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Optischer Feintaster
Die Erfindung betrifft einen optischen Feintaster
mit optischen Elementen zur Abbildung einer Meßmarke auf eine Skala, bei dem das
Tastglied den Abbildungsstrahlengang beeinflußt, derart, daß die Meßmarke bei Verschieben
des Tastgliedes längs der Skala wandert. Bei derartigen Geräten kommt es darauf
an, die Bewegungsgröße des Tastgliedes aus einer Nullstellung heraus in eine vergrößerte
Bewegung der Meßmarke umzuwandeln, um auf einer entsprechend unterteilten Skala
feinste Meßwerte ablesen zu können. Die Übersetzung der Bewegungsgröße des Tastgliedes
wird bei den bekannten Geräten wenigstens teilweise mit mechanischen Mitteln durchgeführt,
beispielsweise, indem die Längsbewegung. des Tastgliedes in eine Drehung eines Spiegels
umgewandelt wird. Derartige mechanische Hilfsmittel haben den Nachteil, daß durch
sie die Genauigkeit der Messung leidet.
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Erfindungsgemäß wird die erforderliche Vergrößerung zwischen der
Bewegung der Meßmarke und der des Tastgliedes durch rein optische Mittel erzielt.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Abbildung der Meßmarke auf die Skala durch plane
Spiegelflächen und gegebenenfalls weitere optische Elemente erfolgt, wobei ein Teil
der planen Spiegelflächen fest angeordnet ist und der andere
Teil
kraftschlüssig mit dem Tastglied verbunden ist.
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Das Gerät ist dann z. B. völlig frei von jeder Umkehrspanne.
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Die Spiegel anordnung kann auf mannigfache Art erfolgen. Vorteilhaft
sind mehrere plane Spiegelflächen, in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen, paarweise
verschiebbar und paarweise fest angeordnet. Wenn also dieAbbildungsstrahlen z.B.
zunächst auf zwei verschiebbare Spiegel fallen und anschließend auf zwei fest angeordnete
usf., wird bei Verschiebung der Spiegel der Abbildungsstrahl parallel zu sich selbst
versetzt. Die Größe dieser seitlichen Versetzung ist einmal durch die Zahl der beweglichen
und festen Spiegel bedingt und zum andern durch die Größe der Verschiebung des Tastgliedes
und damit der Spiegel. Die Zahl der beweglichen und festen Spiegel bestimmt somit
allein das Maß der Übersetzung der Bewegungsgrößen.
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Sie ist für jede Spiegelanordnung konstant. Im Gegensatz zu den eingangs
genannten Geräten ist eine derartige Ausbildung völlig justierungsunempfindlich.
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Zweckmäßig wird das Spiegelsystem durch go0-Prismen gebildet, welche,
in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen, abwechselnd verschiebbar und fest angeordnet
sind. Hinter dem letzten Prisma ist vorteilhaft ein die aus dem letzten Prisma austretenden
Strahlen in das Spiegelsystem zurückwerfender und eine Abbildung der Meßmarke im
Maßstab 1 : 1 vermittelnder Hohlspiegel vorgesehen. Der Abbildungsstrahl durchläuft
dann zweimal das Abbildungssystem; die Übersetzung der Bewegungsgrößen wird dann
gegenüber einem einfachen Strahlendurchlauf verdoppelt.
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Zur Einspiegelung der Meßmarke in das Abbildungssystem sowie zur
Überlagerung der Bilder der Meßmarke und der Skala ist vor dem ersten Prisma zweckmäßig
ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform mit
halbdurchlässigem Planspiegei und Hohlspiegel erfolgt bei Verschieben des Tastgliedes
ein Meßmarkenausschlag auf der Skala ohne jegliche Bildvergrößerung. Dies bringt
den Vorteil mit sich, daß die Meßmarke selbst im Gegensatz zu Fällen, in denen sie
stark vergrößert wird, verhältnismäßig grob ausgeführt sein kann.
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Zur Ablesung der vergrößerten Bewegung der Meßmarke bedient man sich
zweckmäßig eines Transversalmaßstabes. Das ist ein Maßstab mit schräg zur Meßmarke
angeordneten Skalenstrichen, wobei die Neigung der Skalenstriche so gewählt ist,
daß jeder Skalenstrich das Intervall zwischen zwei benachbarten Skalenstrichen überdeckt,
und wobei die Skalenstriche für sich nochmals unterteilt sind. Die Meßmarke schneidet
also stets einen Skalenstrich, wodurch einmal der Feinmeßwert bestimmt ist, und
der Schnittpunkt auf dem Skalenstrich gibt außerdem den Feinstmeßwert an. Sind die
Skalenstriche in iIio mm Abstand voneinander angeordnet und sind sie nochmals in
100 Intervalle unterteilt, so zeigt die Meßmarke V1000 mm genau an.
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Die Skala wird zweckmäßig durch eine Lupe od. dgl. betrachtet oder
zum Ablesen vergrößert auf einen Projektionsschirm geworfen.
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Weitere Einzelheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der
Zeichnung hervor.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. I ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der
Wirkungsweise der Erfindung, Fig. 2 einen optischen Feintaster im Schnitt, Fig.
3 einegeänderte Ausführungsform der Fig. 2, Fig. 4 einen Transversalmaßstab, Fig.
5 eine geänderte Ausführungsform der Fig. 4.
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Nach Fig. I wird eine Meßmarke I durch eine Linse 2 über Spiegel
5, 3, 4 und 6 auf eine Skala 7 abgebildet. Die Spiegel 5 und 6 sind fest angeordnet,
die Spiegel 3 und 4 dagegen in Richtung des Pfeiles 8 verschiebbar. Der Achsenstrahl
trifft die Skala 7 bei 9. Werden die Spiegel 3 und 4 um die Strecke a verschoben,
dann wandert der Punkt g, wie durch den gestrichelt dargestellten Strahlenverlauf
angedeutet ist, nach g' um die Strecke2a.
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Verbindet man, wie nachfolgend in der Fig. 2 gezeigt wird, die Spiegel
3 und 4 mit dem Tastglied eines optischen Feintasters, so wird dessen Bewegungsgröße
a in eine Verschiebungsgröße 2 a des Bildes g der Marke I übersetzt.
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Nach Fig. 2 ist in einem Gehäuse Io eine Meßmarke II angeordnet,
welche von einer Lichtquelle 12 über eine Kondensorlinse 13 beleuchtet wird.
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Das von der Marke In ausgehende Strahlenbüschel trifft zunächst auf
eine halbdurchlässige Spiegelfläche I4, durchsetzt diese und wird in einem go0-Prisma
15 um I800 aus seiner Richtung abgelenkt.
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Von hier aus gelangt es über weitere go°-Prismen I6, I7 und I8 auf
einen Hohlspiegel 19, welcher das Strahlenbüschel reflektiert, wonach es durch die
Prismen I8, I7, I6 und 15 erneut auf die halbdurchlässige Spiegelfläche 14 trifft
und von hier aus auf eine Strichplatte 20 mit einer Skala gelangt. Der Hohlspiegel
vermittelt dabei eine Abbildung der Marke II auf die Strichplatte 20 im Maßstab
1 : I. Die Skala 20 kann durch eine Lupe 21 betrachtet werden. Die Prismen 15 und
I7 sowie der Hohlspiegel 19 sind auf einem Körper 22 gelagert, welcher an Blattfedern
23 und 24 nach Art eines Federparallelogramms aufgehängt ist.
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Der Körper 22 ist über Verbindungsstücke 25 und 26 mit einem in einer
Führung 28 verschiebbaren Tastglied 27 verbünden. Um eine kraftschlüssige Bewegungsübertragung
des Tastgliedes 27 auf den Körper 22 zu sichern, steht der Körper 22 unter dem Druck
einer Feder 29. Die Prismen I6 und I8 sowie die teildurchlässige Spiegelfläche 14
sind gerätefest angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Geräts ist wie folgt: Wird das Tastglied 27
durch das zu prüfende Werkstück um eine Strecke a verschoben, dann verschiebt sich
im gleichen Maße der Körper 22. Dabei wandert das Bild ist der Marke 11 auf der
Skala 20 in zehnfacher Übersetzung, also um den Betrag 10 a aus. Auf der Strichplatte
20 kann
ein dieser Auslenkung entsprechender Wert abgelesen werden.
Der Übersetzungsfaktor Zehn ist durch die Anzahl der Prismen 15 bis I8 unter Berücksichtigung
des doppelten Durchlaufens des Abbildungssystems bestimmt.
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Fig. 3 zeigt eine geänderte Prismen- und Spiegelanordnung. Das von
der Meßmarke II ausgehende Strahlenbüschel durchsetzt wieder eine halbdurchlässige
Spiegelfläche 14 und gelangt über Prismen 30, 31 und 32 auf einen Hohlspiegel 33,
der es auf die Strichplatte 20 reflektiert. Die Prismen 30 und 32 sind beweglich
gelagert und mit dem Tastglied 27 in der in Fig. 2 beschriebenen Weise verbunden.
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Das Prisma3I sowie der Hohlspiegel 33 sind gerätefest angeordnet.
In diesem Fall tritt bei Verschiebung des Tastgliedes um den Betrag a eine Auswanderung
des Bildes II' der Meßmarke II um den Betrag 8 a ein.
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Fig. 4 zeigt die Skalenausbildung auf der Strich.-platte 20. Die
Skalenstriche sind hier als schrägliegende Doppelstriche 40 und 41 ausgebildet und
tragen eine Bezifferung von o bis 60. Das Bild II' der Marke 11 zeigt die Nullstellung
des Tastgliedes 27 an. Wird das Tastglied nach oben oder unten verschoben, dann
bewegt sich entsprechend das Bild II' nach Plus oder Minus zu. Der Strich II' schneidet
einen Doppelstrich und an Hand der Bezifferung der Striche 40 und 41 ist der Feinmeßwert
ablesbar.
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Fig. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform der Skala nach Fig. 4.
Die Skalenstriche sind hier feiner unterteilt und, um die Übersichtlichkeit nicht
zu stören, in die Teilstücke 50' und 50" sowie 5I' und 5I" zerlegt, wobei die Striche
50' und 5I' eine Bezifferung von o bis 50 und die Stücke 50" und 51" eine Bezifferung
von 50 bis IOO aufweisen. Die Ablesung geht wie in Fig. 4 vonstatten.