DD221009A1

DD221009A1 - Anordnung zur optischen gewindemessung

Info

Publication number: DD221009A1
Application number: DD25677483A
Authority: DD
Inventors: Alois Erben
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1985-04-10
Also published as: GB2152217B; CH666548A5; GB2152217A; DE3432057A1; GB8428866D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Gewindemessung mittels Messgeraeten im Schattenbild- und Interferenzlinien-Verfahren mit dem Ziel, den Geraeteaufwand zu senken und Bedienbarkeit und Messgenauigkeit zu verbessern. Aufgabe ist es, durch Beeinflussung des Hauptstrahlenganges der Beleuchtungseinrichtung die Hauptstrahlen entsprechend dem Steigungswinkel des zu pruefenden Gewindes an der Messstelle aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herauszuschwenken. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende im Beleuchtungsstrahlengang reell mittels mechanischer Einstellmittel oder virtuell mittels optischer, den Strahlengang ablenkender Elemente senkrecht zur optischen Achse und parallel zur Gewindeachse des Messobjektes verschiebbar ist. Der Betrag a der reellen oder virtuellen Verschiebung ist so gross, dass die Hauptstrahlneigung des Beleuchtungsstrahlenganges am Messobjekt gleich dem Steigungswinkel c des zu pruefenden Gewindes ist. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Gewindemessung, vorzugsweise mittels Meßgeräten im Schattenbild- oder Interferenzlinien-Verfahren. ; ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Optische Meßgeräte, mit denen die Gewindeprüfung berührungslos im Schattenbildverfahren (ZiII „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 Universalmikroskopen 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 Meßrichtung 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 Druchbrüche in Grundbett und Meßtisch des Meßgerätes. Hieraus resultiert 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. 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 ' '.'

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, den Geräteaufwand zu senken und die

Bedienbarkeit und Meßgenauigkeit zu verbessern. , '

Wesen der Erfindung , ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Schwenkung der Beleuchtungseinrichtung und des Meßmikroskopes durch Beeinflussung des Hauptstrahlengang der Beleuchtungseinrichtung die Hauptstrahlen entsprechend dem Steigungswinkel des zu prüfenden Gewindes an der Meßstelle aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herauszuschwenken. Erfindungsgemäß Wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur optischen Gewindeprüfung vorzugsweise nach dem Schattenbild-^ oder Interferenzlinienverfahren bei Meßgeräten, umfassend eine telezentrische Durchlichtbeleuchtungseinrichtung mit Lichtquelle, Aperturblende und Kollimator und ein Meßmikroskop zur Beobachtung bzw. optischen Antastung des Schattenbildes des Meßobjektes oder der äquidistant zur Schattenkontur verlaufenden Interferenzlinien, wobei Beleuchtungseinrichtung und Meßmikroskop eine gemeinsame optische Achse besitzen, dadurch gelöst, 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 prüfenden Meßobjektes verschiebbar ist, wobei der Betrag a der virtuellen oder reellen Verschiebung der Aperturblende so groß ist, daß die Hauptstrahlneigung des Beleuchtungsstrahlenganges am Meßobjekt gleich dem Steigungswinkel ψ des zu prüfenden Gewindes ist.

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

Zur Erzielung einer virtuellen Verschiebung der Aperturblende ist bei zentrisch und starr zur optischen Achse im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung angeordneter Aperturblende in Lichtrichtung hinter der Aperturbleride eine um einstellbare Winkelbeträge schwenkbare Planparallelplatte oder Schiebelinse angeordnet.

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 Steigungswinkel ψ des zu prüfenden Gewindes an der Meßstelle aus der zur Gewindeächse 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 Meßstrahlehganges 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 wesentlich verkleinert werden, wodurch die Stabilität und Steifigkeit des gesamten Meßgerätes erhöht werden. . ^;S>

Ausführungsbeispiel

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. optische Antastung des Schattenbildes des Meßobjektes 1 oder der äquidistant zur Schattenkontur verlaufenden Interferenzlinien. Die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 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 12 senkrecht aufeinander.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die telezentrische Aperturblende 4 um die Strecke a = f · tan ψ aus der optischen Achse 10 heraus parallel zur Gewindeachse 11 verschoben, wobei f die Brennweite des Kollimators 5 und ψ der Steigungswinkel des zu prüfenden Gewindes des Meßobjektes 1 sind. Beim Übergang zur diametral gegenüberliegenden Gewindeseite wird die Aperturblende 4 entgegengesetzt um die Strecke a aus der optischen Achse 10 herausgeführt. Diese Verschiebung der Aperturblende 4 erfolgt mittels mechanischer Einstellmittel 12, z.B. durch einen Gewindetrieb, die mit der Aperturblende 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 Beleuchtungseinrichtung (Kollimator 5) und des Meßmikroskopes 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

5 ψ + σ gegen die optische Achse 10 geneigt sind, wobei oder 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 rückseite eingestellt werden.

Fig.2 zeigt einen Teil einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 2' mit zentrisch und starr zur optischen Achse 1 ^angeordneter Aperturblende 17. In Lichtrichtung hinter der Aperturblende 17 ist ein den Beleuchtungsstrahlengang 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 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.

Claims

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Erfindungsartsprüche:

1. Anordnung zur optischen Gewindeprüfung vorzugsweise nach dem Schattenbild-oder Interferenzlinienverfahren bei Meßgeräten, umfassend eine telezentrisch^ Durchlichtbeleuchtungseinrichtung mit Lichtquelle, Aperturblende und Kollimator und ein Meßmikroskop zur Beobachtung bzw. optischen Antastung des Schattenbildes des Meßobjektes oder der äquidistant zur Schattenkontur verlaufenden Interferenzlinien, wobei Beleuchtungseinrichtung und Meßmikroskop eine gemeinsame optische Achse besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende im Strahlengang der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung reell mittelsmechanischer Einstellmittel oder virtuell mittels optischer, den Strahlengang ablenkender Elemente senkrecht zur optischen Achse und parallel zur Gewindeachse des zu prüfenden Meßobjektes verschiebbar ist, wobei der Betrag a der virtuellen oder reellen Verschiebung der Aperturblende so groß ist, daß die Hauptstrahlneigung des Beleuchtungsstrahlengarigee-am Meßobjekt gleich dem Steigungswinkel ψ des zu prüfenden Gewindes ist. ..,-
2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung mit der Aperturblende in Wirkverbindijng stehende mechanische Einstellelemente, vorzugsweise ein Schraubentrieb, und den Verschiebeweg begrenzende einstellbare, vorzugsweise mechanische Anschläge angeordnet sind.
3. Anordnung nach Punkt 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 Schiebelinse angeordnet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen :