DE1623188A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes und/oder der Neigung einer Reflexionsflaeche zu einer Bezugsebene - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes undjoder der Neigung einer Reflexionsfläche zu einer Bezugsebene Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes und/oder der Neigung einer Reflexionsfläche zu einer Bezugsebene.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Lichtstrahl einer Licltquelle , in dem ein schattenwerfender Gegenstand angeordnet ist, auf einen Lichtverteiler gerichtet und in diesem in zwei auseinanderlaufende Teilstrahlen zerlegt wird, die dann zu einem Schnittpunkt zusammengelenkt werden, der auf oder nahe bei der Reflexionstläche in der Bezugsebene liegt, und daß die von der Reflexionsfläche reflektierten Strahlen zu dem Lichtverteiler zurückgelenkt werden und aus diesem parallel zu einer Austrittsachse als Meßstrahl austreten, der die Bilder des Gegenstandes trägt, und daß der Abstand der Bilder zu der Austrittsachse gemessen wird, um den Abstand der Reflexionsfläche von der Bezugsebene zu bestimmen und/oder daß das Abstandsverhältnis der Bilder zu der Austrittsachse gemessen wird, um die Neigung zu bestimmen.
• Bei der Vorriohtung zur Bestimmung des Abstandes und/oder der Neigung einer Reflexionsfläche zu einer Bezugsebene gemäß der Erfindung sind im Strahlengang einer Lichtquelle hintereinander ein Kondensor, ein sohattenwerfender Gegenstand und ein Lichtverteiler mit einer halbdurchlässigen Reflexionsebene angeordnet und zur Ablenkung von aus dem Lichtverteiler austretenden Teilstrahlen gegen einen auf oder nahe bei der Reflexionsfläche, in der Bezugsebene liegenden Schnittpunkt sind zwei parallele Teile im Strahlengang angeordnet, die die reflektierten Strahlen an den Lichtverteiler zurückleiten, und im Austrittsweg der reflektierten Strahlen aus dem Lichtverteiler sind Meßeinrichtungen vorgesehen.
• Vorzugsweise sind die parallelen Teile Spiegel und die Reflexionsebene des Lichtverteilers liegt parallel zu den Spiegelflächen. Bei einer derartigen Anordnung bilden die auf der Reflexionsfläche reflektierten und zum Lichtverteiler zurückkehrenden Teilstrahlen einen zusammengesetzten Austrittsstrahl aus dem Lichtverteiler, in dem die Bilder des Gegenstandes dann zusammenfallen, wenn die Reflexionsfläche rechtwinklig zu der Reflexionsebene des Lichtverteilers liegt. Jede Neigung der Reflexionsfläche führt im Austrittsstrahl zu einem seitlichen Abstand der zwei Bilder des Gegenstandes voneinander und der Abstand der Reflexionsfläche von der Bezugsebene bestimmt die mittlere seitliche Versetzung der beiden Bilder. Soll der Abstand gemessen werden, kann der beobachtete Austrittsstrahl zur Prüfung dienen, um sicherzustellen, daß die Reflexionsfläche parallel zur Bezugsebene liegt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Im Strahlengang einer Lichtquelle sind hintereinander ein Kondensor 4, ein schattenwerfender Gegenstand 6, z.B. ein Fadenkreuz und ein symmetrischer doppelpriamatischer Lichtverteiler 8 angeordnet. Aus dem Lichtverteiler 8 treten zwei auseinanderlaufende Teilstrahlen aus, die auf gleichartige Spiegel lo treffen, die parallel zu und in gleichem Abstand von einer halbdurchlässigen Reflexionsebene 8a des Lichtverteilers liegen. Die Spiegel lenken die Teilstrahlen gegeneinander, die hinter je einem Objektiv 12 im Strahlengang im Schnittpunkt 8 zusammentreffen, der in einer Bezugsebene R liegt.
• Das dargestellte optische System ist symmetrisch und wenn in der Bezugsebene R eine Reflexionsfläche angeordnet ist, werden die Teilstrahlen entlang der Einfallswege zurück zu dem Lichtverteiler 8 reflektiert, aus dem sie parallel zu einer Austrittsachse A austreten. In dem Austrittsstrahlengang sind die Meßeinrichtungen angeordnet. Ein weiterer Lichtverteiler 14 läßt einen Teilstrahl zu einem Objektiv 18 eines Okulars für augenscheinliche Beobachtung durch, vor dem ein okulares Fadenkreuz 16 angeordnet ist und lenkt einen. anderen Teilstrahl zu einer photoelektrischen Anzeigevorrichtung 20 ab.
• Wenn die Reflexionsfläche unterhalb der der Bezugsebene R liegt, z. B. in einer parallelen Ebene, werden die Teilstrahlen solange nicht reflektiert, bis sie über dem Schnittpunkt Hinaus gelaufen sind und sich wieder voneinander entfernen. Ihre Rückwege verlaufen deshalb seitlich versetzt, in einem abstand von den oben beschriebenen Rückwegen. In dem Austrittsstrahl weisen die zwei wieder vereinten Teilstrahlen die gleiche seitliche Versetzung zueinander auf, so daß sie ein einziges Bild des Gegenstandes entwerfetn.
• Die seitliche Versetzung l des Austrittsstrahles von der Achse A ist direkt proportional dem Abstand d zwischen den Ebenen R und S.
• In dem beschriebenen System verlassen die zwei reflektierten Teilstrahlen den Lichtverteiler 8 entlang der Austrittsachse zusammenfallend, wenn die Reflexionsfläche senkrecht zu der halbdurchlässigen Reflexionsebene 8a des Lichtverteilers 8 liegt. Dasselbe Resultat wird erhalten, wenn die Spiegel lo nicht parallel zu der Fläche 8a verlaufen, wohl aber parallel zueinander.
• Wenn die Fläche S relativ zu der Ebene R geneigt ist, kehren die reflektierten Teilstrahlen zu zwei getrennten Punkten auf der halbdurchlässigen Reflexionsebene 8a zurück und- im Ausstrittsstrahl werden die zwei wiedervereinten Teilstrahlen nicht länger zusammenfallen, sondern werden zwei seperate Bilder des Gegenstandes 6 zeigen, deren seitlicher Abstand von der Neigung der reflektierenden Fläche S bestimmt wird.
• Die mittlere seitliche Lage der zwei Bilder bezüglich der Achse A zeigt den mittleren Abstand der Reflexionsfläche von der Bezugsebene R an den Reflexionspunkten der Teilstrahlen an.
• Die dargestellte Vorrichtung ist insbesondere zur Tiefen-oder Entfernungsmessnng geeignet und ist für Nulleinstellungsabmessung eingerichtet. Dazu ist in dem Austrittsstrahlengang ein optischer Brechungskörper 22 angeordnet, der mittels einen Hebels 24 an einem festen Anlenkpunkt 26 montiert ist, um den durch eine Schraube 28 einer Mikrometertrommel 30 verstellt wird, die auf dem kugelendenden Hebelarm 25 des Hebels 24 aufliegt. Zur Messung kann die Stellung der Reflexionsfläche verändert werden um ihre Parallelität zu der Bezugsebene R sicherzustellen, unddie Mikrometerschraube kann den Brechungskörper 22 so verstellen, bis das Bild des Gegenstandes 6, z. B. das Fadenkreuz, mit dem okularen Fadenkreuz 16, zur Deckung gelangt.
• Eine sehr genaue Messung kann mit der photo-elektrischen Anzeigevorrichtung erhalten werden. Diese enthält in bekannter Weise eine Lochblende 32, die auf parallelen Federblättern 34 befestigt ist, um in eine quer zur Bildebene des Gegenstandes verlaufende Schwingung versetzt zu werden. Ein photoempfindliches Element 36 empfängt den resultierenden Austrittsstrahl, der durch die Lochblende 32 läuft. Das Element 36 erzeugt ein Wechselstromsignal, das im Meßinstrument 38 angezeigt wird, und abhängig von der mittleren relativen seitlichen Stellung des Bildes zur Lochblende ist. Durch Drehung derz Mikrometerschraube 28, kann die Bildstellung so berichtigt werden, daß sie eine Null anzeige auf dem Meßinstrument 38 bewirkt, auf der Mikromentertrommel ist dann die Tiefe d ablesbar.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Kontrolle von Normalstäben in Bezug auf ein Modell verwendbar; dabei bildet eine Stirnfläche des Modells die Bezugs ebene R zur Eichung des Instruments.
• Da der zu messende Gegenstand von der Meßvorrichtung bei einer Messung nicht berührt wird, sind die erfindungsgemäße Methode und Vorrichtung besonders geeignet zur Messung der Tiefe eines Lochs oder zur Prüfung der Lage einer Membrane oder eines Filmes, die durch eine mechanische Prüfung zersbrt würden.
• Die Empfindlichkeit des Verfahrens für winklige Ausrichtung macht es außerdem verwendbar für solche Zwecke, wie Messung der Flächenhöhe oder Tiefe von konvexen oder konkaven kugelförmigen Flächen und zur Bestimmung der erzeugenden Mitten solcher Flächen.
• Patent ansprüche:

Claims (9)

1. Patentansprüche : 1. Verfahren zur Bestimmung des Abstandes und/oder der Neigung einer Reflexionsfläche zu einer Bezugsebene, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl einer Lichtquelle (2), in dem ein schattenwerfender Gegenstand (6) angeordnet ist, auf einen Lichtverteiler (8) gerichtet und in diesem in zwei auseinanderlaufende Teilstrahlen zerlegt wird, die dann zu einem Schnittpunkt (P) zusammengelenkt werden, der auf oder nahe bei der Reflexionsfläche (S) in der Bezugsebene (R) liegt, und daß die von der Reflexionsfläche (S) reflektierten Strahlen zu dem Lichtverteiler (8) zurUckgelenkt werden und aus diese parallel zu einer Austrittsachoe (A) als Meßstrahl austreten, der die Bilder des Gegenstandes (6) trägt, und daß der Abstand des Bildes zu der Austrittsachse (A) gemessen wird, um den Abstand der Reflexionsfläche (S) von der Bezugsebene (R) zu bestimmen und/oder daß das Abstandsverhältnis der Bilder zu der Austrittsachse (A) gemessen wird, um die Neigung zu bestimmen.
2. 2. Verfahren zur Bestimmung des Abstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Reflexionsfläche (S) beztiglich der auf treffenden Teilstrahlen verändert wird, bis sich die Bilder des Gegenstandes (6) im Meßstrahl decken, um sicherzustellen, daß die Reflexionsfläche (S) nicht zur Bezugsebene (R) geneigt ist.
3. 3. Verahren zur Bestimmung des Abstandes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Gegertandes (6) versohoben wird, bis es auf der Austrittsachse (A) zentrisch liegt; und daß die Verschiebung gemessen wird.
4. .4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, zum Vergleich der Längenmaße von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gegenstände als Modell verwendet wird und die Bezugsebene zur Messung der anderen Gegenstände bildet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Neigungsmessungen auf einer kugelförmigen Reflexionsfläche gemacht werden, um das erzeugende Zentrum der Fläche zu bestimmen.
6. 6. Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes und/oder der Neigung einer Reflexionsfläche zu einer Bezugsebene,dadurchgekennzeichnet, daß im Strahlengang einer Lichtquelle (2) hintereinander ein Kondensor (4), ein schattenwerfender Gegenstand (6) und ein Lichtverteiler (8) mit einer halbdurchlässigen Reflexionsebene (8a) angeordnet sind, und daß zur Ablenkung von aus dem Lichtverteiler (8) austretenden Teilstrahlen gegen einen auf oder nahe bei der Reflexionsfläche (5) in der Bezugsebene (R) liegenden Schnitt punkt (P) zwei parallele Teile (lo) im Strahlengang angeordnet sind, die die reflektierten strahlen an den Lichtverteiler (8) zurückleiten, und daß im Austrittsweg der reflektierten Strahlen aus dem Lichtverteiler (8) Meßeinrichtungen vorgesehen sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Teile (10) Spiegel sind und die Reflexionsebene (8a) des Lichtverteilers (8) parallel zu den Spiegelflächen liegt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsweg der reflektierten Strahlen aus dem Lichtverteiler (8) ein verstellbarer Brechungskörper (22) angeordnet ist, dessen Verstellung meßbarÄst.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsweg ein weiterer Lichtverteiler (14) angeordnet ist, und daß im Strahlengang des einen austretenden Teilstrahls einQCular und im Strahlengang des anderen austretenden Teilstrahls eine photoelektrische Anordnung mit Feineinstellungsanzeige angeordnet ist. io. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Anordnung mit einem Nullmeßinstrument verbunden ist, das mit der Verstellvorrichtung des Brechungskörpers zusammenwirkt.