CH666548A5

CH666548A5 - ARRANGEMENT FOR OPTICAL THREAD MEASUREMENT.

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: GB2152217A; DE3432057A1; DD221009A1; GB2152217B; GB8428866D0

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Gewindemessung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to an arrangement for optical thread measurement according to the preamble of patent claim 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. Optical measuring devices with which the thread test can be performed without contact using the shadow method (Zill «Measuring and Teaching in Mechanical Engineering and Fine Equipment Technology», 3rd edition, VEB Verlag Technik, Berlin, pages 143-147), or by means of an interference line (Fine Equipment Technology 26 (1977), booklet 9, pages 404-407), are known in the form of universal measuring microscopes or two-coordinate measuring devices, in which the object to be measured is usually telecentrically illuminated from below by means of a transmitted light illumination device. The shadow contour of the thread to be tested or the resulting interference line is touched by means of an optical sighting device which is mounted on a pivotable column of the measuring device. In both methods, the sighting device (measuring microscope) and transmitted light illumination device, which are connected to one another on the column, are swiveled out of the zero angle perpendicular to the thread axis so that the optical axis of the illumination and sighting device is in the middle of the Thread flank is the tangent to the threaded screw surface, or is parallel to this. When changing from a measuring point on the thread to the diametrically opposite measuring point, the opposite swivel angle must be set.

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, This swiveling, which occurs frequently during measurements, as occurs in series tests, is very labor-intensive in terms of time and force, especially since the components to be moved are also relatively massive. Furthermore, in order to ensure high accuracy of the measurements,

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. high demands are placed on the precision of the swivel bearing, since any displacement of the optical axis in the measuring 5 direction during swiveling is effective as a measurement error. The causes of this are transverse and torsional forces, which are effective when swiveled. The realization of the pivoting also requires relatively large openings in the basic bed and measuring table of the measuring device. This results in a large volume of devices, because despite the breakthroughs, high device stability must be guaranteed.

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. With a swiveling microscope and illumination device, the requirement for precise measurement in a third coordinate (Z coordinate) cannot be met. Due to the degree of freedom of the swivel, the vertical movement of the z movement to the measuring table surface cannot be realized as precisely as with a device with rigidly arranged z-guide.

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. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, to reduce the expenditure on equipment and to improve the operability and measuring accuracy.

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. The invention has for its object to swing out the main beams according to the pitch angle of the thread to be measured at the measuring point from the zero position perpendicular to the thread axis without swiveling the lighting device and the measuring microscope by influencing the main beam path of the lighting device.

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. According to the invention, this object is achieved with an arrangement for optical thread measurement according to the silhouette or interference line method in measuring devices, comprising a telecentric transmitted light illuminating device with light source, aperture diaphragm and collimator and a measuring microscope for observing or optically scanning a silhouette of a measurement object running interference lines, the illuminating device and the measuring microscope having a common optical axis, solved in that the aperture diaphragm in the beam path of the transmitted light illuminating device is real by means of mechanical setting means or virtually by means of optical elements deflecting the beam path perpendicular to the optical axis and parallel to the thread axis of the object to be measured The measurement object is displaceable, the amount a of the virtual or real displacement of the aperture diaphragm being so large that the main beam inclination of the illuminating beam path on the measurement object is related to d The optical axis is equal to the pitch angle (p of the thread to be measured.

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. It is advantageous and easy to implement if mechanical adjusting elements, preferably a screw drive, and adjustable, preferably mechanical stops, which limit the displacement path, are arranged in or on the housing of the lighting device with the aperso turblende.

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 To achieve a virtual displacement of the aperture 55 diaphragm, a plane parallel plate or sliding lens that can be pivoted by adjustable angular amounts is preferably arranged behind the aperture diaphragm in the light direction behind the aperture diaphragm, if the aperture diaphragm is arranged centrally and rigidly to the optical axis in the beam path of the lighting device. 60 With measuring instruments in which the microscope and the illumination device have a common optical axis perpendicular to the axis of the measurement object (thread), the main beam of the illumination beam path running through the center of the aperture diaphragm is around the pitch of the thread to be measured at the measuring point pivoted out of the zero position perpendicular to the thread axis. The maximum swivel angle is only determined by the aperture of the measuring microscope lens and

dem Aperturwinkel des Beleuchtungsstrahlenganges begrenzt. limits the aperture angle of the illumination beam path.

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. When using the invention, there are considerable advantages in measuring devices. It is no longer necessary to swivel the column of the measuring device when setting the entire measuring beam path to the pitch angle of the thread to be tested. The elaborate swivel mounting of the column can be omitted. Measurement errors caused by this storage no longer occur. Necessary openings in the basic bed and measuring table can be significantly reduced, which increases the stability and rigidity of the entire measuring device.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show in the accompanying drawing

Fig. 1 den Strahlengang des Messgerätes und Fig. 1 shows the beam path of the measuring device and

Fig. 2 die Anordnung eines ablenkenden optischen Elementes im Beleuchtungsstrahlengang. Fig. 2 shows the arrangement of a deflecting optical element in the illumination beam path.

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. In Fig. 1, the beam path of a measuring device is shown schematically and in a highly simplified manner. The arrangement for optical thread testing on measuring objects 1 according to the silhouette or interference line method comprises a telecentric transmitted light illuminating device 2 with light source 3, aperture diaphragm 4 and collimator 5 and a measuring microscope 6 with objective 7, eyepiece 8 and adjustable reticule plate 9 in the eyepiece image plane or with photoelectric probe arrangement (not shown) for observing or optically probing the shadow image of the measurement object 1 or the interference lines running equidistant from the shadow contour. The transmitted-light illumination device 2 and the measuring microscope 6 are connected to one another and have a common optical axis 10. During the measurements, the optical axis 10 and the threaded axis 11 of the test object 1 to be tested are perpendicular to one another.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die telezentrische Aperturblende 4 um As shown in FIG. 1, the telecentric aperture diaphragm is 4 μm

3 666548 3 666548

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. the distance a = f. Tan y displaced out of the optical axis 10 parallel to the thread axis 11, where f is the focal length of the collimator 5 and y is the pitch angle of the thread of the test object 1 to be checked. In the transition to the diametrically opposite thread side, the aperture diaphragm 4 is guided out of the optical axis 10 in the opposite direction by the distance a. This shifting of the aperture diaphragm takes place by means of mechanical setting means 12, e.g. by a screw drive, which are operatively connected to the aperture-aperture 4 and are preferably arranged on the housing 15 of the lighting device 2. By moving the aperture diaphragm 4, the measurement object 1 is lit in the direction of the thread pitch. The diameter of the optics of the illuminating device (collimator 5) and the measuring microscope 6 (objective 7) must be dimensioned so large that in addition to the main illuminating beam 13 also the aperture edge beam 14 and thus all beams are detected which are at an angle Scp + 8 are inclined against the optical axis 10, 8 being the 20 aperture angle of the illuminating beam path. In order to achieve a rapid displacement of the aperture diaphragm 4 for diametrical measurements on the measurement object 1, adjustable mechanical stops 16 are advantageously provided, which are set in accordance with the lead angles on the thread front and rear side.

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. 2 shows part of a transmitted light illumination device 2 'with an aperture diaphragm 17 which is arranged centrally and rigidly with respect to the optical axis 10. In the light direction behind the aperture diaphragm 17, an optical element 18 which deflects the illumination beam path 30 is provided in the form of a plane-parallel plate which can be pivoted by adjustable angular amounts is. Instead of this plate, a sliding lens known per se can also be used. The provided adjustable stops 19 limit the swivel angle of this optical element 18. The optical element 18 allows the aperture diaphragm 17 to be displaced virtually on both sides perpendicular to the optical axis 10 and parallel to the thread axis 11.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

666 548 PATENT CLAIMS

1. Arrangement for optical thread measurement according to the silhouette or interference line method in measuring devices, comprising a telecentric transmitted light illuminating device with light source, aperture diaphragm and collimator and a measuring microscope for observing or optically probing a silhouette of a measurement object or interference lines running equidistant to the shadow contour of the measurement object, wherein the illuminating device and measuring microscope have a common optical axis, characterized in that the aperture diaphragm in the beam path of the transmitted light illuminating device can be displaced in real terms by means of mechanical setting means or virtually by means of optical elements deflecting the beam path perpendicular to the optical axis and parallel to the thread axis of the measurement object to be measured, the Amount a of the virtual or real displacement of the aperture diaphragm is so large that the main beam inclination of the illuminating beam path on the measurement object in FIG g on the optical axis is equal to the pitch angle (p of the thread to be measured.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that mechanical adjustment elements, preferably a screw operation, and adjustable, preferably mechanical stops limiting the displacement path are arranged in or on the housing of the lighting device with the aperture diaphragm.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that when the aperture diaphragm is arranged centrally and rigidly with respect to the optical axis in the beam path of the lighting device, a plane-parallel plate or sliding axis which can be swiveled by adjustable angular amounts is arranged behind the aperture diaphragm.