Optisches Messgerät
Die Erfindung betrifft ein optisches Messgerät mit mindestens einer oszillierenden leuchtenden Abtastmarke zur visuellen und/oder foto elektrischen Bestimmung der relativen Lage eines Objektes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Messgerät zu schaffen, das sich nach einer jeweils nur geringfügigen Abänderung sowohl zur Messung der Lage oder der Bewegung eines Objektes in zur Geräteachse senkrechter Richtung, als auch zur Bestimmung der Lage eines Messobjektes in axialer Richtung in Bezug auf einen vorgegebenen Nullpunkt, als auch zur Winkelbestimmung von gegen die Geräteachse geneigten Objekten, als auch zur Messung von Krümmungen, als auch zur Feststellung des Schlages d. h. der seitlichen Auswanderung von sich drehenden Wellen eignet.
Es ist eine Reihe von Messgeräten bekannt, die zur Bestimmung der Lage einer auf dem anzumessenden Objekt befindlichen Marke dienen. Bei ihnen wird ein Lichtstrahl mittels eines Deflektors in oszillierende Bewegung versetzt und tastet so die anzumessende Marke ab. Das Messergebnis resultiert aus dem Vergleich der Zeiten, die zwischen dem jeweiligen überfahren der anzumessenden Marke während des Oszillierens verstreichen. Diesen Geräten haftet der Nachteil an, dass sie sich nur dort anwenden lassen, wo das Messobjekt mit Marken versehen ist.
Das optische Messgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der oszillierenden Abtastmarke nach dem Durchlaufen eines optisch abbildenden Systems in einer zur Ebene der Abtastmarke konjugierten Ebene an mindestens einer Marke moduliert wird und dass der dem modulierten Bild entsprechende Lichtfluss auf mindestens einen foto elektrischen Empfänger auftrifft, dem eine Auswertelektronik nachgeschaltet ist. Als Reflektoren können plane Spiegel, zentraisymmetri- sche Spiegel (z. B. Tripel-Spiegel), Würfeleck-Prismen und konvexe Kugelflächen in Kombination mit einem brechenden Bauteil, dessen Brennpunkt auf der Spiegeloberfläche liegt sowie ebensymmetrische Spiegel (Winkelspiegel, Zylinderspiegel, spiegelnde torische Körper) verwendet werden. Ferner kann die Abtastmarke ein nicht thermisch erregter leuchtender Körper sein.
Als Marken des Markenträgers können photoelektrische Wandler mit äusserem oder innerem fotoelektrischem Effekt dienen. Durch Anwendung blldaufspalten- der optischer Mittel zwischen der Abtastmarke und dem Markenträger kann eine Vielzahl von Markenbildern erzeugt werden.
Der Gegenstand der Erfindung weist gegenüber Bekanntem den Vorteil auf, dass nur der unbedingt zur Messung notwendige Lichtfluss in das Instrument gelangt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis für die Auswertung günstig ist und zum anderen wegen des fehlenden Streulichtes ein besonders guter Kontrast erzielt wird. Zum anderen ist es bei dem Gerät möglich, das Bild der Abtastmarke an einer beliebigen Stelle des Markenträgers zu lokalisieren, so dass mit Feinmessmitteln nur der Zwischenraum zwischen zwei Marken des Messmarkenträgers überbrückt werden muss, während über das gesamte Markenfeld die Präzision der Messung nur von der Genauigkeit der Teilung des Markenträgers abhängt.
Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 das Gerät als Messmikroskop,
Fig. 2 weitere Ausführungsmöglichkeiten für den Reflektor,
Fig. 3 das Gerät als Autokollimator, Fig.4 eine Ausführung des Gerätes zur Mitteilung über 2n Messmarken.
Fig. 5 eine Anordnung zum Messen in zwei starren Koordinatenrichtungen,
Fig. 6 eine Anordnung zum Messen in zwei variablen Koordinatenrichtungen,
Fig. 7 eine Anordnung zum axialen Messen unter Verwendung nur eines fotoelektrischen Empfängers,
Fig. 8 eine Anordnung zum axialen Messen mit zwei fotoelektrischen Empfängern,
Fig. 9 eine Anordnung, bei der die Summen-und Differenzsignale aus den Messignalen mittels Transformatoren erzeugt werden.
Bei den ersten gezeigten Geräten beleuchtet eine Lampe 10 über einen Kondensor 11 eine bewegte, mit mindestens einer als Abtastmarke ausgebildeten Öff- nung 12a versehene Blende 12. Die Bewegung der Blende kann beispielsweise oszillierend oder durch Drehung um eine vorzugsweise parallel zur Geräteachse liegende Achse erfolgen, derart, dass sich die Markenöffnung dauernd bzw. intermittierend im Strahlengang befindet. Die von der so entstehenden leuchtenden Marke 12a der Blende ausgehenden Strahlen werden über einen Strahlenteiler 13 sowie ein Objektiv 14 auf einen Reflektor gerichtet. Die von diesem reflektierten Strahlen durchlaufen das Objektiv 14 rückwärts und bilden die Abtastmarke 12a über den genannten Strahlenteiler 13 auf einen mit Messmarken 15 versehenen Markenträger 16 ab.
Das Bild der Markenebene des Trägers 16 wird über einen weiteren Strahlenteiler 17 mittels eines Okulars 18 betrachtet bzw. einem fotoelektrischen Empfänger 19 zugeleitet.
In Fig. 1 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem als Strahlenteiler eine schräg stehende halbdurchlässige Platte 13 und als Objektiv ein Mikro-Objektiv 14 verwendet sind. Die doppelte Schwingungsamplitude der Abtastmarke 12a und die Lage des Schwingungsnullpunktes sind zweckmässigerweise so gewählt, dass das Bild der Abtastmarke 12a auf dem Markenträger 16 gerade in einem Teilungsintervall bleibt und in der Ruhelage in der Mitte zwischen zwei Messmarken 15 liegt. Als Reflektor ist hier ein spiegelnder Zylinder 26 mit zur spaltförmigen Abtastmarke parallel liegenden Mantellinien verwendet. Beim Überstreichen des Zylinders mit dem Bild der Abtastmarke tritt eine Modulation des in das Objekt zurückkehrenden Lichtes dadurch ein, dass bei Bildlage auf den geneigten Zylinderflanken der Beleuchtungsstrahl nicht mehr in die Apertur des Objektivs 14 eintreten kann.
Die Auswertung der vom Empfänger abgegebenen Signale erfolgt nach einem der bekannten und daher hier nicht mehr beschriebenen Verfahren. Abweichungen der Lage des Zylinders von der durch den Schwingungsnullpunkt der Abtastmarke 12a und den vorderen Hauptpunkt des Objektivs 14 gegebenen Zielrichtung werden fotoelektrisch aufgenommen und elektronisch ausgewertet. Am Okular 18 lässt sich der Ablauf der Messung oder die Justierung des Gerätes beobachten.
In Fig. 2 sind andere Ausführungsbeispiele für den Reflektor dargestellt. Der Reflektor 22 besteht aus einem Träger, der an seiner Oberfläche grabenförmige Marken 22a trägt, deren reflektierende Flanken so geneigt sind, dass das an diesen reflektierte Licht nicht in die Apertur des Objektivs 14 zurückkehren kann. Eine Reflexion des Lichtes in die Apertur ist nur möglich, wenn das Licht auf die reflektierende Umgebung der Marken fällt.
Bei einer anderen Ausführungsform ist dem Reflektor 23 ein transparenter Teilungsträger 23a mit lichtabsorbierenden Marken 23b vorgeschaltet. Hier findet die Modulation des das Markenbild beinhaltenden Lichtflusses an den in der Bildebene angeordneten Marken 23b statt. Das im Verlauf der Abtastung an einer der lichtabsorbierenden Marken vorbeigehende Licht wird vom Reflektor innerhalb des Feldes des Objektivs in dessen Apertur zurückgeworfen.
Wenn in einer Ebene beliebig gerichtete Abweichungen eines Werkstückes von einer Soll-Lage festgestellt werden sollen und das Werkstück keinerlei Markierungen aufweist, lässt sich mit Vorteil ein Hohlspiegel 24 als Reflektor verwenden, der in Kombination mit einem brechenden optischen Glied 24a telezentrische Eigenschaften aufweist. Dieser Hohlspiegel wird auf das Werkstück aufgesetzt und bringt bei seinem Auswandern aus der Geräteachse eine der 1:1 Hohlspiegelabbildung entsprechend verdoppelte Auswanderung der Lichtmarke auf dem Markenträger 16 mit sich. Setzt man diesen Reflektor beispielsweise auf die Stirnfläche einer Welle auf und lässt diese rotieren, so erhält man den Schlag der Welle in einer Richtung angezeigt.
Dieser Hohlspiegel wird auf das Werkstück so aufgesetzt, dass das Bild der Abtastmarke 12a vom Hohlspiegel im Massstab 1:1 reflektiert wird. Fällt die optische Achse des Hohlspiegels mit der Zielachse des Instrumentes zusammen, so kehrt das Bild der Abtastmarke in sich selbst zurück und trifft nach Reflexion am Teiler 13 auf die der Null-Lage zugeordnete Stelle des Markenträgers 16 auf. Verschiebt man den Hohlspiegel 24 seitlich um einen Betrag x, so wandert das von ihm entworfene Bild um den Betrag 2x aus. Mit dem Abbildungsmassstab des Objektivs 14 vergrössert, wandert das Bild der Abtastmarke über die Messmarken 15 und zwar im Rhythmus der Bewegung der Blende 12. Dadurch wird eine Modulation des Lichtflusses bewirkt, die das Messergebnis beinhaltet.
Sollen grössere Auswanderungen des Prüflings vermessen werden, so kann insbesondere an die Stelle eines nicht telezentrischen Hohlspiegelsystems ein 900-Dach- oder ein Tripelprisma oder -spiegel 25, dessen Dachkante ungefähr senkrecht zur Bewegungsrichtung und zur optischen Achse des Gerätes sowie in einer Ebene mit dem vom Objektiv entworfenen Bild der Abtastmarke liegt, treten.
Das Bild der Abtastmarke wird stets in die Ebene der Reflektorspitze entworfen. Befindet sich diese Spitze nicht in der Zielachse des Gerätes, so wird das Bild der Abtastmarke in der Symmentrieebene des Reflektors entworfen, d. h. wenn der Hauptstrahl der Abbildung den Abstand y von der Symmetrieebene hat, verlässt nach der Strahlvereinigung das divergierende Strahlenbündel den Reflektor so, dass der Hauptstrahl dieses Bündels parallel zum einfallenden Hauptstrahl ist und den Abstand 2y von diesem hat.
Dadurch wandert virtuell das Bild der Abtastmarke mit der doppelten Geschwindigkeit seitwärts.
An Stelle der genannten Reflektoren können mit Vorteil auch Konvexspiegel, deren Krümmungsmittel- punkt in der Bildebene der Abtastmarke 12a liegt, verwendet werden. Dabei kann der Konvexspiegel gleichzeitig die Funktion einer mechanischen Tastkugel haben.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau ist das Objektiv 34 ein Fernrohrobjektiv. Als Reflektor ist ein planer Autokollimationsspiegel 35 verwendet und den lvkssmarken des Trägers 16 sind zweckmässigerweise Winkelwerte zugeschrieben. Die Wirkungsweise des derart ausgebildeten Gerätes als Autokollimationsfernrohr ergibt sich aus dem oben Gesagten. Will man diesen Aufbau als Refraktometer verwenden, so verbindet man den Spiegel starr mit dem Gerät, und zwar in einem solchen Abstand, dass zwischen Gerät und Spiegel mindestens eine Küvette eingeschoben werden kann. Statt des starr montierten Spiegels kann auch die verspiegelte Rückwand der Küvette als Reflektor benutzt werden.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie man bei dem beschriebenen Gerät eine über mehrere auf dem Reflektor befindliche Marken mittelnde Messung durchführen kann. Man legt in den Strahlengang ein Wollaston Prisma 50, durch das der Strahlengang in zwei Anteile aufgespalten wird. Will man weiter aufspalten, so fügt man unter Zwischenschaltung von -/4-Plättchen, die zirkular polarisierend wirken, oder von optisch aktiven Platten mit 450-Drehung, z. B. Quarzplättchen (51, 53 usw.), weitere Wollaston-Prismen (52, 54 usw.) an.
Verwendet man nur ein Wollaston-Prisma 50, so erhält man zwei sich synchron bewegende Bilder der Abtastmarke 12a, deren Abstand der Brennweite des Objektives 14 und dem Aufspaltungswinkel des Prismas entspricht. Die beiden Bilder sind senkrecht zueinander polarisiert. Dadurch sind die den beiden Bildern zugeordneten Lichtwege voneinander unterscheid- und trennbar. Es lässt sich also mittels zweier Empfänger zusätzlich zum Messignal ein Steuersignal gewinnen.
Es ist sinnvoll, Mittel vorzusehen, mit deren Hilfe die Grösse und/oder die Zahl je Zeiteinheit der Schwingungsamplituden der Abtastmarke gewählt werden kann. Auch ist es beispielsweise möglich, die Grösse der Schwingungsamplituden und/oder ihre Anzahl je Zeiteinheit zu steuern oder in Abhängigkeit vom Ausgangs signal des fotoelektrischen Empfängers 19 zu regeln.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Messmarken 15 des Trägers 16 untereinander unterschiedlich, z. B. einem Code entsprechend, auszubilden, so dass jede abgetastete Messmarke ihre Wertigkeit angibt. Auch können die Messmarken 15 selbst als fotoelektrische Empfänger ausgebildet sein, so dass die jeweils beleuchtete Messmarke durch die Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften gekennzeichnet ist.
Eine weitere Anderungsmöglichkeit des Aufbaus des beschriebenen Vielzweckmessgerätes liegt darin, dass man an Stelle der Blende 12 einen Selbstleuchter, z. B. einen Halbleiter mit leuchtendem pn-tJbergang verwendet, der sich genau so wie die Blende bewegt. In diesem Fall kann auf die Lampe 10 sowie den Kondensor 11 verzichtet werden.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, können zusätzliche optische Mittel vorgesehen werden, die eine zusätzliche Beleuchtung der Ebene des Messmarkenträgers 16 bewirken. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, eignet sich dazu beispielsweise ein Hohlspiegel 70, der dem Teilerprisma zugeordnet ist und die über die Teilerfläche ausgespiegelten Beleuchtungsstrahlanteile auf den Markenträger 16 reflektiert. Durch Zwischenschaltung eines Filters 71 kann man dafür sorgen, dass diese zusätzliche Beleuchtung ohne Einfluss auf den fotoelektrischen Empfänger bleibt.
Diese zusätzliche Beleuchtung lässt sich auch dadurch erreichen, dass man an Stelle des Hohlspiegels eine zusätzliche Lampe einbaut (in Fig. 4 gestrichelt dargestellt). Auch ist es, wie in Fig. 3 angedeutet, möglich, durch optische Mittel, wie Spiegel, Linsen, Lichtleiter, den nicht ausgenutzten Teil der Strahlung der Lampe 10 zur zusätzlichen Beleuchtung des Markenträgers 16 auszunutzen.
Die zusätzliche Beleuchtung des Markenträgers 16 kann auch dazu benutzt werden, über einen nicht dargestellten Abbildungsstrahlengang zusätzlich Hilfsmarken oder Bezifferungen, beispielsweise Toleranzmarken, in die Markenebene des Trägers 16 zu bringen, die, falls erwünscht, messbar gegen das Bild der Marke 12a verschiebbar bzw. löschbar sind.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung beleuchtet eine Lampe 10 über einen Kondensor 11 eine bewegbare, mit einer die Abtastmarke darstellenden Öffnung 112 versehene Blende 12. Die Markenöffnung 112 setzt sich aus zwei schlitzförmigen Öffnungen 112a und 112b zusammen, die miteinander einen Winkel von beispielsweise 900 einschliessen. Die Bewegung der Blende erfolgt hier oszillierend mit einer Frequenz f1 durch ein Antriebsaggregat 111 in Richtung der Marke 112b. Die von der leuchtenden Abtastmarke 112 der Blende ausgehenden Strahlen werden über einen Strahlenteiler 13 sowie ein Objektiv 14 auf einen Reflektor 100 gerichtet, der die Form einer aussenverspiegelten Halbkugel hat. Diese ist so gelagert, dass ihr Mittelpunkt 100' mit der Bildebene des Objektives 14 zusammenfällt.
Die von der Oberfläche dieser Halbkugel reflektierten Strahlen durchlaufen das Objektiv 14 rückwärts und bilden über den genannten Strahlentei ler 13 die Teile 112a, 112b der Abtastmarke auf einen mit Messmarken 115a, 115b versehenen Markenträger 16 ab. Die Messmarken sind linienförmig ausgebildet.
Sie kreuzen sich unter dem gleichen Winkel, wie sich die Teile 112a, 112b der Abtastmarke kreuzen. Der Markenträger ist in Richtung der Teilmarke 115a bewegbar gelagert. Er wird mit einer Frequenz f2 bewegt, die sich von der Frequenz f1 unterscheidet und keine gemeinsame Oberwelle mit dieser hat. Zu diesem Zweck ist dem Markenträger ein Antriebsaggregat 110 zugeordnet. Das Bild der Markenebene des Trägers 16 wird über einen weiteren Strahlenteiler 17 mittels eines Okulars 18 betrachtet bzw. einem fotoelektrischen Empfänger 19 zugeführt, an dessen Ausgang zwei Auswertegeräte 113, 114 angeschlossen sind, von denen das eine auf ein Signal (2n + l)f1, das andere auf ein Signal (2n + 1)f2 anspricht.
Die Funktion dieses Gerätes ist folgende: Bei seitlicher Verlagerung des Kugelmittelpunktes um einen Betrag x wandert das Bild der Abtastmarke virtuell um einen Betrag 2x aus und erscheint entsprechend dem Abbildungsmassstab des Objektivs 14 auf dem Markenträger 16 verlagert. Die Schwingbewegungen der Blende 12 erzeugen am Markenträger 16 durch Wechselwirkung mit der Markengruppe 115b keine Lichtmodulation. Lediglich das Bild der Messmarken 112a wird mit der Frequenz f1 und deren Harmonischen moduliert. Die Modulation des von der Marke 112b herrührenden Lichtes erfolgt durch die Teilmarkengruppe 115a bei Bewegung des Markenträgers mit der Frequenz f2 und deren Harmonischen.
In Fig. 6 ist ein Gerät gezeigt, das einen etwas abgewandelten Aufbau hat und sich zum Messen in Koordinaten beliebig einstellbarer Winkelstellung eignet. Hier beleuchtet eine Lampe 201 über einen Pola risator 200, einen Kondensator 202 sowie einen Strahlenteiler 203, dem ein i/4-Plättchen 203'nachgeschaltet ist, die Abtastmarken 204, 205. Die Teilerfläche des Strahlenteilers ist als polarisierende Fläche ausgeführt.
Die Abtastmarken 204, 205 bestehen aus schmalen Spiegeln, die möglichst dicht hintereinander liegend drehbar gelagert sind. Sie haben unterschiedliches Reflexionsvermögen in Bezug auf Farbe (rot und grün). Sie können gemeinsam in Richtung des Pfeiles bewegt werden. Die von den als Spiegeln ausgebildeten Abtastmarken reflektierten Strahlen werden über das 2/4 Plättchen 203', den Strahlenteiler 203, ein weiteres 1/4- Plättchen 203" sowie ein Objektiv 206 auf einen Re flektor 207 gerichtet. Dieser Reflektor ist mit sich kreuzenden Linienscharen 207', 207" versehen, von denen jede die Richtung einer Messkoordinate angibt. An diesen Linien findet eine Modulation der auftreffenden Lichtstrahlen statt.
Die von der Oberfläche dieses Reflektors reflektierten modulierten Strahlen durchlaufen rückwärts die Bauteile 206, 203", 203 und bilden die Abtastmarken auf einen Messmarkenträger 220 ab. Dieser Messmarkenträger besteht aus zwei transparenten Scheiben, von denen jede als Messmarke eine Linienschar 208 bzw. 209 trägt und die mit ihren die Linienscharen tragenden Seiten so dicht wie möglich nebeneinander drehbar gelagert sind.
Die Anordnung der Linien auf den beiden Scheiben ist derart getroffen, dass sich bei beiden Scheiben im Punkt ihrer Drehachse sowie in deren näheren Umgebung keine Messmarke befindet. Sowohl die Träger der Abtastmarken als auch die Träger der Messmarken sind in Einstellringen 215, 216 bzw. 217, 218 montiert, die mit einer Geradeinteilung versehen sind. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Abtastmarken und die Messmarken winkelgleich einstellen.
Dem Messmarkenträger ist ein Strahlenteiler 210 machgeschaltet, der es erlaubt, die Messinformation visuell mittels eines Okulars 211 zu beobachten und gleichzeitig fotoelektrisch aufzunehmen. Zu diesem Zweck ist hinter dem Strahlenteiler 210 ein Prisma 221 angeordnet, das die Messignale nach ihren Farbanteilen trennt und die von der Abtastmarke 204 herrührenden Signalanteile einem fotoelektrischen Empfänger 212, die von der Abtastmarke 205 herrührenden Signalteile dagegen einem fotoelektrischen Empfänger 213 zuführt. Die Weiterverarbeitung der Ausgangssignale dieser beiden fotoelektrischen Empfänger erfolgt in bekannter und daher hier nicht näher erläuterten Weise.
Wenn man in dem soeben beschriebenen Beispiel den Reflektor 207 mit den Linien 207', 207" durch einen solchen ersetzt, der keine Linien aufweist, so arbeitet das Gerät als Autokollimator und die Neigung dieses Reflektors in Bezug auf die Zielachse kann in zwei Koordinatenrichtungen bestimmt werden. Hierbei erfolgt dann die Modulation an den linienförmigen Marken 208, 209.
In den Beispielen ist gezeigt, dass man die Unter scheidung der von den beiden Abtastmarken herrüh renden Signalanteile durch Verschiedenfarbigkeit des Lichtes erreichen kann. Eine solche Unterscheidung lässt sich aber auch durch unterschiedliche Intensitäts wechselfrequenzen oder durch Polarisation des von den Abtastmarken ausgehenden Lichtes erreichen.
Bisher wurden Geräteaufbauten beschrieben, mit deren Hilfe die laterale Lage eines Messobjektes im Hinblick auf eine oder zwei Koordinatenrichtungen be stimmt werden kann. Oft ist es aber auch erwünscht, die Lage eines Messobjektes in axialer Richtung in Bezug auf einen vorgegebenen Nullpunkt zu erfassen. Zu diesem Zweck schaltet man dem Messobjekt Mittel zu, die zur Überprüfung der Gleichmässigkeit der Lichtver teilung in der Pupille oder in einer zur Messung der
Phasenlage der einzelnen Anteile bei einer durch die
Lage des Messobjektes bedingten Ungleichmässigkeit der Lichtverteilung dienen.
Ausführungsbeispiele für derartige Anordnungen sind in den folgenden Figuren dargestellt.
In Fig. 7 ist eine Anordnung gezeigt, bei der nur ein fotoelektrischer Empfänger verwendet ist. Eine Lampe 101 beleuchtet über einen Kondensor 102 sowie eine aus einem ortsfest gelagerten Spiegel 103 sowie einem mittels Membranen 105 gelagerten und daher beweglichen Spiegel 104 bestehende Spiegelkombination eine synchron mit dem Spiegel 104 bewegbare Spaltblende 106. Die Bewegung des Spiegels 104 und der Blende 106 erfolgt mittels eines von einem Wech- selstromgenerator 170 gespeisten Magnetsystems 107 mit einer Frequenz f0. Der Blende ist ein optischer Teiler 1301 nachgeschaltet.
Die leuchtende Abtastmarke 106 wird durch diesen und nach Durchlaufen einer Pu- pillenblende 108, eines Kondensors 109 sowie einer verschieblich gelagerten Prismen-Linsen-Kombination 131 auf das Messobjekt 110, das mit einem Reflektor 110'zusammenwirkt, abgebildet. Das von diesem reflektierte Licht durchläuft die Bauteile 131, 109, 108 rückwärts und wird durch den Teiler 130 ausgespiegelt. Es durchläuft eine Feldlinse 132 sowie einen weiteren Teiler 133, durch den das Licht einmal einem Beobachtungsokular 134 zugeführt bzw. in eine Bildebene 135 gelenkt wird. Dabei entspricht das in dieser Ebene entworfene Bild der durch die Blende 108 bestimmten Pupille. Der Ebene 135 ist ein fotoelektrischer Empfänger 136 beweglich zugeordnet.
Er wird mittels eines von einem Generator 137 mit einer Frequenz f1 gespeisten Magnetsystems 138 derart bewegt, dass er die beiden Hälften der Pupille abwechselnd abtastet.
Diesem photoelektrischen Empfänger sind ein Vorverstärker 140 sowie zwei Selektivverstärker 141, 142 nachgeschaltet, von denen der eine auf die Frequenz ft, der andere auf eine Frequenz (2n + 1) fo abgestimmt ist. Das am Ausgang des Verstärkers 141 anstehende Signal wird in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 143 mit dem Ausgangssignal des Generators 137 verglichen, nachdem dieses einen Phasenschieber 145 sowie eine Rechteckverformerstufe 147 durchlaufen hat. Dem phasenempfindlichen Gleichrichter 143 ist ein Gleichspannungsverstärker 149 nachgeschaltet, der einen Stellmotor 151 speist. Dieser Motor betätigt einen Spindeltrieb 153, der bei seiner Betätigung eine Verschiebung des Messobjektes in Richtung der optischen Achse, also in Richtung der Z-Koordinate bewirkt.
In gleicher Weise werden die Ausgangssignale des Verstärkers 142 mit dem vom Generator 170 gelieferten Signal verglichen, nachdem dieses einen Phasenschieber 146, einen auf eine Frequenz (2n + 1) fo abgestimmten Selektivverstärker 148 sowie eine Rechteckverformerstufe 155 durchlaufen hat. Der Vergleich findet in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 144 statt, dem ein Gleichstromverstärker 150 nachgeschaltet ist. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit einem Stellmotor 152 verbunden, der über einen Spindeltrieb 154 die Prismen-Linsen-Kombination 131 parallel zu sich selbst längs der X-Koordinate verschieben kann.
Diese Anordnung eignet sich also zum automatischen Einfangen und Einrichten eines Messobjektes sowohl im Hinblick auf die X- als auch auf die Z-Koordinatenrichtung.
Es bleibt zu erwähnen, dass die vorbeschriebene Anordnung auch dahingehend abgeändert werden kann, dass statt des schwingenden fotoelektrischen Empfängers 136 ein fest montierter fotoelektrischer Empfänger verwendet werden kann, der mit einer schwingenden Abtastblende zusammenwirkt.
In Fig. 8 ist eine Anordnung gezeigt, die erkennen lässt, dass sich das Mehrzweckmessgerät auch für Messungen im Durchlicht eignet. Wie ersichtlich, beleuchtet eine Lampe 251 über einen Kondensor 252 sowie eine aus zwei Prismen 253, 254, von denen das eine mittels Membranen 255 in horizontaler Richtung beweglich gelagert ist, bestehende Prismenkombination eine auf dem bewegbaren Prisma aufgebrachte Marke 256. Die Bewegung des Prismas erfolgt mittels eines von einem Generator 290 mit Wechselstrom der Frequenz f0 gespeisten Doppel-Tauchspul-Magnetsystems 257. Die leuchtende Marke 256 wird über eine Pupillenblende 258 sowie einen Kondensor 259 auf das Messobjekt 260, das die Form eines Massstabstriches aufweist, abgebildet.
Diesem sind zwei Teilerlinsen 261, 262 nachgeschaltet, die das Licht zu zwei fotoelektrischen Empfängern 263,264 leiten. Die Ausgänge dieser Empfänger sind an die Eingänge eines Summenbildners 265 sowie eines Differenzbildners 266 gelegt.
Dem Differenzbildner sind ein Selektivverstärker 268 für die Frequenz f0 sowie eine Phasenschieberstufe 270 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal der Phasenschieberstufe 270 wird mit dem mittels eines Rechteckverformers 291 verformten Ausgangssignal des Generators 290 in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 272 verglichen. Das Ausgangssignal dieses Gleichrichters zeigt mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes 274 die Lage des Messobjektes in Richtung der ZAchse an.
Dem Summenbildner 265 ist ein auf eine Frequenz (2n + 1) fo abgestimmter Resonanzverstärker 267 nachgeschaltet, an dessen Ausgang eine Phasenschieberstufe 269 liegt. Das Ausgangssignal dieser Stufe wird mit dem Ausgangssignal des Generators 290, nachdem dieses einen auf eine Frequenz (2n + 1) fo abgestimmten Resonanzverstärker 273 sowie eine Rechteckverformerstufe 275 durchlaufen hat, in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 271 verglichen. Ein nachgeschaltetes Anzeigeinstrument 277 zeigt die Lage des Messobjektes in Richtung der X-Koordinate an.
In Fig. 9 ist schematisch gezeigt, wie man auf einfache Weise zu den Summen- und den Differenzsignalen der beiden fotoelektrischen Empfänger gelangen kann. Bei dieser Anordnung, die ein Messgerät zur Kontrolle der Augenblickswerte einer in Bearbeitung befindlichen Kugel darstellt, wird der mittels einer Lampe 301 sowie eines Kondensors 302 beleuchtete Spalt einer mittels Membranen 303 beweglich gelagerten Blende 304 über einen Teilerwürfel 305 sowie ein Objektiv 306 auf die in Bearbeitung befindliche reflektierende Oberfläche der Kugel 307 abgebildet. Die von dieser reflektierten Strahlen werden über das Objektiv 306 sowie den Teilerwürfel 305 auf eine Messkala 308 abgebildet, an der man mittels eines Okulars 309 die Zentrierung derKugel im Hinblick auf die optischeAchse des Gerätes ablesen kann.
Mittels eines weiteren Teilers 310 werden die reflektierten Strahlen über e3nPrisma311 zwei fotoelektrischen Empfängern 312,313 zugeführt, deren Ausgangs signale den getrennten Primärwicklungen 315, 315', 316, 316' zweier Transformatoren 317, 318 zugeführt werden. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit Kondensatoren zu Schwingkreisen ergänzt, von denen der eine auf eine Frequenz (2n + 1)f0, der andere auf die Frequenz f0 abgestimmt ist. Damit aber entspricht die sekundäre Spannung des Transformators 317 der Summe der Ströme der beiden fotoelektrischen Empfänger, während die Ausgangsspannungen des Transformators 318 proportional der Differenz der Ströme der beiden fotoelektrischen Empfänger ist.
Die Auswertung der anfallenden Sekundärspannungen erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.
Optical measuring device
The invention relates to an optical measuring device with at least one oscillating luminous scanning mark for the visual and / or photo-electrical determination of the relative position of an object.
The invention is based on the object of creating an optical measuring device which, after only a slight modification, can be used both for measuring the position or movement of an object in a direction perpendicular to the device axis and for determining the position of a measuring object in the axial direction to a predetermined zero point, as well as to determine the angle of objects inclined against the device axis, as well as to measure curvatures, as well as to determine the runout d. H. the lateral migration of rotating waves.
A number of measuring devices are known which are used to determine the position of a mark on the object to be measured. With them, a light beam is set in an oscillating motion by means of a deflector and thus scans the mark to be measured. The measurement result results from the comparison of the times that elapse between the respective crossing of the mark to be measured during the oscillation. These devices have the disadvantage that they can only be used where the measurement object is marked.
The optical measuring device is characterized in that the image of the oscillating scanning mark is modulated after passing through an optical imaging system in a plane conjugate to the plane of the scanning mark at at least one mark and that the light flux corresponding to the modulated image strikes at least one photoelectric receiver, which is followed by evaluation electronics. Flat mirrors, centraisymmetrical mirrors (e.g. triple mirrors), cube-corner prisms and convex spherical surfaces in combination with a refractive component whose focal point lies on the mirror surface as well as symmetrical mirrors (corner mirrors, cylindrical mirrors, reflective toric bodies) can be used as reflectors ) be used. Furthermore, the scanning mark can be a luminous body that is not thermally excited.
Photoelectric converters with an external or internal photoelectric effect can serve as brands of the brand bearer. By using image splitting optical means between the scanning mark and the mark carrier, a large number of mark images can be generated.
The object of the invention has the advantage over the known that only the light flow absolutely necessary for the measurement gets into the instrument, whereby the signal-to-noise ratio is favorable for the evaluation and, on the other hand, a particularly good contrast is achieved due to the lack of scattered light. On the other hand, it is possible with the device to localize the image of the scanning mark at any point on the mark carrier, so that only the space between two marks of the measuring mark carrier has to be bridged with fine measuring equipment, while the precision of the measurement over the entire mark field only depends on the Accuracy of the division of the mark carrier depends.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. Show it:
1 shows the device as a measuring microscope,
Fig. 2 further design options for the reflector,
3 shows the device as an autocollimator, FIG. 4 shows an embodiment of the device for communicating about 2n measurement marks.
5 shows an arrangement for measuring in two rigid coordinate directions,
6 shows an arrangement for measuring in two variable coordinate directions,
7 shows an arrangement for axial measurement using only one photoelectric receiver,
8 shows an arrangement for axial measurement with two photoelectric receivers,
9 shows an arrangement in which the sum and difference signals are generated from the measurement signals by means of transformers.
In the first devices shown, a lamp 10 illuminates via a condenser 11 a moving diaphragm 12 provided with at least one opening 12a designed as a scanning mark. The movement of the diaphragm can, for example, be carried out in an oscillating manner or by rotating around an axis preferably parallel to the device axis, in such a way that the mark opening is continuously or intermittently in the beam path. The rays emanating from the luminous mark 12a of the diaphragm thus created are directed onto a reflector via a beam splitter 13 and an objective 14. The beams reflected by this pass through the objective 14 backwards and image the scanning mark 12a via the beam splitter 13 onto a mark carrier 16 provided with measuring marks 15.
The image of the mark plane of the carrier 16 is viewed via a further beam splitter 17 by means of an eyepiece 18 or is fed to a photoelectric receiver 19.
1 shows a structure in which an inclined, semitransparent plate 13 is used as the beam splitter and a micro-objective 14 is used as the objective. The double oscillation amplitude of the scanning mark 12a and the position of the vibration zero point are expediently chosen so that the image of the scanning mark 12a on the mark carrier 16 just remains in a graduation interval and is in the rest position in the middle between two measuring marks 15. A reflective cylinder 26 with surface lines lying parallel to the gap-shaped scanning mark is used here as a reflector. When the image of the scanning mark sweeps over the cylinder, the light returning into the object is modulated in that when the image is positioned on the inclined cylinder flanks, the illuminating beam can no longer enter the aperture of the objective 14.
The evaluation of the signals emitted by the receiver takes place according to one of the known and therefore not described here any more methods. Deviations in the position of the cylinder from the target direction given by the zero point of oscillation of the scanning mark 12a and the front main point of the objective 14 are recorded photoelectrically and evaluated electronically. The course of the measurement or the adjustment of the device can be observed on the eyepiece 18.
In Fig. 2 other embodiments for the reflector are shown. The reflector 22 consists of a carrier that has trench-shaped marks 22a on its surface, the reflective flanks of which are inclined so that the light reflected from these cannot return into the aperture of the objective 14. A reflection of the light into the aperture is only possible if the light falls on the reflective surroundings of the marks.
In another embodiment, the reflector 23 is preceded by a transparent graduation carrier 23a with light-absorbing marks 23b. Here, the modulation of the light flux containing the brand image takes place at the brands 23b arranged in the image plane. The light that passes one of the light-absorbing marks in the course of the scan is reflected by the reflector within the field of the objective in its aperture.
If any directional deviations of a workpiece from a target position are to be determined in a plane and the workpiece has no markings, a concave mirror 24 can advantageously be used as a reflector which, in combination with a refractive optical element 24a, has telecentric properties. This concave mirror is placed on the workpiece and, when it drifts out of the device axis, results in an emigration of the light mark on the mark carrier 16 that is doubled in accordance with the 1: 1 concave mirror image. If this reflector is placed on the end face of a shaft, for example, and it is allowed to rotate, the runout of the shaft is displayed in one direction.
This concave mirror is placed on the workpiece in such a way that the image of the scanning mark 12a is reflected by the concave mirror on a 1: 1 scale. If the optical axis of the concave mirror coincides with the target axis of the instrument, the image of the scanning mark returns to itself and, after reflection on the divider 13, hits the point of the mark carrier 16 assigned to the zero position. If the concave mirror 24 is shifted laterally by an amount x, the image designed by it migrates out by an amount 2x. Enlarged with the imaging scale of the objective 14, the image of the scanning mark migrates over the measuring marks 15 in the rhythm of the movement of the diaphragm 12. This causes a modulation of the light flux that contains the measurement result.
If larger migrations of the test object are to be measured, a 900 roof or a triple prism or mirror 25, whose roof edge is approximately perpendicular to the direction of movement and to the optical axis of the device and in a plane with that of the device, can be used in place of a non-telecentric concave mirror system Objectively designed image of the sample mark lies, step.
The image of the scanning mark is always designed in the plane of the reflector tip. If this tip is not in the target axis of the device, the image of the scanning mark is drawn in the plane of symmetry of the reflector, i.e. H. If the main ray of the image is at a distance y from the plane of symmetry, the diverging bundle of rays leaves the reflector after the merging of the rays so that the main ray of this bundle is parallel to the incident main ray and is at a distance of 2y from it.
As a result, the image of the scanning mark moves sideways at twice the speed.
Instead of the reflectors mentioned, convex mirrors whose center of curvature lies in the image plane of the scanning mark 12a can also advantageously be used. The convex mirror can also have the function of a mechanical probe ball.
In the structure shown in FIG. 3, the objective 34 is a telescope objective. A planar autocollimation mirror 35 is used as the reflector, and angle values are expediently assigned to the lvkssmarks of the carrier 16. The operation of the device designed in this way as an autocollimation telescope results from what has been said above. If this structure is to be used as a refractometer, the mirror is rigidly connected to the device, at such a distance that at least one cuvette can be inserted between the device and the mirror. Instead of the rigidly mounted mirror, the mirrored rear wall of the cuvette can also be used as a reflector.
In Fig. 4 it is shown how one can carry out a measurement averaging over several marks on the reflector in the described device. A Wollaston prism 50 is placed in the beam path, through which the beam path is split into two parts. If one wants to split up further, one adds with the interposition of - / 4-plates, which have a circular polarizing effect, or of optically active plates with 450 rotation, e.g. B. quartz plates (51, 53, etc.), other Wollaston prisms (52, 54, etc.).
If only one Wollaston prism 50 is used, two synchronously moving images of the scanning mark 12a are obtained, the spacing of which corresponds to the focal length of the objective 14 and the splitting angle of the prism. The two images are polarized perpendicular to each other. As a result, the light paths assigned to the two images can be differentiated and separated from one another. In addition to the measurement signal, a control signal can be obtained by means of two receivers.
It makes sense to provide means with the help of which the size and / or the number per time unit of the oscillation amplitudes of the scanning mark can be selected. It is also possible, for example, to control the size of the oscillation amplitudes and / or their number per unit of time or to regulate them as a function of the output signal from the photoelectric receiver 19.
In principle, it is also possible for the measurement marks 15 of the carrier 16 to be different from one another, e.g. B. in accordance with a code, so that each scanned measurement mark indicates its value. The measuring marks 15 themselves can also be designed as photoelectric receivers, so that the respective illuminated measuring mark is characterized by the change in its electrical properties.
Another possibility of changing the structure of the multi-purpose measuring device described is that instead of the diaphragm 12, a self-luminous object, e.g. For example, a semiconductor with a luminous pn-junction is used, which moves exactly like the diaphragm. In this case, the lamp 10 and the condenser 11 can be dispensed with.
As shown in FIGS. 1 and 3, additional optical means can be provided which cause additional illumination of the plane of the measuring mark carrier 16. As shown in FIG. 1, a concave mirror 70 is suitable for this purpose, for example, which is assigned to the splitter prism and which reflects the illuminating beam components reflected out via the splitter surface onto the mark carrier 16. By interposing a filter 71 it can be ensured that this additional lighting does not affect the photoelectric receiver.
This additional lighting can also be achieved by installing an additional lamp instead of the concave mirror (shown in dashed lines in FIG. 4). It is also possible, as indicated in FIG. 3, to utilize the unused part of the radiation from the lamp 10 for additional illumination of the mark carrier 16 by optical means, such as mirrors, lenses, light guides.
The additional illumination of the mark carrier 16 can also be used to bring auxiliary marks or figures, for example tolerance marks, into the mark plane of the carrier 16 via an imaging beam path (not shown), which, if desired, can be shifted or erased measurably against the image of the mark 12a are.
In the arrangement shown in FIG. 5, a lamp 10 illuminates a movable diaphragm 12 provided with an opening 112 representing the scanning mark via a condenser 11. The mark opening 112 is composed of two slit-shaped openings 112a and 112b, which together form an angle of, for example 900 include. The movement of the diaphragm takes place here in an oscillating manner with a frequency f1 by a drive unit 111 in the direction of the mark 112b. The rays emanating from the luminous scanning mark 112 of the diaphragm are directed via a beam splitter 13 and an objective 14 onto a reflector 100, which has the shape of an externally mirrored hemisphere. This is mounted in such a way that its center point 100 ′ coincides with the image plane of objective 14.
The rays reflected from the surface of this hemisphere pass through the objective 14 backwards and, via the said beam splitter 13, map the parts 112a, 112b of the scanning mark onto a mark carrier 16 provided with measuring marks 115a, 115b. The measuring marks are linear.
They cross at the same angle as the parts 112a, 112b of the scanning mark cross. The mark carrier is mounted movably in the direction of the partial mark 115a. It is moved at a frequency f2 that differs from the frequency f1 and has no harmonic in common with it. For this purpose, a drive unit 110 is assigned to the mark carrier. The image of the mark plane of the carrier 16 is viewed via a further beam splitter 17 by means of an eyepiece 18 or fed to a photoelectric receiver 19, at the output of which two evaluation devices 113, 114 are connected, one of which responds to a signal (2n + 1) f1 , the other is responsive to a signal (2n + 1) f2.
The function of this device is as follows: If the center of the sphere is shifted laterally by an amount x, the image of the scanning mark migrates virtually by an amount 2x and appears to be displaced on the mark carrier 16 according to the imaging scale of the lens 14. The oscillating movements of the diaphragm 12 do not generate any light modulation on the mark carrier 16 through interaction with the mark group 115b. Only the image of the measurement marks 112a is modulated with the frequency f1 and its harmonics. The modulation of the light originating from the mark 112b is carried out by the partial mark group 115a when the mark carrier moves at the frequency f2 and its harmonics.
In Fig. 6 a device is shown which has a somewhat modified structure and is suitable for measuring in coordinates arbitrarily adjustable angular position. Here, a lamp 201 illuminates the scanning marks 204, 205 via a polarizer 200, a capacitor 202 and a beam splitter 203, which is followed by a 1/4 plate 203 ′. The splitter surface of the beam splitter is designed as a polarizing surface.
The scanning marks 204, 205 consist of narrow mirrors which are rotatably mounted as close as possible one behind the other. They have different reflectivities in terms of color (red and green). They can be moved together in the direction of the arrow. The beams reflected by the scanning marks designed as mirrors are directed via the 2/4 plate 203 ', the beam splitter 203, another 1/4 plate 203 "and an objective 206 onto a reflector 207. This reflector has intersecting sets of lines 207 ', 207 ", each of which indicates the direction of a measurement coordinate. A modulation of the incident light rays takes place on these lines.
The modulated beams reflected from the surface of this reflector pass backwards through the components 206, 203 ″, 203 and map the scanning marks onto a measuring mark carrier 220. This measuring mark carrier consists of two transparent disks, each of which has a group of lines 208 or 209 as a measuring mark and which are mounted rotatably next to one another with their sides carrying the families of lines as close as possible.
The lines on the two disks are arranged in such a way that there is no measurement mark on either disk at the point of their axis of rotation or in their immediate vicinity. Both the carrier of the scanning marks and the carrier of the measuring marks are mounted in setting rings 215, 216 or 217, 218, which are provided with a straight division. With their help, the scanning marks and the measuring marks can be set at the same angle.
A beam splitter 210 is connected to the measurement mark carrier, which allows the measurement information to be observed visually by means of an eyepiece 211 and, at the same time, to be recorded photoelectrically. For this purpose, a prism 221 is arranged behind the beam splitter 210, which separates the measurement signals according to their color components and the signal components originating from the scanning mark 204 to a photoelectric receiver 212, while the signal parts originating from the scanning mark 205 are fed to a photoelectric receiver 213. The further processing of the output signals of these two photoelectric receivers takes place in a known manner and therefore not explained in detail here.
If, in the example just described, the reflector 207 with the lines 207 ', 207 "is replaced by one that has no lines, the device works as an autocollimator and the inclination of this reflector with respect to the target axis can be determined in two coordinate directions The modulation then takes place at the line-shaped marks 208, 209.
The examples show that the differentiation of the signal components originating from the two scanning marks can be achieved by different colors of the light. Such a differentiation can, however, also be achieved through different intensity alternating frequencies or through polarization of the light emanating from the scanning marks.
So far, device structures have been described with the help of which the lateral position of a measurement object can be determined with regard to one or two coordinate directions. However, it is often also desirable to detect the position of a measurement object in the axial direction in relation to a specified zero point. For this purpose, means are switched on to the measurement object, which are used to check the uniformity of the light distribution in the pupil or in one for measuring the
Phasing of the individual parts in one through the
The unevenness of the light distribution caused by the position of the measurement object.
Exemplary embodiments of such arrangements are shown in the following figures.
In Fig. 7, an arrangement is shown in which only one photoelectric receiver is used. A lamp 101 illuminates a slit diaphragm 106 which can be moved synchronously with the mirror 104 via a condenser 102 and a mirror combination consisting of a stationary mirror 103 and a mirror 104 mounted by means of membranes 105 and therefore movable. The movement of the mirror 104 and the diaphragm 106 takes place by means of a magnet system 107 fed by an alternating current generator 170 with a frequency f0. An optical splitter 1301 is connected downstream of the diaphragm.
The luminous scanning mark 106 is imaged by this and after passing through a pupil diaphragm 108, a condenser 109 and a displaceably mounted prism-lens combination 131 onto the measurement object 110, which interacts with a reflector 110 ′. The light reflected by this passes through the components 131, 109, 108 backwards and is reflected out by the splitter 130. It passes through a field lens 132 and a further splitter 133 through which the light is fed once to an observation eyepiece 134 or directed into an image plane 135. The image drawn in this plane corresponds to the pupil determined by the diaphragm 108. A photoelectric receiver 136 is movably assigned to the plane 135.
It is moved by means of a magnet system 138 fed by a generator 137 at a frequency f1 in such a way that it alternately scans the two halves of the pupil.
A preamplifier 140 and two selective amplifiers 141, 142 are connected downstream of this photoelectric receiver, one of which is tuned to the frequency ft and the other to a frequency (2n + 1) fo. The signal present at the output of the amplifier 141 is compared in a phase-sensitive rectifier 143 with the output signal of the generator 137 after the latter has passed through a phase shifter 145 and a square-wave transformer stage 147. The phase-sensitive rectifier 143 is followed by a DC voltage amplifier 149 which feeds a servomotor 151. This motor actuates a spindle drive 153 which, when actuated, causes a displacement of the measurement object in the direction of the optical axis, that is, in the direction of the Z coordinate.
In the same way, the output signals of the amplifier 142 are compared with the signal supplied by the generator 170 after it has passed through a phase shifter 146, a selective amplifier 148 tuned to a frequency (2n + 1) fo and a square-wave converter stage 155. The comparison takes place in a phase-sensitive rectifier 144, which is followed by a direct current amplifier 150. The output of this amplifier is connected to a servomotor 152 which, via a spindle drive 154, can move the prism-lens combination 131 parallel to itself along the X coordinate.
This arrangement is therefore suitable for automatically capturing and setting up a measurement object both with regard to the X and Z coordinate directions.
It should be mentioned that the above-described arrangement can also be modified in such a way that, instead of the oscillating photoelectric receiver 136, a fixedly mounted photoelectric receiver can be used which interacts with an oscillating scanning diaphragm.
FIG. 8 shows an arrangement which shows that the multipurpose measuring device is also suitable for measurements in transmitted light. As can be seen, a lamp 251 illuminates a mark 256 applied to the movable prism via a condenser 252 and a prism combination consisting of two prisms 253, 254, one of which is movably mounted in the horizontal direction by means of membranes 255. The prism is moved by means of a double moving coil magnet system 257 fed by a generator 290 with alternating current of the frequency f0. The luminous mark 256 is imaged via a pupil diaphragm 258 and a condenser 259 on the measurement object 260, which has the form of a scale line.
Two splitter lenses 261, 262 are connected downstream of this and guide the light to two photoelectric receivers 263, 264. The outputs of these receivers are applied to the inputs of a summing unit 265 and a subtracting unit 266.
A selective amplifier 268 for the frequency f0 and a phase shifter stage 270 are connected downstream of the difference generator. The output signal of the phase shifter stage 270 is compared with the output signal of the generator 290, which is deformed by means of a square-wave transformer 291, in a phase-sensitive rectifier 272. The output signal of this rectifier shows the position of the measurement object in the direction of the Z-axis with the aid of a display instrument 274.
The summator 265 is followed by a resonance amplifier 267 tuned to a frequency (2n + 1) fo, at the output of which a phase shifter stage 269 is located. The output signal of this stage is compared in a phase-sensitive rectifier 271 with the output signal of the generator 290 after it has passed through a resonance amplifier 273 tuned to a frequency (2n + 1) fo and a square-wave converter stage 275. A downstream display instrument 277 shows the position of the measurement object in the direction of the X coordinate.
FIG. 9 shows schematically how the sum and difference signals of the two photoelectric receivers can be obtained in a simple manner. In this arrangement, which is a measuring device for checking the instantaneous values of a ball being processed, the gap illuminated by a lamp 301 and a condenser 302 of a diaphragm 304 movably mounted by means of membranes 303 is applied to the being processed via a divider cube 305 and an objective 306 located reflective surface of the ball 307 shown. The rays reflected by this are mapped via the objective 306 and the splitter cube 305 onto a measuring scale 308, on which the centering of the sphere with regard to the optical axis of the device can be read off by means of an eyepiece 309.
By means of a further splitter 310, the reflected beams are fed via e3nPrisma311 to two photoelectric receivers 312, 313, the output signals of which are fed to the separate primary windings 315, 315 ', 316, 316' of two transformers 317, 318. The secondary windings of these transformers are supplemented with capacitors to form resonant circuits, one of which is tuned to a frequency (2n + 1) f0, the other to the frequency f0. However, the secondary voltage of the transformer 317 corresponds to the sum of the currents of the two photoelectric receivers, while the output voltages of the transformer 318 is proportional to the difference between the currents of the two photoelectric receivers.
The secondary stresses that occur are evaluated in the manner already described.