DE1181932B - Automatisches optisches Mikrometer, insbesondere zur Ablesung von Massstaeben - Google Patents

Description

• Automatisches optisches Mikrometer, insbesondere zur Ablesung von Maßstäben Gegenstand der Erfindung ist ein automatisches optisches Mikrometer zur Ermittlung des Abstandes eines im Gesichtsfeld eines optisch abbildenden Systems beobachtbaren Objektes von einem im Gesichtsfeld gelegenen Index mit Mitteln zum meßbaren Verschieben des Objektes gegenüber dem Index bis in deren Koinzidenzlage mittels einer motorischen Antriebsvorrichtung, welche durch von einer lichtelektrischen Vorrichtung erzeugte, den zu ermittelnden Abstand entsprechende elektrische Steuersignale betätigt wird. Im besonderen befaßt sich die Erfindung mit einem Mikrometer zur Interpolation von Ablesungen an Maßstäben mit einem die Maßstababbildung bewirkenden Mikroskop und im Ausbildungsstrahlengang des Mikroskops angeordneten optischen Mitteln zum Parallelversetzen des Abbildungsstrahlenganges.
• Es sind bereits Einrichtungen zum Nachweis mechanischer Bewegungen bekannt, bei denen eine mechanische Meßgröße auf lichtelektrischem Wege in einen elektrischen Strom umgewandelt wird. Hierzu wird ein Lichtstrahl über ein Ablenkelement und eine Blende einem lichtelektrischen Element zugeführt, wobei die Blende der zu ermittelnden mechanischen Bewegung ausgesetzt ist. Das Ablenkelement wird bei diesen Einrichtungen von einem Stellorgan nach Art eines Drehspuleninstrumentes jeweils so verstellt, daß die auf das lichtelektrische Element gelangende Lichtmenge nahezu konstant ist. Der zu dieser Verstellung erforderliche Strom stellt dabei ein Maß für die zu messende Bewegung dar.
• Auch sind bereits Einrichtungen zur Verstärkung des Drehmomentes unter Verwendung einer lichtelektrischen Hilfskraft bekannt, bei denen die Bewegung eines empfindlichen Meßorgans über einen Lichtzeiger und lichtelektrische Elemente zur Steuerung eines nach Art eines Galvanometers ausgebildeten Stehorgans benutzt wird.
• Weiter sind Vorrichtungen zur berührungsfreien Ermittlung der Maße eines Gegenstandes bekannt, bei denen eine Marke auf den zu messenden Gegenstand projiziert ist und eine Abbildungseinrichtung mit Strahlenleiter, gegeneinandergeschalteten fotoelektrischen Empfängern und ein durch den Fotostrom gespeisten Motor zur Verschiebung des Markenbildes vorgesehen sind. Dabei wird die Verschiebung des Markenbildes durch die Verstellung geeigneter optischer Elemente vorgenommen.
• Auch ist bereits ein automatisches Mikrometer der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem das im Abbildungsstrahlengang des abbildenden Systems vorgesehene Mikrometermittel durch Elektromotoren über Getriebe mittels Servosteuerungen betätigt wird. Umdrehungen von Getriebeteilen dienen dabei als Messung für die Verstellung des Mikrometermittels. Diese Anordnungen weisen den Nachteil auf, daß ihr Einsatz z. B. an optischen Winkelmeßinstrumenten geodätischer Art wegen der Dimensionen der Motoren und Getreibeteile behindert ist. Auch an solchen Vorrichtungen, die erschütterungsfrei arbeiten sollen, ergeben sich Unzulänglichkeiten. Daneben bereitet auch die Fernübertragung des jeweiligen Meßwertes Schwierigkeiten.
• Erfindungsgemäß wird deshalb ein automatisches optisches Mikrometer der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die durch die elektrischen Signale gesteuerte motorische Vorrichtung bei der Verschiebebetätigung einer Richtkraft entgegenwirkt.
• Die erfindungsgemäße Ausführung des automatischen Mikrometers hat gegenüber den bisher bekannten Einrichtungen folgende Vorteile: Es hat keinen über Getriebe arbeitenden Antriebsmotor und ist daher bei einfacherem Aufbau frei von Motorvibrationen und durch das Spiel des Getriebes verursachten Einstellfehlern.. Es ist wegen der geringen Reibung des Verstellelementes feinfühliger in der Einstellung und hat den weiteren Vorteil, daß das elektrische Steuersignal unmittelbar als Maß für die zu messenden Größe elektrisch angezeigt werden kann, wodurch die Fernübertragung des Meßwertes erleichtert ist.
• Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel.
• F i g. 1 erläutert ein optisches Mikrometer zur Interpolation an Meßstäben; F i g. 2 zeigt den in diesem Mikrometer vorgesehenen Kraftgeber zur Verstellung des benutzten Mikrometermittels.
• In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Maßstab, z. B. einen Teilkreis oder einen Längenmaßstab, mit den Teilungsmarken 2, 2' und 2". Mittels optisch abbildender Systeme 3, 4 ist ein passender Ausschnitt des Maßstabes 1 in eine Ebene nahe einer Bildtrennungskante 6 abgebildet. 9 ist eine Gesichtsfeldblende. In den Abbildungsstrahlengang ist in an sich bekannter Weise ein optisches Mittel in Form einer schwenkbar gelagerten Planglasplatte 5 eingeschaltet, deren Schwenkung einen entsprechenden Parallelversatz des durch das System 3, 4 erzeugten Bildes zur Folge hat. Das Bild enthält bevorzugt eine der Teilungsmarken mit ihrer engeren Umgebung. Als Ableseindex dient die Bildtrennungskante 6 eines bildaufteilenden Elementes. Dieses besteht aus einem Glasprisma 8 mit einem in seiner Diagonalebene angeordneten spiegelnden Belag 7. Die Kante 6 dieses Belags ist eine Trennkante. An ihr ist das erzeugte Maßstabsbild in zwei Teilbilder zerlegt, die über die Spiegel 11, 12, 13 und 14 und ein Sammelprisma 15 einem lichtelektrischen Wandler 16, der Teil eines Differentialfotometers ist, zugeführt sind.
• Dem Wandler ist eine Drehblende 17 vorgeschaltet. Diese dreht sich ständig und gibt wechselweise nacheinander und periodisch jeweils einen der beiden Lichtströme, die den Teilbildern 17a und 17 b zugehörig sind, für den Wandler 16 frei. Dieser erzeugt deshalb in an sich bekannter Weise den Lichtströmen proportionale elektrische Spannungen, die einer Vergleichsvorrichtung 20 zugeführt sind. Die Vorrichtung 20 vergleicht die den Lichtströmen zugeordneten elektrischen Signale und erzeugt an ihrem Ausgang einen elektrischen Signalstrom, der - wie unten erläutert - zur Verstellung der Platte 5 dient.
• Die Planglasplatte 5 ist mittels eines Torsionsfadens 10 gegen eine Richtkraft drehbar gelagert. Dieser dient gleichzeitig zur Lagerung der Spule 23 eines Galvanometers 18. Der Faden 10 fesselt die Platte 5 an eine Vorzugsstellung, aus der heraus die Platte durch die vom Galvanometer erzeugte Steilkraft verstellbar ist. Die Galvanometerspule ist über die Leitung 21 mit dem Ausgang der Vorrichtung 20 verbunden, so daß - je nach Größe des die Leitung 21 durchfließenden Stroms - eine entsprechende Drehung der Platte erfolgt. Die Plattendrehung ist proportional der Spulendrehung. Sie hängt jedoch vom Verhältnis des Abstands L der Spule zum Abstand 1 der Platte von der Einspannstelle des Fadens 10 ab (vgl. F i g. 2) und ist entsprechend kleiner. Durch Wahl dieses Verhältnisses läßt sich die Empfindlichkeit der Verstellung variieren.
• Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Der im Gesichtsfeld des Mikroskops gelegene Maßstabsteilstrich 2 weist im allgemeinsten Fall eine Lage auf, die nicht mit der Lage der Trennkante 6 des Fotometers zusammenfällt. Sein Abstand von der Trennkante ist vielmehr dem zu interpolierenden Abstand gleich, so daß durch Verschwenkung der Planplatte eine Parallelverschiebung des Strichbildes erfolgt und aus der Größe der Drehung der Platte in an sich bekannter Weise auf den Strichabstand geschlossen werden kann. Sie ist diesem proportional. Bei nicht symmetrischer Lage des Teilstrichbildes in bezug auf die Trennkante sind die auf den Wandler einwirkenden Lichtströme nicht gleich groß, weshalb das Galvanometer die Platte gegen die Richtkraft des Torsionsfadens so lange verstellt, bis die Gleichheit der Lichtströme hergestellt ist. Der zur Verstellung erforderliche Strom ist ein Maß für diese Verstellung und mittels eines Meßinstrumentes 22 (F i g. 1) meßbar.
• Die beschriebene Anordnung kann auch in der Weise aufgebaut sein, daß der Ableseindex mit dem Bild des Teilstriches zur Deckung gebracht wird.
• Die Erfindung ist im weiteren nicht auf die Mittel des Ausführungsbeispiels beschränkt. Es ist z. B. möglich, das Galvanometer durch ein anderes elektrisches System, bei dem der bewegliche Teil einer Richtkraft unterworfen ist, etwa durch ein Tauchspulsystem, zu ersetzen. Auch ist es nicht notwendig, daß die Richtkraft mechanisch durch eine Feder erzeugt wird, beispielsweise kann sie auf elektrischem Wege hergestellt werden. Schließlich kann eine erfindungsgemäße Einrichtung nicht nur zum Ablesen von Maßstäben verwendet werden, z. B. kann man sie auch zur Ermittlung der Lage von anderen Objekten gebrauchen. Ferner läßt sie sich auch mit Vorteil zur Ablesung von Teilkreisen verwenden, bei denen an zwei um 180° versetzten Stellen abgelesen werden soll, indem man in üblicher Weise die eine Ablesestelle auf die andere abbildet und ein von jeder Ablesestelle eine Marke enthaltendes Bild in der Nähe der Bildtrennungskante erzeugt. In diesem Fall werden nicht die Markenbilder mit der Bildtrennungskante zur Deckung gebracht, sondern es wird auf die Mitte zwischen beiden Markenbildern eingestellt.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Automatisches optisches Mikrometer zur Ermittlung des Abstandes eines im Gesichtsfeld eines optisch abbildenden Systems beobachtbaren Objektes von einem in dem Gesichtsfeld angeordneten Index mit Mitteln zum meßbaren Verschieben des Objektes gegenüber dem Index bis in deren Koinzidenzlage mittels einer motorischen Antriebsvorrichtung, welche durch von einer lichtelektrischen Vorrichtung erzeugte, dem zu ermittelnden Abstand entsprechende elektrische Steuersignale betätigt wird, insbesondere optisches Mikrometer zur Interpolation von Ablesungen an Maßstäben mit einem die Maßstabsabbildung bewirkenden Mikroskop und mit in dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops angeordneten optischen Mitteln zum Parallelversetzen des Abbildungsstrahlenganges, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die durch die elektrischen Signale (21) gesteuerte motorische Vorrichtung (18) bei der Verschiebebetätigung einer Richtkraft (10) entgegenwirkt.
2. 2. Automatisches Mikrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische System in an sich bekannter Weise ein Galvanometer (18) ist.
3. 3. Automatisches Mikrometer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Einrichtung, bei welcher als Ableseindex die Bildtrennungskante (6) eines bildaufteilenden Elementes (6, 7, 8) und als optisches, den Strahlengang versetzendes Element eine Planplatte (5) dient und bei welcher die fotoelektrische Meßeinrichtung so ausgebildet ist, daß die an der Bildtrennungskante erzeugten Teilbilder (17a, 17b) hinsichtlich ihrer Lichtströme lichtelektrisch verglichen werden und daß ein durch die Differenz der Lichtströme bestimmtes elektrisches Signal erzeugt wird, durch welches die Verstellung der an dem Torsionsfaden (10) des Galvanometers (18) befestigten Planplatte (5) derart gesteuert wird, daß die Lichtströme der Teilbilder einander gleich sind.
4. 4. Automatisches Mikrometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das elektrische System fließende Strom gleichzeitig als Maß für die Verstellung dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1759198; Patentschrift Nr. 8716 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; USA.-Patentschrift Nr. 1897 850.