DE884245C

DE884245C - Vorrichtung fuer die elektrische Bestimmung der Lage eines Objektes

Info

Publication number: DE884245C
Application number: DES4915D
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: 1944-06-06
Filing date: 1944-06-06
Publication date: 1953-07-23

Description

Vorrichtung für die elektrische Bestimmung der Lage eines Objektes Zusatz zum Patent 876 161 Die Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes gemäß dem Patent 876 I6I besteht aus einem gegenüber dem Objekt aufgestellten Objektiv, aus einem hinter diesem Objektiv schwingungsfähig aufgebauten optischen Ablenker, aus einem die Schwingungen des Ablenkers unterhaltenden synchronen Schwingungserzeuger, aus einem nach dem Ablenker zwischengeschalteten Gitter, aus einer hinter dem Gitter liegenden photoelektrischen Zelle, aus einem mit dieser Zelle verbundenen Relaisverstärker, aus einer mit diesem Verstärker verbundenen augenblicklich wirkenden Lichtblitzlampe und aus einem mit mindestens einem Zeiger und einem Vergleichstrich versehenen 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 Alérgleichstrich in einer veränderlichen Lage erscheint, die in einem vergrößerten Maßstab die Lagenveränderungen des Objektes im Verhältnis zu dem optischen System wiedergibt.
Diese Vorrichtung zeitigt sehr gute Resultate in bezug auf die Genauigkeit, hat aber den Nachteil, die Bestimmung nur innerhalb enger Grenzen zu gestatten. Diese Grenzen sind abhängig von der Vergrößerung der Apparatur und zu derselben umgekehrt proportional.
Die Vergrößerung ist gegeben durch das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit eines Zeigers und einer rotierenden Skala zur linearen Geschwindigkeit der Schwingung des Bildes auf dem Gitter.
Diese Vorrichtung ist bestimmt für Meßarbeiten, bei welchen der Mikron (O,OOI mm) die übliche Meßeinheit darstellt. Sie soll gestatten, Mikrons ohne Mühe von bloßem Auge abzulesen und Zehntelmikrons noch leicht schätzen zu können. Daraus ist ersichtlich, daß die Vergrößerung mindestens tausendfach sein muß, damit die an die Vorrichtung gestellten Forderungen erzielt werden können.
Die Dimensionen und die Rotationsgeschwindigkeit der Drehscheibe, welche den Zeiger und die Beobachtungsskala trägt, sowie die Beleuchtungsstärke der Lichtblitzlampe sind selbstverständlich aus konstruktiven Gründen begrenzt, so daß zur Erreichung einer starken Vergrößerung die lineare Geschwindigkeit der Schwingung des Bildes auf dem Gitter sehr gering sein muß. Ferner ist auch die Schwingungsweite begrenzt, weil die Frequenz der Schwingungen mindestens zwanzig Perioden in der Sekunde haben muß, damit die Beharrlichkeit der Retina des Beobachters ihm den Eindruck einer dauernden Beleuchtung erweckt.
Praktisch kann die Schwingungsweite des Bildes auf dem Gitter einige hundertstel Millimeter nicht übersteigen, insofern die Apparatur eine Vergrößerung von tausendfach haben soll.
Die Vorrichtung nach dem Patent 876 I6I kann deshalb nicht zur Anwendung kommen für die Bestimmung der Lage eines Objektes mit Millimeterteilung, da beim Anvisieren irgendeines Punktes innerhalb des Teilintervalls die Schwingungsweite des Bildes auf dem Gitter bei sehr starker Vergrößerung I mm nicht erreichen kann.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elektrische Bestimmung der Lage eines Objektes mit mindestens einer Teilung, welche die genannten Nachteile vermeidet, und gestattet Messungen auszuführen an irgendeinem Punkt eines Teilintervalls, z. B. millimetrisch, bei sehr starker Vergrößerung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein gegenüber der Teilung angebrachtes Objektiv, durch mindestens einen hinter diesem Objektiv schwingend aufgebauten optischen Ablenker, durch mindestens einen die Schwingungen des Ablenkers unterhaltenden synchronen Schwingungserzeuger, durch ein nach dem Ablenker zwischengeschaltetes Gitter mit mindestens zwei Reihen von Öffnungen mit verschiedenen Intervallen, durch eine hinter jeder Reihe von Öffnungen des Gitters liegende photoelektrische Zelle, durch einen mit jeder Zelle verbundenen Relaisverstärker, durch eine mit jedem Verstärker verbundene augenblicklich wirkende Lichtblitzlampe und durch ein Beobachtungsorgan mit mindestens zwei Zeigern und zwei Vérgleichsstrichen, welches durch die erwähnten Lampen belichtet und durch einen Synchronmotor angetrieben wird, so daß der aus dem Bild des einzustellenden Objektes und Idurch das Objektiv strahlende Lichtfluß, der unter der Wirkung des Ablenkers hin und her schwingt, mit beiden Reihen der Oifnungen des Gitters periodisch zusammentriitt und auf die Zellen fällt, deren verstärkte Reaktionen die Lampen erregen, welche Lichtblitze auf das Beobachtungsorgan werfen, wobei die Zeiger dieses Organs m bezug auf die Vergleichsstnche in einer veranderlichen Lage erscheinen, welche in vergrößertem Maßstab auf zwei verschiedenen Skalen dle Lagenänderungen des Objektes in bezug auf die Achse des optischen Systems wiedergeben.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise in schematischer Darstellung zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. I ist eine schematische Ansicht der ersten Ausführungsform; Fig. 2 ist eine Teilansicht der zweiten Ausführungsform; Fig. 3 stellt eine besondere Ausführung der Teilung dar.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Präzisionsmaßstab, welcher zur Bestimmung der Lage des Objektes dient, mit t bezeichnet und die auf demselben angebrachte Millimeterteilung mit 2.
Das Bild dieser Teilung wird mittels Objektiv 3 durch die schwingenden Ablenkgläser 4a und XDJ welche nebeneinander über je einer Hälfte des Objektivs 3 angebracht sind, auf ein Gitter g projiziert, welches mit einer Reihe von Öffnungen 9a versehen ist, deren Teilintervalle beispielsweise einer Distanz von 0,05 mm entsprechen, und einer zweiten Reihe Öffnungen 9b, deren Teil intervalle eine Distanz von I mm aufweisen.
Das Ablenkglas 4b schwingt um die Achse A-B mit solch einer Schwingungsweite, daß die totale Länge der Skala Igb genau einem Teilintervall von I mm auf dem Präzisionsmaßstab I entspricht. Desgleichen schwingt das Ablenkglas 4a um die Achse C-D mit einer Schwingungsweite, daß die totale Länge der Skala 19a genau einem Teilintervall von 0,05 mm des Präzisionsmaßstabes I entspricht.
Hinter den Oftnungsreihen 9a und 9b befindet sich je eine photoelektrische Zelle 10a und Iob. Diese letzteren sind verbunden mit den Verstärkern Va und Vb, welche mit den Relais Re und Rb operieren und die Lichtblitzlampen Le und Lb vom Netz aus speisen.
Das Netz speist gleichzeitig auch die Spulen Sa-Sb der schwingenden Ablenkgläser 4a4b und den SynchronmotorM, welcher das BeobachtungsorganI3 antreibt.
Dieser elektrische Strom bewirkt die Beleuchtung der Beobachtungsskalen I9a und Igb der Drehscheibe I3, welche ebenfalls die Zeiger 14a und I4> aufweist.
Die Skala 19a auf welcher der Zeiger 14, je nach der Lage des Objektes sichtbar wird, ist die Skala mit starker Vergrößerung, bestehend aus fünfzig Intervallen, wobei jedes Intervall einem Mikron entspricht.
Die Skala Igb, auf welcher der Zeiger I4TJ je nach der Lage des Objektes sichtbar wird, ist die Skala mit schwacher Vergrößerung, deren totale Länge I mm entspricht und welche in zwanzig Intervalle unterteilt ist, so daß jedes Intervall 0,05 mm mißt.
In der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die millimetrische Einteilung lediglich als Anhaltspunkt für die allgemeine Aufklärung erwähnt.
Die Vorrichtung kann selbstverständlich für irgendein anderes Nilaßsystem von Längeneinheiten, z. B. mit Teilungen entsprechend einer Unterteilung des englischen Zoll, in Anwendung gebracht werden.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende: Die Teilung des Objektes kann gleichzeitig auf zwei Skalen verschiedener Größe beobachtet werden. Wenn das Objekt beispielsweise um I mm verschoben wird, so läuft einer der Zeiger über die ganze Skala mit schwacher Vergrößerung, währenddem der andere zwanzigmal die Skala mit starker Mergrößerung durchläuft.
Dies gestattet nun Beobachtungen von Mikron zu Mikron ohne Unterbrechung im Intervall von 1 mm, indem die Angaben der zweiten Skala komplettiert werden durch diejenigen der ersten Skala.
Da die Öffnungen des Gitters um 0,05 mm voneinander distanziert sind, wird nur eine auf zwanzig derselben mit dem Bild der Millimeterteilung gleichzeitig zusammentreffen. Um eine wirksamere Arbeit der Fotozelle hinter dem Gitter zu erreichen, kann die Millimeterteilung auch mit hellen Strichen auf dunklem Grunde ausgeführt werden.
Wenn z.G. die Lage des Objektes so ist, daß durch seine Verstellung der Zeiger 14a in 14a' erscheint und Zeiger 14b in Il,', so ist die gesamte Ablesung auf den beiden Skalen 0,384 mm (0,35 bis o,o34)-Die Glasplatte, welche den schwingenden Ablenker 4b bildet, muß notwendigerweise viel dicker sein und betätigt werden durch eine Schwingung mit viel größerer Schwingungsweise als der Ablenker 4a, um auf dem Gitter 9b eine fünfzigmal größere Verschiebung des Bildes hervorzurufen als auf dem Gitter 9a-Es ist sehr schwierig, Schwingungen einer dicken und schweren Platte mit großer Schwingungsweite zu unterhalten, ohne daß diese Schwingungen nicht auf die übrigen Teile der Apparatur übertragen werden und sich schädlich auswirken.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 vermeidet diesen Übelstand, indem sie gestattet, die vorgenannte Arbeitsweise mit nur einem Ablenker, mit einer kleinen Schwingung in bestimmter Richtung, zu ermöglichen, und zwar durch Anwendung eines besonderen Bildes für die Teilung 2. Dieses besteht darin, daß der Maßstab zwei Teilungen aufweist, deren Striche untereinander in einem bestimmten Winkel stehen, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Teilung 2a stellt z. B. eine Millimeterteilung dar und 2t eine schräge Teilung, deren Teilstriche mit den ersteren 2a, 2a'J 2a" einen Winkel a bilden.
Die Intervalle i der Teilung 2t sind gleich den Intervallen I der Teilung 2aJ multipliziert mit dem Cosinus des Winkels a und sind dementsprechend bedeutend enger als die Intervalle 1, trotzdem ein jeder I mm der Teilung charakterisiert.
Es ist deshalb möglich, mit einem einzigen Ablenker 4 auszukommen, welcher in Richtung a-b schwingend mit den Teilstrichen 2a, 2a', 2a'' einen Winkel kl bildet und folglich mit den Teilstrichen 2b, 2t', 2b" usw. einen solchen von a + fl.
Dieser Ablenker muß der Schwingung des Bildes eine Schwingungsweite A vermitteln.
Wird verlangt, daß auf der Teilung 20 die Sehwingungsweitea4 gleich den Intervallen zwischen den Teilstrichen 2b, 2b', 2b" ist, gemessen in Richtunu -Z) dann ergibt sich für 4 1 1. cos a. sin (α + ß) Wenn andererseits auf der Teilung 2a die Schwingungsweite 1 eine seitliche Verschiebung des Bildes der Teilstriche -as 2a'J 2a" usw. von lt = 0,05 mm bewirken soll, dann ergibt sich für A: o,o5 sin Diese beiden Beziehungen, gestatten nun den Winkel ß in Funktion a so zu bestimmen, daß die Weite 4 der Schwingung die gewünschte Wirkung, entsprechend der Lage der Teilungen 2, und 20, gleichzeitig auf beide Gitter g, und 9b der Fig. 2 ausüben kann.
Diese Ausführungsform hat den großen Vorteil, nur einen Ablenker mit geringer Schwingung zu gebrauchen.
Es ist selbstverständlich, daß alle vorgenannten numerischen Angaben als Beispiele aufgeführt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der Lage eines Objektes mit mindestens einer Teilung nach Patent 876 I6-I, gekennzeichnet durch ein gegenüber der Teilung angebrachtes Objektiv (3), durch mindestens einen hinter diesem Objektiv schwingend aufgebauten optischen Ablenker (4), durch mindestens einen die Schwingungen des Ablenkers unterhaltenden synchronen Schwingungserzeuger, durch ein nach dem Ablenker zwischengeschaltetes Gitter (g) mit mindestens zwei Reihen von Öffnungen (9a, gb) mit verschiedenen Teilintervailen, durch eine hinter jeder Reihe von Öffnungen des Gitters liegende photoelektrische Zelle (I0a, I0b), durch eine mit jeder Zelle verbundene augenblicklich wirkende Lichtblitzlampe (IS) und durch ein Beobachtungsorgan (I3) mit mindestens zwei Zeigern ) und zwei Vergleichsstrichen, welches durch die erwähnten Lampen belichtet und durch einen Synchronmotor angetrieben wird, so daß der aus dem Bild des einzustellenden Objektes und durch das Objektiv (3) strahlende Lichtfluß, der unter der Wirkung des Ablenkers (+) hin und her schwingt, mit den Reihen der Öffnungen (9a, 9b) des Gitters (g) periodisch zusammentrifft und auf die Zellen (I0a, I0b) fällt, deren verstärkte Reaktionen die Lampen erregen. welche Licht- blitze auf das Beobachturigsorgan (I3) werfen, so daß dieZeiger (X4) dieses Organs in bezug auf die Vergleichsstriche (i4b15) in einer veränderlichen Lage erscheinen, welche in vergrößertem Maßstabe auf zwei verschiedene Skalen die Lagenänderungen des Objektes in bezug auf die Achse des optischen Systems wiedergibt.
2. Morrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Objekt zwei verschiedene Teilungen angebracht sind und die Striche der einen Teilung einen Winkel bilden mit den Strichen der anderen Teilung, daß ein Gitter mit zwei Reihen Öffnungen verwendet ist, welche untereinander denselben Winkel bilden wie die Striche der beiden Teilungen des Objektes, und daß durch die Schwingung des Ablenkers das Bild der Teilungen auf dem Gitter mit einer Weite verschoben wird, welche den Distanzen der verschiedenen Öffnungen entspricht, gemessen in der Richtung der Verstellung des Bildes.
3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt mindestens eine Teilung besitzt mit glänzenden Strichen auf dunklem Grund.