Längenmessmaschine
Die Erfindung betrifft eine Längenmessmaschine, die eine am Maschinenbett angeordnete Hauptteilung mit grossen Teilstrichabständen, eine Unterteilung mit kleinen Teilstrichabständen sowie optische Glieder enthält, um einem Beobachter Teilbilder beider Teilungen in der Bildebene eines Ablesemikroskops zueinander parallel und benachbart liegend darzubieten.
Längenmessmaschinen dieser Art waren bisher, wie aus der deutschen Patentschrift Nr. 410130 ersichtlich, nur für Innen- und Aussenmessungen eingerichtet. Um sie auch für Steigungsmessungen an langen Gewindespindeln, z. B. Leitspindeln, und für Teilungsmessungen, z. B. an Massstäben, geeignet zu machen, werden sie gemäss der Erfindung wie folgt ausgebildet:
Die Unterteilung, das Ablesemikroskop und der eine Teil von zwei optischen Gliedern zur Abbildung der Unterteilung in die Bildebene des Ablesemikroskops werden auf einem unteren Schlitten angeordnet, der am Maschinenbett in der Richtung der Hauptteilung verschiebbar gelagert ist.
Dieser untere Schlitten trägt einen in der gleichen Richtung verschiebbaren oberen Schlitten, auf dem einerseits eine Tasteinrichtung oder ein Messmikroskop für Messungen an dem am Maschinenbett zu lagernden Prüfling und anderseits der zweite jener beiden Teile von optischen Gliedern angeordnet ist. In der Verlängerung der Hauptteilung ist am Maschinenbett ein Indexstrich fest angebracht, der durch teilweise am Maschinenbett, teilweise an dem unteren Schlitten angeordnete optische Mittel in die Bildebene des Ablesemikroskops an den Ort des Bildes der Hauptteilung abgebildet wird.
Die Hauptteilung und der Indexstrich mit den auf einer Achse liegenden sammelnden optischen Gliedern einerseits und die Unterteilung mit der Achse des zugehörenden, dem eintretenden Abbildungsstrahlenbündel zugekehrten, vorderen sammelnden optischen Gliedes anderseits liegen in zwei gegeneinandergeneigten Ebenen, die sich in der sogenannten Messachse, das heisst in einer Geraden, schneiden, die die am Prüfling auszumessenden Punkte enthält. Dabei müssen die Abstände der beiden Teilungen und des Indexstriches von der Messachse einander gleich sein, und es müssen ferner sämtliche an der Bilderzeugung beteiligten sammeln den optischen Glieder gleiche Brennweite und solche Lage haben, dass ihre Brennpunkte in einer Teilung oder in einem Teilungsbild oder in dem Indexstrich liegen.
Zum Ablenken der Achse des an dem oberen Schlitten angeordneten, an der Abbildung der Unterteilung mitwirkenden sammelnden optischen Gliedes aus der einen der beiden Ebenen in die andere dient zweckmässig ein Spiegelsystem, dessen Hauptschnitt mit den beiden Ebenen gleiche Winkel einschliesst und der Messachse parallel ist. Dabei empfiehlt es sich, im Abbildungsstrahlengang vor diesem Spiegelsystem eine z. B. aus einem Drehkeilpaar bestehende, optische Mikrometereinrichtung zum Messen von Bruchteilen der Unterteilung anzuordnen. Um das Ablesen zu erleichtern, empfiehlt es sich ferner, optische Mittel vorzusehen, um die beiden Glieder einer diese Bruchteile angebenden Anzeigevorrichtung, deren bewegliches Glied mit der optischen Mikrometereinrichtung gekuppelt ist, in die Bildebene des Ablesemikroskops abzubilden.
Um einen weiten Messbereich zu ermöglichen, ist es ratsam, am Maschinenbett für die Lage des Prüflings und für den unteren Schlitten voneinander unabhängige Führungsbahnen vorzusehen.
Vorteilhaft ist es noch, in dem Beleuchtungsstrahlengang der verschiedenen in die Bildebene des Ablesemikroskops abzubildenden Striche geeignete Blenden anzubringen, damit der Kontrast der verschie denen Bilder durch nicht zugehörige Beleuchtungseinrichtungen nicht störend beeinflusst werden kann.
Es empfiehlt sich, die Hauptteilung und den Index an dem Maschinenbett sowie die optischen Glieder am Unterwagen so zu lagern, dass Durchbiegungen des Maschinenbettes bzw. des Unterwagens, die gegenseitige Lage der verschiedenen Strichmarken nicht beeinflussen können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den verschiedenen Zubehörteilen für Aussenmessung, Steigungsmessung und Teilungsmessung schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 gibt die Messmaschine für die Aussenmessung eingerichtet in einer Längsansicht wieder. Fig. 2 zeigt die gleiche Maschine für die Teilungs- und Steigungsmessung eingerichtet in einer Längsansicht.
Fig. 3, 4 und 5 sind drei Querschnitte durch die für die Aussenmessung eingerichtete Maschine entlang den in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien A-B, C-D bzw. E-F. Fig. 6, 7 und 8 sind drei Querschnitte durch die Maschine entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie G-H wobei die Maschine in Fig. 6 für die Steigungsmessung, in Fig. 7 für die Messung von Teilungen in einerVertikalebene und in Fig. 8 für die Messung von Teilungen in einer Horizontalebene eingerichtet ist. Fig. 9 zeigt die in Fig. 1 und 2 enthaltenen, längs der Maschine verschieblichen, optischen Bestandteile in grösserem Massstab. Fig. 10 gibt das Gesichtsfeld im Ablesemikroskop der Maschine vergrössert wieder.
Die Messmaschine enthält ein Bett 1 mit einem Dezimetermassstab 2, dessen Teilstriche je einem auf dem Bett 1 befestigten Glasstreifen 3 angehören und als Doppelstriche ausgebildet sind. In der Verlängerung dieser Teilung 2 über ihren Nullpunkt hinaus ist auf einem an dem Bett 1 befestigten Glasstreifen 4 ein Zeiger 5 angebracht, zu dessen Aufhellung eine Beleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen ist.
Das Bett 1 enthält zwei nebeneinanderliegende, zueinander parallele Führungsbahnen 7 und 8. In der Führungsbahn 7 sitzt ein einstellbarer Messbock 9, der als Gehäuse für die Beleuchtungseinrichtung 6 ausgebildet ist und ein einfaches Spiegelprisma 10 sowie ein Kollimatorobjektiv 11 trägt, dessen Achse M-M den Führungsbahnen 7 und 8 parallel ist und aus dem die von dem Zeiger 5 kommenden Strahlen achsenparallel austreten. Auf der oberen Fläche des Messbocks 9 kann für Aussen- und Innenmessungen eine verstellbare Messpinole 12 aufgeklemmt werden.
Längs der Führungsbahn 8 ist ein Wagen 13 (der Unterwagen der Messeinrichtung) mit Hilfe von Rollen 14 verschieblich angeordnet. Der Unterwagen 13 trägt einen Wagen 15 (den Oberwagen der Messeinrichtung), der mit Hilfe von Rollen 16 gegenüber dem Unterwagen 13 verschieblich ist. Die Führungsbahnen beider Wagen sind einander parallel.
An dem Unterwagen 13 ist ein Ablesemikroskop 17 befestigt, dem die von dem Zeiger 5 kommenden, aus dem Kollimatorobjektiv 11 achsenparallel austretenden Strahlen mit Hilfe eines zweiten Kollimatorobjektivs 18, dessen Achse mit der Achse M-M zusammenfällt, und eines Doppelprismas 19 mit halbversilberter Hypotenusenfläche so zugeführt werden, dass ein Bild des Zeigers 5 in die Ebene der Dezimeterteilung 2 zu liegen kommt. Das Objektiv 20 (siehe Fig. 5) des Ablesemikroskops 17, dessen Achse die Messachse X-X senkrecht schneidet, bildet die Dezimeterteilung 2 und dieses Zeigerbild mittels eines zweifach spiegelnden Prismas 21 in das obere Drittel der Bildebene des Mikroskops 17 ab. In Fig. 10, die das Bildfeld des Mikroskops 17 veranschaulicht, ist das Bild der Dezimeterteilung mit 2' und das Zeigerbild mit 5' bezeichnet.
Zum Betrachten dieser Bilder dient das Okular 24 (siehe Fig. 5).
An dem Unterwagen 13 ist ein Glasmassstab 25 von 100 mm Länge befestigt, der nach Zehntelmillimetern geteilt ist. Die zugehörende Beleuchtungseinrichtung 26 befindet sich im Oberwagen 15, der entsprechend der Länge des Massstabs 25 gegenüber dem Unterwagen 13 verschieblich ist. Der Oberwagen 15 trägt ein Kollimatorobjektiv 27, dessen Achse N-N der Achse M-M parallel ist und eine solche Lage hat, dass die beiden der Verschiebungsrichtung der beiden Wagen 13 und 15 parallelen Ebenen, deren eine durch die Achsen X-X und MM und deren andere durch die Achsen X-X und N-N bestimmt ist, die sich also in der Messachse X-X schneiden, einen Winkel a miteinander einschliessen. Dem Kollimatorobjektiv 27 werden die vom Massstab 25 kommenden Strahlen mittels eines im Oberwagen 15 angeordneten Prismas 28 zugeführt.
Die aus dem Objektiv 27 achsenparallel austretenden Strahlen durchlaufen eine im Unterwagen 13 angeordnete Mikrometereinrichtung aus zwei Keilen 29, die in einer um die Achse N-N drehbaren Büchse 30 angeordnet sind, und werden dann durch ein ebenfalls im Unterwagen liegendes Prismensystem 31 so gerichtet, dass sie in das Kollimatorobjektiv 18 parallel zu dessen Achse M-M eintreten, so dass in der Bildebene des Mikroskops 17 ein Bild 25' der Skala 25 entsteht (siehe Fig. 10). Der zugehörende Zeiger ist ein Doppelstrich 22, der auf der in der Okularbildebene des Ablesemikroskops 17 liegenden Seite einer Glasplatte 23 aufgetragen ist. Durch Verdrehen der Büchse 30 kann das Skalenbild 25' gegenüber dem Doppelstrich 22 verschoben werden.
Zum Verdrehen dient ein Einstellknopf 32, durch den eine Stange 33 (siehe Fig. 9) verdreht werden kann, die mit der Büchse 30 so gekuppelt zu denken ist, dass ihre Drehung auf die Büchse übertragen wird. Am Aussenrand der Büchse 30 ist eine Glasplatte 34 befestigt, auf der eine zur Achse N-N konzentrische kreisförmige Skala 35 aufgetragen ist. Der zugehörende Zeiger 36 ist auf einer Glasplatte 37 aufgetragen und wird mittels zweier Prismen 38 und 39 und eines Objektivs 40 in die Ebene der Skala 35 abgebildet. Zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung 35, 36 dient eine Beleuchtungseinrichtung 41. Die von der Anzeigevorrichtung kommenden Strahlen werden mittels eines Prismas 42 einem Kollimatorobjektiv 43 zugeführt.
Sie verlassen dieses Objektiv achsenparallel und werden durch drei Prismen 44, 45 und 45' so gerichtet, dass sie in ein Kollimatorobjektiv 46, dessen Achse mit der des Mikroskopobjektivs 20 zusammenfällt, achsenparallel eintreten. Dieses Kollimatorobjektiv bildet die Anzeigevorrichtung 35, 36 in die Ebene der Dezimeterteilung 2 ab. In Fig. 10 ist im unteren Drittel der Bildebene des Mikroskops 17 das Bild der Skala 35 mit 35' und das Bild des Zeigers 36 mit 36' bezeichnet. Der aus Fig. 10 zu entnehmende Messwert ist 253,2724 mm.
Für Aussenmessungen (Fig. 1) kann auf dem Oberwagen 15 eine Pinole 47 aufgeklemmt werden.
Zwischen den beiden Pinolen 12 und 47 liegt der Prüfling, in Fig. 1 eine Welle 48, deren Länge gemessen werden soll. Die Welle 48 ist in zwei längs der Führungsbahn 7 einstellbaren Lagerböcken 49 und 50 gelagert. Diese beiden Lagerböcke können auch durch andere ersetzt werden, wenn die Maschine für Steigungs- oder Teilungsmessungen von Prüflingen verwendet werden soll (siehe Fig. 2, 6, 7 und 8). Für Messungen dieser Art ist auf dem Oberwagen 15 statt der Messpinole 47 ein Messmikroskop 51 zu befestigen, dessen optisches System der Art der Messung angepasst sein muss. Die Fig. 6, 7 und 8 lassen die zu verwendende Optik erkennen, die für Steigungsmessungen bzw. für die Messung von Teilungen in einer Vertikalebene bzw. für die Messung von Teilungen in einer Horizontalebene erforderlich ist.