DE1623223C3

DE1623223C3 - Autocollimator for measuring the relative position of two reflections

Info

Publication number: DE1623223C3
Application number: DE19671623223
Authority: DE
Inventors: Fromund Dipl.-Phys. 6330 Wetzlar Hock
Original assignee: Ernst Leitz GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1967-06-08
Filing date: 1967-06-08
Publication date: 1976-09-16

Description

Die Erfindung betrifft einen Autokollimator zur Messung der Relativlage von zwei Reflexen in jeweils einer Winkelkoordinate, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, zwei komplementären Meßmarkensystemen, einem Objektiv, einem auf dem Meßobjekt feststehenden Referenzspiegel, einem auf dem Meßobjekt verschiebbaren Meßspiegel und einem Okular.The invention relates to an autocollimator for measuring the relative position of two reflections in each case an angular coordinate consisting of a lighting device, two complementary measuring mark systems, an objective, a reference mirror fixed on the object to be measured, and one on the object to be measured movable measuring mirror and an eyepiece.

Es ist bei vielen Meßaufgaben nicht möglich, in üblicher Weise den Autokollimator stabil gegenüber dem Prüfling aufzustellen. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein längeres MaschinenbettFor many measurement tasks it is not possible to keep the autocollimator stable in the usual way to set up the test item. This can be the case, for example, when a longer machine bed

ίο vermessen werden soll, wobei die Meßstrecke über die gesamte Länge des Maschinenbettes verläuft. Es ist dann üblich, zwei Autokollimationsspiegel zu verwenden, von denen der eine als Referenzspiegel am festen Prüflingsteil, der zweite als Meßspiegel am beweglichen Prüflingsteil angeordnet wird. Dabei werden nacheinander beide Spiegel angemessen und aus dem Ergebnis durch Differenzbildung die Winkeldifferenz beider Spiegelneigungen gegeneinander ermittelt. Dadurch wird zweimal die Einfangunsicherheit in die Messung eingeschleppt und außerdem ist nachträglich noch eine Rechnung durchzuführen.ίο is to be measured, with the measuring distance over the entire length of the machine bed. It is then common practice to use two autocollimation mirrors One of which acts as a reference mirror on the fixed part of the test specimen, the second as a measuring mirror on the movable one Test item part is arranged. In doing so, both mirrors are successively appropriate and based on the result the difference in angle between the two mirror inclinations is determined by forming the difference. Through this the capture uncertainty is introduced twice into the measurement and there is also one afterwards To carry out an invoice.

Aus der DT-AS 10 94 485 ist es bekannt, eine Meßmarke einmal über einen Meßspiegel und zum anderen über einen Referenzspiegel in eine gemeinsame Okularbildebene abzubilden. Zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit wird das Bild der Meßmarke auf den Abbildungswegen unterschiedlich, vorzugsweise komplementär, angefärbt. Da der Meßstrahlengang und der Referenzstrahlengang auf getrennten optischen Wegen verlaufen, gehen Kippungen des Autokollimators gegenüber dem Referenzspiegel in das Meßergebnis ein. Diese Anordnung ist daher für die vorgenannten Meßaufgaben nicht geeignet.From DT-AS 10 94 485 it is known to use a measuring mark once over a measuring mirror and to to image the other via a reference mirror in a common eyepiece image plane. To increase the reading accuracy the image of the measurement mark on the imaging paths is different, preferably complementary, stained. Since the measuring beam path and the reference beam path are on separate optical paths run, tilts of the autocollimator with respect to the reference mirror affect the measurement result one. This arrangement is therefore not suitable for the aforementioned measuring tasks.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Autokollimator zu schaffen, bei dem Meß- und Referenzspiegel getrennt vom eigentlichen Autokollimator aufgestellt werden können, ohne daß Kippungen des Autokollimators das Meßergebnis beeinflussen und bei dem durch eine einzige Einstellung die Ablage zwischen Meß- und Referenzmarke abgelesen werden kann.The invention was therefore based on the object of creating an autocollimator in which measuring and Reference mirror can be set up separately from the actual autocollimator without tilting of the autocollimator influence the measurement result and with a single setting the storage can be read between the measuring and reference marks.

Diese Aufgabe wird bei einem Autokollimator der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.In an autocollimator of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention by the im Characteristics of claim 1 listed features solved. Advantageous embodiments of the invention result from claims 2 to 9.

In den Zeichnungen sind drei Beispiele für einen Autokollimator nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawings, three examples of an autocollimator according to the invention are shown, and although shows

Fig. 1 einen Autokollimator mit Meßspiegel und Referenzspiegel und zwei in Komplementärfarben eingefärbten Meßrechen,1 shows an autocollimator with a measuring mirror and a reference mirror and two in complementary colors colored measuring rake,

Fig.2 eine Anordnung mit zwei im Komplementärfarben eingefärbten Kreuzgittersystemen und einem Referenzspiegel, dessen Spiegelfläche als dichromatischer Strahlenteiler ausgebildet ist,2 shows an arrangement with two complementary colors colored cross grating systems and a reference mirror, the mirror surface of which is more dichromatic Beam splitter is formed,

F i g. 3 eine Anordnung mit Meßmarkensystemen, die senkrecht zueinander polarisiert sind.F i g. 3 shows an arrangement with measuring mark systems which are polarized perpendicular to one another.

In der F i g. 1 beleuchtet eine Lichtquelle 1 über einen Kondensor 2 zwei in der optischen Achse aneinander grenzende Meßrnarkensysteme 3 und 4, die über einen Teilerwürfel 5 durch das Objektiv 6 ins Unendliche abgebildet werden. In Lichtrichtung unmittelbar vor den Meßmarkensystemen 3 und 4 sind zwei in der optischen Achse des Systems aneinander grenzende Bildtrennkei-Ie 7 und 8 angeordnet, von denen der eine (7) grün und der andere (8) rot eingefärbt sind. Auf dem nicht dargestellten Prüfling ist ein Referenzspiegel 9 befestigt,In FIG. 1 illuminates a light source 1 via a condenser 2, two adjacent to one another in the optical axis bordering measuring mark systems 3 and 4, which via a divider cube 5 through the lens 6 into infinity can be mapped. In the direction of light directly in front of the measuring mark systems 3 and 4, two are in the optical Axis of the system adjacent Bildtrennkei-Ie 7 and 8 arranged, of which one (7) green and the other (8) are colored red. A reference mirror 9 is attached to the test object, not shown,

während auf dem beweglichen Prüflingsteil der Meßspiegel 10 angeordnet ist. Die Gesamtanordnung wird ergänzt durch ein Okular 11, in dessen Zwischenbildebene 12 die reflektierten Bilder der Meßmarkensysteme 3 und 4 durch das Objektiv 6 abgebildet werden.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Durch die Einfärbung der Bildtrennkeile 7 und 8 werden auch die Meßmarkensysteme 3 und 4, von denen das Meßmarkensystem 3 als eigentliches Meßsystem beziffert sein kann, während das Referenzsystem 4 mit unterschiedlicher Gitterkonstante unbeziffert ist, in Komplementärfarben abgebildet. Dabei wird das abbildende Strahlenbündel durch die Bildtrennkeile in zwei verschieden gefärbte, in der optischen Achse des Autokollimators aneinander grenzende Teilbündel aufgespalten. Diese beiden Teilbündel werden getrennt durch den Referenzspiegel und den Meßspiegel reflektiert. Durch eine geringfügige Neigung beider Spiegel gegen die optische Achse werden beide Meßsysteme durch das Objektiv 6 einander überlagernd in der Zwischenbildebene 12 des Okulars 11 abgebildet. In der Zwischenbildebene wird von den sich überlagernden Teilstrichen durch additive Mischung der Komplementärfarben nur ein Teilstrich weiß erscheinen, während alle übrigen Striche Farbsäume aufweisen. Diese ungefärbte Meßmarke gibt dann die Winkeldifferenz der beiden Spiegelneigungen gegeneinander unmittelbar an.while the measuring mirror 10 is arranged on the movable test piece part. The overall arrangement is supplemented by an eyepiece 11, in the intermediate image plane 12 of which the reflected images of the measuring mark systems 3 and 4 are imaged by the objective 6.
The mode of operation of this arrangement is as follows:
By coloring the image separation wedges 7 and 8, the measuring mark systems 3 and 4, of which the measuring mark system 3 can be numbered as the actual measuring system, while the reference system 4 with different grid constants is not numbered, are shown in complementary colors. The imaging beam is split by the image separating wedges into two differently colored sub-bundles adjoining each other in the optical axis of the autocollimator. These two partial bundles are reflected separately by the reference mirror and the measuring mirror. By inclining both mirrors slightly against the optical axis, both measuring systems are imaged by the objective 6, superimposed on one another, in the intermediate image plane 12 of the eyepiece 11. In the intermediate image level, only one of the overlapping partial lines will appear white due to the additive mixing of the complementary colors, while all the other lines will have color fringes. This uncolored measurement mark then directly indicates the difference in angle between the two mirror inclinations.

In der Fig. 2 beleuchtet eine Lichtquelle 21 über einen Kondensor 22 ein Meßmarkensystem 23, das aus zwei ineinander verschachtelten Kreuzgittersystemen verschiedener Gitterkonstante besteht. Diese beiden Kreuzgittersysteme können als Interferenzfiltersysteme in Komplementärfarben eingefärbt und auf einer Trägerplatte angeordnet sein. Von diesen Kreuzgittersystemen ist eins beziffert, während in dem anderen nur der Koordinatenursprung gekennzeichnet ist. Beide Kreuzgittersysteme werden über einen Strahlenteilerwürfel 25 durch das Objektiv 26 ins Unendliche abgebildet. Der Referenzspiegel 29 ist als dichromatischer Strahlenteiler auf einer planparallelen Glasplatte 29a angeordnet. Der Meßspiegel 30 ist in bekannter Weise auf dem beweglichen Prüflingsteil befestigt. Auch in diesem Falle wird die Gesamtanordnung durch ein Okular 31 mit der Zwischenbildebene 32 ergänzt.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Die beiden Kreuzgittersysteme 23 werden durch das Objektiv 26 ins Unendliche abgebildet. Dabei wird das Referenzsystem an dem dichromatischen Strahlenteiler 29 reflektiert, während das das Meßmarkensystem abbildende Strahlenbündel den dichromatischen Strahlenteiler durchdringt und erst am Meßspiegel 30 reflektiert wird. Beide reflektierten Bilder der Kreuzgittersysteme werden dann durch das Objektiv 26 einander überlagernd in die Bildebene 32 abgebildet.In FIG. 2, a light source 21 illuminates, via a condenser 22, a measuring mark system 23, which consists of two interleaved cross grating systems of different grating constants. These two cross grating systems can be colored in complementary colors as interference filter systems and arranged on a carrier plate. One of these cross-grid systems is numbered, while only the origin of the coordinates is marked in the other. Both cross grating systems are imaged into infinity through a beam splitter cube 25 through the objective 26. The reference mirror 29 is arranged as a dichromatic beam splitter on a plane-parallel glass plate 29a. The measuring mirror 30 is fastened in a known manner on the movable test object part. In this case too, the overall arrangement is supplemented by an eyepiece 31 with the intermediate image plane 32.
The mode of operation of this arrangement is as follows:
The two cross grating systems 23 are imaged into infinity by the objective 26. The reference system is reflected on the dichroic beam splitter 29, while the beam representing the measuring mark system penetrates the dichroic beam splitter and is only reflected on the measuring mirror 30. Both reflected images of the cross grating systems are then imaged by the objective 26, superimposed on one another, in the image plane 32.

Auch in diesem Falle werden nur zwei aufeinander senkrecht stehende Gitterlinien durch additive Farbmischung ungefärbt erscheinen. Diese beiden Gitterlinien geben die Differenzen der Spiegelneigungen in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen wieder. Durch die Kennzeichnung des Koordinatenursprungs im Referenzsystem sind die beiden Winkelwerte unmittelbar abzulesen.In this case, too, only two grid lines that are perpendicular to one another are created by additive color mixing appear uncolored. These two grid lines give the differences in mirror inclinations in two perpendicular directions again. By marking the origin of coordinates The two angle values can be read off directly in the reference system.

In der Fig.3 werden durch eine Lichtquelle 41 über zwei Kondensoren 42a, 42b und zwei Umlenkspiegel 42c, 42d zwei Meßmarkensysteme 43, 44 beleuchtet. Das Meßmarkensystem 43 ist auf einem Teilungsträger 43a, der durch einen Meßtrieb 436 senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ist, angeordnet. Die Meßteilung 43 selbst liegt dabei unmittelbar an einer Seitenfläche eines Teilerwürfels 47 an, während an einer senkrecht dazu stehenden Fläche die Referenzteilung 44 angeordnet ist. Die Teilerfläche des Teilerwürfels 47 ist als polarisierende Teilerfläche ausgebildet, so daß die beiden Meßmarkensysteme senkrecht zueinander polarisiert erscheinen. Beide Meßmarkensysteme werden über einen Teilerwürfel 45 durch das Objektiv 46 ins Unendliche abgebildet. Der Referenzspiegel 49 ist auf einer Seitenfläche eines weiteren Teilerwürfels 49a angeordnet, dessen Teilerfläche 49b ebenfalls als polarisierender Teiler ausgebildet ist. Dieser Teilerwürfel 49a ist auf einem festen Prüflingsteil (nicht dargestellt) angeordnet, während der Meßspiegel 50 auf dem beweglichen Prüflingsteil befestigt ist. In der Bildebene des Okulars 51 ist ein Zweifelderanalysator 52 angeordnet, dessen beide Hälften senkrecht zueinander polarisiert sind.In FIG. 3, two measuring mark systems 43, 44 are illuminated by a light source 41 via two condensers 42a, 42b and two deflecting mirrors 42c, 42d. The measuring mark system 43 is arranged on a graduation carrier 43a which can be displaced perpendicular to the optical axis by a measuring drive 436. The measuring graduation 43 itself lies directly against a side surface of a divider cube 47, while the reference graduation 44 is arranged on a surface perpendicular thereto. The divider surface of the divider cube 47 is designed as a polarizing divider surface so that the two measuring mark systems appear polarized perpendicular to one another. Both measuring mark systems are imaged into infinity through the lens 46 via a splitter cube 45. The reference mirror 49 is arranged on a side surface of a further splitter cube 49a, the splitter surface 49b of which is also designed as a polarizing splitter. This dividing cube 49a is arranged on a fixed test piece part (not shown), while the measuring mirror 50 is fixed on the movable test piece part. In the image plane of the eyepiece 51 there is arranged a doubt analyzer 52, the two halves of which are polarized perpendicular to one another.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Durch die Polarisierung der die beiden Meßmarkensysteme abbildenden Strahlenbündel wird nur das Referenzsystem, das wiederum eine vom Meßmarkensystem unterschiedliche Gitterkonstante aufweist, an dem polarisierenden Teiler 49b und dann am Referenzspiegel 49 reflektiert, während das das Meßmarkensystern abbildende Strahlenbündel den polarisierenden Teiler 490 durchdringt und am Meßspiegel 50 reflektiert wird. Beide reflektierten Bilder werden sich überlagernd durch das Objektiv 46 in die Bildebene des Okulars 51 auf den Zweifelderanalysator 52 abgebildet. Durch die unterschiedliche Polarisationsrichtung wird das eine System nur in der einen Hälfte und das andere System nur in der anderen Hälfte sichtbar. Beide Systeme grenzen aber unmittelbar aneinander. Sie stehen sich gegenüber wie in bekannter Weise eine Meßteilung und etwa ein zugehöriger Nonius. Die in dieser Lage völlig übereinstimmenden Meßmarken geben in diesem Falle die Winkeldifferenz der beiden Spiegelneigungen an. Durch die meßbare Verstellbarkeit des Meßmarkensystems 43 kann hier zusätzlich eine Ablesung erfolgen.The mode of operation of this arrangement is as follows:
As a result of the polarization of the bundles of rays depicting the two measuring mark systems, only the reference system, which in turn has a grating constant that differs from the measuring mark system, is reflected on the polarizing splitter 49b and then on the reference mirror 49, while the bundle of rays depicting the measuring mark system penetrates the polarizing splitter 490 and on the measuring mirror 50 is reflected. Both reflected images are superimposed on one another by the objective 46 in the image plane of the eyepiece 51 on the doubt analyzer 52. Due to the different polarization direction, one system is only visible in one half and the other system only in the other half. However, both systems are directly adjacent to one another. As in the known manner, they face each other with a measuring graduation and an associated vernier. In this case, the measuring marks, which are completely identical in this position, indicate the angle difference between the two mirror inclinations. As a result of the measurable adjustability of the measuring mark system 43, a reading can also take place here.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Autocollimator for measuring the relative position of two reflections in one angular coordinate each, consisting of a lighting device, two complementary measuring mark systems, one Objective, a fixed reference mirror on the measurement object, a displaceable on the measurement object Measuring mirror and an eyepiece, d a characterized in that

a) both measuring mark systems (3, 4; 23; 43, 44) in the focal plane of a common objective (6; 26; 46) are arranged that

b) the reference mirror (9; 29; 49) is designed so that it only has one measuring mark system reflected, and the measuring mirror (10; 30; 50) is designed so that it only the other measuring mark system reflected, and that

c) the objective (6; 26; 46) and the eyepiece (11; 31;

51 so _s are) mutually arranged such that both reflected Meßmarkenbilder through the lens (6; 26; 46) into the eyepiece (12; 32;

52).

2. Autocollimator according to claim 1, characterized in that the one measuring mark system (3;

43) as a numbered measuring rake and the other measuring mark system as an un numbered measuring rake (4;

44) are formed with a different grating constant from the first.

3. Autocollimator according to claim 1, characterized in that the two measuring mark systems designed as interleaved cross grating systems (23) with different grating constants are and that one cross grid system is numbered, while in the other cross grid system only the Origin of coordinates is marked.

4. autocollimator according to claim 1 to 3, characterized in that the measuring mark systems in Complementary colors are colored.

5. Autocollimator according to claim 1 to 3, characterized in that the measuring mark systems are perpendicular are polarized to each other.

6. autocollimator according to claim 1, 3 and 4, characterized in that the cross grid systems are arranged as interference filter systems on a carrier plate.

7. Autocollimator according to one of claims 1 to 4 and 6, characterized in that the reference mirror is designed as a plane-parallel glass plate (29a) and that a dichromatic one on its front side Beam splitter (29) is arranged as a mirror for the measuring mark system.

8. autocollimator according to claim 1 and 5, characterized in that the reference mirror (49) a side surface of a beam splitter cube (49a) is arranged, the splitter surface (496) as polarizing Divider is formed.

9. Autocollimator according to one of claims 1, 2, 4, 5, 7 and 8, characterized in that one (43) of the two measuring mark systems in the focal plane of the objective (6; 26; 46) is measurably adjustable.