DE2428752A1

DE2428752A1 - RING-SHAPED OPTICAL WEDGE FOR MICROMETRIC MEASUREMENTS

Info

Publication number: DE2428752A1
Application number: DE19742428752
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Dr Kiel; Manfred Dr Steinbach
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DD108383A1

Description

Ringförmiger optischer Keil für mikrometrische Messungen Die Erfindung betrifft einen ringförmigen optischen Kei für mikrometrische Messungen. Annular optical wedge for micrometric measurements The invention relates to an annular optical kei for micrometric measurements.

Die bekannten Keile dieser Art sind Teile einer keilförmigen Glasplatte mit ebenen Plächen. Bei ihnen nimmt die Dicke ausgehend von einem geringsten Wert bis zu einem Höchstwert stetig zu, um danach dem geringsten Wert wieder stetig zuzustreben. Auf ein optisches Mikrometer angewendet, hat ein derartiger Keilring die Aufgabe, durch Sìrehung um seine geometrische Achse kleine Strecken oder Winkel zu messen, wobei die Steigung und Drehung des'Keils den zu messenden Einheiten angepaßt ist. The known wedges of this type are parts of a wedge-shaped glass plate with flat surfaces. With them, the thickness starts from the lowest value steadily up to a maximum value, and then steadily striving again to the lowest value. Applied to an optical micrometer, such a wedge ring has the task of measure small distances or angles by rotating around its geometric axis, the pitch and rotation of the wedge being adapted to the units to be measured.

Für kontinuierliche Wiederholungsmessungen hoher Frequenz sind die bekannten Keile jedoch nicht geeignet, weil nur die Hälfte ihrer Drehung der Messung und die andere Hälfte ihrer Drehung der Rückführung in die Ausgangslage dient und weil die hierzu erforderliche Zeit Totzeit darstellt. Derartige Totzeiten weraen zwar durch die Verwendung einer mit einer lichtdurchlässigen Spirale versehenen planparallelen Scheibe vermieden, jedoch macnt sich bei größeren Meßfeldern und bei der Abtastung gerader Kanten die Krümmung der Spirale ungünstig bemerkbar; es kommt insbesondere bei der fotoelektrischen Messung zu einer Verwachsung der zu messenden Strukturen. Außerdem ist die Herstellung der Spiralscheiben relativ kompliziert und erfordert den Einsatz spezieller, sehr genauer Maschinen. Der Exzentrizitätsfehler der Spiralscheiben wirkt sich sehr stark auf das Messungsergebnis aus, Auch ist es von Nachteil, daß bei d-er Spiralscheibe weder die Breite der Spirale noch der größtmöglich meßbare eg veränderbar ist. eitere Nachteile bekannter Anordnungen sind der nichtlineare Zusammenhang zwischen Antriebsdrehwinkel und Ablenkung, wechselnde Polarisationsverhältnisse bei Anordnungen mit variabler neigung der Glas-Luft-Flächen im Strahlengang sowie der mögliche Einfluß von Antriebsschwankungen auf das Messungsergebnis.For continuous repetitive measurements of high frequency, the known wedges, however, not suitable because only half of their rotation is the measurement and the other half of its rotation is used to return to the starting position and because the time required for this represents dead time. Such dead times were through the use of a spiral with a translucent light plane-parallel disc avoided, but macnt with larger measuring fields and when scanning straight edges, the curvature of the spiral is unfavorably noticeable; it especially in the case of photoelectric measurement, there is an agglomeration of the measuring structures. In addition, the manufacture of the spiral disks is relatively complicated and requires the use of special, very precise machines. The eccentricity error the spiral disks has a very strong effect on the measurement result, too it the disadvantage that with the spiral disk neither the width of the Spiral still the largest possible measurable eg is changeable. more known disadvantages Arrangements are the non-linear relationship between drive rotation angle and deflection, changing polarization conditions in arrangements with variable inclination of the glass-air surfaces in the beam path as well as the possible influence of drive fluctuations on the measurement result.

Zweck der Erfindung ist es, die Vorteile der bekannten Mittel zur mikrometrischen Messung zu vereinigen, ohne ihre Nachteile zu übernehmen. The purpose of the invention is to take advantage of the known means to combine micrometric measurement without taking on their disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ringförmigen optischen Keil und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, mit dem Totzeiten bei der Messung vermieden werden, der einfach herstellbar ist, dessen Exzentrizitätsfehler sich nicht auf die Messung auswirken und der zur Veränderung des größtmöglich meßbaren Weges justierbar ist. The invention is based on the object of an annular optical Wedge and a method for its manufacture to provide dead times the measurement can be avoided, which is easy to manufacture, its eccentricity error do not affect the measurement and change the largest possible measurable Is adjustable.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Keil über 3600 eine stetige Steigung aufweist und daß seine dünnste und seine dickste Stelle unmittelbar nebeneinander liegen und eine Stufe miteinander bilden. Der erfindungsgemäße optische Keilring ermöglicht die Schaffung eines optischen Mikrometers auf der Basis der Lichtbrechung, das zur Durchführung kontinuierlicher Wiederholungsmessungen hoher Prequenz geeignet ist, ohne Meßungenauigkeiten durch Exzentrizitätsfehler bei der Lagerung oder komplizierte Fertigungsverfahren in Kauf nehmen zu müssen. Durch Schrägstellung des Keilringes zum Mikrometerstrahlengang kann die Größe der Lichtbrechung variiert werden. According to the invention, this object is achieved in that the wedge has a steady slope over 3600 and that its thinnest and its thickest Place directly next to each other and form a step with each other. The inventive optical wedge ring enables the creation of an optical micrometer on the base the refraction of light, which is used to carry out continuous repetitive measurements high frequency is suitable, without measurement inaccuracies due to eccentricity errors in storage or having to accept complicated manufacturing processes. By inclining the wedge ring to the micrometer beam path, the size of the Refraction can be varied.

Die durch den Keilring hervorgerufene Winkelablenkung eines Mikrometerstrahlenganges kann mit Hilfe eines festen Worrekturkeiles in eine Parallelversetzung umgewandelt werden, Zur Herstellung des ringförmigen optischen Keils ist es von Vorteil, einen wenigstens einseitig polierten, planparallelen, an einer Stelle aufgesägten optischen Ring auf einen geeigneten Tragkörper verspannt aufzukitten und danach plan zu bearbeiten. Bei der Herstellung von ringförmigen optischen Keilen mit größeren Keilwinkeln können mehrere Tragkörper mit zunehmendem Steigungswinkel nacheinander im Bearbeitungsvor gang oder ein während des Bearbeitungsvorganges kontinuierlich verformbarer Tragkörper verwendet werden. Ein oder einige einmal erarbeitete Tragkörper ermöglichen eine sehr genaue Bearbeitung und Herstellung ringförmiger optischer Keile. Ist der Tragkörper verf ormbar, besteht er aus einem elastischen Material, so kann er durch Verdrehung von Stützschrauben in die entsprechende Form gebracht werden.The angular deflection of a micrometer beam path caused by the wedge ring can be converted into a parallel offset with the help of a fixed correction wedge To produce the annular optical wedge, it is advantageous to use a at least one side polished, plane-parallel, sawed at one point The ring is clamped onto a suitable support body and then worked flat. In the manufacture of annular optical wedges with larger wedge angles you can several support bodies with increasing helix angle one after the other in the machining process gang or a support body that is continuously deformable during the machining process be used. One or a few once developed support bodies enable one very precise machining and production of ring-shaped optical wedges. Is the supporting body Deformable, if it consists of an elastic material, it can be twisted be brought into the appropriate shape by support screws.

Die r-tindung wird nachstehend ar. Hqnd der schematischen Zeichnung näher erläutert, Es zeigen: Fig, 1 einen erfindungsgemäßen optischen Keil, Fig. 2 ein mit dem erfindungsgemäßen Keilring ausgestattetes optisches Mikrometer. The r-finding is hereinafter ar. Hqnd the schematic drawing explained in more detail, FIG. 1 shows an optical wedge according to the invention, FIG. 2 an optical micrometer equipped with the wedge ring according to the invention.

Fig. 1 beinhaltet einen durchsichtigen optischen Keil ring 1 mit einer ebenen Grundfläche 2 und einer spiralförmig steigenden Deckfläche 3. Die dünnste Stelle 4 und die dickste Stelle 5 des Keilrjnges 1 liegen unmittelbar neben einer Trennfuge 6, sie bilden eine Stufe miteinander. Fig. 1 includes a transparent optical wedge ring 1 with a flat base 2 and a spiral-shaped top surface 3. The thinnest Point 4 and the thickest point 5 of the wedge ring 1 are immediately next to one Parting line 6, they form a step with one another.

In Fig. 2 ist ein ringförmiger optischer Keil 7 auf einem rechtwinklig zur Zeichenebene gerichteten durchsichtigen scheibenförmigen Träger 8 mit einer Kreisteilung 9 befestigt. In Fig. 2, an annular optical wedge 7 is on a right angle to the plane of the drawing directed transparent disk-shaped carrier 8 with a Circle division 9 attached.

Der Träger 8 ist mit einer im Lager 10 gelagerten Welle 11 fest verbunden und über diese von einem nicht dargestellten Antriebsmittel her zu Drehungen anregbar. Die konzentrisch zur Welle 11 vorgesehene Kreisteilung 9 wird strichweise mittels einer Blende 12 und eines Abbildungssystems 13 auf einen lichtelektrischen Empfänger 14 abgebildet. Eine Lichtquelle 15 sendet durch einen Spalt 16 ein Lichtbündel mit dem Achsstrahl 0-0 zum optischen Keil 7, der dessen Ablenkung rechtwinklig zur Zeicnenebene besorgt. Ein Korrekturkeil 17 richtet das abgelenkte Lichtbündel parallel zu seiner ursprünglichen Richtung, In Fig. 2 ist aus Darstellungsgründen die Ablenkung durch den Keil 7 und die Korrektur durch den Keil 17 in der Zeichenebene angegeben. Ein Objektiv 18 bildet den Spalt 16 über einen Strahlenteiler 19 auf ein auszumessendes Objekt 20 mit unterschiedlichen Reflexions- oder Transmissionsgraden ab.The carrier 8 is firmly connected to a shaft 11 mounted in the bearing 10 and via this by a drive means, not shown, can be excited to rotate. The circular graduation 9 provided concentrically to the shaft 11 is dashed by means of a diaphragm 12 and an imaging system 13 on a photoelectric receiver 14 pictured. A light source 15 transmits a light beam through a gap 16 the axis beam 0-0 to the optical wedge 7, which deflects it at right angles to the plane of the drawing concerned. A correction wedge 17 directs the deflected light beam parallel to it original direction, in Fig. 2, the deflection is due to reasons of illustration the wedge 7 and the correction indicated by the wedge 17 in the plane of the drawing. A Objective 18 forms the gap 16 via a beam splitter 19 on one to be measured Object 20 with different degrees of reflection or transmission.

An der Fläche 21 des Strahlenteilers 19 wird das vom Objekt 20 reflektierte Lichtbündel zu einem weiteren Abbildungssystem 22 umgelenkt, das das Lichtbündel auf einen lichtelektrischen Empfänger 23 konzentriert.What is reflected by the object 20 is reflected on the surface 21 of the beam splitter 19 Light bundle deflected to a further imaging system 22, which the light bundle concentrated on a photoelectric receiver 23.

Je nach der Drehung des optischen Keils 7 durch die Welle 11 über den Träger 8 wird das Lichtbündel verschieden stark abgelenkt, d. h. es verläßt den Korrekturkeil 17 um verschieden große Beträge parallel zu seiner ursprünglichen Richtung versetzt. Jeweils einem Strich der i(reisteilung 9 ist ein bestimmter Ablenkung bzw. V-rsetzungsbetrag durch den Keilring 7 zugeordnet. Demzufolge ist auch die Lage eines reflektierenden Teils des Objektes 20, dessen Reflexionsvermögen mit Hilfe des lichtelektrischen Empfängers 23 gemessen wird, eindeutig und sehr genau lokalisierbar. Depending on the rotation of the optical wedge 7 by the shaft 11 over the beam 8 is deflected to different degrees, d. H. it leaves the correction wedge 17 by different amounts parallel to its original Offset direction. One dash of the i (travel division 9 is a certain deflection or reduction amount is assigned by the wedge ring 7. Accordingly, the position of a reflective part of the object 20, its Reflectivity is measured with the aid of the photoelectric receiver 23, clearly and very precisely localizable.

Claims

Annular optical wedge for micrometric measurements, thereby characterized in that the wedge has a steady slope over at least nearly 3600, and that its thinnest and thickest point are directly next to each other and form a stage with each other.

2. Method for producing an annular optical wedge according to Claim 1, characterized in that polished, plane-parallel, at one point Sawn-open optical ring, clamped, cemented onto a support body and machined flat will.

3. The method according to claim 2, characterized in that the support body consists of elastic material and is continuous during the machining process is deformed.

4. The method according to claim 2, characterized in that the support body Is formed in the shape of a wedge.