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Publication number: DEH0025641MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 1. Dezember 1955 Bekaiintgemacht am 18. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 Meß marke 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.

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

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Teil kraftschlüssig mit dem Tastglied verbunden ist.

Das Gerät ist dann z.B. völlig frei von jeder Umkehrspanne.

Die Spiegelanordnung kann auf mannigfache Art erfolgen. Vorteilhaft sind mehrere plane Spiegelflächen, in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen, paarweise verschiebbar und paarweise fest angeordnet. Wenn also die Abbildungsstrahlen z.B.

ίο 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.

so Sie ist für jede Spiegelanordnung konstant. Im Gegensatz zu den eingangs genannten Geräten ist eine derartige Ausbildung völlig justierungsunempfmdlich.

Zweckmäßig wird das Spiegelsystem durch 90⁰-Prismen gebildet, welche, in Richtung des Strahlen-• Verlaufs gesehen, abwechselnd verschiebbar und fest angeordnet sind. Hinter dem letzten Prisma ist vorteilhaft ein die aus dem letzten Prisma austretenden Strahlen in das Spiegelsystem zurück^ werfender 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.

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 Planspiegel 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.

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 V₁₀ mm Abstand voneinander angeordnet und sind sie nochmals in 100 Intervalle unterteilt, so zeigt die Meßmarke V₁₀₀₀ tnm genau an. :..

Die Skala wird zweckmäßig durch eine Lupe od. dgl. betrachtet oder zum Ablesen vergrößert auf einen Projektionsschirm geworfen.

Weitere Einzelheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung hervor.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,

Fig. 2 einen optischen Feintaster im Schnitt,

Fig. 3 eine geänderte Ausführungsform der Fig. 2,.

Fig. 4 einen Transversalmaßstab,

Fig. 5 eine geänderte Ausführungsform der Fig. 4.

Nach Fig. 1 wird eine Meßmarke 1 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 α verschoben, dann wandert der Punkt 9, wie durch den gestrichelt dargestellten Strahlenverlauf angedeutet ist, nach g' um die Strecke 2 a. A-erbindet man, wie nachfolgend in der Fig· 2 gezeigt wird, die Spiegel 3 und 4 mit dem Tastglied eines optischen Feintasters, so wird dessen Bewegungsgröße α in eine Verschiebungsgröße 2 a des Bildes 9 der Marke 1 übersetzt.

Nach Fig. 2 ist in einem Gehäuse 10 eine Meßmarke 11 angeordnet, welche von einer Lichtquelle 12 über eine Kondensorlinse 13 beleuchtet wird. " Das von der Marke 11 ausgehende Strahlenbüschel trifft zunächst auf eine halbdurchlässige Spiegelfläche 14, durchsetzt diese und wird in einem 90⁰-Prisma 15 um i8o° aus seiner Richtung abgelenkt. Von hier aus gelangt es über weitere 90°-Prismen 16, 17 und 18 auf einen Hohlspiegel 19, welcher das Strahlenbüschel reflektiert, wonach es durch die Prismen 18, 17, 16 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 Marken auf die Strichplatte 20 im Maßstab 1 : 1. Die Skala 20 kann durch eine Lupe 21 betrachtet werden. Die Prismen 15 und 17 sowie der Hohlspiegel 19 sind auf einem Körper 22 gelagert, welcher an Blattfedern 23 und 24 nach Art eines Federparallelogramms aufgehängt ist. Der Körper 22 ist über Verbindungsstücke 25 und 26 mit einem in einer Führung 28 verschiebbaren Tastglied 27 verbunden. 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 16 und 18 sowie die teildurchlässige Spiegelfläche 14 sind gerätefest angeordnet.

Die Wirkungsweise des Geräts ist wie folgt: Wird das Tastglied 27 durch das zu prüfende Werkstück um eine Strecke α verschoben, dann verschiebt sich im gleichen Maße der Körper 22. Dabei wandert das Bild 11' der Marke n auf der Skala 20 in zehnfacher Übersetzung, also um den Betrag 10 · α aus. Auf der Strichplatte 20 kann

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ein dieser Auslenkung entsprechender Wert abgelesen werden. Der Übersetzungsfaktor Zehn ist durch die Anzahl der Prismen 15 bis 18 unter Berücksichtigung des doppelten Durchlaufens des Abbildungssystems bestimmt.

Fig. 3 zeigt eine geänderte Prismen-und Spiegelanordnung. Das von der Meßmarke 11 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. Das Prisma 31 sowie der Hohlspiegel 33 sind gerätefest angeordnet. In diesem Fall tritt bei Verschiebung des Tastgliedes um den Betrag, α eine Auswanderung des Bildes 11' der Meßmarke 11 um den Betrag 8 a ein.

Fig. 4 zeigt die Skalenausbildung auf der Strich-

ao platte 20. Die Skalenstriche sind hier als schrägliegende Doppelstriche 40 und 41 ausgebildet und tragen eine Bezifferung von ο bis 60. Das Bild 11' der Marke 11 zeigt die Nullstellung des Tastgliedes 27 an. Wird das Tastglied nach oben oder unten verschoben, darm bewegt sich entsprechend das Bild 11' nach Plus oder Minus zu. Der Strich, 11' schneidet einen Doppelstrich und an Hand der Bezifferung der Striche 40 und 41 ist der Feinmeßwert ablesbar.

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 51' und 51" zerlegt, wobei die Striche 50' und 51' eine Bezifferung von ο bis So und die Stücke 50" und 51" eine Bezifferung von 50 bis 100 aufweisen. Die Ablesung geht wie in Fig. 4 vonstatten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Optischer 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Meßmarke auf die Skala durch plane Spiegelflächen und gegebenenfalls weitere optische Elemente erfolgt und daß ein Teil der planen Spiegelflächen fest und der andere Teil mit dem Tastglied verschiebbar angeordnet ist.
2. Optischer Feintaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planen Spiegelflächen, in Richtung des Strahlenverlaufs gesehen, paarweise verschiebbar und fest angeordnet sind.
3. Optischer Feintaster nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch o,o^o-Prismen, welche in Richtung des Strahlenverlaufs abwechselnd verschiebbar und fest angeordnet sind.
4. Optischer Feintaster nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen die aus dem letzten Prisma austretenden Strahlen in das Spiegelsystem zurückwerfenden und eine Abbildung der Meßmarke im Maßstab 1 : 1 vermittelnden Hohlspiegel.
5. Optischer Feintaster nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vor dem ersten Prisma angeordnete, das Bild der Meßmarke und der Skala überlagernde halbdurchlässig reflektierende Fläche.
6. Optischer Feintaster nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch drei Prismen, von denen das erste und dritte mit dem Tastglied zusammen verschiebbar sind und das zweite sowie der Hohlspiegel und die halbdurchlässig reflektierende Fläche fest angeordnet sind.
7. Optischer Feintaster nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch vier Prismen, von denen das erste und das dritte sowie der Hohlspiegel mit dem Tastglied verschiebbar sind, während die übrigen Prismen mit dem halbdurchlässigen Spiegel fest angeordnet sind.
8. Optischer Feintaster nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Skala als Transversalmaßstab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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