AT394271B - Messsystem zur messung der laengs- und querausdehnung eines werkstuecks - Google Patents

Description

AT 394 271 B

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur Messung der Längs- und Querausdehnung eines Werkstückes mit Meßmarken, bestehend aus einem Meßgerät mit einem Rahmen, der zur Abstützung des Rahmens auf dem Werkstück Aufstellsäulen aufweist, an deren freien Enden Paßstücke zum Eingriff in Vertiefungen auf dem Werkstück vorgesehen sind, und einer vom Rahmen getragenen optischen Einrichtung.

Bei Werkstücken, auf die äußere, statische Kräfte aus vorgegebenen Richtungen (Hauptrichtungen) einwirken, oder bei denen durch Zwängung die freie thermische Ausdehnung ganz oder teilweise in entsprechenden Hauptrichtungen behindert ist, besteht das Bedürfnis, über die Messung der Dehnung in den Hauptrichtungen und der Temperatur mit Hilfe der linearen Elastizitätstheorie und bei Kenntnis des Elastizitätsmoduls der Querkontraktionszahl und des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten die Hauptspannungen zu ermitteln und ihre Änderungen über lange Zeit zu verfolgen.

Im einfachsten Fall des einachsigen Spannungszustandes, der z. B. bei Schienen eines lückenlos verschweißten Gleises vorliegt, kann die Längsspannung aus der Längsdehnung und der Querdehnung allein ohne Kenntnis der den Dehnungen zugeordneten Unterschiede der Umgebungstemperatur berechnet werden. Weiterhin kann beim einachsigen Spannungszustand aus der Längsdehnung und der Querdehnung der zugehörige Temperaturunterschied berechnet und zur Absicherung der Messung mit dem Unterschied der direkt gemessenen Temperaturen verglichen weiden.

Im Falle des zweiachsigen Spannungszustandes, wie er sich z. B. an einer Platte einstellt, können die beiden Hauptspannungen (Längs- und Querspannung) aus der Längsdehnung, der Querdehnung und den entsprechenden Temperaturunterschieden berechnet werden. Eine Kontrollbedingung existiert aber in diesem Fall nicht mehr.

Ein bekanntes Dehnungsmeßgerät besteht aus einem U-förmigen Rahmen, der in Längsrichtung einer Schiene und auch in Querrichtung über den Schienenkopf stellbar ist Am Rahmen ist ein Handgriff vorgesehen, um das Meßgerät in Meßposition halten zu können.

Am freien Ende des einen Rahmenschenkels ist ein starrer Paßstift vorgesehen, während an dem anderen Schenkel ein beweglicher Paßstift angeordnet ist. Der feste Paßstift greift in eine Vertiefung und der bewegliche Paßstift in eine andere Vertiefung am Schienenfuß. Der bewegliche Paßstift ist mit einem Feinteilungsmaßstab mechanisch so verbunden, daß auf den Feinteilungsmaßstab die Verschiebung des beweglichen Paßstiftes übertragen wird. Der Feinteilungsmaßstab wird durch ein Mikroskop beobachtet und seine Verschiebung aus der Nullage gemessen. Die Vertiefungen stellen die Meßmarken dar, wobei ein einwandfreies Einrasten der Paßstifte in die Vertiefungen nicht kontrollierbar ist und eine Verschmutzung der Vertiefungen oder eine ungleichmäßige Abnutzung bei wiederholter Messung zu einer Meßungenauigkeit führen. Ferner muß das bekannte Meßsystem von Hand gehalten werden. Dabei besteht die Möglichkeit, daß sich der Rahmen und die einstückig mit ihm ausgebildeten Aufstellsäulen in einem Ausmaß deformieren, welches in die Meßgenauigkeit im Bereich von pm eingeht. Auch besteht die Möglichkeit, daß bei Temperaturänderungen sich Eigenspannungen im Rahmen aufbauen, die die Messungen verfälschen.

Ferner ist ein berührungslos arbeitendes Meßgerät bekannt (DE-OS 2526188), mit dem die Abstandsänderung von zwei auf einem Meßobjekt angebrachten Meßmarken mit Hell-Dunkelübergängen von zwei Abtasteinheiten optisch erfaßt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßsystem anzugeben, bei dem eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Werkstück mindestens drei Meßmarken angebracht sind, wobei zwei Meßmarken etwa in Längsrichtung des Werkstückes hintereinanderliegen und zwei Meßmarken etwa in Querrichtung des Werkstücks hintereinanderliegen, daß neben den Meßmarken mit Abstand zu diesen Vertiefungen vorgesehen sind, daß am Rahmen vier Aufstellsäulen vorgesehen sind, von denen zwei zum Eingriff in die den etwa in Längsrichtung des Werkstücks hintereinanderliegenden Meßmarken zugeordneten Vertiefungen vorgesehen sind und von denen zwei zum Eingriff in die den etwa in Querrichtung des Werkstücks hintereinanderliegenden Meßmarken zugeordneten Vertiefungen vorgesehen sind, daß die optische Meßeinrichtung mindestens zwei Meßmikroskopkanäle aufweist und daß sich die Distanz der optischen Achsen der Meßmikroskopkanäle vom Abstand der etwa in Längs- bzw. in Querrichtung hintereinanderliegenden Meßmarken nur geringfügig, d. h. um weniger als den Meßbereich, unterscheidet.

Die zu vermessenden Meßmarken müssen nicht mehr mechanisch angetastet werden, so daß das einwandfreie Einrasten von Paßstiften nicht mehr kontrolliert werden muß und eine ungleichmäßige Abnutzung von Berührungsflächen nicht mehr zu Meßfehlern führen kann.

Beim erfindungsgemäßen System stellt der Eingriff zwischen den Aufstellsäulen und den Vertiefungen nur sicher, daß die Meßmarken im Meßbereich der Meßmikroskopkanäle liegen. Eine eventuelle Abnutzung der mechanisch in Eingriff kommenden Teile oder eine Verschmutzung der Vertiefungen kann zwar zu Verschiebungen der Meßmarken in den Gesichtsfeldern der Meßmikroskopkanäle führen; bei der Ermittlung der Abstände zwischen den Meßmarken fallen diese Verschiebungen jedoch wieder heraus und können somit die Meßgenauigkeit nicht beeinflussen.

Vorzugsweise ist die optische Einrichtung in einem im Rahmen zwängungsfrei gelagerten Träger angeordnet; dieser hält die optischen Meßkanäle im vorgegebenen Abstand voneinander. Die Aufteilung des Meßgerätes in einen Rahmen und einen solchen Träger, sowie die zwängungsfreie Lagerung des Trägers im Rahmen haben den Vorteil, daß eine Deformation des Rahmens, z. B. durch unbedachtes Abstützen mit der Hand auf dem Rahmen, -2-

AT 394 271 B keine Verbiegung des Trägers und damit keine Fehlausfluchtung zwischen den optischen Achsen der Meßmikroskopkanäle verursacht. Erfindungsgemäß ist der Träger aus einem Material geringer Wärmeausdehnung gefertigt. Da wie bereits erwähnt aus den gemessenen Dehnungen ein Wert für die Temperaturdifferenz zwischen zwei Messungen errechnet werden kann und diese mit der tatsächlich gemessenen Temperaturdifferenz verglichen werden kann, ergibt sich durch die vemachlässigbare Eigendehnung des Trägers die Möglichkeit, durch Vergleich der Temperaturbestimmung aus den Dehnungswerten und der tatsächlichen Temperaturmessung Defekte am Dehnungsmeßgerät festzustellen. Bei dem bekannten Gerät, bei dem Rahmen und Aufstellsäulen einstückig miteinander ausgebildet sind und das Meßmikroskop direkt an einer der Aufstellsäulen befestigt ist, kann die Eigendehnung nicht vernachlässigt werden. Es könnnen daher mit ihm keine Einzeldehnungen in Längs- und Querrichtung, sondern nur Dehnungsdifferenzen fehlerfrei bestimmt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Gerät hingegen können die Dehnungen in Längs- und Querrichtung unabhängig voneinander unverfälscht erfaßt werden. Bei dem bekannten Meßgerät müßte daher zusätzlich stets die Eigendehnung als Funktion der Temperatur bekannt sein.

Bei dem bekannten Meßsystem erfolgt in der Optik des Meßmikroskops eine Vergrößerung um den Faktor 50. Eine höhere Vergrößerung ist wegen der Verwendung des Feinteilungsmaßstabes auch nicht sinnvoll. Bei der optischen Antastung der Meßmarken, die vorzugsweise als kleine Diamanteinsenkungen ausgebildet sind, kann mit 100- bis 200-facher Vergrößerung gearbeitet werden, wodurch die Meßgenauigkeit empfindlich angehoben werden kann.

Bei diesen hohen Vergrößerungen wird vorzugsweise jedem Meßmikroskopkanal ein Auflichtilluminator zugeordnet.

Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Meßsystems. Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren genau beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Untersicht auf den im Rahmen gelagerten Träger zur Darstellung der Zuordnung der Aufstellsäulen zu den Meßmikioskopen und zur Darstellung der zwängungsfreien Lagerung des Trägers,

Fig. 2 eine als Teilschnitt dargestellte Seitenansicht des Meßgeräts gemäß Fig. 1 mit zwei gesonderten Meßmikroskopen,

Fig. 3 eine Aufsicht und einen Längsschnitt durch einen Meßstreifen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch Fig. 1 in Blickrichtung der Pfeile (4-4),

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Eisenbahnschiene mit aufgeklebten Meßstreifen,

Fig. 6 eine Darstellung des Trägers bzw. des Distanzstücks der beiden Meßmikroskope und der zugeordneten Querträger zur Erläuterung der zwängungsfreien Dreipunktlagerung,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines vollständig ausgeführten Meßgerätes gemäß Fig. 1, das quer über die Schiene angeordnet ist,

Fig. 8 das Meßgerät gemäß Fig. 7 bei Längsanordnung,

Fig. 9 eine Seitenansicht des Meßgeräts in Längsanordnung,

Fig. 10 eine Aufsicht auf das Meßgerät in Längsanordnung,

Fig. 11 eine Prinzipschnittdarstellung der Meßmikroskope für das Gerät gemäß Fig. 1 - 10,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer beim Anbringen der Meßstreifen an der Schiene verwendeten Lehre,

Fig. 13 eine Queransicht der Abdeckeinrichtung und Halterung derselben am Schienenfuß,

Fig. 14 eine der Fig. 13 entsprechende Seitenansicht,

Fig. 15 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgeräts, wobei jeder Meßmarke ein Meßmikroskop zugeordnet ist,

Fig. 16 eine Untersicht des Gerätes gemäß Fig. 15,

Fig. 16a und 16b Seitenansichten bzw. Teilschnittdarstellungen der vier Aufstellsäulen zur Erläuterung der Bewegungsmöglichkeiten der am freien Ende der Aufstellsäulen angeordneten Paßstücke und Fig. 17 eine Prinzipdarstellung einer weiteren optischen Beobachtungseinheit.

Anhand der Figuren 1 bis 5 soll zunächst im Prinzip ein Meßverfahren und ein Meßsystem beschrieben werden, mit deren Hilfe das Ausdehnungsverhalten von länglichen Metallwerkstücken - hier in Form einer Eisenbahnschiene - in Längsrichtung (x) und in Querrichtung (y) erfaßt werden können. Genausogut könnte aber auch das Ausdehnungsverhalten an horizontal angeordneten Platten, z. B. bei Brücken erfaßt werden. Auf beiden Seiten des Schienenfußes (SF) sind zwei Meßstreifen (S1 und S2) befestigt, vorzugsweise verklebt. Als Material für die Meßstreifen (S1 und S2) eignet sich insbesondere metallüberzogener Kunststoff, wie er z. B. in der Elektronik Verwendung findet. Wie aus dem Schnitt durch den Meßstreifen (Sl) (vergl. Fig. 3) hervorgeht, sind auf dem Meßstreifen (Sl) zwei Vertiefungen (VI und V2) an den Enden ausgebildet. Dazwischen liegen Meßmarken (El und E2) in Form von in die Metallschicht eingebrachten Diamanteindrücken,

Die entsprechenden Vertiefungen und Meßmarken in dem Meßstreifen (S2) sind mit (V3, V4 und E3, E4) bezeichnet

Wie aus den Figuren 1,2 und 4 ersichtlich ist, sind mindestens zwei Meßmikroskopkanäle erforderlich, die -3-

AT 394 271 B bei der gezeigten Ausführungsform durch zwei Meßmikroskope (Ml und M2) verwirklicht sind. Die Meßmikroskope (Ml und M2), die mit den Objektiven und Okularen rein schematisch dargestellt sind, sind mit ihren Tuben in einem Distanzstück (D) gehalten, z. B. mittels Feststellschrauben.

Das Distanzstück (D) (Träger) ist mittels zweier Querträger (1 und 2), welche vorzugsweise aus einem 5 Material mit geringem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt worden sind, in einem Rechteckrahmen (R) gelagert. Die Querträger (1 und 2) sind mit dem Rahmen verschraubt. Wie insbesondere aus der Figur 6 ersichtlich ist, erfolgt über die Querträger (1 und 2) eine zwängungsfreie Dreipunktlagerung des Distanzstückes (D) im Rahmen, wobei der Querträger (1) die Funktion eines festen und der Querträger (2) eines in x-Richtung längsverschieblichen Auflagers erfüllt. Das Distanzstück (D) liegt auf dem Querträger (1) auf zwei 10 Kunststoffwinkeln (3 und 4) auf. Beim Querträger (2) liegt das Distanzstück (D) mittig auf einer Kunststoffplatte (5) auf, deren Oberfläche vorzugsweise leicht ballig ausgebildet ist, während eine Kantenführung über Kunststoffblöcke (6 und 7) erfolgt. Das Distanzstück (D) wird an dem Querträger (1) mittels zweier Schraubbolzen (8 und 9) niedergehalten, die in zugeordnete Gewindebohrungen (8a und 9a) in dem Distanzstück eingreifen. Ein Paßstift (10) greift durch eine Bohrung (lc) in dem Querträger (1) in eine 15 entsprechende Bohrung (10a) des Distanzstückes (D) ein, um dieses bezüglich des Querträgers (1) zu fixieren. Auf dem Querträger (2) wird das Distanzstück (D) durch einen Schraubbolzen (11) gehalten, der durch eine sich konisch zum Distanzstück (D) hin erweiternde Bohrung (2a), die den Querträger (2) und die Kunststoffplatte (5) durchsetzt, in eine Stufenbohrung (11a) in dem Distanzstück (D) eingreift. Der Bolzen (11) ist so ausgelegt, daß er mit einem kurzen Gewindeabschnitt in den Bodenabschnitt der Stufenbohrung (11a) eingreift. 20 Durch diese Konstruktion erzeugt der Bolzen (11) einerseits die nötige Kraft zum Niederhalten des Distanzstückes (D), andererseits ist eine Längsverschiebung des Distanzstückes (D) relativ zum Querträger (2) möglich, indem sich der längliche Bolzen (11) s-förmig verformt.

Der für die Blöcke (3, 4, 6 und 7) und die Platte (5) verwendete Kunststoff besitzt einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Die Kunststoffbauteile (3, 4, 6 und 7) gestatten ein leichtes Einfuhren des 25 Distanzstückes (D) bei der Montage und die Blöcke (5, 6 und 7) lassen eine Gleitbewegung zwischen dem Distanzstück (D) und dem relativ zu ihm beweglichen Auflager zu.

Durch diese Anordnung ist eine zwängungsfreie Dreipunktlagerung des Distanzstückes (D) in x-y- und z-Richtung gemäß Figuren 5,7 und 8 gewährleistet.

Da mittels der beiden Meßmikroskope (Ml und M2) das Auswandern der Meßmarken (E1-E4) erfaßt 30 werden soll, wird das Distanzstück (D) aus einem Material mit sehr kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt. Hierfür eignen sich z. B. Invar mit α = 1,5 x 10'^°C'^ oder Glaskeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 1 x 10'^°C'^. Dieselben Materialien können auch für die Querträger verwendet werden.

Auf der Unterseite des Rahmens sind vier Aufstellsäulen (PI, P2, P3 und P4) vorgesehen. Die 35 Aufstellsäulen (PI und P4) liegen in x-Richtung gesehen in der durch die optischen Achsen der Meßmikroskope aufgebauten Ebene, während die Aufstellsäulen (P2 und P3) jeweils in einer die optische Achse des zugeordneten Meßmikroskops (Ml bzw. M2) enthaltenden Querebene in y-Richtung liegen. An den unteren Enden der Aufstellsäulen sind halbkugelige Paßstücke (PSI, PS2, PS3 und PS4) ausgebildet.

Der Abstand der optischen Achsen der Meßmikroskope (Ml und M2) und der Abstand der Aufstellsäulen 40 (P2 und P3) entspricht in etwa dem Abstand der Diamanteindrücke (El und E2). Der Ausdruck "in etwa" bedeutet, daß die Meßmarken (El und E2) im Meßbereich der Meßmikroskope liegen.

Der Abstand der Aufstellsäulen (PI und P4) entspricht dem Abstand der Vertiefungen (VI - V2).

Die beiden Meßstreifen (S1 und S2) werden so auf den Schienenfuß aufgeklebt, daß der Abstand (VI - V3 bzw. V2 - V4) dem Abstand der Aufstellsäulen (P2 - P3) entspricht, d. h. der Abstand der 45 Meßmarken (El - E3) entspricht dem Abstand (El - E2).

Selbstverständlich muß für die Streifen (S1 und S2) ein Material gewählt werden, das weich gegenüber dem Material des Werkstücks, d. h. hier der Schiene ist, um eine Rückwirkung auf das Ausdehnungsverhalten des Schienenstahls zu vermeiden. Nach dem Aufkleben können die Streifen (S1 und S2) zusätzlich längs der Linien (LI, L2 bzw. L3 und L4) durchschnitten werden, so daß die Diamanteindrücke (El - E4) 50 tragenden Bereiche (SB) ungehindert die tatsächliche Dehnungsbewegung des Schienenfußes auf beiden Seiten wiedergeben können.

Die Streifen können auch aus anderen Werkstoffen gefertigt werden, z. B. Metallstreifen geeigneten Querschnitts sein. Außerdem können neben dem bereits erwähnten Verkleben auch andere Befestigungstechniken eingesetzt werden, um die Meßstreifen mit dem Werkstück zu verbinden. Die Meßmarken können auch direkt in 55 das Werkstück eingedrückt werden. Es ist auch möglich, die Meßmarken auf den Streifen oder dem Werkstück auf andere Weise zu erzeugen, z. B. durch Photoätzen, Bedrucken oder dergleichen.

In der Figur 11 ist der Strahlengang bei zwei Meßmikroskopkanälen in Form getrennter Meßmikroskope aufgeführt, wobei die Auflichtillumination zunächst außer Betracht bleiben soll. Das vom Objektiv (12) kommende Licht durchsetzt eine Meßplatte (13), ehe es durch ein Okular (14) in das menschliche Auge (15) 60 eintritt. Wie in der Figur 11a dargestellt ist, kann die Meßplatte (13) mittels Mikrometerschrauben (16 und 17) in der Meßebene verfahren werden, so daß mit dem Meßkreuz (13a) die lagemäßige Änderung des Bildes der -4-

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Meßmarke (E) auf dem Meßstreifen (S) in der Ebene der Meßplatte erfaßt werden kann. Vor Durchführung der Messung wird die Nullage des Meßkreuzes (13a) in beiden Meßmikroskopen (Ml und M2) mittels eines Eichmaßstabs absolut kalibriert

Ehe nun weitere konstruktive Einzelheiten beschrieben werden, soll anhand der Figuren 1 bis 5 und 11 bis 11a ein Meßablauf erläutert werden. Das Meßgerät kann längs zur Schienenachse (x) oder quer zur Schienenachse (y) aufgesetzt werden. Beim Aufsetzen längs der Schienenachse (x) - vergl. auch Fig. 9 und 10 -rasten die Paßstücke (PSI und PS4) entweder in die Vertiefungen (VI und V2) des Meßstreifens (Sl) oder in die Vertiefungen (V3 und V4) des zweiten Streifens (S2) ein.

Beim Aufsetzen des Gerätes quer zur Schiene (y-Richtung) können die Aufstellsäulen (P2 und P3) entweder in die Vertiefungen (VI - V3) oder in die Vertiefungen (V2 - V4) eingreifen.

Durch das Einrasten der Paßstücke (PS) in die Vertiefungen (V) ist stets gewährleistet, daß die als Meßmarken gesetzten Diamanteindrücke (E) im Mittenbereich der Gesichtsfelder der Meßmikroskopkanäle zu liegen kommen.

In jeder der Aufsetzmöglichkeiten wird durch Verstellung der zugeordneten Mikrometerschrauben das Meßkreuz in Überdeckung mit dem Bild der Meßmarke gebracht und danach wird die neue Stellung der Mikrometerschrauben abgelesen. Es soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß auch elektronische Meßokulare bekannt sind, bei denen die Lage des Bildes bezüglich des Meßfixpunktes elektrooptisch erfaßt werden kann.

Zur Bestimmung der Querdehnung und der Längsdehnung ist an und für sich je nur eine Aufsetzung in Quer-bzw. Längsrichtung erforderlich. Durch die doppelte Aufsetzmöglichkeit sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung können Dehnungen, deren Ursache eine reine Biegung der Schiene ist, aber herausgemittelt werden.

Zusammenfassung:

Die zu messenden Meßmarken (E) werden nicht mechanisch angetastet; die Bestimmung ihrer der jeweiligen Dehnung entsprechenden Lage erfolgt berührungslos auf optischem Wege. Eventuelle Abnutzung der Enden der Paßstücke (PS) bzw. Verschmutzung der Streifen Vertiefungen (V) bewirken zwar Verschiebungen der Meßmarken in den Gesichtsfeldern der Meßmikroskopkanäle, die jedoch bei Ermittlung der Abstände wieder herausfallen und somit ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit sind. Die Aufteilung des Gerätes in Rahmen (R) und Distanzstück (D), sowie die zwängungsfreie Dreipunktlagerung des Distanzstückes haben den Vorteil, daß eine Deformation des Rahmens, z. B. durch ein unbedachtes Abstützen mit der Hand auf dem Rahmen keine Verbiegung des Distanzstückes (D) und damit keine Meßfehler verursacht.

Die Figuren 7-10 zeigen nun ein Gerät gemäß Fig. 1 - 3 mit weiteren Einzelheiten.

Wie aus der Figur 7, rechts, zu ersehen ist, sind die halbkugeligen Paßstücke (PS3 und PS4) nicht fest an den zugeordneten Aufstellsäulen (P3 bzw. P4) befestigt, sondern in einer Richtung verschieblich. Bei der in der Figur 7 gezeigten Ausführungsform wird die Verschieblichkeit durch eine schwenkbare Lagerung erzielt Die Paßstücke (PS3 und PS4) sind in den unteren Enden der zugeordneten Aufstellsäulen (P3 bzw. P4) um zueinander parallele Achsen (18) bzw. (19) schwenkbar gelagert Damit ist das Paßstück (PS3) in seiner Arbeitsstellung gemäß Figur 7 in y-Richtung und das Paßstück (PS4) in Arbeitsstellung nach Figur 8 in x-Richtung verschwenkbar. Damit ist ein Einrasten der Paßstücke auch bei stark gedehnten bzw. gestauchten Streifen (Sl bzw. S2) möglich.

Da nur ein Paar der Aufstellsäulen (PI, P2, P3, P4) sich in Eingriff mit den Meßstreifen befindet und ein Abstützen oder ein Halten des Geräts von Hand nicht wünschenswert ist, sind Maßnahmen vorgesehen, um das Gerät in den verschiedenen Aufsetzmöglichkeiten an der Schiene zu halten.

Wie aus den Figuren 9 und 10 besonders deutlich wird, ist zur Sicherung des Gerätes beim Aufsetzen in Schienenlängsrichtung (x) an einem Ansatz (RA) des Rahmens (R) ein Schwenkhaken (20) befestigt, der über die von den Aufstellsäulen abgewandte Seite des Schienenkopfes (SK) greifen kann. Durch den Ansatz (RA) ist eine festlegbare Stellschraube (21) geführt, deren freies Ende auf der Lauffläche des Schienenkopfes (SK) aufsitzt. Weiterhin sind seitlich am Rahmen sich horizontal erstreckende Stellschrauben (22 und 23) vorgesehen, die an der den Aufstellschrauben zugewandten Flanke des Schienenkopfes (SK) angreifen. Durch Betätigung der Schrauben (22, 23 und 21) ist ein Ausrichten des Meßgeräts auf die Schiene möglich. Nach Ausrichten des Meßgeräts können die Stellschrauben durch zugeordnete Kontermuttern festgelegt werden. Der Schwenkhaken ist ebenfalls durch eine Schraube (24) festlegbar.

Zur Handhabung des Gerätes sind an dem Rahmen noch seitliche Handgriffe (RH und RH') vorgesehen.

Beim Aufsetzen des Meßgeräts in Querrichtung rasten die Aufstellsäulen (P2 und P3) jeweils in einem der Streifen ein und das Gerät kann durch Betätigung der Stellschraube (21) ausgerichtet und gehalten werden.

Wie aus den Figuren 7 -10 und aus der Figur 11 ersichtlich ist, ist jedem der Mikroskope (Ml und M2) ein Auflichtilluminator (All und AI2) zugeordnet, dessen Bau aus der Figur 11 ersichtlich ist. Der Aufsichtilluminator (AI) besteht aus einem am Rahmen (R) befestigten Beleuchtungstubus (25), in dem eine Lichtquelle (26), eine Linse (27) und ein Umlenkspiegel (28) angeordnet sind. Am unteren Ende des Tubus ist ein seitlicher Ansatz (25a) vorgesehen. Diesem seitlichen Ansatz (25a) steht ein entsprechender Ansatz (29a) des Mikroskoptubus (29) gegenüber. Da somit Beleuchtungstubus und Mikroskoptubus voneinander getrennt sind, sind die beiden Tuben mechanisch und thermisch voneinander entkoppelt. Im Mikroskoptubus ist ein Umlenkspiegel (29b) mit mittiger Öffnung angeordnet, der das aus dem Beleuchtungstubus (25) kommende -5-

Claims (12)

1. AT 394 271 B Licht über eine Linse (29c) auf das Beobachtungsfeld abbildet. Der Beleuchtungstubus ist mit entsprechenden Kühlschlitzen (25b) versehen. In der Figur 8 sind die Stromversorgungskabel (K) für die Auflichtilluminatoren (AI) dargestellt. Den Aufstellsäulen sind Abschirmbleche (KT) zugeordnet, die die Mikroskoptuben (29) gegen Stoß und/oder Wärmeeinstrahlung von außen schützen. Vorzugsweise können die Mikroskoptuben (29) ebenfalls aus einem Material geringer Wärmeausdehnung gefertigt werden. In der Figur 12 ist eine Lehre (30) dargestellt, die beim Aufkleben der Meßstreifen (S1 und S2) auf den Schienenfuß Verwendung findet Die Lehre besitzt entsprechend den Aufstellsäulen des Meßgeräts Aufstellsäulen (PLI, PL2, PL3 und PL4) mit entsprechenden Paßstücken am unteren Ende. Eine der Säulen (in Fig. 12 die Säule (PL2)) ist höhen verstellbar. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß ein Teil (PL2’) in den anderen Teil (PL2") einschraubbar ist. Beim Aufkleben der Streifen (S1 und S2) wird die Lehre mit ihren Paßstücken in die Vertiefungen (V) der Streifen eingerastet. Damit ist gewährleistet, daß die Streifen bezüglich der Schiene und relativ zueinander eine Lage einnehmen, die der Lage der Aufslellsäulen des Meßgeräts entspricht Wie aus den Figuren 15, 16, 16a und 16b ersichtlich ist, kann ein unter die Erfindung fallendes Meßgerät auch vier Meßmikroskopkanäle (Ml, M2, M3 und M4) aufweisen, so daß ein Umsetzen des Geräts in die einzelnen Meßlagen, wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform nicht mehr erforderlich ist. Bei der in den Fig. 15 - 16b gezeigten Ausführungsform ist jeder der Meßmikroskopkanäle durch ein gesondertes Meßmikroskop verwirklicht. Die Aufstellsäulen (P5, P6, P7, P8), die mit dem Rahmen (R) verbunden sind, sind dann vorzugsweise so ausgelegt, daß (P5) kein bewegliches Paßstück besitzt, während das Paßstück zu (P6) in y-Richtung verschwenkbar ist (vgl. Fig. 16a). Das Paßstück zu (P7) ist in x-Richtung verschwenkbar, während das Paßstück zu (P8) in allen Richtungen verschwenkbar ist Das Verschwenken der Paßstücke zu (P6 und P7) kann in der bereits beschriebenen Weise mittels Schwenkachsen (31 bzw. 32) erfolgen, während für die Beweglichkeit des Paßstückes zu (P8) ein Kugelgelenk (33) Verwendung finden kann. Wie aus der Fig. 17 hervorgeht, braucht zum Aufbau eines jeden Meßmikroskopkanals kein gesondertes Meßmikroskop vorgesehen zu werden. Bei der in der Fig. 17 gezeigten Ausführungsform ist nur ein Meßokular mit einer Meßplatte (13') vorgesehen. Die von den Objektiven (12' bzw. 12") kommenden Strahlen werden mittels fester Umlenkspiegel (34,35, 36) umgelenkt. Unter dem Meßokular befindet sich ein Schwenkspiegel (37), so daß einmal das Bild vom Objektiv (12') oder das Bild vom Objektiv (12") in das Meßokular eingeblendet werden können. Es ist auch vorstellbar, daß anstelle des Schwenkspiegels (37) ein teildurchlässiger Spiegel verwendet wird, der gleichzeitig die Bilder beider Meßmarken in das Meßokular einblendet. Eine vergleichbare Strahlführung zu zwei Meßokularen oder auch nur zu einem einzigen Meßokular hin ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 16 auch möglich. Dabei besteht insbesondere die Möglichkeit, die vier Objektive paarweise zwei Meßokularen zuzuordnen. Um die Meßstreifen an den einzelnen Meßstellen vor Beschädigungen zu schützen, d. h. insbesondere eine Beeinträchtigung der sehr kleinen Meßmarken (E) und eine Zusetzung der Vertiefungen (V) zu vermeiden, ist vorgesehen, die Meßstreifen mittels einer Abdeckung, wie sie in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist, zu schützen. Die Abdeckung besteht aus einem Deckbalken (40) und einem Kunststoffpolster (41), das auf der Oberseite des Meßstreifens (S) aufliegt und diesen seitlich ebenfalls sichert. Die Abdeckungen werden durch unter dem Schienenfuß durch einen Spannbolzen (42) zusammengezogene Winkelelemente (43 und 44 bzw. 45 und 46) gehalten. An den oberen Schenkeln der Winkelelemente sind die Balken (40) derart mittels Schraubbolzen (47) verschraubt, daß das Kunststoffpolster (41) mit vorgegebenem Druck auf die Oberfläche des Meßstreifens einwirkt. PATENTANSPRÜCHE 1. Meßsystem zur Messung der Längs- und Querausdehnung eines Werkstücks mit Meßmarken, bestehend aus einem Meßgerät mit einem Rahmen, der zur Abstützung des Rahmens auf dem Werkstück Aufstellsäulen aufweist, an deren freien Enden Paßstücke zum Eingriff in Vertiefungen auf dem Werkstück vorgesehen sind, und einer vom Rahmen getragenen optischen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Werkstück mindestens drei Meßmarken (El, E2, E3) angebracht sind, wobei zwei Meßmarken (El, E2) etwa in Längsrichtung des Werkstücks hintereinanderliegen und zwei Meßmarken (El, E3) etwa in Querrichtung des Werkstücks hintereinanderliegen, daß neben den Meßmarken (El, E2, E3) mit Abstand zu diesen Vertiefungen (VI, V2, V3) vorgesehen sind, daß am Rahmen (R) vier Aufstellsäulen (PI bis P4) vorgesehen sind, von denen zwei (PI, P4) zum Eingriff in die den etwa in Längsrichtung des Werkstücks hintereinanderliegenden Meßmarken (El, E2) zugeordneten Vertiefungen (VI, V2) vorgesehen sind und von denen zwei (P2, P3) -6- AT 394 271 B zum Eingriff in die den etwa in Querrichtung des Werkstücks hintereinanderliegenden Meßmarken zugeordneten Vertiefungen (VI, V3) vorgesehen sind, daß die optische Meßeinrichtung mindestens zwei Meßmikroskopkanäle (Ml, M2) aufweist und daß sich die Distanz der optischen Achsen der Meßmikroskopkanäle vom Abstand der etwa in Längs- bzw. in Querrichtung hintereinanderliegenden Meßmarken (El, E2 bzw. El, E3) nur geringfügig, d. h. um weniger als den Meßbereich, unterscheidet.
2. 2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (Ml, M2) in einem in den Rahmen (R) zwängungsfrei gelagerten Träger (D) angeordnet ist (Fig. 2,4,6).
3. 3. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (D) aus einem Material geringer Wärmeausdehnung geferügt ist.
4. 4. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken (El bis E4) und die Vertiefungen (VI bis V4) auf Streifen (Sl, S2) gebildet sind, die auf der Oberfläche des Werkstücks befestigt sind. (Fig. 5)
5. 5. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken und Vertiefungen direkt in der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet sind.
6. 6. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßmarken (El bis E4) tragenden Bereiche (SB1 bis SB4) der Streifen (Sl, S2) nach dem Befestigen der Streifen am Werkstück durch Trennschnitte (LI bis L4) von dem Rest der Streifen (Sl, S2) abgetrennt sind. (Fig. 5)
7. 7. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken Diamanteindrücke sind. S. Meßsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwängungsffeie Lagerung des Trägers (D) der optischen Meßeinrichtung (Ml, M2) eine Dreipunktlagerung ist. (Fig. 6)
8. 9. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Werkstück angreifende Halterungen (20, 21, 22,23) vorgesehen sind, die das Meßgerät beim Messen an dem Werkstück halten. (Fig. 9,10)
9. 10. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßmikroskopkanäle von zwei getrennten Meßmikroskopen (Ml, M2) aufgebaut sind. (Fig. 11)
10. 11. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßmikroskopkanäle (Ml, M2, M3, M4) aus zwei Objektivabschnitten (12', 12") und einem diesen zugeordneten Meßokularabschnitt (13') gebildet sind und die Strahlengänge von den beiden Objektivabschnitten her gleichzeitig oder nacheinander auf den Meßokularabschnitt (13') lenkbar sind. (Fig. 17)
11. 12. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßmarke (El, E2, E3, E4) ein Meßmikroskopkanal (Ml, M2, M3, M4) zugeordnet ist. (Fig. 15)
12. 13. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Meßmikroskopkanal ein Auflichtilluminator (AI) zugeordnet ist, wobei die Lichtquellenbaugruppe (25 bis 28) an dem Rahmen (R) befestigt ist und mechanisch und thermisch gegenüber dem Meßmikroskopkanal (29 bis 29c) getrennt ist. (Fig. 11) Hiezu 11 Blatt Zeichnungen -7-