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Vorrichtung zum Vergleichen zweier nebeneinanderliegender Strecken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergleichen zweier nebeneinanderliegender
Strecken, die beispielsweise an Teilmaschinen benutzt wird, um den mit einer Teilung
zu versehenden Maßstab nach einem Normalmaßstab einzustellen.
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Nach einem von E. Abb e aufgestellten Grundsatz hat man früher die
beiden zu vergleichenden Strecken hintereinander in einer Geraden angeordnet, um
die Fehler möglichst Iclein zu halten, die dadurch entstehen, daß die bei der Vorrichtung
zu verschiebenden Teile in ihren Führungen kleine Drehungen ausführen. Diese Anordnung
führt jedoch zu einer Baulänge, die mindestens doppelt so groß ist wie die Länge
der zu messenden Strecke. Um zu kürzeren Baulängen zu kommen, ist es erwünscht,
die beiden Strecken nebeneinander anzuordnen. Dann sind jedoch besondere Kunstgrifte
notwendig, um die bei einer unvermeidlichen kleinen Drehung der verschiebbaren Teile
auftretenden Fehler zu vermeiden.
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Bekannt ist eine Anordnung, bei der die beiden Strecken feststehen
und die eine Strecke mit einem feststehenden Zielfernrohr anvisiert wird, vor das
ein in Richtung der Strecken verschiebbares optisches System geschaltet ist. Mit
dem verschiebbaren System fest verbunden ist ein Mikroskop, mit dem die andere Strecke
anvisiert wird. Das verschiebbare System wird derart angeordnet, daß sein Brennpunkt
auf der angesdinitteuen Strecke und sein einer Knotenpunkt auf der anderen Strecke
liegt. Der Abstand der beiden Strecken ist Idabei gleich der Brennweite derjenigen
Linse des optischen Systems, die der angeschnittenen Strecke zugewandt ist.
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Mit dieser bekannten Einrichtung wird erreicht, daß eine Drehung
des verschiebbaren Systems auf das Meßergebnis nur noch einen vernachlässigbar kleinen
Einfluß hat. Diese Anordnung läßt sich für eine Vorrichtung, bei der zwei Strecken
verglichen werden sollen, anwenden. Für Teilmaschinen dagegen ist die Anordnung
schlecht brauchbar, da man mit dem verschiebbaren Teil zusammen auch das Teilwerkzeug
verschieben müßte, wodurch das verschiebbare System zu umfangreicl werden würde.
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Auch eine kinematische Umkehrung dieser bekannten Anordnung bringt
einen Nachteil mit sich. Denn sie hätte zur Folge, daß man das Zielfernrohr mitverschieben
und der Beobachter während der Älessung seinen Standort dauernd wechseln müßte.
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Dieser Nachteil tritt nicht ein, wenn man nach einem weiteren bekannten
Vorschlage das Zielfernrohr durch einen Kollimator ersetzt, der auf der anzuschneidenden
Strecke abgeiNildet wird. Dadurch wird jedoch die Einrichtung für ein-en l)esonders
wichtigen Anwendungsfall, nämlich für die Verbindung mit einer Teilmaschine, nur
schlecht brauchbar, wenn es sich um die Herstellung sehr genauer Teilungen handelt.
Denn die mit einem Ziel fern rohr erzielhare hohe Genauigkeit kann von einem Kollimator
nicht erreichlwerden.
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Die beiden vorstehend genannten bekannten Einrichtungen sind überdies
im Aufbau nicht einfach. Sie bestehen aus zwei getrennten optischen Systemen. die
gegeneinander beweglich sin.l und hohe Anforderungen an die optische Ausrichtung
stellen. Auf Teilmaschinen lassen sie sich vielfach nachträglich nicht unterbringen.
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Eine dritte bekannte Einrichtung, die nach dem gleichen optischen
Grundsatz gestaltet ist, ermöglicht es. mit feststehenden ENeohachtungsgeräten.
also mit unveränderlichem Standort des Beobachters, und ohne Rollimator, also auch
mit höherer Genauigkeit zu arbeiten. Dies wird durch einen größeren optischen Aufwand
erreicht, der einer Verdoppelung des optischen Svstems gleichkommt. Die Einrichtung
ist daher im Aufbau noch verwickelter, stellt noch höhere Anfordermigen an die sorgfältige
Ausrichtung beim Aufbau und erfordert-noch mehr Raum.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung geht gleichfalls
davon aus, daß ein Punkt der einen Strecke und ein fester Punkt mit Hilfe eines
optischen Systems aufeinander abgebildet werden, das aus zwei Sammellinsen, zwischen
denen die abbildenden Strahlen parallel verlaufen, und einer oder mehreren Spiegelflächen
besteht. Sie unterscheidet sich von den bekannten Einrichtungen dadurch, daß die
zu vergleichenden Strecken gegenüber dem abbildenden System in ihrer Längsrichtung
verschiebbar angeordnet und mit einem Spiegel verbunden sind, der bei einer Drehung
um einen kleinen Winkel das Parallelstrahlenbündel um einen doppelt so großen Winkel
ablenkt, und daß der Abstand der beiden Strecken doppelt so groß ist wie die Brennweite
derjenigen Linse, die der angeschnittenen Strecke zugewandt ist, wobei die Zahl
der Reflexionen zwischen dem mit den Strecken fest verbundenen Spiegel und der angeschnittenen
Strecke in an sich bekannter Weise gerade oder ungerade ist, je nachdem ob die andere
Strecke und das abbildende optische System auf der gleichen oder auf verschiedenen
Seiten der angeschnittenen Strecke liegen.
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Die so beschriebene Einrichtung wirkt wie folgt: Dreht sich das aus
den beiden Strecken und dem Spiegel bestehende System etwa infolge einer Ungenauigkeit
der Führung um eine Achse, die auf der Ebene der beiden Streklumen senkrecht steht
und, wie vorerst augenormen sei, durch die nicht angeschnittene Strecke hindurchgeht,
so verschiebt sich ein gegenüberliegender Punkt auf der angeschnittenen Strecke
um einen kleinen Betrag.
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Cm den gleichen Betrag verschiebt sich itlfolge der Ablenkung des
Parallelstrahlenbündels der Bildpunkt auf der angeschnittenen Strecke, so daß der
Fehler ausgeglichen wird.
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Geht die Achse aber durch einen andere Punkt, so läßt sich die Drehung
darstellen durch eine Drehung um die genannte Achse und eine Parallelverschiebung,
die auf die Messung keinen Einfluß hat.
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Die Erfindung beruht mithin auf einem anderen optischen Prinzip als
die eingangs genannten. vorbekannten Einrichtungen. Denn während die bekannten Einrichtungen
so getroffen sind, daß der Fehler von vornherein keinen Einfluß hat, beruht die
Erfindung auf einer regelrechten Kompensierung des Feh lers. Die Erfindung zeigt
daher einen neuen Weg zur Lösung der Aufgabe, zwei nebeneinanderliegende Strecken
miteinander zu vergleichen.
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Außerdem ist die danach gebaute Vorrichtun g dem Bekannten auch technisch
überlegen.
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Denn sie ermöglicht es, mit einem optischer System, das, abgesehen
von einem einfacher Spiegel, eine geschlossene Einheit bildet un-1 sich durch große
Einfachheit auszeichnet, mit unveränderlichem Standort des Beobachters und, sofern
es sich um eine Teilmaschine handelt. mit ruhendem Teilwerkzeug zu arbeiten. Die
Einrichtung ist daher in der Her stellung billig und läßt sich ohne große Älühe
aufbauen.
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In der bevorzugten Form werden die bei den Strecken und der Spiegel
gemeinsam auf einem in Richtung der Strecken gegenüber dem feststehenden optischen
System verschiebbaren Schlitten angeordnet. Dadurch ist auch der nachträgliche Einbau
in vorhandene Teilmaschinen leicht möglich, weil es keine Schwierigkeiten macht.
mit dem -verschiebbaren Teil der Alaschine einen einfachen Spiegel zu verbinden.
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Der feste Punkt liegt zweckmäßig auf dem Okularmikrometer eines Fernrohrs,
auf das
ein Punkt der Strecke durch das optische System abgebildet
wird. Diese Anordnung wird zwar auch von den vorbekannten Einrichtungen verwendet,
erfordert aber dort entweder einen Verzicht auf die Unveränderlichkeit des Beobachterstandortes
oder besonderen Aufwand an optischen Mitteln.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß der Einfluß, den die
Zahl der spiegeln den Flächen hat, auch bei den bekannten Einrichtun gen schon erkannt
worden war.
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In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung geht das Parallelstrahlenbündel
durch einen halbdurchlässigen Spiegel hindurch, der mit dem Linsensystem fest verbunden
ist, und trifft auf den mit den Stnekken verbundenen Spiegel, von dem es um annähernd
180° zurückgeworfen wird. Es gelangt dann erneut auf den halbdurchlässigen Spiegel,
der es senkrecht auf die anzuschneidende Strecke rellektiert. Die zweite Linse vereinigt
die Strahlen auf der Strecke in einem Punkt.
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Unter Umständen muß, abweichend von dem Vorstehenden, die Zahl der
Reflexionen erhöht werden. Denn man muß stets darauf achten, daß die Kompensation
das richtige Vorzeichen hat und nicht etwa der Fehler verdoppelt wird. Dabei sind
zwei Fälle zu unterscheilden. Wenn, von der angeschnittenen Strecke aus gesehen,
die zweite Strecke und das optische System auf derselben Seite liegen, so erhält
man das richtige Vorzeichen der Kompensation, wenn das Strahlenbündel zwischen dem
mit den beiden Strecken verbundenen Spiegel und der angeschnittenen Strecke z veimal
reflektieft wird bzw. wenn die Zahl der Reflexionen gerade ist. Liegen dagegen das
optische System und die zweite Strecke auf verschiedenen Seiten der angeschnittenen
Strecke, so erhält man das richtige Vorzeichen, wenn das Strahlenbündel nur einmal
reflektiert wird bzw. wenn die Zahl der Reflexionen ungerade ist.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele dar.
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Abb. I und 2 zeigen in vereinfachter Anordnung die grundsätzliche
Wirkungsweise der Vorrichtung.
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Abb. 3 und 4 zeigen schematisch in etwas ausführlicherer Darstellung
zwei Ausführungsbeispiele.
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Die Anordnung nach Abb. I besteht aus einem feststehenden optischen
System 5, 6, 7, 8 und einem gegenüber dem optischen System längs verschiebbaren
Schlitten 1, auf dem ein Normalmaßstab 2 und die zu vergleichende Strecke 3 angeordnet
sind. Außerdem träge der Schlitten einen Spiegel 4. Das feststehende optische System
besteht aus einer Sammellinse 5, einem halbdurchlässigen Spiegel 8, einem zweiten
Spiegel 7 mid einer Sammellinse 6. Die feststehenden Teile sind durch Schraffur
gekennzeichnet.
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Im Brennpunkt 10 der Linse 5 befindet sich beispielsweise der Spalt
eines Kollimators.
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Die vom Punkt 10 ausgehenden Strahlen werden durch die Linse 5 parallel
gemacht, gehen durch den halbdurchlässigen Spiegel 8 und treffen auf den Spiegel
4. Dort werden sie zurückgeworfen, werden durch den halbdurchlässigen Spiegel 8
und den Spiegel 7 reflektiert und durch die Linse 6 gesammelt. Sie vereimgen sich
in Punkt II, der auf dem Normalmaßstab liegt. Der Abstand zwischen der Linse 6 und
dem Norma!maßstab 2 ist also gleich der Brennweite f der Linse 6. Der Abstand zwischen
den beiden Strecken 2 und 3 muß gleich 2t sein. Die Strecke 3 kann ein zu prüfender
Maßstab sein, der durch ein Mikroskop beobachtet wird, oder ein Stab, auf dem eine
Teilung hergestellt werden soll. Das Teilwerkzeug oder das Mikroskop sind in der
Zeichnung mit 16 bezeichnet.
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Bei der Bewegung des Schlittens I ist es unvermeidlich, daß dieser
kleine Drehungen ausführt. Dabei haben Drehungen um Achsen, die in der Ebene der
beiden Strecken liegen, offenbar keinen Einfluß auf die Messung. Eine Drehung um
eine auf dieser Ebene senkrechte Achse läßt sich stets als Drehung um eine Achse,
die durch einen Punkt der Strecke 3 geht, und eine zusätzliche Parallelverschiebung
auffassen. Die Parallelverschiebung hat auf das Meßergebnis keinen Einfluß. Infolge
der Drehung verschiebt sich der Punkt 11 auf dem Maßstab 2 um die kleine Strecke
2#f##, wenn # der Drehwinkel ist. Da der Spiegel 4 sich gleichzeitig um den Winkel
r dreht, wird das Parallelstrahienbündel um den Winlcel 2 f abgelenkt. Dadurch wird
auch der Bildpunkt um den gleichen Betrag 2J <f verschoben. Das Bild des Kollimatorspaltes
trifft also wieder auf die richtige Stelle des Maßstabes 2.
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Während bei der Anordnung nach Abb. 1 das optische System und die
Strecke 3 auf der gleichen Seite des Maßstabes 2 liegen, liegt bei der Anordnung
nach Abb. 2 das optische System auf der entgegengesetzten Seite.
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Statt der beiden Spiegel 7 und 8 kommt man hier mit einem einzigen
halbdurchlässigen Spiegel 8 aus. Würde man in Abb. 1 nur einen einzigen Spiegel
-erwenden, so würde der Bildpunkt bei einer kleinen Drehung des Schlittens gerade
nach der entgegengesetzten Seite wie der Xormalmaßstab verschoben werden. Die Wirkungsweise
ist im übrigen die gleiche wie in Abb. I.
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Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich nach Abb.
1 aufgebaut ist.
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Statt ldes zweiten Spiegels 7 ist hier ein
Prisma
12 angeordnet, in dem die Strahlen reflektiert werden. Als Beispiel ist ein Kollimator
12 dargestellt, in dessen Spalt der Punkt 10 liegt.
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Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der in Abb. 2 grundsätzlich gezeigten
Anordnung.
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In dieser Ausführungsform wird von dem umgekehrten Strahlengang Gebrauch
gemacht.
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Der Punkt II auf dem Maßstab 2 wird durch das optische System auf
ein Okularmikrometer 14 abgebildet, das durch eine Okularlinse 15 beobachtet wird.
Die Linse 5 und die Okularlinse 15 bilden ein Fernrohr. Unter Umständen kann es
erwünscht sein, daß die Beobachtungsrichtung gegenüber der in Abb 2 dargestellten
Anordnung um 90° gedreht ist. Das kann ahne weiteres durch einen weiteren Spiegel
13 (Abb. 4) erreicht werden. Wichtig für die richtige Wirkungsweise der Vorrichtung
ist nur die Zahl der Reflexionen des Strahlenbündels zwischen dem Spiegel 4 und
dem angeschnittenen Maßstab 2.