Zeiss-Abbé - Längenmesser Senkrecht

Verticale metroscoop

Machtig mooi spul!

Onlangs kreeg ik een verticale lengte-meet­machine met een meetbereik van 100 mm en een nauwkeurigheid van 1 µm over dit bereik. Indrukwekkend! Fabrikant is Carl Zeiss, Jena (Duitsland), fabrieksnummer 1018. Het bouw­jaar ontbreekt, maar ik schat dat de machine in de late jaren 1930 werd gebouwd. De laatste ijking was in 1991 en kort daarna werd de machine voor het laatst gebruikt, omdat de toenmalige eigenaar failliet ging. Sedertdien is de machine 2 keer in een auto vervoerd, dus het ijkcertificaat is beslist vervallen ....

De fabrikant: een fameuze fabriek van optische apparaten

Carl Zeiss, Jena, Duitsland begon in 1846. De eigenaar was (zoals je al verwachtte) Carl Zeiss, een getalenteerd optisch instrument­maker. De jonge onderneming werkte vooral voor wetenschappers aan de Universiteit van Jena. Vanaf het eerste begin werkte Zeiss nauw samen met zijn opdrachtgevers. Eén van hen, Ernst Abbé, Hoogleraar in Natuur­kunde in Jena, werd eerst consultant (1866), later mededirecteur en uiteindelijk partner (1875) in de Zeiss-onderneming. In die tijd richtte het bedrijf zich nog volledig op wetenschappelijke optische apparaten.

Abbé's principe

Professor Abbé legde een aantal voorwaarden vast voor de correcte constructie van dergelijke apparaten. Later werden deze richtlijnen gepubliceerd door zijn collega Czapski onder de titel "Theorie der Optische Geräte nach Abbé". Het in de praktijk meest belangrijke van de Abbé-principes is het uitlijningsbeginsel. Dit is niet alleen geldig voor optische instrumenten - het geldt voor alle lineaire meetmethoden.

Abbé's uitlijningsbeginsel is eenvoudig. Het stelt, dat de lijn waarlangs gemeten wordt exact moet overeenkomen met de lijn van de meetschaal. Een gewone schroef-micrometer voldoet aan dit principe (de as van de meetschroef is precies coaxiaal met de meetlijn door de twee meet-aambeelden). Een eenvoudige schuifmaat, daarentegen, voldoet niet aan het principe (de meetlijn over de bekken ligt ver buiten de lijn van de schaalverdeling). Dientengevolge zal een schuifmaat altijd minder nauwkeurig zijn dan een micrometer.

Zeiss gaat industriële meetinstrumenten bouwen

De onderneming betrad het terrein van de industriële meettechniek in de jaren direct volgend op de Eerste Wereldoorlog. Hun optische expertise kwam hen hierbij uitstekend van pas. De "Abteilung für Technische Meßgeräte" introduceerde een aantal uiterst precieze industriële meetapparaten, allemaal gebaseerd op de instrumenten die al jaren ter controle in de eigen produktie in gebruik waren. Hieronder, om de meest bekende te noemen: een schroefdraad-meetmicroscoop; de "Opti­meter" (een optische comparator); en diverse horizontale "Längen­meßgeräte". In de laatstgenoemde, met meetbereiken tot 3 m, speelde Abbé's uitlijningsbeginsel een belangrijke rol. Aanvankelijk kon men niet aan het principe voldoen. Je zou voor een coaxiaal metende machine met 'n meetbereik van 3 m een lengte van ruim zes (!) meter nodig hebben. Stel je eens voor wat het effect is van thermische uitzetting bij die lengte - en dan met 1 µm nauwkeurigheid meten! Dat gaat niet. Eén van de directeuren van Zeiss in die tijd, Otto Eppenstein, pionierde een ingenieuze manier om op optische wijze de meetmachine als het ware dubbel te vouwen. Op deze wijze kon wél aan het Abbé-principe worden voldaan, ook bij een meetbereik van 3 meter. Sedertdien zijn de Zeiss-Abbé "Längenmeßgeräte" terecht wereldbefaamd.

Längenmesser Senkrecht

In 1933 introduceerde Zeiss de "längen­messer senkrecht", een verticaal lengte-meetapparaat. Het staat algemeen bekend onder de naam "verticale metroscoop".

Dit is een heel nuttig instrument. Het is een absolute meetmachine (geen comparator), omdat hij zijn eigen standaardmaat ingebouwd heeft, in de vorm van een glazen schaalverdeling van 100 mm lengte. De schaal is gemonteerd in het hart van een cilinder, die verticaal geleid wordt door rollagers in het kop-gietstuk. De cilinder is gebalanceerd met een gewicht, dat in de holle verticale kolom beweegt. Die beweging is olie­gedempt, zodat het geheel zeer soepel werkt. De meetpunt onderaan de cilinder rust in de onderste stand op de vlakke meettafel. In het kop-gietstuk is een microscoop gemonteerd. Wanneer de schaal op nul wordt gesteld wanneer de tip op de tafel staat, kan door aflezing van de schaal­verdeling elke lengte tussen 0 en 100 mm direct worden bepaald.

Zeer belangrijke eigenschap! Deze meetmachine voldoet geheel aan Abbé's uitlijningsbeginsel. Het glasoppervlak waarop de schaalverdeling is aangebracht, staat precies in de hartlijn van de meetcilinder. Dat geeft weinig problemen bij een meetbereik van "slechts" 100 mm. De machine is voorzien van een ingenieuze uitlees-optiek. De onderverdeling van de 1 mm deling op de glazen schaal wordt verkregen door een roterend raster in het oculair. Dit is voorzien van een continue dubbele spiraallijn met 10 windingen. Tien omwentelingen van het raster komen dus overeen met 1 mm op de hoofdschaal. Een in 100 gelijke boogdelen verdeelde cirkel op het raster maakt het mogelijk om het 0,1 mm-interval tussen opvolgende windingen van de spiraal op 0,001 mm af te lezen. Een geoefend gebruiker kan zelfs de aflezing schatten op 0,2 µm. De nauwkeurigheid over het gehele bereik van 100 mm is 1 µm.

Omdat het meetsysteem de volle 100 mm bestrijkt, en niet alleen de afwijking tussen werkstuk en een gegeven standaardmaat (zoals in een comparator) is het heel belangrijk dat de meettafel exact haaks op de hartlijn staat. Anders zou er een ernstige cosinus-fout kunnen optreden! Daarom is de meettafel instelbaar met behulp van drie stelschroeven met fijne draad.

Praktische toepassing

Hoewel de verticale metroscoop tot op 1 µm nauwkeurig kan meten, werd hij vaak gebruikt voor een doel waarbij die nauwkeurigheid eigenlijk niet werkelijk nodig was. Namelijk, het direct meten en stellen van kalibers en het direct meten van werkstukken. Normaliter gebeurde dit op een comparator met eindmaten. Maar dat was een veel omslachtiger methode. Daarom trof je de metroscoop veelvuldig aan in meetkamers, waar hij feitelijk té nauwkeurig was. Maar het werkte wel zó makkelijk!