Optisches Prüfgerät für die Umrissform von Werkstüeken. Die Erfindung bezieht .sich auf ein opti sches Prüfgerät für die Umrissform von Werkstücken, beispielsweise von Rotations körpern grösserer Ausdehnung, wie z. B.. der Radsätze von Eisenbahn-Fahrzeugen, Walzen profilen, Drehkörpern, beliebiger Form und grösserer Länge.
Es ist bekannt. zum Zwecke der Prüfung und gegebenenfalls der Messung ein Werk stück mit dem Bilde eines Fadenkreuzes, einer Messskala oder einer Schablone auf optischem Wege zu vergleichen, indem auf die Sollform, die sieh als Strichplatte in einem Mikroskop oder Fernrohr befindet oder die als Zeichnung vorhanden ist, das Schattenbild des Werkstückes abgebildet wird. Ferner ist bekannt, zum Zwecke der Betrachtung das an den Prüfgegenstand z. B.
nach dem Lichtspaltverfahren angelegte optische Bild einer Schablone oder eines Vergleichsgegenstandes gemeinsam mit dem Prüfgegenstand mittels Bildwurf vergrössert sichtbar zu machen, oder auf den Prüf gegenstand und die Sollform optische Ab- Bildungssysteme derart zu richten, dass das Werkstück und dessen Sollform gleichzeitig einander überlagernd in einem gemeinsamen Bildfeld sichtbar sind. In vielen Fällen ist es nun erforderlich, den gesamten Werkstück umriss mit einem Blick zu übersehen. Bei grösseren Werkstücken werden die bisher be kannten optischen Einrichtungen sehr um fangreich und dementsprechend kostspielig.
Denn bei der optischen Umrissprüfung ist es besonders zweckmässig, dass das zu prüfende Werkstück in einen telezentrischen Strahlen- gang,gebracht wird, was erfordert, dass: ein Teil .der Optik gleich öder grösser als der gleichzeitig zu überblickende Teil. des Werk stückes ist.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Raum- bilder als Messmarken oder Profilschablonen auf optischem Wege an ein Werkstück zu Messzwecken anzulegen. Hierbei ist zwischen einem Stereomikroskop und dem zu messen den oder zu prüfenden Objekt eine teilweise spiegelnde Fläche angeordnet, die eine ausserhalb des Stereomikroskopes angeordnete Marke an dem Objektort zur gemeinsamen Beobachtung durch das Stereomikroskop ab bildet.
Die Messung wird hierbei dadurch er möglicht, dass entweder das Stereomikroskop oder der Markenträger oder das Werkstück oder alle drei gegeneinander messbar ver schiebbar angeordnet sind, so dass man das Markenraumbild in Berührung mit dem Werkstück bringen oder sogar in dieses ein dringen lassen kann, ohne dass eine körper liche Berührung erfolgt, wobei das Mess- ergebnis auf der die Bewegung messenden Einrichtung ablesbar ist.
Bei dieser AMess- einriehtung gelangen virtuelle optische Bilder (Spiegelbilder) zur Anwendung, wobei in folge des begrenzten, nicht ohne -weiteres zu erweiternden Gesichtsfeldes nur verhältnis mässig kleine Teile von Werkstücken über blickt werden können.
Die Erfindung gestattet, die erwähnten Nachteile zu beheben. Bei dem erfindungs gemässen optischen Prüfgerät wird ebenfalls eine optische Schablone an das zu prüfende Werkstück angelegt. Es zeichnet sieh aus durch mindestens eine Linsenplatte, die zur Erzeugung der optischen Schablone dient. Es ist dadurch möglich, das Prüfgerät für die Prüfung grosser Werkstücke so auszuführen, dass auch ein grosses, frei übersehbares Mess- feld in raumsparender Weise unter Anwen dung reeller optischer Bilder erzielt wird.
Die optische Schablone und das Werk stück können messbar zueinander bewegbar sein und ferner kann die optische Scha blone selbst mit dem Bilde einer entspre chenden Messskala versehen werden.
Bei zweckmässiger Ausführung des Prüf gerätes ist es bei Verwendung von einfachen, nur aus flächenartig angeordneten Plan- konvexlinsen be.st:ehenden Linsenplatten mög lich, weitgehend optische fehlerfreie Scha blonen zu erhalten. Die bei der Betra.ehtung auftretenden Fehlerquellen können vermieden werden und durch entsprechende Licht führung können auch die Photozellen für objektive selbsttätige Messung verwendet werden. Man kann auch ein photographisches Festhalten des Pi-iifbildes oder dessen un- mittelbare Wiedergalle mittels Projektion erreichen.
Für die Massenfabrikation kann das Priifgei-#iit. so ausgebildet werden, dass es eine. @@lerl"stückhontrolle im Fliessgang er möglieht. Ein subjektiver Einblick in das Gerät kann beispielsweise binokular in be quemer Blicliriehl.:uiig bei grossem Gesichts feld erfolgen.
Die bei der Betrachtung entstehenden Fehler sind parallaktischer Natur. Bei Über- priifiing von Rotationskörpern mit optischen Schablonen können parallaktische Fehler in der Weise vermieden werden.
dass zwischen der optischen Schablone und einer mon- okularen Einhlicköffnung eine Sammeloptik, beispielsweise, eine Sammellinse, derart ein geschaltet wird, dass die Schablone zusammen mit dein Umruss des Wei@kstiickes nur in rein telezentrischem Strahlengang sichtbar ist. Die einäugige Betrachtung kann dabei ent- iveder unmittelbar aus dem Brennpunkt der Linse oder auch über Spiegel in bequemer Blickrichtung erfolgen.
Eine para.llaxfreie Betrachtung ist: aueb, bei hinokularem Ein- blich- durch Bildverdopplung möglich. An die Stelle des Auges können auch für objektive Mes.sunöen eine oder mehrere Photozellen angeordnet: -werden. Es kann aber auch an die Stelle des Auges das Objektiv einer photographischen Kamera oder ein Projek tionsobjektiv angebracht werden und so das llessergebnis photographisch festgehalten oder unmittelbar vergrössert projiziert werden.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise Aus führungsformen des Prüfgerätes gemäss der Erfindun- sowie Einzelheiten derselben in den Fig. 1 bis 14, welche im folgenden be schrieben werden.
Fig. I zeigt, die Herstellung der Raum bildschablone auf photographischem Wege nach dem bekannten Verfahren der Linsen rasterphotographie.
Die ursprüngliche Schablone 1, die ent iveder als Aufsichtsbild (Zeichnung) oder als Durchsichtsbild hergestellt sein kann, wird, entsprechend beleuchtet, in jener Entfernung 2 und an jener Stelle von der Linsenraster- platte 3 angeordnet, wo später die optische Schablone (Fig. 2) entstehen soll. Bei der Aufnahme entwerfen die Linsen oder Linsen systeme 5 der Linsenrasterplatte 8 ebenso viele Einzelbilder 6 auf der lichtempfind lichen Platte 7, als Linsen oder Linsensysteme vorhanden sind. Alle Linsen oder Linsen systeme haben gleiche Brennweite.
Die ent wickelte Platte 7 dient als Photogramm 8 zur Erzeugung der optischen Schablone, wie Fig. 2' zeigt. Es wird nur für jene Linsen- rasterplatte verwendet, mittels der es ent standen ist.
Der Bildwerfer 9 weist die Linsenraster platte 3 und das Photogramm 8 auf, die durch das Gehäuse 10 miteinander fest ver bunden sind. Das Photogramm 8 befindet sich relativ zur Linsenrasterplatte 3 in üblicher Weise genau an derselben Stelle., an der es bei der Aufnahme entstanden ist. Es ist mit einer Opalscheibe 11 bedeckt, die durch eine Lichtquelle 12 beleuchtet wird. In .der Blickrichtung 13 ist die optische Scha blone 4 freischwebend im Raume als scharfes Bild mit freiem Auge sichtbar.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine Messeinrichtung zur Bestimmung jenes Lauf kreisdurchmessers 27 eines Eisenbahn-Fahr- zeug-Radsatzes 33, der bei möglichst werk stoffsparendem Überdrehen des abgenützten Umrisses noch erreichbar ist.
Die beiden Bildwerfer 9 erzeugen je eine optische Schablone 4, freischwebend um je einen 1Zeifenumrissil. Durch Drehen der Kurbel 14 können über an sich beliebige Übertra gungselemente, wie beispielsweise Schnecke 15, Schneckenrad 16, Spindel 17. Kegelräder 18, 19, Gewindespindel 20 und Muttern 21, die beiden Bildwerfer 9 und dadurch die Schablonen 4 nach Bedarf ,gehoben oder ge senkt werden. Zur Führung sind beispiels weise die Bildwerfer 9 mit Müttern 21 und Führungsleisten 22 versehen, welch letztere auf den senkrechten Bettprismen 23 laufen.
Die beiden Schablonen 4 können entweder einzeln unmittelbar in Blickrichtung 24 oder gleichzeitig gemeinsam unter Zuhilfenahme von geneigten Spiegeln 30 durch den Rahmen 31 in Blickrichtung 32 betrachtet werden. Der Rahmen 31 entspricht der Austritts lücke der Rasteroptik. Die Bildwerfer 9 müssen so lange bewegt werden, bis die Licht spalte zwischen Reifenumriss 25 und Scha- blonenumriss 26 (Fig. 6) gerade verschwin den. An jeder abgenützten 'Stelle tritt ein Lichtspalt auf.
Durch gleichzeitige Drehung des Radsatzes um seine Achse 34 (Fig. 4) während der Messung kann der ganze Räder umfang abgetastet werden. Der gesuchte Laufkreisclurchmesser 27 des Reifens 28 ist auf Massstab 29 (Fig. 3) ablesbar. Die Lage der Radreifeninnenkante 35 (Fig. 6) kann am Massstab 36 der Schablone 4 unmittelbar abgelesen werden.
Wenn man mittels eines einzelnen Ob jektivs oder einer einzelnen Linse nach be kannten Verfahren eine optische Schablone herstellen wüTde, jso müsste die Grösse dieser Linse mindestens gleich der zu prüfenden Abmessung des zu überprüfenden Werk- stüekumrisses gewählt werden.
Beim be schriebenen Prüfgerät entspricht diese Ab messung dagegen der Grösse der Linsenplatte. Vergleicht man nun die Linsenplatte mit einer ihr gleichwertigen grossen Linse, so müsste, wenn die optische Qualität deT er zeugten Schablone in beiden Fällen gleich sein soll, das Öffnungsverhältnis der grossen Linse dem Öffnungsverhältnis der kleinen Einzellinsen der Linsenplatte gleich sein,
falls in beiden Fällen Linsen gleicher Kor rektur Verwendung finden. Hieraus ergibt sich für die grosse Linse auch eine bedeu tend grössere Brennweite und eine dement sprechend grössere Bild- und Gegenstands weite, also ein grösserer Raumbedarf.
Wenn dagegen statt einer grossen Linse eine Linsen- rasterplatte aus vielen kleinen Linsen glei chen Öffnungsverhältnissen verwendet wird, so verkürzen sich die für die Bemessung der optischen Gesamteinrichtung massgebenden Grössen im Verhältnis der Brennweiten,
so dass eine ganz bedeutende Raumersparnis erzielt wird. Es kann daher durch Wahl einer entsprechend grossen Linsenrasterplatte eine grosse optische Schablone erezugt wer- den, die es ermöglicht, auch mit. freiem Auge weit ausgedehnte oder mehrere Hessstellen gleichzeitig zu überblicken, wobei. mit Vor teil die bekannte Lichtspaltmethode a.nge- wendet wird.
Es ist nicht not#,vendig, dass das Photo gramm ebensoviele vollständige Einzelbilder enthält, als Linsen vorhanden sind, wie in dem in Fig. 1 dargestellten Fall. Es kann vielmehr jede Linse auch nur einen Aus schnitt der ursprünglichen Schablone 1 ab bilden. Da nun beliebig viele Einzellinsen aneinandergereiht werden können, lä.sst :sich so ein Gesamtsystem sehr grosser Öffnung von optischer Qualität. der Einzellinsen her stellen.
Es kann daher ein grosses korrigier tes und dementsprechend kostspieliges Ob jektiv grosser Öffnung zum Zwecke der Er zeugung optischer Schablonen unter Umstän den durch eine billige, aus einfachen Linsen. bestehende Linsenrasterplatte ersetzt tverden, da die Einzellinsen bei gleichem Raumbedarf mit: einem viel kleineren Öffnungsverhältnis ausgeführt werden können als das grosse Objektiv.
Die Herstellung auch komplizierter ebener optischer Umrisssehablonen ist in einfachster und genauester Weise auf photographischem Wege möglich, wobei, wie bereits erwähnt, i ein und dieselbe Linsenplatte zur Aufnahme der ursprünglichen Schablone und zur Wie dergabe des Photogram?nes dient, welcher Umkehrvorgang auch bei der Lirnsenraster- photographie zur Selbstkorrektur der Fehler des Linsenrasters bekannt ist.
Gemäss dem- in Fig. 7 dargestellten Aus führungsbeispiel ist eine Sammellinse 37 auf einer feststehenden Platte 38 des 117ess- tisches aufgebaut, die zusammen mit einer Linse 37' eine Sammeloptik bildet. Die scha- blo.nenerzeugende Optik, welche die 39 und das exakt auswech:s.elbare Photogramm 40 aufweist, ist zusammen mit dem Werkstück 41 mit der verschiebbaren Grundplatte 42 verbunden.
Die optischen Schablonen 47 und 48 iFig. 7) liegen z. B. in einer vertikalen Ebene durch die Werkstückachse. Die mit d--in @@'erksiück 41 verbundene schablon- erzeugende Optik kann mit der Grundplatte 4? relativ zum 31esstisch 38, auf dem sich die Sammellinse 37 befindet, verschoben werden. Dies ist von Vorteil bei langen Werksdicken.
weil- dann die Samiueloptik nicht die ganze @@'crhstücklün@,-e zu umfassen braucht. Mit- cinler kann es vorteilhafter sein, nicht, wie hier, das '\Verhstiicli zu bewegen, sondern die Sammeloptik ain feststehenden Werkstück vorbeizuführen.
Auf der@elhen Prüftischplatte 38 kann. Fig. 7 z@@:gt, auch die aus liondersor <B>55.</B> P,uiktl;inipe 50 und Farbfilter 51 bestehende Eelenehtuugseinrichtung angebracht sein..
Sie braucht: dann ebenfalls nicht die gesamte Werhstückh@reite, sondern nur den von der Sammeloptik erfassten Bereich des %um- photo_grainnies 40 zit beleuchten. wodurch. insbesondere l-,r.i I < in"-eren Werkstücken, die Be=leuclli.ungseinrielitung vereinfacht und ver kleinert wird.
Soll die Prüfling durch ,subjektiven Ein blick erfolgen, so kann die Betrachtung ent- werler unniiitelhai- einäugig aus dem Brenn punkt iler Linse 3 7 oder aneh, wie Fig. 7 zeigf, über Spiegel 63 in bequemer Blielk- richtiing erfolgen,
wobei nach Fig. 7 eine monokiclare Eiiiblicköffinin.g vorgesehen ist. Um Errniidung der Augen zu vermeiden, ist: hinokularer 14#'inlrIick in die Sammeloptik 37 tvünschensw@rt Tig. 12l, Ein solcher ist bei ohne Einführung eines par allaktischen Fehlers mittels Bildverdopplung nach Art des Sy nopters nach Moritz v.
Rohr möglieeb, wofiir ein Prisma 52 und Spiegel .i3 vorgesehen sind.
Nenn auch durch Anwendun@# der Sammeloptik auf die in Fig. 7 oder 12 dar- ;eslellte @Veiae bei der Betrachtung nunmehr die achsparallel, also telezentriseh aus der Linsenplane 39 austretenden Lichtstrahlen wirksam werden. wodurch eine gleichmässige Beanspruchung aller Einzellinsen der Linsen platte erreicht wird, so ergeben sich noch gev-i,@-e Fehlerquellen dadurch.
da.ss auch # -tn( lers gerichtetes Licht in die schablonen- erzeugende Optik gelangen kann, und zwar sowohl bei der Herstellung des Raumphoto grammes selbst, als auch bei der Wiedergabe. Zur Abblendung bei der Aufnahme und fier Wiedergabe kann eine bienenwabenartige Blende benutzt werden.
Auf einfachere Art lässt sich jedoch eine gute Abblendung durch eine Vielfach-Lochblende erreichen, und zwar in der Art, daB zwischen jeder Einzeloptik oder Einzellinse der Linsenplatte 39 (Fix. 7) und dem Photogramm 40 eine Lochblende 54 genau oder angenähert in Brennweiten entfernung angeordnet wird.
Bei der Her stellung des Photogrammes kann dann nur achsparallel gerichtetes Licht wirksam wer den und umgekehrt kann beider Wiedergabe nur solches Licht aus der Linsenplatte aus treten und in die Sammeloptik gelangen.
Wird das Photogramm in diffusem Licht beleuchtet, so geht ein Grossteil dieser Licht menge verloren, und zwar jener, der von der Lochblende 54 abgeschirmt wird. Zur besseren Lichtausnützung kann auf der der Beleuchtungsoptik 55 zugewendeten Seite des Photogrammes 40 eine der bilderzeugenden Linsenplatte gleichartige, aus plankonvexen, flächenartig aneinandergereihten Sammel linsen bestehende Linsenplatte 56 derart an geordnet werden, dass das aus der Beleuch tungsoptik austretende, z.
B. mittels Konden.- sor 55 achsparallel gerichtete Licht in jedem der hintern Brennpunkte der bilderzeugenden Linsenplatte 39 innerhalb der Öffnungen der Lochblende 54 vereinigt wird. Auf diese Weise wird streuendes Licht innerhalb -der Optik vermieden und eine Durchstrahlung des Photogrammes mit gerichtetem Licht er reicht, wodurch die Erzeugung einer scharfen Schattenschablone begünstigt wird.
Mit Hilfe des beschriebenen Prüfgerätes ist es auch möglich, die bekannte Lichtspalt methode zur Lichtspaltformgrenzprüfung auszubilden, wenn das Toleranzfeld 57 (Fix. 13) eines Werkstückes 41 gegeben ist. Kongruent der obern Begrenzungslinie des Toleranzfeldes wird die optische Schablone 47 (Fix. 14), kongruent der untern Begren zungslinie die optische Schablone 48 her gestellt. 47 ist die Linie der Grösstmasse, während 48 die Linie der Kleinstmasse dar stellt.
Diese beiden Schablonen können nach einander, bei Drehkörpern auch gleichzeitig, an den Werkstückumriss angelegt werden, bezw. auch in diesen eindringen. Der Werk stückumriss ist an keiner Stelle zu gross, wenn der Liehtspalt bei Schablone 47 gerade noch überall sichtbar bleibt; er ist an keiner Stelle zu klein, wenn bei iSchablone 48 kein Licht spalt sichtbar ist.
Es ist daher die Verwen dung des beschriebenen Prüfgerätes zur Lichtspalt-Formgrenzprüfung in der Weise möglich, dass gleichzeitig oder nacheinander die zwei optischen Schablonen 47 und 48 an den Werkstückumriss angelegt werden.
Die Verwirklichung der Lichtspalt-Form- grenzprüfung ist auch selbsttätig z. B. so möglich, dass an Stelle des Auges des Be schauers eine oder mehrere Photozellen 58, 59 angebracht werden, wie Fig. 8 und 9 zeigen. Das Werkstück 41 ist zwischen Körner spitzen 43 und 44 (Fix. 9) eingespannt. Beide Körner federn achsial, und zwar drückt die Körnerspitze 43 die bearbeitete Fläche 45 des Werkstückes 41 gegen den Anschlag 46.
Das Werkstück 41 wird zusammen mit der Schablone 47, 48 an den Photozellen 58, 59 vorbeibewegt. Die untere Photozelle 58 tastet die die Linie der Grösstmasse darstellende Schablone 47 ab. Die Lichtmenge darf hier ein bestimmtes Minimum nicht unterschrei ten, das heisst es soll festgestellt werden, ob eine geschlossene Lichtlinie vorhanden ist. Die obere Photozelle 59 tastet, die die Linie der Kleinstmasse darstellende Schablone 48 ab. Hier darf die Lichtmenge einen bestimm ten, sehr kleinen Höchstwert nicht über schreiten, das heisst es soll praktisch die ge samte Schablone 48 in den Werkstückumriss eindringen, also nirgends ein Lichtspalt vor handen sein.
Diese Abtastung ist beispiels weise so möglich., dass zwischen den Bild schablonen 47, 48 und der Sammeloptik 37 je eine drehbare Spaltblende 60 angeordnet wird, .die mit der Sammelaptik verbunden mit dieser relativ zum Werkstück bewegt wird und jeweils nur einen schmalen Teil des durch den Lichtspalt zwischen Werkstück 41 und Schablonen gelangenden Lichtbandes zur Photozelle durchlässt. Die Spaltblende 60 ist in einer zur Schablonenebene parallelen Ebene drehbar.
Durch geeignete Einrichtungen kann dafür gesorgt werden, dass sie immer mög lichst schräg und nicht parallel zur ,jeweils ausgeblendeten Teilfläche des Lichtbandes steht.
An Stelle der Augen 4:) des Beschauers kann vor die Sammeloptik 37 auch das Ob jektiv einer photographischen Kammer 61 (Fig. 10) oder das Projektionsobjektiv 6? (Fig. 11) angebracht und so das 1VIessergebnis photographisch festgehalten oder unmittelbar vergrössert projiziert werden.