DE1961648A1

DE1961648A1 - Goniometrische Einrichtung,insbesondere fuer ein Refraktometer oder ein aehnliches Geraet

Info

Publication number: DE1961648A1
Application number: DE19691961648
Authority: DE
Inventors: Simon Poot
Original assignee: Enraf Nonius BV
Current assignee: Enraf Nonius BV
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1970-06-18
Also published as: DE1961648C3; NL6817709A; DE1961648B2; FR2025794A1; NL139600B; GB1267440A; JPS4824079B1; SE352453B; US3636347A

Description

Andrejewski & Honke Patentanwälte Anwaltsakte: 33 Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke

Essen, den 6. Dezember I969 K«ttwig«r Straße 36 (^th )

Patentanme!dung

N.V. Verenigde Instrumentenfabrieken

Enraf-Nonius

Röntgenweg 1, Delft / - Holland -

Goniometrische Einrichtung, insbesondere für ein Refraktometer oder ein ähnliches Gerät.

Gegenstand der Erfindung ist eine goniometrische Einrichtung, insbesondere für ein Refraktometer oder ein ähnliches Gerät, bestehend aus einem um eine erste Achse, die Omega-Achse, drehbar gelagerten Goniostat mit einem Goniometerkopf, dessen Mittellinie, die Phi-Achse, die Omega-Achse in einem Festpunkt sehneidet und welcher im Goniostat um eine den Festpunkt ebenfalls schneidende dritte Achse drehbar gelagert ist.

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Patentanwalt« Dr. W. Andrajewfki, Dr. M. Honk·, 43 Esswt, K*ttwig*r Straß«

Zur Durchführung von Refraktionsmessungen an einem geeigneten Objekt, beispielsweise einem einzelnen Kristall, wird vielfach ein Röntgen-Refraktometer verwendet. Bei einem derartigen Gerät wird das zu vermessende Objekt von einem kollimierten Röntgenstrahlenbündel bestrahlt und die vom Objekt reflektierten Strahlen werden dann von einem Detektor mit zugeordneter elektronischer Einrichtung gemessen. Viele Untersuchungen erfordern jedoch nicht nur eine Verdrehung des Detektors, sondern auch Drehbewegungen des Objekts um drei verschiedene Achsen mittels einer geeigneten goniometrischen Einrichtung. Zur allgemeinen Erläuterung dieser Vorgänge soll die in der Anlage beigefügte Figur 1 dienen, in welcher diese Drehbewegungen schematisch angegeben sind. Hierbei ist ein Kristall 1 im Mittelpunkt des Instrumentes angeordnet und wird von dem genannten kollimierten Röntgenstrahlenbündel bestrahlt, wobei der Kristall das Strahlenbündel 3 in einen Detektor 4 reflektiert. Der Detektor, der Kristall und der Röntgenstrahlenkoilimator sind gewöhnlich in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und der Detektor sitzt derart an einem verdrehbar angeordneten Tragorgan 5, daß er um eine zu dieser Ebene rechtwinklig verlaufende Achse verdreht werden kann, welche Achse als Zwei-Theta-Achse bekannt ist. Der Kristall 1 ist dabei in einem in dieser Figur lediglich schematisch mit dem Bezugszeichen 6 angedeuteten Goniometerkopf angeordnet* welcher ebenfalls um eine Achse, die sogenannte Omega-Achse, welche rechtwinklig zu der durch den Detektor, den Kristall und den Kollimator verlaufenden Ebene verläuft und mit der Zwei-Theta-Achse zusammenfällt, verdreht werden kann. Der Kristall 1st außerdem um eine Chi-Achse verdrehbar, vrelche rechtwinklig zur Omega- und Zwei-Theta-Achse

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PatmttanwdH· Dr. W. Andr*j«wski, Dr. M. Honk·, 43 EtMn, K«ttwig«r StraB·

verläuft, und außerdem um eine weitere Achse, die sogenannte Phi-Achse, «reiche mit der Mittellinie des Goniometerkopfes 6 zusammenfällt und zur Chi-Achse rechtwinklig verläuft, wobei alle diese Drehachsen einander in einem einzigen Punkt schneiden, welcher mit der Mitte des Kristalls zusammenfallen sollte. Die letztgenannten zwei Drehbewegungen werden mittels eines Goniostaten erreicht, welcher von einem Organ 7 getragen wird, welches drehbar um die Omega-Achse angeordnet 1st, wobei dieser Goniostat als Kreisring oder Ring 8 schematisch in Figur 1 dargestellt ist und in welchem der radial ausgerichtete Goniometerkopf 6 drehbar auf einem ausgewählten Kreisbogen um die Chi-Achse verdrehbar ist.

Um einen möglichst großen Meßbereich zu erhalten, sollte die Phi-Bewegung über einen Kreisbogen von wenigstens 90° möglich sein, d.h. also in einem der Quadranten I, II, III oder IV, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Eine Vergrößerung der Chi-Bewegung über zwei oder mehr Quadranten führt keineswegs zu einer Vergrößerung des Meßbereiches, wenn die Omega-Bewegung 360° bedeckt. Wenn jedoch die Omega-Bewegung auf einen Kreisbogen von l8o° beschränkt wird, sollte die Phi-Bewegung entweder die Quadranten I und II oder die Quadranten III und IV bedecken, um einen gleichen Meßbereich zu erhalten. In den üblichen Goniostaten wird die Chi-Bewegung dadurch erreicht, dafi ein einen vollen Kreis ergebendes Ringorgan, wie beispielsweise der Ring 8 aus Figur 1, vorgesehen wird oder ein Ringorgan» welches sich lediglich über den Teil eines Kreises erstreckt, während der den Kristall tragende Goniometerkopf um einen vorgegebenen Winkel längs des Innenumfanges dieses Ringorganes in der vorbeschriebenen Weise verdrehbar angeordnet wird.

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Patentanwalt© Dr. W. Andre je w?H Dr. M. H©ük«_f 43 issep_f ifeitwlg®r Sfrai©

Infolge der Ausbildung des Goniostaten als Ringopgan wird zwangsläufig die Omega-Bewegung eingeschränkt, da andere Teil© des Gerätes wie beispielsweise der Haltes⁴ für die Röntgenröhre, der Kollimator und der !Detektor nach innen in die Bahn dieses Ringorganes hineinragen. Wenn man die Winkelposition Omega = 0° als die Position der Chi-Ebene des zum einfallenden Röntgenstrahl 2 rechtwinklig verlaufenden Ringorgans festlegt, ist eine Winkelposition der Chi-Ebene von etwa Omega = + 90° keinesfalls möglich. Aus Wissenschaftliehen Gründen 1st die Anordnung der Röntgenröhre und des Kollimators weiter außerhalb nicht vertretbar und die Verwendung eines kleineren Ringorganes wifcrde die Möglichkeit verstärken, daß die Röntgenstrahlen vom Ringorgan unterbrochen wurden. Außerdem setzt die erforderliche Stabilität und Genauigkeit der Bewegung des Goniometerkopfes eine untere Grenze bezüglich der weite des Ringorganes, wodurch der Meßbereich ebenfalls eingeschränkt wird. Eindeutig verstärkt eine größere Breite der Tragringstruktur die Möglichkeit von Kollisionen mit dem vorgenannten feststehenden Geräteteil sowie einer Unterbrechung des einfallenden oder des reflektierten StrahlenbündeIs.

Angesichts der vorgenannten Nachteile der bisher üblichen Anordnungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine goniometrische Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche im wesentlichen den maximal möglichen Meßbereich zulässt, insbesondere bezüglich der Omega-Bewegung, während der Kollimator, der Detektor und die anderen Geräteteile dicht bis an den im Goniometerkopf angeordnete Kristall nach innen heranreichen können.

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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße

Gekennzeichnet ist eine derartige Einrichtung dadurch, daß der Goniometerkopf am freien Ende eines mit seinem anderen Ende im Goniostat um die dritte Achse, die Kappa-Achse, drehbar gelagerten Tragarmes sitzt und diese Kappa-Achse mit der Omega-Achse und der Phi-Achse einen spitzen Winkel bildet.

Diese dritte Achse, für welche der Name Kappa-Achse hier eingeführt wird, unterscheidet sich daher von der Chi-Achse der bisher üblichen Goniostaten Insofern, als diese Kappa-Achse nicht rechtwinklig zur Omega-Achse und zur Phi-Achse verläuft. Vorzugsweise ist der spitze Winkel zwischen der Kappa-Achse und der Omega-Achse gleich dem Winkel zwischen der Kappa-Achse und der Phi-Achse. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betragen diese Winkel zwischen ^5 und 60 , und zwar vorzugsweise 50°.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß das Ringorgan, welches den Goniostaten trägt, entfällt, und der anstelle dessen verwendete Tragarm für den Goniometerkopf praktisch vollständig an der einen Seite der Ebene durch den Kollimator, den Detektor und den Kristall liegt, wodurch die Möglichkeit von Kollisionen dieses Tragarmes und des Goniometer kopf es mit anderen Geräteteilen entfällt und die einfallenden und reflektierten Röntgenstrahlen kaum noch unterbrochen werden können. Dadurch lässt sich eine Omega-Bewegung von praktisch J56o° und infolgedessen ein praktisch voller Meßbereich erzielen. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß bei allen vergleichbaren Instrumenten der Goniometerkopf eine ganz bestimmte Fläche begrenzt, in welcher die

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Strahlen unterbrochen sind, welcher als "Schattenkegel¹¹ bekannt ist, innerhalb welchem keine einfallenden Strahlen den Kristall erreichen können, und innerhalb welchem keine reflektierten Strahlen gemessen werden können. Die Axial-Abmessungen und die Halterung am Unterteil der Goniometerköpfe sind international standardisiert, sodaß der spitze Winkel dieses Schattenkegels des Goniometerkopfes für alle Refraktometer gleich ist. Gemäß einer Besonderheit der Erfindung ist das den Goniometerkopf tragende Ende des Tragarmes derart ausgebildet, daß seine Kante innerhalb eines imaginären Kegels liegt, dessen Spitze der gemeinsame Schnittpunkt der Achsen ist und dessen Mantellinie den Goniometerkopf tangiert. In diesem Fall wird der bereits genannte Schattenkegel durch den Tragarm des Goniometerkopfes nicht noch vergrößert. Da die Querschnittsabmessungen des Kollimators für die einfallenden Röntgenstrahlenbündel stets klein sind, und zwar annähernd 5 mm, liegen die punkte, an denen der Tragarm mit dem Kollimator kollidieren könnte, an oder nahe der Oberfläche des Schattenkegels, sodaß diese mechanische Beschränkung zu keiner praktischen Begrenzung Äes Meßbereiches führt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung lässt sich die Phi-Bewegung, in welcher sich die Phi-Achse in einer ausgewählten Chi-Ebene um die Gerätemitte (Fig. 1) dreht, durch eine Kombination von zwei Bewegungen erreichen, und zwar eine Drehung des Goniometerkopf-' Tragarmes um die neu eingeführte Kappa-Achse und eine Drehung des Goniostaten als Ganzes am die Omega-Achse. Eine Verdrehung, des Tragarmes um die Kappa-Achse hat augenscheinlich die Wirkung, daß der Goniometerkopf aus der ausgewählten Chi-Ebene heraus-

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bewegt wird, sodaß, um den Goniometerkopf in diese GM-Ebene zurückzuführen, eine Korrektur über eine entsprechende Omega-Drehung erforderlich wird. Eine derartige Einstellung des Tragarmes für den Goniometerkopf verursacht gleicherweise einen Wechsel in der Chi-Winkelposiiicn des Goniometerkopfes in der Chi-Ebene, was ebenfalls eine Korrektur erfordert. Zur Durchführung dieser vorgenannten Korrekturen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Omega- und. Phi-Bewegungen in derartiger Korrelation zur Kappa-Bewegung durchgeführt werden, daß eine Einstellung der Winkelposition des Tragarmes um die Esppa-Achse von einer gleichzeitigen Einstellung der Winkelposition des Goniometers um die Omega-Achse und der Winkelposition des Goniometerkopfes um die Phi-Achse begleitet wird, i-jotei die Phi-fchse in der gleichen Ebene bezw. der Gcnlomfcuerkopi;- m Ar- gleichen Winkelposition zu dieser Ebene gehalten wird.

Die vorgenannten Korrekturen der Omega-Winke!position und der Phi-Winkelposition werden Jedoch nur dann erforderlich, wenn der Benutzer des Gerätes das bisher übliche Koordinaten-System mit der Omega-, Chi- und Phi-Achse nach Figur 1 weiter verwenden will, was jedoch keineswegs erforderlich ist. Wenn dieses Koordinaten-System bisher auch allgemein verwendet wurde, so ist vom kristallografischen Gesiehtspunkt aus doch keinerlei Einwand dagegen zu erheben, ein neues Koordinaten-System einzuführen, welches auf den Omega -, Kappa- und Phi°-Achsen des erfindungsgemäßen Goniostat beruht, wobei die vorgenannten Omega- und Phi-Korrekturen ohne weiteres entfallen können. Hierbei darf jedoch nicht unerwähnt bleiben, daß die Berechnung der vier relevanten Winkelpositionen (Z" .ei-The ta-, Omega-, Kappa- und Phi),

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Patentanwälte Dr. W. AnJrejewski, Dr. M. Henke, 43 Iisen, Kettwiger Straße

in denen ein reflektiertes Strahlenbündel erwartet wird, welches vom Detektor aufgenommen werden soll, im allgemeinen von einem Computer durchgeführt wird. Falls erforderlich, kann der Eingang und Ausgang des Computers im üblichen Koordinaten-System angegeben werden und durch geeignete Programmierung des Computers kann dieser schnell und genau die entsprechenden Winkelpositionen im neuen Koordinaten-System berechnen. Es ist außerdem durchaus üblich, das Refraktometer direkt an den Computer anzuschließen, in welchem Fall der Benutzer keinerlei Kenntnis von dem neuen Koordinaten-System zu besitzen braucht.

Zur Umwandlung des neuen Omega⁰-, Kappa-, Phi°-Koordinaten-Systems in das alte Omega-, Chi-, Phi-Koordinaten-System eignen sich folgende Gleichungen

sin(x/2) = sin (K/2).sin ( QC )

cos(x/2)cos(-^) - cos (K/2)

cos(x/2)sin(/7) = sin (K/2).cos ( ot )

Cu - 4 = OD ο

(D - /I = ψ ο ,

wobei q( der Winkel zwischen der Kappa-Achse und der Omega-Achse und auch der Winkel zwischen der Kappa-Achse und der Phi-Achse ist, welche beiden Winkel infolgedessen als gleich angenommen werden. Wenn hierbei die Phi-Achse mit der Omega-Achse zusammenfällt ist K=O.

Die vorgenannten Korrekturen sind daher für die Omega-Achse und die Phi-Achse dieselben und lassen sich durch folgende Gleichung ausdrücken?

tg( ä ) = tg(K/2). cos (<X ).

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Wie bereits erwähnt, ist der Winkel ei" zwischen der Kappa-Achse und der Omega-Achse und zwischen der Kappa-Achse und der Phi-Achse beispielsweise 50°, wobei die Quadranten III und IV aus Figur 1 bedeckt werden oder die Quadranten I und II, falls die Kappa-Achse nach oben verlaufen sollte und der Tragarm für den Goniometerkopf über der durch die Strahlenbündel 2 und 3 der Figur 1 gehenden Ebene liegen sollte. Bei der Vergrößerung dieser Winkel kann ein größerer Teil der Chi-Ebene bedeckt werden, aber wie bereits vorstehend erläutert wurde, führt dies keineswegs zu einer Vergrößerung des Meßbereiches.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der Goniometerkopf leicht zugänglich ist. Dadurch wird die Montage und Adjustierung des Kristalls im Goniometerkopf wesentlich vereinfacht und gleichzeitig die Montage eines Strahlenunterbrechers für die nicht reflektierten Hauptstrahlen erleichtert, ferner die Montage eines auf den Kristall ausgerichteten Mikroskopes und die Verwendung irgendwelcher Hilfseinrichtungen wie beispielsweise zum Kühlen oder Erwärmen des Kristalls oder eines anderen Objektes. Zu diesem Zweck ist eine Mittelbohrung koaxial mit der Omega- und Zwei-Theta-Achse im Tragkörper für den Detektor und den Goniostaten vorgesehen, durch welche derartige Hilfseinrichtungen hindurchgeführt.werden können. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht eine derartige Bohrung ohne weiteres.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Röntgenstrahlen-Refraktometers mit einer erfindungs-

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gemäßen goniometrischen Einrichtung anhand der beiliegenden Figuren 2 - 5; es zeigen?

Figur 2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht des Refraktometers^

Figur 3 einen Schnitt durch Pig» 4 längs der Linie III-III zur Darstellung des Goniostaten des Refraktometers aus F:'.g. 2*

Figur 4 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV«IVi und Figur 5 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie V-V,

Die allgemeine Konstruktion des Refraktometers zeigt Figur 2, gemäß welcher das Instrument ein Gehäuse 9 aufweist, auf welchem ein scheibenförmiges Teil 10 drehbar um eine Achse 11 montiert ist, welche die Zwei-Theta-Aahse bildet. Diese Platte 10 kann mit dem Teil 5 aus Figur 1 verglichen werden und trägt einen Detektor 13 an einem Tragarm 12, wobei der Detektor in j

der allgemein üblichen und bekannten Art ausgebildet ist und mit seiner radial gerichteten Achse senkrecht zur Achse 11 angeordnet ist und diese Achse schneidet. Außerdem trägt das Gehäuse 9 an einem Tragorgan 18 einen Halter 15 für eine Röntgenröhre mit einem Kollimator 16 für das einfallende Röntgenstrahlenbünde1, welcher von diesem Halter 15 rechtwinklig absteht und radial nach innen weist, wobei die Achse des Kollimators rechtwinklig zur Achse 11 verläuft und diese Achse in demselben Schnittpunkt wie die Detektorachse schneidet. Über der Platte 10 ist eine Tragplatte für einen Goniostaten oder eine Omega-Platte 17 eben-

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falls drehbar um die Achse 11, d.h. also um die Omega-Achse, angeordnet. Diese beiden Platten 10 und 17 lassen sich unabhängig voneinander über einen Zwei-Theta-Motor 18 bezw. einen Omega-Motor 19 verdrehen. Diese Motore sind an einer Seitenwandung des Gehäuses 9 angeordnet und mit den Platten über irgendwelche nicht dargestellte geeignete Einrichtung verbunden. Vorzugsweise sind diese Motoren 18 und I9 als elektrische Schrittmotor ausgebildet. Die vorgenannten Teile der Einrichtung einschließlich des Röntgenröhrenhalters I5 und des Kollimators 16 können in üblicher Weise ausgebildet werden, wie dies bei Refraktometern allgemein bekannt ist. Exzentrisch auf der Omega-Tragplatte I7 ist ein Goniostat 20 angeordnet. Dieser Goniostat besteht aus einem Tragkörperteil 21, welches auf der Platte I7 befestigt lst_# und einen radial nach außen und oben in einem Winkel von 45° zur Horizontalen verlaufenden Tragkörperteil 22. Am einen Ende dieses Tragkörperteiles 22 ist um eine Achse 24, die Kappa-Achse, drehbar ein abgewinkelter Tragarm 23 angeordnet. Diese Achse 24 schneidet die Achse 11 in einem Winkel von 45° im bereits erwähnten gemeinsamen Schnittpunkt dieser Achse 11 mit den Achsen des Detektors IJ und des Kollimators 16. Am freien Ende des Armes 23 sitzt ein Goniometerkopf 25* jMiclAr-derart an diesem Arm angeordnet ist, daß seine Mittellinie 26, die Phi-Achse, in einem Winkel von 45° zur Kappa-Achse 24 verläuft und gleichfalls durch den vorgenannten gemeinsamen Schnittpunkt mit der· Achse 11 hindurchgeht. Dieser gemeinsame Schnittpunkt der Achsen 11, 24 und 26 bildet den Mittelpunkt des Gerätes und ein Kristall 27 ist derart im Goniometerkopf 25 eingesetzt, daß seine Mitte genau in diesem Mittelpunkt des Gerätes liegt. Der Goniometerkopf 25 kann in

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Standardausführung und standardabmessungen hergestellt werden und ist daher im einzelnen in den Figuren nicht dargestellt und soll auch nicht weiter erläutert werden.

Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren 5, 4 und 5 ergibt, läßt sich der Tragarm 25 um die Kappa-Achse

24 mittels eines Kappa-Motors 28 verdrehen, welcher an der einen Seite des Tragkörperteiles 21 angeordnet ist. In gleicher Weise lässt sich der Goniometerkopf 25 um seine Phl-Achse 26 mittels eines Phi-Motors 29 verdrehen, welcher an der Unterseite des Tragkörperteiles 22 angeordnet ist. Die Motore 28 und 29.sind vorzugsweise ebenfalls als elektrische Schrittmotore ausgebildet.

Wenn der Tragarm 25 um die Kappa-Achse 24 verdreht wird, beschreibt die Phi-Achse 26 die Mantelfläche eines Kegels, dessen Spitze in der Mitte des Kristalls 27 liegt. Falls die Phi-Achse in der gleichen ausgewählten Phi-Ebene (Fig. 1) beim Einstellen des Tragarmes 25 liegen soll, muß die Omega-Platte 17 mittels des Omega-Motors 19 eingestellt werden und gleichzeitig der Arm

25 mittels des Kappa-Motors 28 verdreht werden. Wenn außerdem eine ausgewählte Phi-Winkelposition des Kristalls in dieser Phi-Ebene aufrecht erhalten werden soll, muß außerdem der Goniometerkopf 25 um die Phi-Achse 26 mittels des Phi-Motors 29 verdreht werden. Die Beziehungen zwischen diesen verschiedenen Drehbewegungen um die Achsen 24, 11 und 26 wurden bereits erläutert.

Durch Verdrehung des Tragarmes 25 um die Kappa-Achse 24 kann der Goniometerkopf 25 die Quadranten III und IV der Figur 1 durchlaufen. Die Motore 18, 19, 28 und 29 lassen sich von einem in

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an sich bekannter Weise mit dem Gerät direkt verbundenen Computer steuern. Durch geeignete Programmierung dieses Computers kann man erreichen, daß eine Einstellung des Tragarmes 23 um die Kappa-Achse 24 durch eine Korrelationsbewegung um die Omega-Achse und Phi-Achse begleitet wird, wenn, wie bereits erwähnt, die Phi-Achse in der gleichen ausgewählten Phi-Ebene und der Kristall in der gleichen Winkelposition in dieser Phi-Ebene bleiben soll. Palis erwünscht, können die verschiedenen Motore mit Anordnungen versehen werden, um die Winkelpositionen der zugeordneten Achsen ablesen zu können.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß der Goniostat 20 mit dem Tragkörper 21, 22, den Motoren 28, 29 und dem Tragarm 23 als Ganzes unter einer durch die Gerätemitte hindurchgehenden Ebene angeordnet ist. Daraus ergibt sich nicht nur eine sehr kompakte Ausbildung mit hoher Stabilität, sondern es wird auch die Möglichkeit einer Kollision mit anderen Teilen des Refraktometers sowie eine Unterbrechung der einfallenden und reflektierten Strahlenbündel auf ein Minimum reduziert. Es zeigt sich außerdem, daß eine Drehung der Omega-Platte 17 um 360° ohne weiteres möglich ist, mit Ausnahme der Kappa-Winkelpositionen des Tragarmes 23, bei denen die Bahn des Goniometerkopfes 25 den radial nach innen ragenden Kollimator 16 schneiden würde. Der Goniometerkopf in Standardausbildung wirft einen gegebenen Schattenkegel, dessen Spitze in der Mitte des Kristalls 27 liegt und dessen Mantellinie den Goniometerkopf umschließt. Das Außenende 30 des Tragarmes 23 ist breitenmäßig verkleinert und derart abgerundet, daß dieses Armende innerhalb dieses Schattenkegels liegt. Dies bedeutet, daß der Tragarm 23 den vom Goniometerkopf

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gebildeten Schattenkegel nicht verbreitert, sodaß auch in dieser Beziehung ein Meßbereich größtmöglicher Ausdehnung erzielt wird.

Aus Figur 2 ist außerdem zu sehen, daß der Goniometerkopf von allen Seiten frei erreichbar ist, sodaß die Anbringung und Adjustierung des Kristalls in diesem Kopf sehr erleichtert wird. Auch die Montage eines gewöhnlich vorgesehenen, jedoch nicht dargestellten Strahlenunterbrechers für die nicht abgelenkten Hauptstrahlen und des üblicherweise vorgesehenen ebenfalls nicht dargestellten Mikroskopes zur Untersuchung des Kristalls wird durch die erfindungsgemäße Anordnung stark vereinfacht. Der Raum über dem Mittelteil der Platte 17 ist vollkommen frei, sodaß diese Platte und die Zwei-Theta-Platte 10 eine Mittelbohrung 31 (Pig· 2) aufweisen können, durch welche Hilfseinrichtungen beispielsweise zum Kühlen oder Erwärmen des Kristalls hindurchgeführt werden können.

In den Figuren 3* 4 und 5 ist der Goniostat 20 gesondert in einer leicht abgewandelten Form dargestellt. Hierbei ragt des Unterteil 21 über die senkrechte Achse 11 des Gerätes hinaus und besitzt eine Mittelbohrung 32 sowie einen Ansatz 33, mittels welchem der Goniostat auf der Tragplatte I7 der Figur 2 derart angebracht werden kann, daß die Bohrung 32 mit der Plattenbohrung 31 fluchtet.

Das schräg verlaufende Tragkörperteil 22 besitzt eine Bohrung 34, in welcher eine Büchse 35 in zwei Kugellagern 36 und 47 verdrehbar angeordnet ist. Diese Büchee 35 trägt ein Schnecken-

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rad 28, welches in eine schlitzartige Ausnehmung 39 im Trag körperteil 22 hineinragt. Dieses Schneekenrad 38 kämmt mit einer Schnecke 40 auf einer Schneckenwelle 41, die in einer Querbohrung 42 des Unterteils 21 in Kugellagern 43 und 44 verdrehbar gelagert ist. Ein Kupplungsorgan 45 verbindet die Schneckenwelle 41 reit der Welle 46 des Kappa-Motors 28, welcher an der einen Seitenfläche des Unterteils 21 mittels eines Planschträgers 47 (Fig. 4) befestigt 1st.

Die Büchse 35 besitzt einen Plansch 48, an welchem der Tragarm 23 angeschraubt 1st. Die Büchse 35 ragt über diesen Plansch hinaus und passt in eine Bohrung 49 für den Tragarm 23. Die Achse der Büchse 35 fällt M* ^r Kappa-Aehsa £4 susammen und schneidet die Omega-Achse Ii im Punkt 27 in e nein Winkel von 45°, wobei die Omega-Achse 11 mit der Avase ei r i,...:.„ u:ig 32 im Tragkörper zusammenfällt.

Koaxial zur Büchse 35 geht durch diese Büchse eine Welle 50 hindurch, sodaß die Achse dieser Welle ebenfalls mit der Kappa- Achse zusammenfällt, wobei diese welle verdrehbar, jedoch axial nicht verschiebbar innerhalb der Büchse 35 in Kugellagern 5I und 52 gelagert ist. Das rückwärtige Ende der Büchse 35 ragt aus dem Tragkörperteil 22 heraus und trägt eine Platte 53, an welcher der Phi-Motor 29 mittels Schrauben 54 befestigt ist.

Die Welle 55 dieses Motors 29 ist über eine Kupplung 56 mit der Welle 50 kraftschlüssig verbunden.

Die Welle 50 ragt mit ihrem vorderen Ende über das vordere Ende der Büchse 35 hinaus und trägt ein Kegelrad 57, welches mit

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einem Kegelrad 58 gleichen Durchmessers kämmt. Dieses Kegelrad 58 ist auf einer kurzen Welle 59 befestigt, welche in einer Ausnehmung 62 des Tragarmes 23 in Kugellagern 60, 61 verdrehbar gelagert ist. Diese kurze welle 59 besitzt am Umfang eine Zähnung 63, welche mit einem ebenfalls in der Ausnehmung 62 angeordneten Zahnrad 64 kämmt. Die Ausnehmung und die Bohrung 49, welche mit ihr in Verbindung steht, sind durch einen abnehmbaren Deckel 65 verschlossen.

Das Zahnrad 64 sitzt auf einer eine Schnecke 70 tragenden Welle 69, welche in einer Bohrung 68 des Tragarmes 23 in Kugellagern 66, 67 (Fig. 5) drehbar gelagert ist. Diese Schnecke 70 steht mit "einem auf einer Welle 75 befestigten Schneckenrad 7I in Eingriff, wobei diese welle 75 in einer Bohrung 74 des Armes 23 in Kugellagern 72, 73 drehbar gelagert ist. Die Achse dieser Welle 75 fällt mit der Phi-Achse 26 zusammen und schneidet daher die Kappa-Achse 24 im Punkt 27, d.h. also in der Mitte des Kristalls, in einem Winkel von 45°. In der untersten Winkelposition des Tragarmes 23, bei welcher der Winkel K=O ist, wie dies in Figur 3 dargestellt ist, fällt die Phi-Achse 26 mit der Omega-Achse 11 zusammen. Die welle 25 trägt am inneren Ende eine angeformte Gewindeplatte 76, auf welcher der Goniometerkopf 25, welcher in Figur 3 nur teilweise dargestellt ist, in der üblichen Weise mittels einer überwurfmutter 77 aufgeschraubt wird. Wie Figur 3 zeigt, schneidet die Mantellinie 78 eines Kegels, welche durch den Punkt 27 hindurchgeht und den Umfang der Überwurfmutter 77, welche die Basis des Goniometerkopfes bildet, tangiert, keineswegs das abgerundete Ende 30 des Tragarmes 23, sodaß dieser Arm den Normalverlust des Meßbereiches infolge der eigentlichen Ausbildung des Goniometerkopfes nicht noch vergrößert.

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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß der Kappa-Motor die Büchse über die Schneckenradübertragung 40, 38 antreibt und dadurch den Tragarm 23 um die Kappa-Achse verdreht. Bei einer vollen Umdrehung des Tragarmes 23 beschreibt die Phi-Achse 26 einen Kegel mit einem Spitzenwinkel von 90°. Da das Gehäuse des Phi-Motors 29 fest mit der Büchse 35 verbunden ist, dreht sich dieser Motor mit der Büchse und dem Arm 23, sodaß die Kegelräder 57 und 58 gegeneinander und die Welle 75 gegenüber dem Arm 23 stehen bleibt. Andererseits wird über den Phi-Motor 29 die Welle 75 über diese Kegelräder 57, 58 und die Schneckenübertragung 70, 71 angetrieben, sodaß der Goniometerkopf 25 um die Phi-Achse 26 verdreht wird, ohne daß die Winkelposition des Armes 23 um die Kappa-Achse 24 dadurch verändert wird. Die Büchse 35 und die Welle 75 können beide um volle 36O⁰ gedreht werden.

Andererseits wäre es auch möglich, den Phi-Motor 29 ebenso wie den Kappa-Motor 28 an einer Seitenfläche des Goniostatenunterteils 21 in einer Position anzuordnen, in welcher die Wellen dieser beiden Motore parallel zueinander laufen. In diesem Fall ist naturgemäß eine zusätzliche Winkelübertragung zwischen der Phi-Motorwelle und der Welle 50 erforderlich. Um eine relative Drehung der Welle 75 zu verhindern, wenn der Arm 23 verdreht wird, ist es bei einer derartigen Ausbildung außerdem erforderlich, das Gehäuse des Phi-Motors 29 drehbar anzuordnen und mit der Büchse 35 über eine Kegelradübertragung in der Weise zu verbinden, daß dieses Motorgehäuse sich mit der Büchse 35 dreht. Eine derartige Ausführung ist zwar mechanisch komplizierter, ergibt aber den Vorteil, daß mehr Raum für eine elektrische oder

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Patentanwalt· Dr. W. Andrejtwski, Dr. M. Honk·, 431 Essmt, K«ttwig«r Straß·

mechanische Einrichtung zur Verfügung steht, um die Winkelposition der Phi-Motorwelle ablesen zu können. Ableseeinrichtungen für diese welle und für die Kappa-Motorwelle können in irgendwie geeigneter Weiee nebeneinander angeordnet werden. Derartige AbIese-Einrichtungen sind allgemein bekannt und daher in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt. Die verschiedenen Stellmotor« 18, 19, 21 und 28 brauchen nicht unbedingt als elektrische Schrittmotor ausgebildet zu werden, sondern es können auch Gleichstrommotore oder Synchronmotore verwendet werden. Vorzugsweise erlauben die Stellmotore eine Einstellgeschwindigkeit von 4°/sec. Wie bereits erwähnt, können diese Stellmotore direkt von einem nicht dargestellten Computer gesteuert werden.

Selbstverständlich lassen sich bei dem vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verschiedene Änderungen durchführen. So können beispielsweise die Winkel zwischen der Kappa-Achse und der Omega-Achse und der Kappa-Achse und der Phi-Achse größer sein als 45°, wobei ein Wert von 50° und sogar von 60° für diese Winkel gewisse Vorteile je nach den Umständen ergeben kann. Größere Winkel als 65⁰ sind jedoch nicht ratsam, da in einem derartigen Fall der Meßbereich verkleinert werden könnte, weil bei gewissen Winkelpositionen der Omega-Achse die einfallenden oder reflektierten Strahlenbündel vom Tragarm 23 unterbrochen werden könnten. /

Ansprüche:

009825/1508

Claims

Patentanwälte Dr. W. Andrefewski, Dr. M. Honk·, 43 Essen, Kettwiger Straße

Ansprüche

Goniometrleche Einrichtung, insbesondere für ein Refraktometer oder ein ähnliches Gerät, bestehend aus einem um eine erste Achse, die Omega-Achse, drehbar gelagerten Goniostat mit einem Goniometerkopf, dessen Mittellinie, die Phi-Achse, die Omega-Aohse in einem Festpunkt schneidet und welcher im Goniostat um eine den Festpunkt ebenfalls schneidende dritte Achse drehbar gelagert 1st, dadurch gekennzeichnet, daß der Goniometerkopf (25) am freien Ende eines mit seinem anderen Ende im Goniostat(20) um die dritte Achse (24), die Kappa-Achse, drehbar gelagerten Tragarmes (23) sitzt und diese Kappa-Achse mit der Omega-Achse (11) und der Phi-Achse (26) einen spitzen Winkel bildet.
2. Goniometrische Einrichtung nach Anspinich 1, äadiirsli gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Kappa-(24) une äei^: öisße&^m Achse (11) gleich dem Winkel zwischen der Kappa-(24) und der Phi-Achse (26) 1st.
3· Goniometrische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- *elohnet, daß die Winkel zwischen 45 und 60° betragen.
4. Goniometrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das den Goniometerkopf (25) tragende Ende (30) des Tragarmes (23) derart «ausgebildet ist, daß seine Kante innerhalb eines imaginären Kegels liegt, dessen Spitze der gemeinsamen Schnittpunkt (27) der Achsen ist und dessen iMantellinie (78) den Goniometerkopf tangiert.

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Patentanwalt» Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße
5. Goniometrisehe Einrichtlang nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbereiche des Goniostaten (20) und des Tragarmes (23) um die Omega- be zw. die Kappa-Achse (11 bezw. 24) wenigstens 36o° betragen.
6. Goniometrisehe Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Goniostat (20) aus einem fest mit einem um die Omega-Achse (11) verdrehbaren Unterteil (17) verbundenen Tragkörper (21, 22) besteht und in diesem Tragkörper (22) eine schräg aufwärts und radial einwärts verlaufende Büchse (35) mit mit der Kappa-Achse (24) zusammenfallender , Längsachse verdrehbar gelagert ist und am oberen Ende den. Tragarm "(23) für den Goniometerkopf (25) trägt sowie über einen am Tragkörper befestigten Kappa-Antrieb (28) verdrehbar ist, daß eine Welle (50) koaxial mit der Büchse unabhängig von dieser verdrehbar an ihr gelagert ist und am oberen Ende über einen Drehtrieb (57-71) im Tragarm (23) mit dem in dessen Außenende (30) verdrehbar gelagerten Goniometerkopf verbunden ist, und daß mit dieser Welle ein Fhl-Antrieb (29) gekuppelt ist, durch welchen über den Drehtrieb der Goniometerkopf um die Phi-Achse (26) verdrehbar ist.
7. Goniometrisehe Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappa-Antrieb (28) zur Verdrehung des Tragarmes (23) des Goniometerkopfes (25) an einer Seitenfläche des Tragkörpers (22) des Goniostaten (20) befestigt ist und über eine Untersetzung wie einen Schneckentrieb (40, 38) kraftschlüssig mit der Büchse (35) im Tragkörper verbunden ist.

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8. Goniometrische Einrichtung nach Anspruch 6 oder J₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Phi-Antrieb (29) am unteren Ende der Büchse (35) koaxial mit der durch diese Büchse hindurchgehenden Welle (50) befestigt und dadurch als Ganzes mit der Büchse verdrehbar ist.
9. Goniometrische Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Phi-Antrieb (29) an einer Seitenfläche des Tragkörpers (22) für den Goniostaten (20) angeordnet ist und sein Gehäuse über eine geeignete Übertragung derart mit der Büchse (35) gekuppelt ist, daß bei Verdrehung der Büchse eine entsprechende Verdrehung des Gehäuses ohne gleichzeitige Verdrehung des Goniometerkopfes in seinem Tragarm erzielbar ist.
10. Goniometrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, daß der um Omega-Achse (11) verdrehbare Tragkörper (21, 22) für den Goniostaten (20) eine Mittelbohrung (32) als Durchführung für Hilfsaggregate aufweist.
11. Verfahren zur Kontrolle einer goniometrisehen Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10 mit um die Phi-Achse verdrehbarem Goniometerkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Omega- und Phi-Bewegungen in derartiger Korrelation zur Kappa-Bewegung durchgeführt werden, daß eine Einstellung der Winkelposition des Tragarmes (23) um die Kappa-Achse (24) von einer gleichzeitigen Einstellung der Winkelposition des Goniometers (20) um die Omega-Achse (11) und der Winkelposition des Goniometerkopfes (25) um die Phi-Achse (26) begleitet wird, wobei die Phi-Achse in der gleichen Ebene bezw, der Goniometerkopf in der gleichen Winkelposition zu dieser Ebene gehalten wird.

PAe Dr,Andrejewski, Br,Hanke.

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