DE1296396B

DE1296396B - Optisches Mehrzweckmessgeraet

Info

Publication number: DE1296396B
Application number: DEL51213A
Authority: DE
Inventors: Hock; Dipl-Phys Fromund; Lang Karl; Luessem; Dipl-Ing Heribert
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1965-07-24
Filing date: 1965-07-24
Publication date: 1969-05-29
Also published as: GB1159365A; US3502415A

Description

In der deutschen Patentanmeldung P 1281158.4-52 ist ein optisches Mehrzweckmeßgerät mit mindestens einer zyklisch bewegten Abtastmarke beschrieben, mit dessen Hilfe die laterale Lage eines Meßobjektes im Hinblick auf eine oder zwei Koordinatenrichtungen bestimmt werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen zu schaffen, mit deren Hilfe sich das im Hauptpatent beschriebene Mehrfachmeßgerät auch zur Feststellung der axialen Lage eines Meßobjektes im Hinblick auf einen vorgegebenen Nullpunkt eignet.
Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Mehrzweckmeßgerät mit mindestens einer zyklisch bewegten Abtastmarke nach Patentanmeldung P 1281158.-4-52, das sich dadurch auszeichnet, daß im vom reflektierten Licht bzw. vom durchgefallenen Licht durchlaufenen Strahlengang ein geometrischer Teiler vorhanden ist, dem zur Umwandlung der Ausgangsstrahlenbündel mindestens ein photoelektrischer Empfänger nachgeschaltet ist, dessen Ausgang jeweils an eine addierende und eine subtrahierende Baugruppe angeschlossen ist.
Es kann auch im Strahlengang des reflektierten Lichtes bzw. des durchgefallenen Lichtes ein zusätzlicher Strahlenteiler vorgesehen sein, dem ein oszillatorisch bewegter photoelektrischer Empfänger nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge über Selektivverstär-. ker mit phasenempfindlichen Gleichrichtern verbunden sind.
Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgedanken sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Gerät mit nur einem photoelektrischen Empfänger, F i g. 2 ein Gerät mit zwei photoelektrischen Empfängern, F i g. 3 ein Gerät mit zwei Empfängern, bei dem die Summen- und Differenzsignale mittels Transformatoren erzeugt werden.
In Fig. 1 ist ein Gerät gezeigt, bei dem nur ein photoelektrischer Empfänger verwendet ist. Eine Lampe 101 beleuchtet über einen Kondensor 102 sowie eine aus einem ortsfest gelagerten Spiegell03 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 Wechselstromgenerator 170 gespeisten Magnetsystems 107 mit einer FrequenzfO. Der Blende 106 ist ein optischer Teiler 130 nachgeschaltet. Die leuchtende Abtastmarke 106 wird über den Teiler 130, eine Pupillenblende 108, einen Kondensor 109 sowie eine verschieblich gelagerte Prismen-Linsen-Kombination 131 auf das Meßobjekt 110 abgebildet, das mit einem ReflektorllO'zusammenwirkt. Das vom Reflektor 110' zurückgeworfene Strahlenbündel 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 Strahlenbündel einem Beobachtungsokular 134 zugeführt bzw. in eine Bildebene 135 gelenkt wird. Dabei entspricht das in dieser Ebene 135 entworfene Bild der durch die Blende 108 bestimmten Pupille. Der Ebene135 ist ein bewegbar gelagerter photoelektrischer Empfänger 136 zugeordnet. Er wird mittels eines von einem Generator 137 mit einer Frequenz fl gespeisten Magnetsystems 138 derart bewegt, daß er die beiden Hälften der Pupille abwechselnd abtastet.
Diesem photo elektrischen Empfänger 136 sind über einen Vorverstärker 140 zwei Selektiwerstärker 141, 142 nachgeschaltet, von denen der eine auf die Frequenz ft, der andere auf eine Frequenz (2 n+ 1) 1o abgestimmt ist. Das am Ausgang des Selektivverstärkers 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 Meßobjekts in Richtung der optischen Achse, also in Richtung der Z-Koordinate bewirkt.
In gleicher Weise werden die Ausgangssignale des Selektiwerstärkers 142 mit dem vom Generator 170 gelieferten Signal verglichen, nachdem dieses einen Phasenschieber 146, einen auf eine Frequenz (2 n+ 1) 1o 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 Gleichstromverstärkers 150 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. Das beschriebene Gerät eignet sich also zum automatischen Einfangen und Einrichten eines Meßobjektes sowohl im Hinblick auf die X- als auch auf die Z-Koordinatenrichtung.
Es ist zu erwähnen, daß dieses Gerät auch dahingehend abgeändert werden kann, daß statt des schwingenden photoelektrischen Empfängers 136 ein fest montierter photoelektrischer Empfänger vorgesehen ist, der mit einer schwingenden Abtastblende zusammenwirkt.
In F i g. 2 ist ein Gerät gezeigt, das erkennen läßt, daß sich das Mehrzweckmeßgerät auch für Messungen im Durchlicht eignet. Eine Lampe 201 beleuchtet über einen Kondensor 202 sowie eine aus zwei Prismen 203, 204 bestehende Prismenkombination eine auf dem Prisma 204 aufgebrachte Abtastmarke 206.
Dieses Prisma 204 ist mittels Membranen 205 in horizontaler Richtung beweglich gelagert. Die Bewegung des Prismas 204 erfolgt mittels eines von einem Generator 270 mit Wechselstrom der Frequenz 1o gespeisten Doppel-Tauchspul-Magnetsystem 207. Die leuchtende Abtastmarke 206 wird über eine Pupillenblende 208 sowie einen Kondensor 209 auf das Meßobjekt 210 abgebildet, das hier die Form eines Maßstabstriches aufweist. Dem Meßobjekt 210 sind zwei Teilerlinsen 211, 212 nachgeschaltet, die das Licht zu zwei photo elektrischen Empfängern 213, 214 leiten.
Die Ausgänge dieser Empfänger sind an die Eingänge eines Summenbildners 215 sowie eines Differenzbildners 216 gelegt. Dem Differenzbildner 216 sind ein Selektivverstärker218 für die Frequenz !{> sowie eine Phasenschieberstufe 220 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal der Phasenschieberstufe 220 wird in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 222 mit dem mittels eines Rechteckverformers 271 verformten Ausgangssignal des Generators 270 verglichen. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 222 zeigt mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes 224 die Lage des Meßobjektes 210 in Richtung der Z-Achse an.
Dem Summenbildner 215 ist ein auf eine Frequenz (2n+ 1) 1o abgestimmter Resonanzverstärker 217 nachgeschaltet, an dessen Ausgang eine Phasenschieberstufe 219 liegt. Das Ausgangssignal dieser Phasenschieberstufe wird mit dem Ausgangssignal des Generators 270 in einem phasenempfindlichen Gleichrichteer 221 verglichen, nachdem dieses Generator-Ausgangssignal einen auf eine Frequenz (2n+1) fO abgestimmten Resonanzverstärker 223 sowie eine Rechteckverformerstufe 225 durchlaufen hat. Ein nachgeschaltetes Anzeigeinstrument 227 zeigt die Lage des Meßobjektes 210 in Richtung der X-Koordinate an.
In Fig. 3 ist schematisch gezeigt, wie man auf einfache Weise zu den Summen- und den Differenzsignalen der beiden verwendeten photoelektrischen Empfänger gelangen kann. Es ist hier die Ausrüstung des Mehrzweckmeßgerätes als Meßgerät zur Kontrolle der Augenblickswerte einer in Bearbeitung befindlichen Kugel dargestellt. Mittels einer Lampe 301 sowie eines Kondensors 302 wird der 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 Meßskala 308 abgebildet, an der man mittels eines Okulars 309 die Zentrierung der Kugel im Hinblick auf die optische Achse des Gerätes ablesen kann.
Mittels eines weiteren Teilers 310 werden die reflektierten Strahlen über ein Prisma 311 zwei photoelektrischen Empfängern 312, 313 zugeführt, deren Ausgangssignale den getrennten Primärwicklungen315, 315', 316, 316' zweier Transformatoren 317, 318 zu- geführt werden. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit Kondensatoren zu Schwingkreisen ergänzt, von denen der eine auf eine Frequenz (2n+ 1) 1o, der andere auf die Frequenz 1o abgestimmt ist. Damit aber entspricht die sekundäre Spannung des Transformators 317 der Summe der Ströme der beiden photoelektrischen Empfänger, während die Ausgangsspannungen des Transformators 318 proportional der Differenz der Ströme der beiden photoelektrischen Empfänger ist. Die Auswertung der anfallenden Sekundärspannungen erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.

Claims

Patentansprüche: 1. Optisches Mehrzweckmeßgerät mit mindestens einer zyklisch bewegten Abtastmarke nach Patentanmeldung P 1281158.4-52, dadurch gekennzeichnet, daß im vom reflektierten Licht bzw. vom durchgefallenen Licht durchlaufenen Strahlengang ein geometrischer Teiler 211, 212; 311) vorhanden ist, dem zur Umwandlung der Ausgangsstrahlenbündel mindestens ein photoelektrischer Empfänger (213,214; 312,313) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang jeweils an eine addierende und eine subtrahierende Baugruppe (215, 216; 317, 318) angeschlossen ist.
2. Optisches Mehrzweckmeßgerät mit mindestens einer zyklisch bewegten Abtastmarke nach Patentanmeldung P 1281158.4-52, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des reflektierten bzw. des durchgefallenen Lichtes ein zusätzlicher Strahlenteiler (133) vorgesehen ist, dem ein oszillatorisch bewegter photoelektrischer Empfänger (136) nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge über Selektivverstärker (141, 142) mit phasenempfindlichen Gleichrichtern (143, 144) verbunden sind.