Schieblehre
Die Erfindung betrifft eine Schieblehre mit zwei relativ gegeneinander verschiebbaren Messschenkeln sowie einer Skala, auf der wenigstens der Grobmesswert mit Hilfe einer Marke ablesbar ist. Bei den bekannten Schieblehren dieser Art ist mit dem verschiebbaren Teil des Gerätes eine Marke ein Nonius oder dergleichen verbunden, mit dem die Vers chiebungs grösse des bewegbaren Messschenkels auf der Skala abgelesen wird. Die Skala ist üblicherweise unmittelbar auf der Führung für die verschiebbaren Teile angeordnet. Bei diesen Schieblehren sind der Messgenauigkeit dadurch Grenzen gesetzt, dass das Abbesche Komparayorprinzip nicht eingehalten ist. Hiernach müsste nämlich die Messachse mit der Skala zusammenfallen. Dies ist aber nicht der Fall, weil das Messstück zwischen den Schenkeln der Schieblehre liegt.
Ein starkes Andrücken des Messschenkels an das Messstück oder auch ein Führungsfehler bewirken eine Drehung des verschiebbaren Teiles der Lehre und die Marke zeigt auf der Skala einen falschen Wert an.
Ausserdem kommt man mit einer Marken- oder Noninsablesung nicht über eine gewisse Genauigkeitsgrenze hinaus, so dass man bisher, um zu genaueren Ergebnissen zu kommen, die wesentlich teureren Mikrometerbügel verwenden musste, die jedoch nur je einen kleinen Messbereich haben, auf den sie mittels Endmassen eingestellt werden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die einfachen und billigen Schieblehren zu verbessern, so dass ihre Genauigkeit grösser wird.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass optische Mittel zur Überlagerung der Marke mit einem Skalenstrich vorgesehen sind sowie Mittel zum Verlagern des Bildes der Marke relativ zum Skalenstrich zum Zwecke der Ermittlung des Feinmesswertes oder zum exakten Einstellen des verschiebbaren Messschenkels auf einen Skalenwert. Die Ablesung wird jetzt also mit optischen Hilfsmitteln vorgenommen, die es wegen der Möglichkeit der Vergrösserung des Skalenausschnittes gestatten, das Messergebnis mit mehr Dezimalen als bisher anzugeben bzw. bei Schraublehren eine wesentlich genauere Einstellung des verschiebbaren Messschenkels auf ein Skalenintervall gestatten und damit ein genaues Messergebnis gewährleisten.
Die optischen Mittel ermöglichen es aber auch anderseits, mit bereits vorgeschlagenen oder bekannten Mitteln eine Kompensation des eingangs genannten Führungsfehlers vorzunehmen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Aufbau auf zwei Arten erfolgen. Liegen Messachse und Projektionsvorrichtung auf derselben Seite der Skala, so sieht man zwischen Objektiv und Skala vorteilhaft eine gerade Anzahl von Reflexionsflächen, zweckmässig ein Pentaprisma vor. Liegen die Messachse und die Ablesevorrichtung aus konstruktiven Gründen auf gegenüberliegenden Seiten der Skala, so sieht man zwischen Objektiv und Skala eine ungerade Anzahl von Reflexionsflächen, vorteilhaft ein Rechtwinkelprisma vor.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, bei dieser Ausbildung die Marke über die Objektive und das Pentaprisma auf die Skala zu projizieren und eine Reflexionsfläche des Pentaprismas teildurchlässig auszubilden, um über diese Fläche die Lage der Marke auf der Skala beobachten zu können. Zweckmässig ist auf die teildurchlässige Fläche ein Keil gekittet, derart, dass für die Betrachtung der Skala und der Marke das Pentaprisma eine planparallele Platte bildet.
Als Führung für die verschiebbaren Teile dient vorteilhaft ein Profilträger, in dem gleichzeitig die Skala angeordnet ist. Da die Skala in diesem Fall mit blossem Auge nicht zu sehen ist, ordnet man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmässig auf dem Profilträger eine weitere Skala an, auf der mittels eines Index grobe Messwerte ablesbar sind.
Ist die Schieblehre als Schraublehre ausgebildet, d. h., trägt einer der Messschenkel eine Messschraube, welche zur Messung unmittelbar mit dem Werkstück in Berührung gebracht wird, dann ist zweckmässig das Gerät mit einer Rasteinrichtung versehen, mittels der der verschiebbare Messschenkel um grosse Skalenintervalle, beispielsweise um Zentimeterintervalle, verstellbar ist; die optische Projektionseinrichtung dient jeweils dazu, die genaue Lage des Messschenkels zur Skala nach dem Einrasten zu kontrollieren und durch weiterhin vorgesehene Mittel eine Nachstellung des verschiebbaren Messschenkels vorzunehmen.
Die Rasteinrichtung braucht bei dieser Ausbildung, im Gegensatz zu den bekannten Schieblehren mit einer Rasteinrichtung, nicht besonders genau ausgebildet zu sein.
Sind Mittel, wie Mikrometer für die Feinmesswertablesung vorgesehen, wobei diese Mittel auf die optischen Teile des Abbildungsstrahlenganges wirken, dann können die Messschenkel vorteilhaft Kugelendmassstücke tragen, die zur Messung zur Anlage an das Messstück gebracht werden. Die Kugelendmasse sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmässig so ausgebildet, dass man sowohl Innenals auch Aussendurchmesser mit dem Gerät bestimmen kann.
Als Skala wird zweckmässig eine Doppelstrichskala mit Zentimeterabstand, gegebenenfalls auch Zoll- und t/2-Zoll-Intervallen gewählt und die Marke ist vorteilhaft durch eine Einfachstrichmarke gebildet, welche zur Koinzidenzeinstellung von dem Doppelstrich eingefangen wird.
Wird ein Skalenausschnitt in ein Ablesefenster abgebildet, dann ist dieses Ablesefenster zweckmässig durch die plane Fläche einer Okularlinse gebildet.
Auf der Zeichnung sind Ausfühmngsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 das Gerät der Fig. 3 in Ansicht,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 3,
Fig. 7 ein geändertes Ausführungsbeispiel im Schnitt,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7,
Fig. 9 das Gesichtsfeld des Gerätes nach den Fig. 7 und 8,
Fig. 10 die Ansicht des Gerätes nach den Fig. 7 und 8,
Fig. 11 eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs,
Fig. 12 ein geändertes Ausführungsbeispiel.
Gemäss den Fig. 1 und 2 ist an einem Grundkörper 120 ein Messschenkel 4 befestigt. Auf dem Grundkörper 120 sind ein Schieber 3 mit einem Messschenkel 4' und eine Messschraube 5 verschiebbar. Im Grundkörper 120 ist auf einer Glasplatte 121 eine Einfachstrichmarke 122 angebracht, welche mittels eines Objektives 82 ins Unendliche projiziert wird. Mit dem Grundkörper ist ein Doppelstrich massstab 123 verbunden. Die Doppelstriche haben Zentimeterabstand voneinander. Im Schieber 3 ist ein weiteres Objektiv 89 vorgesehen, welches die das Objektiv 82 verlassenden parallelen Lichtstrahlen auf Massstaboberfläche sammelt. Die vom Objektiv 89 kommenden Lichtstrahlen werden hierzu in einem Pentaprisma 124 rechtwinklig umgelenkt. Zwischen Pentaprisma 124 und Massstab 123 ist ein Blech 125 mit Bohrungen 126 vorgesehen.
Die Bohrungen haben Zentimeterabstand voneinander, damit die Marke 22 durch eine solche Bohrung jeweils in einen Massstabpunkt M abgebildet werden kann. Die vom Massstabpunkt M ausgehenden Lichtstrahlen durchsetzen eine teildurchlässige Schicht 127 des Pentaprismas 124. Auf die teildurchlässige Schicht 127 ist ein Glaskeil 128 gekittet, derart, dass für die vom Messpunkt M ausgehenden Lichtstrahlen das Pentaprisma eine planparallele Platte bildet. Auf den Keil 128 ist wiederum ein Prisma 129 gekittet, welches die Lichstrahlen in ein Okular 130 lenkt.
In die Bohrungen 126 rastet ein Stift 130' mit einem kugelförmigen Kopf ein. Der Stift 130' ist an einem um einen Zapfen 134 drehbaren Hebel 132 befestigt und steht unter dem Druck einer Feder 131.
Das andere Ende des Hebels 132 trägt einen Kugelkopf 135, welcher in einer Führung 136 parallel zum Massstab verschiebbar ist. Der Hebel 132 ist in einem parallel zum Massstab verstellbaren Schlitten 139 gelagert und kann durch eine Rändelschraube 133 mit einem exzentrischen Ansatz 140 um kleine Beträge verschoben werden, ohne dass hierzu der Stift 130' aus der Bohrung 126 rasten muss. Diese Verschiebung dient zur Lagerkorrektur des Schiebers 3. Durch Drücken auf einen Knopf 141 wird der Stift 130 entrastet. Hiernach kann der Schieber 3 zu jeder beliebigen Raststelle verschoben werden.
Des weiteren ist am Schieber 3 eine Klemmvorrichtung 137 vorgesehen, welche den Schieber 3 auf Wunsch fest mit dem Grundkörper 120 verbindet.
Auf dem Gehäuse 120 ist eine Massstabbezifferung 138 vorgesehen, auf der mittels eines nicht dargestellen Index, die grossen Verschiebewege des Schiebers 3 abgelesen werden können.
Die Wirkungsweise dieser Schieblehre ist folgende:
Zwischen die Messschenkel 4 und 4' wird das auszumessende Werkstück 6 gelegt und es wird der Schieber 3 so weit verschoben, bis der Kopf der Schraube 5 etwa das Messstück 6 berührt. Hierbei muss der Stift 130' in eine der Bohrungen 126 einrasten. Auf der Skala 138 liest man jetzt bereits einen groben Messwert ab. Für den Fall, dass eine der Bohrungen 126 nicht genau ausgebildet ist, d. h. also, der Messschenkel 4' nicht exakt auf den vom Massstab 138 angezeigten Wert verschoben worden ist, oder aber auch im Fall, dass der Messschenkel 4' infolge eines Führungsfehlers etwa verkantet ist, dreht man an der Rändelschraube 133, wobei der Schieber 3 in Richtung des Massstabes so weit bewegt wird, bis die Marke 122 genau von einem im Messpunkte M angeordneten Doppelstrich eingefangen worden ist (Fig. 9).
Die Lage der Marke zum Doppelstrich kann man durch das Okular 130 beobachten.
Hat man diese Einstellung vorgenommen, dann klemmt man die Vorrichtung 137 fest, so dass jetzt der Schieber 3 unverrückbar fest steht. Nunmehr wird mittels der Messschraube 5 der Feinmesswert ermittelt, indem man diese Schraube so lange dreht, bis ihr Kopf das Messstück 6 berührt. Auf der Messschraube 5 wird der Feinmesswert abgelesen.
Damit bei dieser Ausbildung Führungsfehler das Messergebnis nicht verfälschen, ist die Anordnung so getroffen, dass der positive Knotenpunkt K des Objektives 89 durch das Pentaprisma 124 virtuell nach K' abgebildet wird, wobei K' auf der Messachse A-A liegt. Kippungen des Messschenkels 4' lassen sich stets in eine Kippung um K' und eine für die Messung unbedeutend bleibende Parallelverschiebung zerlegen, so dass die eingangs genannte Invarianz der Markenabbildung gegeben ist.
Fig. 11 zeigt einen entsprechenden vereinfachten Strahlenverlauf. Die Marke 122 wird durch die Linsen 82 und 89 sowie das Pentaprisma 124 in den Messpunkt M abgebildet. Kippt der Messschenkel 4' um diesen Punkt in die Lage 4", dann führen die Linsen 89 und das Prisma 124 eine entsprechende Bewegung in die gestrichelt eingezeichnete Lage aus.
Der Abbildungsstrahlengang wird hierdurch jedoch nicht beeinflusst, so dass die Marke 122 nach wie vor nach M abgebildet wird.
In den Fig. 3-6 ist ein geändertes Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch hier werden Messfehler infolge Ungenauigkeit der Führung nach dem genannten Prinzip beseitigt. Der Grundkörper der Schieblehre ist als Rohr 80 ausgebildet. In dem Rohr 80 ist die Skala 81 angeordnet, ferner das Objektiv 82 und in dessen Brennpunkt eine Okularlinse 83. Die Okularlinse 83 hat eine plane Fläche 84, welche als Ablesefenster dient und eine Marke 84' trägt. Die die Linse 83 verlassenden Lichtstrahlen werden über ebenfalls im festen Teil des Gerätes angeordnete Prismen 85, 86 einer weiteren Linse 87 zugeführt (Fig. 5). Im Schieber 3, welcher auf dem Rohr 80 gleitet, ist ein Umlenkprisma 88 vorgesehen, sowie ein Objektiv 89. Das Objektiv 89 ist im Abstand seiner Brennweite vom Messpunkt M entfernt angeordnet.
Die vom Messpunkt M kommenden Lichtstrahlen verlassen deshalb die Linse 89 parallelstrahlig und werden durch eine Linse 82 auf der Planfläche 84 gesammelt. Der Abstand der Skala 81 von der Messachse A-A ist ebenfalls gleich der Brennweite f, so dass wieder alle Voraussetzungen zur Erfüllung des genannten Prinzips gegeben sind. Das Prisma 88 ist hierbei wieder vorgesehen, um den positiven Knotenpunkt des Systems 89 plus Spiegel '88 in die Messachse A-A zu verlagern. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist hier zwischen Objektiv 89 und Skala 81 nur ein Planspiegel vorgesehen. Diese Anordnung ist notwendig, weil die optischen Teile und die Messachse A-A auf verschiedenen Seiten mit Bezug auf die Skala 81 liegen, was bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 nicht der Fall war.
Wird das Messstück 6 in die Schieblehre eingelegt und verkippt hierbei der Schieber 3, so wirkt sich dies auf die Messwertablesung nicht aus, weil nach wie vor ver Messpunkt M mit der Marke 84' im Ablesefenster 84 in Deckung bleibt.
Gemäss den Fig. 1-6 diente die Markenabbildung nur zur Einstellung auf den vollen cm-Wert. mm-Werte und Bruchteile hiervon wurden mittels der Messschraube 5 erhalten. Gemäss den Fig. 7, 8 und 10 sind die Linse 89 und das Prisma 88 in einem in einer Führung 200 verschiebbaren Träger angeordnet. Der Träger 201 ist durch eine Messschraube 202 verschiebbar.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende. Sind die Messschenkel zur Anlage an das Werkstück 6 gebracht, dann wird nur selten das Bild 19' der Marke von einem Doppelstrich des Massstabes eingefangen sein. Man dreht jetzt die Messschraube 202 so lange, bis dieser Zustand erreicht ist (Fig. 9) und liest auf den Messskalen 203 einen entsprechenden Feinmesswert ab.
Im Gegensatz zu den Ausbildungen nach den Fig. 1-6 gestattet diese Ausführung in einfachster Weise sowohl Innen- als auch Aussendurchmesser zu bestimmen. Man braucht jetzt nämlich nur die Messschenkel 4 und 4' mit Kugelendmassen 204 und 205 zu versehen, welche gemäss Fig. 12 sowohl die Innenals auch Aussendurchmesserbestimmung zulassen.