DD103056B1 - Einrichtung zum messen von verschiebungen - Google Patents

Description

Einrichtung zum Messen von Verschiebungen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zuu Messen von Verschiebungen eines Gegenstandes gegenüber einem zweiten Gegenstand, vorzugsweise von geradlinigen Verschiebungen von Schlitten an Meßgeräten und Werkzeugmaschinen,

Es ist eine Einrichtting zum Messen von Verschiebungen eines Gegenstandes gegenüber einem zweiten Gegenstand bekann, bei welcher der erste Gegenstand mit einem als Maßverkörperung dienenden Reflexionsraster und der zweite Gegenstand mit einem lichtelektrischen Abtastsystem verbunden ist. Dieses Abtastsystem besteht aus einer Lichtquelle, aus optischen Abbildungssystemen und aus lichtelektrischen Bauelementen, Mit Hilfe dieses optischen Abbildung«systeme und dor Lichtquelle wird eine Stelle dos Rasters auf eine zweite Stelle des Rastors im Maßstab 1:1 nach dem Halbpupilienpz'izip über reflektierende Mittel so abgebildet, daß sich das Bild der ersten Stelle des Rasters bei der Bewegung desselben gegenüber dem Abtastsystem gcgensinnig zur zweiten Rastorstelle bewegt. Von der zweiten Rastor· stelle aus wird das Licht auf lichtelektrische Elemente geworfen»

Bei dor bekannten Einrichtung wird das Licht der Lichtquelle über einen Spiegel und über eine Linse, die zwischen dem Spiegel und dem Reflexionsraster angeordnet ist, auf das Raster geworfen* Das vom Raster zurückgeworfene Licht trifft nochmals auf diese Linse und wird über zwei Umlenkspiegel zu einer weiteren Linse geleitet und trifft auf eine weitere Rasterstelle,

Zxiischen den Umlenkspiegeln ist eine weitere, als Feldlinse dienende Linse vorgesehen, die die Brennflächen der obigen beiden Linsen aufeinander abbildet.

Diese Einrichtlang hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß das gesaate optische System sehr empfindlich ist gegen Defokussierungen, die durch den Rasterraaßstab und dem Abtastsystem bewirkt werden· Es müsson deshalb an die Führungsgenauigkeit hohe Anforderungen gestellt werden, um eine hohe Abtastgenauigkeit zu erzielen. Weiterhin ist die Zentrierung des gesamten aus Linsen und Spiegeln bestehenden optischen Systems nur mit erhöhte'm Aufwand zu erzielen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die gestockte Anordnung der einzelnen Spiegel und Linsen eine flache, gedrungene Bauweise niclit erzielbar ist.

Es ist deshalb Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine raumsparende, verlässige Einrichtung zuiH Messen von Verschiebungen zu schaffen»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen zu schaffen, die weitestgehend unempfindlich gegenüber Defokussierungen ist und bei welcher durch eine vorteilhafte Anordnung der optischen Bauelemente eine gedrungene Bauweise erzielbar ist,

Erfindungsgemß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung zum Messen der Verschiebung eines Gegenstandes gegenüber einem zweiten Gegenstand, wobei mit Hilfe optischex' Systeme und der Lichtquelle eine Stelle des Rastermaßstabes auf eine zweite Stelle des Rastermaßstabes über reflektierende Mittel abbildbar ist, und, daß in dem Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang ein vorzugsweise symmetrisch aufgebautes tolezentriscJhes Objektiv und zwischen diesem Objetiv und dem Maßstab strahlenumlenkende Prismen vorgesehen sind, und daß ein weiteres optisches Glied als Abbildungsoptik für ein durch Überlagerung der zweiten Stelle des Rastermaßstabes

mit dem Bild der ersten Stelle des Rastermaßstabes entstehendes Signalbild auf fotoelektrische Empfänger vor-

gesehen ist, dadurch gelöst, daß in dem parallelen Strahlengang des telezentrischen Objektives eine als Halbkreisblende ausgebildete telezentrisch^ Blende und ein bis zur optischen Achse in den Strahlengang hineinragendes verspiegeltes Dachprisnia vorgesehen sind·

Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt den großen Vorteil, daß dvtrch die Anordnung eines telezentrischen Objektivs das gesamte optische Abtastsystem weitgehend unempfindlich gegen durch Führungsbahnfehler verursachte Abstandsänderungen zwischen dem Rastermaßstab und dem Abtastsystem ist und demzufolge hierbei keine Defokussierungen auftreten, die zu Änderungen des Jlbbildungsmaßs tabes bei der* Abbildung der einen Rasterstelle auf die zweite führen und an den lichtempfindlichen Empfängern unscharfe elektrische Signale entstehen lassen, deren Auswertung bzw« weitere Verarbeitung erhöhten Aufwand fordern würde» Das beschriebene telezentrisch^ System- gewährleistet einen konstanten Abbildungsmaßstab, wodurch sich konstante Phasenlagen der Signalausgänge ergeben. Ein weiterer Vorteil besteht darin_T daß durch die in einer Ebene angeordneten Bauelemente eine gedrungene, raumsparende Meßeinrichtung geschaffen wird· Auch ist eine einfache, ökonomische Zentrierung der optischen Bauelemente gewährleistet.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht

Fig. 2 dazu die Anordnung in Draufsicht

Die Einrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2 zur Messung von Verschiebungen eines Gegenstandes gegenüber einem zweiten Gegenstand, z.B. eines Werkzeugmaschinenschlittens gegenüber dem Werkzeugmaschinenbett, zur Einstellung des Schlittens in eine bestimmte Position, umfaßt eine aus

optischen und. Xichtelektrischen Bauelementen bestehende Abtastvorrichtung und einen, vorzugsweise im Werkzeuginas chin enbett angeordneten, als Reflexionsraster ausgebildeten und als Maßverkörperung dienenden Rasterniaßstab 1.

Das optische System zur Abbildung einer ersten Stelle des Rastermaßstabes 1 auf eine zweite Stelle besteht u,a, aus einer Beleuchtungsquelle 2, einem Kondensor 3» einem vorzugsweise als Prisma rait spiegelnden Flächen ausgebildeten Umlenkglied h sowie einem Symmetrisch gestalteten telezentrischen Objektiv, welches aus den Gliedern 5,6,7 und 8 besteht« In der Mitte des telezentrischen Objektivs sind eine als Halbkreisblende ausgebildete telezentrische Blende 9 und ein bis zur Mitte in den Strahlengang des telezentrischen Objektivs hinoinragendos verspiegeltes Dachprisma 10 angeordnet.

Das von der Beleuchtungsquelle 2 ausgehende, den Kondensor durchlaufende Licht wird von der Fläche 11 des Urnlenkgliedes h auf die Fläche 12 des Dachprisiaas geleitet. Von dort aus erfolgt über eine Ilalbpupille des linken Teiles des telezentrischen Objektivs, also über die Glieder 5 und 6 ( Fig,2), und über ein Pentaprisma 13 die Auflichtbeleuchtung der ersten Stelle lh des Rastermaßstabes 1, Nach Reflexion des Lichtes an dieser Steile lh erfolgt mit dem rückwärts verlaxif enden Strahlengang über die obere Halbpupille (Fig,2) des telezentrischen Objektivs und über ein 90° -Prisma 15 die Abbildung dieser ersten StelJ ѳ ±h auf die zweite Stelle іб des Rastermaßstabes (Fig.l), Von hier aus werden sowohl die Stelle 16 des Rastermaßstabes 1 als auch das Bild der Stelle l4 über das 90°-Prisma 15 und eine Halbpupille der Glieder 7 und 8 des telezentrischen Objektivs, über die Fläche 17 des Dachprisma 10 und die Fläche des Uinlenkgliedes h sowie über das optische Glied 18 auf die lichtelektrischen Empfänger 19 und 20 abgebildet« Hierbei bewirken die beiden in dem Strahlengang angeordneten, schwach ablenkenden Keile 21 und 22, die für -die abgebildeten Stellen lh und X6 des Rastermaßstabes 1 eine Trennung in zwei Teilbildar mit ^T /4-Versetzung ergeben, den für die Bestimmung der Bewegungsrichtung des Abtastsystems

gegenüber dem Rastermaßstab 1 erforderlichen Phasenversatz von 7t /Z an den lichtelektrischen Empfängern 19 und 20.

Durch die Anwendung des Halbpupillenprinzips sowohl im Beleuchtungs- als atich im Abbildungsstrahlengang in Verbindung mit einem symetrischen telezentrischen Objektiv übernehmen Objektiv bzw. Teile dieses Objektivs in vorteilhafter Weise mehrere Funktionen· So wird mit der einen Ilalbpupille des linken Teils 5» 6 dos telezentrischen Objektivs in Verbindung mit dem Kondensor 3 der Rastermaßstab 1 beleuchtet. Über die obere Halbpupille ( Fig.2) des gesamten telezentrischen Objektivs erfolgt die Abbildung der Stelle l4 des Ilastermaßstabes 1 auf die Stelle 16 im Abbildungsmaßstab 1:1, wobei durch die Verwendung eines telezentrischen Strahlenganges und der als Halbkreisblende ausgebildeten telezentrischen Blonde 9 eine weitgehende Unabhängigkeit des Abbildungsmaßstabes von Abstandsänderungen'zwischen dem Abtastsystem und dem Rastermaßstab 1 erzielt wird. Diese Abstandsänderungen beitfirken auch Defokussierungon und sind durch Führungsbahnfehlcr bedingt. Gegen diese Defokussierungen ist bekannterweise die telezentrische Abbildung weitestgehend unempfindlich. Die eine Halbpupillo des rechten Teiles des telezentrischen Objektivs bewirkt in Vorbindung mit dem optischen Glied IS die Abbildung der Stelle 16 des Rastermaßstabes 1 zusammen mit dem Bild der Stelle I^ des Rastermaßstabes 1 auf die lichtelektrischen Empfänger 19 und 20. Durch diese kombinierte Art der Strahlenführung ist es möglich, eine raumsparende, gedrungene Bauweise bei dar Einrichtung zum Messen von Verschiebungen zu verwirklichen. Desweiteren ist es mit einfachen Mitteln möglich, die Bauteile 5, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 15 zueinander gut zu zentrieren, indem sie beispielsweise in einem Rohr angeordnet sind·

Die Weiterverarbeitung der an den lichtelektrischen Bauelementen 19 und 20 gewonnenen elektrischen Signale erfolgt in bekannter Weise, indem mit schaltungsteelinischen Mitteln eine Impulsvervielfachung vorgenommen wird« Die gewonnenen wegproportionalen Zählimpulse werden über eine Zählrichtungsdiskriminator einer Vor-Hüclcwärts-Zählerschaltung zugeführt.

Claims (1)

1. Patentanspruch

   1· Einrichtung zum Messen der Verschiebung eines Gegenstandes gegenüber einem zweiten Gegenstand, wobei der erste Gegenstand mit einem Rastermaßstab verbunden ist, und der zweite Gegenstand mit einer Lichtquelle, mit optischen Systemen und lichtelektrischen Bauelementen versehen ist, und WOboi mit Hilfe der optischen Systeme und der Lichtquelle eine Stelle des Rastermaßstabes auf eine zweite Stelle des Rastermaßstabes abbildbar ist und diese Abbildung der ersten Stelle sich bei der Bewegung des Rastermaßstabes gegensinnig zur zweiten Stelle bewegt, und daß das Licht von der zweiten Stelle des Rastermaßstabes auf lichtelektrische Bauelemente gewOrfen wird, und daß in dem Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang ein vorzugsweise symmetrisch aufgebautes telezentrisches Objektiv und zwischen diesem Objektiv und dem Rastermaßstab strahlenumlenkonde Prismen vorgesehen sind, und daß ein weiteres optisches Glied als Abbildungsoptik für ein durch Überlagerung der zweiten Stelle des Rastermaßstabes mit dem Bild der ersten Stelle des Rastermaßstabes entstehendes >Signalbild auf fotoelektrische Empfänger vorgesehen ist, wobei die Abbildung der einen Stelle des Rastermaßstabes auf die zweite Stelle nach dem HaIbpupillenprinzip erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem parallelen Strahlengang des telezentrischen Objektivs eine als Halbkreisblende ausgebildete telezentrische Blende (9) und ein bis zur optischen Achse in den Strahlengang hineinragendes verspiegeltes Dachprisma (lO) vorgesehen sind.

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