DE2615676A1

DE2615676A1 - Digitalanzeigendes messgeraet, insbesondere streckenmessgeraet

Info

Publication number: DE2615676A1
Application number: DE19762615676
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: James Neill Holdings Ltd
Current assignee: James Neill Holdings Ltd
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-21
Also published as: JPS51123657A; AU500342B2; CA1087389A; IT1059741B; NL7603700A; ZA762090B; HK19480A; FR2312758A1; SE413941B; AU1277276A; GB1550185A; FR2312758B1; ES447179A1; BR7602203A

Description

British Patent Application No. 14846/75 8. April 1976 Filed: 10th April, 1975 9853-76 Dr.v.B/S

James Neill Holdings limited Napier Street, Sheffield. S11 8HB, England

Digitalanzeigendes Meßgerät, insbesondere Streckenmeßgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein digitalanzeigendes Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Meßgerät gemäß der Erfindung kann z.B. zur Bestimmung einer Abmessung eines Objekts oder zur Bestimmung einer Strecke, die sich ein Objekt bewegt, verwendet werden.

Strecken- oder Distanzmeßgeräte, bei denen die Anzahl der Interferenz- oder Moirlstreifen gezählt wird, die an einem vorgegebenen Punkt vorbeilaufen und durch zwei sich in bezug aufeinander verschiebende Gitter erzeugt werden, sind bekannt, siehe z.B. den Überblick in der Veröffentlichung "G-ratings in Metrology", der in der Zeitschrift "Journal of Physics E; Scientific Instruments», Band 5, Nr. 3, März 1972, Seiten 193 bis 198, erschienen ist.

Die bekannten Meßgeräte, die mit Interferenzmustern arbeiten, sind sowohl unhandlich als auch teuer. Diese Nachteile resultieren bis zu einem gewissen Grade aus den Schwierigkeiten, die das Herstellen und Kopieren genauer und hochauflösender Gitter bereiten. Die Probleme

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bei der Herstellung eines genauen Gitter, das als Vorlage ' für die Erzeugung von Gittern für Meßgeräte verwendet werden kann, sind in der oben erwähnten Veröffentlichung besprochen. Diese Schwierigkeiten sind u.a. der Grund dafür, daß man bei den bekannten Meßgeräten der hier interessierenden Art Strichgitter mit einer Periode von 1Om verwendet und das im allgemeinen geforderte Auflösungsvermögen von 1 oder 2 yum durch ein analoges elektronisches Teilungsverfahren zu erreichen sucht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengeschilderten Schwieligkeiten zu vermeiden.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein verbessertes Verföhren zum Herstellen eines Mutter-Gitters. Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Schaffung eines Meßgerätes, das klein genug ist, um in der Hand gehalten werden zu können, das autark ist und das ohne Anschluß an irgendwelche zusätzlichen Vorrichtungen oder getrennte leistungsqueöLen betrieben werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Hand-Meßgeräte beschränkt, sondern läßt sich auch bei anderen Meßgeräten, z.B. Tisch-Meßgeräten oder Meßgeräten in Werkzeugmaschinen und dergl. realisieren.

Die vorliegende Erfindung hat, zusätzlich zu ihrer Verwendbarkeit für die Herstellung besserer Mutter-Gitter, eine Anzahl von Eigenschaften, die dazu beitragen, die Größe und die Kosten des Gerätes zu verringern, so daß, wie gesagt, Hand-Meßgeräte gebaut werden können, die unabhängig vom Netz und anderen Stromquellen sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine verhältnismäßig einfache elektrische Schaltungsanordnung zum Zählen der Streifen einer Interferenzfigur.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung verwendet, bei der pro Interferenzstreifenzyklus nur vier Impulse erzeugt zu werden brauchen, und diese Impulse werden aus den Signalen gewonnen, die von zwei oder mehr Detektoren stammen, die in bekannter Weise aufgebaut sind, z.B. wie es in der G-B-PS 760 321 beschrieben ist.

TJm eine Auflösung von 1 -um zu erzielen, haben die G-itter, die zur Erzeugung der Interferenz- oder Moirestreifen verwendet werden, eine Periode bis herunter zu 4/um.

Wieder ein anderes Merkmal der Erfindung, das einen besonders hohen Unterschied (Störabstand) zwischen dem modulierten Signalausgang von den Detektoren und dem unmodulierten Störuntergrund zu erreichen gestattet, besteht darin, daß eine Halterungsanordnung vorgesehen wird, die die beiden in bezug aufeinander beweglichen Gitter so nah wie möglich beieinander anzuordnen gestattet. Dies ist besonders bei Gittern mit so kleinen Perioden wie ^ xao. erforderlich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen den Gittern nicht größer als 12 /um, man kann jedoch das Gerät auch mit einem Abstand von bis zu 20 um zwischen den Gittern betreiben.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden noch genauer erläutert werden wird, findet die Erfindung Anwendung auf ein Hand-Mikrometer, und das noch zu beschreibende Ausführungsbeispiel hat gegenüber den bekannten, mit einer Mikrometerschraube arbeitenden Geräten den Torteil, daß die Messungen viel schneller als bei letzteren durchgeführt werden können. Ein Grund hierfür besteht darin, daß die Eelativlage derSpindel oder des Tasters des Meßgerätes gemäß der Erfindung bezüglich einer Anlage augenblicklich digital angezeigt wird und daß der Taster unmittelbar in die erforderliche Stellung gebracht werden kann,

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während bei den bekannten Schraubenmikrometern bis zu 20 Sekunden benötigt werden, um die Schraubenspindel ganzzurückzudrehen .

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, auf das ebenfalls bei der Beschreibung des Ausführungsbeispieles Bezug genommen wird, besteht in der Verwendung eines Systems, das den Taster mit einer im wesentlichen konstanten Kraft gegen den Anschlag oder die Anlage drückt, so daß auf die zwischen der Anlage und dem Taster angeordneten Meßobjekte immer die gleiche Kraft ausgeübt wird.

Ein v/eiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Dämpfungssystem vorgesehen wird, das die Geschwindigkeit steuert, mit der die Spindel oder der Taster gleitet, und damit die Frequenz des Impulssignals, das einer Impulszählschaltung zugeführt wird.

Im folgenden werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Iig. 1A eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Hand-Mikrometers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 1B einen Längsschnitt in einer Ebene B-B der Pig.1A; Pig. 1C einen Querschnitt in einer Ebene A-A der Pig.1B;

Pig. 2A eine Seitenansicht einer Glasmeßblockanordnung für ein Meßgerät gemäß der Erfindung;

Pig. 2B eine Stirnansicht der Anordnung gemäß Pig. 2A;

Pig. 20 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß Pig. 2A und B;

Pig. 5 einen Längsschnitt einer Kopplungseinheit für ein Meßgerät gemäß der Erfindung;

Pig. 4A und 4B eine Stirnansicht bzw. Draufsicht einer Glasmeßblockanordnung, der eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsempfänger zugeordnet sind;

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Pig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für ein Meßgerät gemäß der Erfindung;

Pig. 6A einen Längsschnitt einer Gitter- und Dämpfungsanordnung;

Pig. 6B einen Querschnitt in einer Ebene A-A der Pig.6A;

Pig. 7A eine schematische Ansicht der Anordnung gemäß Pig. βλ und βΒ sowie eines Maskensystems;

Pig. 7B eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Pig.7A;

Pig. 70 eine Ansicht in einer Ebene A-A der Pig. 7A, gesehen in Pfeilrichtung und

Pig. 8 eine graphische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines als Vorlage geeigneten Gitters (Mutter-Gitter).

In Pig. 1A, 1B und 10 ist ein einem Mikrometer oder einer Meßschraube wirkungsgleiches Meßgerät, das bequem in der Hand gehalten werden kann, gezeigt. Es enthält einen Meßbolzen 1, der bezüglich eines an einem Bügel 3 angebrachten Ambosses 2 verschiebbar gelagert ist. Der Amboß 2 und das ihm gegenüberliegende Ende des Meßbolzens 1 bilden Backen zur Anlage an ein Meßobgekt ähnlich wie bei einer üblichen Bügelmeßschraube (»Mikrometer»).

Das Meßgerät enthält ferner einen Hauptrahmen 4 mit einem den Meßbolzen 1 umfassenden Lagerhalter 5. Der Bügel 3 umfaßt mit seinem einen Schenkel den Lagerhalter 5 und ist am Hauptrahmen 4 mittels eines Klebers und eines Stiftes oder Keiles 6 befestigt. Der Lagerhalter 5 trägt ein Lg&er 7, das eine LagerfHache für den Meßbolzen 1 bildet. Eine zweite Lagerfläche 8 für den Meßbolzen 1 befindet sich im Hauptrahmen 4. Der Meßbolzen 1 ist über einen ersten Teil eines Hebels 9 mit einem verschiebbaren Knopf 10 verbunden. Der erwähnte erste Teil des Hebels 9 erstreckt sich durch einen

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Schlitz 11 in einem Gehäuse 12 ein zweiter Teil des Hebels 9. Er verbindet den Meßbolzen 1 mit einer Dämpfungsvorrichtung Der Meßbolzen 1 ist mittels eines Halterungsstiftes 15 mit einem Ende einer auf Biegung beanspruchten Schraubenfeder 14 ("Flexator"-Feder) verbunden, dessen anderes Ende mittels eines Halterungsstuftes 16 am Hauptrahmen 4 befestigt ist. Es können mehrerer solcher Federn vorgesehen sein. Die Schraubenfeder 14 ist im Prinzip eine Zugfeder, die jedoch hier, wie aus Fig. 1B ersichtlich ist, auf Biegung beansprucht wird. Auf diese Weise wird zwischen den Halterungsstiften 15 und 16 eine im wesentlichen konstante Kraft erzeugt, die den Meßbolzen 1 gegen den Amboß 2 drückt. Diese Kraft ist auch dann noch vorhanden, wenn der Meßbolzen 1 am Amboß 2 anliegt. Selbstverständlich können auch andere Vorrichtungen verwendet werden, um den Meßbolzen gegen den Amboß 2 zu drücken.

Die Dämpfungsvorrichtung 13 enthält einen Kolben 17 in einem Zylinder oder Körper 18, welcher mit dem Hebel 9 verbunden ist. Der Kolben 17 ist über einen biegsamen Stab 19 mit einer Endkappe 20 gekoppelt. Die Endkappe 20 ist mittels einer Schraube 21 am Hauptrahmen 4 befestigt. Die Dämpfungsvorrichtung 13 enthält ferner einen abgedichteten Balgen 22, der mit einem viskosen Fluid gefüllt ist.

Wenn sich der Körper 18 relativ zum Kolben 17, der in ihm gleitet, bewegt, tritt wegen des Vorhandene eins des viskosen Fluids eine Bremskraft zwischen dem Kolben 17 und dem Körper 18 auf, die die Geschwindigkeit begrenzt, mit der der Meßbolzen in den Lagern 7 und 8 zu gis iten vermag. Der Meßbolzen 1 bewegt sich unter dem Einfluß der auf Biegung beanspruchten Schraubenfeder, deren Sate anjiälis2?nd null ist, auf den Amboß 2 zu. Zum Öffnen der Keßbacken wird der in den lagern 7 und 8 gleitfähig gelagert® Meßbolzen längs des Gehäuses 12 durch die Bedienungsperson mittels des Knopfes 10 zurückgezogen, der über den ersten Teil des Hebels 9 mit dem Meßbolzen gekoppelt ist.

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Wie in den Fig. 2A, 2B und 20 dargestellt ist, enthält das Meßgerät einen Glasblock 23, der auf einer Oberfläche ein optisches Gatter 24 trägt. Die Oberfläche 25 ist einer Oberfläche 26 eines zweiten Glasblockes 27benachbart, der am Hauptrahmen 4 befestigt ist. Auf der Oberfläche 26 befindet sich ein zweites optisches Gitter 28. Der Block 23 ist längs des Blockes 27 verschiebbar und hierfür mittels einer Kopplungsvorrichtung 29 mit dem Meßbolzen 1 gekoppelt. Der verschiebbare Glasblock 23 hat eine abgeschrägte Fläche, über die er durch eine Blattfeder 31 (I¹Ig. 1C) gegen den als Unterlage bzw. Referenz dienenden Glasblock 27 und einen Basisglasblock 30 gedruckt wird. Die Blattfeder 31 ist durch zwei nicht dargestellte Stifte an einem Hebel 32 gehaltert. Auf diese Weise wird ein inniger Kontakt zwischen dem Glasblock 23 und den Glasblöcken 27 und 30 aufrechterhalten. Der Hebel 32 überträgt die Reaktionskraft der Blattfeder 31 über eine Kugelanordnung 33 auf einen Streifen 34, der aus einem Material niedrigen Reibungsbäwertes besteht und an einer Verlängerung des Hauptrahmens 4 befestigt ist. Der Hebel 32 ist mit dem Meßbolzen so verbunden, daß er sich mit einem Minimum an orthogonaler Bewegung frei um den Meßbolzen drehen kann. Dies wird, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, durch ein Lagerglied 35 erreicht, das durch ein loch im Hebel 32 reicht, mit dem Ende des Meßbolzens 1 verbunden ist und ein Ende der Kopplungsvorrichtung 29 bildet.

Die in Pig. 3 im einzelnen dargestellte Kopplungsvorrichtung 29 enthält einen Stift 36 mit einem konischen Teil am einen Ende, das in einen konischen Sitz 37 in einem Bauteil 38 eingesetzt ist, welches, wie dargestellt, mit dem verschiebbaren Glasblock 23 verbunden ist. Das ebenfalls konische andere Ende des Stiftes 36 sitzt in einem konischen Sitz 39 im iagerglied 35. Die konischen Sitze 37 und 39 haben größere ScheitelwinkeHJals die entsprechenden konischen Endteile des Stiftes 36. Die Bauteile 35 und 38 sind durch

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eine unter Spannung stehende Schraubenfeder 40 flexibel miteinander gekqpelt, die den Stift 36 in den Sitzen 37 und 39 hält. Die Kopplungsvorrichtung 29 ist, wie ersichtlich, so konstruiert, daß sie den verschiebbaren Glasblock 23 zwingt, der Bewegung des Meßbolzens 1 längs dessen Längsachse unmittelbar zu folgen, während sie andererseits eine gewisse lineare Bewegung und Rotationsbev/egung des Glasblockes 23in anderen Richtungen zuläßt, so daß ein Verschleiß und Herstellungstoleranzen kompensiert werden. Die Kopplungsvorrichtung 29 ist also eine Art kardanischer Kupplung mit fünf 3?re ihe i tsgraden.

Als nächstes soll nun unter Bezugnahme auf die Fig.2A, 2B und 20 näher auf die Konstruktion und Anordnung der Glasblöcke 23, 27 und 30 eingegangen werden. Es sei in dem Zusammenhange betont, daß anstelle der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten transparenten Glasblöcke selbstverständlich auch andere Kombinationen von mechanisch stabilen transparenten Materialienoder transparenten und reflektierenden Materialien verwendet werden können.

Das für die Blöcke 23, 27 und 30 gewählte Material wird so bearbeitetlund/oder poliert, daß sich glatte, rechtwinklige Flächen ergeben. Die Gitter 24 und 28 sind Strichgitter und werden auf die Oberflächen 25 und 26 durch übliche photomechanische Verfahren unter Verwendung optisch undurchlässiger dünner Schichten aufgebracht. Vorzugsweise beträgt die Periode der Gitter, also die Strecke, die ein Strich und ein Zwischenraum einnehmen, 4/um. Man kann selbstverständlich auch andere Werte für die Periode verwenden. Bei der Herstellung der Gitter 24 und 28 werden die Oberflächen 25 und 26 der Blöcke 23 und 27 im Vakuum mit einer Chromschicht überzogen. Auf die Chromschichten wird dann eine Photolackschicht aufgebracht und diese mittels eines Muttergitters mit ultraviolettem licht exponiert. Die mit dem ultraviolettem Iiat belichteten Teile des Photolacks sind in einem Entwickler

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leichter löslich als die nicht belichteten Teile, so daß die nicht benötigten Bereiche der Ohromschichten nach der Entwicklung der Photolackschichten freiliegen. Die freiliegenden Bereiche der Chromschichten werden dann weggeätzt, und man erhält dadurch ein Abbild des ursprünglichen Muttergitters. Verfahren dieser Art finden auch bei der Herstellung gedruckter Schaltungen Verwendung.

Ein Muttergitter kann durch das im folgenden unter Bezugnahme auf J¹Ig. 8 erläuterte Verfahren hergestellt werden. Die Striche der G-itter 24 und 28 werden auf den Oberflächen und 26 derart gebildet, daß sie im wesentlichen senkrecht zu den Längsrändern der Oberflächen 25 und 26 verlaufen. Bei der Montage der Blöcke ist es wichtig, daß der Basisblock 30 am Referenz-Block genau befestigt wird und daß seine Fläche 41 und die Fläche 26 des Referenz-Blocks 27 beide möglichst eben sind. Es ist ferner wichtig, daß der verschiebbare Block 23 genau in den Winkel zwischen dem Basisblock 30 und dem Referenzblock 27 paßt, wenn die Giasblöcke 23, 27 und 30 montiert sind. Dies erreicht man am einfachsten dadurch, daß man sicherstellt, daß die Fläche 42 des verschiebbaren Blockes 23 und die Fläche 43 des Basisblockes 30, die ihr benachbart ist, senkrecht zur Oberfläche 25 des verschiebbaren Blockes 23, die das G-itter 24 trägt, verlaufen. Die Oberfläche 25 des verschiebbaren Blockes 23 ist selbstverständlich eben.

Es ist nicht erforderlich, daß die G-itter 24 und 28 bis zu den längsrändern der Blöcke 23 bzw. 27 reichen, und um reibungsarme G-leitflächen zu schaffen sowie zur Verringerung des Verschleißes der G-itter im Betrieb einen gewissen Abstand zwischen den G-ittern sicherzustellen,, sind die Oberflächen 25 und 26 der Blöcke 23 und 27 mit Abstandshalterschienen oder -streifen 44 und 45 versehen, die längs der Ränder der Blöke verlaufen. Die Abstandshalterstriifen 44 und 45 haben zweckmäßigerweise eine Dicke zwischen 1 und 10 um. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Abstandshalterstreifen

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4 um dick. Auf den Oberflächen 42 und 43 der Blöcke 23 bzw. 30 befinden sich dünne Abstandshalterschichten 46 und 47, die reibungsarme Gleitflächen bilden. Bei dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel bestehen die Abstandshalterstreifen 44 und 45 sowie die Abstandshalterschichten 46 und 47 aus durch Aufsprühen aufgebrachtem Polytetrafluoräthylen. Man kann auch andere feste Schmierstoffe verwenden, z.B. Molybdändisulfid, Wolframdiselenid oder Graphit. Diese Materialien können entweder durch Sprühen oder durch Niederschlagen im Vakuum aufgebracht werden.

Zur Verbesserung der Adhäsion der aufgesprühten Abstandshalterstreifen 44 und 45 sowie der Abstandshalterschichten 46 und 47 ist es zweckmäßig, die betreffenden Oberflächenbereiche der Glasblöcke örtlich aufzurauhen, z.B. durch Ätzen oder Sandstrahlen, bevor das Gleitmittel aufgebracht wird.

Man kann sich auch anderer Verfahren bedienen, um die Blöcke im Abstand voneinander zu halten und zu schmieren. So kannJz.B. zwischen den Oberflächen 25 und 26 ein Ölfilm verwendet werden, der zur Schmierung dient, und der Abstand zwischen den Blöcken kann durch im Vakuum aufgedampfte metallische Abstandshalterstreifen sichergestellt werden. Wieder eine andere Möglichkeit besteht darin, den Block 23 zwischen zwei Ölfilmen ungefähr gleicher Dicken zu halten, die durch den Block 27 und einen zusätzlichen ähnlichen Block auf der anderen Seite des Blockes 23 eingeschlossen werden.

Um die Blöcke 23, 27 und 30 zu einer einzigen Einheit zusammenzusetzen, werden sie in einer sie in der vorgesehenen Orientierung haltemden Vorrichtung angeordnet. Der Winkel zwischen den Gittern 24 und 28 wird durch Eippsii des Basisblockes 30 so eingestellt, daß sich zwischen den beiden Gittern Interferenz- oder Moir6streifen der gewünschten Periode ergeben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Streifenperiode von etwa 12 mm verwendet. Mit Hilfe

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der kapillarkräfte oder auf andere Weise wird dann ein ohne Luftzutritt aushärtender oder durch UY-Strahlung härtbarer Kleber zwischen die Oberfläche 26 des Referenzblockes 27 und die Fläche 41 des Basisblockes 30 eingeführt, die sich in Berührung mit einem Teil der Oberfläche 26 befindet, und der Kleber wird ausgehärtet, so daß die beiden Blöcke im richtigen Winkel zueinander fixiert werden. Selbstverständlich kann man sich auch anderer Kleber und anderer Verfahren zum Verbinden der Blöcke bedjaien.

In den l?ig. 4A und 4B ist die Anordnung der Giasblöcke 23, 27 und 30 sowie der ihnen zugeordneten Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger genauer dargestellt. Die Strahlungsquelle enthält ein Lämpehen 48, das ein Strahlungsbündel erzeugt, das durch eine Linse 49, den verschiebbaren Block 23, die Gitter 24 und 28, den Referenzblock 37 und eine Linsenanordnung 50 auf eine Anordnung mit photoempfindlichen Einrichtungen 51 und 52 wirft. Die photoempfindlichen Einrichtungen 51 und 52 sind senkrecht zur Richtung des Streifenmusters beabstandet, das beim Durchtritt der Strahlung vom Lämpchen 48 durch die Gitter 24 und 28 entstehtο Die photoempfindlichen Einrichtungen 51 und 52nehmen Bewegungen des Streifenmusters wahr, die bei einer longitudinalen Relativbewegung der Blöcke 23 und 27 und damit der Gitter 24 und in Bezug aufeinander entstehen. Bei dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die photoempfindlichen Einrichtungen 51 und 52 aus Silicium-Phototransistoren, und ihr Abstand ist gleich einem Viß rtel der Periode des Streifenmusters, so daß die photoempfindlichen Einrichtungen 51 und 52 bei einer Verschiebung der Gitter und 28 in Bezug aufeinander Ausgangssignale liefern, die ungefähr sinusförmig sind und eine Phasendifferenz von etwa 90° haben. Bei dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel ist das Lämpchen 48 eine infrarotes Licht emittierende Halbleiterdiode, und das Strahlungsbündel vom Lämpchen 48 wird durch Spiegel 53 und 54 umgelenkt, um die Breite des Gerätes ohne Änderung des Strahlenganges verringern zu können.

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Selbstverständlich kann man auch, andere Strahlungsquellen und andere Strahlungsaufnehmer verwenden. Zur Überwachung der Ausgangsstrahlung des Lämpchens 48 ist eine weitere photoempfindliche Einrichtung 55 vorgesehen, die bei dem vorliegenden Beispiel ebenfalls aus einem Phototransistor besteht und ein Signal liefert, das zum Abgleich einer Schaltungsanordnung und Kompensation von Änderungen der Spannung von der Leistungsquelle oder Alterungseffekten des Lämpchens dient.

Wie Pig. 5 zeigt, werden die Ausgangssignale der Phototransistoren 51 und 52 jeweils einem Verstärker 56 bzw. 57 zugeführt, deren Ausgangssignale im Zuge einer Verstärkung in Jeweils nachgeschalteten Stufen 58 bzw. 59 rechteckig gemacht werden. Die Ausgangssignale der Verstärker oder Stufen 58 und 59 werden zu einem Spannungswert symmetrisch gehalten, der entsprechend den Änderungen eines G-leichstrom-Ausgangssignals von der als Referenz dienenden photoempfindlichen Einrichtung 55 eingestellt wird. Im Idealfall sind die Ausgänge der Verstärker 58 und 59 Rechteckschwingungen mit 90° Phasenverschiebung in Bezug aufeinander. Die Ausgangssignale der Verstärker 58 und 59 werden beide einer Detektorschaltung 60, die für jeden Amplitudenübergang beider Rechteckschwingungen einen Ausgangsimpuls liefert, und einem Phasendetektor 61 zugeführt. Die Detektorschaltung 60 liefert für jedes Viertel eines Zyklus des Streifenmusters einen Impuls. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform mit einer G-itterperiode von 4 VM entspricht dies einer Meßbolzenverschiebung von 1 yum. I¹Ur einGitter mit einer Periode von 8 um betrüge die Verschiebung 2 um. Die Ausgangsimpulse von der Detektorschaltung 60 und das Ausgangssignal vom Phasendetektor 61 werden einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 62 zugeführt. Der Phasendetektor 61 bestimmt die Richtung der Bewegung des Streifenmusters aus den ihm zugefiihrten Eingangssignalen und stellt den Zähler 62 dementsprechend auf Vorwärts- oder Rückwärtszählung ein. Das Ausgangssignal des Zählers 62 wird einer digitalen Anzeigevorrichtung 63 zugeführt, an der die

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Lage des Endes des Meßbolzens 1 bezüglich des Ambosses 2 exakt abgelesen werden kann.

Das Gehäuse enthält eine LeistungsquelLe 64, die zweckmäßigerweise wieder aufladbare Batterien enthält, ferner elektrische Schaltungselemente 65, einen Schalter 66, der Zufuhr von Leistung zu den Schaltungsanordnungen steuert, und die digitale Anzeigevorrichtung 63.

Bei der Verwendung des Meßgerätes werden die elektrischen Schaltungsanordnungen unter Strom gesetzt und der Zähler 62 wird bei Betätigung des Schalters 66 auf null gestellt. Der Meßbolzen 1 wird dann vom Amboß 2 zurückgezogen, indem der Knopf 10 längs des Schlitzes 11 im Gehäuse 12 mit dem Daumen gegen die Kraft zurückgezogen wird, die durch die Schraubenfeder 14, deren IPederkonstante im wesentlichen null bzw. gleichbleibend ist, und die Dämpfungsvorrichtung 13 ausgeübt wird.

Ein zu messendes Objekt wird dann zwischen den Amboß 2 und den Meßbolzen 1 eingeführt und. der Knopf 10 wird freigegeben, so daß der Meßbolzen 1 unter dem Einfluß der !Feder sich zurück in Richtung auf den Amboß 2 ta/egen kann, bis er auf das Meßobjekt trifft, das am Amboß 2 anliegt. Die Schraubenfeder 14 übt dann eine Schließkraft aus, die,da die Federkonstante im wesentlichen den Wert null hat, im ganzen Arbeitsbereich des Meßgerätes im wesentlichen konstant ist. Die Rücklaufgeschwindigkeit des Meßbolzens 1 wird durch die Dämpfungsvorrichtung 13 gesteuert. Die Stellung des Meßbolzens 1 wird während seiner Bewegung als Ergebnis der oben beschriebenen Abfrage des von der die Gitter 23 und 27 durchsetzenden Strahlung vom Lämpchen 48 erzeugten Interferenzmusters durch die Phototransistoren 51 und 52 kontinuierlich von der Anzeigevorrichtung 63 angezeigt; der Zähler 62 zählt dabei vorwärts, wenn der Meßbolzen in der einen Richtung verschoben wird und rückwärts, wenn der Meßbolzen in der anderen

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Richtung verschoben wird. Die Anzeigevorrichtung kann leiht abgelesen werden, wenn sich das Meßobjekt zwischen dem Amboß 2 und dem Meßbolzen 1 befindet; man kann andererseits auch die Anzeigevorrichtung durch Betätigung des Schalters 66 auf nullstellen, wenn der Meßbolzen 1 am Meßobjekt anliegt, dann das Meßobjekt entfernen und den Zähler rückwärts zählen lassen, bis die geschlossene Stellung des Meßbolzens 1 erreicht ist, worauf dann eine negative Anzeige der Größe des Objekts abgelesen werden kann. Es besteht also die Möglichkeit der Messung, auch wenn, die Anzeigevorrichtung in situ nicht ohne weiteres abgelesen werden kann.

Eine andere Ausführungsform des vorliegenden Meßgerätes, bei der öl oder ein anderes Fluid zur Abstandshaltung der Gitter und deren Dämpfung verwendet wird, eignet sich besonders für Kreis- oder Zylindersektionsgitteranordnungen.

Eine spezielle JLusführungsforai mit einer Kreisabschnittanordnung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Pig. 6A bis 70 erläutert. Das Meßgerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält einen Stab 67 aus transparentem Material, wie Glas, der mit kleinem Spiel in einem Rohr 68 aus transparentem Material verschiebbar ist. Wenn die Anordnung in einem Meßgerät montiert ist, ist der Stab 67 am einen Ende 69 über eine Gelenkkupplung (nicht dargestellt), z.B. die Kopplungsvorrichtung 29 gemäß lig.1B mit einem Meßbolzen des Meßgerätes verbunden, während das Rohr 68 am Hauptrahmen des Meßgerätes befestigt ist. Der Zwischenraum zwischen dem Stab 67 und dem Rohr 68 sowie eine diese Anordnung abdichtende Balgeneinheit 70 werden mit einer transparenten, viskosen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Die viskose Dämpfungsflüssigkeit wirkt als Dämpfungsmittel, wenn der Stab 67 sich bei einer Verschiebung des Meßbolzens des Meßgerätes im Rohr 68 verschiebt. Auf die Außenseite des Stabes 67 und die Innenseite des Rohres 68 sind Gitter 71 bzw. 72 aufgebracht.

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Beim Aufbringen der Gitter, das in der oben beschriebnen Weise geschehen kann, wird der Winkel zwischen den beiden Gittern so eingestellt, daß sich nach der Montage zwischen den Gittern ein Streifenmuster der gewünschten Periode ergibt. Das Gitter 72 kann auch außen auf das Rohr 68 aufgebracht werden, dies ist jedoch weniger erwünscht.

Wie Fig. 6a zeigt, sind ferner ein Lämpchen 73 und eine Linse 74 vorgesehen, welche das Licht vom Lämpchen kollimiert und durch die eine Seite des Rohres 68und die beiden Gitter und 72 wirft. Der transparente Stab 67 ist so bemessen, daß er als Linse wirkt und das Licht, das.durch das mittels der Gitter 71 und 72 erzeugte Interferenzstreifenmuster modulierte Licht auf eine Detektoranordnung 75 fokussiert. Die Detektoranordnung 75 enthält zwei in Fig. 7B schematisch dargestellte Phototransistoren 76 und 77.

Um von den Phototransistoren 76 und 77 Quadratursignale, also um 90° in der Phase verschobene Signale, zu erhalten, ist es zweckmäßig, eine Maske 78 zu verwenden, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. Der Stab 67 wirkt als Zylinderlinse, und die Maske 78 ist erforderlich, um den Teil des Streifenmusters auszusondern, der auf den jeweiligen Phototransistor fokussiert werden soll. Die Maske 78 hat dementsprechend eine öffnung 79» die das Licht begrenzt, welches auf den Phototransistor 76 fokussiert wird, und eine Öffnung 80, die das Licht begrenzt, das auf den anderen Phototransistor 77 fokussiert werden soll.

An Hand von Fig. 8 soll nun erläutert werden, wie ein Mutter-Gitter hergestellt werden kann. Dabei finden Techniken, wie sie von der Herstellung von integrierten Schaltungen und Halbleiterschaltungen bekannt sind, in abgewandelter Form Anwendung. Hinsichtlich der bekannten Techniken sei z.B. auf die Seiten 193 bis 205 des Buches "Dividing, Ruling and Mask-Making" von D.F. Hörne, Verlag Adam Hilger, London, 1974, verwiesen.

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Der erste Schritt des Verfahrens, der durch den Block 81 in Fig. 8 dargestellt ist, besteht in der Herstellung einer Urschablone oder Vorlage. Hierfür kann beispielsweise ein Kunststofflaminat verwendet werden, das unter der Bezeichnung "Rubylith master" im Handel ist und eine Basis aus durchscheinendem weißen Material sowie einen abziehbaren Überzug aus rubinfarbenem Material enthält. Die Urschablone stellt einen kleinen Abschnitt eines Gitters dar, der die hundertfache Größe des erforderlichen Gitters hat. In das Kunststofflaminat wird mit einer programmgesteuerten, koordinatengeregel·· ten Teilmaschine, die auch als Koordinatograph bekannt ist, ein Muster eingeschnitten. Die Urschablone enthält eine 33cm lange und 4 cm breite Platte oder Folie aus dem Kunststofflaminat. In das Kunststofflaminat werden längs seiner Breite einhundert Striche, die sich Jeweils in der Längsrichtung der Platte erstrecken, mit Zwischenräumen von Jeweils 400 aub eingeschnitten.

Von der Urschablone wird dann eine photographische Aufnahme hoher Genauigkeit in einem um den Faktor 10 verkleinerten Maßstab hergestellt, was durch den Block 82 versinnbildlicht ist. Das auf diese Weise erhaltene Negativ wird gewöhnlich als Strichplatte bezeichnet.

Die Strichplatte wird dann, wie durch den Block 83 versinnbildlicht ist, in eine bekannte, schrittweise arbeitende Vervielfaltigungskamera eingesetzt, wie sie z.B. in den Seiten 200 bis 205 des erwähnten Buches von D.F. Hörne beschrieben ist, und mit einer nochmaligen Verkleinerung um den Faktor 10 auf einen Teil einer endgültigen Mutterplatte kopiert, bei der es sich um eine photographische Platte oder eine mit Photolack überzogene Chromplatte handeln kann. Die Relativlage der Strichplatte und der endgültigen Mutter-Platte in der Kamera werden dann so geändert, daß ein um den Faktor 10 verkleinertes Bild der Strichplatte in einem sehr genau bestimmten Abstand von dem ersten Bild auf der Mutterplatte

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erzeugt wird. Dieses schrittweise verkleinerte Kopieren der Strichplatte auf die endgültige Mutterplatte wird solange wiederholt, bis auf der endgültigen Mutterplatte ein photographisches Bild eines Gitters der erforderlichen Länge erzeugt worden ist. Das Bild wird dann entwickelt, wie durch den Block 84 dargestellt ist, und das fertige Mutter-Gitter kann dann zur Herstellung von Strichgittern mit undurchsichtigen Strichen und durchsichtigen Zwischenräumen auf Glasblöcken und dergl. verwendet werden, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 2A, 2B und 2C erläutert wurde.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln. Zum Beispiel kann man den verschiebbaren Meßbolzen 1 in den Lagern 7 und 8 durch Drehen eines zugehörigen Knopfes oder Rädchens verschieben, ohne daß sich der Meßbolzen dabei selbst dreht.

Man kann auch auf andere als die beschriebenen Flächen des Glasblockes 23» z.B. auf die abgeschrägte Fläche, eine Schicht aus Schmiermittel aufbringen.

Weiterhin können die AbStandshalterstreifen 44 und 45 auf den Flächen 25 und 26 der Blöcke 23 und 27 durch einen durchgehenden Streifen auf der einen dieser Flächen und eine Reihe von getrennten Schmiermittelbereichen, z.B. fleckförmigen Bereichen, auf der anderen Fläche ersetzt werden. Das Schmiermittel oder gleitfähige Material auf der einen der Flächen braucht auch nicht das gleiche zu sein wie das Material auf der anderen Fläche, mit dem es zusammenwirkt.

Um eine gute Haftung des Schmiermittels an den Flächen 25 und 26 zu gewährleisten, wird das Schmiermittel vorzugsweise in Teilchenform, z.B. durch Aufsprühen oder Niederschlagen im Vakuum aufgebracht und nicht durch Ankleben eines vorgeformten Körpers an der betreffenden Oberfläche.

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Claims

Patentansprüche

1/ Digital anzeigendes Meßgerät mit einem ersten Bauelement, das in bezug auf ein zweites Bauelement verschiebbar ist, ferner mit einem ersten Beugungsgitter, das mit dem ersten Bauelement gekoppelt und mit diesem beweglich ist und einem zweiten Beugungsgitter, das eine feste Lage bezüglich des zweiten Bauelementes hat und so bezüglich des ersten Beugungsgitters angeordnet ist, daß mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung, die nacheinander die beiden Beugungsgitter durchsetzt, ein Interferenzstreifenmuster erzeugbar ist; weiterhin mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und einer Strahlungsdetektoranordnung, die so bezüglich der Gitter angeordnet sind, daß die Strahlung von der Strahlungsquelle durch die Gitter fällt und die Strahlungsdetektoranordnung auf das dabei entstehende Interferenzstreifenmuster anspricht und Ausgangsimpulse entsprechend den Änderungen des Interferenzstreifenmusters erzeugt, und einem an den Ausgang der Detektoranordnung angeschlossenen Impulszähler, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Impulszählers (62) eine digitale Anzeigevorrichtung (63) angeschlossen istj daß eine Vorrichtung (44, 45) vorgesehen ist, um die Gitter (24, 28) in einem vorgegebenen Abstand voneinander zu halten, und daß eine Vorrichtung (13) zurSteuerung der Geschwindigkeit des ersten verschiebbaren Bauelements (1) vorgesehen ist.
2. Heßgerät nach Anspruch 1, gekenn ze lehn et durch eine elastische Vorrichtung (14), die auf das erste, verschiebbare Bauelement (1) eine im wesentlichen konstante Kraft ausübt, die das erste Bauelement (1) in Richtung auf das zweite Bauelement (2) drückt.

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3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gitter (24, 28) durch einen festen Schmierstoff (44, 45) im Abstand voneinander gehalten sind.
4. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gitter (71, 72) durch einen flüssigen Schmierstoff im Abstand voneinander gehalten sind.
5. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, verschiebbare Bauelement (1) mit dem ersten Gitter (24, 71) über eine Art Kardangelenk (29) gekoppelt ist.
6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (24, 28) eben sind.
7. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Bewegung des ersten, verschiebbaren Bauelements (1) eine mit diesem gekoppelte Anordnung mit einem Kolben (17) und einem Zylinder (18) enthält.
8. Verfahren zum Herstellen eines Ur-Gitters, insbesondere für ein Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Darstellung eines kleinen Teiles eines Gitters in vergrößertem Maßstab hergestellt wird; daß diese Darstellung photographisch auf eine erste Platte verkleinert wird; daß von dem Bild auf der ersten Platte durch photographische Verkleinerung ein nochmals verkleinertes Bild auf einer zweiten Platte (83) hergestellt wird; daß von dem Bild auf der ersten Platte dann

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nochmals verkleinerte Abbildungen auf solchen Stellen der zweiten Platte erzeugt werden, daß auf dieser ein regelmäßiges Gittermuster entsprechender Länge entsteht, und daß die zweite Platte dann zu einem Mutter-Gitter entwickelt wird.
9. Verfahren zum Herstellen eines Meßgeräts nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzei chn e t , daß eine Photolackschicht mit einem Bild eines nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8 hergestellten Mutter-Gitters belichtet wird; daß das belichtete Material entwickelt wird, um eine unter der PhoioLackschicht befindliche Metallschicht freizulegen, und daß die freigelegten Bereiche der Metallschicht durch Ätzen entfernt werden.

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