DE1773087A1

DE1773087A1 - Vorrichtung zur genauen Messung eines Abstandes

Info

Publication number: DE1773087A1
Application number: DE19681773087
Authority: DE
Inventors: Vyce Joseph Richard
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1967-03-29
Filing date: 1968-03-29
Publication date: 1971-11-25
Also published as: US3491240A; FR1558072A; GB1222661A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur genauen Messung des Abstandes eines Punktes auf einer Bezugsebene von einem Punkt auf einer Meßfläche. Insbesondere betrifft die Erfindung eine optische Vorrichtung zum Vermessen von diffus reflektierenden Oberflächen.

Die meisten bekannten Meßgeräte dieser Art verwenden einen die Meßfläche berührenden Fühler oder eine Sonde und erzeugen Abweichsignale, die durch die Oberflächenverformung aufgrund des Sondendruckes verursacht werden» Dies ist besonders wichtig, wenn Abweichsignale,die weniger als 0,0254 cm (0,01 inch) entsprechen, beobachtet werden müssen« Für genaue Messungen müssen daher be rühr'ungs freie Geräte verwendet werden* insbesondere wenn die zu vermessende Fläche weich oder empfindlich ist.

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Bekannte Geräte dieser Art haben kapazitive Waagen und Punktinterferometer. Diese sind jedoch auf sehr kleine Meßatrekken begrenzt« Sie können nicht bei Abständen von mehr als einem kleinen Bruchteil eines Zentimeters mit sehr hoher Empfindlichkeit arbeiten.

Gemäß dieser Erfindung wird eine optische Sonde als Teil eines reflektierenden Systems verwendet; um Abweichsignale zu erzeugen, die den Abstand einer ließfläche von einem bekannten Bezugspunkt anzeigen.

Dementsprechend bezweckt die Erfindung ein verbessertes optisches Meßgerät, um den Abstand von einer Bezugaebene von einer Meßfläche zu messen.

Weiter bezweckt die Erfindung ein verbessertes optisches Meßgerät der beschriebenen Art, das arbeitet ohne in physikalischen Kontakt mit der Oberfläche zu kommen.

Die Erfindung bezweckt weiter ein verbeasertes optisches Meßgerät für die Vermessung diffuser Oberflächen.

Die Erfindung bezweckt weiter ein verbessertes optisches Meß= gerät, mit dem Abstände kleiner als 0,000254 cm (0,0001 inches) und größer ale 2,54 cm (1 inch) vermessen werden können.

_β ο —

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Die Erfindung bezweckt ebenfalls ein verbessertes optisches Meßgerät,mit dem die Stellung einer Meßfläche bezüglich einer Senkrechten zu einer optischen Achse verlaufenden Ebene festgestellt werden kann.

Schließlich bezweckt die Erfindung ein verbessertes optisches Meßgerät mit Servoeinrichtungen_? um die Vorrichtung in einem bestimmten Abstand von einer Meßfläche zu halten und um dadurch den Abstand der Meßfläche von einer vorbestimmten Bezugsfläche anzuzeigen.

Ein erfindungsgemäßes Heßgerät weist eine strahlformende Einrichtung? die mit einer Strahlenenergiequelle zusammenarbeitet ρ auf ο Ein Paar von Energiestrahlen v/erden gebildet,, die in einem Brennpunkt auf einer Achse konvergieren, die durch die den Strahl formende Einrichtung definiert wird« Modula tionseinrichtungen sind vorgesehen, um einen der Strahlen relativ zu dem anderen bezüglich einer bestimmten Eigenschaft zu modulieren* z.B. bezüglich der Zeit, der frequenz oder der Phase. Es sind weiter Einrichtungen_r die ein Bezugssignal, das auf den modulierenden Strahl anspricht, sowie Einrichtungen, die ein Reflexionssignal in Abhängigkeit von den von der Keßfläche quer zu der Achse reflektierten Strahlen erzeugen, vorgesehen. Ein Komparator erzeugt ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Reflexions- und dem Bezugssignal und zeigt

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die Stellung der Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt an.

Bei einer Ausftihrungsform nach der Erfindung ist ein optisches Keßgerät vorgesehene Dieses Gerät enthält eine Licht« quelle. Die den Strahl formende Einrichtung spricht auf die Lichtquelle an. Ein Paar von Lichtstrahlen werden erzeugt? die in einem Brennpunkt längs einer optischen Achse gebündelt werden^ die durch die strahlenbildende Einrichtung definiert P wird« Zerhacker-Einrichtungen sind vorgesehen« um die Strahlen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit abwechselnd zu unterbrechen. Eine ein Bezugssignal erzeugende Einrichtung spricht auf einen der zerhackten Strahlen an. Eine weitere Einrichtung erzeugt ein Reflexionssignal in Abhängigkeit von den Strahlen, die von einer Meßfläche quer zu der optischen Achse reflektiert werden. Ein Komparator erzeugt ein Ausgangs-3ignal in Abhängigkeit von dem Bezugssignal und dem Reflex!ona= signal und zeigt die Stellung der Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt an.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung weist die das Bezugssignal erzeugende Einrichtung ein Paar von im Ab» stand voneinander reflektierende Oberflächen auf, die so relativ zu der optischen Achse orientiert sind,, daß sie beide reflektierten Strahlen längs entgegengesetzten Achsen, die senkrecht zur optischen Achse verlaufen _t reflektierenο Ein

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Paar von photoelektrischen Fühlern, die das Reflexionssignal abtasten? sind auf diesen angeordnet. Ein Differentialverstärker ist mit den photoelektrischen Fühlern gekoppelt, um ein Heflexionssignal zu erzeugen« das die algebraische Summe der reflektierten Strahlen anzeigt. Die Bezugssignaleinrichtungen umfassen einen photoelektrischen Fühler auf einer Bezugsachse senkrecht zur optischen Achse» der auf einen der unterbrochenen Strahlen anspricht» um ein elektrisches Bezugssignal zu erzeugen. Der Komparator weist einen phasenempfindlichen Gleich- i richter auf _f der mit dem Differentialverstärker und den photoelektrischen Bezugssignaleinrichtungen gekoppelt ist« um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das mit der Amplitude der Reflexions« signale und der relativen Phase zwischen dem Bezugssignal und dem Reflexionssignal variiert» Anzeigeeinrichtungen sind mit dem Komparator gekoppelt, um die Stellung der Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt anzuzeigen

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung sind Servo-Einrichtungen vorgesehen, um das Gerät relativ zu der Meßfläche in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal zu verschieben, bis das Ausgangssignal gelöscht ist und der Brennpunkt in der MeBflache liegt. Anzeigeeinrichtungen sind mit den Servo-Einrichtungen gekoppelt, um den Abstand eines bestimmten Meßflächenbereiches von einem bestimmten Bezugspunkt anzuzeigen.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

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figur 1 zeigt ein Blocksehaltschema eines optischen Heßgerätes nach dieser Erfindung»

Die Figuren 2, 2a und 2b veranschauliche·! graphisch den Betrieb der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.

Figur 3 sseigt schematisch ein optisches !System, das sich für die Verwendung in dem in Figur 1 dar₍jestellti$n Gerät eig-

™ net ο

Figur 4 zeigt eine Vorderansicht eines Zerhacker* für die Vorrichtung nach Figur 3.

Figur 5 zeigt eine Vorderansicht eir.es Strahletariaere für die in Figur 3 dargestellte Verrichtung.

Figur 6 zeigt ein Schema einer modifizierten au iführungsfarm k nach Figur 1 und

Figur 7 zeigt ein Blockschalt schema d*r :ln Figur 6 dargestellten modifizierten Ausführungsform.

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Beschreibung und Erläuterung der in Figur 1 dargestellten Vor·

_m richtung ^ „__. _„_

Pur das erflndungegemäße Gerät können swar die -verschiedensten Strahlenquellen verwendet werden? die nachfolgende Beschreibung ist jedoch auf ein optisches Meßsystera gerichtet. Der Ausdruck "Strahlungsenergie", wie er in dieser Beschreibung ver wendet wird, iet nicht auf eine optische Strahlung beschränkt? sondern umfaßt elektromagnetische Energie in allen 'Frequenz bereichen.

Eine Lichtquelle, wie ζ»Β. eine Wolfram- üder X8non~Röhre_P erzeugt licht für eine ein Strahlenbündel odsr einen Strahl bildende und diesen unterbrechende Einrichtung. Diese strahlenbildende Einrichtung projiziert ein Paar van Lichtstrahlen in einem Winkel zu einer optischen Achse* die in einem bekannten Brennpunkt konvergieren. Bine Meßflache q«er zur optischen Achse reflektiert Licht längs oder i« einem Wickel zu der Gp= tischen Achse. j3in Bezygsi'üIhXer epx'ieht auf eiaen der zerhackten Strahlen an unö ist ir.it $in«s*a hucas-apfindlichen Gleich-ric^ter gekuppelt. Ein Paar von Msi.fiA'Derü aprüchsn auf die reflektierenden Lichtstrahlen an und 5l»iä ·3ί'<- einem Differ^utialvarötiirksr gekoppelt. Der Diffeire.it-lfO.ver-starlroi,- ifct mit dem nhaseneupfindliehen öleiubrich^er gekcppelt. Der phasen empfindliche Giiüiohridrier ist mit elaeai Aiieeigeggfrüi; und über einen Scbalter mit einfta Servv-i4r-tor gek:,ppel,5. D«?r

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Motor let z.B. mit einer optischen Bank kombiniert und bewirkt, daß die Vorrichtung sich vor und zurück relativ zu einer Meßfläche bewegt. Der Motor ist mit einem Zähler gekoppelt, der den Abstand der Meßfläche von einem bekannten Bezugspunkt an» zeigt.

In Figur 1 ist ein Blockschaltschema einer optischen Meßvorrichtung nach dieser Erfindung dargestellt. Die Lichtquelle, die Lichtstrahlen formende Einrichtung und der Zerhacker sind mit dem Bezugszeichen 10 angedeutet. Sie optische Achse der Optik wird mit den Bezugszeichen 11 angedeutete Die strahlen» formende Einrichtung 10 erzeugt einen zerhackten Strahl 12 und einen weiteren zerhackten Strahl 13» die in einem Brenn« punkt f_x konvergieren, der die Brennebene f_Q bestimmt. Eine Meßfläche vor dem Brennpunkt f liegt in der mit f₁ bezeichneten Ebene und hinter dem Brennpunkt f in der mit f₂ bezeich» neten Ebene« Der Strahl 12 wird an einer Stelle H auf der Oberfläche f₁ in dem entsprechenden Reflexionswinkel als reflektierter Strahl 15 reflektiert. Der Strahl i? wird an einer Stelle 16 von der Fläche f^ in einem entsprechenden üefiexiomiwinkel als reflektierter Strahl 17 reflektiert. Ein Paar von Fühlern 18 und 19 sprechen auf die reflektierter Strahlen 15 bzw. 17 an. Die Fühler 18 und 19 sind mit einem Differentialverstärker 20 gekoppelt. Ein Bezugsfühler 21» der auf den zer hackten Strahl 13 anspricht, erzeugt ein Bezugssignal; das über einen Verstärker 22 an einem phasenempfindJichen Gleich-

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richter 23 liegt. Der Ausgang des Üifferentialverstärkers 20 wird von einem gemeinsamen Reflexionssignal gebildet, das ebenfalle zu dem Verstärker 23 geleitet wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 23 gibt die Stellung der Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt ί_χ an. Das Ausgangssignal variiert in Abhängigkeit von der Amplitude der reflektierten Strahlen und der Phasenverschiebung zwischen dem Bezugssignal und dem Eeflexionssignal. Der Gleichrichter 23 ist mit einem Anzeigegtr$t 24 z.B. einem Galvanometer oder einem anderen Anzeigegerät zur sichtbaren Ablesung gekoppelt. Der Ausgang des Gleichrichters 23 ist mit einem Schalte*· 25 gekoppelt, mit dem das Ausgangesignal des Gleichrichters 23 an eine Servo-Motor-Steuerung gelegt werden kann. Der Motor 26 ist mit einem Streckenmesser oder Streckenzähler 27 und mit der optischen Bank gekoppelt, so daß der Vorrichtung eine Trauslationsbewegung längs der optischen Achse 11 erteilt werden kann.

Das Bezugssignal S_Q aus dem Fühler 21 iat verstärkt am Eingang des Gleichrichters in Figur 2 als Kurve a dargestellt. Auf der Abszisse der graphischen Darstellung in Figur 2 sind die Winkel in Radian und auf der Ordinate die Signalamplitude aufgetragen. Die Kurve b gibt das ßeflexionsaignal S-, wieder» das dem Ausgang des Verstärkers 20 entspricht, wenn die Meßfläche sich vor de« Brennpunkt ί_χ befindet. Di·$ Kurve ο gibt dae Reflexionssignal S~ wieder, wenn die Me>3fläche 3ioh hinter dsa Brennpunkt f befindet. Der Signalausgang au3 lern Gleichrich-

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ter 23» das Ausgangssignal S^, bildet ein Abweichsignal wie in Figur 2a dargestellt wird. Die Amplitude des Reflexionssignals nimmt ab, wenn der Brennpunkt f_x sich der Meßfläche nähert und sie nimmt zu, wenn der Brennpunkt f_x sich von der Meßfläche entfernt. Die Amplituden A₁ und A₂ nach den Figuren 2 und 2a nehmen bis zu einem positiven Grenzwert au, wenn der Meßflächenabstand von f zunimmt und sie nehmen bis zu . einem negativen Grenzwert ab» wenn der Abstand der Meßfläche von f abnimmt.

Das Signal S₁ des Fühlers 13 und das Signal S₂ des Fühlers 19 sind in Figur 2b für verschiedene Bedingungen dargestellt. Die Kurve a in Figur 2b zeigt an» daß die Meßflache im Brennpunkt liegt. Die Kurve b zeigt die Lage der Meßfläohs vor dem Brennpunkt f_x und die Kurve c die Lage der Meßfläche hinter dem Brennpunkt f an. Das zusammengesetzte Keflexionssignal S, ist Null für die Kurve a und ist mit gestrichelten Linien für die Kurven b und c wiedergegeben.

Die Amplitudenvariationen A₁ und A₂ nach den Fieren 2 und 2a stimmen mit dem Maß der Überlappung der Bilder Uberein» die von den Strahlen 12 und 13 auf der Meßfläche erzeugt werden» Wenn die Bilder genau übereinanderliegen» waa der Fall ist, wenn die Meßfläche im Brennpunkt ί_χ liegt» wird im wesentlichen die gesamte Energie längs der optischen Achse ssurüokreflek> tiert und es wird keine Energie für ein R»flexinnseignal zu

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den Meßfühlern 18 und 19 geleitet. Das Rsflexionssignal stellt die Signaldifferenz S₁ - S₂ dar«

Wenn die Meßfläche sich in der Ebene f₂ befindet, entspricht der reflektierte Strahl 28 dem zerhackten Strahl 12 und der reflektierte Strahl 29 dem Strahl 13« In diesem Fall erregt der reflektierte Strahl 28 den Meßfühler 19. Wenn andererseits die Meßfläche eich vor f befindet, erregt der reflektierte Strahl 15 des zerhackten Strahls 12 den Fühler 19 und der reflektierte-Strahl 17 den Fühler 18.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Vorrichtung in Richtung der optischen Achse verkürzt dargestellt. Um eine ganze Fläche zu vermessen^ hat die Vorrichtung drei translatorische Freiheitsgrade, um aie längs jeder Achse eines orthogonalen Systems mit 3 Achsen verschieben zu können*

Wie oben beschrieben? wird die Verrichtung längs der optischen Achse vorgeschobeny bis der Brennpunkt f mit der Meßfläche in der Ebene f-j übereinstimmt, wobei das Abweichsignal den Wert Null annimmt. Der Abstand der Verrichtung von dem Brennpunkt f kann bis zu 30 cm (12 inches) oder größer betragen

Ji

und nur 2,54 cm (1 inch) oder kleiner sein.

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Beschreibung und Erläuterung des in Figur 3 dargestellten op- tischen Systems

In Figur 3 ist im größeren Detail ein optisches System dargestellt, das für das in Figur 1 dargestellte Gerät geeignet ist. Seile, die denjenigen, die in Figur 1 dargestellt sind« entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Strahl einer Lichtquelle 30 wird von einem sich drehenden Teil 31 zerhackt, der abwechselnd durchsichtige und undurchsichtige Bereiche hat. Die Drehgeschwindigkeit des Teils 31 um die optische Achse 11 bestimmt die Zerhackerfrequenz des Strahls 13* Wenn der Strahl 13, wie dargestellt, unterbrochen wird, wird der Strahl 12 durch eine Sammellinse 32 und eine strahlenformende Einrichtung 33, welche eine öffnung 34 hat, geworfen. Eine Vorderansicht des Zerhackers 31 ist in Figur 4 und eine Vorderansicht der Einrichtung 33 in Figur 5 dargestellt. Die Einrichtung 33 hat eine Öffnung 35 für den Strahl 13* Ein halbdurchlässiger Spiegel 36 reflektiert einen Teil des zerhackten Strahls 12 längs einer Bezugsachse 37 im we8ent liehen senkrecht zu der optischen Achse 11 zu einem photüelektrischen Fühler 33. Der Strahl 12 ist eingeblendet, wenn der Strahl 13 ausgeblendet ist und umgekehrt. Deshalb sind die zerhackten Strahlen 12 und 13 wechselseitig um 180° oder um den Winkel TC phasenverschoben. Die Strahlen werden durch ein stumpfes Spaltprisma 39 geleitet, das undurchsichtige,reflek-

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tierende Flächen 40 und 41 hat, die die reflektierten Strahlen 15 und 17 längs Achsen 42 und 43 reflektieren, welche praktisch senkrecht zu der optischen Achse 11 verlaufen. Bs wird betont» daß die reflektierenden Flächen einen Abstand von der optischen Achse haben, so daß reflektierte Energie längs der optischen Achse durch das Prisma ohne weitere Reflexion fallen kann· Die Achsen 42 und 43 sind, wie dargestellt, einander ent» gegengesetzt. Bin photoelektrischer Fühler 44 spricht auf die von der Fläche 40 und ein photoelektrischer Fühler 45 auf die von der Fläche 41 reflektierten Energie an. Der Spalt 46 des stumpfen Prismas ist bei einer praktischen Ausführungsform 0,0254 cm (0,01 inch) breit. Die Spaltbreite kann von weniger als 0,00254 om (0,001 inch) bis über 0,254 cm (0,1 inch) variieren. Die Strahlen 12 und 13 werden von einer Sammellinse 47 in dem Brennpunkt f gebündelt. Die Fühler 44 und 45 sind mit dem Differentialverstärker 20 und der Bezugsfühler 3& mit dem Verstärker 22, wie oben beschrieben, gekoppelt.

Beschreibung und Erläuterung der AusfUhrungsformen nach den . Figuren 6 und 7 '

Xn Figur 6 ist ein Schema eines optischen Systems für ein modifiziertes Gerät nach Figur 1 dargestellt. Hierbei wird ein Abweicheignal erzeugt, das anzeigt, um welchen Betrag die Vereuohsfläche gegenüber der Senkrechten zu der optischen Achse

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verdreht ist. Das Verfahren sum Erzeugen dee Reflexionssignalθ aus den reflektierenden Strahlen ist von dem mit der Vorrichtung nach Figur 3 praktizierten verschieden. Anstelle des stumpfen Prismas nach Figur 3 wird ein balbdurchlässiger Spiegel in einem Winkel zur optischen Achse eingestellt! so daß beide reflektierten Strahlen längs einer Meßachse reflektiert werden» die praktisoh senkrecht aur optischen Achse verläuft. Ein reflektierender Feldteiler, wie z.B. ein Keil- oder ein Pyramidenprisma, reflektiert die reflektierten Strahlen tu den Fühlern. Außerdem werden ein Paar von Bezugsfühlern anstelle des einzelnen Fühlers nach Figur 3 verwendet. Es wird die gleiche Bezeichnung für gleiche Komponenten verwendet.

Die Lichtquelle 30 projiziert Licht durch die Sammellinse 32 und den Zerhacker 31» um die Strahlen 12 und 13 zu bilden» die durch ein kleines Loch 43 fallen. Die Strahlen 12 und 13 wer» den wiederum von der Linse 47 im Brennpunkt f gebündelt. Ein halbdurchlässiger Spiegel 50 reflektiert die Strahlen zu den reflektierten Oberflächen eines Bildfeldteilers 53 und zu einem Paar photoelektrischer Fühler 51 und 52. Der Strahlenteiler 49 reflektiert Energie der Strahlen 12 und 13 zu einem Paar von BezugefUhlem 55 und 56 und die reflektierte Strahlen» energie .zu einem Abweichfühler 54» der die Abweichung von der Senkrechtstellung anzeigt.

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Die Abtastung der Senkrechtstellung wird durch Vergleich der gesamten Energie in jedem der reflektierenden Strahlen unabhängig von der Stellung des Bildes erreicht. Wenn die Oberfläche nicht senkrecht zu der optischen Achse verläuft, wird eine Energiedifferenz zwischen den zwei Reflexionsstrahlen erhalten, deren Energie zunimmt_f wenn die Differenz und die Phase entsprechend der Richtung der Abweichung von der Senk= rechten zunimmt.

In Figur 7 ist ein Blockschaltscheraa eines Kreises dargestellt, der mit dem optischen System nach Figur 6 gekoppelt ist. Die Bezugsfühler sind mit einem Differentialverstärker gekoppelt? der seinerseits mit einem phasenempfindlichen Gleichrichter für die Abweichung von der Senkrechten gekoppelt ist. Der Abweichfühler für die Senkrechtstellung ist mit dem Gleichrichter gekoppelt_r um ein Ausgangssignal zu erzeugen? das die Abweichung von der Normalen anzeigt. Die Reflexionssignalfühler sind mit dem Differentialverstärker und dem phasenempfindlichen Gleichrichter, wie oben beschrieben? gekoppelt. Die Be=> zugsftihler 55 und 56 sind mit einem Differentialverstärker 5? gekoppelt, der einen Eingang für einen phasenempfindlichen Gleichrichter 58 bildete Bsr die Abweichung von der Normalen abtastende Fühler 54 ist über einen Verstärker 59 mit dem Gleichrichter 58 gekoppelt. Per Ausgang des Gleichrichters 58 liegt an einem Verstärker 6O₉ der ein Abweichsignal erzeugt;

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das die Abweichung von der Normalen angibt· Die Fühler 51 und 52 sind mit dem Differentialverstärker 20 und mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter 23 für die Dietaneabweichung gekoppelt. Ein Ausgang des Differentialverstärken* 57 Htgt ebenfalls an dem Gleichrichter 23· Der Auegang dt? Gleichrichters 23 liegt an einem Verstärker 61, um ein Bereicheab= weichsignal zu erzeugen.

Bei den oben dargestellten und beschriebenen AusfUhrungeformen kann das Bezugssignal von der Energie eines oder beider Strahlen erzeugt werden. Der Unterbrecher kann in der Lichtquelle selbst eingeschlossen sein. Es ist zwar eine einzelne Lichtquelle dargestellt, zwei Lichtquellen könne 1 Jedoch ver~ wendet werden« die z.B. abwechselnd ein» und ausgeschaltet werden. Das Bezugssignal kann beispielsweise von einem elektrischen Antriebssignal abgeleitet werden_c das zum Antrieb des Zerhackers oder z.B. von einem modulierenden Signal abgeleitet werden kann_r das direkt an die Lichtquelle gelegt wird.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung klar» d»ß die optische Meßeinrichtung nach dieser Erfindung ein breites Anwendungsgebiet für eine genaue Messung uvi? !Bteuerut 3 hat,

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Claims

29. März 1968

if

Patentansprüche

1. Meßvorrichtung, gekennzeichnet durch eine strahlenformende Einrichtung (10, 32, 33)» die einer Strahlenenergieq.txelle (10, 30) nachgescbaltet sind» und eine Strahlenachse (11) definieren, um ein Paar von Energiestrahlen (12, 13) zu bilden, die in einem Brennpunkt (f ) auf dieser Achae in der Nachbarschaft einer Heßfläche konvergieren; und durch eine Signaleinrichtung (20, 22, 60, 61), um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das auf die Strahlen (15« 17) anspricht, die von der Meßfläche reflektiert werden» um die Stellung dieser Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt (f ) anzuzeigen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Strahlen (12, 13) ein genaues Bild in dem Brennpunkt (f_x) erizeugt, wobei sich die Bilder kongruent sind und sich in diesen Brennpunkt praktisch decken»

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Modulationeeinrichtungen (10, 31) zum Modulieren eines dieser Strahlen relativ zu dem anderen und in bezug zu einer gewählten Charakteristik$ durch Bezugssignaleinrichtungen (21, 38» 49» 55» 56) um ein Bezugssignal (50) zu erzeugen., das den modulierten Strahl anzeigt; und durch Reflex!onssignaleinricatungen (18, 1«, 40, 44, 50, 51» 52),um ein Reflexionssignal

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in Abhängigkeit von diesen Strahlen (15» 17) zu erzeugen? die von einer Meßfläche, welche quer zu der optischen Achse (11) verläuft» reflektiert werden_y wobei diese Signaleinrichtungen (20, 22, 60, 61) Vergleicheeinrichtungen aufweisen» um das Ausgangssignal in Abhängigkeit von den Reflexions« und Bezügesignalen zu erzeugen, so daß die Stellung der Versuohsflache relativ zu dem Brennpunkt angezeigt wird.

4· Vorrichtung nach Anspruch 31 gekennzeichnet durch Servo-Einrichtungen (26), um die Vorrichtung relativ au der Meßfläche in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal zu verschieben, so daß dieses Ausgangssignal gelöscht und die Stellung des Brennpunktes in die Versuchsfläche gebracht wird, und daß Anseigeeinrichtungen (27) mit den Servo-Einrichtungen gekop= pelt sind, um eine Anzeige des Abstandes einer bestimmten oder gewählten Versuchsfläche von einem vorbestimmten Bezugspunkt anzuzeigen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine optische Vorrichtung ist und eine Lichtquelle (30) aufweist, daß die Achse (11) eine optische Aohse ist, daß die Strahlen (12 und 13) Lichtstrahlen sind, daß die Modulationseinrichtung einen Zerhacker (31) für eine alternative Zerhackung dieser Lichtstrahlen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit aufweist und daß daa Bezugseignal von einem dieser zerhackten Strahlen erzeugt wird.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker einen Teil aufweist, der um die optische Achse (11) drehbar ist und transparente und nicht durchlässige Bereiche hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die das Strahlenbündel formende Einrichtung {33} eine Kondenserlinse (32) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenformende Einrichtung (33) einen festen, undurch-= lässigen Teil (35} mit im Abstand voneinander angeordneten transparenten Bereichen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet? daß die das Bezugssignal erzeugende Einrichtung einen Fühler (36* 33_£ 39ι 55, 56} aufweist, der einen Teil der Lichtenergie eines der zerhackten Strahlen empfängt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß die das Bezugseignal erzeugende Einrichtung einen halbdurchlässigen Spiegel (36* 39} aufweist _t um einen Teil der Lichtenergie eines der zerhackten Strahlen längs einer Achse _t die senkrecht zu der optischen Achse {11} verläuft* zu reflektieren, und daß ein BezugssignaX erzeugender photoelektrischer Fühler

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(38, 55, 56) auf dieeer senkrechten Achse vorgesehen istι der auf den reflektierten Lichtanteil anspricht»

11« Vorrichtung nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet, daß die das Reflex!oneβignal erzeugende Einrichtung (39» 50) ein Paar von Fühlern (44, 45t 51, 52) aufweist, von denett jeder den reflektierenden Strahl empfängt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die das Reflex!onesignal erzeugende Einrichtung weiter ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten reflektierenden Oberflächen (40, 41) aufweist, die so relativ bu der optischen Achse (11) orientiert sind, daß sie die beiden reflektierten Strahlen längs entgegengesetzter Achse, die senkrecht zu der optischen Achse verlaufen, reflektieren, und daß ein Paar von Reflexionssignale erzeugenden photoelektrischen Fühlern (44, 45) auf dieser Achse angeordnet sind und auf die reflektierten Strahlen ansprechen·

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionssignal erzeugende Einrichtung ein stumpfes Prisma (39) aufweist, das in der optischen Aohse (11) liegt und reflektierende, undurchlässige Flächen (40 und 41) hat, die einen Winkel mit der optischen Achse (11) einschließen.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 15? dadurch gekennseiehnet, daß die das Reflexionssignal erzeugenden Einrichtungen weiter einen Differentialverstärker (20) aufweisen, der mit den photoelektriechen Abtasteinrichtungen (44, 45) gekoppelt ist« um ein Reflexionssignal zu erzeugen, das die algebraische Differenz der reflektierten Strahlen (15» 17) anzeigt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14₉ dadurch gekennzeichnet, daß die das Bezugssignal erzeugende Einrichtung einen photoslektrischen Fühler (3ö₀ 55» 56) auf der Bezugsachse aufweist ₉ die normal zu der optischen Achse (11) angeordnet ist und auf einem der unterbrochenen Strahlen anspricht ₉ um ein elektrisches BezugssignaX zu erzeugen? daß der Komparator einen phasenempfindlichen Gleichrichter (23), der mit dsm Differentialverstärker (20) und mit der das Bezugs3ignal erzeu« genden photoelektrischen Abtasteinrichtung (38_S 55? 56) gekoppelt ist ρ aufweist; um das Ausgangssignal zu erzeugen, das in Abhängigkeit von der Amplitude des Reflexionesignals und der Phase zwischen dem Bezugs- und dem Refelxionssignal variiert, und daß Anzeigeeinrichtungen (24) mit dam Komparator (23) gekoppelt sind j, um eine Anzeig® der Stellung der Meßfläche relativ zu dem Brennpunkt anzuzeigen.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergshenden Ansprüche, dadureh gekennzeichnet, daß Einrichtungen (54) vorgesehen sind, die

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auf die reflektierenden Strahlen (15» 17) ansprechen, um ein Signal zu erzeugen, das den Winkel der Meßfläche relativ zu der optischen Achse (11) anzeigt.

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