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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.
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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.
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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.
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Die gegenwärtig erzielbare Höchstgenauigkeit beträgt ungefähr 1/1000
Brennweite der angewendeten Coll imatoroptik.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Insoweit ,ist also die optische Einrichtung als Mikromeßeinrichtung
verwendbar.
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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.