 209) versehene transparente Scheiben den Markenträger (220) bilden, die je in ihrer Ebene drehbar und dicht hintereinander montiert sind, und dass Mittel (215-218) zur synchronen Einstellung der Spiegel (204, 205) und der Scheiben des Markenträgers (220) vorhanden sind.

   22. Messgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messobjekt Mittel nachgeschaltet sind zur Überprüfung der Symetrie der Lichtverteilung in der Pupille oder in einer zu dieser konjugierten Ebene des Messtrahlenganges und zur Messung der Phasenlage der einzelnen Anteile bei einer durch die Lage des Messobjektes bedingten Ungleichmässigkeit der Lichtverteilung.

   23. Messgerät nach Unteranspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zwei fotoelektrische Empfänger (263, 264 bzw. 312, 313) umfassen, deren Ausgangssignale nach Addition ein Mass für die laterale Lage des Messobjektes und nach Subtraktion ein Mass für die axiale Lage des Messobjektes darstellen.

   24. Messgerät nach Unteranspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel nur einen fotoelektrischen Empfänger (136) umfassen, der eine Schwingbewegung ausführt und so abwechselnd den beiden Hälften der Pupille zugeordnet wird.

   25. Messgerät nach Unteranspruch 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Steuergeräte vorhanden sind, denen die Ausgangssignale des oder der fotoelektrischen Empfänger (136 bzw. 263, 264 bzw. 312.

   313) als Steuersignale zugeleitet werden.

   26. Messgerät nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Summen- und der Differenzsignale Transformatoren (317, 318) vorgesehen sind.