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Messeinrichtung für Profilprojektion
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für Profilprojektion, bei welcher der in der
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ein Massstab und eine diesem zugeordnete Messmarke vorgesehen sind, deren relative Lage zueinander durch die rela. tive Lage zwi. sehen dem Werkstück und der Schablone bzw. deren Projektionsbild bestimmt ist.
Sollen mit solchen Messeinrichtungen grössere Teile des Umrisses umfangreicher Werkstücke projiziert werden, ist aus Gründen der übersichtlichkeit meist nur ein, ge- ringerer Vergrösserungsmassstab wie 1: 2, 1 : 3 od. dgl. anwendbar, da sonst die Pro' jektionsflächen zu gross würden. Bei Benüt, zung der Lichtspaltmethode oder einer dieser verwandten Methode ist nun trotz geringer
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liche Kontrolle der Einstellung zwischen Sollund Istform möglich.
Bei der Bestimmung der Abmessungen, z.
B. der Durchmesser grosser Werkstücke, müssen überdies grosse Messbereiche beherrscht werden können. Hieraus ergeben sich erheb. liche Verstellwege für die Profilprojektionsoptik und es entstehen sowohl hinsichtlich des Zeitaufwandes, als auch hinsichtlich der raschen, übersichtlichen und genauen Massstabablesung Schwierigkeiten. Mechanische Massstäbe haben einen grossen Platzbedarf, ihre Ablesung erfordert Vergrösserungsgeräte, Messuhren haben einen zu geringen Messbereich, Gewindespindeln mit Teilrosen benötigen Zu lange Einstellzeiten usw.
Infolge der geringen Projektionsvergrösserung wäre auch ein unmittelbar auf der Projektionsfläche angeord- neter Massstab zu ungenau bzw. würde dieser zusätzliche Vergrösserungslupen erfordern, deren Bedienung wieder zeitraubend und un- übersichtlich wäre.
Die vorliegende Erfindung behebt diese Mängel und ermöglicht eine besonders rasche, übersichtliche und genaue Massstabablesung dadurch, dass der Massstab mittels einer zwei- ten Projektionscinrichtung projiziert wird und die Mcssmarke seinem Projektionsbild zuge' ordnet ist, Dabei kann der Vergrösserungs" faktor der Massstabprojektion grösser als derjenige der Profilprojektion sein, Der Vorteil dieser Massstabprojektion liegt in der raschen, übersichtlichen und genauen Massstabablesung, die die jeweilige Werkstückabmessung klar sichtbar macht.
In der Beschreibung sind die verschiedenen möglichen Ausführungsformen der Erfindung
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fürWerkstück als auch die Profilprojektionseinrichtung ortsfest gelagert sind,
Das zu vermessende Werkstück 1 ist bei der Messeinrichtung gemäss Fig. 1 z. B, zwischen Pinolen 2 eingespannt. Die Verbindungs- linie der beiden Pinolen-Körnerspitzen stellt die Messachse 3 des Werkstückes dar. Wenn ein Drehkörper vermessen werden soll, dann wird zweckmässig dessen Drehachse als Mess-
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und der abbildenden Optik 6, welch letztere eine telezentrische Abbildung des Profiles der Umgebung des Messpunktes 7 des Werkstückes als Schattenbild 8 auf dem Projektionsschirm 9 des Profilprojektors entwirft.
Auf dem Projektionsschirm selbst befindet sich eine Profilschablone 10, die als genaue Ergänzung des Sollprofils der Messstelle geformt ist und die vorläufig als mit der Schirmebene 9 verbunden angesehen werden soll.
Denkt man sich diese Schablone durch die Optik 6 in die Messebene 11 des Profil- projektors im umgekehrten Strahlengang abgebildet, so entspricht der Messpunkt 14 der
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Profilschablone 10 dem Messpunkt 13 der in der Messebene 11 liegenden Schablonenabbildung 12. Der Messpunkt 13 der Profilschablonenabbildung liegt dem Messpunkt 7 des Werkstückes gegenüber, während in der Ebene des Projektionsschirmes 9 der Schab- 10nen-Messpunkt 14 dem Messpunkt 15 des Werkstückschattens 8 gegenüberliegt.
Die gesamte Profilprojektionseinrichtung 4 wird von einer Konsole ? 6 getragen, die einen Schlitten 17 besitzt, der in den Führungen 18 in zur Messebene 11 paralleler und zur Messachse 3 senkrechter Richtung bewegt werden kann, welche Bewegung im vorliegenden Falle beispielsweise einem Heben oder Senken der Profilprojektionseinrichtung 4 in Richtung 19 entspricht. Durch diese Bewegung der Profilprojektionseinrichtung, die z. B. elektrisch mittels des Motors 20 erfolgen kann, ist es einem Beobachter 21 möglich, unter Anwendung der bekannten Lichtspaltmethode oder eines dieser verwandten Verfahrens, auch bei nur geringer Profilvergrösserung, sehr genau jene Einstellung des Gerätes zu finden, bei der der Messpunkt 14 der Profilschablone gerade mit dem Messpunkt 15 des Werkstückschattens zusammenfällt.
Dies ist bekanntlich dann der Fall, wenn der Lichtspalt zwischen Profilschablone und Werkstückschatten im Bereich der Messpunkte gerade verschwindet.
Der Profilprojektor 4 ist mit einem Massstabprojektor 22 gekuppelt. Der Massstabprojektor besteht aus einer Beleuchtungseinrichtung 23, einer Projektionsoptik 24 und einem Massstab 25, welch letzterer zweckmässigerweise als Glasmassstab ausgebildet sein kann. Durch die Optik 24 wird die in der Messebene 26 des Massstabprojektors liegende Messskala 27 des Massstabes 25 vergrössert auf die Projektionsebene 28 des Massstab- projektors, die z. B. als Mattscheibe ausgebildet ist, als Projektionsbild 29 der Messskala projiziert. In der mit der Optik 24 fest verbundenen Projektionsebene 28 befindet sich eine vorläufig mit ihr als fest verbunden angenommene Messmarke 30, die auch als Nonius ausgeführt sein kann.
Denkt man sich, ähnlich wie bei der Profilprojektionseinrichtung, diese Messmarke 30 durch die Optik 24 in der Messebene 26 des Massstabprojektors im umgekehrten Strahlengang abgebildet, so entspricht der Messmarke 30 die in der Messebene 26 auf der Messskala 27 liegende Messmarkenabbildung 31. Bei der in Fig. 1 dargestellten beispielsweisen Ausführungsform ist einerseits sowohl die Beleuchtungseinrichtung 23 als auch die Projektionsoptik 24 des Massstabprojektors mit dem Profilprojektor fest verbunden. Hingegen ist anderseits der Massstab 25 samt seiner Messskala 27 mit dem festen Rahmen des Messstandes, also mit der Messachse 3 des Werkstückes fest verbunden.
Es wird vorausgesetzt, dass die Messebene 26 des Massstabprojektors 22 parallel ist zur Messebene 11 des Profilprojektors 4. Weiters wird vorausgesetzt, dass die Messskala 27 normal steht zur Messachse 3 des Werkstückes und somit parallel ist zur Bewegungsrichtung 19 des Profilprojektors.
Die Relativbewegung zwischen dem telezentrischen Strahlengang des Profilprojektors und dem Werkstück bildet sich in der Messebene 11 direkt und in natürlicher Grösse ; b, u. zw. als Relativbewegung zwischen dem Messpunkt 12 der Schablonenabbildung, der dem Profilprojektor angehört, und dem Messpunkt 7, der dem Werkstück angehört.
Die genannte Relativbewegung wird jedoch auch unmittelbar auf den Massstabprojektor übertragen, da einerseits sowohl die Optik 24 als auch die Messmarke 30 über Projektionsfläche 28 und Optik 2-1 mit dem Profil- projektor- fest verbunden sind, anderseits der Massstab 25 mit seiner Messskala 26 über die Pinolen 2 mit dem Werkstück 1 bzw. mit der Messachse 3 fest verbunden ist. Die Messskala 26 lässt sich demnach unmittelbar in auf das Werkstück bezogene Abmessungsgrössen, z. B. Radien oder Durchmesser, einteilen, beschriften und derart einstellen, dass der jeweiligen Stellung der Messmarkenabbildung 31 auf der Messskala der jeweilige Normalabstand 32 des Messpunktes . ? der Schablonenabbildung von der Messachse 3 des Werkstückes unmittelbar entspricht.
Wenn nun der Messpunkt 15 des Werk- stückumrisses, der sich bei einer Bewegung des Profilprojektors 4 relativ in der Ebene 9 bewegt, mit Messpunkt 14 der ortsfesten Profilschablone zusammenfällt, welche Stellung auf die früher beschriebene Art mittels der Lichtspaltmethode mit hoher Genauigkeit erkannt werden kann, dann entspricht die Lage des Messpunktes 13 unmittelbar der gesuchten Werkstückabmessung 33, da dann der Messpunkt 13 mit dem Messpunkt 7 des Werkstückes zusammenfällt. Besonders vorteilhaft ist, dass auf der Projektionsfläche 28 des Massstabprojektors nur derjenige Ausschnitt der
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enthält, wodurch eine rasche undfaches grösser-gewählt als der Vergrösserungsfaktor des Profilprojektors.
Auf der Projektionsfläche 28 des Massstabprojektors kann daher ein Beobachter 21 das Mass 32 der Schabloneneinstellung des Profilprojektors an der Stellung der Messmarke 30 gegenüber dem Projektionsbild 29 der Messskala mit der gewünschten Genauigkeit direkt ablesen.
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Wenn die Messpunkte 14 und 15 auf dem Projektionsschirm des Profilprojektors zusammenfallen, zeigt die Messmarke 30 unmittelbar die Werkstückabmessung (Mass 33) an.
Für die Durchführung der Messung ist es gleichgültig, ob die Messachse 3 des Werkstückes ruht und der Profilprojektor 4 bewegt wird, oder ob der Profilprojektor ruht und das Werkstück mit seiner Messachse, z. B. mittels einer feineinstellbaren Hubeinrichtung, bewegt wird. Es wird im letzterem Falle der Massstab mit einem geeigneten Teil der Hubeinrichtung fest verbunden.
Statt dass der Massstab des Massstabprojektors mit der Messachse des Werkstückes fest verbunden und seine Projektionsoptik mit der abbildenden Optik des Profilprojektors verbunden ist, kann auch der Massstab des Massstabprojektors mit der abbildenden Optik des Profilprojektors fest verbunden werden und die Optik des Massstabprojektors mit der Messachse des Werkstückes fest verbunden sein.
Um die Raschheit und Genauigkeit der Messung zu erhöhen, ist es zweckmässig, die Verstellbewegung zwischen Schablone und Werkstückschatten in eine Grobverstellung und eine Feinverstellung zu unterteilen. Die Grobverstellung kann z. B. elektromotorisch erfolgen. Durch diese wird eine rasche, grobe Annäherung zwischen Schablone und Werkstückschatten erreicht. Die genaue übereinstimmung zwischen Werkstückschatten und Schablone kann dann entsprechend langsamer von Hand aus durchgeführt werden. Diese Handverstellung kann z. B. mittels einer zusätzlichen, von der elektromotorischen unabhängigen Verstellung der Konsole 16 erreicht werden.
Da hiezu jedoch relativ grosse Teile der Messmaschine feinbewegt werden müssten, kann auch mit Vorteil die Feineinstellung dadurch erfolgen, dass, unabhängig davon, - ob Profil- projektor und Werkstück relativ zueinander ruhen oder sich bewegen, einerseits die Schablone 10 des Profilprojektors relativ zu dessen Optik 6 verstellt wird und dass anderseits der Messmarke 30 relativ zum Projektionsbild 29 der Messskala des Massstabes eine von der Schablonenbewegung abhängige Bewegung erteilt wird. Sowohl die Profilschablone 10 als auch die Messmarke 30 ist innerhalb des Vorderrahmens 34 des Profilprojektors bewegbar, u. zw. die Profilschablone auf oder samt der Projektionsebene 9 und die Messmarke 30 auf oder samt der Projektionsebene 28.
Beide Bewegungen erfolgen mechanisch, beispielsweise mittels einer DoppelGewindespindel 35, deren erstes Gewinde 36 in einer an der Profilschablone 10 befestigten Mutter 37 und deren zweites Gewinde 38 in einer an der Messmarke 30 befestigten Mutter 39 sitzt. Das erste Gewinde 36 besitzt eine geringere Steigung als das zweite Gewinde 38.
Die Spindel 35 kann sich im Vorderrahmen 34 nur drehen, hingegen nicht längsverschieben, denn ihre Längsverschiebung relativ zum Rahmen 34 verhindert der Bund 40.
Die Betätigung der Feineinstellung kann beispielsweise über ein Handrad 41, dessen Lager im festen Gestell der Messmaschine gelagert ist, über Kegelräder 42 und eine gelenkige Teleskopwelle 43 erfolgen.
Erfindungsgemäss sind nun die beiden Gewindesteigungen der Spindel 35 derart gewählt, dass der Verstellweg des Profilschablonenmesspunktes 14 sich zum Verstellweg der Messmarke 30 verhält wie der Vergrösserungsfaktor der Profilprojektion zum Vergrösserungsfaktor der Massstabprojektion. Hiedurch bleiben nämlich hinsichtlich der Projektion im rückkehrenden Strahlengang, da die Vergrösserungsfaktoren dann als Verkleinerungsfaktoren wirksam sind, die genannten Verstellwege, bezogen auf die Messebene 11 für die Profilprojektion und auf die Messebene. 26 für die Massstabprojektion, jeweils einander genau gleich, und es zeigt die Messmarke 30 auch bei dieser Anordnung dann, wenn am Projektionsschirm mittels der Schablonenverstellung die Messpunkte 14 und 15 zusammenfallen, unmittelbar die Werkstückabmessung 33 an.
Eine weitere erfindungsgemässe Anordnung, die besonders dann vorteilhaft ist, wenn nur ein relativ kleiner Messbereich, jedoch höhere Messgenauigkeit erforderlich ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Der ortsteste Protüproie. KT, or 4 ist hier mit der Beleuchtungseinrichtung 23 und der Projektionseinrichtung 24 des Massstaoprojektors fest verbunden. Weiters ist auch die Messmarke 30 nicht verstellbar, sondern ebenfalls mit der Projektionsoptik 24 des Massstabprojektors fest verbunden. Beweglich ist lediglich die Profilschablone 10 innerhalb oder samt der Projektionsebene 9, wobei mit ihr der Massstab 25 des Massstabprojektors, fest verbunden ist und jede Bewegung der Profilschablone unmittelbar mitmacht.
Der Verstellweg der Profilschablone wird in. die- sem Falle in Form einer Bewegung des Massstabprojektionsbildes 29 mit dem starken Vergrösserungsfaktor des Massstabprojektors besonders deutlich sichtbar, da sich die beiden Vergrösserungsfaktoren des Profilprojektors und des Massstabprojektors hier multiplizieren.
Damit auch bei dieser Anordnung dann, wenn am Profilprojektionsschirm 9 die Messpunkte 14 und 15 mittels der Schablonenbewegung zur Deckung gebracht werden, die Messmarke 30 unmittelbar die Werkstückabmessung 33 anzeigt, muss der Massstab eine um den Vergrösserungsfaktor der Profilprojektionsoptik 6
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vergrösserte Skalenteilung erhalten, was wiederum die Genauigkeit der Ablesung erhöht. Infolge des kleineren Messbereiches wird hier Handverstellung, also direkte Feineinstellung, meist genügen. Es lässt sich jedoch auch eine elektromotorische Grob- (Schnell-) verstellung, z. B. mittels Motor 44, mit einer von Hand aus erfolgenden Feineinstellung der Schablone kombinieren. Beide Antriebe treiben hiezu zeitlich nacheinander dieselbe Gewindespindel 35 an.
Auf der Spindel 35 sitzt das Gewinde 36 beliebiger Steigung, das in eine an der Schablone 10 befindliche Mutter 37 eingreift und diese verschiebt. Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung hat den besonderen Vorteil der geringsten Anzahl bewegter Teile und einer rein optischen Kupplung zwischen Profilprojektions- und Massstabprojektionseinrichtung, so dass mechanische. Abnützungen die Genauigkeit der Messung nicht beeinflussen.
Die Anordnung kann gemäss einer Ausführungsvariante auch so getroffen sein, dass sowohl der Profilprojektor 4 als auch die Messachse 3 des Werkstückes 1 ortsfest gelagert sind, wobei die Schablone 10 mit der Optik 24 des Massstabprojektors 32 und der Massstab 25 mit der Optik 6 des Profilprojektors 4 fest verbunden sind, während die Messmarke 30 ortsfest ist.
Die Projektionsschirme 9 und 28 können in allen beschriebenen Fällen durch entsprechende Einschaltung von Prismen oder Spiegeln zwischen die betreffenden Projektionsoptiken und die Projektionsschirme eine beliebige Lage relativ zu den Projektoren bzw. zum Werkstück erhalten, brauchen also keineswegs in derselben Ebene liegen und auch nicht parallel zur Messachse sein, sondern sie können zu dieser z. B. auch schräg oder senkrecht stehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Messeinrichtung für Profilprojektion, bei welcher der in der Messebene des Profilprojektors liegende Messpunkt des Werkstückes samt seiner Umgebung projiziert und dieses Projektionsbild mit einer das Sollprofil darstellenden Schablone oder deren Projektionbild verglichen wird. wobei ein Massstab und quine diesem zugeordnete Messmarke vorgesehen sind, deren relative Lage zueinander durch die relative Lage zwischen dem Werkstück und der Schablone bzw. deren Projektionsbild bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Massstab - (25) mittels einer zweiten Projektionseinrichtung (23, 24) projiziert wird und die Messmarke (30) seinem Projektionsbild zugeordnet ist.