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Interferenzgerät Zusatz zum Patent 901113
Gegenstand des Patents 901
113 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Traganteils von feinstbearbeiteten zylindrischen
Wellen mit Hilfe eines Interferenzgerätes. Letzteres ist für die Durchführung des
Meßverfahrens mit einer vorzugsweise ebenen Vergleichsfläche versehen, deren Abmessungen
dem Prüfling entsprechend groß gewählt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß
der Prüfling, dieseVergleichsfläche und eine strahlenteilende Fläche, mittels derer
von der Vergleichsfläche am Ort des Prüflings ein virtuelles Bild erzeugt wird,
gemeinsam relativ zum Beobachtungsmikroskop verschoben werden können.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß ein derart ausgebildetes
Interferenzgerät nicht nur für die interferentielle Bestimmung des Traganteils von
feinstbearbeiteten zylindrischen Wellen geeignet ist. Es kann vielmehr gemäß der
Erfindung ganz allgemein mit Erfolg dann eingesetzt werden, wenn man nicht nur die
mikrogeometrische, sondern gleichzeitig auch die makrogeometrische Form von reflektierenden
Oberflächen irgendwelcher Prüflinge, wie Wellen, Lagerschalen usw., untersuchen
möchte.
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Die interferometrische Untersuchung von fein&tbearbeiteten reflektierenden
Metalloberflächen mit Hilfe mikroskopisch heobachteter Interferenzen gleicher Dicke
ist grundsätzlich bekannt. Die für diese Zwecke bisher entwickelten Geräte gestatten
jedoch bisher keine gleichzeitige Untersuchung der mikro- und der makrogeometrischen
Form, da sich die Prüfung der Prüflingsoberfläche hierbei ledig-
lich
auf den sehr kleinen Bereich erstreckt, der durch das Gesichtsfeld des benutzten
Mikroskops gegeben ist. Diese Isnstrumente dienen somit nur zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit
(mikrogeometrische Form) und'lassen keine Aussagen über die makrogeometrische Oberflächenform
des Prüflings zu. Zur interferometrischen Untersuchung von sphärischen optischen
Flächen sind andererseits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen größere Teile der
Prüflingsoberflächen dadurch erfaßt werden, daß der Prüfling zusammen mit einer
sphärischen Vergleichsfläche unter der Beobachtungseinrichtung hinwegbewegt wird.
Diese Geräte dienen der Bestimmung der Radien sphärischer Flächen, also der Untersuchung
der makrogeometrischen Form von spiegelnden Flächen. Da bei solchen Messungen die
Untersuchung der Feinstruktur der sphärischen Flächen keine Rolle spielt, sind diese
Geräte auch nicht auf derartige Untersuchungen abgestellt. Sie sind auch nicht ohne
weiteres für die eingangs erwähnten Zwecke einsetzbar, denn einmal ist es bei der
Prüfung von Wellen, Lagerschalen usw. für industrielle Zwecke zeitraubend, für jeden
Prüfling eine entsprechende Vergleichsfläche herzustellen. Andererseits ist mit
dem optischen Aufbau dieser Geräte nicht die größtmögliche Schärfe der Interferenzstreifen
gleicher Dicke zu erzielen, wie sie für eine einwandfreie Prüfung der mikrogeometrischen
Oberflächenstruktur des Prüflings unerläßlich ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht in den Abb. I bis 5 ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in schematischer Darstellung. Mit dem in Abb. I dargestellten Interferenzgerät
soll gleichzeitig die mikro- und makrogeometrische Form einer feinstbearbeiteten
Welle 5 untersucht werden.
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Mit I ist die Grundplatte eines Mikrointerferenzgerätes bezeichnet,
auf der mittels einer Schlittenführung 2 ein Tisch 3 unter einem Beobachtungsmikroskop
4 entlang bewegt -werden kann. Der Tisch 3 nimmt die zu untersuchende zylindrische
Welle 5 auf. Ein Ansatz 6 des Tisches trägt einen Prismensatz 7, 9 (vgl. auch Abb,
2), welcher das Licht einer monochromatischen Lichtquelle 8 auf die Oberfläche der
Welle und das dort reflektierte Licht in das Beobachtungsmikroskop leitet. Der Prismensatz
7, 9 besitzt aus diesem Grunde eine halbdurchlässige Spiegelflächeg', ürber'-welche
eine durch den Kondensor I6 ausgeleuchtete Blende 17 durch das Linsenpaar I8 in
der Prüflingsebene als Gesichtsfeldblende abgebildet wird. Durch eine in der vorderen
Brennebene der zweiten Linse dieses Linsenpaares I8 befindliche Irisblende 19 ist
die Konvergenz des auf den Prüfling fallenden Lichtbündels regulierbar. Die halbdurchlässige
Fläche g' bewirkt aber auch, daß ein von der Lichtquelle ausgehende Strahlenbüschel
zur Hälfte die halbdurchlässige Fläche durchsetzt und, wie aus Abb. 2 ersichtlich,
auf einen der halbdurchlässigen Fläche gegenüberstehenden, als Vergleichsfläche
dienenden Spiegel 10 fällt. Dieses Teilbündel gelangt nach Reflexion am Spiegel
lo und an der Fläche g' ebenfalls in das Mikroskop. Ist letzteres auf die Wellen
oberfläche scharf eingestellt, so sind in seinem Gesichtsfeld in bekannterWeise
die Interferenzstreifen gleicher Dicke erkennbar, welche zwischen der Wellenoberfläche
und der auf diese gespiegelten ebenen Vergleichsfläche 10 entstehen. Der Prismensatz
7, 9 und die Vergleichsfläche 10 sind mindestens ebenso lang ausgeführt wie die
Welle 5, so daß durch Verschieben des Schlittens die Oberfläche der Welle in ihrer
ganzen Länge durchgehend untersucht werden kann. Die Kreise II und 12 in Abb. 3
sollen das Mikroskopgesichtsfeld an zwei verschiedenen Stellen der Welle andeuten.
Das in Abb. 3 gezeigte Interferenzstreifenbild ist entstanden durch Aneinanderreihen
von mehreren Ausschnitten, die jeweils durch das Gesichtsfeld des Mikroskops begrenzt
werden. Das Arbeiten mit dem Gerät geschieht in der Weise, daß zunächst einmal die
Welle so ausgerichtet wird (die Mittel hierzu sind nicht weiter angedeutet worden),
daß einmal seine obere Mantellinie parallel zur Verschiebungsrichtung des Schlittens
verläuft und andererseits die beiderseits dieser Mantellinie entstehenden Interferenzstreifen
möglichst parallel zur oberen Mantellinie, welche gleichzeitig die Symmetrielinie
I3 des Streifenbildes darstellt, verlaufen. Zur Auswertung der Interferenzerscheinung
betrachtet man zweckmäßig den ersten durch gehenden Interferenzstreifen I4, welcher
der Symmetrielinie I3 am nächsten liegt. Er stellt ebenso wie die anderen Streifen
eine Profillinie der Welle in stark überhöhtem Maßstab dar.
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I5 ist ein im Mikroskopgesichtsfeld vorgesehener beweglicher waagerechter
Meßfaden. Durch Verschieben des Tisches 3 können die Interferenzstreifen, wie erwähnt,
über die ganze Länge der Welle hin in einem Zuge verfolgt werden.
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Die visuelle Untersuchung kann natürlich auch durch eine photographische
Registrierung ersetzt bzw. mit einer solchen gekoppelt werden. Hierbei geht man
zweckmäßig so vor, daß die photographische Kamera immer nur, wie in Abb. 4 angedeutet
ist, einen schmalen Ausschnitt 20 aus dem jeweiligen Gesichtsfeld aufnimmt, wobei
man das Verhältnis zwischen Prüfling- und Film- bzw.
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Plattenvorschub einstellbar macht. Im Endergebnis erhält man dann
eine Registrierung nach Art der in Abb. 5 dargestellten. Man erspart auf diese Weise
erhebliches Aufnahmematerial.
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Es liegt selbstverständlich im Rahmen des Erfindungsvorschlages,
statt Prüfling, strahlenteilendes System und Vergleichsfläche gemeinsam gegenüber
dem feststehenden Beobachtungsmikroskop zu verschieben, auch zugekehrt zu verfahren.
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Im letzteren Falle z. B. kann man auch, wenn man telezentrischen Strahlengang
verwendet und entsprechende Umlenkmittel vorsieht, außer dem Prüfling der Vergleichsfläche
und der strahlenteilenden Fläche auch einen Teil der Beobachtungs-und Beleuchtungsoptik
fest anordnen und nur die letzte Beleuchtungslinse und das Mikroobjektiv zu den
ersten Teilen verschiebbar anordnen.
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Bei der Untersuchung von Hohlflächen an ring-oder rohrförmigen Prüflingen
kann man bei von
oben in die Bohrung des Prüflings eingeführter
strahlenteilender Fläche und Beleuchtungszuführung die Vergleichsfläche in horizontaler
Lage unterhalb der strahlenteilenden Fläche anordnen und den Prüfling, die strahlenteilende
Fläche sowie die Vergleichsflächen gemeinsam in einer senkrecht zur Prüflingsfläche
liegenden Richtung relativ zum Mikroskop verschieben.