DE2027029A1

DE2027029A1 - Scale, as well as process for its manufacture

Info

Publication number: DE2027029A1
Application number: DE19702027029
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. 8224 Chieming Heidenhain
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1970-06-02
Filing date: 1970-06-02
Publication date: 1971-12-09

Description

M3Bstab, sowie Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Maßstäben und zeigt gleichzeitig den besonderen Aufbau der nach diesem Verfahren hergestellten Maßstäbe. Dabei kann es sich um Auflicht- oder Durchlichtmaßstäbe handeln. M3Bstab, as well as process for its production The invention relates a process for the production of rules and at the same time shows the special Structure of the scales produced by this process. This can be reflected light or to act on transmitted light standards.

Maßstäbe werden gewöhnlich entweder direkt im Original hergestellt oder von einem Original photomechanisch kopiert. In jedem Fall ist es erforderlich, sich das Original zu beschaffen, was meist durch mechanisches Reißen der einzelnen Striche geschieht. Dieses Verfahren ist jedoch äußerst langwierig, wenn es sich um sehr lange Maßstäbe handelt, da dann eine große Anzahl von Strichen gerissen werden muß. Es ist nur mit einem überaus hohen Aufwand möglich, die Teilmaschine während dieser Zeit so temperaturkonstant zu halten, daß vom Beginn des Teilvorgangs bis zu dessen Ende keine die Naßtoleranz überschreitende @usdehnung oder Zusammenziehung des Maßstabkörpers stattfindet Aufgabe den Erfindung ist es, unter Vermeidung des bisherigen aufwendigen, mechanischen Herstellverfahrens einen völlig anderen Jieg in der Herstellung von Maßstäben zu beschreiten, durch den es möglich ist, die hrbeitszei-t und die damit bedingten Fehler erheblich zu reduzieren. Es sollen dadurch Maßstäbe hergestellt werden, welche eine weit verbesserte Qualität gegenüber den bisher bekannten Maßstäben aufweisen. Insbesondere sollen sowohl periodische als auch aperiodische Fehler nahezu vollkommen vermieden werden. Sinne besondere aufgabe stellt sich für die Herstellung von sehr langen Maßstäben bei gleichmäßig guter Qualitat.Rulers are usually either made directly in the original or photomechanically copied from an original. In any case it is necessary to get the original, which is usually done by mechanical tearing of the individual Strokes happens. However, this procedure is extremely tedious when it comes to it are very long scales, since then a large number of lines are torn must become. The sub-machine is only possible with a great deal of effort during this time to keep the temperature constant so that from the beginning of the partial process until the end of this no exceeding the wet tolerance @drawing or contraction of the scale takes place. The object of the invention is to while avoiding the previous complex, mechanical manufacturing process entirely different Jieg in the making of standards by which it treads it is possible to considerably reduce the working time and the errors caused by it. The aim is to produce standards which have a far improved quality have compared to the previously known standards. In particular, both periodic as well as aperiodic errors are almost completely avoided. Sense special The task arises for the production of very long scales at evenly good quality.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß die bei der Überlagerung zweier koh3renter Strahlenbündel entstehende lnterferenzfigur auf einem materiellen Träger fixiert wird und so die Teilungsmarkierungen des Maßstabes bildet.The inventive method is characterized in that the Interference figure produced when two coherent bundles of rays are superimposed is fixed on a material support and so are the graduation marks of the scale forms.

;it besonderem Vorteil dient als Lichtquelle für die beiden kohärenten Strahlenbündel ein Laser. auf den materiellen Träger erden eine oder mehrere licntempfindliche Schichten aufgebracht, mit der Interferenzfigur belichtet und anschließend entwickelt.; It is particularly advantageous to serve as a light source for the two coherent Beam of a laser. one or more light-sensitive ones ground on the material support Layers applied, with the interference figure exposed and then developed.

Als lichtempfindliche Schichten finden lichtempfindliche Lacke, fotografische Schichten und dgl. Verwendung, die positiv oder negativ arbeiten.Light-sensitive lacquers, photographic ones, are used as light-sensitive layers Layers and the like. Use that work positively or negatively.

Eine andere Möglichkeit der Maßstabherstellung besteht darin, daß von dem die belichtete und entwickelte Schicht tragenden materiellen Träger Maßstäbe kopiert werden.Another possibility of scale production is that of the material support carrying the exposed and developed layer copied.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Deschreibung in Ve1iiid\ing mit der Zeichnung und den Ansprüchen.Further details of the invention emerge from the following Description in the form of the drawing and the claims.

Es zeigt Fig. 1 eine mögliche Anordnung zur Überlagerung zweier kohärenter Strahlenbündel, Fig. 2 schematisch die bei der Durchdringung zweiter kohärenter Strahlenbündel entstehenden Interferenzstrei fen, Fig. 3-30, 4-4c, 5-5a, 6-6a, 7-7c, 8-8c, 9-9c, 10-10a verschiedene beispielsweise Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 11 und 12 eine Anordnung zur Auswahl und Begrenzung von Strichen, Fig, 13 das Ergebnis der Maßnahmen gemäß Fig. 11 und 12.1 shows a possible arrangement for superimposing two coherent ones Beam bundle, Fig. 2 schematically, the coherent when penetrating the second Interference fringes produced by the bundle of rays, Fig. 3-30, 4-4c, 5-5a, 6-6a, 7-7c, 8-8c, 9-9c, 10-10a various exemplary embodiments of the invention Method, FIGS. 11 and 12 show an arrangement for selecting and delimiting strokes, 13 shows the result of the measures according to FIGS. 11 and 12.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Laser, der ein Bündel paralleler Lichtstrahlen 2 aussendet. Bekanntlich stellt ein Laser eine monochronatische Lientquelle hoher Kohärenzlänge der, so daß die von ihm ausgebenden Strahlencündel geeignet sind, nach Aufspeltung und Wiedervereinigung selbst dann zu interferieren, wenn sie größere Gangunterschiede zueinander haben. Fig. 1 zeigt eine mögliche Anordung zur Aufspaltung und Wiedervereinigung des Laserbündels. Sie besteht aus einer kurzbrennweitigen Linse 3, einer Blende 4 im Srennüpunkt der Linse 3, einer längerorennweitigen Linse 5, deren Brennpunkt ebenfalls in 4 liegt, sowie zwei Planspiegel 6 und 7, woven der Spiegel 6 teildurchlässig ist. Die Linsen 3 und 4 vergrößern den anf#nglich kleinen Bündelquerschnitt, wobei außerdem die Blende 4 bei passender Ausbildung störende Beugungserscheinungen unterdrückt. Durch den teildurchlässigen Spiegel 5 wird das Strahlenbündel in zwei Teilstrahlen aufgespalten, wovon der gersde durchgehende von Spiegel 7 so abgelenkt wird, daß sich die eiden Teilbündel im Bereich der lichtempfindlichen Schicht 8 durchdringen, die sich auf einem Träger 9 befindet. Die Verhältnisse bei der gegenseitigen Durchdringung zweier kohärenter Zellen'ourldel mit ebenen ellenfronten zeigt die Fig. 2 Es entsteht ein System aus zueinander parallelen äquidistanten Streifen. Eine lichtempfindliche Schicht, die sich in diesem Bereich befindet, wird entsprechend belichtet, wodurch sich nach Entwicklung dauerhafte Streifen fixieren lassen. Führt man dies über eine entsprechend große Länge der lichtempfindlichen Schicht 8 durch, @ozu nur erforderlich ist, entsprechend große @ündelquerschnitte zu erzeugen, erhält man damit eine sehr geneue Maßverkörperung, deren innerer Teilungsfehler aufgrund der erfindungsgemäßen Kerstellung äußerst klein gehalten werden k&nn und insbesondere keine perlodischexa Fehler aufweist. Die absolute Länge dieser Teilung kann durch anschluß an ein bekanntes Längennormal bestimmt werden. Es ist aber auch möglich, durch Wahl eines bestimmten Durchdringungswinkels der beiden Strahlenbündel eine bestimmte Teilungslänge von vorneherein einzuhalten.In Fig. 1, 1 denotes a laser which emits a bundle of parallel light rays 2 sends out. As is well known a laser represents a monochronous one Lient source of high coherence length, so that the bundle of rays emitted by it are capable of interfering even after being split up and reunited, if they have larger path differences to one another. Fig. 1 shows one possible arrangement to split and reunite the laser beam. It consists of a short focal length Lens 3, a diaphragm 4 in the center point of the lens 3, a lens with a length of length 5, the focal point of which is also in FIG. 4, as well as two plane mirrors 6 and 7, woven the mirror 6 is partially transparent. Lenses 3 and 4 enlarge the initial small bundle cross-section, in addition, the aperture 4 with a suitable training disruptive diffraction phenomena are suppressed. Through the partially transparent mirror 5 the beam is split into two partial beams, of which the gersde is continuous is deflected by mirror 7 so that the two partial bundles in the area of the light-sensitive Penetrate layer 8, which is located on a carrier 9. The conditions at the mutual penetration of two coherent cells with flat cell fronts FIG. 2 shows a system of mutually parallel equidistant elements Stripes. A photosensitive layer that can in this area is exposed accordingly, which makes it permanent after development Let the strips fix. If you do this over a correspondingly large length of the photosensitive layer 8 through, @ozu is only required, correspondingly large @ creating a cross-section, you get a very new measuring standard, whose internal pitch errors are extremely high due to the construction according to the invention can be kept small and in particular has no perlodicxa defects. The absolute length of this division can be determined by connecting it to a known length standard to be determined. But it is also possible by choosing a certain penetration angle of the two bundles of rays to maintain a certain division length from the outset.

Durch Neigungen der Platte 9 lassen sich noch geringfügige Korrekturen des Streifenabstandes einführen.Slight corrections can still be made by inclining the plate 9 of the strip spacing.

Es ist aber auch möglich, einen Maßstab, dessen Absolutlange mit Fehler behaftet ist, direkt in einer Meßeinrichtung oder einer Maschine zu verwenden. Hierzu ist der Maßstab relativ zur Bewegungsrichtung des mit ihm verbundenen verschiebbaren Teiles schräg zu be--festigen, so daß nicht die Länge des Maßstabes in Teilungsrichtung sondern deren Projektion auf der Verschieberichtung für die Messung maßgebend ist.But it is also possible to use a scale whose absolute length is with error is afflicted to use directly in a measuring device or a machine. For this is the scale relative to the direction of movement of the sliding one connected to it To be fixed at an angle so that the length of the scale is not in the direction of division but whose projection on the direction of displacement is decisive for the measurement.

Auf diese Weise läßt sich also der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßstäbe, ihre hohe Gleichmäßigkeit der inneren Teilung, selbst dann mit Vorteil verwenden, wenn die Absolutlänge des Maßstabes nicht genau das Sollmaß einhält.In this way, the advantage of the scales according to the invention, use their high uniformity of internal division to advantage even then, if the absolute length of the scale does not exactly match the nominal dimension.

kiit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die verschiedenartigsten Maßstabsarten hergestellt werden.The most varied of types can be used with the method according to the invention Scale types are produced.

Es ist möglich, auflicht- und Durchlichtmaßstäbe mit fast jeder beliebigen Größe des Teilungsintervalles herzustellen, wozu nur eine Änderung des Durchdringungs winkels erforderlich ist. Die Fig 3 bs 10 a zeigen die verschiedenartigsten Möglichkeiten. So ist in Fig. 3 eine lichtempfindliche Schicht auf einem durchsichtigen Träger gezeigt, die dem Interferenzatreifensystem (symbolisch durch Pfeile angedeutet) ausgesetzt ist. Die Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht ergibt ein Profil gemäß Fig. 3 a. Dieses kann in bekannter Weise durch Belegung mit. einem Metall zum Ergebnis der Fig. 3 b und, nach Ablösen der Reste der licht empfindlichen Schicht und Abschwimmen der auf ihr befindlichen Teile des Metalls zum Ergebnis der Fig. 3 c führen, wo die durch Striche angedeuteten Belegungen auf dem Glas undurchsichtig sind. Diese Ausführung kann gleichwohl als Auflicht- wie auch als Durchlichtteilung Verwendung finden.It is possible to measure reflected and transmitted light with almost any Establish the size of the division interval, including only a change in the penetration angle is required. FIGS. 3 to 10 a show the most varied of possibilities. Thus in Fig. 3 there is a photosensitive layer on a transparent support shown, which the interference at tire system (indicated symbolically by arrows) is exposed. The development of the photosensitive layer gives a profile according to FIG. 3 a. This can be done in a known manner by assigning. a metal to the result of Fig. 3 b and, after peeling off the remains of the light-sensitive layer and floating off the parts of the metal located on it to the result of Fig. 3 c lead, where the lines indicated by lines on the glass are opaque are. This design can be used either as incident light or as transmitted light division Find use.

Die Vorfahrensreihe der Fig. 4-4 C führt zum gleichen Ergebnis. Der Unterschied besteht nur darin, daß die Belagschicht auf dem durchsichtigen Träger bereits vor Aufbringen der lichtempfindlichen Schicht aufgebracht wurde, Nach Entwicklung (Fig. 4 a) und nach Durchätzung der Belagschicht an den freigelegten Stellen (Fig. 4 B) entsteht durch Entfarnen der Reste der lichtempfindlichen Schicht wierdenum das Ergebnis gemäß Fi. 4 c.The previous series of Figs. 4-4 C leads to the same result. Of the The only difference is that the covering layer is on the transparent support was already applied before application of the photosensitive layer, after development (Fig. 4 a) and after etching through the covering layer at the exposed areas (Fig. 4 B) is created by removing the remains of the photosensitive layer wierdenum the result according to Fi. 4 c.

In Fig. 5 wird eine durch Belichtung und Entwicklung schwärzbare Schicht dem Interferenzstreifensystem ausgesetzt. Nach der Entwicklung entsteht das Ergebnis gemäß Fig. 5 a. Es bleiben gesch-varzte Partien auf einen sonst durchsichtigen Träger zurück, was als Durchlichtteilung Verwendung finden kann.In Fig. 5, there is shown a layer which can be blackened by exposure and development exposed to the interference fringe system. The result is created after the development according to FIG. 5 a. Blackened parts remain on an otherwise transparent support back what can be used as a transmitted light division.

Die Fig. 6 a zeigt wiederum eine durch Belichtung und Entwicklung schwärbare Schicht, jedoch auf einem metallischen spiegelnden Träger. Nach Entwicklung verbleiben geschwärzte Partien der lichtempfindlichen Schicht auf dem sonst spiegelnden Träger, was als Auflichtteilung Verwendung finden kann.Fig. 6a again shows one by exposure and development blackenable layer, but on a metallic reflective support. After development blackened parts of the light-sensitive layer remain on the otherwise reflective one Carrier, which can be used as incident light division.

Fig. 7 zeigt einen undurchsichtigen, nichtreflektierenden Träger, belegt mit der lichtempfindlichen Schicht.Fig. 7 shows an opaque, non-reflective support, covered with the light-sensitive layer.

Wach Belichtung (Fig. 7), Entwicklung (Fig. 7 a), Belegung mit einem reflektierenden Metall (Fig. 7 b) entsteht durch Ablösen der Reste der lichtempfindlichen Schicht und Abschwimmen der darauf befindlichen Partien des Metalls das Ergebnis gemäß Fg. 7 c, bei dem spiegelnde Belegungen auf einem kaum reflektierenden Trager eine Auflichtteilung bilden.Awake exposure (Fig. 7), development (Fig. 7 a), occupancy with a reflective metal (Fig. 7 b) is created by peeling off the remains of the photosensitive Layer and float off the parts of the metal on it the result according to Fig. 7 c, in which reflective coatings on a hardly reflective support form an incident light division.

Gemäß Fig. 8 wird ein durchsichtiger oder undurchsichtiger Träger mit der lichtempfindlichen Schicht deffl Interferenzstreifcnsystem ausgesetzt. Nach Entwicklung (Sig. 8 a), Anätzen des Trägers an den freigelegten Stellen (Fig. 8 b) und Ablösen der Reste der lichtempfindlic?ien Schicht entsteht das Ergebnis der Fig. 8 c, bei dem die Markierungen durch Vertiefungen im Träger gebildet werden. Die Reihe Fig. 9 - 9 c zeigt dieselbe Reihenfolge der Schritte mit dem Unterschied, daß die Vertiefungen mit einem Pigment ausgefüllt wird, wie es bei der herstellung von Maßstäben mit Einlaß üblich ist.As shown in Fig. 8, a transparent or opaque carrier with the light-sensitive layer exposed to the interference fringe system. To Development (Sig. 8 a), etching of the carrier at the exposed areas (Fig. 8 b) and peeling off the remains of the photosensitive layer is the result of the Fig. 8c, in which the markings are formed by depressions in the carrier. The row Fig. 9 - 9 c shows the same sequence of steps with the difference, that the depressions are filled with a pigment, as in the manufacture of scales with inlet is common.

Die Fig. 10 endlich zeigt einen Träger, der zunächst mit einer reflektierenden Schicht überzogen und darauf mit der lichtempfindlichen Schicht belegt ist. Diese ist von der Art, daß sie durch Belichtung und Entwicklung schwarzbar ist. Das Ergebnis zeigt Fig. 10 a. Es befinden sich schwarze Striche auf reflektierendem Untergrund.The Fig. 10 finally shows a carrier, which is initially with a reflective Layer coated and covered with the photosensitive layer. These is of the type that it can be blackened by exposure and development. The result Fig. 10 shows a. There are black lines on a reflective surface.

Bei allen Ausführungsformen, bei denen die zeichenbildende Schicht oder der Träger selbst ein Profil genau definiertar Dicke erhält, ist es auch möglich, die Teilungsmarkierungen durch Stellen variierender optischer Weglänge der zeichenbildenden Schicht oder des Trägers zu bilden, die dem durchgehenden oder reflektierten Licht einen Phasenunterschie von k##/5 erteilen.In all embodiments in which the character-forming layer or the beam itself is given a profile with a precisely defined thickness, it is also possible the division markings by placing varying optical path length of the character-forming Layer or support to form the transmitted or reflected light give a phase difference of k ## / 5.

In Fig. 11 und 12 ist gezeigt, wie man bei der derstellung von Maßstäben ein gässtiges Verhältnis zwischen Strichbreite und Teilungsintervall erhält.In Figs. 11 and 12 it is shown how to set up scales a narrow ratio between line width and division interval is obtained.

Es wird ein Interferenzstreifensystem erzeugt, das wesentlich mehr Streifen pro Längeneinneit aufweist als der endgältige Maßstab besitzen soll. Zwischen der lichtempfindlichen Schicht und dem belichtenden Interferenzstrifensystem befindet sich eine Schablone, die nur gewIsse Streifen durchläßt und selbst die durchgelassenen hinsichtlich ihrer Länge in gewünschtem Maße beschneidet. Die Lücken der Schablone sind in Teilungsrichtung so groß zu halten, daß nicht die Begrenzungen der Lücken sondern die einfallenden Interferenzstrifen die Teilungsgenauigkeit bestimmen.An interference fringe system is created that is considerably more Stripes per length unit than the final scale should have. Between the photosensitive layer and the exposing interference fringe system a stencil that only allows certain stripes to pass through, and even those that have passed trimmed to the desired extent in terms of length. The gaps in the template are to be kept so large in the direction of division that the boundaries of the gaps are not but the incident interference fringes determine the division accuracy.

Dies ist in Fig. 11 durch die gegenüber der Streifenbreite größere Lückenbreite angedeutet. Auch in Big. 12 ist zu sehen, daß die Lücke wesentlich größer ist als der Bereich der durch Lichteinwirkung veränderten Schicht (durch gekreuzte Schraffur angedeutet). Das Ergebnis ist in Fig. 13 zu sehen. Die Striche besitzen die gewünschte Anordnung und Länge. Die Genauigkeit der Teilung hängt nicht von der Lage der Lücken in der Schablone sondern von der Lage der Interferenzstreifen ab.This is shown in FIG. 11 by the greater width than the strip width Gap width indicated. Even in big. 12 it can be seen that the gap is substantial is larger than the area of the layer changed by the action of light (by crossed hatching indicated). The result can be seen in FIG. The strokes have the desired arrangement and length. The accuracy of the division does not depend on the position of the gaps in the template but on the position of the interference fringes away.

Claims

EXPECTATIONS

Process for the production of rules, characterized in that, that the interference figure that arises when two coherent bundles of rays are superimposed is fixed on a material support and so are the graduation marks of the scale forms.

2.) Procedure according to. Claim 1, characterized in that the light source a laser 1 is used for the two coherent bundles of rays.

3.) Method according to claim 1 and 2, characterized in that on one or more photosensitive layers 8 are applied to the material carrier 9, exposed with the interference figure and then developed.

4.) Method according to claim n to 3, characterized in that as photosensitive layers 8 photosensitive lacquers, photographic Layers and the like. Use that work negatively or positively.

5.) The method according to claim 1 to 4, characterized in that of the material carrier 9 carrying the exposed and developed layer 8 copied.

6.) Transmitted light produced by the method of claims 1 to 5 and incident light scales, characterized in that the light-sensitive layer after exposure and development relief-like surface structure that is preferred is sinusoidal or step-shaped in cross-section, or a structure of variable absorption auAzeist.

7.) Transmitted light produced by the method of claims 1 to 5 and incident light scales, characterized in that in the exposure and Development of the gaps in the light-sensitive layer that form characters Material is deposited.

8.) Transmitted light produced by the method of claims 1 to 5 and incident light scales, characterized in that from the exposure and Development created recesses of the photosensitive layer Material has been removed from the carrier substrate.

9.) scales according to claim 6 to 8, characterized in that the Graduation markings by placing varying optical path length of the character-forming Layer or carrier are formed, the continuous or reflected Give light a phase difference of k 2.

io.) Method according to claim 1 to 5, characterized in that In front of the light-sensitive layer there is a prepared mask that is out of the system equidistant interference fringes fades out unwanted fringes and, if necessary different line lengths can be effective in the exposure Blank page