DE2800340C2 - Einstellvorrichtung, insbesondere für optische Messungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung, insbesondere für optische Messungen, mit einer Grundplatte, Querfedergelenken, Blattfedern, einarmigen Hebe!n, einem Objekttisch, Kopplungsgliedern sowie einer Spiralfeder.

Bekanntlich vergrößern sich die Anforderungen an Einstellvorrichtungen der genannten Art vor allem dann, wenn sie eine geradlinige Einstellung garantieren sollen, auf vielen Gebieten der Technik ständig, insbesondere aber in der optischen Meßtechnik im Zusammenhang mit der Anwendung von Lasern, beispielsweise in der Memoryforschung, Laser-Interferometrie, optischen Datenübertragung und Datenverarbeitung, Holographie, integrierten Optik u. dgl. Die hier gestellten Anforderungen an den Genauigkeitsgrad einer geradlinigen Verstellung oder Verschiebung und damit an die Meßgenauigkeit können von der bekannten Einrichtung (DE-AS 10 92 685) nicht erfüllt werden. Auch auf dem Gebiet der elektronischen Mikrotechnik sind zahlreiche meßtechnische, ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Verstellung bzw. Einstellung von Körpern erfordernde Aufgaben entstanden. Hierfür werden Einstellvorrichtungen benötigt, die eine der Wellenlänge des Lichtes vergleichbare Meßauflösung und Meßgenauigkeit haben müssen. Dazu kommt, daß während des Vorgangs nicht nur Einstellungen als solche durchzuführen sind, sondern auch eine sichere Ablesemöglichkeit der Einstellposition mit großer Auflösung und Genauigkeit innerhalb des gesamten Meßgebietes verlangt wird. Mit zunehmender Größe des Meßgebietes werden über den gesamten Meßbereich exakt geradlinige, translatorische Bewegungen verlangt, und zwar insbesondere dann, wenn die Messungen in verschiedenen, voneinander unabhängigen Translationseinrichtungen durchgeführt werden müssen und die Winkellage des zu bewegenden Gegenstandes Einfluß auf die zu messenden physikalischen Parameter hat, so beispielsweise wenn be' einem Material die Drehung der Polarisationsebene des durchgehenden Lichtstrahls in Abhängigkeit von dem zu prüfenden Ort untersucht wird.

Schließlich sollen die Abmessungen einer Einstellvorrichtung der genannten Axt möglichst klein sein, um die Verwendung des Gerätes auch dort zu ermöglichen, wo nur wenig Platz zur Verfügung steht.

Die bekannte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art weist einen Kreuztisch für Mikroskope auf, dessen Einstellung nicht durch geradlinige Bewegungen erreicht wird. Vielmehr führt der zu positionierende Gegenstand während des Einstellvorganges eine Drehung um eine Achse aus sowie eine transiatorische Verschiebung entlang einer Kurve, welche durch eine Parabel zweiter Ordnung näherungsweise beschrieben werden kann, und deren Achse parallel zu der genannten Drehachse verläuft Die Drehung des einzustellenden Gegenstandes um diese Drehachse wird durch Kreüzfedergelenke bewirkt, während die parallele Verschiebung längs der parabolischen Kurve durch Blattfederparallelogramme erreicht wird. Ein beliebiger Punkt am einzustellenden Gegenstand führt demzufolge eine Kreisbogenbewegung um die genannte Drehachse und eine Bewegungslänge einer Parabel zweiter Ordnung aus, wobei diese Parabel in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Kreisbogens liegt. Dies bedeutet, daß mit der bekannten Vorrichtung noch nicht einma! eine in einer einzigen Ebene stattfindende Einstellung durchgeführt werden kann, so daß diese Vorrichtung überhaupt nur für die Fälle verwendbar ist, in denen es sowohl auf die Winkellage des zu prüfenden Gegenstandes nicht ankommt, als auch der Gegenstand nur sehr geringe Bewegungen ausführt, so daß sowohl die Abweichung aus der Bewegungsebene als auch vom Kreisbogen sehr klein ist, weshalb die Krümmung des letzteren vernachlässigbar ist. Eine andere bekannte Einstellvorrichtung (CH-PS 3 79 149) dient zur Bewegung bzw. Führung von Mikroskoptischen, wobei die Ablesemöglichkeit der Position bei der Scharfeinstellung des Mikroskops naturgemäß in den Hintergrund tritt, so daß bereits aus diesem Grunde mit der bekannten Anordnung meßtechnische Positionierungsaufgaben nicht erfüllt werden können.

Des weiteren ist eine Vorrichtung zur Parallelführung eines beweglichen Apparateteils in bezug auf einen feststehenden Teil bekannt (DE-PS 11 36 555), die jedoch nur eine Bewegung auf einer parallelen parabolischen Bahn ermöglicht, also keine geradlinige Bewegung. Außerdem besitzt diese Vorrichtung keine Möglichkeit der Positionsbestimmung und ist auch zur Feineinstellung der Bewegung nicht geeignet.

Schließlich ist eine Tischeinstellvorrichtung bekannt (DE-OS 24 40 088), die aber für eine geradlinige genaue Einstellung ebenfalls ungeeignet ist, da sie mit gebogenen Blattfedern versehen ist, die während der Einstellung aufgrund der asymmetrischen Verformungen, denen sie unterworfen werden, keine konstante Federkennlinie aufweisen können. Darüber hinaus ist bei dieser Art der Feineinstellung aufwendige elektromagnetische Steuervorrichtung für die Tischbewegung erfor-

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derlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Einstellvorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß sie im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung eine um eine Größenordnung höhere Meß- und Reproduktionsgenauigkeit aufweist, wobei eine absolut geradlinige Einstellung ermöglicht wird und außerdem die Einstellposition einwandfrei abgelesen werden kann.

Diese Aufgabe wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch gelöst, csß zwischen der Grundplatte und dem Objekttisch ein Ausgleichsglied vorgesehen ist, welches mittels zweier Blattfedern an je einen Ansatz der Grundplatte und mittels zweier weiterer Blattfedern an dem Träger des Objekttisches angeschlossen ist, daß ferner an je einem weiteren Ansatz der Grundplatte durch je ein Querfedergelenk je ein einarmiger Hebel angeschlossen ist, wobei der erste einarmige Hebel durch das erste Koppiungsglied an dem Halter des Objekttisches und der zweite einarmige Hebel durch das zweite Koppiungsglied an dem ersten einarmigen Hebel angeschlossen ist, und daß eine an einem weiteren Ansatz der Grundpiaite befestigte Mikrornctcrschraube mit dem zweiten einarmigen Hebel in Berühnn:g steht

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die beiden einarmigen Hebel rahmenförmig ausgebildet sein, der zweite einarmige Hebel nur den Halter des Objekttisches und der erste einarmige Hebel den Halter des Objekttisches und das Ausgleichsglied umfassen, und zwischen dem Halter des Objekttisches und einem weiteren Ansatz der Grundplatte kann eine Spiralfeder vorgesehen sein, die zwischen den beiden einarmigen Hebeln angeordnet ist.

Diese Konstruktion besitzt die folgenden vorteilhaften Eigenschaften. Sie beseitigt die für die Gleit- und Rollführungen kennzeichnende unzureichende, weil ruckartige Gleiteigenschaft sowie die Reproduktionsungenauigkeiten, die sich aus Abnutzung und Verunreinigung ergeben, wodurch eine um eine Größenordnung höhere Reproduktionsgenauigkeit erreicht werden kann. Des weiteren ist die zur Einstellung verwendete Mikrometerschraube über eine gewählte Obersetzung indirekt an den Objekttisch angeschlossen, wodurch die Teilung der Einstellungsskala um eine Größenordnung feiner gewählt v/erden kann. Darüber hinaus benötigen die Führungen keine Schmierung, so daß der Anwendungsbereich des Gerätes größer, seine Wartung einfacher und seine Verschmutzungsgefahr geringer sind und das Geiät beispielsweise auch in Vakuumeinrichtungen verwendet werden kann. Schließlich läßt sich die Einrichtung mit relativ einfachen technischen Mitteln wirtschaftlich herstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 + la cine teilweise im Schnitt dargestellte bekannte, mit prismatischer Gleitführung versehene Einstellvorrichtung und deren Querschnitt,

F i g. 2 + 2a eine andere bekannte, teilweise geschnittene Einstellvorrichtung mit einer Kugclrollbahnführung und deren Querschnitt,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer geradlinigen Einstellvorrichtung,

F i g. 4 eine Querschnittansicht des ersten einarmigen Hebels der F i g. 3 und

Fig. 5 eine Querschnittansicht des zweiten einarmigen Hebels der Fig. 3

In den F i g. 1 und la. die die bekannte mit prismatischer Gleitführung versehene Einstellvorrichtung darstellen, ist der Objekttisch 1 mittels der Führung 2 an die Grundplatte 3 angeschlossen. Die Bewegung des Objekttisches wird durch eine an der Grundplatte 3 befestigte Mikrometerschraube (Feineinstellschraube) 4 gesichert Die zur Bewegung dienende Mikrometerschraube 4 ist in die in der Bohrung des Objekttisches 1 und der Grundplatte 3 angeordnete geschlitzte Hülse eingepaßt und durch diese Hülse mittels der Feststellschraube 7 an die Grundplatte 3 befestigt. Die Antriebsschraube 8 der Mikrometerschraube 4 ist mittels des Mitnehmerrings 5 mit dem Objekttisch 1 verbunden.

Bei der in den F i g. 2 und 2a dargestellten, mit der bekannten Wälzführung versehenen Einstellvorrichtung ist der Objekttisch 11 mittels der Wälzelemente 12 an die Grundplatte 13 angeschlossen. Die Bewegung des Objekttisches 11 wird durch die Mikrometerschraube 14 gesichert. Für die mit den bekannten Gleit- bzw. Rollführungen versehenen Einstellvorvichtungen ist die stockende Bewegung charakteristisch, derzufolge sie für genauere Messungen und Positionseinstellungen nicht verwendet werden können. Die -'■: Bewegung dienende Mikrcrneterschraube 14 ist uittir Zwischenführung der geschlitzten Hülse 16 auch hier an dem Objekttisch 11 und der Grundplatte 13 mittels der Feststellschraube 17 befestigt. Die Antriebsschraube 18 der Mikrometerschraube 14 ist auf die auch in F i g. 1 dargestellte Weise mit Hilfe des Mitnehmerringes 15 mit dem Objekttisch 11 verbunden.

Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Einstellvorrichtung. Auf der Grundpiaite 21 der Vorrichtung sind senkrecht vorstehende Ansätze 35,36, 37, 38 und 39 vorgesehen. An den ersten Ansatz 35 und an den zweiten Ansatz 36 ist jeweils das eine Ende der beiden Blattfedern 22 befestigt, an deren beide anderen Enden das auf einer Parabelbahn sich bewegende Ausgleichsglied 23 angeschlossen ist.

Das eine Ende der Blattfedern 26 ist an dem Ausgleichsglied 23, das andere Ende in dem geradegeführten Träger 25 befestigt, an dem der die zu messende und positionsmäßig einzustellende Einheit tragende Objekttisch 24 befestigt ist. Der Mitnehmerpunkt A ist mittels der blattfeder 33 durch eine aus reibungs- und spielfreien querstehenden Blattfedern geeigneter geometrischer Anordnung bestehende, an dem Ansatz 38 der Grundplatte 21 an dem Querfedergelenk 31 aufgehängte, einen zweiten einarmigen Hebel 32 bildende Bewegungsstange an dem Träger 25 angeschlossen. Der zweite Bewegungshebel 32 der ebenfalls rahmenförmig ausgeführt ist, umfaßt mit seiner Öffnung den Träger 25.

Der Angriffspunkt B des zweiten Bewegungshebels 32 ist über eine mit Blattfedern versehene Druckstange 30 an den Mitnehmerpunkt C des mit einer aus reibungs- und spielfreien, querstehenden Blattfedern geeignete geometrischer Anordnung versehen und an dem Ansatz 37 der Grundplatte 21 an das Querfedergelenk 27 aufgehängte^ ersten Bewegungshebds 28 angeschlossen. Die rahmenförmige Öffnung des ersten Bewegungshebels 2? umfaßt den Träger 25 und das Ausgleichsglied 23. An den Angriffspunkt D des ersten Bcwegungshebels 28 .st die an den zweiten Ansatz 36 der Grundplatte 21 befestigte, zur Bewegung dienende Mikrometerschraube 29 angeschlossen. Die konstante, spielfreie Verbindung zwischen dem ersten Bewegungshebel 28 und der zur Bewegung dienenden Mikrometer- schraube 29 wird durch die an den fünften Ansatz 39 der Grundplatte 21 angeschlossene Spiralfeder 32 gesichert. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Einstellvorrichtung ist folgende:

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Die Grundplatte 21 wird an dem Ständer befestigt. Das im Vergleich zum Ständer zu messende bzw. einzustellende Element, z. B. ein optischer Spiegel, wird an dem Objekttisch 24 befestigt. Die momentane Position des einzustellenden bzw. zu messenden Elementes kann auf der Skala der Mikrometerschraube 29 kontinuierlich dadurch abgelesen werden, daß die abgelesenen Bewegungswerte der Mikrometerschraube 29 im Verhältnis der Übersetzung des ersten Bewegungshebels 28 und des zweiten Bewegungshebels 32 vermindert werden. Ist die Übersetzung dieses Systems beispielsweise m = 10, so entspricht eine Bewegung der Mikrometerschraube 29 mit einer Grundteilung von 0,01 mm einer Bewegung des Objekttisches von 0,001 mm. Die auf die Grundplatte 21 bezogen geradlinige elastische Führung des Objekttisches 24 ist dadurch gesichert, daß auf den an dem ersten Ansatz 35 sowie dem zweiten Ansatz 36 der Grundplatte 21 befestigten Blattfedern 22 das sich auf einer parabolischen Bahn bewegende Ausgleichglied 23 aufgehängt ist, an welches die Blattfedern 26 und an diese der Träger 25 befestigt sind.

Das so angeordnete Ausgleichsglied 23 und der Träger 25 bewegen sich entlang von im Vergleich zueinander um 180° gedrehten gleiche parabolischen Bahnen. Als Resultante der beiden Bewegungen bewegt sich der Träger 25 im Vergleich zur Grundplatte 21 auf einer geradlinigen Bahn.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

28 OO 340 Patentansprüche:

1. Einstellvorrichtung, insbesondere für optische Messungen, mit einer Grundplatte, Querfedergelenken, Blattfedern, einarmigen Hebeln, einem Objekttisch, Kopplungsgliedern, sowie einer Spiralfeder, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Grundplatte (21) und dem Objekttisch (24) ein Ausgleichsglied (23) vorgesehen ist, welches mittels zweier Blattfedern (22) an je einen Ansatz (35, 36) der Grundplatte (21) und mittels zweier weiterer Blattfedern (26) an einem Träger (25) des Objekttisches (24) angeschlossen ist, daß ferner an je einem weiteren Ansatz (37,38) der Grundplatte (21) durch js ein Querfedergelenk (27, 31) je ein einarmiger Hebel (28, 32) angeschlossen ist, wobei der erste einarmige Hebel (32) durch das erste Kopplungsglied (33) an dem Träger (25) des Objekttisches (24) und der zweite einarmige Hebel (28) durch das zweite KoppluEgiglied (30) an den ersten einarmigen Hebel (32) angeschlossen ist, und daß eine an einem weiteren Ansatz (36) der Grundplatte (21) befestigte Mikrometerschraube (29) mit dem zweiten einarmigen Hebel (28) in Berührung steht

2. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beide j einarmigen Hebel (28, 32) rahmenförmig ausgebildet sind, daß der zweite einarmige Hebel (32) nur den Träger (25) des Objekttisches (24) und der erste einarmige Hebel (28) den Träger (25) des Objekttisches (24) und das Ausgleichsglicd (23) umfaßt, und daß zwischen dem Träger (25) des Objektisches i.°4) und einem weiteren Ansatz (39) der Grundplatte (21) eine Spiralfeder (34) angeordnet ist, die von den beiden einarmigen Hebeln (28,32) gleichfalls umfaßt ist.