DE905672C

DE905672C - Arrangement for the exact determination of length distances, especially for focusing optical devices

Info

Publication number: DE905672C
Application number: DED5630D
Authority: DE
Inventors: Joseph Dahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1940-03-22
Filing date: 1940-03-22
Publication date: 1954-03-04

Description

Anordnung zur genauen Bestimmung von Längenabständen, insbesondere zur Fokussierung optischer Geräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur genauen Bestimmung von Längenabständen, die insbesondere zur Fokussierung optischer Geräte Anwendung finden kann.Arrangement for the precise determination of length distances, in particular for focusing optical devices The invention relates to an arrangement for precise determination of length distances, especially for focusing optical Devices can be used.

Zur Ermittlung gegebener Abstände bzw. bestimmte Längenmaße siad verschiedene Mogllichkeiten bekannt. Soweit sie verhältnismäßig einfach durchzuführen sind, haben die bekannten Meßanordnungen den Nachteil mangelnder Genlauigkeit. To determine given distances or certain length dimensions siad different possibilities known. As far as it is relatively easy to carry out are, the known measuring arrangements have the disadvantage of a lack of accuracy.

Verlangt man größte Meßgenauigkeit, so werden die dazu gebräuchlichen Einrichtungen sehr kompliziert und sind daher nur von geschulten Kräften zu bedienen. Zur Fokussierung optischer Geräte bedient man sich optischer Hlil£smittel (Collimatoren), die aber ein günstiges Ergebnis nur unter Zuhilfenahme von Vergleichs aufnahmen ermög-Eichen. Man hat daher schon vorgeschlagen, ein schräg gestelltes Testobjekt zur Fokussierung zu verwenden. Auch hat man schon die Anordnung von Testsegmenten, die axial hintereinander liegen, vorgeschlagen (Einstellungsigel). Die bekannten optischen Anordnungen haben den gemeinsamen Mangel, daß sie keine augenfällige Kontrolle ermöglichen und Bedienung durch geschulte Kräfte voraussetzen, wobei die Erzielung rechnerischer Genauigkeit noch stark vom Zufall abhängig ist.If the greatest accuracy of measurement is required, the ones used for this are used Facilities are very complicated and can therefore only be operated by trained staff. Optical aids (collimators) are used to focus optical devices, but they only achieved a favorable result with the help of comparative images enabled calibration. It has therefore already been proposed to use an inclined test object to use for focusing. You also have the arrangement of test segments, which are axially one behind the other, proposed (setting hedgehog). The known Optical arrangements have the common shortcoming that they do not provide any visual control enable and operate by trained staff, with the achievement computational accuracy is still highly dependent on chance.

Die gegenwärtig erzielbare Höchstgenauigkeit beträgt ungefähr 1/1000 Brennweite der angewendeten Coll imatoroptik.The maximum accuracy currently achievable is approximately 1/1000 Focal length of the used collimator optics.

Die Erfindung zeigt eine einfache Anordnung zur Bestimmung der gewünschten Längenabstände, die von ungeschulten Kräften bedient werden kann und mit der eine Genauigkeit von 1/10 000 bis 1/30000 Brennweite erzielbar ist. The invention shows a simple arrangement for determining the desired Length distances that can be operated by untrained personnel and with which an accuracy of 1/10 000 to 1/30000 focal length can be achieved.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von mindestens zwei im Winkel zueinander stehenden Peilflächen, die mit einer Skaleneinteilung versehen und nach der Erfindung symmetrisch zur optischen Achse angeordnet sind. Solche Peilflächen vermitteln ein kontinuierliches graphisches Diagramm im Beobachtungsraum, durch Idessen Schärfenvergleich die gewünschte Einstellung vorgenommen werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung drei übereinanderliegende, um 600 gelgeneinander versetzte Skalen auf. Die Skaleneinteilungen können dabei auf den Seitenflächen von Prismen vorgesehen sein. The invention relates to an arrangement of at least two at an angle bearing surfaces that are aligned with one another, which are provided with a scale graduation and according to of the invention are arranged symmetrically to the optical axis. Such bearing surfaces convey a continuous graphic diagram in the observation room, through Whose sharpness comparison the desired setting can be made. at In one embodiment of the invention, the arrangement has three superimposed, 600 scales offset one from the other. The scale divisions can thereby be provided on the side surfaces of prisms.

Will man außer einer genauen Fokussierung auch das Auflösungsvermögen optischer Geräte nachprüfen, so benutzt man gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ein lin der optischen Achse liegendes System im Winkel zueinaiider stehender Peilflächen, das von einem gleichartigen System rahmenartig umgeben ist Die Skaleneinteilung für die Peilflächen kann aus einem Koordinatensystem mit einer Hauptpeillinie bestehen, die in Richtung der Unschärfe verläuft. In addition to precise focusing, one also wants resolving power Check optical devices, it is used according to a further embodiment According to the invention, a system lying in the optical axis at an angle to one another standing bearing surfaces, which is surrounded by a similar system like a frame The scale graduation for the bearing surfaces can be derived from a coordinate system with a Consist of the main bearing line running in the direction of the blurring.

Die erfindungsgemäße Anordnung list nicht auf die Fokussierung optischer Geräte beschränkt. Sie kann überall dort Anwendung finden, wo bestimmte Längenabstände oder Entfernungen gemessen werden sollen, beispielsweise also in Werkzeugmaschinen oder in Entfernungsmessern. ffier kann die Anordnung gewissermaßen als optische Feineinstellung Verwendung finden. The arrangement according to the invention is not based on optical focusing Devices limited. It can be used wherever certain length distances or distances are to be measured, for example in machine tools or in range finders. ffier, the arrangement can be seen as an optical one Fine adjustment can be used.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. The invention is illustrated in the drawing, for example.

Abb. 1 zeigt die Anordnung in schematischer Ansicht; Abb. 2 ist ein Grundriß zu Abb. I; Abb. 3 veranschaulicht die Erfindung unter Zuhilfenahme eines Prismas; Abb'. 4 zeigt eine andere Ausführungsform in schaubildlicher Darstellung; Abb. 5 ist dieAnsicht einer Anordnung zurFokussierung und gleichzeitigen Kontrolle eventueller Zeichnungsfehler optischer. Systeme; Abb. 6 ist ein Schnitt nach LinieV-V der Abb. 5; Abb. 7 stellt eine andere Ausführungsform der Anordnung gemäß Abb. 5 in Ansicht dar; Abb. 8 veranschaulicht beispielsweise ein Meßgerät zur Messung von Längenabstän,den, wie es hei Werkzeugmaschinen Verwendung finden kann. Fig. 1 shows the arrangement in a schematic view; Fig. 2 is a Ground plan for Fig. I; Fig. 3 illustrates the invention with the aid of a Prism; Fig '. 4 shows another embodiment in perspective; Fig. 5 is a view of an arrangement for focusing and simultaneous control possible drawing errors optical. Systems; Fig. 6 is a section along line V-V of Fig. 5; Fig. 7 shows another embodiment of the arrangement according to Fig. 5 in view; For example, Fig. 8 illustrates a meter for measuring Length spacing as it can be used in machine tools.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine genaue Scharfeinstellung eines bestimmten Abstandes dann erzielbar ist, wenn vor oder hinter der Einstellebene liegende Vergleichspunkte miteinander optisch verglichen werden. Diie Vergleichspunkte erscheinen nämlich, da vor oder hinter der Einstellebene liegend, mit einer gewissen Unschärfe, die, wenn sie nach vorn und hinten gegenüber der Bezugsebene oder dem Bezugs punkte gleichmäßig ist, die richtige Lage der Einstellebene bzw. der Einstellentfernung anzeigt. Die Gleichmäßigkeit des Unschärfeverlaufs vor und hinter der Ein stellt ebene kann am Ibesten ean Hand von Skal,eneinteilungen an im Winkel versetzt zueinander angeordneten Testobjekten geprüft werden. Es ergibt sich dann auf den Testobjekten gewissermaßen ein Unschärfendiagramm, das die Unschräfen vor und hinter der Einstellebene gegenüber dieser zu vergleichen gestattet. Sind die Unschärfen bei einander entsprechenden Markierungen der Peilflächen identisch, so ist damit die richtige Lage der Einstellebene bzw. Ides Einstellpunktes ermittelt. The invention is based on the knowledge that precise focusing a certain distance can be achieved if in front of or behind the setting level lying points of comparison are optically compared with one another. The comparison points appear, because they are in front of or behind the setting level, with a certain Blurring that when facing forward and backward relative to the reference plane or the Reference points is uniform, the correct position of the setting plane or the setting distance indicates. The evenness of the blurring in front of and behind the on level can best be based on the scale, divisions offset at an angle to one another arranged test objects are checked. It then arises on the test objects a kind of blurring diagram that shows the blurring in front of and behind the setting level compared to this is permitted. Are the fuzziness corresponding to each other The markings on the bearing surfaces are identical, so that the setting level is in the correct position or Ides set point determined.

Die einfachste Anordnung zur Auswertung dieser Ergebnisse besteht in zwei senkrecht übereinander, jedoch im Winkel zueinander versetzten Peilflächen, wie sie in Abb. I mit a und b bezeichnet sind. Diese Peilflächen liegen mit ihren Nullmarkierungen genau übereinander, und es ist ersichtlich, daß, wenn diese Markierungen in die Einstellebene eines optischen Gerätes od. dgl. fallen, die Skaleneinteilungen in den Ebenen vor und hinter der Einstellebene wachsende Unschärfe annehmen. Die Skaleneinteilungen vermitteln also ein BIil'd darüber, ob die Unschärfen nach vorn und hinten, rechts und links genau gleichen Grad haben. Ist das der Fall, so befindet sich die Nullmarkierung genau in der Eins tel lebene. Ist es nicht der Fall, so muß die Nullmarkierung so lange verschoben werden, bis sämtliche Skaleneinteilungen, beispielsweise also die Stellen bei 2, auf Iden Peilflächen a, b genau gleiche Unschärfe aufweisen. Der Beobachtende peilt sich also gewissermaßen an diesen graphlischen Vergleichsbildern ein. Die Meßempfindl.ichkeit kann noch durch Hinzunahme eines dritten Testobjektes c wesentlich gesteigert werden, das parallel zur Bildebene angeordnet wird. Ein solches parallel liegendes Objekt wird zweckmäßig zwischen den zur optischen Achse geneigten Objekten oder Peilflächen a, b, wie in Abb. I und 2 dargestellt, vorgesehen. Zur Fokussierung wird das optische Gerät zunächst auf die Pfeilfläche c und alsdann auf die axial versetzten Peilflächen a, b eingestellt. Man kann die Empfindlichkeit der Messung und die Ablesbarkeit der Skalen noch dadurch weiter steigern, daß man auf den Skaleneinteilungen. eine Hauptpeillinie d, d', d" vorsieht, die in Richtung der Unschärfe bzw. wachsender Skalenzahlen verläuft. Dadurch wird Idas Unschärfendiagramm noch drastischer, denn die Darstellung auf der parallelen Peilfläche c würde der optimalen Schärfe entsprechen, während die Unschärfen auf den Peilflächen a, b mittels wider Hauptpe;illinie d', d" ein kontinuierliches Diagramm der Schärfenlage aufzeigen. Natürlich könnte statt der Hauptpeillinien und der Skaleneinteilung auch ein beliebiges anderes Koordinatensystem, das das Unschärfendiagramm dem Auge vermittelt, gewählt werden. The simplest arrangement for evaluating these results is in two bearing surfaces that are perpendicular to one another, but offset at an angle to one another, as they are designated in Fig. I with a and b. These bearing surfaces lie with their Zero marks exactly one above the other, and it can be seen that when these marks The scale divisions fall into the setting level of an optical device or the like Assume increasing blurriness in the levels in front of and behind the setting level. the Graduations thus convey a picture as to whether the blurring is forward and back, right and left have exactly the same degree. If that is the case, then it is the zero mark is exactly in the Eins telleben. If not so the zero mark must be shifted until all scale divisions, For example, the points at 2, on Iden bearing surfaces a, b, exactly the same blurring exhibit. The observer, so to speak, takes aim at these graphical ones Comparison images. The measuring sensitivity can be increased by adding a third test object c can be increased significantly, parallel to the image plane is arranged. Such a parallel object is expediently between the objects or bearing surfaces a, b inclined to the optical axis, as in Fig. I. and 2, provided. The optical device is used first to focus on the arrow surface c and then on the axially offset bearing surfaces a, b. One can increase the sensitivity of the measurement and the readability of the scales by doing this further increase that one on the scale divisions. a main bearing line d, d ', d "provides, which runs in the direction of the blurring or increasing scale numbers. This makes Ida's blurring diagram even more drastic because the display is on the parallel bearing surface c would correspond to the optimal sharpness, while the Blurring on the bearing surfaces a, b means against Hauptpe; illinie d ', d "a continuous Show the diagram of the focus position. Could of course instead of the main divide lines and the scale division also any other coordinate system that the Fuzzy diagram conveyed to the eye can be selected.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch in einfacher Weise ein einem Prisma dargestellt werden, indem nämlich die Seitenflächen des Prismas mit einer Skaleneinteilung oder einem Koordinatensystem versehen werden, mit Hilfe Ideren das unscharfe Diagramm Idarstellbar ist. Die Abb. 3 un;d 4 zeigen Ausführungsbeispiele hierfür. In Abb. 3 ist ein Prisma e dargestellt, dessen Grundfläche f dem Beobachter zugekehrt ist. Die Skaleneinteilungen sind auf den Seitenflächen g, g' angebracht. Bezeichnet man die Linien h, h' als Hauptpeillinien der Skaleneinteilungen, so ist ersichtlich, daß die vor und hinter der durch diese Linien begrenzten Ebene liegenden Skalenmarkierungen an Unschärfe zunehmen, je mehr sie sich von der Hauptpeillinie h bzw. h' entfernen. Der Grad der Unschärfe diesseits und jenseits der Hauptpeillinien auf Iden Flächen, g' und ihre Gleichmäßigkeit bilden den Maßstab für die richtige Lage der Einstellebene. Abb. 4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Prisma dar, das mit einer entsprechend angeordneten Skaleneinteilung auf den Seitenflächen i, i' versehen ist. Die Hauptpeillinie trägt hier die Zahlenbezeichnung 0-0. The arrangement according to the invention can also be a simple one Prism are represented by namely the side surfaces of the prism with a Scale graduation or a coordinate system can be provided with the help of Ideren the fuzzy diagram I can be displayed. Figs. 3 and 4 show exemplary embodiments therefor. In Fig. 3 shows a prism e, its base f is facing the observer. The graduations are on the side surfaces g, g 'attached. If the lines h, h 'are designated as the main divisions of the scale, so it can be seen that the in front of and behind the plane bounded by these lines lying scale markings increase in blurring, the more they move away from the main pitch line Remove h or h '. The degree of blurring on this side and on the other side of the main dividing lines on Iden surfaces 'g' and their evenness form the yardstick for the correct one Position of the setting level. Fig. 4 shows another embodiment of the invention on a prism, which has a correspondingly arranged scale division the side surfaces i, i 'is provided. The main bearing line here bears the numerical designation 0-0.

In den Abb. 5 bis 7 sind Anordnungen dargestellt, die dazu dienen, optische Systeme auf Zeichnungsfehler (Zonenfehler) zu kontrollieren. Wie aus den Abb. 5 bis 7 ersehen werden kann, ist in der optischen Achse eine Anordnung gemäß Abb. I vorgesehen, die von einer Anordnung im Winkel stehender Testobjekte, etwa in der Ausbildung nach Abb. 3, rahmenartig umgeben wird. Während in Abb. 5 ein viereckiger Rahmen k dargestellt ist, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 einen rund verlaufenden Rahmen 1. Die Skaleneinteilung bei einer solchen Anordnung kann so gehalten sein, daß sie z. B. eine Teilung von l/oo mm aufweist, die auch von einer entsprechend feinen Mattscheibe noch eben aufgelöst würde. Bei der Beobachtung müßten sich die Auflösungsuonenfehler im Beobachtungsbild deutlich markieren. Die als Rahmen k bzw. l vorgesehenen, im Winkel zueinander angeordneten Skaleneinteilungen können aus Glas bestehen, wobei die Skaleneinteilungen jeweils auf der Außenfläche eingeritzt sind. Natürlich kann auch ein anderer Werkstoff als Glas Verwendung finden, beispielsweise kann ein hohlkehlenartiger Metallrahmen benutzt werden, der auf seiner Innenfläche die Skaleneinteilungen, die -in Abb. 5 und 7 mit m angedeutet sind, aufweist. Solche Hohlprcfile hiaben den Vorzug, daß der Lichtstrahl nicht erst ein Medium zu durchdringen braucht, ehe er an die Skalenteilung gelangt. In Figs. 5 to 7 arrangements are shown which serve to to check optical systems for drawing errors (zone errors). As from the Fig. 5 to 7 can be seen, an arrangement according to is in the optical axis Fig. I provided that of an array of test objects at an angle, for example in the training according to Fig. 3, is surrounded like a frame. While in Fig. 5 a square Frame k is shown, the embodiment of Fig. 7 shows a circular one Frame 1. The scale graduation in such an arrangement can be kept in such a way that that they z. B. has a division of l / oo mm, which is also of a corresponding fine screen would just be resolved. When observing, the Clearly mark the resolution error in the observation image. The frame k resp. l provided, at an angle to each other arranged scale graduations can from Glass are made, with the graduations incised on the outer surface are. Of course, a material other than glass can also be used, for example For example, a fillet-like metal frame can be used on its inner surface the scale divisions which are indicated by m in Figs. 5 and 7. Such Hollow profiles have the advantage that the light beam does not first have to penetrate a medium needs before he gets to the scale division.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann außer auf optischen Bänken zur Fokussierung optischer Geräte und bei ähnlichen optischen Einrichtungen auch überall dort Verwendung finden, wo es gilt, Längen-oder Entfernungsmessungen vorzunehmen. The arrangement according to the invention can be used in addition to optical banks Focusing of optical devices and similar optical devices everywhere Find use where it is necessary to make length or distance measurements.

In Abb. 8 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Meßanordnung, wie sie bei Werkzeugmaschinen zu Längenabmessungen Anwendung finden kann, schematisch dargestellt. Die Anordnung kann in einem Gehäuse untergebracht werden, das nach Art eines Reiters auf die entsprechende Meßskala der Werkzeugmaschine aufgesetzt wird. Hierin ist P ein Beobachtungsprisma, welches es gestattet, die Hauptpeillinie d unter Zuhilfenahme der beiden Peilebenen a und b mit hoher Genauigkeit auf seine Stellung abzulesen. n ist ein Objektiv und p ein Okular. Über das Prisma P wird das Bild der Skalenpunkte 0-0-0 auf den Peilflächen a, b, c dem Auge des Beobachters dargeboten. Da der Raum, in dem die Verschiebung beobachtet wird, erheblich verbreitert ist, beträgt die Wahrnehmungsfähigkeit und darmit die Empfindlichkeit der Messung ein Vielfaches gegenüber den bisher bekannten Methoden. In Fig. 8 is an embodiment for a measuring arrangement such as it can be used in machine tools for length dimensions, schematically shown. The arrangement can be accommodated in a housing, which according to Kind of a tab placed on the corresponding measuring scale of the machine tool will. Here P is an observation prism which allows the main bearing line d with the aid of the two bearing planes a and b with high accuracy on his Position to be read. n is an objective and p is an eyepiece. About the prism P. the image of the scale points 0-0-0 on the bearing surfaces a, b, c to the eye of the observer presented. Because the space in which the displacement is observed is considerably widened is, is the perception and thus the sensitivity of the measurement a multiple of the previously known methods.

Insoweit ,ist also die optische Einrichtung als Mikromeßeinrichtung verwendbar.In this respect, the optical device is a micro-measuring device usable.

PATENTANSPROCHE: I. Anordnung zur genauen Bestimmung von Längenabständen, inlsbesondere zurFokussilerung optischer Geräte mittels im Winkel zueinander stehender Peilflächen, die mit einer, Skaleneinteilung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilflächen symmetrisch zur optischen Achse angeordnet sind. PATENT APPROACH: I. Arrangement for the precise determination of length distances, especially for the focus filtering of optical devices by means of devices that are at an angle to one another Bearing areas that are provided with a scale division, characterized by that the bearing surfaces are arranged symmetrically to the optical axis.

Claims

2. Arrangement according to claim I, characterized by three superimposed, 600 scales offset from one another.

3. Arrangement according to claim I, characterized in that the scale graduations are provided on the side surfaces of prisms.

4. Arrangement according to claims 1 to 3 for optical control Systems for drawing errors, characterized in that one in the optical axis lying system of symmetrically at an angle to each other bearing surfaces of surrounded by a similar system of symmetrically arranged bearing surfaces like a frame is.

5. Scale graduation for an arrangement according to claims I to 4, consisting of a coordinate system with a main line running in the direction of the blur runs.

6. The use of a system of at least two symmetrical to the optical axis at an angle of 60 ° to each other scales as a micro-measuring device for length measurements, e.g. B. in machine tools and similar facilities or devices, where distances or lengths are to be measured.