DE1623223C3 - Autokollimator zur Messung der Relativlage von zwei Reflexen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Autokollimator zur Messung der Relativlage von zwei Reflexen in jeweils einer Winkelkoordinate, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, zwei komplementären Meßmarkensystemen, einem Objektiv, einem auf dem Meßobjekt feststehenden Referenzspiegel, einem auf dem Meßobjekt verschiebbaren Meßspiegel und einem Okular.

Es ist bei vielen Meßaufgaben nicht möglich, in üblicher Weise den Autokollimator stabil gegenüber dem Prüfling aufzustellen. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein längeres Maschinenbett

ίο vermessen werden soll, wobei die Meßstrecke über die gesamte Länge des Maschinenbettes verläuft. Es ist dann üblich, zwei Autokollimationsspiegel zu verwenden, von denen der eine als Referenzspiegel am festen Prüflingsteil, der zweite als Meßspiegel am beweglichen Prüflingsteil angeordnet wird. Dabei werden nacheinander beide Spiegel angemessen und aus dem Ergebnis durch Differenzbildung die Winkeldifferenz beider Spiegelneigungen gegeneinander ermittelt. Dadurch wird zweimal die Einfangunsicherheit in die Messung eingeschleppt und außerdem ist nachträglich noch eine Rechnung durchzuführen.

Aus der DT-AS 10 94 485 ist es bekannt, eine Meßmarke einmal über einen Meßspiegel und zum anderen über einen Referenzspiegel in eine gemeinsame Okularbildebene abzubilden. Zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit wird das Bild der Meßmarke auf den Abbildungswegen unterschiedlich, vorzugsweise komplementär, angefärbt. Da der Meßstrahlengang und der Referenzstrahlengang auf getrennten optischen Wegen verlaufen, gehen Kippungen des Autokollimators gegenüber dem Referenzspiegel in das Meßergebnis ein. Diese Anordnung ist daher für die vorgenannten Meßaufgaben nicht geeignet.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Autokollimator zu schaffen, bei dem Meß- und Referenzspiegel getrennt vom eigentlichen Autokollimator aufgestellt werden können, ohne daß Kippungen des Autokollimators das Meßergebnis beeinflussen und bei dem durch eine einzige Einstellung die Ablage zwischen Meß- und Referenzmarke abgelesen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Autokollimator der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.

In den Zeichnungen sind drei Beispiele für einen Autokollimator nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Autokollimator mit Meßspiegel und Referenzspiegel und zwei in Komplementärfarben eingefärbten Meßrechen,

Fig.2 eine Anordnung mit zwei im Komplementärfarben eingefärbten Kreuzgittersystemen und einem Referenzspiegel, dessen Spiegelfläche als dichromatischer Strahlenteiler ausgebildet ist,

F i g. 3 eine Anordnung mit Meßmarkensystemen, die senkrecht zueinander polarisiert sind.

In der F i g. 1 beleuchtet eine Lichtquelle 1 über einen Kondensor 2 zwei in der optischen Achse aneinander grenzende Meßrnarkensysteme 3 und 4, die über einen Teilerwürfel 5 durch das Objektiv 6 ins Unendliche abgebildet werden. In Lichtrichtung unmittelbar vor den Meßmarkensystemen 3 und 4 sind zwei in der optischen Achse des Systems aneinander grenzende Bildtrennkei-Ie 7 und 8 angeordnet, von denen der eine (7) grün und der andere (8) rot eingefärbt sind. Auf dem nicht dargestellten Prüfling ist ein Referenzspiegel 9 befestigt,

während auf dem beweglichen Prüflingsteil der Meßspiegel 10 angeordnet ist. Die Gesamtanordnung wird ergänzt durch ein Okular 11, in dessen Zwischenbildebene 12 die reflektierten Bilder der Meßmarkensysteme 3 und 4 durch das Objektiv 6 abgebildet werden.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Durch die Einfärbung der Bildtrennkeile 7 und 8 werden auch die Meßmarkensysteme 3 und 4, von denen das Meßmarkensystem 3 als eigentliches Meßsystem beziffert sein kann, während das Referenzsystem 4 mit unterschiedlicher Gitterkonstante unbeziffert ist, in Komplementärfarben abgebildet. Dabei wird das abbildende Strahlenbündel durch die Bildtrennkeile in zwei verschieden gefärbte, in der optischen Achse des Autokollimators aneinander grenzende Teilbündel aufgespalten. Diese beiden Teilbündel werden getrennt durch den Referenzspiegel und den Meßspiegel reflektiert. Durch eine geringfügige Neigung beider Spiegel gegen die optische Achse werden beide Meßsysteme durch das Objektiv 6 einander überlagernd in der Zwischenbildebene 12 des Okulars 11 abgebildet. In der Zwischenbildebene wird von den sich überlagernden Teilstrichen durch additive Mischung der Komplementärfarben nur ein Teilstrich weiß erscheinen, während alle übrigen Striche Farbsäume aufweisen. Diese ungefärbte Meßmarke gibt dann die Winkeldifferenz der beiden Spiegelneigungen gegeneinander unmittelbar an.

In der Fig. 2 beleuchtet eine Lichtquelle 21 über einen Kondensor 22 ein Meßmarkensystem 23, das aus zwei ineinander verschachtelten Kreuzgittersystemen verschiedener Gitterkonstante besteht. Diese beiden Kreuzgittersysteme können als Interferenzfiltersysteme in Komplementärfarben eingefärbt und auf einer Trägerplatte angeordnet sein. Von diesen Kreuzgittersystemen ist eins beziffert, während in dem anderen nur der Koordinatenursprung gekennzeichnet ist. Beide Kreuzgittersysteme werden über einen Strahlenteilerwürfel 25 durch das Objektiv 26 ins Unendliche abgebildet. Der Referenzspiegel 29 ist als dichromatischer Strahlenteiler auf einer planparallelen Glasplatte 29a angeordnet. Der Meßspiegel 30 ist in bekannter Weise auf dem beweglichen Prüflingsteil befestigt. Auch in diesem Falle wird die Gesamtanordnung durch ein Okular 31 mit der Zwischenbildebene 32 ergänzt.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Die beiden Kreuzgittersysteme 23 werden durch das Objektiv 26 ins Unendliche abgebildet. Dabei wird das Referenzsystem an dem dichromatischen Strahlenteiler 29 reflektiert, während das das Meßmarkensystem abbildende Strahlenbündel den dichromatischen Strahlenteiler durchdringt und erst am Meßspiegel 30 reflektiert wird. Beide reflektierten Bilder der Kreuzgittersysteme werden dann durch das Objektiv 26 einander überlagernd in die Bildebene 32 abgebildet.

Auch in diesem Falle werden nur zwei aufeinander senkrecht stehende Gitterlinien durch additive Farbmischung ungefärbt erscheinen. Diese beiden Gitterlinien geben die Differenzen der Spiegelneigungen in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen wieder. Durch die Kennzeichnung des Koordinatenursprungs im Referenzsystem sind die beiden Winkelwerte unmittelbar abzulesen.

In der Fig.3 werden durch eine Lichtquelle 41 über zwei Kondensoren 42a, 42b und zwei Umlenkspiegel 42c, 42d zwei Meßmarkensysteme 43, 44 beleuchtet. Das Meßmarkensystem 43 ist auf einem Teilungsträger 43a, der durch einen Meßtrieb 436 senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ist, angeordnet. Die Meßteilung 43 selbst liegt dabei unmittelbar an einer Seitenfläche eines Teilerwürfels 47 an, während an einer senkrecht dazu stehenden Fläche die Referenzteilung 44 angeordnet ist. Die Teilerfläche des Teilerwürfels 47 ist als polarisierende Teilerfläche ausgebildet, so daß die beiden Meßmarkensysteme senkrecht zueinander polarisiert erscheinen. Beide Meßmarkensysteme werden über einen Teilerwürfel 45 durch das Objektiv 46 ins Unendliche abgebildet. Der Referenzspiegel 49 ist auf einer Seitenfläche eines weiteren Teilerwürfels 49a angeordnet, dessen Teilerfläche 49b ebenfalls als polarisierender Teiler ausgebildet ist. Dieser Teilerwürfel 49a ist auf einem festen Prüflingsteil (nicht dargestellt) angeordnet, während der Meßspiegel 50 auf dem beweglichen Prüflingsteil befestigt ist. In der Bildebene des Okulars 51 ist ein Zweifelderanalysator 52 angeordnet, dessen beide Hälften senkrecht zueinander polarisiert sind.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Durch die Polarisierung der die beiden Meßmarkensysteme abbildenden Strahlenbündel wird nur das Referenzsystem, das wiederum eine vom Meßmarkensystem unterschiedliche Gitterkonstante aufweist, an dem polarisierenden Teiler 49b und dann am Referenzspiegel 49 reflektiert, während das das Meßmarkensystern abbildende Strahlenbündel den polarisierenden Teiler 490 durchdringt und am Meßspiegel 50 reflektiert wird. Beide reflektierten Bilder werden sich überlagernd durch das Objektiv 46 in die Bildebene des Okulars 51 auf den Zweifelderanalysator 52 abgebildet. Durch die unterschiedliche Polarisationsrichtung wird das eine System nur in der einen Hälfte und das andere System nur in der anderen Hälfte sichtbar. Beide Systeme grenzen aber unmittelbar aneinander. Sie stehen sich gegenüber wie in bekannter Weise eine Meßteilung und etwa ein zugehöriger Nonius. Die in dieser Lage völlig übereinstimmenden Meßmarken geben in diesem Falle die Winkeldifferenz der beiden Spiegelneigungen an. Durch die meßbare Verstellbarkeit des Meßmarkensystems 43 kann hier zusätzlich eine Ablesung erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Autokollimator zur Messung der Relativlage von zwei Reflexen in jeweils einer Winkelkoordinate, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, zwei komplementären Meßmarkensystemen, einem Objektiv, einem auf dem Meßobjekt feststehenden Referenzspiegel, einem auf dem Meßobjekt verschiebbaren Meßspiegel und einem Okular, d a durch gekennzeichnet, daß

a) beide Meßrnarkensysteme (3, 4; 23; 43, 44) in der Brennebene eines gemeinsamen Objektivs (6; 26; 46) angeordnet sind, daß

b) der Referenzspiegel (9; 29; 49) so ausgebildet ist, daß er nur das eine Meßmarkensystem reflektiert, und der Meßspiegel (10; 30; 50) so ausgebildet ist, daß er nur das andere Meßmarkensystem reflektiert, und daß

c) das Objektiv (6; 26; 46) und das Okular (11; 31;

51) so_s zueinander angeordnet sind, daß beide reflektierten Meßmarkenbilder durch das Objektiv (6; 26; 46) in die Okularbildebene (12; 32;

52) abgebildet werden.

2. Autokollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Meßmarkensystem (3;

43) als bezifferter Meßrechen und das andere Meßmarkensystem als unbezifferter Meßrechen (4;

44) mit vom ersten verschiedener Gitterkonstante ausgebildet sind.

3. Autokollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßmarkensysteme als ineinander verschachtelte Kreuzgittersysteme (23) mit verschiedener Gitterkonstante ausgebildet sind und daß das eine Kreuzgittersystem beziffert ist, während in dem anderen Kreuzgittersystem nur der Koordinatenursprung gekennzeichnet ist.

4. Autokollimator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarkensysteme in Komplementärfarben eingefärbt sind.

5. Autokollimator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarkensysteme senkrecht zueinander polarisiert sind.

6. Autokollimator nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzgittersysteme als Interferenzfiltersysteme auf einer Trägerplatte angeordnet sind.

7. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspiegel als planparallele Glasplatte (29a) ausgebildet ist und daß auf seiner Vorderseite ein dichromatischer Strahlenteiler (29) als Spiegel für das Meßmarkensystem angeordnet ist.

8. Autokollimator nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspiegel (49) auf einer Seitenfläche eines Strahlenteilerwürfels (49a) angeordnet ist, dessen Teilerfläche (496) als polarisierender Teiler ausgebildet ist.

9. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1, 2, 4,5, 7, und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eines (43) der beiden Meßrnarkensysteme in der Brennebene des Objektivs (6; 26; 46) meßbar verstellbar ist.