Optische Profilschleifmaschine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine optische Profilschleifmaschine, bei der die durch eine Vorrichtung nach einer Profilvorlage zu steuernde Achse eines opti schen Systems die Sollform des zu bearbei tenden Werkstückes verfolgt.
Es sind zwei Arten von optischen Pro filschleifmaschinen bekannt. Bei der einen Art wird das Profil Punkt für Punkt von der Vorlagezeichnung abgetastet und die Ab tastbewegung durch einen Pantographen auf ein zur Beobachtung der Schleifstelle dienen des optisches System übertragen. Die Achse des optischen Systems wird ,durch das. Ab tasten der Zeichnung mittels des Pantogra phen stets auf die genaue Stellung gebracht, und die Schleifscheibe wird jeweils soweit gesteuert, dass bis zur Achse des optischen Systems das zu bearbeitende Werkstück ab geschliffen wird.
Das optische System ist bisher als Mikroskop ausgeführt worden, das heisst die Schleifstelle und die arbeitende Schleifscheibe wurden durch das Mikroskop beobachtet. Sofern das Abtasten der Vor lagezeichnung genau erfolgt, was durch phototechnische Mittel gut erreicht werden kann, verbürgt dieses Verfahren absolute Genauigkeit in der Herstellung der zu schlei fenden Profile. Bei dieser Art Maschinen dient das Mikroskop lediglich zur Beobach tung der Schleifstelle. Eine mehr oder weni ger scharfe Einstellung desselben verändert dabei das durch den Pantographen bestimmte Vergrösserungsverhältnis nicht.
Bei der zweiten Art optischer Profil schleifmaschinen ist eine mechanische Über tragung der vergrössert gezeichneten Profil zeichnung auf die Form des Werkstückes nicht vorhanden, vielmehr wird hier der Um riss des Werkstückes als Schattenbild durch Projektion auf eine Mattscheibe geworfen. Auf dieser Mattscheibe sind die Profillinien vergrössert aufgezeichnet, und das projizierte Schattenbild kann hier mit der vergrössert ge zeichneten Profillinie verglichen werden.
Da hier die das Werkstück bearbeitende, sich senkrecht am Werkstück auf und nieder be wegende Schleifscheibe als, wenn auch immer wieder verschwimmender Schatten auf der Mattscheibe zu sehen ist, ist es möglich, das Arbeiten der Schleifscheibe am Werkstück zu verfolgen und das Schleifen so lange fort zusetzen, bis die Umrisse des Schattenbildes mit der auf die Mattscheibe gezeichten Pro fillinie übereinstimmen.
Abgesehen davon, dass durch die optische Vergrösserung des zu schleifenden Werk stückes., die bei der zweiten Art der opti schen Profilschleifmaschine angewendet wird, Verzerrungen eintreten können, hängt die Genauigkeit der Arbeitsweise dieser Maschi nen auch immer von der mehr oder weniger genauen Arbeitsweise des die Maschine be dienenden Arbeiters ab. Die Einstellung des Schattenbildes auf der Mattscheibe muss vom Arbeiter jeweils so vorgenommen werden, dass die Umrisse des Schattenbildes scharf hervortreten. Eine derartige Einstellung hängt aber immer von dem mehr oder weni ger scharfen Sehvermögen des Arbeiters ab.
Sie ist jedoch ungeheuer wichtig, weil nur an der Stelle der schärfsten Einstellung eine Vergrösserung auf der Mattscheibe erhalten wird. die der auf der Mattscheibe vergrössert gezeichneten Profillinie entspricht. Aller dings bleibt noch die Unschärfe, die durch Streuung der Mattscheibe auftritt, bestehen.
Wenn die erstgenannte Art der optischen Profilschleifmaschinen bei etwas weniger ra schem Arbeiten absolute Genauigkeit der Pro filherstellung am Werkstück verbürgt, selbst wenn die Einstellung am Mikroskop nicht mit äusserster Schärfe vorgenommen wird, so mag bei der zweitgenannten Art der opti schen Profilschleifmaschinen das Schleifen der Profile etwas schneller vor sich gehen, jedoch geschieht es hier auf Kosten der genauen absolut masshaltigen Werkstückpro filierung.
Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden optischen Profilschleifmaschine wird bezweckt, die Vorteile der beiden ge nannten Arten von Maschinen zu vereinigen und die Nachteile, nämlich das weniger schnelle Arbeiten der erstgenannten Aus führungsart und das weniger genaue Arbei ten der zweiten Art zu vermeiden.
Erfindungsgemäss kann durch eine Pro jektionseinrichtung die vom optischen<B>Sy-</B> stem anvisierte Arbeitsstelle am Werkstück als Schattenbild auf die Projektionsfläche der Projektionseinrichtung projiziert werden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes darge stellt, und zwar zeigt:: Fig. 1 die Vorderansicht einer optischen. mit einem Mikroskop und einer Schattenbild- einriehtung ausgerüsteten Profilschleifma schine in der Stellung für mikroskopische Beobachtung, Fig. 2 den Grundriss dieser Maschine;
Fig. 3 zeigt die Profilschleifmaschine gemäss Fig. 1 in Vorderansicht, wobei jedoch der Träger für das Mikroskop und die Schat tenbildeinrichtung so geschwenkt sind, dass unter Beobachtung des Schattenbildes an der Maschine gearbeitet werden kann, w ährend in Fig. 4 der Grundriss zu Fig. 3 darge stellt ist.
Bei der dargestellten optischen Profil schleifmasehine, bei der die Acli.se eines op tischen Systems die Sollform des Werk stückes verfolgt, ist auf einem Sockel 1 mit- telst einer Säulenführung 2, eines Schlittens 3 und eines Kreuzschlittens 4 ein Tragtisch 5 für das zu bearbeitende Werkstiick G ange. ordnet. Mittels eines Handrades 7 lässt sich das Werkstück 6 in der Höhenlage verstel len, während für die Verstellung in der Waagrechten Kurbeln 8 und 9 vorgesehen sind.
Vor dem Werkstück 6 befindet sich auf einem Schlitten 10 ein Kreuzschlitten 11 und auf diesem ein Schleifschlitten 12. Die an diesem Schleifschlitten 12 angeordnete Schleifscheibe 13 ist auf einem senkrechten Schlitten 14 angeordnet, der während des Schleifens eine auf- und niedergehende Be wegung ausführt. Durch die Verdrehung eines kreisförmigen Teils 15 im Schleif schlitten 12 kann die auf- und niedergehende Beweglang aus der Senkrechten heraus in einem. beliebigen Winkel verstellt werden.
Am Sockel 1 ist ein Arm 16 angeordnet, der eine Säule 17 trägt, auf welcher ein Tisch 18 für die Aufnahme der Zeichnungs vorlage angeordnet ist. Auf einer weiteren Säule 19 des Sockels 1 befindet sich ein Arm 20. Es ist bekannt, wie beispielsweise aus der schweiz. Patentschrift Nr. 141580 ersichtlich ist, einen Pantographen zu ver wenden, bei dem der Achszapfen des festlie genden Polpunktes und des diesem am näch- ten liegenden Gelenkes als ineinander gesteckte Buchsen mit,exzentrischen Bohrun gen auszubilden, deren innere das an der Verkleinerungsstelle wirkende Mikroskop aufnimmt.
Diese beiden Buchsen, von denen. die äussere mit 21 bezeichnet ist, sind auf dem vordern freien Ende des Armes 20 ge lagert. An einem Arm 25 des Pantographen sind zwei unter sich parallele Lenker 23 an gelenkt, von denen der eine mit der einen der beiden ineinandersteckenden Buchsen verbun den ist. Die andere Buchse ist mittels eines auf der Zeichnung nicht sichtbaren Armes an dem zweiten Lenker 23 bis 23a (Fig. 4) angelenkt. Am freien Ende des Armes 25 ist ein Abtaststift 24 angeordnet, der zum Abtasten des Umrisses des auf der Vorlage aufgezeichneten Gegenstandes dient.
In der innern Buchse ist ein optisches: System ge lagert, das zufolge der beschriebenen Ver bindung der Buchsen; mit dem Pantographen "genau über die Schleifstelle, die durch den Abtaststift 24 des Pantographen angezeigt wird, gebracht werden kann. Mit den exzen trischen Buchsen, deren Zweck und Wir kungsweise aus der genannten schweiz. Pa tentschrift Nr. 141580 bekannt ist, so dass sich eine eingehendere Darstellung hier er übrigt, lässt sich somit die genaue Einstel lung des optischen,Systems auf die Schleif stelle erreichen.
Die :exzentrisch ineinander geschachtelten Buchsen 21 sind mit einem revolverkopfähn lichen Träger 31 ausgestattet, welcher ausser einem Mikroskopaufsatz 30 noch eine Projektionseinrichtung 32 trägt, die aus einem Linsensystem 33, einem Spiegel 34 und einer Projektionsebene 35 besteht. Mit tels dieser Einrichtung lässt sich somit wech selweise die Schleifscheibe an dem zu bear beitenden Werkstück 6 entweder durch das Mikroskop 30 oder durch die Projektionsein richtung 32 beobachten. Mit Hilfe der Projektionseinrichtung ist es, wie nachfolgend erläutert wird, möglich, das im optischen System 22 entstehende Bild als Schatten bild oder als episkopisches Bild auf der Projektionsebene zu betrachten:.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel sind eine im Sockel 1 sitzende Lampe 26 für Unterbeleuchtung und eine am Arm 20 angeordnete Lampe 27 für Aufbeleuchtung angeordnet. Es wird nur die eine oder die, andere dieser Lampen zur Beleuchtung des Werkstückes verwendet. Wird die Lampe 27 in Betrieb genommen, so wird das Ar beitsstück von oben beleuchtet und es ent steht ein naturgetreues, episkopisches Bild der Werkstückoberfläche.
Wird mit Unterbeleuchtung, das: heisst mit der Lampe 26 gearbeitet, so treffen die durch eine optische Einrichtung parallel ge richteten Lichtstrahlen .der Lampe 26 das Werkstück 6 und die am Werkstück in ste tiger Auf- und Abbewegung arbeitende Schleifscheibe 13.
Lediglich die an den ganten des Werkstückes vorbeigehenden Lichtstrahlen vermögen in die Linse des z untern Satzes des optischen Systems 22 ,einzu- dringen: und dort ein virtuelles Schattenbild zu erzeugen, das nun bei darüber gesohwenk- tem Mikroskop durch die Linse des obern Mikroskopsatzes vergrössert wird und durch f das Auge des Betrachters in der vergrösser ten Darstellung gesehen werden kann.
Gleichzeitig sieht der Beobachter den Schat ten der an der gante des Werkstückes arbei tenden Schleifscheibe und kann diese so lange , durch die Handkurbeln 29 und 28 steuern, bis das im Schattenbild deutlich sichtbare überstehende Material des Werkstückes 6 ab gearbeitet ist, das heisst bis sie Schleifscheibe die durch Idas Fadenkreuz des Mikroskops angezeigte Stelle erreicht hat.
Wenn als Oberteil an Stelle des Mikro skops die Projektionsvorrichtung über den Unterteil geschwenkt wird, so tritt das durch die Linsen des untern Satzes des optischen Systems 22 erzeugte Bild durch eine Ver grösserungslinse im Oberteil aus und fällt auf den Spiegel 34, wo es umgelenkt und an die Projektionsfläche 35 der Projektionsein- richtung geworfen wird, so dass der Beobach ter mit blossem Auge das vergrösserte Schat tenbild betrachten kann.
Auch hier sieht. er wieder die arbeitende Schleifscheibe als Schat ten am Schattenbild des Werkstückes arbeiten und kann sie mittels der Kurbeln 28 und 29 so lange steuern, bis sie den Schnittpunkt des auf der Strichplatte des optischen Systems aufgezeichneten Fadenkreuzes erreicht hat. Das zu schleifende Werkstück verdeckt zwar den Schnittpunkt dieses Fadenkreuzes. Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind aber auf -der Strichplatte ausserdem noch Hilfslinien vorgesehen, die dem Arbeiter anzeigen, ob er noch weit vom Schnittpunkt des Faden kreuzes entfernt ist oder ob er dicht an die sem Schnittpunkt arbeitet.
Bei geschickter Einstellung des Fadenkreuzes wird er, wie Versuche gezeigt haben, auch renn der Schnittpunkt des Fadenkreuzes unsichtbar ist, weil vom Schatten des Werkstückes überdeckt, den Schnittpunkt genau ansteuern können, weil die sieh kreuzenden Linien bei der Betrachtung sozusagen als Leitlinien ver wendbar sind.
Das optische System kann aber auch derart ausgebildet sein, dass die Beobachtung des Werkstückes gleichzeitig mit dem Mikro skop und auf dem projizierten Schatten bild erfolgen kann. Zu diesem Zwecke kann der revolverkopfähnliche Träger 31 derart ausgebildet sein, dass die Objektivseite des optischen Systems sowohl für die Mikroskop- als auch für die Projektionsbeobachtung dient.
Zur Beobachtung durch die Projektions einrichtung ist es erforderlich, dass die Licht quellen 26 bezw. 27 bedeutend heller sind als für die Beobachtung durch das Mikro skop. Um aber nicht die Lichtquellen für die verschiedene Beobachtung austauschen zu müssen, ist der Mikroskopaufsatz 30 mit einer Blende 36 versehen, an deren Stelle auch ein Farb- oder Verdunkelungsglas tre ten kann, durch welches Mittel die durch das Objektiv 22 eindringende Lichtstärke soweit gedämpft wird, dass eine Blendung bei. mikroskopischer Beobachtung nicht mehr eintritt.
An der Projektionseinrichtung 32 ist fer ner noch ein Aufsatz 37 für eine Vergrösse rungslinse 38 angeordnet, durch die das auf die Projektionsebene 35 geworfene Bild ver grössert betrachtet werden kann. Der Tret- ger 31 für das Mikroskop 30 und die Projek tionseinrichtung 32 sind um einen Bolzen 40 schwenkbar, der an einer Lasche der innern der beiden ineinandergesteckten Buch sen angeordnet ist.
Es hat sich ferner als zweckmässig erwie sen, die Projektionseinrichtung mittels einer Verkleidung gegen das von aussen einfallende Licht abzudunkeln.
Die Arbeitsweise dieser Maschine ist fol gende: Auf dem Tisch 18 wird eine Vorlage zeichnung aufgespannt und der Taststift 24 des Pantographen 23, 25 auf einen Anfangs punkt der vergrössert. vorgezeichneten Linie eingestellt. Entsprechend dieser Einstellung wird das Werkstück 6 durch Verschieben des Schlittens 3 und des Kreuzschlittens 4 so aufgespannt, dass dem Anfangspunkt der Zeichnungslinie der in der Verlängerung der optischen Achse liegende Punkt des Werk stückes 6 entspricht.
Nun wird der revolver- kopfähnliche Träger 31 so eingestellt, dass das Linsensystem 33 der Projektionseinrich tung 32 über dem optischen System 22 steht, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die bei spielsweise von der Lichtquelle 26 ausgehen den, parallel gerichteten Strahlen treffen das Werkstück 6 und dringen dann weiter durch die Objektivlinse in das optische System 22 ein, treten durch die Linse 33 wieder aus, werden, gegen den Spiegel 34 geworfen und von da. aus auf die Projektionsebene 35 projiziert.
Auf der Projektionsebene 35 er- scheint als stark vergrössertes Schattenbild ein kleiner Ausschnitt der noch ungeschlif fenen Profillinie des Werkstückes 6. Dieses chattenbild reicht bis über den mittels der S erwähnten Hilfslinien kenntlich gemachten oder auf andere Art und Weise, zum Bei spiel durch Aufzeichnung auf der Projek tionsebene dargestellten Mittelpunkt, der dem Mittelpunkt entspricht, den die Verlängerung der optischen Achse auf dem Werkstück trifft. Bis an diesen Punkt muss nun das Werkstück abgeschliffen werden, was durch Steuerung des Schleifschlittens mittels der Handkurbeln 28 und 29 geschieht.
Da die Schleifscheibe sich in dem Lichtstrahl auf- und abbewegt, erscheint ihr am Werkstück angreifender äusserer Umfang ebenfalls als Schattenbild auf der Projektionsebene, und man kann genau verfolgen, wie durch jede Weitersteuerung der Schleifscheibe mehr und mehr Werkstoff am Werkstück wegge schliffen wird, bis der angezeigte Mittelpunkt erreicht ist. Wenn dies der Fall ist, so stim men der angezeigte Mittelpunkt auf der Projektionsebene, die Achse des. optischen Systems 22 und die Stellung des Fühlstiftes 24 auf der Zeichnungsvorlage entsprechend überein. Nun wird durch Verstellen des Fühlstiftes 24 ein dem ersteingestellten Punkt benachbarter Punkt abgetastet.
Das bewirkt,, dass sich entsprechend der Über setzung des Pantographen die Achse des op tischen Systems 22 ebenfalls auf einen dem Anfangspunkt benachbarten Punkt zum Werkstück 6 verschiebt und gleichzeitig auch das Schattenbild auf der Projektions ebene 35 verschoben wird, dies jetzt wie derum bis über die angezeigte Mitte der Projektionsebene. Dieses herüberragende Stück muss wieder abgeschliffen werden, und zwar so weit, bis die Schleifstelle den Mit telpunkt auf der Projektionsebene wieder er reicht hat, und so setzt sich auf ,diese Weise Schleifpunkt neben Schleifpunkt, bis das ganze Werkstück fertig geschliffen seine der Vorlagezeichnung entsprechende Form erhalten hat.
Das. Betrachten des Schatten bildes geschieht durch die Linse 38 in be- quemer Weise, weil diese Linse Idas auf die Projektionsebene 35 geworfene Schattenbild noch vergrössert. Auf die gewählte Vergrösse rung kommt es dabei gar nicht an; diese ist lediglich so gross gewählt,, dass ein bequemes Beobachten ohne Anstrengung der Augen ermöglicht wird.
Die Verwendung der Projektionseinrich tung und des Mikroskopes ermöglicht stets eine genaueste Nachprüfung der jeweiligen Schleifstelle, indem das Mikroskop 30 einen unmittelbaren Aufblick auf das Werkstück gewährt und die Schleifstelle in beliebig ver grössertem Massstab zeigt. Bei sehr genauem Arbeiten wird man unter Beobachtung des Schattenbildes das Werkstuck vorschleifen und die letzte Genauigkeit durch Beobach tung mit dem Mikroskop herausholen. Zu diesem Zweck sind die Projektionseinrich tung und der Mikroskopaufsatz auf dem revolverähnlichen Träger 31 angeordnet, der leicht und schnell: von einer Stellung in die andere geschwenkt werden kann.
Die Ein richtung kann auch so getroffen sein, dass an Stelle des drehbaren revolverkopfähn- liehen Trägers ein solcher vorgesehen sein kann, der sich verschieben lässt. Zu diesem Zwecke können der Mikroskopoberteil und der Oberteil der Projektionseinrichtung auf einem Schlitten montiert sein, der in einer geraden Schlittenbahn verschiebbar ist.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Betrachtung,des Werkstückes: sowohl auf der Projektionsebene als. auch durch das Mikroskop möglich. Es, kann aber auch der Oberteil des. Mikroskops weggelassen und nur der Oberteil der Projektionseinrichtung vor gesehen: sein, der in diesem Falle zweck mässig stationär auf dem. Unterteil aufmon- tiert ist.
Durch die beschriebene Projektionsein richtung ist es möglich geworden, die bei einer optischen Profilschleifmaschine in dem Pantographen liegende mechanische Über setzung beizubehalten, welche die Gewähr für genauestes Arbeiten gibt und ein schnel les Arbeiten durch die bequeme Betrachtung des Schattenbildes ermöglicht, das wie ein Film die Schleifarbeit an der jeweiligen Schleifstelle abrollen lässt.
Der Arbeiter kann in bequemer Stellung den Arbeitsvorgang an der Arbeitsstelle verfolgen und braucht höch stens zur genauesten Kontrolle das -Mikro- skop anzuwenden.
Das Arbeiten geht bedeu tend schneller vor sich, da das anstrengende Beobachten durch das Mikroskop auf ein Minimum begrenzt wird, während die Ge nauigkeit der Profilherstellung nur von dem genauen Abtasten der Vorlagezeichnung, bei spielsweise durch eine nicht gezeichnete photoelektrische Zelle, abhängt, und nicht mehr von der mehr oder weniger scharfen Einstellung des Schattenbildes und von den Fehlern der optischen Lichtbrechung beein flusst wird.