Optisches Gerät zum Prüfen des Abstandes zweier Punkte an einem Gegenstand
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Gerät zum Prüfen des Abstandes zweier Punkte an einem Gegenstand.
Es ist bekannt, kleine Abstände zwischen Punkten eines Gegenstandes dadurch zu messen oder zu prüfen, dass zwei Bilder des Gegenstandes gebildet und diese Bilder relativ zueinander bewegt werden, bis ein Bild des einen Punktes mit dem Bild des andern Punktes zusammenfällt. Die beiden Bilder sind dann um einen Abstand bewegt worden, der gleich dem Abstand zwischen den beiden Punkten ist. Wenn die beiden Punkte an einander diametral gegenüberliegenden Stellen eines Gegenstandes liegen, stellt der Abstand die Breite des Gegenstandes dar. Solch ein Verfahren kann deswegen benutzt werden, um beispielsweise die Grösse des Durchmessers eines runden Gegenstandes zu messen.
Es kann notwendig sein, zu bestimmen, ob der Abstand zwischen bestimmten Punkten an einer Anzahl Gegenstände oder die Durchmesser einer Anzahl Gegenstände zwischen vorbestimmten Grenzen liegen. Diese Notwendigkeit ergibt sich z. B. beim Vergleich einer Anzahl nahezu identischer Gegenstände, beispielsweise bei der Prüfung von Gegenständen in der Fabrik oder beim Zählen einer Anzahl Teilchen, z. B. Staubteilchen, deren Grösse zwischen festen Grenzen liegt. Dabei ist ein Gerät in der Form eines Messgerätes notwendig, das feststellt: Geht oder Geht nicht bzw. Passt oder Passt nicht und dazu den Abstand zwischen bestimmten Punkten eines Gegenstandes bzw. die Grösse des Gegenstandes misst oder prüft. Diese Abstände oder die Grösse stellen kleine Werte dar.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Gerät zum Prüfen des Abstandes zwischen zwei Punkten eines Gegenstandes zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Gerät ist gekennzeichnet durch zwei Primärteile des optischen Systems, durch Mittel zum Leiten der Abbildungsstrahlen durch das optische System zwecks Erzeugens zweier Bilder des Gegenstandes, wobei jeder Primärteil je mit einem Sekundärteil zusammenwirkt, durch Mittel zum Verschwenken mindestens des einen Primärteils des optischen Systems zwecks gegenseitigen Verschiebens der beiden Bilder des Gegenstandes und durch Mittel zum Hand und Herbewegen mindestens des einen Sekundärteils zwischen zwei vorwählbaren Endstellungen, wodurch die Bilder der Gegenstandspunkte zwischen zwei Endstellungen relativ zueinander verschoben werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 teilweise im Schnitt einen Seitenriss eines erfindungsgemässen optischen Gerätes,
Fig. 2 einen Aufriss des Gerätes von hinten mit einem Schaltbild der elektrischen Kreise.
Das optische Gerät umfasst ein Gehäuse 1, das von oben über ein Mikroskop-Auszugsrohr 2 passt, und besitzt ein Okular 3 in einer Einsatzöffnung 4.
Die Prismengruppen 5 und 6 sind innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, weisen zwei rhomboidale Prismen 7 und 8 auf und besitzen an einem Ende eines jeden rhomboidalen Prismas ein rechtwinkliges, angeklebtes Prisma 9 bzw. 11. Die Grenzflächen 12, 13 zwischen jedem rhomboidalen Prisma und dem zugeordneten rechtwinkligen Prisma sind so behandelt, dass sie teilweise reflektierend sind, z. B. durch teilweises Metallisieren. Die Prismengruppen 5 und 6 sind so angeordnet, dass ihre Längsachsen normalerweise parallel zueinander liegen und dass sie mittels eines beliebigen Mechanismus relativ zueinander um eine zu ihrer Längsachse vertikale Achse 14 drehbar sind. Zwischen die Enden der beiden Prismengruppen 5, 6 sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, zwei optisch planparallele Glasplatten 16, 17 gesetzt, die um Zapfen oder Stifte 18, 19 einzeln drehbar sind.
Die Bahn eines Lichtstrahls von einem Gegenstand 15, der durch das Mikroskop betrachtet wird, ist durch die mit Pfeilen versehenen Linien angegeben. Der Strahl wird an der Grenzfläche 13 teilweise reflektiert und in zwei Teilstrahlen zerlegt, welche je zwei Primärteile des optischen Systems passieren. Einer dieser Teilstrahlen tritt durch das rhomboidale Prisma 8 (welches ein Primärteil eines optischen Systems darstellt) und wird am Ende dieses Prismas so reflektiert, dass er durch das rechteckige Prisma 9 und die Grenzfläche 12 in das Okular 3 tritt. Der zweite Teilstrahl tritt durch die Grenzfläche 13 und das rechteckige Prisma 11 und gelangt in das rhomboidale Prisma 7 (welches ein Primärteil des andern optischen Systems darstellt), wo er im Innern reflektiert zur Grenzfläche 12 gelangt, von der er in das Okular 3 geworfen wird.
Da die Prismen 7, 8 als Primärteile des optischen Systems parallel zueinander liegen, fallen die beiden, von den beiden Teilstrahlen gebildeten Bilder des Gegenstandes zusammen. Wenn jedoch die Primärteile um die Achse 14 gegeneinander verdreht werden, so wandern die Bilder in ihrer Stellung relativ zueinander. Die Bilder bewegen sich in einer Richtung, die für eine kleine relative Verdrehung der Prismengruppen im Verhältnis zueinander senkrecht zur Ebene von Fig. 1 liegt.
Durch Drehen von einer oder beiden Glasplatten
16, 17 (welche je ein Sekundärteil des optischen Systems darstellen) auf ihren Tragstiften um eine Achse, die senkrecht zur Bahn der beiden Teilstrahlen liegt, werden die Bilder relativ zueinander um einen Betrag verschoben, der von dem Winkel, um den jede der Glasplatten gedreht wird, und die Dicke und dem Brechungsindex jeder der Glasplatten abhängig ist.
Um zu prüfen, ob die Dicke einer Anzahl Gegenstände innerhalb bestimmter Grenzen liegt, wird ein Referenz-Gegenstand in die Stellung 15 (Fig. 1) gebracht und die zwei Bilder desselben, die von dem Gerät gebildet werden, werden durch gegenseitiges Drehen der Prismengruppen 5, 6 relativ zueinander um einen vorausbestimmten Wert bewegt, und zwar aus einer Referenzstellung heraus, in welcher sich die beiden Bilder des Gegenstandes decken. Diese Bewegung der Prismengruppen 5, 6 verschiebt die Bilder von diametral gegenüber liegenden Punkten des Gegenstandes gegeneinander. Eine Feineinstellung der Stellung der Bilder wird dann durch Drehen von einem oder von beiden Glasplatten 16, 17 bewirkt.
Wenn die Glasplatten 16, 17 gleichzeitig und gegeneinander zwischen zwei festen Winkelpositionen gedreht werden, und die entsprechenden Bilder der einander diametral gegenüberliegenden Punkte eines Teilchens in einem beliebigen Zeitpunkt während des Hinund Herdrehens der Glasplatten zusammenfallen, ergibt sich, dass die Dicke oder Breite des Teilchens zwischen festen Grenzen liegt. Mit solch einem Gerät kann also die Dicke einer Anzahl Gegenstände ähnlicher Grösse geprüft werden.
Die Glasplatten 16, 17 können von Hand zwischen Anschlägen hin- und hergedreht werden, wie in der Anordnung nach Fig. 2 veranschaulicht ist. In dieser Anordnung ist ein Hebelarm 21 an dem Tragstift 19 befestigt und kann zwischen einem festen Anschlag 22 am Gehäuse 1 und einem beweglichen Anschlag 23 hin und her bewegt werden, dessen Stellung mittels einer Mikrometerschraube 24 verstellt werden kann.
Durch Aendern der Einstellung der Mikrometerschraube 24 kann der Winkel der Verschwenkung der Glasplatte 17 genau begrenzt und gemessen werden.
Das Verdrehen des Tragstiftes 19 kann durch eine elektrische Anordnung geregelt werden, wie sie in der Zeichnung veranschaulicht ist. Diese Anordnung umfasst zwei Elektromagnete 25, 26 mit den Magnetjochen 27, 28. Wenn einer dieser Magnete erregt wird, zieht er den Arm 21 an, der sich in Richtung auf einen der Anschläge 22, 23 hinbewegt. Durch abwechselndes Erregen jedes der Magnete kann der Arm 21 dazu gebracht werden, dass er sich bald in der einen, bald in der andern Richtung bewegt.
Durch wiederholtes Hand und Herbewegen des Hebelarmes 21 zwischen festen Anschlägen kann der Durchmesser einer Anzahl Teilchen leicht geprüft werden. Die hin- und hergehende Bewegung des Hebelarmes kann vorzugsweise so sein, dass die Platte
17 den grössten Teil der Zeit in ihren beiden Extremstellungen ist und nur kurze Zeit für die Bewegung von einer Stellung in die andere benötigt. Natürlich kann die Glasplatte 16 nötigenfalls durch eine ähnliche Anordnung bewegbar sein.
Eine elektrische Schaltung für die richtige Durchführung der Schwingbewegung des Hebelarmes 21 ist in Fig. 2 veranschaulicht.
Die Schaltung umfasst zwei feste Widerstände R1 und R2, zwei veränderliche Widerstände R3 und R4, zwei Kondensatoren C1 und C2 und zwei Transistoren T1 und T2, die, wie Fig. 2 zeigt, an zwei Speiseleitungen L1 und L2 angeschlossen sind.
Typische Werte dieser Schaltungsteile sind folgende:
R1 und R2 4,7 Kiloohm Rs und R4 50 Kiloohm
C1 und C2 25 Mikrofarad.
Bei Spulen mit einem Widerstand von 1700 Ohm für jeden Elektromagneten 25, 26 und einer Spannung von 24 Volt zwischen den Leitungen Lr und L2 und mit den oben angegebenen Werten für die Schaltungsteile kann die Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung der Platte 17 zwischen 5 und 1/2 Zyklen pro Sekunde verändert werden.
Wenn die Platte 17 nicht schwingen muss, kann der Hebelarm gegen den beweglichen Anschlag 23 mittels einer entsprechenden Feder oder dergleichen mit Vorspannung angelegt sein.
Zum Prüfen des Abstandes zwischen zwei Punkten an einem Gegenstand werden zuerst die Primärteile so lange bewegt, bis die Bilder der beiden Punkte beinahe zusammenfallen, und dann wird das Sekundärteil zwischen zwei vorgegebenen Endstellungen hin- und herbewegt. Dadurch wird bewirkt, dass die Bilder sich zwischen zwei vorgegebenen Endstellungen hin- und herbewegen. Fallen die Bilder der Gegenstandspunkte zusammen, wenn die Bilder sich in einer der Endstellungen befinden, oder fallen sie in einem Augenblick zusammen, während die Bilder zwischen den beiden Endstellungen bewegt werden, dann liegt der Abstand zwischen den beiden Punkten zwischen vorgewählten Grenzen.
Das Gerät nach der Erfindung kann deswegen benutzt werden zum Prüfen, ob der Abstand zwischen entsprechenden Punkten an einer Anzahl Gegenstände innerhalb bestimmter Grenzen liegt.
Die Sekundärteile können zwischen Anschlägen hin- und herbewegt werden, die einstellbar sind, um die ausgewählten Stellungen und die oben beschriebenen Grenzen zu verändern. Das Hand und Herbewegen kann von Hand oder automatisch erfolgen.