DE1154646B - Vorrichtung zur kontinuierlichen Laengenmessung mittels Interferenzen in einem ueberdie Kohaerenzlaenge hinausgehenden Messbereich - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen Laengenmessung mittels Interferenzen in einem ueberdie Kohaerenzlaenge hinausgehenden Messbereich

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DE1154646B
DE1154646B DEJ18877A DEJ0018877A DE1154646B DE 1154646 B DE1154646 B DE 1154646B DE J18877 A DEJ18877 A DE J18877A DE J0018877 A DEJ0018877 A DE J0018877A DE 1154646 B DE1154646 B DE 1154646B
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plane
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measurement
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Kurt Schuch
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Jenoptik AG
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Jenoptik Jena GmbH
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • HELECTRICITY
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur kontinuierlichen Längenmessung mittels Interferenzen in einem über die Kohärenzlänge hinausgehenden Meßbereich Zu genauen Messung von Längen wird bekanntlich die Interferenzfähigkeit von Lichtwellen ausgenutzt, die von einer Lichtquelle ausgesandt werden.
  • Infolge der hierbei einzuhaltenden Kohärenzbedingungen, die im wesentlichen von der Natur der verwendeten Lichtquelle abhängen, ist diese Art der Längenmessung auf einen kleinen, 1 dm kaum übersteigenden Bereich beschränkt. Es fehlt daher weder in der Vergangenheit noch in der Gegenwart an Versuchen, durch Anwendung geeignet erscheinender und zum Teil neuer Mittel und Methoden den Meßbereich zu erweitern.
  • Eine Möglichkeit zur Vergrößerung des Meßbereiches besteht in der Wahl oder Entwicklung einer entsprechenden Lichtquelle. Beispielsweise sind Lichtquellen auf Isotopenbasis entwickelt worden, deren ausgesandte Wellenzüge über größere Längen (etwa 10 dm) interferenzfähig sind. Abgesehen davon, daß dieser Bereich für verschiedene Zwecke noch nicht ausreicht, ist die industrielle Anwendung dieser Lichtquellen unwirtschaftlich, da sie zu ihrem Betrieb teure Zusatzeinrichtungen und Sonderkenntnisse hinsichtlich der Bedienung erfordern.
  • Eine andere Möglichkeit zur Vergrößerung des Meßbereiches besteht in der Vervielfachung der Bezugsstrecke auf additivem oder multiplikativem Weg, wie er beispielsweise von Kösters oder V äis äl ä beschritten worden ist. Soll eine Strecke die dem n-fachen Betrag der Kohärenzlänge des verwendeten Lichtes entspricht, nach Kösters ausgemessen werden, so sind hierzu entweder n fest angeordnete Referenzebenen notwendig, oder aber es muß eine einzige Referenzebene (n- 1)-mal verschoben werden. Abgesehen davon, daß der zur Messung benutzbaren Anzahl der Referenzebenen aus Intensitätsgränden sehr bald eine Grenze gesetzt ist, ist in beiden Fällen und ebenso nach Väis äl ä eine kontinuierliche interferentielle Längenmessung, wie sie beispielsweise bei der Steuerung von Werkzeugmaschinen hoher und höchster Genauigkeit erforderlich ist, nicht durchführbar, weil beim Wechsel von einer Referenzebene zur anderen bzw. beim Nachstellen der einzigen Referenzebene der Messungsvorgang eine Unterbrechung erfährt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Längenmessung mittels Interferenzen in einem über die Kohärenzlänge hinausgehenden Meßbereich zu schaffen, bei der über den gesamten Meßbereich eine kontinuierliche Meßwertbildung ohne Unterbrechung des Meßvorganges möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Refe- renzebenen wechselweise in Verschiebungsrichtung verschiebbar angeordnet und derart wechselweise in den Meßvorgang einschaltbar sind, daß die jeweils feststehende Referenzebene zur Messung benutzt wird, und daß eine Auswerteinrichtung zum Zählen der an einem Bezugspunkt vorbeiwandernden Interferenzstreifen vorgesehen ist.
  • Vorteilhaft sind hierbei die Meß- und Referenzebenen als ablenkungsempfindliche Umkehrprismen ausgebildet.
  • Zur Einschaltung der feststehenden Referenzebene in den Meßvorgang ist jeder Referenzebene eine Blende zugeordnet, die die Referenzebene während ihrer Verschiebung in die nächste Meßlage abblendet.
  • Das Messen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestaltet sich ähnlich wie mit den bekannten Interferenzkomparatoren zur Vermessung von Endmaßen, bei denen visuell zwei Interferenzstreifensysteme beobachtet werden. Jedoch besteht ein wesentlicher Unterschied im Messen darin, daß mit dem Interferenzkomparator die Messung einer festen Länge erfolgt, wozu die Streifensysteme zwar gegeneinander verschoben sind, sich aber in Ruhe befinden, während mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sich kontinuierlich ändernde Längen meßbar sind, wobei sich ein Interferenzstreifensystem gegenüber einem Bezugspunkt verschiebt. In diesem Fall müssen die an dem Bezugspunkt vorbeiwandernden Interferenzstreifen gezählt und aus der auf diese Weise erhaltenen Anzahl von Interferenzstreifen die gesuchte Länge abgeleitet werden.
  • Ein derartiges Vorgehen des subjektiven Auszählens ist aber sowohl aus Gründen der Zuverlässigkeit und Genauigkeit als auch der Bequemlichkeit kaum vertretbar. Um die an den Beobachter gebundenen nachteiligen Einflüsse auf die Messung auszuschalten, ist es daher von Vorteil, eine selbsttätig arbeitende Auswerteeinrichtung zur Zählung der Interferenzstreifen vorzusehen, die so beschaffen sind, daß sie außer der Zählung der wandernden Interferenzstreifen auch die Bewegungsrichtung dieser Interferenzstreifen und damit die Art der Längenänderung (Verkürzung oder Verlängerung) angeben.
  • Beispielsweise wird hierzu das Lichtbündel am Ort des entstehenden Interferenzbildes in zwei Teilbündel zerlegt, in dem entweder das eine Lichtbündel durch Schwenken einer planparallelen Glasplatte eine Verschiebung und damit das vom einen Teillichtbündel erzeugte Interferenzstreifensystem gegenüber dem vom anderen Teillichtbündel erzeugten Interferenzstreifensystem eine Versetzung erfährt oder zwei Blendenschlitze parallel zueinander versetzt angeordnet sind, so daß von einem an den Blendenschlitzen vorbeiwandernden Interferenzstreifen zwei Impulse zeitlicher Differenz entstehen. Die so entstandenen optischen Impulse werden nach Umwandlung in elektrische Impulse in an sich bekannter Weise richtungsabhängig elektronisch gezählt.
  • Zu dem Zweck wird jedem optischen Impulsgeber eine Fotozelle zugeordnet, in der den optischen Impulsen entsprechende Foto ströme erzeugt werden, aus denen ein als sogenannter Diskriminator ausgebildetes Aggregat zunächst scharfe elektrische Impulse formt. Die von dem z. B. an den Blendenschlitzen vorbeiwandernden Interferenzstreifen erzeugten Impulse beeinflussen den Diskriminator sodann derart, daß der durch Belichtung der ersten Fotozelle erzeugte Impuls die Richtung und der durch Belichtung der zweiten Fotozelle erzeugte Impuls den Wert der Zählung angibt.
  • Zur Erhöhung der Lichtausbeute und Vermeidung komplizierter elektronischer Verstärker ist es von Vorteil, wenn jedem Referenzstrahlengang gesondert je ein Meßstrahlengang und je eine Auswerteinrichtung zur richtungsabhängigen Zählung der wandernden Interferenzstreifen zugeordnet sind. Hierbei kann die optische Anordnung etwa so getroffen sein, daß die von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in zwei Strahlenbündel geteilt werden und jedes dieser Strahlenbündel physikalisch in ein Meß- und ein Referenzstrahlenbündel aufgeteilt wird, die dann nach Reflexion an der Meß- bzw. Referenzebene physikalisch zu einem interferierenden Strahlenbündel vereinigt werden, oder daß das Meßstrahlenbündel erst nach Reflexion an der Meßebene kurz vor der Vereinigung mit den Referenzteilstrahlenbündeln physikalisch geteilt wird und die Meßstrahlenteilbündel mit den entsprechenden Referenzteilstrahlenbündeln physikalisch vereinigt werden. Dabei ist es vorteilhaft, zum Übergang von einer Referenzebene zur anderen und von einem richtungsabhängigen Zählmittel zum anderen einen elektronischen Schalter zu benutzen, dessen Schaltzeit kleiner ist als die zeitliche Aufein- anderfolge der Impulse bei größtmöglicher Geschwindigkeit des Meßprismas.
  • An Hand der Fig. 1 bis 5 der Zeichnung ist die Ausbildung und die Wirkungsweise des Gegenstandes der Erfindung genauer dargelegt. Dabei zeigen Fig. 1 bis 3 schematisch drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung; Fig. 4 und 5 beinhalten die die Referenzebenen tragenden Teile der Vorrichtung in Draufsicht und im Querschnitt.
  • In den Fig. 1 und 2 ist mit 11 eine Lichtquelle bezeichnet, die mit Hilfe eines Kondensors 12 in die Ebene eines Spaltes 13 abgebildet wird, die mit der Brennebene eines Kollimatorobjektivs 14 zusammenfällt. Im parallelen Strahlengang 15 des Kollimatorobjektivs befindet sich ein Teilungswürfel 16, der das parallele Strahlenbündel in ein Meßstrahlenbündel 17 und ein Referenzstrahlenbündel 18 teilt.
  • Der reflektierte Teil des Parallelstrahlenbündels, das Meßstrahlenbündel 17, ist zunächst rechtwinklig zur Kollimatorachse gerichtet, bis er von einem ebenen Spiegel 19 in eine Richtung parallel zur Kollimatorachse reflektiert wird und auf eine als rechtwinkliges Prisma 20 ausgebildete Meßebene trifft. Das Prisma 20 bewirkt eine genaue Ablenkung des Meßstrahlenbündels um 180°. Das auf diese Weise parallel zu sich selbst zurückgeworfene Strahlenbündel erfährt am Spiegel 21 eine Ablenkung in Richtung eines Teilungswürfels 22.
  • Der im Teilungswürfel 15 nicht reflektierte Teil des Parallelstrahlenbündels, das Referenzstrahlenbündel 18, wird in einem weiteren Teilungswürfel 23 in zwei Teilstrahlenbündel 18' und 18" zerlegt, von denen das eine direkt einer in Form eines rechtwinkligen Prismas 24 ausgebildeten Referenzebene und das andere über einen ebenen Spiegel 25 einer zweiten Referenzebene in Form eines rechtwinkligen Prismas 26 zugeleitet wird. Von den Prismen 24 und 26, die zur Erzeugung von Interferenzen gleicher Neigung gegenüber dem Prisma 20 um einen geringen, zeichnerisch nicht darstellbaren Betrag um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Achse gedreht sind, werden die beiden Referenzstrahlenbündel 18' und 18" in gleicher Weise zurückgeworfen wie das Meßstrahlenbündel 17 vom Prisma 20.
  • Die von den Prismen 24 und 26 kommenden Referenzstrahlenbündel 18' und 18" werden in Fig. 1 mit Hilfe eines Teilungswürfels 27 bzw. eines Spiegels 28 über einen Spiegel 29 dem Teilungswürfel 22 zugeleitet und vereinigen sich dort mit dem Meßstrahlenbündel 17. Jedem Referenzstrahlenbündel ist eine Blende 30 bzw. 31 zugeordnet, die eine wahlweise Ausschaltung des jeweiligen Prismas 24 bzw.
  • 26 und damit des betreffenden Referenzstrahlenbündels ermöglicht. Der durch die Stellung der Blenden 30 und 31 freigegebene Teil des Referenzstrahlenbündels 18 und das Meßstrahlenbündel 17 werden nach ihrer Vereinigung einer Sammellinse 32 zugeleitet, die infolge der Überlagerung der kohärenten Strahlenbündel 17 und 18 ein Interferenzstreifensystem in einer Ebene entstehen läßt, in deren Nähe eine Doppelschlitzblende 33 angeordnet ist. Beim Verschieben des Prismas 20 bewegen sich die senkrecht zur Zeichenebene stehenden Interferenzstreifen an den Schlitzen der Blende 33 vorbei.
  • Die dadurch entstehenden Lichtimpulse gelangen über ein Dachprisma 34 auf zwei Fotozellen 35 und 36, die die Lichtimpulse in Stromimpulse umwandeln, welche in einem Aggregat37. das einen elektronischen Impulszähler und einen Umrechner enthalten kann, weiterverarbeitet und ausgewertet werden.
  • Durch eine in Fig. 1 nicht dargesteilte Antriebsvorrichtung erfährt das Prisma 20, die Meßebene, eine kontinuierliche Verschiebung in einer mit Hilfe des Pfeiles angezeigten Richtung A während das Prisma 24, die zugehörige wirksame Referenzebene, eine unveränderliche Lage einnimmt, die durch einen von der Kohärenzlänge des Lichtes bestimmten Verschiebungsbereich gegeben ist. Die von den Prismen 20 und 24 reflektierten kohärenten Strahlenbündel 17 und 18' gelangen nach ihrer Vereinigung mittels des Teilungswürfels 22 zur Interferenz, deren Bilder mit Hilfe der Sammellinse 32 in umittelbarer Nähe der Doppelschlitzblende33 erzeugt werden. Die infolge der kontinuierlichen Verschiebung des Prismas 20 an der Doppelschlitzblende vorbeiwandernden Interferenzstreifen erzeugen Lichtimpulse, die über ein Dachprisma 34 einmal auf die Fotozelle 35 und zum anderen danach auf die Fotozelle 36 auftreffen. Aus dem zeitlichen Abstand der entsprechenden Fotoströme lassen sich durch die im Aggregat 37 enthaltenen elektronischen Mittel die Verschiebungsrichtung der Meßebene und die Größe ihrer Verschiebung in Abhängigkeit von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes bestimmen.
  • Während des Zusammenwirkens der beiden Prismen 20 und 24 erfährt das mit Hilfe der Blende 31 optisch unwirksam gemachte Prisma 26 eine Verschiebung, die nur wenig kleiner ist als die zweifache Kohärenzlänge des verwendeten Lichtes, in eine neue Lage26', in der sie dann als Referenzebene dient wenn der Abstand des Prismas 20 vom Prisma 24 so groß geworden ist. daß der Kontrast der durch die Strahlengänge 17 und 1L8' erzeugten Interferenzstreifen und damit der Wechselstromanteil der Fotoströme nicht mehr ausreicht, um eindeutige Meßimpulse auszulösen. Das Prisma 26' wird automatisch festgehalten und wenn der genannte Abstand der beiden Prismen 20 und 24 voneinander erreicht ist, durch Entfernen der Blende 31 aus dem Strahlengang 18" freigegeben und das Prisma 24 durch Einbringen der Blende 30 in den Strahlengang 18' unwirksam gemacht. Anschließend wird die Klemmung des Prismaߢ24 selbsttätig gelöst und das Prisma selbst um den gleichen Betrag verschoben wie vorher das Prisma 26. Dieser Vorgang kann sich beliebig oft wiederholen, wobei die Prismen 24 und 26 abwechselnd die wirksamen Referenzebenen darstellen.
  • Beim Wechsel von einer Referenzebene zur anderen sind für eine kurze Zeitspanne beide Referenzebenen wirksam, und es entstehen zwei sich überlagernde Interferenzstreifensysteme. Zum Zwecke einer einwandfreien Messung auch während des Wechsels ist daher die Verschiebung der Referenzebenen so zu steuern, daß der Abstand der Meßebene von der verlassenen Referenzebene etwas größer ist als der Abstand der Meßebene von der in Betrieb genommenen Referenzebene. Dadurch ist der Kontakt des neu entstandenen Interferenzstreifensystems größer als der des vorher benutzten Interferenzstreifensystems, und es wird ein Fotostrom erzeugt, der einen eindeutigen Meßimpuls auslöst.
  • Die Meßvorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß an Stelle der Blende jedem Referenzteilstrahlenbündel ein Meßteilstrahlenbündel und eine gesonderte Einrichtung zur Umformung der Lichtimpulse in elektrische Impulse zugeordnet sind. Im Teilungswürfel 22 wird das Meßstrahlenbündel 17 in zwei Teilstrahlenbündel 17' und 17" geteilt, von denen sich das Teilstrahlenbündel 17' in einem Teilungswürfel 38 mit dem vom Prisma 24 über zwei Spiegel 39 und 40 reflektierten Teilstrahlenbündel 18' des Referenzstrahlenbündels und das Teilstrahlenbündel 17" nach Reflexion an einem Spiegel 41 in einem Teilungswürfel 42 mit dem vom Prisma 26 über zwei Spiegel 43 und 44 reflektierten Teilstrahlenbündel 18" des Referenzstrahlenbündels vereinigt. Die miteinander interferierenden Teilstrahlenbündel 17' und 98' bzw. 17" und 18" passieren eine Sammellinse 45 bzw. 46, die ein Interferenzstreifensystem in die unmittelbare Nähe einer Doppelschlitzblende 47 bzw. 48 abbildet. Das durch die Schlitze hindurchtretende Licht wird von den Flächen eines Dachprismas 49 bzw. 50 und zwei Fotozellen 51 und 52 bzw. 53 und 54 geleitet, und die dort erzeugten Fotoströme werden in einem als Diskriminator ausgebildeten Aggregat 55 bzw. 56 und einem gemeinsamen elektronischen Umschalter 57 weiterverarbeitet.
  • Beim Verschieben des Prismas 20 in Richtung wandern die Interferenzstreifen so an den Doppelschlitzblenden 47 und 48 vorbei, daß über die Dachprismen 49 und 50 zuerst die Photozellen 51 und 53 und danach die Fotozellen 52 und 54 belichtet werden. Der Wechsel von einer Referenzebene zur anderen erfolgt hinter den Aggregaten 55 und 56 dadurch, daß in ein nicht dargestelltes Zählwerk durch den elektronischen Umsehalter 57 einmal die aus dem Aggregat 55 und einmal die aus dem Aggregat 56 austretenden elektrischen Impulse gegeben werden.
  • Die Umschaltung erfolgt etwa zu dem gleichen Zeitpunkt wie bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung der Blendenwechsel. Dabei ist die Umschaltungszeit kleiner als die zeitliche Aufeinanderfolge der Impulse bei der größten Verschiebungsgeschwindigkeit des Meßprismas 20.
  • In den Fig. 1 und 2 sind die Spiegel und Teilungswürfel so angeordnet, daß die reflektierenden teilenden oder vereinigenden Flächen parallel zueinander liegen und das Meßstrahlenbündel zwischen die Referenzstrahlenbündel zu liegen kommt. Es ist aber auch möglich, durch geeignete Anordnung dieser Flächen das Meßstrahlenbündel unter oder über den Referenzstrahlenbündeln zu führen, so daß beispielsweise die Referenzteilstrahlenbündel dicht nebeneinander und das Meßstrahlenbündel dicht darüber oder darunter zu liegen kommt.
  • In Fig. 3 bedeutet 58 eine Lichtquelle, 59 einen Kondensor, 60 eine mit einem Spalt versehene Blende und 61 ein Kollimatorobjektiv, das groß genug sein muß, um zwei in Lichtrichtung hinter ihm liegende Teilungswürfel 62 und 63 völlig auszuleuchten. Durch diese Teilungswürfel wird das das Kollimatorobjektiv verlassende Parallelstrahlenbündel 64 je in zwei Teile 65, 66 und 65' und 66' geteilt, von denen die Teilstrahlenbündel 65 und 65' die Meßstrahlenbündel sowie 66 und 66' die Referenzstrahlenbündel darstellen. Jedes der Meßstrahlenbündel 65 und 65' wird von einem die jeweilige Meßebene darstellendcn rechtwinkligen Prisma 67 bzw. 68 über einen ebenen Spiegel 69 bzw. 70 in Richtung eines Teilungswürfels 71 bzw. 72 abgelenkt, in dem sich das Meßstrahlenbündel 65 bzw. 65' wieder mit dem an einem Spiegel 73 bzw. 74 und einem als Referenzebene dienenden rechtwinkligen Prisma 75 bzw. 76 reflektierten Referenzstrahlenbündel 66 bzw. 66' vereinigt. Die Prismen 67 und 68 sind starr miteinander verbunden und in Richtung eines Doppelpfeiles A verschiebbar.
  • Das aus dem Teilungswürfel 71 bzw. 72 austretende vereinigte Strahlenbündel durchsetzt eine Sammellinse 77 bzw. 78, die ein Interferenzstreifensystem unmittelbar vor einer Doppelschlitzblende 79 bzw. 80 entstehen läßt. Die in den Blendenschlitzen erscheinenden Interferenzstreifen belichten über ein Dachprisma 81 bzw. 82 zwei Fotozellen 83, 84 bzw. 85, 86, deren Impulse in einem Aggregat 87 bzw. richtungsabhängig gezählt werden. Ein elektronischer Umschalter89 bewirkt, daß entweder die aus dem Aggregat 87 oder aus dem Aggregat 88 austretenden Impulse einem nicht dargestellten Zählwerk und einem Rechenwerk zugeführt werden, das aus der Anzahl der Impulse die Strecke der Verschiebung zu ermitteln gestattet. Die Wirkungsweise dieser Meßvorrichtung ist die gleiche wie die der nach den Fig. 1 und 2 beschriebenen.
  • Abweichend von Fig. 3 ist es auch möglich, die Teilungswürfel 62 und 63 übereinander anzuordnen und an Stelle der beiden Prismen 67 und 68 nur ein entsprechend ausgebildetes Meßprisma zu verwenden, wodurch eine erhebliche Vereinfachung im Aufbau der Meßvorrichtung möglich ist.
  • An Hand der Fig. 4 und 5 soll die Steuerung der Bewegung der Referenzebenen in Abhängigkeit von der Bewegung der Meßebene näher erläutert werden.
  • In diesen Figuren bedeutet 90 das Bett einer Maschine, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, das mit einem Führungsprisma 91 und einer Gleitfläche 92 für einen Support 93, zwei Zahnstangen 94 und 95 sowie zwei im wesentlichen in einer Ebene parallel zum Support liegenden Trägern 96 und 97 für zwei im Grundriß winkelförmige Schlitten 98 und 99 ausgestattet ist. Mit jeder Zahnstange steht ein jedem Schlitten zugeordnetes Zahnrad 100 bzw. 101 im Eingriff, das an der Unterseite des Supports um eine in Fig. 2 senkrechte Achse X-X bzw. Y-Y drehbar gelagert und mit dem ein Arm 102 bzw. 103 fest verbunden ist, der an seiner dem Zahnrad abgewandten Seite einen radial zur Drehachse X-X bzw. Y-Y verschiebbaren und in jeder gewünschten Stellung klemmbaren Mitnehmer 104 bzw. 105 aufweist. Diese Mitnehmer gleiten abwechselnd in Führungen 106 und 107, die auf den Schlitten 98 und 99 fest angebracht sind. Die Schlitten sind mit Hilfe von Laufrollen 108 und 109 (in der Zeichnung sind nur die vordersten Laufrollen des Schlittens 98 sichtbar) längs der Träger 96 und 97 in einer Ebene um einen Betrag verschiebbar, der durch die Entfernung der Mitnehmer 104 und 105 von den DrehachsenX-X und Y-Y gegeben ist. Zur Klemmung der Schlitten 98 und 99 an den Trägern96 und 97 dient eine an ihrerer Deckfläche mit einem Öffnungsstutzen 110 und an ihrer Grundfläche mit einer Membran 111 versehene, mit Luft füllbare Druckkammerl12, die im Zusammenwirken mit einem Klemmteil 113, das mittels Schraubenfedern 114 und 115 mit dem betreffenden Schlitten in Verbindung steht und an seinen Enden Backen 116 und 117 aufweist, denen Backen 118 und 119 an diesem Schlitten gegenüberliegen. Zwischen den Backen und den Trägern befinden sich im gelösten Zustand schmale Luftspalte.
  • Am Support 93 und an den Schlitten 98 und 99 sind in gleicher Höhe rechtwinklige optische Prismen 12Q und 121, 122 in Fassungen 123 und 124, 125 so befestigt, daß ihre Hypotenusenflächen rechtwinklig oder zumindest annähernd rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung des Supports stehen. Das Prisma 120 ist mit der Meßebene und die Prismen 121 und 122 sind mit den Referenzebenen identisch, die in der Beschreibung zu den Fig. 1 bis 3 genannt worden sind.
  • In den Fig. 4 und 5 steht der dem Zahnrad 100 über den Arm 102 zugeordnete Mitnehmer 104 im Eingnff mit der am Schlitten 98 befestigten Führung 106, während der mit dem Zahnrad 101 über den Arm 103 verbundene Mitnehmer 105 sich nicht in der zugehörigen Führung 107 auf dem Schlitten 99 befindet; in dieser Stellung sind die beiden Arme 102 und 103 parallel zueinander gerichtet. Beim Verschieben des Supports 93 rollen die Zahnräder 100 und 101 entlang den Zahnstangen 94 und 95 mit entgegengesetztem Drehsinn ab. Wird der Support 93 und damit das Prisma 120 in einer durch einen Pfeil angedeuteten Richtung B verschoben, so drehen sich die Zahnräder 100 und 10l mit den durch Pfeile C und D angegebenen Drehsinnen um die Achse X-X bzw. Y-Y. Dabei verschiebt der Mitnehmer 104 den Schlitten 98 mit dem Prisma 121 in Richtung B so lange, wie er in der Führung 106 gleitet. Verläßt der Mitnehmer 104 nach entsprechender Drehung des Zahnrades 100 die Führung 106, so hat das Zahnrad 101 eine gleich große, aber entgegengesetzte Drehung erfahren, und die den beiden Zahnrädern zugeordneten Arme 102 und 103 schließen mit ihren Verlängerungen einen Winkel a ein, dessen Halbierende parallel zur Verschiebungsricntung B ist. In dieser Stellung der Arme wird der Schlitten 98 in noch zu beschreibender Weise an die Träger 96 und 97 festgeklemmt und die Klemmung des Schlittens 99 an den Träger 96 und 97 gelöst. Während sich nun die Zahnräder 100 und 101 infolge der fortlaufenden Verschiebung des Supports 93 um den eben genannten Winkel a drehen, dessen Größe durch den Abstand der Drehachse jedes Zahnrades vom Anfang der zugehörigen Führung und der Lage eines jeden Mitnehmers auf dem ihn tragenden Arm bestimmt ist, verharren beide Schlitten in Ruhe. Erst bei weiterer Drehung des Zahnrades 101 gelangt der Arm 103 mit seinem Mitnehmer 105 in die Führung 107 und bewirkt die Verschiebung des Schlittens 99 in Richtung B. Durch die winklige Form der Schlitten 98 und 99 wird der sich kontinuierlich verschiebende Support 93 trotz zeitweiligen Stillstandes dieser Schlitten in seinem Bewegungsablauf in keiner Weise gehemmt.
  • Die Anordnung der Prismen 120 und 121, 122 sowie der Schlitten in gleicher Höhe bedingt, daß die Prismen 121 und 122 sich nicht, wie in den Fig. 1 bis 3 angegeben, überholen, sondern nur einholen können und dabei einen Weg zurücklegen, der höchstens gleich der halben Kohärenzlänge des zur Messung verwendeten Lichtes ist.
  • Die Klemmung der Schlitten 98 und 99 an ihren Trägern gestaltet sich wie folgt: Gleichzeitig mit dem Austritt eines Mitnehmers aus seiner Führung erfolgt die Klemmung des zugehörigen Schlittens und die Lösung des anderen Schlittens bezüglich der Träger. In der Darstellung des vorliegenden Beispiels ist der Schlitten 99 an den Trägern 96 und 97 geklemmt und der Schlitten 98 von ihnen gelöst. Nach entsprechender Drehung der Zahnräder 100 und 101 wird durch der Einfachheit halber nicht dargestellte Mittel zur Regulierung des Luftdruckes in der Druckkammer im Augenblick des Austritts des Mitnehmers 104 aus der Führung 106 die Klemmung zwischen dem Schlitten 99 und den Trägern gelöst und die Klemmung des Schlittens 98 an die Träger bewirkt. Zur Klemmung des Schlittens 98 wird Luft durch den Öffnungsstutzen 110 in die Druckkammer 112 gepreßt, so daß sich die Membran 111 gegen den ihr benachbarten Teil des Klemmteiles 113 legt. Dadurch wird zunächst der Schlitten nach oben gedrückt, bis die Backen 118 und 119 zur Anlage an die Träger 96 und 97 kommen und die Rollen 108 und 109 zur Vermeidung von Zwangskräften von diesen Trägern abgehoben sind.
  • Danach erfährt bei weiterem Einpressen der Luft auch der Klemmteil 113 eine Bewegung nach unten, durch die die Backen 116 und 117 ebenfalls gegen die Träger gedrückt werden, Damit ist der Vorgang der Klemmung des Schlittens 98 an die Träger 96 und 97 abgeschlossen. Diese Klemmung bleibt nun erhalten bis mit dem entsprechenden Bewegungsablauf der Zahnräder 100 und 101 die Druckkammer 112 geöffnet wird, die komprimierte Luft ausströmen kann und die Klemmung des Schlittens 99 in der gleichen Weise erfolgt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Längenmessung mittels Interferenzen in einem über die Kohärenzlänge hinausgehenden Meßbereich mit mindestens einer verschiebbaren Meßebene und zwei nebeneinanderliegenden Referenzebenen, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzebenen (24, 26 bzw. 75, 76 bzw. 121, 122) wechselweise in Verschiebungsrichtung der Meßebene (20 bzw.
    67, 68 bzw. 120) verschiebbar angeordnet und derart wechselweise in den Meßvorgang einschaltbar sind, daß die jeweils feststehende Referenzebene zur Messung benutzt wird, und daß eine Auswerteinrichtung zum Zählen der an einem Bezugspunkt vorbeiwandernden Interferenzstreifen vorgesehen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Referenzebenen als ablenkungsunempfindliche Umkehrprismen ausgebildet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine jeder Referenzebene zugeordnete, in den Strahlengang ein- und ausschaltbare Blende (30, 31).
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung aus einer an sich bekannten foto elektrischen Abtasteinrichtung und einer elektronischen Impulszähleinrichtung besteht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Impulszähleinrichtung zur richtungsabhängigen Zählung der Fotostromimpulse.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Referenzstrahlengang gesondert ein Meßstrahlengang und eine Auswerteeinrichtung zur richtungsabhängigen Zählung der Fotostromimpulse zugeordnet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Übergang von einer Referenzebene auf die andere und von einem richtungsabhängigen Zählmittel zum anderen ein elektronischer Schalter benutzt wird, dessen Schaltzeit kleiner ist als die zeitliche Aufeinanderfolge von Impulsen bei größtmöglicher Geschwindigkeit des Meßprismas.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 465 365; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 017799; Zeitschrift »Microtecnic«, Bd. X, 1956, Nr. 6, S.298 bis 302; »Zeitschrift für Instrumentenkunde«, Bd. 67, 1959, Heft 5, S. 134/135.
DEJ18877A 1960-10-18 1960-10-18 Vorrichtung zur kontinuierlichen Laengenmessung mittels Interferenzen in einem ueberdie Kohaerenzlaenge hinausgehenden Messbereich Pending DE1154646B (de)

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DEJ18877A DE1154646B (de) 1960-10-18 1960-10-18 Vorrichtung zur kontinuierlichen Laengenmessung mittels Interferenzen in einem ueberdie Kohaerenzlaenge hinausgehenden Messbereich

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