El microscopi de mesura de Carl Zeiss és una eina de metrologia versàtil. Es fa servir per a mesurar les més diverses peces mecàniques de mida petita i mitjana. És un dispositiu híbrid en el que certes operacions de mesura es fan mecànicament i altres òpticament. Es van començar a fabricar cap a principis del segle XX i es van deixar de fabricar cap els anys 1980 en imposat-se la tecnologia digital. En aquesta entrada es documenten aquests interessants aparells de mesura, els seus accessoris i també s’aporta el manual.
El microscopi de taller Zeiss i els seus accessoris
El microscopi de mesura gran de Carl Zeiss (Große Werkzeugmikroskop - GWM) és un aparell de mesura de precisió per a peces petites i mitjanes. Aquests aparells també s’anomenen com a «microscopis de mecànic» o «microscopis de taller». El seu funcionament principal fa servir el microscopi per al posicionament precís de la peça i mesura les caraterístiques emprant una taula XY —que es desplaça emprant micròmetres— i una taula rotativa graduada de 3’ en 3’. Complementàriament, també es pot fer servir el microscopi com a element de mesura (i no de posicionat). En aquest cas, es fan servir oculars específics que permeten diferents tipus de mesures: angles, perfils i distàncies. Quan es mesura fent servir l’ocular es projecta una imatge precisa de l’objecte en un pla específic de l’ocular. En aquest pla, hi ha grabades escales, perfils o altres elements que faciliten la mesura. Per aquesta rao, aquest tipus d’aparells es classifiquen com a híbrids, atès que el principi emprat per mesurar pot ser tant mecànic com òptic segons convingui.
Microscopi amb el palpador òptic muntat
Com es veu a la figura anterior, el microscopi el conforma una base sòlida sobre la que es munta una taula de coordenades desplaçada per micròmetres. Sobre la taula cartesiana, una taula giratòria. La base també suporta un tub de microscopi amb objectius intercanviables i oculars dotats de graella de mesura també intercanviables. A la fotografia anterior hi ha muntat un ocular goniomètric i un palpador òptic superposat a l’objectiu.
Algunes imatges de detall:
El tub del miscrocopi. A la part de baix l’anell d’enfocament fi de l’objectiu. A la part de dalt l’ocular goniomètric amb el seu petit microscopi per a llegir l’angle.
La taula XY. S’hi veuen les guies Y i el micròmetre de desplaçament en la direcció Y. També es veu la taula rotativa amb el nònius de mesura de l’angle.
Accessoris del microscopi Zeiss: oculars, objectius i altres
Acompanyen al microscopi un conjunt extens d’accessoris que amplien i complementen la seva funcionalitat.
Els accessoris bàsics acostumen a desar-se dins d’una caixa robusta feta a mida com la que es mostra a la següent imatge.
Caixa d’accessoris del microscopi de mesura. Feta de fusta i compartimentada perfectament per encabir ordenadament tots els accessoris.
Per entendre la diversitat d’accessoris de l’instrument se’n pot fer la següent classificació:
Accessoris de subjecció El conformen utillatges de diversos tipus per subjectar a la taula els espècimens a mesurar. Entre aquests, destaca un utillatge per subjectar entre punts objectes cilíndrics. Aquest és també part de les eines per mesurar per contacte diametral (una de les tècniques de mesura possibles).
Oculars Hi ha una col·lecció d’oculars intercanviables que es poden fer servir per prendre mides o comparar sobre la imatge virtual del microscopi. N’hi ha de dos tipus:
Goniomètric Permet mesurar angles qualsevols amb una resolució de 1’. Hi ha un sol ocular goniomètric.
Graelles N’hi ha tota una col·lecció que presenten diversitat de grabats per acarar al perfil que s’observa: arcs de cercle, rosques de diferents estàndards, cercles complets, escales graduades, perfils d’engranatges, etc. Cada element grabat és mètricament significatiu si es fa servir l’objectiu adequat.
Objectius Hi ha una col·lecció d’objectius estàndard que determinen els augments del microscopi (conjuntament amb l’ocular). Permeten augments de 10x, 15x, 30x i 50x.
Taules Hi ha dues taules circulars de vidre. L’ordinària és llisa però n’hi ha una altra amb un forat precís centrat on s’hi pot inserir un posicionador. Es fa servir per a prendre mesures en coordenades polars.
Il·luminadors Especialment per a il·luminar des de sobre de l’espècimen (epi-il·luminació). Els més moderns s’enganxen a l’objectiu i projecten a través d’un doble prisma. També permeten il·luminació de camp obscur per a ressaltar elements en superfícies polides.
Altres Hi ha altres elements singulars:
Ganivetes de contacte Són uns accessoris per a prendre mesures exactament sobre el diàmetre de cilindres grans.
Palpador òptic És un instrument similar en funció a una palpador mecànic (taster) però basat en principis òptics. És extremadament sensible i amb una histèresi pràcticament nul·la. Es subjecta sota l’objectiu i funciona amb una font de llum pròpia.
El manual del microscopi de taller Zeiss
El manual del microscopi circula per la xarxa en diverses versions, totes elles en alemany. Les diferents versions de manual corresponen a diferents versions del microscopi, que s’ha fabricat durant uns 70 anys. Per aquest tipus d’instrument, el manual és important: s’hi consignen detalls específics del seu ús correcte però també dades sobre la incertesa de les diverses mesures i altres informacions rellevants.
Aquesta rellevancia m’ha dut a fer una tasca de traducció cap a l’anglès per deixar en obert. La traducció s’ha fet amb el suport d’eines automàtiques i la composició s’ha fet amb LaTeX, que ha permes un resultat de gran qualitat.
- Manual del microscopi de mesura Zeiss (en mida A4)
- Manual del microscopi de mesura Zeiss (en mida A5) compaginat per imprimir i enquadernar en llibrets.
També existeixen diverses versions del catàleg del microscopi que poden ser interessants:
Altres instruments de mesura emparentats
En el seu moment, van fabricar-se tot una família d’aparells de mesura òptics basats en principis semblants. Entre aquests, una versió més petita d’aquest mateix microscopi, amb una capacitat de la taula reduïda i menys accessoris però més lleuger.
Un dels darrers models de microscopi de taller en versió petita.
També se’n va fabricar un model més gran, un aparell certament massiu amb funcions similars, més resolució i més capacitat anomenat «Universal Measuring Microscope» (Universal Meßmikroskop – UMM). Sens dubte un instrument interessantíssim. En aquest cas, hi ha una diferència substancial: les mesures de la taula de coordenades no es prenen en base a micrómetres sinó sobre unes escales de vidre grabades que s’observen a través d’un visor microscòpic. Les següents figures en mostren algunes versions:
En el primer pla, un microscopi universal de mesura antic, amb el clàssic acabat negre dels instruments antics.
Una altra perspectiva d’un UMM. A la banda esquerra es veuen els microscopis que permeten llegir els regles graduats amb les coordenades X i Y.
Sobre un palet, un microscopi universal de mesura modern, amb escales digitals per mesurar els desplaçaments, possiblement afegides atès que encara conserva els microscopis sobre escales de vidre.
Altres versions del mateix instrument
Un altre vector de variació és l’evolució temporal del mateix model. En ser un model fabricat durant uns setanta anys ha patit tota mena d’evolucions. En aquest camí també van tenir un impacte les conseqüències de la segona guerra mundial. Zeiss es trobaba a Jena, que va quedar en la zona soviètica. Integrat en el conglomerat Zeiss Jena/VEB, va continuar la producció d’instruments de mesura. Se’n troben doncs moltes versions diferents i s’aprecia clarament l’evolució en el temps, tant a nivell de prestacions com a nivell estètic.
Un microscopi de mesura Zeiss de cap a l’any 1934. Es pot observar com el mecanisme de fixació de l’ocular ja presenta el mateix disseny que els posteriors. En canvi, la posició de l’ocular és vertical i més incòmoda: solucionar-ho comportarà afegir un pentaprisma complex.
Un detall de la taula de coordenades de l’anterior microscopi. Es pot veure clarament el logo de Zeiss. Noti’s el tambor micromètric i la manca de taula rotativa.
Una pàgina d’un catàleg del 1934 en la que es veu el microscopi de mesura de les figures anteriors.
Una versió moderna del microscopi de mesura Zeiss, d’estètica més angulosa, presenta uns capçals micrometrics digitals. Té instal·lat en l’objectiu l’epi-il·luminador.
Una versió encara més moderna del microscopi de mesura Zeiss. Els capçals micrometrics digitals s’han canviat per posicionadors lineals protegits per unes cobertes ben aparatoses.