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Optischer Feintaster.
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Die Erfindung betrifft einen optischen Feintaster mit optischen Elementen
zur Abbildung einer Meßmarke auf eine Skala, bei dem das Tastglied den Abbildungsstrahlengang
beeinflußte derart, daß die Meßmarke bei Verschieben des Tastgliedes längs der Skala
wandert. Bei derartigen Geräten kommt es darauf an, die Bewegungsgröße des Tastgliedes
aus einer Nullstellung heraus in eine vergrößerte Bewegung der Meßmarke umzuwandeln,
um auf einer entsprechend unterteilten Skala feinste Meßwerte ablesen zu können.
Die Übersetzung der Bewegungsgröße des Tastgliedes wird bei den bekannten Geräten
wenigstens teilweise mit mechanischen Mitteln durchgeführt, beispielsweise, indem
die Längsbewegung des Tastgliedes in eine Drehung, eines Spiegels umgewandelt wird.
Derartige mechanische Hilfsmittel haben den Nachteil, daß durch sie die Genauigkeit
der Messung leidet.
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Erfindungsgemäß wird die erforderliche Vergrößerung zwischen der Bewegung
der Meßmarke und der des Tastgliedes durch rein optische Mittel erzielt. Dies wird
dadurch erreicht, daß die Abbildung der Meßmarke auf die Skala durch plane Spiegelflächen
und gegebenenfalls weitere optische Elemente erfolgt, wobei ein Teil der planen
Spiegelflächen fest angeordnet ist und der andere Teil kraftschlüssig mit dem Tastglied
verbunden ist.
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Das Gerät ist dann z. B. völlig frei von jeder Umkehrspanne.
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Die Spiegelanordnung kann auf mannigfache Art erfolgen. Vorteilhaft
sind mehrere plane Spiegelflächen, in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen, paarweise
verschiebbar und paarweise fest angeordnet. Wenn also die Abbildungsstrahlen z.
B. zunächst auf zwei verschiebbare Spiegel fallen und anschließend auf zwei fest
angeordnete und so fort9 wird bei Verschiebung der Spiegel der Abbildungsstrahl
parallel zu sich selbst versetzt. Die Größe dieser seitlichen Versetzung ist einmal
durch die Zahl der beweglichen und festen Spiegel bedingt und zum andern durch die
Größe der Verschiebung des Tastgliedes und damit der Spiegel. Die Zahl der beweglichen
und festen Spiegel bestimmt somit allein das Maß der Übersetzung der Bewegungsgrößen.
Sie ist für jede Spiegelanordnung konstant. Im Gegensatz zu den eingangs genannten
Geräten ist eine derartige Ausbildung völlig justierungsunempfindlich.
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Zweckmäßig wird das Spiegelsystem durch 900-Prismen gebildet, welche
in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen abwechselnd verschiebbar und fest angeordnet
sind. Hinter dem letzten Prisma ist vorteilhaft ein die aus dem letzten Prisma austretenden
Strahlen in das Spiegelsystem zurückwerfender und eine Abbildung der Meßmarke im
Maßstab 101 vermittelnder Hohlspiegel vorgesehen. Der Abbildungsstrahl durchläuft
dann zweimal das Abbildungssystem die Übersetzung der Bewegungsgrößen wird dann
gegenüber einem einfachen Strahlendurchlauf verdoppelt.
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Zur Einspiegelung der Meßmarke in das Abbildungssystem sowie zur Überlagerung
der Bilder der Meßmarke und der Skala ist vor dem ersten Prisma zweckmäßig ein halbdurchlässiger
Spiegel angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform mit halbdurchlässigem Planspiegel
und Hohlspiegel erfolgt bei Verschieben des Tastgliedes ein Meßmarkenausschlag auf
der Skala ohne jegliche Bildvergrößerung. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß
die Meßmarke selbst im Gegensatz zu Fällen, in denen sie stark vergrößert wird,
verhältnismäßig grob ausgeführt sein kann.
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Zur Ablesung der vergrößerten Bewegung der Meßmarke bedient man sich
zweckmäßig eines Transversalmaßstabeso Das ist ein Maßstab mit schräg zur Meßmarke
angeordneten Skalenstrichen, wobei die Neigung der Skalenstriche so gewählt ist,
daß jeder Skalenstrich das Intervall zwischen zwei benachbarten Skalenstrichen überdeckt
und wobei die Skalenstriche für sich nochmals unterteilt sind. Die Meßmarke schneidet
also stets einen Skalenstrich, wodurch einmal der Feinmeßwert bestimmt ist, und
der Schnittpunkt auf dem Skalenstrich gibt außerdem den Feinstmeßwert an. Sind die
Skalenstriche in 1/10 mm Abstand voneinander angeordnet, und sind sie nochmals in
100 Intervalle unterteilt, so zeigt die Meßmarke 1/1000 mm genau an.
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Die Skala wird zweckmäßig durch eine Lupe od. dgl. betrachtet oder
zum Ablesen vergrößert auf einen Projektionsschirm geworfen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnung hervor : Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Erfindung, Fig. 2 einen optischen Feintaster im Schnitte Fig.
3 eine geänderte Ausführungsform der Fig. 2e Fig. 4 einen Transversalmaßstab, Fig.
5 eine geänderte Ausführungsform der Fig, 4.
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Nach Fig. 1 wird eine Meßmarke 1 durch eine Linse 2 über Spiegel 5,3,4
und 6 auf eine Skala 7 abgebildet. Die Spiegel 5 und 6 sind fest angeordnet, die
Spiegel 3 und 4 dagegen in Richtung des Pfeiles 8 verschiebbar. Der Achsenstrahl
trifft die Skala 7 bei 9. Werden die Spiegel 3 und 4 um die Strecke a verschoben,
dann wandert der Punkt 9, wie durch den gestrichelt dargestellten Strahlenverlauf
angedeutet ist, nach 9'um die Strecke 2a. Verbindet man, wie nachfolgend in der
Fig. 2 gezeigt wird, die Spiegel 3 und 4 mit dem Tastglied eines optischen Feintasters,
so wird dessen Bewegungsgröße a in eine Verschiebungsgröße 2a des Bildes 9 der Marke
1 übersetzt.
Nach Fig. 2 ist in einem Gehäuse 10 eine Meßmarke 11
angeordnest, welche von einer Lichtquelle 12 über eine Kondensorlinse 13 beleuchtet
wird. Das von der Marke 11 ausgehende Strahlenbüschel trifft zunächst auf eine halbdurchlässige
Spiegelfläche 14, durchsetzt diese und wird in einem 90 0-Prisma 15 um 1800 aus
seiner Richtung abgelenkte Von hier aus gelangt es über weitere 90 0-Prismen 16,17
und 18 auf einen Hohlspiegel 19, welcher das Strahlenbüschel reflektierte wonach
es durch die Prismen 18, 17,16 und 15 erneut auf die halbdurchlässige Spiegelfläche
14 trifft und von hier aus auf eine Strichplatte 20 mit einer Skala gelangt. Der
Hohlspiegel vermittelt dabei eine Abbildung der Marke 11 auf die Strichplatte 20
im Maßstab 1 : 1. Die Skala 20 kann durch eine Lupe 21 betrachtet werden. Die Prismen
15 und 17 sowie der Hohlspiegel 19 sind auf einem Körper 22 gelagert, welcher an
Blattfedern 23 und 24 nach Art eines Federparallelogramms aufgehängt ist. Der Körper
22 ist über Verbindungsstücke 25 und 26 mit einem in einer Führung 28 verschiebbaren
Tastglied 27 verbunden. Um eine kraftschlüssige Bewegungsübertragung des Tastgliedes
27 auf den Körper 22 zu sichern, steht der Körper 22 unter dem Druck einer Feder
29. Die Prismen 16 und 18 sowie die teildurchlässige Spiegelfläche 14 sind gerätefest
angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Geräts ist wie folgt ; Wird das Tastglied 27
durch das zu prüfende Werkstück um eine Strecke a verschoben, dann verschiebt sich
im gleichen Maße der Körper 22. Dabei wandert das Bild 11'der Marke 11
auf
der Skala 20 in zehnfacher Übersetzung, also um den Betrag 10usa aus. Auf der Strichplatte
20 kann ein dieser Auslenkung entsprechender Wert abgelesen werden. Der Übersetzungsfaktor
zehn ist durch die Anzahl der Prismen 15 bis 18 unter Berücksichtigung des doppelten
Durchlaufens des Abbildungssystems bestimmt.
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Fig. 3 zeigt eine geänderte Prismen-und Spiegelanordnung.
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Das von der Meßmarke 11 ausgehende Strahlenbüschel durchsetzt wieder
eine halbdurchlässige Spiegelfläche 14 und gelangt über Prismen 30, 31 und 32 auf
einen Hohlspiegel 33, der es auf die Strichplatte 20 reflektiert. Die Prismen 30
und 32 sind beweglich gelagert und mit dem Tastglied 27 in der in Fig. 2 beschriebenen
Weise verbunden. Das Prisma 31 sowie der Hohlspiegel 33 sind gerätefest angeordnet.
In diesem Fall tritt bei Verschiebung des Tastgliedes um den Betrag a eine Auswanderung
des Bildes 11'der Meßmarke 11 um den Betrag 8a ein.
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Fig. 4 zeigt die Skalenausbildung auf der Strichplatte 20.
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Die Skalenstriche sind hier als schrägliegende Doppelstriche 40 und
41 ausgebildet und tragen eine Bezifferung von 0 bis 60. Das Bild 11'der Marke 11
zeigt die Nullstellung des Tastgliedes 27 an. Wird das Tastglied nach oben oder
unten verschoben, dann bewegt sich entsprechend das Bild 11'nach plus oder minus
zu. Der Strich 11'schneidet einen Doppelstrich und an Hand der Bezifferung der Striche
40 und 41 ist der Feinmeßwert ablesbar.
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Fig. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform der Skala nach Fig. 4.
Die Skalenstriche sind hier feiner unterteilt, und um die Übersichtlichkeit nicht
zu stören, in die Teilstücke 50'und 50"sowie 51'und 51"zerlegt, wobei die Striche
50' und 51'eine Bezifferung von 0 bis 50 und die Stücke 50"und 51"eine Bezifferung.
von 50 bis 100 aufweisen. Die Ablesung geht wie in Fig. 4 vonstatten.