CH666548A5

CH666548A5 - Anordnung zur optischen gewindemessung.

Info

Publication number: CH666548A5
Application number: CH549984A
Authority: CH
Inventors: Alois Erben
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1988-07-29
Also published as: GB2152217B; DD221009A1; GB2152217A; DE3432057A1; GB8428866D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Gewindemessung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Optische Messgeräte, mit denen die Gewindeprüfung berührungslos im Schattenbildverfahren (Zill «Messen und Lehren im Maschinenbau und in der Feingerätetechnik» 3. Auflage, VEB Verlag Technik, Berlin, Seiten 143-147), oder mittels Interferenzlinie (Feingerätetechnik 26 (1977), Heft 9, Seiten 404-407) durchgeführt wird, sind in Form von Universalmessmikroskopen oder Zweikoordinaten-Messgeräten bekannt, bei denen meist das Messobjekt von unten mittels einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung telezentrisch beleuchtet wird. Mittels einer optischen Visiereinrichtung, die an einer schwenkbaren Säule des Messgerätes gelagert ist, wird die Schattenkontur des zu prüfenden Gewindes oder die entstehende Interferenzlinie angetastet. Bei beiden Verfahren werden Visiereinrichtung (Messmikroskop) und Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, die miteinander verbunden an der Säule angeordnet sind, um den mittleren Steigungswinkel des zu prüfenden Gewindes aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herausgeschwenkt, so dass die optische Achse der Beleuchtungs- und Visiereinrichtung in der Mitte der Gewindeflanke die Tangente an der Gewindeschraubenfläche, bzw. zu dieser parallel liegt, ist. Beim Übergang von einer Messstelle am Gewinde zur diametral gegenüberliegenden Messstelle muss der im Vorzeichen entgegengesetzte Schwenkwinkel eingestellt werden.

Dieses bei den Messungen häufige Schwenken, wie es bei Serienprüfungen auftritt, ist sehr bedienaufwendig in bezug auf Zeit und Kraft, zumal auch die zu bewegenden Baugruppen relativ massereich sind. Des weiteren werden, um eine hohe Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten,

hohe Anforderungen an die Präzision der Schwenklagerung gestellt, da jede Verschiebung der optischen Achse in Mess-5 richtung während des Schwenkens als Messfehler wirksam wird. Ursachen hierfür sind Quer- und Torsionskräfte, die im geschwenkten Zustand wirksam sind. Die Realisierung der Schwenkung erfordert ferner relativ grosse Durchbrüche in Grundbett und Messtisch des Messgerätes. Hieraus resultiert io ein grosses Gerätevolumen, da trotz der Durchbrüche eine hohe Gerätestabilität gewährleistet bleiben muss.

Mit schwenkbarem Mikroskop und Beleuchtungseinrichtung kann die Forderung nach genauer Messung in einer dritten Koordinate (Z-Koordinate) nicht erfüllt werden, is Bedingt durch den Freiheitsgrad der Schwenkung kann die Senkrechtstellung der z-Bewegung zur Messtischoberfläche nicht so genau realisiert werden, wie bei einem Gerät mit starr angeordneter z-Führung.

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der 20 Technik zu beseitigen, den Geräteaufwand zu senken und die Bedienbarlceit und Messgenauigkeit zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Schwenkung der Beleuchtungseinrichtung und des Messmikro-slcopes durch Beeinflussung des Hauptstrahlenganges der 25 Beleuchtungseinrichtung die Hauptstrahlen entsprechend dem Steigungswinkel des zu messenden Gewindes an der Messstelle aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herauszuschwenken.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einer Anord-30 nung zur optischen Gewindemessung nach dem Schattenbild- oder Interferenzlinienverfahren bei Messgeräten, umfassend eine telezentrische Durchlichtbeleuchtungsein-richtung mit Lichtquelle, Aperturblende und Kollimator und ein Messmikroskop zur Beobachtung bzw. optischen Anta-35 stung eines Schattenbildes eines Messobjektes verlaufenden Interferenzlinien, wobei Beleuchtungseinrichtung und Messmikroskop eine gemeinsame optische Achse besitzen, dadurch gelöst, dass die Aperturblende im Strahlengang der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung reell mittels mechani-40 scher Einstellmittel oder virtuell mittels optischer, den Strahlengang ablenkender Elemente senkrecht zur optischen Achse und parallel zur Gewindeachse des zu messenden Messobjektes verschiebbar ist, wobei der Betrag a der virtuellen oder reellen Verschiebung der Aperturblende so gross 45 ist, dass die Hauptstrahlneigung des Beleuchtungsstrahlenganges am Messobjekt in bezug auf die optische Achse gleich dem Steigungswinkel (p des zu messenden Gewindes ist.

Dabei ist es vorteilhaft und einfach realisierbar, wenn im oder am Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung mit der Aperso turblende in Wirkverbindung stehende mechanische Einstellelemente, vorzugsweise ein Schraubentrieb, und den Verschiebeweg begrenzende einstellbare, vorzugsweise mechanische Anschläge angeordnet sind.

Zur Erzielung einer virtuellen Verschiebung der Apertur-55 blende ist vorzugsweise bei zentrisch und starr zur optischen Achse im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung angeordneter Aperturblende in Lichtrichtung hinter der Aperturblende eine um einstellbare Winkelbeträge schwenkbare Planparallelplatte oder Schiebelinse angeordnet. 60 Damit wird bei Messgeräten, bei denen Mikroskop und Beleuchtungseinrichtung eine gemeinsame optische Achse senkrecht zur Achse des Messobjektes (Gewindes) besitzen, der durch die Mitte der Aperturblende verlaufende Hauptstrahl des Beleuchtungsstrahlenganges um den Steigungs-65 winlcel <p des zu messenden Gewindes an der Messstelle aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herausgeschwenkt. Der maximale Schwenkwinkel wird lediglich durch die Apertur des Objektives des Messmikroskopes und

dem Aperturwinkel des Beleuchtungsstrahlenganges begrenzt.

Bei Anwendung der Erfindung ergeben sich bei Messgeräten erhebliche Vorteile. So ist es nicht mehr notwendig, bei der Einstellung des gesamten Messstrahlenganges auf den Steigungswinkel des zu prüfenden Gewindes die Säule des Messgerätes zu schwenken. Die aufwendige Schwenklagerung der Säule kann entfallen. Durch diese Lagerung bedingte Messfehler treten nicht mehr auf. Notwendige Durchbrüche in Grundbett und Messtisch können wesent-licht verkleinert werden, wodurch die Stabilität und Steifigkeit des gesamten Messgerätes erhöht werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Strahlengang des Messgerätes und

Fig. 2 die Anordnung eines ablenkenden optischen Elementes im Beleuchtungsstrahlengang.

In Fig. 1 ist der Strahlengang eines Messgerätes schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Die Anordnung zur optischen Gewindeprüfung an Messobjekten 1 nach dem Schattenbild- oder Interferenzlinienverfahren umfasst eine telezentrische Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 2 mit Lichtquelle 3, Aperturblende 4 und Kollimator 5 und ein Messmikroskop 6 mit Objektiv 7, Okular 8 und einstellbarer Strichplatte 9 in der Okularbildebene bzw. mit fotoelektrischer Antastanordnung (nicht dargestellt) zur Beobachtung bzw. optischen Antastung des Schattenbildes des Messobjektes 1 oder der äquidistant zur Schattenkontur verlaufenden Interferenzlinien. Die Durchlichtbeleuchtungsein-richtung 2 und das Messmikroskop 6 sind miteinander verbunden und besitzen eine gemeinsame optische Achse 10. Bei den Messungen stehen die optische Achse 10 und die Gewindeachse 11 des zu prüfenden Messobjektes 1 senkrecht aufeinander.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die telezentrische Aperturblende 4 um

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die Strecke a = f. tan y aus der optischen Achse 10 heraus parallel zur Gewindeachse 11 verschoben, wobei f die Brennweite des Kollimators 5 und y der Steigungswinkel des zu prüfenden Gewindes des Messobjektes 1 sind. Beim Über-5 gang zur diametral gegenüberliegenden Gewindeseite wird die Aperturblende 4 entgegengesetzt um die Strecke a aus der optischen Achse 10 herausgeführt. Diese Verschiebung der Aperturblende erfolgt mittels mechanischer Einstellmittel 12, z.B. durch einen Gewindetrieb, die mit der Apertur-lo blende 4 in Wirkverbindung stehen und vorzugsweise am Gehäuse 15 der Beleuchtungseinrichtung 2 angeordnet sind. Durch die Verschiebung der Aperturblende 4 wird quasi das Messobjekt 1 in Richtung der Gewindesteigung beleuchtet. Dabei müssen die Durchmesser der Optik der Beleuchtungs-15 einrichtung (Kollimator 5) und das Messmikroskop 6 (Objektiv 7) so gross bemessen sein, dass ausser dem Beleuchtungshauptstrahl 13 auch der Aperturrandstrahl 14 und damit alle Strahlen erfasst werden, die unter einem Winkel Scp + 8 gegen die optische Achse 10 geneigt sind, wobei 8 der 20 Aperturwinkel des Beleuchtungsstrahlenganges ist. Um eine schnelle Verschiebung der Aperturblende 4 für diametrale Messungen am Messobjekt 1 zu erzielen, sind vorteilhaft einstellbare mechanische Anschläge 16 vorgesehen, die entsprechend den Steigungswinkeln an Gewindevorder- und rück-25 seite eingestellt werden.

Fig. 2 zeigt einen Teil einer Durchlichtbeleuchtungsein-richtung 2' mit zentrisch und starr zur optischen Achse 10 angeordneter Aperturblende 17. In Lichtrichtung hinter der Aperturblende 17 ist ein den Beleuchtungsstrahlengang 30 ablenkendes optisches Element 18 in Form einer Planparallelplatte vorgesehen, welches um einstellbare Winkelbeträge schwenkbar ist. Anstelle dieser Platte kann auch eine an sich bekannte Schiebelinse verwendet werden. Vorgesehene einstellbare Anschläge 19 begrenzen den Schwenkwinkel dieses 35 optischen Elementes 18. Durch das optische Element 18 ist die Aperturblende 17 virtuell beiderseits senkrecht zur optischen Achse 10 und parallel zur Gewindeachse 11 verschiebbar.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anordnung zur optischen Gewindemessung nach dem Schattenbild- oder Interferenzlinienverfahren bei Messgeräten, umfassend eine telezentrische Durchlichtbeleuch-tungseinrichtung mit Lichtquelle, Aperturblende und Kollimator und ein Messmikroskop zur Beobachtung bzw. optischen Antastung eines Schattenbildes eines Messobjektes oder von äquidistant zur Schattenkontur des Messobjektes verlaufenden Interferenzlinien, wobei Beleuchtungseinrichtung und Messmikroskop eine gemeinsame optische Achse besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende im Strahlengang der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung reell mittels mechanischer Einstellmittel oder virtuell mittels optischer, den Strahlengang ablenkender Elemente senkrecht zur optischen Achse und parallel zur Gewindeachse des zu messendem Messobjektes verschiebbar ist, wobei der Betrag a der virtuellen oder reellen Verschiebung der Aperturblende so gross ist, dass die Hauptstrahlneigung des Beleuchtungsstrahlenganges am Messobjekt in bezug auf die optische Achse gleich dem Steigungswinkel (p des zu messenden Gewindes ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung mit der Aperturblende in Wirkverbindung stehende mechanische Einstellelemente, vorzugsweise ein Schraubenbetrieb, und den Verschiebeweg begrenzende einstellbare, vorzugsweise mechanische Anschläge angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zentrisch und starr zur optischen Achse im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung angeordneter Aperturblende in Lichtrichtung hinter der Aperturblende eine um einstellbare Winkelbeträge schwenkbare Planparallelplatte oder Schiebelmse angeordnet ist.