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Vorrichtung zur Längenmessung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Längenmessung mit einem mindestens einen verschiebbaren Spiegel
besitzenden Interferometer, in dem zwei um einen bestimmten Phasenbetrag versetzte,
beim Verschieben des Spiegels sich bewegende Interferenzkurven erzeugt werden, einer
in der Bildebene jeder Interferenzkurve angeordneten Blende, in der beim Verschieben
des Spiegels wechselnde Lichtintensitäten auftreten, die über einen hinter jeder
Blende befindlichen fotoelektrischen Empfänger eine Wechselspannung erzeugen, und
einer Einrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, der unter Wirkung der Wechselspannungen
eine im Raum umlaufende Bewegung erfährt.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zur genauen Längenmessung mit zwei
gegeneinander versetzten Interferenzstreifensystemen bekannt. Die von den Interferenzstreifen
erzeugten Lichtimpulse werden getrennt von zwei Sekundärelektronenvervielfachern
empfangen und die darin erzeugten Fotoströme den kreuzweise orientierten Ablenkplattenpaaren
einer Kathodenstrahlröhre zugeordnet. Dadurch erfährt der Elektronenstrahl eine
zirkulierende Bewegung, er beschreibt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre einen
Kreis. Aus der Stellung des Leuchtpunktes auf dem Schirm lassen sich visuell Bruchteile
der Wellenlänge des Lichtes messen oder schätzen. Die Nachteile dieser Vorrichtung
liegen darin, daß für die Grob- und Feinmessung zwei Ablesestellen getrennt, unter
Umständen die eine objektiv und die andere subjektiv, zu beobachten sind und daß
die visuelle Ablesung der Wellenlängenbruchteile einer Automatisierung des Verfahrens
hindernd im Wege steht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung der genannten
Nachteile und in der Schaffung einer Vorrichtung zur objektiven Längenmessung auf
definierte Bruchteile der Wellenlänge genau.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bewegungskegel
des Elektronenstrahls etwa rechtwinklig zur Achse des Kegels eine Scheibe mit radialen
Schlitzen angeordnet ist, deren Mittelpunkt sich zumindest annähernd auf der Kegelachse
befindet. Die Scheibe besteht aus soviel Sektoren, wie für die Meßgenauigkeit Bruchteile
der halben Wellenlänge benötigt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt
die geforderte Meßgenauigkeit auf Bruchteile der Wellenlänge mit einfachen Mitteln
einzuhalten. Die Dauer und Stärke der durch die Scheibe erzeugten Impulse ist weitgehend
unabhängig von den Helligkeits- und/oder Kontraständerungen der Interferenzkurven
und von der Form der
umlaufenden Bewegung des Elektronenstrahls. Ungleichförmigkeiten
im Ablauf des Interferenzspiegels üben in weiten Grenzen keinen Einfluß auf das
Messungsergebnis aus.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung
ergibt sich, wenn zur Erzeugung und Steuerung des Elektronenstrahls in an sich bekannter
Weise eine Kathodenstrahlröhre benutzt wird, die in ihrem Inneren die aus elektrisch
leitfähigem Material bestehende Schlitzscheibe enthält.
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Eine andere empfehlenswerte Ausführungsform, die zwar einen weiteren
foto elektrischen Empfänger benötigt, jedoch eine beliebige Unterteilung eines Wellenlängenintervalls
durch Auswechselung der Schlitzscheibe gestattet, enthält zwischen dem Schirm der
Kathodenstrahlröhre und dem hinter dem Schirm angeordneten fotoelektrischen Empfänger
die Schlitzscheibe.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist überall anwendbar, wo es um
die genaue Messung, Prüfung und Einhaltung von Längen geht.
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An Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der gesamten Vorrichtung in
schematischer Darstellung und F i g. 2 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Michelson-Interferometer wird das
von einer Lichtquelle 1 ausgesendete Strahlenbündel 2 durch einen Kondensor 3 in
der Öffnung 4 einer Blende 5 vereinigt, die sich in der Brennebene eines Kollimatorobjektivs
6 befindet.
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Im parallelen Strahlengang hinter dem Kollimatorobjektiv 6 ist ein
Interferenzfilter 7 zum Ausfiltern eines bestimmten Spektralbereiches sowie eine
teildurchlässige, planparallele, mit einer Aluminiumschicht 8 versehene Platte 9
angeordnet, die das Strahlenbündel 2 in zwei Teilstrahlenbündel 2' und 2"
teilt.
Das Teilstrahlenbürdel 2' durchsetzt die Platte 8, während das Teilstrahlenbündel
2" an ihr reflektiert wird.
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In jedem Teilstrahlenbündel 2' bzw. 2" befindet sich ein Tripelprisma
10 bzw. 11, das die verschiebbare Meßebene bzw. die fest angeordnete Referenzebene
des Interferometers darstellt. Mit dem Tripelprisma 10 ist ein fotoelektrisches
Mikroskop 12 starr verbunden, das sich beim Verschieben des Tripelprismas 10 entlang
eines Maßstabs 13 bewegt und jeweils beim Überfahren eines Maßstabstriches 14 einen
elektrischen Impuls erzeugt, dessen Schärfe durch nicht dargestellte optische oder
elektronische Mittel beeinflußt werden kann und der in einem Verstärker 15 verstärkt
einem Auswerteaggregat 16 zugeführt wird. Das Auswerteaggregat kann einen oder mehrere
elektronische Zähler, einen oder mehrere Speicher und ein Druckwerk umfassen.
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Die Teilstrahlenbündel 2' und 2" werden in den Tripeiprismen 10 und
11 parallel zu sich selbst reflektiert und in der Ebene der Aluminiumschicht 8 derart
vereinigt, daß ein Teil des Lichtes des Teilstrahlenbündels 2' an der Aluminiumschicht
reflektiert und der andere Teil durch die Aluminiumschicht und die Platte 9 hindurchgelassen
wird und daß ein Teil des Lichtes des Teilstrahlenbündels 2" an der Aluminiumschicht
8 reflektiert und der andere Teil durch die Aluminiumschicht und die Platte 9 hindurchgelassen
wird. Der an der Aluminiumschicht 8 reflektierte Teil des Teilstrahlenbündels 2'
und der durch die Aluminiumschicht hindurchgetretene Teil des Teilstrahlenbündels
2" überlagern sich zu einem neuen Strahlenbündel 17, das ein Objektiv 18 durchsetzt
und in der Ebene einer mit zwei Schlitzen 19 und 20 versehenen Blende 21 ein Interferenzkurvensystem
ergibt. In gleicher Weise überlagert sich der die Platte 9 und die Aluminiumschicht
8 durchsetzende Teil des Teilstrahlenbündels 2' mit dem an der Aluminiumschicht
reflektierten Teil des Teilstrahlenbündels 2" zu einem neuen Strahlenbündel 22,
das nach Reflexion an einem Spiegel 23 ein Objektiv 24 durchsetzt und in der Ebene
der Blende 21, die gleichzeitig Brennebene der Objektive 18 und 24 ist, ein zweites
Interferenzkurvensystem ergibt. Dem ersten Interferenzkurvensystem ist der Schlitz
19 und dem zweiten der Schlitz 20 zugeordnet. Infolge der geeignet gewählten Dicke
der Aluminiumschicht 8 sind die beiden Interferenzkurvensysteme, die im vorliegenden
Fall als Haidinger-Ringe erscheinen, um =c/2 gegeneinander versetzt.
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Unmittelbar hinter jedem Schlitz 19 bzw. 20 der Blende 21 ist ein
fotoelektrischer Empfänger 25 bzw.
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26 angeordnet und mit einem Ablenkplattenpaar 27, 28 bzw. 29, 30 einer
Kathodenstrahlröhre 31 verbunden. In der Nähe des Schirmes 32 ist in der Kathodenstrahlröhre
31 eine Sektorenscheibe 33 fest angeordnet, die über einen Verstärker 34 ebenfalls
mit dem Auswerteaggregat 16 in Verbindung steht.
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Beim Verschieben des Tripelprismas 10 gegenüber dem Maßstab 13 wandern
auch die Interferenzkurvensysteme in der Ebene der Blende 21, in den Schlitzen 19
und 20 erscheinen abwechselnd helle und dunkle Interferenzkurven, die fotoelektrischen
Empfänger 25 und 26 werden mit wechselnden Helligkeiten beaufschlagt und liefern
entsprechende Stromimpulse an die Ablenkplattenpaare 27, 25 und 29, 30. Dadurch
erfährt der in der Kathodenstrahlröhre 31 erzeugte Elektronenstrahl eine umlaufende
Bewegung,
er beschreibt einen Kegelmantel. Im Verlauf seiner umlaufenden Bewegung überstreicht
er abwechselnd einen Sektor der Sektorenscheibe 23 und einen Zwischenraum zwischen
zwei Sektoren.
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Beim Überstreichen eines jeden Sektors wird in diesem ein Stromimpuls
erzeugt und über den Verstärker 34 dem Auswerteaggregat 16 zugeführt.
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Im Auswerteaggregat 16 werden die vom fotoelektrischen Mikroskop
12 kommenden, auf die Teilungsstriche 14 des Maßstabs 13 zurückzuführenden Impulse
ebenso gezählt wie die durch die Interferenzkurven und die Sektorenscheibe 33 auf
Bruchteile der Wellenlänge des verwendeten Lichtes zurückgeführten Bruchteile eines
Teilungsintervalls. Das Ergebnis der Zählung wird entweder gespeichert oder angezeigt.
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In Fig. 2 ist mit 31 wieder die Kathodenstrahlröhre und mit 33 die
Sektorenscheibe bezeichnet, die sich außerhalb der Kathodenstrahlröhre befindet.
Der Schirm 32 trägt einen Leuchtstoffbelag mit sehr kurzer Abklingzeit. Beim Umlaufen
des Elektronenstrahls bewegt sich auf dem Schirm 32 ein Lichtpunkt und ein foto
elektrischer Empfänger 35 empfängt nach Maßgabe der Sektorenscheibe 33 und der Umlaufgeschwindigkeit
des Elektronenstrahls Lichtimpulse, die er in Stromimpulse umwandelt und verstärkt
an das Auswerteaggregat 16 abgibt. Im übrigen ist die Vorrichtung nach F i g. 1
aufgebaut zu denken.
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Die Erfindung erschöpft sich nicht in den dargestellten Ausführungsbeispielen;
sie ist weder an die Verwendung eines Michelson-Interferometers noch an die dargestellte
Ausbildung der einzelnen optischen Glieder gebunden. Insbesondere können an Stelle
der Tripelprismen 10 und 11 auch Spiegel oder rechtwinklige Prismen Verwendung finden.
Auch kann die Phasenversetzung der beiden Interferenzkurven gegeneinander durch
andere optische Mittel als die Aluminiumschicht 8, beispielsweise durch einen geeigneten
Kompensator bewirkt werden. Die Sektoren der Schlitzscheibe können elektrisch voneinander
isoliert sein, was in manchen Fällen vorteilhaft ist.