DE876161C

DE876161C - Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes

Info

Publication number: DE876161C
Application number: DES4912D
Authority: DE
Inventors: Fernand Turrettini
Original assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Current assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Priority date: 1942-05-09
Filing date: 1942-05-09
Publication date: 1953-05-11

Description

Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes Die bis heute verwendete Technik zur Lösung des Problems der Bestimmung der Lage eines Objektes, z. B. eines geteilten Maßstabes oder einer mit Teilstrichen versehenen Gleitbahn einer Maschiene, besteht darin, daß man die Lage desselben im Feld eines Mikroskops beobachtet, das gewölmlicll mit einem Mikrometer versehen ist, der dazu dient, die Lage des Objektes zu messen.
Die Genauigkeit dieser Methode ist durch folgende Betrachtungen beschränkt: Die Vergrößerung des optischen Systems vergrößer die ssirklicllen Maße des Objektes wie die zu messenden Veränderungen der Lage desselben.
Die Vergrößerung ist unbedingt beschränkt, damit die Erscheinung des auf diese Weise vergrößerten Objektes keine unbequemen Maße aufnimmt und damit das Bild desselben genügend deutlich bleibt.
Die Messungen werden durchgeführt, indem man im Feld des Mikroskops das Zusammentreffen eines unter der Wirkung dues Mikrometers beweglichen Zeigers mit dem Bild des beobachteten Objektes mit dem Auge schätzt.
Die Sehschärfe und die physiologische Ermüdung des Beobachters beeinflussen seine Arbeit, die dadurch desto schwieriger gemacht wird, daß er Mengen schätzen soll, die viel kleiner sind als die scheinblaren Maße des Zeigers und des Bildes des Objektes.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes, welche alle erwähnten Nachteile ausschließt.
Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein gegenüber dem Objekt aufgestelltes Objektiv, durch einen hinter diesem Objektiv schwingungsfähig aufgebauten optischen Ablenker, durch einen die Schwingungen des Ablenkers unterhaltenden synchronen Schwingungserzeuger, durch ein nach dem Ablenker zwischengeschaltetes Gitter, durch eine hinter dem Gitter liegende photoelektrische Zelle, durch einen mit dies, er Zelle verbundenen Relaisverstärker, durch eine mit diesem Verstärker verbundene augenblicklich wirkende Lichtblitzlampe und durch ein mit mindesrtens einem Zeiger und einem Vergleichstrich versehenes Beobachtungsorgan, welches Organ durch die erwähnte Lampe belichtet und durch einen Synchronmotor angetrieben wird, so daß der aus dem Bild des einzustellenden Objektes und durch das Objektiv strahlende Lichtfluß, der unter der Wirkung des Ablenkers hin und her schwingt, mit den Öffnungen des Gitters periodisch' zusammentrifft und die Zelle trifft, deren verstärkte Reaktionen die Lampe erregen, die auf das Beobachtungs-organ Lichtblitze wirft, wobei der Zeiger dieses Organs im Verhältnis mit dem Vergleichstrich in einer veränderlichen Lage erscheint, die in einem vergrößerten Maßstab die Lagexlveränderungen des Objektes im Verhältnis zu dem optischen System wiedergibt.
Die Zeichnung ist z. B. eine schlematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
I ist ein Objekt wie der mit einer Teilung versehene Schlitten einer Maschine oder ein Präzisionsmaßstab mit einer Teilung 2, deren Lage bestimmt werden kann. 3 ist das Objektiv des. auf die Teilung 2 gerichteten optischen Systems. Das loptische System ist auch mit einem Ablenkungsglas 4 versehen, das schwingungsfähig mittels der elastischen Streifen 5 und 5a auf den Klemmen 6 und 6a montiert ist. diese mit einem Wechselstromversorgungsnetz 20 verbundenen Klemmen erregen die auf dem Rahmen 7 des Ablenkungsdglases aufgewundene Spule 7a. Dieses abllenkungsglas schwingt periodisch in dem Luftspalt eines Induktors 8, von dessen Pole nur einer, 8a, dargestellt ist.
ZU diesem optischen System gehört noch ein Gitter 9, dessen Öffnungen dem bild der Teilung 3 entsprechen, sowie eine hinter diesem Gitter liegende photoelektrische Zelle 10, die durch einen Verstärker 1 1 mit einem augenblicklich wirkenden Remais 12 verbunden ist.
Das Beobachtungsorgan ist eine Platte 13, die in der beschriebenen Ausführungsform durchsichtig ist, und die einen Zeiger 14 und einen zu einer Teilung 19 gehörenden Vergleichstrich 14a trägt.
Diese Platte ist auf einer auf der Achse 16 befestigten Nabe 15 montiert und durch einen mit dem netz 20 verbundenen Synchronmotor 17 angetrieben. Diese drehende Platte wird durch eine Lichtblitzlampe 18 belichtet, die vom Relais 12 erregt wird. Eine Abdeckung 21 ist mit einem Beobachtungsfenster versehen, worin der Zeiger und der Vergleichstrich in der Lage erscheinen, in welcher sie sich befinden, wenn sie einen augenblicklichen Lichtblitz erhalten.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende: Wenn die Frequenz der durch die Lampe 18 ausgestrahlten Lichtblitze sechzehn oder mehr Blitze pro Sekunde erreicht, so werden der Zeiger 14 und der Vergleichstrich 14a, die nur in der augenblicklichen Lage sichtbar sind, in welcher sie einen Lichtblitz erhalten, infolge der Beharrlichkeit der Retina dauernd sichtbar, und sie werden unbeweglich scheinen, so lange die Teilung 2 in bezug auf die Achse des optischen Systems unbeweglich sein wird.
Wenn die Teilung 2 des Objektes, dessen Lage zu bestimmen ist, sich in der Achse des optischen Systems befindet, so stellt sich das Beobachtungsorgan wie in Fig. 2 vor, d. h. der Zeiger 14 und der Vergleichstrich 14a augenscheinlich übereinanderliegend.
Wenn im Gegenteil die Teilung 2 in bezug auf die optische Achse verschoben wird, so scheint auch der Zeiger 14 sich in die entsprechende Richtung zu verschieben, und der Vergleichstrich und seine Teilung schleifen sich in die umgekehrte Richtung zu verschieblen, wie in Fig. 3.
In der Tat, wenn die Teilung 2 des einzustellenden Objektes auf der optischen Achse liegt, so wird das durch den schwingenden Ablenker 4 projizierte Bild der Teilung gleichmäßig links und rechts der Öffnungen des Gitters 9 abgelenkt, und dieses Bild trifft während eines sehr kurzen Bruchteils jeder Nalbperiode des Netzes 20 mit diesen Öffnungen genau zusammen. Die Zeitabschnitte zwischen diesen Kongi'uenzen sind gleich.
Die Zelle 10 gibt einen Strom, der von der durch die oeffnungen des Gitters 9 erhaltenen Lichtmenge abhängt. Bei jeder Kongruenz des Bildes und dieser Öffnungen erfährt das durch das Gitter durchdringende Licht leine starke quantitative Schwankung, und der durch die Zelle gelieferte Strom erfährt eine plötzliche Veränderung, die in ii verstärkt wird und dem augenblicklich wirkenden Relais 12 einen Implus gibt, so daß die Lampe 18 sofort einen Lichtblitz wirft.
Wenn die Teilung 2 auf der optischen Achse liegt, dann sind die Zeitabschnitte zwischen den aufeinanderfolgenden Lichtblitzen untereinander gleich, und der Zeiger 14 legt sich augenscheinlich auf den Verlgleichstrich 14a, wie in Fig. 2 dargestellt, weil infolge ihrer diametral entgegengesetzten Lage auf der Platbe I3 sie sich bei jedem Lichtblitz in derselben Stellung befinden.
Wenn dagegen die Teilung 2 sich in bezug auf die optische Achse verschiebt, so erfolgen die Kongruenzen und infolgedessen auch die entsprechenden Lichtblitze früher in den positiven Halbperioden und später in den negartiven Halbperioden, oder umgekehrt, je nach der Lage. Der zeiger 14 erscheint also auch früher im Verlauf seiner Drehung, und er scheint sich im entgegengesetzten Sinn der Drehbewegung der Platte zu verschieben, während der Verglieichstrich 14a und die ihn umrahmende Teilung später im Verlauf ihrer Drehung erscheinen und sich in die Drehrichtung der Platte zu verschieben scheinen werden, wie in Fig. 3, oder umgekehrt für eine Lage in dem entgegengesetzten Sinn.
Diese Vorrichtung ermöglicht die Vergrößerung in einem viel weiteren Umfang zu benutzen, als dies mit einer Augenvorrichtung in der Art eines Mikroskops möglich ist, denn sie ist nicht mehr abhängig von irgendwelcher Betrachtung optischer oder physiologischer Natur. Die Vergrößerung ist in Wirklichkeit eine Funktion des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeit des Zeiger 14 oder des Vergleichstriches 1 4a zu der SchwingungsschnFelligkeit der Schwingungsbewegung des Bildes auf dem Gitter. Da die unmittelbare Schätzung der Kongruenz des Bildes des Objektes und eines Zeigers nicht mehr mit dem Auge durchgeführt wird, sondern durch eine photoelektrische Reaktion, so kommt der persönliche Faktor des Beobachters bei dieser Schätzung auch nicht mehr in Betracht.
Der Beobachter blickt mit bloßem Auge einen Zeiger und einen Vergleichstrich an, deren Verschiebungen in bezug auf diejenigen des einzustellenden Objektes beträchtlich vergrößert sind.
Er beobachtet also mittelhar, mühelos und mit einer unvergleichhar größeren Genauigkeit.
Diese Vorrichtung kann selbstverständlich auch für andere Anwendungsgebiete benutzt werden als dasjenige, das beschrieben worden ist. Sie wird ihre Anwendung in jedem F,all finden, wo es sich darum handelt, sehr kleine Maße augenscheinlich beträchtlich zu vergrößern, indem man ein optisches System verwenden wird, dessen Vergrößerung durch ein photoelektrisches, eine mittelbare Beobachtung der Lage des Objektives ermöglichendes System verstärkt. Diese Vorrichtung eignet sich übrigens besonders gut zur photographischen Aufnahme d'er Lage des einzustellenden Objektes mittels einer vor dem Fenster des Beobachtungsorgans aufgestellten lichtempfindlichen Platte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : I. Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes, gekennzeichniet durch ein gegenüber dem Objekt aufgestelltes Objektiv, durch einen hinter diesem Objektiv schwirbgungsfähig aufgebauten optischen Ablenker, durch einen die Schwingungen des Ablenkers unterhaltenden synchronen Schwingungserzeuger, durch ein nach dem Ablenker zwischengeschaltetes Gitter, durch eine hinter dem Gitter liegende photoelektrische Zelle, durch einen mit dieser Zelle verbundenen Relaisverstärker, durch eine mit diesem Verstärker verbundenle augenblicklich wirkende Lichthlitzlampe und durch ein mit mindestens einem Zeiger und einem Vergleichstrich versehenes Beobachtungsorgan, welches Organ durch die erwähnte Lampe belichtet und durch einen Synchronmotor angetrieben wird, so daß der aus dem Bild des einzustellenden Objektes und durch das Objektiv strahlende Lichtfluß, der unter der Wirkung des Ablenkers hin und her schwingt, mit den Öffnungen des Gitters periodisch zusammentrifft und die Zelle trifft, deren verstärkte Reaktionen die Lampe erregen, die auf das Beobachtungsorgan Lichtblitze wirft, so daß der Zeiger dieses Organs im Verhältnis mit dem Vergleichstrich in einer veränderlichen Lage erscheint, die in einem vergrößerten Maßstab die Lagenveränderungen des Objektes im Verhältnis zu dem optischen System wiedergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet dadurch, daß die Frequenz dærSchwingungsbewegung des Bildes auf dem Gitter und infolgedessen diejenige der augenblicklichen Lichtblitze so hoch ist, daß sich der Eindruck einer fortwährenden Belichtung ergibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Beobachtungsorgan eine Teilung trägt zur Bestimmung, des augenscheinlichen Ausschlages zwischen dem Zeiger und dem Vergleichstrich.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Zeiger und der Vergleichstrich verschieden und damit zu unterscheiden sind und auf diese Weise die Verschiebungsrichtung des Objektes bestimmen.
5. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet dadurch, daß das Beobachtungsorgan durchsichtig ist und hinter einer mit einem Beobachtungsfenster versehenen Abdeckung vor der Lampe liegt, so dlaß der Zeiger, der Vergleichstrich und die Teilung durch dieses Fenster nur durch die Lichtblitze sichtbar gemacht werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehbewegung des Beobachtungsorgans mit der Schwingungsbewegung des Bildes auf dem Gitter synchron ist.