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Interferenzlineal
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Die Erfindung hetrifft ein optisches Lineal, das unter Verwendung
der bekannten Interferenzerscheinungen als Fluchtungslineal oder zur Vermessung
der Ebenheit von Flachen usw. vcrwendet werden kann.
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Derartige optische Lineale sind bereits bekannt. So ist ein optisches
Lineal bekannt, hei dem die Interferenz durch ein Biprisma oder ähnliche optische
Mittel erzwungen wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie sehr geringe
Helligkeit besitzt iud von Luftbewegungen, beispielsweise Luftschlieren, nicht unabhängig
ist.
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Ferner ist eine Anordnung als Ehenbeitsinterferometer bekanntgeworden,
mit welcher die Formabweichung von einer Geraden bzw. von der Ebene einer Pruflingsoberfläche
mittels des Prüfstrahls eines in Pruf- und Vergleichsstrahl aufgespaltenen, monochromatischen
Lichtstrahls erfaßt wird.
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Nach der Reflexion des Prtif- ind des Vergleichsstrahless an den Spiegeln
dicser Anordnung interferieren die beiden Tellstrahlenbündel in einem Kösters-Prisma.
Formabweichungen von der Zll prüfenden Oberfläche bewirken zwischeii den beiden
Teilstrahlenbündeln optische Wegunterschiede. Diese werden als Strei fenaus lenkungen
im Interferenzbild sichtbar und sind ein Maß für die Formabweichung.
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Obwohl mit einer solchen Einrichtung eine berührungslose Messing durchgeführt
werden kann, mit welcher Formabweichungen über die gesamte Prüfungslänge- und fläche
erfaß-
bar sind, ist der große für die Justierung der -Einrichtung
erforderliche Aufwand ebenso von Nachteil wie der s chwiuguncs enipfind liche Aufbau
der Anordnung.
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Weiterhin ist bereits ein optisches Lineal beschrieben, welches die
Formabweichung einer Prüflingsoberfläche, unter Verwendung eines Doppelspalt-Interferometers,
erfaßt.
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Hier werden die beiden Teilstrahleubündel durch einen vor den Referenzspiegeln
angeordneten Doppelspalt gebeugt. Die nach der Beugung parallelen Teilstrahlenbündel
werden vereinigt. Es entstehen Frauenhofersche Iuterferenzen, die mit tels eines
Fernrohres beobachtet werden. Der Aufbau ist weitgehendst erschütterungsfrei und
besitzt einen großen Meßbereich. Unvorteilhaft für ein solches Gerät ist der große
technische Umfang sowie der für die Justierung erforderliche größe Aufwand.
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Zur Messung von Geradführungen und dergleichen ist in der DT-PS 1
013 436 ein optisches Lineal beschrieben, dessen Meßprinzip auf der Beobachtung
stationärer Interferenzstreifen beruht, welche mittels eines Fresnel'schen fliprismas
oder mit tels eines Fresnel-Spiegels erzeugt werden. Dort wird auch vorgeschlagen,
die Beobachtung der entstehenden Interferenzstreifen mit einer Fotozellenanordnung
durchzuführen. Jedoch ist der für eine Meßeinrichtung dieser Art erforderliche grosse
technische Aufwand von Nachteil.
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Ferner ist in der DT-PS 1 o99 185 ein Interferenzlineal beschrieben,
mit welchem Abweichungen vpn einer Geraden bzw-. von der Ebene einer Prüflingsfläche
dadurch gemessen werden, daß die Änderugen der Hbhenlage eines Winkelspiegels, der
mit einem auf der Prüflingsoberfläche gleitenden Meßschlitten fest verbunden ist,
eine Änderung des Interfer,enzbildes in.
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einem Kösters-Prisma bewirken und daß diese Änderungen mit Hilfe einer
über eine Meßschraube verstellbaren Kompensationsplatte
ausgeglichen
werden. Die Ausgleichsgröße ist ein Maß fiir die Meßgroße. Diese Einrichtuyig hat
den Vorteil, daß Gangunterschiede zwischen den einzelnen primären Lichtwellen nahe
Null sind und daß daher ein Arbeiten mit weißem Licht möglich ist. Jedoch ist auch
hier der erforderliche, technische Aufwand sehr hoch, wobei insbesondere die notwendige
hohe Herstellgenauigkeit des eingesetzten Prismas nach Kösters zu erwähnen ist.
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Daher stellt sich für die Erfindung die Aufgabe, eine Einrichtung
zur Vermessung von Geraden und Flächeneben#heiten zu schaffen, welche alle Vorteile
der vorbeschriebenen Meßgeräte nutzend nd ohne mit deren Nachteilen behaftet zu
sein sich durch Einfachheit und Kompaktheit des Aufbaues auszeichnet. Außerdeni
sollen die auftretenden Interferenzen mittels einer fotoelektrischen Anordnung auswertbar
sein.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Intenferenzlineal der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß dieses Interferenz lineal eine Strahlenumkehr
bewirlcencle, optische Mittel umfaßt, vor denen Streustrukturen angeordnet sind,
welche die von einer Beleuchtungseinrichtung ausgehenden Strahlenbündel aufspalten,
umlenken und wiedervereinigen und daß eine Beobachtungseinri-chtung zur Auswertung
der durch die mittels der Streustrukturen erzeugten Interferenzen entstehenden Modulationen
vorgesehen ist.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die die Strahlumkehr
bewirkenden optischeti Mittel und die Streus-trukturen je in getrennten Baugruppen
zusammengefaßt sind, und die Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung zusammen
eine Baueinheit bilden.
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Als optisches Mittel zur Strahlenitmkehr'ist ein kippungsunempfindliches
Bauelement vorgesehen. Dazu Jcann ein Winkelspiegel oder -prisma eingesetzt werden.
Bs ist aber auch möglich, daß zur Strahlenumkehr ein Tripel-Spigel verwendet ist
oder daß ein Kollimator und ein in seinem Brennpunkt angeordneter PLanspiegel zur
Strahlenumkehr eingesetzt wird oder daß ein Hohlspiegel und ein in seinem Brennpunkt
angeordneter Planspiegel benutzt wird, um die Strahlenumkehr zu bewirken.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen,
daß die die Strahlenumkehr bewirkenden optischen Mittel in bekannter Weise mit einem
Meßtaster verbunden sind Zur Aufspaltung, Umlenkung und Wiedervereinigung und damit
zur Interferenzbildung der von der Beleuchtungseinrichtung ausgehenden Strahlen
sind mindestens zwei Streustrukturen vorgesehen. Diese können durch Gitter, sowohl
Phasen- als auch Amplitudengitter, realisiert sein. Mindestens eine von Ihnen kann
dadurch ein Ultraschallfeld, wie beispielsweise in der DT-OS 2 237 564 beschrieben,
gegeben sein. Außerdem können die Streustrukturen in zwei Koordinateurichtungen
beugende Eigenschaften besitzen.
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Mit dem Erfindungsgegenstand ist es auch möglich, die Richtung der
Abweichung erkennbar zu machen. Zu diesem: Zweck können zusätzliche Mittel vorgesehen
sein, mit welchen mindestens zwei in der Interferenzphase zueinander verschobene
S-ignale erzeugt werden, aus denen dann in bekannter Weise die Richtung der Abweichung
ermittelbar ist. Zum gleichen Zwecke können aber auch trägerfrequente Signale erzeugt
werden. Dies geschieht beispieLsweise dadurch, daß Mittel vorgesehen sind, durch
welche die Phasenlage des InterferenzsignaL9 eine periodische Änderung erfährt.
Das wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die die Strahlen aufspaltende und
wiedervereinigende Streustruktur in Bewegung versetzt wird oder daß vor dem Strahl-
umkehrende
Mittel eine -um eine Achse hin- und herschwingende Planparallelplatte angeordnet
ist. Beim Erfindungsgegenstand ist es denkbar, daß Beleuchtungs- und Deobachtungseinrichtung
als Autokollimations-Fernrohr ausgebildet sind. Der anzustrebenden Kompaktheit der
Meßeinrichtung wegen wird jedoch der Vorzug einer Beobachtungseinrich;tung gegeben,
welche vorzugsweise mehrere fotoelektrische Empfänger mit einer nachgeschalteten
Auswertestufe enthält, die zur -Mittelwertbildung geeignet ist, so daß instationäre
Einflüsse durch Luftschlieren eliminiert werden.
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Der besondere Vorteil dieses Interferenzlineals liegt darin, daß ein
Arbeiten mit Weißlichtinterferenzen mogiich ist, da "Meß"- und "Referenzstrahl"
gleiche Wege durchlaufen.
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Ferner kann als Vorzug angesehen werden, daß durch die strahlumkehrenden
Mittel wie z.B. Winkelspiegel oder -prisma, an der die Strahlen vereinigenden Streustruktttr
eine Verdoppelung der durch die Abweichungen von der Geraden bzw. Flächenebenheit
bewirkten itöhendifferenzen auftritt, wodurch eine exaktere Auswertung durch die
Beobachtungseinrichtung erfolgen kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt und nachfolgend beschrieben: Das neue optische Lineal umfaßt eine Lichtquelle
2, die mit einem Teilerspiegel 3 und einer Kondensorlinse 4 eine Beleuchtungseinrichtung
bildet und paralleles Licht ausstrahlt, das mittels eines Gitters 5 in mindestens
zwei Teilstrahlen aufgespalten wird-.
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Sin dem Gitter 5 nachfolgendes weiteres Gitter 6 lenkt die Teilstrahlen
um, so daß sie als paralleles Bündel auf einen Winkelspiegel oder -prisma 7 fallen,
welcher an einem Meßschlitten 8 befestigt ist. Dieser ist mit starr verbundenen
Tastern 9, lo
versehen und in Richtung des Doppelpfeiles 11 verschiebbar
auf die zu prüfende Oberfläche 1 aufgesetzt.
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Der Winkklspiegel 7, der z.B. auch durch einen Tripel-Spiegel oder
andere eine Strahlumkehrung bewirkende Mittel ersetzt werden kann, reflektiert die
Teilstrahlen zun Gitter 6, durch welches sic zum Gitter 5 umgelenkt werden. An diesem
vereinigen sich die Teilstrahlen wieder.
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Das durch die Interferenz bei der Rückmischung eutstehende modulierte
Licht wird über die Kondensorlinse 4 und den Teiier 3 den Fotoempfängern 12, 13,
4 einer Beobachtungseinrichtung zugeführt, die weiterhin eine Auswertestufe 16 enthält,
und die von den fotoelektrischen Enipfängern agbegebenen elektrischen Signale zum
Zwecke der Anzeige verarbeitet.
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Durch ctie Strahlumkehrung am Winkelspiegel 7 wird bewirkt, daß eine
Verschiebung k z des Meßschlittens 8 in Richtung des DoppeLpfeiles 15 eine Verlagerung
des Vereinigungspunktes am Gitter 5 um 2# z in Bezug auf den Aufspaltnngspunkt am
Gitter 5 hervorruft.
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Soll das optischen Lineal auch zur Erkennung der Richtung der Abweichung
von einer Geraden bzw. Flächenebenheit verwendbar sein, so greift; am Gitter 5 ein
gestrichelt dargestellter Autrieb 17 au, der das Gitter 5 in Richtung des Doppelpfeiles
1 in schwingende Beweglln; versetzt, wodurch in den Schwingungen des Lichtes eine
Phasenverschiebung erfolgt, aus deren Vor-bzw. Nachteiletl die Abweichrichtung ermittelbar
ist.