DE1144934B

DE1144934B - Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgroesse eines Schlittens

Info

Publication number: DE1144934B
Application number: DEH34943A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Raentsch
Original assignee: HENSOLDT M; SOEHNE OPTISCHE WERKE AG
Current assignee: HENSOLDT M; SOEHNE OPTISCHE WERKE AG
Priority date: 1958-11-28
Filing date: 1958-11-28
Publication date: 1963-03-07
Also published as: FR1247512A; US3007249A; CH379778A; GB883977A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgröße eines Schlittens in einer Maschine oder einem Gerät, wie Werkzeugmaschine, Längenmeßgerät u. dgl., bei der ein Maßstab im festen Teil der Maschine und optische Elemente zur Projektion eines Maßstabausschnittes in ein Ablesefenster im verschiebbaren Teil der Maschine, oder umgekehrt, vorgesehen sind und bei der wenigstens eines der optischen Elemente relativ zur Schlittenführung bei Neigung des Schlittens infolge eines Führungsfehlers seine Lage beibehält. Ohne derartige Mittel würden Fehler dei Schlittenführung das Meß- oder Einstellergebnis verfälschen.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 024 252) sind die ihre Lage beibehaltenden optischen Glieder im Schlitten pendelnd aufgehängt. Dieses Gerät ist zwar äußerst bequem in der Bedienung. Es besteht jedoch die Gefahr, daß die pendelnden Glieder nach längerem Gebrauch infolge Ab- »o nutzungs- oder Ermüdungserscheinungen nicht mehr exakt bei Neigungen des Schlittens reagieren und ihre Lage im Raum beibehalten.

Die Erfindung beseitigt diese Unsicherheit dadurch, daß der Projektionseinrichtung ein willkürlich verstellbares und mit einem an sich bekannten richtungsabhängigen Anzeiger verbundenes optisches Element zugeordnet ist.

Als richtungsabhängiger Anzeiger kann eine Röhrenlibelle dienen. Es kann aber auch das verstellbare optische Element mit dem Umlenkspiegel eines Interferometers oder einer Autokollimationseinrichtung verbunden sein, so daß Kippungen des Schlittens in seiner Führung durch Änderung des Interferenzstreifenbildes bzw. durch Auswandern des Markenbildes im Autokollimationsfernrohr angezeigt werden.

Zweckmäßig ist das bewegliche Glied durch eine Schraube gegen Federdruck, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Hebeln, verstellbar.

In einem ersten Ausführungsbeispiel werden die Maßstabstriche durch ein im Abstand ihrer Brennweite vom Maßstab angeordnetes Objektiv abgebildet, dessen Brennweite gleich dem halben Abstand des Maßstabes von der Meß- oder Bearbeitungsebene ist, und hinter diesem Objektiv ist ein willkürlich neigbarer und mit einer Röhrenlibelle oder anderen Anzeigemitteln verbundener Planspiegel vorgesehen.

Ist eine seitliche Versetzung des Abbildungsstrahlenganges erwünscht, dann kann der willkürlich verstellbare Planspiegel auch durch einen Winkelspiegel ersetzt werden. Die Wirkungsweise ist grundsätzlich dieselbe.

Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgröße

eines Schlittens

Anmelder:

M. Hensoldt und Söhne

Optische Werke Aktiengesellschaft,

Wetzlar, Gloelstr. 3-5

Dr.-Ing. Kurt Räntsch, Wetzlar/Lahn,
ist als Erfinder genannt worden

Eine andere Ausführungsform enthält im Strahlengang ein Linsenpaar, dessen eine Linse gerätefest und dessen andere beweglich und willkürlich verstellbar ist, so daß beide beim Auswandern der schwenkbaren Linse einen Keil bilden. Die Verstellmittel und die die Lage des optischen Elementes anzeigenden Mittel sind mit der beweglichen Linse verbunden.

Sind in einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Strahlenablenkung zur Führungsfehlerkompensation zwei afokale Systeme vorgesehen, deren erstes die Vergrößerung N₁ hat und gerätefest gelagert ist und deren zweites die Vergrößerung JV₂ hat und pendelnd gelagert ist, wobei für beide Systeme die Bedingung gilt:

N₁ +

dann werden die Verstell- und Anzeigemittel unmittelbar mit dem zweiten afokalen System verbunden.
Alle bisher beschriebenen Systeme lenken den Zielstrahl bei Neigung aus ihrer Richtung ab. Die Erfindung läßt sich auch auf Systeme anwenden, welche eine Parallelversetzung des Zielstrahles bewirken und wenigstens ein als Doppelpendel aufgehängtes rechtwinkliges Prisma aufweisen. Gemäß der Erfindung ist wenigstens einer der Pendelarme starr ausgebildet, und der richtungsabhängige Anzeiger ist mit dem starren Pendelarm verbunden.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 a und 1 b eine Längenmeßmaschine mit den erfindungsgemäßen Kompensationsmitteln., teilweise geschnitten,

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„ ,, ·3 4

Fig. 2a und 2b den Abbildungsstrahlengang mit und bewegung wird durch eine Schraube 27 gegen den ohne Führungsfehler, Druck einer Feder 28 bewirkt. Mit dem Körper 26

Fig. 3a bis 3d eine geänderte Ausführungsform, ist die Röhrenlibelle 29 verbunden. Der Spiegel 13 Fig. 4a und 4b ek^ geänderte Ausführungsform, wird so weit geschwenkt, bis die Libelle 29 einspielt. Fig. 5 ein weiteres Ausfjührungsbeispiel, 5 Hierdurch wird der Fehler, wie nachfolgend beschrie-

Fig. 6a und 6b eine nocturnals geänderte Ausführungs- ben, kompensiert.

form. i Fig. 2a zeigt zunächst den Strahlenverlauf bei

Die Längenmeßmaschine in Fig. 1 besteht aus einem fehlerfreier Führung. Der vom Meßpunkt M₀ aus-Amboßscbütten 1 und einem Meßschlitten 2. Sowohl gehende Lichtstrahl wird genau parallel zur Meßachse im Amboßschlitten 1 als auch im Meßschlitten 2 sind io gelenkt. Bei Verkantung des Meßschlittens 2 um die je eine Pinole 3 und 4 vorgesehen, zwischen die das Achse X-X, beispielsweise um den Winkel u, zeigt die auszumessende Werkstück 5 gelegt wird. Die Pinole 4 optische Achse der Linse 10 auf den falschen Meßsteht unter dem Druck einer Feder 6, die Vorspannung punkt M₁. Diese Auswanderung der optischen Achse der Feder 6 kann durch eine Spannschraube 7 geregelt gleicht der Spiegel 13, wenn er, wie oben beschrieben, werden. Der Meßschlitten 2 ist in einer Führung 8 ver- 15 um den Winkel u gedreht wird, aus. Wie aus Fig. 2b schiebbar. Parallel zur Führung 8 ist ein Längenmaß- zu erkennen ist, bewirkt nämlich die Drehung des stab 9 vorgesehen. Im Meßschlitten 2 ist eine Ablese- Spiegels 13, daß nach wie vor der vom Meßpunkt M₀ vorrichtung angeordnet, welche die in der optischen ausgehende Lichtstrahl parallel zur optischen Achse Achse einer Objektivlinse 10 liegenden Meßgrößen des der Linse 12 in die eigentliche Ablesevorrichtung Maßstabes 9 in ein Ablesefenster 11 über eine ge- 2° eintritt und hier auf den Brennpunkt der Linse 12 im eignete Zwischenlinse 12 und Umlenkspiegel 13, 14, Ablesefenster der Ablesevorrichtung trifft. Damit der 15, 16, 16a und 17 projiziert. Der Spiegel 15 ist teil- Meßfehler in der beschriebenen Weise kompensiert durchlässig^,über ihn.wird der Maßstab 9 beleuchtet ^_d _{ _{die Bremweite} _f _{der Linse 10} gleich ± Es ist hierfür eine Lampe 18 vorgesehen, deren Licht ' ^J ^ö 2

über eine Kondensorlinse 19 sowie einen Spiegel 20 in 25 gewählt worden, wobei α der Abstand der Meßdie optische Achse der Linse 12 gelenkt wird. In der achse 25 von der Maßstabebene 9 ist. Nähe des Ableseferisters 11 ist ein in Richtung des Die Fig. 3a bis 3d zeigen eine geänderte Vorrichtung

Pfeiles 21 verschiebbarer Feinmaßstab 22 vorgesehen. zur Kompensation kleiner Neigungen der Ablese-Die Verschiebung wird durch einen exzentrischen vorrichtung. Mit der Pinole 4 ist wieder die Objektiv-Ring 23 bewirkt, an den der Feinmaßstab 22 mit einem 3° linse 10 verbunden. Der Spiegel 13 ist jedoch durch Stift 24 anliegt. Dje_; Größe der Drehbewegung des einen um eine Welle 32 drehbaren Winkelspiegel 30, exzentrischen Ringes'23 und damit der Verschiebung 31 ersetzt worden. Die vom Meßpunkt Af₀ kommenden des Feinmaßstabes 22 kann auf einer Skala 24' ab- Lichtstrahlen treten, wie in Fig. 3b zu erkennen ist, gelesen werden (Fig. 1 b). durch die Linse 10, treffen auf den Spiegel 30, werden

Zur Ermittlung der Länge des Werkstückes 5 35 von hier aus auf den Spiegel 31 gelenkt und treffen wird der Meßschlitten 2 so weit verschoben, daß das . nunmehr auf die Objektivlinse 12 und schließlich auf Werkstück 5 zwischen die Pinolen 3 und 4 gelegt einen Spiegel 34, welcher die Lichtstrahlen in das werden kann. Die Pinple 4 ist zu diesem Zweck in Ablesefenster lenkt. Fig. 3 c zeigt schematisch den axialer Richtung verschiebbar. Mit der Pinole 4 ist Strahlenverlauf in der Sollstellung der Ablesevordie Objektivlinse 10 verbunden, so daß das Meß- 40 richtung. Fig. 3d zeigt den Strahlenverlauf, wenn die ergebnis unmittelbar, durch die Stellung der Pinole 4 Ablesevorrichtung wie bei dem Ausführungsbeispiel bestimmt ist. Bei konstanter Vorspannung der Feder 6 nach den Fig. 1 und 2 um den Winkel u geneigt ist. ist damit die Vorrichtung unabhängig vom Anlage- Wie aus den Fig. 3d und 3c zu erkennen ist, ergibt druck der Pinple 4_; am Meßstück 5, d.h., dieser sich hier dieselbe Wirkungsweise wie nach den Fig. 2 a braucht nicht besonders berücksichtigt zu werden. 45 und 2b, wenn nur der Winkelspiegel an Stelle des

Im Gesichtsfeld ,de.¹" Ablesevorrichtung erscheint, Planspiegels der Fig. 1 geeignet gekippt wird, wie in Fig. Ib dargestellt, wenigstens ein Grob- Die Fig. 4a und 4b zeigen ein geändertes Ausfüh-

maßstabstrich de,s Maßstabes 9. In dem Ausführungs- rungsbeispiel. Mit der Pinole 4 ist wieder die Objektivbeispiel nach Fig. 1 ist der Grobmaßstab in Zentimeter linse 10 verbunden. Zwischen der Linse 10 und der unterteilt und besteht aus Doppelstrichen. In Fig. 1 b 50 Linse 12 sind zwei weitere Linsen 40 und 41 angeordsind die Doppelstriche 22Ö und 230 zu sehen. Der net. Die Linse 40 ist gerätefest, die Linse 41 ist Feinmaßstab wird mit dem exzentrischen Ring 23 willkürlich um die Achse A-A drehbar. Die Drehso weit verschoben, bis einer seiner Teilstriche in den bewegung erfolgt über einen Hebel 45 und eine Spalt eines GrobmaJJstabstriches fällt. Die Größe Schraube 46 gegen den Druck einer Feder 47. Mit dieser Verschiebungj.wird auf de,r Kreisskala 24' 55 diesem Hebel 45 ist die Libelle verbunden. Die vom abgelesen. Nach Fig. Ib ergibt sich ein Längenmeß- Meßpunkt Af₀ ■ ausgehenden Strahlen werden über wert von 23.1,25 mm. Spiegel 42 und 43 der Objektivlinse 10 zugeführt, und

Der Maßstab 9 ist parallel zur Meßachse (Pinolen- der Meßstrahl wird, nachdem er die Luisen 40, 41 achse) 25 angeordnet-Sobald der Meßschlitten 2 bis und 12 durchsetzt hat, durch einen Spiegel 44 in das zu einer Stelle geschoben ist, wo die Führung einen 60 Ablesefenster gelenkt. Die Linsen 40 und 41 haben Fehler hat, verkippt der Meßschlitten 2 in der Führung, gleiche, jedoch entgegengesetzte Brennweiten. Die was an einer Libelle,, beobachtet werden kann. Die Drehachse A-A ist im Abstand / vom Hauptpunkt optische Achse der Linse 10 zeigt deshalb nicht mehr der pendelnden Linse entfernt angeordnet. Wie aus auf den Meßpunkt. Af₀, sondern auf einen benach- Fig. 4b zu ersehen ist, findet in der Sollstellung des harten Punkt, beispielsweise Af₁ (Fig. 2b). Um den 65 Meßschlittens 2 und damit der Ablesevorrichtung dadurch entstehende^-.Meßfehler auszugleichen, ist keine Strahlenversetzung statt. Wird jedoch die der Spiegel, 13 _:j$a,.jejngm Körper 26 befestigt, der Ablesevorrichtung infolge eines Führungsfehlers um willkürlich um die Achse A-A drehbar ist. Die Dreh- die Achse X-X um den Winkel u geschwenkt, dann

muß die Linse 41 relativ zu den Linsen 10, 40 und 12 nachgestellt werden. Die richtige Lage wird wieder durch die Libelle angezeigt. Die Linsen 40 und 41 (Fig. 4 b) bilden einen optischen Keil, welcher den vom Meßpunkt M₀ kommenden Lichtstrahl derart ablenkt, daß er parallel zur optischen Achse der Linse 12 auf diese trifft. Die Linse 12 sammelt deshalb den so abgelenkten Strahl wieder in ihrer Brennebene, nämlich dem Ablesefenster 11.

Fig. 5 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel. Hinter der Linse 10 ist ein rechtwinkliges Prisma 50 angeordnet, welches eine Vergrößerung JV₁ = — 1 hat. Hinter diesem rechtwinkligen Prisma ist ein afokales System in Form eines umgekehrten galileischen Fernrohres angeordnet, welches die Linsen 51 und 52 besitzt. Die Vergrößerung dieses galileischen Systems 51 und 52 ist N₂ = +¹I₂. Das Prisma 50 und das galileische System 51, 52 erfüllen die eingangs genannte Bedingung

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Das galileische System 51, 52 ist willkürlich um die Achse A-A drehbar. Eine Schraube 53 bewirkt gegen den Druck einer Feder 54 die Drehung. Die Lage des Systems 51, 52 wird durch eine mit diesem System verbundene Libelle 55 angezeigt. Eine Neigung des Meßschlittens 2 und damit der Ablesevorrichtung wird bei geeigneter Drehung des afokalen Systems 51, 52 derart kompensiert, daß die Libelle einspielt. Der vom Meßpunkt M₀ kommende Meßstrahl tritt dann wieder parallel zur optischen Achse der Linse 12 in die Ablesevorrichtung ein.

In den Fig. 6 a und 6 b ist vor der Linse 10 willkürlich verstellbar ein rechtwinkliges Prisma 60 an zwei Pendeln mit starrem Pendelarm 61, 62 aufgehängt. Die Länge der Pendelarme 61 und 62 ist gleich der halben Brennweite der Linse 10. Auf den rechten Arm wirkt die Verstellschraube 64. Mit diesem Arm ist auch die Libelle 65 fest verbunden. Auf den linken Pendelarm wirkt eine Feder 66, um eine sichere Anlage des Pendelarmes 62 mit der Schraube 64 zu sichern. Der vom Meßpunkt M₀ kommende Lichtstrahl wird im Prisma 60 zweimal umgelenkt und tritt, nachdem er am Spiegel 63 reflektiert wurde, durch die Linsen 10 und 12 in die Ablesevorrichtung ein. Bei Verkantungen des Meßschlittens ist die Schraube so weit zu drehen, bis die Libelle wieder einspielt. Es ergibt sich dann das in Fig. 6b dargestellte Bild; der vom Meßpunkt M₀ kommende Lichtstrahl wird durch das Prisma 60 derart umgelenkt, daß er wieder in der optischen Achse der Linsen 10 und 12 in die Meßvorrichtung eintritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 55

1. Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgröße eines Schlittens in einer Maschine oder einem Gerät, wie Werkzeugmaschine, Längenmeßgerät u. dgl., bei der ein Maßstab im festen Teil der Maschine und optische Elemente zur Projektion eines Maßstabausschnittes in ein Ablesefenster im verschiebbaren Teil der Maschine, oder umgekehrt, vorgesehen sind und bei der wenigstens eines der optischen Elemente relativ zur Schlittenführung bei Neigung des Schlittens infolge eines Führungsfehlers seine Lage beibehält, dadurch gekennzeichnet, daß das seine Lage beibehaltene optische Element zur Kompensation der Führungsfehler willkürlich verstellbar und mit einem an sich bekannten richtungsabhängigen Anzeiger, z. B. einer Röhrenlibelle od. dgl., verbunden ist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Glied durch eine Schraube gegen Federdruck, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Hebeln, schwenkbar ist.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Abbildung eines Maßstabanschnittes dienende, im Abstand ihrer Brennweite vom Maßstab angeordnete Objektivlinse, deren Brennweite gleich dem halben Abstand des Maßstabes von der Meßebene oder Bearbeitungsebene ist, und einem hinter dieser Linse vorgesehenen, mit der Röhrenlibelle verbundenen, willkürlich verstellbaren Spiegel.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel aus einem die Lichtstrahlen quer zur Meßachse versetzenden Winkelspiegel besteht.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbildungsstrahlengang wenigstens ein Linsenpaar vorgesehen ist, dessen eine Linse gerätefest und dessen andere, pendelnd gelagerte Linse mit der Libelle verbunden und willkürlich schwenkbar ist, derart, daß beide Linsen bei Auswanderung der schwenkbaren Linse einen optischen Keil bilden.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbildungsstrahlengang zwei afokale Systeme der Vergrößerung N₁ und N₂ vorgesehen sind, welche der Bedingung genügen:

N₁ + -^₇- = 1,

und deren, in Lichtrichtung gesehen, zweite's pendelnd angeordnetes mit dem Zeiger verbunden und um eine Achse senkrecht zur optischen Achse willkürlich schwenkbar ist.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem als Doppelwendel im Strahlengang aufgehängten rechtwinkligen Prisma, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Arm des Doppelpendels starr und als Träger des richtungsabhängigen Anzeigers (Libelle) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 024 252;
schweizerische Patentschrift Nr. 310 861.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen