DE875270C - Optisches Geraet zum Nachpruefen der Ebenheit und Ausrichtung von Flaechen und Linien - Google Patents

Optisches Geraet zum Nachpruefen der Ebenheit und Ausrichtung von Flaechen und Linien

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DE875270C
DE875270C DEC2243D DEC0002243D DE875270C DE 875270 C DE875270 C DE 875270C DE C2243 D DEC2243 D DE C2243D DE C0002243 D DEC0002243 D DE C0002243D DE 875270 C DE875270 C DE 875270C
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crosshair
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optical
lens
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D7/00Indicating measured values
    • G01D7/02Indicating value of two or more variables simultaneously
    • G01D7/04Indicating value of two or more variables simultaneously using a separate indicating element for each variable
    • G01D7/06Luminous indications projected on a common screen

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • Optisches Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit und Ausrichtung von Flächen und Linien Bei der Nachprüfung ebenerFlächen oder geradeiniger Mantellinien ergibt sich die Aufgabe, festzustellen, ob eine gewisse Zahl von Punkten in cin und derselben Ebene oder auf derselben Geraden liegt, oder nachzumessen, wieviel ihre Abstände von dieser Ebene oder Geraden betragen.
  • Die Optik bietet eine Lösung dieser Aufgabe, die sich aus der Geradlinigkeit der Lichtfortpflanzung ableitet.
  • Alle optischen Geräte, die die Abmessung der erwähnten Abstände unmittelbar angeben, bestehen aus einem festen Visierrohr, durch welches eine in Berührung mit dem nachzuprüfenden Werkstück verschobene Ziel- oder Fadenscheibe beob achtet wird.
  • Da diese Verschiebungen den Abstand der Zielscheibe vom Visierrohr ändern, muß der Beobachter für jede neue Stellung der Zielscheibe das Scharfeinstellen des im Visierrohr sichtbaren Bildes wiederholen. Dieses Scharfeinstellen kann erzielt werden durch Verschiebung eines mit dem Visierrohr zusammenhängenden optischen Gliedes (Okular, Objektivlinse usw.) oder eines von diesem uilabhängigen Mittels, beispielsweise durch Translationsverschiebung eines vor dem Objektiv angeordneten Quecksilberbades, so daß der optische Weg zwischen dem Objektiv und der Zielscheibe gleichbleibend erhalten wird.
  • Die bisherigen Geräte dieser Art weisen. mehrere Nachteile auf: a) Außer im Fall der Verstellung des Okulars oder des Quecksilberbades muß die Führung des beweglichen optischen Gliedes, das die Feineinstellung gestattet, mit sehr großer Präzision ausgeführt sein; die Messungen sind nicht unbedingt zuverlässig, denn infolge des Verschleißes der Einzelteile kann eine Beschädigung oder die Entstehung von Spiel eintreten ohne des Be obachters Wissen.
  • Arbeitet das Visierrohr mit Verdoppelung und Umkehrung des einen Bildes, so hat die Verstellung des Okulars zwecks Scharfeinstellung selbst theoretisch keinerlei Einfluß auf die Messungen. Es bleibt aber nichtsdestoweniger der folgende ernste Nachteil weiterbestehen: Da der Beobachter das Visierrohr anfaßt, kann sich dieses verstellen, un.d folglich kann die Scharieinstellung eine Einbuße erleiden. b) Jede Messung erfordert das Auf legen der Zielscheibe auf das nachzuprüfende Werkstück und die Verschiebung des Regelgliedes für die Scharfeinstellung der Bilder, somit zwei Vorgänge. Es ist also nicht möglich, eine Reihe von Meßvorgängen rasch und laufend durchzuführen. Dieser Nachteil ist besonders groß, wenn an Stelle des Auges eine photographische Vorrichtung für die Aufzeichnung der Abstände benutzt wird.
  • Selbstverständlich wäre es denkbar, mittels einer geeigneten mechanischen Verbindung die erwähnten ASrorrichtungen zum Scharfeinstellen durch die Verstellung des Abtasters zu steuern, da aber bei allen bestehenden Vorrichtungen die Verstellungen des Abtasters und des Scharfelustellgliedes nicht dieselben Ausschläge haben, würde dies zu umständlichen und empfindlichen Systemen führen, die ebenfalls mögliche Quellen einer Falscheinstellung darstellen.
  • Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile. Sie ist zurächst dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster, mit dem das Nachprüfgerät wie alle Geräte dieser Art versehen und der in. Be rührung mit dem nachzuprüfenden. Werkstück oder in bekanntem Abstand verstellbar ist,. nicht mehr wie bei den bisherigen Geräten ein mit einer einfachen Zielscheibe versehener Teil, sondern ein mechanischer Teil ist, der mindestens zwei optische Glieder oder aber ein einziges optisches Glied trägt, das alsdann vom Licht zweimal beaufschlagt wird und auf diese Weise eine doppelte Wirkung hat.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abtaster zwischen zwei Reffektorsystemen derart angeofdnet, daß das Licht den Kreislauf gleichbleibender Länge vom Abtaster ab durchläuft, um zu diesem nach dem Zurückwerfen durch diese beiden Reflektorsysteme zurückzukehren, wo bei dieser charakteristische Kreislauf auf der Strecke liegt, die das Licht zwecks Bildung des endgültigen Bildes der Zielscheibe durchläuft.
  • Infolge dieser charakteristischen Ausbildung läßt sich -in allen Fällen. -die - Konstanz der Scharfeinstellung des endgültig zu beobachtenden Bildes erzielen. Sind nämlich die Zielscheibe und das Be obachtungsinstrument feststehend, so werden das Beobachtungsinstrument und die Zielscheibe zu beiden Seiten des Abtasters angeordnet. Der vom Licht durcheilte Gesamtweg des Lichtes von der Zielscheibe bis zu diesem Instrument wird folglich gleichbleibend sein. Ist die Zielscheibe beweglich (vom Abtaster getragen) und das Beobachtungsinstrument oder Visierrohr feststehend, so werden die optischen Glieder des Abtasters und der En.dreflektoren derart gewählt, daß das nach Durcheilung des charalfteristischen Kreislaufs entstehende Bild auf Unendlich zurückgeworfen ist, somit von dem Beobachtungsinstrument gleichbleibt. Wenn schließlich die Zielscheibe und das Beobachtungsinstrument beweglich auf dem Abtaster angeordnet sind, wird man die optischen Glieder des Abtasters und der Endreflektoren wählen, so daß das nach Durcheilung des charakteristischen Kreislaufs entstehende Bild in gleichbleibendem endlichem oder unendlichem Abstand vom Abtaster ist.
  • In allen Fällen ist zu bemerken, daß die Konstanz der Scharfeinstellung erzielt wird, ohne ein anderes optisches Glied verstellen zu brauchen als die am Abtaster befestigten und mit diesem ven stellbaren Glieder. Zwecks Vornahme einer Messung braucht folglich nur ein einziges Glied verstellt und nur ein einziger Handgriff ausgeführt zu werden.
  • Zum Messen der Abweichungen von der Ebenheit oder Ausrichtung wird der erwähnte Abtaster auf dem nachzuprüfenden Werkstück verschoben und das Bild einer gegebenenfalls vom Abtaster getragenen Fadenkreuzscheibe beobachtet. Bleibt das Bild im Visierrohr unbeweglich, so ist die Ebenheit oder Ausrichtung vollkommen. Anderenfalls gestatten die sichtbaren rechtwinklig zu der nachzuprüfendan Ebene oder Linie erfolgenden Bildverlagerungen, diese Abweichungen zu bestimmen.
  • Die Tatsache, daß die Fadenkreuzscheibe (Marke) nicht unbedingt vom Abtaster getragen zu werden braucht, wie bei den bisher bekannten Vorrichtungen, stellt ein Merkmal des erfindungsgemäßen Prüfgeräts dar.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. I bis 4 vier schematische Erläuterungen des Erfindungsgrundsatzes.
  • Fig. 5 bis I2 verschiedene Ausführungsweisen.
  • Die Ausbildung gemäß der Fig. I bezieht sich auf den Fall, in welchem die Fadenkreuzscheibe M feststehen. Der Abtaster P ist längs der nachzuprüfenden Geraden L beweglich. Dieser Abtaster weist stets mindestens zwei optische Glieder öt und O., Linsen oder ebene, kugelige oder zylindrische Rückstrahlsysteme auf; die Rückstrahlsysteme sind durch zwe!i Rechtecke R1 und R2 dargestellt.
  • Im Fall der Fig. I bestehen diese beiden optischen Glieder aus rückstrahlenden Systemen, die schematisch durch die beiden iibereinander liegenden Rechtecke Oi und °2 angedeutet sind.
  • Der vom Fadenkreuz des Zylinders M ausgesandte Lichtstrahl legt zunächst den punktiert angedeuteten Weg M01 zurück, wird vom Abtaster und alsdann von den beiden rückstrablenden Flächen oder Systemen R1 und R2 zurückgeworfen und kehrt wieder zum Abtaster zurück. Der optische Kreislauf Oi, R1, R2, 0-, der die Erfindung kennzeichnet, ist in ausgezogenen Linien angedeutet.
  • Nach der Zurückstrahlung bei 02 (punktierter Strich) fallen d.ie Lichtstrahlen auf das Objektiv des Visierrohres oder ganz allgemein auf das Beobachtungsinstrument I.
  • Das Schema. der Fig. I läßt erkennen, daß der optische Kreislauf, der vom Abtaster ausgeht, um nach Rückstrahlung durch die beiden an den beiden Enden der Kontreilgeraden befestigten Reile!ktofsysteme wieder zum Abtaster zurückzukehren, von gleichbleibender Länge ist.
  • Der obere Weg zwischen R1 und Rs, ist gleichbleibend, da die rückstrahlenden Systeme R1 und R.? feststehen. Die Summe der unteren Wege Ol-R und O,-X, ist selbstverständlich gleichbleibend. Bewegt sich der Abtaster P nach links, so ist auch der Weg Ot-R1 um eine gewisse Strecke verkürzt, doch verlängert sich der Weg 02-RS auch um dieselbe Strecke.
  • Die Summe der Wege MO1-02I ist aus demselben Grund gleichbleibend.
  • Aus Obigem ergibt sich, daß unbeschadet der Stellung des Ab tasters P auf dem nachzuprüfenden Werkstück das Bild des Fadenkreuzes M in dem aus Abtaster und festen Rückstrahlern bestehenden System sich stets in demselben Abstand von dem im Fall der Fig. I feststehenden Beobachtungsinstrument I befinden wird.
  • Die Erfindung erstreckt sich auf verschiedene Ausführungsarten.
  • Im Fall der Fig. 2 sind die beiden rückstrahlenden Glieder des Abtasters durch lichtdurchlässige Systeme OiO2 ersetzt. Unter diesen Umständen verläuft der optische Weg entsprechend M, 02, R2, R1, O,, I und ist stets von gleichbleibender Länge.
  • Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung, wonach die Fadenkreuzscheib e vom Abtaster getragen ist.
  • In diesem Fall wird die Fadenkreuzscheibe als das eine optische Glied des Abtasters angesehen. Ist die Ziel- oder Fadenkreuzscheibe M bei öi angeordnet, dann ist das andere, bei °2 befindliche Glied ein lichtdurchlässiges Glied.
  • Das Bild des Fadenkreuzes wird noch feststehen, da es auf Unendlich zurückgeworfen ist, welches auch die Stellung sein mag, die der Abtaster auf der nachzuprüfenden Geraden einnimmt.
  • Im Fall der Fig. 4 ist die FadenkreuzscheibeM mit dem Glied 0 des Abtasters identisch, während das Glied Oj ein lichtdurchlässiges Glied ist.
  • Das Beobachtungsinstrument 1 ist am Abtaster befestigt. Ein zusätzlicher Spiegel R gestattet eine bequeme Orientierung dieses Instruments I, das die Bewegungen des Abtasters mitmacht. Das Scharfeinstellen bleibt konstant, aber diesmal braucht das von dem Abtaster und. den festen Spiegeln gelieferte Bild der Fadenkreuzscheibe nicht auf Unendlich zurückgenvorfen zu werden. Auf diese Weise kann die Beobachtung im konvergierenden Licht erfolgen.
  • Dieser Spezialabtaster~hat noch eine andere Eigenschaft, die die Meßvorgänge gestattet. Seine beiden optischen Glieder sind nämlich so gewählt, daß ihre kleinen Querverstellungen als Folge kleiner Unebenheiten oder mangelnder Geradlinigkeit der na.chzuprüfenden Werkstücke in einer Verlagerung des Bildes zum Ausdruck kommen und daß im Gegenteil eine Änderung ihrer Orientierung auf die Messungen ohne Einfluß bleibt.
  • Welches auch die gewählte Ausbildung sein mag, so müssen die die feststehenden. Endrefiektoren bildenden optischen Glieder derart gewählt sein, daß von diesen beiden optischen Gliedern des Abtasters jedes in de.mselben und nicht im entgegengesetzten Sinn zu scheinbaren Querverlagerungen des zu messenden Bildes beiträgt. Mit anderen Worten, diese Verlagerungen müssen sich addieren, nicht aber voneinander abziehen, was stets zu er reichen ist.
  • Wie bereits dargelegt, können auf Wunsch die optischen Glieder des Abtasters und der Endreflektoren derart gewählt sein, daß sich das Bild des Fadenkreuzes od. dgl. in einem gleichbleibenden (endlichen oder unendlichen3 Abstand vom Beobachtungsinstrument befindet, in welchem die zu messenden Abstände in Form eines Abstandes zwischen zwei Bildern zu beobachten sind. Diese Abstände werden übrigens nach den. bekannten.
  • Verfahren gemessen mittels Mikrometerokularen, Lamellen-, Prismen-, Linsenablenkern. oder durch mikrometrische Verstellungen der optischen Glieder des Abtasters in bezug auf diese letzteren bis zum Zusammenstoßen der beiden vorerwähnten Bilder.
  • Es kann noch ein mit einer Teilung versehener Mikrometer in der Ebene des im Beobachtungsinstrument gebildeten Bildes benutzt und der Abstand zwischen den beiden Bildern unmittelbar abgelesen werden.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele des e!rfuldungsgemäßen Prüfgeräts sind nachstehend beschrieben.
  • In der Praxis genügen zur Herstellung dieses Geräts drei getrennte Einheiten, Idie um den Abtaster und die beiden Endreflektoren herum angeordnet werden. Je nach dem Fall sind die Ziel-oder Fadenkreuzscheibe und das Beobachtungsinstrument fest mit den obigen Endreflektoren oder mit dem Abtaster verbunden.
  • Die Fig. 5 zeigt ein Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit eines Werkstücks.
  • Die Ziel- und Fadenkreuzscheibe M ist fest und vom Abtaster unabhängig.
  • Die optischen Glieder °1-°2 des Abtasters bilden zwei Flächenwinkel mit zur nachzuprüfenden Ebene parallelen Kanten. Der eine der beiden Spiegel mit parallelen Seiten des Flächenwinkels °2 ist halb mit einer Silberschicht versehen. Von den Endreflektoen ist der eine ein Flächenwinkel Rl, der andere ein ebener Spiegel R2.
  • Die Vorrichtung zum Messen der Abstände! besteht in ein.er mit parallelen Flächen versehenen Lamelle oder Scheibe I, die vor dem Objektiv Ob des Beobachtungsinstruments I neigbar angeordnet ist; dieses Beobachtungsinstrument 1 kann im vorliegenden Fall ein einfaches Visier sein. Bei Ver- folgung der Entstehung der Bilder ist ohne weiteres zu sehen, daß die zur nachzuprüfenden Ebene rechtwinkligen Abstände sich summieren, die zu dieser Ebene paralielen Abstände dagegen abziehen. Die Vorrichtung gestattet somit nur die Nachprüfung der Ebenheit.
  • Die Fig. 6 zeigt ein Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit und der Ausrichtung, bei dem die beiden vo,m Abtaster P getragenen Glieder zwei aus drei Rechtecken gebildete Prismen °l und °2 sind.
  • Die Fadenkreuzscheibe M ist feststehend und mit dem Eintrittsreflektolr Rl (ebenfalls ein aus drei Rechtecke bestehendes Prisma) fest verbunden.
  • Der andere Endreflektor R2 ist ein Prisma mit drei Rückstrahlungen, dessen rückstrahlende Flächen sich längs paralleler, zur Nachprüfungsrichtung L rechtwinklig verlaufender Geraden schneiden.
  • Das Fadenkreuzbild wird durch ein mit dem Reflektor R2 fest verbundenes Fadenkreuzvisier 1 be ob achtet. Als Meßorgan ist eine mit parallelen Flächen versehene Lamelle 1 angegeben worden, die um zwei zueinander rechtwinklige Richtungen verschwenkbar ist und das Messen der Abstände in diesen beiden Richtungen gestattet.
  • Infolge der optischen Vergrößerung der Abstände ist das Gerät sehr feinfühlig. Ein vom Abtaster ermittelter Abstand e ergibt eine ähnliche Bildverlagerung, wie sie eine Verstellung der Fadenkreuzscheibe um qe zur Folge hätte.
  • Bei aufmerksamer Verfolgung der Entstehung der Bilder ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Summierung der Querabstände eintrifft, die in einer zu der Geraden rechtwinkligen Ebene liegen. Diese Vorrichtung gestattet somit die Nachprüfung der Ausrichtung.
  • Die Fig. 7 veranschaulicht ein Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit und der Ausrichtung, bei dem die Fadenkreuzscheibe od. dgl. mit dem Abtaster starr verbunden ist. Die beiden optischen Glieder des Abtasters enthalten das Fadenkreuz M und ein Objektiv 0 mit dem besonderen Merkmal, daß das Fadenkreuz od. dgl. auf dem Objektiv eingezeichnet ist. Die EndreflektoreAn enthalten ein aus drei Rechtecken bestehendes Prisma R1 und ein dreifach rückstrahlendes Prisma2, dessen drei rückstrahlende Seiten sich entsprechend untereinander parallelen, aber zur Kontrollgeraden L rechtwinkligen Geraden schneiden. Der Abstand zwischen den beiden Prismen Rl und R2 ist so groß, daß der vom Licht durcheilte Kreislauf gleichbleibender Länge vom Fadenkreuz M des Abtasters zu dessen Objektiv O der Brennweite dieses Objektivs gleich ist. Das Bild des Fadenkreuzes ist also stets auf Unendlich eingestellt.
  • Dieses Bild beobachtet man in dem Visierrohr 1, das mit einem Fadenkreuz versehen und auf Unendlich eingestellt ist. Die Lichtstrahlen dringen zu diesem Zweck durch eine Haibsilberschicht, die auf die Seite r des Refiektors R2 aufgetragen ist.
  • Das Messen der Abweichungen von der Ebenheit oder Ausrichtung erfolgt beispielsweise mittels eines Mikrometerokulars.
  • In dieser Vorrichtung tritt ein Zusammen. summieren der Abstände oder Abweichungen in der zur Geraden L rechtwinkligen Richtung ein. Das Messen der Ausrichtungen ist also möglich.
  • Für ein Gerät, das lediglich zum Nachprüfen der Ebenheit bestimmt ist, kann diese Anordnung in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise geändert werden'.
  • Die Ziel- oder Fadenkreuzscheibe M ist auf dem Abtaster befestigt, befindet sich aber nicht mehr auf dem Objektiv 0. Der Reflektor Rt ist ein Flächenwinkel, dessen rückstrahlende Flächen sich längs einer zur nachzuprüfenden Ebene parallelen Linie schneiden, und der Reflektor R2 ist ein ebener Spiegel, der lotrecht ist zur Geraden L, längs welcher die Nachprüfung der Ebenheit erfolgt.
  • Die Zielscheibe M ist auf dem Abtaster befestigt, aber nicht mehr auf dem Objektiv 0. Der Reflektor R, ist ein Flächenwinkel, dessen rückstrahlende Flächen sich längs einer Linie schneiden, die zu der nachzuprüfenden Ebene parallel verläuft.
  • Der Spiegel R2 wiederum ist ein ebener Spiegel, der lotrecht auf der Geraden L steht, welche zur Nachprüfung der Ebenheit dient.
  • Der optische Kreislauf gleichbleibender Länge, der von der Zielscheibe M zum Abtaster verläuft, ist gleich der Brennweite des Objektivs 0. Das Bild der Ziel- oder Fadenkreuzscheibe ist noch auf Unendlich zurückgeworfen und wird durch das stets auf Unendlich eingestellte Beobachtungsinstrument I beobachtet.
  • Das Messen der Abweichungen erfolgt durch Verschieben eines Ablenkprismas D, das zwischen dem Objektiv Ob und der Ebene des von diesem erzeugten Bildes angeordnet ist. In diesem Fall erfolgt ein Summieren der Abstände nur dann, wenn diese lotrecht in der Figur verlaufen. Die Vorrichtung gestattet also nur die Nachprüfung ebener Flächen.
  • Es ist jedoch zu bemerken, daß das Gerät wie alle Geräte zum Prüfen der Ebenheit auch die Ausrichtung nachzuprüfen gestattet, indem zwei Meßvorgänge nacheinander durchgeführt werden. Die Abstände wären von den in Frage kommenden Punkten in bezug auf zwei rechteckige Ebenen zu ermitteln, wobei diese letzteren beispielsweise parallel zu der Geraden verlaufen, auf welche sie ausgerichtet werden sollten.
  • Die Fig. g zeigt eine Ausführungsart eines Geräts zum Nachprüfen der Ebenheit und Ausrichtung, das ähnlich wie in Fig. 7 ausgebildet ist, in welchem aber die Zielscheibe M nicht vom Abtaster P getragen ist. Die optischen Glieder des Abtasters be stehen aus zwei zu einem einzigen Objektiv O zusammengerückten Obj elctiven. Die Endreflektoren und das Beobachtungsinstrument sind dieselben wie in Fig. 7. Der Abstand zwischen den Retlektoren 111 und R2 ist derart, daß der erfindungsgemäße Kreislauf gleichbleibender Länge das Doppelte der Brennweite des Objektivs 0 mißt. Unter diesen Umständen ergibt er von einem auf Unendlich liegenden Gegenstand ein ebenfalls auf Unendlich bemessenes Bild nach seinem zweiten Durchdringen durch das Licht.
  • Im vorliegenden Fall ist die ZielscheibeM im Brennpunkt eines Objektivs C angeordnet, und ihr Bild ist auf Unendlich zuruckgeworfen. Die Prismen R1 und R2 werden durch halbversilberte Flächen i;, r2 ergänzt, die den Durchgang des einfallenden Lichts gestatten.
  • Die Fig. IO zeigt eine abgeänderte Ausführung der vorhergehenden Ausbildung. Die Zielscheibe 1I ist in der Nähe des Reflektorsystems Rf angeordnet, wobei dieses letztere von einem Flächenwinkel gebildet wird. Ihr Bild ist nicht mehr wie im Fall der Fig. g auf Unendlich eingestellt. Unter diesen Bedingungen ergibt das Licht, das von den Endreflektoren zurückgeworfen wird und das Objektiv 0 des Abtasters zweimal durchquert von der Zielscheibe M bei M' ein Bild von endlichem und gleichbleibendem Abstand..
  • Das Beoba.chtungsinstrument kann sich auf ein einfaches Okular Oc beschränken. Ist der Endreflektor R2 ebenfalls ein Flächenwinkel, so summieren sich die aus den Verstellungen des Objektivs 0 ergebenden Bildverstellungen, und die Vorrichtung gestattet das Nachprüfen der Ausrichtung.
  • Sollte nur ein Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit erzielt werden, so hätte man die Halbspiegelschichten der Vorrichtungen gemäß den Fig. g und IO fortlassen können und nur zwei nicht zusammenfallendei, nebeneinander angeordnete Objektive zu benutzen brauchen. Selbstverständlich lassen sich an Stelle der erwähnten Objektive auch kugelige Spiegel verwenden.
  • Die optischen Systeme des Abtasters können einfach zwei Fadenkreuzscheiben M und M' sein, wie die Fig. 1 1 zeigt. Die Elldreflelçtolren. sind identisch und enthalten ein Prisma mit Flächenwinke1-spiegeln und ein Objektiv. Die beiden Objektive sind derart angeordnet, daß ihre Hauptbrennpunkte zusammenfallen.
  • Unter diesen Bedingungen befindet sich das in den Endreflektoren erzeugte Bild von llI in der Nähe von M' und in deren Ebene.
  • Der Abstand von M' und dem Bild von M schwankt wie das Doppelte der zu messenden Abweichungen. Das Beobachtungsinstrument kann ein einfaches, vom Abtaster getragenes Okular O c sein.
  • Zwecks größerer Bequemlichkeit bei der Beobachtung wird das Licht im Winkel von 900. auf einen ebenen Silberspiegel R zurückgeworfen.
  • Das Messen geschieht beispielsweise durch einfache mikrometrische Verstellung der Fadenkreuzscheibe auf ihrem Träger, der vom Abtaster gebildet wird.
  • Die Fig. 12 zeigt eine besonders einfache Ausführungsart, die ein Nachprüfen sowohl der Ebenheit als auch der Ausrichtung gestattet.
  • Der Abtaster weist ein einziges Mikrometer auf, in Wirklichkeit erfüllt er infolge des doppelten Durchgangs des Lichts die Aufgabe zweier zusammengelegter Mikrometer. Die Endreflektoren sind zwei kugelige Spiegel Rt und R2 von gleicher Achse und zusammenfallenden Brennpunkten.
  • Unter diesen Bedingungen ergibt das optische System der Endrefiektoren von der Zielscheibe M nach Zurücklegung des Kreislaufs gleichbleibender Länge durch das Licht ein Bild, das, wie im Fall der Fig. I I, in der Ebene der Zielscheibe lkl liegt.
  • Beim Nachprüfen wird die Zielscheibe und. ihr ( Tild bequem beobachtet, indem das Licht mittels eines am Abtaster festsitzenden. Halbsilberspiegels R im Winkel von 900 zurückgeworfen wird. Die Beobachtung kann unter denselben Bedingungen wie im Fall der Fig..II mittels eines ebenfalls am Abtaster festsitzenden Okulars Oc erfolgen.
  • Außer den beschriebenen Ausführungsarten lassen sich zahlreiche andere, jedoch stets auf denselben Grundsätzen beruhende Ausführungsarten kombinieren.
  • Für die optischen Glieder des Abtasters können s'elbstverständlich optische, dioptrische oder katadioptrische Teile benutzt werden (ebene Spiegel, Prismen mit totaler Rückstrahlung, Kugel-, Zylinderspiegel, Kugel-, Kugelzylinder-, Fadenkreuzlinsen usw.). Als einzige Bedingung müssen diese Glieder derart miteinander kombiniert sein, daß die kleinen Querverstellungen des Abtasters im Sinn der zu messenden Abweichungen als Folge seines Stellungswechsels auf dem nachzuprüfenden Werkstück in einer Verlagerung des Fadenkreuzbildes zum Ausdruck kommen und daß im Gegenteil die Orientierungsmängel auf die Messungen wirkungslos bleiben. Wie bereits dargelegt, kann sogar der Flächenwinkel von 900 benutzt werden.
  • Diese letztere Vorrichtung ist zwar gegen. Verdrehungen um zu dessen Kante nicht parallele Achsen empfindlich, kann aber noch zum Nachprüfen der Ebenheit verwendet werden. Sie braucht nur so orientiert zu werden, daß ihre Kante parallel zur nachzuprüfenden Ebene verläuft.
  • Ganz allgemeinhin kann durch Kompensation von auf Verdrehung empfindlichen Glieedern. Ger hrauch gemacht werden, sofern diese paarweise vorgesehen sind und die Verdrehwirkungen dieser Glieder sich aufheben. So können zwei Kugel- oder Zylinderspiegel benutzt werden.
  • In; den angeführten Ausführungsbeispielen durchläuft das Licht den erfindungsgemäßen Kreislauf gleichbleibender Länge nur ein einziges Mal. Es ist zu bemerken, daß sich die Erfindung auf jegliches optische Prüfgerät erstreckt, in welchem das Licht den erfindungsgemäßen optischen Weg gleichbleibender Länge ein- oder mehrmals durchläuft.
  • Der Abtaster trägt alsdann mehr als zwei optische Glieder und wird vom Licht vier-, sechs- oder noch mehrere Male durchquert.
  • Ebenso wie die optischen! Glieder des Abtasters können auch die Reflektoren auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein. (Flachspiegel, Prismen mit totaler Rückstrahlung, Kugel-, Zylinderspiegel, Kugellinsenl, Kugelzylinderlinsen usw.).
  • Diese Reflektoren müssen das Licht in der Richtung des Abtasters zurückwerfen und außerdem eine Zahl von Rückstrahlungen aufweisen., die insgesamt das Summieren und nicht den Ausgleich der kleinen Verlagerungen der Bilder der für jedes einzelne optische Glied des Abtasters gegebenen Ziel-oder Fadenkreuzscheibe od. dgl. gestatten.
  • Endlich ist auf einen Vorteil des neuen optischen Prüfgeräts hinzuweisen, das im allgemeinen präziser ist als die bisher bekannten Prüfgeräte, was insbesondere darauf zurückzuführen ist, daß die kleinen Querverlagerungen des Fadenkreuzbildes als Folge der Verstellungen des Ab tasters durch mindestens zwei Durchgänge des Lichts durch die vom Abtaster getragenen optischen Glieder nachgewiesen sind, woraus sich eine um so größere optische Vergrößerung der Abstände ergibt, je größer die Zahl des Lichtdurchgangs ist.

Claims (20)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Optisches Gerät zum Nachprüfen der Ebenheit und Ausrichtung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Abschätzung der Beohachtungsgröße dienende und in unmittelbarer Berührung mit dem Prüfobjekt oder in bekanntem Abstand von diesem verschiebbare Abtaster (P) ein oder mehrere an der Bildung des optischen Kreislaufs von der Zielscheibe (M) zum Beobachtungsinstrument (I) beteiligte Glieder trägt, und das zur Ableitung der Meßgröße die visuelle oder photographische Beobachtung der scheinbaren Bildverl agerungen eine gegebenenfalls vom Abtaster (P) getragene Fadenkreuzscheibe (M) dient, deren Bild von einem optischen System mit konstanter Länge seines Kreislaufs erzeugt wird, indem er vom Abtaster ausgehend von zwei an den beiden Enden einer Kontrollinie (L) fest angeordneten Retlektorsystemen zu diesem geschlossen. wird.
  2. 2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster (P) im allgemeinen mindestens zwei optische Glieder oder irgendeine paarweise An.zahl von optischen Gliedern trägt, deren jedes Paar durch ein einziges Glied ersetzt sein kann, wenn dieses vom Licht zwei- -mal bea;ufschlagt wird.
  3. 3. Gerät nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster zwischen zwei Reflektorsystemen (Ri, R2) derart angeordnet ist, daß das Licht den Kreislauf gleichbleibender Länge, vom Abtaster ausgehende durchläuft und zu diesem nach dem Zurückwerfen durch die beiden Reflektorsysteme zurückkehrt, während dieser Kreislauf in dem Weg enthalten ist, den das Licht zwecks Bildung des endgiiltigen Bildes der Ziel- oder Fadenkreuzscheibe (M) zurücklegt.
  4. 4. Gerät nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenkrenzscheibe (M) mit dem Abtaster (P) fest verbunden ist.
  5. 5. Gerät nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenkreuzscheibe feststeht und vom Abtaster unabhängig ist.
  6. 6. Gerät nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsinstrument (1) fest ist.
  7. 7. Gerät nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsinstrument (1) mit dem Abtaster (P) fest verbunden ist.
  8. 8. Gerät nach Anspruch I oder den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Abtaster getragenen. optischen Glieder unter den bekannten Mitteln derart ausgewählt sind, daß sie bei Einbringung in einen Lichtkreislauf zwischen. Objekt und Bild durch Querverschiebung auch zu einer Querverschiebung des Bildes führen.
  9. 9. Gerät nach Anspruch I oder den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch geinnzeich.net, daß die von den Endreflektoren. bewirkten Reflektionen von gerader Anzahl sind, so daß sich die von den tOuerverschiebungen der optischen Glieder des Abtasters herrührenden Bildverschiebungen addieren.
  10. IO. Gerät nach den vorhergehenden An sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoren Spiegel, Prismen mit totaler Rückstrahlung und gegebenenfalls kugelige, zylindrische oder kugelig-zylindrische Linsen und Spiegel aufweisen, die derart angeordnet sind, daß das Bild der Fadenkreuzscheibe (M), das nach Durchquerung des erfindungsgemäßen Kreislaufs durch das Licht gebildet wird, in einem gleichbleibenden Abstand vom Beobachtungsinstrument (1) oder vom photographischen Apparat zu liegen kommt.
  11. 11. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Messung der Abweichungen. oder Abstände durch bekannte Mittel erfolgt, die es gestatten, den Winkelabstand eines Bildes von einem Fadenkreuz oder auch zweier in ein und derselben Ebene gelegener Bilder abzuschätzen, und sich dieser Meßwert von der mikrometrischen Verstellung der vom Abtaster getragenen optischen Glieder in bezug auf diesen Abtaster ableitet, die zum Überlagern des Endbildes und des Fadenkreuzes (M) erforderlich ist.
  12. 12. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Glieder in drei getrennte Einheiten aufgeteilt sind, die je um den Abtaster bzw. die Endreflektoren herum angeordnet sind.
  13. 13. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Glieder des Abtasters aus zwei Flächenwinkeln von go° mit zur nachzuprüfenden Ebene parallelen Kanten und die Endreflektoren aus je einem Flächenwinkel von.go°l mit zur nachzuprüfenden Ebene parallelen Kanten und einem Flachspiegel bestehen, während die Fadenkreuzscheibe (M) und das Beobachtungsinstrument (I) feststehen und in der Nähe je eines der beiden Endreflektoren angeordnet sind.
  14. 4. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Abtaster getragenen optischen Glieder zwei aus drei Rechtecken bestehende Prismen (Trieder) sind, die Endreflektoren ein Flächenwinkel von 90 und ein. Reflektor mit drei rückstrahlenden Flächen sind, deren Schnittlinien untereinander parallel und rechtwinklig zu der Geraden (L) verlaufen, längs welcher Geraden die Nachprüfung erfolgt.
  15. 15. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Glieder des Abtasters in. einem Objektiv und einem auf dieses gezeichneten Fadenr kreuz bestehen und der Abstand zwischen den Endreflektoren so groß ist, daß das vom Objektiv gelieferte Bild des Fadenkreuzes od. dgl. auf Unendlich eingestellt ist.
  16. I6. Gerät nach den vorhergehenden. Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster nebeneinander und in derselben Ebene eine Fadenkreuzscheibe und ein Objektiv trägt und die Reflektorsysteme dieselben wie in Anspruch I3 sind, und ihr Abstand so groß ist, daß das Bild des Fadenkreuzes od. dgl. ins Unendlichte zurückgeworfen wird.
  17. 17. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster nur ein einziges optisches Glied, das Objektiv, trägt und die Abstände zwischen den Endreflektoren so groß sind, daß der vom Licht zurückgelegte Weg, um vom Objektiv auszugehen und zu diesem wieder zurückzukehren, das Doppelte der Brennweite dieses Objektivs beträgt, während die Fadenkreuzscheibe feststeht und im Brennpunkt eines Kollimators angeordnet ist.
  18. I 8. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endreflektor aus einem. Flächenwinkel von go0 mit zur Kontrollgeraden (L) rechtwinkligen Kanten besteht, die Fadenkreuzscheibe sich in der Nähe eines dieser Endreflektoren befindet und der Abstand zwischen den Reflektoren so groß ist, daß der vom Licht zurückgelegte Weg, um vom Objektiv auszugehen und zu diesem wieder zurückzukehren, das Doppelte der Brennweite dieses Objektivs beträgt.
  19. 19. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster zwei dicht beieinanderlieigende Fadenkreuze trägt, die aus Flächenwinkeln bestehenden Endreflektoren außerdem Objektive mit gleicher Brennweite und zusammenfallenden Brennpunkten aufweisen und daß die Beobachtung mittels eines Instruments erfolgt, das mit dem Abtaster verbunden ist.
  20. 20. Gerät nach den vorhergehenden Ansprächen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden vom Abtaster getragenen Fadenkreuze zusammenfallen. und die Endreflektoren aus Kugelspiegeln bestehen, deren Brennpunkte zusammenfallen, während das Beobachtungsinstrument mit dem Abtaster verbunden ist.
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