-
Gerät zur Prüfung ebener Flächen. Der Gedanke, die Prüfung ebener
Flächen durch Vergleich mit einem eine Gerade verkörpernden gespannten Faden vorzunehmen,
ist schon verwirklicht worden. Bei derartigen Prüfeinrichtungen benutzt man meist
ein Mikroskop, dessen genau gearbeiteter Fuß an der zu prüfenden Fläche entlang
geführt wird, während man damit einen parallel zur Fläche an dieser aufgespannten
Faden beobachtet. Aus der Veränderung des Abstandes des Fadens von der Kante des
Mikroskopfußes, die an der Fläche gleitet, d. h. aus den im Bildfelde sichtbaren
Querverschiebungen des Fadenbildes beim Entlangführen des Mikroskops an der Fläche,
zieht man dann einen Schluß auf die Beschaffenheit der Fläche selbst. Dieses bekannte
Verfahren hat mancherlei Nachteile. Der Mikroskopfuß gleitet über- kleinere Vertiefungen
in der zu prüfenden Fläche hinweg, ohne ihr Vorhandensein durch Verschiebung des
Fadenbildes im Bildfelde kenntlich zu machen, oder er findet infolge von Unebenheiten
der Fläche zuweilen keine einwandfreie Anlage, und es läßt sich ?.us diesem Grunde
nicht mit Sicherheit ein Schluß auf die Größe des dort vorhandenen Fehlers der Fläche
oder die Ausdehnung der fehlerhaften Stelle ziehen. Es ist der Zweck der vorliegenden
Erfindung, derartige Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein handliches
Gerät anzugeben, mit dem sowohl wagrechte als auch lotrechte Flächen mit einem hohen
Grade vqn Genauigkeit geprüft werden können.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt, wenn man das Gerät mit
zwei der zu prüfenden Fläche parallel gespannten Fäden, deren Bilder in einem Mikroskop
beobachtet -werden, und einem unter Federdruck stehenden Taststift ausrüstet, welcher
zusammen mit dem Mikroskop oder einem Teil desselben und einem optischen System
entlang der zu prüfenden Fläche an einer zu den Fäden parallelen Führung verschiebbar
ist und bei-einer solchen Verschiebung das genannte System betätigt, wodurch im
Bildfelde
des Mikroskops das Bild des einen Fadens gegen das Bild
des anderen Fadens entsprechend dem Betrage der Unebenheit der zu prüfenden Fläche
verschoben wird. Das optische System kann aus einem einfachen oder zusammengesetzten,
sammelnden Linsensystem, einem Spiegelsystem oder einer Verbindung beider bestehen.
Der erstere Fall führt zu einer einfachen Anordnung des Gerätes, bei welcher das
Bild des einen Fadens feststeht, während das Linsensystem ein Bild des anderen Fadens
erzeugt, welches bei fehlerfreier zu prüfender Fläche sich mit dem feststehenden
Bilde des erstgenännten Fadens im Bildfelde des Mikroskops deckend abgebildet wird,
während seine Abbildung bei fehlerhafter Fläche entsprechend den senkrecht zur Fläche
erfolgenden Taststiftbewegungen verschoben wird. Im anderen Falle ist es zweckmäßig,
beide Fadenbilder durch das Spiegelsystem zu beeinflussen. Jede infolge einer Unebenheit
entsprechend einer Taststiftbewegung senkrecht zur Fläche eintretende Bewegung des
Spiegelsystems verschiebt dann beide Fadenbilder um den gleichen Betrag in einander
entgegengesetzter Richtung aus der bei fehlerfreier Fläche angezeigten Decklage,
wobei die Summe der beiden Verschiebungen der Fadenbilder den Flächenfehler darstellt.
Es ist selbstverständlich, daß an Stelle der Fäden in jedem Falle auch auf geeignete
Körper gezogene (beispielsweise durch Ritzen oder durch Photographieren entstandene)
Striche benutzt werden können.
-
Die Genauigkeit der Führung der verschiebbaren Teile entlang der zu
prüfenden Fläche parallel zu den Fäden ist nur durch die Rücksicht bedingt, Kippungen
der geführten Teile senkrecht zur Führung zu vermeiden, weil im übrigen das Prüfungsergebnis
unabhängig von dieser Führung ist. Es genügt daher, zur Führung ein straff eingespanntes
Band aus geeignetem Material zu benutzen. Bei Lösung der gestellten Aufgabe unter
Verwendung eines Linsensystems erreicht man damit außerdem den Vorteil des Auftretens
möglichst geringer Abweichungen der Fadenbilder von der einmal gewählten Ausgangslage,
wenn man das Führungsband so anordnet, daß seine Breite senkrecht zu der zu prüfenden
Fläche steht, wobei es der Durchbiegung im Sinne der Bewegungen des Linsensystems
bei der Anzeige von Fehlern einen möglichst großen Widerstand bietet, und es verringert
sich die bei Benutzung starker Mikroskopvergrößerung vorhandene Möglichkeit, daß
die Fadenbilder infolge der Durchbiegung der Führung etwa ganz aus dem Bildfelde
des. A2ikroskops verschwinden.
-
Die Auswahl des Stoffes und die Befestigung der Fäden erfordern besondere
Sorgfalt. Die Fäden- müssen wegen unerwünschten Durchhangs von möglichst geringem
Eigengewicht und mit Rücksicht auf die Genauigkeit der Ablesung sehr dünn sein und
einen möglichst über die ganze Gebrauchslänge gleichen, kreisförmigen Querschnitt
sowie von Rauheit freie Oberfläche besitzen. Anderseits muß man hohe Ansprüche an
ihre Zugfestigkeit stellen dürfen, damit sie zur Verringerung des Durchhangs möglichst
straff gespannt werden können. Versuche haben erwiesen, daß neben Metallen Quarz
als geeigneter Stoff in erster Linie in Betracht kommt. Die Haltbarkeit dieses verhältnismäßig
spröden Stoffes kann durch geeignete Befestigung der Fadenenden beträchtlich erhöht
werden, wofür sich federnde Einspannung als besonders zweckentsprechend erweist.
' Geschieht die Beobachtung der Fäden wie üblich im durchfallenden parallelen Licht,
so sind Metallfäden als einfache dunkle Striche auf hellem Grunde zu sehen, während
ein Quarzfaden hell mit dunklen Kanten erscheint. Diese Erscheinung hat ihren Grund
darin, daß der mittlere Teil des Fadens den Lichtdurchtritt nicht hindert, während
unweit der Kanten alles auftreffende Licht von der Fadenoberfläche seitlich abgelenkt
wird. Diese Lichtdurchlässigkeit des mittleren Fadenteils kann zur Erleichterung
der Erkennbarkeit der genauen Decklage zweier Fäden ausgenutzt werden.
-
Es hat sich gezeigt, daß der Durchhang infolge des Eigengewichts bei
genügender Spannung der Fäden so klein ist, daß er ohne Schädigung der Genauigkeit
der Flächenprüfung im allgemeinen vernachlässigt werden kann. Sollte er sich doch
bei sehr großer Meßlänge störend bemerkbar machen, so kann man ihn durch Einführung
eines Korrektionsgliedes berücksichtigen, mit welchem die mit dem Taststift verbundenen
optischen Glieder mittelbar in Berührung stehen, wodurch sie jeweils eine solche
zusätzliche Hebung oder Senkung gegenüber der zu prüfenden Fläche erfahren, daß
der an der Meßstelle infolge des Eigengewichts vorhandene Durchhang der Fäden ausgeglichen
wird. Es ist dabei nicht notwendig, dem Korrektionsgliede die Größe der Gebrauchslänge
der. Fäden zu geben, so daß es die Durchhangkurve in natürlicher Größe verkörpert.
Man kann sich darauf beschränken, das Korrektionsglied so auszubilden, daß es nur
den Durchhang in natürlicher Größe, die Durchhangkurve selbst dagegen verzerrt,
und zwar. in der Längsrichtung der Fäden verkürzt verkörpert. Um dieses Korrektionsglied
nun dauernd in Berührung mit den mit dem Taststift verbundenen optischen Gliedern
halten zu können, macht man es. mit dem Taststift in Richtung der Fäden verschiebbar
und bringt eine Einrichtung an, die ihm bei diesen Verschiebungen eine zusätzliche
Bewegung von der jeweiligen Größe der im Verkürzungsmaßstabe der Durchhangkurve
ver.-kleinerten
Taststiftverschiebung erteilt. Eine besonders zweckmäßige
Anordnung ergibt sich, wenn man das Korrektionsglied als Kurvenscheibe ausbildet.
Um bei jeder Taststiftverschiebung längs der Fäden jeweils den zu dem an der betreffenden
Stelle vorhandenen Durchhang gehörenden Kurvenpunkt auf die mit dem Taststift verbundenen
optischen Glieder -einwirken lassen zu können, muß man das Übersetzungsverhältnis
des- Antriebes und die Größenverhältnisse der Kurvenscheibe so wählen, daß diejenigen
Kurvenpunkte, deren Abstände vom Drehmittelpunkte durchhangfreien Fadenpunkten entsprechen,
als zusätzliche Bewegung Kreisbögen von der genannten Größe beschreiben.
-
Eine andere Möglichkeit, den Durchhang der Fäden auszuschalten, bietet
-sich durch Einbettung der Fäden in eine durchsichtige Flüssigkeit, deren spezifisches
Gewicht ungefähr gleich dem spezifischen Gewicht der Fäden ist. Es können dabei
nur Fäden aus einem Stoffe mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht verwendet
werden, also beispielsweise Fäden aus Aluminium; die man in je einer Glaskammer
ausspannt, welche eine geeignete Flüssigkeit enthält.
-
In der- Zeichnung ist in Abb. i bis 7 die optische und mechanische
Einrichtung des neuen Geräts an einem- Ausführungsbeispiele mit Linsensystem und
geteiltem Mikroskop gezeigt, während in Abb. 8 und 9 die optische Einrichtung für
ein zweites Ausführungsbeispiel mit Spiegelprismensystem und ungeteiltem Mikroskop
schematisch dargestellt ist. Abb. i stellt einen Aufriß dar, Abb. 2 einen Schnitt
nach der Linie 2-2, Abb. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Abb. i und Abb.
4., teilweise im Schnitt, einen Seitenriß des Geräts von rechts gesehen. Abb. 5
und 6 zeigen im Grundriß Schnitte nach der Linie 5-5 der Abb. 3 und der Linie 6-6
der Abb. q. ; Abb. 7 gibt in stärkerer Vergrößerung einen Ausschnitt aus dem im
Mikroskop sichtbaren Bilde der beiden Fäden= in Decklage.
-
Ein Stirnblech a1, welches einen Stützzapfen a3 trägt, ist mittels
zweier Winkelschienen b1 und b2 mit einem zweiten Stirnblech a2 verbunden. Letzteres
besitzt zwei Stützzapfen a4 und a5. Beide Stirnbleche sind mit Klemmvorrichtungen
all bzw. a7 versehen, zwischen welchen ein stählernes Führungsband c ungefähr parallel
zu den Winkelschienen straff eingespannt ist, und tragen auf der- äußeren Seite
je einen drehbaren Hebel dl bzw. d2, der unter dem Druck einer Feder d4 steht und
mittels einer Schraube d3 von sehr kleiner Steigung um kleine Beträge bis zu zwei
Anschlägen a8 und a9 gedreht werden kann. Diese Drehungen übertragen sich auf innerhalb
der Stirnbleche a1 und a2 an die Hebel dl und d2 angeschräübte Doppelfedern d« und-
'ds; - an deren Blattenden die Enden zweier Meßfäden e1 und e2 befestigt sind, welche
die Doppelfedernd5 und ds miteinander verbinden und unter einer den Federkräften
entsprechenden _ Spannung stehen. Zu ihrem Schutze gegen unerwünschte Berührung
ruhen davor zwei planparallele Spiegelglasstreifen f l- und f 2 in
entsprechenden Aussparungen der Stirnbleche a1 und a2, in welchen- sie ihrerseits
durch je zwei Klemmbacken f 3 und f 4 und dazugehörende Schräubchen
f 5 und f s gegen Herausfallen gesichert sind.- Um den Schutz der
Fäden- noch wirksamer zu machen, ist jeder Glasstreifen außerdem mit zwei aufgekitteten
Schutzstreifen f' und f 8 versehen. Ein zweiteiliger Schlitten g1, g2 ist mit zwei
symmetrisch angeordneten, aus je drei Rollen g3, g4 und g5 bestehenden Rollenlagern
auf dem Führungsband c gelagert, auf dessen ganzer Spannlänge er verschiebbar ist.
Im Schlitten ist ein Linsenträger h an zwei Führungen hl und h2- senkrecht zur Längsrichtung
des Führungsbandes c beweglich. Auf diesem ist ein zweiteiliger, parallel zu den
Führungen hl und h2, also gleichfalls senkrecht zur Längsrichtung des Bandes c beweglicher
Taststiftträger il mit einem Taststift i angeordnet, der durch eine Druckfeder i2
an eine Kurvenscheibe k1 gepreßt wird, die ihrerseits auf dem Linsenträger h drehbar
gelagert ist. Eine an einem Verbindungsstück h3 angreifende Zugfeder h4 sucht den
Linsenträger h dauernd nach unten zu ziehen, während zwei Druckfedern h5 und hl
entgegengesetzt wirken. Der Linsenträger h steht demgemäß in einer Lage, die dem
Gleichgewichtszustand der auf ihn wirkenden Kräfte entspricht, und die so gewählt
ist, daß der Taststift- i um einen kleinen Betrag unterhalb der durch die drei Stützzapfen
a3, a4 und a5 bestimmten Ebene zu liegen kommt. Die Kurvenscheibe k1 ist mit einem
Schneckenrad k2 fest verbunden und gegen seitliche Verschiebung durch einen Anschlag
h' gesichert, in dem gleichzeitig der Taststiftträger il geführt ist und der als
Lager einer Schnecke l ausgebildet ist, die mit dem Schneckenrad k2 in Eingriff
steht und durch ein Zahnrad h und eine an der Winkelschiene b1 angeschraubte Zahnstange
b3 bei jeder Schlittenverschiebung längs des Führungsbandes c betätigt wird. Am
Schlittenteil g1 ist in einer Hülse ml eine kleine Glühlampe m vorgesehen, deren
Licht auf eine in einer Aussparung des Schlittenteils g1 angebrachte Milchglasscheibe
m2 fällt. In einer Bohrung des Linsenträgers h ist eine Sammellinse n angeordnet,
welche ein Bild des von der Milchglasscheibe m2 her erleuchteten Fadens e1 auf dem
Faden e2 erzeugt, wenn die optische Achse der Linse n mit der Verbindungslinie der
beiden Fäden zusammenfällt.- Gegenüber dem Faden e2 ist im Schlittenteil g2 die
Vorderlinse
' eines Mikroskopobjektivs gefaßt, wobei der Abstand der Linse o' vom Faden e2 so
gewählt ist, daß der Faden e2 in der vorderen Brennebene der Linse o' liegt. Die
vom Faden e2 und dem Bilde des Fadens ei ausgesandten abbildenden Strahlen bilden
dann nach dem Durchgang durch die Linse o' parallelstrahlige Büschel, welche durch
ein mit ihr fest verbundenes gleichschenklig-rechtwinkliges Spiegelprisma 02 eine
wagrechte Ablenkung um go ° erfahren. Am Stirnblech a2 und der Winkelschiene b2
ist mittels eines Trägers p'- ein Mikroskop P befestigt. Die abbildenden Büschel
treten in ein aus zwei gleichschenklig-rechtwinkligen Spiegelprismen o3 und 04 bestehendes
Objektivprismensystem ein, in dem sie zweimal um je go° abgelenkt und einer Objektivhinterlinse
o5 zugeführt werden. Es entsteht in der Bildebene des Mikroskops ein Bild der Fäden
ei und e2, welches mit einem aus einer Feldlinse P2 und einer Augenlinse j53 bestehenden
Okular betrachtet werden kann. In der Bildebene ist außerdem ein Glasmikrometer
j54 vorgesehen, um Messungen ausführen zu können. Im Ausführungsbeispiel ist der
Faden ei als ein sehr feiner Metallfaden, e2 dagegen als ein etwas stärkerer Quarzfaden
angenommen. Abb. 7 zeigt, wie diese Wahl die Erkennbarkeit der genauen Decklage
der Fadenbilder günstig beeinflußt. Infolge der Lichtdurchlässigkeit des Quarzes
wirkt das Fadenbild e2 wie zwei genau parallel zueinander liegende dünne Metallfäden,
in deren Zwischenraum bei Decklage das Bild des Fadens ei liegt. Das Auftreten zweier
Lichtspalte e3 und e4 beiderseits des Fadenbildes ei ist ein zuverlässiges Kennzeichen
der genauen Decklage beider Fadenbilder.
-
Das neue Gerät in der beschriebenen Ausführung ist zur Verwendung
bei der Prüfung wagrechter Flächen gedacht. Man setzt das Gerät mit seinen drei
Stützzapfen a3, a4 und a5 auf die zu prüfende Fläche und stellt die beiden Fäden
ei und e2 an ihren Enden ein, nachdem die Glühlampe m durch Anschluß au einen Stromkreis
zum Leuchten gebracht ist. Die Einstellung geschieht, indem man bei den beiden äußersten
Schlittenlagen durch Betätigen der Stellschrauben d3 die Fadenbilder im Mikroskop
P in Decklage bringt. Das Gerät muß dabei so abgestimmt sein, daß die Entfernung
der optischen Achse der Linse n über dem untersten Taststiftpunkte i gleich der
Höhe der Fäden ei und e2 über der zu prüfenden Fläche, d. h. über den unterstenStützzapfenpunkten
a3, a4 und a5, ist. Der bei Gleichgewichtszustand der Federkräfte k4, h5 und hs
etwas tiefer als die untersten Stützzapfenpunkte stehende Taststift i wird beim
Aufsetzen auf die Fläche mit dem Taststiftträger il und dem Linsenträger h um so
viel angehoben, daß die optische Achse der Linse m gerade die richtige Lage erhält.
Der Schlitten gi, 92 wird nunmehr von einem Ende des Geräts nach dem andern
auf dem Führungsbande c verschoben und die Fadenbilder für die verschiedenen Schlittenstellungen
im Mikroskop p beobachtet. Dabei rollt das Zahnrad 11 jeweils ein der Schlittenverschiebung
entsprechendes Stück auf der Zahnstange b3 ab und betätigt dadurch die Schnecke
1, die ihrerseits unter Vermittlung des Schneckenrades k-2 die Kurvenscheibe ki
dreht. Der Linsenträger h und demzufolge auch die optische -Achse der Linse n passen
sich auf diese Weise der infolge des Durchhangs veränderten Höhe der Fäden ei und
e2 über der durch die drei Stützzapfenpunkte a3, a4, A bestimmten Ebene an.
Ist die Fläche einwandfrei, so zeigen die Fadenbilder für alle Schlittenstellungen
Decklage. Besitzt die zu prüfende Fläche jedoch an einer Stelle eine fehlerhafte
Erhöhung oder Vertiefung, so stellt sich der Linsenträger h entsprechend höher oder
tiefer ein, da der Taststift unter dem Federdrucke immer in Berührung mit der Fläche
bleibt, und das Bild des Fadens ei erleidet gegenüber dem Faden e2 eine entsprechende
Querverschiebung, aus deren Größe man einen Schluß auf die Größe des Flächenfehlers
ziehen kann. Mit dem beschriebenen Prüfvorgange prüft man die Fläche in bezug auf
eine Linie, die dem Wege des Taststiftes i auf der Fläche entspricht. Man kann den
Vorgang nunmehr beliebig oft wiederholen, um die Fläche in ihrer ganzen Ausdehnung
zu prüfen.
-
Das Verfahren der Prüfung lotrechter Flächen ist dasselbe. Es erübrigt
sich jedoch dann, das Gerät mit einem Korrektionsgliede zum Ausgleich des Durchhangs
der Fäden auszustatten, weil entweder ein Durchhang überhaupt nicht auftritt, wenn
das Gerät mit senkrecht liegenden Fäden ei und e2 gebraucht wird, oder aber, wenn
die Fäden wagrecht liegen, der Durchhang die Lage der Fadenbildung im Bildfelde
des Mikroskops nicht beeinflußt.
-
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt ein solches Gerät ohne Ausgleich
des Durchhangs. Es ist - zur Prüfung lotrechter Flächen ohne weiteres, zur Prüfung
wagrechter Flächen dann geeignet, wenn wegen verhältnismäßig nicht großer Länge
des Geräts keine die zulässige Fehlergrenze überschreitende Beeinflussung des Prüfungsergebnisses
infolge des Durchhangs auftritt. Die Anordnung, deren optischer Teil in Abb. 8 in
einem Aufriß dargestellt ist, ist dabei so gedacht, daß das Mikroskop mit dem Schlitten
verschiebbar ist. An Stelle der Linse n im ersten Ausführungsbeispiel sind hierbei
zwei gleichschenklig-rechtwinklige Objektivspiegelprismen q1 und q2, die (Öffnung
eines Objektivvordergliedes q3 je-zur Hälfte deckend; mit diesem verkittet, zwischen
zwei Fäden yi und y2 angeordnet, deren jeder -von einer Lichtquelle s' bzw. s2 beleuchtet
ist. Zur Vervollständigung
des Objektivs dient ein Hinterglied q4,
und die erzeugten Fadenbilder können mit einem aus einer Feldlinse t1 und einer
Augenlinse t2 bestehenden Okular betrachtet werden. Abb. g zeigt in starker Vergrößerung
einen Ausschnitt aus dem Bildfelde des Mikroskops unter der Voraussetzung, daß die
Fäden y1 und y2 beide aus Quarz hergestellt sind. Der Faden y1 wird durch das Prisma
q1 und die eine Hälfte des Mikroskopobjektivs q3, q4 abgebildet, und das Prisma
q2 entwirft gemeinsam mit der anderen Hälfte des Mikroskopobjektivs q3, q4 ein Bild
des Fadens r2. Im Bildf6lde sind demgemäß gleichzeitig die Bilder beider Fäden y1
und y2 sichtbar, die sich bei fehlerfreier Fläche decken, während ihre gegenseitige
Lage, entsprechend einem jeweils vorhandenen Flächenfehler, um einen Betrag u voneinander
abweicht, der einen Schluß auf die Größe des Fehlers zuläßt.
-
Das Prüfverfahren mit dem Gerät entspricht dem des ersten Beispiels.
Die Fadenbilder decken sich, wenn der Schnittpunkt der Kanten der beiden spiegelnden
Prismenflächen in der Verbindungslinie der Fäden liegt. Die Einstellung des Taststiftes,
der mit den optischen Gliedern entsprechend den Unebenheiten der zu prüfenden Fläche
Bewegungen senkrecht zu dieser Verbindungslinie ausführt, ist so zu treffen, daß
die Decklage der Fadenbilder einem fehlerfreien Flächenpunkte entspricht. Auch für
den hier vorliegenden Fall begünstigen die dunklen, von Unebenheiten freien Kanten
der Bilder der Quarzfäden die Genauigkeit der mit dem Gerät vorgenommenen Flächenprüfungen.